WO2007094089A1

WO2007094089A1 - プロジェクション溶接用ボルトおよびその溶接方法

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Publication number: WO2007094089A1
Application number: PCT/JP2006/310964
Authority: WO
Inventors: Yoshitaka Aoyama; Shoji Aoyama
Original assignee: Yoshitaka Aoyama; Shoji Aoyama
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2007-08-23
Also published as: JP4032313B2; EP1985401A4; AU2006338414A1; RU2403134C2; CA2635432C; EP2623248A1; CN101277779A; US8552332B2; AU2006338414B2; EP1985401B1; CN101277779B; EP2623248B1; RU2008118222A; US20090261075A1; JP2007218419A; CA2635432A1; KR101277599B1; EP1985401A1; KR20080096496A; BRPI0620950A2

Abstract

　狭い領域で溶融深さの大きな部分を形成し、それ以外の部分で鋼板部品への密着を確保して、高い溶接強度と安定した密着状態が得られるプロジェクション溶接用ボルトおよびその溶接方法を提供する。　ボルト１は、軸部２と、拡径部３と、端面にテーパ部１５を有する初期溶融部４Ａとこれに連なる主溶融部４Ｂからなる溶着用突起４とによって形成され、この溶着用突起４はそれだけが溶融する溶接電流が通電されるものであり、溶着用突起４を鋼板部品９に加圧後通電することにより、溶着用突起４の領域が鋼板部品９に溶着しその外周側の拡径部３の端面６が鋼板部品９の表面９Ａに密着するように構成した。こうすることにより、適正な溶融状態の良好な溶接が得られる。

Description

明細書

プロジェクシヨン溶接用ボルトおよびその溶接方法

技術分野

[0001] この発明は、軸部と、この軸部と一体的に形成された拡径部と、この拡径部の中央に配置された溶着用突起によって構成されたプロジェクシヨン溶接用ボルトおよびその溶接方法に関するものである。

背景技術

[0002] 下記の特許文献 1に開示されているプロジェクシヨンボルトは、図 5Aに示した形状である。このプロジェクシヨンボルト 20は鉄製であり、雄ねじが形成された軸部 21と、この軸部 21と一体的に形成され軸部 21の直径よりも大径とされた円形の拡径部 22と、前記軸部 21とは反対側の拡径部中央に配置された円形の溶着用突起 23とによつて構成されている。そして、前記溶着用突起 23は、拡径部 22よりもわずかに小径とされた円形の隆起形状部であり、小さな傾斜角のテーパ部 24と中心部が尖った形状の頂部 25を備えている。

[0003] 一方、下記の特許文献 2に開示されているプロジェクシヨンボルトは、図 5Bに示した形状である。このプロジェクシヨンボルト 20は鉄製であり、溶着用突起の形状が図 5A に示したものと異なっている。すなわち、拡径部 22の端面は外周側が低くなつたテーパ面 26とされ、その中央部に溶着用突起 27が形成されている。この溶着用突起 27 は、その端面に小さな傾斜角のテーパ部 28と中心部が尖った形状の頂部 29を備えている。

[0004] 図 5A, 5Bのプロジェクシヨンボルト 20が鋼板部品 30に電気抵抗溶接で溶接されると、図 5Cに示すように周囲に隙間 L1ができた溶着状態になったり、あるいは図 5Dに示すように隙間 L1がなく全面的な溶着状態になったりする。なお、各図において黒く塗りつぶした部分が溶着部分であり、符号 31で示されてヽる。

特許文献 1：特開平 7— 223078号公報

特許文献 2 :特開 2004— 174559号公報

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0005] 図 5Aのボルト 20が溶接されると、図 5Cに示す溶着状態になる。この場合、溶着面積が広くて電流密度が全般的に小さくなるので、鋼板部品 30側の溶融深さ L2がわずかな量となる。このように溶融深さ L2がわずかであると、溶接強度を十分に確保することができず、軸部 21に軸部を傾倒させる方向の曲げ荷重が作用すると、溶着部分が容易に剥離しやすくなる。まして隙間 L1が存在していると、曲げ荷重によって一層剥離しやすくなる。あるいは、隙間 L1によって軸部 21が傾いた状態で溶接されるおそれがある。さらに、隙間 L1が存在すると、鋼板部品 30の表面力も軸部 21の端部までの長さすなわち軸部長さ L3にばらつきが発生し、精度面での品質において良好ではない。

[0006] また、図 5Dに示すような全面が密着した状態になると、隙間 L1の問題は発生しないが、やはり溶融深さ L2がわずかであることから、上述と同様な溶接強度の問題が発生する。

[0007] 図 5Bに示すボルト 20が溶接されると、溶着状態は図 5Cおよび 5Dに示すようなものとなる。初期の段階で溶着用突起 27が急速に溶融し、それに引き続いてテーパ面 26の部分へ溶融が拡大してゆく。したがって、溶融部分は平面的に拡大する傾向が強く現れるので、溶融深さ L2は浅くなる。

[0008] 上述の溶接深さ L2を大きくして溶接強度を高めるために、電流値を高くしたり通電時間を長くしたりすると、鋼板部品 30に、その厚さ全体におよぶような異常溶融すなわち鋼板部品 30の厚さ全体が溶損した過剰溶融が発生しやすくなる。他方、拡径部 22の側でも過剰溶融が発生し、拡径部 22の厚さが小さくなる。鋼板部品 30の側で前記過剰溶融が発生すると、前述の曲げ荷重が反復して作用することにより、溶融部と非溶融部との境界部が破断しやすくなる。さらに、厚さ方向の過剰溶融により、その部分の鋼板部品の厚さが他の部分よりも薄くなり、わずかな曲げ荷重で鋼板部品が破損することになる。また、拡径部 22の厚さまでもが変化するようになると、軸部長さ L3を均一に整えることが困難になる。さらに、上記過剰溶融が鋼板部品 30に発生すると、著しい場合には、鋼板部品 30が溶損することもあり、電流値を高めたり通電時間を長くしたりすることは、上記のような弊害を生むことになる。そして、消費電力も増大して不経済になる。

[0009] また、特許文献 2には、溶着範囲が溶着用突起 27よりも広くて中央部に形成されて V、ることが開示されて、るが、溶融深さ L2が浅、ので溶接強度を十分に確保することができない。さらに、特許文献 2に開示されている技術は、加圧時に溶着用突起によって鋼板部品の厚さをあら力じめ薄くするものである。したがって、薄くなつた箇所において十分な溶融深さを求めることが行いにくい。さらに、加圧力を大きく設定する必要があり、し力も加圧力を均一に制御することが重要な因子になっている。このような均一な値の加圧力は、精度の高い制御が要求されるので、実用面で得策ではない。

[0010] 本発明は、上記の問題点を解決するために提供されたもので、狭い領域で溶融深さの大きな部分を形成し、それ以外の部分で鋼板部品への密着を確保して、高い溶接強度と安定した密着状態が得られるプロジェクシヨン溶接用ボルトおよびその溶接方法を提供することを目的とする。

[0011] 以下の説明において、プロジェクシヨンボルトを単にボルトと表現する場合もある。

課題を解決するための手段

[0012] この発明の一つの側面によれば、プロジェクシヨン溶接用ボルトは、雄ねじが形成された軸部と、この軸部と一体的に形成され軸部の直径よりも大径とされた円形の拡径部と、端面に外周側が低くなる小さな傾斜角のテーパ部を有する初期溶融部とこの初期溶融部に連なる主溶融部力なるとともに前記軸部とは反対側の拡径部中央に配置されている円形の溶着用突起とによって形成され、この溶着用突起はそれだけが溶融する溶接電流が通電されるものであり、溶着用突起を鋼板部品に加圧後通電することにより、溶着用突起の領域が鋼板部品に溶着しその外周側の拡径部の端面が鋼板部品の表面に密着するように構成したことを特徴とするものである。

発明の効果

[0013] 前記溶着用突起が鋼板部品に加圧された後、溶接電流が通電されると、通電初期の段階で前記初期溶融部がその全域にわたって溶融する。この溶融は、初期溶融部に傾斜角の小さなテーパ部が形成されているので、加圧にともなって直径方向に放射状のほぼ平面的な溶融範囲が円形に拡大してゆく。このような初期溶融部の全域溶融は、主溶融部の円形断面全体の溶融に移行してボルトの軸線方向に溶融が進行する。このような溶融進行が完了する時期には溶着用突起の面積範囲で鋼板部品においても溶融が進行している。この時期に通電が停止されることにより、溶融範囲が溶着用突起の領域に限定された状態となる。そして、前述の加圧によって溶着用突起の外周側の拡径部の端面が鋼板部品の表面に密着する。

[0014] 上述のように、初期溶融部の全面的な溶融が主溶融部の円形断面全体の溶融と化してボルトの軸線方向に進行するものであるから、それにともなって鋼板部品側に生じる溶融は溶着用突起の領域に限定されたものとなる。このように限定された溶融であるから、鋼板部品側の溶融深さが大きくなり溶接強度が向上する。同時に、溶着用突起の外周側の拡径部の端面が鋼板部品の表面に密着するので、中央部における十分な溶接強度と前記密着が複合して、ボルトの傾きがなく軸部長さの均一な高い溶接強度が確保できる。したがって、曲げ荷重が作用したりしても、容易に溶着部が剥離するようなことがない。さらに、溶着用突起だけを溶融させる通電条件であるから、溶着用突起の体積に適合した電流値ゃ通電時間などの通電条件を設定すればよぐ通電条件を設定する因子が単純化されて通電制御が行いやすくなり、溶接品質が安定する。同時に、電力消費が少なくなつて経済的である。

[0015] すなわち、中央部における溶融深さの大きな溶着状態が狭い領域において形成され、この溶着部分から離隔した拡径部の周縁部分までの端面領域が鋼板部品に密着している。したがって、溶接強度は中央部において確保され、曲げ荷重に対しては前記密着と中央部の溶着によって高い剛性が得られる。

[0016] プロジェクシヨン溶接用ボルトは、前記拡径部の端面に、拡径部の外周部と前記溶着用突起の基部とを前記外周部側が低くなる傾斜面で接続することによって塑性変形部が形成され、この塑性変形部は、前記傾斜面の傾斜角に応じた厚さを有する中央部の円形の溶融部と、前記基部力も外周部に向力つて厚さが次第にうすくなる環状の軟ィ匕部とによって構成されて、てもよ、。

[0017] 前記塑性変形部は、前記傾斜面の傾斜角に応じた厚さを有する中央部の円形の溶融部と、前記基部力外周部に向力つて厚さが次第にうすくなる環状の軟ィ匕部とによって構成されている。溶着用突起だけが溶融されてもそれに連なる塑性変形部の溶融部も溶融状態になり、この溶融熱が前記軟化部に伝熱されてこの部分が軟化する。加圧力は継続的に作用しているので、軟化部の金属材料が中央の溶融部分の方へ流動しながら、傾斜した拡径部すなわち軟ィ匕部の端面が鋼板部品の表面に密着してゆく。

[0018] 上記の軟化部の金属材料は、加圧によって外周側に流動しょうとする力その反力によって中央の変形性のある溶融部分の方へ流動し、前記密着がなされるのである。このとき中央の溶融部分に対して外周側力金属材料の流動圧が作用するので、溶融部分はボルトの軸方向に拡大成長し、それによつて鋼板部品の溶融深さが増大する。そして、軟ィ匕部は溶融部に近い厚さの大きな部分の方が外周側に比して高温であるから、肉厚の大きな箇所の変形性が十分に得られ、溶融部側への金属材料の流動が良好に確保できる。

[0019] 上述のような塑性変形部の溶融と変形挙動であるから、溶着用突起の領域に限定された部分の溶融が形成され、しかもその溶融深さが溶接強度面で十分な値になる。また、軟化部は溶着用突起や溶融部の溶融熱で加熱されているので、その変形性が良好なものとなり、傾斜した拡径部の端面が鋼板部品の表面に確実に密着する。

[0020] 前記拡径部の直径に対する溶着用突起の直径の比は 0. 3〜0. 6とすることができる。

[0021] 前記の比が 0. 3未満であると、溶融範囲が過小になり、溶接強度が不十分になる。

また、前記の比が 0. 6を超えると、溶融範囲は十分に確保できる力拡径部の端面と鋼板部品の表面との密着部分における直径方向の寸法が不足し、軸部の曲げ荷重に対する剛性が確保できなくなる。したがって、上述の比が 0. 3〜0. 6に設定されることにより、十分な溶接強度が確保できる。

[0022] 前記初期溶融部の体積に対する前記主溶融部の体積の比は 4. 0〜6. 5とすることがでさる。

[0023] 前記の比が 4. 0未満であると、初期溶融部の体積が過大となってそれ自体の熱容量が過剰になるとともに溶着用突起としての体積も過大となるので、溶着用突起全体の溶融によって鋼板部品の厚さ方向の溶融量が過剰になって、適正な溶接強度が得られない。また、前記の比が 6. 5を超えると、初期溶融部の体積が過小となってそれ自体の熱容量が不十分となるので、主溶融部を連続的に溶融させることが不可能となり、結果的には鋼板部品の溶融深さに不足が生じる。したがって、上述の比が 4. 0 〜6. 5に設定されることにより、十分な溶接強度が確保できる。

[0024] 前記溶着用突起の体積は塑性変形部の体積よりも小さく設定することができる。

[0025] 溶着用突起の体積は、塑性変形部の体積よりも小さく設定されているので、溶着用突起を溶融させる熱量によって塑性変形部を外周側へ向力つて溶融する状態に至ることがなく、塑性変形部は加熱状態にとどめられる。つまり、継続的に発生するジュール熱が溶着用突起の溶融部分をへて徐々に塑性変形部へ伝熱され、溶融部の溶融はなされるが軟ィ匕部は溶融までにいたることがなぐ軟ィ匕する程度の加熱がなされる。このために、溶融範囲が溶着用突起の領域に限定され、しかも鋼板部品の厚さ方向の溶融が促進されて、所定の溶融深さが得られる。

[0026] 前記溶着用突起の体積に対する前記塑性変形部の体積の比は、 1. 3〜2. 0とすることがでさる。

[0027] 前記の比が 1. 3未満になると、塑性変形部の体積が溶着用突起の体積に対して過小になり、溶着用突起の溶融熱によって塑性変形部の軟ィ匕部が外周側に向力つて溶融して行くようになる。このように溶着用突起の溶融熱が軟化部の溶融に費やされるので、鋼板部品の厚さ方向の溶融量が不十分になり、溶融深さが不足することになる。それと同時に、塑性変形部が外周方向に溶融すると、溶融範囲は大きくなるが溶融深さが不足した状態になる。また、前記の比が 2. 0を超えると、塑性変形部の体積が溶着用突起の体積に対して過大になり、溶着用突起の溶融熱による軟ィ匕部の加熱が不十分になり、軟ィ匕部の軟ィ匕が得られなくなる。そのため、鋼板部品の厚さ方向の溶融量も不十分になり、溶融深さが不足することになる。したがって、上述の比が 1 . 3〜2. 0に設定されることにより、十分な溶接強度が確保できる。

[0028] 前記初期溶融部のテーパ部の傾斜角度は 5〜 14度とすることができる。

[0029] 前記の傾斜角度が 5度未満であると、わずかな加圧変位であっても溶着部分の拡大が急速に進行するので、加圧力の制御が困難となる。また、加圧にともなって電流密度の低下が急速に進行するので、ジュール熱の発生が緩慢になり、それによつて主溶融部への溶融移行が円滑に行われない状態になる。また、傾斜角度が 14度を超えると、大きな加圧変位であっても溶着部分の拡大進行が緩慢となるので、やはりカロ圧力の制御が困難となり、同時に主溶融部への溶融移行が円滑に行われない状態になる。さらに、傾斜角度が 14度を超えて大きくなると、塑性変形部の体積に対する溶着用突起の体積が大きくなり、塑性変形部における適正な加熱や軟ィヒが不可能となる。したがって、上述の傾斜角度が 5〜14度に設定されることにより、良好な品質のボルト溶接が確保できる。

[0030] 前記塑性変形部の傾斜面の傾斜角度は 5〜 14とすることができる。

[0031] 前記の傾斜角度が 5度未満であると、軟化部の金属材料が加圧によって中央の溶融部分の方へ流動する力成分が小さくなるので、溶融部分に対する外周側から加圧力が不足し、溶融部分のボルト軸方向の拡大成長が緩慢になって溶融深さが十分に確保できない。同時に、溶着用突起の体積に対する塑性変形部の体積が過小になり、両体積の比が適正に求められなくなる。また、前記の傾斜角度が 14度を超えると、溶着用突起の体積に対する塑性変形部の体積が過大になり、溶着用突起の溶融熱で塑性変形部の溶融部を溶融したり、軟ィ匕部を加熱したりすることが困難になる。同時に、塑性変形部の方へ溶着用突起の溶融熱が過剰に奪われるので、鋼板部品の溶融深さが不十分になる。したがって、上述の傾斜角度が 5〜14度に設定されることにより、良好な品質のボルト溶接が確保できる。

[0032] 上述の種々な数値などを特定することにより、溶着用突起だけの溶融によって溶融範囲が前述のように限定され、適正な溶融深さが確保され、し力も拡径部端面が鋼板部品の表面に確実に密着するのである。

[0033] この発明のもう一つの側面によれば、プロジェクシヨン溶接用ボルトの溶接方法は、前述の問題を解決するために提供されたものであり、雄ねじが形成された軸部と、この軸部と一体的に形成され軸部の直径よりも大径とされた円形の拡径部と、端面に外周側が低くなる小さな傾斜角のテーパ部を有する初期溶融部とこの初期溶融部に連なる主溶融部力なるとともに前記軸部とは反対側の拡径部中央に配置されている円形の溶着用突起とによって形成されたプロジェクション溶接用ボルトを準備し、前記溶着用突起を鋼板部品に加圧後通電し、この加圧通電条件を溶着用突起だけが溶融してその領域が鋼板部品に溶着しその外周側の拡径部の端面が鋼板部品の表面に密着するように設定して溶接することを特徴とするものである。

[0034] 上述のように、溶着用突起だけが溶融してその領域が鋼板部品に溶着しその外周側の拡径部の端面が鋼板部品の表面に密着するような加圧通電条件が設定されている。このときの溶融進行の状態は、初期溶融部の全面的な溶融が主溶融部の円形断面全体の溶融と化してボルトの軸線方向に進行し、それにともなって鋼板部品側に生じる溶融は溶着用突起の領域に限定されたものとなる。このように限定された溶融であるから、鋼板部品側の溶融深さが大きくなり溶接強度が向上する。同時に、溶着用突起の外周側の拡径部の端面が鋼板部品の表面に密着するので、中央部における十分な溶接強度と前記密着が複合して、ボルトの傾きがなく軸部長さの均一な高い溶接強度が確保できる。したがって、曲げ荷重が作用したりしても、容易に溶着部が剥離するようなことがない。さらに、溶着用突起だけを溶融させる通電条件であるから、溶着用突起の体積に適合した電流値ゃ通電時間などの通電条件を設定すればよぐ通電条件を設定する因子が単純化されて通電制御が行いやすくなり、溶接品質が安定する。同時に、電力消費が少なくなつて経済的である。

[0035] すなわち、中央部における溶融深さの大きな溶着状態が狭い領域において形成され、この溶着部分から離隔した拡径部の周縁部分までの端面領域が鋼板部品に密着している。したがって、溶接強度は中央部において確保され、曲げ荷重に対しては前記密着と中央部の溶着によって高い剛性が得られる。

[0036] 上述のような溶融範囲，溶融深さおよび拡径部端面の密着を良好な状態で確保するために、加圧通電条件が設定されている。この条件は、溶着用突起だけを溶融させる条件として、電流値ゃ通電時間が所定値に設定され、とくに通電時間が重要である。通電は加圧後に開始され、初期溶融部の溶融開始から主溶融部の溶融完了時期まで継続される。また、鋼板部品に対する加圧力は、溶着用突起の溶融範囲が外周側に拡大することがなぐし力も鋼板部品の溶融深さが所定の値になるように設定される。そして、拡径部端面は、前記の溶融範囲，溶融深さが適正に求められることに連携した状態で、鋼板部品の表面に密着するのである。

[0037] 前記プロジェクシヨン溶接用ボルトには、前記拡径部の外周部と前記溶着用突起の基部とを前記外周部側が低くなる傾斜面で接続した塑性変形部が形成され、この塑性変形部は、前記傾斜面の傾斜角に応じた厚さを有する中央部の円形の溶融部と、前記基部から外周部に向かって厚さが次第にうすくなる環状の軟ィ匕部とによって構成され、円形の前記溶融部の溶融熱によって前記軟化部の変形を促進するようにしてもよい。

[0038] 前記塑性変形部は、前記傾斜面の傾斜角に応じた厚さを有する中央部の円形の溶融部と、前記基部力外周部に向力つて厚さが次第にうすくなる環状の軟ィ匕部とによって構成されている。溶着用突起だけが溶融されてもそれに連なる塑性変形部の溶融部も溶融状態になり、この溶融熱が前記軟化部に伝熱されてこの部分が軟化する。加圧力は継続的に作用しているので、軟化部の金属材料が中央の溶融部分の方へ流動しながら、傾斜した拡径部すなわち軟ィ匕部の端面が鋼板部品の表面に密着してゆく。

[0039] 上記の軟化部の金属材料は、加圧によって外周側に流動しょうとする力その反力によって中央の変形性のある溶融部分の方へ流動し、前記密着がなされるのである。このとき中央の溶融部分に対して外周側力金属材料の流動圧が作用するので、溶融部分はボルトの軸方向に拡大成長し、それによつて鋼板部品の溶融深さが増大する。そして、軟ィ匕部は溶融部に近い厚さの大きな部分の方が外周側に比して高温であるから、肉厚の大きな箇所の変形性が十分に得られ、溶融部側への金属材料の流動が良好に確保できる。

[0040] 上述のような塑性変形部の溶融と変形挙動であるから、溶着用突起の領域に限定された部分の溶融が形成され、しかもその溶融深さが溶接強度面で十分な値になる。また、軟化部は溶着用突起や溶融部の溶融熱で加熱されているので、その変形性が良好なものとなり、傾斜した拡径部の端面が鋼板部品の表面に確実に密着する。

[0041] 前記加圧通電条件は、溶着用突起の領域とそれに対向する鋼板部品を溶融するのに適したものとすることができる。

[0042] このような加圧通電条件が設定されているので、溶融範囲が溶着用突起の範囲に設定され、溶融深さを所定値に設定することができる。

[0043] 溶接電流の通電は、初期溶融部全域が通電初期段階で溶融し、それに引き続く主溶融部の溶融が終了する時期まで実行されるようにしてもょ、。 [0044] このような通電制御を行うことによって、溶着用突起だけを適確に溶融させることができる。

[0045] また、後述の実施例から明らかなように、各種数値などを特定して、溶接方法を実施することにより、前述のような良好な溶接が実現する。

図面の簡単な説明

[0046] [図 1A]この発明の実施の形態を示すプロジクシヨンボルトの正面図である。

[図 1B]図 1 Aのプロジェクシヨンボルトの部分拡大図である。

[図 1C]変形例を示す図 1Bと類似の部分拡大図である。

[図 2]ボルトが溶接される状態を示す断面図である。

[図 3A]溶接の各過程を示す断面図である。

[図 3B]溶接の各過程を示す断面図である。

[図 3C]溶接の各過程を示す断面図である。

[図 3D]溶接の各過程を示す断面図である。

[図 3E]溶接の各過程を示す断面図である。

[図 3F]溶接の各過程を示す断面図である。

[図 3G]溶接の各過程を示す断面図である。

[図 4A]ボルトの各部の体積区分状態を示す図である。

[図 4B]ボルトの各部の体積区分状態を示す図である。

[図 5A]従来のボルトの正面図である。

[図 5B]従来のボルトの正面図である。

[図 5C]従来のボルト溶着状態を示す断面図である。

[図 5D]従来のボルト溶着状態を示す断面図である。

[図 6]引っ張り試験後の状態を示す断面図である。

符号の説明

[0047] 1 プロジェクシヨン溶接用ボルト

2 軸部

3 拡径部

4 溶着用突起 4A 初期溶融部

4B 主溶融部

5 基部

6 傾斜面，端面

7 塑性変形部

7A 溶融部

7B 軟化部

9 鋼板部品

9A 表面

15 テーパ部

16 頂部

17 溶融箇所，溶融部分，溶着部分，溶融範囲

θ 1 傾斜角度

θ 2 傾斜角度

発明を実施するための最良の形態

[0048] つぎに、本発明のプロジェクシヨン溶接用ボルトおよびその溶接方法を実施するための最良の形態を説明する。

実施例 1

[0049] プロジヱクシヨン溶接用ボルトの寸法や形状にっ、て説明する。

[0050] 鉄製のプロジヱクシヨン溶接用ボルトの形状は、図 1Aに示されている。このボルト 1 は、雄ねじが形成された軸部 2と、この軸部 2と一体的に形成され軸部 2の直径よりも大径とされた円形の拡径部 3と、前記軸部 2とは反対側の拡径部中央に配置された円形の溶着用突起 4と、前記拡径部 3の外周部と前記溶着用突起 4の基部 5とを前記外周部側が低くなる傾斜面 6で接続することによって形成された塑性変形部 7とによつて形成されている。なお、前記の「外周部側が低くなる」というのは、図 1Aにおいて、外周部側が軸部 2の下端側に接近した傾斜方向であることを意味している。そして、符号 8は軸部 2の外周面に形成された雄ねじであり、ねじ山は谷部と山部を有している。 [0051] 前記溶着用突起 4は、図 4に示すように、初期溶融部 4Aと主溶融部 4Bから構成されている。前記初期溶融部 4Aは、溶着用突起 4の端面に外周側が低くなる小さな傾斜角のテーパ部 15を設けることによって形成された平たい形状の円錐形状部である。この初期溶融部 4Aの中央部に尖った形状の頂部 16が形成されている。そして、主溶融部 4Bは初期溶融部 4Aに連なった状態で形成されている。

[0052] 塑性変形部 7の形状について説明する。

[0053] 図 4に示すように、前記塑性変形部 7は、溶着用突起 4 (主溶融部 4B)と拡径部 3との間の扁平な円形の金属材料部であり、その部分だけを抽出して示した断面形状が図 4Bである。傾斜面 6の傾斜角に応じた厚さを有する中央部の円形の部分が、溶融部 7Aである。この溶融部 7A (基部 5の箇所)から外周部に向力つて厚さが次第にうすくなる環状の部分が、軟ィ匕部 7Bである。この軟ィ匕部 7Bの断面は、図 4Bに示すように、楔型である。

[0054] なお、前記傾斜面 6の傾斜角度は、軸部 2の軸線が垂直に交わっている仮想平面との間で形成される角度を意味して、る。溶着用突起 4のテーパ部 15の傾斜角度も、同様である。フランジ状の拡径部 3と塑性変形部 7と溶着用突起 4によってボルト 1 の頭部が形成されている。前記傾斜面 6が拡径部 3の端面である。図 1Aと図 4Aには、傾斜面 6の外周側に設けられた傾斜のない平面部 3Aが図示され、これも拡径部 3 の端面である。

[0055] 図 2は、ボルト 1が鋼板部品 9に溶接される状態を示す断面図である。可動電極 10 は、エアシリンダまたは進退出力型の電動モータなど（図示してヽな、)で進退動作をする。その端面中央部に可動電極 10の長手方向に受入孔 11があけられ、その奥部に永久磁石 12が取り付けてある。鋼板部品 9は可動電極 10と同軸状態で配置された固定電極 13上に載置されている。

[0056] 作業者または供給ロッドによって、軸部 2が可動電極 10の受入孔 11に挿入され、永久磁石 12で吸引されてボルト 1が可動電極 10に保持される。このときには、可動電極 10の端面 14が拡径部 3の裏面に密着している。図 2は、ボルト 1を保持した可動電極 10が進出してきて、溶着用突起 4が鋼板部品 9に加圧されている状態を示している。この状態で溶接電流が通電されて、鋼板部品 9への溶接がなされる。 [0057] 図 IBには、実施例の寸法状態などを理解しやすくするために、各部の寸法や傾斜角度が記載されている。この図に示すように、軸部 2の直

径は 5mm、拡径部 3の直径と厚さはそれぞれ 10mmと 1. 5mm,溶着用突起 4の基部 5すなわち溶着用突起 4の付け根部分の直径は 5mmである。

[0058] さらに、溶着用突起 4の端面 (テーパ部 15)の直径は 4. 5mm、溶着用突起 4の基部 5から頂部 16までの高さは 1. Omm、初期溶融部 4Aの高さ（厚さ）は 0. 35mm, 塑性変形部 7の高さ（厚さ）は 0. 5mm,傾斜面 6の傾斜角度 θ 1は 9度、溶着用突起 4のテーパ部 15の傾斜角度 Θ 2は 9度である。

[0059] したがって、拡径部 3の直径に対する溶着用突起 4の直径の比は、 0. 5である。また、軸部 2の直径に対する拡径部 3の直径の比は、 2. 0である。

[0060] 図 4は、拡径部 3,塑性変形部 7,溶着用突起 4および溶着用突起 4を構成する初期溶融部 4Aと主溶融部 4Bの各部分の体積を示すための区分図である。図 1に示した寸法や傾斜角度を有するボルト 1の各部体積は、拡径部 3が 117. 75mm³,塑性変形部 7が 24. 53mm³,溶着用突起 4が 14. 80mm³,初期溶融部 4Aが 2. 38mm 3、主溶融部 4Bが 12. 42mm³である。そして、塑性変形部 7における溶融部 7Aが 9 . 81mm³,軟化部が 14. 72mm³である。上記数値から明らかなように、溶着用突起 4の体積は塑性変形部 7の体積よりも小さく設定されている。

[0061] そして、初期溶融部 4Aの体積に対する主溶融部 4Bの体積の比は、 5. 2である。

溶着用突起 4の体積に対する塑性変形部 7の体積の比は、 1. 66である。また、溶着用突起 4の体積と塑性変形部 7の体積の和に対する拡径部 3の体積の比は、 2. 99 である。そして、溶着用突起 4の体積と塑性変形部 7の体積との合計体積は、拡径部 3の体積よりも小さく設

定されている。

[0062] 上述の各部寸法から明らかなように、このボルト 1はいわゆる小物部品である。このように小物であるから、溶融の進行状態や溶着部分 (ナゲット）の大きさなどが溶接品質に大きく影響するのである。

[0063] つぎに、このボルト 1の溶着現象について説明する。

[0064] 溶接は前述のように、図 2に示す状態で行われる。加圧通電条件は、溶着用突起 4 だけが溶融するとともに、溶着用突起 4の範囲面積に対応する鋼板部品 9の部分が溶融するように設定される。ここで、相手方部材である鋼板部品 9の板厚は、 0. 7mm である。そして、可動電極 10による加圧力すなわち鋼板部品 9に対する溶着用突起 4のカロ圧力は、 2900Nであり、溶接電流は 10600A、初期カロ圧時間は 60サイクノレ，通電時間は 9サイクル，保持時間は 30サイクルである。前記通電時間 9サイクルは、初期溶融部 4Aが溶融を開始しそれに引き続く主溶融部 4Bの溶融が終了するまでの時間であり、この時点では溶融部 7Aと鋼板部品 9側にぉヽても溶融がなされて!/、る。なお、 1サイクルは 1Z60秒である。

[0065] 上述の条件で良好な溶接が可能であるが、各条件の設定範囲は、加圧力は 2000 〜5000N、溶接電流は 8000〜15000A、通電時間は 5〜15サイクノレとするの力 S良好である。

[0066] 上述の溶接条件で進行する溶融過程が、図 3A〜3Gに示されている。図 3Aは、溶着用突起 4の頂部 16が鋼板部品 9に加圧されている状態を示す。この状態では図示していないが、頂部 16が鋼板部品 9にわずかにめり込んでいる。

[0067] 上述の加圧状態のところへ通電されると、前記のめり込んでいる箇所か

ら溶融が開始され、図 3Bに示すように、通電初期の段階で前記初期溶融部 4Aがその全域にわたって溶融する。溶融箇所は符号 17で示されている。この頂部 16から開始される溶融は、初期溶融部 4Aのテーパ部 15に傾斜角 Θ 2 = 9度のテーパ角が形成されているので、加圧にともなって直径方向に放射状のほぼ平面的な溶融範囲が円形に拡大してゆく。つまり、傾斜角 Θ 2が小さいので、わずかな溶融であっても通電面積が急増しそれにともなって電流密度は急減する。そのため、溶融拡大は熱容量の大きなボルト 1の軸方向よりも直径方向に進行しやすくなる。なお、溶融部分，溶着部分，溶着箇所および溶融範囲は、溶融箇所と同義語であり、それらにも符号 17 が用いてある。

[0068] このような初期溶融部 4Aの全域溶融は、主溶融部 4Bの円形断面全体の溶融に移行して、図 3Cに示すように、ボルト 1の軸線方向に溶融が進行する。このような溶融進行が完了する時期には、加圧にともなって溶着用突起 4の断面積範囲で鋼板部品 9においても溶融が進行し、この時期に通電が停止される。その結果、溶融範囲が溶着用突起 4の領域に限定された状態となる。この段階では、図 3Cに示すように、傾斜面 6と鋼板部品 9の表面 9Aとの間にわずかな隙間 19が存在している力可動電極 1 0の加圧によって通電停止とほぼ同時にこの隙間 19は消滅し、図 3Dに示すように、傾斜面 6は鋼板部品 9の表面 9 Aに密着する。

[0069] 図 3Dの密着部分を鋼板部品 9の面方向に切断した平面図が、図 3 (E)である。この切断状態力も明らかなように、溶融箇所 17すなわち溶着箇所が溶着用突起 4の直径とほぼ同じ大きさになっていることが認められる。この溶融箇所 17の直径は、 5. 1 mmである。 10本のボルト 1を溶接した結果、この寸法は、 4. 9〜5. 2mmの範囲に分布しており、溶着範囲は適正であることが認められた。

[0070] つぎに、塑性変形部 7の変形挙動について説明する。

[0071] 上述の加圧および溶融の過程においては、次のような塑性変形部 7の変形挙動がなされている。この変形挙動は、図 3Fおよび図 3Gに示されている力理解しやすくするために、図 3Fにおける傾斜面 6の傾斜角度を大きく図示してある。なお、溶融箇所 17をくわしく観察するために、溶融箇所 17の部分を切断した。図 3Gは、この切断面を示している。

[0072] 前記塑性変形部 7は、前記傾斜面 6の傾斜角 θ 1に応じた厚さを有する中央部の円形の溶融部 7Aと、前記基部 5から外周部に向力つて厚さが次第にうすくなる環状の軟ィ匕部 7Bとによって構成されている。溶着用突起 4だけが溶融されても、それに連なる塑性変形部 7の溶融部 7Aも溶融状態になり、この溶融熱が前記軟化部 7Bに伝熱されてこの部分が軟化する。加圧力は継続的に作用しているので、軟化部 7Bの金属材料が中央の溶融部分 17の方へ流動しながら、傾斜した拡径部 3すなわち軟ィ匕部 7Bの端面 6が鋼板部品 9の表面 9Aに密着してゆく。

[0073] 上記の軟化部 7Bの金属材料は、加圧によって外周側に流動しょうとする力その反力によって矢線 7Cのように中央の変形性のある溶融部分 17の方へ流動し、前記密着がなされるのである。このとき中央の溶融部分 17に対して外周側から金属材料の流動圧が作用するので、溶融部分 17はボルト 1の軸方向に拡大成長し、それによつて鋼板部品 9の溶融深さが増大する。そして、軟化部 7Bは溶融部 7Aに近い厚さの大きな部分の方が外周側に比して高温であるから、肉厚の大きな箇所の変形性が十分に得られ、溶融部分 17側への金属材料の流動が良好に確保できる。

[0074] 上述のような塑性変形部 7の溶融と変形挙動であるから、溶着用突起 4の領域に限定された部分の溶融が形成され、しかもその溶融深さ L2が溶接強度面で十分な値になる。また、軟化部 7Bは溶着用突起 4や溶融部 7

Aの溶融熱で加熱されているので、その変形性が良好なものとなり、傾斜した拡径部 3の端面 6が鋼板部品 9の表面 9Aに確実に密着する。

[0075] 鋼板部品 9の板厚は前記のように 0. 7mmであり、上述のような過程をへて形成された図 3Gに示す溶融深さ L2は、約 0. 35mmである。前述の図 5Cや図 5Dのような広い溶着面積における溶融深さ L2が約 0. 15mm (比較例）であるから、上記約 0. 3 5mmは十分な溶融深さであると判定できる。そして、鋼板部品 9の非溶融厚さが約 0 . 35mmであるから、鋼板部品 9自体としての剛性も損なわれてヽな、ことが認められる。

[0076] また、溶融箇所 17の拡径部 3側と鋼板部品 9側におよぶ全体の厚さ L4は約 0. 5m mである。前述の図 5Cや図 5Dのような溶融箇所の厚さ L4が約 0. 25mm (比較例）であるから、上記の約 0. 5mmは十分な溶融厚さ L4であると判定できる。

[0077] 10本のボルト 1を溶接した結果、上記 L2は 0. 30〜0. 40mmの範囲に分布している。また、上記 L4は 0. 40〜0. 55に分布している。これらの分布状況から、良好な溶融深さであると判定できる。

[0078] 上述のようにして溶着した鋼板部品 9を治具などで固定し、軸部 2の直径方向にハンマーで叩く衝撃テストを行った結果、軸部 2は屈曲変形をしたが、溶着箇所 17の部分は剥離などが発生しないとともに、傾斜面 6と鋼板の表面 9Aとの密着状態は維持され、完全な溶着状態が確保されていることが確認された。したがって、十分な溶接強度が確保されていることが認められた。

[0079] さらに、鋼板部品 9を治具で固定し、軸部 2を軸方向に引っ張るテストの結果、図 6 に示す破断状態となった。このように溶着用突起 4側に溶着してヽる鋼板部品 9の部分 9B力剪断状態で鋼板部品 9の本体 9Cから破断して抜け穴 9Dの状態になっていることが認められる。この破断は、上記引っ張り荷重が 4200〜5250Nの範囲で発生しており、このようなサイズのボルト 1の溶接強度として十分であると判定される。 [0080] 上述の溶接本数力もすると、溶融深さ L2は鋼板部品 9の板厚の 43〜57%の範囲内に分布し、図 3Eに示す溶融箇所 17の直径は溶着用突起 4の直径 (基部 5の直径 )に対して 0. 98〜： L 04倍に分布している。これらの数値は、それぞれ最適値は 50 %と 1. 01〜： L 02倍であり、好ましくは 46〜54%と 1. 00〜： L 03倍であり、実施可會な値としては 43〜57%と 0. 98〜： L 04倍である。

[0081] また、溶融部 7Aの体積に対する軟化部 7Bの比が、 1. 5である。このように軟ィ匕部 7 Bの体積が大きく設定されて、るために、軟化部 7Bの溶融部 7Aに対する熱容量が大きくなり、軟ィ匕部 7Bは溶融部 7Aからの加熱で溶融状態にいたることがなぐ軟ィ匕促進に適した加熱を受けることになる。溶融部 7Aの体積に対する軟化部 7Bの比は、 1. 2〜1. 8であり、好ましくは 1. 3〜1. 7であり、 1. 5力最適値である。

[0082] 特許請求の範囲には記載して、な、が、前述の溶融部 7A,軟ィ匕部 7Bなどの部分の流動挙動と、上記の鋼板部品の厚さに対する溶融深さ L2の比率や、溶着用突起 4の直径に対する溶融箇所 17の直径の倍数などを特定して発明を形成することができる。

[0083] 前記の拡径部 3の直径に対する溶着用突起 4の直径の比力 0. 3未満であると、溶融範囲が過小になり、溶接強度が不十分になる。また、前記の比が 0. 6を超えると、溶融範囲は十分に確保できるが、拡径部 3の端面 6と鋼板部品 9の表面 9Aとの密着部分における直径方向の寸法が不足し、軸部 2の曲げ荷重に対する剛性が確保できなくなる。したがって、上

述の比が 0. 3〜0. 6に設定されることにより、十分な溶接強度が確保できる。

[0084] 上述の比は、 0. 3〜0. 6に設定される力好ましくは 0. 35-0. 55であり、最適値は本実施例における 0. 5である。

[0085] 前記の初期溶融部 4Aの体積に対する主溶融部 4Bの体積の比が、 4. 0未満であると、初期溶融部 4Aの体積が過大となってそれ自体の熱容量が過剰になるとともに溶着用突起 4としての体積も過大となるので、溶着用突起 4全体の溶融によって鋼板部品 9の厚さ方向の溶融量が過剰になって、適正な溶接強度が得られない。また、前記の比が 6. 5を超えると、初期溶融部 4Aの体積が過小となってそれ自体の熱容量が不十分となるので、主溶融部 4Bを連続的に溶融させることが不可能となり、結果的には鋼板部品 9の溶融深さに不足が生じる。したがって、上述の比が 4. 0〜6. 5 に設定されることにより、十分な溶接強度が確保できる。

[0086] 上述の比は、 4. 0〜6. 5に設定される力好ましくは 4. 5〜6. 0であり、最適値は本実施例における 5. 2である。

[0087] 前記の溶着用突起 4の体積に対する前記塑性変形部 7の体積の比が、が 1. 3未満になると、塑性変形部 7の体積が溶着用突起 4の体積に対して過小になり、溶着用突起 4の溶融熱によって塑性変形部 7が外周側に向力つて溶融して行くようになる。このように溶着用突起 4の溶融熱が塑性変形部 7の外周側に向力う溶融に費やされるので、鋼板部品 9の厚さ方向の溶融量が不十分になり、溶融深さ L2が不足することになる。それと同時に、塑性変形部 7が外周方向に溶融すると、溶融範囲 17は大きくなるが溶融深さ L2が不足した状態になる。また、前記の比が 2. 0を超えると、塑性変形部 7の体積が溶着用突起 4の体積に対して過大になり、溶着用突起 4の溶融熱による塑性変形部 7の加熱が不十分になり、塑性変形部 7

の軟ィ匕が得られなくなる。そのため、鋼板部品 9の厚さ方向の溶融量も不十分になり、溶融深さ L2が不足することになる。したがって、上述の比が 1. 3〜2. 0に設定されることにより、十分な溶接強度が確保できる。

[0088] 上述の比は、 1. 3〜2. 0に設定されるが、好ましくは 1. 5〜1. 8であり、最適値は本実施例における 1. 66である。

[0089] 前記初期溶融部 4Aのテーパ部 15の傾斜角度 Θ 2が、 5度未満であると、わずかな加圧変位であっても溶着部分 17の拡大が急速に進行するので、加圧力の制御が困難となる。また、加圧にともなって電流密度の低下が急速に進行するので、ジュール熱の発生が緩慢になり、それによつて主溶融部 4Bへの溶融移行が円滑に行われない状態になる。また、傾斜角度が 14度を超えると、大きな加圧変位であっても溶着部分 17の拡大進行が緩慢となるので、やはり加圧力の制御が困難となり、同時に主溶融部 4Bへの溶融移行が円滑に行われない状態になる。さらに、傾斜角度が 14度を超えて大きくなると、塑性変形部 7の体積に対する溶着用突起 4の体積が大きくなり、塑性変形部 7における適正な加熱や軟化が不可能となる。したがって、上述の傾斜角度が 5〜14度に設定されることにより、良好な品質のボルト溶接が確保できる。 [0090] 上述の傾斜角度 Θ 2は、 5〜14度に設定されるが、好ましくは 7〜 12度であり、最適値は本実施例における 9度である。

[0091] 前記塑性変形部 7の傾斜面 6の傾斜角度 θ 1が、 5度未満であると、軟化して!/、る傾斜部分の金属材料 7Aが加圧によって中央の溶融部分 17の方へ流動する力成分 (図 3Fの矢線 7C参照）が小さくなるので、溶融部分 17に対する外周側から加圧力が不足し、溶融部分 17のボルト軸方向の拡大成長が緩慢になって溶融深さ L2が十分に確保できない。同時に、溶着用突起 4の体積に対する塑性変形部 7の体積が過小になり、両体積の比が適正に求められなくなる。また、前記の傾斜角度 θ 1が 14度を超えると、溶着用突起 4の体積に対する塑性変形部 7の体積が過大になり、溶着用突起 4の溶融熱で塑性変形部 7を十分に加熱することが困難になる。同時に、塑性変形部 7の方へ溶着用突起 4の溶融熱が奪われるので、鋼板部品 9の溶融深さ L2が不十分になる。したがって、上述の傾斜角度 0 1が 5〜14度に設定されることにより、良好な品質のボルト溶接が確保できる。

[0092] 上述の傾斜角度 θ 1は、 5〜14度に設定されるが、好ましくは 7〜1

2度であり、最適値は本実施例における 9度である。

[0093] さらに、図 1Cに示すように、頂部 16の形成を止めて、中央部に円形の小さな平坦面 18を設けた場合でも、良好な溶接をすることができる。

[0094] 以上に説明した実施例の作用効果を列記すると、つぎのとおりである。

[0095] 前記溶着用突起 4が鋼板部品 9に加圧された後、溶接電流が通電されると、通電初期の段階で前記初期溶融部 4Aがその全域にわたって溶融する。この溶融は、初期溶融部 4Aに傾斜角の小さなテーパ部 15が形成されているので、カロ圧にともなって直径方向に放射状のほぼ平面的な溶融範囲 17が円形に拡大してゆく。このような初期溶融部 4Aの全域溶融は、主溶融部 4Bの円形断面全体の溶融に移行してボルト 1の軸線方向に溶融が進行する。このような溶融進行が完了する時期には溶着用突起 4の面積範囲で鋼板部品 9においても溶融が進行している。この時期に通電が停止されることにより、溶融範囲 17が溶着用突起 4の領域に限定された状態となる。そして、前述の加圧によって溶着用突起 4の外周側の拡径部 3の端面 6が鋼板部品 9 の表面 9Aに密着する。 [0096] 上述のように、初期溶融部 4の全面的な溶融が主溶融部 4Bの円形断面全体の溶融と化してボルト 1の軸線方向に進行するものであるから、それにともなって鋼板部品 9側に生じる溶融は溶着用突起 4の領域に限定されたものとなる。このように限定された溶融であるから、鋼板部品 9側の溶融深さ L2が大きくなり溶接強度が向上する。同時に、溶着用突起 4の外周側の拡径部 3の端面 6が鋼板部品 9の表面 9Aに密着するので、中央部における十分な溶接強度と前記密着が複合して、ボルトの傾きがなく軸部長さ L3の均一な高い溶接強度が確保できる。したがって、曲げ荷重が作用したりしても、容易に溶着部 17が剥離するようなことがない。さらに、溶着用突起 4だけを溶融させる通電条件であるから、溶着用突起 4の体積に適合した電流値ゃ通電時間などの通電条件を設定すればよぐ通電条件を設定する因子が単純化されて通電制御が行いやすくなり、溶接品質が安定する。同時に、電力消費が少なくなつて経済的である。

[0097] すなわち、中央部における溶融深さ L2の大きな溶着状態が狭い領域において形成され、この溶着部分 17から離隔した拡径部 3の周縁部分までの端面領域が鋼板部品 9の表面 9Aに密着している。したがって、溶接強度は中央部において確保され、曲げ荷重に対しては前記密着と中央部の溶着によって高い剛性が得られる。

[0098] 前記拡径部 3の端面に、拡径部 3の外周部と溶着用突起 4の基部 5とを前記外周部側が低くなる傾斜面 6で接続することによって塑性変形部 7が形成され、この塑性変形部 7は、前記傾斜面 6の傾斜角 θ 1に応じた厚さを有する中央部の円形の溶融部 7Aと、前記基部 5から外周部に向力つて厚さが次第にうすくなる環状の軟ィ匕部 7Bとによって構成されている。

[0099] 前記塑性変形部 7は、前記傾斜面 6の傾斜角 θ 1に応じた厚さを有する中央部の円形の溶融部 7Aと、前記基部 5から外周部に向力つて厚さが次第にうすくなる環状の軟ィ匕部 7Bとによって構成されて、る。溶着用突起 4だけが溶融されてもそれに連なる塑性変形部 7の溶融部 7Aも溶融状態になり、この溶融熱が前記軟化部 7Bに伝熱されてこの部分が軟化する。加圧力は継続的に作用しているので、軟化部 7Bの金属材料が中央の溶融部分 17の方へ流動しながら、傾斜した拡径部 3すなわち軟ィ匕部 7Bの端面 6が鋼板部品 9の表面 9Aに密着してゆく。 [0100] 上記の軟化部 7Bの金属材料は、加圧によって外周側に流動しょうとする力その反力によって中央の変形性のある溶融部分 17の方へ流動し、前記密着がなされるのである。このとき中央の溶融部分 17に対して外周側力も金属材料の流動圧が作用するので、溶融部分 17はボルト 1の軸方向に拡大成長し、それによつて鋼板部品 9 の溶融深さが増大する。そして、軟ィ匕部 7Bは溶融部 7Aに近い厚さの大きな部分の方が外周側に比して高温であるから、肉厚の大きな箇所の変形性が十分に得られ、溶融箇所 17側への金属材料 (7B)の流動が良好に確保できる。

[0101] 上述のような塑性変形部 7の溶融と変形挙動であるから、溶着用突起 4の領域に限定された部分の溶融が形成され、しかもその溶融深さ L2が溶接強度面で十分な値になる。また、軟化部 7Bは溶着用突起 4や溶融部 7Aの溶融熱で加熱されているので、その変形性が良好なものとなり、傾斜した拡径部 3の端面 6が鋼板部品 9の表面 9 Aに確実に密着する。

[0102] 前記拡径部 3の直径に対する溶着用突起 4の直径の比が、 0. 3〜0. 6である。

[0103] 前記の比が 0. 3未満であると、溶融範囲 17が過小になり、溶接強度が不十分になる。また、前記の比が 0. 6を超えると、溶融範囲 17は十分に確保できる力拡径部 3 の端面 6と鋼板部品 9の表面 9Aとの密着部分における直径方向の寸法が不足し、軸部 2の曲げ荷重に対する剛性が確保できなくなる。したがって、上述の比が 0. 3〜0 . 6に設定されることにより、十分な溶接強度が確保できる。

[0104] 前記初期溶融部 4Aの体積に対する前記主溶融部 4Bの体積の比が、 4. 0〜6. 5 である。

[0105] 前記の比が 4. 0未満であると、初期溶融部 4Aの体積が過大となってそれ自体の熱容量が過剰になるとともに溶着用突起 4としての体積も過大となるので、溶着用突起 4全体の溶融によって鋼板部品 9の厚さ方向の溶融量が過剰になって、適正な溶接強度が得られない。また、前記の比が 6. 5を超えると、初期溶融部 4Aの体積が過小となってそれ自体の熱容量が不十分となるので、主溶融部 4Bを連続的に溶融させることが不可能となり、結果的には鋼板部品 9の溶融深さ L2に不足が生じる。したがって、上述の比が 4. 0〜6. 5に設定されることにより、十分な溶接強度が確保できる。 [0106] 前記溶着用突起 4の体積は塑性変形部 7の体積よりも小さく設定されている。

[0107] 溶着用突起 4の体積は、塑性変形部 7の体積よりも小さく設定されているので、溶着用突起 4を溶融させる熱量によって塑性変形部 7を外周側へ向力つて溶融する状態に至ることがなぐ塑性変形部 7は加熱状態にとどめられる。つまり、 «続的に発生するジュール熱が溶着用突起 4の溶融部分をへて徐々に塑性変形部 7へ伝熱され、溶融部 7Aの溶融はなされるが軟ィ匕部 7Bは溶融までにいたることがなぐ軟ィ匕する程度の加熱がなされる。このために、溶融範囲が溶着用突起 4の領域に限定され、しかも鋼板部品 9の厚さ方向の溶融が促進されて、所定の溶融深さ L2が得られる。

[0108] 前記溶着用突起 4の体積に対する前記塑性変形部 7の体積の比力 1. 3〜2. 0である。

[0109] 前記の比が 1. 3未満になると、塑性変形部 7の体積が溶着用突起 4の体積に対して過小になり、溶着用突起 4の溶融熱によって塑性変形部 7の軟ィ匕部 7Bが外周側に向かって溶融して行くようになる。このように溶着用突起 4の溶融熱が軟化部 7Bの溶融に費やされるので、鋼板部品 9の厚さ方向の溶融量が不十分になり、溶融深さ L2 が不足することになる。それと同時に、塑性変形部 7が外周方向に溶融すると、溶融範囲は大きくなるが溶融深さ L2が不足した状態になる。また、前記の比が 2. 0を超えると、塑性変形部 7の体積が溶着用突起 4の体積に対して過大になり、溶着用突起 4の溶融熱による軟ィ匕部 7Bの加熱が不十分になり、軟ィ匕部 7Bの軟ィ匕が得られなくなる。そのため、鋼板部品 9の厚さ方向の溶融量も不十分になり、溶融深さ L2が不足することになる。したがって、上述の比が 1. 3〜2. 0に設定されることにより、十分な溶接強度が確保できる。

[0110] 前記初期溶融部 4Aのテーパ部 15の傾斜角度 Θ 2は、 5〜 14度である。

[0111] 前記の傾斜角度 Θ 2が 5度未満であると、わずかな加圧変位であっても溶着部分 1 7の拡大が急速に進行するので、加圧力の制御が困難となる。また、加圧にともなつて電流密度の低下が急速に進行するので、ジュール熱の発生が緩慢になり、それによって主溶融部 4Bへの溶融移行が円滑に行われない状態になる。また、傾斜角度 Θ 2が 14度を超えると、大きな加圧変位であっても溶着部分 17の拡大進行が緩慢となるので、やはり加圧力の制御が困難となり、同時に主溶融部 4Bへの溶融移行が円滑に行われない状態になる。さらに、傾斜角度 Θ 2が 14度を超えて大きくなると、塑性変形部 7の体積に対する溶着用突起 4の体積が大きくなり、塑性変形部 7における適正な加熱や軟化が不可能となる。したがって、上述の傾斜角度 Θ 2が 5〜14度に設定されることにより、良好な品質のボルト溶接が確保できる。

[0112] 前記塑性変形部 7の傾斜面 6の傾斜角度 θ 1は、 5〜 14度である。

[0113] 前記の傾斜角度 θ 1が 5度未満であると、軟化部 7Bの金属材料が加圧によって中央の溶融部分 17の方へ流動する力成分（図 3Fの矢線 7C参照）が小さくなるので、溶融部分 17に対する外周側から加圧力が不足し、溶融部分 17のボルト軸方向の拡大成長が緩慢になって溶融深さ L2が十分に確保できない。同時に、溶着用突起 4の体積に対する塑性変形部 7の体積が過小になり、両体積の比が適正に求められなくなる。また、前記の傾斜角度が 14度を超えると、溶着用突起 4の体積に対する塑性変形部 7の体積が過大になり、溶着用突起 4の溶融熱で塑性変形部の溶融部 7Aを溶融したり、軟ィ匕部 7Bを加熱したりすることが困難になる。同時に、塑性変形部 7の方へ溶着用突起 4の溶融熱が過剰に奪われるので、鋼板部品 9の溶融深さ L2が不十分になる。したがって、上述の傾斜角度 0 1が 5〜14度に設定されることにより、良好な品質のボルト溶接が確保できる。

[0114] 上述の種々な数値などを特定することにより、溶着用突起 4だけの溶融によって溶融範囲 17が前述のように限定され、適正な溶融深さ L2が確保され、しかも拡径部端面 6が鋼板部品 9の表面 9Aに確実に密着するのである。

[0115] 溶接方法の作用効果は、つぎのとおりである。

[0116] 本発明における溶接方法は、前述の問題を解決するために提供されたものであり、雄ねじ 8が形成された軸部 2と、この軸部 2と一体的に形成され軸部 2の直径よりも大径とされた円形の拡径部 3と、端面に外周側が低くなる小さな傾斜角 Θ 2のテーパ部 15を有する初期溶融部 4Aとこの初期溶融部 4Aに連なる主溶融部 4B力なるとともに前記軸部 2とは反対側の拡径部中央に配置されている円形の溶着用突起 4とによつて形成されたプロジェクション溶接用ボルト 1を準備し、前記溶着用突起 4を鋼板部品 9に加圧後通電し、この加圧通電条件を溶着用突起 4だけが溶融してその領域が鋼板部品 9に溶着しその外周側の拡径部 3の端面 6が鋼板部品 9の表面 9Aに密着するように設定して溶接するものである。

[0117] 溶接方法の作用効果は、基本的には前述のボルトと同様である。

[0118] 上述のように、溶着用突起 4だけが溶融してその領域が鋼板部品 9に溶着しその外周側の拡径部 3の端面 6が鋼板部品 9の表面 9Aに密着するような加圧通電条件が設定されている。このときの溶融進行の状態は、初期溶融部 4Aの全面的な溶融が主溶融部 4Bの円形断面全体の溶融と化してボルト 1の軸線方向に進行し、それにともなつて鋼板部品 9側に生じる溶融は溶着用突起 4の領域に限定されたものとなる。このように限定された溶融であるから、鋼板部品 9側の溶融深さ L2が大きくなり溶接強度が向上する。同時に、溶着用突起 4の外周側の拡径部 3の端面 6が鋼板部品 9 の表面 9Aに密着するので、中央部における十分な溶接強度と前記密着が複合して、ボルト 1の傾きがなく軸部長さ L3の均一な高い溶接強度が確保できる。したがって、曲げ荷重が作用したりしても、容易に溶着部 17が剥離するようなことがない。さらに、溶着用突起 4だけを溶融させる通電条件であるから、溶着用突起 4の体積に適合した電流値ゃ通電時間などの通電条件を設定すればよぐ通電条件を設定する因子が単純化されて通電制御が行いやすくなり、溶接品質が安定する。同時に、電力消費が少なくなつて経済的である。

[0119] すなわち、中央部における溶融深さ L2の大きな溶着状態が狭い領域において形成され、この溶着部分 17から離隔した拡径部 3の周縁部分までの端面領域が鋼板部品 9に密着している。したがって、溶接強度は中央部において確保され、曲げ荷重に対しては前記密着と中央部の溶着によって高い剛性が得られる。

[0120] 上述のような溶融範囲 17,溶融深さ L2および拡径部端面 6の密着を良好な状態で確保するために、加圧通電条件が設定されている。この条件は、溶着用突起 4だけを溶融させる条件として、電流値ゃ通電時間が所定値に設定され、とくに通電時間が重要である。通電は加圧後に開始され、初期溶融部 4Aの溶融開始から主溶融部 4 Bの溶融完了時期まで継続される。また、鋼板部品 9に対する加圧力は、溶着用突起 4の溶融範囲 17が外周側に拡大することがなぐし力も鋼板部品 9の溶融深さ L2 が所定の値になるように設定される。そして、拡径部端面 6は、前記の溶融範囲 17, 溶融深さ L2が適正に求められることに相関した状態で、鋼板部品 9の表面 9Aに密着するのである。

[0121] 前記プロジェクシヨン溶接用ボルト 1には、前記拡径部 3の外周部と前記溶着用突起 4の基部 5とを前記外周部側が低くなる傾斜面 6で接続した塑性変形部 7が形成され、この塑性変形部 7は、前記傾斜面 6の傾斜角 θ 1に応じた厚さを有する中央部の円形の溶融部 7Aと、前記基部 5から外周部に向力つて厚さが次第にうすくなる環状の軟ィ匕部 7Bとによって構成され、円形の前記溶融部 7Aの溶融熱によって前記軟化部 7Bの変形を促進する。

[0122] 前記塑性変形部 7は、前記傾斜面 6の傾斜角 θ 1に応じた厚さを有する中央部の円形の溶融部 7Aと、前記基部 5から外周部に向力つて厚さが次第にうすくなる環状の軟ィ匕部 7Bとによって構成されて、る。溶着用突起 4だけが溶融されてもそれに連なる塑性変形部 7の溶融部 7Aも溶融状態になり、この溶融熱が前記軟化部 7Bに伝熱されてこの部分が軟化する。加圧力は継続的に作用しているので、軟化部 7Bの金属材料が中央の溶融部分 17の方へ流動しながら、傾斜した拡径部 3すなわち軟ィ匕部 7Bの端面 6が鋼板部品 9の表面 9Aに密着してゆく。

[0123] 上記の軟化部 7Bの金属材料は、加圧によって外周側に流動しょうとする力その反力によって中央の変形性のある溶融部分 17の方へ流動し、前記密着がなされるのである。このとき中央の溶融部分 17に対して外周側から金属材料（7B)の流動圧が作用するので、溶融部分 17はボルト 1の軸方向に拡大成長し、それによつて鋼板部品 9の溶融深さ L2が増大する。そして、軟ィ匕部 7Bは溶融部 7Aに近い厚さの大きな部分の方が外周側に比して高温であるから、肉厚の大きな箇所の変形性が十分に得られ、溶融箇所 17側への金属材料 (7B)の流動が良好に確保できる。

[0124] 上述のような塑性変形部 7の溶融と変形挙動であるから、溶着用突起 4の領域に限定された部分の溶融が形成され、しかもその溶融深さ L2が溶接強度面で十分な値になる。また、軟化部 7Bは溶着用突起 4や溶融部 7Aの溶融熱で加熱されているので、その変形性が良好なものとなり、傾斜した拡径部 3の端面 6が鋼板部品 9の表面に確実 9Aに密着する。

[0125] 前記加圧通電条件は、溶着用突起 4の領域とそれに対向する鋼板部品 9を溶融するのに適したものである。 [0126] このような加圧通電条件が設定されているので、溶融範囲 17が溶着用突起 4の範囲に設定され、溶融深さ L2を所定値に設定することができる。

[0127] 溶接電流の通電は、初期溶融部 4A全域が通電初期段階で溶融し、それに引き続く主溶融部 4Bの溶融が終了する時期まで実行される。

[0128] このような通電制御を行うことによって、溶着用突起 4だけを適確に溶融させることができる。

[0129] また、上述の実施例から明らかなように、請求項 3〜請求項 8に記載の各種数値などを特定して、請求項 9〜請求項 12に記載した溶接方法を実施することにより、前述のような良好な溶接が実現する。

産業上の利用可能性

[0130] 上述のように、本発明によれば、溶着用突起や塑性変形部の体積および加圧通電条件などを設定して、良好な溶接品質が確保されるものである。したがって、自動車の車体溶接工程や家電製品の鋼板溶接工程などにおいて、広く活用できることが期待される。

Claims

請求の範囲

[1] 雄ねじが形成された軸部と、この軸部と一体的に形成され軸部の直径よりも大径とされた円形の拡径部と、端面に外周側が低くなる小さな傾斜角のテーパ部を有する初期溶融部とこの初期溶融部に連なる主溶融部からなるとともに前記軸部とは反対側の拡径部中央に配置されている円形の溶着用突起とによって形成され、この溶着用突起はそれだけが溶融する溶接電流が通電されるものであり、溶着用突起を鋼板部品に加圧後通電することにより、溶着用突起の領域が鋼板部品に溶着しその外周側の拡径部の端面が鋼板部品の表面に密着するように構成したことを特徴とするプロジェクシヨン溶接用ボルト。

[2] 前記拡径部の端面に、拡径部の外周部と前記溶着用突起の基部とを前記外周部側が低くなる傾斜面で接続することによって塑性変形部が形成され、この塑性変形部は、前記傾斜面の傾斜角に応じた厚さを有する中央部の円形の溶融部と、前記基部から外周部に向かって厚さが次第にうすくなる環状の軟ィ匕部とによって構成されている請求項 1記載のプロジェクシヨン溶接用ボルト。

[3] 前記拡径部の直径に対する溶着用突起の直径の比が、 0. 3〜0. 6である請求項 1 または請求項 2記載のプロジェクシヨン溶接用ボルト。

[4] 前記初期溶融部の体積に対する前記主溶融部の体積の比が、 4. 0〜6. 5である請求項 1〜請求項 3のいずれかに記載のプロジェクシヨン溶接用ボルト。

[5] 前記溶着用突起の体積は塑性変形部の体積よりも小さく設定されている請求項 2

〜請求項 4のいずれか〖こ記載のプロジェクシヨン溶接用ボルト。

[6] 前記溶着用突起の体積に対する前記塑性変形部の体積の比が、 1. 3〜2. 0である請求項 2〜請求項 5のいずれかに記載のプロジェクシヨン溶接用ボルト。

[7] 前記初期溶融部のテーパ部の傾斜角度は、 5〜14度である請求項 1〜請求項 6のいずれか〖こ記載のプロジェクシヨン溶接用ボルト。

[8] 前記塑性変形部の傾斜面の傾斜角度は、 5〜14度である請求項 2〜請求項 7のいずれかに記載のプロジェクシヨン溶接用ボルト。

[9] 雄ねじが形成された軸部と、この軸部と一体的に形成され軸部の直径よりも大径とされた円形の拡径部と、端面に外周側が低くなる小さな傾斜角のテーパ部を有する初期溶融部とこの初期溶融部に連なる主溶融部からなるとともに前記軸部とは反対側の拡径部中央に配置されている円形の溶着用突起とによって形成されたプロジェクシヨン溶接用ボルトを準備し、前記溶着用突起を鋼板部品に加圧後通電し、この加圧通電条件を溶着用突起だけが溶融してその領域が鋼板部品に溶着しその外周側の拡径部の端面が鋼板部品の表面に密着するように設定して溶接することを特徴とするプロジェクシヨン溶接用ボルトの溶接方法。

[10] 前記プロジェクシヨン溶接用ボルトには、前記拡径部の外周部と前記溶着用突起の基部とを前記外周部側が低くなる傾斜面で接続した塑性変形部が形成され、この塑性変形部は、前記傾斜面の傾斜角に応じた厚さを有する中央部の円形の溶融部と、前記基部から外周部に向かって厚さが次第にうすくなる環状の軟ィ匕部とによって構成され、円形の前記溶融部の溶融熱によって前記軟化部の変形を促進する請求項

9記載のプロジェクシヨン溶接用ボルトの溶接方法。

[11] 前記加圧通電条件は、溶着用突起の領域とそれに対向する鋼板部品を溶融するのに適したものである請求項 9または請求項 10記載のプロジェクシヨン溶接用ボルトの溶接方法。

[12] 溶接電流の通電は、初期溶融部全域が通電初期段階で溶融し、それに引き続く主溶融部の溶融が終了する時期まで実行される請求項 9〜請求項 11のいずれかに記載のプロジェクシヨン溶接用ボルトの溶接方法。