WO2015001872A1 - プロジェクションボルトの溶接方法 - Google Patents

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青山　好高
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    • F16B37/04—Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates
    • F16B37/06—Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates by means of welding or riveting
    • F16B37/061—Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates by means of welding or riveting by means of welding

Definitions

  • the present invention relates to a welding method for welding a projection bolt composed of a shaft portion, a diameter-enlarged portion formed integrally with the shaft portion, and a welding protrusion disposed in the center of the diameter-extended portion to a thin steel plate. It is related.
  • Patent Document 1 discloses a projection constituted by a shaft portion, a diameter-enlarged portion formed integrally with the shaft portion, and a welding protrusion disposed at the center of the diameter-extended portion. It is described that a bolt is welded to a steel plate part by electric resistance welding.
  • the projection bolt disclosed in Patent Document 1 has the shape shown in FIG. 10A.
  • the projection bolt 20 is made of iron, and includes a shaft portion 21 in which a male screw is formed, a circular enlarged diameter portion 22 formed integrally with the shaft portion 21 and having a diameter larger than the diameter of the shaft portion 21, It is comprised by the circular welding protrusion 23 arrange
  • the welding protrusion 23 is a circular raised shape portion having a smaller diameter than the enlarged diameter portion 22, and includes a tapered portion 24 having a small inclination angle and a top portion 25 having a sharp central portion on the distal end surface side. .
  • the end surface of the enlarged diameter part 22 in parts other than the welding protrusion 23 is made into the taper surface 26 where the outer peripheral side became low.
  • Patent Document 1 The invention described in Patent Document 1 (hereinafter referred to as the prior invention) has been put into practical use by Yoshitaka Aoyama and Shoji Aoyama, the inventors of the invention according to the present patent application.
  • the inventors have succeeded in practical use of the prior invention by welding projection bolts to steel plate parts of an automobile body. That is, the welding protrusion 23 is welded to the steel plate part 27 at the center of the enlarged diameter portion 22, and the tapered surface 26 is in close contact with the surface of the steel plate part 27.
  • the weld quality of a predetermined melted state and weld strength is ensured by such welding at the center and adhesion between the other parts, that is, “center welding / overall contact”.
  • FIG. 10B The situation is shown in FIG. 10B.
  • a receiving hole 29 is formed in the movable electrode 28 that moves forward and backward, and the projection bolt 20 is held by the movable electrode 28 by inserting the shaft portion 21 therein.
  • a steel plate part 27 made of a high-strength steel plate is placed on the fixed electrode 30, and the welding projection 23 is pressed onto the steel plate part 27 by the advancement of the movable electrode 28, so that a welding current is applied. Thereby, the welding projection 23 and the steel plate part 27 are in a molten state, and the bolt 20 is welded to the steel plate part 27 as shown in the figure.
  • the welded state shown in FIG. 10B is an abnormal mode.
  • the melted portion 32 painted black is formed across the entire thickness of the steel plate part 27. That is, as viewed in the thickness direction of the steel plate part 27, the entire plate thickness is once melted and then solidified.
  • Such an excessive melting phenomenon is likely to occur when the plate thickness is reduced to 0.65 mm or 0.7 mm, and a large amount of heat on the projection bolt 20 side with respect to a thin plate thickness having a small heat capacity. It is thought that this occurred due to the influence.
  • the molten volume on the projection bolt 20 side is excessive with respect to the thin plate, and it is a thin plate even if the welding conditions such as the applied pressure, energization time and current value, and the volume of the molten metal are accurately controlled. Excessive melting occurs throughout the thickness.
  • the melting range of the steel plate viewed in the thickness direction of the steel plate parts is limited to half or two thirds of the plate thickness, and the required welding is performed. Strength is secured. That is, the base material which is a non-melting part is left behind.
  • the welding strength can be ensured in this way because the melting range is the region as described above, so that the base material part that has not been melted maintains the strength of the steel sheet itself, and the boundary area between the molten part and the non-melted part is This is considered to be because the bonding strength between the melted portion and the non-melted portion becomes a sufficient value due to widening.
  • the melted portion (Nugget) 32 is solidified by rapid cooling after completion of energization, it becomes a martensite structure, has extremely high hardness, and is brittle.
  • the tissue change portion appears as a satin portion in the figure.
  • Such a satin place is generally known as a heat affected zone (HeatHAffected Zone / HAZ).
  • This portion is indicated by reference numeral 33 and is not as brittle as the melted portion 32, but is more brittle than the base material portion.
  • the present invention is provided in order to solve the above-mentioned problems.
  • the projection bolt may be simply expressed as a bolt.
  • a shaft portion on which a male screw is formed a circular enlarged portion formed integrally with the shaft portion and having a diameter larger than the diameter of the shaft portion, and an outer periphery on the end surface
  • a circular welding having a circular initial melting portion having a taper portion with a small inclination angle that becomes lower on the side and a main melting portion connected to the initial melting portion, and being arranged at the center of the enlarged diameter portion on the side opposite to the shaft portion
  • the projection bolt formed by the projection is welded to the steel plate component by electric resistance welding in a state where the welding projection is pressed between the pair of electrodes to the steel plate component made of thin steel plate,
  • the pair of electrodes is configured such that an electrode for holding a projection bolt and an electrode on which a steel plate part is placed are arranged coaxially, Add the heat of fusion of the main melting part to the initial melting part that became a flat melting region in the initial stage of melting, or depending on the pressure of the molten metal contained between the main melting part
  • melting heat addition adding the heat of fusion of the main melting portion to the initial melting portion that has become a flat melting region in the initial stage of melting. Further, in the above configuration, the progress of the melting of the steel plate part by the pressure of the molten metal confined between the main melting part and the non-melting part of the steel plate part is abbreviated as “use of pressure”.
  • the problem in the present invention is solved by either a welding method including “melting heat addition” or a welding method including “pressure utilization”.
  • Melting heat addition is performed by melting the steel plate part in the thickness direction by complementing the amount of heat from the main melting portion.
  • use of pressure is performed by melting the steel plate part in the thickness direction by the pressure of the contained molten metal.
  • melting heat addition and “pressure use” can be combined to be used as a simultaneous phenomenon.
  • the welding protrusion is formed of an initial melting portion having a tapered portion with a small inclination angle whose outer peripheral side is lowered on the end surface and a main melting portion continuous with the initial melting portion, the melting portion of the initial melting portion is simultaneously melted. Progressively the surface of the steel plate part starts to melt. At the same time, melting proceeds in the main melting portion. At this time, if the volume of the initial melted portion is large, the amount of heat of fusion of the initial melted portion itself increases, so that the amount of melt on the steel sheet component side also increases in proportion thereto. In addition to the increase in the amount of melting on the steel sheet component side, a large amount of heat of fusion in the main melting part is introduced into the steel sheet part through the large initial melting part.
  • the surface of the steel sheet component starts to melt simultaneously with the melting of the volume portion of the initial melting portion, and the melting also proceeds in the main melting portion.
  • the volume of the initial melted portion is small, the amount of heat of fusion of the initial melted portion itself becomes small, so the amount of melt on the steel sheet component side also decreases in proportion thereto.
  • the heat of fusion in the main melting portion is less injected into the steel plate component through the small volume initial melting portion.
  • the amount of heat put into the steel plate part becomes too small and the melting in the thickness direction is slight. It becomes. That is, it is indispensable to set so that the volume of the initial melted portion is not too small with respect to the steel plate part.
  • the volume of the initial melting part corresponds to the volume of the steel plate part.
  • the volume of the steel plate part having the same diameter as that of the circular initial melting portion is made to correspond.
  • the volume of the steel plate part having the same diameter as the circular initial melted part is the part that is most directly affected by the heat of the initial melted part.
  • the present invention is important in that it has been found that the volume of the initial melted portion relative to the volume of the steel plate component having the same diameter as the circular initial melted portion directly affects the melting region of the steel plate component.
  • the ratio of the volume of the initial melted portion to the volume of the steel plate part having the same diameter as that of the circular initial melted portion is set to a predetermined value.
  • This predetermined ratio is 0.08 where the melting amount in the sheet thickness direction of the steel plate part becomes the lower limit predetermined value by adding the heat of fusion of the main melting part, and melting in the thickness direction of the steel sheet part by adding the melting heat of the main melting part The amount is set to 0.20 so as not to exceed the upper limit predetermined value.
  • the volume of the steel plate part having the same diameter as the circular initial melted portion is abbreviated as “steel plate volume”.
  • the ratio of the volume of the initial melting portion to the “steel plate volume” is changed from 0.08 at which the melting amount in the plate thickness direction of the steel plate component becomes the lower limit predetermined value by adding the heat of fusion of the main melting portion. Since the welding amount is set to 0.20 so that the amount of melting in the sheet thickness direction of the steel sheet part does not exceed the upper limit predetermined value by adding the heat of fusion, the melted part and the structure change part in the vicinity thereof are the entire thickness of the sheet.
  • dissolved exists between the structure change part near a fusion
  • this base material part fulfills the function of maintaining the strength as a steel plate part, and the weld joint strength of the bolt can be sufficiently secured.
  • the bonding strength of this boundary area part can be kept high, and even if an external force in the bending direction acts on the bolt, it can be easily cracked, etc. Will not occur.
  • the shape of the initial melted part before melting is a flat conical shape, but the conical shape disappears at the initial stage of melting and becomes a flat melting region integrated with the molten part of the surface part of the steel plate part.
  • the phenomenon that the heat of fusion of the main melting part is added to the steel plate part or the heat of fusion of the main melting part is transferred to the steel plate part via the initial melting part is mainly in the flat melting region. This means that the melting heat of the melting part is transmitted, and then the heat is transferred to the non-melting region of the steel plate part, thereby expanding the melting range of the steel plate part.
  • the numerical value of 0.08 to 0.20 set as described above is important for practical use in order to optimize the amount of melting in the plate thickness direction of the steel plate component. This is based on the basic phenomenon of “melting heat addition”.
  • a gap is left between the vicinity of the outer periphery of the enlarged diameter portion and the surface of the steel sheet component, the lower surface of the enlarged diameter portion forming the void, the outer peripheral surface of the main melting portion, and the exposed portion of the melting portion
  • the coating liquid can be adhered to the surface of the steel plate component by discharging the air in the gap.
  • the gap between the outer periphery of the enlarged diameter portion and the surface of the steel plate part is too narrow, the fluid of the coating liquid in the gap cannot be obtained due to the viscosity of the coating liquid, so the air stagnating in the gap is discharged. Without being sealed, it will be contained in the coating liquid. There is a problem that rust is generated due to the enclosed air.
  • the presence of the rust is caused by the presence of a gap that does not enclose bubbles with the coating liquid between the vicinity of the outer periphery of the enlarged diameter portion and the surface of the steel plate part.
  • the problem is solved.
  • the gap between the vicinity of the outer periphery of the enlarged diameter portion and the surface of the steel plate part can be secured as a sufficient space by the height dimension of the main melted portion in the thickness direction of the steel plate component, The inflow of liquid is actively performed. By such a flow, the air in the gap is discharged, and the coating liquid adheres to the surface of the enlarged diameter part, the main melting part, the exposed part of the melted part, the steel plate part, etc. that form the gap, and the bubbles are enclosed.
  • the problem of rust generation as described above is eliminated.
  • the ratio of the circular area of the initial melted portion to the plate thickness of the steel plate part is set to 100, for example, the ratio of the melted area to the plate thickness of the thin steel plate becomes large. Since such a large area of molten metal in a wide area is placed in a pressurized state, the internal pressure of the liquefied metal is kept low. For this reason, the amount of heat per unit area transferred from the molten metal to the non-molten portion of the steel sheet is reduced, and the amount of penetration of the non-molten portion in the thickness direction is reduced.
  • the melting range in the surface direction of the thin steel sheet is increased, the heat of fusion is transmitted from a long outer periphery to a wide area, the amount of heat toward the sheet thickness direction is reduced, and the progress of penetration in the sheet thickness direction progresses. Alleviated. Therefore, when the ratio of the circular area of the initial melted portion to the plate thickness of the steel plate part is set to a large value such as 100, the progress of penetration in the plate thickness direction is mitigated, and excessive melting can be prevented. The welding strength is maintained properly.
  • plate thickness area ratio ratio of the circular area of the initial melted portion to the plate thickness of the steel plate part
  • the “plate thickness area ratio” is set to 50, for example, the ratio of the molten area to the plate thickness of the thin steel plate is small. Since the molten metal of such a narrow area with a narrow area is put in a pressurized state, the internal pressure of the liquefied metal is kept high. For this reason, the amount of heat per unit area transmitted from the molten metal to the non-molten portion of the steel sheet is increased, and the amount of penetration of the non-molten portion in the thickness direction is increased. In addition, since the melting range in the plane direction of the thin steel sheet is reduced, the heat of fusion is transmitted from the short outer periphery to the narrow area, the amount of heat in the thickness direction is increased, and the progress of penetration in the thickness direction is promoted. Is done. Therefore, when the above-mentioned “plate thickness area ratio” is set to be as small as 50, the progress of penetration in the plate thickness direction is promoted, the melting depth becomes large, and the welding strength of the projection bolt is appropriately set. Kept.
  • the molten metal is confined between the initial melted portion and the non-melted portion of the thin steel plate in the early stage of melting, and the main molten portion and the non-melted steel plate are not melted in the later stage of melting.
  • the pressure state of the liquefied metal influences the progress of melting in the non-melting portion. That is, a phenomenon in which heat conduction is positively performed from the high-pressure molten metal to the non-molten portion, and a slow heat conduction from the low-pressure molten metal to the non-melted portion is an important point. Since such a phenomenon is developed as in the “plate thickness area ratio” exemplified above, excessive melting and under-melting in the plate thickness direction can be prevented, and appropriate welding strength can be ensured.
  • plate thickness area ratio 100 and 50 exemplified as described above are important in practical use in order to optimize the amount of melting in the plate thickness direction of the steel plate parts. The selection is based on the basic phenomenon of “pressure use”.
  • effect use and “melting heat addition” are the same in terms of the operational effect relating to the presence of a void between the vicinity of the outer periphery of the enlarged diameter portion and the surface of the steel plate part.
  • the steel plate part having the same diameter as the circular initial melting part
  • the ratio of the volume of the initial melted part to the volume of the steel is selected, or the melting of the steel sheet part is advanced by the pressure of the molten metal confined between the main melted part and the non-melted part of the steel sheet part.
  • a projection bolt welding method is provided in which the ratio of the circular area of the initial melted portion to the plate thickness of the steel plate part is selected.
  • the addition of the heat of fusion of the main melting portion to the initial melting portion that has become a flat melting region in the initial stage of melting means that the steel plate part having the same diameter as the circular initial melting portion is added.
  • the ratio of the volume of the initial melting part to the volume is selected.
  • the shape of the initial melted part before melting is a flat conical shape, but the conical shape disappears at the initial stage of melting and becomes a flat melting region integrated with the molten part of the surface part of the steel plate part.
  • the phenomenon that the heat of fusion of the main melting part is added to the steel plate part or the heat of fusion of the main melting part is transferred to the steel plate part via the initial melting part is mainly in the flat melting region.
  • the melting heat of the melting part is transmitted, and then the heat is transferred to the non-melting region of the steel plate part, and the melting range of the steel plate part is expanded.
  • the relationship between the volume of the initial melted part and the volume of the steel plate part having the same diameter as that of the circular initial melted part is essential.
  • the phenomenon described above is such that the molten metal is confined between the initial molten part and the non-molten part of the thin steel sheet in the initial stage of melting, and in the later stage of melting, Since it is in a state of being confined between the main melting portion and the non-melting portion of the thin steel plate, the pressure state of the liquefied metal influences the progress of melting of the non-melting portion. That is, a phenomenon in which heat conduction is positively performed from the high-pressure molten metal to the non-molten portion, and a slow heat conduction from the low-pressure molten metal to the non-melted portion is an important point.
  • the ratio of the volume of the initial melted portion to the volume of the steel plate part having the same diameter as that of the circular initial melted portion is 0.08 to 0.20, or
  • a projection bolt welding method is provided in which the ratio of the circular area of the initial melted portion to the plate thickness of the steel plate component is 45 to 105.
  • the ratio of the volume of the initial melting portion to the “steel plate volume” is set to 0.08, so that the thickness of the steel sheet component in the thickness direction of the main melting portion is increased.
  • the melting amount becomes the lower limit predetermined value.
  • the ratio by setting the ratio to 0.20, the amount of melting in the sheet thickness direction of the steel sheet component by adding the heat of fusion in the main melting part becomes the upper limit predetermined value. Therefore, the melted portion and the structure change portion in the vicinity thereof are not formed over the entire plate thickness, and the unmelted base material portion is left between the structure change portion in the vicinity of the melt portion and the steel plate surface.
  • this base material part fulfills the function of maintaining the strength as a steel plate part, and the weld joint strength of the bolt can be sufficiently secured.
  • the bonding strength of this boundary area part can be kept high, and even if an external force in the bending direction acts on the bolt, it can be easily cracked, etc. Will not occur.
  • plate thickness area ratio In the case of “use of pressure”, when the above-mentioned “plate thickness area ratio” is set to be as small as 45, the progress of the penetration in the plate thickness direction is promoted and the melt depth becomes large, and the projection bolt The welding strength is maintained properly.
  • plate thickness area ratio is set to a large value such as 105, the progress of penetration in the plate thickness direction is mitigated, excessive melting can be prevented, and the welding bolt's welding strength can be maintained appropriately.
  • both of “melting heat addition” and “use of pressure” are steel plate parts. Since it is common in the aspect of ensuring proper welding strength by preventing over- and under-melting in the plate thickness direction, it should be used as a simultaneous phenomenon by combining "melting heat addition” and "use of pressure” Can do.
  • FIG. 3A It is a side view of a projection bolt. It is an enlarged view of the head part of the projection bolt in FIG. 1A. It is sectional drawing which shows the state which inserted
  • Example 1A to 6 show Example 1 of the present invention based on “melting heat addition”.
  • the shape of the iron projection bolt 1 is shown in FIG. 1A.
  • the bolt 1 includes a shaft portion 2 on which a male screw is formed, a circular enlarged diameter portion 3 formed integrally with the shaft portion 2 and having a diameter larger than the diameter of the shaft portion 2, and the shaft portion 2. Is formed by a circular welding protrusion 4 arranged in the center of the enlarged diameter portion on the opposite side.
  • Reference numeral 5 denotes a male screw formed on the outer peripheral surface of the shaft portion 2 and has a valley portion and a mountain portion.
  • the welding protrusion 4 is composed of an initial melting portion 4A and a main melting portion 4B as shown in FIGS. 1A and 3A.
  • the initial fusion part 4A is a flat conical part formed by providing a taper part 6 with a small taper inclination angle at the outer peripheral side of the end face of the welding projection 4 to be lowered.
  • a sharp top portion 7 is formed at the center of the initial melting portion 4A.
  • the main melting part 4B is a truncated cone shaped part formed in a state of being connected to the initial melting part 4A. Since the bolt 1 is subjected to mold molding, roll processing, and the like, when observed in an enlarged manner, the top portion 7 actually has a slightly rounded shape instead of a sharply pointed shape.
  • FIG. 1B shows the dimensions and inclination angles of each part to facilitate understanding of the dimensional state of the example.
  • the diameter (crest diameter) of the shaft portion 2 is 5.5 mm
  • the length of the shaft portion 2 is 24.5 mm
  • the diameter and thickness of the enlarged diameter portion 3 are 13.2 mm and 1.0 mm, respectively. It is.
  • the diameter of the end face (tapered portion 6) of the welding protrusion 4 is 9.0 mm
  • the height (thickness) of the initial melting portion 4A is 0.32 mm
  • the height (thickness) of the main melting portion 4B is 0.00.
  • the inclination angle ⁇ of 9 mm and the taper portion 6 is 4.5 degrees.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the bolt 1 is welded to the steel plate part 8.
  • the movable electrode 9 is advanced and retracted by an air cylinder or an advancing / retracting output type electric motor (not shown).
  • a receiving hole 10 is opened in the longitudinal direction of the movable electrode 9 at the center of the end face, and a permanent magnet 11 is attached to the inner part.
  • the steel plate component 8 is placed on a fixed electrode 12 arranged coaxially with the movable electrode 9.
  • FIG. 2 shows a state in which the movable electrode 9 holding the bolt 1 has advanced and the welding projection 4 is being pressed against the steel plate component 8.
  • the top portion 7 and the tapered portion 6 in the vicinity thereof are recessed into the surface of the steel plate component 8 by this pressurization, although not shown.
  • the tip end portion of the taper portion 6 of the initial melting portion 4A slightly bites into the surface of the steel plate component 8, and the contact area between the welding projection 4 and the steel plate component 8 is increased. In this state, a welding current is applied and welding to the steel plate part 8 is performed.
  • the relationship of the volume of the partial shape part of the projection bolt 1 with respect to the volume of the predetermined part of the steel plate part 8 is closely related to the molten state in the steel plate part 8. That is, it is the relationship between the volume of the steel plate part 8 having the same diameter as the circular initial melting part 4A and the volume of the initial melting part 4A.
  • the steel plate part 8 having the same diameter as the circular initial melting portion 4A is a disc portion 8A, and this volume is the above-described “steel plate volume”.
  • the steel plate component 8 here has a plate thickness of 0.65 mm.
  • the volume of the disc portion 8A is 41.33 mm 3 .
  • the initial melting part 4A has a volume of 6.79 mm 3 because its height is 0.32 mm and the diameter is 9.0 mm as described above. Therefore, the ratio of the volume of the initial molten portion 4A to the volume of the disc portion 8A, that is, the “steel plate volume” is 0.16.
  • the applied pressure by the movable electrode 9, that is, the applied pressure of the welding projection 4 to the steel plate part 8 is 2300 N
  • the welding current is 14000 A
  • the energization time is 8 cycles.
  • the energization time of 8 cycles is the time from the start of energization to the start of melting of the initial melted part 4A after the elapse of a predetermined time and the subsequent end of melting of the main melted part 4B.
  • One cycle is 1/60 second.
  • the setting range of each condition is a pressure of 2000 to 3000 N, a welding current of 10,000 to 15000 A, and an energization time of 5 to 10 cycles.
  • FIG. 4A is an initial stage of energization in which a welding current is energized in the pressed state of FIG. 2, and the vicinity of the top portion 7 and the corresponding steel plate part 8 (disc portion 8A) are slightly melted. This melting point is indicated by reference numeral 14.
  • the melted portion 14 expands into a circular shape in the radial direction by a substantially planar melting range due to the inclination angle of the tapered portion 6. This expanded transient is shown in FIG. 4B.
  • the melting of the main melting portion 4B is started simultaneously following the melting of the entire initial melting portion 4A.
  • the entire surface of the steel plate part 8 corresponding to the circular range of the initial melting part 4A that is, the part close to the surface of the disk part 8A is melted by the melting of the initial melting part 4A.
  • the main melted portion 4B is not melted in the entire thickness direction, and is in a range from one half to one third as viewed in the thickness direction of the main melted portion 4B. Is melted.
  • the above-mentioned welding conditions such as the applied pressure, current value, and energization time are determined so that melting in such a range is performed in the main melting portion 4B.
  • the heat of melting in the main melting portion 4B is added to the melting heat of the initial melting portion 4A and charged into the steel plate component 8, and the melting range state in the steel plate component 8 is ensured appropriately.
  • the shape before melting of the initial melting portion 4A is a flat conical shape as shown in the figure, but the conical shape disappears at the initial stage of melting and becomes integrated with the melting portion of the surface portion of the steel plate part 8. It is a flat melting zone.
  • the phenomenon that the melting heat of the main melting portion 4B is added to the steel plate component 8 or the melting heat of the main melting portion 4B is transferred to the steel plate component 8 via the initial melting portion 4A is as described above. This means that the melting heat of the main melting part 4B is transmitted to the flat melting region and then transferred to the non-melting region (solid phase) of the steel plate component 8 to expand the melting range of the steel plate component 8.
  • FIG. 4D is a partial enlarged cross-sectional view showing the state of the structure after completion of the welding, and the blacked-out portion is the melted portion 14, which is the nugget described above. And the part which appears in the vicinity of the fusion
  • the tissue change portion 15 is shown with a satin finish in the drawing.
  • Reference numeral 16 denotes a non-melting portion in the disc portion 8A, which is formed by the structure changing portion 15 and the base material 17 of the steel plate not subjected to thermal influence, and the thickness thereof is indicated by T1.
  • the thickness of the base material 17 alone is indicated by T2.
  • the above melting process proceeds by a combined melting phenomenon of the initial melting part 4A and the main melting part 4B.
  • the surface of the steel plate part 8 starts to melt simultaneously with the melting of the volume portion of the initial melting portion 4A.
  • melting proceeds in the main melting portion 4B.
  • the volume of the initial melted part 4A is large, the heat of fusion of the initial melted part 4A itself is increased, so the amount of melt on the steel plate part 8 side is also increased in proportion thereto.
  • a large amount of heat of fusion in the main melting part 4B is introduced into the steel plate part 8 through the large initial melting part 4A.
  • the surface of the steel plate component 8 starts to melt simultaneously with the melting of the volume portion of the initial melting portion 4A, and the melting also proceeds in the main melting portion 4B.
  • the heat of fusion of the initial melted part 4A itself becomes small, so the amount of melt on the steel plate part 8 side also decreases in proportion thereto.
  • the heat of fusion in the main melting part 4B is less injected into the steel sheet part 8 through the small initial melting part 4A.
  • the amount of heat input to the steel plate component 8 becomes too small, and melting in the thickness direction Is a little. That is, it is indispensable to set the volume of the initial melting portion 4A so as not to be too small with respect to the steel plate part 8.
  • the volume ratio of the initial melting part 4A to the disk part 8A is an important factor.
  • the volume ratio is set to 0.16 as in this example, the amount of heat of fusion of the initial melting portion 4A itself and the amount of heat supplied from the main melting portion 4B are appropriately converged, and the steel component 8 side is melted.
  • the quantity is set as shown in FIG. 4D. That is, a state where the non-melting portion 16 and the base material 17 are appropriately placed can be secured.
  • the volume of the initial melted part 4A is excessive or too small with respect to the volume of the steel plate part 8, so that the volume of the initial melted part 4A is reduced to the steel plate part.
  • a predetermined range is set in correlation with the volume on the 8th side, and the amount of heat that is insufficient for proper melting of the steel plate parts is supplementarily supplied from the main melting portion 4B.
  • the volume of the initial melting portion 4A in a range that does not cause any harm to the initial melting of the steel plate component 8 is set in correlation with the “steel plate volume”, and the amount of heat that is insufficient for the proper melting of the steel plate component 8 is the main melting portion 4B.
  • the heat of fusion of the main melting part 4B as described above is complementarily supplied to the steel plate part 8 via the initial melting part 4A, it is necessary to adjust the amount of melting of the main melting part 4B. In other words, if the amount of added heat from the main melting part 4B becomes excessive, excessive melting occurs in the steel plate part 8. Moreover, if the amount of added heat from the main melting part 4B becomes too small, the steel plate part 8 becomes undermelted.
  • the volume of the main melting part 4B having the dimensions shown in FIG. 1B is about 58.54 mm 3 , and is about one half to three minutes of about 58.54 mm 3 continuously with the melting of the initial melting part 4A. 1 is melted. This half to one-third melting is seen in the thickness direction of the steel plate part 8.
  • the reason why “about” is given as about 58.54 mm 3 is that the outer peripheral surface of the main melting portion 4B is a tapered surface.
  • the thickness T1 of the non-molten portion 16 is 0.4 mm,
  • the thickness T2 was 0.3 mm.
  • FIG. 5 is a diagram showing a relationship between the ratio of the volume of the initial melted portion to the “steel plate volume” and T1 and T2.
  • T1 is 0.4 mm and T2 is 0.3 mm. This value is appropriate for the amount of penetration of the steel plate part 8 in the thickness direction and the thickness of the base material 17.
  • the gap C between the vicinity of the outer periphery of the enlarged diameter portion 3 and the surface of the steel plate part 8 is such that no bubbles are enclosed by the coating liquid after welding is completed. Is kept.
  • This gap C is 0.5 mm. Further, the size of the gap C can be adjusted to 0.4 mm or 0.6 mm by changing the welding conditions such as the applied pressure, the current value, and the energizing time.
  • Correlation lines T1 and T2 in FIG. 5 are formed by connecting the values of T1 and T2 obtained by sequentially changing the volume ratio in this way.
  • T1 and T2 can be set to various values by changing the volume ratio.
  • T1 is excessive, that is, in the thickness direction of the melted portion 14.
  • the amount of penetration may be insufficient, or only the central part of the initial melting part 4A may be melted and the entire initial melting part may not be melted. Therefore, a predetermined welding strength cannot be ensured. That is, the volume ratio 0.08 is the lower limit predetermined value.
  • T1 becomes too small, so that the thickness of the base material 17 becomes extremely small, or T1 becomes substantially zero, and a predetermined welding strength is ensured. It will not be possible. That is, the volume ratio of 0.20 is the upper limit predetermined value.
  • T1 and T2 corresponding to the lower limit predetermined value 0.08 are 0.62 mm and 0.56 mm, respectively.
  • T1 and T2 corresponding to the upper limit predetermined value 0.20 are 0.18 mm and 0.11 mm, respectively.
  • the plate thickness is 0.65 mm.
  • the thickness is within the range of 0.6 mm to 1 mm. It was confirmed that T1 and T2 can be properly secured in the thin plate.
  • the volume of the main melting part 4B is about 58.54 mm 3 with respect to the volume of 6.79 mm 3 of the initial melting part 4A. From the viewpoint that the heat of fusion from the main melting part 4B is supplied to the steel plate part 8 in a complementary manner via the initial melting part 4A, the volume of the initial melting part 4A is 10 to 20% of the volume of the main melting part 4B. It is preferable to set in the range. If it is 10%, melting heat can be sufficiently supplied, and the strength and rigidity of the root portion of the shaft portion 2 can be sufficiently maintained. On the other hand, if it exceeds 20%, the melting heat supply may become excessive, and the material of the root portion of the shaft portion 2 becomes excessive, which is disadvantageous in terms of cost.
  • the shape of the initial melting portion 4A is a conical shape having a tapered portion 6 and a top portion 7, but may be a spherical shape instead.
  • a portion corresponding to the top portion 7 is pressed against the steel plate part 8, and melting is started from this pressed portion.
  • the other welding processes are the same as those of the conical shape.
  • Example 1 The important point in Example 1 is the point at which the volume of the initial melted part 4A corresponds to the volume of the steel plate part 8.
  • the volume of the steel plate component 8 having the same diameter as that of the circular initial melting portion 4A is made to correspond.
  • the volume of the steel plate part 8 having the same diameter as that of the circular initial melting part 4A is a part that is most directly affected by heat with respect to the melting start of the initial melting part 4A. In this way, by separating the steel plate part 8 as a circular portion corresponding to the initial melting part 4A, the thermal influence from the initial melting part 4A side can be quantitatively specified.
  • the volume of the initial melting portion 4A relative to the volume of the steel plate component 8 having the same diameter as the circular initial melting portion 4A directly affects the melting region of the steel plate component 8, and a good molten state of the steel plate component 8 is obtained. It is secured.
  • the shape before melting of the initial melting portion 4A is a flat conical shape, but the conical shape disappears at the initial stage of melting, and a flat melting region (integrated with the melting portion of the surface portion of the steel plate part 8) ( 4C). Due to the phenomenon that the melting heat of the main melting part 4B is added to the steel plate part 8, that is, the melting heat of the main melting part 4B is transferred to the steel plate part 8 via the initial melting part 4A. The melting heat of the main melting portion 4B is transmitted to the flat melting region, and then is transferred to the non-melting region of the steel plate component 8, so that the melting range of the steel plate component 8 is appropriately expanded.
  • the ratio of the volume of the initial melting portion 4A to the “steel plate volume” is 0.08, at which the melting amount in the thickness direction of the steel plate component 8 becomes the lower limit predetermined value by the fusion heat addition of the main melting portion 4B. Since welding is performed in a state where the melting amount in the plate thickness direction of the steel plate part 8 is set to 0.20 which does not exceed the upper limit predetermined value by adding the heat of fusion of the main melting portion 4B, the melting portion 14 and the structure in the vicinity thereof The change portion 15 is not formed over the entire plate thickness, and the unmelted base material portion 17 is left between the structure change portion 15 in the vicinity of the melting portion 14 and the steel plate surface.
  • the base material portion 17 fulfills the function of maintaining the strength as the steel plate part 8, and the weld joint strength of the bolt 1 can be sufficiently secured.
  • the bonding strength of this boundary area portion can be kept high, and even if an external force in the bending direction acts on the bolt 1. No cracks occur.
  • the volume of the initial melting part 4A is set in the range of 10 to 20% of the volume of the main melting part 4B, and if 10%, the melting heat can be sufficiently supplied from the main melting part 4B to the steel plate part 8, The strength and rigidity of the root portion of the shaft portion 2 can be sufficiently maintained.
  • a gap is left between the vicinity of the outer periphery of the enlarged diameter portion and the surface of the steel sheet component, the lower surface of the enlarged diameter portion forming the void, the outer peripheral surface of the main melting portion, and the exposed portion of the melting portion
  • the coating liquid can be adhered to the surface of the steel plate component by discharging the air in the gap.
  • the gap C between the outer periphery of the enlarged diameter portion 3 and the surface of the steel plate part is too narrow, the fluidity of the coating liquid in the gap C cannot be obtained due to the viscosity of the coating liquid. Will be contained in the coating liquid without being discharged. There is a problem that rust is generated due to the enclosed air.
  • the air in the gap C is discharged, and the coating liquid is applied to the lower surface of the enlarged diameter part 3 forming the gap C, the outer peripheral surface of the main melting part 4B, the exposed part of the melting point 14, the steel plate part 8, etc. It adheres to the surface (refer to FIG. 4D) and bubbles are not enclosed, and the above-mentioned problem of rust generation is solved.
  • FIGS. 1A, 1B, 2 and FIGS. 6 to 9 show Example 2 of the present invention based on “pressure utilization”. 1A, 1B, 2 and 6 are also common to the first embodiment in the second embodiment. In addition, FIGS. 7A to 7D reproduce the same figures as FIGS. 4A to 4D for easy reading.
  • the shape of the iron projection bolt 1 is shown in FIG. 1A.
  • the bolt 1 includes a shaft portion 2 on which a male screw is formed, a circular enlarged diameter portion 3 formed integrally with the shaft portion 2 and having a diameter larger than the diameter of the shaft portion 2, and the shaft portion 2. Is formed by a circular welding protrusion 4 arranged in the center of the enlarged diameter portion on the opposite side.
  • Reference numeral 5 denotes a male screw formed on the outer peripheral surface of the shaft portion 2 and has a valley portion and a mountain portion.
  • the welding protrusion 4 is composed of an initial melting portion 4A and a main melting portion 4B as shown in FIGS. 1A and 7A.
  • the initial fusion part 4A is a flat conical part formed by providing a taper part 6 with a small taper inclination angle at the outer peripheral side of the end face of the welding projection 4 to be lowered.
  • a sharp top portion 7 is formed at the center of the initial melting portion 4A.
  • the main melting part 4B is a truncated cone shaped part formed in a state of being connected to the initial melting part 4A. Since the bolt 1 is subjected to mold molding, roll processing, and the like, when observed in an enlarged manner, the top portion 7 actually has a slightly rounded shape instead of a sharply pointed shape.
  • FIG. 1B shows the dimensions and inclination angles of each part to facilitate understanding of the dimensional state of the example.
  • the diameter (crest diameter) of the shaft portion 2 is 5.5 mm
  • the length of the shaft portion 2 is 24.5 mm
  • the diameter and thickness of the enlarged diameter portion 3 are 13.2 mm and 1.0 mm, respectively. It is.
  • the diameter of the end face (tapered portion 6) of the welding protrusion 4 is 9.0 mm
  • the height (thickness) of the initial melting portion 4A is 0.32 mm
  • the height (thickness) of the main melting portion 4B is 0.00.
  • the inclination angle ⁇ of 9 mm and the taper portion 6 is 4.5 degrees.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the bolt 1 is welded to the steel plate part 8.
  • the movable electrode 9 is advanced and retracted by an air cylinder or an advancing / retracting output type electric motor (not shown).
  • a receiving hole 10 is opened in the longitudinal direction of the movable electrode 9 at the center of the end face, and a permanent magnet 11 is attached to the inner part.
  • the steel plate component 8 is placed on a fixed electrode 12 arranged coaxially with the movable electrode 9.
  • FIG. 2 shows a state in which the movable electrode 9 holding the bolt 1 has advanced and the welding projection 4 is being pressed against the steel plate component 8.
  • the top portion 7 and the tapered portion 6 in the vicinity thereof are recessed into the surface of the steel plate component 8 by this pressurization, although not shown.
  • the tip end portion of the taper portion 6 of the initial melting portion 4A slightly bites into the surface of the steel plate component 8, and the contact area between the welding projection 4 and the steel plate component 8 is increased. In this state, a welding current is applied and welding to the steel plate part 8 is performed.
  • the plate thickness of the steel plate component 8 is in the range of 0.6 mm to 1 mm.
  • the applied pressure by the movable electrode 9, that is, the applied pressure of the welding projection 4 to the steel plate part 8 is 2300 N
  • the welding current is 14000 A
  • the energization time is 8 cycles.
  • the energization time of 8 cycles is the time from the start of energization to the start of melting of the initial melted part 4A after the elapse of a predetermined time and the subsequent end of melting of the main melted part 4B.
  • One cycle is 1/60 second.
  • the setting range of each condition is a pressure of 2000 to 3000 N, a welding current of 10,000 to 15000 A, and an energization time of 5 to 10 cycles.
  • FIGS. 7A to 7D show the welding process. Although FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views, hatching of the cross-sectional portions is not shown for easy viewing.
  • board thickness of the steel plate component 8 here is 0.65 mm, and is a normal high-tensile steel plate.
  • FIG. 7A is an initial stage of energization in which a welding current is energized in the pressed state of FIG. 2, and the vicinity of the top portion 7 and the corresponding steel plate part 8 (disk portion 8A) are slightly melted. This melting point is indicated by reference numeral 14.
  • the liquefied molten metal in the molten portion 14 is in a state of being confined between the initial melting portion 4A and the non-melting portion of the steel plate part 8 because the pressing force of the movable electrode 9 acts.
  • the melted portion 14 expands into a circular shape in the radial direction by a substantially planar melting range due to the inclination angle of the tapered portion 6. This expanded transient is shown in FIG. 7B. Also here, the melting point 14 is in a state of being confined between the initial melting part 4A and the non-melting part of the steel plate part 8.
  • the melting of the main melting portion 4B is started simultaneously following the melting of the entire initial melting portion 4A.
  • the entire surface of the steel plate part 8 corresponding to the circular range of the initial melted part 4A, that is, the part close to the surface of the disk part 8A is melted by the melting of the initial melted part 4A.
  • the main melting portion 4B is not melted in the entire thickness direction, but is in a range from one half to one third as viewed in the thickness direction of the main melting portion 4B. Is melted.
  • the above-mentioned welding conditions such as the applied pressure, current value, and energization time are determined so that melting in such a range is performed in the main melting portion 4B.
  • the shape before melting of the initial melting portion 4A is a flat conical shape as shown in the figure, but the conical shape disappears at the initial stage of melting and becomes integrated with the melting portion of the surface portion of the steel plate part 8. It is a flat melting zone 14.
  • FIG. 7D is a partial enlarged cross-sectional view showing the structure state after the completion of welding, and the blacked-out portion is the melted portion 14, which is the above-described nugget. And the part which appears in the vicinity of the fusion
  • the tissue change portion 15 is shown with a satin finish in the drawing.
  • Reference numeral 16 denotes a non-melting portion in the disc portion 8A, which is formed by the structure changing portion 15 and the base material 17 of the steel plate not subjected to thermal influence, and the thickness thereof is indicated by T1.
  • the thickness of the base material 17 alone is indicated by T2.
  • board thickness of the steel plate component 8 is 0.65 mm as mentioned above.
  • the circular area of the initial melting part 4A is 63.59 mm 2 calculated from the diameter dimension 9 mm shown in FIG. 1B.
  • the ratio of the circular area of the initial melted portion to the plate thickness of the steel plate component that is, the “plate thickness area ratio” is 97.83.
  • the plate thickness of 0.65 mm is changed to 0.7 mm and the “plate thickness area ratio” is obtained, it is 90.81.
  • the thickness T1 of the non-molten portion 16 is 0.62 mm
  • the thickness T2 of the material 17 was 0.55 mm.
  • the thickness T1 of the non-molten portion 16 is 0.55 mm and the thickness of the base material 17 T2 was 0.48 mm.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the ratio of the circular area of the initial melted portion to the plate thickness of the steel plate part (“plate thickness area ratio”) and T1, T2.
  • T1 and T2 in the case of “plate thickness area ratio” 90.81 and 97.83 are as described above. These values are appropriate in terms of the amount of penetration in the thickness direction of the steel plate part 8 and the thickness of the base material 17.
  • the gap C between the vicinity of the outer periphery of the enlarged diameter portion 3 and the surface of the steel plate part 8 is such that no bubbles are enclosed by the coating liquid after welding is completed. Is kept.
  • This gap C is 0.5 mm. Further, the size of the gap C can be adjusted to 0.4 mm or 0.6 mm by changing the welding conditions such as the applied pressure, the current value, and the energizing time.
  • the diameter of the initial melting part 4A is 9 mm
  • the plate thickness is 0.7 mm
  • the “plate thickness area ratio” is 90.81.
  • the thickness T1 of the non-melting portion 16 is 0.55 mm
  • the thickness T2 of the base material 17 is 0.48 mm
  • 8C and 8D the diameter of the initial melted portion is 6.5 mm
  • the plate thickness is 0.7 mm
  • the “plate thickness area ratio” is 47.38.
  • the thickness T1 of the non-melting portion 16 is 0.24 mm
  • the thickness T2 of the base material 17 is 0.18 mm.
  • 8A to 8D are cross-sectional views, but hatching is not described for easy understanding.
  • the melting process from FIGS. 8A to 8B is the same as that described with reference to FIGS. 7A to 7D.
  • the melted portion 14 is confined between the main melted portion 4B and the non-melted portion 16 of the thin steel plate, and the pressure of the molten metal is maintained high by the movable electrode 9 moving forward under pressure.
  • the pressure of the molten metal is kept low. By such a pressure state, the progress of melting in the thickness direction of the thin steel plate is alleviated, and excessive melting is avoided. That is, in FIGS. 8A to 8B, the ratio of the melting area to the plate thickness of the thin steel plate is large.
  • the melting process from FIG. 8C to 8D is the same as described according to FIGS. 7A to 7D.
  • the melted portion 14 is confined between the main melted portion 4B and the non-melted portion 16 of the thin steel plate, and the pressure of the molten metal is maintained high by the movable electrode 9 moving forward under pressure.
  • the pressure of the molten metal is maintained high.
  • the progress of melting in the thickness direction of the thin steel plate is promoted, and the melting depth is increased. That is, in FIGS. 8C to 8D, the ratio of the melting area to the plate thickness of the thin steel plate is small.
  • the internal pressure of the liquefied metal is kept high. For this reason, the amount of heat per unit area transferred from the molten metal to the non-molten portion of the thin steel plate is increased, and the amount of penetration in the thickness direction of the non-molten portion is increased.
  • the thickness of the steel plate part is obtained by obtaining an appropriate melting depth by preventing abnormal melting, that is, melting of the entire plate thickness. .6 mm to 1 mm.
  • abnormal melting that is, melting of the entire plate thickness. .6 mm to 1 mm.
  • the upper limit predetermined value is less than 45.
  • the lower limit predetermined value is a value not exceeding 105.
  • the welding strength test of the bolt 1 welded with the “plate thickness area ratio” as 90.81 and 97.83 described above was performed. As shown in FIG. 6, as a result of a test in which the steel plate part 8 is fixed with a jig (not shown) and the bolt 1 is pulled in the axial direction, the base material 17 and the melted portion 14 are broken from the steel plate part 8 in a sheared state. Then, it is recognized that the hole 8B corresponds to the disk portion 8A, and it is determined that the welding strength is sufficient. This breakage occurs when the pulling force is in the range of 3000 to 3500N.
  • the shape of the initial melting portion 4A is a conical shape having a tapered portion 6 and a top portion 7, but may be a spherical shape instead.
  • a portion corresponding to the top portion 7 is pressed against the steel plate part 8, and melting is started from this pressed portion.
  • the other welding processes are the same as those of the conical shape.
  • plate thickness area ratio When the ratio of the circular area of the initial melting portion 4A to the plate thickness of the steel plate part 8 (“plate thickness area ratio”) is set to 100, for example, the ratio of the melt area to the plate thickness of the thin steel plate 8 is large. It becomes. Since such a wide area of the molten metal 14 in a large area is placed in a pressurized state, the internal pressure of the liquefied metal is kept low. For this reason, the amount of heat per unit area transferred from the molten metal 14 to the non-molten portion 16 of the steel plate 8 is reduced, and the amount of penetration of the non-molten portion 16 in the thickness direction is reduced.
  • the melting range in the surface direction of the thin steel plate 8 is increased, the heat of fusion is transmitted from the long outer periphery to a wide area, and the amount of heat toward the plate thickness direction is reduced, so that the melting progresses in the plate thickness direction. Is alleviated. Therefore, when the ratio of the circular area of the initial melted portion 4A to the plate thickness of the steel plate component 8 is set as large as 100, the progress of penetration in the plate thickness direction is relaxed, and excessive melting can be prevented, The welding strength of the projection bolt 1 is maintained properly.
  • the “plate thickness area ratio” is set to 50, for example, the ratio of the molten area to the plate thickness of the thin steel plate 8 becomes small. Since the molten metal 14 in such a narrow area having a small area is placed in a pressurized state, the internal pressure of the liquefied metal is kept high. For this reason, the amount of heat per unit area transmitted from the molten metal 14 to the non-molten portion 16 of the steel plate 8 is increased, and the amount of penetration of the non-molten portion 16 in the plate thickness direction is increased.
  • the melting range in the surface direction of the thin steel plate 8 is reduced, the heat of fusion is transmitted from the short outer periphery to the narrow region, the amount of heat toward the plate thickness direction is increased, and the progress of penetration in the plate thickness direction is increased. Promoted. Therefore, when the above-mentioned “plate thickness area ratio” is set to be as small as 50, the progress of penetration in the plate thickness direction is promoted, the melt depth becomes large, and the welding strength of the projection bolt 1 is appropriate. To be kept.
  • the phenomenon described above is such that the molten metal 14 is contained between the initial molten portion 4A and the non-molten portion 16 of the thin steel plate 8 in the early stage of melting, and the main molten portion 4B in the later stage of melting. Since it is in a state of being confined between the non-melting portions 16 of the thin steel plate, the pressure state of the liquefied metal influences the progress of melting of the non-melting portion 16. That is, an important point is that a high-pressure molten metal actively conducts heat to the non-molten portion 16 and a low-pressure molten metal slowly conducts heat to the non-molten portion 16. Since such a phenomenon is developed as in the “plate thickness area ratio” exemplified above, excessive melting and under-melting in the plate thickness direction can be prevented, and appropriate welding strength can be ensured.
  • the above-mentioned “melting heat addition” or “pressure utilization” can prevent over-melting or under-melting of a thin steel sheet, and electric resistance welding can be performed with a bolt in a good state. It can be used in a wide range of industrial fields, such as car body welding processes and sheet metal welding processes for home appliances.

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Abstract

　軸部（２）と、円形の拡径部（３）と、テーパ部（６）を有する初期溶融部（４Ａ）と主溶融部（４Ｂ）からなる溶着用突起（４）によって形成されたプロジェクションボルト（１）を、薄板製の鋼板部品（８）に電気抵抗溶接で溶接するものであり、初期溶融部（４Ａ）と同じ直径の鋼板部品（８）の体積に対する初期溶融部（４Ａ）の体積の比を選定するか、または、鋼板部品（８）の板厚に対する初期溶融部（４Ａ）の円形面積の比を選定し、溶接完了後において、拡径部（３）の外周近傍と鋼板部品（８）の表面との間に、空隙を存置させることで、板厚方向の溶融量を適正化するとともに、拡径部の外周近傍における塗装性の問題を解消して、錆の発生に対処する。

Description

プロジェクションボルトの溶接方法
　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ョンボルトを薄鋼板に溶接する溶接方法に関している。
　特許第４０３２３１３号公報（特許文献１）には、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ョンボルトを、鋼板部品に電気抵抗溶接で溶接することが記載されている。
　上記の特許文献１に開示されているプロジェクションボルトは、図１０Ａに示した形状である。このプロジェクションボルト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によって構成されている。前記溶着用突起２３は、拡径部２２よりも小径とされた円形の隆起形状部であり、先端面側に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。そして、溶着用突起２３以外の部分における拡径部２２の端面は、外周側が低くなったテーパ面２６とされている。
特許第４０３２３１３号公報
　特許文献１に記載されている発明（以下、先行発明という）は、本件特許出願にかかる発明の発明者である、青山好高および青山省司によって実用化されている。上記発明者達は、プロジェクションボルトを自動車車体の鋼板部品に溶接することによって、上記先行発明の実用化に成功している。すなわち、前記溶着用突起２３が拡径部２２の中央部において鋼板部品２７に溶着しているとともに、前記テーパ面２６が鋼板部品２７の表面に密着している。このような中央部の溶着とそれ以外の部分の密着、すなわち「中央溶着・全面密着」によって所定の溶融状態や溶接強度とされた溶接品質が確保されている。
　ところで、例えば自動車車体の分野においては、車体軽量化の重要な方策として、高張力鋼板のような鋼板の強度向上による板厚の低減が推進されおり、このような薄板化にともなってプロジェクションボルトの電気抵抗溶接にも、特別な技術的配慮が必要になってきている。
　その状況は、図１０Ｂに示されている。進退動作をする可動電極２８に受入孔２９が開けられ、ここに軸部２１が挿入されることによってプロジェクションボルト２０が可動電極２８に保持されている。一方、固定電極３０上に高張力鋼板製の鋼板部品２７が載置してあり、そこへ可動電極２８の進出によって溶着用突起２３が鋼板部品２７に加圧されて溶接電流が通電される。これにより、溶着用突起２３と鋼板部品２７が溶融状態になって、図示のようにボルト２０が鋼板部品２７に溶接される。
　図１０Ｂに示されている溶着状態は、異常な態様である。これは、黒く塗りつぶした溶融部３２が鋼板部品２７の板厚全域わたって形成されている。つまり、鋼板部品２７の厚さ方向で見て、板厚全体が一旦溶融状態になり、その後、凝固している。このような過剰溶融の現象は、板厚が０．６５ｍｍや０．７ｍｍのように薄くなってくると発生しやすいものであり、熱容量の小さな薄い板厚に対してプロジェクションボルト２０側の大きな熱量が影響して発生していると考えられる。つまり、プロジェクションボルト２０側の溶融体積が薄板に対して過大になり、加圧力、通電時間および電流値などの溶接条件や、溶融金属の体積を正確に管理しても薄板であるために、板厚全域にわたる過剰溶融が発生する。
　通常、鋼板部品にボルトやナットを電気抵抗溶接で溶接する場合には、鋼板部品の板厚方向で見た鋼板の溶融範囲は、板厚の半分あるいは３分の２位にとどめて所要の溶接強度を確保している。すなわち、非溶融部である母材を残置している。このように溶接強度が確保できるのは、溶融範囲が上記のような領域であるので、溶融しなかった母材部分が鋼板自体の強度を維持するとともに、溶融部分と非溶融部分の境界面積が広くなって溶融部分と非溶融部分との接合強度が十分な値になるためであると考えられる。
　しかしながら、図１０Ｂに示したような厚さ全域にわたる溶融であると、ボルト２０と鋼板部品２７の溶接強度が十分に確保できない、という問題がある。
　この問題について考察すると、つぎのとおりである。溶融部（Nugget）３２は通電完了後の急冷によって凝固するため、マルテンサイト組織となって著しく高い硬度となり、脆い性質となる。また、溶融部３２の近傍の領域に、組織変化部分が同図の梨地箇所のようになって現れる。このような梨地箇所は、一般に熱影響部（Heat Affected Zone/HAZ）として知られている。この部分は符号３３で示され、溶融部３２ほどの脆さではないが、母材部分よりも脆い性質となっている。
　そこで、固定された鋼板部品２７に対して、ボルト２０に傾き方向の曲げ力が反復して作用すると、高硬度で脆い性質の溶融部３２と組織変化部分３３の境界箇所に応力が集中するので、この境界箇所に疲労による割れが発生する。あるいは、組織変化部分３３に割れが発生する。さらに、この問題は、板厚が薄いので溶融部３２と非溶融部との境界部分の面積が小さくなり、さらに境界面が板厚方向を向いているために、この境界部分に割れが発生しやすくなり、溶接強度が向上しないものと考えられる。
　さらに、上述のような板厚方向の溶融量を適正化するとともに、拡径部の外周近傍における塗装性の問題を解消して、錆の発生に対処する必要がある。
　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、プロジェクションボルトの部分形状部の体積と、鋼板部品の所定箇所の体積の関係、あるいは鋼板部品の板厚に対する溶着用突起の溶融面積との関係に注目して、板厚全域にわたる溶融を防止したプロジェクションボルトの溶接方法を提供することを目的とする。
　以下の説明において、プロジェクションボルトを単にボルトと表現する場合もある。
　本発明の第一の側面によれば、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円形の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によって形成されたプロジェクションボルトを、一対の電極間で前記溶着用突起を薄鋼板製の鋼板部品に加圧した状態で、当該鋼板部品に電気抵抗溶接で溶接するものであり、
　前記一対の電極は、プロジェクションボルトを保持する電極と鋼板部品が載置される電極が同軸で配置された状態で構成され、
　溶融初期の段階で平たい溶融域となった初期溶融部に主溶融部の溶融熱を加算するか、または、主溶融部と鋼板部品の非溶融部との間に封じ込められた溶融金属の圧力によって鋼板部品の溶融を進行させることによって鋼板部品の板厚方向における過剰溶融や過少溶融を防止し、
　溶接完了後において、前記拡径部の外周近傍と鋼板部品表面との間に、空隙を存置させて、前記空隙を形成する拡径部の下面、主溶融部の外周面、溶融箇所の露出部、鋼板部品の表面などに、該空隙内の空気を排出して塗料液が付着できるようにすることを特徴とするプロジェクションボルトの溶接方法が提供される。
　上記の構成において、溶融初期の段階で平たい溶融域となった初期溶融部に主溶融部の溶融熱を加算することを「溶融熱加算」と略称する。また、上記の構成において、主溶融部と鋼板部品の非溶融部との間に封じ込められた溶融金属の圧力によって鋼板部品の溶融を進行させることを「圧力利用」と略称する。
　上述のように、本願発明における課題の解決は、「溶融熱加算」を含んだ溶接方法または「圧力利用」を含んだ溶接方法のいずれかによって行われる。「溶融熱加算」は、鋼板部品の板厚方向の溶融を、主溶融部からの熱量補完によって遂行される。また、「圧力利用」は、鋼板部品の板厚方向の溶融を、封じ込められた溶融金属の圧力によって遂行される。
　また、後述のように、「溶融熱加算」および「圧力利用」を複合させて同時発生現象として活用することができる。
　第一に、前者の「溶融熱加算」を含んだ溶接方法の作用効果を説明する。
　溶着用突起は、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形成されているので、初期溶融部の体積部分の溶融と同時進行的に鋼板部品の表面が溶融を開始する。これとともに主溶融部においても溶融が進行する。このときに初期溶融部の体積が大きければ初期溶融部自体の溶融熱量が大きくなるので、それに比例して鋼板部品側の溶融量も増大する。このような鋼板部品側の溶融量増大に加えて、主溶融部の溶融熱が大体積の初期溶融部を通じて鋼板部品により多く投入される。上記のように、体積の大きな初期溶融部と主溶融部の溶融熱が相乗して鋼板部品に投入されると、板厚全域にわたる溶融が発生する。つまり、初期溶融部の体積が鋼板部品に対して過剰とならないように設定することが不可欠となる。
　一方、上述のように、初期溶融部の体積部分の溶融と同時進行的に鋼板部品の表面が溶融を開始するとともに、主溶融部においても溶融が進行する。このときに初期溶融部の体積が小さければ初期溶融部自体の溶融熱量が小さくなるので、それに比例して鋼板部品側の溶融量も減少する。このような鋼板部品側の溶融量減少に加えて、主溶融部の溶融熱が小体積の初期溶融部を通じて鋼板部品により少なく投入される。上記のように、体積の小さな初期溶融部と主溶融部の溶融熱が相乗して鋼板部品に投入されると、鋼板部品に投入される熱量が過少となり、板厚方向の溶融が僅かなものとなる。つまり、初期溶融部の体積が鋼板部品に対して過少とならないように設定することが不可欠となる。
　ここで重要視される点は、鋼板部品のどの箇所の体積に対して初期溶融部の体積を対応させるか、という点である。本発明においては、円形の初期溶融部と同じ直径の鋼板部品の体積を対応させている。円形の初期溶融部と同じ直径の鋼板部品の体積は、初期溶融部の溶融開始に対して最も直接的な熱影響を受ける部分である。このように鋼板部品を初期溶融部に対応させて円形部分として区切ることによって、初期溶融部側からの熱影響を定量的に特定することができる。換言すると、円形の初期溶融部と同じ直径の鋼板部品の体積に対する初期溶融部の体積自体が、鋼板部品の溶融領域に直接的に影響することを見いだした点に本発明の重要性がある。
　上記の観点に立って、円形の初期溶融部と同じ直径の鋼板部品の体積に対する初期溶融部の体積の比を、所定の値に設定している。この所定の比が、主溶融部の溶融熱加算によって鋼板部品の板厚方向の溶融量が下限所定値となる０．０８から、主溶融部の溶融熱加算によって鋼板部品の板厚方向の溶融量が上限所定値を超えない０．２０までに設定されている。主溶融部の溶融熱が初期溶融部を経由して鋼板部品に投入される際に、初期溶融部の体積を鋼板部品の円形部分の体積に対して適正に選定することによって、上記の良好な板厚方向の溶融量が確保できるのである。
　以下、円形の初期溶融部と同じ直径の鋼板部品の体積を、「鋼板体積」と略称する。
　上記のように、「鋼板体積」に対する初期溶融部の体積の比を、主溶融部の溶融熱加算によって鋼板部品の板厚方向の溶融量が下限所定値となる０．０８から、主溶融部の溶融熱加算によって鋼板部品の板厚方向の溶融量が上限所定値を超えない０．２０までに設定した状態で溶接するものであるから、溶融部とその近傍の組織変化部分が板厚全域にわたって形成されることがなく、溶融部近傍の組織変化部分と鋼板表面との間に溶融していない母材部分が存置される。したがって、この母材部分が鋼板部品としての強度を維持する機能を果たし、ボルトの溶接接合強度が十分に確保できる。また、組織変化部分と母材部分の境界面積が広い領域にわたって確保できるので、この境界面積部分の接合強度を高く保つことができ、ボルトに曲げ方向の外力が作用しても、容易に割れなどが発生することがない。
　初期溶融部の溶融前の形状は扁平な円錐形であるが、溶融初期の段階で円錐形の形状は消滅して、鋼板部品の表面部分の溶融部と一体になった平たい溶融域となっている。上述の主溶融部の溶融熱が鋼板部品に対して加算されるとか、主溶融部の溶融熱が初期溶融部を経由して鋼板部品に伝熱されるという現象は、上記の平たい溶融域に主溶融部の溶融熱が伝わり、その後、鋼板部品の非溶融域に伝熱され、鋼板部品の溶融範囲が拡大されることを意味している。
　上述のように設定された０．０８～０．２０なる数値は、鋼板部品の板厚方向の溶融量を適正化するために、実用上重要な存在であるが、このような数値の選択は、「溶融熱加算」なる基本的な現象が基礎となっている。
　溶接完了後において、前記拡径部の外周近傍と鋼板部品表面との間に、空隙を存置させて、前記空隙を形成する拡径部の下面、主溶融部の外周面、溶融箇所の露出部、鋼板部品の表面などに、該空隙内の空気を排出して塗料液が付着できるようになっている。
　前記拡径部の外周近傍と鋼板部品表面との間の空隙が狭すぎると、塗料液の粘性によってこの空隙における塗料液の流動性がえられないので、空隙に停滞している空気が排出されることなく、塗料液で封じ込められることとなる。この封入空気が原因となって錆が発生する、という問題がある。
　しかし、本発明のように、前記拡径部の外周近傍と鋼板部品表面との間に、塗料液によって気泡が封入されることのない大きさの空隙が存置されていることによって、上記錆発生の問題が解消される。すなわち、前記拡径部の外周近傍と鋼板部品表面との間の空隙が、鋼板部品の板厚方向における前記主溶融部の高さ寸法により、十分な空間として確保できるため、この空隙への塗料液の流入が積極的に行われる。このような流動によって、当空隙の空気が排出され、塗料液は空隙を形成する拡径部、主溶融部、溶融箇所の露出部分、鋼板部品などの表面に付着し、気泡が封入されることがなく、前述のような錆発生の問題が解消される。
　第二に、後者の「圧力利用」を含んだ溶接方法の作用効果を、「圧力利用」の点に重点を置いて説明する。
　鋼板部品の板厚に対する初期溶融部の円形面積の比を、例えば、１００に設定した場合には、薄鋼板の板厚に対する溶融面積の比が大きなものとなる。このような広い面積の広域の溶融金属が加圧状態におかれるので、液状化した金属の内圧は低く保たれる。このため、溶融金属から鋼板の非溶融部に伝達される単位面積当たりの熱量が少量化され、非溶融部の板厚方向への溶け込み量が少なくなる。また、薄鋼板の面方向における溶融範囲が大きくなるので、溶融熱は長い溶融外周縁から広範な領域へ伝達され、板厚方向に向かう熱量が少量化されて、板厚方向への溶け込み進行が緩和される。したがって、上記の鋼板部品の板厚に対する初期溶融部の円形面積の比が１００のように大きく設定されているときには、板厚方向への溶け込み進行が緩和されて、過剰溶融が防止でき、プロジェクションボルトの溶接強度が適正に保たれる。
　以下の説明において、「鋼板部品の板厚に対する初期溶融部の円形面積の比」を「板厚面積比」と略称することもある。
　上記「板厚面積比」を、例えば、５０に設定した場合には、薄鋼板の板厚に対する溶融面積の比が小さなものとなる。このような狭い面積の狭域の溶融金属が加圧状態におかれるので、液状化した金属の内圧は高く保たれる。このため、溶融金属から鋼板の非溶融部に伝達される単位面積当たりの熱量が増量化され、非溶融部の板厚方向への溶け込み量が多くなる。また、薄鋼板の面方向における溶融範囲が小さくなるので、溶融熱は短い溶融外周縁から狭い領域へ伝達され、板厚方向に向かう熱量が増量化されて、板厚方向への溶け込み進行が促進される。したがって、上記の「板厚面積比」が５０のように小さく設定されているときには、板厚方向への溶け込み進行が促進されて、溶融深さの大きな状態となり、プロジェクションボルトの溶接強度が適正に保たれる。
　上述の現象は、溶融金属が、溶融初期の段階では、初期溶融部と薄鋼板の非溶融部の間で封じ込められた状態になり、溶融後期の段階では、主溶融部と薄鋼板の非溶融部の間で封じ込められた状態になるので、液状化した金属の圧力状態を非溶融部の溶融進行に影響させていることになる。つまり、高圧溶融金属からは非溶融部に対して積極的に熱伝導がなされ、低圧溶融金属からは非溶融部に対して緩慢な熱伝導がなされる現象が重要点になっている。このような現象が上記の例示された「板厚面積比」のように展開されるので、板厚方向における過剰溶融や過少溶融が防止できて、適正な溶接強度が確保できる。
　上述のように例示された「板厚面積比」１００や５０なる数値は、鋼板部品の板厚方向の溶融量を適正化するために、実用上重要な存在であるが、このような数値の選択は、「圧力利用」という基本的な現象が基礎となっている。
　溶接完了後において、前記拡径部の外周近傍と鋼板部品表面との間に、空隙を存置させることに関する作用効果は、「圧力利用」および「溶融熱加算」いずれも同じである。
　本発明の第二の側面によれば、前記溶融初期の段階で平たい溶融域となった初期溶融部に主溶融部の溶融熱を加算することを、円形の初期溶融部と同じ直径の鋼板部品の体積に対する初期溶融部の体積の比を選定して行うか、または、前記主溶融部と鋼板部品の非溶融部との間に封じ込められた溶融金属の圧力によって鋼板部品の溶融を進行させることを、鋼板部品の板厚に対する初期溶融部の円形面積の比を選定して行うプロジェクションボルトの溶接方法が提供される。
　「溶融熱加算」の場合においては、前記溶融初期の段階で平たい溶融域となった初期溶融部に主溶融部の溶融熱を加算することを、円形の初期溶融部と同じ直径の鋼板部品の体積に対する初期溶融部の体積の比を選定して行っている。
　初期溶融部の溶融前の形状は扁平な円錐形であるが、溶融初期の段階で円錐形の形状は消滅して、鋼板部品の表面部分の溶融部と一体になった平たい溶融域となっている。上述の主溶融部の溶融熱が鋼板部品に対して加算されるとか、主溶融部の溶融熱が初期溶融部を経由して鋼板部品に伝熱されるという現象は、上記の平たい溶融域に主溶融部の溶融熱が伝わり、その後、鋼板部品の非溶融域に伝熱され、鋼板部品の溶融範囲が拡大されるのである。このように、円形の初期溶融部と同じ直径の鋼板部品の体積に対する初期溶融部の体積の関係が必須となっている。
　「圧力利用」の場合においては、上述の現象は、溶融金属が、溶融初期の段階では、初期溶融部と薄鋼板の非溶融部の間で封じ込められた状態になり、溶融後期の段階では、主溶融部と薄鋼板の非溶融部の間で封じ込められた状態になるので、液状化した金属の圧力状態を非溶融部の溶融進行に影響させていることになる。つまり、高圧溶融金属からは非溶融部に対して積極的に熱伝導がなされ、低圧溶融金属からは非溶融部に対して緩慢な熱伝導がなされる現象が重要点になっている。このような現象が上記の例示された「板厚面積比」のように展開されるので、板厚方向における過剰溶融や過少溶融が防止できて、適正な溶接強度が確保できる。このように、鋼板部品の板厚に対する初期溶融部の円形面積の関係が必須となっている。
　本発明の第三の側面によれば、前記円形の初期溶融部と同じ直径の鋼板部品の体積に対する初期溶融部の体積の比が、０．０８～０．２０とされているか、または、前記鋼板部品の板厚に対する初期溶融部の円形面積の比が、４５～１０５とされているプロジェクションボルトの溶接方法が提供される。
　「溶融熱加算」の場合は、上記のように、「鋼板体積」に対する初期溶融部の体積の比を０．０８にすることによって、主溶融部の溶融熱加算による鋼板部品の板厚方向の溶融量が下限所定値となる。そして、上記比を０．２０にすることによって、主溶融部の溶融熱加算による鋼板部品の板厚方向の溶融量が上限所定値となる。したがって、溶融部とその近傍の組織変化部分が板厚全域にわたって形成されることがなく、溶融部近傍の組織変化部分と鋼板表面との間に溶融していない母材部分が存置される。したがって、この母材部分が鋼板部品としての強度を維持する機能を果たし、ボルトの溶接接合強度が十分に確保できる。また、組織変化部分と母材部分の境界面積が広い領域にわたって確保できるので、この境界面積部分の接合強度を高く保つことができ、ボルトに曲げ方向の外力が作用しても、容易に割れなどが発生することがない。
　「圧力利用」の場合は、上記の「板厚面積比」が４５のように小さく設定されているときには、板厚方向への溶け込み進行が促進されて、溶融深さの大きな状態となり、プロジェクションボルトの溶接強度が適正に保たれる。上記の「板厚面積比」が１０５のように大きく設定されているときには、板厚方向への溶け込み進行が緩和されて、過剰溶融が防止でき、プロジェクションボルトの溶接強度が適正に保たれる。
　上述してきたように、本発明の第一～第三の側面における「溶融熱加算」および「圧力利用」を総括的に考察すると、「溶融熱加算」および「圧力利用」はいずれも、鋼板部品の板厚方向における過剰溶融や過少溶融が防止でき適正な溶接強度を確保するという局面において共通しているので、「溶融熱加算」および「圧力利用」を複合させて同時発生現象として活用することができる。
プロジェクションボルトの側面図である。 図１Ａにおけるプロジェクションボルトのヘッド部の拡大図である。 固定電極と可動電極の間にプロジェクションボルトと鋼板部品を挟み込んだ状態を示す断面図である。 鋼板部品と初期溶融部の関係を示す側面図である。 図３Ａの平面図である。 溶接初期の溶着過程を示す断面図である。 溶接途中の溶着過程を示す断面図である。 溶接終了時の溶着過程を示す断面図である。 図４Ｃの部分拡大図である。 体積比とＴ１、Ｔ２の関係を示す線図である。 引っ張り試験後の状態を示す断面図である。 溶接初期の溶着過程を示す断面図である。 溶接途中の溶着過程を示す断面図である。 溶接終了時の溶着過程を示す断面図である。 図７Ｃの部分拡大図である。 「板厚面積比」の大きい場合の溶接前の状態を示す断面図である。 図８Ａに示すボルトと鋼板部材を溶接した後の状態を示す断面図である。 「板厚面積比」の小さい場合の溶接前の状態を示す断面図である。 図８Ｃに示すボルトと鋼板部材を溶接した後の状態を示す断面図である。 「板厚面積比」とＴ１、Ｔ２の関係を示す線図である。 従来のプロジェクションボルトの側面図である。 従来のボルト溶着状態を示す断面図である。
　つぎに、本発明のプロジェクションボルトの溶接方法を実施するための形態を説明する。
　図１Ａ～図６は、「溶融熱加算」に基づく本発明の実施例１を示す。
　まず、プロジェクションボルトの寸法や形状について説明する。
　鉄製のプロジェクションボルト１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によって形成されている。そして、符号５は軸部２の外周面に形成された雄ねじであり、谷部と山部を有している。
　前記溶着用突起４は、図１Ａや図３Ａなどに示すように、初期溶融部４Ａと主溶融部４Ｂから構成されている。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テーパ傾斜角のテーパ部６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７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た円錐台の形状部分である。ボルト１は金型成型やロール加工などが施されるので、拡大して観察すると実際には、上記の頂部７は鋭利に尖った形状ではなく、若干の丸みを帯びた形状となる。
　図１Ｂ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（山径）は５．５ｍｍ、軸部２の長さは２４．５ｍｍ、拡径部３の直径と厚さはそれぞれ１３．２ｍｍと１．０ｍｍである。さらに、溶着用突起４の端面（テーパ部６）の直径は９．０ｍｍ、初期溶融部４Ａの高さ（厚さ）は０．３２ｍｍ、主溶融部４Ｂの高さ（厚さ）は０．９ｍｍ、テーパ部６の傾斜角度θは４．５度である。
　つぎに、ボルト１の溶接状態を説明する。
　図２は、ボルト１が鋼板部品８に溶接される状態を示す断面図である。可動電極９は、エアシリンダまたは進退出力型の電動モータなど（図示していない）で進退動作をする。その端面中央部に可動電極９の長手方向に受入孔１０があけられ、その奥部に永久磁石１１が取り付けてある。鋼板部品８は、可動電極９と同軸状態で配置された固定電極１２上に載置されている。
　作業者または供給ロッドによって、軸部２が可動電極９の受入孔１０に挿入され、軸部２が永久磁石１１で吸引されてボルト１が可動電極９に保持される。このときには、可動電極９の端面１３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９が進出してきて、溶着用突起４が鋼板部品８に加圧されている状態を示している。この加圧によって頂部７とその近傍のテーパ部６が、図示していないが、鋼板部品８の表面にめり込んでいる。つまり、初期溶融部４Ａのテーパ部６の先端部分が鋼板部品８の表面にわずかに食い込んで、溶着用突起４と鋼板部品８の接触面積が増大している。この状態で溶接電流が通電されて、鋼板部品８への溶接がなされる。
　つぎに、初期溶融部と鋼板部品との関係について説明する。
　鋼板部品８の所定箇所の体積に対するプロジェクションボルト１の部分形状部の体積の関係が、鋼板部品８における溶融状態に密接に関係している。つまり、円形の初期溶融部４Ａと同じ直径の鋼板部品８の体積と、初期溶融部４Ａの体積の関係である。円形の初期溶融部４Ａと同じ直径の鋼板部品８は、円板部分８Ａであり、この体積が前述の「鋼板体積」である。ここでの鋼板部品８は、板厚が０．６５ｍｍである。
　円板部分８Ａの直径は前述の９．０ｍｍであるから、円板部分８Ａの体積、すなわち「鋼板体積」は４１．３３ｍｍ3である。また、初期溶融部４Ａは、その高さが前述のように０．３２ｍｍ、直径が９．０ｍｍであるから、体積は６．７９ｍｍ3である。したがって、円板部分８Ａの体積、すなわち「鋼板体積」に対する初期溶融部４Ａの体積の比は、０．１６である。
　つぎに、加圧通電条件を説明する。
　可動電極９による加圧力、すなわち鋼板部品８に対する溶着用突起４の加圧力は２３００Ｎであり、溶接電流は１４０００Ａ、通電時間は８サイクルである。この通電時間８サイクルは、通電開始時点から所定時間経過後の初期溶融部４Ａの溶融開始、それに引き続く主溶融部４Ｂの溶融終了までの時間である。なお、１サイクルは１／６０秒である。
　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２０００～３０００Ｎ、溶接電流は１００００～１５０００Ａ、通電時間は５～１０サイクルとするのが良好である。
　つぎに、体積比０．１６の場合の溶着過程を説明する。
　図４Ａ～４Ｄは、溶着過程を示す。図４Ａ～４Ｃは断面図であるが、見やすくするために断面箇所のハッチング記載は省略してある。図４Ａは、図２の押し付け状態で溶接電流を通電した通電初期の段階であり、頂部７近傍とそれに対応する鋼板部品８（円板部分８Ａ）が僅かに溶融している。この溶融箇所は符号１４で示されている。
　さらに加圧通電が継続されると、テーパ部６の傾斜角によって溶融箇所１４は、直径方向に放射状のほぼ平面的な溶融範囲となって円形に拡大してゆく。この拡大過渡状態が図４Ｂに示されている。
　その後、加圧通電が継続されることにより、初期溶融部４Ａ全域の溶融に引き続いて主溶融部４Ｂの溶融が同時進行的に開始される。初期溶融部４Ａの溶融によって初期溶融部４Ａの円形範囲に対応した鋼板部品８の表面全域、すなわち円板部分８Ａの表面に近い部分が図４Ｃに示すように、溶融する。前述の通電時間８サイクルが経過した時点で、図４Ｃに示す溶融状態となる。
　図４Ｃ及び４Ｄから明らかなように、主溶融部４Ｂは厚さ方向全体が溶融しているものではなく、主溶融部４Ｂの厚さ方向で見て２分の１から３分の１の範囲が溶融している。前述の加圧力、電流値、通電時間などの溶接条件は、このような範囲の溶融が主溶融部４Ｂにおいて遂行されるように定められている。後述のように、主溶融部４Ｂにおけるこのような溶融の熱が初期溶融部４Ａの溶融熱に加算されて鋼板部品８に投入され、鋼板部品８における溶融範囲状態が適正に確保される。
　初期溶融部４Ａの溶融前の形状は、図示のように扁平な円錐形であるが、溶融初期の段階で円錐形の形状は消滅して、鋼板部品８の表面部分の溶融部と一体になった平たい溶融域となっている。上述の主溶融部４Ｂの溶融熱が鋼板部品８に対して加算されるとか、主溶融部４Ｂの溶融熱が初期溶融部４Ａを経由して鋼板部品８に伝熱されるという現象は、上記の平たい溶融域に主溶融部４Ｂの溶融熱が伝わり、その後、鋼板部品８の非溶融域（固相）に伝熱され、鋼板部品８の溶融範囲が拡大されることを意味している。
　図４Ｄは、溶着完了後の組織状態を示す部分的な拡大断面図であり、黒く塗りつぶされた部分が溶融箇所１４であり、前述のナゲットである。そして、溶融箇所１４の近傍に層状になって現れている部分が組織変化部分１５であり、前述の熱影響部（Heat Affected Zone/HAZ）である。組織変化部分１５は、同図に梨地を付して示されている。
　符号１６は円板部分８Ａにおける非溶融部であり、組織変化部分１５と熱的影響を受けていない鋼板の母材１７によって形成されており、その厚さはＴ１で示されている。また、母材１７だけの厚さはＴ２で示されている。
　上記の溶融過程は、初期溶融部４Ａと主溶融部４Ｂの複合した溶融現象で進行している。この点を詳しく観察すると、初期溶融部４Ａの体積部分の溶融と同時進行的に鋼板部品８の表面が溶融を開始する。これとともに主溶融部４Ｂにおいても溶融が進行する。このときに初期溶融部４Ａの体積が大きければ初期溶融部４Ａ自体の溶融熱量が大きくなるので、それに比例して鋼板部品８側の溶融量も増大する。このような鋼板部品８側の溶融量増大に加えて、主溶融部４Ｂの溶融熱が大体積の初期溶融部４Ａを通じて鋼板部品８により多く投入される。上記のように、体積の大きな初期溶融部４Ａと主溶融部４Ｂの溶融熱が相乗して鋼板部品８に投入されると、板厚全域にわたる溶融が発生する。つまり、初期溶融部４Ａの体積が鋼板部品８に対して過剰とならないように設定することが不可欠となる。
　一方、上述のように、初期溶融部４Ａの体積部分の溶融と同時進行的に鋼板部品８の表面が溶融を開始するとともに、主溶融部４Ｂにおいても溶融が進行する。このときに初期溶融部４Ａの体積が小さければ初期溶融部４Ａ自体の溶融熱量が小さくなるので、それに比例して鋼板部品８側の溶融量も減少する。このような鋼板部品８側の溶融量減少に加えて、主溶融部４Ｂの溶融熱が小体積の初期溶融部４Ａを通じて鋼板部品８により少なく投入される。上記のように、体積の小さな初期溶融部４Ａと主溶融部４Ｂの溶融熱が相乗して鋼板部品８に投入されると、鋼板部品８に投入される熱量が過少となり、板厚方向の溶融が僅かなものとなる。つまり、初期溶融部４Ａの体積が鋼板部品８に対して過少とならないように設定することが不可欠となる。
　鋼板部品８における溶融量は、上述のような熱流過程を経て左右されるので、円板部分８Ａに対する初期溶融部４Ａの体積比が重要な因子となる。本事例のように体積比が０．１６に設定されていることにより、初期溶融部４Ａ自体の溶融熱量と主溶融部４Ｂから供給される熱量が適正に輻輳して、鋼板部品８側の溶融量が図４Ｄに示したように設定される。つまり、非溶融部１６や母材１７を適度に存置した状態が確保できる。
　以上に述べた現象を包括的に述べると、上述の初期溶融部４Ａの体積が鋼板部品８の体積に対して過大になったり、過小になったりするので、初期溶融部４Ａの体積を鋼板部品８側の体積との相関で所定の範囲に設定し、鋼板部品の適正な溶融のために不足する熱量を主溶融部４Ｂから補完的に補給する。換言すると、鋼板部品８の初期溶融にとって実害のない範囲の初期溶融部４Ａの体積を「鋼板体積」との相関で設定し、鋼板部品８の適正溶融に不足している熱量が主溶融部４Ｂから補完される。
　上記のような主溶融部４Ｂの溶融熱が、補完的に初期溶融部４Ａを経由して鋼板部品８に投入されるために、主溶融部４Ｂの溶融量を加減することが必要である。つまり、主溶融部４Ｂからの加算熱量が過剰になれば、鋼板部品８に過剰溶融が発生する。また、主溶融部４Ｂからの加算熱量が過少になれば、鋼板部品８は過少溶融となる。
　ここでは、図１Ｂに示した寸法の主溶融部４Ｂの体積が、約５８．５４ｍｍ3であり、初期溶融部４Ａの溶融に連続して約５８．５４ｍｍ3の２分の１～３分の１が溶融している。この２分の１～３分の１の溶融は、鋼板部品８の板厚方向で見たものである。約５８．５４ｍｍ3のように「約」がついているのは、主溶融部４Ｂの外周面がテーパ面になっているためである。
　上記体積比０．１６のものを、上記溶接条件、すなわち加圧力２３００Ｎ、溶接電流１４０００Ａ、通電時間８サイクルで溶接した結果、非溶融部１６の厚さＴ１は０．４ｍｍ、母材１７の厚さＴ２は０．３ｍｍであった。
　つぎに、Ｔ１、Ｔ２の具体値について説明する。
　図５は、「鋼板体積」に対する初期溶融部の体積の比と、Ｔ１，Ｔ２の関係を示す線図である。体積比０．１６においては、上述のように、Ｔ１が０．４ｍｍ、Ｔ２が０．３ｍｍである。この値は、鋼板部品８の厚さ方向に対する溶け込み量と、母材１７の厚さが適正なものである。
　上記のＴ１、Ｔ２の値確保と同時に、溶接完了後において、拡径部３の外周近傍と鋼板部品８の表面との間に、塗料液によって気泡が封入されることのない大きさの空隙Ｃが存置されている。この空隙Ｃは、０．５ｍｍである。また、空隙Ｃの大きさを、加圧力、電流値、通電時間などの溶接条件を変更することにより、０．４ｍｍや０．６ｍｍのように加減することができる。
　図６に示すように、鋼板部品８を治具（図示していない）で固定し、ボルト１を軸方向に引っ張るテストの結果、母材１７と溶融箇所１４が剪断状態で鋼板部品８から破断し、円板部分８Ａに相当する抜け穴８Ｂとなっていることが認められる。この破断は、上記引っ張り力が３０００～３５００Ｎの範囲で発生している。
　また、軸部２を傾ける反復曲げテストを行った結果、溶融箇所１４と組織変化部分１５の境界部分や、組織変化部分１５自体あるいは組織変化部分１５と母材との境界部分からの割れは発生しなかった。このようなサイズのボルト１をきわめて薄い厚さ０．６５ｍｍの鋼板部品８に溶接した場合の溶接強度として十分であると判定される。
　図５から明らかなように、体積比だけを０．１１にした場合には、Ｔ１が０．５３ｍｍ、Ｔ２が０．４３ｍｍであり、体積比０．１６の場合と同様な良好な溶接強度がえられた。このように体積比を順次変更して求められたＴ１、Ｔ２の値を結ぶことによって、図５の相関線Ｔ１、Ｔ２が形成されている。
　体積比０．１６に対して加圧力、電流値、通電時間などの溶接条件を上述の範囲内で変えることにより、上記Ｔ１＝０．４ｍｍ、Ｔ２＝０．３ｍｍを、例えばＴ１＝０．２８ｍｍ、Ｔ２＝０．１８ｍｍにすることができる。
　つぎに、体積比の下限および上限所定値について説明する。
　上述のように、体積比を変えることによりＴ１、Ｔ２を種々な値に設定することができるが、体積比が０．０８未満であると、Ｔ１が過大、すなわち溶融箇所１４の板厚方向の溶け込み量が不足したり、初期溶融部４Ａの中央部だけが溶融して初期溶融部全域の溶融がなされなかったりすることがある。したがって、所定の溶接強度が確保できないこととなる。つまり、体積比０．０８が下限所定値である。また、体積比が０．２０を超えると、Ｔ１が過少となるため、母材１７の厚さがきわめて小さくなったり、あるいはＴ１が実質的にゼロとなったりして、所定の溶接強度が確保できないこととなる。つまり、体積比０．２０が上限所定値である。
　上記下限所定値０．０８に対応するＴ１、Ｔ２は、それぞれ０．６２ｍｍと０．５６ｍｍである。上記上限所定値０．２０に対応するＴ１、Ｔ２は、それぞれ０．１８ｍｍと０．１１ｍｍである。
　つぎに、鋼板部品の板厚を変えた場合について説明する。
　上記実施例では、板厚が０．６５ｍｍであるが、種々な実験の結果、体積比を０．０８～０．２０の範囲内で溶接条件を変えることにより、０．６ｍｍ～１ｍｍの範囲内の薄板において、Ｔ１、Ｔ２を適正に確保できることが確認された。
　なお、初期溶融部４Ａの体積６．７９ｍｍ3に対して主溶融部４Ｂの体積が約５８．５４ｍｍ3とされている。主溶融部４Ｂからの溶融熱が初期溶融部４Ａを経由して補完的に鋼板部品８へ供給されるという観点からすると、初期溶融部４Ａの体積は主溶融部４Ｂの体積の１０～２０％の範囲に設定するのが好ましい。１０％あれば十分に溶融熱供給ができるとともに、軸部２の根元部分の強度剛性が十分に維持できる。他方、２０％を超えると、溶融熱供給が過剰になる虞があるとともに、軸部２の根元部分の材料が過多となり、原価面で不利である。
　上記実施例１においては、初期溶融部４Ａの形状は、テーパ部６と頂部７を有する円錐形であるが、これに換えて球形とすることができる。球形の場合、頂部７に相当する箇所が鋼板部品８に加圧されて、この加圧部分から溶融が開始される。それ以外の溶着過程は、円錐形のものと同じである。
　以上に説明した「溶融熱加算」に基づく実施例１の作用効果は、つぎのとおりである。
　実施例１で重要視される点は、鋼板部品８のどの箇所の体積に対して初期溶融部４Ａの体積を対応させるか、という点である。本実施例１においては、円形の初期溶融部４Ａと同じ直径の鋼板部品８の体積を対応させている。円形の初期溶融部４Ａと同じ直径の鋼板部品８の体積は、初期溶融部４Ａの溶融開始に対して最も直接的な熱影響を受ける部分である。このように鋼板部品８を初期溶融部４Ａに対応させて円形部分として区切ることによって、初期溶融部４Ａ側からの熱影響を定量的に特定することができる。換言すると、円形の初期溶融部４Ａと同じ直径の鋼板部品８の体積に対する初期溶融部４Ａの体積自体が、鋼板部品８の溶融領域に直接的に影響し、良好な鋼板部品８の溶融状態が確保されている。
　初期溶融部４Ａの溶融前の形状は扁平な円錐形であるが、溶融初期の段階で円錐形の形状は消滅して、鋼板部品８の表面部分の溶融部と一体になった平たい溶融域（図４Ｃ参照）となっている。上述の主溶融部４Ｂの溶融熱が鋼板部品８に対して加算されるという現象、すなわち主溶融部４Ｂの溶融熱が初期溶融部４Ａを経由して鋼板部品８に伝熱されるという現象により、上記の平たい溶融域に主溶融部４Ｂの溶融熱が伝わり、その後、鋼板部品８の非溶融域に伝熱され、鋼板部品８の溶融範囲が適正に拡大される。
　上記のように、「鋼板体積」に対する初期溶融部４Ａの体積の比を、主溶融部４Ｂの溶融熱加算によって鋼板部品８の板厚方向の溶融量が下限所定値となる０．０８から、主溶融部４Ｂの溶融熱加算によって鋼板部品８の板厚方向の溶融量が上限所定値を超えない０．２０までに設定した状態で溶接するものであるから、溶融部１４とその近傍の組織変化部分１５が板厚全域にわたって形成されることがなく、溶融部１４近傍の組織変化部分１５と鋼板表面との間に溶融していない母材部分１７が存置される。したがって、この母材部分１７が鋼板部品８としての強度を維持する機能を果たし、ボルト１の溶接接合強度が十分に確保できる。また、組織変化部分１５と母材部分１７の境界面積が広い領域にわたって確保できるので、この境界面積部分の接合強度を高く保つことができ、ボルト１に曲げ方向の外力が作用しても、容易に割れなどが発生することがない。
　「鋼板体積」に対する初期溶融部４Ａの体積比を０．０８～０．２０に設定することに加えて、主溶融部４Ｂに対する初期溶融部４Ａの体積比を特定することにより、良好な結果をえることができる。すなわち、初期溶融部４Ａの体積を主溶融部４Ｂの体積の１０～２０％の範囲に設定し、１０％あれば主溶融部４Ｂから鋼板部品８に対して十分に溶融熱供給ができるとともに、軸部２の根元部分の強度剛性が十分に維持できる。他方、２０％を超えると、主溶融部４Ｂから鋼板部品８に対しての溶融熱供給が過剰になる虞があるとともに、軸部２の根元部分の材料が過多となり、原価面で不利である。したがって、２０％以下とすることによって、このような懸念を回避することができる。
　溶接完了後において、前記拡径部の外周近傍と鋼板部品表面との間に、空隙を存置させて、前記空隙を形成する拡径部の下面、主溶融部の外周面、溶融箇所の露出部、鋼板部品の表面などに、該空隙内の空気を排出して塗料液が付着できるようになっている。
　拡径部３の外周近傍と鋼板部品表面との間の空隙Ｃが狭すぎると、塗料液の粘性によってこの空隙Ｃにおける塗料液の流動性がえられないので、空隙Ｃに停滞している空気が排出されることなく、塗料液で封じ込められることとなる。この封入空気が原因となって錆が発生する、という問題がある。
　しかし、本実施例のように、拡径部３の外周近傍と鋼板部品表面との間に、塗料液によって気泡が封入されることのない大きさの空隙Ｃが存置されていることによって、上記錆発生の問題が解消される。すなわち、拡径部３の外周近傍と鋼板部品表面との間の空隙Ｃが、鋼板部品８の板厚方向における主溶融部４Ｂの高さ寸法０．９ｍｍにより、十分な空間Ｃとして確保できるため、この空隙Ｃへの塗料液の流入が積極的に行われる。このような流動によって、空隙Ｃ内の空気が排出され、塗料液は空隙Ｃを形成する拡径部３の下面、主溶融部４Ｂの外周面、溶融箇所１４の露出部、鋼板部品８などの表面（図４Ｄ参照）に付着し、気泡が封入されることがなく、前述のような錆発生の問題が解消される。
　図１Ａ、１Ｂ、２および図６～９は、「圧力利用」に基づく本発明の実施例２を示す。図１Ａ、１Ｂ、２および６は、実施例２においても実施例１と共通の図とされている。また、図７Ａ～７Ｄは、通読しやすくするために、図４Ａ～４Ｄと同じ図を再掲している。
　まず、プロジェクションボルトの寸法や形状について説明する。
　鉄製のプロジェクションボルト１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によって形成されている。そして、符号５は軸部２の外周面に形成された雄ねじであり、谷部と山部を有している。
　前記溶着用突起４は、図１Ａや図７Ａなどに示すように、初期溶融部４Ａと主溶融部４Ｂから構成されている。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テーパ傾斜角のテーパ部６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７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た円錐台の形状部分である。ボルト１は金型成型やロール加工などが施されるので、拡大して観察すると実際には、上記の頂部７は鋭利に尖った形状ではなく、若干の丸みを帯びた形状となる。
　図１Ｂ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（山径）は５．５ｍｍ、軸部２の長さは２４．５ｍｍ、拡径部３の直径と厚さはそれぞれ１３．２ｍｍと１．０ｍｍである。さらに、溶着用突起４の端面（テーパ部６）の直径は９．０ｍｍ、初期溶融部４Ａの高さ（厚さ）は０．３２ｍｍ、主溶融部４Ｂの高さ（厚さ）は０．９ｍｍ、テーパ部６の傾斜角度θは４．５度である。
　つぎに、ボルト１の溶接状態を説明する。
　図２は、ボルト１が鋼板部品８に溶接される状態を示す断面図である。可動電極９は、エアシリンダまたは進退出力型の電動モータなど（図示していない）で進退動作をする。その端面中央部に可動電極９の長手方向に受入孔１０があけられ、その奥部に永久磁石１１が取り付けてある。鋼板部品８は、可動電極９と同軸状態で配置された固定電極１２上に載置されている。
　作業者または供給ロッドによって、軸部２が可動電極９の受入孔１０に挿入され、軸部２が永久磁石１１で吸引されてボルト１が可動電極９に保持される。このときには、可動電極９の端面１３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９が進出してきて、溶着用突起４が鋼板部品８に加圧されている状態を示している。この加圧によって頂部７とその近傍のテーパ部６が、図示していないが、鋼板部品８の表面にめり込んでいる。つまり、初期溶融部４Ａのテーパ部６の先端部分が鋼板部品８の表面にわずかに食い込んで、溶着用突起４と鋼板部品８の接触面積が増大している。この状態で溶接電流が通電されて、鋼板部品８への溶接がなされる。なお、鋼板部品８の板厚は、０．６ｍｍ～１ｍｍの範囲内である。
　つぎに、加圧通電条件を説明する。
　可動電極９による加圧力、すなわち鋼板部品８に対する溶着用突起４の加圧力は２３００Ｎであり、溶接電流は１４０００Ａ、通電時間は８サイクルである。この通電時間８サイクルは、通電開始時点から所定時間経過後の初期溶融部４Ａの溶融開始、それに引き続く主溶融部４Ｂの溶融終了までの時間である。なお、１サイクルは１／６０秒である。
　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２０００～３０００Ｎ、溶接電流は１００００～１５０００Ａ、通電時間は５～１０サイクルとするのが良好である。
　つぎに、溶着過程について説明する。
　図７Ａ～７Ｄは、溶着過程を示す。図７Ａ～７Ｃは断面図であるが、見やすくするために断面箇所のハッチング記載は行っていない。ここでの鋼板部品８の板厚は０．６５ｍｍであり、通常の高張力鋼板である。図７Ａは、図２の押し付け状態で溶接電流を通電した通電初期の段階であり、頂部７近傍とそれに対応する鋼板部品８（円板部分８Ａ）が僅かに溶融している。この溶融箇所は符号１４で示されている。溶融箇所１４の液状化した溶融金属は、可動電極９の加圧力が作用するので、初期溶融部４Ａと鋼板部品８の非溶融部の間に封じ込められた状態になっている。
　さらに加圧通電が継続されると、テーパ部６の傾斜角によって溶融箇所１４は、直径方向に放射状のほぼ平面的な溶融範囲となって円形に拡大してゆく。この拡大過渡状態が図７Ｂに示されている。ここでも、溶融箇所１４は、初期溶融部４Ａと鋼板部品８の非溶融部の間に封じ込められた状態になっている。
　その後、加圧通電が継続されることにより、初期溶融部４Ａ全域の溶融に引き続いて主溶融部４Ｂの溶融が同時進行的に開始される。初期溶融部４Ａの溶融によって初期溶融部４Ａの円形範囲に対応した鋼板部品８の表面全域、すなわち、円板部分８Ａの表面に近い部分が図７Ｃに示すように、溶融する。前述の通電時間８サイクルが経過した時点で、図７Ｃに示す溶融状態となる。
　図７Ｃや７Ｄから明らかなように、主溶融部４Ｂは厚さ方向全体が溶融しているものではなく、主溶融部４Ｂの厚さ方向で見て２分の１から３分の１の範囲が溶融している。前述の加圧力、電流値、通電時間などの溶接条件は、このような範囲の溶融が主溶融部４Ｂにおいて遂行されるように定められている。
　初期溶融部４Ａの溶融前の形状は、図示のように扁平な円錐形であるが、溶融初期の段階で円錐形の形状は消滅して、鋼板部品８の表面部分の溶融部と一体になった平たい溶融域１４となっている。
　図７Ｄは、溶着完了後の組織状態を示す部分的な拡大断面図であり、黒く塗りつぶされた部分が溶融箇所１４であり、前述のナゲットである。そして、溶融箇所１４の近傍に層状になって現れている部分が組織変化部分１５であり、前述の熱影響部（Heat Affected Zone/HAZ）である。組織変化部分１５は、同図に梨地を付して示されている。
　符号１６は円板部分８Ａにおける非溶融部であり、組織変化部分１５と熱的影響を受けていない鋼板の母材１７によって形成されており、その厚さはＴ１で示されている。また、母材１７だけの厚さはＴ２で示されている。
　つぎに、初期溶融部の円形面積と鋼板部品との関係について説明する。
　鋼板部品８の板厚は、前記のように、０．６５ｍｍである。一方、初期溶融部４Ａの円形面積は図１Ｂに示した直径寸法９ｍｍから算出して６３．５９ｍｍ2である。ここで、鋼板部品の板厚に対する初期溶融部の円形面積の比、すなわち「板厚面積比」を求めると、９７．８３である。また、０．６５ｍｍの板厚を０．７ｍｍに変更して「板厚面積比」を求めると、９０．８１である。
　上記「板厚面積比」９７．８３のものを、上記溶接条件、すなわち加圧力２３００Ｎ、溶接電流１４０００Ａ、通電時間８サイクルで溶接した結果、非溶融部１６の厚さＴ１は０．６２ｍｍ、母材１７の厚さＴ２は０．５５ｍｍであった。また、板厚０．７ｍｍで「板厚面積比」９０．８１のものを上記溶接条件と同じ条件で溶接した結果、非溶融部１６の厚さＴ１は０．５５ｍｍ、母材１７の厚さＴ２は０．４８ｍｍであった。これらの値は、後述の図９に示した線図から読み取ることができる。
　つぎに、Ｔ１、Ｔ２の具体値について説明する。
　図９は、鋼板部品の板厚に対する初期溶融部の円形面積の比（「板厚面積比」）と、Ｔ１，Ｔ２の関係を示す線図である。「板厚面積比」９０．８１と９７．８３の場合のＴ１およびＴ２は上記のとおりである。これらの値は、鋼板部品８の厚さ方向に対する溶け込み量と、母材１７の厚さが適正なものである。
　上記のＴ１、Ｔ２の値確保と同時に、溶接完了後において、拡径部３の外周近傍と鋼板部品８の表面との間に、塗料液によって気泡が封入されることのない大きさの空隙Ｃが存置されている。この空隙Ｃは、０．５ｍｍである。また、空隙Ｃの大きさを、加圧力、電流値、通電時間などの溶接条件を変更することにより、０．４ｍｍや０．６ｍｍのように加減することができる。
　つぎに、「板厚面積比」の大小と溶融の進行について説明する。
　図８Ａと８Ｂは、初期溶融部４Ａの直径が９ｍｍ、板厚が０．７ｍｍであり、「板厚面積比」は９０．８１である。そして、上述のように、非溶融部１６の厚さＴ１は０．５５ｍｍ、母材１７の厚さＴ２は０．４８ｍｍである。図８Ｃと８Ｄは、初期溶融部の直径が６．５ｍｍ、板厚が０．７ｍｍであり、「板厚面積比」は４７．３８である。そして、非溶融部１６の厚さＴ１は０．２４ｍｍ、母材１７の厚さＴ２は０．１８ｍｍである。なお、図８Ａ～８Ｄは断面図であるが、理解しやすくするために、ハッチングの記載は行っていない。
　図８Ａから８Ｂへの溶融過程は、図７Ａ～７Ｄにしたがって説明したものと同じである。溶融箇所１４は、主溶融部４Ｂと薄鋼板の非溶融部１６の間で封じ込められていることと、可動電極９が加圧進出をすることによって、溶融金属の圧力が高く維持される。この場合、初期溶融部４Ａの円形面積が図８Ｃや８Ｄの円形面積よりも遥かに大きいので、溶融金属の圧力は低く維持される。このような圧力状態によって、薄鋼板の板厚方向への溶融進行が緩和されて、過剰溶融が回避される。つまり、図８Ａから８Ｂでは、薄鋼板の板厚に対する溶融面積の比が大きなものとなる。このような広い面積の広域の溶融金属が加圧状態におかれるので、液状化した金属の内圧は低く保たれる。このため、溶融金属から薄鋼板の非溶融部に伝達される単位面積当たりの熱量が少量化され、非溶融部の板厚方向への溶け込み量が少なくなる。
　図８Ｃから８Ｄへの溶融過程は、図７Ａ～７Ｄにしたがって説明したものと同じである。溶融箇所１４は、主溶融部４Ｂと薄鋼板の非溶融部１６の間で封じ込められていることと、可動電極９が加圧進出をすることによって、溶融金属の圧力が高く維持される。この場合、初期溶融部４Ａの円形面積が図８Ａや８Ｂの円形面積よりも遥かに小さいので、溶融金属の圧力は高く維持される。このような圧力状態によって、薄鋼板の板厚方向への溶融進行が促進されて、溶融深さが大きくなる。つまり、図８Ｃから８Ｄでは、薄鋼板の板厚に対する溶融面積の比が小さなものとなる。このような狭い面積の狭域の溶融金属が加圧状態におかれるので、液状化した金属の内圧は高く保たれる。このため、溶融金属から薄鋼板の非溶融部に伝達される単位面積当たりの熱量が増量化され、非溶融部の板厚方向への溶け込み量が多くなる。
　つぎに、「板厚面積比」の適正範囲について説明する。
　鋼板部品の板厚は、図１０Ａおよび１０Ｂにしたがって説明したように、異常溶融、すなわち板厚全体の溶融を防止して適正な溶融深さを求めることが重要なので、対象となる板厚は０．６ｍｍ～１ｍｍである。厚さ０．６ｍｍの鋼板を「板厚面積比」４５～１０５の範囲内に設定して溶接した結果、Ｔ１およびＴ２は良好な値がえらえた。また、厚さ１ｍｍの鋼板を「板厚面積比」４５～１０５の範囲内に設定して溶接した結果、Ｔ１およびＴ２は良好な値がえらえた。
　「板厚面積比」が、溶融金属圧力の大小によって鋼板部品の板厚方向の溶融量が上限所定値となる４５未満であると、図８Ｃや８Ｄにしたがって説明したように、液状化した溶融金属の圧力が異常に高く維持されるために、薄鋼板の板厚方向への溶け込みが進行しすぎて、Ｔ１およびＴ２が異常に薄くなるか、ほとんどなくなってしまう。したがって、上記上限所定値は４５未満とするのが適正である。
　一方、「板厚面積比」が、溶融金属圧力の大小によって鋼板部品の板厚方向の溶融量が下限所定値となる１０５を超えて１０６以上であると、図８Ａや８Ｂにしたがって説明したように、液状化した溶融金属の圧力が異常に低く維持されるために、薄鋼板の板厚方向への溶け込みが緩慢すぎて、Ｔ１およびＴ２が異常に厚くなる。したがって、上記下限所定値は１０５を超えない値とするのが適正である。
　なお、「板厚面積比」の大小によって液状金属の圧力に変化が生じることに着目しているが、溶接時の液状金属の圧力を計測することは、出願人において不可能なので、当該圧力の大小と薄鋼板の溶融進行度合いの関係で作用効果の説明を行っている。
　「板厚面積比」を前述の９０．８１と９７．８３として溶接したボルト１の溶接強度テストを行った。図６に示すように、鋼板部品８を治具（図示していない）で固定し、ボルト１を軸方向に引っ張るテストの結果、母材１７と溶融箇所１４が剪断状態で鋼板部品８から破断し、円板部分８Ａに相当する抜け穴８Ｂとなっていることが認められ、溶接強度として十分であると判定される。この破断は、上記引っ張り力が３０００～３５００Ｎの範囲で発生している。
　また、軸部２を傾ける反復曲げテストを行った結果、溶融箇所１４と組織変化部分１５の境界部分や、組織変化部分１５自体あるいは組織変化部分１５と母材１７との境界部分からの割れは発生しなかった。このようなサイズのボルト１をきわめて薄い厚さ０．６５ｍｍの鋼板部品８に溶接した場合の溶接強度として十分であると判定される。
　また、「板厚面積比」を前述の４７．３８として溶接したボルト１の溶接強度テストを行った結果、引っ張りテストおよび反復曲げテストのいずれにおいても、良好な値がえられた。
　例えば、「板厚面積比」９７．８３のものに対して、加圧力、電流値、通電時間などの溶接条件を上述の範囲内で変えることにより、上記Ｔ１＝０．６２ｍｍ、Ｔ２＝０．５５ｍｍを、例えばＴ１＝０．５３ｍｍ、Ｔ２＝０．４４ｍｍにすることができる。
　上記実施例２においては、初期溶融部４Ａの形状は、テーパ部６と頂部７を有する円錐形であるが、これに換えて球形とすることができる。球形の場合、頂部７に相当する箇所が鋼板部品８に加圧されて、この加圧部分から溶融が開始される。それ以外の溶着過程は、円錐形のものと同じである。
　以上に説明した「圧力利用」に基づく実施例２の作用効果は、つぎのとおりである。
　鋼板部品８の板厚に対する初期溶融部４Ａの円形面積の比（「板厚面積比」）を、例えば、１００に設定した場合には、薄鋼板８の板厚に対する溶融面積の比が大きなものとなる。このような広い面積の広域の溶融金属１４が加圧状態におかれるので、液状化した金属の内圧は低く保たれる。このため、溶融金属１４から鋼板８の非溶融部１６に伝達される単位面積当たりの熱量が少量化され、非溶融部１６の板厚方向への溶け込み量が少なくなる。また、薄鋼板８の面方向における溶融範囲が大きくなるので、溶融熱は長い溶融外周縁から広範な領域へ伝達され、板厚方向に向かう熱量が少量化されて、板厚方向への溶け込み進行が緩和される。したがって、上記の鋼板部品８の板厚に対する初期溶融部４Ａの円形面積の比が１００のように大きく設定されているときには、板厚方向への溶け込み進行が緩和されて、過剰溶融が防止でき、プロジェクションボルト１の溶接強度が適正に保たれる。
　上記「板厚面積比」を、例えば、５０に設定した場合には、薄鋼板８の板厚に対する溶融面積の比が小さなものとなる。このような狭い面積の狭域の溶融金属１４が加圧状態におかれるので、液状化した金属の内圧は高く保たれる。このため、溶融金属１４から鋼板８の非溶融部１６に伝達される単位面積当たりの熱量が増量化され、非溶融部１６の板厚方向への溶け込み量が多くなる。また、薄鋼板８の面方向における溶融範囲が小さくなるので、溶融熱は短い溶融外周縁から狭い領域へ伝達され、板厚方向に向かう熱量が増量化されて、板厚方向への溶け込み進行が促進される。したがって、上記の「板厚面積比」が５０のように小さく設定されているときには、板厚方向への溶け込み進行が促進されて、溶融深さの大きな状態となり、プロジェクションボルト１の溶接強度が適正に保たれる。
　上述の現象は、溶融金属１４が、溶融初期の段階では、初期溶融部４Ａと薄鋼板８の非溶融部１６の間で封じ込められた状態になり、溶融後期の段階では、主溶融部４Ｂと薄鋼板の非溶融部１６の間で封じ込められた状態になるので、液状化した金属の圧力状態を非溶融部１６の溶融進行に影響させていることになる。つまり、高圧溶融金属からは非溶融部１６に対して積極的に熱伝導がなされ、低圧溶融金属からは非溶融部１６に対して緩慢な熱伝導がなされる現象が重要点になっている。このような現象が上記の例示された「板厚面積比」のように展開されるので、板厚方向における過剰溶融や過少溶融が防止できて、適正な溶接強度が確保できる。
　上述の「板厚面積比」１００や５０なる数値の例示は、鋼板部品の板厚方向の溶融量を適正化するために、実用上重要な存在であるが、このような数値の選択は、「圧力利用」という基本的な現象が基礎となっている。
　本発明の方法によれば、上述の「溶融熱加算」または「圧力利用」によって、薄鋼板の過剰溶融や過少溶融を防止し、ボルトを良好な状態で電気抵抗溶接をすることができ、自動車の車体溶接工程や、家庭電化製品の板金溶接工程などの広い産業分野で利用できる。
　１　　プロジェクションボルト
　２　　軸部
　３　　拡径部
　４　　溶着用突起
　４Ａ　初期溶融部
　４Ｂ　主溶融部
　６　　テーパ部
　７　　頂部
　８　　鋼板部品
　８Ａ　円板部分
　８Ｂ　抜け穴
１４　　溶融箇所（溶融金属または溶融域）
１５　　組織変化部分（熱影響部）
１６　　非溶融部
１７　　母材部分
Ｔ１　　非溶融部の厚さ寸法
Ｔ２　　母材部分の厚さ寸法
Ｃ　　　空隙

Claims (3)

  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円形の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によって形成されたプロジェクションボルトを、一対の電極間で前記溶着用突起を薄鋼板製の鋼板部品に加圧した状態で、当該鋼板部品に電気抵抗溶接で溶接するものであり、
    　前記一対の電極は、プロジェクションボルトを保持する電極と鋼板部品が載置される電極が同軸で配置された状態で構成され、
    　溶融初期の段階で平たい溶融域となった初期溶融部に主溶融部の溶融熱を加算するか、または、主溶融部と鋼板部品の非溶融部との間に封じ込められた溶融金属の圧力によって鋼板部品の溶融を進行させることによって鋼板部品の板厚方向における過剰溶融や過少溶融を防止し、
    　溶接完了後において、前記拡径部の外周近傍と鋼板部品表面との間に、空隙を存置させて、前記空隙を形成する拡径部の下面、主溶融部の外周面、溶融箇所の露出部、鋼板部品の表面などに、該空隙内の空気を排出して塗料液が付着できるようにすることを特徴とするプロジェクションボルトの溶接方法。
  2. 　前記溶融初期の段階で平たい溶融域となった初期溶融部に主溶融部の溶融熱を加算することを、円形の初期溶融部と同じ直径の鋼板部品の体積に対する初期溶融部の体積の比を選定して行うか、または、前記主溶融部と鋼板部品の非溶融部との間に封じ込められた溶融金属の圧力によって鋼板部品の溶融を進行させることを、鋼板部品の板厚に対する初期溶融部の円形面積の比を選定して行う請求項１記載のプロジェクションボルトの溶接方法。
  3. 　前記円形の初期溶融部と同じ直径の鋼板部品の体積に対する初期溶融部の体積の比が、０．０８～０．２０とされているか、または、前記鋼板部品の板厚に対する初期溶融部の円形面積の比が、４５～１０５とされている請求項２記載のプロジェクションボルトの溶接方法。
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