JP2801098B2 - 溶接結合体の溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二つの金属部材間に金
属板材を介装し、この金属板材を介して前記二つの金属
部材を一体的に溶接結合する溶接結合体の溶接方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車用部品には、ナット部材
やカラー部材等の二つの金属部材間に金属板材（母材）
を介装し、この金属板材を介して前記二つの金属部材を
同軸的かつ一体的に溶接結合して構成されるものが種々
使用されている。この種の部品を溶接する際には、一般
的にプロジェクション溶接が行われており、例えば、ワ
ークの溶接接合面にリング状の突起が設けられ、このリ
ング状の突起を介して溶接作業を行うものが提案されて
いる（特開昭６０−１４３２１８号公報、実開昭５５−
１２２９８３号公報等参照）。さらに、基本母材の各面
に対し、補強母材および補助母材の溶接突起の位置を相
互にずらせた状態で当接させ、各溶接突起を介して三枚
重ね状態の溶接作業を行う方法が提案されている（特公
平３−２４３１１号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、ワークに予めリング状または複数の突起
を設けなければならず、この種のワークの製造コストが
高騰するという問題が指摘されている。しかも、プロジ
ェクション溶接では、溶接電流が突起に集中することに
よりこの突起先端部から溶融が開始されて溶接作業が行
われるため、突起の高さが不揃いとなると、金属部材が
母材に対して傾斜した状態で溶接される場合が多く、こ
のため、突起を高精度に管理する必要があり、作業が煩
雑となる不具合が生ずる。

【０００４】特に、母材の両側にナット部材やカラー部
材を溶接する際に、このナット部材とカラー部材とを同
軸的に維持することが困難となるという問題が指摘され
ている。さらに、母材に対してナット部材やカラー部材
が傾斜して溶接されると、ボルトの締め付け力が低下す
る、所謂、トルクダウンが発生し易い。すなわち、図１
１に示すように、金属板材（母材）１の両側にナット部
材２とカラー部材３とが溶接された溶接結合体４におい
て、この金属板材１とナット部材２との間に隙間Ｌが形
成されていると、ボルト５を介して取付部材６が固定さ
れた後に時間の経過に伴って金属板材１に歪みが生ず
る。このため、ボルト５の締め付け力が弱まり、トルク
ダウンが発生してしまう。

【０００５】そこで、基本母材の両面にそれぞれ母材を
当接させ、通電と休止を繰り返すことにより、まず板厚
の薄い母材と基本母材とを溶接し、次に板厚の厚い母材
とこの基本母材とを溶接する三枚重ねプロジェクション
溶接方法が提案されている（特公平３−２４３０９号公
報、特公平３−２４３１０号公報参照）。ところが、こ
の種の従来技術では、各母材に溶接突起が設けられてお
り、この溶接突起の高さが不揃いである場合には上述し
た不具合を解消することができない。

【０００６】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、二つの金属部材およびその間に介装される金属板
材に予めプロジェクション溶接用突起を設ける必要がな
く、しかも溶接作業を容易かつ高精度に遂行することが
可能な溶接結合体の溶接方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、第１金属部材と第２金属部材との間に
金属板材を介装する過程と、前記第１および第２金属部
材を互いに近接する方向に第１加圧力で押圧する過程
と、前記第１および第２金属部材を前記第１加圧力より
大きな第２加圧力で押圧し、該第１および第２金属部材
の少なくとも一方に設けられた角部を前記金属板材に係
合させる過程と、前記第２加圧力を付与した状態で、前
記角部をプロジェクション溶接用突起として第１溶接電
流を供給し、前記第１および第２金属部材と金属板材と
の接合部分を軟化させる過程と、前記第１溶接電流供給
後に、前記第２加圧力を付与した状態で、該第１溶接電
流より大きな第２溶接電流を供給して前記第１および第
２金属部材を前記金属板材を介して一体的に溶接結合す
る過程とを有することを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記の本発明に係る溶接結合体の溶接方法で
は、第１および第２金属部材を第２加圧力で押圧するこ
とにより、この第１および第２金属部材の少なくとも一
方に設けられた角部が金属板材に係合してプロジェクシ
ョン溶接用突起として機能するため、この角部に溶接電
流を供給することによって前記第１および第２金属部材
が前記金属板材を介して一体的に溶接結合される。その
際、第２加圧力を付与した状態で、最終的な溶接に必要
な第２溶接電流よりも小さな第１溶接電流が予め付与さ
れることにより、第１および第２金属部材と金属板材と
の溶接部分が軟化されてこの第１および第２金属部材を
同軸的に位置補正することができ、次いでこれらが一体
的に溶接結合されることになる。

【０００９】

【実施例】本発明に係る溶接結合体の溶接方法について
実施例を挙げ、添付の図面を参照して以下に説明する。

【００１０】図１および図２において、参照符号１０
は、本実施例に係る溶接方法を実施するための溶接結合
体を示す。この溶接結合体１０は、金属製ナット部材
（第１金属部材）１２と、金属製カラー部材（第２金属
部材）１４と、このナット部材１２およびカラー部材１
４の間に介装されてこれらを同軸的かつ一体的に溶接結
合するための金属板材１６とを備える。

【００１１】このナット部材１２の端部には、大径なフ
ランジ部１８が設けられ、このフランジ部１８の金属板
材１６の一方の面と接する平坦部分２０には、その内方
に円板状に切り欠いて内側角部２２が形成される。カラ
ー部材１４には、金属板材１６の他方の面と接する平坦
部分２４の外方に外側角部２６が設けられる。この外側
角部２６の外径φＢが、内側角部２２の内径φＡと同等
以下の寸法に設定される。具体的には、図１に示すよう
に、内側角部２２と外側角部２６との間隙Ｄが、金属板
材１６の板厚ｔに対して、０≦Ｄ≦１．１ｔの関係を有
している。

【００１２】カラー部材１４の中央部には貫通孔２８が
形成されるとともに、金属板材１６に、この貫通孔２８
に対応して孔部２９が形成されている。

【００１３】図２に、溶接結合体１０に溶接処理を施す
ための溶接装置３０が示されている。この溶接装置３０
は、カラー部材１４の端部が配置される下側電極３２
と、ナット部材１２を下方に押圧する上側電極３４とを
備え、この下側電極３２内に形成された開口部３６に、
位置決め部材３８が進退自在に配設される。

【００１４】次に、このように構成される溶接結合体１
０を溶接する方法について、図３および図４を用いて説
明する。

【００１５】まず、図２に示すように、下側電極３２に
カラー部材１４が配置されるとともに、この下側電極３
２の開口部３６およびカラー部材１４の貫通孔２８に位
置決め部材３８が挿入される。カラー部材１４の平坦部
分２４に金属板材１６がその孔部２９を貫通孔２８に対
応して配設され、この金属板材１６上にナット部材１２
が配設される。このナット部材１２は、位置決め部材３
８を介してカラー部材１４と同軸的に位置決めされる。

【００１６】次いで、上側電極３４が、ナット部材１２
のフランジ部１８に当接し、この上側電極３４と下側電
極３２とが、互いに近接する方向に所定の第１押圧力
（加圧力）Ｐ１で予備加圧される（図３ａおよび図４
中、（ａ）参照）。さらに、上側電極３４と下側電極３
２とが、所定の第２押圧力（加圧力）Ｐ２で本加圧され
ると、内側角部２２と外側角部２６とに間隙Ｄが形成さ
れているため、この内側角部２２および外側角部２６
が、金属板材１６の両面側からこの金属板材１６に食い
込む（図３ｂおよび図４中、（ｂ）参照）。

【００１７】この状態で、下側電極３２と上側電極３４
との間に、溶接に必要とされる溶接電流Ａ２よりも小さ
な溶接電流Ａ１が時間Ｔ１だけ供給されると（図３ｃお
よび図４中、（ｃ）参照）、内側角部２２と外側角部２
６とがプロジェクション溶接用突起としての機能を有す
るため、内側角部２２および外側角部２６と金属板材１
６との当接部分が軟化する。このため、第２押圧力Ｐ２
の作用下に位置決め部材３８を介してナット部材１２と
カラー部材１４とが同軸的に位置補正されることにな
る。そして、この位置決め部材３８が退動され、通電を
時間Ｔ２だけ休止して冷却した後、溶接電流Ａ２が時間
Ｔ３だけ供給され、内側角部２２および外側角部２６と
金属板材１６とが溶融して互いに溶接される（図３ｄお
よび図４中、（ｄ）参照）。

【００１８】なお、具体的実施例としては、ナット部材
１２のフランジ部１８の外径φＥ＝２８ｍｍ、このナッ
ト部材１２の内側角部２２の内径φＡ＝２４ｍｍ、カラ
ー部材１４の外径φＢ＝２３ｍｍ、金属板材１６の板厚
ｔ＝１．６ｍｍに設定される。さらに、予備加圧用の第
１押圧力Ｐ１＝２００ｋｇｆ、本加圧用の第２押圧力Ｐ
２＝８００ｋｇｆとし、溶接電流Ａ１＝１０００Ａが時
間Ｔ１＝０．０４秒間だけ供給され、時間Ｔ２＝０．１
秒間の休止の後に、溶接電流Ａ２＝３００００Ａが時間
Ｔ３＝０．２秒間だけ供給される。

【００１９】この場合、本実施例では、ナット部材１２
とカラー部材１４とで金属板材１６を挟持した状態で第
２押圧力Ｐ２が付与される際に、このナット部材１２に
形成された内側角部２２とカラー部材１４に形成された
外側角部２６とが、この金属板材１６の両面側に食い込
んで、実質的にプロジェクション溶接用突起としての機
能を有する。このため、従来のように、予めプロジェク
ション溶接用のリング状突起や複数の突起を設けるもの
に比べ、各溶接部材であるナット部材１２およびカラー
部材１４の製造作業が一挙に簡素化し、溶接結合体１０
全体の製造コストを有効に下げることができるという効
果が得られる。

【００２０】しかも、ナット部材１２とカラー部材１４
とに第２押圧力Ｐ２が付与された状態で、小電流である
溶接電流Ａ１が供給されるため、内側角部２２および外
側角部２６が僅かに溶融軟化する。従って、本溶接前に
内側角部２２および外側角部２６と金属板材１６との溶
接部分が変形し易く、第２押圧力Ｐ２の作用下に位置決
め部材３８を介してナット部材１２とカラー部材１４と
を同軸的に位置補正することができる。これにより、従
来、突起自体の精度が溶接後の製品精度に影響を及ぼし
ていたために、この突起を高精度に管理する必要があっ
たのに比べ、本実施例では、この種の精度管理を不要に
して溶接結合体１０全体を容易かつ高精度に溶接するこ
とが可能になるという効果が得られる。

【００２１】なお、間隔Ｄが１．１ｔより大きくなる
と、第２押圧力Ｐ２が付与される際に内側角部２２と外
側角部２６とにより金属板材１６に破損が生じ易くなっ
てしまう。

【００２２】また、本実施例では、ナット部材１２のフ
ランジ部１８の水平な平坦部分２０に内側角部２２を設
ける一方、カラー部材１４の水平平坦部分２４に外側角
部２６が設けられているが、図５に示すように、フラン
ジ部１８の傾斜部分５０に内側角部２２を設け、カラー
部材１４の傾斜部分５２に外側角部２６を設けることが
できる。この傾斜部分５０は、金属板材１６の一方の側
面に対して角度θ１だけ傾斜する一方、傾斜部分５２
は、この金属板材１６の他方の側面に対して角度θ２だ
け傾斜している。この角度θ１およびθ２は、好適に
は、それぞれ０°乃至５°の範囲に設定される。

【００２３】次に、他の実施例に係る溶接結合体１００
について説明する。なお、上記溶接結合体１０と同一の
構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明
は省略する。

【００２４】図６に示すように、この溶接結合体１００
を構成するナット部材１２の端部には、大径なフランジ
部１８が設けられ、このフランジ部１８の金属板材１６
の一方の面と接する平坦部分２０には、その内方に円錐
台状に切り欠いて前記金属板材１６から離間する方向に
傾斜するテーパ部位１０２が形成される。カラー部材１
４には、金属板材１６の他方の面と接する平坦部分２４
の外方に外側角部１０４が設けられ、この外側角部１０
４の位置は、テーパ部位１０２の範囲Ｈ内に対応してい
る。

【００２５】この溶接結合体１００を溶接する方法は、
前述した溶接結合体１０の溶接方法と略同様であり、概
略的に説明すると、ナット部材１２とカラー部材１４と
が第１押圧力Ｐ１で加圧された後（図７ａ参照）、この
ナット部材１２およびカラー部材１４が第２押圧力Ｐ２
で加圧される。その際、テーパ部位１０２と金属板材１
６との間に間隙が形成されているため、この金属板材１
６が変形してテーパ部位１０２が金属板材１６の一方の
面に係合するとともに、外側角部２６がこの金属板材１
６の他方の面側に食い込む（図７ｂ参照）。

【００２６】従って、下側電極３２と上側電極３４とに
溶接電流Ａ１、Ａ２が供給されると（図７ｃ参照）、外
側角部１０４がプロジェクション溶接用突起としての機
能を有することになり、このテーパ部位１０２、外側角
部１０４および金属板材１６が溶融して互いに溶接され
る（図７ｄ参照）。

【００２７】この場合、本実施例の溶接結合体１００
は、上述した溶接結合体１０と同様の効果を有する他、
外側角部１０４の位置をテーパ部位１０２の範囲Ｈ内に
対応して設定するだけで、テーパ部位１０２が外側角部
１０４の受けとして機能し、金属板材１６の破損を有効
に阻止することができる。

【００２８】次に、他の実施例に係る溶接結合体１００
ａ乃至１００ｃが、図８乃至図１０に示されている。な
お、上述した溶接結合体１００と同一の構成要素には、
同一の参照数字に符号ａ乃至ｃを付してその詳細な説明
は省略する。

【００２９】図８に示すように、溶接結合体１００ａで
は、ナット部材１２ａのフランジ部１８ａの端部に平坦
部分を設けることなく、テーパ部位１０２ａが直接形成
されている。

【００３０】図９に示す溶接結合体１００ｂでは、溶接
結合体１００ａと同様にナット部材１２ｂのフランジ部
１８ｂの端部からテーパ部位１０２ｂが直接設けられる
とともに、カラー部材１４ｂの金属板材１６ｂと接する
端部に平坦部分を設けることなく、外側角部１０４ｂか
ら傾斜部分１０６が形成されている。

【００３１】さらに、図１０に示す溶接結合体１００ｃ
では、上記の溶接結合体１０、１００、１００ａおよび
１００ｂとは異なり、ナット部材１２ｃの外径がカラー
部材１４ｃの外径よりも小さく設定されている。このた
め、ナット部材１２ｃの外周部に金属板材１６ｃに接す
る外側角部１０８が設けられるとともに、カラー部材１
４ｃの金属板材１６ｃに接する端部に、内方に向かって
傾斜するテーパ部位１１０が形成される。

【００３２】このように構成される溶接結合体１００ａ
乃至１００ｃを溶接する方法は、前述した溶接結合体１
００の場合と同様であり、またそれぞれの効果も同様で
ある。

【００３３】

【発明の効果】本発明に係る溶接結合体の溶接方法によ
れば、以下の効果が得られる。

【００３４】第１および第２金属部材の間に金属板材が
介装された後、押圧力が付与されると、この第１および
第２金属部材の少なくとも一方に設けられた角部が金属
板材に係合してプロジェクション溶接用突起として機能
することになる。このため、従来のように、金属部材に
予めプロジェクション溶接用突起を設ける必要がなく、
精度管理が容易となるとともに溶接結合体全体の製造作
業が一挙に簡素化し、製造費を有効に削減することがで
きる。

【００３５】しかも、第１および第２金属部材に第２加
圧力を付与した状態で、最終的な溶接に必要な第２溶接
電流よりも小さな第１溶接電流が予め付与されることに
より、第１および第２金属部材と金属板材との溶接部分
を軟化させてこの第１および第２金属部材を同軸的に位
置補正することができ、次いで行われる本溶接によって
前記第１および第２金属部材が同軸的かつ一体的に溶接
結合される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一の実施例に係る溶接結合体の一部縦
断説明図である。

【図２】前記溶接結合体および溶接装置の縦断面図であ
る。

【図３】前記溶接結合体の溶接方法の概略説明図であ
る。

【図４】前記溶接方法の加圧と通電タイミングの説明図
である。

【図５】前記溶接結合体の変形例の一部縦断説明図であ
る。

【図６】本発明の他の実施例に係る溶接結合体の一部縦
断説明図である。

【図７】前記他の実施例に係る溶接結合体の溶接方法の
概略説明図である。

【図８】別の実施例に係る溶接結合体の一部縦断説明図
である。

【図９】さらに別の実施例に係る溶接結合体の一部縦断
説明図である。

【図１０】さらにまた別の実施例に係る溶接結合体の一
部縦断説明図である。

【図１１】従来の溶接方法により溶接された溶接結合体
の説明図である。

【符号の説明】

１０…溶接結合体 １２、１２ａ〜１２ｃ…ナット部材 １４、１４ａ〜１４ｃ…カラー部材 １６、１６ａ〜１６ｃ…金属板材 １８、１８ａ〜１８ｃ…フランジ部 ２２…内側角部 ２６…外側角部 ３０…溶接装置 １００、１００ａ〜１００ｃ…溶接結合体 １０２、１０２ａ、１０２ｂ…テーパ部位 １０４、１０４ａ、１０４ｂ、１０８…外側角部 １１０…テーパ部位

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１金属部材と第２金属部材との間に金属
   板材を介装する過程と、 前記第１および第２金属部材を互いに近接する方向に第
   １加圧力で押圧する過程と、 前記第１および第２金属部材を前記第１加圧力より大き
   な第２加圧力で押圧し、該第１および第２金属部材の少
   なくとも一方に設けられた角部を前記金属板材に係合さ
   せる過程と、 前記第２加圧力を付与した状態で、前記角部をプロジェ
   クション溶接用突起として第１溶接電流を供給し、前記
   第１および第２金属部材と金属板材との接合部分を軟化
   させる過程と、 前記第１溶接電流供給後に、前記第２加圧力を付与した
   状態で、該第１溶接電流より大きな第２溶接電流を供給
   して前記第１および第２金属部材を前記金属板材を介し
   て一体的に溶接結合する過程とを有することを特徴とす
   る溶接結合体の溶接方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の溶接方法において、第１金
   属部材は、金属板材の一方の面と接する部分の内方に内
   側角部を有するとともに、 第２金属部材は、前記金属板材の他方の面と接する部分
   の外方に前記内側角部の内径と同等以下の外径寸法に設
   定された外側角部を有し、 第２加圧力が付与されることにより、前記内側角部と外
   側角部とで前記金属板材の両面側を挟持させる過程を有
   することを特徴とする溶接結合体の溶接方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の溶接方法において、第１金
   属部材は、金属板材の一方の面と接する部分の内方に前
   記金属板材から離間する方向に傾斜するテーパ部位を有
   するとともに、 第２金属部材は、前記金属板材の他方の面と接する部分
   の外方にあって、前記テーパ部位の範囲内に対応する位
   置に設定された外側角部を有し、 第２加圧力が付与されることにより、前記テーパ部位と
   外側角部とで前記金属板材を挟持させる過程とを有する
   ことを特徴とする溶接結合体の溶接方法。