プロジェクション溶接方法
【課題】溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できるプロジェクション溶接方法を提供すること。
【解決手段】後処理被膜により一次防錆性が付与された亜鉛系めっき鋼板で少なくとも一方が形成される第１内筒部材２１（第１部材）と第２内筒部材２２（第２部材）とを溶接する方法であり、突起部形成工程により第１内筒部材２１をプレス加工により塑性変形させ、プレス方向に平行な断面内において傾斜面２４ｂにより作られる頂角θが５０°〜８０°の突起部２４が形成される。これにより、溶接工程における突起部２４と第２内筒部材２２との通電初期の接触抵抗のばらつきを抑制でき、通電初期の発熱速度のばらつきを少なくできる。その結果、その後の温度上昇による到達温度の差を小さくできるので、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できる。
【解決手段】後処理被膜により一次防錆性が付与された亜鉛系めっき鋼板で少なくとも一方が形成される第１内筒部材２１（第１部材）と第２内筒部材２２（第２部材）とを溶接する方法であり、突起部形成工程により第１内筒部材２１をプレス加工により塑性変形させ、プレス方向に平行な断面内において傾斜面２４ｂにより作られる頂角θが５０°〜８０°の突起部２４が形成される。これにより、溶接工程における突起部２４と第２内筒部材２２との通電初期の接触抵抗のばらつきを抑制でき、通電初期の発熱速度のばらつきを少なくできる。その結果、その後の温度上昇による到達温度の差を小さくできるので、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板のプロジェクション溶接方法に関し、特に、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できるプロジェクション溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛系めっき鋼板は、亜鉛や亜鉛合金等で鋼板を被覆し、鋼板の耐食性を高めた部材である。この亜鉛系めっき鋼板を抵抗溶接により接合すると、亜鉛は蒸気圧が高いため、溶接時の受熱によりめっき層から揮散し易い。亜鉛の揮散によりめっき層は損傷し耐食性が低下する。その結果、溶接部周辺の耐食性が低下する。そこで、めっき層の損傷を少なくできる溶接方法として、プロジェクション溶接方法が採用されている。プロジェクション溶接方法は、一方の被溶接物に突起を設け、この突起を他方の被溶接物に接触させつつ被溶接物を重ね合わせ、電極で加圧しながら通電することにより接合する方法である（特許文献１）。
【０００３】
一方、亜鉛系めっき鋼板は、一次防錆（水酸化亜鉛（いわゆる白さび）の発生防止）の観点から、めっき層の表面に後処理被膜を形成したものも広く用いられている。プロジェクション溶接方法は、この後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板にも適用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４８０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板の接合にプロジェクション溶接方法を適用すると、後処理被膜の種類にもよるが、溶接部の機械的強度のばらつきが大きくなるという問題点があった。
【０００６】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できるプロジェクション溶接方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
この目的を達成するために、請求項１記載のプロジェクション溶接方法によれば、後処理被膜により一次防錆性が付与された亜鉛系めっき鋼板で少なくとも一方が形成される第１部材と第２部材とを溶接する方法であり、突起部形成工程により第１部材をプレス加工により塑性変形させ、プレス方向に平行な断面内において傾斜面により作られる頂角が５０°〜８０°の突起部が形成される。次いで、溶接工程により、第１部材と第２部材とが重ね合わされ突起部が第２部材に接触される。そして、重ね合わされた第１部材と第２部材とが加圧されながら通電されると、第１部材と第２部材とが溶融凝固したナゲットが形成される。以上のようにすることで、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できる効果がある。この理由は現在解析中であるが、突起部の頂角を５０°〜８０°とすることにより、通電初期の接触抵抗のばらつきを抑制できるものと推察している。
【０００８】
即ち、プロジェクション溶接は、突起部を第２部材に接触させた後、第１部材と第２部材とを加圧しながら通電することで、突起部と第２部材とをジュール熱によって発熱させ溶融させる方法である。発熱に寄与する抵抗には、材料（第１部材および第２部材）の固有抵抗と、突起部と第２部材との接触抵抗とがある。通電初期は接触抵抗により発熱し、次に固有抵抗により発熱が増大する。固有抵抗は温度上昇に伴い加速度的に増大するので、短時間のうちに材料の融点に到達する。これにより第１部材と第２部材とが接合される。
【０００９】
ここで、亜鉛系めっき鋼板が後処理被膜を有する場合には、後処理被膜が亜鉛系めっき鋼板の接触抵抗を上昇させる。そのため、突起部を第２部材に接触させた後、第１部材と第２部材とを加圧しても突起部と第２部材との接触抵抗が安定せず、接触抵抗にばらつきが生じる。そうすると通電初期の発熱速度にばらつきが生じ、その影響がその後の温度上昇による到達温度の差となる。所定の溶接時間が経過したときに到達温度に差があると、溶接部の機械的強度のばらつきとなって現れる。
【００１０】
これに対し、突起部の頂角を５０°〜８０°とすると、加圧力が突起部へ集中する効果が高まり、通電初期の接触抵抗のばらつきを抑制できるものと推察される。その結果、通電初期の発熱速度のばらつきが少なくなり、その後の温度上昇による到達温度の差を小さくできる。これにより溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できるものと推察される。
【００１１】
請求項２記載のプロジェクション溶接方法によれば、突起部は、先端に向かうにつれ漸次縮径すると共に先端が丸みを帯びる円錐台状に形成されるので、突起部の先端に電流と加圧力とを集中させることができ、通電初期の接触抵抗のばらつきを抑制できる。これにより、請求項１の効果に加え、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できる効果がある。
【００１２】
また、突起部の形状を先端が丸みを帯びる円錐台状とすることにより、突起部形成工程におけるプレス加工による突起部の形成を容易にすることができ、請求項１の効果に加え、突起部の形成作業性を向上できる効果がある。
【００１３】
請求項３記載のプロジェクション溶接方法によれば、突起部は、傾斜面に連設される球面状の先端面を備え、先端面の曲率中心は突起部内に位置するので、傾斜面および先端面の表面積を大きくすることができる。その結果、初期通電時における突起部と第２部材との接触面積を広くすることができる。これにより、通電初期の接触抵抗のばらつきを小さくでき、請求項１又は２の効果に加え、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できる効果がある。
【００１４】
請求項４記載のプロジェクション溶接方法によれば、第１部材および第２部材は、第１部材および第２部材に貫通形成されると共に締結部材が挿通される貫通孔と、貫通孔の周囲に位置し締結部材の座面が係合される係合部を備え、係合部を板厚方向に投影した領域およびその領域の周囲の少なくとも一部にナゲットが形成される。また、第１部材の厚さをＴ（ｍｍ）とすると、突起部の直径Ｄ（ｍｍ）を１．５Ｔ１／２〜２．０Ｔ１／２に抑えることができるので、溶接部の機械的強度を確保しつつナゲットの直径を比較的小さくできる。貫通孔はナゲットを回避して形成されるので、ナゲットの直径を小さくできれば、貫通孔および係合部を形成できるスペースを広く確保できる。これにより、請求項１から３のいずれか１項の効果に加え、溶接部の機械的強度を確保できると共に、第１部材および第２部材の設計の自由度を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態におけるプロジェクション溶接方法が適用される防振装置の一部を切断して表した部分断面図である。
【図２】第１部材および第２部材の接合前の断面図である。
【図３】突起部を拡大して示した第１部材の部分断面図である。
【図４】引張強さを測定する試験片の正面図である。
【図５】溶接部の引張強さの試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態におけるプロジェクション溶接方法が適用される防振装置１０の一部を切断して表した部分断面図である。防振装置１０は、車両（図示せず）のサスペンション機構におけるショックアブソーバのピストンロッド１１の上端部を車体パネル（図示せず）に対して弾性的に結合するためのアッパーサポート（ストラットマウント）である。
【００１７】
防振装置１０は、ピストンロッド１１の上端部が下方から差し入れられて固定される内筒金具２０と、その外周を取り囲み車体パネル（図示せず）に取付固定される外側金具３０と、内筒金具２０と外側金具３０との間に介設されて両者を結合するゴム状弾性材から構成される防振基体４０とを備え、ピストンロッド１１が挿通されたコイルスプリング（図示せず）の上端部が、外側金具３０によって受け止め支持される構造を有している。
【００１８】
内筒金具２０は、伏し椀状に形成された第１内筒部材２１と、その第１内筒部材２１に対して互いの底面同士で固定された有底筒状の第２内筒部材２２と、その第２内筒部材２２が内側に圧入されると共に外周面に防振基体４０が加硫接着される円筒状の第３内筒部材２３とを備えている。
【００１９】
第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２は、プロジェクション溶接により溶接部が形成され溶融凝固したナゲットＮにより底面同士が接合されている。そして、第１内筒部材２１と第２内筒部材２２との底面同士が重ね合わされたところに、ナゲットＮを回避して、ピストンロッド１１の上端部のボルト１２が挿通される貫通孔２０ａが貫通形成されている。その貫通孔２０ａに下方から挿通されたボルト１２がナット１３で締結固定される。その結果、第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２に貫通形成された貫通孔２０ａの周囲の係合部２１ａ，２２ａに、ボルト１２の座面１２ａ及びナット１３の座面１３ａがそれぞれ係合される。これにより内筒金具２０がピストンロッド１１に固定される。なお、ナゲットＮは、係合部２１ａ，２２ａを板厚方向（図１上下方向）に投影した領域Ｓ及びその領域Ｓの周囲に形成されている。
【００２０】
なお、第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２は、クロメートを含有する後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板により形成されており、第１内筒部材２１は請求項１記載の第１部材に該当し、第２内筒部材２２は請求項１記載の第２部材に該当する。また、ボルト１２及びナット１３は請求項４記載の締結部材に該当する。
【００２１】
また、内筒金具２０の第２内筒部材２２には、上端開口縁から外側金具３０の上方に張り出すリバウンドストッパ２２ｂが設けられている。リバウンドストッパ２２ｂは、第２内筒部材２２の上端開口縁からフランジ状に折曲形成され、第２内筒部材２２の全周に亘って形成されている。
【００２２】
外側金具３０は、車体パネル（図示せず）に固定される第１外側部材３１と、その下面に重ねて固設される第２外側部材３２とを備えている。第１外側部材３１は、上方ほど小径のテーパ筒状に形成されると共に、リバウンドストッパ２２ｂを受け止めるストッパ受部３１ａが折曲形成され、それらが防振基体４０の外周部に加硫接着されている。ストッパ受部３１ａは、第１外側部材３１の内周にリング状に設けられており、その上面にリバウンドストッパ２２ｂに対するストッパゴム部４１が加硫成形されている。
【００２３】
第２外側部材３２は、外周側が第１外側部材３１の下面に固設されると共に、下端から外側に向けて折曲形成されたバウンド側ストッパ受部３２ａを備えている。バウンド側ストッパ受部３２ａは、第１内筒部材２１の外周部に設けられたバウンド側ストッパ部２１ｂの上方への変位を受け止めて、バウンド側のストッパ作用を発揮するものである。バウンド側ストッパ受部３２ａの下面には、防振基体４０に連設されたバウンド側ストッパゴム部４２が加硫成形されている。
【００２４】
次に図２を参照して、以上のように構成される防振装置１０の第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２を接合するプロジェクション溶接方法について説明する。図２は第１部材（第１内筒部材２１）及び第２部材（第２内筒部材２２）の接合前の断面図である。
【００２５】
図２に示すように、第１内筒部材２１は塑性変形により底面に凹部２３が形成され、その凹部２３により第２内筒部材２２に向かって突出する突起部２４が複数個所に形成される。なお、凹部２３は、先端が円錐台形状のパンチ（図示せず）によりプレス加工によって形成される。これにより突起部２４の形状を、先端が丸みを帯びる円錐台状にすることができる。また、パンチプレス装置を用いて突起部２４を形成する加工ができるので、突起部２４の形成作業性を向上できる。なお、突起部２４の数量を任意に設定することにより、単点溶接や多点溶接を行うことができる。
【００２６】
第１内筒部材２１に突起部２４を形成した後、第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の底面同士が重ね合わされ、突起部２４が第２内筒部材２４に接触される。そして、重ね合わされた第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２を、電極（図示せず）により加圧しながら通電するとジュール熱によって発熱する。通電初期は突起部２４と第２内筒部材２２との接触抵抗により発熱し、次に第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の固有抵抗により発熱が増大する。第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の固有抵抗は温度上昇に伴い加速度的に増大するので、短時間のうちに第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の融点に到達する。これにより第１内筒部材２１と第２内筒部材２２との溶接部に溶融凝固したナゲットＮが形成され、第１内筒部材２１と第２内筒部材２２とが接合される。
【００２７】
次に図３を参照して突起部２４について説明する。図３は突起部２４を拡大して示した第１部材（第１内筒部材２１）の部分断面図である。図３に示すように、突起部２４は、凹部２３の裏側の第１内筒部材２１に形成されており、先端に向かうにつれ漸次縮径すると共に、先端が丸みを帯びる円錐台状に形成されている。突起部２４は、詳細には、第１内筒部材２１の表面２１ｃと滑らかに連続し所定の曲率で形成される裾部２４ａと、第１内筒部材２１の表面２１ｃ及び裾部２４ａに連設される傾斜面２４ｂと、その傾斜面２４ｂと滑らかに連続する球面状の先端面２４ｃとを備えている。
【００２８】
傾斜面２４ｂは、第１内筒部材２１にプレス加工により形成される部位であり、プレス方向（図３上下方向）に平行な断面（図３紙面）内における頂角が５０°〜８０°の任意の角度に設定される。頂角θは、図３に示すように、２つの傾斜面２４ｂに連なる仮想面が交わる頂点における角度である。なお、突起部２４の頂角θは、第１内筒部材２１の厚さＴ、凹部２３を形成するパンチやダイの形状や大きさ等により決定することができる。
【００２９】
ここで、第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２は、クロメートを含有する後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板により形成されている。亜鉛系めっき層に一次防錆性を付与するためである。しかし、後処理被膜は亜鉛系めっき鋼板の接触抵抗を上昇させる。従って、突起部２４を第２内筒部材２２に接触させた後、第１内筒部材２１と第２内筒部材２２とを加圧しても、突起部２４と第２内筒部材２２との接触抵抗にばらつきが生じる。そのため、通電初期の発熱速度にばらつきが生じ、その影響が、その後の固有抵抗に依存する温度上昇による到達温度の差となる。所定の溶接時間が経過したときに到達温度に差があると、溶接部の機械的強度のばらつきとなって現れる。
【００３０】
これに対し、突起部２４の頂角θを５０°〜８０°とすることにより、電極（図示せず）による加圧力を突起部２４へ集中させる効果を高められる。その結果、通電初期の接触抵抗のばらつきを抑制できる。これにより、通電初期の発熱速度のばらつきが少なくなり、その後の温度上昇による到達温度の差を小さくできる。その結果、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できるものと推察される。
【００３１】
なお、突起部２４の頂角θが８０°を超えて大きくなるにつれ、溶接部の機械的強度のばらつきが大きくなる傾向がみられる。また、突起部２４の頂角θを小さくするには、凹部２３を形成するパンチ（図示せず）の直径（特にパンチ先端部の直径）を細くする必要がある。頂角θを５０°未満にするためには、特に細いパンチが必要となる。そのため、突起部２４の頂角θが５０°より小さくなるにつれ、プレス加工時にパンチが損傷し易くなり、突起部２４の形成作業性が低下する傾向がみられる。これに対し、突起部２４の頂角θの下限を５０°とすることで、プレス加工時のパンチの損傷や破損を抑制できるので、突起部２４の成形作業性を確保できる。
【００３２】
先端面２４ｃは、曲率中心Ｃが突起部２４内（表面２１ｃの仮想平面上またはその仮想平面より凹部２３の反対側に離れる）に位置するように形成されている。なお、先端面２４ｃの曲率中心Ｃの位置は、凹部２３を形成するパンチやダイの形状や大きさ等により決定することができる。先端面２３ｃの曲率中心Ｃを突起部２４内に位置させることで、曲率中心Ｃが突起部２４の外（即ち、曲率中心Ｃが第１内筒部材２１の表面２１ｃに連なる仮想平面より下方の凹部２３側）に位置する場合と比較して、傾斜面２４ｂ及び先端面２４ｃの表面積を大きくすることができる。その結果、初期通電時における突起部２４と第２内筒部材２２との接触面積を広くすることができる。これにより、通電初期の接触抵抗のばらつきを小さくでき、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できる。
【００３３】
また、第１内筒部材２１の厚さＴは１〜４ｍｍに形成されるのが好適である。第１内筒部材２１の厚さＴを１〜４ｍｍとすることで、突起部形成工程において、頂角θが５０°〜８０°の傾斜面２４ｂを有する突起部２４をプレス加工により比較的容易に形成することができる。さらに、その後の溶接工程において、従来とほぼ同様の溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間および電極先端径）により第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２を接合することができ、溶接部の機械的強度を確保できる。
【００３４】
また、突起部２４の直径Ｄ（ｍｍ）は、１．５Ｔ１／２〜２．０Ｔ１／２が好適とされる（但し、Ｔは第１内筒部材２１の厚さ（ｍｍ））。なお、突起部２４の直径Ｄは、図３に示すように、第１内筒部材２１の表面２１ｃに連なる仮想平面と、傾斜面２４ｂに連なる仮想面とが交わる円の直径である。直径Ｄが１．５Ｔ１／２より小さい条件では、ナゲットＮ（図１参照）の直径が小さくなり、溶接部の機械的強度を低下させる原因となる。
【００３５】
直径Ｄが２．０Ｔ１／２より大きい条件では、接合界面の面積が大きくなり、その接合界面に所定の溶け込みが必要となることから、溶接電流を供給する電源が大型化すると共に、溶接後の第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の表面性状が劣化するおそれがある。溶接後の第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の表面性状が劣化し、そこに締結部材（ボルト１２及びナット１３）の座面１２ａ，１３ａが係合する係合部２１ａ，２２ａが位置すると、締結部材の締め付け力が緩む初期緩みが発生したり、締結部材の座面陥没が生じたりする。
【００３６】
また、ナゲットＮの直径が大きくなるため、ナゲットＮを回避して貫通形成する必要のある貫通孔２０ａ（図１参照）及び貫通孔２０ａの周囲の係合部２１ａ，２２ａを設ける位置が制約を受ける。その結果、第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の設計の自由度が低下する。
【００３７】
これに対し本実施の形態では、突起部２４の直径Ｄが１．５Ｔ１／２〜２．０Ｔ１／２とされるので、ナゲットＮの直径を小さくすることができると共に、溶接部の機械的強度を確保できる。さらに、係合部２１ａ，２２ａを板厚方向（図１上下方向）に投影した領域Ｓ及びその領域Ｓの周囲にナゲットＮが形成されるが、溶接部の機械的強度を確保しつつナゲットＮの直径を小さくできるので、貫通孔２０ａ及び係合部２１ａ，２２ａを形成できるスペースを広く確保できる。これにより、第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の設計の自由度を向上できる。さらに、締結部材の初期緩みや座面陥没を防止できる。
【００３８】
次に、引張強度の試験結果に基づき、本発明の効果を具体的に説明する。なお、本発明のプロジェクション溶接方法はこの試験方法に限定されるものではない。まず、図４を参照して試験片５０について説明する。図４は引張強さを測定する試験片５０の正面図である。試験片５０を構成する第１部材５１及び第２部材５２として、亜鉛系めっき鋼板の表面に、黒色３価クロム化成処理による後処理被膜が形成された板材（厚さ３ｍｍ）を用意した。
【００３９】
第１部材５１は湾曲板状に形成し、第２部材５２は略コ字状に形成した。先端が円錐台形状の種々のパンチ及びダイを用いてプレス加工を行うことにより、第１部材５１の中央の一箇所に、頂角θが４０°，５０°，６０°，７０°，８０°及び９０°の傾斜面を有する突起部を形成した。なお、突起部は、頂角θは異なるが、他の条件を同じくするために、第１部材５１の表面に連なる仮想平面で切断したと仮定したときの体積は同一になるようにした。
【００４０】
ここで、頂角θが５０°，６０°，７０°，８０°及び９０°の突起部はプレス加工により問題なく形成できたが、頂角θが４０°の突起部を形成するときには、パンチが何本か破損した。これは、頂角θが４０°の突起部を形成するためのパンチの直径が細いためであると思われた。頂角θが４０°の突起部を形成する場合は、量産性を確保し難いと判断された。そこで、頂角θが４０°の突起部に関する試験はここで中止し、頂角θが５０°，６０°，７０°，８０°及び９０°の突起部について試験を継続した。これらは量産性を確保できるからである。
【００４１】
まず、第１部材５１の突起部を第２部材５２に接触させると共に、電極（図示せず）で加圧しながら通電することにより第１部材５１と第２部材５２とを溶融凝固させナゲットＮを形成し、第１部材５１と第２部材５２とを接合した。なお、全ての試験片５０を作成するときの溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間および電極先端径）は同一条件とした。第１部材５１と第２部材５２とをプロジェクション溶接（単点溶接）により接合した後、第１部材５１及び第２部材５２に添え板５３，５４をそれぞれアーク溶接により接合した。添え板５３，５４は、第１部材５１及び第２部材５２を引張試験装置（図示せず）に取着するための部材である。なお、試験片５０は頂角θ毎に２０個ずつ作成した。
【００４２】
次いで、ＪＩＳ Ｚ２２４１に規定された装置および方法に従い、各試験片５０の引張強度試験を行い、各試験片５０が破断するまでの最大引張荷重を測定した。破断した試験片５０から溶接径（ナゲット径）を求め、得られた最大引張荷重および溶接径から各試験片５０の引張強さを算出した。次に、頂角θ毎に、試験片５０（ｎ＝２０）の引張強さの平均と範囲（引張強さの最大値から最小値を減算した値）とを求めた。そして、頂角θが６０°，７０°，８０°及び９０°のときの引張強さの平均および範囲を、頂角θが５０°のときの引張強さの平均および範囲で除算することにより、頂角θ＝５０°の値を基準にして（１として）、頂角θが６０°，７０°，８０°及び９０°の値と比較した。
【００４３】
その計算結果を図５に示す。図５は溶接部の引張強さの試験結果を示す図である。図５に示すように、引張強さの平均は、頂角θにほとんど依存しないことが確認された。一方、引張強さの範囲（ばらつき）は、頂角θが増加するにつれ次第に増加し、９０°のときに著しく大きくなった。この結果、突起部の頂角θを５０°〜８０°とすることにより、量産性を確保できると共に、溶接部の機械的強度（引張強さ）のばらつきを抑制できることが明らかとなった。
【００４４】
なお、突起部の頂角θが５０〜８０°の範囲で良好な結果が得られたが、図５に示すように、頂角θが小さいほど溶接部の機械的強度（引張強さ）のばらつきを小さくできるので、より好ましくは頂角θを５０〜７０°とするのが良い。
【００４５】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００４６】
例えば、上記実施の形態で挙げた数値（例えば、各構成の数量や寸法等）は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。
【００４７】
また、上記実施の形態で説明したプロジェクション溶接方法は、溶接点（突起部）が１点以上、何点あっても良い。また、溶接部に後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板を１枚以上含んでいれば、何枚重ねの溶接構造であっても良い。さらに、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板以外のその他の材料を溶接部に含んでいても良い。例えば、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板を鋼材にプロジェクション溶接することは当然可能である。
【００４８】
上記実施の形態では、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板に突起部を形成する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板以外のその他の材料を溶接部に含んでいる場合には、その他の材料を第１部材として、これに突起部を形成することは当然可能である。この場合も同様の効果を実現できる。
【００４９】
なお、詳細は解析中であるが、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板に頂角θが５０°〜８０°の突起部を形成することによって、突起部の先端面の後処理被膜が破れ、通電初期の接触抵抗が安定し、その結果、溶接部の機械的強度のばらつきが小さくなった可能性もある。突起部の先端面の後処理被膜が破れることによって通電初期の接触抵抗が安定し、その結果、機械的強度のばらつきが小さくなったのであれば、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板以外のその他の材料を溶接部に含んでいる場合には、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板を第１部材として、これに突起部を形成することが好ましい。
【００５０】
また、本発明が適用可能な亜鉛系めっき鋼板としては、電気めっき、溶融めっき、蒸着めっき、無電解めっき等の方法により作製された純亜鉛めっき鋼板、亜鉛とニッケル、鉄、アルミニウム、クロム、チタン、マグネシウム、マンガン、コバルト、錫、鉛、シリコン等の１種又は２種以上の元素との合金めっき鋼板を挙げることができる。さらに、これらのめっき層に他の元素、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア等の無機物、又は有機化合物の１種又は２種以上を意図的にもしくは不純物として不可避的に含有するめっき鋼板に適用することは可能である。さらには、上述の２種類以上のめっきを複層有するめっき鋼板等に適用することは当然可能である。めっき付着量も、実用されている範囲のものであれば、低付着量のものでも高付着量のものであっても良く、特に限定されるものではない。
【００５１】
上記実施の形態では、亜鉛系めっき鋼板の後処理被膜としてクロメートを含有するものについて説明したが、めっきに一次防錆性を付与するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、クロメートを含有する被膜として、無水クロム酸の水溶液に微量の硫酸を添加した後、電解処理することで形成される電解型クロメート被膜や、部分還元クロム酸の水溶液にシリカ、アルミナ等の無機微粒子、りん酸、硝酸等の鉱酸及びその化合物、アクリル系樹脂等の酸性樹脂、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属イオン等から選ばれる添加物の内１種又は２種以上を添加した後、亜鉛系めっき鋼板に塗布、乾燥して得られる塗布型クロメート被膜等が挙げられる。
【００５２】
また、クロメートを含有しない有機系被膜としては、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、エポキシ系樹脂等の内のいずれか、もしくは２つ以上を複合して用いた被膜であって、これらに、シリカ、アルミナ等の無機微粒子、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤等のカップリング剤、タンニン酸、フィチン酸等の有機インヒビター等の内１種又は２種以上を添加した被膜が例示できる。
【００５３】
さらに、クロメートを含有しない無機系被膜として、バナジウム、チタン、セリウム等の金属を含有する化合物、特にこれらの酸素酸化合物やフッ化物、シリカ、アルミナ等の無機微粒子、りん酸、硝酸等の鉱酸及びその化合物、リチウム、ナトリウム、カルシウム等のシリケート、次亜りん酸ソーダ等の無機インヒビター等の内１種又は２種以上を含有する被膜が例示できる。
【００５４】
また、後処理被膜は単層のもののみならず、上記のうちの２つ以上からなる複層構造を有する後処理被膜であってもよい。例えば、下地処理層として無機系非クロメート被膜、上層として有機系非クロメート被膜を有するもの等がその例である。但し、後処理被膜の全膜厚が２μｍを越えると、表面抵抗が過度に高くなり、本発明によってもばらつきなくプロジェクション溶接することが困難となる。より好適には１．５μｍ以下である。
【００５５】
上記実施の形態では、防振装置１０の第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２とを接合する場合のプロジェクション溶接方法について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板を１枚以上含んで溶接部が構成されるものであれば、防振装置１０以外においても当然に適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１２ ボルト（締結部材）
１２ａ 座面
１３ ナット（締結部材）
１３ａ 座面
２０ａ 貫通孔
２１ 第１内筒部材（第１部材）
２１ａ 係合部
２１ｃ 表面
２２ 第２内筒部材（第２部材）
２２ａ 係合部
２４ 突起部
２４ｂ 傾斜面
２４ｃ 先端面
５１ 第１部材
５２ 第２部材
Ｃ 曲率中心
Ｎ ナゲット
Ｓ 領域
θ 頂角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板のプロジェクション溶接方法に関し、特に、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できるプロジェクション溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛系めっき鋼板は、亜鉛や亜鉛合金等で鋼板を被覆し、鋼板の耐食性を高めた部材である。この亜鉛系めっき鋼板を抵抗溶接により接合すると、亜鉛は蒸気圧が高いため、溶接時の受熱によりめっき層から揮散し易い。亜鉛の揮散によりめっき層は損傷し耐食性が低下する。その結果、溶接部周辺の耐食性が低下する。そこで、めっき層の損傷を少なくできる溶接方法として、プロジェクション溶接方法が採用されている。プロジェクション溶接方法は、一方の被溶接物に突起を設け、この突起を他方の被溶接物に接触させつつ被溶接物を重ね合わせ、電極で加圧しながら通電することにより接合する方法である（特許文献１）。
【０００３】
一方、亜鉛系めっき鋼板は、一次防錆（水酸化亜鉛（いわゆる白さび）の発生防止）の観点から、めっき層の表面に後処理被膜を形成したものも広く用いられている。プロジェクション溶接方法は、この後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板にも適用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４８０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板の接合にプロジェクション溶接方法を適用すると、後処理被膜の種類にもよるが、溶接部の機械的強度のばらつきが大きくなるという問題点があった。
【０００６】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できるプロジェクション溶接方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
この目的を達成するために、請求項１記載のプロジェクション溶接方法によれば、後処理被膜により一次防錆性が付与された亜鉛系めっき鋼板で少なくとも一方が形成される第１部材と第２部材とを溶接する方法であり、突起部形成工程により第１部材をプレス加工により塑性変形させ、プレス方向に平行な断面内において傾斜面により作られる頂角が５０°〜８０°の突起部が形成される。次いで、溶接工程により、第１部材と第２部材とが重ね合わされ突起部が第２部材に接触される。そして、重ね合わされた第１部材と第２部材とが加圧されながら通電されると、第１部材と第２部材とが溶融凝固したナゲットが形成される。以上のようにすることで、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できる効果がある。この理由は現在解析中であるが、突起部の頂角を５０°〜８０°とすることにより、通電初期の接触抵抗のばらつきを抑制できるものと推察している。
【０００８】
即ち、プロジェクション溶接は、突起部を第２部材に接触させた後、第１部材と第２部材とを加圧しながら通電することで、突起部と第２部材とをジュール熱によって発熱させ溶融させる方法である。発熱に寄与する抵抗には、材料（第１部材および第２部材）の固有抵抗と、突起部と第２部材との接触抵抗とがある。通電初期は接触抵抗により発熱し、次に固有抵抗により発熱が増大する。固有抵抗は温度上昇に伴い加速度的に増大するので、短時間のうちに材料の融点に到達する。これにより第１部材と第２部材とが接合される。
【０００９】
ここで、亜鉛系めっき鋼板が後処理被膜を有する場合には、後処理被膜が亜鉛系めっき鋼板の接触抵抗を上昇させる。そのため、突起部を第２部材に接触させた後、第１部材と第２部材とを加圧しても突起部と第２部材との接触抵抗が安定せず、接触抵抗にばらつきが生じる。そうすると通電初期の発熱速度にばらつきが生じ、その影響がその後の温度上昇による到達温度の差となる。所定の溶接時間が経過したときに到達温度に差があると、溶接部の機械的強度のばらつきとなって現れる。
【００１０】
これに対し、突起部の頂角を５０°〜８０°とすると、加圧力が突起部へ集中する効果が高まり、通電初期の接触抵抗のばらつきを抑制できるものと推察される。その結果、通電初期の発熱速度のばらつきが少なくなり、その後の温度上昇による到達温度の差を小さくできる。これにより溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できるものと推察される。
【００１１】
請求項２記載のプロジェクション溶接方法によれば、突起部は、先端に向かうにつれ漸次縮径すると共に先端が丸みを帯びる円錐台状に形成されるので、突起部の先端に電流と加圧力とを集中させることができ、通電初期の接触抵抗のばらつきを抑制できる。これにより、請求項１の効果に加え、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できる効果がある。
【００１２】
また、突起部の形状を先端が丸みを帯びる円錐台状とすることにより、突起部形成工程におけるプレス加工による突起部の形成を容易にすることができ、請求項１の効果に加え、突起部の形成作業性を向上できる効果がある。
【００１３】
請求項３記載のプロジェクション溶接方法によれば、突起部は、傾斜面に連設される球面状の先端面を備え、先端面の曲率中心は突起部内に位置するので、傾斜面および先端面の表面積を大きくすることができる。その結果、初期通電時における突起部と第２部材との接触面積を広くすることができる。これにより、通電初期の接触抵抗のばらつきを小さくでき、請求項１又は２の効果に加え、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できる効果がある。
【００１４】
請求項４記載のプロジェクション溶接方法によれば、第１部材および第２部材は、第１部材および第２部材に貫通形成されると共に締結部材が挿通される貫通孔と、貫通孔の周囲に位置し締結部材の座面が係合される係合部を備え、係合部を板厚方向に投影した領域およびその領域の周囲の少なくとも一部にナゲットが形成される。また、第１部材の厚さをＴ（ｍｍ）とすると、突起部の直径Ｄ（ｍｍ）を１．５Ｔ１／２〜２．０Ｔ１／２に抑えることができるので、溶接部の機械的強度を確保しつつナゲットの直径を比較的小さくできる。貫通孔はナゲットを回避して形成されるので、ナゲットの直径を小さくできれば、貫通孔および係合部を形成できるスペースを広く確保できる。これにより、請求項１から３のいずれか１項の効果に加え、溶接部の機械的強度を確保できると共に、第１部材および第２部材の設計の自由度を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態におけるプロジェクション溶接方法が適用される防振装置の一部を切断して表した部分断面図である。
【図２】第１部材および第２部材の接合前の断面図である。
【図３】突起部を拡大して示した第１部材の部分断面図である。
【図４】引張強さを測定する試験片の正面図である。
【図５】溶接部の引張強さの試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態におけるプロジェクション溶接方法が適用される防振装置１０の一部を切断して表した部分断面図である。防振装置１０は、車両（図示せず）のサスペンション機構におけるショックアブソーバのピストンロッド１１の上端部を車体パネル（図示せず）に対して弾性的に結合するためのアッパーサポート（ストラットマウント）である。
【００１７】
防振装置１０は、ピストンロッド１１の上端部が下方から差し入れられて固定される内筒金具２０と、その外周を取り囲み車体パネル（図示せず）に取付固定される外側金具３０と、内筒金具２０と外側金具３０との間に介設されて両者を結合するゴム状弾性材から構成される防振基体４０とを備え、ピストンロッド１１が挿通されたコイルスプリング（図示せず）の上端部が、外側金具３０によって受け止め支持される構造を有している。
【００１８】
内筒金具２０は、伏し椀状に形成された第１内筒部材２１と、その第１内筒部材２１に対して互いの底面同士で固定された有底筒状の第２内筒部材２２と、その第２内筒部材２２が内側に圧入されると共に外周面に防振基体４０が加硫接着される円筒状の第３内筒部材２３とを備えている。
【００１９】
第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２は、プロジェクション溶接により溶接部が形成され溶融凝固したナゲットＮにより底面同士が接合されている。そして、第１内筒部材２１と第２内筒部材２２との底面同士が重ね合わされたところに、ナゲットＮを回避して、ピストンロッド１１の上端部のボルト１２が挿通される貫通孔２０ａが貫通形成されている。その貫通孔２０ａに下方から挿通されたボルト１２がナット１３で締結固定される。その結果、第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２に貫通形成された貫通孔２０ａの周囲の係合部２１ａ，２２ａに、ボルト１２の座面１２ａ及びナット１３の座面１３ａがそれぞれ係合される。これにより内筒金具２０がピストンロッド１１に固定される。なお、ナゲットＮは、係合部２１ａ，２２ａを板厚方向（図１上下方向）に投影した領域Ｓ及びその領域Ｓの周囲に形成されている。
【００２０】
なお、第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２は、クロメートを含有する後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板により形成されており、第１内筒部材２１は請求項１記載の第１部材に該当し、第２内筒部材２２は請求項１記載の第２部材に該当する。また、ボルト１２及びナット１３は請求項４記載の締結部材に該当する。
【００２１】
また、内筒金具２０の第２内筒部材２２には、上端開口縁から外側金具３０の上方に張り出すリバウンドストッパ２２ｂが設けられている。リバウンドストッパ２２ｂは、第２内筒部材２２の上端開口縁からフランジ状に折曲形成され、第２内筒部材２２の全周に亘って形成されている。
【００２２】
外側金具３０は、車体パネル（図示せず）に固定される第１外側部材３１と、その下面に重ねて固設される第２外側部材３２とを備えている。第１外側部材３１は、上方ほど小径のテーパ筒状に形成されると共に、リバウンドストッパ２２ｂを受け止めるストッパ受部３１ａが折曲形成され、それらが防振基体４０の外周部に加硫接着されている。ストッパ受部３１ａは、第１外側部材３１の内周にリング状に設けられており、その上面にリバウンドストッパ２２ｂに対するストッパゴム部４１が加硫成形されている。
【００２３】
第２外側部材３２は、外周側が第１外側部材３１の下面に固設されると共に、下端から外側に向けて折曲形成されたバウンド側ストッパ受部３２ａを備えている。バウンド側ストッパ受部３２ａは、第１内筒部材２１の外周部に設けられたバウンド側ストッパ部２１ｂの上方への変位を受け止めて、バウンド側のストッパ作用を発揮するものである。バウンド側ストッパ受部３２ａの下面には、防振基体４０に連設されたバウンド側ストッパゴム部４２が加硫成形されている。
【００２４】
次に図２を参照して、以上のように構成される防振装置１０の第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２を接合するプロジェクション溶接方法について説明する。図２は第１部材（第１内筒部材２１）及び第２部材（第２内筒部材２２）の接合前の断面図である。
【００２５】
図２に示すように、第１内筒部材２１は塑性変形により底面に凹部２３が形成され、その凹部２３により第２内筒部材２２に向かって突出する突起部２４が複数個所に形成される。なお、凹部２３は、先端が円錐台形状のパンチ（図示せず）によりプレス加工によって形成される。これにより突起部２４の形状を、先端が丸みを帯びる円錐台状にすることができる。また、パンチプレス装置を用いて突起部２４を形成する加工ができるので、突起部２４の形成作業性を向上できる。なお、突起部２４の数量を任意に設定することにより、単点溶接や多点溶接を行うことができる。
【００２６】
第１内筒部材２１に突起部２４を形成した後、第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の底面同士が重ね合わされ、突起部２４が第２内筒部材２４に接触される。そして、重ね合わされた第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２を、電極（図示せず）により加圧しながら通電するとジュール熱によって発熱する。通電初期は突起部２４と第２内筒部材２２との接触抵抗により発熱し、次に第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の固有抵抗により発熱が増大する。第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の固有抵抗は温度上昇に伴い加速度的に増大するので、短時間のうちに第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の融点に到達する。これにより第１内筒部材２１と第２内筒部材２２との溶接部に溶融凝固したナゲットＮが形成され、第１内筒部材２１と第２内筒部材２２とが接合される。
【００２７】
次に図３を参照して突起部２４について説明する。図３は突起部２４を拡大して示した第１部材（第１内筒部材２１）の部分断面図である。図３に示すように、突起部２４は、凹部２３の裏側の第１内筒部材２１に形成されており、先端に向かうにつれ漸次縮径すると共に、先端が丸みを帯びる円錐台状に形成されている。突起部２４は、詳細には、第１内筒部材２１の表面２１ｃと滑らかに連続し所定の曲率で形成される裾部２４ａと、第１内筒部材２１の表面２１ｃ及び裾部２４ａに連設される傾斜面２４ｂと、その傾斜面２４ｂと滑らかに連続する球面状の先端面２４ｃとを備えている。
【００２８】
傾斜面２４ｂは、第１内筒部材２１にプレス加工により形成される部位であり、プレス方向（図３上下方向）に平行な断面（図３紙面）内における頂角が５０°〜８０°の任意の角度に設定される。頂角θは、図３に示すように、２つの傾斜面２４ｂに連なる仮想面が交わる頂点における角度である。なお、突起部２４の頂角θは、第１内筒部材２１の厚さＴ、凹部２３を形成するパンチやダイの形状や大きさ等により決定することができる。
【００２９】
ここで、第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２は、クロメートを含有する後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板により形成されている。亜鉛系めっき層に一次防錆性を付与するためである。しかし、後処理被膜は亜鉛系めっき鋼板の接触抵抗を上昇させる。従って、突起部２４を第２内筒部材２２に接触させた後、第１内筒部材２１と第２内筒部材２２とを加圧しても、突起部２４と第２内筒部材２２との接触抵抗にばらつきが生じる。そのため、通電初期の発熱速度にばらつきが生じ、その影響が、その後の固有抵抗に依存する温度上昇による到達温度の差となる。所定の溶接時間が経過したときに到達温度に差があると、溶接部の機械的強度のばらつきとなって現れる。
【００３０】
これに対し、突起部２４の頂角θを５０°〜８０°とすることにより、電極（図示せず）による加圧力を突起部２４へ集中させる効果を高められる。その結果、通電初期の接触抵抗のばらつきを抑制できる。これにより、通電初期の発熱速度のばらつきが少なくなり、その後の温度上昇による到達温度の差を小さくできる。その結果、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できるものと推察される。
【００３１】
なお、突起部２４の頂角θが８０°を超えて大きくなるにつれ、溶接部の機械的強度のばらつきが大きくなる傾向がみられる。また、突起部２４の頂角θを小さくするには、凹部２３を形成するパンチ（図示せず）の直径（特にパンチ先端部の直径）を細くする必要がある。頂角θを５０°未満にするためには、特に細いパンチが必要となる。そのため、突起部２４の頂角θが５０°より小さくなるにつれ、プレス加工時にパンチが損傷し易くなり、突起部２４の形成作業性が低下する傾向がみられる。これに対し、突起部２４の頂角θの下限を５０°とすることで、プレス加工時のパンチの損傷や破損を抑制できるので、突起部２４の成形作業性を確保できる。
【００３２】
先端面２４ｃは、曲率中心Ｃが突起部２４内（表面２１ｃの仮想平面上またはその仮想平面より凹部２３の反対側に離れる）に位置するように形成されている。なお、先端面２４ｃの曲率中心Ｃの位置は、凹部２３を形成するパンチやダイの形状や大きさ等により決定することができる。先端面２３ｃの曲率中心Ｃを突起部２４内に位置させることで、曲率中心Ｃが突起部２４の外（即ち、曲率中心Ｃが第１内筒部材２１の表面２１ｃに連なる仮想平面より下方の凹部２３側）に位置する場合と比較して、傾斜面２４ｂ及び先端面２４ｃの表面積を大きくすることができる。その結果、初期通電時における突起部２４と第２内筒部材２２との接触面積を広くすることができる。これにより、通電初期の接触抵抗のばらつきを小さくでき、溶接部の機械的強度のばらつきを抑制できる。
【００３３】
また、第１内筒部材２１の厚さＴは１〜４ｍｍに形成されるのが好適である。第１内筒部材２１の厚さＴを１〜４ｍｍとすることで、突起部形成工程において、頂角θが５０°〜８０°の傾斜面２４ｂを有する突起部２４をプレス加工により比較的容易に形成することができる。さらに、その後の溶接工程において、従来とほぼ同様の溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間および電極先端径）により第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２を接合することができ、溶接部の機械的強度を確保できる。
【００３４】
また、突起部２４の直径Ｄ（ｍｍ）は、１．５Ｔ１／２〜２．０Ｔ１／２が好適とされる（但し、Ｔは第１内筒部材２１の厚さ（ｍｍ））。なお、突起部２４の直径Ｄは、図３に示すように、第１内筒部材２１の表面２１ｃに連なる仮想平面と、傾斜面２４ｂに連なる仮想面とが交わる円の直径である。直径Ｄが１．５Ｔ１／２より小さい条件では、ナゲットＮ（図１参照）の直径が小さくなり、溶接部の機械的強度を低下させる原因となる。
【００３５】
直径Ｄが２．０Ｔ１／２より大きい条件では、接合界面の面積が大きくなり、その接合界面に所定の溶け込みが必要となることから、溶接電流を供給する電源が大型化すると共に、溶接後の第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の表面性状が劣化するおそれがある。溶接後の第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の表面性状が劣化し、そこに締結部材（ボルト１２及びナット１３）の座面１２ａ，１３ａが係合する係合部２１ａ，２２ａが位置すると、締結部材の締め付け力が緩む初期緩みが発生したり、締結部材の座面陥没が生じたりする。
【００３６】
また、ナゲットＮの直径が大きくなるため、ナゲットＮを回避して貫通形成する必要のある貫通孔２０ａ（図１参照）及び貫通孔２０ａの周囲の係合部２１ａ，２２ａを設ける位置が制約を受ける。その結果、第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の設計の自由度が低下する。
【００３７】
これに対し本実施の形態では、突起部２４の直径Ｄが１．５Ｔ１／２〜２．０Ｔ１／２とされるので、ナゲットＮの直径を小さくすることができると共に、溶接部の機械的強度を確保できる。さらに、係合部２１ａ，２２ａを板厚方向（図１上下方向）に投影した領域Ｓ及びその領域Ｓの周囲にナゲットＮが形成されるが、溶接部の機械的強度を確保しつつナゲットＮの直径を小さくできるので、貫通孔２０ａ及び係合部２１ａ，２２ａを形成できるスペースを広く確保できる。これにより、第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２の設計の自由度を向上できる。さらに、締結部材の初期緩みや座面陥没を防止できる。
【００３８】
次に、引張強度の試験結果に基づき、本発明の効果を具体的に説明する。なお、本発明のプロジェクション溶接方法はこの試験方法に限定されるものではない。まず、図４を参照して試験片５０について説明する。図４は引張強さを測定する試験片５０の正面図である。試験片５０を構成する第１部材５１及び第２部材５２として、亜鉛系めっき鋼板の表面に、黒色３価クロム化成処理による後処理被膜が形成された板材（厚さ３ｍｍ）を用意した。
【００３９】
第１部材５１は湾曲板状に形成し、第２部材５２は略コ字状に形成した。先端が円錐台形状の種々のパンチ及びダイを用いてプレス加工を行うことにより、第１部材５１の中央の一箇所に、頂角θが４０°，５０°，６０°，７０°，８０°及び９０°の傾斜面を有する突起部を形成した。なお、突起部は、頂角θは異なるが、他の条件を同じくするために、第１部材５１の表面に連なる仮想平面で切断したと仮定したときの体積は同一になるようにした。
【００４０】
ここで、頂角θが５０°，６０°，７０°，８０°及び９０°の突起部はプレス加工により問題なく形成できたが、頂角θが４０°の突起部を形成するときには、パンチが何本か破損した。これは、頂角θが４０°の突起部を形成するためのパンチの直径が細いためであると思われた。頂角θが４０°の突起部を形成する場合は、量産性を確保し難いと判断された。そこで、頂角θが４０°の突起部に関する試験はここで中止し、頂角θが５０°，６０°，７０°，８０°及び９０°の突起部について試験を継続した。これらは量産性を確保できるからである。
【００４１】
まず、第１部材５１の突起部を第２部材５２に接触させると共に、電極（図示せず）で加圧しながら通電することにより第１部材５１と第２部材５２とを溶融凝固させナゲットＮを形成し、第１部材５１と第２部材５２とを接合した。なお、全ての試験片５０を作成するときの溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間および電極先端径）は同一条件とした。第１部材５１と第２部材５２とをプロジェクション溶接（単点溶接）により接合した後、第１部材５１及び第２部材５２に添え板５３，５４をそれぞれアーク溶接により接合した。添え板５３，５４は、第１部材５１及び第２部材５２を引張試験装置（図示せず）に取着するための部材である。なお、試験片５０は頂角θ毎に２０個ずつ作成した。
【００４２】
次いで、ＪＩＳ Ｚ２２４１に規定された装置および方法に従い、各試験片５０の引張強度試験を行い、各試験片５０が破断するまでの最大引張荷重を測定した。破断した試験片５０から溶接径（ナゲット径）を求め、得られた最大引張荷重および溶接径から各試験片５０の引張強さを算出した。次に、頂角θ毎に、試験片５０（ｎ＝２０）の引張強さの平均と範囲（引張強さの最大値から最小値を減算した値）とを求めた。そして、頂角θが６０°，７０°，８０°及び９０°のときの引張強さの平均および範囲を、頂角θが５０°のときの引張強さの平均および範囲で除算することにより、頂角θ＝５０°の値を基準にして（１として）、頂角θが６０°，７０°，８０°及び９０°の値と比較した。
【００４３】
その計算結果を図５に示す。図５は溶接部の引張強さの試験結果を示す図である。図５に示すように、引張強さの平均は、頂角θにほとんど依存しないことが確認された。一方、引張強さの範囲（ばらつき）は、頂角θが増加するにつれ次第に増加し、９０°のときに著しく大きくなった。この結果、突起部の頂角θを５０°〜８０°とすることにより、量産性を確保できると共に、溶接部の機械的強度（引張強さ）のばらつきを抑制できることが明らかとなった。
【００４４】
なお、突起部の頂角θが５０〜８０°の範囲で良好な結果が得られたが、図５に示すように、頂角θが小さいほど溶接部の機械的強度（引張強さ）のばらつきを小さくできるので、より好ましくは頂角θを５０〜７０°とするのが良い。
【００４５】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００４６】
例えば、上記実施の形態で挙げた数値（例えば、各構成の数量や寸法等）は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。
【００４７】
また、上記実施の形態で説明したプロジェクション溶接方法は、溶接点（突起部）が１点以上、何点あっても良い。また、溶接部に後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板を１枚以上含んでいれば、何枚重ねの溶接構造であっても良い。さらに、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板以外のその他の材料を溶接部に含んでいても良い。例えば、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板を鋼材にプロジェクション溶接することは当然可能である。
【００４８】
上記実施の形態では、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板に突起部を形成する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板以外のその他の材料を溶接部に含んでいる場合には、その他の材料を第１部材として、これに突起部を形成することは当然可能である。この場合も同様の効果を実現できる。
【００４９】
なお、詳細は解析中であるが、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板に頂角θが５０°〜８０°の突起部を形成することによって、突起部の先端面の後処理被膜が破れ、通電初期の接触抵抗が安定し、その結果、溶接部の機械的強度のばらつきが小さくなった可能性もある。突起部の先端面の後処理被膜が破れることによって通電初期の接触抵抗が安定し、その結果、機械的強度のばらつきが小さくなったのであれば、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板以外のその他の材料を溶接部に含んでいる場合には、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板を第１部材として、これに突起部を形成することが好ましい。
【００５０】
また、本発明が適用可能な亜鉛系めっき鋼板としては、電気めっき、溶融めっき、蒸着めっき、無電解めっき等の方法により作製された純亜鉛めっき鋼板、亜鉛とニッケル、鉄、アルミニウム、クロム、チタン、マグネシウム、マンガン、コバルト、錫、鉛、シリコン等の１種又は２種以上の元素との合金めっき鋼板を挙げることができる。さらに、これらのめっき層に他の元素、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア等の無機物、又は有機化合物の１種又は２種以上を意図的にもしくは不純物として不可避的に含有するめっき鋼板に適用することは可能である。さらには、上述の２種類以上のめっきを複層有するめっき鋼板等に適用することは当然可能である。めっき付着量も、実用されている範囲のものであれば、低付着量のものでも高付着量のものであっても良く、特に限定されるものではない。
【００５１】
上記実施の形態では、亜鉛系めっき鋼板の後処理被膜としてクロメートを含有するものについて説明したが、めっきに一次防錆性を付与するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、クロメートを含有する被膜として、無水クロム酸の水溶液に微量の硫酸を添加した後、電解処理することで形成される電解型クロメート被膜や、部分還元クロム酸の水溶液にシリカ、アルミナ等の無機微粒子、りん酸、硝酸等の鉱酸及びその化合物、アクリル系樹脂等の酸性樹脂、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属イオン等から選ばれる添加物の内１種又は２種以上を添加した後、亜鉛系めっき鋼板に塗布、乾燥して得られる塗布型クロメート被膜等が挙げられる。
【００５２】
また、クロメートを含有しない有機系被膜としては、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、エポキシ系樹脂等の内のいずれか、もしくは２つ以上を複合して用いた被膜であって、これらに、シリカ、アルミナ等の無機微粒子、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤等のカップリング剤、タンニン酸、フィチン酸等の有機インヒビター等の内１種又は２種以上を添加した被膜が例示できる。
【００５３】
さらに、クロメートを含有しない無機系被膜として、バナジウム、チタン、セリウム等の金属を含有する化合物、特にこれらの酸素酸化合物やフッ化物、シリカ、アルミナ等の無機微粒子、りん酸、硝酸等の鉱酸及びその化合物、リチウム、ナトリウム、カルシウム等のシリケート、次亜りん酸ソーダ等の無機インヒビター等の内１種又は２種以上を含有する被膜が例示できる。
【００５４】
また、後処理被膜は単層のもののみならず、上記のうちの２つ以上からなる複層構造を有する後処理被膜であってもよい。例えば、下地処理層として無機系非クロメート被膜、上層として有機系非クロメート被膜を有するもの等がその例である。但し、後処理被膜の全膜厚が２μｍを越えると、表面抵抗が過度に高くなり、本発明によってもばらつきなくプロジェクション溶接することが困難となる。より好適には１．５μｍ以下である。
【００５５】
上記実施の形態では、防振装置１０の第１内筒部材２１及び第２内筒部材２２とを接合する場合のプロジェクション溶接方法について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、後処理被膜を有する亜鉛系めっき鋼板を１枚以上含んで溶接部が構成されるものであれば、防振装置１０以外においても当然に適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１２ ボルト（締結部材）
１２ａ 座面
１３ ナット（締結部材）
１３ａ 座面
２０ａ 貫通孔
２１ 第１内筒部材（第１部材）
２１ａ 係合部
２１ｃ 表面
２２ 第２内筒部材（第２部材）
２２ａ 係合部
２４ 突起部
２４ｂ 傾斜面
２４ｃ 先端面
５１ 第１部材
５２ 第２部材
Ｃ 曲率中心
Ｎ ナゲット
Ｓ 領域
θ 頂角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
後処理被膜により一次防錆性が付与された亜鉛系めっき鋼板で少なくとも一方が形成される第１部材と第２部材とを溶接するプロジェクション溶接方法であって、
前記第１部材をプレス加工により塑性変形させ、プレス方向に平行な断面内において傾斜面により作られる頂角が５０°〜８０°の突起部を形成する突起部形成工程と、
前記突起部形成工程により形成された突起部を前記第２部材に接触させ、前記第１部材と前記第２部材とを重ね合わせて加圧しながら通電し、前記第１部材と前記第２部材とが溶融凝固したナゲットを形成する溶接工程とを備えていることを特徴とするプロジェクション溶接方法。
【請求項２】
前記突起部は、先端に向かうにつれ漸次縮径すると共に、先端が丸みを帯びる円錐台状に形成されることを特徴とする請求項１記載のプロジェクション溶接方法。
【請求項３】
前記突起部は、前記傾斜面に連設される球面状の先端面を備え、前記先端面の曲率中心は、前記突起部内に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクション溶接方法。
【請求項４】
前記第１部材および前記第２部材は、前記第１部材および前記第２部材に貫通形成されると共に締結部材が挿通される貫通孔と、前記貫通孔の周囲に位置し前記締結部材の座面が係合される係合部を備え、
前記係合部を板厚方向に投影した領域および前記領域の周囲の少なくとも一部に前記ナゲットが形成されるものであり、
前記突起部は、前記第１部材の厚さをＴ（ｍｍ）とすると、直径Ｄ（ｍｍ）が１．５Ｔ１／２〜２．０Ｔ１／２であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプロジェクション溶接方法。
【請求項１】
後処理被膜により一次防錆性が付与された亜鉛系めっき鋼板で少なくとも一方が形成される第１部材と第２部材とを溶接するプロジェクション溶接方法であって、
前記第１部材をプレス加工により塑性変形させ、プレス方向に平行な断面内において傾斜面により作られる頂角が５０°〜８０°の突起部を形成する突起部形成工程と、
前記突起部形成工程により形成された突起部を前記第２部材に接触させ、前記第１部材と前記第２部材とを重ね合わせて加圧しながら通電し、前記第１部材と前記第２部材とが溶融凝固したナゲットを形成する溶接工程とを備えていることを特徴とするプロジェクション溶接方法。
【請求項２】
前記突起部は、先端に向かうにつれ漸次縮径すると共に、先端が丸みを帯びる円錐台状に形成されることを特徴とする請求項１記載のプロジェクション溶接方法。
【請求項３】
前記突起部は、前記傾斜面に連設される球面状の先端面を備え、前記先端面の曲率中心は、前記突起部内に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクション溶接方法。
【請求項４】
前記第１部材および前記第２部材は、前記第１部材および前記第２部材に貫通形成されると共に締結部材が挿通される貫通孔と、前記貫通孔の周囲に位置し前記締結部材の座面が係合される係合部を備え、
前記係合部を板厚方向に投影した領域および前記領域の周囲の少なくとも一部に前記ナゲットが形成されるものであり、
前記突起部は、前記第１部材の厚さをＴ（ｍｍ）とすると、直径Ｄ（ｍｍ）が１．５Ｔ１／２〜２．０Ｔ１／２であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプロジェクション溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２０６１４８（Ｐ２０１２−２０６１４８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７５０９６（Ｐ２０１１−７５０９６）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００３１４８）東洋ゴム工業株式会社 (2,711)
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００３１４８）東洋ゴム工業株式会社 (2,711)
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