抵抗溶接の接合構造と接合方法

【課題】溶接時に接合部材同士の接合部全体に溶接用電極の加圧が加わる信頼性の高い接合構造と接合方法を提供する。
【解決手段】突合せ接合する接合部材の一方の端部に傾斜面または凸形状で２面以上の傾斜面もしくはＲ面を有し、他方の接合部材の端部が当該凸形状で２面以上の傾斜面またはＲ面に突合せられた状態で加圧し、溶接電流を通電して発熱させて溶融接合する。具体的には先ず凸形状部の突合せ面が接合部材の電気抵抗と接合部材同士の接触抵抗で発熱して溶融し、ついで接合面全体が発熱し接合部材の接合面全体が軟化または溶融する。この時に接合面の形状は変形とともに滑りが発生し形状が変化し接合面全体が接合する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧燃料供給ポンプなどの金属部分同士の例えば環状部を抵抗溶接に用いて金属接合する接合構造と接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の抵抗溶接で重ね合わせた接合部材同士を接合するマッシュ溶接方法は加圧力により加圧し溶接電源により通電することにより溶接電流が流れて接合部材同士が発熱して接合部材がそれぞれ軟化及び溶融して接合される。このために、特許文献１は接合部材同士を僅かに重ね合わせた重ね継手をシーム溶接用回転電極により挟み込み加圧し溶接電流を通電しながら接合する接合方法である。
【０００３】
また、特許文献２は円形状または角形状の空部により構成された内周面を持つ接合部材に大きな外径の接合部材を重ね合わせて溶接用電極で挟み込み加圧し溶接電流を通電することで接合する接合方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１０３０４５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７０４８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、このような接合構造と接合方法では溶接用電極の挟み込む方向の加圧しか考慮されておらず溶接電流を通電し電気抵抗により加熱され、接合部材のそれぞれの接合面部が軟化もしくは溶融されたときに接合部材同士が突合せ方向に接合部全体に加圧が加わらない。このために、接合部材同士の接合部全体に溶接用電極の加圧力が加わらず接合部全体が信頼性の高い接合ができない問題がある。
【０００６】
そこで、溶接時に接合部材同士の接合部全体に溶接用電極の加圧が加わる信頼性の高い接合構造と接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、突合せ接合する接合部材の少なくとも一方の端部に加圧方向に対する断面が内周に向かって突出する凸形状の環状の鉢巻（リング部）が形成された接合構造とすることによって上記目的を達成するものである。
【０００８】
具体的には断面が凸形状の環状の鉢巻（リング）部は２面以上の傾斜面の間に形成された環状凸部で形成されている。
【０００９】
別の実施例では断面が凸形状の環状の鉢巻（リング）部は環状のＲ面で形成されている。
【００１０】
断面が凸形状の環状の鉢巻（リング）部は接合面の両方に形成されていても良い。
【００１１】
このように構成された接合構造においては、先ず凸形状の突合せ面が接合部材の電気抵抗と接合部材同士の接触抵抗で発熱して溶融し、ついで接合面部全体が発熱し接合部材の接合面全体が軟化または溶融する。この時に接合面の形状は変形とともに滑りが発生し形状が変化し接合面全体が接合される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は接合面形状が変化して溶接用電極の加圧を接合部材同士が突合せ方向に加圧が加わるようにすることにより接合部全体を加圧できる接合構造と接合方法を特徴とする。本発明の接合構造と接合方法は接合部全体に溶接用電極の加圧が加わり信頼性の高い接合ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施例の接合部の断面図。
【図２】第１実施例の接合部の断面図。
【図３】第２実施例の接合部の断面図。
【図４】第３実施例の接合部の断面図。
【図５】第４実施例の接合部の断面図。
【図６】第５実施例の接合部の断面図。
【図７】第６実施例の接合部の断面図。
【図８】第７実施例の接合部の断面図。
【図９】第８実施例の接合部の断面図。
【図１０】抵抗溶接機の全体を示すシステム図。
【図１１】本発明が実施された高圧燃料供給ポンプの断面図。
【図１２】接合部Ｅ拡大の断面図。
【図１３】本発明が実施された車両用回転電機の内燃機関始動用モータの断面図。
【図１４】電磁スイッチの部分拡大の断面図。
【図１５】接点用端子ボルトの固定接点部拡大の断面図。
【図１６】接点用端子ボルトの固定接点接合部Ｆ拡大の金属顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づき実施例を説明する。
【実施例１】
【００１５】
本実施例は、図１の断面図に示すように接合部材１の端部を１面の傾斜面が予め施され接合部材２は端部を２面の傾斜面２Ａ，２Ｂが予め施されている。接合前の接合部材１と接合部材２の関係は接触位置に対して接点の上部分角度がθ１＞θ２の形状でさらに接点に対して下部部分角度がθ３＜θ４の形状の関係にある。
【００１６】
図１０に示すように抵抗溶接機で電極ホルダ１０に備えた溶接用電極３と溶接用電極４との間に、接合部材６と接合部材７を設置してエアーシリンダ１１で加圧する。加圧が設定圧力まで達したら溶接電源１３から二次導体１２を通して溶接電流を通電することにより接合部材６と接合部材７（実施例１では接合部材１と接合部材２）との接触面で発熱し接合ができる。
【００１７】
図２の断面図に示すように接合時は溶接用電極３と溶接用電極４で挟み込み溶接用電極３により接合部材１と接合部材２を加圧し溶接電流を通電する。この溶接電流により接合部材同士の接触面は接触抵抗により発熱し加熱されることにより部材が軟化し変形または溶融する。溶接用電極３の加圧により接触面が増して接合面は変形と滑りが発生する。この接合時に溶接用電極３の加圧力が接合部材２の環状凸状部２ＡＢと接合部材１との当接部において突合せ方向の加圧になる（図面中の太いｙ矢印は加圧方向を示す。）。
【００１８】
接合時間の経過と共に接合部材２の環状凸状部２ＡＢと接合部材１との接触面は変形または溶融し、さらに滑りが発生する。これによって接触面には変形または溶融が発生するが、接触部には新たな材料が供給され接合部中央部及び接合部両端部の接合部全体に加圧が加わるようになる。また、溶接用電極３と溶接用電極４の加圧力と溶接電流により接合部材１と接合部材２の接合面が発熱して溶融し変形すると接合面に滑りが発生する。このために表層部の酸化膜が破壊することができ接合部材１と接合部材２の母材同士を直接接合し接合界面に異材の混入がなく接合部全体を信頼性の高い金属溶融接合部とすることができる。
【００１９】
本実施例では突合せ接合する接合部材１の端部に加圧方向に対して傾斜する傾斜面１Ａが形成され、他方の接合部材２の端部に相手の接合面に向かって突出する環状の凸形状の鉢巻（リング部）２ＡＢが形成された接合構造とした。
【００２０】
具体的には断面が凸形状の環状の鉢巻（リング）部２ＡＢは傾斜角度の異なる２つの傾斜面２Ａ，２Ｂの間に形成され、相手の接合面に向かって突出する環状の凸形状の鉢巻（リング部）２ＡＢで形成されている。
【００２１】
このように構成した実施例では、接合部材２の端部に２つの傾斜の異なる傾斜面２Ａ，２Ｂが予め施されているが傾斜面は多面でも良い。また、傾斜面１Ａも傾斜面２Ａ，２Ｂと同様に形成して環状の凸形状の鉢巻（リング部）を設けても良い。以下これらの変形例について説明する。
【実施例２】
【００２２】
図３の断面図に示す実施例では、接合部材１の端部に傾斜面１Ａが予め施されており、接合部材２の端部接合面には相手の接合面に向かって突出する環状の凸形状の鉢巻（リング部）２ＡＢとして断面がＲ面の環状凸状部２ＡＢが予め施されている。
【実施例３】
【００２３】
図４の断面図に示す実施例では、接合部材１の端部に相手の接合面に向かって突出する環状の凸形状の鉢巻（リング部）１ＡＢが予め施され、接合部材２の端部にも相手の接合面に向かって突出する環状の凸形状の鉢巻（リング部）２ＡＢが形成されており、両環状凸状部２ＡＢが圧接，溶着され接合される。この実施例ではより電流が集中し、熱が両凸状部に集中するので、溶融が早く始まる。
【実施例４】
【００２４】
図５の断面図に示す実施例では、接合部材１の端部を２面の傾斜面１Ａ，１Ｂが予め施されており、傾斜面１Ａ，１Ｂの間に相手の接合面に向かって突出する環状の凸形状の鉢巻（リング部）１ＡＢが形成されている。接合部材２の端部にも２つの傾斜面２Ａ，２Ｂとその間に相手の接合面に向かって突出する環状の凸形状の鉢巻（リング部）２ＡＢが予め施されている。この実施例では、加圧初期の当接部の面積が上記他の実施例より小さくできるのでより電流が集中し、熱が両凸状部に集中するので、溶融が早く始まる。
【実施例５】
【００２５】
図６の断面図に示す実施例では、接合部材１の端部に２つの傾斜面１Ａ，１Ｂが予め施され、相手の接合面に向かって突出する環状の凸形状の鉢巻（リング部）１ＡＢが形成されている。接合部材２の端部接合面には相手の接合面に向かって突出する環状の凸形状の鉢巻（リング部）２ＡＢが予め施されている。この実施例では、鉢巻（リング部）２ＡＢのＲ部に対し鉢巻（リング部）１ＡＢの先端エッジ部が圧接されるので、加圧初期の当接部の面積が小さくできる利点と、環状の接合面どこでもムラのない溶融接合部を得ることができる。
【実施例６】
【００２６】
図７の断面図に示す実施例では接合部材１の端部に設けられた傾斜面１Ａの表面に酸化膜やめっき（錫，亜鉛，銅，銀，金，ニッケル，クロム）等のいずれかの表面層５が予め施されている。
【００２７】
接合部材２の端部には相手の接合面に向かって突出する環状の凸形状の鉢巻（リング部）２ＡＢが予め施されている。
【００２８】
この構造では、接合部材１の接合面と接合部材２の接合面で接合時に滑りが発生することで表面層５を破壊することができ接合部材１と接合部材２を実施例１と同様の方法で接合できる。接合部材１の端部に設けられた傾斜面１Ａの表面に酸化膜やめっき（錫，亜鉛，銅，銀，金，ニッケル，クロム）等のいずれかの表面層５が形成されていても確実な接合が可能になる。
【実施例７】
【００２９】
以上の実施例は、図８に示すように接合部材が環状部材６と筒状部材７の組み合わせで形成されている場合に実施すると好適である。
【実施例８】
【００３０】
図９に示す断面図は接合部材８が接合面として、相手の接合面に向かって突出する環状の凸形状の鉢巻（リング部）１ＡＢを有する筒状部材で形成され、接合部材９は中空の筒状部材で構成され、端部の接合部の外周面は断面が傾斜面となる円錐状に形成されている。
【００３１】
実施例７及び実施例８の形状は円形及び多角形のどちらの形でも使用可能である。
【実施例９】
【００３２】
図１１に示す断面図は内燃機関の高圧燃料供給ポンプの縦断面図で、エンジンブロックにフランジ２２がネジ止め固定される。燃料タンクから低圧ポンプにより圧送され吸入ジョイント２３を通り高圧燃料供給ポンプに送られる。燃料は吸入室３４から電磁駆動型吸入弁のプランジャロッド３３より供給量を制御され加圧室３６に達する。さらに、カム２７とバネ２６によってリフタ２８によりシリンダホルダ２９とシリンダ３１内をプランジャ３０が往復摺動し加圧室３６の燃料を高圧に加圧する。プランジャ３０の往復による圧力変化を二枚の金属ダイアフラムを窒素ガスなどの不活性ガスを封入し全周溶接した金属ダイアフラム３５の伸縮により吸収いた構成となっている。加圧された燃料は吐出弁２５から吐出ジョイント２４へ導かれインジェクタから高圧燃料を各気筒に噴霧する。このように、高圧燃料供給ポンプはポンプハウジング２１に接合された取付けフランジ２２にはプランジャ３０の圧縮工程で発生する筒内圧力の反力とバネ２６の圧縮反力と高圧燃料供給ポンプの自重による外力が加わる。そこで、フランジ２２その物の強度はもちろん、ポンプハウジング２１との接合強度を確保することが重要である。
【００３３】
このために、図１２に示す断面図は接合部Ｅの拡大図である。本実施例では接合強度を確保するために本発明の接合構造が用いられている。具体的にはポンプハウジング２１側接合部に相手の接合面に向かって突出する環状の凸形状の鉢巻（リング部）としてのＲ面加工部を有し、フランジ２２側に傾斜面が形成されている。Ｒ面加工部を傾斜面に押し付けて抵抗溶接により接合することにより接合部面積を多くすることで、ポンプ本体がエンジンの振動によって受ける首振り運動や、固定時のボルト締めの押し付け力による変形に対して高圧燃料供給ポンプ本体と取付けフランジとの接合部が強固な接合部とすることで、接合部の品質を向上している。
【実施例１０】
【００３４】
図１３の断面図は車両用回転電機の内燃機関始動用モータで、図１４は電磁スイッチ５１の部分拡大図である。
【００３５】
内燃機関始動用モータは回転力を発生する始動モータ５０とモータの駆動を開閉制御する電磁スイッチ５１により構成される。内燃機関の始動スイッチがＯＮにするとバッテリーから導線６７を通じて電磁スイッチ５１の接点ケース５９にナット７０で固定された接点用端子ボルト５７にターミナル固定用ナット７２で固定された給電用ターミナル６８に通電され固定接点５５，５６にプランジャ７４によって可動接点機構５２の可動接点部材５３が当接し、さらにシフトレバー７３により一方向クラッチ６２とピニオン７５が前進する。また、始動モータは可動接点部材５３と固定接点５５の当接により接点ケース５９にナット７１で固定された接点用端子ボルト５８の給電用ターミナル６９へてブラシ６０に給電されアーマチャ６４が回転し、遊星歯車減速機構６１で減速されてピニオンシャフト６３が回転し、前進した一方向クラッチ６２とピニオン７５が回転し内燃機関が始動する。
【００３６】
図１５の断面図は車両用回転電機の内燃機関始動用モータ用接点用端子ボルトの固定接点部の拡大図である。接合前の接点用端子ボルト５７，５８は強度ＵＰのために鉄系の材料で塑性加工または切削加工により頭部には凹部が形成されてその内径側面には傾斜面が形成されている。さらに、接点用端子ボルト５７，５８の全体には銅めっきが１〜１０μｍ施されている。また、固定接点５５，５６は銅系の材料で塑性加工または切削加工により凸部の端部にＲ面が形成されている。図１０に示す抵抗溶接機で電極ホルダ１０に備えた溶接用電極３と溶接用電極４との間に、接点用端子ボルト５７，５８の凹部に固定接点５５，５６の凸部をそれぞれセットしエアーシリンダ１１で加圧する。加圧が設定圧力まで達したら溶接電源１３から二次導体１２を通して溶接電流を通電することにより接点用端子ボルト５７，５８と固定接点５５，５６の接触面で発熱とすべりが発生し接合ができる。
【００３７】
図１６の断面図は接点用端子ボルトの固定接点接合部Ｆ拡大を金属顕微鏡写真である。接合部界面は銅めっきが破壊され母材同士の接合が接合部全体に至っていて信頼性の高い接合を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、本発明の接合構造と接合方法は導電性の材料であればすべての抵抗溶接の接合において使用は可能で強度信頼性の高い接合を提供することにある。
【符号の説明】
【００３９】
１，２，６，７，８，９接合部材
１Ａ，２Ａ，２Ｂ傾斜面
２ＡＢ凸形状の環状の鉢巻（リング部）
３，４溶接用電極
５表面層
１０電極ホルダ
１１エアーシリンダ
１２二次導体
１３溶接電源
２１ポンプハウジング
２２フランジ
２３吸入ジョイント
２４吐出ジョイント
２５吐出弁
２６バネ
２７カム
２８リフタ
２９シリンダホルダ
３０，７４プランジャ
３１シリンダ
３２電磁駆動型吸入弁
３３プランジャロッド
３４吸入室
３５金属ダイアフラム
３６加圧室
５０始動モータ
５１電磁スイッチ
５２可動接点機構
５３可動接点部材
５４スイッチボス
５５，５６固定接点
５７，５８接点用端子ボルト
５９接点ケース
６０ブラシ
６１遊星歯車減速機構
６２一方向クラッチ
６３ピニオンシャフト
６４アーマチャ
６５ヨーク
６６コイルケース
６７導線
６８，６９給電用ターミナル
７０，７１ナット
７２ターミナル固定用ナット
７３シフトレバー

【特許請求の範囲】
【請求項１】
突合せ接合する接合部材の少なくとも一方の接合面部に相手の接合面に向かって突出する凸形状部を設け、当該凸形状部で他方の接合面部と圧接するよう構成された接合構造。
【請求項２】
請求項１に記載の接合構造において、一方の接合面部が傾斜面で構成され、この傾斜面に対向する相手の接合面には複数の傾斜面が設けられ、当該複数の傾斜面によって前記凸形状部が形成されている接合構造。
【請求項３】
請求項１に記載の接合構造において、一方の接合面部が傾斜面で構成され、この傾斜面に対向する相手の接合面には相手の接合面に向かって膨出する断面Ｒ形状部を有し、当該断面Ｒ形状部によって前記凸形状部が形成されている接合構造。
【請求項４】
請求項１に記載の接合構造において、前記各接合部材の接合面が互いの面に向かって突出する凸形状部を有する接合構造。
【請求項５】
請求項４に記載の接合構造において、前記双方の接合部材の接合面が複数の傾斜面によって形成され、当該複数の傾斜面によって前記凸形状部が形成されている接合構造。
【請求項６】
請求項４に記載の接合構造において、前記一方の接合部材の接合面が複数の傾斜面によって形成され、当該複数の傾斜面によって前記凸形状部の一方が形成されており、
他方の接合面に相手の接合面に向かって膨出する断面Ｒ形状部を有し、当該断面Ｒ形状部によって前記凸形状部の他方が形成されている接合構造。
【請求項７】
請求項４に記載の接合構造において、前記双方の接合部材の接合面が相手の接合面に向かって膨出する断面Ｒ形状部を有し、当該断面Ｒ形状部によって前記凸形状部の両方が形成されている接合構造。
【請求項８】
請求項１乃至７に記載の接合構造で、いずれかの接合部材の接合部の表面にめっき若しくは酸化膜が形成されている接合構造。
【請求項９】
請求項１乃至８に記載の接合構造で、いずれかの接合部材を相手の接合部材に押し付けると共に、両接合部材間に電流を流して、加熱溶融させて接合する接合方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の接合方法において、リングプロジェクション溶接する接合方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の接合方法において、直流電源もしくは交流電源で抵抗溶接すると共に、抵抗溶接機を用いて両接合部材を前記接合面において、加圧する接合方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の接合方法において、接合部全体を加圧して溶融物を接合部の周囲に押し出す接合方法。
【請求項１３】
請求項１乃至８に記載の接合構造を、ポンプ本体と取付けフランジとの間に形成した内燃機関の高圧燃料供給ポンプ。
【請求項１４】
請求項１乃至８に記載の接合構造を、接点用端子ボルトの凹部に固定接点の凸部を固定するために用いた回転電機。

【図１】