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特許7508412締結具の溶接固定方法、締結具の溶接固定装置、及び締結具の溶接固定構造
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-21
(45)【発行日】2024-07-01
(54)【発明の名称】締結具の溶接固定方法、締結具の溶接固定装置、及び締結具の溶接固定構造
(51)【国際特許分類】
B23K 11/14 20060101AFI20240624BHJP
【ＦＩ】
B23K11/14 310
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021097850
(22)【出願日】2021-06-11
(65)【公開番号】P2022189324
(43)【公開日】2022-12-22
【審査請求日】2023-04-26
(73)【特許権者】
【識別番号】000241496
【氏名又は名称】豊田鉄工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000394
【氏名又は名称】弁理士法人岡田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大井 浩一
【審査官】松田 長親
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－０８２８９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－１５４６６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－３２２１８２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ １１／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接用突起を備えた締結具における溶接用突起を、前記締結具を設置する取付母材の所定の溶接部位にプロジェクション溶接するために、前記取付母材側に配設される第１電極部材と前記締結具側に配設される第２電極部材とにより前記溶接用突起と前記溶接部位間を電気導通させて電流を流しプロジェクション溶接する締結具の溶接固定方法であって、前記締結具の溶接用突起と前記取付母材の溶接部位とをプロジェクション溶接するに際して、前記取付母材に、溶接後に前記締結具が熱収縮する作用方向と逆方向の予歪を付与して溶接を行う締結具の溶接固定方法。
【請求項2】
請求項１に記載の締結具の溶接固定方法であって、前記取付母材への予歪の付与は、前記第１電極部材における前記取付母材側への加圧面の形状を前記取付母材側に向けて凸形状とすることにより付与するようにした締結具の溶接固定方法。
【請求項3】
請求項２に記載の締結具の溶接固定方法であって、前記第１の電極部材に形成する凸形状は円錐形状のテーパ形状である締結具の溶接固定方法。
【請求項4】
請求項１に記載の締結具の溶接固定方法であって、前記取付母材への予歪の付与は、前記取付母材の形状を事前に前記締結具に向けた凹形状の湾曲形状に形成しておくとともに、前記第１電極部材における前記取付母材への押圧面形状を平面形状として、当該第１電極部材により当該取付母材を押圧することにより付与するようにした締結具の溶接固定方法。
【請求項5】
溶接用突起を備えた締結具における溶接用突起と、前記締結具を取付ける取付母材の所定の溶接部位とを電気導通させてプロジェクション溶接するために、前記取付母材側に配設される第１電極部材と、前記締結具側に配設される第２電極部材とを備える締結具の溶接装置であって、前記締結具の溶接用突起と前記取付母材の溶接部位とをプロジェクション溶接するに際して、前記取付母材に、溶接後に前記締結具が熱収縮する作用方向と逆方向の予歪を付与する予歪付与手段が備えられている締結具の溶接固定装置。
【請求項6】
請求項５に記載の締結具の溶接固定装置であって、前記予歪付与手段は、前記第１電極部材における前記取付母材側への加圧面の形状を前記取付母材側に向けた凸形状とした締結具の溶接固定装置。
【請求項7】
請求項６に記載の締結具の溶接固定装置であって、前記予歪付与手段における前記第１電極部材に形成する凸形状は、円錐状のテーパ形状である締結具の溶接固定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、締結具の溶接固定方法、締結具の溶接固定装置、及び締結具の溶接固定構造に関する。ボルト、ナット等の締結具をプロジェクション溶接により、取付母材に一体化した場合における、溶接後の遅れ破壊を防止するための技術に関する。
【背景技術】
【0002】
複数の構造部材の組付けにはボルト、ナット等の締結具が用いられる。そして、この締結具は一方の構造部材に一体的に固定されて設置される構成をとることがある。そして、この締結具が固定設置される構造部材である当該締結具を設置する取付母材への一体的固定は、通常、プロジェクション溶接により行われる。プロジェクション溶接は、取付母材の溶接個所にプロジェクション（突起部）を設けて、この突起部分に電流を集中して流し、加熱すると同時に加圧接合する抵抗溶接である。なお、突起部は、通常、締結具側に形成される。
【0003】
上記の締結具のプロジェクション溶接にあっては、溶接後において遅れ破壊が生じる問題があることが知られている。特に、この遅れ破壊は、高強度鋼板への締結具のプロジェクション溶接において顕著である。このため、従来から遅れ破壊を防止するための各種提案がなされている。例えば、下記特許文献１や特許文献２の提案がある。この提案内容は、ナットのプロジェクション溶接における溶接後の遅れ破壊の防止を図るために、従来より改良したナット形状とその溶接方法を提案するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第５６１３５２１号公報
【文献】特許第５６２６０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記における提案内容による解決策は、ナット形状とその溶接方法の改良による解決策である。したがって、従来汎用のナットとは異なる新たなナットを設計することになるので、コストや部品種類増加の問題が生じる。
【0006】
なお、本出願人の実験による確認においても、上記提案における、取付母材が、実施例として示されている１４５０ＭＰａレベルにおける高強度鋼板の場合には、遅れ破壊が確実に防止できる効果が確認された。しかし、高強度鋼板のレベルが実施例レベルよりはるかに高い２０００ＭＰａレベルでは、充分な効果の確認は困難であった。
【0007】
而して、本発明は上述した点に鑑みて創案されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、締結具の形状に改良を加えることなく、取付母材への締結具のプロジェクション溶接の際に、取付母材に伸長方向の予歪を与えて、溶接後に取付母材が戻る方向と締結具が熱収縮する方向とを同位相とすることにより、取付母材の溶接部位に生じる引張残留応力の緩和を図り、遅れ破壊を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
先ず、上述した本発明の課題を解決するため、本発明に係る締結具溶接方法は、以下の第１の発明～第４の発明の何れかの手段をとる。
【0009】
本発明の第１の発明は、溶接用突起を備えた締結具における溶接用突起を、前記締結具を設置する取付母材の所定の溶接部位にプロジェクション溶接するために、前記取付母材側に配設される第１電極部材と前記締結具側に配設される第２電極部材とにより前記溶接用突起と前記溶接部位間を電気導通させて電流を流しプロジェクション溶接する締結具の溶接固定方法であって、前記締結具の溶接用突起と前記取付母材の溶接部位とをプロジェクション溶接するに際して、前記取付母材に、溶接後に前記締結具が熱収縮する作用方向と逆方向の予歪を付与して溶接を行う締結具の溶接固定方法である。
【0010】
本発明の第２の発明は、上述した第１の発明の締結具の溶接固定方法であって、前記取付母材への予歪の付与は、前記第１電極部材における前記取付母材側への加圧面の形状を前記取付母材側に向けて凸形状とすることにより付与するようにした締結具の溶接固定方法である。
【0011】
本発明の第３の発明は、上述した第２の発明の締結具の溶接固定方法であって、前記第１の電極部材に形成する凸形状は円錐状のテーパ形状である締結具の溶接固定方法である。
【0012】
本発明の第４の発明は、上述した第１の発明の締結具の溶接固定方法であって、前記取付母材への予歪の付与は、前記取付母材の形状を事前に前記締結具に向けた凹形状の湾曲形状に形成しておくとともに、前記第１電極部材における前記取付母材への押圧面形状を平面形状として、当該第１電極部材により当該取付母材を押圧することにより付与するようにした締結具の溶接固定方法である。
【0013】
次に、上述した本発明の課題を解決するため、本発明に係る締結具の溶接固定構造は、以下の第５の発明の手段をとる。
【0014】
本発明の第５の発明は、溶接用突起を備えた締結具と当該締結具を取り付ける取付母材とを、上述した第１の発明～第４の発明の何れかの締結具の溶接固定方法により溶接固定してなる締結具の溶接固定構造である。
【0015】
次に、上述した本発明の課題を解決するため、本発明に係る締結具の溶接固定装置は、以下の第６の発明～第８の発明の手段をとる。
【0016】
本発明の第６の発明は、溶接用突起を備えた締結具における溶接用突起と、前記締結具を取付ける取付母材の所定の溶接部位とを電気導通させてプロジェクション溶接するために、前記取付母材側に配設される第１電極部材と、前記締結具側に配設される第２電極部材とを備える締結具の溶接固定装置であって、前記締結具の溶接用突起と前記取付母材の溶接部位とをプロジェクション溶接するに際して、前記取付母材に、溶接後に前記締結具が熱収縮する作用方向と逆方向の予歪を付与する予歪付与手段が備えられている締結具の溶接固定装置である。
【0017】
本発明の第７の発明は、上記第６の発明の締結具の溶接固定装置であって、前記予歪付与手段は、前記第１電極部材における前記取付母材側への加圧面の形状を前記取付母材側に向けた凸形状とした締結具の溶接固定装置である。
【0018】
本発明の第８の発明は、上記第７の発明の締結具の溶接固定装置であって、前記予歪付与手段における前記第１電極部材に形成する凸形状は、円錐形状のテーパ形状である締結具の溶接固定装置である。
【発明の効果】
【0019】
上述した本発明の各手段によれば、締結具の形状に改良を加えることなく、取付母材への締結具のプロジェクション溶接の際に、取付母材に伸長方向の予歪を与えて、溶接後に取付母材が戻る方向と締結具が熱収縮する方向とを同位相とすることにより取付母材の溶接部に生じる引張残留応力の緩和を図り、遅れ破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】ナットのプロジェクション溶接技術の基本的構成を示す溶接前の状態を示す断面図である。
【図2】溶接時の状態を示す断面図である。
【図3】溶接後の状態を示す断面図である。
【図5】第１実施形態の溶接前における電極部材による加圧前状態を示す断面図である。
【図6】第１実施形態の溶接前における電極部材による加圧時状態を示す断面図である。
【図7】第１実施形態の溶接時の状態を示す断面図である。
【図8】第１実施形態の溶接後の電極解放状態を示す断面図である。
【図10】第２実施形態を示す断面図である。
【図11】第３実施形態を示す断面図である。
【図12】第４実施形態を示す断面図である。
【図13】溶接用突起を備えたツバ付ナットを上方から見た図である。
【図15】溶接用突起を備えた四角ナットを上方から見た図である。
【図17】溶接用突起を備えた一例のボルトを側面から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、ボルト、ナット等の締結具を取付母材にプロジェクション溶接する溶接技術に関するものである。本実施形態では、主にナットのプロジェクション溶接の場合について説明する。なお、図の説明における左右、上下、前後等の方向表示説明は、特に指定しない限り、当該図における方向を示す。
【0022】
＜一般的なプロジェクション溶接＞
図１～図４はナット１２の一般的なプロジェクション溶接技術の基本的構成を模式的に示す。図１は溶接前の状態を示す。図２は溶接時の状態を示す。図３は溶接後の状態を示す。図４は溶接後に従来の問題点である溶接個所に遅れ破壊が生じた状態を示す。本実施形態はこの遅れ破壊を防止する技術である。なお、本実施形態の説明では、締結具１０の代表例として、主にナット１２の場合について説明するが、ボルト１４（図１７、図１８参照）やリベット等の締結具にも適用可能である。
図１～図４はナット１２の一般的なプロジェクション溶接技術の基本的構成を模式的に示す。図１は溶接前の状態を示す。図２は溶接時の状態を示す。図３は溶接後の状態を示す。図４は溶接後に従来の問題点である溶接個所に遅れ破壊が生じた状態を示す。本実施形態はこの遅れ破壊を防止する技術である。なお、本実施形態の説明では、締結具１０の代表例として、主にナット１２の場合について説明するが、ボルト１４（図１７、図１８参照）やリベット等の締結具にも適用可能である。
【0023】
図１に示すように、ナット１２は当該ナット１２が溶接により固定設置される取付母材１６に重ね合わされて配設される。図１ではナット１２は上方位置、取付母材１６は下方位置に配設されている。そして、重ね合わされて配設されるナット１２の下面には、溶接用突起１８が形成されている。このナット１２に形成される溶接用突起１８の各種形態は、後述する（図１３以降）。なお、通常、このナット１２が設置される取付母材１６は、他の取付構造部材（不図示）に当該ナット１２とボルトの締結具により締結されて組付けられる。
【0024】
本実施形態のプロジェクション溶接では、図１に示すように、ナット１２の上方位置に一方の電極部材２０が配置され、取付母材１６の下方位置に他方の電極部材２２が配置される。そして、他方の電極部材２２上に取付母材１６が載置される。したがって、本実施形態における他方の電極部材２２が本発明における第１電極部材に相当し、一方の電極部材２０が第２電極部材に相当する。
【0025】
なお、ナット１２の溶接用の一方と他方の電極部材２０、２２には、図示は省略したが、通常、位置決め用のガイドピンが配設されており、一方の電極部材２０と他方の電極部材２２とを位置合わせしている。図１において他方の電極部材２２の中心部位置に破線で示した孔がガイドピン挿通用の孔２５である。また、図示は省略されているが、ガイドピン挿通用の孔は取付母材１６及びナット１２にも設定されている。これにより、ガイドピンが下から順に、他方の電極部材２２、取付母材１６、ナット１２、一方の電極部材２０の４者に跨って配設されて位置決めが行われる。
【0026】
上記に説明した溶接前の図１の状態から、図２に示すように、一方の電極部材２０が下方移動することにより、溶接時状態となり、重ね合わされて配置されたナット１２と取付母材１６は、一方の電極部材２０と他方の電極部材２２とにより加圧挟持された状態となる。この状態において、一方の電極部材２０と他方の電極部材２２は、ナット１２の溶接用突起１８を介して電気導通状態となって、電流が流れて、取付母材１８にナット１２がプロジェクション溶接される。すなわち、溶接用突起１８に電流による熱が集中し、取付母材１６の溶接部位１７が軟化して、ナット１２の溶接用突起１８と取付母材１６の溶接部位１７が溶接される。
【0027】
図２に示す溶接の際に、ナット１２と取付母材１６の溶接部位１７は、電流が流れて溶接されることに伴う熱の作用により熱膨張する。すなわち、図２に示す矢印Ｙ１方向に熱膨張する。図２において、溶接時状態において電流が流れることにより熱膨張する部位は点々模様で示されている。これによると、ナット１２の形成部位全体と、ナット１２の溶接用突起１８が軟化して溶接される取付母材１６の溶接部位１７が熱膨張する。
【0028】
図２に示す溶接後、図３に示すように、一方の電極部材２０が上方移動すると、溶接後の状態となる。この溶接後の状態では、溶接されたナット１２と取付母材１６は、一方の電極部材２０と他方の電極部材２２から解放された状態となり、冷却される。この冷却において、プロジェクション溶接により熱膨張した部位（図２で点々模様で示した部位）が、図３に示す矢印Ｙ２方向に熱収縮する。
【0029】
上記の溶接後の冷却作用による熱収縮において、溶接後の数分後～数時間経過後に、溶接した溶接部位１７の個所において溶接の遅れ破壊を生じることがある。この遅れ破壊の状態が、図４に雷矢印Ｈで示される。図４は図３におけるＩＶ部分を拡大図示したものである。なお、この遅れ破壊は、図４に示すように、溶接時に熱膨張した部位が、冷却によりＹ２方向に熱収縮し、相対的に取付母材１６に矢印Ｆ１方向の作用力が生じることにより、Ｙ２とＦ１の引張残留応力により生じると考えられる。
【0030】
＜本実施形態の基本的考え＞
本実施形態は、この遅れ破壊の防止を図るものであり、ナット１２等の締結具１０の形状に改良を加えることなく対応することを特徴とするものである。そのため、本発明者は、汎用部品であるナット１２は従来のものを利用して、部品点数を増加させないで改善を図ることを考えた。その結果、本発明者は、取付母材１６へナット１２を溶接する際に、取付母材１６の溶接部１７に伸長方向の予歪を与えて、溶接後に取付母材１６が戻る方向とナット１２が熱収縮する方向とを同位相とするようにすれば、溶接後の取付母材１６の溶接部位１７に生じる引張残留応力を緩和することができ、遅れ破壊を防止することができることに着眼した。
本実施形態は、この遅れ破壊の防止を図るものであり、ナット１２等の締結具１０の形状に改良を加えることなく対応することを特徴とするものである。そのため、本発明者は、汎用部品であるナット１２は従来のものを利用して、部品点数を増加させないで改善を図ることを考えた。その結果、本発明者は、取付母材１６へナット１２を溶接する際に、取付母材１６の溶接部１７に伸長方向の予歪を与えて、溶接後に取付母材１６が戻る方向とナット１２が熱収縮する方向とを同位相とするようにすれば、溶接後の取付母材１６の溶接部位１７に生じる引張残留応力を緩和することができ、遅れ破壊を防止することができることに着眼した。
【0031】
＜第１実施形態＞
次に、上記の着眼のもとに創案した第１実施形態を説明する。第１実施形態は、上述した図１～図３に示す一般的なプロジェクション溶接技術における他方の電極部材を改良することにより、遅れ破壊を防止するようにしたものである。そのため、以後の説明においては、上述した一般的なプロジェクション溶接技術と同じ構成については、同一符号を付することにより詳細な説明を省略した場合がある。
次に、上記の着眼のもとに創案した第１実施形態を説明する。第１実施形態は、上述した図１～図３に示す一般的なプロジェクション溶接技術における他方の電極部材を改良することにより、遅れ破壊を防止するようにしたものである。そのため、以後の説明においては、上述した一般的なプロジェクション溶接技術と同じ構成については、同一符号を付することにより詳細な説明を省略した場合がある。
【0032】
第１実施形態は図５～図９に示される。図５～図９は上述したプロジェクション溶接技術の基本的構成を模式的に示した図１～図４に対応して図示されている。したがって、図５は溶接前における電極部材による加圧前状態を示す。図６は溶接前における電極部材による加圧時状態を示す。図７は溶接時の状態を示す。図８は溶接後の電極解放状態を示す。図９は溶接後の遅れ破壊が防止された状態を示し、図８におけるIX部分を拡大して示す。
【0033】
＜溶接前における電極部材による加圧前状態＞
図５に示される溶接前における電極部材による加圧前状態では、ナット１２側に配置される一方の電極部材（第２電極部材）２０と、取付母材１６側に配置される他方の電極部材（第１電極部材）２２は離反状態にある。そして、この一方の電極部材２０と他方の電極部材２２との間に、ナット１２と取付母材１６が設置された状態にある。なお、この状態では、取付母材１６は平板状態にある。
図５に示される溶接前における電極部材による加圧前状態では、ナット１２側に配置される一方の電極部材（第２電極部材）２０と、取付母材１６側に配置される他方の電極部材（第１電極部材）２２は離反状態にある。そして、この一方の電極部材２０と他方の電極部材２２との間に、ナット１２と取付母材１６が設置された状態にある。なお、この状態では、取付母材１６は平板状態にある。
【0034】
そして、第１実施形態では、取付母材１６側に配置される他方の電極部材２２の上面形状が円錐形状に形成されている。すなわち、他方の電極部材２２における取付母材１６側の加圧面の形状が取付母材１６側に向けて凸形状２４に形成されており、その凸形状２４が円錐形状２６のテーパ形状に形成されている。詳細には、ガイドピン挿通孔２５が形成される中央部位置の上面は平坦面に形成されており、その両側から円錐形状２６のテーパ形状の凸形状２４に形成されている。
【0035】
その結果、他方の電極部材２２の円錐形状の中心線がナット１２の中心線と一致する位置関係として配置される。なお、この第１実施形態における取付母材１６の形状は、上述した図１の場合と同様に平板形状の鋼板である。すなわち、自然状態すなわち自由状態では、平板形状となっている。その他の構成は、上述した図１に示す構成と同じであるので、詳細説明は省略する。
【0036】
＜溶接前の加圧時状態＞
図５に示される溶接前における電極部材による加圧前状態から、一方の電極部材２０を下降移動させることにより、図６に示される溶接前における電極部材による加圧時状態となる。この状態では、一方の電極部材２０と他方の電極部材２２との間にナット１２と取付母材１６が挟持された状態となる。この状態では、他方の電極部材２２の円錐形状２６の上面が取付母材１６に接触して、この円錐形状２６により取付母材１６が上向きの円錐状の凸形状に弾性変形させられる。すなわち、ナット１２の溶接用突起１８と他方の電極部材２２の上面形状の円錐形状２６により、取付母材１６は円錐形状２６に沿って曲げ変形される。
図５に示される溶接前における電極部材による加圧前状態から、一方の電極部材２０を下降移動させることにより、図６に示される溶接前における電極部材による加圧時状態となる。この状態では、一方の電極部材２０と他方の電極部材２２との間にナット１２と取付母材１６が挟持された状態となる。この状態では、他方の電極部材２２の円錐形状２６の上面が取付母材１６に接触して、この円錐形状２６により取付母材１６が上向きの円錐状の凸形状に弾性変形させられる。すなわち、ナット１２の溶接用突起１８と他方の電極部材２２の上面形状の円錐形状２６により、取付母材１６は円錐形状２６に沿って曲げ変形される。
【0037】
上述の取付母材１６の円錐形状２６に沿った曲げ変形により、取付母材１６には中心から外方に向けて矢印Ｆ２方向に予歪が付与される。この予歪は取付母材１６の曲げ変形作用が、曲げ外側（上面側）が伸び、曲げ内側（下面側）が収縮する変形作用により付与される。
【0038】
＜溶接時の状態＞
図６に示す状態において、一方の電極部材２０と他方の電極部材２２とを通電させることによりナット１２のプロジェクション溶接が行われる。この状態が図７に示す溶接時の状態である。この状態の通電によってナット１２の溶接用突起１８が圧潰されて、取付母材１６の溶接部位１７に接合される。
図６に示す状態において、一方の電極部材２０と他方の電極部材２２とを通電させることによりナット１２のプロジェクション溶接が行われる。この状態が図７に示す溶接時の状態である。この状態の通電によってナット１２の溶接用突起１８が圧潰されて、取付母材１６の溶接部位１７に接合される。
【0039】
この図７に示す溶接時の状態では、他方の電極部材２２の円錐形状２６の上面により弾性変形させられた状態でプロジェクション溶接が行われる。この際、前述したように取付母材１６には中心から外方に向けて矢印Ｆ２方向に予歪が付与される。この予歪は取付母材１６の曲げ変形作用が、曲げ外側（上面側）が伸び、曲げ内側（下面側）が収縮する変形作用により付与される。
【0040】
図７に示す溶接時の状態では、上述した図２の場合と同様に取付母材１６の溶接部位１７に対してナット１２の溶接用突起１８によるプロジェクション溶接が行われる。したがって、ナット１２は図２の示す場合と同様に熱膨張する。このナット１２に生じる熱膨張方向が、図２の場合と同様に矢印Ｙ１で示されている。
【0041】
＜溶接後の電極解放状態＞
図７に示す溶接時の状態でプロジェクション溶接を行った後、図８に示すように、一方の電極部材２０を上方移動させることにより、一方の電極部材２０と他方の電極部材２２は離間状態となり、溶接作業が終了する。この状態が図８に示される溶接後の電極解放状態であり、ナット１２と取付母材１６との溶接個所が冷却される。この溶接後の電極解放状態では、上述した溶接時の状態において他方の電極部材２２の円錐形状により上向き形状に変位させられていた取付母材１６の予歪が解除されて、取付母材１６は平板形状に戻る。この戻り作用により、取付母材１６には戻り方向の作用力Ｆ３が生じる。一方、ナット１２は冷却されることにより、上述した図３の場合と同様にＹ２方向に熱収縮する。
図７に示す溶接時の状態でプロジェクション溶接を行った後、図８に示すように、一方の電極部材２０を上方移動させることにより、一方の電極部材２０と他方の電極部材２２は離間状態となり、溶接作業が終了する。この状態が図８に示される溶接後の電極解放状態であり、ナット１２と取付母材１６との溶接個所が冷却される。この溶接後の電極解放状態では、上述した溶接時の状態において他方の電極部材２２の円錐形状により上向き形状に変位させられていた取付母材１６の予歪が解除されて、取付母材１６は平板形状に戻る。この戻り作用により、取付母材１６には戻り方向の作用力Ｆ３が生じる。一方、ナット１２は冷却されることにより、上述した図３の場合と同様にＹ２方向に熱収縮する。
【0042】
＜遅れ破壊が防止される作用＞
図９は、溶接後の電極解放状態を示す図８におけるＩＸ部分を拡大して示す。この図９に示されるように、溶接後の取付母材１６に生じる予歪の戻り作用力方向Ｆ３と、ナット１２の収縮作用方向Ｙ２は同位相となっている。これにより、溶接後における取付母材１６の溶接部１７に生じる引張残留応力が緩和されて、遅れ破壊が生じるのが防止される。
図９は、溶接後の電極解放状態を示す図８におけるＩＸ部分を拡大して示す。この図９に示されるように、溶接後の取付母材１６に生じる予歪の戻り作用力方向Ｆ３と、ナット１２の収縮作用方向Ｙ２は同位相となっている。これにより、溶接後における取付母材１６の溶接部１７に生じる引張残留応力が緩和されて、遅れ破壊が生じるのが防止される。
【0043】
＜締結具溶接固定構造＞
以上に説明した本実施形態の締結具溶接方法及び溶接具固定装置によれば、溶接用突起１８を備えたナット１２（締結具）と取付母材１６の溶接部位１７とをプロジェクション溶接により溶接固定してなる締結具溶接固定構造が得られる。そして、この締結具溶接固定構造によれば、溶接後に遅れ破壊が生じることがない構造部材の組付け構造が得られる。
以上に説明した本実施形態の締結具溶接方法及び溶接具固定装置によれば、溶接用突起１８を備えたナット１２（締結具）と取付母材１６の溶接部位１７とをプロジェクション溶接により溶接固定してなる締結具溶接固定構造が得られる。そして、この締結具溶接固定構造によれば、溶接後に遅れ破壊が生じることがない構造部材の組付け構造が得られる。
【0044】
＜第２実施形態＞
図１０は第２実施形態を示す。第２実施形態は上述した第１実施形態と同様に、他方の電極部材（第１電極部材）２２の上面形状を凸形状２４とするものであるが、当該凸形状２４が段形状の凸部形状２８となっている形態である。この段形状の凸部形状２８によっても、上述した第１実施形態の場合と同様の作用をなして、溶接状態時に取付母材１６に予歪を付与することができ、溶接後の遅れ破壊を防止することができる。なお、第２実施形態を示す構成において、上述した第１実施形態と実質的に同じ部分には、同じ符号を付すことにより説明を省略した。以下に説明する各実施形態についても同様である。
図１０は第２実施形態を示す。第２実施形態は上述した第１実施形態と同様に、他方の電極部材（第１電極部材）２２の上面形状を凸形状２４とするものであるが、当該凸形状２４が段形状の凸部形状２８となっている形態である。この段形状の凸部形状２８によっても、上述した第１実施形態の場合と同様の作用をなして、溶接状態時に取付母材１６に予歪を付与することができ、溶接後の遅れ破壊を防止することができる。なお、第２実施形態を示す構成において、上述した第１実施形態と実質的に同じ部分には、同じ符号を付すことにより説明を省略した。以下に説明する各実施形態についても同様である。
【0045】
＜第３実施形態＞
図１１は第３実施形態を示す。第３実施形態は上述した第１実施形態及び第２実施形態と同様に、他方の電極部材（第１電極部材）２２の上面形状を凸形状２４とするものであるが、当該凸形状２４が段形状の凸Ｒ形状２９となっている形態である。この段形状の凸Ｒ形状２８によっても、上述した第１実施形態又は第２実施形態と同様の作用をなして、溶接状態時に取付母材１６に予歪を付与することができ、溶接後の遅れ破壊を防止することができる。
図１１は第３実施形態を示す。第３実施形態は上述した第１実施形態及び第２実施形態と同様に、他方の電極部材（第１電極部材）２２の上面形状を凸形状２４とするものであるが、当該凸形状２４が段形状の凸Ｒ形状２９となっている形態である。この段形状の凸Ｒ形状２８によっても、上述した第１実施形態又は第２実施形態と同様の作用をなして、溶接状態時に取付母材１６に予歪を付与することができ、溶接後の遅れ破壊を防止することができる。
【0046】
＜第４実施形態＞
図１２は第４実施形態を示す。この第４実施形態は、上述した第１実施形態～第３実施形態では、他方の電極部材（第１電極部材）２２の上面形状を凸形状２４としていたのを、逆に、取付母材１６自身の形状を予め中心から周辺に向けて上方に湾曲した形状とした形態である。すなわち、取付母材１６の形状を事前にナット１２に向けた凹形状の湾曲形状に形成した形態である。なお、この第４実施形態においては、他方の電極部材２２の上面形状は平面形状である。かかる第４実施形態においても、溶接時の状態において、取付母材１６に予歪が付与される。その結果、上述した各実施形態の場合と実質的に同様の作用により、溶接後の遅れ破壊を防止することができる。
図１２は第４実施形態を示す。この第４実施形態は、上述した第１実施形態～第３実施形態では、他方の電極部材（第１電極部材）２２の上面形状を凸形状２４としていたのを、逆に、取付母材１６自身の形状を予め中心から周辺に向けて上方に湾曲した形状とした形態である。すなわち、取付母材１６の形状を事前にナット１２に向けた凹形状の湾曲形状に形成した形態である。なお、この第４実施形態においては、他方の電極部材２２の上面形状は平面形状である。かかる第４実施形態においても、溶接時の状態において、取付母材１６に予歪が付与される。その結果、上述した各実施形態の場合と実質的に同様の作用により、溶接後の遅れ破壊を防止することができる。
【0047】
＜本実施形態の作用効果＞
上述した各実施形態によれば、溶接時に取付母材１６に予歪を付与してプロジェクション溶接が行われる。これにより、溶接後におけるナット１２の熱収縮方向と、取付母材１６に付与した予歪の戻り作用方向が同じ位相方向となり、取付母材１６の溶接部位１７に生じる引張残留応力の緩和を図ることができる。その結果、溶接の遅れ破壊を防止することができる。なお、本出願人の実験確認によれば、取付母材１６の材質が２０００ＭＰａレベルの高強度鋼鈑についても、本実施形態によれば、溶接後の遅れ破壊を防止できることが可能であることが確認された。
上述した各実施形態によれば、溶接時に取付母材１６に予歪を付与してプロジェクション溶接が行われる。これにより、溶接後におけるナット１２の熱収縮方向と、取付母材１６に付与した予歪の戻り作用方向が同じ位相方向となり、取付母材１６の溶接部位１７に生じる引張残留応力の緩和を図ることができる。その結果、溶接の遅れ破壊を防止することができる。なお、本出願人の実験確認によれば、取付母材１６の材質が２０００ＭＰａレベルの高強度鋼鈑についても、本実施形態によれば、溶接後の遅れ破壊を防止できることが可能であることが確認された。
【0048】
また、上述した各実施形態による溶接後の遅れ破壊の防止策は、溶接用突起１８を備えたナット１２の締結具１０の形状を変更することなく行うものであるので、締結具１０の部品点数を増加させることがない。したがって、締結具形状とその溶接方法の改良を必要としなく、溶接後の遅れ破壊の防止策の改善策として実用的価値が大きい改善策である。
【0049】
＜締結具１０における溶接用突起１８の各種例示＞
次に、プロジェクション溶接を行うための溶接用突起１８を備えた締結具１０の各種形態について説明する。締結具１０の種類としてはナット１２、ボルト１４等があり、溶接用突起１８を備えたナット１２としては、四角ナット、六角パイロットナット、丸ナット、ツバ付六角ナット、Ｔ型ナット、袋ナット等がある。以下に、ナット１２の代表例として、ツバ付六角ナット３０、及び四角ナット３８について説明する。
次に、プロジェクション溶接を行うための溶接用突起１８を備えた締結具１０の各種形態について説明する。締結具１０の種類としてはナット１２、ボルト１４等があり、溶接用突起１８を備えたナット１２としては、四角ナット、六角パイロットナット、丸ナット、ツバ付六角ナット、Ｔ型ナット、袋ナット等がある。以下に、ナット１２の代表例として、ツバ付六角ナット３０、及び四角ナット３８について説明する。
【0050】
＜ツバ付六角ナット＞
図１３及び図１４は、ツバ付六角ナット３０を示す。図１３は上方から見た図であり、図１４は下方から見た図である。ツバ付六角ナット３０は六角形の柱部３２と、円板形状のツバ部３４とから成り、中心部に円筒形のネジ孔３６が貫通して形成されている。図１４に示されるように、溶接用突起１８はツバ部３４の裏面に、当該裏面から突設して形成されており、裏面の外周位置の３箇所に等間隔に配置されて形成されている。
図１３及び図１４は、ツバ付六角ナット３０を示す。図１３は上方から見た図であり、図１４は下方から見た図である。ツバ付六角ナット３０は六角形の柱部３２と、円板形状のツバ部３４とから成り、中心部に円筒形のネジ孔３６が貫通して形成されている。図１４に示されるように、溶接用突起１８はツバ部３４の裏面に、当該裏面から突設して形成されており、裏面の外周位置の３箇所に等間隔に配置されて形成されている。
【0051】
＜四角ナット３８＞
図１５及び図１６は、四角ナット３８を示す。図１５は上方から見た図であり、図１６は下方から見た図である。四角ナット３８は四角形の柱部４０で形成されており、中心部に円筒形のネジ孔４２が貫通して形成されている。溶接用突起１８は柱部４０の裏面側の四隅から外方に向けて、かつ下方に向けて突設して形成されている。
図１５及び図１６は、四角ナット３８を示す。図１５は上方から見た図であり、図１６は下方から見た図である。四角ナット３８は四角形の柱部４０で形成されており、中心部に円筒形のネジ孔４２が貫通して形成されている。溶接用突起１８は柱部４０の裏面側の四隅から外方に向けて、かつ下方に向けて突設して形成されている。
【0052】
＜ボルト１４＞
次に、図１７及び図１８に示される溶接用突起１８を備えたボルト１４の事例について説明する。図１７は側面図を示し、図１８はボルトの頭部を裏面側から見た図を示す。当該ボルト１４は軸部４４と頭部４６とからなり、軸部４４にネジ部４８が形成されている。当該ボルト１４の溶接用突起１８は、頭部４６の裏面に形成されており、円周上の３箇所に等間隔に配置されて、突設して形成されている。
次に、図１７及び図１８に示される溶接用突起１８を備えたボルト１４の事例について説明する。図１７は側面図を示し、図１８はボルトの頭部を裏面側から見た図を示す。当該ボルト１４は軸部４４と頭部４６とからなり、軸部４４にネジ部４８が形成されている。当該ボルト１４の溶接用突起１８は、頭部４６の裏面に形成されており、円周上の３箇所に等間隔に配置されて、突設して形成されている。
【0053】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明の特定の実施形態について説明したが、本発明は、その他各種の形態でも実施できる。
以上、本発明の特定の実施形態について説明したが、本発明は、その他各種の形態でも実施できる。
【0054】
例えば、締結具１０は上述したナット１２やボルト１４の形態の他に、取付母材１６にプロジェクション溶接できる形態部品であればよい。
【0055】
また、同様に、取付母材１６の材質も、高強度鋼鈑の他に、締結具１０とプロジェクション溶接できる材質であればよい。
【0056】
＜「課題を解決するための手段」に記載した各発明の作用効果＞
なお、最後に上述の「課題を解決するための手段」における各発明に対応する上記実施形態の作用効果を付記しておく。
なお、最後に上述の「課題を解決するための手段」における各発明に対応する上記実施形態の作用効果を付記しておく。
【0057】
先ず、第１の発明の締結具溶接方法によれば、締結具の溶接用突起と取付母材の溶接部位とをプロジェクション溶接するに際して、取付母材に、溶接後に取付母材の溶接部位が収縮する作用方向と逆方向の予歪を付与して溶接を行う。これにより、溶接後における取付母材の変形が戻る方向と締結具の熱収縮が生じる方向とを同位相とすることができる。したがって、溶接個所における締結具による取付母材に対する引張残留応力を緩和することができて、溶接個所に生じる遅れ破壊の防止を図ることができる。
【0058】
次に、第２の発明によれば、溶接に際しての取付母材への予歪の付与は、取付母材側に配設される第１電極部材の加圧面の形状を取付母材側に向けて凸形状とすることにより付与される。これにより、締結具の形状等を変更することなく、確実に取付母材に予歪を付与することができる。
【0059】
次に、第３の発明によれば、前述の取付母材に予歪を付与するための第１の電極部材に形成する凸形状は、円錐状のテーパ形状である。これにより、取付母材への予歪の付与がより確実に行われる。
【0060】
次に、第４の発明の予歪の付与は、取付母材の形状を事前に締結具に向けた凹形状の湾曲形状に形成しておくことにより付与するものである。したがって、この付与方法によれば、溶接装置を変更することなく、取付母材の形状の変更のみで予歪を付与することができる。
【0061】
次に、第５の発明によれば、第１の発明～第４の発明の締結具溶接方法により、取付母材に締結具を確実に溶接固定することができる締結具溶接固定構造を得ることができる。そして、この締結具溶接固定構造によれば、溶接後に遅れ破壊が生じることがない。
【0062】
次に、第６の発明による締結具溶接装置によれば、第１の発明の締結具溶接方法の場合と同様の作用をなして、同様の効果を得ることができる。
【0063】
次に、第７の発明による締結具溶接装置によれば、第２の発明の締結具溶接方法の場合と同様の作用をなして、同様の効果を得ることができる。
【0064】
次に、第８の発明による締結具溶接装置によれば、第３の発明の締結具溶接方法の場合と同様の作用をなして、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0065】
１０ 締結具
１２ ナット
１４ ボルト
１６ 取付母材
１７ 溶接部位
１８ 溶接用突起
２０ 一方の電極部材（第２電極部材）
２２ 他方の電極部材（第１電極部材）
２４ 凸形状
２５ ガイドピン挿通用の孔
２６ 円錐形状
２８ 凸部形状
２９ 凸Ｒ形状
３０ ツバ付六角ナット
３２ 柱部
３４ ツバ部
３６ ネジ孔
３８ 四角ナット
４０ 柱部
４２ ネジ孔
４４ 軸部
４６ 頭部
４８ ネジ部
１２ ナット
１４ ボルト
１６ 取付母材
１７ 溶接部位
１８ 溶接用突起
２０ 一方の電極部材（第２電極部材）
２２ 他方の電極部材（第１電極部材）
２４ 凸形状
２５ ガイドピン挿通用の孔
２６ 円錐形状
２８ 凸部形状
２９ 凸Ｒ形状
３０ ツバ付六角ナット
３２ 柱部
３４ ツバ部
３６ ネジ孔
３８ 四角ナット
４０ 柱部
４２ ネジ孔
４４ 軸部
４６ 頭部
４８ ネジ部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】