JP2016120512A - 溶接方法及び溶接部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶接対象部材の製造工数及び製造コストを増加させることなく、２つの溶接対象部材のそれぞれの表面に形成された孔の開口縁どうしを接合することができる溶接方法を提供すること。
【解決手段】 第１の金属部材１０に形成されている一方端面１１に開口した孔Ａ１の開口面と、第２の金属部材２０に形成されている底面２１１ａに開口した孔Ａ２の開口面とが、所定の隙間を隔てて同軸状に対面するとともに、リング形状であるリング金具Ｒが、孔Ａ１の開口縁に係合し且つ孔Ａ２の開口縁に係合した状態で孔Ａ１の開口縁と孔Ａ２の開口縁との間に挟まれるように、第１の金属部材１０、第２の金属部材２０、及びリング金具Ｒを配置させる配置工程と、第１の金属部材１０と第２の金属部材２０との間に電流を流すことにより、リング金具Ｒを介して孔Ａ１の開口縁と孔Ａ２の開口縁とを接合する接合工程と、を含む、溶接方法とすること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶接方法及び溶接部材の製造方法に関する。

リングプロジェクション溶接は、第１の金属部材に形成されたリング状突起の先端面と第２の金属部材の接合面とを接合する方法である。リングプロジェクション溶接を行う場合、第１の金属部材に形成されたリング状突起と第２の金属部材の接合面とを互いに押し付けつつ、第１の金属部材と第２の金属部材との間に電流を流す。すると、リング状突起が発熱して溶融する。溶融したリング状突起を介して、第１の金属部材と第２の金属部材とが接合される。

特許文献１は、リングプロジェクション溶接の一例を開示する。特許文献１によれば、第１の金属部材に形成されたリング状突起の先端面と第２の金属部材の接合面とのいずれかに、相手側に向かって突出した凸形状部が設けられる。この凸形状部を相手側に押し付けた状態で両部材間に電流を流すことにより、両部材が接合される。

特開２０１１−１７７７１５号公報

第１の金属部材の表面に形成された第１の孔の開口縁と第２の金属部材の表面に形成された第２の孔の開口縁とを従来のリングプロジェクション溶接により接合する場合、どちらかの孔の開口縁にリング状突起を予め形成しておかなければならない。孔の開口縁にリング状突起を形成するためには、孔が開口している表面を精度良く切り出し加工しなければならない。そのため、溶接される部材（以下、溶接対象部材）の製造工数及び製造コストが増大するという問題がある。

本発明は、溶接対象部材の製造工数及び製造コストを増加させることなく、２つの溶接対象部材のそれぞれの表面に形成された孔の開口縁どうしを接合することができる溶接方法、及び、そのような溶接方法を用いて製造される部材（以下、溶接部材）の製造方法を提供することを、目的とする。

（課題を解決するための手段）
本発明は、第１の金属部材（１０）に形成されている第１の表面（１１）に開口した第１の孔（Ａ１）の開口面と、第２の金属部材（２０）に形成されている第２の表面（２１１ａ）に開口した第２の孔（Ａ２）の開口面とが、所定の隙間を隔てて同軸状に対面するとともに、リング形状であるリング金具（Ｒ）が、第１の孔の開口縁に係合し且つ第２の孔の開口縁に係合した状態で第１の孔の開口縁と第２の孔の開口縁との間に挟まれるように、第１の金属部材、第２の金属部材、及びリング金具を配置させる配置工程と、第１の金属部材と第２の金属部材との間に電流を流すことにより、リング金具を介して第１の孔の開口縁と第２の孔の開口縁とを接合する接合工程と、を含む、溶接方法を提供する。

本発明によれば、第１の金属部材の第１の孔の開口面と、第２の金属部材の第２の孔の開口面が、所定の隙間を隔てて同軸状に対面配置される。また、第１の孔の開口縁と第２の孔の開口縁とにそれぞれ係合するように、リング形状を呈するリング金具が、第１の孔の開口縁と第２の孔の開口縁との間に挟まれる。そして、第１の金属部材と第２の金属部材との間に電流が流される。このとき第１の金属部材と第２の金属部材との間のリング金具にも電流が流れる。リング金具はそれぞれの金属部材の孔の開口縁にのみ係合しているため、リング金具を通過する電流の通過面積は小さい。このため電流がリング金具に集中することによりリング金具が発熱する。斯かる発熱によって、リング金具が溶融する。溶融したリング金具が第１の孔の開口縁及び第２の孔の開口縁にそれぞれ接合される。このようにして、リング金具を介して、第１の孔の開口縁と第２の孔の開口縁が溶接される。

つまり、本発明によれば、溶接対象部材とは別体のリング金具が、リングプロジェクション溶接に必要であるリング状突起の役割を果たす。このため、２つの溶接対象部材に形成されている孔の開口縁にリング状突起を形成することなく、２つの溶接対象部材のそれぞれの孔の開口縁どうしを溶接することができる。よって、溶接対象部材の製造工数及び製造コストを増加させることなく、２つの溶接対象部材のそれぞれの表面に形成された孔の開口縁どうしを接合することができる。

本発明に係るリング金具には、第１の孔の開口径よりも大きい外径及び第１の孔の開口径よりも小さい内径を有するとともに配置工程にて第１の孔の開口縁にその周方向に沿って係合するリング状の第１係合面（Ｒ１）と、第２の孔の開口径よりも大きい外径及び第２の孔の開口径よりも小さい内径を有するとともに配置工程にて第２の孔の開口縁にその周方向に沿って係合するリング状の第２係合面（Ｒ２）とが形成されているとよい。この場合、第１係合面及び第２係合面は、それらをリング金具の周方向に垂直な断面に表したときに、内周側から外周側に向かうにつれて互いに近づくように、リング金具の軸方向に垂直な平面に対してそれぞれ傾斜するように形成されているとよい。

これによれば、配置工程にてリング金具が第１の金属部材の第１の表面と第２の金属部材の第２の表面との間に挟まれたとき、リング金具の第１係合面のうち第１の孔の開口縁の径と同径の部分と第１の孔の開口縁とが線接触し、リング金具の第２係合面のうち第２の孔の開口縁の径と同径の部分と第２の孔の開口縁とが線接触する。このときリング金具の第１係合面は、第１の孔の開口面に対して傾斜し、リング金具の第２係合面は、第２の孔の開口面に対して傾斜する。

このように、配置工程にて、リング金具の第１係合面を第１の金属部材の第１の孔の開口縁に線接触させることにより、第１係合面が第１の孔の開口縁に面接触する場合と比較して、接触面積が小さくされる。同様に、配置工程にて、リング金具の第２係合面を第２の金属部材の第２の孔の開口縁に線接触させることにより、第２係合面が第２の孔の開口縁に面接触する場合と比較して、接触面積が小さくされる。その結果、その後の接合工程にて、リング金具の第１係合面と第１の孔の開口縁との接触界面、及び、リング金具の第２係合面と第２の孔の開口縁との接触界面における電流密度をより高めることができる。これにより、接合工程にてリング金具を十分に発熱させることができ、リング金具を確実に溶融させることができる。また、リング金具が孔の開口縁に係合する位置がおのずと定められるので、第１の孔及び第２の孔に対してリング金具を精度よく位置決めすることができる。このため、リング金具の位置決め時間を短縮することができる。

上記第１係合面及び第２係合面は、リング状の平面であってもよいし、リング状の曲面であってもよい。第１係合面及び第２係合面が平面である場合、例えば、リング金具の周方向に垂直な断面形状が三角形状あるいは菱形形状となるように、リング金具を形成することができる。また、第１係合面及び第２係合面が曲面である場合、例えば、リング金具の周方向に垂直な断面形状が円形状あるいは楕円形状となるように、リング金具を形成することができる。

この場合、第１係合面及び第２係合面は、それぞれ平面形状であり、且つ、リング金具をその周方向に垂直な断面で表したときに、第１係合面を表す線分を含む直線と第２係合面を表す線分を含む直線とのなす角が鋭角であるように形成されるとよい。

一般的に孔の開口縁には面取りが施されている。面取り面（Ｃ面）と開口面とのなす角（面取り角）は４５°であることが多い。よって、第１係合面と第２係合面とのなす角が鋭角である場合、これらの係合面がＣ面の外周縁に係合することになる。リング金具の係合面が、孔の開口縁に形成されたＣ面の外周縁に係合した場合、リング金具の溶融時に溶融した部分がＣ面よりも外周側の部分、つまり、第１の金属部材の第１の表面と第２の金属部材の第２の表面との間の隙間部分に向かって引き伸ばされる。このため溶接代を大きくすることができる。その結果、溶接強度を高めることができる。

また、配置工程にて、リング金具が、第１の孔及び第２の孔に同軸配置するとよい。これによれば、接合工程にてリング金具の周方向に亘って均一に電流を流すことができる。その結果、リング金具を周方向に沿って均一に溶融させることができ、溶接ムラによる接合不良を防止することができる。

また、本発明は、第１の金属部材（１０）に形成されている第１の表面（１１）に開口した第１の孔（Ａ１）の開口面と、第２の金属部材（２０）に形成されている第２の表面（２１１ａ）に開口した第２の孔（Ａ２）の開口面とが、所定の隙間を隔てて同軸状に対面するとともに、リング形状であるリング金具（Ｒ）が、第１の孔の開口縁に係合し且つ第２の孔の開口縁に係合した状態で第１の孔の開口縁と第２の孔の開口縁との間に挟まれるように、第１の金属部材、第２の金属部材、及びリング金具を配置させる配置工程と、第１の金属部材と第２の金属部材との間に電流を流すことにより、リング金具を介して第１の孔の開口縁と第２の孔の開口縁とを接合する接合工程と、を含む、溶接部材の製造方法を提供する。

この場合、リング金具には、第１の孔の開口径よりも大きい外径及び第１の孔の開口径よりも小さい内径を有するとともに配置工程にて第１の孔の開口縁にその周方向に沿って係合するリング状の第１係合面と、第２の孔の開口径よりも大きい外径及び第２の孔の開口径よりも小さい内径を有するとともに配置工程にて第２の孔の開口縁にその周方向に沿って係合するリング状の第２係合面とが形成されており、第１係合面及び第２係合面は、それらをリング金具の周方向に垂直な断面に表したときに、内周側から外周側に向かうにつれて互いに近づくように、リング金具の軸方向に垂直な平面に対してそれぞれ傾斜するように形成されているとよい。また、第１係合面及び第２係合面は、それぞれ平面形状であり、且つ、リング金具の周方向に垂直な断面に表したときに、第１係合面を表す線分を含む直線と第２係合面を表す線分を含む直線とのなす角が鋭角であるように形成されるとよい。また、配置工程にて、リング金具が、第１の孔及び第２の孔に同軸配置するとよい。

上記発明によれば、溶接対象部材の製造工数及び製造コストを増加させることなく、２つの溶接対象部材のそれぞれの表面に形成された孔の開口縁どうしが接合された溶接部材を製造することができる。

本実施形態に係る溶接方法によって溶接される第１の金属部材と第２の金属部材とを示す図である。 第１の金属部材に形成されている孔の軸線を含む平面で第１の金属部材を切断した場合における、第１の金属部材の一方端面への孔の開口部付近の断面図である。 第２の金属部材に形成されている孔の軸線を含む平面で第２の金属部材を切断した場合における、第２の金属部材の底面への孔の開口部付近の断面図である。 リング金具Ｒを示す図である。 第２の金属部材の底面に開口した孔の開口縁にリング金具が配設された状態を示す断面図である。 第１の金属部材の孔の開口縁と、第２の金属部材の孔の開口縁との間に、リング金具が挟まれた状態を示す断面図である。 第１の金属部材、第２の金属部材、及び３つのリング金具が、上側電極と下側電極との間に挟まれた状態を示す図である。 第１の孔の開口縁と第２の孔の開口縁に挟まれたリング金具が溶融した状態を示す図である。 リング金具を介して第１の金属部材に形成されている孔の開口縁と第２の金属部材に形成されている孔の開口縁とが接合されている状態を示す図である。 Ｃ面が形成されていない孔Ａ１の開口縁とＣ面が形成されていない孔Ａ２の開口縁とを、リング金具を介して溶接する例を示す図である。 菱形の断面形状を有するリング金具Ｒの一例を示す図である。 円形の断面形状を有するリング金具Ｒの一例を示す図である。 楕円形の断面形状を有するリング金具Ｒの一例を示す図である。 内周面、第１係合面、第２係合面に加え、外周壁を構成する外周面を有するように構成されたリング金具の一例を示す図である。 第１係合面の内周径と第２係合面の内周径が異なるように形成されたリング金具を示す図である。

以下、本発明の実施形態につき説明する。図１は、本実施形態に係る溶接方法によって溶接される第１の金属部材１０と第２の金属部材２０とを示す図である。これらの部材が溶接対象部材である。図１に示すように、第１の金属部材１０の外形形状は円柱形であり、第２の金属部材２０の外形形状は直方体形である。本実施形態では、第１の金属部材１０の材質と第２の金属部材２０の材質は同一である。

円柱形の第１の金属部材１０には、円形の一方端面１１（第１の表面）と、一方端面１１とは反対側に配置した円形の他方端面１２と、両端面１１，１２の外周縁を結ぶ周面１３とが形成される。また、第１の金属部材１０には、３つの孔１４，１５，１６（第１の孔）が形成されている。３つの孔１４，１５，１６は、それぞれ第１の金属部材１０の軸方向に平行な方向に延在し、両端面１１，１２にそれぞれ開口する。

直方体形の第２の金属部材２０には、正方形状の正面２１と、正面２１とは反対側に配置した正方形状の裏面２２と、正面２１と裏面２２の外縁を結ぶ４つの側面２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとが形成される。正面２１の中央部分には、断面円形状の窪み２１１が形成されている。この窪み２１１の底面２１１ａ（第２の表面）の外形形状は、第１金属部材１０の一方端面１１の外形形状に一致する。従って、第１の金属部材１０は、その一方端面１１側の部分から第２の金属部材２０の窪み２１１内に嵌め込まれることができる。

また、第２の金属部材２０にも、３つの孔２４，２５，２６（第２の孔）が形成されている。３つの孔２４，２５，２６は、それぞれ第２の金属部材２０の正面２１及び裏面２２の法線方向に延在し、それぞれの一方端が正面２１に形成されている窪み２１１の底面２１１ａに開口し、他方端が裏面２２に開口する。

第１の金属部材１０に形成されている３つの孔１４，１５，１６の配置関係は、第２の金属部材２０に形成されている３つの孔２４，２５，２６の配置関係に一致する。すなわち、孔１４の開口面と孔２４の開口面とを同軸状に対面配置させたとき、孔１５の開口面と孔２５の開口面が同軸状に対面配置し、且つ、孔１６の開口面と孔２６の開口面が同軸状に対面配置する。また、本実施形態においては、孔１４の開口径（直径）と孔２４の開口径（直径）は等しく、孔１５の開口径（直径）と孔２５の開口径（直径）は等しく、孔１６の開口径（直径）と孔２６の開口径（直径）は等しい。以下、第１の金属部材１０に形成されている３つの孔１４，１５，１６を総称する場合、これらの孔をまとめて孔Ａ１と呼び、第２の金属部材２０に形成されている３つの孔２４，２５，２６を総称する場合、それらの孔をまとめて孔Ａ２と呼ぶ。

図２は、第１の金属部材１０に形成されている孔Ａ１の軸線を含む平面で第１の金属部材１０を切断した場合における、第１の金属部材１０の一方端面１１への孔Ａ１の開口部付近の断面図である。図２に示すように、一方端面１１への孔Ａ１の開口縁には、面取り面（Ｃ面）Ｃ１が、孔Ａ１の周方向に沿ってリング状に形成されている。Ｃ面Ｃ１と孔Ａ１の開口面とのなす角、すなわちＣ面Ｃ１の面取り角は、本実施形態においては、４５°である。

図３は、第２の金属部材２０に形成されている孔Ａ２の軸線を含む平面で第２の金属部材２０を切断した場合における、第２の金属部材２０の底面２１１ａへの孔Ａ２の開口部付近の断面図である。図３に示すように、底面２１１ａへの孔Ａ２の開口縁には面取り面（Ｃ面）Ｃ２が孔Ａ２の周方向に沿ってリング状に形成されている。Ｃ面Ｃ２の面取り角は、本実施形態においては、４５°である。

また、本実施形態においては、第１の金属部材１０と第２の金属部材２０とを溶接接合するために、３つのリング金具３４，３５，３６が用いられる。リング金具３４，３５，３６の材質は、本実施形態では、第１の金属部材１０と第２の金属部材２０の材質と同一である。以下、これらのリング金具３４，３５，３６を総称する場合、単にリング金具Ｒと呼ぶ。

図４は、リング金具Ｒを示す図であり、図４（ａ）が正面図、図４（ｂ）が背面図である。また、図４（ｃ）は図４（ａ）の４ｃ−４ｃ断面図であり、リング金具Ｒの中心軸線を通る平面でリング金具Ｒを切断した場合における断面図である。図４（ｃ）は、リング金具Ｒをその周方向に１８０°異なる２か所の位置で切断した場合における断面形状を表す。図４に示すように、リング金具Ｒには、円筒状の内周面Ｒ０と、第１係合面Ｒ１と、第２係合面Ｒ２とが形成されている。内周面Ｒ０により、リング金具Ｒの内周壁が構成される。第１係合面Ｒ１は、リング状の平面であり、内周面Ｒ０の一方の端を構成する円形状の端辺から径外方に向かって放射状に拡がるように形成される。第２係合面Ｒ２も、リング状の平面であり、内周面Ｒ０の他方の端を構成する円形状の端辺から径外方に向かって放射状に拡がるように形成される。

図４（ｃ）に示すように、第１係合面Ｒ１は、その内周側から外周側に向かうにつれて、つまり径外方に向かうにつれて、リング金具Ｒの軸方向における中心位置を通り且つ上記軸方向に垂直な平面Ｐに近づくように、平面Ｐに対して傾斜している。同様に、第２係合面Ｒ２は、その内周側から外周側に向かうにつれて、つまり径外方に向かうにつれて、平面Ｐに近づくように、平面Ｐに対して傾斜している。従って、第１係合面Ｒ１と第２係合面Ｒ２は、それらを図４（ｃ）に示すようにリング金具Ｒの周方向に垂直な断面に表したとき、リング金具Ｒの内周側から外周側に向かうにつれて互いに近づくように、リング金具Ｒの軸方向に垂直な平面Ｐに対してそれぞれ傾斜している。そして、平面Ｐ上の位置にて第１係合面Ｒ１と第２係合面Ｒ２が接続しており、その接続部分がリング金具Ｒの最外周にて円形の稜線を形成する。

また、第１係合面Ｒ１と平面Ｐとのなす角、及び、第２係合面Ｒ２と平面Ｐとのなす角は、等しい。よって、リング金具Ｒを周方向に垂直な平面で切断した場合における、その切断箇所における断面形状は、二等辺三角形状である。そして、それぞれの二等辺三角形の２つの等辺が第１係合面Ｒ１及び第２係合面Ｒ２を表し、底辺が内周面Ｒ０を表す。

また、リング金具Ｒの断面を表す二等辺三角形の頂角の頂点が、第１係合面Ｒ１と第２係合面Ｒ２との接続部分を表す。この頂点の頂角は、リング金具Ｒをその周方向に垂直な断面で表したときにおける、第１係合面Ｒ１を表す線分を含む直線と第２係合面Ｒ２を表す線分を含む直線とのなす角である。この頂角は、本実施形態では鋭角、すなわち９０°未満である。よって、リング金具Ｒの軸方向に垂直な平面と第１係合面Ｒ１とのなす角は４５°未満となり、リング金具Ｒの軸方向に垂直な平面と第２係合面Ｒ２とのなす角も４５°未満となる。

また、リング状の第１係合面Ｒ１の内径は孔Ａ１の開口径（直径）よりも小さく、第１係合面Ｒ１の外径は孔Ａ１の開口径よりも大きい。より具体的に言えば、第１係合面Ｒ１の内径は孔Ａ１の開口縁に形成されているＣ面Ｃ１の外周径よりも小さく、第１係合面Ｒ１の外径はＣ面Ｃ１の外周径よりも大きい。また、リング状の第２係合面Ｒ２の内径は孔Ａ２の開口径（直径）よりも小さく、第２係合面Ｒ２の外径は孔Ａ２の開口径（直径）よりも大きい。より具体的に言えば、第２係合面Ｒ２の内径は孔Ａ２の開口縁に形成されているＣ面Ｃ２の外周径よりも小さく、第２係合面Ｒ２の外径はＣ面Ｃ２の外周径よりも大きい。従って、リング金具Ｒは、孔Ａ１の開口縁上及び孔Ａ２の開口縁上に載置され得る。

本実施形態に係る溶接方法を実施する場合、第１の金属部材１０、第２の金属部材２０、及び３つのリング金具３４，３５，３６を、抵抗溶接装置内に上下方向に対向配置されている上側電極と下側電極との間に配設する。この場合において、まず、第２の金属部材２０の正面２１が上方を向くように、第２の金属部材２０を下側電極上に載置する。次いで、第２の金属部材２０の正面２１に形成された窪み２１１の底面２１１ａに開口している孔２４，２５，２６のうち、孔２４の開口縁にリング金具３４を、孔２５の開口縁にリング金具３５を、孔２６の開口縁にリング金具３６を、それぞれ配設する。

図５は、第２の金属部材２０の底面２１１ａに開口した孔Ａ２の開口縁にリング金具Ｒが配設された状態を示す断面図である。図５に示すように、リング金具Ｒは、その軸方向が、孔Ａ２の軸方向に一致するように、孔Ａ２の開口縁に載置される。ここで、上記したように、リング金具Ｒの軸方向に垂直な平面とリング金具Ｒの第２係合面Ｒ２とのなす角（第２傾斜角）は４５°未満である。第２傾斜角は、孔Ａ２の開口縁に形成されたＣ面Ｃ２の面取り角（４５°）よりも小さい。そのため、図５に示すように、リング金具Ｒの第２係合面Ｒ２は、Ｃ面Ｃ２の外周縁に係合し、Ｃ面Ｃ２の内周縁から浮き上がる。つまり、Ｃ面Ｃ２の外周縁のみが、第２係合面Ｒ２に接触する。また、第２係合面Ｒ２のうちＣ面Ｃ２の外周縁に係合する部分は、Ｃ面Ｃ２の外周径と同径の部分である。すなわち、Ｃ面Ｃ２の外周縁と、第２係合面Ｒ２のうちＣ面Ｃ２の外周径と同径の部分が、リング金具Ｒの周方向に沿って、線接触する。

このように、リング金具Ｒの第２係合面Ｒ２が、リング金具Ｒの周方向に沿って、孔Ａ２の開口縁（Ｃ面Ｃ２の外周縁）に線接触するため、第２係合面Ｒ２がＣ面Ｃ２に面接触する場合と比較して、接触面積を小さくすることができる。また、第２係合面Ｒ２のうちＣ面Ｃ２に係合する部分が定められることから、孔Ａ２に対するリング金具Ｒの位置がおのずと定められる。つまり、リング金具Ｒが孔Ａ２に対し容易に位置決めされる。このため孔Ａ２に対するリング金具Ｒの位置決め時間が短縮される。孔Ａ２に対してリング金具Ｒが位置決めされた場合、リング金具Ｒの軸心位置は、孔Ａ２の軸心位置に一致する。つまり、リング金具Ｒが孔Ａ２と同軸状に配置される。

次いで、第１の金属部材１０を、その一方端面１１側から、第２の金属部材２０の正面２１に形成されている窪み２１１内に挿入する。この場合において、第１の金属部材１０の一方端面１１に開口している孔１４の開口面が第２の金属部材２０の窪み２１１の底面２１１ａに開口している孔２４の開口面に同軸状に対面し、一方端面１１に開口している孔１５の開口面が底面２１１ａに開口している孔２５の開口面に同軸状に対面し、一方端面１１に開口している孔１６の開口面が底面２１１ａに開口している孔２６の開口面に同軸状に対面するように、第２の金属部材２０に対して第１の金属部材１０を配置する。

第２の金属部材２０の孔２４の開口縁にはリング金具３４が配設されているので、第１の金属部材１０の孔１４の開口縁は、リング金具３４にその上側から係合する。同様に、第２の金属部材２０の孔２５の開口縁にはリング金具３５が配設されているので、第１の金属部材１０の孔１５の開口縁は、リング金具３５にその上側から係合する。同様に、第２の金属部材２０の孔２６の開口縁にはリング金具３６が配設されているので、第１の金属部材１０の孔１６の開口縁は、リング金具３６にその上側から係合する。これにより、第１の金属部材１０の孔Ａ１の開口縁と、第２の金属部材２０の孔Ａ２の開口縁との間に、リング金具Ｒが挟まれる。

図６は、第１の金属部材１０の孔Ａ１の開口縁と、第２の金属部材２０の孔Ａ２の開口縁との間に、リング金具Ｒが挟まれた状態を示す断面図である。図６に示すように、リング金具Ｒは、その軸方向が、孔Ａ１の軸方向及び孔Ａ２の軸方向に一致するように、孔Ａ１の開口縁と孔Ａ２の開口縁との間に配設される。ここで、上記したように、リング金具Ｒの軸方向に垂直な平面とリング金具Ｒの第１係合面Ｒ１とのなす角（第１傾斜角）は４５°未満である。第１傾斜角は、孔Ａ１の開口縁に形成されたＣ面Ｃ１の面取り角（４５°）よりも小さい。そのため、図６に示すように、リング金具Ｒの第１係合面Ｒ１は、Ｃ面Ｃ１の外周縁に係合し、Ｃ面Ｃ１の内周縁から浮き上がる。つまり、Ｃ面Ｃ１の外周縁のみが、第１係合面Ｒ１に接触する。また、第１係合面Ｒ１のうちＣ面Ｃ１の外周縁に係合する部分は、Ｃ面Ｃ１の外周径と同径の部分である。すなわち、Ｃ面Ｃ１の外周縁と、第１係合面Ｒ１のうちＣ面Ｃ１の外周径と同径の部分が、リング金具Ｒの周方向に沿って、線接触する。

このように、リング金具Ｒの第１係合面Ｒ１が、リング金具Ｒの周方向に沿って、孔Ａ１の開口縁（Ｃ面Ｃ１の外周縁）に線接触するため、第１係合面Ｒ１がＣ面Ｃ１に面接触する場合と比較して、接触面積を小さくすることができる。また、第１係合面Ｒ１のうちＣ面Ｃ１に係合する部分が定められることから、孔Ａ１に対するリング金具Ｒの位置がおのずと定められる。つまり、リング金具Ｒが孔Ａ１に対し容易に位置決めされる。このため孔Ａ１に対するリング金具Ｒの位置決め時間が短縮される。孔Ａ１に対してリング金具Ｒが位置決めされた場合、リング金具Ｒの軸心位置は、孔Ａ１の軸心位置に一致する。つまり、リング金具Ｒが孔Ａ１と同軸状に配置される。従って、リング金具Ｒは、孔Ａ１及び孔Ａ２と同軸状に配置される。

また、第１の金属部材１０の孔Ａ１と第２の金属部材２０の孔Ａ２との間にリング金具Ｒが介在されているから、第１の金属部材１０の孔Ａ１の開口面と第２の金属部材２０の孔Ａ２の開口面とは、所定の隙間を隔てて対面配置することになる。すなわち、本実施形態によれば、第１の金属部材１０に形成されている一方端面１１の表面に開口した孔Ａ１の開口面と、第２の金属部材２０に形成されている底面２１１ａに開口した孔Ａ２の開口面とが、所定の隙間を隔てて同軸状に対面するとともに、リング形状であるリング金具Ｒが、孔Ａ１の開口縁（Ｃ面Ｃ１の外周縁）に係合し且つ孔Ａ２の開口縁（Ｃ面Ｃ２の外周縁）に係合した状態で孔Ａ１の開口縁と孔Ａ２の開口縁との間に挟まれるように、第１の金属部材１０、第２の金属部材２０、及びリング金具Ｒが配置される（配置工程）。

なお、図６に示すように、リング金具Ｒが第１の孔Ａ１の開口縁と第２の孔Ａ２の開口縁との間に挟まれているときには、リング金具Ｒの第１係合面Ｒ１のうちＣ面Ｃ１の外周縁に係合している部分よりも内周側の部分は孔Ａ１内に進入し、リング金具Ｒの第２係合面Ｒ２のうちＣ面Ｃ２の外周縁に係合している部分よりも内周側の部分は孔Ａ２内に進入する。このため、第１の孔Ａ１の開口縁と第２の孔Ａ２の開口縁との間の隙間、すなわち一方端面１１と底面２１１ａとの間の隙間は、リング金具Ｒの軸方向における長さ（厚さ）よりも小さい。

次に、第１の金属部材１０の上側に設けられている上側電極を下降させる。これにより、第１の金属部材１０、第２の金属部材２０、及び３つのリング金具３４，３５，３６が、抵抗溶接装置内の上側電極と下側電極との間に挟まれる。図７は、第１の金属部材１０、第２の金属部材２０、及び３つのリング金具３４，３５，３６が、上側電極と下側電極との間に挟まれた状態を示す図である。図７に示すように、抵抗溶接装置内に設けられている上側電極４１と下側電極４２との間に、第１の金属部材１０、第２の金属部材２０、及び３つのリング金具３４，３５，３６が組み合わせられた状態で、配設されている。また、第１の金属部材１０の一方端面１１に開口した孔１４の開口縁と第２の金属部材２０の底面２１１ａに開口した孔２４の開口縁との間にリング金具３４が挟まれ、一方端面１１に開口した孔１５の開口縁と底面２１１ａに開口した孔２５の開口縁との間にリング金具３５が挟まれ、一方端面１１に開口した孔１６の開口縁と底面２１１ａに開口した孔２６の開口縁との間にリング金具３６が挟まれる。

次いで、第１の金属部材１０が第２の金属部材２０に押し付けられるように、所定の加圧力（溶接荷重）を第１の金属部材１０に付与する。そして、所定の溶接荷重が加えられた状態を維持しつつ、第１の金属部材１０と第２の金属部材２０との間に電圧を印加する。すると、第１の金属部材１０と第２の金属部材２０との間に電流が流れる。このとき第１の金属部材１０と第２の金属部材２０との間に介在するリング金具Ｒにも電流が流れる。上記したように、リング金具Ｒは、第１の金属部材１０の孔Ａ１の開口縁及び第２の金属部材２０の孔Ａ２の開口縁にそれぞれ線接触しているため、接触界面における電流の通過面積が小さい。このためリング金具Ｒを流れる電流の密度が高められる。こうしてリング金具Ｒに電流を集中させることによって、リング金具Ｒが発熱する。斯かる発熱によって、リング金具Ｒが溶融する。

図８は、孔Ａ１の開口縁と孔Ａ２の開口縁に挟まれたリング金具Ｒが溶融した状態を示す図である。図８に示すように、リング金具Ｒの溶融部分が、第１の金属部材１０の一方端面１１と第２の金属部材２０の底面２１１ａとの間の隙間であって、孔Ａ１及び孔Ａ２の開口縁の周りの領域に引き伸ばされる。また、リング金具Ｒの溶融に伴い、溶接荷重により第１の金属部材１０の一方端面１１と第２の金属部材２０の底面２１１ａとの間の隙間、すなわち孔Ａ１の開口面と孔Ａ２の開口面との間の隙間が狭められる。後述する実施例では、電圧を印加する前と後での上記隙間の変化量が、沈み込み量と呼ばれる。

その後、リング金具Ｒの溶融部分が冷却固化すると、リング金具Ｒが第１の金属部材１０の孔Ａ１の開口縁及び第２の金属部材２０の孔Ａ２の開口縁に接合される。このようにして、リング金具Ｒを介して、孔Ａ１の開口縁と孔Ａ２の開口縁とが接合されるのである（接合工程）。

図９は、リング金具Ｒを介して第１の金属部材１０に形成されている孔Ａ１の開口縁と第２の金属部材２０に形成されている孔Ａ２の開口縁とが接合されている状態を示す図である。図９に示すように、両開口縁間のリング金具Ｒが溶融することにより、両開口縁間の隙間が封止される。従って、孔Ａ１と孔Ａ２とによって連通路Ｌが形成される。形成された連通路Ｌの内壁のうち、孔Ａ１の開口縁と孔Ａ２の開口縁との繋ぎ目の部分には、リング金具Ｒの内周部分が突出している。

このように、本実施形態は、上記した配置工程及び接合工程を経て、第１の金属部材１０に形成されている孔Ａ１の開口縁と、第２の金属部材２０に形成されている孔Ａ２の開口縁とをリング金具Ｒを介して接合する溶接方法を開示する。また、本実施形態は、上記した配置工程及び接合工程を経て、第１の金属部材１０に形成されている孔Ａ１の開口縁と、第２の金属部材２０に形成されている孔Ａ２の開口縁とがリング金具Ｒを介して接合されてなる溶接部材の製造方法を開示する。

（実施例）
３つの孔１４，１５，１６が形成されている第１の金属部材１０と、３つの孔２４，２５，２６が形成されている第２の金属部材２０と、３つのリング金具３４，３５，３６を用意した。ここで、孔１４及び孔２４の開口径（直径）はいずれも１２ｍｍであり、孔１５、孔２５、孔１６、孔２６の開口径（直径）はいずれも１０ｍｍである。また、リング金具３４，３５，３６の断面形状（周方向に垂直な平面で切断した場合における断面形状）は、いずれも図４（ｃ）に示すような二等辺三角形である。また、リング金具３４の外径は１６ｍｍ、内径は１０ｍｍ、厚さ（軸方向長さ）は６ｍｍであり、リング金具３５及び３６の外径は１４ｍｍ、内径は８ｍｍ、厚さは６ｍｍである。

次に、第１の金属部材１０に形成されている孔１４の開口面と第２の金属部材２０に形成されている孔２４の開口面とを同軸状に対面配置させるとともに、孔１４の開口縁と孔２４の開口縁との間にリング金具３４を同軸状に配設した。また、第１の金属部材１０に形成されている孔１５の開口面と第２の金属部材に形成されている孔２５の開口面とを同軸状に対面配置させるとともに、孔１５の開口縁と孔２５の開口縁との間にリング金具３５を同軸状に配設した。さらに、第１の金属部材１０に形成されている孔１６の開口面と第２の金属部材２０に形成されている孔２６の開口面とを同軸状に対面配置させるとともに、孔１６の開口縁と孔２６の開口縁との間にリング金具３６を同軸状に配設した。そして、第１の金属部材１０と第２の金属部材２０とを２つの電極によって挟み、所定の溶接荷重を加えるとともに、第１の金属部材１０と第２の金属部材２０との間に電圧を印加して、第１の金属部材１０と第２の金属部材との間に電流（溶接電流）を流した。これにより各孔の開口縁どうしを抵抗溶接した。この場合における溶接条件は以下の通りである。
・溶接電流：２１ｋＡ
・溶接荷重：４５０ｋｇｆ
・通電時間２００ｍｓｅｃ．
・沈み込み量：２ｍｍ

上記の条件により抵抗溶接したところ、孔１４の開口縁と孔２４の開口縁、孔１５の開口縁と孔２５の開口縁、及び、孔１６の開口縁と孔２６の開口縁が、いずれも良好に接合されて、２つの孔を繋いだ連通路が形成された。また、各孔の開口縁が周方向に沿って均一に溶接されており、周方向における溶接ムラはほとんど発生しなかった。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、溶接される孔の開口縁にＣ面が形成されている例を示したが、本発明は、図１０に示すように、Ｃ面が形成されていない孔Ａ１の開口縁とＣ面が形成されていない孔Ａ２の開口縁とを、リング金具Ｒを介して溶接することもできる。

また、上記実施形態においては、リング金具Ｒの断面（周方向に垂直な平面で切断した場合における断面）形状が二等辺三角形である例を示したが、その他の三角形でもよいし、三角形以外の断面形状でもよい。例えば、図１１に示すように、菱形の断面形状を有するリング金具Ｒを用いてもよい。

また、上記実施形態においては、リング金具Ｒに形成されている第１係合面Ｒ１と第２係合面Ｒ２がともに平面である例を示したが、第１係合面Ｒ１と第２係合面Ｒ２は、曲面であってもよい。この場合、図１２に示すように、円形の断面形状を有するリング金具Ｒを用いてもよいし、図１３に示すように、楕円形の断面形状を有するリング金具Ｒを用いてもよい。つまり、リング金具Ｒは、孔の開口縁に係合することができるような係合面が形成されていれば、如何なる断面形状であってもよい。

また、本発明に係るリング金具Ｒは、図１４に示すように、内周面Ｒ０、第１係合面Ｒ１、第２係合面Ｒ２に加え、外周壁を構成する外周面Ｒ３を有するように構成されていてもよい。この場合、リング金具Ｒをその周方向に垂直な平面で切断した場合の断面形状が台形状にされ、その下底が内周面Ｒ０を表し、上底が外周面Ｒ３を表し、一対の脚が第１係合面Ｒ１及び第２係合面Ｒ２を表す。また、上記断面における第１係合面Ｒ１を表す線分を含む直線と第２係合面Ｒ２を表す線分を含む直線とのなす角は、鋭角であるとよい。

また、上記実施形態では、同径の孔の開口縁どうしを溶接する例を例示したが、異なる径の孔の開口縁どうしを溶接することもできる。この場合、図１５に示すようにリング金具Ｒを形成すればよい。図１５に示すリング金具Ｒによれば、孔Ａ１の開口縁が第１係合面Ｒ１に係合し、孔Ａ２の開口縁が第２係合面Ｒ２に係合する。また、第１係合面Ｒ１の外径が孔Ａ１の開口径（直径）よりも大きく、第１係合面Ｒ１の内径がＡ１の開口径よりも小さくなるように、第１係合面Ｒ１が形成され、第２係合面Ｒ２の外径が孔Ａ２の開口径（直径）よりも大きく、第２係合面Ｒ２の内径が孔Ａ２の開口径（直径）よりも小さくなるように、第２係合面Ｒ２が形成される。また、リング金具Ｒの軸方向に垂直な面に対する第１係合面Ｒ１の傾斜角度と第２係合面Ｒ２の傾斜角度が異なっている。具体的には、大きい開口径を有する孔（孔Ａ２）の開口縁（Ｃ面の外周縁）に係合する第２係合面Ｒ２の傾斜角が、小さい開口径を有する孔（孔Ａ１）の開口縁（Ｃ面の外周縁）に係合する第１係合面Ｒ１の傾斜角よりも大きくされている。このようなリング金具Ｒを用いることにより、径の異なる孔の開口縁どうしを接合することができる。また、上記実施形態では、第１の金属部材１０、第２の金属部材２０、及びリング金具Ｒの材質は同一であるが、リング金具Ｒを介して第１の金属部材１０の孔Ａ１の開口縁と第２の金属部材２０の開口縁を溶接することができる限り、これらが異なる材質で構成されていてもよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

１０…第１の金属部材、１１…一方端面（第１の表面）、１２…他方端面、１３…周面、１４，１５，１６，Ａ１…孔（第１の孔）、Ｃ１…Ｃ面（開口縁）、２０…第２の金属部材、２１…正面、２１１…窪み、２１１ａ…底面（第２の表面）、２２…裏面、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ…側面、２４，２５，２６，Ａ２…孔（第２の孔）、Ｃ２…Ｃ面（開口縁）、３４，３５，３６，Ｒ…リング金具、Ｒ０…内周面、Ｒ１…第１係合面、Ｒ２…第２係合面、Ｒ３…外周面、４１…上側電極、４２…下側電極

Claims (5)

1. 第１の金属部材に形成されている第１の表面に開口した第１の孔の開口面と、第２の金属部材に形成されている第２の表面に開口した第２の孔の開口面とが、所定の隙間を隔てて同軸状に対面するとともに、リング形状であるリング金具が、前記第１の孔の開口縁に係合し且つ前記第２の孔の開口縁に係合した状態で前記第１の孔の開口縁と前記第２の孔の開口縁との間に挟まれるように、前記第１の金属部材、前記第２の金属部材、及び前記リング金具を配置させる配置工程と、
   前記第１の金属部材と前記第２の金属部材との間に電流を流すことにより、前記リング金具を介して前記第１の孔の開口縁と前記第２の孔の開口縁とを接合する接合工程と、
   を含む、溶接方法。
2. 請求項１に記載の溶接方法において、
   前記リング金具には、前記第１の孔の開口径よりも大きい外径及び前記第１の孔の開口径よりも小さい内径を有するとともに前記配置工程にて前記第１の孔の開口縁にその周方向に沿って係合するリング状の第１係合面と、前記第２の孔の開口径よりも大きい外径及び前記第２の孔の開口径よりも小さい内径を有するとともに前記配置工程にて前記第２の孔の開口縁にその周方向に沿って係合するリング状の第２係合面とが形成されており、
   前記第１係合面及び前記第２係合面は、それらを前記リング金具の周方向に垂直な断面に表したときに、内周側から外周側に向かうにつれて互いに近づくように、前記リング金具の軸方向に垂直な平面に対してそれぞれ傾斜するように形成されている、
   溶接方法。
3. 請求項２に記載の溶接方法において、
   前記第１係合面及び前記第２係合面は、それぞれリング状の平面であり、
   前記リング金具をその周方向に垂直な断面で表したときに、前記第１係合面を表す線分を含む直線と前記第２係合面を表す線分を含む直線とのなす角が鋭角であるように、前記第１係合面及び前記第２係合面が形成される、溶接方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶接方法において、
   前記配置工程にて、前記リング金具が、前記第１の孔及び前記第２の孔に同軸配置する、溶接方法。
5. 第１の金属部材に形成されている第１の表面に開口した第１の孔の開口面と、第２の金属部材に形成されている第２の表面に開口した第２の孔の開口面とが、所定の隙間を隔てて同軸状に対面するとともに、リング形状であるリング金具が、前記第１の孔の開口縁に係合し且つ前記第２の孔の開口縁に係合した状態で前記第１の孔の開口縁と前記第２の孔の開口縁との間に挟まれるように、前記第１の金属部材、前記第２の金属部材、及び前記リング金具を配置させる配置工程と、
   前記第１の金属部材と前記第２の金属部材との間に電流を流すことにより、前記リング金具を介して前記第１の孔の開口縁と前記第２の孔の開口縁とを接合する接合工程と、
   を含む、溶接部材の製造方法。

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