JPH07106464B2 - 金属板の超音波スポット溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属板同志の溶接方法に関するもので、例え
ば超音波スポット溶接、抵抗スポット溶接などに適用し
て有効である。

〔従来技術およびその問題点〕

従来の溶接方法を示すものとして、例えば特開昭53−12
5480号公報がある。この公報に示される溶接方法では、
２枚の被溶接部材を互いに当接させ、その当接個所に超
音波振動を与えて前記被溶接部材を互いに溶接してい
る。この溶接方法においては、互いに当接せしめられて
いる被溶接部材の当接面積に比べ、溶接面積が非常に小
さい場合には、若干の被溶接部材の位置のずれが生じた
としても、その溶接にはほとんど影響は及ぼさない。

この溶接方法ではこのように非溶接部材の当接面積が容
積部の面積に比べ非常に大きい場合には、若干の位置ず
れ等の影響は無視することができるが、溶接面積とその
被溶接部材の面積とが同程度ぐらいまでになると、その
被溶接部材にわずかな振動が作用しただけで、その位置
がずれてしまうという問題がある。従って、その被溶接
部材の互いの相対位置を管理することが非常に難しいと
いう問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、上記問題点を解決するため次のような手段
を講じた。すなわち、第１の金属板に第２の金属板の外
形状とおよそ等しい窪み部を形成する。そして、前記第
２の金属板の外周部には複数本の足部を形成して、その
第２金属板を前記第１金属板の窪み部内に位置せしめ
る。そうした後、前記第１金属板に対する前記第２金属
板の相対位置を保持し、その後、互いに第１の金属板と
第２の金属板を溶接する方法とした。

〔実施例〕

次に本発明を超音波スポット溶接に適用した場合の実施
例について説明する。

第１図は本実施例を実施している状態を示す断面図、第
２図は第１の金属板に第２の金属板の位置を保持した状
態を示す平面図である。第１図において、符号１で示す
のは超音波を発振する超音波発振器である。この超音波
発振器１より発振せしめられた電気的発振信号は、超音
波振動子２に伝達される。この信号を受けた超音波振動
子２は微少振動を発生し、その微少振動が超音波振動子
２に連結された超音波ホーン３に伝達される。超音波ホ
ーン３はこの微少振動を増大せしめ、この超音波ホーン
３に連結された工具４に伝達する。この工具４は図中矢
印Ｒ方向に示す方向に振動するもので、本実施例におい
ては20KHzの周波数で振幅が30μの振幅を行うものであ
る。

被溶接部材である第１の金属板５は、アンビル９の上に
配置せしめられている。この第１の金属板５の溶接個所
には窪み部12が形成されている。この窪み部12の周縁は
およそ23度の傾きをもつ傾斜部８が形成されている。こ
の窪み部12は、第２金属板６の外形状とほぼ等しい外形
状を有するものである。

第２の金属板６は、第２図からもわかるように円板形状
をなす円板部12と、この円板部12の外周縁に等間隔で６
ヶ所設けられ、外方に突出する足部11とからなる。第２
の金属板６はアルミニウム、銅等の材料よりなり、足部
11はその突出方向に力が加わると容易に変形可能となっ
ている。この第２の金属板６を前記窪み部12内に位置せ
しめた時において、第２の金属板６の足部11の先端は前
記窪み部12の傾斜部８との間に微小距離を確保できるよ
うな大きさとなっている。

足部11は少なくとも３本形成する必要があり、その先端
部が前記窪み部12に接触するのみで円板部12の外周縁が
前記窪み部12の傾斜部８に接触しないように配列されて
いる。

次に、本実施例における溶接手順について説明する。ま
ず、第１の金属板５に前述したような窪み部12をそれぞ
れ所要個所に形成する。そして、この窪み部12内に前述
した形状を有する第２の金属板６を位置せしめる。この
際、窪み部12の周縁には傾斜部８が形成されているた
め、第２の金属板６は容易にその窪み部12内に位置する
ことができる。

第２の金属板６が前記窪み部12内に位置し、その第１の
金属板５に対する第２の金属板５の相対位置が確保され
れば、前記工具４を前記第２の金属板６上面に当接さ
せ、第２の金属板６に加圧力を印加したうえで超音波振
動を付与する。これにより、第２の金属板６は第１図中
矢印Ｒ方向に20KHzで振幅30μの振動を行い、第２の金
属板６と第１の金属板５の当接面において摩擦熱が発生
する。この摩擦熱と超音波振動による溶接材の当接個所
の表面酸化膜及び不純物の除去等により溶接材表面の塑
性流動などをおこし、原子結合あるいは原子間拡散接合
がおこり、第１の金属板５と第２の金属板６とが固相接
合せしめられる。

この際、前記第２の金属板６の外周部には、足部11が形
成されており、その足部11は前記窪み部12の傾斜部８に
微少距離を保って配置せしめられているため、第２の金
属板６の振動が拘束されるということはない。すなわ
ち、仮に、前記窪み部12の傾斜部８に前記第２の金属板
６の外周全部が当接していたとすると、第２の金属板６
の振動がこの外周と窪み部12の傾斜部との当接によって
拘束されることになり、溶接状態に不安定な状態が生じ
るということがあるわけである。しかしながら、本実施
例においては、第２の金属板６の外周部に足部を複数本
形成し、その足部のみが窪み部12の内周壁、すなわち傾
斜部８に当接するようになっているため、足部11が傾斜
部８に当接した後さらに移動力が加わったとしても、足
部11が屈曲、もしくは座屈することによって移動が可能
となり、第２の金属板５の振動が拘束されるといった心
配はないわけである。

また、第２の金属板５の外周が全て前記窪み部12の傾斜
部８に当接していたとすると、金属板５及び金属板６に
加えられる外力及び雰囲気の温度変化に伴う熱応力等が
当接個所を介して金属板５と金属板６の接合部に伝わっ
てしまい、剥離という問題を生じ、溶接品質に大きく影
響を与えてしまう。しかしながら、本実施例において
は、第２の金属板６の全周が当接することはなく、足部
11の先端のみが窪み部12の内壁すなわち傾斜部８に当接
可能となっているため、上述したような熱応力は足部11
が変形することによって吸収され、第１の金属板５と第
２の金属板６との溶接部が剥離することはない。

なお、本実施例において、第２の金属板６は円板部12の
外周に足部11を複数本対称に設けた形状をしているが、
この足部11は特に６本に限定されるわけではない。ま
た、円板部12も円板形状に限られることはなく、例えば
三角形状、あるいは六角形状にすることも可能である。
また、前記窪み部12の傾斜部８を本実施例においては形
成したが、この傾斜部８は前記第２の金属板６が容易に
窪み部12内に位置せしめられるための目的で形成されて
いるものであって特に傾斜部８を形成せず、窪み部12を
設けるようにしてもよい。

また、前記第１の金属板５、および第２の金属板６の材
質は、アルミニウム、銅などの溶接可能な全ての金属に
適用できるものである。

また、本実施例においては、超音波スポット溶接の例を
説明したが、抵抗スポット溶接などのその他の溶接方法
にも適用できるものである。

さらに、本実施例においては、第２の金属板６に付与す
る超音波は周波数20KHz、振幅30μの条件を有するもの
であったが、溶接可能な溶接条件であれば、この値は適
時選択することが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の溶接方法を用いれば、前
記第１の金属板に形成した窪み部内に第２の金属板を位
置せしめることにより、容易に互いの位置を確保するこ
とができ、この金属板に多少の外振力が加わったとして
も、両金属板の位置がずれることはない。従って、第１
の金属板及び第２の金属板の相対位置のずれをほとんど
気にする必要がなく、連続して溶接を行うことが可能で
ある。また、本発明の溶接方法を用いることにより、従
来のような第１の金属板及び第２の金属板の相対位置を
確保するための治具、あるいは位置制御確認装置などを
簡略することができ、設備費の低減、および溶接工程の
低減を図ることができるという優れた効果を有するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す断面図、第２図は、第
１の金属板と第２の金属板を示す平面図である。 １……超音波発振器,2……超音波振動子,3……超音波ホ
ーン,4……工具,5……第１の金属板,6……第２の金属
板,11……足部,12……窪み部,13……円板部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の金属板上に第２の金属板を溶接する
   溶接方法であって、 前記第２の金属板の外周部には、その外周縁より外方に
   向かって突出し、その突出方向に変形可能な少なくとも
   ３本の足部を形成し、 前記第１の金属板上の溶接箇所に、前記第２の金属板の
   足部の外端を結ぶ外形状と略等しい外形状を有する窪み
   部を形成し、 前記足部は、その先端部のみが前記窪み部の内周壁に当
   接可能な様に前記第２の金属板の外周縁に配列形成され
   ており、 前記第２の金属板を前記第１の金属板の窪み部内に嵌合
   せしめたのち溶接を行う金属板の超音波スポット溶接方
   法。