(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のワークを積層することで形成した積層体に対してスポット溶接を行うためのスポット溶接装置であって、
前記積層体を挟持する第１溶接チップ及び第２溶接チップと、
前記層体の最外に位置する最外ワークにおける前記第１溶接チップが当接した部位とは別の部位に当接し、前記積層体を前記最外ワーク側から加圧するための加圧部材と、
前記第１溶接チップと前記加圧部材とが設けられ、ホルダ変位機構の作用下に変位するホルダと、
を有し、
前記ホルダに、前記加圧部材を変位させるための加圧部材変位機構が設けられるとともに、前記加圧部材変位機構と前記ホルダとが電気的に絶縁されていることを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項２】
請求項１記載のスポット溶接装置において、前記加圧部材が、前記第１溶接チップとは逆の極性である補助電極であり、前記第１溶接チップ及び前記第２溶接チップの間で通電を行う際、前記第１溶接チップから前記補助電極に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを生じさせることを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項３】
請求項２記載のスポット溶接装置において、前記第２溶接チップ側に設けられて該第２溶接チップとは逆の極性である別の補助電極をさらに有し、前記第１溶接チップから前記補助電極に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを消失させた後、前記別の補助電極から前記第２溶接チップに向かう分岐電流、又は、前記第２溶接チップから前記別の補助電極に向かう分岐電流のいずれかを生じさせることを特徴とするスポット溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個のワークを積層して形成される積層体に対してスポット溶接を行うためのスポット溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２５は、いわゆるハイテン鋼からなり且つ厚みが大きく、このために電気抵抗が大きな高抵抗ワーク１、２同士をスポット溶接にて接合する場合を模式的に示した要部正面図である。この場合、２枚の高抵抗ワーク１、２が積層されることによって積層体３が形成された後、該積層体３が、第１溶接チップ４と第２溶接チップ５に挟持・加圧される。さらに、第１溶接チップ４と第２溶接チップ５の間に通電がなされ、これに伴って高抵抗ワーク１、２同士の接触面近傍の部位が発熱して溶融部６となる。その後、溶融部６は凝固し、ナゲットと呼称される固相となる。
【０００３】
ここで、高抵抗ワーク１、２は電気抵抗が大きいので、通電の際に前記接触面近傍に発生するジュール熱が大きい。このため、図２６に示すように、溶融部６が比較的短時間に大きく成長し、その結果、溶融部６が飛散し易く（スパッタが発生し易く）なる。従って、高抵抗ワーク１、２同士をスポット溶接にて接合する場合、スパッタが発生することを回避するべく溶接電流を高精度に制御する必要があるが、このような制御は容易ではない。なお、この点は、厚みが小さいハイテン鋼の場合においても同様である。
【０００４】
また、３枚以上のワークを接合する場合、ワークの材質及び厚みは同一であるとは限らず、例えば、図２７に示すように、最外に位置するワーク（低抵抗ワーク７）の厚みが最小である場合もある。なお、この図２７における積層体８は、図２５及び図２６に示される高抵抗ワーク１、２上に、軟鋼からなり電気抵抗が小さい低抵抗ワーク７をさらに積層して形成されたものである。
【０００５】
この積層体８に対してスポット溶接を行うと、低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２の接触面近傍に発生するジュール熱よりも、高抵抗ワーク１、２同士の接触面近傍に発生するジュール熱の方が大きくなる。後者の接触面近傍の方が、接触抵抗が大きいからである。
【０００６】
従って、この積層体８は、先ず、高抵抗ワーク１、２同士の接触面に溶融部９が形成される。場合によっては、図２８に示すように、低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２の接触面に溶融部が形成される前に、溶融部９が大きく成長することがある。このような状態で低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２の接触面に溶融部を形成するべく通電を続行すると、高抵抗ワーク１、２同士の接触面からスパッタが発生する懸念がある。
【０００７】
しかしながら、通電を停止すると、低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２の接触面に十分な大きさの溶融部、ひいてはナゲットが形成されないので、低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２との接合強度を確保することが困難となる。
【０００８】
そこで、本出願人は、特許文献１において、このような積層体に対してスポット溶接を行う際、低抵抗ワークに当接する第１溶接チップの加圧力を、第２溶接チップに比して小さく設定することを提案している。この場合、高抵抗ワークに対する低抵抗ワークの接触圧力が小さくなり、その結果、低抵抗ワークと高抵抗ワークの接触面の接触抵抗が大きくなる。これにより、該接触面に十分なジュール熱が発生する。従って、低抵抗ワークと高抵抗ワークの間のナゲットを、高抵抗ワーク同士の間に形成されるナゲットと略同等の大きさに成長させることが可能となり、結局、接合強度が優れた積層体を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３８９４５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は特許文献１記載の技術に関連してなされたもので、積層体中のワーク同士の接触面近傍にナゲットを十分に成長させることが可能であり、しかも、スパッタが発生する懸念を払拭し得るスポット溶接装置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】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明は、複数個のワークを積層することで形成した積層体に対してスポット溶接を行うためのスポット溶接装置であって、
前記積層体を挟持する第１溶接チップ及び第２溶接チップと、
前記層体の最外に位置する最外ワークにおける前記第１溶接チップが当接した部位とは別の部位に当接し、前記積層体を前記最外ワーク側から加圧するための加圧部材と、
前記第１溶接チップと前記加圧部材とが設けられ、ホルダ変位機構の作用下に変位するホルダと、
を有し、
前記ホルダに、前記加圧部材を変位させるための加圧部材変位機構が設けられるとともに、前記加圧部材変位機構と前記ホルダとが電気的に絶縁されていることを特徴とする。
【００１２】
この場合、第１溶接チップと加圧部材との合計加圧力が第２溶接チップの加圧力と均衡するので、第１溶接チップの加圧力が、第２溶接チップに比して小さくなる。従って、第１溶接チップ側と、該第１溶接チップに略対向する第２溶接チップとの間では、加圧力は、第１溶接チップ側から第２溶接チップに向かうにつれて作用範囲が広がるように分布するか、又は、大きくなるように分布する。このため、第１溶接チップが当接した最外のワークと、それに隣接するワークとの接触面に作用する力が、残余のワーク同士の接触面に作用する力に比して小さくなる。
【００１３】
このような分布が生じる結果、最外のワークと、それに隣接するワークとの接触面積が、残余のワーク同士の接触面積に比して小さくなる。従って、最外のワークとそれに隣接するワークとの接触面の接触抵抗を大きくすることができ、これにより、ジュール熱に基づく発熱量を大きくすることができる。従って、該接触面に生成するナゲットを大きく成長させることが可能となり、結局、最外のワークとこれに隣接するワークとの接合強度を確保することができる。
【００１４】
しかも、加圧部材によって金属板が押圧されるので、最外のワークがこれに隣接するワークから離間することが抑制される。従って、軟化した溶融部が最外のワークとこれに隣接するワークとの離間箇所からスパッタとして飛散することを防止することができる。
【００１５】
その上、第１溶接チップと加圧部材が同一のホルダに設けられるので、構成が複雑化したり、大型化したりすることが回避される。また、このため、積層体が複雑な形状であったとしても、第１溶接チップ及び加圧部材を積層体に干渉させることなく所定の溶接箇所に配置させることが可能となる。
【００１６】
なお、加圧部材を、第１溶接チップとは逆の極性である補助電極で構成し、前記通電を行う際、第１溶接チップから補助電極に向かう分岐電流、又は、補助電極から第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを生じさせるようにしてもよい。
【００１７】
この場合、第１溶接チップから補助電極に向かう電流、又はその逆方向に流れる電流が最外のワークの内部を流れるので、該電流によって、最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面が十分に加熱される。その結果、前記接触面に十分な大きさのナゲットが成長するので、接合強度に一層優れた接合部が得られる。
【００１８】
さらに、第２溶接チップ側に、該第２溶接チップとは逆の極性である別の補助電極を設け、前記第１溶接チップから前記補助電極（第１溶接チップ側の補助電極）に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを消失させた後に、前記別の補助電極（第２溶接チップ側の補助電極）から第２溶接チップに向かう分岐電流、又は、第２溶接チップから前記別の補助電極に向かう分岐電流のいずれかを流すようにしてもよい。
【００１９】
この場合、第２溶接チップが当接する最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面に、ナゲットを十分に成長させることができるようになる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１溶接チップと第２溶接チップで積層体を挟持することに加え、前記積層体の最外に配置されたワークを加圧部材で加圧し、この状態でスポット溶接を行うようにしている。このため、積層体に対する加圧力が、第１溶接チップから第２溶接チップに向かうにつれて作用範囲が大きくなるように分布する。
【００２１】
このように加圧力が分布する結果、前記最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面の接触面積が小さくなり、それに伴って該接触面の接触抵抗が大きくなる。従って、該接触面を十分に加熱し得るジュール熱が発生するようになるので、この接触面に十分な大きさのナゲットを成長させることができる。これにより、最外のワークと、これに隣接するワークとが十分な接合強度で接合する。換言すれば、最外のワークと、これに隣接するワークとの間に十分な接合強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスポット溶接装置の要部拡大図である。
【図２】図１のスポット溶接装置を構成するホルダの要部拡大縦断面図である。
【図３】図２に示す加圧部材が下降した状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図４】溶接対象である積層体を下チップ、上チップ及び加圧用ロッド（加圧部材）で挟持した状態を示す要部概略正面図である。
【図５】積層体の最上に位置するワークと、その直下のワークとの間に適切な面圧の分布が形成された状態の一例を示す正面模式図とグラフである。
【図６】前記積層体を下チップ及び上チップのみで挟持した状態を示す正面模式図である。
【図７】図４から通電を開始し、上チップから下チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図８】図４とは別の積層体を下チップ、上チップ及び加圧用ロッド（加圧部材）で挟持した状態を示す要部概略正面図である。
【図９】図４及び図８とは別の積層体を下チップ、上チップ及び加圧用ロッド（加圧部材）で挟持した状態を示す要部概略正面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るスポット溶接装置を構成する上チップ（第１電極チップ）、下チップ（第２電極チップ）及び補助電極で積層体を挟持した状態を示す要部概略正面図である。
【図１１】図１０から通電を開始し、上チップから下チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図１２】図１１から通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図１３】補助電極のみを積層体から離間させる一方、上チップから下チップへの通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図１４】図１３に続いて上チップを積層体から離間させ、通電（スポット溶接）を終了した状態を示す縦断面模式図である。
【図１５】図１０とは別の積層体を下チップ、上チップ及び補助電極で挟持し、通電を開始した状態を示す要部概略正面図である。
【図１６】補助電極と電源の負極との電気的接続を切断する一方、上チップから下チップへの通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図１７】通電（スポット溶接）を終了した状態を示す縦断面模式図である。
【図１８】図１０及び図１５とは別の積層体を下チップ、上チップ及び補助電極で挟持し、通電を開始した状態を示す要部概略正面図である。
【図１９】通電（スポット溶接）を終了した状態を示す縦断面模式図である。
【図２０】図１０及び図１５とは別の積層体を下チップ、上チップ、及び上チップ側の補助電極で挟持し、通電を開始した状態を示す要部概略正面図である。
【図２１】上チップ側の前記補助電極と電源の負極との電気的接続を切断する一方、上チップから下チップへの通電を続行しながら、下チップ側の補助電極をワークに当接させた状態を示す縦断面模式図である。
【図２２】下チップ側の前記補助電極と電源の正極との電気的接続を切断する一方、上チップから下チップへの通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図２３】図１１とは逆に、下チップ及び補助電極から上チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図２４】積層体の最上に位置するワークと、その直下のワークとに、上チップから補助電極に向かう電流が流れる状態を示す縦断面模式図である。
【図２５】積層体を下チップ及び上チップのみで挟持する一般的なスポット溶接において、上チップから下チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図２６】図２５から溶融部が成長した状態を示す縦断面模式図である。
【図２７】図２５とは別の積層体を下チップ及び上チップのみで挟持するとともに、上チップから下チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図２８】図２７から溶融部が成長した状態を示す縦断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係るスポット溶接装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１は、第１実施形態に係るスポット溶接装置１０の要部拡大図である。このスポット溶接装置１０は、アームを有するロボット（ともに図示せず）と、前記アームを構成する手首部１２に支持された溶接ガン１４とを有する。
【００２５】
この場合、溶接ガン１４は、ガン本体２４の下方に配設された略Ｃ字形状の固定アーム３０を具備する、いわゆるＣ型のものである。この固定アーム３０の下方先端には、ガン本体２４を臨むようにして、第２溶接チップとしての下チップ３２が設けられ、該下チップ３２は、ガン本体２４に向かって延在している。
【００２６】
ガン本体２４には、後述するホルダを図１における上下方向に変位させるためのボールねじ機構（図示せず）が収容されている。すなわち、このボールねじ機構は、ホルダを変位させるホルダ変位機構である。
【００２７】
該ボールねじ機構のボールねじは、ガン本体２４から突出し且つ前記下チップ３２に向かって延在する変位軸３４を図１における上下方向（矢印Ｙ２方向又は矢印Ｙ１方向）に変位させる。なお、前記ボールねじは、前記ボールねじ機構を構成する図示しないサーボモータの作用下に回転動作する。
【００２８】
変位軸３４の先端部には、第１溶接チップとしての上チップ３６と、加圧部材３８ａ、３８ｂとを支持するホルダ４０が設けられる。
【００２９】
加圧部材３８ａは、上チップ３６と平行に延在する長尺棒形状の先端部４２ａと、正面視略台形状の基部４４ａとを有する。この中の基部４４ａが、ホルダ４０に変位機構として設けられたエアシリンダ４６ａを構成するピストンロッド４８ａに連結されている。ホルダ４０は導電体であり、従って、上チップ３６に対しては、ホルダ４０を介して電流を流すことが可能である。
【００３０】
すなわち、要部を拡大した図２に示すように、ホルダ４０には、ピストンロッド４８ａを挿入するためのボア５０ａが形成される。ボア５０ａにはスリーブ５２ａが挿入され、さらに、スリーブ５２ａには軸受５４ａが挿入されている。ピストンロッド４８ａは軸受５４ａに通され、且つスリーブ５２ａにはピストン５６ａが摺接する。
【００３１】
なお、ピストン５６ａの側壁部には、該側壁部を周回して切り欠くように周回溝５８ａが形成されており、この周回溝５８ａに、シール用のＯリング６０ａが挿入されている。また、ピストン５６ａの頭部には、ボア５０ａの天井部に向かうようにしてストッパ６２ａが設けられる。このストッパ６２ａは、絶縁体からなる。
【００３２】
スリーブ５２ａは、アルミニウム材又はアルミニウム合金材からなり、その表面には硬質アルマイト処理が施されている。すなわち、スリーブ５２ａの外周壁及び内周壁には、硬質アルマイトからなる酸化皮膜が形成されている。この酸化皮膜が絶縁性であるため、スリーブ５２ａも絶縁性を示す。換言すれば、スリーブ５２ａは絶縁体であり、このため、ピストン５６ａがホルダ４０に対して電気的に絶縁される。
【００３３】
又は、スリーブ５２ａをベーク材等の絶縁体から構成するようにしてもよい。また、スリーブ５２ａを導電体から構成した場合、該スリーブ５２ａとホルダ４０との間に絶縁体を配置することでスリーブ５２ａとホルダ４０とを電気的に絶縁するようにしてもよい。
【００３４】
ピストンロッド４８ａは、コイルスプリング６４ａに通される。このコイルスプリング６４ａの一端は、軸受５４ａの上端面に堰止され、一方、他端は、ピストン５６ａの下端面に着座している。このコイルスプリング６４ａは、ピストンロッド４８ａが図１及び図２の下方に向かって変位する（下降する）際には圧縮され、その一方で、ピストンロッド４８ａを弾発付勢することによって、ピストンロッド４８ａが上方に向かって変位する（上昇する）ことを支援する。
【００３５】
ボア５０ａとピストン５６ａの間には、室６６ａが形成される。さらに、ホルダ４０には、前記室６６ａに連通する給排気通路６８ａが貫通形成される。この給排気通路６８ａには、圧縮エア給排機構を構成するチューブ（ともに図示せず）が連結される。すなわち、前記室６６ａに対しては、圧縮エア給排機構の作用下に、圧縮エアが供給又は排出される。
【００３６】
残余の加圧部材３８ｂ及びエアシリンダ４６ｂについても上記と同様に構成されており、従って、加圧部材３８ａ及びエアシリンダ４６ａと同一の構成要素には同一の参照符号の添字ａに代替してｂを付し、その詳細な説明を省略する。
【００３７】
次に、溶接対象である積層体７０ａにつき若干説明すると、この場合、積層体７０ａは、３枚の金属板７２ａ、７４ａ、７６ａが下方からこの順序で積層されることによって構成される。この中の金属板７２ａ、７４ａの厚みはＤ１（例えば、約１ｍｍ〜約２ｍｍ）に設定され、金属板７６ａの厚みはＤ１に比して小寸法のＤ２（例えば、約０．５ｍｍ〜約０．７ｍｍ）に設定される。すなわち、金属板７２ａ、７４ａの厚みは同一であり、金属板７６ａはこれら金属板７２ａ、７４ａに比して薄肉である。すなわち、金属板７６ａの肉厚は、積層体７０ａを構成する３枚の金属板７２ａ、７４ａ、７６ａ中で最小である。
【００３８】
金属板７２ａ、７４ａは、例えば、いわゆるハイテン鋼であるＪＡＣ５９０、ＪＡＣ７８０又はＪＡＣ９８０（いずれも日本鉄鋼連盟規格に規定される高性能高張力鋼板）からなる高抵抗ワークであり、金属板７６ａは、例えば、いわゆる軟鋼であるＪＡＣ２７０（日本鉄鋼連盟規格に規定される高性能絞り加工用鋼板）からなる低抵抗ワークである。金属板７２ａ、７４ａは同一金属種であってもよいし、異種金属種であってもよい。
【００３９】
前記下チップ３２及び前記上チップ３６は、これら下チップ３２及び上チップ３６の間に溶接対象である積層体７０ａを挟持し、且つ該積層体７０ａに対して通電を行うものである。なお、下チップ３２は電源７８の負極に電気的に接続されており、一方、上チップ３６は前記電源７８の正極に電気的に接続されている。このため、第１実施形態では、上チップ３６から下チップ３２に向かって電流が流れる。
【００４０】
後述するように、上チップ３６と加圧部材３８ａ、３８ｂの離間距離Ｚ１、Ｚ２は、金属板７６ａと、その直下の金属板７４ａとの間に適切な面圧の分布が得られるように設定される。
【００４１】
以上の構成において、前記ボールねじ機構を構成する前記サーボモータ、エアシリンダ４６ａ、４６ｂを構成する圧縮エア給排機構、及び電源７８は、制御手段としてのガンコントローラ７９に電気的に接続されている。すなわち、これらサーボモータ、圧縮エア給排機構及び電源７８の動作ないし付勢・滅勢は、ガンコントローラ７９によって制御される。
【００４２】
第１実施形態に係るスポット溶接装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、第１実施形態に係るスポット溶接方法との関係で説明する。
【００４３】
積層体７０ａに対してスポット溶接を行う際、換言すれば、金属板７２ａ、７４ａ同士を接合するとともに金属板７４ａ、７６ａ同士を接合する際には、先ず、前記ロボットが、下チップ３２と上チップ３６の間に積層体７０ａが配置されるように前記手首部１２、すなわち、溶接ガン１４を移動させる。
【００４４】
ガン本体２４が所定の位置まで降下した後、ガンコントローラ７９の作用下に前記ボールねじ機構を構成する前記サーボモータが付勢され、これに伴って前記ボールねじが回転動作を開始する。これにより、上チップ３６及び加圧部材３８ａ、３８ｂが積層体７０ａに対してさらに接近するように、矢印Ｙ１方向に向かって降下する。その結果、下チップ３２と上チップ３６の間に積層体７０ａが挟持される。
【００４５】
その一方で、ガンコントローラ７９が圧縮エア給排機構を付勢する。これにより、圧縮エアが給排気通路６８ａ、６８ｂを介して室６６ａ、６６ｂに供給される。室６６ａ、６６ｂ内の圧縮エアはピストン５６ａ、５６ｂを押圧し、その結果、図３に示すように、ピストン５６ａ、５６ｂ及びピストンロッド４８ａ、４８ｂが下降するとともに、コイルスプリング６４ａ、６４ｂが圧縮される。なお、ピストン５６ａ、５６ｂに装着されたＯリング６０ａ、６０ｂによって、室６６ａ、６６ｂから圧縮エアが漏洩することが回避される。
【００４６】
ピストンロッド４８ａ、４８ｂが下降することに伴い、該ピストンロッド４８ａ、４８ｂの先端に設けられた加圧部材３８ａ、３８ｂが積層体７０ａ（矢印Ｙ１方向）に向かって下降する。従って、該加圧部材３８ａ、３８ｂが、下チップ３２と上チップ３６によって積層体７０ａが挟持されるのと同時、又はその前後に金属板７６ａに当接する。図４には、このときの模式的な縦断面図が示されている。
【００４７】
ここで、上チップ３６と加圧部材３８ａ、３８ｂの離間距離Ｚ１、Ｚ２は、図５に示すように、金属板７６ａと金属板７４ａとの間の接触面に、上チップ３６で押圧される箇所で面圧が最大となり、且つ加圧部材３８ａ、３８ｂで押圧される箇所で、次に大きい面圧が得られるように設定される。なお、好適にはＺ１＝Ｚ２である。
【００４８】
換言すれば、前記接触面には、上チップ３６の加圧による面圧、及び加圧部材３８ａ、３８ｂの加圧による面圧に比して面圧が小さくなる箇所が形成される。これにより、図４に示すような加圧力の分布が形成される。以下、この分布につき詳述する。
【００４９】
ガンコントローラ７９は、金属板７６ａに対する上チップ３６及び加圧部材３８ａ、３８ｂの合計加圧力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）が、金属板７２ａに対する下チップ３２の加圧力（Ｆ４）と均衡するように、前記ボールねじ機構のボールねじを回転動作させるサーボモータの回転付勢力、及びピストン５６ａ、５６ｂに対する圧縮エアの押圧力（エアシリンダ４６ａ、４６ｂの推進力）を制御する。この制御により、積層体７０ａに対する矢印Ｙ１方向に沿って作用する加圧力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）と、矢印Ｙ２方向に沿って作用する加圧力（Ｆ４）とが略同等となる。なお、Ｆ２＝Ｆ３であることが好適である。
【００５０】
すなわち、このとき、Ｆ１＜Ｆ４が成り立つ。従って、積層体７０ａが下チップ３２と上チップ３６から受ける力は、図４に模式的に示すように、上チップ３６から下チップ３２に向かうにつれて作用範囲が広くなる（大きくなる）ように分布する。このため、金属板７４ａ、７６ａの接触面に作用する力は、金属板７２ａ、７４ａの接触面に作用する力に比して小さくなる。なお、離間距離Ｚ１、Ｚ２が過度に小さいために上チップ３６の加圧による面圧、及び加圧部材３８ａ、３８ｂの加圧による面圧に比して面圧が小さくなる箇所が形成されない場合、このような分布が形成され難くなる。
【００５１】
図６は、加圧部材３８ａ、３８ｂを用いずにＦ１＝Ｆ４とした場合における積層体７０ａが下チップ３２と上チップ３６から受ける力の分布を模式的に示したものである。図６から諒解されるように、この場合、力は、上チップ３６から下チップ３２にわたって均等である。換言すれば、金属板７４ａ、７６ａの接触面に作用する力と、金属板７２ａ、７４ａの接触面に作用する力とが等しくなる。
【００５２】
図４及び図６には、金属板７４ａ、７６ａの接触面に作用する力の範囲を太実線で示している。図４及び図６を対比して諒解される通り、力が作用する範囲は、Ｆ１＜Ｆ４であるときの方がＦ１＝Ｆ４であるときに比して狭い。このことは、Ｆ１＜Ｆ４であるときには、Ｆ１＝Ｆ４であるときに比して金属板７６ａが金属板７４ａに対して押圧される範囲が狭いこと、換言すれば、接触面積が小さいことを意味する。
【００５３】
ここで、このように上チップ３６から下チップ３２に至るまでの加圧力を分布させ、金属板７４ａに対する金属板７６ａの接触面積を小さくしたことに伴い、積層体７０ａから上チップ３６に向かう反力が生じる。第１実施形態では、この反力を加圧部材３８ａ、３８ｂで受けている。
【００５４】
上記したように、加圧部材３８ａ、３８ｂ及びエアシリンダ４６ａ、４６ｂを含むホルダ４０は、ガン本体２４に収容されるボールねじ機構に連結された変位軸３４に支持されている。このため、加圧部材３８ａ、３８ｂで受けた前記反力は、結局、ガン本体２４（溶接ガン１４）に吸収される。
【００５５】
従って、この場合、積層体７０ａからの反力がロボットに作用することが回避される。このため、ロボットとして剛性が大きいものを採用する必要がない。換言すれば、ロボットとして小型のものを採用することができ、その結果、設備投資を低廉化することができる。
【００５６】
次に、ガンコントローラ７９は、電源７８に通電開始の制御信号を発する。これにより、図４（及び図６）に示すように、上チップ３６から下チップ３２に向かう方向に電流ｉが流れ始める。上記したように、上チップ３６、下チップ３２の各々が電源７８の正極、負極に接続されているからである。そして、電流ｉに基づくジュール熱により、金属板７２ａ、７４ａの間、及び金属板７４ａ、７６ａの間がそれぞれ加熱される。
【００５７】
ここで、上記したように、図４に示される金属板７６ａと金属板７４ａとの接触面積は、図６に示される金属板７６ａと金属板７４ａとの接触面積に比して小さい。このため、金属板７４ａ、７６ａの接触面における接触抵抗及び電流密度は、図４に示される場合の方が図６に示される場合に比して、換言すれば、Ｆ１＜Ｆ４であるときの方がＦ１＝Ｆ４であるときに比して大きくなる。すなわち、Ｆ１＜Ｆ４であるときには、Ｆ１＝Ｆ４であるときに比してジュール熱の発生量、換言すれば、発熱量が大きくなる。従って、Ｆ１＜Ｆ４であるときには、図７に示すように、金属板７２ａ、７４ａの接触面に生成する加熱領域８０と、金属板７４ａ、７６ａの接触面に生成する加熱領域８１とが略同等の大きさに成長する。
【００５８】
金属板７２ａ、７４ａの接触面、金属板７４ａ、７６ａの接触面は、これら加熱領域８０、８１によって加熱され、十分に温度上昇して溶融し始める。これにより形成された溶融部が冷却固化する結果、金属板７２ａ、７４ａの間、金属板７４ａ、７６ａの間にナゲット８２、８３がそれぞれ形成される。なお、図７においては、理解を容易にするためにナゲット８２、８３として示しているが、通電中は、液相である溶融部として存在する。以降の図面も同様である。
【００５９】
上記したように、金属板７２ａ、７４ａの接触面における加熱領域８０と、金属板７４ａ、７６ａの接触面における加熱領域８１とは互いに略同等の大きさである。従って、ナゲット８２、８３もまた、互いに略同等の大きさとなる。
【００６０】
溶融部が形成される間、金属板７６ａは、加圧部材３８ａ、３８ｂで金属板７４ａ側に押圧されている。この押圧により、低剛性の金属板７６ａが通電（加熱）に伴って反ること、すなわち、金属板７４ａから離間することが抑制される。このため、軟化した溶融部が金属板７６ａと金属板７４ａとの離間箇所からスパッタとして飛散することを防止することができる。
【００６１】
また、ホルダ４０とピストン５６ａ、５６ｂ及び軸受５４ａ、５４ｂとの間には、スリーブ５２ａ、５２ｂが介装されている。上記したように、このスリーブ５２ａ、５２ｂが絶縁体であるので、上チップ３６に対して電流を供給する際、ホルダ４０を介してピストン５６ａ、５６ｂ、ひいては加圧部材３８ａ、３８ｂに電流が流れることはない。
【００６２】
所定時間が経過して前記溶融部が十分成長した後、通電を停止するとともに、ホルダ４０を上昇させることで上チップ３６を金属板７６ａから離間させる。又は、ホルダ４０を上昇させて上チップ３６を金属板７６ａから離間させることによって、上チップ３６と下チップ３２を電気的に絶縁するようにしてもよい。
【００６３】
通電停止と同時、又は通電停止の後、前記圧縮エア給排機構の作用下に、室６６ａ、６６ｂ（図２参照）から圧縮エアが排出される。その結果、ピストン５６ａ、５６ｂに対するコイルスプリング６４ａ、６４ｂの弾発付勢力が、ピストン５６ａ、５６ｂに対する圧縮エアの押圧力を上回るに至る。すなわち、ピストン５６ａ、５６ｂがコイルスプリング６４ａ、６４ｂによって弾発付勢されて上昇し、圧縮エアが供給される以前の位置に戻る。これに伴って、加圧部材３８ａ、３８ｂも上昇して元の位置に戻る。
【００６４】
この上昇の際、ピストン５６ａ、５６ｂの頭部に設けられたストッパ６２ａ、６２ｂがボア５０ａ、５０ｂ（室６６ａ、６６ｂ）の天井面に当接する。この当接に伴い、ピストン５６ａ、５６ｂのそれ以上の上昇が阻止される。ここで、ストッパ６２ａ、６２ｂが絶縁体からなるので、上チップ３６と下チップ３２間に通電を行っている最中にたとえピストン５６ａ、５６ｂが上昇して室６６ａ、６６ｂの天井面に当接したとしても、ホルダ４０からピストン５６ａ、５６ｂに電流が流れることはない。
【００６５】
なお、上記したスポット溶接の開始から終了するに至るまでの動作は全て、ガンコントローラ７９の制御作用下に営まれる。
【００６６】
このようにして通電が停止されることに伴い、金属板７２ａ、７４ａ、７６ａの発熱も終了する。時間の経過とともに前記溶融部がそれぞれ冷却固化してナゲット８２、８３となり、これらナゲット８２、８３を介して金属板７２ａ、７４ａ同士、金属板７４ａ、７６ａ同士が互いに接合された接合品が得られるに至る。
【００６７】
この接合品においては、金属板７２ａ、７４ａ同士の接合強度と同様に、金属板７４ａ、７６ａ同士の接合強度も優れる。上記したように金属板７４ａ、７６ａの接触面に十分なジュール熱が発生したことに伴って、金属板７４ａ、７６ａの間のナゲット８３が十分に成長しているからである。
【００６８】
以上のように、第１実施形態によれば、スパッタが生成することを回避しつつ、金属板７４ａ、７６ａの間に、金属板７２ａ、７４ａの間のナゲット８２と略同程度の大きさのナゲット８３を成長させることができ、これにより、金属板７４ａ、７６ａ同士の接合強度が優れた成形品を得ることができる。
【００６９】
また、上チップ３６を支持するために従来から用いられているホルダ４０に対してエアシリンダ４６ａ、４６ｂを設けるのみであるので、装置構成が複雑化したり、大型化したりすることを回避することができる。このため、溶接対象が複雑な形状であったとしても、加圧部材３８ａ、３８ｂ及び上チップ３６を溶接対象に干渉させることなく所定の溶接箇所に配置させることができる。
【００７０】
しかも、加圧部材３８ａ、３８ｂとエアシリンダ４６ａ、４６ｂの距離が短いので、エアシリンダ４６ａ、４６ｂに作用するオフセット荷重を抑制することも容易である。
【００７１】
第１実施形態では、加圧部材３８ａ、３８ｂによる加圧力Ｆ２、Ｆ３を大きくするほど金属板７４ａ、７６ａ間のナゲット８３を大きくすることができるが、加圧力Ｆ２、Ｆ３がある程度大きくなると、ナゲット８３の大きさが飽和する傾向がある。換言すれば、加圧力Ｆ２、Ｆ３を過度に大きくしても、ナゲット８３を一定の大きさ以上に成長させることは困難である。また、加圧力Ｆ２、Ｆ３を過度に大きくすると、加圧力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の総和で加圧力Ｆ４と均衡させる関係上、加圧力Ｆ１を過度に小さくする必要がある。このため、金属板７２ａ、７４ａ間のナゲット８２が小さくなる。
【００７２】
従って、上チップ３６による加圧力Ｆ１と、加圧部材３８ａ、３８ｂによる加圧力Ｆ２、Ｆ３との差は、ナゲット８２、８３を可及的に大きくし得るように設定することが好ましい。
【００７３】
また、いずれの場合においても、エアシリンダ４６ａ、４６ｂに代替し、スプリングコイル、サーボモータ、油圧シリンダ等の各種の圧力付加手段を採用することができる。
【００７４】
さらに、金属板７２ａ、７４ａ、７６ａの素材の組み合わせは、上記した鋼材に特に限定されるものではなく、スポット溶接が可能なものであればよい。例えば、金属板７２ａ、７４ａ、７６ａの全てが軟鋼である組み合わせであってもよいし、金属板７２ａのみがハイテン鋼で且つ金属板７４ａ、７６ａが軟鋼である組み合わせであってもよい。
【００７５】
また、溶接対象は、最上に位置する金属板７６ａの厚みが金属板７２ａ、７４ａに比して小さい積層体７０ａに限定されるものではなく、図８に示すように、厚みが最小である金属板７４ｂを、金属板７２ｂ、７６ｂで挟むようにして形成された積層体７０ｂであってもよい。この場合の素材の組み合わせ例としては、金属板７２ｂがハイテン鋼、金属板７４ｂ、７６ｂが軟鋼である組み合わせが挙げられるが、特にこれに限定されるものではないことは勿論である。
【００７６】
勿論、中央に位置する金属板の厚みが最大である積層体であってもよいし、最下に位置する金属板の厚みが他の２枚の金属板に比して小さい積層体であってもよい。
【００７７】
そして、金属板の個数は、上記した３枚に特に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、ハイテン鋼からなる金属板７２ｃに対してハイテン鋼からなる金属板７４ｃが積層された積層体７０ｃであってもよい。
【００７８】
加圧部材３８ａ、３８ｂに電流を流し、補助電極として機能させるようにしてもよい。以下、この場合を第２実施形態として説明する。なお、図１〜図９に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７９】
図１０は、第２実施形態に係るスポット溶接装置の要部拡大一部横断面斜視図である。このスポット溶接装置は、前記加圧部材３８ａ、３８ｂが電源７８の負極に対して電気的に接続されることを除き、基本的には第１実施形態に係るスポット溶接装置に準拠して構成される。すなわち、第２実施形態においても上チップ３６から下チップ３２に向かって電流が流れる。なお、以下の説明においては、第１実施形態における加圧部材３８ａ、３８ｂとの機能の相違の理解を容易にするべく、「加圧部材」ではなく「補助電極」と表記し、その参照符号を９０ａ、９０ｂとする。
【００８０】
上記したように下チップ３２及び補助電極９０ａ、９０ｂが前記電源７８の負極に対して電気的に接続されるのに対し、上チップ３６は、電源７８の正極に対して電気的に接続される。このことから諒解される通り、上チップ３６と補助電極９０ａ、９０ｂはともに、積層体７０ａ中の最上に位置する金属板７６ａに当接するものの、その極性は互いに逆である。なお、以降の図面においては、上チップ３６と補助電極９０ａ、９０ｂとが電気的に接続されて分岐電流ｉ２が発生しているときには補助電極９０ａ、９０ｂの極性を図中に示し、逆に、分岐電流ｉ２が発生していないときには補助電極９０ａ、９０ｂの極性を示さないものとする。
【００８１】
上チップ３６と補助電極９０ａ、９０ｂとの離間距離Ｚ３、Ｚ４は、第１実施形態と同様に加圧力が分布するように、上チップ３６による面圧、及び補助電極９０ａ、９０ｂによる面圧に比して面圧が小さくなる箇所が形成されるように設定される（図５参照）。このため、上チップ３６と補助電極９０ａ、９０ｂはある程度離間されるが、上チップ３６と補助電極９０ａ、９０ｂとの離間距離Ｚ３、Ｚ４が過度に大きい場合、上チップ３６と補助電極９０ａ、９０ｂとの間の抵抗が大きくなり、後述する分岐電流ｉ２（図１２参照）が流れることが困難となる。
【００８２】
従って、離間距離Ｚ３、Ｚ４は、金属板７６ａと金属板７４ａとの間に上記のような適切な面圧の分布が得られ、且つ上チップ３６と補助電極９０ａ、９０ｂとの間の抵抗が、分岐電流ｉ２が適切な電流値で流れることが可能となる距離に設定される。
【００８３】
第２実施形態に係るスポット溶接装置の要部は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき説明する。
【００８４】
積層体７０ａに対してスポット溶接を行う際には、第１実施形態と同様に、前記ロボットが、上チップ３６と下チップ３２の間に積層体７０ａが配置されるように前記溶接ガンを移動させる。その後、上チップ３６と下チップ３２が相対的に接近し、その結果、互いの間に積層体７０ａが挟持される。
【００８５】
この挟持と同時、又はその前後に、圧縮エアが給排気通路６８ａ、６８ｂ（図１及び図２参照）を介して室６６ａ、６６ｂに供給される。この圧縮エアによってピストン５６ａ、５６ｂ及びピストンロッド４８ａ、４８ｂが下降し、これに伴って補助電極９０ａ、９０ｂが積層体７０ａ（矢印Ｙ１方向）に向かって下降する。最終的に、補助電極９０ａ、９０ｂが金属板７６ａに当接し、図１０に模式的な縦断面図として示す状態となる。勿論、ピストン５６ａ、５６ｂ及びピストンロッド４８ａ、４８ｂが下降する際には、コイルスプリング６４ａ、６４ｂが圧縮される。
【００８６】
この場合においても、ガンコントローラ７９は、補助電極９０ａ、９０ｂの金属板７６ａに対する加圧力Ｆ２、Ｆ３を、該加圧力Ｆ２、Ｆ３と上チップ３６による加圧力Ｆ１との合計（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）が下チップ３２による加圧力Ｆ４と均衡するように設定する。
【００８７】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、上チップ３６による加圧力Ｆ１と、補助電極９０ａ、９０ｂによる加圧力Ｆ２、Ｆ３との差を、金属板７２ａ、７４ａの間に形成されるナゲットと、金属板７４ａ、７６ａとの間に形成されるナゲットとを可及的に大きくし得るように設定することが好ましい。
【００８８】
次に、通電を開始する。第２実施形態では、上チップ３６、下チップ３２の各々が電源７８の正極、負極に接続されているため、図１１に示すように、上チップ３６から下チップ３２に向かう電流ｉ１が流れる。この電流ｉ１に基づくジュール熱により、金属板７２ａ、７４ａの間、及び金属板７４ａ、７６ａの間がそれぞれ加熱され、加熱領域９２、９４が形成される。
【００８９】
ここで、金属板７６ａには補助電極９０ａ、９０ｂも当接しており、この補助電極９０ａ、９０ｂの極性は負である。従って、上チップ３６からは、上記した電流ｉ１と同時に、補助電極９０ａ、９０ｂに向かう分岐電流ｉ２が出発する。
【００９０】
このように、第２実施形態においては、金属板７２ａ、７４ａには流れず金属板７６ａにのみ流れる分岐電流ｉ２が発生する。この結果、上チップ３６及び下チップ３２のみを使用する一般的なスポット溶接に比して金属板７６ａの内部を通過する電流値が大きくなる。
【００９１】
従って、この場合、金属板７６ａの内部に、前記加熱領域９４とは別の加熱領域９６が形成される。加熱領域９６は、時間の経過とともに拡大し、図１２に示すように、加熱領域９４と一体化する。
【００９２】
金属板７４ａ、７６ａの接触面には、このようにして一体化した加熱領域９４、９６の双方から熱が伝達される。しかも、この場合、第１実施形態と同様に、金属板７４ａ、７６ａの接触面の接触抵抗が金属板７２ａ、７４ａの接触面に比して大きくなる。このため、該接触面が十分に温度上昇して溶融し始め、その結果、金属板７４ａ、７６ａの間にナゲット９８が形成される。
【００９３】
ここで、分岐電流ｉ２の割合を大きくするほど加熱領域９６を大きくすることが可能であるが、分岐電流ｉ２の割合を過度に大きくした場合、電流ｉ１の電流値が小さくなるので、加熱領域９２、９４が小さくなる。このため、ナゲット９８の大きさが飽和する一方、ナゲット１００が小さくなる傾向がある。従って、分岐電流ｉ２の割合は、ナゲット１００が十分に成長する程度の電流ｉ１が流れるように設定することが好ましい。
【００９４】
なお、電流ｉ１と分岐電流ｉ２の割合は、例えば、上記したように上チップ３６と補助電極９０ａ、９０ｂとの離間距離Ｚ３、Ｚ４（図１０参照）を変更することで調節することが可能である。電流ｉ１と分岐電流ｉ２の好適な割合は、例えば、７０：３０である。
【００９５】
溶融部、ひいてはナゲット９８は、通電が継続される限り、時間の経過とともに成長する。従って、通電を所定の時間継続することにより、ナゲット９８を十分に成長させることができる。
【００９６】
この場合、金属板７２ａ、７４ａに流れる電流ｉ１の電流値は、一般的なスポット溶接に比して小さい。このため、金属板７４ａ、７６ａの間の溶融部（ナゲット９８）が大きく成長している間に金属板７２ａ、７４ａの発熱量が過度に大きくなることが回避される。従って、スパッタが発生する懸念が払拭される。
【００９７】
この間、電流ｉ１によって金属板７２ａ、７４ａの間にもナゲット１００となる溶融部が形成される。分岐電流ｉ２が継続して流れるようにすると、分岐電流ｉ２を停止した場合に比して電流ｉ１の全通電量が少なくなるので、加熱領域９２、ひいてはナゲット１００が若干小さくなる傾向がある。
【００９８】
従って、ナゲット１００をさらに成長させる場合には、図１３に示すように、補助電極９０ａ、９０ｂのみを金属板７６ａから離間させて上チップ３６から下チップ３２への通電を続行することが好ましい。補助電極９０ａ、９０ｂが金属板７６ａから離間することに伴って電流ｉ１の電流値が大きくなるので、通電終了までの電流ｉ１の全通電量が多くなるからである。
【００９９】
ここで、補助電極９０ａ、９０ｂのみを金属板７６ａから離間させるには、圧縮エア給排機構の作用下に、室６６ａ、６６ｂ（図２参照）から圧縮エアを排出すればよい。これによりピストン５６ａ、５６ｂがコイルスプリング６４ａ、６４ｂによって弾発付勢されて上昇し、該ピストン５６ａ、５６ｂやピストンロッド４８ａ、４８ｂ、さらには、ピストンロッド４８ａ、４８ｂの先端に設けられた補助電極９０ａ、９０ｂが上昇し、金属板７６ａから離間して元の位置に戻る。室６６ａ、６６ｂに負圧を生じさせ、これによりピストンロッド４８ａ、４８ｂを上昇させるようにしてもよい。
【０１００】
その結果、分岐電流ｉ２が消失する。このため、金属板７６ａには、上チップ３６から下チップ３２へ向かう電流ｉ１のみが流れるようになる。これに伴って、加熱領域９６（図１２参照）が消失する。
【０１０１】
その一方で、金属板７２ａ、７４ａにおいては、通常のスポット溶接時と同様の状態が形成される。すなわち、厚みが大きい金属板７２ａ、７４ａではジュール熱による発熱量が増加し、その結果、加熱領域９２が広がるとともにその温度が一層上昇する。金属板７２ａ、７４ａの接触面は、この温度上昇した加熱領域９２に加熱され、これにより、該接触面近傍の温度が十分に上昇して溶融し、溶融部（ナゲット１００）の成長が促進される。
【０１０２】
以降は、溶融部（ナゲット１００）が十分に成長するまで、例えば、図１４に示すように、ナゲット９８となる溶融部と一体化するまで通電を継続すればよい。通電継続時間に対するナゲット１００の成長の度合いも、テストピース等を用いたスポット溶接試験で予め確認しておけばよい。
【０１０３】
ここで、金属板７２ａ、７４ａの接触面は、金属板７４ａ、７６ａ同士の間にナゲット９８を成長させる際に電流ｉ１が通過することに伴って形成された加熱領域９２によって予め加熱されている。このため、金属板７２ａ、７４ａ同士は、ナゲット１００となる溶融部が成長する前になじみが向上している。従って、スパッタが発生し難い。
【０１０４】
以上のように、第２実施形態によれば、金属板７４ａ、７６ａの間のナゲット９８を成長させる際、金属板７２ａ、７４ａの間のナゲット１００を成長させる際の双方でスパッタが発生することを回避することができる。
【０１０５】
所定時間が経過してナゲット１００となる溶融部が十分成長した後、通電を停止するとともに、図１４に示すように、上チップ３６を金属板７６ａから離間させる。又は、上チップ３６を金属板７６ａから離間させることで上チップ３６と下チップ３２を電気的に絶縁するようにしてもよい。
【０１０６】
なお、スポット溶接の開始から終了するに至るまでの上記した動作は全て、ガンコントローラ７９の制御作用下に営まれる。
【０１０７】
このようにして通電が停止されることに伴い、金属板７２ａ、７４ａの発熱も終了する。時間の経過とともに溶融部が冷却固化し、これにより、ナゲット１００を介して金属板７２ａ、７４ａが互いに接合される。
【０１０８】
以上のようにして、積層体７０ａを構成する金属板７２ａ、７４ａ同士、金属板７４ａ、７６ａ同士が接合され、製品としての接合品が得られるに至る。
【０１０９】
この接合品においては、金属板７２ａ、７４ａ同士の接合強度と同様に、金属板７４ａ、７６ａ同士の接合強度も優れる。上記したように金属板７６ａに分岐電流ｉ２が流されたことに伴って、金属板７４ａ、７６ａの間のナゲット９８が十分に成長しているからである。
【０１１０】
しかも、上記から諒解される通り、第２実施形態に係るスポット溶接装置を構成するに際しては、電源７８の負極に対して加圧部材３８ａ、３８ｂを電気的に接続し、これにより補助電極９０ａ、９０ｂを設ければよい。従って、補助電極９０ａ、９０ｂを設けることに伴ってスポット溶接装置の構成が複雑化することもない。
【０１１１】
また、第１実施形態と同様の理由から、エアシリンダ４６ａ、４６ｂに作用するオフセット荷重を容易に抑制し得る。
【０１１２】
第２実施形態においても、溶接対象は積層体７０ａに特に限定されるものではなく、金属板の個数、素材、厚みが種々相違する様々な積層体を溶接することが可能である。以下、この点につき具体例を挙げて説明する。
【０１１３】
図１５に示す積層体７０ｂは、上記したように、厚みが最小である金属板７４ｂを、金属板７２ｂ、７６ｂで挟むようにして形成される。例えば、金属板７２ｂは、ハイテン鋼からなる高抵抗ワークであり、金属板７４ｂ、７６ｂは、軟鋼からなる低抵抗ワークである。
【０１１４】
上チップ３６と下チップ３２のみで積層体７０ｂに対してスポット溶接を行う場合、金属板７２ｂ、７４ｂの接触面が優先的に溶融する。金属板７２ｂが高抵抗ワークであるために、金属板７２ｂ、７４ｂの接触抵抗が金属板７４ｂ、７６ｂの接触抵抗よりも大きいからである。従って、金属板７４ｂ、７６ｂの接触面にナゲットを十分に成長させるべく上チップ３６から下チップ３２への通電を継続すると、金属板７２ｂ、７４ｂの接触面からスパッタが発生する懸念がある。
【０１１５】
これに対し、補助電極９０ａ、９０ｂを用いる第２実施形態によれば、図１５に示すように、金属板７２ｂ、７４ｂの接触面、及び金属板７４ｂ、７６ｂの接触面の双方に加熱領域９２、９４が形成される。上記の積層体７０ａにおける場合と同様に、分岐電流ｉ２が金属板７６ｂ内を流れることにより、金属板７４ｂ、７６ｂの接触面が十分に加熱されるからである。
【０１１６】
これにより、図１６に示すナゲット１０２、１０４が形成される。分岐電流ｉ２を消失させた後に電流ｉ１を継続して流すことにより、例えば、図１７に示すように、金属板７２ｂ、７４ｂの接触面、及び金属板７４ｂ、７６ｂの接触面の双方に跨るようにして十分に成長したナゲット１０６を形成することができる。
【０１１７】
積層体７０ａ、７０ｂに対するスポット溶接に関する以上の説明から諒解されるように、補助電極９０ａ、９０ｂを用いることにより、加熱領域、ひいてはナゲットを、該補助電極９０ａ、９０ｂを当接させた側に近接するように移動させることができる。
【０１１８】
なお、金属板７２ｂがハイテン鋼、金属板７４ｂ、７６ｂが軟鋼である組み合わせに特に限定されるものではないことは勿論である。
【０１１９】
次に、図１８に、ハイテン鋼からなる金属板７２ｃに対してハイテン鋼からなる金属板７４ｃが積層された積層体７０ｃに対し、補助電極９０ａ、９０ｂを用いてスポット溶接を行う場合を示す。補助電極９０ａ、９０ｂを用いない場合、図２５及び図２６に示すように、金属板７２ｃ、７４ｃ（高抵抗ワーク１、２）の接触面において、溶融部６が比較的短時間で大きく成長する。このため、スパッタが発生し易くなる。
【０１２０】
これに対し、補助電極９０ａ、９０ｂを用いる第２実施形態によれば、図１８に示すように、金属板７２ｃ、７４ｃの接触面に加熱領域１１０が形成されるとともに、金属板７２ｃ、７４ｃの接触面よりも上方、換言すれば、金属板７４ｃにおける補助電極９０ａ、９０ｂに近接する側に加熱領域１１２が形成される。分岐電流ｉ２が金属板７４ｃ内を流れることにより、該金属板７４ｃ内が十分に加熱されるからである。すなわち、この場合においても、加熱領域、ひいてはナゲット（図１８参照）を、該補助電極９０ａ、９０ｂを当接させた側に近接するように移動させることができる。
【０１２１】
そして、その結果、金属板７２ｃ、７４ｃの接触面が軟化してシール性が向上する。従って、図１９に示すように十分に成長したナゲット１１４を形成するべく電流ｉ１を継続して流しても、スパッタが発生し難くなる。
【０１２２】
次に、図２０に示す積層体７０ｄに対してスポット溶接を行う場合につき説明する。なお、積層体７０ｄは、軟鋼からなり低抵抗な金属板７２ｄ、ハイテン鋼からなり高抵抗な金属板７４ｄ、７６ｄ、軟鋼からなり低抵抗な金属板１１５ｄを下方からこの順序で積層して構成される。また、金属板７２ｄ、１１５ｄの厚みは、金属板７４ｄ、７６ｄに比して小さく設定されている。
【０１２３】
この場合、上チップ３６側に補助電極９０ａ、９０ｂを設けるとともに、下チップ３２側に補助電極９０ｃ、９０ｄを設ける。これら補助電極９０ｃ、９０ｄは、電源７８の正極に対して電気的に接続されており、従って、その極性は下チップ３２と逆である。なお、このような補助電極９０ｃ、９０ｄを得るためには、上チップ３６に設けたホルダ４０及びエアシリンダ４６ａ、４６ｂと同様に構成されたホルダ４０及びエアシリンダ４６ａ、４６ｂを下チップ３２側にも設ければよい。
【０１２４】
そして、先ず、図２０に示すように、上チップ３６と下チップ３２で積層体７０ｄを挟持すると同時に、又はその前後に補助電極９０ａ、９０ｂのみを金属板１１５ｄに当接させる。その後、通電を開始し、上チップ３６から下チップ３２に向かう電流ｉ１と、上チップ３６から補助電極９０ａ、９０ｂに向かう分岐電流ｉ２とを流す。これにより、上記と同様に、金属板７４ｄ、７６ｄの接触面と、金属板７６ｄ、１１５ｄの接触面とにナゲット１１６、１１８がそれぞれ形成される。
【０１２５】
次に、図２１に示すように、補助電極９０ａ、９０ｂと電源７８の負極との電気的接続を切断することで分岐電流ｉ２を消失させると同時に、又はその前後に補助電極９０ｃ、９０ｄを金属板７２ｄに当接させる。これにより、最下の金属板７２ｄの内部に、補助電極９０ｃ、９０ｄから下チップ３２に向かう分岐電流ｉ３が流れる。
【０１２６】
分岐電流ｉ２の消失に伴って、ナゲット１１８の成長が停止する。その一方で、上チップ３６から下チップ３２に向かう電流ｉ１が継続して流れているので、金属板７４ｄ、７６ｄの接触面におけるナゲット１１６が成長するとともに、分岐電流ｉ３によって金属板７２ｄ、７４ｄの接触面にナゲット１２０が新たに形成される。
【０１２７】
次に、図２２に示すように、補助電極９０ｃ、９０ｄを金属板７２ｄから離間させて分岐電流ｉ３を消失させ、これによりナゲット１２０の成長を停止させる。この後も電流ｉ１を継続して流すことにより、金属板７４ｄ、７６ｄの接触面におけるナゲット１１６のみを成長させて、例えば、ナゲット１１８、１２０と一体化することもできる。
【０１２８】
溶接対象は、複雑な形状であってもよい。このような場合であっても、上記したように、上チップ３６及び補助電極９０ａ、９０ｂを溶接対象に干渉させることなく所定の溶接箇所に配置することができる。
【０１２９】
なお、上記した第２実施形態においては、上チップ３６に先んじて補助電極９０ａ、９０ｂを金属板７６ａから離間させるようにしているが、補助電極９０ａ、９０ｂと上チップ３６を金属板７６ａから同時に離間させるようにしてもよい。
【０１３０】
また、図２３に示すように、金属板７２ａに当接した下チップ３２から、金属板７６ａに当接した上チップ３６に向かう電流を流すようにしてもよい。この場合にも、金属板７６ａに当接した補助電極９０ａ、９０ｂの極性を上チップ３６と逆にする。すなわち、下チップ３２及び補助電極９０ａ、９０ｂを電源７８の正極に電気的に接続する一方、上チップ３６を電源７８の負極に電気的に接続する。これにより、下チップ３２から上チップ３６に向かう電流ｉ１と、補助電極９０ａ、９０ｂから上チップ３６に向かう分岐電流ｉ２とが発生する。
【０１３１】
さらに、図２４に示すように、分岐電流ｉ２を、上チップ３６が接触した金属板７６ａのみならず、該金属板７６ａの直下に位置する金属板７４ａにも流れるようにしてもよい。
【０１３２】
そして、補助電極９０ａ、９０ｂを金属板７６ａから離間することに代替し、補助電極９０ａ、９０ｂと電源７８との間にスイッチを設け、このスイッチを切断（オフ）状態とすることによって、上チップ３６から補助電極９０ａ、９０ｂに向かう分岐電流のみ、又はその逆方向に流れる分岐電流のみを停止するようにしてもよい。この場合において、加熱領域９６を形成するためには、前記スイッチを接続（オン）状態とすることはいうまでもない。
【０１３３】
この場合、補助電極９０ａ、９０ｂを上チップ３６とは別個に変位させるための変位機構を設ける必要は特にない。このため、装置構成及び動作制御が一層簡素になるという利点が得られる。
【０１３４】
いずれの場合においても、補助電極は、上記した２本の長尺棒状の補助電極９０ａ、９０ｂに特に限定されるものではない。例えば、１本又は３本以上の長尺棒状体であってもよい。３本以上を用いる場合は、上記の２本の場合と同様に、複数本の補助電極９０ａ、９０ｂを最外の金属板に対して同時に当接又は離間させるようにしてもよい。また、補助電極は、下チップ３２又は上チップ３６を囲繞する円環形状体のものであってもよい。
【０１３５】
加えて、第２実施形態に係るスポット溶接装置の構成において、補助電極９０ａ、９０ｂと電源７８とを電気的に絶縁すれば、第１実施形態に係るスポット溶接方法を実施することができる。すなわち、第２実施形態に係るスポット溶接装置の構成によれば、補助電極９０ａ、９０ｂに対して電流を流す・流さないを選択することにより、補助電極９０ａ、９０ｂを単なる加圧部材として機能させるか、又は分岐電流ｉ２を発生させるための電極として機能させるかを選択することができる。
【０１３６】
さらに、上記した第１実施形態及び第２実施形態では、Ｃ型の溶接ガンを例示して説明したが、溶接ガンはいわゆるＸ型のものであってもよい。この場合、下チップ３２及び上チップ３６を、開閉自在な１組のチャック爪の各々に設け、該１組のチャック爪を開動作又は閉動作することによって、下チップ３２と上チップ３６とを互いに離間又は接近させればよい。
【０１３７】
また、５枚以上の金属板で積層体を構成するようにしてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【０１３８】
３、８、７０ａ〜７０ｄ…積層体        ６、９…溶融部
１０…スポット溶接装置                １４…溶接ガン
２４…ガン本体                        ３０…固定アーム
３２…下チップ                        ３４…変位軸
３６…上チップ                        ３８ａ、３８ｂ…加圧部材
４０…ホルダ                          ４６ａ、４６ｂ…エアシリンダ
４８ａ、４８ｂ…ピストンロッド        ５０ａ、５０ｂ…ボア
５２ａ、５２ｂ…スリーブ              ５４ａ、５４ｂ…軸受
５６ａ、５６ｂ…ピストン              ６２ａ、６２ｂ…ストッパ
６４ａ、６４ｂ…コイルスプリング      ６６ａ、６６ｂ…室
６８ａ、６８ｂ…給排気通路
７２ａ〜７２ｄ、７４ａ〜７４ｄ、７６ａ〜７６ｄ、１１５ｄ…金属板
７８…電源                            ７９…ガンコントローラ
８０、８１、９２、９４、９６、１１０、１１２…加熱領域
８２、８３、９８、１００、１０２、１０４、１０６、１１４、１１６、１１８…ナゲット                                    ９０ａ〜９０ｄ…補助電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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