(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３枚以上のワークを積層するとともに、前記ワーク中、厚みが最小である最薄ワークを最外に配置して形成した積層体に対して抵抗溶接を行う抵抗溶接方法であって、
前記積層体を第１溶接用電極及び第２溶接用電極で挟持するとともに、前記最薄ワークに対し、前記第１溶接用電極が当接した部位とは別の部位に加圧用部材を当接させ、前記加圧用部材によって前記最薄ワーク側から前記積層体を加圧する工程と、
前記第１溶接用電極及び前記加圧用部材による前記積層体に対する加圧力と、前記第２溶接用電極による前記積層体に対する加圧力とを均衡させた状態で、前記第１溶接用電極と第２溶接用電極の間に通電を行う工程と、
を有することを特徴とする抵抗溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載の抵抗溶接方法において、前記加圧用部材を、前記第１溶接用電極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、前記第１溶接用電極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溶接用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抵抗溶接方法。
【請求項３】
３枚以上のワークを積層するとともに、前記ワーク中、厚みが最小である最薄ワークを最外に配置して形成した積層体に対して抵抗溶接を行うための抵抗溶接装置であって、
前記最薄ワークに当接する第１溶接用電極と、
前記第１溶接用電極とともに前記積層体を挟持する第２溶接用電極と、
前記最薄ワークにおける前記第１溶接用電極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薄ワーク側から加圧するための加圧用部材と、
を具備する溶接ガンを有し、
さらに、前記加圧用部材に対して前記積層体を加圧する加圧力を付与する加圧機構と、前記加圧機構を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第１溶接用電極と前記第２溶接用電極との間に通電が行われる際、前記第１溶接用電極及び前記加圧用部材による前記積層体に対する加圧力と、前記第２溶接用電極による前記積層体に対する加圧力とを均衡させることを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項４】
請求項３記載の抵抗溶接装置において、前記溶接ガンを支持するロボットをさらに有し、且つ前記加圧機構が前記溶接ガンに設けられることを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項５】
請求項３又は４記載の抵抗溶接装置において、前記加圧用部材が、前記第１溶接用電極とは逆の極性である補助電極であり、前記通電を行う際、前記第１溶接用電極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溶接用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抵抗溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３枚以上のワークを積層するとともに、前記ワーク中、厚みが最小である最薄ワークを最外に配置して形成した積層体に対して抵抗溶接を行う抵抗溶接方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数枚の金属板同士を接合する手法として、これら金属板を積層して積層体を形成し、該積層体を１組の溶接用電極で挟持・加圧した後、該１組の溶接用電極間に通電を行い、前記金属板における接触面近傍の部位を溶融する抵抗溶接が従来から知られている。溶融した部位は、凝固によってナゲットと呼称される固相となる。場合によっては、３枚以上の金属板同士を抵抗溶接によって接合することもある。
【０００３】
ここで、金属板は互いに同一厚みであるとは限らず、寧ろ、互いに相違することが大半である。すなわち、複数枚の金属板の中には、厚みが最も小さいワーク（以下、最薄ワークとも表記する）が含まれる。
【０００４】
このような最薄ワークを積層体の最外に配置し、１組の溶接用電極の各々における積層体に対する加圧力を略均衡させて抵抗溶接を行った場合、この最薄ワークと、該最薄ワークに隣接する隣接ワークとの間のナゲットが十分に成長しないことがある。この理由は、例えば、３枚のワークを積層した場合、特許文献１に記載されるように、最薄ワークの端部が隣接ワークから離間する方向に撓むことに起因して該最薄ワークと隣接ワークとの接触抵抗が小さくなる結果、これら最薄ワークと隣接ワーク同士の間に十分なジュール熱が発生しなくなるためであると推察される。
【０００５】
最薄ワーク近傍のナゲットを大きく成長させるべく、電流値を大きくすることによって最薄ワークのジュール熱を大きくすることが想起される。しかしながら、この場合、厚みが大きいワークに大電流が流れるようになり、このために該ワークが溶融して飛散する、いわゆるスパッタが惹起され易くなるという不具合を招く。
【０００６】
又は、通電時間を長くすることが有効であるかのように考えられる。しかしながら、この場合においても、最薄ワークに十分なジュール熱を発生させることは容易ではない。また、溶接処理時間が長くなるので溶接効率が低下するという不具合を招いてしまう。
【０００７】
そこで、本出願人は、特許文献１において、最薄ワークに当接する溶接用電極の加圧力を、残余の一方の溶接用電極に比して小さく設定することを提案している。このように各溶接用電極の積層体に対する加圧力を調整することにより、各ワーク同士の界面に発生するジュール熱を略均衡させることができる。従って、最薄ワークと隣接ワークとの間のナゲットを、他の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る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】
【０００９】
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、積層体中の最外に配置された最薄ワークと該最薄ワークに隣接するワークとの間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抵抗溶接方法及びその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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、３枚以上のワークを積層するとともに、前記ワーク中、厚みが最小である最薄ワークを最外に配置して形成した積層体に対して抵抗溶接を行う抵抗溶接方法であって、
前記積層体を第１溶接用電極及び第２溶接用電極で挟持するとともに、前記最薄ワークに対し、前記第１溶接用電極が当接した部位とは別の部位に加圧用部材を当接させ、前記加圧用部材によって前記最薄ワーク側から前記積層体を加圧する工程と、
前記第１溶接用電極及び前記加圧用部材による前記積層体に対する加圧力と、前記第２溶接用電極による前記積層体に対する加圧力とを均衡させた状態で、前記第１溶接用電極と第２溶接用電極の間に通電を行う工程と、
を有することを特徴とする。
【００１１】
第１溶接用電極と加圧用部材との合計加圧力が第２溶接用電極の加圧力と均衡することから、第１溶接用電極の加圧力は、第２溶接用電極に比して小さくなる。従って、第１溶接用電極側と、該第１溶接用電極に略対向する第２溶接用電極との間では、加圧力は、第１溶接用電極側から第２溶接用電極に向かうにつれて作用範囲が広がるように分布する。このため、最薄ワークとそれに隣接するワークとの界面に作用する力は、残余のワーク同士の界面に作用する力に比して小さくなる。
【００１２】
このような分布が生じる結果、最薄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、最薄ワークとそれに隣接するワークとの界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、該界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、最薄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。
【００１３】
しかも、加圧用部材によって最薄ワークが押圧されるので、最薄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薄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。
【００１４】
なお、加圧用部材を、第１溶接用電極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溶接用電極から補助電極に向かう分岐電流、又は、補助電極から第１溶接用電極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。
【００１５】
この場合、第１溶接用電極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薄ワークの内部を流れるので、該電流によって、最薄ワークとこれに隣接するワークとの界面が十分に加熱される。その結果、前記界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。
【００１６】
また、本発明は、３枚以上のワークを積層するとともに、前記ワーク中、厚みが最小である最薄ワークを最外に配置して形成した積層体に対して抵抗溶接を行うための抵抗溶接装置であって、
前記最薄ワークに当接する第１溶接用電極と、
前記第１溶接用電極とともに前記積層体を挟持する第２溶接用電極と、
前記最薄ワークにおける前記第１溶接用電極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薄ワーク側から加圧するための加圧用部材と、
を具備する溶接ガンを有し、
さらに、前記加圧用部材に対して前記積層体を加圧する加圧力を付与する加圧機構と、前記加圧機構を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第１溶接用電極と前記第２溶接用電極との間に通電が行われる際、前記第１溶接用電極及び前記加圧用部材による前記積層体に対する加圧力と、前記第２溶接用電極による前記積層体に対する加圧力とを均衡させることを特徴とする。
【００１７】
このような構成とすることにより、第１溶接用電極及び第２溶接用電極による積層体に対する加圧力を、第１溶接用電極（最薄ワーク）側から第２溶接用電極に向かって作用範囲が大きくなるように分布させることができる。その結果、最薄ワークとこれに隣接するワークとの界面の接触抵抗を大きくすることができ、該界面を十分に加熱して適切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、最薄ワークとこれに隣接するワークとの接合強度を大きくすることができる。
【００１８】
なお、溶接ガンをロボットで支持する場合、前記加圧機構は、溶接ガンに設けることが好ましい。この場合、積層体からの反力を溶接ガンで吸収することができるので、反力がロボットにまで及ぶことが回避される。従って、ロボットとして剛性の大きいものを採用する必要は特にない。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可能となるので、設備投資を低廉化することが可能となる。
【００１９】
また、第１溶接用電極とは逆の極性である補助電極で加圧用部材を構成し、前記通電を行う際、第１溶接用電極から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溶接用電極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。上記したように、この場合、第１溶接用電極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によって、最薄ワークとこれに隣接するワークとの界面が十分に加熱されるので、前記界面に十分な大きさのナゲットを成長させ、接合強度に一層優れた接合部を得ることができるようになるからである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１溶接用電極と第２溶接用電極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最薄ワークを加圧用部材で加圧し、この状態で抵抗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溶接用電極から第２溶接用電極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、前記最薄ワークとこれに隣接するワークとの界面の接触面積が小さくなり、それに伴って該界面の接触抵抗が大きくなる。従って、該界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、この界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、最薄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。
【００２２】
換言すれば、最薄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】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る抵抗溶接装置の要部拡大図である。
【図２】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（加圧用部材）で挟持した状態を示す縦断面模式図である。
【図３】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を示す模式的正面図とグラフである。
【図４】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縦断面模式図である。
【図５】図２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６】第１実施形態の変形例に係る抵抗溶接装置の要部拡大図である。
【図７】第１実施形態の別の変形例に係る抵抗溶接装置の要部拡大図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る抵抗溶接装置の要部拡大一部横断面斜視図である。
【図９】積層体を第１電極チップ、第２電極チップ及び補助電極の全てで挟持した状態を示す縦断面模式図である。
【図１０】図９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１１】図１０から通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図１２】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１３】図１２に続いて上チップを積層体から離間させ、通電（抵抗溶接）を終了した状態を示す縦断面模式図である。
【図１４】図１０とは逆に、下チップ及び電流分岐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１５】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、第１電極チップから電流分岐用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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る抵抗溶接方法につき、これを実施する抵抗溶接装置との関係で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。
【００２５】
図１は、第１実施形態に係る抵抗溶接装置の要部拡大図である。この抵抗溶接装置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。
【００２６】
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溶接用電極としての下チップ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。
【００２７】
ガン本体２４には、ボールねじ機構（図示せず）が収容されている。この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連結ロッド３４を上下方向（図１における矢印Ｙ２方向又は矢印Ｙ１方向）に変位させるためのものである。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】
連結ロッド３４の先端部には、ステー３６を介して、第１溶接用電極としての上チップ３８が前記下チップ３２に対向するようにして設けられる。さらに、ステー３６には橋架部材４０を介して加圧手段としてのシリンダ機構４２が支持されており、このシリンダ機構４２を構成するシリンダチューブ４４からは、加圧用部材としての加圧用ロッド４６が上チップ３８と平行に延在するようにして突出している。このことから諒解されるように、第１実施形態では、加圧手段（シリンダ機構４２）及び加圧用部材（加圧用ロッド４６）の双方が溶接ガン１４に設けられている。
【００２９】
溶接対象である積層体４８につき若干説明すると、この場合、積層体４８は、３枚の金属板５０、５２、５４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５０、５２の厚みはＤ１（例えば、約１ｍｍ〜約２ｍｍ）に設定され、金属板５４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５０、５２の厚みは同一であり、金属板５４はこれら金属板５０、５２に比して薄肉である。換言すれば、金属板５４は最薄ワークである。
【００３０】
金属板５０、５２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）からなり、最薄ワーク５４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。金属板５０、５２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。
【００３１】
又は、金属板５０、５２、５４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５０のみがハイテン鋼、金属板５２、５４が軟鋼である組み合わせであってもよい。
【００３２】
金属板５０、５２、５４の材質は、上記した鋼材に特に限定されるものではないことは勿論であり、抵抗溶接が可能なものであれば如何なる材質であってもよい。
【００３３】
前記下チップ３２及び前記上チップ３８は、これら下チップ３２及び上チップ３８の間に溶接対象である積層体４８を挟持し、且つ該積層体４８に対して通電を行うものである。なお、下チップ３２は電源５６の負極に電気的に接続されており、一方、上チップ３８は前記電源５６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３８から下チップ３２に向かって電流が流れる。
【００３４】
後述するように、上チップ３８と加圧用ロッド４６の離間距離Ｚ１は、最薄ワーク５４と、その直下の金属板５２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。
【００３５】
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、シリンダ機構４２及び電源５６は、制御手段としてのガンコントローラ５８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、シリンダ機構４２及び電源５６の動作ないし付勢・滅勢は、ガンコントローラ５８によって制御される。
【００３６】
第１実施形態に係る抵抗溶接装置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実施形態に係る抵抗溶接方法との関係で説明する。
【００３７】
積層体４８に対して抵抗溶接を行う際、すなわち、金属板５０、５２同士を接合するとともに金属板５２、５４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３８の間に積層体４８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。
【００３８】
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５８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３８及び加圧用ロッド４６が積層体４８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３８の間に積層体４８が挟持される。
【００３９】
その一方で、ガンコントローラ５８がシリンダ機構４２を付勢する。これにより加圧用ロッド４６が矢印Ｙ１方向に向かってさらに突出し、該加圧用ロッド４６が、下チップ３２と上チップ３８によって積層体４８が挟持されるのと同時、又はその前後に金属板５４に当接する。図２には、このときの模式的な縦断面図が示されている。
【００４０】
ここで、上チップ３８と加圧用ロッド４６の離間距離Ｚ１は、図３に示すように、最薄ワーク５４と金属板５２との間の界面に、上チップ３８で押圧される箇所で面圧が最大となり、且つ加圧用ロッド４６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。換言すれば、前記界面には、上チップ３８の加圧による面圧、及び加圧用ロッド４６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２に示すような加圧力の分布が形成される。
【００４１】
以下、この分布につき詳述する。
【００４２】
ガンコントローラ５８は、金属板５４に対する上チップ３８及び加圧用ロッド４６の合計加圧力（Ｆ１＋Ｆ２）が、金属板５０に対する下チップ３２の加圧力（Ｆ３）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、及びシリンダ機構４２の推進力を制御する。この制御により、積層体４８に対する矢印Ｙ１方向に沿って作用する加圧力（Ｆ１＋Ｆ２）と、矢印Ｙ２方向に沿って作用する加圧力（Ｆ３）とが略同等となる。
【００４３】
すなわち、このとき、Ｆ１＜Ｆ３が成り立つ。従って、積層体４８が下チップ３２と上チップ３８から受ける力は、図２に模式的に示すように、上チップ３８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５２、５４の界面に作用する力は、金属板５０、５２の界面に作用する力に比して小さくなる。なお、離間距離Ｚ１が過度に小さいために上チップ３８の加圧による面圧、及び加圧用ロッド４６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。
【００４４】
図４は、加圧用ロッド４６を用いずにＦ１＝Ｆ３とした場合における積層体４８が下チップ３２と上チップ３８から受ける力の分布を模式的に示したものである。図４から諒解されるように、この場合、力は、上チップ３８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５２、５４の界面に作用する力と、金属板５０、５２の界面に作用する力とが等しくなる。
【００４５】
図２及び図４には、金属板５２、５４の界面に作用する力の範囲を太実線で示している。図２及び図４を対比して諒解される通り、力が作用する範囲は、Ｆ１＜Ｆ３であるときの方がＦ１＝Ｆ３であるときに比して狭い。このことは、Ｆ１＜Ｆ３であるときには、Ｆ１＝Ｆ３であるときに比して金属板５４が金属板５２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。
【００４６】
ここで、このように上チップ３８から下チップ３２に至るまでの加圧力を分布させ、金属板５２に対する金属板５４の接触面積を小さくしたことに伴い、積層体４８から上チップ３８に向かう反力が生じる。第１実施形態では、この反力を加圧用ロッド４６で受けている。
【００４７】
上記したように、加圧用ロッド４６を含むシリンダ機構４２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連結ロッド３４に対し、橋架部材４０を介して支持されている。このため、加圧用ロッド４６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。
【００４８】
従って、この場合、積層体４８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。
【００４９】
次に、ガンコントローラ５８は、電源５６に通電開始の制御信号を発する。これにより、図２及び図４に示すように、上チップ３８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３８、下チップ３２の各々が電源５６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５０、５２の間、及び金属板５２、５４の間がそれぞれ加熱される。
【００５０】
ここで、上記したように、図２に示される金属板５４と金属板５２との接触面積は、図４に示される金属板５４と金属板５２との接触面積に比して小さい。このため、金属板５２、５４の界面における接触抵抗及び電流密度は、図２に示される場合の方が図４に示される場合に比して、換言すれば、Ｆ１＜Ｆ３であるときの方がＦ１＝Ｆ３であるときに比して大きくなる。このため、Ｆ１＜Ｆ３であるときには、Ｆ１＝Ｆ３であるときに比してジュール熱の発生量、すなわち、発熱量が大きくなる。従って、Ｆ１＜Ｆ３であるときには、図５に示すように、金属板５０、５２の界面に生成する加熱領域６０と、金属板５２、５４の界面に生成する加熱領域６２とが略同等の大きさに成長する。
【００５１】
金属板５０、５２の界面、金属板５２、５４の界面は、これら加熱領域６０、６２によって加熱され、十分に温度上昇して溶融し始める。その結果、金属板５０、５２の間、金属板５２、５４の間にナゲット６４、６６がそれぞれ形成される。
【００５２】
上記したように、金属板５０、５２の界面における加熱領域６０と、金属板５２、５４の界面における加熱領域６２とは互いに略同等の大きさである。従って、ナゲット６４、６６もまた、互いに略同等の大きさとなる。
【００５３】
この間、金属板５４は、加圧用ロッド４６で金属板５２側に押圧されている。この押圧により、低剛性の金属板５４が通電（加熱）に伴って反ること、すなわち、金属板５２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５４と金属板５２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。
【００５４】
所定時間が経過してナゲット６４、６６が十分成長した後、通電を停止するとともに、上チップ３８を金属板５４から離間させる。又は、上チップ３８を金属板５４から離間させることで上チップ３８と下チップ３２を電気的に絶縁するようにしてもよい。
【００５５】
なお、抵抗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５８の制御作用下に営まれる。
【００５６】
このようにして通電が停止されることに伴い、金属板５０、５２、５４の発熱も終了する。時間の経過とともにナゲット６４、６６が冷却固化し、これにより金属板５０、５２同士、金属板５２、５４同士が互いに接合された接合品が得られるに至る。
【００５７】
この接合品においては、金属板５０、５２同士の接合強度と同様に、金属板５２、５４同士の接合強度も優れる。上記したように金属板５２、５４の界面に十分なジュール熱が発生したことに伴って、金属板５２、５４の間のナゲット６６が十分に成長しているからである。
【００５８】
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５２、５４の間に、金属板５０、５２の間のナゲット６４と略同程度の大きさのナゲット６６を成長させることができ、これにより、金属板５２、５４同士の接合強度が優れた成形品を得ることができる。
【００５９】
第１実施形態では、加圧用ロッド４６による加圧力Ｆ２を大きくするほど金属板５２、５４間のナゲット６６を大きくすることができるが、その大きさは飽和する傾向にある。換言すれば、加圧力Ｆ２を過度に大きくしても、ナゲット６６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を過度に大きくすると、加圧力Ｆ１、Ｆ２の和で加圧力Ｆ３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５０、５２間のナゲット６４が小さくなる。
【００６０】
従って、上チップ３８による加圧力Ｆ１と、加圧用ロッド４６による加圧力Ｆ２との差は、ナゲット６４、６６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。
【００６１】
なお、図１に示す抵抗溶接装置１０では、シリンダ機構４２を連結ロッド３４で支持するようにしているが、図６に示すように、ガン本体２４で支持するようにしてもよいし、図７に示すように、固定アーム３０で支持するようにしてもよい。
【００６２】
また、いずれの場合においても、シリンダ機構４２に代替し、スプリングコイル、サーボモータ等の各種の圧力付加手段を採用することができる。
【００６３】
さらに、加圧用部材は上チップ３８を囲繞するような円環形状であってもよいし、丸棒形状のものを複数個用いるようにしてもよい。
【００６４】
加圧用部材は、補助電極であってもよい。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７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。
【００６５】
図８は、第２実施形態に係る抵抗溶接装置の要部拡大一部横断面斜視図である。この抵抗溶接装置を構成する図示しない溶接ガンは、上記第１実施形態に係る抵抗溶接装置を構成する溶接ガンと同様に、図示しないロボットの手首部１２に設けられ、下チップ３２（第２溶接用電極）と、上チップ３８（第１溶接用電極）とを具備し、さらに、上チップ３８を囲繞するような円環形状に形成された補助電極６８を有する。なお、第２実施形態においても上チップ３８から下チップ３２に向かって電流が流れるものとする。
【００６６】
この場合、上チップ３８を支持するガン本体２４には、この補助電極６８を積層体４８に対して接近又は離間させるための変位機構、例えば、ボールねじ機構又はシリンダ機構等が設けられる。この変位機構により、補助電極６８は、上チップ３８とは別個に積層体４８に対して接近又は離間することが可能である。なお、第２実施形態においても、変位機構は溶接ガン側に設けられる。
【００６７】
第２実施形態では、電源５６の正極に対して上チップ３８が電気的に接続されるとともに、下チップ３２及び補助電極６８が前記電源５６の負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３８と補助電極６８はともに、積層体４８を構成する金属板５４に当接するものの、その極性は互いに逆である。
【００６８】
上チップ３８と補助電極６８との離間距離Ｚ２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３８による面圧、及び補助電極６８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（図３参照）ように設定される。このため、上チップ３８と補助電極６８はある程度離間されるが、上チップ３８と補助電極６８との離間距離Ｚ２が過度に大きい場合、上チップ３８と補助電極６８との間の抵抗が大きくなり、後述する分岐電流ｉ２（図１０参照）が流れることが困難となる。
【００６９】
従って、離間距離Ｚ２は、最薄ワーク５４と金属板５２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３８と補助電極６８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。
【００７０】
以上の構成において、変位機構及び電源５６は図示しないガンコントローラ５８に電気的に接続される。
【００７１】
第２実施形態に係る抵抗溶接装置の要部は、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、第２実施形態に係る抵抗溶接方法との関係で説明する。
【００７２】
積層体４８に対して抵抗溶接を行う際には、第１実施形態と同様に、前記ロボットが、上チップ３８と下チップ３２の間に積層体４８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３８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４８が挟持される。
【００７３】
この挟持と同時、又はその前後に補助電極６８を金属板５４に当接させ、図９に模式的な縦断面図として示す状態とする。勿論、補助電極６８を金属板５４に当接させるための変位は、該補助電極６８を変位させる前記変位機構の作用下に行われる。
【００７４】
勿論、この場合においても、ガンコントローラ５８は、補助電極６８の金属板５４に対する加圧力Ｆ２を、該加圧力Ｆ２と上チップ３８による加圧力Ｆ１との合計（Ｆ１＋Ｆ２）が下チップ３２による加圧力Ｆ３と均衡するように設定する。
【００７５】
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３８による加圧力Ｆ１と、補助電極６８による加圧力Ｆ２との差を、金属板５０、５２の間に形成されるナゲットと、金属板５２、５４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。
【００７６】
次に、通電を開始する。第２実施形態では、上チップ３８、下チップ３２の各々が電源５６の正極、負極に接続されているため、図１０に示すように、上チップ３８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５０、５２の間、及び金属板５２、５４の間がそれぞれ加熱され、加熱領域７０、７２が形成される。
【００７７】
ここで、金属板５４には補助電極６８も当接しており、この補助電極６８の極性は負である。従って、上チップ３８からは、上記した電流ｉ１と同時に、補助電極６８に向かう分岐電流ｉ２が出発する。補助電極６８が円環形状であるため、分岐電流ｉ２は放射状に流れる。
【００７８】
このように、第２実施形態においては、金属板５０、５２には流れず金属板５４にのみ流れる分岐電流ｉ２が発生する。この結果、上チップ３８及び下チップ３２のみを使用する一般的な抵抗溶接に比して金属板５４の内部を通過する電流値が大きくなる。
【００７９】
従って、この場合、金属板５４の内部に、前記加熱領域７２とは別の加熱領域７４が形成される。なお、分岐電流ｉ２が放射状に流れるため、加熱領域７４は金属板５２、５４の界面を放射状に加熱する。加熱領域７４は、時間の経過とともに拡大し、図１１に示すように、加熱領域７２と一体化する。
【００８０】
金属板５２、５４の界面には、このようにして一体化した加熱領域７２、７４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５２、５４の界面の接触抵抗が金属板５０、５２の界面に比して大きくなる。このため、該界面が十分に温度上昇して溶融し始め、その結果、金属板５２、５４の間にナゲット７６が形成される。
【００８１】
ここで、分岐電流ｉ２の割合を大きくするほど加熱領域７４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７０、７２が小さくなる。このため、ナゲット７６の大きさが飽和する一方、ナゲット７８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７８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。
【００８２】
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３８と補助電極６８との離間距離Ｚ２（図８及び図９参照）を変更することで調節することが可能である。
【００８３】
ナゲット７６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７６を十分に成長させることができる。
【００８４】
この場合、金属板５０、５２に流れる電流ｉ１の電流値は、一般的な抵抗溶接に比して小さい。このため、金属板５２、５４の間のナゲット７６が大きく成長している間に金属板５０、５２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。
【００８５】
この間、電流ｉ１によって金属板５０、５２の間にもナゲット７８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７０、ひいてはナゲット７８が若干小さくなる傾向がある。
【００８６】
従って、ナゲット７８をさらに成長させる場合には、図１２に示すように、補助電極６８のみを金属板５４から離間させて上チップ３８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６８が最薄ワーク５４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。
【００８７】
この場合、分岐電流ｉ２が消失するため、金属板５４には、上チップ３８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。その結果、加熱領域７４（図１１参照）が消失する。
【００８８】
その一方で、金属板５０、５２においては、通常の抵抗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５０、５２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７０が広がるとともにその温度が一層上昇する。金属板５０、５２の界面は、この温度上昇した加熱領域７０に加熱され、これにより、該界面近傍の温度が十分に上昇して溶融し、ナゲット７８の成長が促進される。
【００８９】
以降は、ナゲット７８が十分に成長するまで、例えば、図１３に示すように、ナゲット７６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７８の成長の度合いも、テストピース等を用いた抵抗溶接試験で予め確認しておけばよい。
【００９０】
ここで、金属板５０、５２の界面は、金属板５２、５４同士の間にナゲット７６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７０によって予め加熱されている。このため、金属板５０、５２同士は、ナゲット７８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。
【００９１】
以上のように、第２実施形態によれば、金属板５２、５４の間のナゲット７６を成長させる際、金属板５０、５２の間のナゲット７８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。
【００９２】
所定時間が経過してナゲット７８が十分成長した後、通電を停止するとともに、図１３に示すように、上チップ３８を金属板５４から離間させる。又は、上チップ３８を金属板５４から離間させることで上チップ３８と下チップ３２を電気的に絶縁するようにしてもよい。
【００９３】
なお、抵抗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５８の制御作用下に営まれる。
【００９４】
このようにして通電が停止されることに伴い、金属板５０、５２の発熱も終了する。時間の経過とともにナゲット７８が冷却固化し、これにより金属板５０、５２が互いに接合される。
【００９５】
以上のようにして、積層体４８を構成する金属板５０、５２同士、金属板５２、５４同士が接合され、製品としての接合品が得られるに至る。
【００９６】
この接合品においては、金属板５０、５２同士の接合強度と同様に、金属板５２、５４同士の接合強度も優れる。上記したように金属板５４に分岐電流ｉ２が流されたことに伴って、金属板５２、５４の間のナゲット７６が十分に成長しているからである。
【００９７】
しかも、上記から諒解される通り、第２実施形態に係る抵抗溶接装置を構成するに際しては、補助電極６８と、該補助電極６８を変位させるための変位機構とを設ければよい。従って、補助電極６８を設けることに伴って抵抗溶接装置の構成が複雑化することもない。
【００９８】
なお、上記した第２実施形態においては、上チップ３８に先んじて補助電極６８を金属板５４から離間させるようにしているが、補助電極６８と上チップ３８を金属板５４から同時に離間させるようにしてもよい。
【００９９】
さらに、図１４に示すように、金属板５０に当接した下チップ３２から、金属板５４に当接した上チップ３８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５４に当接した補助電極６８の極性を上チップ３８と逆にする。すなわち、下チップ３２及び補助電極６８を電源５６の正極に電気的に接続する一方、上チップ３８を電源５６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３８に向かう電流ｉ１と、補助電極６８から上チップ３８に向かう分岐電流ｉ２とが発生する。
【０１００】
さらにまた、図１５に示すように、分岐電流ｉ２を、上チップ３８が接触した最薄ワーク５４のみならず、該最薄ワーク５４の直下に位置する金属板５２にも流れるようにしてもよい。
【０１０１】
そして、補助電極６８を金属板５４から離間することに代替し、補助電極６８と電源５６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３８から補助電極６８に向かう電流のみ、又はその逆方向に流れる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７４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。
【０１０２】
この場合、補助電極６８を上チップ３８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。
【０１０３】
いずれの場合においても、補助電極６８は、上記した円環形状のものに特に限定されるものではない。例えば、上チップ３８及び下チップ３２と同様に長尺棒状のものであってもよい。この場合、補助電極は１本であっても複数本であってもよく、複数本を用いる場合は、これら複数本の補助電極６８を金属板５４に対して同時に当接又は離間させるようにしてもよい。
【０１０４】
加えて、第２実施形態に係る抵抗溶接装置の構成において、補助電極６８と電源５６とを電気的に絶縁すれば、第１実施形態に係る抵抗溶接方法を実施することができる。すなわち、第２実施形態に係る抵抗溶接装置の構成によれば、補助電極６８に対して電流を流す・流さないを選択することにより、第２実施形態に係る抵抗溶接方法、又は第１実施形態に係る抵抗溶接方法のいずれを実施するかを選択することができる。
【０１０５】
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３８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３８とを互いに離間又は接近させればよい。
【０１０６】
また、４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】
【０１０７】
１０…抵抗溶接装置                １４…溶接ガン
２４…ガン本体                    ３０…固定アーム
３２…下チップ                    ３４…連結ロッド
３８…上チップ                    ４２…シリンダ機構
４６…加圧用ロッド                ４８…積層体
５０、５２、５４…金属板          ５６…電源
５８…ガンコントローラ            ６０、６２、７０、７２、７４…加熱領域
６４、６６、７６、７８…ナゲット  ６８…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】
0005411792.tif 000008
【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】
0005411792.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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