(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溶接チップ及び第２溶接チップで挟持するとともに、前記積層体の最外に位置して前記第１溶接チップが当接したワークに対し、前記第１溶接チップとは逆の極性である補助電極を当接させる工程と、
前記第１溶接チップと第２溶接チップの間に通電を行うことで前記積層体に対して抵抗溶接を施すとともに、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を流す工程と、
通電開始後の経過時間が、予め行った通電試験で作成した前記最外のワークでの通電時間−温度のグラフにおける傾きが大から小に変化したときの経過時間に一致したときに、前記第１溶接チップと前記補助電極とを電気的に絶縁して前記分岐電流を停止する工程と、
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、前記補助電極のみを前記最外のワークから離間させるか、又は、前記補助電極と電源との間の電気経路のみを切断することで前記分岐電流を停止することを特徴とする抵抗溶接方法。
【請求項３】
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抵抗溶接を行うための抵抗溶接システムであって、
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、
前記第１溶接チップとともに前記積層体の最外に位置するワークに当接し、且つ前記第１溶接チップとは逆の極性である補助電極と、
前記積層体を挟持した前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとの間で通電を行って抵抗溶接を施す際、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が流れる時間を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、通電開始後の経過時間が、予め行った通電試験で作成した前記最外のワークでの通電時間−温度のグラフにおける傾きが大から小に変化したときの経過時間に一致したときに、前記第１溶接チップと前記補助電極とを電気的に絶縁して前記分岐電流を停止することを特徴とする抵抗溶接システム。
【請求項４】
請求項３記載の抵抗溶接システムにおいて、前記補助電極と電源との間に、前記補助電極と電源との間の電気経路のみを接続又は停止するスイッチが設けられたことを特徴とする抵抗溶接システム。
【請求項５】
請求項３記載の抵抗溶接システムにおいて、前記補助電極のみを前記最外のワークに対して接近又は離間させる変位機構をさらに備えることを特徴とする抵抗溶接システム。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の抵抗溶接システムにおいて、前記補助電極が、前記第１溶接チップを囲繞する円環形状であることを特徴とする抵抗溶接システム。
【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抵抗溶接を行う抵抗溶接方法及びそのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数個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別の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、最薄ワークの厚みが最小であるために固有抵抗が最小となることに起因して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】
これとは別に、通電時間を長くすることも考えられる。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】
この観点から、特許文献１において、３枚以上の金属板を積層するとともに最薄ワークを最外に配置した積層体に対して抵抗溶接を施す際、積層体に対する加圧力を小さくして大電流を短時間通電する第一段階と、前記加圧力を第一段階に比して大きく設定するとともに、電流値及び通電時間のそれぞれを第一段階の電流値以下、長時間化して通電を行う第二段階との二段階とすることが提案されている。
【０００８】
該特許文献１の記載によれば、余計な工程を付加することなく、また、スパッタを発生させることなく、必要サイズのナゲットを有するスポット溶接継手を容易に作製することができるようになる、とのことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２６２２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載された従来技術に比して制御を一層簡素にしながらも、接合強度をさらに向上することが今なお希求されている。
【００１１】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、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抵抗溶接方法及びそのシステム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】
【００１２】
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溶接チップ及び第２溶接チップで挟持するとともに、前記積層体の最外に位置して前記第１溶接チップが当接したワークに対し、前記第１溶接チップとは逆の極性である補助電極を当接させる工程と、
前記第１溶接チップと第２溶接チップの間に通電を行うことで前記積層体に対して抵抗溶接を施すとともに、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を流す工程と、
通電開始後の経過時間が、予め行った通電試験で作成した前記最外のワークでの通電時間−温度のグラフにおける傾きが大から小に変化したときの経過時間に一致したときに、前記第１溶接チップと前記補助電極とを電気的に絶縁して前記分岐電流を停止する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１３】
すなわち、本発明においては、第１溶接チップ及び第２溶接チップで積層体を挟持するのみでなく、前記積層体の最外に位置するワークに対して補助電極を当接させて通電を行う。該補助電極とともに前記最外のワークに当接した第１溶接チップは、この補助電極とは逆の極性であるので、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のいずれか一方が分岐して生じる。この分岐電流が最外のワークの内部を流れることにより、この最外のワークと、該最外のワークに隣接するワークとの接触面が十分に加熱される。
【００１４】
このように分岐電流による加熱がなされることにより、前記接触面に十分な大きさのナゲットが成長する。これにより、接合強度に優れた接合部が得られる。
【００１５】
しかも、この場合、ワーク同士の接触面を流れる電流値が、第１溶接チップ及び第２溶接チップのみで積層体を挟持して通電を行う通常の抵抗溶接に比して小さくなる。このため、前記接触面に形成されたナゲットが十分な大きさに成長する間にスパッタが起こる懸念が払拭される。
【００１６】
以上のように、本発明によれば、積層体中の最外に配置されたワークと、該最外の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となる。その上、スパッタが発生する懸念をも払拭し得る。
【００１７】
ここで、分岐電流を過度に長時間流すと、最外のワークとそれに隣接するワークとの間に形成されるナゲットが小さくなる場合がある。そこで、本発明においては、最外のワークの通電時間−温度グラフにおける傾きが大から小に変化したとき、換言すれば、それまで大きかった最外のワークの昇温速度が小さくなったときに、分岐電流を停止させるようにしている。このため、最外のワークとそれに隣接するワークの間に形成されるナゲットを大きく成長させることができる。
【００１８】
分岐電流のみを停止させるためには、補助電極のみを最外のワークから離間させるか、又は、補助電極と電源との間の電気経路のみを切断した上で、第１溶接チップと第２溶接チップとの間の通電を続行すればよい。補助電極と電源との間の電気経路を切断するには、補助電極と電源との間にスイッチを介装し、このスイッチをＯＦＦ（切断）状態とすればよい。
【００１９】
また、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抵抗溶接を行うための抵抗溶接システムであって、
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、
前記第１溶接チップとともに前記積層体の最外に位置するワークに当接し、且つ前記第１溶接チップとは逆の極性である補助電極と、
前記積層体を挟持した前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとの間で通電を行って抵抗溶接を施す際、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が流れる時間を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、通電開始後の経過時間が、予め行った通電試験で作成した前記最外のワークでの通電時間−温度のグラフにおける傾きが大から小に変化したときの経過時間に一致したときに、前記第１溶接チップと前記補助電極とを電気的に絶縁して前記分岐電流を停止することを特徴とする。
【００２０】
このような構成とすることにより、上記したように、スパッタが発生することを回避し得るとともに、最外のワークとそれに隣接するワークとの間に形成されるナゲットを十分に成長したものとして得ることができる。
【００２１】
分岐電流を停止させるためには、第１溶接チップと補助電極との電気経路を遮断すればよい。このためには、例えば、補助電極と電源との間に、これら補助電極と電源との間のみの電気経路を接続又は遮断するスイッチを設けるようにしてもよい。このスイッチをＯＮ（接続）状態からＯＦＦ（切断）状態に切り換えたり、又はその逆に切り換えたりすることによって、第１溶接チップと補助電極との電気経路を接続又は遮断することができる。
【００２２】
又は、補助電極を変位させるための変位機構を設け、この変位機構の作用下に補助電極を最外のワークに対して当接又は離間させるようにしてもよい。当然に、補助電極が最外のワークに対して当接している間は第１溶接チップと補助電極との電気経路が接続され、一方、補助電極が最外のワークに対して離間している間は第１溶接チップと補助電極との電気経路が遮断される。
【００２３】
補助電極は、第１溶接チップを変位する変位機構によって、該第１溶接チップと一体的に最外のワークに対して接近又は離間させる（変位させる）ようにしてもよいが、補助電極のみを変位させる変位機構を別個に設けることが好ましい。
【００２４】
さらに、補助電極は、第１溶接チップを囲繞する円環形状であることが好ましい。この場合、分岐電流が最外のワークの内部を放射状に万遍なく流れる。従って、最外のワークとこれに隣接するワークとの接触面がムラなく加熱され、ナゲットの形成が容易となるとともに、該ナゲットを十分に成長させることも容易となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、積層体を挟持する第１溶接チップ及び第２溶接チップの他、前記積層体の最外に配置されたワークに当接する補助電極を用い、抵抗溶接を行う際、この補助電極と、該補助電極とともに前記最外のワークに当接した前記第１溶接チップとの間に、前記最外のワークを経由する分岐電流を流すようにしている。この分岐電流により、該最外のワークとこれに隣接するワークとの接触面を十分に加熱し得るジュール熱が発生する。従って、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、その結果、十分な接合強度を確保することができる。
【００２６】
しかも、本発明においては、前記接触面が十分に発熱した時点で分岐電流を停止するようにしている。このため、分岐電流が過度に長時間流れることに起因してナゲットが小さくなることを回避することができる。
【００２７】
接触面が十分に発熱したか否かは、最外のワークの通電時間に対する温度変化をプロットして通電時間−温度グラフを作成し、その傾きが大から小に変化したか否か、換言すれば、それまで大きかった最外のワークの昇温速度が小さくなったか否かに基づいて判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施の形態に係る抵抗溶接システムの要部拡大一部横断面斜視図である。
【図２】第１溶接チップ、第２溶接チップ及び補助電極の全てで、溶接対象である積層体を挟持した状態を示す縦断面模式図である。
【図３】通電を開始し、第１溶接チップから第２溶接チップに向かう電流と、第１溶接チップから補助電極に向かう分岐電流とを流した状態を示す縦断面模式図である。
【図４】図３から通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図５】第１溶接チップから補助電極に向かう分岐電流を流した時間の割合と、ナゲットの径との関係を示すグラフである。
【図６】第１溶接チップから補助電極に向かう分岐電流を流した時間と、積層体の最外に配置された最薄ワークの温度との関係を示すグラフである。
【図７】様々な鋼材における温度と比抵抗との関係を示すグラフである。
【図８】図４の等価回路に電流及び分岐電流が如何なる経路で流れるかを示した模式的電流経路図である。
【図９】ＯＮ／ＯＦＦスイッチをＯＦＦ状態とし、且つ第１溶接チップから第２溶接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１０】図９の等価回路に電流及び分岐電流が如何なる経路で流れるかを示した模式的電流経路図である。
【図１１】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１２】図４とは逆に、第２溶接チップ及び電流分岐電極から第１溶接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１３】積層体の最上に位置する最薄ワークと、その直下のワークとに、第１溶接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１４】図３とは別の積層体を、第１溶接チップ、第２溶接チップ及び補助電極の全てで挟持して通電を開始した状態を示す縦断面模式図である。
【図１５】図１４に続き、ＯＮ／ＯＦＦスイッチをＯＦＦ状態とし、且つ第１溶接チップから第２溶接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１６】図１５に続き、第１溶接チップから第２溶接チップへの通電をさらに続行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】
【００２９】
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システム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。
【００３０】
図１は、本実施の形態に係る抵抗溶接システムの要部拡大一部横断面斜視図である。この抵抗溶接システムは、第１溶接チップ１０、第２溶接チップ１２及び補助電極１４を具備する図示しない溶接ガンを有し、該溶接ガンは、例えば、６軸ロボット等の多関節ロボットのアーム部先端に配設される。多関節ロボットのアームに溶接ガンが配設された構成は公知であり、このため、この構成についての詳細な説明は省略する。
【００３１】
溶接対象である積層体１６につき若干説明すると、この場合、積層体１６は、３枚の金属板１８、２０、２２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１８、２０の厚みはＤ１（例えば、約１ｍｍ〜約２ｍｍ）に設定され、金属板２２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１８、２０の厚みは同一であり、金属板２２はこれら金属板１８、２０に比して薄肉である。以下においては、金属板２２を最薄ワークと呼称することもある。
【００３２】
金属板１８、２０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２２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１８、２０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。
【００３３】
又は、金属板１８、２０、２２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１８のみがハイテン鋼、金属板２０、２２が軟鋼である組み合わせであってもよい。
【００３４】
金属板１８、２０、２２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。
【００３５】
長尺棒状に形成された第１溶接チップ１０と第２溶接チップ１２は、これら第１溶接チップ１０及び第２溶接チップ１２の間に溶接対象である積層体１６を挟持し、且つ該積層体１６に対して通電を行うものである。なお、本実施の形態においては、第１溶接チップ１０から第２溶接チップ１２に向かって電流が流れるものとする。
【００３６】
前記溶接ガンがいわゆるＸ型のものである場合、第１溶接チップ１０は、開閉自在なチャック対を構成する一方のチャック爪に設けられ、第２溶接チップ１２は、前記チャック対の残余のチャック爪に設けられる。すなわち、チャック対が開動作又は閉動作することに伴い、第１溶接チップ１０と第２溶接チップ１２が互いに離間又は接近する。
【００３７】
前記溶接ガンは、いわゆるＣ型のものであってもよい。この場合、第２溶接チップ１２は固定アームの先端に配置され、一方、第１溶接チップ１０は、例えば、ボールネジに連結される。ボールネジが回転付勢されることに伴い、第１溶接チップ１０が第２溶接チップ１２に対して接近又は離間する。
【００３８】
補助電極１４は、この場合、円環形状に形成され、第１溶接チップ１０を囲繞する。第１溶接チップ１０を支持する前記溶接ガンには、この補助電極１４を積層体１６に対して接近又は離間させるための変位機構、例えば、ボールネジ又はシリンダ等が設けられる。この変位機構により、補助電極１４は、第１溶接チップ１０とは別個に積層体１６に対して接近又は離間することが可能である。
【００３９】
本実施の形態では、電源２４の正極に対して第１溶接チップ１０が電気的に接続されるとともに、第２溶接チップ１２及び補助電極１４が前記電源２４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、第１溶接チップ１０と補助電極１４はともに、積層体１６を構成する最薄ワーク２２に当接するものの、その極性は互いに逆である。
【００４０】
以上の構成において、第１溶接チップ１０と補助電極１４との離間距離Ｚが過度に大きい場合、第１溶接チップ１０と補助電極１４との間の抵抗が大きくなり、後述する分岐電流ｉ２（図３参照）が流れることが困難となる。従って、離間距離Ｚは、第１溶接チップ１０と補助電極１４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。
【００４１】
そして、電源２４の負極と補助電極１４の間には、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６が介装される。すなわち、電源２４の負極と補助電極１４は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６がＯＮ状態にあるときに電気的に接続され、一方、ＯＦＦ状態にあるときに絶縁される。
【００４２】
抵抗溶接システムは、さらに、前記溶接ガン及び前記多関節ロボットの動作を制御する制御回路としての図示しないＲＢ（ロボット）コントローラを有し、このＲＢコントローラの制御作用下に、前記ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６のＯＮ状態／ＯＦＦ状態が切り替えられる。
【００４３】
本実施の形態に係る抵抗溶接システムの要部は、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、本実施の形態に係る抵抗溶接方法との関係で説明する。
【００４４】
本実施の形態に係る抵抗溶接方法を実施するために、先ず、テストピースを用いて通電試験を行う。
【００４５】
具合的には、ＲＢコントローラの作用下に、前記多関節ロボットが、第１溶接チップ１０と第２溶接チップ１２の間に積層体１６が配置されるように前記溶接ガンを移動させる。その後、チャック爪同士が閉動作したり、又は変位機構が付勢されたりすることにより、第１溶接チップ１０と第２溶接チップ１２が相対的に接近し、その結果、互いの間に積層体１６が挟持される。補助電極１４は、この挟持と同時に、最薄ワーク２２に当接する。
【００４６】
次に、通電を開始する。上記したように、第１溶接チップ１０、第２溶接チップ１２の各々が電源２４の正極、負極に接続されているため、図３に示すように、第１溶接チップ１０から第２溶接チップ１２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１８、２０の間、及び金属板２０、２２の間がそれぞれ加熱される。なお、図３における参照符号３０、３２は、加熱領域を示す。
【００４７】
ここで、最薄ワーク２２には補助電極１４も当接しており、この補助電極１４の極性は負である。従って、第１溶接チップ１０からは、上記した電流ｉ１と同時に、補助電極１４に向かう分岐電流ｉ２が出発する。補助電極１４が円環形状であるため、分岐電流ｉ２は放射状に流れる。
【００４８】
従って、この場合、最薄ワーク２２の内部に、前記加熱領域３２とは別の加熱領域３４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３４は金属板２０、２２の接触面を放射状に加熱する。加熱領域３４は、時間の経過とともに拡大し、図４に示すように、加熱領域３２と一体化する。
【００４９】
金属板２０、２２の間の接触面は、このようにして一体化した加熱領域３２、３４の双方から熱が伝達された結果、十分に温度上昇して溶融し始める。その結果、金属板２０、２２の間にナゲット３６が形成される。また、電流ｉ１によって金属板１８、２０の間にもナゲット３８が形成される。
【００５０】
金属板２０、２２の間のナゲット３６を大きく成長させるには、最薄ワーク２２に対して補助電極１４を長時間にわたって接触させ、分岐電流ｉ２が長時間流れるようにすればよいとも考えられる。しかしながら、図５に示すように、分岐電流ｉ２を過度に長時間にわたって流した場合、換言すれば、電流ｉ１の通電時間に対する分岐電流ｉ２の通電時間の割合を大きくした場合、ナゲット３６の径が小さくなることがある。
【００５１】
そこで、本実施の形態では、前記の通電試験において、分岐電流ｉ２を継続的に通電しながら最薄ワーク２２の温度を測定し、その結果をプロットする。すなわち、最薄ワーク２２における通電時間−温度のグラフを作成する。温度測定手段としては、熱電対や放射温度計等の公知のものを用いるようにすればよい。
【００５２】
図６は、その一例である。この図６は、点Ｂにおいて最薄ワーク２２の温度の傾きが最大から最小に変化する場合を示したものである。すなわち、この場合、最薄ワーク２２は、点Ｂに至るまでは時間の経過とともに温度が急激に上昇する一方、点Ｂに到達した後では温度がさほど上昇しないものである。
【００５３】
最薄ワーク２２の温度がこのように変化する理由は、最薄ワーク２２の素材が変態を起こし、このために比抵抗が変化するためである。すなわち、鋼材を例示して説明すると、図７に示すように、Ｃを０．２３％（重量％、以下同じ）Ｍｎを０．４６％含む鋼材Ａ（◆のプロット）、Ｃを０．３２％、Ｍｎを０．６９％、Ｃｒを１．０９％、Ｎｉを０．０７％含む鋼材Ｂ（■のプロット）、Ｃを０．３４％、Ｍｎを０．５５％、Ｃｒを０．７８％、Ｎｉを３．５３％、Ｍｏを０．３９％含む鋼材Ｃ（▲のプロット）、Ｃを０．１３％、Ｍｎを０．２５％、Ｃｒを１２．９５％含む鋼材Ｄ（×のプロット）のいずれも、約８００℃において比抵抗の変化率が小さくなる。この変化率が相違するようになる前後で、体心立方晶から面心立方晶に変化するＡ３変態が起こっているからである。
【００５４】
換言すれば、鋼材Ａ、鋼材Ｂ、鋼材Ｃ又は鋼材Ｄのいずれかからなる最薄ワーク２２を用いた場合、Ａ３変態点である約８００℃に至るまでは比抵抗が大きな傾きで上昇し、このために最薄ワーク２２の温度も大きな傾きで上昇する。比抵抗が大きいために発生するジュール熱が大きくなるからである。そして、約８００℃を超えると比抵抗の傾きが小さくなり、その結果、発生するジュール熱が小さくなることに基づいて、最薄ワーク２２の温度上昇の傾きも小さくなる。
【００５５】
要するに、Ａ３変態点である約８００℃までは、最薄ワーク２２の温度を効率よく上昇させることができるが、それを超える温度では、最薄ワーク２２の温度上昇が小さくなる（図６参照）。
【００５６】
図５中の点Ａ〜点Ｄのそれぞれは、図６中の点Ａ〜点Ｄのそれぞれに対応する。すなわち、図５中の原点から点Ａ〜点Ｄの各々に至るまでの経過時間と、図６中の原点から点Ａ〜点Ｄの各々に至るまでの経過時間とは互いに等しい。
【００５７】
そして、図５中の点Ａ〜点Ｄと図６中の点Ａ〜点Ｄを比較して諒解されるように、金属板２０、２２間のナゲット３６の径は、点Ｂに到達した時点で分岐電流ｉ２を停止して電流ｉ１のみを継続させたときに最大となる。点Ｂを超えた以降もさらに分岐電流ｉ２を流し続けると、図５の点Ｄに示すように、ナゲット３６の径が小さくなる傾向が認められる。
【００５８】
以上の知見を通電試験によって得た後、本抵抗溶接を実施する。この本抵抗溶接では、通電試験によって判別された点Ｂ、すなわち、最薄ワーク２２の温度の傾きが最大から最小に変化するときとなった時点で分岐電流ｉ２を停止する。このためには、例えば、通電試験において分岐電流ｉ２を流し始め、最薄ワーク２２の温度の傾きが最大から最小に変化したときまでの経過時間をＲＢコントローラに入力し、本抵抗溶接において、この時間となったときにＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６をＯＦＦ状態とする制御を行えばよい。
【００５９】
又は、上記したような公知の温度測定手段を用いて最薄ワーク２２の温度を測定し、図６中の点Ｂの温度に到達したときにＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６をＯＦＦ状態とする制御を行うようにしてもよい。
【００６０】
すなわち、先ず、通電試験に準拠して、積層体１６を挟持した第１溶接チップ１０から第２溶接チップ１２に向かって電流ｉ１を流すとともに、第１溶接チップ１０から補助電極１４に向かって分岐電流ｉ２を流す。これにより、図３及び図４と同様に加熱領域３０、３２、３４が形成されるとともに、金属板２０、２２の間にナゲット３６が形成され、且つ金属板１８、２０の間にナゲット３８が形成される。なお、図８はこの場合の等価回路における電流経路を示す。
【００６１】
この場合、金属板１８、２０に流れる電流ｉ１の電流値は、分岐電流ｉ２を流すことがない一般的な抵抗溶接に比して小さい。このため、金属板２０、２２の間のナゲット３６が大きく成長している間に金属板１８、２０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。
【００６２】
分岐電流ｉ２の割合を大きくするほど加熱領域３４、ひいてはナゲット３６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３０、３２が小さくなる。このため、ナゲット３６の大きさが飽和する一方、ナゲット３８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３８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。
【００６３】
なお、電流ｉ１と分岐電流ｉ２の割合は、例えば、上記したように第１溶接チップ１０と補助電極１４との離間距離Ｚ（図１及び図２参照）を変更することで調節することが可能である。又は、分岐電流ｉ２の電流経路、例えば、補助電極１４と電源２４との間に、電流量を調整する機構や抵抗体を設け、これにより分岐電流ｉ２の割合を調整するようにしてもよい。
【００６４】
上記したように、分岐電流ｉ２が継続して流れるようにすると、ナゲット３６が若干小さくなる傾向がある。従って、本実施の形態においては、ナゲット３６の径が最大となった時点で分岐電流ｉ２を停止させる。
【００６５】
例えば、通電試験における分岐電流ｉ２の流し始めから、最薄ワーク２２の温度の傾きが最大から最小に変化したときまでの経過時間をＲＢコントローラに入力した場合、ＲＢコントローラは、この時間となったときに、図９に示すようにＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６をＯＦＦ状態とする。また、温度測定手段によって測定された最薄ワーク２２の温度に関する情報をＲＢコントローラに送る場合、ＲＢコントローラは、図６中の点Ｂの温度に到達したときにＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６をＯＦＦ状態とする制御を行う。
【００６６】
これにより、電源２４と補助電極１４が電気的に絶縁される。その結果、分岐電流ｉ２が停止するに至る。図１０は、この際の等価回路における電流経路を示す。
【００６７】
以上のようにして分岐電流ｉ２が停止すると、最薄ワーク２２には、第１溶接チップ１０から第２溶接チップ１２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３４（図４参照）が消失する。
【００６８】
その一方で、金属板１８、２０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１８、２０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３０が広がるとともにその温度が一層上昇する。金属板１８、２０の接触面は、この温度上昇した加熱領域３０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（発熱）して溶融し、ナゲット３８の成長が促進される。
【００６９】
以降は、ナゲット３８が十分に成長するまで、例えば、図９に示すように、ナゲット３６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３８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。
【００７０】
ここで、金属板１８、２０の接触面は、金属板２０、２２同士の間にナゲット３６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３０によって予め加熱されている。このため、金属板１８、２０同士は、ナゲット３８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。
【００７１】
以上のように、本実施の形態においては、金属板２０、２２の間のナゲット３６を成長させる際、金属板１８、２０の間のナゲット３８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。
【００７２】
ＲＢコントローラに含まれる溶接タイマに予め設定された所定時間（ナゲット３８が十分成長し得る時間）が経過すると、通電が停止されるとともに、図１１に示すように、第１溶接チップ１０が最薄ワーク２２から離間する。又は、第１溶接チップ１０を最薄ワーク２２から離間させることで第１溶接チップ１０と第２溶接チップ１２を電気的に絶縁し、これにより溶接を停止するようにしてもよい。
【００７３】
このようにして通電（溶接）が停止されることに伴い、金属板１８、２０の発熱も終了する。時間の経過とともにナゲット３８が冷却固化し、これにより金属板１８、２０が互いに接合される。
【００７４】
以上のようにして、積層体１６を構成する金属板１８、２０同士、金属板２０、２２同士が接合され、結局、接合品が得られるに至る。
【００７５】
この接合品においては、金属板１８、２０同士の接合強度と同様に、金属板２０、２２同士の接合強度も優れる。上記したように最薄ワーク２２に分岐電流ｉ２が流されたことに伴って、金属板２０、２２の間のナゲット３６が十分に成長しているからである。
【００７６】
しかも、上記から諒解される通り、本実施の形態に係る抵抗溶接システムを構成するに際しては、補助電極１４と、該補助電極１４を変位させるための変位機構と、補助電極１４に向かう分岐電流ｉ２を発生・発生停止するためのＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６とを設ければよい。従って、補助電極１４を設けることに伴って抵抗溶接システムの構成が複雑化することもない。
【００７７】
その上、１回の通電試験を行って必要な情報を得た後は、この情報に基づいて本抵抗溶接を行うことができるので、ナゲット３６の径が最大となる分岐電流ｉ２の通電時間を求めるべく多量のテストピースを作成して複数回の通電試験を行う必要もない。すなわち、本実施の形態によれば、本抵抗溶接時の条件を簡便且つ容易に設定し得るという利点も得られる。
【００７８】
なお、上記した実施の形態においては、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６をＯＦＦ状態とすることで分岐電流ｉ２を停止させるようにしているが、これに代替し、溶接タイマに設定された所定時間が経過すると補助電極１４を最薄ワーク２２から離間させ、これにより分岐電流ｉ２を停止させるようにしてもよい。この場合には、補助電極１４を第１溶接チップ１０とは別個に変位させるための変位機構を設けるようにすればよい。
【００７９】
また、図１２に示すように、金属板１８に当接した第２溶接チップ１２から、最薄ワーク２２に当接した第１溶接チップ１０に向かう電流を流すようにしてもよい。この場合にも、最薄ワーク２２に当接した補助電極１４の極性を第１溶接チップ１０と逆にする。すなわち、第２溶接チップ１２及び補助電極１４を電源２４の正極に電気的に接続する一方、第１溶接チップ１０を電源２４の負極に電気的に接続する。これにより、第２溶接チップ１２から第１溶接チップ１０に向かう電流ｉ１と、補助電極１４から第１溶接チップ１０に向かう分岐電流ｉ２とが発生する。
【００８０】
いずれの場合においても、補助電極は、円環形状の補助電極１４に特に限定されるものではない。例えば、第１溶接チップ１０及び第２溶接チップ１２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を最薄ワーク２２に対して同時に当接又は離間させるようにしてもよい。
【００８１】
さらに、上記した各態様において、図１３に示すように、分岐電流ｉ２を、第１溶接チップ１０が接触した最薄ワーク２２のみならず、該最薄ワーク２２の直下に位置する金属板２０にも流れるようにしてもよい。
【００８２】
この場合、最薄ワーク２２と金属板２０の間に抵抗発熱が生じ、その結果、ナゲット３６が生成する。その一方で、金属板１８、２０の間には、第１溶接チップ１０から補助電極１４に向かう電流が流れないか、又は、流れたとしてもその電流量は極僅かである。従って、最薄ワーク２２と金属板２０の間に生成した前記ナゲット３６が容易に成長する。
【００８３】
又は、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し、図１４に示すように、２枚の金属板１８、２０のみで積層体１６ａを構成するようにしてもよい。以下、この場合につき説明する。
【００８４】
積層体１６ａに対して抵抗溶接を行う際には、上記同様に、ＲＢコントローラの作用下に、前記多関節ロボット、ひいては前記溶接ガンが移動して第１溶接チップ１０と第２溶接チップ１２で積層体１６ａが挟持される。さらに、補助電極１４が金属板２０に当接する。以上により、図１４に示す状態が形成される。
【００８５】
以降も上記と同様にして、ＲＢコントローラの制御作用下に、第１溶接チップ１０と第２溶接チップ１２の間に電流ｉ１が流れて通電が開始される。同時に、第１溶接チップ１０から補助電極１４に向かう分岐電流ｉ２が放射状に流れる。
【００８６】
図１４から諒解されるように、金属板１８、２０の間は電流ｉ１に基づくジュール熱により加熱されて軟化し、これにより軟化部５０が形成される。一方、電流ｉ１及び分岐電流ｉ２が流れる金属板２０は、これら電流ｉ１及び分岐電流ｉ２に基づくジュール熱により加熱されて溶融し、これにより溶融部５２が形成される。
【００８７】
ＲＢコントローラに含まれる溶接タイマには、上記のようにして求められた軟化部５０が十分に軟化し得る時間が予め設定されている。従って、この設定された時間に到達すると、図１５に示すように、ＲＢコントローラ（溶接タイマ）の作用下にＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６がＯＦＦ状態とされる。これに伴い、分岐電流ｉ２が停止される。
【００８８】
以上のようにして分岐電流ｉ２が停止すると、金属板１８、２０には、第１溶接チップ１０から第２溶接チップ１２へ向かう電流ｉ１のみが流れるようになる。この電流ｉ１は、分岐電流ｉ２が停止されるまでの電流ｉ１に比して大きい。
【００８９】
従って、抵抗が大きい金属板１８、２０の接触面におけるジュール熱が、分岐電流ｉ２が停止する前に比して大きくなる。その結果、図１６に示すように、溶融部５２が軟化部５０側に大きく成長し、最終的に、この溶融部５２からナゲットが形成される。
【００９０】
上記したように、金属板１８、２０の接触面には軟化部５０が予め形成されている。このため、金属板１８、２０の間が良好にシールされる。従って、分岐電流ｉ２が停止されて電流ｉ１の電流値が大きくなったときにおいても、金属板１８、２０の間からスパッタが飛散することが回避される。
【００９１】
以上のように、２枚の金属板１８、２０に対して抵抗溶接を行う場合にも、スパッタが発生することを回避しながら、これら金属板１８、２０の接触面に大きなナゲットを成長させることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１０、１２…溶接チップ              １４…補助電極
１６、１６ａ…積層体                １８、２０…金属板
２２…最薄ワーク（金属板）          ２４…電源
３０、３２、３４…加熱領域          ３６、３８…ナゲット
５０…軟化部                        ５２…溶融部
ｉ１…電流                          ｉ２…分岐電流
【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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