(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の対向する電極間に複数の重ね合わせた薄板鋼板を挟持加圧し通電することにより溶接を行うスポット溶接ガンであって、
前記一対の電極の先端部をそれぞれ平面状に形成するとともに、一方の正電極の先端平面部の径を５．５ミリメートル乃至６．５ミリメートルとし、外板側に向けて小径となるテーパを備え、該外板側に当接される他方の負電極の先端平面部の径を９．５ミリメートル乃至１０．５ミリメートルとしたことを特徴とするスポット溶接ガン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スポット溶接ガンに係り、詳しくは上下一対からなる電極の形状に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
車体の製造工程では、鋼板の組付けにスポット溶接が多用されている。
スポット溶接は、スポット溶接ガンで複数の重ね合わせた鋼板を挟持加圧し通電することにより鋼板を通電抵抗により溶融させて溶接を行うものであり、一般には加圧力と通電電流の大きさと通電時間とを調整して十分な溶接範囲（ナゲット径）を形成させ、良好な溶接品質を得るようにしている。
【０００３】
しかしながら、スポット溶接を行う際には、溶接により溶融した時点でもさらに鋼板を加圧することになるため溶接部が凹状に陥没し、所謂圧痕が残るという問題がある。このように圧痕が残ると、車体内部の製品となったときに見えない部分についてはよいが、ルーフ等の外板部分にあっては車両としての見栄えが悪くなり好ましいことではない。
【０００４】
そこで、外板部分のスポット溶接では、外表面側の電極については他方の電極径よりも大径にするとともに当接する面の曲率をできるだけ大きくした形状の球面電極を用いるようにし、これにより外表面のスポット溶接部に深い圧痕が残らないようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように電極を大径にすると、電極が鋼板と接触する面積が広くなるために電流の一部が分流して加圧部分以外の経路を通ってもう一方の電極に流れることになる。従って、通常は溶接に寄与する電流を確保し良好なナゲット径、即ち溶接強度を得るべく電流値を高くするようにしている。
【０００６】
しかしながら、球面電極では最も強く加圧される先端部の一点に集中して電流が流れることになるため、電流値を高くするとこの部分が過度に溶融しピンホールが発生してしまう虞がある。このように外板にピンホールが発生し溶接品質が悪化すると、最悪の状況としてそのピンホールから降雨、降雪等により水滴が車両内部に侵入することもあり得る。
【０００７】
また、上記のように電極の当接面の曲率を大きくしたとしても、圧痕は依然としてその球面形状に沿って残っており好ましいことではない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、溶接強度を確保しながら圧痕のない溶接品質の高いスポット溶接を実現可能なスポット溶接ガンを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明によれば、一対の電極の先端部をそれぞれ平面状に形成するとともに、一方の正電極の先端平面部の径を５．５ミリメートル乃至６．５ミリメートルとし、外板側に向けて小径となるテーパを備え、外板側に当接される他方の負電極の先端平面部の径を９．５ミリメートル乃至１０．５ミリメートルとするようにしている。
【０００９】
従って、他方の負電極の受圧面が平面にしてその受圧面積が一方の正電極側のそれよりも大きいことから、通電抵抗により溶融した鋼板の他方の電極側の部分が加圧力で凹状に窪んでしまうことなく圧痕の発生が抑止されて平面状に保持されることになるのであるが、このとき、一方及び他方の電極の先端部は共に平面状であり、且つ、他方の負電極の先端平面部の径は一方の正電極の先端平面部の径（５．５ｍｍ乃至６．５ｍｍ）よりもやや大きい程度（９．５ｍｍ乃至１０．５ｍｍ）とされているので、電流は一点に集中することなくその殆どが加圧された部分を一様にして良好に流れることになり、ピンホールの発生が抑えられるとともに電流値を高めなくても電流が有効に溶接に利用されて省エネ化が図られ、良好な溶接品質が得られるとともに適正なナゲット径が形成され十分な溶接強度が得られることになる。
【００１０】
故に、例えば車体の外板部分の溶接に当該スポット溶接ガンを適用し、上記他方の負電極が車体の外板側と当接するように構成すれば、車両の外観品質が向上する。
また、他方の負電極が外板側に向けて小径となるテーパを備えているので、その先端平面部の外周端が鋭角にならず、打痕の発生が抑えられてより一層良好な溶接品質が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、本発明に係る自動車の車体組立用、即ち薄板鋼板（板厚０．７〜１．０mm程度）溶接用のＣ型ポータブルスポット溶接ガンの概略構成図が示されており、以下同図に基づき本発明に係るスポット溶接ガンの構成を説明する。
【００１２】
スポット溶接ガン１は、導電部材からなるＣ型アーム２の付け根にやはり導電部材からなる電極ロッド６を出入作動させるエアシリンダ４が固定され、Ｃ型アーム２の先端と電極ロッド６の先端とにそれぞれ銅合金製の下側電極８と上側電極１０とが同一軸心を有して着脱可能に取り付けられて構成されている。下側電極８と上側電極１０とは例えばキャップ状のキャップチップとされており、これら下側電極８、上側電極１０の装着は、例えばこれら電極をそれぞれ突起部３，７に打ち込むことにより行われる。
【００１３】
Ｃ型アーム２の後端と電極ロッド６の後端からは電流供給用の一対の２次ケーブル１２，１４がそれぞれ溶接トランス（図示せず）に向けて延びている。そして、これら一対の２次ケーブル１２，１４は一方が溶接トランスのプラス（＋）極に他方がマイナス極（−）に接続されている。なお、溶接トランスは電力を低電圧高電流に変換してスポット溶接ガン１に供給するものでありその容量は大きなものとされている。
【００１４】
また、Ｃ型アーム２には、作業者が握るためのハンドル１６が取り付けられており、該ハンドル１６には溶接のオンオフ操作を行うためのスイッチ１８が設けられている。そして、スイッチ１８からは信号線２０が上記溶接トランスに延びている。詳しくは、溶接トランスには１次ケーブルを介してサイリスタボックス（図示せず）が接続されており、信号線２０は該サイリスタボックスを制御し溶接制御を行う溶接タイマ（図示せず）に接続されている。溶接タイマはスイッチ１８からの信号に応じて主として溶接電流の通電時間の制御や後述のエアバルブのオンオフ制御を行う。
【００１５】
エアシリンダ４には、電極ロッド６を出状態とすべくエアシリンダ４内のシリンダ室の一方に圧搾エアを供給するエアホース２２の一端と電極ロッド６を戻状態とすべくシリンダ室の他方に圧搾エアを供給するエアホース２４の一端とが接続されており、これらエアホース２２，２４の各他端はエアバルブを介してエア供給源（共に図示せず）に接続されている。エアバルブは上述したようにスイッチ１８からの信号に応じてエアホース２２へのエア供給とエアホース２４へのエア供給との切換を行う電磁弁であり、通常は溶接トランスに付設されている。
【００１６】
ここに、エアシリンダ４は、エアホース２２から圧搾エアが供給されると、下側電極８と上側電極１０間で少なくとも所定値（例えば、１９０kgf）以上の加圧力を発生可能に構成されている。
またＣ型アーム２や電極ロッド６には冷却水ホース２６，２８の各一端が接続されており、これら冷却水ホース２６，２８の他端はポンプ（図示せず）に接続されている。詳しくは、冷却水は先ず冷却水ホース２６，２８を経てＣ型アーム２や電極ロッド６の先端の下側電極８と上側電極１０に送られるよう配設されており、これにより被溶接部材である鋼板４０，４２の通電抵抗で加熱する下側電極８と上側電極１０とが良好に冷却される。下側電極８と上側電極１０とを冷却した冷却水は上記２次ケーブル１２，１４を介しこれら２次ケーブル１２，１４をも冷却しながらポンプに返戻される。
【００１７】
ところで、該スポット溶接ガン１は、主としてルーフパネル等の外板部材の外表面に露出する部位にルーフボウ等の部材を溶接する溶接ガンとして構成されており、下側電極８と上側電極１０とが当該外板の溶接に適した形状とされている。以下、これら下側電極８と上側電極１０の形状の詳細について説明する。
図２を参照すると、下側電極８と上側電極１０の側面図が示されているが、このように、下側電極８と上側電極１０とは円筒状にして且つ先端部が共に平面状の円錐台に成形されている。
【００１８】
より詳しくは、下側電極８についてはその平面状の先端平面部９の径が値Ａ（例えば、５．５〜６．５mm）とされている。この値Ａは、溶接強度の良否を判定するための閾値であるナゲット径、即ち溶接により接合した部分の良好な外径寸法（例えば、５．５〜６．５mm）に基づき設定された値である。
一方、上側電極１０については、その平面状の先端平面部１１の径が値Ｂ（例えば、９．５〜１０．５mm）とされている。つまり、上側電極１０については、下側電極８よりもやや大径となるようにされている。
【００１９】
なお、テーパ部分８ａ及び１０ａの傾斜角度については自由に設定すればよく、通常は例えば４５度とされるのがよい。
図３を参照すると、図１に示すようにして上記スポット溶接ガン１で溶接を行った後の鋼板４０，４２の溶接部の断面詳細図が示されており、以下、同図に基づき上記のように構成されたスポット溶接ガン１の作用及び効果について説明する。
【００２０】
同図に示すように、下側電極８と当接する鋼板４０については、下側電極８の先端平面部９の径が値Ａ（例えば、５．５〜６．５mm）であり該先端平面部９の全面を電流が流れることから、図３中に溶融部Ｗで示すように鋼板４２とともに受圧面となる先端平面部９の全面に亘って溶融する。従って、溶接時において該溶融部Ｗが加圧力で陥没することになり、溶接後この陥没が凹状の圧痕５０となって残ることになる。
【００２１】
しかしながら、一方上側電極１０と当接する鋼板４２については、上側電極１０の先端平面部１１の径が値Ｂ（例えば、９．５〜１０．５mm）であり受圧面が先端平面部９の径、即ち溶融部Ｗの範囲よりも大きいために、同図に示すように、加圧されず溶接に寄与せず溶融しない非溶融部Ｈが存在することになる。従って、鋼板４２については、非溶融部Ｈに対向する受圧面によって溶融部Ｗが外部に排出されることが阻止され、故に表面が陥没して圧痕が残ることが好適に防止される。つまり、鋼板４２については、溶接後において溶接部が凹凸なく平面のままに保持されることになる。
【００２２】
また、下側電極８の先端平面部９と上側電極１０の先端平面部１１とが共に平面状であるので、電流が一点に集中して鋼板４４，４２を流れるようなことがなく、溶接部にピンホールが発生することもない。
つまり、本発明に係るスポット溶接ガン１を用いるようにすれば、例えば鋼板４２がルーフパネル等の外板部材である場合において、溶接により当該外板部材の外表面にピンホールや圧痕を一切発生させないようにでき、車両完成後に溶接部が露出するような場合であっても溶接部を目立たせないようにでき、車両の外観品質を向上させることができる。
【００２３】
ここで、図４を参照すると、上側電極１０の先端平面部１１の形状を変えて、テーパ１０ａを設けず先端平面部１１の径を値Ｂ（例えば、９．５〜１０．５mm）よりも大きく例えば上側電極１０の径とした場合（破線で示す）、先端平面部１１の径を値Ｂ（例えば、９．５〜１０．５mm）よりも小さい値（例えば、７．０〜９．０mm）とした場合（一点鎖線で示す）の上側電極１０の側面図が示されており、以下同図に基づき、上側電極１０の先端平面部１１の径を値Ｂ（例えば、９．５〜１０．５mm）とした理由について説明する。
【００２４】
先端平面部１１の径を値Ｂ（例えば、９．５〜１０．５mm）よりも大きくした場合には、先端平面部１１の面積は径の二乗に比例して大きくなるため、加圧なく溶接に寄与しない受圧面、即ち非溶融部Ｈに対向する受圧面の面積が増大する。従って、この場合においてもやはり上記効果が得られ圧痕の発生をより良好に抑止できることになる。しかしながら、この場合、図中破線矢印で示すように電流の多くが分流して加圧なく溶接に寄与しない非溶融部Ｈをも流れることになる。故に、この場合には、溶接に寄与する電流量が少なく、例えば電流値を通常の溶接電流値（例えば、７５００〜９０００Ａ）よりも高い電流値（例えば、１００００Ａ以上）に高めないと良好な溶接を実現することができず、省エネ化を図れない。
【００２５】
また、図中破線で示すように先端平面部１１の径を上側電極１０の径とした場合には、テーパ１０ａがないことから先端平面部１１の外周端がテーパ１０ａがある場合よりも鋭角（直角）のエッジとなり且つその距離が長くなり、スポット溶接ガン１を鋼板４０，４２に対し斜めに傾けて加圧すると、該鋭角のエッジが先当たりして鋼板４２の表面に簡単に打痕が発生してしまうことにもなる。
【００２６】
一方、先端平面部１１の径を値Ｂ（例えば、９．５〜１０．５mm）よりも小さい値（例えば、７．０〜９．０mm）とした場合には、加圧なく溶接に寄与しない受圧面は存在することはするのであるが、通常において溶融部Ｗは同図に示すように鋼板４２の表面近傍で拡大する傾向にあり、故に先端平面部１１の範囲が当該溶融部Ｗの範囲と略一致することになる。故に、この場合には、非溶融部Ｈが良好に得られず、溶融部Ｗが陥没気味となりやはり圧痕が発生することになる。
【００２７】
以上のことから、下側電極８の先端平面部９の径をナゲット径に基づく値Ａ（例えば、５．５〜６．５mm）とした場合において、上側電極１０の先端平面部１１の径については値Ｂ（例えば、９．５〜１０．５mm）とするのがよく、これにより、電流値を通常の溶接電流値（例えば、７５００〜９０００Ａ）としたままに省エネ化を図りながら且つ圧痕のみならず打痕をも防止しながら良好な溶接を実現することができる。
【００２８】
つまり、当該スポット溶接ガン１を用いることで、ピンホールや圧痕は勿論のこと打痕をも防止して省エネ化を図りながら良好な溶接品質を確保することができることになり、ルーフパネル等の外板部材を溶接する場合において十分なナゲット径（５．５〜６．５mm）を得て良好な溶接強度を確保しながら車両の外観品質を向上させることができる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、Ｃ型ポータブルスポット溶接ガンをスポット溶接ガン１として説明したが、上記下側電極８と上側電極１０とを対として用いるタイプのものであれば、スポット溶接ガン１はＸ型ポータブルスポット溶接ガンであってもまたロボット用、治具固定用のスポット溶接ガンであってもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１のスポット溶接ガンによれば、他方の負電極の受圧面が平面にしてその受圧面積が一方の正電極側のそれよりも大きいことから、通電抵抗により溶融した鋼板の他方の電極側の部分が加圧力で凹状に窪んでしまうことなく圧痕の発生が抑止されて平面状に保持されることになるのであるが、このとき、一方及び他方の電極の先端部は共に平面状であり、且つ、他方の負電極の先端平面部の径は一方の正電極の先端平面部の径（５．５ｍｍ乃至６．５ｍｍ）よりもやや大きい程度（９．５ｍｍ乃至１０．５ｍｍ）とされているので、電流は一点に集中することなくその殆どが加圧された部分を一様にして良好に流れることになり、ピンホールの発生を抑えることができるとともに電流値を高めなくても電流を有効に溶接に利用して省エネ化を図ることができ、良好な溶接品質を得ることができるとともに適正なナゲット径を形成させて十分な溶接強度を確保するようにできる。
【００３１】
従って、例えば車体の外板部分の溶接に当該スポット溶接ガンを適用し、上記他方の負電極が車体の外板側と当接するように構成すれば、車両の外観品質を向上させることができる。
また、他方の負電極が外板側に向けて小径となるテーパを備えていることから、その先端平面部の外周端が鋭角にならない。この結果、打痕の発生を抑えることができ、より一層良好な溶接品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄板鋼板溶接用のスポット溶接ガンの概略構成図を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るスポット溶接ガンの下側電極と上側電極とを示す側面図である。
【図３】本発明に係るスポット溶接ガンで溶接を行った後の鋼板の溶接部を示す断面詳細図である。
【図４】先端平面部の径を値Ｂよりも大きく、或いは小さくした場合の上側電極を示す側面図である。
【符号の説明】
１  スポット溶接ガン
８  下側電極
８ａテーパ部分
９  先端平面部
１０  上側電極
１０ａテーパ部分
１１  先端平面部
４０  鋼板
４２  鋼板
Ｈ  非溶融部
Ｗ  溶融部
【図１】
0003700746.tif 000002
【図２】
0003700746.tif 000003
【図３】
0003700746.tif 000004
【図４】
0003700746.tif 000005