(57)【要約】【課題】抵抗溶接の一種であるスポット溶接において、溶接部材の冷却を水や不活性ガスを使用せずに冷却する。【解決手段】スポット溶接で複数の部材を溶接する場合に、上側部材或いは一方の側の部材のスポット溶接をする箇所にリング状部材を載置或いは設置し、該リング状部材の内側に冷却用液体を入れ、次いで一方の電極をリング状部材の内側に挿入取り付け、他方の電極を下側部材或いは他方側の部材の下側に取り付けて通電して溶接し、溶接後、冷却用液体で溶接部及びその近傍の部材の熱を吸収して溶接部を冷却する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接で複数の部材を溶接する場合に、上側部材或いは一方の側の部材のスポット溶接をする箇所にリング状部材を載置或いは設置し、該リング状部材の内側に冷却用液体を入れ、次いで一方の電極をリング状部材の内側に挿入取り付け、他方の電極を下側部材或いは他方側の部材の下側に取り付けて通電して溶接し、溶接後に冷却用液体で溶接部及びその近傍の部材の熱を吸収して溶接部を冷却することを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項２】
１箇所の溶接が終わった後、リング状部材を溶接部材の載置箇所から取り除いいて冷却用液体をこぼし、こぼした冷却用液体は下側の廃冷却用液体入れに受け止め、廃冷却用液体入れに溜まった廃冷却用液体は再度利用するものである、請求項１記載のスポット溶接方法。
【請求項３】
リング状部材はナット或いはワッシャー（座金）である、請求項１又は請求項２記載のスポット溶接方法。
【請求項４】
傾斜した部材の溶接に使用するもであっつて、廃冷却用液体がこぼれないように、リング状部材の肉厚が一方は厚く他方が薄くなっているものである請求項１又は請求項２記載のスポット溶接方法。
【請求項５】
傾斜した部材の溶接に使用するもであっつて、廃冷却用液体がこぼれないように、リング状部材の一方が湾曲状に内側方向に延びているものである請求項１又は請求項２記載のスポット溶接方法。
【請求項６】
リング状部材は、磁石である請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５記載のスポット溶接方法。
【請求項７】
冷却用液体は、機械由、潤滑油、切肖油、廃由などの鉱物油類、或いは動植物油である、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５記載のスポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接の一種であるスポット溶接における被溶接部材の冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
抵抗溶接とは、圧接の一種で、電極から部材に流れる電流による接合部材料自体のジュール発熱によって接合部の温度が上昇し、多くの場合融合状態まで温度が上昇する。この間、一般には両電極から部材に対して加圧力を加え続け、それによる部材の塑性変形により部材の表面同志が密着し、強固な接合部ができるものである。
【０００３】
抵抗溶接には、接合しようとする部材同志の相対的な位置関係から、重ね抵抗溶接と突き合わせ抵抗溶接に分類される。スポット溶接は、この内重ね抵抗溶接の一種で、部材の溶接したい箇所を重ね合わせ、上下或いは左右を２つの電極で挟み電流を流すものである。そして、抵抗溶接機は機械装置の機械形態或いは使われ方から、定置式、ポータブル式、ロボット式及び特殊機に分類される。この内、本発明で使用できるのは、定置式及びポータブル式である。
【０００４】
定置式とは、溶接機の構成機器を本体フレームに全て組み込み、一体化して据え置きタイプにしたもので、溶接機は固定され、被溶接物を移動させて次々に溶接していく方式の溶接機であり、小物の溶接に向く。ポータブル式とは、被溶接物を固定し、溶接機（溶接ガン）を移動させて溶接するタイプで、加圧装置と電極まわりのユニットをフレキシブルな二次導体で溶接変圧器とつなぎ、人間による可搬を容易にした溶接機である。このスポット溶接用の加圧・電極まわりのユニットを溶接ガンという。ポータブル式は、鉄道車両や建物のドアなど大型部品の溶接に向く。
【０００５】
接合部付近の温度が上昇するのは、発熱した熱量が部材から電極への熱伝導によって逃げるので、接合部付近が最高温度になるような温度分布が得られるためである。
【０００６】
もっとも、接合部以外の部材にも熱伝導で伝わり、周囲の温度が上昇する。溶接終了までに両側の電極に発熱量の９０％以上が逃げると言う測定結果もあり、被溶接物の表面温度が最大になる位置は、図１に示すように電極チップ（電極先端）（イ）が被溶接物（ロ）と接触している位置（Ａ）より僅かに外側（Ｂ）の場合が多く、通常４００〜７００℃である。従って、その周辺部（Ｃ）も熱伝導により４００℃近くにまで加熱される。符号（ハ）は電極である。図１では、電極（ハ）は被溶接物（ロ）と離れているように描かれているが、説明上のものであり、実際は接触している。
【０００７】
発熱量が電極に逃げるというのは、特許文献１に示すように、電極の内部が水で冷却されているからである。これに類する出願はその他多数ある。
【０００８】
一方、部材の冷却は特許文献２にあるような部材の冷却方法もあるが、通常は水冷や自然放熱である。１組の電極を使用する場合、約１分間隔で溶接していくので、溶接部材の種類や溶接間隔にもよるが、水冷の場合はまだしも自然放熱ではなかなか温度がさめず、部材全体がかなりの温度に昇温する。特に、定置式の場合は部材を手で移動させるので、危険が伴う。また、溶接による加熱で最も大きな問題は変色である。
【０００９】
変色は、被溶接材が鉄の場合はその後に塗装すればよいが、ステンレス鋼やアルミ材の場合、家具や車両など無塗装で使用することが多い。ステンレス鋼の場合、スポット溶接の加熱により２５０℃以上に加熱された金属が空気中の酸素と反応して酸化し、溶接の圧痕部分及びその近傍が薄茶色から黒色に変色する。この焼けによる変色は、電解研磨方式で除去するが、スポット溶接の場合は溶接点が多いこともあり、変色の除去には多大の時間と手間を要する（特許文献２）。尚、本発明で溶接でき金属は、アルミニウムやステンレス鋼の他、黄銅や銅、亜鉛鉄板、柔鉄、鉛、ニッケル、クロム、鈴メッキ板、亜鉛、りん青銅など、通常のスポット溶接ができる金属ならば、全て対象になる。
【００１０】
アルミの場合も同様で、２００℃〜２５０℃以上に加熱された溶接の圧痕部分及びその近傍がやはり薄茶色から黒色に変色する。この変色部分は、ナルデン酸を付けて真鍮束子やステンレス束子で磨くことにより除去する。ステンレス鋼の場合も同様にできる。しかし、この作業も時間と手間を要する上、ナルデン酸を含む廃液は消石灰を混ぜて中和して廃棄しなければならず、手間と余分な費用がかかる。
【００１１】
この変色は、ステンレスの場合２５０℃以下に冷却すれば生じない。そこで、引用文献２の場合、不活性ガス（アルゴンガス）を溶接加熱部に供給して大気を遮断して酸化を防止するとともに、冷却液（水）で加熱部の温度を早急に２５０℃以下に下げようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４５１７８６２号
【特許文献２】特開平８−１６８８８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献２の発明によれば、スポット溶接部の近傍にアルゴンガスなどの不活性ガスで空気を遮断し水などの冷却液を供給して、溶接部を冷却するものである。しかし、この方法では量は少ないとはいえ高価な不活性ガスが必要になるし、水を使用するので溶接材が鉄製品の場合錆の問題もある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明はこのような不活性ガスや水を使用しない、新規な溶接部材の冷却方法を提供するものである。
【００１５】
即ち、本発明は、スポット溶接で複数の部材を溶接する場合に、上側部材のスポット溶接をする箇所にリング状部材を載置し、該リング状部材の内側に冷却用液体を入れ、この液体で溶接部及びその近傍の部材の熱を吸収して冷却するものである。下側の部材の熱は伝導で上側の部材に伝わり、冷却用液体に吸収される。
【００１６】
溶接は、上下の部材を２つの電極で挟んで圧力を加えるとともに通電して行うが、この際電極から部材に流れる電流による接合部材料自体のジュール発熱によって接合部の温度が融合状態まで上昇する。そして、電極の締めつけ力による部材の塑性変形により部材の表面同志が密着し、強固な接合部ができる。
【００１７】
上側の電極はリング状部材の内側に挿入取り付けし、下側の電極は下側部材の下側に取り付けて通電する。通電により発生する熱量の多くは電極（水で冷却されている）から逃げるが、逃げきれない熱量は電極付近で最も高くなり、その周縁部に及ぶ（図１）。
【００１８】
本発明では、電極と、電極付近及びその周縁部の溶接部材の熱量はリング状部材の内部にある冷却用液体に吸収されて冷却される。リング状部材を載置しない側の部材の熱も、載置した側の部材側に熱伝導で移動し、同様に冷却用液体に吸収される。液体が水であると、急激な温度上昇により爆発的に蒸発するので使用できず、油、特に鉱油類が用いられる。鉱物油類には、機械油、潤滑油、切削舳、廃油などがある。油としては、ナタネ油などの植物油や魚油などの動物油も使用できるが、変質のことを考えると鉱物油が好ましい。鉱物油の比熱は大凡０．５即ち水の半分程度であるが、これらは数百℃（１００〜３００℃）でも安定である。実際は、使用する鉱油の量にもよるが、温度は１００℃以下数十℃程度であり、手袋をしていれば、リング状部材は手でさわれる。油については、鉱物油中でも機械油などを使用した後の廃油で十分であるため、低コストで使用できる。
【００１９】
尚、金属の熱伝導率は、金銅銀が高く、アルミニウムがこれにつぎ、鉄やステンレス鋼はアルミニウムの数分の１で、特にステンレス鋼はアルミニウムの約１／１０と低くなっている。従って、溶接部材がアルミニウムの場合裏側（リング状部材を置かない方）の部材の熱は比較的速やかに表側の部材に移り冷却用液体に吸収されるが、ステンレス鋼の場合裏側部材の熱は表側に移りにくい。
【００２０】
しかし、溶接部及びその近傍の変色が問題になるのは表側だけであるので、浦側は多少変色しても問題はない。尚、表側の電極はフラットなものを用いると、圧痕が少なくなる。
【００２１】
１箇所の溶接が終わった後、リング状部材を溶接部材の載置箇所から取り除いいて冷却用液体をこぼし、次の溶接箇所へ移動して再度冷却用液体を充填し、電極を挿入載置して通電を行う。こぼした冷却用液体は下側の廃冷却用液体入れに受け止める。廃冷却用液体入れに溜まった廃冷却用液体は、溶接滓などを濾過した後、再度利用すれば無駄が省ける。
【００２２】
冷却用液体は、水でないので溶接用部材が鉄系の場合でも錆の問題はなく、溶接部近傍を布や溶剤を付けた布で拭けば綺麗になる。
【００２３】
一方、スポット溶接に用いる電極（図１（ハ））には、様々な太さのものがある。図２はその概略断面図であり、太さＤは元径で示される。そして、Ｄは種類により１．６ｍｍ位から２４ｍｍ位まで、通常１３ｍｍから１９ｍｍのものが多く用いられている。従って、リング状部材の内径は１０ｍｍ〜３０ｍｍ位で、外径は２０ｍｍ〜４０ｍｍ、厚みは摘みやすさから１０ｍｍ〜２０ｍｍ位のものが用い易い。中に入れる鉱油の量は電極の太さを考慮に入れて、０．５ｃｃ３〜５ｃｃ程度となる。
【００２４】
尚、図１でＬは電極の長さで、３０ｍｍ〜３３０ｍｍ位あり、Ｓは先端厚でその内側には冷却水が循環する。ｄは先端径で、通電径を規定する。
【００２５】
リング状部材の材質は鉄系のものが安価で使いやすいが、銅系その他の金属でもよい。尚、磁石は各種の永久磁石が用いられる。尚、平行な部材やあまり傾斜がきつくない部材を溶接する時に使用するリング状部材としては、ナットや厚みのあるワッシャーが使用が使用できる。ナットやワッシャーは、様々な寸法のものが容易に入手できるので手軽に使用できる。
【発明の効果】
【００２６】
以上詳述したように、本発明によれば、スポット溶接で複数の部材を溶接する場合に、上側部材のスポット溶接をする箇所にリング状部材を載置し、該リング状部材の内側に冷却用液体を入れ、次いで一方の電極をリング状部材の内側に挿入取り付け、他方の電極を下側部材の下側に取り付けて通電し、冷却用液体で溶接部及びその近傍の部材の熱を吸収して溶接部を冷却することができるものである。
【００２７】
従って、以下にのべるような効果がある。
（１）高価な冷却用ガスを使用せず、廃油などの鉱油が使用できるし、再利用できるので、冷却コストを低くできる。
（２）冷却用ガスや冷却用水用の配管が不要であり、単にリング状部材を溶接部材の上に載置して冷却用液体を充填するだけであるので、装置や設備に余分な費用がかからず、安価にできる。
（３）鉱油や動植物油を使用するので、溶接部材が鉄系のものでも錆の問題は生じない。
（４）スポット溶接する金属の冷却が素早く、簡単且つ確実に行われるので、溶接金属の変色が防がれ、後工程での脱色の手間や費用が確実に逓減する。特に、金属がアルミニウムの場合、効果が著しい。
（５）単にリング状部材を溶接部材の上に載置して冷却用液体を充填し、リング状部材の内側に電極を挿入載置するだけであるので、手間は殆どかからない。また、溶接後は冷却用液体はこぼすだけすみ、次の溶接箇所に移動させるだけであるので、これまた手間がかからない。
（６）溶接完了後、鉱油は布或いは溶剤を浸した布でふけばよいので仕上げも簡単である。
（７）溶接部材は溶接箇所及びその近傍の温度が低くなるので、すぐ手で触ることができ、スポット溶接の定置式の場合、溶接の効率が上がる。ボータブル式の場合も、溶接箇所に触っても火傷の心配もない。
（８）溶接する部材が平行に位置する場合、リング状部材としてナットやワッシャーが（座金）使用できる。ナットやワッシャーは、電極の太さに合わせて自由に選べるので、便利である。
（９）傾斜した部材の場合、リング状部材の肉厚が一方が厚く他方が薄くなったものを使用するとか、リング状部材の一方が内側に延びたものを使用すれば、冷却用液体がこぼれずにしかも十分な量を充填することができる。
（10）その際、リング状部材として磁石を用いれば、傾斜が大きい場合でもしっかり位置固定することができる。ナットやワッシャーの場合でも、磁石にすれば、位置固定がしっかりできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】スポット溶接箇所の概略斜視図である。
【図２】電極の概略縦断面図である。
【図３】本発明方法の一例を示した説明図である。（実施例１）
【図４】本発明方法の他の一例を示す説明図である。（実施例２）
【図５】本発明方法の異なる他の例を示す説明図である。（実施例３）
【図６】本発明方法の更に異なる他の例を示す説明図である。（実施例４）
【発明を実施するための形態】
【００２９】
スポット溶接で複数の部材を溶接する場合に、スポット溶接箇所に冷却用液体を入れたリング状部材を載置して通電し、発生した熱量を冷却用液体で吸収することにより部材の冷却を図る。
【実施例１】
【００３０】
図３は、平行に配置された上下の部材１，２（厚み２ｍｍ程度のアルミニウム板）を上下の電極３，４で挟んでスポット溶接する場合を示す。電極３（４）から低圧（数Ｖ）で大電流（数千〜数万Ａ）の交流ｉを瞬間（数分の一秒〜１秒程度）的に流すと、電極に挟まれた部材の部分（接合部分）はジュール熱で発熱する。そして、電極には数百Ｋｇの加圧力Ｆが掛かっているので、部材の塑性変形で表面同志が密着して強固な接合部分５（ナゲット：図１の先端径ｄとほぼ同じ大きさ）ができる。
【００３１】
通電に先立って、上側部材１のスポット溶接をする箇所にリング状部材６を載置し、該リング状部材の内側に冷却用液体７を入れ、一方の電極３をリング状部材の内側に挿入取り付ける。他方の電極は下側部材の下側に取り付けられる。
【００３２】
発生したシュール熱の大部分は電極３，４から逃げる（水で冷却されている）が幾分かは残り、電極３，４の回りを４００〜７００℃に加熱する。そして、その近傍も４００℃程度に加熱される。この４００〜７００℃の熱量をリング状部材の内部にある冷却用液体で吸収する。それに要する時間は数十秒〜１分程度である。そして、溶接箇所は数十℃に冷却され、溶接箇所（加熱箇所）の変色は防止される。そして、作業者は次の溶接箇所へ溶接素材を移動させたり（定置式の場合）、溶接ガンを移動（ポータブル式）させたりすることが簡単にできる。
【実施例２】
【００３３】
図４は、上下の部材（厚み１ｍｍステンレル板１Ａ、２Ａ）が幾分傾斜している場合の例を示す。この場合、リング状部材６Ａの肉厚は、傾斜の下側６Ａａが厚く、傾斜の上側６Ａｂが薄くなっている。このようにすると、リング状部材６Ａの内部の冷却用液体７が溢れずに且つ電極３の周囲の熱量を十分に吸収することができる。他は、図３の場合と同じである。
【実施例３】
【００３４】
図５は、上下の部材の傾斜が図３の場合よりもきつい場合を示す。この場合、用いるリング状部材６Ｂは、リング状部材の一方（下側にくる方）６Ｂａが湾曲状に内側に延びているので、部材の傾斜がきつくても、冷却用液体７があふれずにすむ。他は図３、図４の場合と同じである。上下の部材１Ｂ、２Ｂは、厚み２ｍｍの黄銅板である。
【実施例４】
【００３５】
図６は、上下の部材の傾斜がきつく略垂直状態に或る場合を示す。この場合、リング状部材６Ｃの一方（下側にくる方）６Ｃａが直角状に曲がり、ここで冷却用液体７を受けるようになっている。従って、中に入る冷却用液体７の量は少なくまた電極３に接しないので冷却効率は悪いが、冷却用液体７が無い場合よりはましである。上下の部材は厚み２ｍｍの柔鉄板１Ｃと厚さ１０ｍｍの柔鉄材２Ｃである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
無塗装で使用するアルミニウムやステンレス鋼製の家具や車両扉なとのスポット溶接が、変色の脱色作業なくして簡単確実にできる。
【符号の説明】
【００３７】
（イ）    電極チップ
（ロ）    被溶接物
（ハ）    電極
Ａ      電極チップ（イ）が被溶接物（ロ）と接触している位置
Ｂ      Ａより外側の位置
Ｃ      Ｂの周辺部
１      上側の部材（アルミニウム板）
２      下側の部材（アルミニウム板）
１Ａ    上側の部材（ステンレス鋼板）
２Ａ    下側の部材（ステンレス鋼板）
１Ｂ    上側の部材（黄銅板）
２Ｂ    下側の部材（黄銅板）
１Ｃ    上側の部材（軟鉄板）
２Ｃ    下側の部材（軟鉄材）
３      上側の電極
４      下側の電極
５      接合部分
６      リング状部材（ナット）
６Ａ    リング状部材
６Ａａ  リング状部材の厚い側
６Ａｂ  リング状部材の薄い側
６Ｂ    リング状部材
６Ｂａ  リング状部材の湾曲状に延びた部分
６Ｃ    リング状部材
６Ｃａ  リング状部材の直角状に曲がった部分
７      冷却用液体
Ｌ      電極の長さ
Ｄ      電極の元径
ｄ      先端径
Ｓ      先端厚
ｉ      電流
Ｆ      加圧力
【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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