(57)【要約】      （修正有）【課題】スパッタの発生を抑制することができるスポット溶接方法及びスポット溶接装置を提供する。【解決手段】最表面の厚板Ｐ１に対向する第１の電極５と、最表面の薄板Ｐ４に対向する第２の電極８及び補助電極１２，１３とを、第１の主電極５の押圧力Ｆ１と第２の主電極８及び補助電極１２，１３の押圧力Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の合計とが等しくなるようにワークＷに押圧した状態で、各主電極５，８に通電するとともに第２の主電極８と補助電極１２，１３とに通電する。スパッタが発生する前に、両通電を維持するとともに第１の主電極５の押圧力Ｆ１と第２の主電極８及び補助電極１２，１３の押圧力Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の合計とを等しく維持した状態で、補助電極１２，１３の押圧力Ｆ３，Ｆ４を初期の押圧力より弱めるとともに第２の主電極８の押圧力Ｆ２を初期の押圧力より強める。【選択図】図４
2014184461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚以上の金属板を重ね合わせるとともに少なくとも最表面の２枚の金属板が相互に厚さの異なる厚板と薄板とからなるワークをスポット溶接する際に、最表面の厚板に対する第１の主電極と最表面の薄板に対する第２の主電極及び補助電極とを、該第１の主電極の押圧力と該第２の主電極及び補助電極の押圧力の合計とが等しくなるように該ワークに押圧した状態で、該第１の主電極と該第２の主電極とに通電するとともに該第２の主電極と該補助電極とに通電することにより、該ワークをスポット溶接するスポット溶接方法において、
スラグ又は金属粒子が飛散し始める前に、両通電を維持するとともに該第１の主電極の押圧力と該第２の主電極及び補助電極の押圧力の合計とを等しく維持した状態で、該補助電極の押圧力を初期の押圧力より弱めるとともに該第２の主電極の押圧力を初期の押圧力より強めることを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項２】
２枚以上の金属板を重ね合わせるとともに少なくとも最表面の２枚の金属板が相互に厚さの異なる厚板と薄板とからなるワークをスポット溶接する際に、最表面の厚板を押圧する第１の主電極と、最表面の薄板を押圧する第２の主電極及び補助電極と、該第１の主電極、該第２の主電極及び該補助電極を、該第１の主電極の押圧力と該第２の主電極及び補助電極との押圧力の合計とが等しくなるように該ワークに押圧する押圧手段と、該第１の主電極と該第２の主電極とに通電し、該第２の主電極と該補助電極とに通電する通電手段とを備え、該第１の主電極と該第２の主電極及び該補助電極とを該ワークに押圧した状態で、該第１の主電極と該第２の主電極とに通電するとともに該第２の主電極と該補助電極とに通電することにより、該ワークをスポット溶接するスポット溶接装置において、
スラグ又は金属粒子が飛散し始める前に、両通電を維持するとともに該第１の主電極の押圧力と該第２の主電極及び補助電極の押圧力の合計とを等しく維持した状態で、該補助電極の押圧力を初期の押圧力より弱めるとともに該第２の主電極の押圧力を初期の押圧力より強めるように制御する制御手段を備え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、スポット溶接方法及びスポット溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ハイテン鋼からなる２枚の厚板と軟鋼からなる２枚の薄板とを重ね合わせて一体化した積層板を、自動車のモヒカンルーフ部分等に用いることが知られている。前記積層板は、前記２枚の厚板と前記２枚の薄板とを重ね合わせたワークをスポット溶接することにより形成される。前記スポット溶接は、最表面の厚板に対する第１の電極と最表面の薄板に対する第２の電極とで前記ワークを挟持し該ワークに押圧した状態で、両電極に通電することにより行われる。
【０００３】
しかし、前記厚板は、前記薄板に比較して電気抵抗が大きいために、前記通電によって生じる発熱量が該薄板よりも大きくなる。このため、前記通電によって金属が溶融して形成されるナゲットは前記ワークの前記厚板側に偏って成長する。そして、前記ナゲットの成長が前記最表面の薄板に及ばない場合には、該最表面の薄板を溶着することができないという問題がある。
【０００４】
そこで、前記問題を解消するために、前記最表面の厚板に対する第１の主電極と、前記最表面の薄板に対する第２の主電極及び補助電極とで前記ワークを挟持し押圧した状態で、該第１の主電極と該第２の主電極とに通電するとともに該第２の主電極と該補助電極とに通電するスポット溶接方法が提案されている。
【０００５】
前記スポット溶接方法によれば、まず、前記第１の主電極と前記第２の主電極及び前記補助電極とで前記ワークを挟持し、該ワークを押圧する。前記押圧は、前記第１の主電極の押圧力と前記第２の主電極及前記補助電極の押圧力の合計とが等しくなるように行う。そして、前記押圧を維持した状態で、前記第１の主電極と前記第２の主電極とに通電することにより前記ワークを流れる主電流を生じさせ、該第２の主電極と前記補助電極とに通電することにより該ワークの該第２の主電極に近い側を流れる分岐電流を生じさせる。
【０００６】
このとき、前記ワークに対する前記第２の主電極の押圧力が前記第１の主電極の押圧力よりも小さいことから、該第２の主電極に近い前記ワークの前記最表面の薄板側において前記主電流による発熱量を大きくすることができる。また、前記ワークの前記最表面の薄板側では前記分岐電流が流れているので、該最表面の薄板側における発熱量をさらに大きくすることができる。
【０００７】
このようにして、前記ワークの前記最表面の薄板側においても、主電流による発熱と分岐電流による発熱とによりナゲットを形成することができる。
【０００８】
そして、両通電に伴って、前記ワークの前記最表面の薄板側に形成されたナゲットと前記最表面の厚板側に形成された他のナゲットとが結合して大きなナゲットに成長する。以上により、ナゲットが前記ワークの前記最表面の厚板側に偏って成長することを防ぎ、該ワークを溶着して一体化することができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−７６１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記スポット溶接方法では、前記薄板と隣接する金属板との間からスラグ又は金属粒子が飛散することがあるという不都合がある。尚、本願では、「スラグ又は金属粒子が飛散する」ことを「スパッタが発生する」ということがある。
【００１１】
そこで、本発明は、かかる不都合を解消して、スパッタの発生を抑制することができるスポット溶接方法及び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】
【００１２】
前記目的を達成するために、２枚以上の金属板を重ね合わせるとともに少なくとも最表面の２枚の金属板が相互に厚さの異なる厚板と薄板とからなるワークをスポット溶接する際に、最表面の厚板に対する第１の主電極と最表面の薄板に対する第２の主電極及び補助電極とを、該第１の主電極の押圧力と該第２の主電極及び補助電極の押圧力の合計とが等しくなるように該ワークに押圧した状態で、該第１の主電極と該第２の主電極とに通電するとともに該第２の主電極と該補助電極とに通電することにより、該ワークをスポット溶接するスポット溶接方法において、スラグ又は金属粒子が飛散し始める前に、両通電を維持するとともに該第１の主電極の押圧力と該第２の主電極及び補助電極の押圧力の合計とを等しく維持した状態で、該補助電極の押圧力を初期の押圧力より弱めるとともに該第２の主電極の押圧力を初期の押圧力より強めることを特徴とする。
【００１３】
本発明のスポット溶接方法では、まず、ワークの最表面の厚板に対する第１の主電極と、最表面の薄板に対する第２の主電極及び補助電極とを該ワークに押圧した状態で、該第１の主電極と該第２の主電極とに通電するとともに該第２の主電極と該補助電極とに通電する。前記押圧は、前記第１の主電極の押圧力と前記第２の主電極及前記補助電極の押圧力の合計とが等しくなるように行う。
【００１４】
このようにすると、前記第１の主電極と前記第２の主電極との通電により前記ワークを流れる主電流が生じ、該第２の主電極と前記補助電極との通電により該ワークの該第２の主電極に近い側を流れる分岐電流が生じる。
【００１５】
この結果、前記ワークの前記最表面の薄板側にナゲットが形成されるとともに、前記最表面の厚板側にも他のナゲットが形成され、両ナゲットが結合して大きなナゲットに成長する。以上により、ナゲットが前記ワークの前記最表面の厚板側に偏って成長することを防ぎ、該ワークを溶着して一体化することができる。
【００１６】
しかし、前記ワークの最表面の薄板側に形成されたナゲットの成長に伴って、該薄板と隣接する金属板との間からスパッタが発生することがある。
【００１７】
そこで、本発明のスポット溶接方法では、スラグ又は金属粒子が飛散し始める前に、両通電を維持するとともに該第１の主電極の押圧力と該第２の主電極及び補助電極の押圧力の合計とを等しく維持した状態で、該補助電極の押圧力を初期の押圧力より弱めるとともに該第２の主電極の押圧力を初期の押圧力より強める。
【００１８】
この結果、前記薄板と隣接する金属板とを、初期に比べてより密着させることができる。したがって、前記薄板と隣接する金属板との間からスパッタが発生することを抑制して優れた溶接品質を得ることができる。
【００１９】
また、本発明のスポット溶接方法は、２枚以上の金属板を重ね合わせるとともに少なくとも最表面の２枚の金属板が相互に厚さの異なる厚板と薄板とからなるワークをスポット溶接する際に、最表面の厚板を押圧する第１の主電極と、最表面の薄板を押圧する第２の主電極及び補助電極と、該第１の主電極、該第２の主電極及び該補助電極を、該第１の主電極の押圧力と該第２の主電極及び補助電極との押圧力の合計とが等しくなるように該ワークに押圧する押圧手段と、該第１の主電極と該第２の主電極とに通電し、該第２の主電極と該補助電極とに通電する通電手段とを備え、該第１の主電極と該第２の主電極及び該補助電極とを該ワークに押圧した状態で、該第１の主電極と該第２の主電極とに通電するとともに該第２の主電極と該補助電極とに通電することにより、該ワークをスポット溶接するスポット溶接装置において、スラグ又は金属粒子が飛散し始める前に、両通電を維持するとともに該第１の主電極の押圧力と該第２の主電極及び補助電極の押圧力の合計とを等しく維持した状態で、該補助電極の押圧力を初期の押圧力より弱めるとともに該第２の主電極の押圧力を初期の押圧力より強めるように制御する制御手段を備えることを特徴とするスポット溶接装置により、有利に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のスポット溶接方法の実施に用いられるスポット溶接装置を示す側面図。
【図２】図１のスポット溶接装置の要部拡大正面図。
【図３】本発明のスポット溶接方法の初期状態を示す説明的断面図。
【図４】本発明のスポット溶接方法によるワークの溶接状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。
【００２２】
本実施形態のスポット溶接装置は、図１に示す溶接ロボットＲであり、その動作端の手首部１にはスポット溶接ガンＧが搭載されている。溶接ロボットＲは、クランパーＣによって支持されたワークＷの各打点位置にスポット溶接ガンＧを移動し、複数の金属板を重ね合わせたワークＷのスポット溶接を行う。
【００２３】
スポット溶接ガンＧは、手首部１に取付けられたガン支持ブラケット２に上下動自在に支持されたガン本体３を備えている。ガン本体３には、下方に延びるＣ形ヨーク４が取付けられており、該Ｃ形ヨーク４の下部の先端に固定電極チップである下チップ５が取付けられている。
【００２４】
ガン本体３は、ガン支持ブラケット２に固定されたリニアガイド６により上下方向に摺動自在に支持されていて、ガン支持ブラケット２の上端に搭載された第１のサーボモータ７の回転により上下動される。
【００２５】
また、ガン本体３の上端には、上チップ８を支持するホルダ９を上下方向に変位させる第２のサーボモータ１０が設けられている。上チップ８の胴部には略平板状のブラケット１１が装着されている。ブラケット１１には、図２に示すように、下方に向かって延びる第１の補助電極１２及び第２の補助電極１３をそれぞれ上下方向に変位させるアクチュエータ１４，１５が設けられている。第２のサーボモータ１０及びアクチュエータ１４，１５は、電気的に接続されたガンコントローラ１６によりそれらの作動が制御される。
【００２６】
下チップ５、上チップ８、及び補助電極１２，１３は、その間にワークＷを挟持した状態で通電を行うものであり、電気的に接続されたガンコントローラ１６によりそれらの通電が制御される。本実施形態では、上チップ８が正極、下チップ５及び補助電極１２，１３が負極である場合について説明するが、上チップ８が負極、下チップ５及び補助電極１２，１３が正極であってもよい。
【００２７】
ワークＷは、図３に示すように、例えば厚さ０．８〜１．８ｍｍのハイテン鋼からなる２枚の厚板Ｐ１，Ｐ２の上に、例えば厚さ０．６〜０．７ｍｍの軟鋼からなる２枚の薄板Ｐ３，Ｐ４を重ね合わせたものであり、最表面には厚板Ｐ１と薄板Ｐ４とが配置されている。溶接ロボットＲによるワークＷのスポット溶接は、下チップ５をワークＷの最表面の厚板Ｐ１に対向させるとともに、上チップ８及び補助電極１２，１３をワークＷの最表面の薄板Ｐ４に対向させて行う。
【００２８】
次に、図３及び図４を参照して、溶接ロボットＲによるワークＷのスポット溶接方法について説明する。
【００２９】
まず、ガンコントローラ１６によりサーボモータ７，１０及びアクチュエータ１４，１５を作動させて、図３に示すように、下チップ５をワークＷの最表面の厚板Ｐ１に当接させるとともに、上チップ８及び補助電極１２，１３を最表面の薄板Ｐ４に当接させる。次に、下チップ５、上チップ８及び補助電極１２，１３をワークＷに押圧する。このとき、下チップ５の押圧力Ｆ１が、上チップ８の押圧力Ｆ２、第１の補助電極１２の押圧力Ｆ３及び第２の補助電極１３の押圧力Ｆ４の合計に等しくなる（Ｆ１＝Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４）ように、ガンコントローラ１６により第２のサーボモータ１０及びアクチュエータ１４，１５の作動を制御する。
【００３０】
次に、前記押圧を維持した状態で、下チップ５と上チップ８とに通電することによりワークＷを流れる主電流Ｉ１を生じさせ、上チップ８と補助電極１２，１３とに通電することによりワークＷの最表面の薄板Ｐ４側を流れる分岐電流Ｉ２を生じさせる。
【００３１】
ここで、厚板Ｐ１，Ｐ２は薄板Ｐ３，Ｐ４に比較して電気抵抗が大きいために、前記通電によって厚板Ｐ１，Ｐ２側にナゲットＮ１が形成される。
【００３２】
また、このとき、ワークＷに対する上チップ８の押圧力Ｆ２が下チップ５の押圧力Ｆ１よりも小さい（Ｆ２＜Ｆ１）ことから、該上チップ８により押圧される最表面の薄板Ｐ４と隣接する薄板Ｐ３との接触面において、主電流Ｉ１による発熱量を大きくすることができる。また、ワークＷの最表面の薄板Ｐ４側では分岐電流Ｉ２が流れているので、最表面の薄板Ｐ４側における発熱量をさらに大きくすることができる。
【００３３】
このようにして、ワークＷの最表面の薄板Ｐ４側においても、主電流Ｉ１による発熱と分岐電流Ｉ２による発熱とによりナゲットＮ２を形成することができる。
【００３４】
しかし、前記通電をこのまま継続すると、ナゲットＮ２の成長に伴って、薄板Ｐ４，Ｐ３と隣接する薄板Ｐ３及び厚板Ｐ２との間からスパッタが発生してしまう。
【００３５】
そこで、前記スパッタが発生する前に、ガンコントローラ１６により、両通電を維持するとともに下チップ５の押圧力Ｆ１と上チップ８及び補助電極１２，１３の押圧力Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の合計とを等しく維持した状態で、第１の補助電極１２及び第２の補助電極１３の押圧力Ｆ３，Ｆ４を通電初期よりも弱める。具体的には、予めスパッタが発生し始める通電時間を計測しておき、該通電時間を超える前に、図４に示すように、アクチュエータ１４，１５で補助電極１２，１３を僅かに上昇させて、ワークＷに対する補助電極１２，１３の押圧力Ｆ３，Ｆ４を通電初期よりも小さくする。これにより、下チップ５の押圧力Ｆ１と上チップ８及び補助電極１２，１３の押圧力Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の合計とが等しくなるように維持されているので、上チップ８の押圧力Ｆ２は通電初期より強められる。
【００３６】
この結果、ワークＷの最表面の薄板Ｐ４と隣接する薄板Ｐ３とを、初期に比べてより密着させることができる。したがって、薄板Ｐ４，Ｐ３と隣接する薄板Ｐ３及び厚板Ｐ２との間からスパッタが発生することを抑制して優れた溶接品質を得ることができる。
【００３７】
そして、両通電を継続することにより、厚板Ｐ１，Ｐ２側に形成されたナゲットＮ１と最表面の薄板Ｐ４側に形成されたナゲットＮ２とが結合して大きなナゲットＮ３に成長し、ワークＷを溶着して一体化することができる。
【００３８】
したがって、本実施形態のスポット溶接方法によれば、スパッタの発生を抑制して優れた溶接品質を得ることができるとともに、ナゲットＮ３がワークＷの最表面の厚板Ｐ１側及び最表面の薄板Ｐ４側のいずれにも偏ることなく、良好なスポット溶接を行うことができる。
【００３９】
本実施形態では、ハイテン鋼からなる２枚の厚板Ｐ１，Ｐ２の上に、軟鋼からなる２枚の薄板Ｐ３，Ｐ４を重ね合わせたワークＷをスポット溶接する方法について説明したが、本実施形態のスポット溶接方法は、２枚以上の金属板を重ね合わせるとともに少なくとも最表面の２枚の金属板が相互に厚さの異なる厚板と薄板とからなるワークであれば、金属板の枚数によらず適用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
５…第１の電極、  １０…押圧手段（第２のサーボモータ）、  ８…第２の電極、  １２，１３…補助電極、  １６…通電手段、制御手段（ガンコントローラ）、  Ｎ２…ナゲット、  Ｐ１…金属板、最表面の厚板、  Ｐ２…金属板、厚板、  Ｐ３…金属板、薄板、  Ｐ４…金属板、最表面の薄板、  Ｒ…スポット溶接装置、  Ｗ…ワーク。
【図１】
2014184461.tif 000003
【図２】
2014184461.tif 000004
【図３】
2014184461.tif 000005
【図４】
2014184461.tif 000006