(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせた２枚以上の厚板の少なくとも一方に薄板を重ね合わせた板組みを、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法において、
本溶接工程と、該本溶接工程に先立つテスト溶接工程とをそなえ、
前記本溶接工程および前記テスト溶接工程では、通電パターンを２段以上の多段通電ステップに分割し、
また、前記テスト溶接工程では、通電ステップ毎に、定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化および単位体積当たりの累積発熱量を目標値として記憶させ、
前記本溶接工程では、第１通電ステップにおいて、散りが発生しない電流値を選定して定電流制御により溶接を行い、その後の第２通電ステップ以降において、前記テスト溶接工程で目標値として記憶させた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線を基準として溶接を行い、いずれかの通電ステップにおいて、瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合に、その外れ量を当該通電ステップの残りの通電時間内で補償すべく、当該通電ステップでの累積発熱量が前記テスト溶接工程で予め求めた当該通電ステップでの累積発熱量と一致するように通電量を制御する適応制御溶接を行う、抵抗スポット溶接方法。
【請求項２】
前記第１通電ステップの電流値をＩ１、前記第１通電ステップにおいて外乱が無い状態で散り発生のおそれがある最小電流値をＩｓとしたとき、
０．６Ｉｓ≦Ｉ１≦０．９５Ｉｓ
の関係を満足する、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項３】
前記本溶接工程の加圧パターンを２段以上の多段加圧ステップに分割して、溶接を実施するものとし、その際、少なくとも第１加圧ステップおよび第２加圧ステップについては、これらのステップにおける加圧力をそれぞれＦ１、Ｆ２としたとき、
Ｆ１＜Ｆ２
の関係を満足する、請求項１または２に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項４】
前記テスト溶接工程の少なくとも第１通電ステップおよび第２通電ステップについては、これらのステップにおける電流値をそれぞれＩ１´、Ｉ２´としたとき、
Ｉ１´＞Ｉ２´
の関係を満足する、請求項１〜３のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法により、抵抗スポット溶接継手を作製する、抵抗スポット溶接継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は抵抗スポット溶接方法に関し、とくに２枚以上の厚板とその少なくとも一方に薄板を重ね合わせた板厚比の大きい３枚重ね以上の板組みにおいて、分流や板隙などの外乱によらず、散りを発生させることなく安定してナゲット径を確保することを可能ならしめようとするものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、重ね合わせた鋼板同士の接合には、重ね抵抗溶接法の一種である抵抗スポット溶接法が用いられている。
この溶接法は、重ね合わせた２枚以上の鋼板を挟んでその上下から一対の電極で加圧しつつ、上下電極間に高電流の溶接電流を短時間通電して接合する方法であり、高電流の溶接電流を流すことで発生する抵抗発熱を利用して、点状の溶接部が得られる。この点状の溶接部はナゲットと呼ばれ、重ね合わせた鋼板に電流を流した際に鋼板の接触箇所で両鋼板が溶融し、凝固した部分である。このナゲットにより、鋼板同士が点状に接合される。【０００３】
抵抗スポット溶接部の接合強度は、ナゲット径により左右されるため、自動車部品等の高い接合強度を必要とする場合にはとくに、所定の径以上のナゲット径を確保することが重要となってくる。
一般に、加圧力、通電時間を一定とした場合には、ナゲット径は、溶接電流の増加にしたがって徐々に増加する。しかし、ある値以上になると鋼板間に溶融金属が飛散する散りという現象が生じる。散りの発生は、危険である上に、溶接部周辺に散りが付着し外観を悪化させ、ナゲット径や継手引張強度にばらつきを生じさせる。その結果、継手部の品質が不安定になる。【０００４】
また、自動車の部品構造をみると、例えばセンターピラーでは、アウターとインナーとの間にリインフォースメントを挟み込んだ構造が採用されている。この構造では、単純な二枚重ねの鋼板をスポット溶接する場合と異なり、３枚以上の鋼板を重ね合わせてスポット溶接することが要求される。【０００５】
さらに、最近では、車体の衝突安全性の更なる向上要求にともない、リインフォースメントなどの高強度化、厚肉化が進んでいる。そのため、外側に板厚の薄いアウター（薄板）を配置し、内側に板厚の厚いインナー、リインフォースメント（厚板）を組み合わせた板組みをスポット溶接することが必要となる場合が多い。なお、ここでは、板組みされた鋼板のうち、板厚が相対的に小さい鋼板を薄板、板厚が相対的に大きい鋼板を厚板とそれぞれ記載することとする。以下も同様である。【０００６】
このような板厚比（板組みの全体厚み／板組みを構成する最も薄い鋼板の板厚）の大きな３枚重ね以上の板組みにおいて、従来のような、加圧力、溶接電流を一定の値としたままにするスポット溶接を行った場合には一番外側（電極チップと接触する側）の薄板と厚板の間に必要なサイズのナゲットが形成されにくいことが知られている。板厚比が３超、さらには５以上となるような板組みでは、この傾向が強い。【０００７】
これは、電極チップによる冷却によって一番外側の薄板と厚板の間では温度が上がりにくいことが原因である。
すなわち、通常、ナゲットは、電極間の中央付近から鋼板の固有抵抗により体積抵抗発熱にて形成される。しかし、ナゲットが薄板に成長するまでに、電極間中央部に近い部分に位置する厚板−厚板間で大きくナゲットが成長するので、電極による加圧では抑えきれずに散りが発生する。このため、このような板組みの場合には、散りの発生なく必要なサイズのナゲットを薄板−厚板間に得ることが困難となる。【０００８】
また、一番外側に配置される薄板がアウターの場合には、強度よりも成形性が重要となるため、使用される鋼板は軟鋼となることが多い。一方、厚板は強度補強部材であり高張力鋼板が使用される場合が多い。このような板組みでは、発熱する位置が、固有抵抗の高い高張力鋼板側に偏る。これにより、厚板−薄板（軟鋼）間にはさらにナゲットが形成されにくくなる。さらに、使用される鋼板がめっき鋼板となると、低温で溶融しためっき層が鋼板間の通電経路を拡大するため電流密度が減少し、薄板側でのナゲットの形成がさらに困難となる。
このように、上記のような板厚比の大きい３枚重ね以上の板組みでは、薄板と厚板の間に必要なサイズのナゲットが形成されにくい。よって、適正なナゲット径を得るための溶接条件の範囲が非常に狭くなる。【０００９】
加えて、溶接に際して外乱が存在する場合、例えば、溶接する点の近くにすでに溶接した点（既溶接点）がある場合や、被溶接材の表面凹凸が大きく溶接する点の近くに被溶接材の接触点が存在するなどの場合には、溶接時に既溶接点や接触点に電流が分流する。このような状態では、所定の条件で通電しても、電極直下の溶接したい位置における電流密度は低下するため、やはり必要な径のナゲットは得られなくなる。このため、この発熱量不足を補償し、必要な径のナゲットを得るには、予め高い溶接電流を設定することが必要となる。
また、表面凹凸や部材の形状などにより溶接する点の周囲が強く拘束されている場合には、鋼板間の板隙が大きくなることで鋼板同士の接触径が狭まり、やはり必要な径のナゲットが得られなかったり、散りが発生しやすくなることもある。
上述したように、板厚比の大きい３枚重ね以上の板組みでは適正なナゲット径を得るための溶接条件の範囲が非常に狭くなることから、これらの外乱の影響が顕著となる場合がある。【００１０】
このような板厚比の大きい３枚重ね以上の板組みに対する抵抗スポット溶接方法として、例えば、特許文献１では、次のような技術が提案されている。すなわち、重ね合わされた２枚の厚板にさらに薄板が重ね合わされた板厚比の大きな板組みにおいて、薄板の溶接すべき位置に部分的に一般部より一段高い座面を形成させるとともに、薄板に対抗する電極は、先端を球面に形成する。そして、溶接初期は低加圧力で、薄板の座面を押しつぶすようにして、薄板とこれと隣り合う厚板とを溶接し、その後、高加圧力で２枚の厚板同士を溶接する。これにより、薄板−厚板間に必要なナゲットを形成する技術である。【００１１】
また、特許文献２では、次のような技術が提案されている。すなわち、剛性の高い２枚の厚板の上に剛性の低い薄板を重ね合わせたワークを、一対の電極チップにより挟んでスポット溶接する方法において、剛性が最も小さい薄板に当接する電極チップのワークに対する加圧力を、厚板と当接する電極チップワークに対する加圧力よりも小さくする。これにより、薄板−厚板間にナゲットを形成し、ワークの溶接強度を高める技術である。【００１２】
さらに、特許文献３では、次のような技術が提案されている。すなわち、板厚比の大きな被溶接体をスポット溶接する方法において、被溶接体に第１の加圧力を負荷して溶接電流を流した後、一旦通電を停止し、被溶接体を挟んだまま、上記第１の加圧力よりも大きな第２の加圧力を負荷して再び溶接電流を流す。そして、望ましくは、上記第１の工程における溶接電流の電流値を、第１段階〜第３段階の３段階に変化させるとともに、第２段階の電流値を第１段階および第３段階の電流値よりも小さくする。これにより、板厚比の大きい被溶接体の接合強度を向上させるという技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−０７１５６９号公報
【特許文献２】特開２００３−２５１４６９号公報
【特許文献３】特開２００４−３５８５００号公報
【特許文献４】特開平１１−３３７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、特許文献１に記載の抵抗スポット溶接方法では、ナゲットは形成されるものの、薄板の溶接する部分に予め一般部より一段高い座面をプレスなどで形成する工程が必要となるという問題がある。【００１５】
また、特許文献２に記載の抵抗スポット溶接方法では、剛性が最も小さい薄板に当接する電極チップのワークに対する加圧力を、厚板と当接する電極チップのワークに対する加圧力よりも小さくすることによって、薄板−厚板間にもナゲットを形成させている。しかし、薄板と当接する電極チップのワークに対する加圧力が小さいため、薄板と電極チップとの接触面積が小さくなる。その結果、電極により加圧される範囲が狭くなって、厚板−厚板間に大きなナゲットを形成しようとすると散りが発生しやすくなる。加えて、ワークを電極で挟んだ後、電極が取り付けられている溶接ガン本体を強制的に動かすことにより加圧力に違いを生じさせているため、ワークに大きな歪が生じる可能性もある。【００１６】
さらに、特許文献３に記載の抵抗スポット溶接方法では、初期に加圧力が低い状態で通電する必要がある。この際、鋼板間に板隙が存在すると、鋼板間の接触面積が著しく狭くなり、実施工上困難な場合が多い。【００１７】
加えて、特許文献１〜３に共通する課題として、板厚比が大きい板組みでは適正なナゲット径が得られる溶接条件の範囲が非常に狭くなる。このため、例えば、板隙や既溶接点といった外乱が存在する場合には、板隙の大きさや周囲の既溶接点との距離などに応じて適切な溶接条件を導き出し、全ての溶接点毎に適切な溶接条件を設定する必要がある。これらを試験等によって導き出すには、多くの時間とコストが必要になる。【００１８】
本発明は、上記の事情に鑑み開発されたものであって、重ね合わせた２枚以上の厚板に薄板を重ね合わせた板厚比の大きい板組みにおいて、板隙や分流などの外乱の程度によらず、散りの発生なしに適切な径のナゲットを得ることができる抵抗スポット溶接方法を提案することを目的とする。
また、本発明は、上記の抵抗スポット溶接方法により、抵抗スポット溶接継手を作製する、抵抗スポット溶接継手の製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた。
上述したように、重ね合わせた２枚以上の厚板に薄板を重ね合わせた板厚比の大きい板組みに対する抵抗スポット溶接において、散りが発生したり、適正なナゲット径の確保が困難となる原因は、とくに薄板−厚板間に適正なナゲット径が得られる条件範囲が非常に狭いこと、および、板隙や分流などの外乱によってその条件範囲が変動しやすいことにある。そのような観点から検討を行った結果、発明者らは以下の知見を得た。【００２０】
（１）適正なナゲット径を得る条件範囲が外乱によって変動する場合、被溶接物の板厚と通電時間からその被溶接物を良好に溶接することができる単位体積・単位時間当たりの発熱量をテスト溶接により計算し、続く本溶接において、計算された単位体積・単位時間当たりの発熱量を発生させる溶接電流または電圧に調整する適応制御溶接を行うことが有効である。【００２１】
（２）しかし、かような適応制御溶接を行ったとしても、特に、上記したような板組みを溶接する際の通電初期においては、板隙や分流などの外乱によって鋼板間の接触状態が変動し易い。このため、電極間電圧等から算出した発熱量が実際の発熱量と対応せず、実際の発熱量が過剰になって、散りが発生する場合があった。【００２２】
（３）そこで、発明者らは、このような散りの発生を防止すべく、さらに検討を重ねた。
その結果、本溶接の通電パターンを２段以上の多段通電ステップに分割し、通電初期の第１通電ステップでは、散りが発生しない電流値を選定して定電流制御による溶接を行う。一方、第２通電ステップ以降では、テスト溶接で求めた単位体積・単位時間当たりの発熱量を発生させる溶接電流または電圧に調整する適応制御溶接を行う。これによって、重ね合わせた２枚以上の厚板に薄板を重ね合わせた板厚比の大きい板組みにおいても、板隙や分流などの外乱の程度によらず、散りの発生なしに適切な径のナゲットが得られる。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。【００２３】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．重ね合わせた２枚以上の厚板の少なくとも一方に薄板を重ね合わせた板組みを、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法において、
本溶接工程と、該本溶接工程に先立つテスト溶接工程とをそなえ、
前記本溶接工程および前記テスト溶接工程では、通電パターンを２段以上の多段通電ステップに分割し、
また、前記テスト溶接工程では、通電ステップ毎に、定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化および単位体積当たりの累積発熱量を目標値として記憶させ、
前記本溶接工程では、第１通電ステップにおいて、散りが発生しない電流値を選定して定電流制御により溶接を行い、その後の第２通電ステップ以降において、前記テスト溶接工程で目標値として記憶させた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線を基準として溶接を行い、いずれかの通電ステップにおいて、瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合に、その外れ量を当該通電ステップの残りの通電時間内で補償すべく、当該通電ステップでの累積発熱量が前記テスト溶接工程で予め求めた当該通電ステップでの累積発熱量と一致するように通電量を制御する適応制御溶接を行う、抵抗スポット溶接方法。【００２４】
２．前記第１通電ステップの電流値をＩ１、前記第１通電ステップにおいて外乱が無い状態で散り発生のおそれがある最小電流値をＩｓとしたとき、
０．６Ｉｓ≦Ｉ１≦０．９５Ｉｓ
の関係を満足する、前記１に記載の抵抗スポット溶接方法。【００２５】
３．前記本溶接工程の加圧パターンを２段以上の多段加圧ステップに分割して、溶接を実施するものとし、その際、少なくとも第１加圧ステップおよび第２加圧ステップについては、これらのステップにおける加圧力をそれぞれＦ１、Ｆ２としたとき、
Ｆ１＜Ｆ２
の関係を満足する、前記１または２に記載の抵抗スポット溶接方法。【００２６】
４．前記テスト溶接工程の少なくとも第１通電ステップおよび第２通電ステップについては、これらのステップにおける電流値をそれぞれＩ１´、Ｉ２´としたとき、
Ｉ１´＞Ｉ２´
の関係を満足する、前記１〜３のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法。【００２７】
５．前記１〜４のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法により、抵抗スポット溶接継手を作製する、抵抗スポット溶接継手の製造方法。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、板厚比の大きい３枚重ね以上の板組みにおいて、分流や板隙などの外乱の有無に関わらず、散りの発生なしに良好なナゲットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】通電ステップを２段に分割した場合における通電時間と、電極間電圧等から算出した累積発熱量の関係の一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の抵抗スポット溶接方法における、第１通電ステップでのナゲットの形成状況の一例を模式的に示す図である。
【図３】本発明の抵抗スポット溶接方法における、第２通電ステップでのナゲットの形成状況の一例を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施例において、板隙のある板組みに対して溶接を行う場合を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明は、重ね合わせた２枚以上の厚板の少なくとも一方に薄板を重ね合わせた板組みを、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法である。特に、散りの発生なく必要なサイズのナゲットを薄板−厚板間に得ることが困難であった板厚比（板組みの全体厚み／板組みを構成する最も薄い鋼板（金属板）の板厚）が３超、さらには５以上とした板組みを対象とするものである。なお、板厚比の上限は特に限定されるものではないが、通常１２である。
【００３１】
なお、本発明の抵抗スポット溶接方法で使用可能な溶接装置としては、上下一対の電極を備え、溶接中に加圧力および溶接電流をそれぞれ任意に制御可能であればよく、加圧機構（エアシリンダやサーボモータ等）、形式（定置式、ロボットガン等）、電極形状等はとくに限定されない。
また、薄板とは、板組みに用いられる鋼板のうち、板厚が相対的に小さい鋼板を意味し、厚板とは、板厚が相対的に大きい鋼板を意味する。なお、通常、薄板の板厚は、最も板厚の大きい鋼板（厚板）の３／４以下程度の板厚となる。
【００３２】
また、本発明の抵抗スポット溶接方法では、本溶接工程の通電パターンを２段以上の多段通電ステップに分割して、溶接を実施する。
さらに、本溶接工程に先立ち、本溶接工程と同様に多段通電ステップに分割して、テスト溶接を行う。テスト溶接工程では、通電ステップ毎に、定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化および単位体積当たりの累積発熱量を目標値として記憶させる。
【００３３】
また、このテスト溶接工程では、被溶接材と同じ鋼種、板厚の溶接試験を、既溶接点への分流や板隙のない状態で、定電流制御にて種々の条件で行い、テスト溶接における最適条件を見つける。
そして、各通電ステップについて、上記の条件で溶接を行ったときの溶接中における、電極間の電気特性から算出される単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化および単位体積当たりの累積発熱量を目標値として記憶させる。ここで、電極間の電気特性とは、電極間抵抗あるいは電極間電圧を意味する。
なお、通電パターンのステップ分けを行うタイミングとしては、例えば、２段階でナゲットを形成する場合には、少なくとも薄板―厚板間が十分に加圧・加熱され、散りが発生しない程度に、板同士の接触径が確保された時点とすればよい。
【００３４】
上記のテスト溶接工程の後、本溶接を行う。図１に、通電ステップを２段に分割した場合における通電時間と、電極間電圧等から算出した累積発熱量の関係の一例を示す。図中、実線は本溶接において電極間電圧等から算出した累積発熱量、破線はテスト溶接により目標値として記憶させた累積発熱量を表すものである。
まず、本溶接工程の第１通電ステップでは、散りが発生しない電流値を選定して定電流制御により溶接を行う。なお、電流値以外の通電時間や加圧力などの条件については、テスト溶接工程で求めた条件を使用すればよい。
また、続く第２通電ステップ以降では、前記テスト溶接工程で目標値として記憶させた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線を基準として溶接を行う。そして、いずれかの通電ステップにおいて、瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合に、その外れ量を当該通電ステップの残りの通電時間内で補償すべく、本溶接工程の当該通電ステップでの累積発熱量がテスト溶接で予め求めた当該通電ステップでの累積発熱量と一致するように通電量を制御する適応制御溶接を行う。
【００３５】
ここで、本溶接工程の第１通電ステップにおいては、散りの発生を確実に防止することができる電流値を選定して定電流制御を行うことが重要である。というのは、本溶接工程の第１通電ステップを適応制御溶接とすると、特に通電初期においては板隙や分流などの外乱によって板間の接触状態が大きく変動し、電極間電圧等から算出した発熱量が実際の発熱量と対応せず、実際の発熱量が過剰になって、散りが発生するおそれがあるためである。
このため、本溶接工程の第１通電ステップでは、散りが発生しない電流値を選定して定電流制御で溶接を行うものとする。これにより、鋼板間の接触状態が確保され、また電極間電圧等のパラメータからの発熱量の推定が容易となって、その後の第２通電ステップ以降において、上記した適用制御溶接を行うことで、適正なナゲット径を確保することが可能となる。
【００３６】
また、発明者らは、本溶接工程の第１通電ステップで散りの発生を確実に防止することができる一方、薄板−厚板間に所望の発熱量を得ることができる電流値を選択するため、板隙や既溶接点などといった外乱がある種々の条件で、種々の板厚の鋼板を溶接する実験を行った。
その結果、本溶接工程の第１通電ステップにおける電流値Ｉ１を、第１通電ステップにおいて外乱が無い状態で散り発生のおそれがある最小電流値Ｉｓの０．９５倍以下とすることで、外乱などの条件によらず、第１通電ステップにおける散りの発生を防止できることを見出した。ただし、Ｉ１がＩｓの０．６倍未満になると、発熱量が不十分となって、所望のナゲット径を得ることが困難となる。
このため、このＩｓとＩ１について、
０．６×Ｉｓ≦Ｉ１≦０．９５×Ｉｓ
の関係を満足させることが好ましい。
より好ましくは、Ｉ１はＩｓの０．６５倍以上、０．９倍以下である。さらに好ましくは、Ｉ１はＩｓの０．７倍以上、０．９倍以下である。
【００３７】
なお、第１通電ステップにおいて外乱が無い状態での散り発生のおそれがある最小電流値Ｉｓは、例えば、以下のようにして求めることができる。
まず、通電時間や加圧力といった条件を、本溶接の第１通電ステップに対して設定される条件としてテスト溶接により求める。次に、この条件下で、定電流制御により、外乱が無い状態の板組みを種々溶接し、この際、設定する溶接電流値を徐々に上げていき、最初に散りの発生を確認した溶接電流値として、求めることができる。
なお、設定する溶接電流値を上げていく際の刻み幅は、特に限定されるものではないが、０．５Ａ程度とすることが好適である。
【００３８】
そして、上記の第１通電ステップ後、第２通電ステップ以降の溶接では、テスト溶接工程で得られたステップ毎の単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線を基準として溶接を行い、瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線に沿っている場合には、そのまま溶接を行って溶接を終了する。ただし、いずれかの通電ステップにおいて、瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合には、その際の外れ量に応じて通電量を制御する適応制御溶接を行って、本溶接工程における当該通電ステップでの累積発熱量がテスト溶接工程で予め求めた当該通電ステップでの累積発熱量と一致するように、当該通電ステップの残りの通電時間内で補償する。
【００３９】
なお、単位体積当たりの累積発熱量の算出方法については特に制限はないが、特許文献４にその一例が開示されており、本発明でもこの方法を採用することができる。この方法による単位体積当たりの累積発熱量Ｑの算出要領は次のとおりである。
被溶接材の合計厚みをｔ、被溶接材の電気抵抗率をｒ、電極間電圧をＶ、溶接電流をＩとし、電極と被溶接材が接触する面積をＳとする。この場合、溶接電流は横断面積がＳで、厚みｔの柱状部分を通過して抵抗発熱を発生させる。この柱状部分における単位体積・単位時間当たりの発熱量ｑは次式（１）で求められる。
ｑ＝（Ｖ・Ｉ）／（Ｓ・ｔ）      --- （１）
また、この柱状部分の電気抵抗Ｒは、次式（２）で求められる。
Ｒ＝（ｒ・ｔ）／Ｓ              --- （２）
（２）式をＳについて解いてこれを（１）式に代入すると、発熱量ｑは次式（３）
ｑ＝（Ｖ・Ｉ・Ｒ）／（ｒ・ｔ２）
＝（Ｖ２）／（ｒ・ｔ２）      --- （３）
となる。
【００４０】
上掲式（３）から明らかなように、単位体積・単位時間当たりの発熱量ｑは、電極間電圧Ｖと被溶接物の合計厚みｔと被溶接物の電気抵抗率ｒから算出でき、電極と被溶接物が接触する面積Ｓによる影響を受けない。なお、（３）式は電極間電圧Ｖから発熱量を計算しているが、電極間電流Ｉから発熱量ｑを計算することもでき、このときにも電極と被溶接物が接触する面積Ｓを用いる必要がない。そして、単位体積・単位時間当たりの発熱量ｑを通電期間にわたって累積すれば、溶接に加えられる単位体積当たりの累積発熱量Ｑが得られる。（３）式から明らかなように、この単位体積当たりの累積発熱量Ｑもまた電極と被溶接材が接触する面積Ｓを用いないで算出することができる。
以上、特許文献４に記載の方法によって、累積発熱量Ｑを算出する場合について説明したが、その他の算出式を用いても良いのは言うまでもない。
【００４１】
また、本溶接工程では、通常、所望の溶接位置で板組みを上下一対の電極で挟み、加圧を開始し、加圧力がかかり始めてから、通電を開始する。
そして、通電初期となる第１通電ステップでは、図２に示すように、薄板１１−厚板１２間の接触を安定化するとともに、所望の接触抵抗発熱を確保するために、低加圧力で高溶接電流を短時間加える。これにより、薄板１１−厚板１２間は通電経路が狭く電流密度が高くなり、めっきの溶融等による通電経路の拡大の影響も少なく、発生する接触抵抗発熱を有効に薄板１１−厚板１２間のナゲットＮ１形成に作用させることが可能となる。一方、第２通電ステップでは、図３に示すように、高加圧力で低溶接電流を長時間加え、これにより、薄板１１−厚板１２間および厚板１２−厚板１３間に所望の径のナゲットＮ１、Ｎ２を形成する。
【００４２】
なお、上記した図２の例では、第１通電ステップにおいて薄板１１−厚板１２間にナゲットＮ１が形成されているが、鋼板間の板隙が大きい場合などは、必ずしもナゲットが形成される必要はない。板隙や分流にかかわらず、薄板１１−厚板１２間にナゲットを形成するためには、過度に高電流となる条件を選定せねばならず、散り発生リスクが高まる。この点、上記に示した溶接条件により溶接を行えば、第１通電ステップでナゲットが形成されなかったとしても、薄板１１−厚板１２間の温度は、通常の抵抗スポット溶接よりも高くなる。その結果、第２通電ステップ以降の適応制御溶接において、厚板１２−厚板１３間とともに、薄板１１−厚板１２間を溶融させることが可能となる。よって、本発明の抵抗スポット溶接方法では、第１通電ステップで薄板−厚板間にナゲットＮ１を、第２ステップ以降で厚板−厚板間にＮ２を形成してもよいし、第２ステップ以降で薄板−厚板間および厚板−厚板間にナゲットＮ１，Ｎ２を同時形成させてもよい。
【００４３】
また、本溶接工程では、加圧パターンを２段以上の多段ステップに分割することもでき、この場合、第１加圧ステップの加圧力をＦ１、第２加圧ステップの加圧力をＦ２としたとき、
Ｆ１＜Ｆ２
の関係を満足させることが好ましい。
というのは、Ｆ１をＦ２より低く設定することで、第１ステップにおける通電路が狭くなり、電流密度が高くなるため、薄板１１−厚板１２間の接触抵抗による発熱を促すことができるからである。
【００４４】
さらに、第１加圧ステップの加圧力Ｆ１（kN）は、板組みを構成する鋼板のうち、最も薄い鋼板の板厚をｔｍ（mm）（図２では薄板１１の板厚となる）との関係で、
０．８ｔｍ≦Ｆ１≦７ｔｍ
を満足させることが好ましい。
第１加圧ステップにおける加圧力Ｆ１が７ｔｍ（kN）超では、加圧力が高くなりすぎて、薄板１１−厚板１２間の接触抵抗による発熱が小さくなる。一方、第１加圧ステップにおける加圧力Ｆ１が０．８ｔｍ未満になると、電極チップと薄板１１との間での接触抵抗が大きくなり、スパークが発生しやすくなるとともに、薄板１１−厚板１２からも散りが発生しやすくなる。より好ましくは、Ｆ１はｔｍの０．９倍以上、６．５倍以下である。
【００４５】
なお、加圧力と電流値のステップを分割するタイミングは必ずしも一致させる必要は無い。特に、加圧力を変化させるタイミングでは、サーボモーターの応答性の問題により、加圧が不安定化することがあるため、散りが発生する懸念もある。このため、本溶接工程では、各通電ステップの間に冷却時間を設けて、その際に加圧力を変化させることが好ましい。ここに、冷却時間は、１cycle以上１０cycles未満とすることが好ましい。冷却時間が１cycle未満では、上記した散り抑制効果が得られず、一方１０cycles以上では、発熱効率の低下をもたらす。より好ましくは、２cycles以上、９cycles以下である。なお、１cycleは２０msである。
【００４６】
また、テスト溶接における第１通電ステップの電流値をＩ１´、第２通電ステップの電流値をＩ２´としたとき、接触抵抗による発熱を第１通電ステップにて有効に活用するため、
Ｉ１´＞Ｉ２´
の関係を満足させることが好ましい。
【００４７】
さらに、本溶接工程の第１通電ステップの通電時間ＴＩ１、第２通電ステップの通電時間ＴＩ２としたとき、
ＴＩ１＜ＴＩ２
の関係を満足させることが好ましい。
第１通電ステップを比較的高電流の定電流制御とすることにより、薄板１１−厚板１２間の電流密度を高め、接触抵抗による発熱をより有効に活用することができる反面、かような定電流制御で長時間の通電を行うと散りが発生しやすくなる。このため、散り抑制の観点からは、ＴＩ１＜ＴＩ２とすることが効果的である。
また、第１通電ステップの通電時間ＴＩ１は、薄板−厚板間に十分な発熱量を得る観点から、２cycles以上とする一方、散り発生を防ぐという観点から１０cycles以下とすることが好ましい。より好ましくは、３cycles以上、９cycles以下である。
さらに、第２通電ステップの通電時間ＴＩ２は、一定以上のナゲット径を確保するとの観点から、５cycles以上、３０cycles以下程度とすることが好ましい。より好ましくは、７cycles以上、２８cycles以下である。
【００４８】
なお、電流値・加圧力とも、第３ステップ以降のパターンは特に制限されない。というのは、第３ステップ以降の通電・加圧パターンとしては、継手の後熱処理や残留応力制御、散りを抑制しながらのナゲット拡大を目的とした通電・加圧を行うことが考えられるが、これには様々なパターンが想定され、それ以前のステップの電流値・加圧力との相関は特に生じないからである。また、第２ステップ以降の各ステップ間の通電に冷却時間の有無は問わない。
【００４９】
また、本発明における被溶接材料は特に制限はなく、軟鋼から超高張力鋼板までの各種強度を有する鋼板およびめっき鋼板、アルミ合金などの軽金属板の溶接にも適用でき、４枚以上の鋼板を重ねた板組みにも適用できる。
【実施例】
【００５０】
表１および図２〜４に示すような３枚重ねの鋼板の板組みについて、表２に示す条件で抵抗スポット溶接を行い、継手を作製した。
ここで、表２の制御モードが「定電流」の場合は、表に示した溶接条件で定電流制御によって溶接した際の結果を示している。一方、制御モードが「適応制御」の場合は、表に示した溶接条件で板隙などの外乱が無い状態で定電流制御によりテスト溶接を行い、単位体積当たりの瞬間発熱量の時間変化を記憶させた後、テスト溶接で得られた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線を基準として電流値を追従させる適応制御溶接を行った際の結果を示している。なお、通電時間や加圧力などといった条件は、テスト溶接と本溶接で同じである。
また、第１通電ステップにおいて外乱が無い状態で散り発生のおそれがある最小電流値Ｉｓを次のようにして求めた。すなわち、通電時間や加圧力といった条件を本溶接工程の第１通電ステップに対して設定される条件としてテスト溶接により求めた。次にこの条件下で、定電流制御により外乱が無い状態の板組みを種々溶接し、この際、設定する溶接電流値を４．０ｋＡから０．５Ａ刻みで徐々に上げていき、最初に散りの発生を確認した溶接電流値を、第１通電ステップにおいて外乱が無い状態で散り発生のおそれがある最小電流値Ｉｓとした。
さらに、一部の継手を作成するに当たっては、図４に示すように、厚板１２−厚板１３間にスペーサ１５（スペーサ間距離60mm）を挿入し、上下からクランプすることで（図示せず）、種々の板隙厚さとなる板隙を設けた。
なお、溶接機にはインバータ直流抵抗スポット溶接機を用い、電極にはＤＲ形先端径6mmのクロム銅電極を用いた。【００５１】
得られた各継手について、溶接部を切断し断面をエッチング後、光学顕微鏡により観察し、薄板−厚板間のナゲット径ｄ１および厚板−厚板間のナゲット径ｄ２（mm）をそれぞれ計測し、ナゲット径ｄ１、ｄ２がいずれも4√ｔ´以上（ｔ´：隣り合う２枚の鋼板のうち薄い方の鋼板の板厚（mm））であり、かつ散りが発生しなかった場合を○と評価した。また、ナゲット径ｄ１、ｄ２が4√ｔ´未満あるいは散りが発生した場合を×と評価した。【００５２】
【表１】
0005999293.tif 000002
【００５３】
【表２】
0005999293.tif 000003
【００５４】
発明例ではいずれも散りの発生はなく、4√ｔ´以上の径を有するナゲットが薄板−厚板間および厚板−厚板間で得られた。
一方、比較例ではいずれも、散りが発生するか、あるいは十分なナゲットが形成されなかった。
【符号の説明】
【００５５】
１１：鋼板（薄板）
１２，１３：鋼板（厚板）
１４：電極
１５：スペーサ
【要約】
所定の板組みを、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法において、本溶接工程と、本溶接工程に先立つテスト溶接工程とをそなえ、本溶接工程およびテスト溶接工程の通電パターンを２段以上の多段通電ステップに分割し、本溶接工程の第１通電ステップでは、散りが発生しない電流値を選定して定電流制御により溶接を行い、その後の第２通電ステップ以降では、適応制御溶接を行う。【図１】
0005999293.tif 000004
【図２】
0005999293.tif 000005
【図３】
0005999293.tif 000006
【図４】
0005999293.tif 000007