(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３枚以上の板材を重ね合わせて形成され、且つ厚みが最小である最薄板材が最外に配置されたワークを抵抗溶接する抵抗溶接装置であって、
前記最薄板材側から前記ワークに当接する第１溶接用電極と、
前記第１溶接用電極とは反対側から前記ワークに当接し、且つ前記第１溶接用電極とは逆の極性を有する第２溶接用電極と、
前記第２溶接用電極と同じ側から前記ワークに当接し、且つ前記第１溶接用電極とは逆の極性を有する補助電極と、
前記第１溶接用電極、前記第２溶接用電極及び前記補助電極により前記ワークを挟持加圧した状態で、前記第１溶接用電極と前記第２溶接用電極との間に主電流を流すとともに、前記第１溶接用電極と前記補助電極との間に分岐電流を流す通電手段と、を備え、
前記通電手段は、前記板材の板厚及び引張強度に応じて、前記主電流の電流量及び前記分岐電流の電流量を制御することを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項２】
３枚以上の板材を重ね合わせて形成され、且つ厚みが最小である最薄板材が最外に配置されたワークを抵抗溶接する抵抗溶接方法であって、
前記最薄板材側から第１溶接用電極を、前記第１溶接用電極とは反対側から前記第１溶接用電極とは逆の極性である第２溶接用電極を、前記第２溶接用電極と同じ側から前記第１溶接用電極とは逆の極性である補助電極を、それぞれ前記ワークに当接させ、前記第１溶接用電極、前記第２溶接用電極及び前記補助電極で前記ワークを挟持加圧する工程と、
前記第１溶接用電極と前記第２溶接用電極との間に主電流を流すとともに、前記第１溶接用電極と前記補助電極との間に分岐電流を流す通電工程と、を有し、
前記通電工程では、前記板材の板厚及び引張強度に応じて、前記主電流の電流量及び前記分岐電流の電流量を制御することを特徴とする抵抗溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接装置及び抵抗溶接方法に関する。詳しくは、３枚以上の板材を重ね合わせ、且つその際に厚みが最小である最薄板材を最外に配置して形成したワークに対して抵抗溶接を行う抵抗溶接装置及び抵抗溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の板材を重ね合わせたワークの接合に抵抗溶接が利用されている。抵抗溶接では、重ね合わせたワークを一対の電極チップで挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で電極チップ間に電流を流す。すると、通電により発生するジュール熱でワーク材が溶融し、電極チップ間の板材の界面に板材の溶融物であるナゲットが生成する。その後、加圧状態を維持しつつ通電を停止することにより、ナゲットが冷却固化して板材が溶接される。
【０００３】
ところで、３枚以上の板材を重ね合わせて抵抗溶接を行う際、重ね合わせる板材の厚みが異なる場合がある。むしろ、重ね合わせる板材の厚みが異なることの方が一般的である。例えば、自動車に用いる金属板の分野等では厚くて硬い金属板を複数枚積層した上に、更に、薄くて柔らかい金属板を外側に重ね合わせたワークが用いられる。このようなワークに対して、抵抗溶接を施そうとした場合、ワークの外側に位置する最も厚みの薄い板材（以下、最薄板材と言うことがある）と、それに隣接する板材との間のナゲットが十分に成長せず、最薄板材とそれに隣接する板材を満足に接合することができないことがある。
【０００４】
このような問題点を解決するため、薄板、第１厚板、第２厚板を重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接するにあたり、第２厚板に当接する下側溶接電極と薄板に当接する上側溶接電極で被溶接部材を挟持加圧し、この加圧状態で上側溶接電極と薄板に接するアース機能電極との間で通電して薄板と第１厚板をスポット溶接し、続いて上側溶接電極と下側溶接電極との間で通電して第１厚板と第２厚板をスポット溶接する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１９４４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、抵抗溶接を施そうとするワークの同じ面に異なる極性の電極が存在するため、電極間で短絡が発生する可能性があった。また、導線のレイアウトが難しく、ツールの物理的構成が複雑化してしまうという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、３枚以上の板材を重ね合わせて形成され、且つ最薄板材が最外に配置されたワークに対して抵抗溶接を行っても十分に板材間を接合することができる上に、短絡が発生する可能性がなく、ツールの物理的構成を単純化できる抵抗溶接装置及び抵抗溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は、３枚以上の板材（例えば、後述の板材Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）を重ね合わせて形成され、且つ厚みが最小である最薄板材（例えば、後述の板材Ｗ１）が最外に配置されたワーク（例えば、後述のワークＷ）を抵抗溶接する抵抗溶接装置を提供する。本発明に係る抵抗溶接装置（例えば、後述のスポット溶接装置１）は、前記最薄板材側から前記ワークに当接する第１溶接用電極（例えば、後述の第１電極チップ１２１）と、前記第１溶接用電極とは反対側から前記ワークに当接し、且つ前記第１溶接用電極とは逆の極性を有する第２溶接用電極（例えば、後述の第２電極チップ１３１）と、前記第２溶接用電極と同じ側から前記ワークに当接し、且つ前記第１溶接用電極とは逆の極性を有する補助電極（例えば、後述の補助電極チップ１３２，１３２）と、前記第１溶接用電極、前記第２溶接用電極及び前記補助電極により前記ワークを挟持加圧した状態で、前記第１溶接用電極と前記第２溶接用電極との間に主電流（例えば、後述の電流経路Ｄ１）を流すとともに、前記第１溶接用電極と前記補助電極との間に分岐電流（例えば、後述の電流経路Ｄ２，Ｄ２）を流す通電手段（例えば、後述の制御装置１００，電源２１，可変抵抗２２，可変抵抗２３）と、を備え、前記通電手段は、前記板材の板厚及び引張強度に応じて、前記主電流の電流量及び前記分岐電流の電流量を制御することを特徴とする。
【０００９】
従来、抵抗溶接を施そうとするワークの同じ面に異なる極性の電極が存在していた。つまり、従来は、最薄板材を最外に配置した３枚以上の板材を重ね合わせたワークの最薄板材側に第１溶接用電極を配置し、ワークを挟んで第１溶接用電極の逆側に第１溶接用電極とは逆の極性の第２溶接用電極を配置し、更に、ワークの第１溶接用電極側の配置されている側に第１溶接用電極と逆の極性の補助電極を配置していた。このような構成によって、薄板側で電流を分流させ、薄板側におけるナゲットの生成を促進していた。このとき、薄板側では、第１溶接用電極と補助電極による加圧で薄板と厚板との接触面積が大きく、抵抗値が低いためジュール熱の発生効率が低い状態にあるものの、分流により厚板側よりも電流量が大きくて電流密度が高いため、ナゲットの生成を促進できる。一方、厚板側では、第２溶接用電極による加圧のみであるため、板材同士の接触面積が小さく、抵抗値が高いためジュール熱の発生効率が高い状態にあるものの、分岐電流が流れている薄板側よりも電流量が小さくて電流密度が低い。このため、ナゲットの生成起点をより薄板側とすることができ、薄板側でナゲットの生成を促進できる。
【００１０】
これに対して本発明では、抵抗溶接を施そうとするワークの同じ面には、異なる極性の電極が存在しないようにする。具体的には、最薄板材を最外に配置した３枚以上の板材を重ね合わせたワークの最薄板材側に第１溶接用電極を配置し、ワークを挟んで第１溶接用電極の逆側に第１溶接用電極とは逆の極性の第２溶接用電極を配置し、更に、ワークの第２溶接用電極の配置されている側に第１溶接用電極とは逆の極性の補助電極を配置する。即ち本発明では、補助電極の配置される面が従来とは逆側になっている。
これにより、第１溶接用電極からワークに流れ込んだ電流が、第２溶接用電極及び補助電極に流れる電流に分流することから、第１溶接用電極と第２溶接用電極間のワークの厚み方向でも、第１溶接用電極側、つまり、最薄板材側において電流密度が高くなる。それに加えて、最薄板材側には第１溶接用電極しか配置されず、最薄板材側から補助電極によってワークが加圧されないので、最薄板材とそれに隣接する板材の接触面積が小さくなり、抵抗値が大きくなる。このように、本来、ナゲットが成長し難い最薄板材とそれに隣接する板材の界面の抵抗値、電流密度を共に上昇させることで、ジュール熱の発生効率を高くし、十分に板材同士を接合させることができる。このとき、補助電極に分岐電流を流すことで、ワークの厚板側は、電流密度が小さくなるので発生するジュール熱が抑えられている上に、板材同士の接触面積が大きく、抵抗値が低い状態になっている。このため、ナゲットの生成起点をより薄板側とすることができ、薄板側でナゲットの生成を促進できる。
【００１１】
更に、本発明の電極の配置では、抵抗溶接を施そうとするワークの同じ面には、異なる極性の電極が存在しない。そのため、電極間で短絡が発生する可能性がない。また、ツールの物理的構成を単純化できる。
【００１２】
また、前記通電手段は、前記板材の板厚及び引張強度に応じて、前記主電流の電流量及び前記分岐電流の電流量を制御する。
【００１３】
この発明では、第１溶接用電極と第２溶接用電極との間に流れる本電流の電流量と、第１溶接用電極と補助電極の間に流れる分岐電流の電流量を制御できるようにする。
ここで、３枚以上の板材を重ね合わせたワーク、例えば薄板−厚板−厚板と重ね合わせたワーク中の厚板の板厚や引張強度が変更されると、ワークに抵抗溶接を施した際の薄板−厚板間と厚板−厚板間のナゲットの生成のしやすさが変化する。例えば、厚板の板厚や引張強度が増加すると、抵抗溶接の際に厚板側において発熱量が増加してナゲットが生成しやすくなり、厚板の板厚や引張強度が減少すると、抵抗溶接の際に薄板側において発熱量が増加してナゲットが生成しやすくなる。
従来は、抵抗溶接開始後の初期の段階では、電流を分流させることで、薄板−厚板間を中心にジュール熱を発生させ、薄板−厚板間が接合された後に、第１溶接用電極と補助電極の間に流れる分岐電流を遮断していた。これによって、ワーク内を流れる電流は第１溶接用電極と第２溶接用電極の間に流れる本電流のみになるので、厚板−厚板間を中心にジュール熱が発生し、板材全体が接合されていた。
しかし、ワーク中を通過する電流の経路を切り替えるだけでは、用いる板材の板厚や引張強度の変更に対応しきれない。つまり、抵抗溶接を施すにあたり、ワーク中を通過する電流の経路を単純に切り替えるだけでは、薄板側と厚板側の溶融ポイントを通る電流及び密度を自由に設定することができない。
そこで本発明に係る抵抗溶接装置によれば、本電流と分岐電流の電流量を調整することで、薄板側と厚板側の溶融ポイントを通る電流及び密度を自由に設定することができる。これにより、あらゆる板材の組み合わせに対して汎用性のある抵抗溶接装置を提供することができる。
【００１４】
更に、３枚以上の板材（例えば、後述の板材Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）を重ね合わせて形成され、且つ厚みが最小である最薄板材（例えば、後述の板材Ｗ１）が最外に配置されたワーク（例えば、後述のワークＷ）を抵抗溶接する抵抗溶接方法を提供する。この抵抗溶接方法は、前記最薄板材側から第１溶接用電極（例えば、後述の第１電極チップ１２１）を、前記第１溶接用電極とは反対側から前記第１溶接用電極とは逆の極性である第２溶接用電極（例えば、後述の第２電極チップ１３１）を、前記第２溶接用電極と同じ側から前記第１溶接用電極とは逆の極性である補助電極（例えば、後述の補助電極チップ１３２，１３２）を、それぞれ前記ワークに当接させ、前記第１溶接用電極、前記第２溶接用電極及び前記補助電極で前記ワークを挟持加圧する工程と、前記第１溶接用電極と前記第２溶接用電極との間に主電流（例えば、後述の電流経路Ｄ１）を流すとともに、前記第１溶接用電極と前記補助電極との間に分岐電流（例えば、後述の電流経路Ｄ２，Ｄ２）を流す通電工程と、を有し、前記通電工程では、前記板材の板厚及び引張強度に応じて、前記主電流の電流量及び前記分岐電流の電流量を制御することを特徴とする。
【００１５】
また、前記通電工程では、前記板材の板厚及び引張強度に応じて、前記主電流の電流量及び前記分岐電流の電流量を制御する。
【００１６】
この発明によれば、上記の抵抗溶接装置の発明と同様の効果がある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、３枚以上の板材を重ね合わせて形成され、且つ最薄板材が最外に配置されたワークに対して抵抗溶接を行っても十分に板材間を接合することができる上に、短絡が発生する可能性がなく、ツールの物理的構成を単純化できる抵抗溶接装置及び抵抗溶接方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る抵抗溶接装置の構成を示す側面図である。
【図２】上記実施形態に係る抵抗溶接装置の電極部の構成を示す図である。
【図３】従来の抵抗溶接装置の電極部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置の構成を示す側面図である。本実施形態に係るスポット溶接装置１は、ロボットアーム８０の先端に取り付けられた電動式のスポット溶接装置である。
スポット溶接装置１は、３枚の板材Ｗ１（薄板）、Ｗ２（厚板）及びＷ３（厚板）を重ね合わせたワークＷを、後述する複数の電極で挟んで加圧し、この状態で電極間に通電することでワークＷを溶接するものである。
【００２０】
スポット溶接装置１は、ロボットアーム８０の先端に設けられた支持部９０により支持されたスポット溶接ガン１０と、このスポット溶接ガン１０を制御する制御装置１００と、を備える。
【００２１】
支持部９０は、支持ブラケット９１を含んで構成される。この支持ブラケット９１は、上板９１ａと、この上板９１ａに平行な下板９１ｂと、を備える。これら上板９１ａと下板９１ｂの間には、ガイドバー９２が橋架されている。
【００２２】
ガイドバー９２には、その軸方向に摺動自在な支持板９３が取り付けられている。支持板９３は、ロボットアーム８０側から上板９１ａ及び下板９１ｂに対して平行に延び、その先端側でスポット溶接ガン１０を支持する。支持板９３の基端側の上面には、筐体状の支持体９４が設けられている。上板９１ａと支持体９４の間には、ガイドバー９２に巻回された第１コイルスプリング９５が介装されている。同様に、下板９１ｂと支持板９３の間には、ガイドバー９２に巻回された第２コイルスプリング９６が介装されている。
【００２３】
スポット溶接ガン１０は、上記の支持板９３に支持されることで、支持部９０に対して相対的に昇降可能となっている。スポット溶接ガン１０は、溶接ガン本体１１と、溶接ガン本体１１の先端に設けられた電極部１５と、を備える。
溶接ガン本体１１は、その上部に設けられたサーボモータ１６と、このサーボモータ１６に連結された図示しない送りねじ機構と、を備える。
電極部１５は、可動電極部１２０と、固定電極部１３０と、を含んで構成される。
【００２４】
可動電極部１２０は、溶接ガン本体１１の先端から下方に突出し、送りねじ機構に連結されたロッド１２の先端に支持されている。可動電極部１２０は、サーボモータ１６により送りねじ機構を介してロッド１２が上下動（図１のＡ２方向又はＡ１方向に移動）することで、後述する固定電極部１３０に対して進退可能となっている。可動電極部１２０は第１電極チップ１２１を備える。
固定電極部１３０は、溶接ガン本体１１の先端に連結された連結部１４から下方に延びるＣ形ヨーク１３の先端に支持されている。固定電極部１３０は、第２電極チップ１３１と、一対の補助電極チップ１３２，１３２と、を備える。補助電極チップ１３２，１３２は、シリンダ機構１３３によって支持されており、第２電極チップ１３１とは独立して、ワークＷに対して進退可能となっている。
これら可動電極部１２０と固定電極部１３０は、ワークＷを挟んで対向配置される。
【００２５】
図２は、スポット溶接装置１の電極部１５の構成を示す図である。
可動電極部１２０の備える第１電極チップ１２１は、円柱状であり、その先端はドーム状となっている。なお、第１電極チップ１２１は、第２電極チップと略同一径であり、補助電極チップ１３２，１３２よりも大径である。
【００２６】
固定電極部１３０の備える第２電極チップ１３１及び補助電極チップ１３２，１３２は、所定の間隔を設けて、ワークＷの面方向に沿って配置されている。第２電極チップ１３１は、ワークＷを挟んで第１電極チップ１２１に対向配置されている。ワークＷは、第１電極チップ１２１と第２電極チップ１３１により加圧、挟持される。第２電極チップ１３１と補助電極チップ１３２，１３２は、所定の間隔を設けて、ワークＷの面方向に沿って配置されている。補助電極チップ１３２，１３２も、ワークＷを加圧するが、補助電極チップ１３２，１３２及び第２電極チップ１３１がワークＷを加圧する力の合計を、第１電極チップ１２１がワークＷを加圧する力と均衡させる必要がある。第２電極チップ１３１及び補助電極チップ１３２，１３２も、可動電極部１２０の第１電極チップ１２１と同様に円柱状であり、その先端はドーム状となっている。
【００２７】
以上のような構成からなる可動電極部１２０及び固定電極部１３０には、電源２１が接続される。具体的には図２に示すように、電源２１の正極が第１電極チップ１２１に接続され、その負極が第２電極チップ１３１及び補助電極チップ１３２，１３２に接続される。
【００２８】
このため、電源２１から第１電極チップ１２１を経てワークＷに流入する溶接電流は、第２電極チップ１３１に向かう電流経路Ｄ１及び補助電極チップ１３２，１３２に向かう電流経路Ｄ２，Ｄ２に分岐して流れ、それぞれ第２電極チップ１３１及び補助電極チップ１３２，１３２を経て電源２１に戻る。電流経路Ｄ１を流れる電流が主電流、電流経路Ｄ２，Ｄ２を流れる電流が分岐電流である。
【００２９】
一般に、第１電極チップ１２１と第２電極チップ１３１の間（電流経路Ｄ１）だけ通電した場合、薄板であるＷ１の抵抗値が小さい傾向にあることから、Ｗ１とＷ２の界面における接触抵抗が小さくなってしまいＷ１とＷ２の界面に十分なジュール熱を発生させることができない。一方、厚板の抵抗値は大きい傾向にあることから、Ｗ１とＷ２の界面のナゲットＮ１に比べてＷ２とＷ３の界面のナゲットＮ２の方が大きく成長してしまう。
【００３０】
本発明では、図２に示すように、電流経路Ｄ１と電流経路Ｄ２に分岐して溶接電流が流れる結果、第１電極チップ１２１及び第２電極チップ１３１間の厚み方向の中でも、Ｗ２とＷ３の界面の電流密度に比べて、Ｗ１とＷ２の界面の電流密度の方が高くなる。電流密度が高くなることで、Ｗ１とＷ２の界面の単位体積当たりの入熱量も大きくなり、ナゲットＮ１が十分に成長する。なお、図２は抵抗溶接開始直後の状態を表しているので、ナゲットＮ１，Ｎ２はそれほど成長していない。
【００３１】
図２に示すように、溶接電流の経路中、第２電極チップ１３１と電源２１の負極の間、及び補助電極チップ１３２，１３２と電源２１の負極の間に、それぞれ可変抵抗２２，２３が設けられている。これら可変抵抗２２，２３の抵抗値を調節することで、電流経路Ｄ１及び電流経路Ｄ２，Ｄ２に流れる電流量を調整できる。可変抵抗２２，２３にはスイッチとしての役割を与えることもでき、電流経路Ｄ１又は電流経路Ｄ２，Ｄ２に流れる電流、又は両方の電流を遮断することも可能である。電源２１、可変抵抗２２及び可変抵抗２３は、制御装置１００によって制御される。
【００３２】
図１に戻って、制御装置１００は、サーボモータ１６、電源２１、可変抵抗２２，２３を制御する。
【００３３】
次に、本実施形態に係るスポット溶接装置１の動作について説明する。
先ず、可動電極部１２０を固定電極部１３０に対して離間させた状態で、ロボットアーム８０及び支持部９０の動作により、ワークＷの溶接部位にスポット溶接ガン１０を移動させる。具体的には、固定電極部１３０の補助電極チップ１３２，１３２については、第２電極チップ１３１よりも後退させておき、第２電極チップ１３１がワークＷの溶接部位の下面に当接する位置に、スポット溶接ガン１０を移動させる。その後、シリンダ機構１３３により補助電極チップ１３２，１３２の各先端面をワークＷの溶接部位の下面に当接させる。
【００３４】
次いで、制御装置１００によりサーボモータ１６を制御して、送りねじ機構の作用で可動電極部１２０をワークＷに対して前進させる。すると、第１電極チップ１２１の先端面が、ワークＷの上面に当接する。そして、ワークＷを第１電極チップ１２１、第２電極チップ１３１及び補助電極チップ１３２，１３２で加圧する。
【００３５】
次いで、制御装置１００により電源２１を制御して、溶接電流を供給する。すると、電流経路Ｄ１に沿って第１電極チップ１２１から第２電極チップ１３１に主電流が流れるとともに、電流経路Ｄ２に沿って第１電極チップ１２１から補助電極チップ１３２，１３２に分岐電流が流れる。これにより、第１電極チップ１２１及び第２電極チップ１３１間の厚み方向の中でも、電流経路Ｄ１と電流経路Ｄ２，Ｄ２が接近していることから電流密度が高く、入熱量が大きいＷ１及びＷ２の間でワーク材の溶融が促進されてナゲットＮ１が生成する。このとき、Ｗ２及びＷ３の間でナゲットＮ２も生成する。そして、ナゲットＮ１を十分に成長させてＷ１及びＷ２の間を接合させた後に、電流経路Ｄ２，Ｄ２を流れる分岐電流を遮断し、シリンダ機構１３３により補助電極チップ１３２，１３２の各先端面をワークＷの溶接部位の下面から後退させる。
【００３６】
その後、制御装置１００により電源２１を制御して、溶接電流の供給を停止する。次いで、制御装置１００によりサーボモータ１６を制御して、送りねじ機構の作用で可動電極部１２０をワークＷに対して後退させる。これにより、ナゲットが冷却固化し、ワークＷが溶接される。
【００３７】
次に、本実施形態に係るスポット溶接装置１の効果について、従来のスポット溶接装置と比較して説明する。
図３は、従来のスポット溶接装置の電極部３０の構成を示す図である。図３に示すように、従来のスポット溶接装置では、前述の最薄板材とそれに隣接する厚板の界面に十分なジュール熱を発生させることができないという問題を解決するために、第１電極チップ３１と同じＷａ１側に補助電極チップ３３が配されている。具体的には、３枚の板材Ｗａ１（薄板）、Ｗａ２（厚板）及びＷａ３（厚板）を重ね合わせたワークＷａを、Ｗａ１側に配された第１電極チップ３１及びＷａ３側に配された第２電極チップ３２で挟持し、ワークＷａの第１電極チップが配された面に、第１電極チップとは適当な距離を設けて補助電極チップ３３を配置した。第１電極チップ３１は電源４０の正極と接続され、第２電極チップ３２及び補助電極チップ３３は電源４０の負極と接続される。ワークＷａはこれらの電極チップによって加圧され、通電が行われる。
【００３８】
このため、電源４０から第１電極チップ３１を経てワークＷａに流入する溶接電流は、第２電極チップ３２に向かう電流経路Ｄａ及び補助電極チップ３３，３３に向かう電流経路Ｄｂ，Ｄｂに分岐して流れ、それぞれ第２電極チップ３２及び補助電極チップ３３，３３を経て電源４０に戻る。電流経路Ｄａを流れる電流が主電流、電流経路Ｄｂ，Ｄｂを流れる電流が分岐電流である。
【００３９】
従来は、図３のような構成によって、薄板側で電流を分流させ、薄板側におけるナゲットの生成を促進していた。このとき、薄板側では、第１電極チップ３１と補助電極チップ３３，３３による加圧でＷａ１とＷａ２との接触面積が大きく、抵抗値が低いためジュール熱の発生効率が低い状態にあるものの、電流経路Ｄｂ，Ｄｂにより厚板側よりも電流量が大きくて電流密度が高いため、ナゲットの生成を促進できる。一方、厚板側では、第２電極チップ３２による加圧のみであるため、板材同士の接触面積が小さく、抵抗値が高いためジュール熱の発生効率が高い状態にあるものの、分岐電流が流れている薄板側よりも電流量が小さくて電流密度が低い。このため、ナゲットの生成起点をより薄板側とすることができ、薄板側でナゲットの生成を促進できる。
しかし、この場合、逆の極性を持つ第１電極チップ３１と補助電極チップ３３がワークＷａの、同じＷａ１側の表面に配されることから、導線のレイアウトが難しく、ツールの物理的構成が複雑化してしまうだけでなく、溶接作業の工程において短絡が発生してしまう可能性があった。
【００４０】
そこで本実施形態では、補助電極チップ１３２を、第１電極チップ１２１から物理的に遠ざけ、且つ、電流経路Ｄ２に沿って分岐電流を流すことによって、Ｗ１及びＷ２の間においても更にナゲットを生成させやすくした。具体的には、ワークＷのＷ１側に、第１電極チップ１２１を配置し、ワークＷを挟んでこれら第１電極チップ１２１に対向して第２電極チップ１３１を配置し、更に、ワークＷの第２電極チップ１３１と同じ側に、第２電極チップ１３１から適当な間隔を開けて、補助電極チップ１３２を配置する。また、第１電極チップ１２１を電源２１の正極に接続するとともに、第２電極チップ１３１と補助電極チップ１３２を電源２１の負極に接続する。
【００４１】
これにより、第１電極チップ１２１からワークに流れ込んだ電流が、第２電極チップ１３１及び補助電極チップ１３２，１３２に流れる電流に分流することから、第１電極チップ１２１と第２電極チップ１３１間のワークの厚み方向でも、第１電極チップ１２１側、つまり、Ｗ１側において電流密度が高くなる。それに加えて、最薄板材であるＷ１側には第１電極チップ１２１しか配置されず、Ｗ１側から補助電極チップ１３２，１３２によってワークが加圧されないので、Ｗ１とそれに隣接するＷ２の接触面積が小さくなり、抵抗値が大きくなる。このように、本来、ナゲットが成長し難いＷ１とそれに隣接するＷ２の界面の抵抗値、電流密度を共に上昇させることで、ジュール熱の発生効率を高くし、十分にＷ１及びＷ２を接合させることができる。このとき、ワークの厚板側は補助電極チップ１３２，１３２に分岐電流を流すことで、電流密度が小さくなっている上に、板材同士の接触面積が大きく、抵抗値が低い状態になっているので発生するジュール熱が抑えられている。このため、ナゲットの生成起点をよりＷ１側にすることができ、Ｗ１側でナゲットの生成を促進できる。
【００４２】
更に、本実施形態の電極の配置では、抵抗溶接を施そうとするワークＷの同じ面には、異なる極性の電極が存在しないので、電極間で短絡が発生する可能性がなくなる。また、ツールの物理的構成を単純化することができる。
【００４３】
薄板−厚板−厚板と重ね合わせたワークや薄板−薄板−厚板−厚板と重ね合わせたワーク等では、厚板の板厚や引張強度が増加するに従って、ワークに抵抗溶接を施した際に厚板−厚板間の発熱量が多くなる傾向にある。本実施形態では、このような場合でも、薄板−厚板間でナゲットを十分に成長させるために、電流経路Ｄ２に流れる電流量をより大きくすることでワークの薄板側の電流密度を大きくすることができる。本実施形態では、溶接電流の経路中、第２電極チップ１３１と電源２１の負極の間、及び補助電極チップ１３２と電源２１の負極の間にそれぞれ可変抵抗２２及び可変抵抗２３を設けている。これらの可変抵抗によって、電流経路Ｄ１及び電流経路Ｄ２に流れる電流量を調整することができる。これにより、抵抗溶接を施すワークＷの板材が変更され、それによって板材の板厚及び引張強度が変わったとしても、発熱中心をワークの薄板側に移動させることができるので、汎用性のある抵抗溶接装置や抵抗溶接方法を提供することができる。可変抵抗２２及び可変抵抗２３の制御は、制御装置１００によって行われる。作業者は、制御装置１００に板材の板厚や引張強度等を入力することで、可変抵抗２２及び可変抵抗２３の抵抗値を制御する。なお、抵抗溶接を施すワーク毎に主電流の電流量及び分岐電流の電流量を制御することについて述べたが、ワークに抵抗溶接を施している最中に主電流の電流量及び分岐電流の電流量を制御することもできる。抵抗溶接の初期で、ナゲットＮ１を成長させ、抵抗溶接の後期ではナゲットＮ２を成長させたい場合等がこれにあたる。その場合、ワークＷに抵抗溶接を施している最中に、制御装置１００で、可変抵抗２２及び可変抵抗２３の抵抗値を制御させればよい。
【００４４】
ワークの薄板側と厚板側の電流密度を変更させる方法としては、本実施例のように可変抵抗を用いる方法だけではなく、例えば、図２の第２電極チップ１３１と補助電極チップ１３２の距離を変更する方法がある。第２電極チップ１３１と補助電極チップ１３２の距離を離すほど、厚板側の電流密度を低くすることができる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、補助電極が２本である例について説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。補助電極は１本であっても、３本以上であっても良い。また、補助電極の形状も円柱形状に限られず、例えば、第２電極チップ１３１を囲むような円環形状であってもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、図２に示すように第１電極チップ１２１から第２電極チップ１３１及び補助電極チップ１３２，１３２の方向に電流が流れているが、電流の流れる方向を逆にしてもよい。つまり、第１電極チップ１２１を電源２１の負極に接続し、第２電極チップ１３１及び補助電極チップ１３２を電源２１の正極に接続し、図２に示した電流経路Ｄ１と電流経路Ｄ２の矢印とは逆の方向に電流を流すこともできる。
【００４８】
また、上記実施形態ではスポット溶接について説明したが、本発明は抵抗溶接に含まれる他の溶接方法やその方法を利用した溶接装置にも適用することができる。また、本実施形態では、３枚の板材を重ね合わせたワーク（薄板−厚板−厚板）を用いた場合について説明したが、本発明では、４枚以上のワーク（例えば、薄板−薄板−厚板−厚板と重ね合わせたワーク）を用いることもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１…スポット溶接装置
１０…スポット溶接ガン
２１…電源（通電手段）
２２，２３…可変抵抗（通電手段）
１００…制御装置（通電手段）
１２１…第１電極チップ（第１溶接用電極）
１３１…第２電極チップ（第２溶接用電極）
１３２…補助電極チップ（補助電極）
Ｗ，Ｗａ…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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