(57)【要約】【課題】３枚重ねの被溶接部材をスポット溶接する場合において、簡単に均一な安定した溶接品質が得られ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】薄板５１、第１厚板５２、第２厚板５３を重ね合わせた被溶接部材５０をスポット溶接するにあたり、互いに対向配置されて第２厚板５３に当接する下側溶接電極２２と薄板５１に当接する上側溶接電極２５で被溶接部材５０を挟持加圧し、この加圧状態で上側溶接電極２５と薄板５１に接するアース機能電極２８との間で通電して薄板５１と第１厚板５２をスポット溶接し、上側溶接電極２５とアース機能電極２８との間が非通電状態で上側溶接電極２５と下側溶接電極２２との間で通電して第１厚板５２と第２厚板５３をスポット溶接する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板、該薄板より板厚が大きい第１厚板、第２厚板を順に重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接方法において、
互いに対向配置されて上記第２厚板に当接する第１溶接電極と上記薄板に当接する第２溶接電極で上記被溶接部材を挟持加圧し、
該挟持加圧状態で上記第２溶接電極と上記薄板に接するアース機能電極との間で通電して上記薄板と上記第１厚板をスポット溶接する第１溶接工程と、
上記第２溶接電極と上記アース機能電極との間が非通電状態で上記第２溶接電極と上記第１溶接電極との間で通電して上記第１厚板と上記第２厚板をスポット溶接する第２溶接工程と、を有することを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項２】
薄板、該薄板より板厚が大きい第１厚板、第２厚板を順に重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接方法において、
互いに対向配置されて上記第２厚板に当接する第１溶接電極と上記薄板に当接する第２溶接電極で上記被溶接部材を挟持加圧し、
該挟持加圧状態で上記第２溶接電極と上記薄板に接するアース機能電極との間で通電して上記薄板と上記第１厚板をスポット溶接する第１溶接工程と、
上記アース機能電極が上記被溶接部材に非接触状態で上記第２溶接電極と上記第１溶接電極との間で通電して上記第１厚板と上記第２厚板をスポット溶接する第２溶接工程と、を有することを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項３】
薄板、該薄板より板厚が大きい第１厚板、第２厚板を順に重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接装置において、
上記被溶接部材の第２厚板に対向する第１溶接電極と、
該第１溶接電極と同軸上で対向すると共に上記被溶接部材の薄板に対向して被溶接部材を第１溶接電極と協働して挟持加圧する第２溶接電極と、
上記第１溶接電極と第２溶接電極によって挟持加圧された被溶接部材の薄板に接離するアース機能電極と、
上記第１溶接電極と上記第２溶接電極により上記被溶接部材を挟持加圧した状態で上記第２溶接電極と薄板に当接する上記アース機能電極との間で通電し、かつ上記アース機能電極が薄板から離れた非接触状態で上記第２溶接電極と上記第１溶接電極との間で通電する溶接通電回路と、
を備えたことを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項４】
上記第２溶接電極を第１溶接電極に同軸上で該第１溶接電極に接近して被溶接部材を第１溶接電極と協働して挟持加圧する加圧位置と薄板と離反する退避位置との間に往復移動せしめる加圧アクチュエータと、
上記アース機能電極を上記第１溶接電極と第２溶接電極によって挟持加圧された被溶接部材の薄板に当接する当接位置と該薄板から離反する退避位置との間で往復移動せしめるアース機能電極アクチュエータと、
を備えることを特徴とする請求項３に記載のスポット溶接装置。
【請求項５】
溶接ロボットに支持された溶接装置本体及び該溶接装置本体に延在するヨークを備え、
上記ヨークの先端に上記第１溶接電極が配置され、
上記溶接装置本体に上記加圧アクチュエータ及びアース機能電極アクチュエータが配置されたことを特徴とする請求項４に記載のスポット溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重ね合わされた２枚の厚板の一方に薄板を重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接する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】
一般に、重ね合わされた鋼板等の板材の接合には、上下一対の溶接電極で挟み加圧力を与えながら、上下の溶接電極間に大電流を一定時間通電し、接合部をほぼ溶融温度まで上げて接合するスポット溶接が広く行われている。
【０００３】
このスポット溶接された板材間の接合部にはナゲットと呼ばれる溶着塊が形成される。接合強度は、ナゲット径により左右されるため、例えば自動車部材等の高い接合強度を必要とする場合には所定の径以上のナゲットを確保することが重要である。
【０００４】
一般に、加圧力及び通電時間が一定の場合には、ナゲット径は電流の増加に従って徐々に増加するが、電流値が過大になると発熱量が多くなり板材間に溶融金属が飛散する散りの発生原因となる。即ち散りは接合部の過熱による溶融金属の爆飛現象であって、接合部の溶融金属が排出されて、ナゲットに空孔、割れ等が発生して、ナゲットの形状、金属組織に不連続部を生じ、接合部の板厚の減少と共に著しい強度低下の要因となる。反対に電流が過少の場合にはナゲットが小さくなり十分な接合強度が得られない。
【０００５】
更に、加圧力が小さいときには板材間の接触面積が少なくなり、接触抵抗が増加して過熱による散りの発生要因となる。一方、加圧力が大き過ぎると接触抵抗が減少して発熱量が減少し、ナゲットが小さく溶接強度が低下する。
【０００６】
また、自動車の車体構造、例えばセンタピラでは、アウタパネルとインナパネルとの間にリンホースが介在する構造がある。この構造では３枚以上の板材を重ね合わせた板組みをスポット溶接することが要求される。
【０００７】
特に、車体の衝突安全性の向上要求と共に車体の軽量化が要求される。これに伴い、内側のインナパネル及びリンホースに剛性の高い厚板を配置し、外側のアウタパネルに軽量な薄板を配置し、厚板のインナパネル及びリンホースと薄板のアウタパネルを３枚重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接することがある。
【０００８】
このような重ね合わされた２枚の厚板の一方に薄板を重ね合わせた被溶接部材に加圧力及び電流を一定の値としてスポット溶接すると、一般に接合部において厚板と厚板間からナゲットが形成されて次第に大きくなり、やがて厚板と薄板が溶着される。
【０００９】
例えば、図７（ａ）に示すように、上から順に剛性の低い薄板１５１、薄板１５１より厚く剛性が高い厚板１５２、１５３を重ね合わせた３枚重ねの被溶接部材１５０をスポット溶接する場合には、薄板１５１と厚板１５２の間及び厚板１５２と厚板１５３の間が隙間なく密着した状態で、上側溶接電極１０１と下側溶接電極１０２により被溶接部材１５０を挟んで電源１０３により通電すると、上側溶接電極１０１と下側溶接電極１０２間の通電経路Ｘにおける電流密度はほぼ均一となり薄板１５１から厚板１５３に亘って良好なナゲットが形成されて、必要な溶接強度を得ることができる。
【００１０】
しかし、実際には、上側溶接電極１０１と下側溶接電極１０２によって被溶接部材１５０を挟持して加圧したときに、剛性の低い薄板１５１と厚板１５２が上方に撓んで、薄板１５１と厚板１５２の間及び厚板１５２と厚板１５３との間に隙間が生じる。この場合、上側溶接電極１０１と薄板１５１間の接触面積は薄板１５１の撓みにより大きくなるのに対して、薄板１５１と厚板１５２間及び厚板１５２と厚板１５３間の接触面積は隙間により小さくなる。
【００１１】
このため、上側溶接電極１０１と下側溶接電極１０２間の通電経路Ｘにおける電流密度が薄板１５１側に対して厚板１５３側が高くなり、薄板１５１と厚板１５２間よりも厚板１５２と厚板１５３間の方が局部的に発熱量が多くなる。その結果、図７（ａ）に示すように先ず厚板１５２と厚板１５３との接合部にナゲット１５５が形成され、次第にナゲット１５５が大きくなりやがて図７（ｂ）のように薄板１５１と厚板１５２間が溶着される。しかし、この薄板１５１と厚板１５２との間の溶け込み量が小さく溶接強度が不安定で、薄板１５１が厚板１５２から剥離することが懸念され、かつ溶接品質にバラツキがある。この不具合は、特に厚板１５２、１５３が厚いほど厚板１５２と薄板１５１との間にナゲット１５５が到達しにくく、顕著である。
【００１２】
また、同様に薄板１５１と厚板１５２間の溶け込み量が小さく溶接強度が不安定となる要因としては、薄板１５１が薄いため、上側溶接電極１０１の接触により熱が上側溶接電極１０１に奪われ、薄板１５１側の温度が上がらず、ナゲット１５５が形成されにくいこともある。
【００１３】
この対策として、例えば特許文献１に開示されるスポット溶接方法がある。このスポット溶接方法は、図８に示すように、薄板１５１、厚板１５２、１５３を重ね合わせた３枚重ねの被溶接部材１５０をスポット溶接するときに、薄板１５１側に当接する上側溶接電極１０５の先端径を、厚板１５３側に当接する下側溶接電極１０６の先端径よりも小さくすることによって、薄板１５１と上側溶接電極１０５との接触面積を、厚板１５３と下側溶接電極１０６との接触面積よりも小さくなるようにする。これにより、上側溶接電極１０５と下側溶接電極１０６間の通電経路における電流密度が上側溶接電極１０５側から下側溶接電極１０６に向かって次第に小さくなる。これにより、薄板１５１と厚板１５２との接合部における発熱量が多くなり、薄板１５１と厚板１５２の間に形成されるナゲットによる溶接強度が向上する。
【００１４】
また、特許文献２に開示されるスポット溶接方法は、図９に示すように、薄板１５１、厚板１５２、１５３が重ね合わされた３枚重ねの被溶接部材１５０をスポット溶接するときに、厚板１５２と厚板１５３との間に予め隙間ｃが形成された状態になるように薄板１５１、厚板１５２、１５３をクランプ１１０により固定する。更に、厚板１５３に固定溶接電極１１１を当接させ、可動溶接電極１１２を動かして被溶接部材１５０を固定溶接電極１１１と可動溶接電極１１２で挟持し、先ず第１溶接工程において低加圧力で短時間通電して薄板１５１と厚板１５２の間にナゲットを形成する。その後、第２溶接工程で可動溶接電極１１２による加圧力を高めて厚板１５２と厚板１５３の隙間ｃをなくして厚板１５２と厚板１５３間にナゲットを形成し、薄板１５１と厚板１５２間及び厚板１５２と厚板１５３との間にナゲットを形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−２５１４６８号公報
【特許文献２】特開２００８−２９００９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記特許文献１によると、薄板１５１に当接する上側溶接電極１０１の先端径を厚板１５３に当接する下側溶接電極１０２の先端径よりも小さくすることによって、上側溶接電極１０１と下側溶接電極１０２間の通電経路における電流密度が上側溶接電極１０１から下側溶接電極１０２に向かって次第に小さくなり、薄板１５１と厚板１５２間の溶接強度が向上する。
【００１７】
しかし、上側溶接電極１０１と下側溶接電極１０２による加圧力や、薄板１５１、厚板１５２、１５３の板厚及び被溶接部材１５０の形状及び部位によって、上側溶接電極１０１と下側溶接電極１０２間の通電経路における電流密度が種々変化し、溶接品質にバラツキが生じ、均一な溶接品質を確保することが困難である。また、薄板１５１、厚板１５２、１５３の板厚及び被溶接部材１５０の形状及び部位に応じて先端径の異なる種々の上側溶接電極１０１及び下側溶接電極１０２に切り換えて使用することは、極めて厄介で生産性の大幅な低下が懸念され、現実的ではない。また、先端径が異なる種々の上側溶接電極１０１及び下側溶接電極１０２を準備し、管理するには多くの管理コストを要する。
【００１８】
一方、特許文献２にあっては、予め第１溶接工程において低加圧力で短時間通電して薄板１５１と厚板１５２の間にナゲットを形成し、その後、第２溶接工程で高加圧力にして厚板１５２と厚板１５３の隙間ｃをなくし厚板１５２と厚板１５３間にナゲットを形成することで薄板１５１と厚板１５２間の溶接強度が向上する。
【００１９】
しかし、第１溶接工程において、厚板１５２と厚板１５３との間に隙間ｃを形成する必要から、その被溶接部材１５０の形状が大きく制限され汎用性に劣ると共に、固定溶接電極１１１と可動溶接電極１１２による加圧力を種々制御することは極めて厄介であり困難で、溶接の品質にバラツキが生じ、均一な溶接品質を確保することが困難である。
【００２０】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、重ね合わされた２枚の厚板の一方に薄板を重ね合わせた３枚重ねの被溶接部材をスポット溶接する場合において、簡単に均一な安定した溶接品質が得られ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にある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成する請求項１に記載の発明によるスポット溶接方法は、薄板、該薄板より板厚が大きい第１厚板、第２厚板を順に重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接方法において、互いに対向配置されて上記第２厚板に当接する第１溶接電極と上記薄板に当接する第２溶接電極で上記被溶接部材を挟持加圧し、該加圧状態で上記第２溶接電極と上記薄板に接するアース機能電極との間で通電して上記薄板と上記第１厚板をスポット溶接する第１溶接工程と、上記第２溶接電極と上記アース機能電極との間が非通電状態で上記第２溶接電極と上記第１溶接電極との間で通電して上記第１厚板と上記第２厚板をスポット溶接する第２溶接工程とを有することを特徴とする。
【００２２】
これによれば、第１溶接工程において互いに対向配置されて第２厚板に当接する第１溶接電極と薄板に当接する第２溶接電極により被溶接部材を挟持加圧した状態で、第２溶接電極と薄板に当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、第２工程で第２溶接電極とアース機能電極との間が非通電状態で第２溶接電極と第１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ことから、第１溶接工程において、薄板と第１厚板における最適な溶接条件で第２溶接電極と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することが可能になり、薄板と第１厚板との十分な溶接強度が得られる。一方、第２溶接工程で第１厚板と第２厚板における最適な溶接条件で第２溶接電極と第１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ことが可能になり第１厚板と第２厚板との十分な溶接強度が得られる。これにより薄板、第１厚板、第２厚板が重ねられた３枚重ねの被溶接部材における均一な安定した溶接品質が得られる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によるスポット溶接方法は、薄板、該薄板より板厚が大きい第１厚板、第２厚板を順に重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接方法において、互いに対向配置されて上記第２厚板に当接する第１溶接電極と上記薄板に当接する第２溶接電極で上記被溶接部材を挟持加圧し、該挟持加圧状態で上記第２溶接電極と上記薄板に接するアース機能電極との間で通電して上記薄板と上記第１厚板をスポット溶接する第１溶接工程と、上記アース機能電極が上記被溶接部材に非接触状態で上記第２溶接電極と上記第１溶接電極との間で通電して上記第１厚板と上記第２厚板をスポット溶接する第２溶接工程とを有することを特徴とする。
【００２４】
これによれば、第１溶接工程において互いに対向配置されて第２厚板に当接する第１溶接電極と薄板に当接する第２溶接電極により被溶接部材を挟持加圧した状態で第２溶接電極と薄板に当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、第２溶接工程でアース機能電極が薄板に非接触状態、即ち第１溶接電極とアース機能電極との間が非通電状態で第２溶接電極と第１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ことから、第１溶接工程において、薄板と第１厚板における最適な溶接条件で第２溶接電極と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することが可能になり薄板と第１厚板との十分な溶接強度が得られる。一方、第２溶接工程で第１厚板と第２厚板における最適な溶接条件で第２溶接電極と第１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ことが可能になり第１厚板と第２厚板との十分な溶接強度が得られ、薄板、第１厚板、第２厚板が重ねられた３枚重ねの被溶接部材における均一な安定した溶接品質が得られる。
【００２５】
上記目的を達成する請求項３に記載の発明によるスポット溶接装置は、薄板、該薄板より板厚が大きい第１厚板、第２厚板を順に重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接装置において、上記被溶接部材の第２厚板に対向する第１溶接電極と、該第１溶接電極と同軸上で対向すると共に上記被溶接部材の薄板に対向して被溶接部材を第１溶接電極と協働して挟持加圧する第２溶接電極と、上記第１溶接電極と第２溶接電極によって挟持加圧された被溶接部材の薄板に接離するアース機能電極と、上記第１溶接電極と上記第２溶接電極により上記被溶接部材を挟持加圧した状態で上記第２溶接電極と薄板に当接する上記アース機能電極との間で通電し、かつ上記アース機能電極が薄板から離れた非接触状態で上記第２溶接電極と上記第１溶接電極との間で通電する溶接通電回路とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
これによれば、対向配置されて第２厚板に当接する第１溶接電極と薄板に当接する第２溶接電極により被溶接部材を挟持加圧した状態で第２溶接電極と薄板に当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、かつアース機能電極が薄板から離れた非接触状態で第２溶接電極と第１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ことから、薄板と第１厚板における最適な溶接条件で上側溶接電極と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することが可能になり薄板と第１厚板との十分な溶接強度が得られる。更に第１厚板と第２厚板における最適な溶接条件で第２溶接電極と第１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ことが可能になり第１厚板と第２厚板との十分な溶接強度が得られ、薄板、第１厚板、第２厚板が重ねられた被溶接部材における均一な安定した溶接品質が得られる。
【００２７】
また、対向配置された第１溶接電極及び第２溶接電極と、第１溶接電極と第２溶接電極によって挟持加圧された被溶接部材の薄板に接離するアース機能電極と、第１溶接電極と第２溶接電極により被溶接部材を挟持加圧した状態で第２溶接電極と薄板に当接するアース機能電極との間で通電し、かつアース機能電極が薄板から離れた非接触状態で第２溶接電極と上記第１溶接電極との間で通電する溶接通電回路とによる簡単な構成でスポット溶接装置が構成できる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、請求項３のスポット溶接装置において、上記第２溶接電極を第１溶接電極に同軸上で該第１溶接電極に接近して被溶接部材を第１溶接電極と協働して挟持加圧する加圧位置と薄板と離反する退避位置との間に往復移動せしめる加圧アクチュエータと、上記アース機能電極を上記第１溶接電極と第２溶接電極によって挟持加圧された被溶接部材の薄板に当接する当接位置と該薄板から離反する退避位置との間で往復移動せしめるアース機能電極アクチュエータとを備えることを特徴とする。
【００２９】
これによると、第２溶接電極を第１溶接電極に同軸上で第１溶接電極に接近して被溶接部材を第１溶接電極と協働して挟持加圧する加圧位置と薄板と離反する退避位置との間に往復移動せしめる加圧アクチュエータ及びアース機能電極を被溶接部材の薄板に当接する当接位置と薄板から離反する退避位置との間で往復移動せしめるアース機能電極アクチュエータとを備えることから、加圧アクチュエータによって第２溶接電極を加圧位置に移動することで被溶接部材を第１溶接電極と協働して挟持加圧することができ、かつアース機能電極を当接位置及び退避位置に移動することでアース機能電極を薄板に接離することができる。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、請求項４のスポット溶接装置において、溶接ロボットに支持された溶接装置本体及び該溶接装置本体に延在するヨークを備え、上記ヨークの先端に上記第１溶接電極が配置され、上記溶接装置本体に上記加圧アクチュエータ及びアース機能電極アクチュエータが配置されたことを特徴とする。
【００３１】
これによると、溶接ロボットに配置された溶接装置本体にヨークを介して第１溶接電極を配置し、溶接装置本体に加圧アクチュエータ及びアース機能電極アクチュエータを配置することでスポット溶接装置を溶接ロボットに装着することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によると、対向配置されて第２厚板に当接する第１溶接電極と薄板に当接する第２溶接電極により被溶接部材を挟持加圧した状態で第１溶接電極と薄板に当接するアース機構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、第１溶接電極とアース機能電極との間が非通電状態で第２溶接電極と第１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ことから、薄板と第１厚板、第１厚板とに第２厚板がそれぞれ最適な溶接条件でスポット溶接することが可能になり、薄板と第１厚板、第１厚板と第２厚板との十分な溶接強度が得られ、３枚重ねの被溶接部材における均一な安定した溶接品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスポット溶接装置の概略構成図である。
【図２】図１におけるスポット溶接装置の溶接通電回路の説明図である。
【図３】スポット溶接装置作動工程図である。
【図４】スポット溶接装置作動説明図であり、（ａ）はスポット溶接装置の作動状態を示し、（ｂ）は要部作用説明図である。
【図５】スポット溶接装置作動説明図であり、（ａ）はスポット溶接装置の作動状態を示し、（ｂ）は要部作用説明図である。
【図６】スポット溶接装置作動説明図であり、（ａ）はスポット溶接装置の作動状態を示し、（ｂ）は要部作用説明図である。
【図７】従来のスポット溶接方法の説明図である。
【図８】従来のスポット溶接方法の説明図である。
【図９】従来のスポット溶接方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図６を参照して説明する。図１はスポット溶接装置の構成図、図２は図１におけるスポット装置の溶接通電回路の説明図、図４〜図６はスポット溶接装置作動説明図である。
【００３５】
図１において、１は溶接ロボット、１０は溶接ロボットに支持されるスポット溶接装置、５０はスポット溶接される被溶接部材である。
【００３６】
溶接ロボット１及びスポット溶接装置１０の説明に先立って、被溶接部材５０について説明する。被溶接部材５０は、重ね合わされた２枚の厚板の一方に薄板を重ね合わせた、例えば上から順に剛性の低い薄板５１、薄板５１より厚く剛性が高い第１厚板５２、第２厚板５３が重ね合わされた３枚重ねの板組によって構成される。
【００３７】
溶接ロボット１は、床面に対し作動軸Ｓの周りに旋回可能に設置された基体部２と、この基体部２に対して水平軸Ｕの周りに回転自在に配置された第１アーム３と、この第１アーム３の先端部に対して水平軸Ｖの周りに回転作動可能に配設された第２アーム４と、第２アーム４の先端部に対して水平軸Ｗの周りに回転自在に配設された第３アーム５を備え、第３アーム５の先端にスポット溶接装置１０が連設固定される。そして、図示しないロボット制御装置の作動制御により、基体部２が作動軸Ｓの周りに旋回作動すると共に、第１アーム３、第２アーム４及び第３アーム５がそれぞれ軸Ｕ、Ｖ及びＷの周りに回転作動させることにより、スポット溶接装置１０を三次元方向に移動可能に構成する。そして、溶接ロボット１は、被溶接部材５０の各打点位置、即ち溶接部にスポット溶接装置１０を順次移動して被溶接部材５０にスポット溶接を行う。
【００３８】
スポット溶接装置１０は、第３アーム５に取り付けられた支持ブラケット１１に固定されたリニアガイド１２によって上下方向に摺動自在に支持された溶接装置本体２０を備える。溶接装置本体２０は、下方に延在するＣ形ヨーク２１が取り付けられおり、このＣ形ヨーク２１の下部先端に第１溶接電極である下側溶接電極２２が取り付けられる。
【００３９】
また、溶接装置本体２０の上端には、シリンダ装置或いはサーボモータ、本実施の形態ではサーボモータを駆動源とする加圧アクチュエータ２３が搭載される。加圧アクチュエータ２３により溶接装置本体２０内の図示しないボールねじ機構を介して下側溶接電極２２と同軸線上で上下動するロッド２４が溶接装置本体２０の下方に突出し、ロッド２４の先端に下側溶接電極２２と対向すると共に下側溶接電極２２と同軸上で移動可能な第２溶接電極である上側溶接電極２５が取り付けられる。これにより、上側溶接電極２５は加圧アクチュエータ２３の作動により下側溶接電極２２から離反する上昇移動端の退避位置と下側溶接電極２２に接近して被溶接体５０を下側溶接電極２２と協働して挟持、即ちクランプすると共に被溶接部材５０に加圧力を付与する下方移動端の加圧位置との間で下側溶接電極２２に対して接離移動する。
【００４０】
また、溶接装置本体２０には、加圧アクチュエータ２３に隣接してシリンダ装置或いはサーボモータ、本実施の形態ではサーボモータを駆動源とするアース機能電極アクチュエータ２６が搭載される。アース機能電極アクチュエータ２６により溶接装置本体２０内の図示しないボールねじ機構を介して上下動するロッド２７が溶接装置本体２０の下方に突出し、ロッド２７の下端に上側溶接電極２５の移動方向と平行に移動可能なアース機能電極２８が取り付けられる。これにより、アース機能電極２８はアース機能電極アクチュエータ２６の作動により上昇移動端の退避位置と下側溶接電極２２と上側溶接電極２５によって挟持保持された被溶接部材５０に通電可能に当接すると共に該部において薄板５１と第１厚板５２が通電可能に密着するように加圧力を付与する下方移動端の当接位置との間で移動する。
【００４１】
このアース機能電極アクチュエータ２６、ロッド２７、アース機能電極２８は、加圧アクチュエータ２３、ロッド２４、上側溶接電極２５と同様の構成によって形成することができる。
【００４２】
更に、支持ブラケット１１の上端にサーボモータ１５が搭載され、サーボモータ１５に連結されたボールねじ１７を溶接装置本体２０に固定されたナット１８に螺合してねじ機構を構成し、サーボモータ１５の回転により溶接装置本体２０を上下動させる。
【００４３】
図２は、スポット溶接装置１０の溶接通電回路３０を示す。この溶接通電回路３０は溶接電源３１を有し、溶接電源３１の一端は電線を介して上側溶接電極２５に接続され、他端は第１スイッチ３２を介してアース機能電極２８に接続され、かつ第２スイッチ３３を介して下側溶接電極２２に接続される。
【００４４】
そして、図２（ａ）に示すように上側溶接電極２５及びアース機能電極２８を被溶接部材５０の薄板５１に接触させた状態で第１スイッチ３２がＯＮでかつ第２スイッチ３３がＯＦＦ状態において、上側溶接電極２５とアース機能電極２８の間が被溶接部材５０を介して通電し、図２（ｂ）に示すように第１スイッチ３２がＯＦＦでかつ第２スイッチ３３がＯＮにおいて上側溶接電極２５と下側溶接電極２２間が被溶接部材５０を介して通電する。
【００４５】
加圧アクチュエータ２３、アース機能電極アクチュエータ２６、サーボモータ１５及び溶接通電回路３０の第１スイッチ３２、第２スイッチ３３の作動は、溶接装置コントローラ４０によって制御され、溶接ロボット１の位置制御によりスポット溶接装置１０が被溶接部材５０の各打点位置、即ち溶接部に移動したときに、溶接装置コントローラ４０は、加圧アクチュエータ２３、アース機能電極アクチュエータ２６、サーボモータ１５を作動させて下側溶接電極２２と上側溶接電極２５及びアース機能電極２８との間に被溶接部材５０を挟持すると共に加圧力を付与する。そして、溶接装置コントローラ４０は第１スイッチ３２及び第２スイッチ３３を選択的に作動させて上側溶接電極２５とアース機能電極２８間或いは上側溶接電極２５と下側溶接電極２２間を通電して被溶接部材５０をスポット溶接する。
【００４６】
次に、図３に示すスポット溶接装置作動工程図及び図４乃至図６のスポット溶接装置作動説明図を参照してスポット装置１０の作動を説明する上側溶接電極２５及びアース機能電極２８を共に退避位置に保持し、かつ第１スイッチ３２及び第２スイッチ３３が共にＯＦＦの状態で溶接装置１０を、溶接ロボット１の位置制御により被溶接部材５０の打点位置に移動、即ち被溶接部材５０の溶接部が下側溶接電極２２と上側溶接電極２５の間に位置する状態に位置決めし、更にサーボモータ１５により溶接装置本体２０を移動させて、図４（ａ）に示すよう下側溶接電極２２の先端２２ａを第２厚板５３に当接させて被溶接部材５０とスポット溶接装置１０の相対位置を決定、いわゆる位置出しをする。この位置出し状態では、図４（ｂ）に示すように下側溶接電極２２の先端２２ａが被溶接部材５０の第２厚板５３に当接する一方、上側溶接電極２５の先端２５ａ及びアース機能電極２８の先端２８ａが薄板５１と隙間を有して対向する。
【００４７】
次に、第１溶接工程において、図５（ａ）に示すように下側溶接電極２２が被溶接部材５０の第２厚板５３に当接した状態で加圧アクチュエータ２３の作動により上側溶接電極２２を退避位置から下側溶接電極２２に接近する加圧位置方向に移動させて薄板５１に圧接させて、下側溶接電極２２と上側溶接電極２５との間で被溶接部材５０を挟持すると共に加圧力を付与する。同様にアース機能電極アクチュエータ２６の作動によりアース機能電極２８を退避位置から当接位置方向に移動させて被溶接部材５０の薄板５１に通電可能に当接すると共に該部において薄板５１と第１厚板５２を通電可能に密着させる。
【００４８】
この被溶接部材５０を下側溶接電極２２と上側溶接電極２５で挟持して加圧すると共に、アース機能電極２８が被溶接部材５０に通電可能に当接した状態で、溶接通電回路３０の第１スイッチ３２をＯＮする。これにより図５（ｂ）のように溶接電源３１より上側溶接電極２２からアース機能電極２８に電流ｉを流す。そうすると、電流ｉの一部ｉａは下側溶接電極２２と上側溶接電極２５で挟持加圧された溶接部となる下側溶接電極２２と上側溶接電極２５間の薄板５１と第１厚板５２の接触部に位置する接合点ａを通り薄板５１から第１厚板５２に形成される通電経路を流れることにより、接合点ａが加熱されて溶融し、ナゲット５５の形成が開始される。ナゲット５５は通電経過に伴って次第に大きくなる。
【００４９】
また、上側溶接電極２２からアース機能電極２８間を流れる電流ｉの一部ｉｂは、接合点ａを通らず、上側溶接電極２２、アース機能電極２８側の薄板５１の通電経路を流れる。この分流ｉｂは接合点ａの発熱に殆ど寄与しない無効分流である。
【００５０】
予め設定された時間ｔ通電し、ナゲット５５が大きくなり、薄板５１と第１厚板５２が溶接された後、第1スイッチ３２をＯＦＦに切り替え、上側溶接電極２２からアース機能電極２８への電流ｉを遮断してナゲット５５の形成を停止する。
【００５１】
ここで、薄板５１と第１厚板５２の接合点ａにおける発熱量が過少であると十分な大きさのナゲット５５が得られず溶接強度の不足を招く一方、発熱量が過大であると散りの発生を招き溶接強度の不足や薄板５１の溶解が懸念されることから、薄板５１と第１厚板５２の接合点ａにおける最適な溶接品質が確保できる通電時間ｔを予め実験やシミュレーション等に基づいて設定するこが好ましい。
【００５２】
次に、アース機能電極アクチュエータ２６の作動によりアース機能電極２８を当接位置から退避位置に移動させてアース機能電極２８を被溶接部材５０の薄板５１から引き離す。アース機能電極２８による加圧力の解除に伴い該部における薄板５１と第１厚板５２との間に僅かな隙間が形成される。
【００５３】
引き続く第２溶接工程において、図６（ａ）に示す被溶接部材５０を下側溶接電極２２と上側溶接電極２５で被溶接部材５０の溶接位置を挟持加圧した状態で、溶接通電回路３０の第２スイッチ３３をＯＮする。これにより図６（ｂ）のように溶接電源３１より上側溶接電極２２から下側溶接電極２２に電流ｉを流す。電流ｉは下側溶接電極２２と上側溶接電極２５で加圧された下側溶接電極２２と上側溶接電極２５間の薄板５１と第１厚板５２の接合点ａ、即ちナゲット５５及び第１厚板５２と第２厚板５３の接触部に位置する接合点ｂを通る通電経路を流れる。薄板５１と厚板５２との接合点ａに形成されたナゲット５５に対し、第１厚板５２と第２厚板５３とが圧接する接合点ｂを流れる電流密度が高く、主に接合点ｂが加熱され溶融し、接合点ｂのナゲット５６の形成が開始される。ナゲット５６は通電経過に伴って次第に大きくなる。
【００５４】
予め設定された時間Ｔ通電し、ナゲット５６が大きくなり、第１厚板５２と第２厚板５３が溶接された後、第２スイッチ３２をＯＦＦに切り替え、上側溶接電極２２から下側溶接電極２３側への電流ｉを遮断してナゲット５６の形成を停止する。
【００５５】
ここで、第１厚板５２と第２厚板５３の接合点ｂにおける発熱量が過少であると十分な大きさのナゲット５６が得られず十分な溶接強度の不足を招く一方、発熱量が過大であると散りの発生を招き溶接強度の不足が懸念されることから、第１厚板５２と第２厚板５３の接合点ｂにおける最適な溶接品質が確保できる通電時間Ｔを予め実験やシミュレーション等に基づいて設定するこが好ましい。
【００５６】
次に、加圧アクチュエータ２３の作動により上側溶接電極２２を加圧位置から退避位置に移動させて上側溶接電極２５を被溶接部材５０の薄板５１から離し、被溶接部材５０を開放、即ちアンクランクする。
【００５７】
被溶接部材５０を開放したスポット溶接装置１０は、上側溶接電極２５及びアース機能電極２８を共に退避位置に保持し、かつ第１スイッチ３２及び第２スイッチ３３が共にＯＦＦの状態で溶接ロボット１の位置制御により被溶接部材５０の次の打点位置に移動し、被溶接部材５０の溶接位置が下側溶接電極２２と上側溶接電極２５の間に位置する状態に位置決めし、下側溶接電極２２を厚板５３に当接させて被溶接部材５０とスポット溶接装置１０の位置出し、上記同様の作動を繰り返し、薄板５１と第１厚板５２の間にナゲット５５を形成し、第１厚板５２と第２厚板５３との間にナゲット５６を形成してスポット溶接する。
【００５８】
以上述べたように、第１溶接工程において下側溶接電極２２と上側溶接電極２５で溶接位置を挟持して加圧すると共にアース機能電極２８を薄板５１に当接した状態で、薄板５１と第１厚板５２の間の接合点ａにおける最適な溶接条件が得られる予め設定された通電時間ｔで上側溶接電極２５とアース機能電極２８との間で通電して薄板５１と第１厚板５２の接合点ａにナゲット５５を形成することで薄板５１と第１厚板５２との十分な溶接強度が得られる。次の第２溶接工程で第１厚板５２と第２厚板５３の間の接合点ｂにおいて最適な溶接条件が得られる予め設定された通電時間Ｔで上側溶接電極２５と下側溶接電極２２との間で通電して第１厚板５２と第２厚板５３の接合点ｂにナゲット５６を形成することで第１厚板５２と第２厚板５３との十分な溶接強度が得られる。即ち薄板５１と第１厚板５２及び第１厚板５２と第２厚板５３の溶接強度が得られ、薄板５１、第１厚板５２、第２厚板５３が重ねられた被溶接部材５０における均一な安定した溶接品質が得られる。
【００５９】
また、スポット溶接装置１は、被溶接部材５０の第２厚板５３に対向する下側溶接電極２２と、この下側溶接電極２２と協働して被溶接部材５０を挟持加圧する上側溶接電極２５と、下側溶接電極２２と上側溶接電極２５によって挟持加圧された被溶接部材５０の薄板５１に接離するアース機能電極２８と、下側溶接電極２２と上側溶接電極２５により被溶接部材５０を挟持加圧した状態で上側溶接電極２５と薄板５１に当接するアース機能電極２８との間で通電し、かつアース機能電極２８が薄板５１から離れた非接触状態で上側溶接電極２５と下側溶接電極２２との間で通電する溶接通電回路３０とを備える簡単な構成で形成することができる。
【００６０】
また、溶接ロボット１に配置される溶接装置本体２０にヨーク２１を介して下側溶接電極２２を配置し、溶接装置本体２０に加圧アクチュエータ２３及びアース機能電極アクチュエータ２６を配置することでスポット溶接装置１０を溶接ロボット１に容易に装着することができる。
【００６１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では第１溶接工程における薄板５１と第１厚板５２とのスポット溶接と第２溶接工程における第１厚板５２と第２厚板５３との溶接時における下側溶接電極２２と上側溶接電極２５による加圧力及び電流が一定である場合を例に説明したが、第１溶接工程における薄板５１と第１厚板５２とのスポット溶接と第２溶接工程における第１厚板５２と第２厚板５３との溶接時における加圧力、電流、通電時間を異ならせる等を適宜変更することができる。また、第１厚板５２と第２厚板５３の板厚や剛性等は同一である必要はなく、第１厚板５２と第２厚板５３の板厚が薄板５１より薄ければよい。
【符号の説明】
【００６２】
１        溶接ロボット
１０      スポット溶接装置
２０      溶接装置本体
２１      ヨーク
２２      下側溶接電極（第１溶接電極）
２３      加圧アクチュエータ
２５      上側溶接電極（第２溶接電極）
２６      アース機能電極アクチュエータ
２８      アース機能電極
３０      溶接通電回路
３１      溶接電源
３２      第１スイッチ
３３      第２スイッチ
５０      被溶接部材
５１      薄板
５２      第１厚板
５３      第２厚板
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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