(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚比が５以上の複数枚の金属板を重ね合わせた板組に抵抗スポット溶接を行うスポット溶接方法であって、
板厚が最も薄い金属板を最表面に配置した板厚比が５以上の板組を準備すること、
第１の電極チップ及び第２の電極チップを、前記第１の電極チップが前記最も薄い金属板が配置された側に配置されるように、前記第２の電極チップが前記板組の反対側に配置されるように、前記板組を間に挟んで対向して配置すること、
絶縁体である第１の加圧部材を前記第１の電極チップの周囲に配置すること、
導電体である第２の加圧部材を前記第２の電極チップの周囲に配置すること、
前記第１の電極チップから前記板組に加えられる加圧力が、前記第２の電極チップから前記板組に加えられる加圧力よりも小さくなるように、前記第１の電極チップ及び前記第１の加圧部材の各先端部、並びに前記第２の電極チップの先端部を、前記板組に押し付けて加圧力を加え、且つ前記第２の加圧部材の先端部を前記板組に接触させるかまたは押し付けて加圧力を加えること、並びに
前記第１の電極チップ及び前記第１の加圧部材の各先端部、並びに前記第２の電極チップの先端部を前記板組に押し付けて加圧力を加え且つ前記第２の加圧部材の先端部を前記板組に接触させながらまたは押し付けて加圧力を加えながら、前記第１の電極チップと前記第２の電極チップ及び前記第２の加圧部材との間に電流を流して、前記板組の溶接を行うこと、
を含む、スポット溶接方法。
【請求項２】
前記第１の電極チップの胴体部と前記第１の加圧部材との平均間隔は０．５ｍｍ以下である、請求項１に記載のスポット溶接方法。
【請求項３】
前記第２の電極チップの胴体部と前記第２の加圧部材との平均間隔は０．５ｍｍ以下である、請求項１または２に記載のスポット溶接方法。
【請求項４】
前記第１の電極チップと前記第２の電極チップとを加圧力をゼロにして前記板組に接触させたときに
（前記第１の電極チップと前記第２の電極チップとの電極間距離）≦（前記板組を構成する各金属板の合計厚み×１．１倍）
が成り立つ場合に、前記第２の加圧部材の加圧力を０．４３ｋＮ以下に下げる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、重ね合わせた複数の金属板を含む板組に抵抗スポット溶接を行うスポット溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車体の組立や部品の取付け等において、重ね合わせた複数枚の金属板同士の接合では、主として、抵抗スポット溶接が使用されている。このスポット溶接では、先端部が板組に押し付けられる一対の電極チップが用いられる。【０００３】
スポット溶接では、重ね合わせた複数枚の金属板の両側から、金属板を挟み込むように、電極チップを押し付けつつ通電して、溶融金属を形成し、通電の終了後に電極チップによる抜熱や金属板自体への熱伝導によって、溶融金属を冷却凝固させ、金属板の間に、断面が楕円形状の溶融凝固部（ナゲット）を形成する。【０００４】
自動車ボデーでは、近年、軽量化を狙い、難溶接部位が出現している。その代表例として、サイドメンバーと呼ばれるドア周りの外板の薄肉化と骨格部材であるＢピラーのリンフォース厚肉化による、薄板／厚板／厚板の３枚重ねスポット溶接部である。本願では、重ね合わせた複数枚の金属板のうち、厚みが最も薄い金属板を薄板、それより厚みが厚い金属板を厚板とよぶ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１１２５９号公報
【特許文献２】特開２０１２−６６２８４号公報
【特許文献３】特開２００６−５５８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自動車ボデー等で見られる薄板／厚板／厚板の３枚重ね等のスポット溶接においては、厚みが最も薄い金属板は、加工が容易であるため、概して積層体の最外に配置される。この場合、厚板／厚板の界面は溶融しやすいが、薄板／厚板の界面は溶融しにくく安定的にスポット溶接を行うことが難しい。【０００７】
スポット溶接においては、水冷された電極から一番離れている板組の中心部から溶融が開始されるため、薄板／厚板界面は溶融しにくい。さらには、薄板は概して軟鋼が用いられ厚板は概して高張力鋼が用いられるため、このような組み合わせの板組を用いると、薄板と電極チップの接触面積が大きく、厚板と電極チップの接触面積は小さくなるため、薄板側の電流密度が小さくなり、薄板／厚板界面はさらに溶融しにくくなる。さらには、軟鋼の方が高張力鋼よりも電気電導率が高いため、発熱しにくく、薄板／厚板界面を溶融することが難しい。【０００８】
そのため、一般的に、板厚比の上限が４〜５程度に規定されており、これが設計自由度を阻害している要因の一つとなっている。【０００９】
このような板厚比が大きい薄板／厚板の板組のスポット溶接を行うために、溶接電極において、電極チップ及び金属板を加圧するための加圧部材を設ける技術（特許文献１、２）、並びに２段階の加圧力で加圧及び二段階の電流値で通電する技術（特許文献３）が提案されている。【００１０】
しかしながら、特許文献１、２においては、薄板／厚板の界面及び厚板／厚板の界面に接触径の差を設けるために、電極チップと加圧ロッドとの間に所定の距離を設けることが必要であり、板組の幅方向に装置が大きくなり、狭い箇所、例えば１０〜２０ｍｍ程度の幅のフランジにスポット溶接することが困難である。また、電極チップと加圧ロットとで電流の極性が異なるため、通電するための電気制御も複雑になる。特許文献３においても、溶接中に加圧力及び電流値を変更する必要があり、スポット溶接方法が複雑になり、スポット溶接装置の構成も複雑になる。【００１１】
したがって、板厚が最も薄い金属板を最表面に配置した板厚比が５以上の板組でも、電気制御が容易でコンパクトな溶接装置を用いて、薄板／厚板の界面において、チリの発生を抑制しつつ、所望のナゲット径を形成して、スポット溶接を行うことができるスポット溶接方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示の要旨とするところは以下の通りである。
（１）板厚比が５以上の複数枚の金属板を重ね合わせた板組に抵抗スポット溶接を行うスポット溶接方法であって、
板厚が最も薄い金属板を最表面に配置した板厚比が５以上の板組を準備すること、
第１の電極チップ及び第２の電極チップを、前記第１の電極チップが前記最も薄い金属板が配置された側に配置されるように、前記第２の電極チップが前記板組の反対側に配置されるように、前記板組を間に挟んで対向して配置すること、
絶縁体である第１の加圧部材を第１の電極チップの周囲に配置すること、
前記第１の電極チップから前記板組に加えられる加圧力が、前記第２の電極チップから前記板組に加えられる加圧力よりも小さくなるように、前記第１の電極チップ及び前記第１の加圧部材の各先端部、並びに前記第２の電極チップの先端部を、前記板組に押し付けて加圧力を加えること、並びに
前記第１の電極チップ及び前記第１の加圧部材の各先端部、並びに前記第２の電極チップの先端部を前記板組に押し付けて加圧力を加えながら、前記第１の電極チップと前記第２の電極チップとの間に電流を流して、前記板組の溶接を行うこと、
を含む、スポット溶接方法。
（２）導電体である第２の加圧部材を前記第２の電極チップの周囲に配置すること、
前記第１の電極チップから前記板組に加えられる加圧力が、前記第２の電極チップから前記板組に加えられる加圧力よりも小さくなるように、前記第１の電極チップ及び前記第１の加圧部材の各先端部並びに前記第２の電極チップの先端部を前記板組に押し付けて加圧力を加え且つ前記第２の加圧部材の先端部を前記板組に接触させるかまたは押し付けて加圧力を加えること、並びに
前記第１の電極チップ及び前記第１の加圧部材の各先端部並びに前記第２の電極チップの先端部を前記板組に押し付けて加圧力を加え且つ前記第２の加圧部材の先端部を前記板組に接触させながらまたは押し付けて加圧力を加えながら、前記第１の電極チップと前記第２の電極チップ及び前記第２の加圧部材との間に電流を流して、前記板組の溶接を行うこと、
を含む、（１）に記載のスポット溶接方法。
（３）前記第1の電極チップの胴体部と前記第1の加圧部材との平均間隔は０．５ｍｍ以下である、（１）または（２）に記載のスポット溶接方法。
（４）前記第２の電極チップの胴体部と前記第２の加圧部材との平均間隔は０．５ｍｍ以下である、（２）に記載のスポット溶接方法。
（５）前記第１の電極チップと前記第２の電極チップとを加圧力をゼロにして前記板組に接触させたときに
（前記第１の電極チップと前記第２の電極チップとの電極間距離）≦（前記板組を構成する各金属板の合計厚み×１．１倍）
が成り立つ場合に、前記第２の加圧部材の加圧力を０．４３ｋＮ以下に下げる、（２）または（４）に記載のスポット溶接方法。
【発明の効果】
【００１３】
本開示のスポット溶接方法によれば、板厚が最も薄い金属板を最表面に配置した板厚比が５以上の板組でも、電気制御が容易でコンパクトな溶接装置を用いて、薄板／厚板の界面において、チリの発生を抑制しつつ、所望のナゲット径を形成して、スポット溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本開示のスポット溶接方法に用いることができる溶接装置の一例を表す断面模式図である。
【図２】図２は、本開示のスポット溶接方法に用いることができる溶接装置の一例を表す断面模式図である。
【図３】図３は、加圧部材の先端部を板組に押し付け、電極チップの先端部を板組から離した位置に配置したときの、態様を表す断面模式図である。
【図４】図４は、電極チップの先端部及び加圧部材の先端部を板組に押し付けたときの態様を表す断面模式図である。
【図５】図５は、第１の電極チップと第２の電極チップとの間で通電したときの、電流の流れを表す断面模式図である。
【図６】図６は、第１の電極チップと第２の電極チップ及び第２の加圧部材との間で通電したときの、電流の流れを表す断面模式図である。
【図７】図７は、ナゲット径の測定方法を説明する模式図である。
【図８】図８は、第２の駆動装置として空気圧シリンダを用いた場合の本開示の溶接装置の一例の断面模式図である。
【図９】図９は、図８の溶接装置の加圧部材を移動させたときの断面模式図である。
【図１０】図１０は、実施例でスポット溶接を行った板組の断面写真である。
【図１１】図１１は、スポット溶接したフランジを模式的に表す斜視図である。
【図１２】図１２は、第１の電極チップ及び第２の電極チップ並びに第１の加圧部材及び第２の加圧部材で板組を加圧するときの態様の一例を表す断面模式図である。
【図１３】図１３は、厚板／厚板の間の対向する両端部にスペーサーを配置することにより、厚板／厚板の間に板隙有りの状態を模擬的に形成した状態を表す断面模式図である。
【図１４】図１４は、実施例４〜９及び比較例３〜４における電極及び加圧部材の平均間隔と適正電流範囲との関係を表すグラフである。
【図１５】図１５は、実施例２及び１０〜１４並びに比較例５〜１０における電極及び加圧部材の平均間隔と適正電流範囲との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示は、板厚比が５以上の複数枚の金属板を重ね合わせた板組に抵抗スポット溶接を行うスポット溶接方法であって、板厚が最も薄い金属板を最表面に配置した板厚比が５以上の板組を準備すること、第１の電極チップ及び第２の電極チップを、前記第１の電極チップが前記最も薄い金属板が配置された側に配置されるように、前記第２の電極チップが前記板組の反対側に配置されるように、前記板組を間に挟んで対向して配置すること、絶縁体である第１の加圧部材を第１の電極チップの周囲に配置すること、前記第１の電極チップから前記板組に加えられる加圧力が、前記第２の電極チップから前記板組に加えられる加圧力よりも小さくなるように、前記第１の電極チップ及び前記第１の加圧部材の各先端部、並びに前記第２の電極チップの先端部を、前記板組に押し付けて加圧力を加えること、並びに前記第１の電極チップ及び前記第１の加圧部材の各先端部、並びに前記第２の電極チップの先端部を前記板組に押し付けて加圧力を加えながら、前記第１の電極チップと前記第２の電極チップとの間に電流を流して、前記板組の溶接を行うこと、を含む、スポット溶接方法を対象とする。
【００１６】
図１２に、第１の電極チップ及び第２の電極チップ並びに第１の加圧部材及び第２の加圧部材で板組を加圧するときの態様の一例を表す断面模式図を示す。
【００１７】
図１２に示すように、第１の電極チップ２ａから板組１６に加えられる加圧力をＦ１、第１の加圧部材３ａから板組１６に加えられる加圧力をＦ２、第２の電極チップ２ｂから板組１６に加えられる加圧力をＦ３、及び第２の加圧部材３ｂから板組１６に加えられる加圧力をＦ４とする。
【００１８】
本開示のスポット溶接方法によれば、薄板側の電極チップの加圧力Ｆ１を、厚板側の電極チップの加圧力Ｆ３よりも小さくすることができ、従来よりも薄板側の電極チップの電流値を大きくすることができるので、板厚比が５以上の板組をスポット溶接する場合でも、チリの発生を抑制し且つ所望のナゲット径を形成する適正電流範囲を広く確保することが可能となる。
【００１９】
例えば、薄板１５ａ側の電極チップの加圧力Ｆ１を２．５ｋＮ及びその周囲の絶縁体の加圧部材の加圧力Ｆ２を１．５ｋＮとし、厚板１５ｃ側の電極チップの加圧力Ｆ３を４．０ｋＮとすることができる。このように、薄板側の電極チップの周囲の加圧部材を用いて、薄板側の電極チップの加圧力Ｆ１を小さく、厚板側の電極チップの加圧力Ｆ３を大きくすることによって、薄板の変形を小さくし、電極との接触面積を小さく通電径を狭くすることができるので、薄板側の電流密度は大きくなり発熱しやすくなる。
【００２０】
本開示の方法によればまた、電極チップと加圧部材を近接させて配置することができるため、本開示の方法を行うための装置がコンパクトになり、狭い箇所、例えば図１１に示すような１０〜２０ｍｍ程度の幅のフランジにも、スポット溶接を容易に行うことができる。さらには、電極チップと加圧部材を近接させて配置することによって、適正電流範囲をより大きくすることもできる。図１１は、スポット溶接したフランジを模式的に表す斜視図である。また、電流値を一定且つ通電方向も一定であることができるため、電流の極性の制御や多段階の電流の切り替えも不要である。さらには、スポット溶接中に板組への加圧力を変更する必要はなく一定加圧で行うことができる。
【００２１】
本開示の方法によればまた、電極チップ及び加圧部材だけ変更すれば、従来の溶接装置を用いることができる。
【００２２】
適正電流範囲とは、基準直径のナゲットが形成される最小の電流値から、チリの発生を伴わずに基準直径以上のナゲットが形成される最大の電流値までの電流値範囲をいう。適正電流範囲は、後述の板隙の有無やその大きさにもよるが、好ましくは１．５ｋＡ以上、より好ましくは１．８ｋＡ以上、さらに好ましくは１．９ｋＡ以上である。基準直径とは４√ｔ（ｔは、最も薄い金属板の板厚）に等しい。基準直径は、基準ナゲット径ともいう。なお、後述のように、板隙がある方または板隙が大きくなる方が、適正電流範囲がより狭くなる。
【００２３】
本開示のスポット溶接方法では、図１２に例示するように、被溶接部材として、板厚が最も薄い金属板１５ａが最表面に配置されるように重ね合わせた板厚比が５以上の板組を準備する。板厚比とは、板組を構成する各金属板の合計厚みを、最も薄い金属板の厚みで割った値であり、次の式：
板厚比＝（板組を構成する各金属板の合計厚み）／（最も薄い金属板の厚み）
で表される。
【００２４】
複数枚の金属板は、２枚以上の金属板を含み、接合する構造部品の形態に応じて、３枚以上の金属板とすることができる。
【００２５】
本開示のスポット溶接方法は、板厚が最も薄い金属板が最表面に配置されるように重ね合わせた３枚の金属板の溶接に、特に好適に用いることができる。
【００２６】
各金属板は、特に限定されるものでなく、種々の成分組成の鋼板でもよく、または鋼板以外のアルミニウム、ステンレス等の金属部材であってもよい。
【００２７】
好ましくは、板厚が最も薄い金属板（薄板）は２７０ＭＰａ以下の軟鋼、それ以外の金属板（厚板）は、５９０ＭＰａ以上、９８０ＭＰａ以上、１１８０ＭＰａ以上、若しくは１４８０Ｍｐａ以上の高張力鋼である。本開示の方法は、上記組み合わせの板組のスポット溶接に、好適に用いることができる。例えば、本開示の方法によれば、０．７５ｍｍ厚で２７０ＭＰａの合金化溶融亜鉛めっき鋼板、１．６ｍｍ厚で５９０ＭＰａの合金化溶融亜鉛めっき鋼板、及び２．３ｍｍ厚で５９０ＭＰａの合金化溶融亜鉛めっき鋼板を重ね合わせた板厚比が６．２の板組をスポット溶接する場合でも、チリの発生を抑制しつつ、所望のナゲット径を形成する適正電流範囲を広く確保することができる。
【００２８】
第２の加圧部材の有無にかかわらず、板厚比が５以上である限り、各金属板の板厚は、特に限定されるものでなく、例えば０．５〜３．２ｍｍまたは０．７〜２．８ｍｍであることができる。好ましくは、板厚が最も薄い金属板の厚みが０．７〜１．０ｍｍまたは０．７〜０．９ｍｍであり、それ以外の金属板の厚みが１．６〜２．３ｍｍまたは１．８〜２．２ｍｍである。複数枚の金属板を含む板組の厚み（板組全体の厚み）も、特に限定されるものでなく、例えば１．０〜７．０ｍｍ、２．０〜６．０ｍｍまたは２．４〜５．０ｍｍとすることができる。
【００２９】
本開示のスポット溶接方法によれば、第２の加圧部材の有無にかかわらず、板厚比が５以上、好ましくは６以上、より好ましくは７以上の板組をスポット溶接することができる。板厚比の上限を特に定める必要はないが、板厚比の上限は例えば、２０、１５又は１０としてもよい。本開示のスポット溶接方法によれば、薄板側の電極チップの加圧力Ｆ１を小さく、厚板側の電極チップの加圧力Ｆ３を大きくすることによって、薄板側の電流密度を高めることができるので、ナゲット径の位置を薄板側へシフトすることができ、上記範囲の大きな厚板比を有する板組をスポット溶接することができる。
【００３０】
金属板は、両面または片面にめっき等の表面処理皮膜を形成したものであっても、表面処理皮膜を形成していないものであってもよい。金属板は、少なくとも一部に板状部を有し、当該板状部が互いに積み重ね合わされる部分を有するものであればよく、全体が板状でなくてもよく、例えば形鋼等であってもよい。複数枚の金属板は、別々の金属板から構成されるものに限定されず、１枚の金属板を管状等の所定の形状に成形したものを重ね合わせたものでもよい。
【００３１】
図１２又は図１に例示するように、第１の電極チップ２ａは、最も薄い金属板１５ａが配置された側に配置されるように、第２の電極チップ２ｂは、板組の反対側に配置されるように、対向して配置される。すなわち、第１の電極チップ及び第２の電極チップは、板厚比が５以上の複数枚の金属板を重ね合わせた板組を間に挟むことができるように、対向して配置される。
【００３２】
図１２又は図１に例示するように、第１の電極チップ２ａ及び第２の電極チップ２ｂを、電極チップの軸方向に駆動及び任意の位置に停止させることができ、第１の電極チップ２ａの先端部２ａ２及び第２の電極チップ２ｂの先端部２ｂ２を板組に押し付けて、板組を間に挟むことができる。電極チップは、加圧部材に対して相対的に移動され得る。
【００３３】
第１の電極チップ及び第２の電極チップには、所定の電流値及びサイクル数で電流を流すことができる。電極チップによる板組への通電は、板組に含まれる金属板の強度及び厚みに応じて変えることができ、例えば通電時間５〜５０サイクル（電源周波数５０Ｈｚ）で４〜１５ｋＡの電流を流すことができる。
【００３４】
電極チップは、特に限定されるものでなく、公知のものを用いることができるが、好ましくはＣｕ、Ｃｕ−Ｃｒ合金、またはアルミナ分散Ｃｕ製である。電極チップは、好ましくは２〜１６ｍｍの円柱形状を有する胴体部、及び、先端直径が６〜８ｍｍのＤＲ型（ドームラジアス型）、ＣＦ型（円錐・平面形）、ＣＲ型（円錐・ラジアス形）、ＤＦ型（ドーム・平面形）、またはＤ型の先端形状を有する先端部を有する。図１２の例示においては、第１の電極チップ２ａは、胴体部２ａ１及び先端部２ａ２を有し、第２の電極チップ２ｂは、胴体部２ｂ１及び先端部２ｂ２を有する。電極チップは、好ましくは、加圧方向に対して垂直方向の断面が円形の形状を有する。
【００３５】
図１２又は図１に例示するように、絶縁体である第１の加圧部材３ａを、第１の電極チップ２ａの周囲に配置する。第１の加圧部材は、電極チップの軸方向に駆動及び任意の位置に停止させることができ、第１の加圧部材の先端部を、板組に押し付けて加圧力Ｆ２を加えることができる。絶縁体である第１の加圧部材の材質は、耐熱性を有し、板組を加圧することができる所定の機械的特性を合わせ持つものであれば、特に限定されるものでないが、好ましくは樹脂、より好ましくはエンジニアリングプラスチック、さらに好ましくは芳香樹脂族ポリエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）またはポリアミド樹脂である。
【００３６】
第１の加圧部材の形状は、好ましくは、第１の電極チップを中心として点対称の円筒形状、円筒形状の一部が欠けているが大部分が第１の電極チップを中心として点対称の円筒形状を有する部分円筒形状、または第１の電極チップを中心として点対称または線対称の、角の数が５以上の正多角形の筒形状であり、より好ましくは、前記円筒形状または前記部分円筒形状であり、さらに好ましくは前記円筒形状である。第１の加圧部材は、上記形状を有することにより、第１の電極チップの周囲に配置可能であり、且つ第１の電極チップを中心として点対称または線対称に板組を加圧して、第１の電極チップの加圧力を均一に軽減することができる。第１の加圧部位の加圧する領域が、第１の電極チップの周囲の４０％以上、５０％以上または７５％以上となるような形状としてもよい。また、必要があれば、この領域を、第１の電極チップの周囲の全周つまり１００％となるような形状としてもよい。
【００３７】
第１の加圧部材は、好ましくは、加圧方向において内径が一定である。これにより、電極チップと加圧部材とを干渉させることなく別個に相対的に移動させることができる。このように移動させるため、第１の加圧部材は円筒形の形状とすることが好ましい。より好ましくは、第１の電極チップの金属板との当接面の外周から第１の加圧部材の内径まで距離（間隔）は、５ｍｍ超又は６ｍｍ超である。
【００３８】
第１の加圧部材の内径は、動作可能である範囲で、第１の電極チップの直径に近いことが好ましい。第１の電極チップ２ａの胴体部と第１の加圧部材との平均間隔は、好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．３ｍｍ以下、さらに好ましくは０．２ｍｍ以下、さらにより好ましくは０．１ｍｍ以下である。第１の電極チップの胴体部と第１の加圧部材との平均間隔とは、図１２に示す第１の電極チップ２ａの胴体部２ａ１の外径と第１の加圧部材３ａの内径との間の、加圧方向に対して垂直方向における平均間隔Ｄ１である。第１の電極チップの胴体部と第１の加圧部材との平均間隔とが上記範囲内にあることによって、適正電流範囲をより大きくすることもできる。絶縁体である第１の加圧部材は、第１の電極チップと接触していてもよく、接触していなくてもよい。
【００３９】
第１の加圧部材３ａの、加圧方向に対して垂直方向における厚み（肉厚）は、例えば１〜７ｍｍ又は１〜５ｍｍであることができる。第１の加圧部材は、外径の上限が３０ｍｍ、２５ｍｍ、または２０ｍｍであり、外径の下限が１０ｍｍ、または１５ｍｍの円筒体であってもよい。第１の加圧部材の外径の下限は、第１の電極チップの外径である。
【００４０】
第１の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ１が、第２の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ３よりも小さくなるように、第１の電極チップ及び第１の加圧部材の各先端部、並びに第２の電極チップの先端部を、板組に押し付けて加圧力を加える。
【００４１】
第１の電極チップ及び第１の加圧部材から板組に加えられる加圧力Ｆ１、Ｆ２の合計と、第２の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ３とは等しいので、第１の加圧部材から板組に加圧力Ｆ２が加えられると、第１の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ１をその分小さくすることができる。これにより、第１の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ１を、第２の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ３よりも小さくすることができる。
【００４２】
好ましくは、第１の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ１：第２の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ３の比率は（１０〜９５）：１００である。つまり、第２の加圧部材の有無にかかわらず、加圧力Ｆ１は加圧力Ｆ３の１０〜９５％とすることが好ましい。加圧力Ｆ３に対する加圧力Ｆ１の比率の上限を９０％、８５％、８０％又は７０％としてもよい。加圧力Ｆ３に対する加圧力Ｆ１の比率の下限を２０％、３０％又は４０％としてもよい。より好ましくは、第１の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ１は、第２の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ３より１．５〜２．５ｋＮ小さい。このように第１の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ１が第２の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ３よりも小さい分、第１の加圧部材から板組に加圧力Ｆ２が加えられ、板組を挟んで加圧される加圧力のバランスをとる。
【００４３】
第１の加圧部材から板組に加えられる加圧力Ｆ２は、板組に含まれる金属板の強度及び厚みに応じて変えることができ、例えば０．０〜６．０ｋＮ、または１．５〜４．５ｋＮであることができる。
【００４４】
第２の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ３は、板組に含まれる金属板の強度及び厚みに応じて変えることができ、例えば０．０〜６．０ｋＮ、または１．５〜４．５ｋＮであることができる。
【００４５】
本開示のスポット溶接方法は、好ましくは、導電体である第２の加圧部材を前記第２の電極チップの周囲に配置すること、前記第１の電極チップから前記板組に加えられる加圧力Ｆ１が、前記第２の電極チップから前記板組に加えられる加圧力Ｆ３よりも小さくなるように、前記第１の電極チップ及び前記第１の加圧部材の各先端部並びに前記第２の電極チップの先端部を前記板組に押し付けて加圧力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を加え且つ前記第２の加圧部材の先端部を前記板組に接触させるかまたは押し付けて加圧力Ｆ４を加えること、並びに前記第１の電極チップ及び前記第１の加圧部材の各先端部並びに前記第２の電極チップの先端部を前記板組に押し付けて加圧力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を加え且つ前記第２の加圧部材の先端部を前記板組に接触させながらまたは押し付けて加圧力Ｆ４を加えながら、前記第１の電極チップと前記第２の電極チップ及び前記第２の加圧部材との間に電流を流して、前記板組の溶接を行うことを含む。
【００４６】
図１２又は図１に例示するように、薄板１５ａ側に絶縁体の加圧部材３ａ及び厚板１５ｃ側に導電性の加圧部材３ｂを用いることにより、薄板１５ａに接する電極チップ２ａの加圧力Ｆ１を小さく、厚板１５ｃに接する電極チップ２ｂの加圧力Ｆ３を大きくし、且つ薄板１５ａに接する電極チップ２ａから薄板１５ａに通電する通電径を狭くし、且つ厚板１５ｃに通電する通電径を広くすることができるので、薄板１５ａ側の電流密度をより大きくすることができる。
【００４７】
例えば、薄板１５ａ側の電極チップ２ａの加圧力Ｆ１を２．５ｋＮ及びその周囲の絶縁体の加圧部材３ａの加圧力Ｆ２を１．５ｋＮとし、厚板１５ｃ側の電極チップ２ｂの加圧力Ｆ３を３．９ｋＮ及びその周囲の加圧部材３ｂの加圧力Ｆ４を０．１ｋＮとすることができる。
【００４８】
図１２に例示するように、第２の加圧部材の先端部を押し付けて加圧力Ｆ４を加える場合も、第１の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ１が第２の電極チップから板組に加えられる加圧力Ｆ３よりも小さくなるように、第１の電極チップ及び第１の加圧部材の各先端部、並びに第２の電極チップ及び第２の加圧部材の各先端部を、板組に押し付けて加圧力を加える。
【００４９】
第２の加圧部材の先端部を、加圧力を実質的にゼロとして板組に接触させるか、または押し付けて加圧力Ｆ４を加えつつ、第２の加圧部材からも板組を通電加熱することができる。第２の電極チップに加えて第２の加圧部材からも板組を通電加熱することによって、板厚比が５以上の複数枚の金属板を重ね合わせた板組をスポット溶接する場合でも、チリを発生させずに所望のナゲット径をより安定して形成することができる。厚板側に導電性の加圧部材を使用することにより、厚板側の電流密度を低めることができ、ナゲット径の位置を薄板側へシフトすることができ、板厚比が５以上、好ましくは６以上、より好ましくは７以上の大きな厚板比を有する板組をスポット溶接することができる。
【００５０】
第２の加圧部材による板組への通電は、板組に含まれる金属板の強度及び厚みに応じて変えることができ、例えば通電時間５〜５０サイクル（電源周波数５０Ｈｚ）で４〜１５ｋＡの電流を流すことができる。
【００５１】
導電体である第２の加圧部材の材質は、耐熱性を有し、板組に接触することができるかまたは板組を加圧することができる所定の機械的特性を合わせ持つものであれば、特に限定されるものでないが、好ましくはＣｕ、Ｃｕ−Ｃｒ合金、またはアルミナ分散Ｃｕ製である。第２の電極チップと第２の加圧部材とは、材質が異なってもよいが、同じ材質であることが好ましい。
【００５２】
第２の加圧部材は、電極チップの軸方向に駆動及び任意の位置に停止させることができ、第２の加圧部材の先端部を、板組に押し付けて加圧力Ｆ４を加えることができる。
【００５３】
第２の加圧部材の形状は、好ましくは、第２の電極チップを中心として点対称の円筒形状、円筒形状の一部が欠けているが大部分が第２の電極チップを中心として点対称の円筒形状を有する部分円筒形状、または第２の電極チップを中心として点対称または線対称の、角の数が５以上の正多角形の筒形状であり、より好ましくは、前記円筒形状または前記部分円筒形状であり、さらに好ましくは前記円筒形状である。第２の加圧部材は、上記形状を有することにより、第２の電極チップの周囲に配置可能であり、且つ第２の電極チップを中心として点対称または線対称に板組に接触するかまたは板組を加圧して、厚板１５ｃに通電する通電径を第２の電極チップを中心としてより均一に広くして、厚板側の電流密度を低めることができる。第２の加圧部位の加圧する領域が、第２の電極チップの周囲の４０％以上、５０％以上または７５％以上となるような形状としてもよい。また、必要があれば、この領域を、第２の電極チップの周囲の全周つまり１００％となるような形状としてもよい。
【００５４】
第２の加圧部材は、好ましくは、加圧方向において内径が一定である。これにより、電極チップと加圧部材とを干渉させることなく別個に相対的に移動させることができる。このように移動させるため、第２の加圧部材は円筒形の形状とすることが好ましい。より好ましくは、第２の電極チップの金属板との当接面の外周から第２の加圧部材の内径まで距離（間隔）は、５ｍｍ超又は６ｍｍ超である。
【００５５】
第２の加圧部材の内径は、動作可能である範囲で、第２の電極チップの直径に近いことが好ましい。第２の電極チップの胴体部と第２の加圧部材との平均間隔は、好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．３ｍｍ以下、さらに好ましくは０．２ｍｍ以下、さらにより好ましくは０．１ｍｍ以下である。第２の電極チップの胴体部と第２の加圧部材との平均間隔とは、図１２に示す第２の電極チップの胴体部２ｂ１の外径と第１の加圧部材３ｂの内径との間の、加圧方向に対して垂直方向における平均間隔Ｄ２である。第２の電極チップの胴体部と第２の加圧部材との平均間隔とが上記範囲内にあることによって、適正電流範囲をより大きくすることもできる。
【００５６】
第２の加圧部材３ｂの、加圧方向に対して垂直方向における厚み（肉厚）は、例えば１〜７ｍｍ又は１〜５ｍｍであることができる。第２の加圧部材は、外径の上限が３０ｍｍ、２５ｍｍ、または２０ｍｍであり、外径の下限が１０ｍｍ、または１５ｍｍの円筒体であってもよい。第２の加圧部材の外径の下限は第２の電極チップの外径である。
【００５７】
第１の電極チップの胴体部と第１の加圧部材との平均間隔と、第２の電極チップの胴体部と第２の加圧部材との平均間隔とは、それぞれ別個に設定することができる。
【００５８】
第２の加圧部材から板組に加えられる加圧力Ｆ４は、例えば０．０〜６．０ｋＮ、または１．５〜４．５ｋＮであることができる。板組を構成する金属板は、プレス加工時に生じるスプリングバック等により反り等変形していることがあり、その場合、重ね合わせた板組の間に隙間（板隙ともいう）が存在することがある。金属板が変形していると、重ね合わせた板組の間に隙間が存在する分、板組を構成する各金属板の合計厚みよりも、板組の厚みが大きくなる。比較的柔らかい薄板と厚板との間よりも、比較的硬い厚板と厚板との間に隙間が存在しやすい。板組を構成する各金属板の合計厚みよりも板組の厚みが大きい場合は、重ね合わせた板組の間に隙間が存在することになるが、重ね合わせた板組の間に隙間がない場合または隙間があっても小さい場合は、第２の加圧部材の加圧力Ｆ４を小さくしても、第１の電極チップの加圧力Ｆ１、第１の加圧部材の加圧力Ｆ２、及び第２の電極チップの加圧力Ｆ３を板組に加えることによって、溶接箇所において板組を構成する各金属板同士を接触させることができる。そのため、重ね合わせた板組の間に隙間がない場合または隙間があっても小さい場合は、チリの発生防止ができる範囲で、第２の加圧部材の加圧力Ｆ４を小さくして、第２の電極チップに加圧を集中させて第２の電極チップと厚板との接触面積を大きくすることが好ましい。
【００５９】
板組の間に隙間がない場合または隙間があっても小さい場合とは、溶接前に第１の電極チップと第２の電極チップとを共に加圧力を実質的にゼロにして板組に接触させたときに、（第１の電極チップと第２の電極チップとの電極間距離）≦（板組を構成する各金属板の合計厚み×１．１倍）が成り立つ状態を指す。
【００６０】
第１の電極チップと第２の電極チップとを共に加圧力を実質的にゼロにして板組に接触させたときに（第１の電極チップと第２の電極チップとの電極間距離）≦（板組を構成する各金属板の合計厚み×１．１倍）が成り立つ場合、第２の加圧部材の加圧力Ｆ４を、好ましくは０．４３ｋＮ以下、より好ましくは０．１０ｋＮ以下、さらに好ましくは０．００ｋＮに下げる。または、第２の加圧部材の加圧力Ｆ４を、第２の電極チップの加圧力Ｆ３と第２の加圧部材の加圧力Ｆ４の合計の４０％以下、３０％以下、２０％以下又は１０％以下としてもよい。
【００６１】
一方で、重ね合わせた板組の間に大きな隙間がある場合は、第２の加圧部材から板組に加えられる加圧力Ｆ４を、０．４３ｋＮ超にすることが好ましい。板組の間に大きな隙間がある場合、溶接前に第１の電極チップと第２の電極チップとを加圧力を実質的にゼロにして板組に接触させたときの第１の電極チップと第２の電極チップとの電極間距離が、板組を構成する各金属板の合計厚みの１．１倍超であり、好ましくは１．５倍以下、より好ましくは１．４倍以下、さらに好ましくは１．３倍以下、さらにより好ましくは１．２倍以下の範囲内にある。
【００６２】
導電体である第２の加圧部材は、第２の電極チップと接触していてもよく、接触していなくてもよい。第２の電極チップ及び第２の加圧部材は、第１の電極チップが接続されている電源に接続し、電流を分流して電極チップの電流を減らすことができる。電流は、第２の電極チップ及び第２の加圧部材の材質及び断面積に応じて分流する。
【００６３】
好ましくは、第１の加圧部材及び第２の加圧部材の各先端部を板組に押し付けて加圧力Ｆ２、Ｆ４を加え、次いで第１の電極チップ及び第２の電極チップの各先端部を板組に押し付けて加圧力Ｆ１、Ｆ３を加える。これにより、スポット溶接のタクトタイムを低減することができる。
【００６４】
本開示の方法に用いることができるスポット溶接装置の構成の一例について、図面を参照しながら説明する。
【００６５】
図１に、複数枚の金属板を含む板組にスポット溶接を行うときの、スポット溶接装置の構成の一例を表す断面模式図を示す。
【００６６】
図１に記載の溶接装置は、先端部が板組１６に押し付けられる第１の電極チップ２ａ及び第２の電極チップ２ｂ（以下、一対の電極チップともいう）、第１の電極チップ２ａの周囲に配置され、先端部が板組１６に押し付けられる絶縁体である第１の加圧部材３ａ、一対の電極チップに接続された電源１７、一対の電極チップに接続された第１の駆動機構１８、第１の加圧部材３ａに接続された第２の駆動機構１９、並びに第１の駆動機構１８及び第２の駆動機構１９に接続された加圧力制御部２０を備える。
【００６７】
電源１７は、電極チップに、所定の電流値及びサイクル数で電流を流すことができる。電極チップによる板組への通電は、板組に含まれる金属板の強度及び厚みに応じて変えることができ、例えば通電時間５〜５０サイクル（電源周波数５０Ｈｚ）で４〜１５ｋＡの電流を流すことができる。
【００６８】
第１の駆動機構１８は、一対の電極チップを電極チップの軸方向に駆動及び任意の位置に停止させ、且つ一対の電極チップを板組１６に押し付ける加圧力を与えることができる。第２の駆動機構１９は、第１の加圧部材３ａを電極チップの軸方向に駆動及び任意の位置に停止させ、且つ第１の加圧部材３ａを板組１６に押し付ける加圧力を与えることができる。
【００６９】
第１の駆動機構及び第２の駆動機構は独立して、好ましくは空気圧シリンダ、油圧シリンダ、ばね、ボールねじ、電動シリンダ、アクチュエータ、ギア駆動、またはラックピニオンであり、より好ましくは空気圧シリンダ、油圧シリンダ、または電動シリンダである。実際の施工環境等に応じて、上記駆動機構から選択すればよい。
【００７０】
空気圧シリンダは、空気が漏れても他を汚すことがなく、メンテナンスが容易である。油圧シリンダは、熱に強く、大きなパワーを得ることができる。電動シリンダは、配管が不要で、高精度な制御が可能である。
【００７１】
加圧力制御部２０は、第１の駆動機構１８によって与えられる加圧力及び第２の駆動機構１９によって与えられる加圧力を、独立して制御する。加圧力制御部２０は、第１の電極チップ２ａ及び第１の加圧部材３ａから加えられる加圧力と、第２の電極チップ２ａから加えられる加圧力とが同じになるように、それぞれの加圧力を制御する。
【００７２】
一対の電極チップに接続された第１の駆動機構１８は、一対で別個に構成されてもよく、一体で構成されてもよい。
【００７３】
一対の電極チップ及び第１の加圧部材３ａで、両側から複数枚の金属板を含む板組１６を挟み込む。図１では、３枚の金属板１５ａ、１５ｂ、１５ｃの板組１６を挟み込む態様を例示している。金属板１５ａは、３枚の金属板のうち板厚が最も薄く、３枚の金属板１５ａ、１５ｂ、１５ｃの板組の板厚比は５以上である。
【００７４】
図２に記載の溶接装置は、先端部が板組１６に押し付けられる第１の電極チップ２ａ及び第２の電極チップ２ｂ（以下、一対の電極チップともいう）、第１の電極チップ２ａの周囲に配置され、先端部が板組１６に押し付けられる絶縁体である第１の加圧部材３ａ、第２の電極チップ２ｂの周囲に配置され、先端部が板組１６に押し付けられる導電体である第２の加圧部材３ｂ、一対の電極チップに接続された電源１７、一対の電極チップに接続された第１の駆動機構１８、第１の加圧部材３ａ及び第２の加圧部材３ｂに接続された第２の駆動機構１９、並びに第１の駆動機構１８及び第２の駆動機構１９に接続された加圧力制御部２０を備える。
【００７５】
第１の駆動機構１８は、一対の電極チップを電極チップの軸方向に駆動及び任意の位置に停止させ、且つ一対の電極チップを板組１６に押し付ける加圧力を与えることができる。第２の駆動機構１９は、第１の加圧部材３ａ及び第２の加圧部材３ｂを電極チップの軸方向に駆動及び任意の位置に停止させ、且つ第１の加圧部材３ａ及び第２の加圧部材３ｂを板組１６に押し付ける加圧力を与えることができる。
【００７６】
加圧力制御部２０は、第１の駆動機構１８によって与えられる加圧力及び第２の駆動機構１９によって与えられる加圧力を、独立して制御する。加圧力制御部２０は、第１の電極チップ１ａ及び第１の加圧部材３ａから加えられる加圧力と、第２の電極チップ２ａ及び第２の加圧部材３ｂから加えられる加圧力とが同じになるように、それぞれの加圧力を制御する。
【００７７】
一対の電極チップに接続された第１の駆動機構１８は、一対で別個に構成されてもよく、一体で構成されてもよい。
【００７８】
一対の電極チップ並びに第１の加圧部材３ａ及び第２の加圧部材３ｂで、図１と同様に、両側から複数枚の金属板を含む板組１６を挟み込む。
【００７９】
スポット溶接を行う際、一対の電極チップの先端部を板組１６に押し付ける。その際、電極チップの先端部と加圧部材の先端部とを、同時にまたは異なるタイミングで板組１６に押し付けてもよい。図２を例として説明すると、一対の電極チップの先端部並びに第１の加圧部材３ａ及び第２の加圧部材３ｂ（以下、一対の加圧部材ともいう）の先端部を同時に板組１６に押し付けてもよく、一対の加圧部材の先端部を板組１６に押し付け、次いで一対の電極チップの先端部を板組１６に押し付けてもよく、または一対の電極チップの先端部を板組１６に押し付け、次いで一対の加圧部材の先端部を板組１６に押し付けてもよい。
【００８０】
好ましくは、図３に示すように、スポット溶接を行う前においては、一対の加圧部材の先端部を板組１６に押し付け、一対の電極チップの先端部を、板組１６から離した位置に配置する。図３は、一対の加圧部材の先端部を板組１６に押し付け、一対の電極チップの先端部を、板組１６から離した位置に配置したときの態様を表す断面模式図である。一対の加圧部材の先端部を板組１６に押し付け、一対の電極チップの先端部を、板組１６から離した位置に配置する際、一対の電極チップの先端部を、例えば０〜５ｍｍ、または１〜３ｍｍ、板組から離した位置に配置してもよい。
【００８１】
図３に示すように、一対の加圧部材の先端部を板組１６に押し付け、一対の電極チップの先端部を、板組１６から離した位置に配置してから、次いで一対の電極チップを一対の加圧部材に対して相対的に移動させて、図４に示すように、一対の電極チップを金属板１５に接触させることができる。図４は、一対の電極チップの先端部及び一対の加圧部材の先端部を板組１６に押し付けたときの態様を表す断面模式図である。
【００８２】
図３において、一対の電極チップを板組１６に接触させる前に一対の加圧部材で板組１６を所望の加圧力で加圧しておくことができるので、図４において、一対の電極チップを板組１６に接触させると同時に電流を流すことができ、スポット溶接のタクトタイムを短縮することができる。図３及び図４においても、スポット溶接装置は、電源１７及び加圧力制御部２０を備えるが、図示していない。
【００８３】
図４に実線矢印で示すように、第１の電極チップ２ａと第２の電極チップ２ｂ及び第２の加圧部材３ｂとの間で通電して、金属板１５ａ／金属板１５ｂ／金属板１５ｃの重ね合わせ面に溶融金属を形成することができる。
【００８４】
図４に示すように、第１の電極チップ及び第２の電極チップを板組１６に押しつけ、さらに第１の加圧部材を板組１６に押し付け、第２の加圧部材を板組１６に接触させるか押しつけた状態で、第１の電極チップ２ａと第２の電極チップ２ｂ及び第２の加圧部材３ｂとの間で通電して、金属板１５ａ／金属板１５ｂ／金属板１５ｃの重ね合わせ面に溶融金属を形成することができる。第１の電極チップから板組に加えられる加圧力が、第２の電極チップから板組に加えられる加圧力よりも小さくなるように、第１の加圧部材３ａから加圧力を加え、さらに、第１の電極チップ２ａと第２の電極チップ２ｂ及び第２の加圧部材３ｂとの間で通電するため、金属板１５ａ／金属板１５ｂの界面における電流密度を大きくすることができ、板厚比が５以上の板組をスポット溶接する場合でも、チリの発生を抑制しつつ、所望のナゲット径を形成する適正電流範囲を広く確保することが可能となる。第１の電極チップから板組に加えられる加圧力が第２の電極チップから板組に加えられる加圧力よりも小さくなる範囲且つチリを発生させない範囲で、第２の加圧部材の加圧力は、板組に含まれる金属板の強度や厚みに応じて、大きくしてもよく、ゼロにしてもよい。
【００８５】
通電終了後に、一対の電極チップを冷却することによる抜熱や、板組１６の溶接部の周囲への熱伝導によって、溶融金属を急速に冷却して凝固させ、金属板１５ａ／金属板１５ｂ／金属板１５ｃの間に、断面が楕円形状のナゲットを形成することができる。ナゲット形成後、電極チップ及び加圧部材を金属板から離して、溶接装置を溶接待機時の状態に戻すことができる。
【００８６】
図５に、第１の電極チップと第２の電極チップとの間で通電したときの、電流の流れを表す断面模式図、図６に、第１の電極チップと第２の電極チップ及び第２の加圧部材との間で通電したときの、電流の流れを表す断面模式図を示す。
【００８７】
図５では、矢印で示すように第１の電極チップと第２の電極チップとの間でのみ電流が流れるが、図６では、矢印で示すように導電体の第２の加圧部材を板組１６に接触させているため、第１の電極チップと第２の電極チップ及び第２の加圧部材との間で通電することができる。そのため、薄板１５ａ／厚板１５ｂの界面に、より安定してナゲットを形成することができる。
【００８８】
ナゲット径の確認方法は、図７に示すようにした。図７は、スポット溶接を行った板組のスポット溶接部中心を切断し、埋め込み研磨した後に、メタルフローエッチングを施した断面の拡大写真である。ナゲットは図７の溶融凝固した部分であり、薄板と厚板界面のナゲット径は破線矢印で、厚板と厚板界面のナゲット径は実線矢印でそれぞれ示される。
【００８９】
図８に、第２の駆動機構として空気圧シリンダを用いた場合の本開示のスポット溶接方法に用いることができる溶接装置の一例の断面模式図を示す。第１の駆動機構は好ましくは空気圧シリンダであるが、油圧シリンダ、電動シリンダ等であってもよい。図８では、第１の駆動機構は省略するが、第１の駆動機構が空気圧シリンダである場合、図８に例示する第２の駆動機構の空気圧シリンダと同様の構成を有してもよい。
【００９０】
第１の電極チップ２ａは棒状のシャンク１に取り付けられている。シャンク１は、スポット溶接ガンに装着されたホルダー（図示せず）に組みつけられている。第１の加圧部材３ａは、第１の電極チップ２ａの周囲に配置されている。電源及び加圧力制御部は図示していない。
【００９１】
加圧部材を除いて溶接装置は一対の電極チップを備え、重ね合わせた複数枚の金属板を挟んで対向配置させて使用するものであるが、対向配置される２つの溶接装置の基本構成は同じであるため、以下、一方の溶接装置について説明する。第２の加圧部材を用いない場合及び用いる場合も実質的に同じである。
【００９２】
シャンク１及び第１の電極チップ２ａは、空気圧シリンダ４に対して相対的に移動することができる。シャンク１は、Ｃｕ−１質量％Ｃｒ製のネジアダプタ１２と、ナット１３によって、空気圧シリンダ４に固定されている。
【００９３】
第２の駆動機構である空気圧シリンダ４は、シャンク１が挿入される略円筒状のシリンダハウジング５と、シリンダハウジング５を塞ぐ円形状のロッドカバー６と、シリンダハウジング５内をシャンク１の軸線方向に移動するピストンロッド７とを有する。ピストンロッド７は、円筒状でシャンク１が挿入されるロッド部７ａと、該ロット部７ａの外周に形成されたリング部７ｂとを有し、ＳＵＳ３０４等で形成されている。
【００９４】
シリンダハウジング５は、ピストンロッド７のリング部７ｂに対して、ピストンロッド７に加圧部材３が取り付けられた側（以下、「内側」という）と、ロッドカバー６側（以下、「外側」という）に、ピストンロッド７を移動させるための空気の供給・排出するポート８、９ａを有する。シリンダハウジング５は、ＳＵＳ３０４等で形成されている。
【００９５】
ロッドカバー６は、ピストンロッド７の移動範囲を制限する下側カバー６ａと、ピストンロッド７のロッド部７ａの外側の空気を供給・排出するポート９ｂを有する上側カバー６ｂとを有し、ＳＵＳ３０４等で形成されている。下側カバー６ａと上側カバー６ｂは、袋ナット１０により固定されている。
【００９６】
シリンダハウジング５、ピストンロッド７、下側カバー６ａには、それぞれ、Ｏリング１１ａ、１１ｂ、１１ｃが設けられており、ピストンロッド７のリング部７ｂに対して内側と外側との間の圧縮空気の移動を抑え、ポート８と、ポート９ａ、９ｂとを介して、圧縮空気を供給・排出することによって、ピストンロッド７及びその先端に接続された加圧部材３を移動及び停止させることができる。
【００９７】
スポット溶接時の電流の流れについて、図７を用いて説明する。電極チップ２には、スポット溶接する際に、シャンク１を介して実線矢印で示すように電流が流れる。これにより、金属板の溶接箇所が加熱され、ナゲットが形成される。
【００９８】
電流の向き（矢印の向き）は、特に限定されるものでなく、逆向きであってもよい。
【００９９】
図９に、図８の溶接装置の第１の加圧部材３ａを外側に移動させたときの断面模式図を示す。
【０１００】
第１の加圧部材３ａは、ポート８と、ポート９ａ、９ｂとを介して、圧縮空気を供給・排出することによって、ピストンロッド７を介して移動する。図９に示すように、ピストンロッド７は、内側カバー６ａによって制限される位置まで、圧縮空気により移動させられ、停止している。
【０１０１】
シャンクの材質は電極チップを保持し、電極チップから板組に加圧力を加えることができるものであれば特に限定されないが、例えば、Ｃｕ−Ｃｒ合金製等で、その内部に冷却用パイプを備えることができる。ホルダーは、シャンク１を組み付けることができるものであれば特に限定されないが、例えば、Ｃｕ−Ｃｒ合金製等で、その内部に冷却用パイプを備えることができる。
【実施例】
【０１０２】
（実施例１）
０．７５ｍｍ厚で２７０ＭＰａの合金化溶融亜鉛めっき鋼板（薄板）、１．６ｍｍ厚で５９０ＭＰａの合金化溶融亜鉛めっき鋼板（厚板）、及び２．３ｍｍ厚で５９０ＭＰａの合金化溶融亜鉛めっき鋼板（厚板）を重ね合わせて、板組を構成する各金属板の合計厚みが４．６５ｍｍであり、板厚比が６．２の板組を用意した。鋼板の縦横寸法は３０ｍｍ×１００ｍｍであった。【０１０３】
第１の電極チップ及び第２の電極チップとしてＤＲ型先端４０Ｒ、先端径６ｍｍのＣｕ−１％Ｃｒ合金の直径１３．０ｍｍの電極チップを用意した。第１の電極チップの周囲に配置するための第１の加圧部材として、内径１３．２ｍｍ、外径１６．０ｍｍの円筒形状の絶縁体（ＭＣナイロン（登録商標）（エンジニアリングプラスチック））を用意した。【０１０４】
第１の電極チップ及び第２の電極チップを、第１の電極チップが薄板側に配置されるように、第２の電極チップが板組の反対側（厚板側）に配置されるように、板組を間に挟んで対向して配置した。【０１０５】
第１の電極チップの周囲に第１の加圧部材を配置した。第１の電極チップの胴体部と第１の加圧部材との平均間隔は０．１０ｍｍであった。ばねを用いて、薄板側では、第１の加圧部材の加圧力Ｆ２を０．８６ｋＮ、第１の電極チップの加圧力Ｆ１を３．０６ｋＮとし、厚板側では、第２の電極チップのみとし、第２の電極チップの加圧力Ｆ３を３．９２ｋＮにした。上記加圧力を加えつつ、電流値を変更しながら単通電３１ｃｙｃ（０．６２秒間通電）でスポット溶接を行った。溶接前に第１の電極チップと第２の電極チップとを加圧力をゼロにして板組に接触させたときの第１の電極チップと第２の電極チップとの電極間距離は、板組を構成する各金属板の合計厚み×１．１倍以下であった。得られた適正電流範囲は３．０ｋＡであった。上記電極間距離は、溶接前に第１の電極チップと第２の電極チップとを加圧力を実質的にゼロにして板組に接触させたときの第１の電極チップの先端と第２の電極チップの先端との間の距離を測定することにより得た。【０１０６】
（実施例２）
より厳しい条件を評価するため、厚板／厚板の間に板隙が存在する場合を模擬した条件でも実験を行った。具体的には、図１３に示すように、厚板／厚板の間の対向する両端部にスペーサーを配置することによって、厚板／厚板の間に板隙有りの状態を模擬的に形成した。スペーサーの厚みは２ｍｍであり、板隙の寸法は、４０ｍｍスパン、高さ２ｍｍであった。以下、スペーサーを配置した場合を「スペーサー有り」といい、スペーサーを配置しない場合を「スペーサー無し」という。なお、図１３では、第１の加圧部材および第２の加圧部材の図示は、省略されている。第２の電極チップの周囲に配置するための第２の加圧部材として、内径１７．０ｍｍ、外径２０．０ｍｍの円筒形状のＣｕ−１％Ｃｒ合金を用意した。【０１０７】
上記のようにスペーサー有りとし、さらに、第２の電極チップの周囲に第２の加圧部材を配置して第２の電極チップの胴体部と第２の加圧部材との平均間隔は２．００ｍｍとし、ばねを用いて、薄板側では、第１の加圧部材の加圧力Ｆ２を１．３７ｋＮ、第１の電極チップの加圧力Ｆ１を２．５５ｋＮとし、厚板側では、第２の加圧部材の加圧力Ｆ４を０．４３ｋＮ、第２の電極チップの加圧力Ｆ３を３．４９ｋＮにしたこと以外は、実施例１と同様にしてスポット溶接を行った。溶接前に第１の電極チップと第２の電極チップとを加圧力をゼロにして板組に接触させたときの第１の電極チップと第２の電極チップとの電極間距離は、板組を構成する各金属板の合計厚み×１．１倍超であった。電流値を変更しながらスポット溶接を行ったところ、１．５ｋＡの適正電流範囲が得られた。以下の実施例及び比較例において、スペーサー無しの場合は、溶接前に第１の電極チップと第２の電極チップとを加圧力をゼロにして板組に接触させたときに（第１の電極チップと第２の電極チップとの電極間距離）≦（板組を構成する各金属板の合計厚み×１．１倍）の関係を満たしていたが、スペーサー有りの場合は、上記関係を満たしていなかった。【０１０８】
図１０に、実施例２でスポット溶接を行った板組の断面写真を示す。電流値が９．０〜１０．５ｋＡの場合、薄板／厚板の界面のナゲット径は５．２６〜６．９２ｍｍであった。基準ナゲット径は、４√ｔ＝４×√０．７５＝３．２ｍｍであり、基準ナゲット径以上のナゲット径が得られており、チリは発生しなかった。電流値が１１．０〜１１．５ｋＡの場合、薄板／厚板の界面のナゲット径は、７．２９〜５．９７ｍｍであり、基準ナゲット径以上のナゲット径は得られているが、チリが発生した。したがって、９．０〜１０．５ｋＡの１．５ｋＡの適正電流範囲が得られた。【０１０９】
（実施例３）
スペーサー有りとし、薄板側では、第１の加圧部材の加圧力Ｆ２を１．３７ｋＮ、第１の電極チップの加圧力Ｆ１を２．５５ｋＮ（合計３．９２ｋＮ）にしたこと以外は、実施例１と同様にしてスポット溶接を行った。電流値を変更しながらスポット溶接を行ったところ、１．２ｋＡの適正電流範囲が得られた。【０１１０】
（比較例１）
薄板側及び厚板側のそれぞれに、加圧部材を用いず、第１の電極チップ及び第２の電極チップのみを用いて、加圧力Ｆ１、Ｆ３をそれぞれ３．９２ｋＮとしたこと以外は、実施例１と同様の条件でスポット溶接を行った。電流値を変更しながらスポット溶接を行ったところ、０．５ｋＡの適正電流範囲が得られた。【０１１１】
（比較例２）
スペーサー有りとしたこと以外は、比較例１と同様の条件でスポット溶接を行った。電流値を変更しながらスポット溶接を行ったところ、適正電流範囲は０．０ｋＡであった。【０１１２】
表１に、実施例１〜５及び比較例１〜２のスペーサー有無、加圧力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３，及びＦ４、電極と加圧部材との平均間隔、並びに得られた適正電流範囲を示す。【０１１３】
【表１】
0006562191.tif 000002
【０１１４】
（実施例４〜９）
表２に示す内径及び外径を有する円筒形状の第１の加圧部材を用いて、第１の電極チップと第１の加圧部材との間隔を、０．１０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．４０ｍｍ、０．６０ｍｍ、０．９０ｍｍ、及び１．５０ｍｍにしたこと、並びに実施例２と同様にスペーサーを配置したこと以外は、実施例１と同じ条件でスポット溶接を行った。各例で得られた適正電流範囲を表２に示す。【０１１５】
【表２】
0006562191.tif 000003
【０１１６】
（実施例１０〜１４）
表３に示す内径及び外径を有する円筒形状の第２の加圧部材を用いて、第２の電極チップと第２の加圧部材との間隔を、０．１０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．４０ｍｍ、０．６０ｍｍ、及び０．９０ｍｍにしたこと以外は、実施例２と同じ条件でスポット溶接を行った。各例で得られた適正電流範囲を表３に示す。【０１１７】
【表３】
0006562191.tif 000004
【０１１８】
（比較例３〜４）
第１の加圧部材に代えて、表４に示す内径及び外径を有する円筒形状で材質がＣｕ−１％Ｃｒ合金である第３の加圧部材を用いて、第１の電極チップと第３の加圧部材との間隔を、０．２５ｍｍ及び０．９０ｍｍにしたこと以外は、実施例４と同じ条件でスポット溶接を行った。各例で得られた適正電流範囲を表２に示す。【０１１９】
【表４】
0006562191.tif 000005
【０１２０】
（比較例５〜６）
第２の加圧部材に代えて、表５に示す内径及び外径を有する円筒形状で材質が絶縁体（ＭＣナイロン（登録商標）（エンジニアリングプラスチック））である第４の加圧部材を用いて、第２の電極チップと第４の加圧部材との間隔を、０．２５ｍｍ及び０．９０ｍｍにしたこと以外は、実施例２と同じ条件でスポット溶接を行った。各例で得られた適正電流範囲を表２に示す。【０１２１】
【表５】
0006562191.tif 000006
【０１２２】
（比較例７〜８）
第１の加圧部材に代えて、第１の加圧部材と同じ寸法を有する円筒形状で材質がＣｕ−１％Ｃｒ合金である第３の加圧部材を用い、且つ表６に示す内径及び外径を有する円筒形状の第２の加圧部材を用いて、第２の電極チップと第２の加圧部材との間隔を、０．２５ｍｍ及び０．９０ｍｍにしたこと以外は、実施例２と同じ条件で、スポット溶接を行った。各例で得られた適正電流範囲を表２に示す。【０１２３】
【表６】
0006562191.tif 000007
【０１２４】
（比較例９〜１０）
第１の加圧部材に代えて、第１の加圧部材と同じ寸法を有する円筒形状で材質がＣｕ−１％Ｃｒ合金である第３の加圧部材を用い、且つ第２の加圧部材に代えて、表７に示す内径及び外径を有する円筒形状で材質が絶縁体（ＭＣナイロン（登録商標）（エンジニアリングプラスチック））である第４の加圧部材を用いて、第２の電極チップと第４の加圧部材との間隔を、０．２５ｍｍ及び０．９０ｍｍにしたこと以外は、実施例２と同じ条件でスポット溶接を行った。各例で得られた適正電流範囲を表７に示す。【０１２５】
【表７】
0006562191.tif 000008
【０１２６】
図１４に、実施例４〜９及び比較例３〜４における電極及び加圧部材の平均間隔と適正電流範囲との関係を表すグラフを示す。図１５に、実施例２及び１０〜１４並びに比較例５〜１０における電極及び加圧部材の平均間隔と適正電流範囲との関係を表すグラフを示す。
【符号の説明】
【０１２７】
１    シャンク
２ａ    第１の電極チップ
２ａ１    第１の電極チップの胴体部
２ａ２    第１の電極チップの先端部
２ｂ    第２の電極チップ
２ｂ１    第２の電極チップの胴体部
２ｂ２    第２の電極チップの先端部
３ａ    第１の加圧部材
３ｂ    第２の加圧部材
４    空気圧シリンダ
５    シリンダハウジング
６    ロッドカバー
６ａ    下側カバー
６ｂ    上側カバー
７    ピストンロッド
７ａ    ロッド部
７ｂ    リング部
８    ポート
９ａ、９ｂ    ポート
１０    袋ナット
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ    Ｏリング
１２    ネジアダプタ
１３    ナット
１４    絶縁スリーブ
１５ａ    最も厚みが薄い金属板（薄板）
１５ｂ、１５ｃ    厚みが厚い金属板（厚板）
１６    板組
１７    電源
１８    第１の駆動機構
１９    第２の駆動機構
２０    加圧力制御部
２１    溶融金属
２３    スペーサー
３０    鋼板部材
３１    フランジ
３２    フランジ
３３    スポット溶接部
Ｄ１    第１の電極チップの胴体部と第１の加圧部材との間の平均間隔
Ｄ２    第２の電極チップの胴体部と第２の加圧部材との間の平均間隔
Ｆ１    第１の電極チップから板組に加えられる加圧力
Ｆ２    第１の加圧部材から板組に加えられる加圧力
Ｆ３    第２の電極チップから板組に加えられる加圧力
Ｆ４    第２の加圧部材から板組に加えられる加圧力
【要約】
板厚が最も薄い金属板を最表面に配置した板厚比が５以上の板組でも、電気制御が容易でコンパクトな溶接装置を用いて、薄板／厚板の界面において、チリの発生を抑制しつつ、所望のナゲット径を形成して、スポット溶接を行うことができるスポット溶接方法を提供する。
板厚が最も薄い金属板を最表面に配置した板厚比が５以上の板組を準備すること、第１の電極チップを最も薄い金属板が配置された側に配置し、第２の電極チップを板組の反対側に配置し、絶縁体である第１の加圧部材を第１の電極チップの周囲に配置すること、第２の電極チップよりも第１の電極チップから板組に加えられる加圧力が小さくなるように、第１及び第２の電極チップ並びに第１の加圧部材を板組に押し付けて加圧力を加えながら、第１及び第２の電極チップの間に電流を流して板組の溶接を行うこと、を含むスポット溶接方法。【図１】
0006562191.tif 000009
【図２】
0006562191.tif 000010
【図３】
0006562191.tif 000011
【図４】
0006562191.tif 000012
【図５】
0006562191.tif 000013
【図６】
0006562191.tif 000014
【図７】
0006562191.tif 000015
【図８】
0006562191.tif 000016
【図９】
0006562191.tif 000017
【図１０】
0006562191.tif 000018
【図１１】
0006562191.tif 000019
【図１２】
0006562191.tif 000020
【図１３】
0006562191.tif 000021
【図１４】
0006562191.tif 000022
【図１５】
0006562191.tif 000023