(57)【要約】【課題】抵抗溶接において、溶接品質の安定化を図る。【解決手段】第１被溶接物１１と第２被溶接物１２を第１電極１と第２電極２により加圧し通電して溶接する抵抗溶接方法において、第１被溶接物１１と第２被溶接物１２の接触面積が所定面積となるように第１電極１と第２電極２を所定間隔としたのち、第１電極１と第２電極２間に通電して溶接する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１被溶接物と第２被溶接物を第１電極と第２電極により加圧し通電して溶接する抵抗溶接方法において、前記第１被溶接物と前記第２被溶接物の接触面積が所定面積となるように前記第１電極と前記第２電極間を所定間隔とする溶接前加圧工程と、該溶接前加圧工程後に前記第１電極と前記第２電極間に通電して溶接する溶接工程が設けられていることを特徴とする抵抗溶接方法。
【請求項２】
前記溶接工程で、前記第１被溶接物、前記第２被溶接物の溶融変形に追従して前記第１電極と前記第２電極間の間隔を小さくすることを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接方法。
【請求項３】
第１被溶接物と第２被溶接物を第１電極と第２電極により加圧し通電して溶接する抵抗溶接装置において、前記第１被溶接物と前記第２被溶接物の接触面積が所定面積となるように前記第１電極と前記第２電極間を所定間隔とする仮加圧ユニットと、抵抗溶接時に前記第１被溶接物、前記第２被溶接物の溶融変形に追従して前記第１電極と前記第２電極間の間隔を小さくする追従ユニットが設けられていることを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項４】
前記仮加圧ユニットには前記所定間隔となる所定位置で停止する停止手段が設けられ、前記追従ユニットは一方端が前記仮加圧ユニットに固定され、他方端が前記第１電極に連結され、第１電極を前記第１被溶接物に向かって付勢する付勢手段が設けられていることを特徴とする請求項３記載の抵抗溶接装置。
【請求項５】
前記追従ユニットに摺動軸と該摺動軸の中間に固設された付勢手段保持部が設けられ、
前記仮加圧ユニットに前記摺動軸の一方端側が摺動可能な追従ユニット摺動シリンダと該追従ユニット摺動シリンダの一方端に開口端が連結され、底部に孔を有する有底筒部が設けられ、
前記摺動軸が前記有底筒部を通って前記孔から前記有底筒部の外部に突出し前記第１電極に連結されているとともに、前記追従ユニット摺動シリンダの前記有底筒部側端部と前記付勢手段保持部の間に前記付勢手段が設けられていることを特徴とする請求項４記載の抵抗溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は抵抗溶接方法および抵抗溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
抵抗溶接は被溶接物を電極で加圧し、それにより形成された経路に電流を流すことで溶接部を抵抗発熱させて接合する方法である。したがって溶接品質を安定させるためには、電流、通電時間、加圧力を高精度に制御することが重要である。昨今の溶接機は電流や通電時間は高精度に制御が可能である。また特許文献１には加圧力もサーボモータ等にてＮＣ制御することで高精度化することが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２４８６７６号公報（請求項１等）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のように加圧力を高精度化したとしても、安定した溶接品質が得られない問題点がある。
【０００５】
本発明は上記課題を解決したもので、溶接品質の安定化を図ることができる抵抗溶接方法および抵抗溶接装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項１において講じた技術的手段（以下、第１の技術的手段と称する。）は、第１被溶接物と第２被溶接物を第１電極と第２電極により加圧し通電して溶接する抵抗溶接方法において、前記第１被溶接物と前記第２被溶接物の接触面積が所定面積となるように前記第１電極と前記第２電極間を所定間隔とする溶接前加圧工程と、該溶接前加圧工程後に前記第１電極と前記第２電極間に通電して溶接する溶接工程が設けられていることを特徴とする抵抗溶接方法である。
【０００７】
上記第１の技術的手段による効果は、以下のようである。
【０００８】
すなわち、第１被溶接物と第２被溶接物の接触面積が所定面積になった状態で通電し溶接開始するので、通電開始時の溶接部の抵抗のばらつきを抑えることができ、溶接品質が安定化できる。
【０００９】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技術的手段と称する。）は、前記溶接工程で、前記第１被溶接物、前記第２被溶接物の溶融変形に追従して前記第１電極と前記第２電極間の間隔を小さくすることを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接方法である。
【００１０】
上記第２の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１１】
すなわち、被溶接物の溶接時の溶融変形に追従して電極間間隔を小さくするので、より安定した抵抗溶接ができる。
【００１２】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技術的手段と称する。）は、第１被溶接物と第２被溶接物を第１電極と第２電極により加圧し通電して溶接する抵抗溶接装置において、前記第１被溶接物と前記第２被溶接物の接触面積が所定面積となるように前記第１電極と前記第２電極間を所定間隔とする仮加圧ユニットと、抵抗溶接時に前記第１被溶接物、前記第２被溶接物の溶融変形に追従して前記第１電極と前記第２電極間の間隔を小さくする追従ユニットが設けられていることを特徴とする抵抗溶接装置である。
【００１３】
上記第３の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１４】
すなわち、仮加圧ユニットにより第１被溶接物と第２被溶接物の接触面積が所定面積にできるので、通電開始時の溶接部の抵抗のばらつきを抑えることができ、追従ユニットにより被溶接物の溶接時の溶融変形に追従して電極間間隔を小さくするので、溶接品質が安定化できる効果を奏する。
【００１５】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技術的手段と称する。）は、前記仮加圧ユニットには前記所定間隔となる所定位置で停止する停止手段が設けられ、前記追従ユニットは一方端が前記仮加圧ユニットに固定され、他方端が前記第１電極に連結され、第１電極を前記第１被溶接物に向かって付勢する付勢手段が設けられていることを特徴とする請求項３記載の抵抗溶接装置である。
【００１６】
上記第４の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１７】
すなわち、仮加圧ユニットを停止手段により所定位置で停止させるので、簡単な方法で電極間間隔を所定間隔にすることができるとともに、付勢手段により仮加圧ユニットとは独立に被溶接物の溶接時の溶融変形に追従して電極間間隔を小さくすることができる。
【００１８】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技術的手段と称する。）は、前記追従ユニットに摺動軸と該摺動軸の中間に固設された付勢手段保持部が設けられ、前記仮加圧ユニットに前記摺動軸の一方端側が摺動可能な追従ユニット摺動シリンダと該追従ユニット摺動シリンダの一方端に開口端が連結され、底部に孔を有する有底筒部が設けられ、前記摺動軸が前記有底筒部を通って前記孔から前記有底筒部の外部に突出し前記第１電極に連結されているとともに、前記追従ユニット摺動シリンダの前記有底筒部側端部と前記付勢手段保持部の間に前記付勢手段が設けられていることを特徴とする請求項４記載の抵抗溶接装置である。
【００１９】
上記第５の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２０】
すなわち、仮加圧ユニットが所定位置で停止したときに、付勢手段による付勢力が第１電極に働く状態となるので、被溶接物の溶接時の溶融変形に必要なときに付勢力を働かせることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明者は安定した溶接品質が得られない要因について探究し、溶接電流を最初に流したときの溶接部の接触面積（初期接触面積）が加圧した際の衝撃力や被溶接物の硬さのばらつき等によりばらついてしまうため溶接部の抵抗がばらつくことが原因であることを発見し、鋭意研究した結果、本発明に至った。
【００２２】
溶接電流を流す前に溶接電極で被溶接物を挟持し加圧する。被溶接物と被溶接物を接触させたときに、被溶接物同士の接触面積が予め決められた所定面積となる、溶接電極間の所定間隔を予め求めておく。この所定間隔で溶接電極の移動を停止し、溶接電極間に電流を流し、被溶接物同士を溶接する。溶接電極の移動停止時間は無限に短くてもよい。すなわち、この場合の停止には溶接電極間が所定間隔になると同時に通電する場合も含まれる。
【００２３】
被溶接物同士の溶接部の溶接による変形が少ない場合には、そのまま溶接が完了する。一般的には、溶接により溶接部が溶融変形する。そのため本発明の第２発明では溶融変形に追従して溶接電極間の間隔を小さくできる機構を使用している。
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は実施形態の被溶接物セット時の状態を説明する説明図である。図２は実施形態の第１電極が第１被溶接部に当接した状態を説明する説明図である。図３は実施形態の溶接前加圧工程を説明する説明図である。図４は実施形態の溶接工程を説明する説明図である。
【００２５】
実施形態の抵抗溶接装置には、互いの間に被溶接物を挟持し通電するための第１電極１と第２電極２が設けられている。第２電極２は第２電極ホルダ２Ａに保持され、第２電極ホルダ２Ａは図示しない装置台に固定されている。第１電極１は第１電極ホルダ１Ａに保持されている。
【００２６】
実施形態の抵抗溶接装置には仮加圧ユニット２０と追従ユニット３０が設けられている。仮加圧ユニット２０は、エアシリンダ２１、荷重伝達部２２、ロードセル保持部２３、ロードセル２４、追従ユニット摺動シリンダ２５、有底円筒部（有底筒部）２６、仮加圧ストッパ部２７、仮加圧ストッパ受け部２８などから構成されている。
【００２７】
荷重伝達部２２は円盤状部材で、その一方面はエアシリンダ２１の駆動軸と連結されている。荷重伝達部２２の他方面には４本の保持軸２２ａが連結され、円盤状部材からなるロードセル保持部２３に設けられた対応する孔部を摺動するようになっている。ロードセル保持部２３のエアシリンダ２１側の面にはロードセル２４が連結され、その検出部が荷重伝達部２２に当接している。ロードセル保持部２３のエアシリンダ２１と反対側の面には追従ユニット摺動シリンダ２５の一方端が連結されている。追従ユニット摺動シリンダ２５の他方端には有底円筒部２６の円筒端が連結されている。追従ユニット摺動シリンダ２５の外部には仮加圧ストッパ部２７が連結され、図示しない装置架台に固定された仮加圧ストッパ受け部２８と当接可能になっている。
【００２８】
追従ユニット３０は摺動軸３１、バネ保持部（付勢手段保持部）３２、バネ（付勢手段）３３から構成されている。その一方端側が追従ユニット摺動シリンダ２５内に摺動可能に挿入された摺動軸３１は、有底円筒部２６内部を通り、その底部に設けられた孔を通って有底円筒部２６の外部に突出し、他方端が第１電極ホルダ１Ａに連結されている。有底円筒部２６内の摺動軸３１の中間部分にバネ保持部３２が固定的に連結されている。追従ユニット摺動シリンダ２５の有底円筒部２６側端部とバネ保持部３２の間には摺動軸３１を取り巻くようにバネ３３が設けられている。第１電極１が第１被溶接物１１に当接する前の状態では、バネ保持部３２はバネ３３の付勢力により有底円筒部２６の底部に当接されている。
【００２９】
はじめに第１電極１と第２電極２の間に第１被溶接物１１と第２被溶接物の溶接箇所を挿入する。この実施形態においては、第１被溶接物１１は板状部材で、第２被溶接物１２は溶接箇所に突出部１２ａを有する板状部材である。
【００３０】
エアシリンダ２１を駆動し、その駆動軸を前進させると、仮加圧ユニット２０の駆動軸に連動した部分および追従ユニット３０が図１の下方に移動し、図２のように第１電極１が第１被溶接物１１に当接する。ここまでの状態ではロードセル２４には荷重がかかっていない。バネ保持部３２は図１の状態と同様に有底円筒部２６の底部に当接している。
【００３１】
引き続きエアシリンダ２１の駆動軸を前進させると、仮加圧ストッパ部２７が仮加圧ストッパ受け部２８に突き当たり停止し、図３の状態となる（溶接前加圧工程）。仮加圧ストッパ部２７、仮加圧ストッパ受け部２８はエアシリンダ２１が有する駆動圧力に耐えるために十分な剛性を有している。したがって、エアシリンダ２１からは駆動軸を前進させる力がかかっているが、仮加圧ユニット２０を停止させることができる。このとき有底円筒部２６の底部の外側が第１電極ホルダ１Ａに当接し、バネ保持部３２は有底円筒部２６の底部から離れた状態となり、バネ３３が縮まり第１電極１を第１被溶接物１１に向かって付勢する付勢力が働く状態となる。
【００３２】
この状態で、第２被溶接物１２の突出部１２ａと第１被溶接物１１が当接し、その接触面積は予め決められた所定面積となっている。すなわち、予め実験等で第１電極１と第２電極２の間隔と第１被溶接物１１と第２被溶接物１２の接触面積の関係を求めておく。一方、第１電極１と第２電極２の間に通電し溶接するために必要な通電初期の第１被溶接物１１と第２被溶接物１２の接触面積（所定面積）を求めておく。第１被溶接物１１と第２被溶接物１２の接触面積が所定面積となる第１電極１と第２電極２の間隔で仮加圧ユニット２０が停止するように仮加圧ストッパ部２７と仮加圧ストッパ受け部２８の相対位置が設定されている。なお、この状態では突出部１２ａの先端部分等は変形しているが、図３では簡易的に変形なしで描いてある。図４も同様に描いてある。
【００３３】
その後、第１電極１と第２電極の間に通電する（溶接工程）。この結果、第２被溶接物１２の突出部１２ａやそれに対向している第１被溶接物１１の部分（溶接部）が溶融し軟化する。バネ３０の付勢力により、溶融変形に追従して第１電極１が前進し、第１電極１と第２電極の間隔が小さくなる。これにより安定した抵抗溶接ができる。溶融変形により第１電極と第２電極の接触面積が増加するため電流密度が低下し溶接部における発熱量が減少するが、バネ３０等のフックの法則に従うフック弾性による付勢力は第１電極１の前進に従って付勢力（溶接部に対する加圧力）が低下するので、溶接部の接触抵抗が増加し、発熱量の減少を抑制するため、より高品質な接合状態が得られる。
【００３４】
以上のように、本発明では被溶接物を加圧した際の衝撃力や被溶接物の硬さのばらつき等にかかわらず、初期接触面積を一定にすることができるので、通電開始時の溶接部の抵抗のばらつきを抑えることができ、溶接品質の安定化を図ることができる。
【００３５】
図５は本発明の変形形態を説明する説明図である。実施形態と同様の部位には同じ符号を付けている。実施形態のエアシリンダ２１の代わりにサーボモータ４１を使用し、停止手段として変位センサ４２を使用し、溶接前加圧工程ではＮＣ制御にて所定のストロークで停止する。このように溶接前加圧工程では被溶接物同士の初期接触面積を予め決められた所定面積で停止する方法なら、他の方法や装置を使用してもよい。例えば、エアシリンダの代わりに油圧シリンダ、ソレノイド機器、カム機構なども使用できる。
【００３６】
図５は本発明の別の変形形態を説明する説明図である。実施形態と同様の部位には同じ符号を付けている。実施形態の追従ユニット３０の代わりに追従ユニット４０を使用している。追従ユニット４０は、油圧シリンダ４１が使用され、そのピストン４２と連動するロッド４３が第１電極ホルダ１Ａに連結されている。溶接前加圧工程ではピストン４２は自由に動く状態となっており、溶接工程直前に油室４４に図示しない油管路を介して所定圧力の油圧がかかるようになっている。この後。油室４４に一定の油圧をかけ続けてもよいし、油管路を遮断してもよい。溶接工程では、この油圧により被溶接物の溶融変形に追従して第１電極と第２電極の間隔を小さくできる。このように追従ユニットとしては、実施形態の装置に限らず、被溶接物の溶融変形に追従して電極間間隔を小さくできる装置であればよい。バネ以外にゴム部材などの他のフック弾性変形可能な部材を適用できるし、バネを仮加圧ユニットの外部に設けてもよい。しかし、バネなどの弾性変形を利用すれば、付勢力を外部から制御する必要がないので、簡単で低コストな装置にできる。また実施形態ではバネを仮加圧ユニットの内部に設けてあるので、装置が小型になる。
【００３７】
なお、実施形態では第２被溶接物１２に突起部１２ａが存在するが、突起部のない被溶接物を溶接するときにも適用できる。この場合にも、第１電極と第２電極で挟持された結果、被溶接物が変形し、限られた面積部分で接触し、接触面積となる。
【００３８】
実施形態では有底筒部として有底円筒部を使用しているが、円筒でなくても、あるいは側面の一部が開口していてもよい。また実施形態ではロードセルが設けられているが、必ずしも必要ではなく、ロードセルがなくても溶接できる。ロードセルは、予め溶接条件を決める際に加圧力をチェックするために使用している。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、第１被溶接物と第２被溶接物を第１電極と第２電極により加圧し通電して溶接する抵抗溶接方法において、前記第１被溶接物と前記第２被溶接物の接触面積が所定面積となるように前記第１電極と前記第２電極間を所定間隔とする溶接前加圧工程と、該溶接前加圧工程後に前記第１電極と前記第２電極間に通電して溶接する溶接工程が設けられていることを特徴とする抵抗溶接方法、または第１被溶接物と第２被溶接物を第１電極と第２電極により加圧し通電して溶接する抵抗溶接装置において、前記第１被溶接物と前記第２被溶接物の接触面積が所定面積となるように前記第１電極と前記第２電極間を所定間隔とする仮加圧ユニットと、抵抗溶接時に前記第１被溶接物、前記第２被溶接物の溶融変形に追従して前記第１電極と前記第２電極間の間隔を小さくする追従ユニットが設けられていることを特徴とする抵抗溶接装置であるので、溶接品質の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の被溶接物セット時の状態を説明する説明図
【図２】実施形態の第１電極が第１被溶接部に当接した状態を説明する説明図
【図３】実施形態の溶接前加圧工程を説明する説明図
【図４】実施形態の溶接工程を説明する説明図
【図５】本発明の変形形態を説明する説明図
【図６】本発明の別の変形形態を説明する説明図
【符号の説明】
１…第１電極
２…第２電極
１１…第１被溶接物
１２…第２被溶接物
２０…仮加圧ユニット
２５…追従ユニット摺動シリンダ
２６…有底円筒部（有底筒部）
２７…仮加圧ストッパ部（停止手段）
２８…仮加圧ストッパ受け部（停止手段）
３０…追従ユニット
３１…摺動軸
３２…バネ保持部（付勢手段保持部）
３３…バネ（付勢手段）
【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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