(57)【要約】【課題】複雑な制御装置などの特別な装置を用いることなく、汎用のスポット溶接装置を用いるだけで容易かつ良好に板厚の厚い溶接接合部の接合強度を向上させることができるスポット溶接方法を提供する。【解決手段】一対の電極で鋼板２１を挟みながら溶接電流を流すスポット溶接方法で、一方の電極１７Ｂで鋼板２１を押圧させることにより、鋼板２１を他方の電極１７Ａ側に突状となるように屈曲させた状態とし、鋼板２１に加圧力を付与した上で、溶接電流を流す。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極で被溶接体を挟みながら溶接電流を流すスポット溶接方法であって、一方の電極で被溶接体を押圧させることにより、当該被溶接体を他方の電極側に突状となるように屈曲させた状態にて、溶接電流を流す第１の工程と、被溶接体を挟んだまま、上記他方の電極で被溶接体を押圧させることにより、当該被溶接体を上記一方の電極側に突状となるように屈曲させた状態にて、溶接電流を流す第２の工程を有することを特徴とする、スポット溶接方法。
【請求項２】
板厚の異なる被溶接体を一対の電極で挟みながら溶接電流を流すスポット溶接方法であって、被溶接体の厚板側に配設されている電極で被溶接体を押圧させることにより、当該被溶接体を薄板側に突状となるように屈曲させた状態にて、溶接電流を流すことを特徴とする、スポット溶接方法。
【請求項３】
上記被溶接体を屈曲させる上記電極の変位量が３〜５ｍｍの範囲に設定されている、請求項１または２に記載のスポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被溶接体を対向する一対の電極で挟みながら溶接電流を流し、溶接するスポット溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば自動車のボディなどに多用される鋼板材の接合方法として、スポット溶接が広く用いられている。スポット溶接の一つとして、鋼板同士を重ね合わせ、上下方向に対向する一対の電極の間に鋼板を挟みながら加圧し、板厚方向に溶接電流を流した際に発生する抵抗発熱によって鋼板同士の接触部を溶融させ、その後溶融部を凝固させてナゲットを形成させる溶接方法がある。
【０００３】
自動車製造において、被溶接体であるワークの使用部位あるいは使用目的などに応じ、被溶接体の溶接部に求められる接合強度は異なる。一方、スポット溶接によって生成されるナゲットの大きさは、溶接部の接合強度を左右する重要な因子であるが、加圧力、溶接電流、通電時間の少なくとも一つ以上を制御して、ナゲット径を適正にできることは、一般的に知られている。
【０００４】
溶接部の接合強度を十分に確保したい場合は、ナゲット径を拡大させることでその目的は達成される。ナゲット径を拡大させる方法として、加圧力及び溶接電流値を増加させる方法がある。この方法により、電流密度を低下させずに維持したまま、電極と被溶接体の接触部の面積を大きく確保できるため、通常よりも広い領域の被溶接体が溶融し、その結果大きなナゲット径を得ることできる。
【０００５】
しかし、上述のような方法を採用する溶接装置は、加圧力の増加に伴いシリンダや溶接ガンを大型にする必要があり、シリンダ駆動力や溶接通電による消費電力も増大するため、設備投資額がかさみ、製造コストの高騰も招き不利である。更に、溶接ガンの大型化を図ると、溶接ガンがワークと干渉することもある。このような場合はワークの形状変更も必要となり、更なる経済的損失が生じる。
【０００６】
一方、スポット溶接においては、通常ロボットティーチングが行われる。このティーチング調整は種々の制御機構を有している。例えばスポット溶接装置のティーチング方法としてワークと電極の位置関係を素早く検出し、プログラミングを行う制御方法が公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２９４５３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されているスポット溶接方法では、ティーチング調整作業を正確かつ迅速に行えるため、歩留まりを向上させながら作業効率の改善も図れる一方で、溶接部の接合強度を向上させたい場合は、設備投資や溶接装置駆動に伴う消費電力の増大による製造コストの高騰を抑えるには至らず、従来と同様の問題があった。
【０００９】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、既存のスポット溶接装置を用いながら製造コストの高騰を抑制するとともに、溶接部の接合強度を向上させるスポット溶接方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると、スポット溶接方法が提供される。このスポット溶接方法は、一対の電極で被溶接体を挟みながら溶接電流を流すスポット溶接方法であって、一方の電極で被溶接体を押圧させることにより、当該被溶接体を他方の電極側に突状となるように屈曲させた状態にて、溶接電流を流す第１の工程と、被溶接体を挟んだまま、上記他方の電極で被溶接体を押圧させることにより当該被溶接体を上記一方の電極側に突状となるように屈曲させた状態にて、溶接電流を流す第２の工程を有することを特徴とする。
【００１１】
このようなスポット溶接方法を用いると、通常の溶接作業工程において行うティーチングなどの調整方法を改善するだけで、溶接部の接合強度を十分に確保することができる。具体的には、支持装置により挟持固定された被溶接体を、一方の電極で押圧させ他方の電極側に突状となるように屈曲させた状態において、被溶接体は加圧手段により一対の電極で挟まれている。このとき、一対の電極と接触する被溶接体の接触部の接触面積は、それぞれ異なる。被溶接体の突出側、すなわち他方の電極と接触する被溶接体の接触部の接触面積は減少し、もう一方の電極と接触する被溶接体の接触部の接触面積は増加する。このように一対の電極と接触する接触部の接触面積が異なる状態で溶接電流を流すと、接触部の接触面積が小さい方の電流密度は上昇し、ナゲットの成長は促進される。
【００１２】
これによると、上記第１の工程においては他方の電極側の電流密度が上昇し、ナゲットの生成箇所が板厚方向の中心より他方の電極側にシフトする。また、上記第２の工程においては一方の電極側の電流密度が上昇し、ナゲットの生成箇所が板厚方向の中心より一方の電極側にシフトする。その結果、板厚方向の両側にシフトした二つのナゲットが一部重なり合うように一体生成され、板厚方向の溶込み深さの大きい複合ナゲットが生成されることになる。
【００１３】
本発明によると、既存のスポット溶接装置を用いて、ティーチングなどの調整方法を改善するだけで容易かつ良好に、スポット溶接による溶接部の接合強度を向上させることができる。
【００１４】
本発明の第２の側面によると、スポット溶接方法が提供される。このスポット溶接方法は、板厚の異なる被溶接体に対して一対の電極を挟みながら溶接電流を流すスポット溶接方法において、被溶接体の厚板側に配設されている電極で被溶接体を押圧させることにより、当該被溶接体を薄板側に突状となるように屈曲させた状態にて、溶接電流を流すことを特徴とする。
【００１５】
このようなスポット溶接方法を用いると、通常の溶接作業工程において行うティーチングなどの調整方法を改善するだけで、溶接部の接合強度を十分に確保することができる。具体的には、支持装置により挟持固定された被溶接体を、被溶接体の厚板側に配設されている電極で押圧させ、薄板側に突状となるように屈曲させた状態において、被溶接体は加圧手段により一対の電極で挟まれている。このとき、被溶接体の突出側、すなわち薄板側に配設されている電極と接触する被溶接体の接触部の接触面積は減少し、被溶接体の厚板側に配設されている電極と接触する被溶接体の接触部の接触面積は増加する。この状態で溶接電流を流すと、前述したように接触部の接触面積が小さい方の電流密度が上昇するため、この場合は薄板側の電流密度が上昇する。そして、ナゲットの生成箇所が板厚方向の中心より薄板側にシフトし、ナゲットの中心が被溶接体の板間に近づく。その結果、板厚の異なる被溶接体に対する溶接であっても、良好な接合状態を得ることができ、ひいては溶接部の接合強度を向上させることができる。
【００１６】
本発明によると、既存のスポット溶接装置を用いて、ティーチングなどの調整方法を改善するだけで、板厚の異なる被溶接体に対しても容易かつ良好に、溶接部の接合強度を向上させることができる。
【００１７】
本発明においては、好ましくは、被溶接体を屈曲させる電極の変位量が３〜５ｍｍの範囲に設定されていることを特徴とする。ここに「変位量」とは、被溶接体を屈曲させない電極の中立位置からの変位量をいう。
【００１８】
このようなスポット溶接方法を用いると、ナゲット生成箇所の偏倚量を適正範囲内に納めることができる。換言すると変位量が上記範囲より外れた場合は、不具合を生じることがある。具体的には、変位量が３ｍｍ未満の場合はナゲットの偏倚量が不足し、溶接部の接合強度を向上させることができないおそれがある。また、変位量が５ｍｍを超える場合はナゲットの偏倚量が過大となり、溶接部に割れ等を生じ易く、ひいては接合強度の低下を招くおそれがある。
【００１９】
本発明によると、既存のスポット溶接装置を用いて、ティーチングなどの調整方法を改善するだけで、容易かつ良好にナゲットの偏倚量を適正範囲内に維持できる。その結果、溶接部の接合強度を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるスポット溶接方法に用いられるスポット溶接機を溶接ロボットに適用した例を示し、図１において、１はスポット溶接機、２はスポット溶接される被溶接体、３はスポット溶接機１を支持する溶接ロボットである。
【００２２】
上記スポット溶接機１は、溶接トランス１０と、溶接ガン１１と、加圧手段１２と、一対の電極１７Ａ，１７Ｂとを備えている。溶接ガン１１は溶接トランス１０の一方の側壁に対し、支持ブラケットを介して連結固定され、上部アーム１１１と下部アーム１１２とを含んでいる。加圧手段１２は、例えばサーボモータなどからなる駆動装置１３と加圧シリンダ１４とを含み、上部アーム１１１に連結固定されている。加圧シリンダ１４は駆動装置１３の駆動力により垂直方向へ進退するピストンロッド１５を備えている。ピストンロッド１５の先端側及び下部アーム１１２の先端部には、各々、シャンクが互いに同軸状に配設されており、これらの一対のシャンク１６Ａ，１６Ｂの各先端部には、一対の電極１７Ａ，１７Ｂが連結固定されている。上記電極１７Ａは、加圧手段１２により上部アーム１１１に対する相対位置が変化する可動側電極を構成し、上記電極１７Ｂは、下部アーム１１２に対して固定された固定側電極を構成している。上記電極１７Ａ，１７Ｂは円柱形状であり、それぞれ先端部には、被溶接体と当接する部位が半球形状をなす電極チップ１８Ａ，１８Ｂが形成されている。（図２参照）
【００２３】
上記被溶接体２は、一対の鋼板２１が重ね合わされた状態で支持装置（図示せず）に支持されており、上記鋼板２１の所定個所に予め設定された被溶接部においてスポット溶接されるようになっている。
【００２４】
上記溶接ロボット３は、床面に対し作動軸Ｔの回りに旋回可能に配設された基体部３１と、この基体部３１に対し水平軸Ｕの回りに回転作動可能に配設された第１アーム３２と、この第１アーム３２の先端部に対し水平軸Ｖの回りに回転作動可能に配設された第２アーム３３と、この第２アーム３３の先端部に対し水平軸Ｗの回りに回転作動可能に配設された第３アーム３４とを備え、第３アーム３４の先端部にはスポット溶接機１が連設固定されている。そして、コントローラ（図示せず）の作動制御により、上記基体部３１が旋回作動するとともに、上記第１アーム３２，第２アーム３３並びに第３アーム３４がそれぞれ回転軸Ｕ，Ｖ並びにＷの回りに回転作動されることにより、上記スポット溶接機１を三次元方向に移動可能に構成されている。
【００２５】
以下に、上記スポット溶接機１を用いた溶接方法について、図２〜図６に基づいて具体的に説明する。被溶接体は、板厚が略均等である二枚の重なり合う鋼板２１より構成され、水平面上に複数の支持点を持つ支持装置によって挟持固定されている。図２は、ティーチング調整により鋼板２１が支持される支持平面上に一対の電極チップ１８Ａ，１８Ｂを配置し、鋼板２１を一対の電極で挟んだ状態を表す。図３は、溶接ロボットの回転作動制御により、溶接ガン全体を垂直方向上方へ移動させ、固定側電極１７Ｂで鋼板２３を上方へ押圧し、当該鋼板２１を可動側電極１７Ａ側に突状となるように屈曲させた状態を表す。固定側電極１７Ｂで押圧させる変位量は、支持平面に対して３〜５ｍｍの範囲に設定されている。この状態において駆動装置の作動制御により、ピストンロッド１５が進出して所定の加圧力を鋼板２１の上方より付与する。
【００２６】
このとき、可動側電極１７Ａと接触する鋼板の接触部ｍの接触面積は減少し、固定側電極１７Ｂと接触する被溶接体の接触部ｎの接触面積は増加する。次に一対の電極１７Ａ，１７Ｂで挟まれた鋼板２１に所定値の溶接電流を所定時間通電する。可動側電極１７Ａと固定側電極１７Ｂのそれぞれを通過する溶接電流値は一定であるため、可動側電極１７Ａと接触する接触部の電流密度は上昇する。そのため溶接電流の通電による熱影響範囲は、板厚方向の中心位置より電流密度が上昇した可動側電極１７Ａ側へ変位する。熱影響範囲が可動側電極１７Ａ側へ変位しているので、鋼板の溶融部も可動側電極１７Ａ側へ変位し、鋼板２１の溶融部より形成されるナゲット２７の生成箇所は図４に表すように可動側電極１７Ａ側へシフトすることになる。
【００２７】
引き続き、加圧シリンダ１４による加圧力を維持し、鋼板２１を一対の電極１７Ａ，１７Ｂで挟んだまま、溶接ロボットの回転作動制御により、溶接ガン全体を垂直方向下方へ移動させる。図５は、可動側電極１７Ａで鋼板２１を下方へ押圧し、当該鋼板２１を固定側電極１７Ｂ側に突状となるように屈曲させた状態を表す。可動側電極１７Ａで押圧させる変位量は、支持平面に対して３〜５ｍｍの範囲に設定されている。
【００２８】
このとき、固定側電極１７Ｂと接触する鋼板の接触部の接触面積は減少し、可動側電極１７Ａと接触する被溶接体の接触部の接触面積は増加する。可動側電極１７Ａと固定側電極１７Ｂのそれぞれを通過する溶接電流値は一定であるため、固定側電極１７Ｂと接触する接触部の電流密度は上昇する。溶接電流の通電による熱影響範囲は、板厚方向の中心位置より電流密度が上昇した固定側電極１７Ｂ側へ変位する。熱影響範囲が固定側電極１７Ｂ側へ変位しているので、鋼板の溶融部も固定側電極１７Ｂ側へ変位し、鋼板２１の溶融部より形成されるナゲット２８の生成箇所は図６に表すように固定側電極１７Ｂ側へシフトすることになる。
【００２９】
その結果、可動側電極１７Ａ側へシフトしたナゲット２７と固定側電極１７Ｂ側へシフトしたナゲット２８の二つのナゲットが一部重なり合うように一体生成され、板厚方向の溶込み深さｔの大きい複合ナゲット２９が生成されることになる。
【００３０】
図７は、本発明の第２の実施形態にかかるスポット溶接方法に用いられる被溶接体２’を表す。被溶接体２’は板厚の異なる二枚の重なり合う薄鋼板２１ａ’と厚鋼板２１ｂ’より構成され、水平面上に複数の支持点を持つ支持装置（図示せず）によって挟持固定されている。本実施形態においては薄鋼板２１ａ’が上方、厚鋼板２１ｂ’が下方に配置されている。ティーチング調整の後、溶接ロボットの回転作動制御により、溶接ガン全体を垂直方向上方へ移動させ、固定側電極１７Ｂで厚鋼板２１ｂ’を上方へ押圧し、両鋼板２１ａ’，２１ｂ’を可動側電極１７Ａ側に突状となるように屈曲させる。固定側電極１７Ｂで押圧させる変位量は、支持平面に対して好ましくは３〜５ｍｍの範囲に設定されているが、板厚比が大きい場合は５ｍｍを超える値を選択することもある。そして、駆動装置の作動制御により、所定の加圧力を薄鋼板２１ａ’の上方より付与する。
【００３１】
次に一対の電極１７Ａ，１７Ｂで挟まれた鋼板２１ａ’，２１ｂ’に所定値の溶接電流を所定時間通電する。この結果、第１の実施形態に記した理由により、ナゲット２７の生成箇所は図８に表すように可動側電極１７Ａ側へシフトし、ナゲットの中心が薄鋼板２１ａ’と厚鋼板２１ｂ’の境界に近づくことになる。このように、板厚の異なる鋼板に対する溶接であっても、板厚比に応じてナゲット生成箇所を薄板側へシフトさせることにより、良好な接合状態を得ることができ、ひいては溶接部の接合強度を向上させることができる。その他の構成については、第１の実施形態のものと同様であるために、同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。
【００３２】
図９は、本発明の第３の実施形態にかかるスポット溶接方法に用いられる被溶接体２”を表す。被溶接体２”は板厚の異なる三枚の重なり合う薄鋼板２１ａ”，２１ｃ”及び厚鋼板２１ｂ”より構成され、水平面上に複数の支持点を持つ支持装置（図示せず）によって挟持固定されている。本実施形態においては薄鋼板２１ａ”，２１ｃ”が上方および下方に、厚鋼板２１ｂ”が中央に配置されている。ティーチング調整の後、溶接ロボットの回転作動制御により、溶接ガン全体を垂直方向上方へ移動させ、固定側電極１７Ｂで薄鋼板２１ｃ”を上方へ押圧し、鋼板２１ａ”，２１ｂ”，２１ｃ”を可動側電極１７Ａ側に突状となるように屈曲させる。固定側電極１７Ｂで押圧させる変位量は、支持平面に対して好ましくは３〜５ｍｍの範囲に設定されているが、板厚比が大きい場合は５ｍｍを超える値を選択することもある。そして、駆動装置の作動制御により、所定の加圧力を薄鋼板２１ａ”の上方より付与する。次に一対の電極で挟まれた鋼板２１ａ”，２１ｂ”，２１ｃ”に所定値の溶接電流を所定時間通電する。この結果、第１の実施形態に記した理由により、ナゲット２７の生成箇所は図１０に表すように可動側電極１７Ａ側へシフトし、ナゲットの中心が薄鋼板２１ａ”と厚鋼板２１ｂ”の境界に近づくことになる。
【００３３】
引き続き、加圧シリンダ１４による加圧力を維持し、鋼板２１ａ”，２１ｂ”，２１ｃ”を一対の電極１７Ａ，１７Ｂで挟んだまま、溶接ロボットの回転作動制御により、溶接ガン全体を垂直方向下方へ移動させる。図１１は、可動側電極１７Ａで薄鋼板２１ａ”を下方へ押圧し、鋼板２１ａ”，２１ｂ”，２１ｃ”を固定側電極１７Ｂ側に突状となるように屈曲させた状態を表す。可動側電極１７Ａで押圧させる変位量は、支持平面に対して好ましくは３〜５ｍｍの範囲に設定されているが、板厚比が大きい場合は５ｍｍを超える値を選択することもある。
【００３４】
この状態で溶接電流を流すと、第１の実施形態に記した理由により、ナゲット２８の生成箇所は図１２に表すように固定側電極１７Ｂ側へシフトし、ナゲットの中心が薄鋼板２１ｃ”と厚鋼板２１ｂ”の境界に近づくことになる。
【００３５】
その結果、可動側電極１７Ａ側へシフトしたナゲット２７と固定側電極１７Ｂ側へシフトしたナゲット２８の二つのナゲットが一部重なり合うように一体生成され、板厚方向の溶込み深さｔの大きい複合ナゲット２９が生成されることになる。この複合ナゲットは薄鋼板２１ａ”と厚鋼板２１ｂ”の境界および薄鋼板２１ｃ”と厚鋼板２１ｂ”の境界の双方に跨る状態に形成される。このように、板厚の異なる鋼板に対する溶接であっても、板厚比に応じてナゲット生成箇所を薄板側へシフトさせることにより、良好な接合状態を得ることができ、ひいては溶接部の接合強度を向上させることができる。その他の構成については、第１の実施形態のものと同様であるために、同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。
【００３６】
以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。例えば、第１の実施形態においてティーチング調整の最初の段階で鋼板を屈曲させてもよい。また、製品の美感の観点より、溶接後に鋼板の屈曲部位を支持平面上に戻す平坦化作業を加えてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によると、スポット溶接機を用いたスポット溶接方法において、ナゲットの生成箇所を被溶接体の中心位置より任意の方向へシフトさせることができる。これにより、あらかじめ板厚に応じてナゲット生成箇所を制御して、溶接部の接合強度を向上させることができる。更に本発明は、既存のスポット溶接機をそのまま流用できるので、コスト的にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスポット溶接方法に用いられるスポット溶接機を溶接ロボットに適用した例を示す全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るティーチング調整後の被溶接体の要部正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る被溶接体の要部正面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る被溶接体の要部正面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る被溶接体の要部正面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る被溶接体の要部正面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るティーチング調整後の被溶接体の要部正面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る被溶接体の要部正面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るティーチング調整後の被溶接体の要部正面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る被溶接体の要部正面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る被溶接体の要部正面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る被溶接体の要部正面図である。
【符号の説明】
１    スポット溶接機
２    被溶接体
２’  被溶接体
３    溶接ロボット
１７Ａ  電極（可動側電極）
１７Ｂ  電極（固定側電極）
２１    鋼板
２１ａ’鋼板（薄鋼板）
２１ｂ’鋼板（厚鋼板）
２７    ナゲット
２８    ナゲット
２９    複合ナゲット
ｔ    溶込み深さ
【図１】
2004322182.tif 000003
【図２】
2004322182.tif 000004
【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】
2004322182.tif 000011
【図１０】
2004322182.tif 000012
【図１１】
2004322182.tif 000013
【図１２】
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