(57)【要約】【課題】一対の電極チップ１，２の間にワークＷを挟んで加圧した状態で両電極チップ１，２間に通電してワークＷを抵抗溶接するスポット溶接機において、所要の溶接強度を得るのに必要な最小電流値と散り発生限界電流値との間の適正電流範囲の幅を拡大して、溶接条件の変動を生じても、散りを生ずることなく適正な溶接が行われるようにする。【解決手段】一対の電極チップ１，２を、夫々、チップ先端面に開口する凹孔３を形成した孔付きチップで構成し、チップ先端面の外径Ｄを４ｍｍ〜８ｍｍに設定すると共に、凹孔３に合致するチップ先端面の内径ｄを外径Ｄの２５％以上に設定する。凹孔３によりワークＷの熱膨張の逃がし機能が得られ、更に、ワークＷに作用する面圧が高くなって、散り発生限界電流値が高くなり、適正電流範囲の幅が拡大する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極チップの間にワークを挟んで加圧した状態で両電極チップ間に通電してワークを抵抗溶接するスポット溶接機において、
両電極チップを、夫々、チップ先端面に開口する凹孔を形成した孔付きチップで構成し、チップ先端面の外径を４ｍｍ〜８ｍｍに設定すると共に、凹孔に合致するチップ先端面の内径をチップ先端面の外径の２５％以上に設定することを特徴とするスポット溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体組立工程等で使用するスポット溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スポット溶接機は、一対の電極チップの間にワークを挟んで加圧した状態で両電極チップ間に通電してワークを抵抗溶接するものである。通電時、ワークにはジュール熱で溶融部(ナゲット)が形成される。そして、ナゲットの成長に伴いワークが熱膨張しようとするが、ワークは電極チップにより押さえ込まれているため、ナゲットの内部圧力が上昇し、これがある限界に達したところで、溶融金属が外部に飛散する現象、所謂散りを生ずる。散りを生ずると溶接強度が低下するため、散りを生じないように溶接電流を管理することが必要になる。
【０００３】
ところで、スポット溶接機用の電極チップとして、従来、チップ先端面に開口する凹孔を形成して成るものが知られている(例えば、特許文献１参照。)。この孔付きチップは凹孔を形成しない電極チップ(バック電極)と対で使用される。孔付きチップを使用すると、凹孔がナゲットの成長に伴うワークの熱膨張の逃げ場所として機能し、ナゲットの内部圧力の上昇が抑制される。そのため、散りの発生する限界電流値が高くなり、散りを生じにくくなる。
【特許文献１】特開昭４８−４１９５０号公報(第１，２頁、第３図)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、多数のスポット溶接機を使用する車体組立工程等の溶接現場では、同時に通電するスポット溶接機の個数による溶接電流の変動、ワークのプレス精度等に起因する電極チップのワークに対する傾きによる電流密度の変動、ワークの板合わせのばらつきによる散り発生限界電流値の変動といった溶接条件の変動を生ずるため、散りを生ずることなく所要の強度で溶接するには、溶接電流の適正範囲、即ち、所要の溶接強度を得るのに必要な最小電流値と散り発生限界電流値との間の範囲の幅を広く確保し、溶接条件の変動に対処し得るようにすることが望まれる。
【０００５】
ここで、上記従来例において、孔付きチップに対向する電極チップとして凹孔を形成しない孔無しチップを使用するのは、対向電極チップの先端面が当接するワークのナゲット形成部の全域に溶接電流が流れるようにするためである。然し、このものでは、孔無しチップ側での熱膨張の逃がし機能を得られず、散り発生限界電流値はある程度高くなるものの十分ではなく、溶接現場での溶接条件の変動に対処し得るように溶接電流の適正範囲の幅を十分に広く確保することは困難である。
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、溶接電流の適正範囲の幅を拡大し得るようにしたスポット溶接機を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、一対の電極チップの間にワークを挟んで加圧した状態で両電極チップ間に通電してワークを抵抗溶接するスポット溶接機に関し、上記課題を解決するために、両電極チップを、夫々、チップ先端面に開口する凹孔を形成した孔付きチップで構成し、チップ先端面の外径を４ｍｍ〜８ｍｍに設定すると共に、凹孔に合致するチップ先端面の内径をチップ先端面の外径の２５％以上に設定している。
【０００８】
本発明によれば、ワークを挟む一対の電極チップが共に孔付きチップで構成されるため、ワークの両側で熱膨張の逃がし機能が得られて、ナゲットの内部圧力の上昇が効果的に抑制される。更に、電極チップのワークに対する当接面が凹孔周囲の環状面に限定されて、電極チップからワークに作用する面圧が大きくなり、ナゲットの内部圧力の上昇抑制効果と相俟って、散り発生限界電流値が高くなる。
【０００９】
また、両電極チップを共に孔付きチップで構成すると、電極チップの先端の凹孔周囲の環状面に対応するワークの環状領域のみに溶接電流が流れて、ナゲットが当初環状に形成されるが、その後、熱伝導でナゲットが環状領域の内側に広がる。尚、環状領域の外側は、環状領域からの熱が集熱される内側の部分に比し放熱しやすいため、環状領域の外側へのナゲットの広がりは抑制される。
【００１０】
本願発明者は、材質がＳＰＣＥの厚さ０．７ｍｍの２枚の板材を、チップ先端面の外径が６ｍｍの孔無しの電極チップを用いて、加圧力２．４５ｋＮ、溶接電流１１．０ｋＡ、通電時間１４０ｍｓｅｃの条件で溶接した試験片を用意し、試験片のナゲットの中心に直径３ｍｍの穴を開けたものと、穴を開けない試験片との引張せん断強度を測定した。何れの試験片の引張せん断強度も約３．９ｋＮでほぼ同一であった。この実験から、ナゲットが環状に形成されても、外径が同一の非環状のナゲットを形成した場合と比較して、引張せん断強度に実質的な差は生じないことが確認された。そして、後記詳述するように、所要の引張せん断強度を得るのに必要な最小電流値は、両電極チップを共に孔付きチップにした本発明と片方の電極チップのみを孔付きチップにした従来例とでほとんど差がなく、一方、散り発生限界電流値は、本発明の方が従来例に比し高くなる。従って、本発明によれば、溶接電流の適正範囲の幅が従来例に比し広くなり、溶接条件の変動に対処しやすくなる。
【００１１】
尚、本発明において、チップ先端面の外径を４ｍｍ〜８ｍｍに設定した理由は、４ｍｍ未満であると、凹孔を形成しても凹孔が小さすぎて熱膨張の逃がし機能が有効に発揮されず、８ｍｍを超えると、電流が分散しすぎてナゲットがうまく形成されなくなるためである。また、チップ先端面の内径をチップ先端面の内径の２５％以上に設定した理由は、２５％未満では熱膨張の逃がし機能が有効に発揮されず、また、面圧も左程大きくならず、散り発生限界電流値が左程高くならないためである。チップ先端面の内径の上限に関しては、電極チップの機械的強度が確保される限り、特に制限はない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１はスポット溶接機の先端部分を示しており、ワークたる２枚の板材Ｗ，Ｗの重ね合せ部をスポット溶接機に設けた一対の電極チップ１，２の間に挟んで加圧し、この状態で両電極チップ１，２間に通電して、両板材Ｗ，Ｗを抵抗溶接する。スポット溶接機自体の構造は公知であり、その詳細な説明は省略する。
【００１３】
各電極チップ１，２には、夫々、チップ先端面に開口する凹孔３が形成されている。これによれば、各電極チップ１，２の先端の凹孔３の周囲の環状面が板材Ｗに当接し、通電時に、両電極チップ１，２の環状面間に挟まれた板材Ｗ，Ｗの環状領域に溶接電流が流れ、この環状領域に、図２(ａ)に示す如く、ジュール熱によってナゲットＷａが環状に形成され、その後、熱伝導でナゲットＷａが広がる。ここで、環状領域の内側部分は環状領域からの熱が集熱されるため、外側に比し温度上昇しやすく、ナゲットＷａは、図２(ｂ)に示す如く、主として環状領域の内側部分に広がる。そして、最終的には、図２(ｃ)に示す如く、ナゲットＷａが環状領域の内側部分の全域に亘って形成される。
【００１４】
このようにナゲットＷａが成長すると、板材Ｗが熱膨張で板厚方向に膨出するように変形する。この変形が電極チップ１，２の加圧力で抑制されると、ナゲットＷａの内部圧力が上昇するが、本実施形態では、両電極チップ１，２の凹孔３が板材Ｗの変形を受け入れる逃げ場所となり、熱膨張の逃がし機能が発揮される。そのため、ナゲットＷａの内部圧力の上昇が抑制される。また、両電極チップ１，２の板材Ｗに対する当接面が凹孔３の周囲の環状面に限定されるため、両電極チップ１，２から板材Ｗに作用する面圧が大きくなり、ナゲットＷａの内部圧力の上昇抑制効果と相俟って、散り発生限界電流値Ｉｍａｘが高くなる。尚、ナゲットＷａの中央部には、板材Ｗ，Ｗ間のガスが集まった中空部Ｗｂが残るが、中空部Ｗｂは通電後の冷却で萎むため悪影響は生じない。
【００１５】
本願発明者は、電極チップ１，２として、チップ先端面の外径Ｄが何れも６ｍｍで、チップ先端面の内径ｄが零のもの(凹孔３無しのもの)と、１ｍｍのものと、１．５ｍｍのものと、２．０ｍｍのものと、３．０ｍｍのものと、４．０ｍｍのものと、５．０ｍｍのものとを用い、材質がＳＰＣＥで板厚が０．７ｍｍの２枚の板材Ｗ，Ｗを、加圧力２．４５ｋＮ、通電時間１４０ｍｓの条件で溶接電流を変えて溶接し、ＪＩＳＡ級の引張せん断強度を得るのに必要な最小電流値Ｉｍｉｎと、散り発生限界電流値Ｉｍａｘとを求める実験を行った。その結果を下記表１に示す。尚、表１の(  )内の値は、一方の電極チップを凹孔３無しのものとした場合の電流値である。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
この実験結果から明らかなように、所要の引張せん断強度を得るのに必要な最小電流値Ｉｍｉｎは、両電極チップ１，２を共に孔付きチップにした本実施形態と片方の電極チップのみを孔付きチップにした従来例とでほとんど差がなく、一方、散り発生限界電流値Ｉｍａｘは、本実施形態の方が従来例に比し高くなる。従って、本実施形態によれば、溶接電流の適正範囲(最小電流値Ｉｍｉｎと散り発生限界電流値Ｉｍａｘとの間の範囲)の幅が従来例に比し広くなり、溶接条件の変動に対処しやすくなる。尚、最小電流値Ｉｍｉｎで溶接した場合、本実施形態では、ナゲットＷａが図２(ｃ)に示す状態まで広がらずに環状になっていることが多い。
【００１８】
また、電極チップ１，２の先端面(チップ先端面)の外径Ｄが４ｍｍ未満であると、凹孔３を形成しても凹孔３が小さすぎて熱膨張の逃がし機能が有効に発揮されず、８ｍｍを超えると、電流が分散しすぎてナゲットがうまく形成されなくなる。従って、チップ先端面の外径Ｄは４ｍｍ〜８ｍｍ、好ましくは６ｍｍ程度に設定すべきである。また、上記実験結果から明らかなように、チップ先端面の内径ｄが外径Ｄの２５％になるあたりから溶接電流の適正範囲の幅が広がりはじめる。従って、内径ｄは外径Ｄの２５％以上に設定すべきである。また、内径ｄを大きくするほど溶接電流の適正範囲の幅は広くなる。従って、内径ｄの上限に関する制限は特にないが、電極チップ１，２の機械的強度を考慮すると、内径ｄの上限は外径Ｄの９０％程度になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るスポット溶接機の電極チップ部分を示す断面図。
【図２】(ａ)〜(ｃ)通電中のナゲットの経時変化を示す図。
【符号の説明】
【００２０】
１，２…電極チップ、３…凹孔、Ｗ…板材(ワーク)、Ｗａ…ナゲット
【図１】
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【図２】
2005125397.tif 000005