(57)【要約】      （修正有）【課題】経済的、連続的に抵抗溶接でき、電極の研磨、清掃などの作業からも解放され、生産性が向上する溶接方法を提案する。【解決手段】銅またはその合金から成る板状電極１０の上で先端に溶接チップ２１を具える溶接ガン２０により加圧してスポット溶接するのに先立って、板状電極１０上に供給する銅または合金の導電性シ−ト材２００を冷間で圧搾して加工硬化させ、この硬化された導電性シ−ト材２００を介してスポット溶接する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料から成る板状電極の表面に導電性材料からなる導電性フィルム材を供給するのに先立って、この導電性フィルム材を圧搾して硬化させておき、この硬化導電性フィルム材を介在させて前記板状電極上において上部から下降する溶接ガンの先端の溶接チップにより、被溶接物をはさんで加圧通電してスポット溶接することを特徴とするスポット溶接法。
【請求項２】
さらに、スポット溶接に所望期間介在させた後の硬化導電性フィルム材を切断して小片化して回収することを特徴とする請求項１記載のスポット溶接法。
【請求項３】
前記導電性フィルム材をシ−ト状とすることを特徴とする請求項１又は２記載のスポット溶接法。
【請求項４】
前記導電性フィルム材の厚さを０．１ｍｍ又はそれ以上にすることを特徴とする請求項１、２又は３記載のスポット溶接法。
【請求項５】
前記導電性フィルム材を銅又は銅合金のフィルム材にすることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のスポット溶接法。
【請求項６】
前記導電性フィルム材をウェブ状とすることを特徴とする請求項１又は２記載のスポット溶接法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスポット溶接法に係り、詳しくは、銅又はその合金などの導電性材料から成る板状電極上において銅又はその合金などの導電性材料から成る導電性フィルム材を介在させて先端に溶接チップを具える溶接ガンを下降させて被溶接物を加圧通電してスポット溶接するスポット溶接法に係る。
【背景技術】
【０００２】
例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板などの金属板の接合、なかでも薄い金属板の接合には抵抗溶接が用いられている。抵抗溶接は溶接すべき金属板（以下、被溶接物という）を重ね合わせ、この重ね合わせ部分を一対の電極チップの間にはさみ加圧通電して、この通電時によって生じる抵抗熱を熱源として加熱溶融させて接合する方法であって、抵抗溶接法のうちで最も用いられるのがスポット溶接又は点溶接である。スポット溶接では、熱源としての抵抗熱を大きくするために、被溶接物を加圧通電する一対の電極チップの断面積を絞って電流密度を高め、短時間で大電流を流し、このようにして被溶接物の接合部分を局部的に加熱して溶融し、ご石状のナゲットを形成して溶接する。このため、スポット溶接は自動車、家電製品その他板金製品に広く適用されている。
【０００３】
すなわち、スポット溶接は、熱源が被溶接物の接触面に発生するジュ−ル熱であるため、被溶接材の物理的性質に左右され、熱源の温度が適格に制御できないところに大きな欠点がある。それにも拘らず、ア−ク溶接などのように溶接棒やフラックスを必要とせず、さらに、大型の溶接機なども必要としない長所をもっているため、スポット溶接は広く用いられている。
【０００４】
このため、スポット溶接を実施するスポット溶接機では相当高い強度の溶接継手が得られるため、用途に応じてきわめて多岐にわたるものが提案されているが、これらスポット溶接機はほとんど定置型といわれるものである。
【０００５】
更にくわしく説明すると、定置型スポット溶接機では、重ね合わせ被溶接物をはさんで溶接するために、一対の溶接電極の対向する先端に断面を絞った溶接チップが設けられ、この溶接チップを加圧する加圧装置が強固な機械的な保持装置で支持されている。この保持装置と加圧装置とは一体として一定の場所に据付けられて構成されている。
【０００６】
このため、定置型のスポット溶接機は、高い加圧力がかけられるため、高い強度の溶接継手が得られるが、溶接の都度、被溶接物を溶接機のところまで移動させることとなる。大型の構造物であると、その運搬は大変な重筋作業となり、小ロッドの金属枠や金属箱などの製造には適さない。
【０００７】
また、内部に溶接すべきところがあるときには、どうしても溶接できないところが生じることが多く、このところについては別の溶接、例えばア−ク溶接などに依存することになって好ましくない。さらに、断面が点状に絞られた電極チップを用いるため、溶接時の被溶接物を適正位置に保持するのに被溶接物の構造に合わせた保持治具が必要になる。
【０００８】
このところから、一対の溶接チップや加圧装置、少なくとも加圧装置を一定の場所据付ける定置型のスポット溶接機に代って、少なくとも溶接チップが可搬できるポ−タブル型の溶接機が提案されている。ポ−タブル型の溶接機は溶接チップなどの溶接電極が溶接機本体から分離されて構成されている。しかし、可搬式として軽量化されているため、溶接チップを加圧する加圧装置としてエア−シリンダや油圧シリンダが用いることができず、その用途が限られるのが欠点である。
【０００９】
このようなところから、本発明者らは、先に、被溶接物を移動させることなく高い加圧力をかけて溶接できる溶接機として、日本国特願平０５−１３９５４３号明細書に示す構造のスポット溶接機を提案した。
【００１０】
このスポット溶接機は、上下一対の電極のうちで上部電極は先端に溶接チップを具え断面が絞られた棒状の溶接ガンとして構成されるが、下部電極は板状の銅又はその合金の導電性材料からなる板状電極から構成される。この溶接機であると、被溶接物は板状電極と溶接ガンの間にはさまれて加圧通電して溶接される。とくに、下部電極はスペ−スの広い板状電極から成っているため、その表面のいずれのところでも通電されており、表面全体が電極面として働くことができるため、被溶接物は移動させることなく溶接できる。
【００１１】
しかしながら、先に提案したスポット溶接機は被溶接物を板状電極上にのせたままで溶接できるものであるが、次のとおりの欠点がある。
（１）板状電極は全体として導電性材料から構成され、導電性材料、なかでも、銅またはその合金から構成されている。銅は他の金属に比べ融点が高く、熱伝導度も大きいのに対し、電気抵抗がきわめて小さい。このため、電極としてはきわめて好適であるが、価格が高いという欠点がある。このため、下部電極をきわめてスペ−スも広い板状材として構成するのには、どうしても大型構造物として鋳造で製造することになり、きわめて高価になること、さらに、銅の大型構造物は、重量物になって取扱いや組立てがしにくく、交換にも手間がかかること、
（２）板状電極の表面が全体にわたって電極を成しているため、溶接時に分流が起こり、電流ロスが大きくなるほか、形成されたナゲットが再び通電されて性質が損なわれること、
（３）板状電極の表面は、溶接時に被溶接物との接触部分が溶接チップとして作用する。このため、板状電極の表面全体がまんべんなく溶接チップとして使用するようにするのが理想的であるが、被溶接物の構造によっては一定の場所の使用頻度が極端に多くなることが多い。このため、電極チップとして使われたことが多い部分に材質変化やひずみが集積し、板状電極の表面がそって彎曲する。このため、ある程度使用する度に表面のそりや材質変化部分を研削し平坦にする必要がある。とくに、この研削作業は所謂鏡面仕上げ程度まで高精度で行なう必要があって、研削作業は長時間を要し（１週間毎に研削時間として１日とる。）、経済性、作業性が大きく損なわれること、
（４）また、局部的に電極チップとして使用する板状電極の使用頻度が高まると、被溶接材と板状電極の銅とが合金化して板状電極上に付着して残り、この付着物が次の被溶接物の溶接時に被溶接物の表面に付着する。これを除去するのに非常に手間がかかる。とくに、被溶接物として化成処理鋼板、ちなみに、ボンド処理鋼板やパ−カライジング鋼板が用いられ、これら鋼板ではこの傾向がきわめて大きいこと、
【特許文献１】特願平５−１３９５４３号および特許第３４４５６３６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、被溶接物をはさみ加圧通電する一対の電極のうちで一方の電極を面積の広い板状電極として構成する溶接法であるが、この溶接法において、先にのべたとおりの主として（１）、（２）、（３）および（４）の問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
まず、本発明方法は、導電性材料から成る板状電極の表面に導電性材料からなる導電性フィルム材を供給するのに先立って、この導電性フィルム材を圧搾して硬化させておき、この硬化導電性フィルム材を介在させて板状電極の上において上部から溶接ガンを下降させ、この溶接ガン先端の溶接チップと導電性フィルム材との間で被溶接物をはさみ加圧通電してスポット溶接する。
【００１４】
さらに、硬化導電性フィルム材は所望期間使用後切断して小片化して回収する。
【００１５】
また、導電性フィルム材はシ−ト状として板状電極上に供給する。
【００１６】
また、導電性フィルム材はその厚さを０．１ｍｍ又はそれ以上にする。
【００１７】
導電性フィルム材は銅又はその合金とする。
【００１８】
また、導電性フィルム材を連続的なウェブ状とし、この導電性フィルム材を連続的又は間欠的に供給する。
【発明の効果】
【００１９】
このように溶接すると、板状電極の表面は硬質の導電性フィルム材におおわれているため、その表面は溶接時に被溶接物に直接接触しない。このため、溶接を重ねても板状電極の表面には常に付着物などが付着することなく、平坦であるため、使用を重ねても研削や研磨する必要もなく、生産性が向上する。
【００２０】
また、導電性フィルム材は硬化され、裏面からは全面にわたって板状電極によって冷却されている。このため、介在する硬化導電性フィルム材は板状電極との境界面で接触抵抗により発熱してもすぐに冷却され、さらに、硬化されているために、加圧力により変形して凹凸が生じることもない。
【００２１】
硬化導電性フィルム材との厚さが少なくとも０．１ｍｍ以上であるため、板状電極との接触抵抗による発熱は良好に緩和でき、さらに、厚さがきわめて薄いため、必要に応じて巻取って回収できる。
【００２２】
また、硬化導電性フィルム材は一定期間使用後廃棄しても、それが銅又はその合金から成るため、スクラップ材としても経済的価値が保持できる。このため、溶接毎にその都度新しく取替えて使用でき、溶接時の付着物が続いて行なわれる溶接のときに次の被溶接物に付着することがない。併せてこのところから、ボンド処理やパ−カライジング処理などの化成処理鋼板も支障なく溶接できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
なお、図１は本発明方法の一例のフロ−シ−トを示す説明図である。
【００２４】
図２は本発明方法における溶接過程の原理を示す説明図である。
【００２５】
図３は本発明方法における溶接過程の上下電極間の電気抵抗の等価回路図である。
【００２６】
図４は本発明方法を実施する際に好適なスポット溶接機の一例の説明図である。
【００２７】
まず、本発明方法は、図１に示すフロ−シ−トにもとずいて溶接され、その溶接過程では銅又はその合金などの導電性フィルム材を介在させて後記の板状電極１０上において被溶接物Ｗを加圧通電して溶接する。この溶接過程は図２に原理が示される溶接機によって溶接され、実施にあたっては、図４に示すスポット溶接機１００を用いて行なうことができる。このような溶接機１００を用いなくても図２に示す原理の溶接は実施できる。
【００２８】
しかし、いずれのスポット溶接機であっても一対の電極なかでも上下の電極のうち、下部の電極が板状電極１０として構成され、他方の上部電極が棒状の先端に溶接チップ２１を具える溶接ガン２０として構成される。
【００２９】
また、上部の電極として構成される溶接ガン２０による下向きの加圧力は、溶接ガン２０をいずれの溶接姿勢に保持しても加えることができる。例えば、溶接ガン２０を単に上下に昇降させるように縦向き姿勢に保持することもでき、あるいは溶接ガン２０を横向き姿勢に保持し、この溶接ガン２０の先端に溶接チップ２１を取付け、後端に引張りまたは押付けなどの加圧力を加えると、てこ方式により被溶接物Ｗに下向きの加圧力を加えることができる。
【００３０】
次に、板状電極１０の上に、予め銅やその合金の導電性フィルム材を圧搾して硬化させた硬化導電性フィルム材２００を供給する。この硬化導電性フィルム材２００を板状電極１０の上にすき間なく展延又は展着させることが必要で、すき間なく展延させることは、予め硬化処理されているフィルム材２００であると容易に供給するだけで達成でき、連続的なウェブ状のものを巻戻してフィルム材２００として供給することもできるし、板状電極１０の側縁に固定手段を設けて導電性フィルム材２００を引張って固定することができる。
【００３１】
すなわち、硬化導電性フィルム材２００は、板状電極１０の表面をおおう一方、被溶接物Ｗには直接接触して溶接に関与する。さらに、板状電極１０を介して通電され、導電性にすぐれる銅またはその合金から構成されている。このため、導電性フィルム材２００は適正な厚みをもって適正な強度をもつことが必要である。
【００３２】
このところから、導電性フィルム材２００は予め冷間で圧搾して降伏点を高め加工硬化させる。この場合、加工硬化であると、溶接の間の加熱により銅などの再結晶温度以上に達することもあるが、裏面から板状電極１０によって全体にわたって冷却されているため、導電性フィルム材２００は強度を保つことができ、溶接時に高い加圧力で加圧され、その加圧頻度が重ねられても板状電極１０上に密着することなく剥離できなくなることもないし、塑性的な変形がほとんど残ることがない。
【００３３】
溶接にあたっては、硬化導電性フィルム材２００の上に被溶接物Ｗをのせ、その導電性フィルム材２００と上部電極としての溶接ガン２０、なかでも、先端の溶接チップ２１の間で被溶接物Ｗをはさみ通電し溶接する。このように溶接すると、板状電極１０と導電性フィルム材２００とは導電性材料から成っており、なかでも、とくに、加工硬化し易い面心立方格子系の銅またはその合金から成っているため、厚みを十分に、例えば０．１ｍｍ程度まで薄くできる。このため、板状電極１０と硬化導電性フィルム材２００との接触抵抗はほとんど通電性を損なわない程度まで緩和できる。
【００３４】
ちなみに、導電性フィルム材２００を介在させて板状電極１０とともに下部の電極として働かし、少なくとも２つを重ね合わせた被溶接物Ｗを溶接するとする。この場合には、図３に示すとおり、接触電気抵抗Ｒ１〜Ｒ５が生じる。
【００３５】
すなわち、硬化された導電性フィルム材２００の介在による溶接系の電気抵抗は、図３に示すとおり、溶接ガン２０において先端の溶接チップ２１と被溶接物Ｗとが点接触し、この接触面に電気接触抵抗Ｒ１が生じる。次に、被溶接物Ｗは少なくとも２つのものが重ね合わせられ、この接触面に電気接触抵抗Ｒ２が生じる。被溶接物Ｗは硬化された導電性フィルム材２００の表面に接触しこの接触面に電気接触抵抗Ｒ３が生じる。さらに、硬化された導電性フィルム材２００はその裏面で板状電極１０に接触しこの間に電気接触抵抗Ｒ４が生じる。併せて、被溶接物Ｗは固有の電気抵抗Ｒ５をもっている。これらの溶接時の通電系の電気抵抗を等価電気回路として示すと、図３に示すとおりである。
【００３６】
また、これら各電気抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４およびＲ５の総和が溶接系の電気抵抗になる。このところをさらに検討すると、被溶接物Ｗに対する溶接チップ２１と導電性フィルム材２００との電気接触抵抗Ｒ１とＲ３は、溶接チップ２１に較べて板状電極１０や導電性フィルム材２００の接触面積がきわめて大きい。
【００３７】
すなわち、高い加圧力の下では硬化された導電性フィルム材２００に対する被溶接物Ｗの接触面積が大きくなることから、電気接触抵抗Ｒ１に対し電気接触抵抗Ｒ３は低下し電流密度が増加し、一方、電気接触抵抗Ｒ４は導電性フィルム材２００と板状電極１０との接触度合によって左右され、溶接時の接触度合によって変化する。
【００３８】
このようなところから、溶接系における電気抵抗のうちで溶接態様によって変化する電気接触抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４によってスポット溶接の溶接性がどのように変化するかについて、実際の溶接時に溶接電源のトランスの二次側実効値電流を基準として検討した。この結果、全体にわたって厚さを適正に調整したときには、導電性フィルム材２００を介在させる場合でも、電気接触抵抗（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）の占める割合は溶接系の電気抵抗の総和（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）のほぼ２０％程度であり、この２０％のうちでも電気接触抵抗（Ｒ４）の占める割合は僅かであったが、溶接を続けるうちに増加し、電気接触抵抗の占める割合が２０％より以上に増加した。さらに、この増加分は溶接による使用期間に対応して大きくなった。このため、導電性シ−ト材２００の裏面の接触を矯正したところ、この増加分をおさえることができた。
【００３９】
この結果、要するに導電性フィルム材２００の介在は溶接時の高い加圧力による変形であり、キ−ポイントになるのは導電性フィルム材２００の厚くすることによって強化するとともに硬さを高めることが必要である。
【００４０】
すなわち、導電性フィルム材２００は、厳格には、板状電極の表面に均一に接触させその間に空気その他の介在物を介在させないことが好ましい。しかし、導電性フィルム材２００は所望期間使用後廃棄することからしてなるべく薄くするのが好ましいが、これを実現することはきわめてむづかしい。このところから、導電性フィルム材２００を構成する銅やその合金は容易すべり領域（easy slide region）を経て直線的硬化領域（linear hardening region）が明確にあらわれることを利用し、溶接前に予め圧搾又は冷間で圧延して硬化させる。このように硬化させると、厚さそのものを薄くしても板状電極１０との接触抵抗の増加はほとんどなくその影響は少ない。
【００４１】
このようなところから、硬化させた導電性フィルム材２００の厚さを変化させて板状電極１０上におくことによっての影響を少なくできる導電性フィルム材２００の厚さを求めた。
【００４２】
すなわち、高い加圧力（３００Ｎ）のもとで導電性フィルム材２００の厚さを変えて溶接し、導電性フィルム材２００と板状電極１０との間に形成される融着の有無を顕微鏡観察によって検討した。この結果、予め硬化させるため、導電性フィルム材２００の厚さを０．１ｍｍまで冷間で圧搾したものであると、同じところで打点５００程度まで加圧通電しても融着がない。これに対し、通常市販されている電気銅のシ−ト材の場合は少なくとも厚さ０．４ｍｍ又はそれ以上でないと、融着がなく使用できなかった。
【００４３】
更に詳しく説明すると、直接被溶接物Ｗに接触して全面にわたって電極面として働くものである。一方のその厚さは高価な板状電極１０に較べて使用を重ねて表面が変形・汚染（例えば被溶接物と合金化して形成される汚染物など）しても、それをスクラップとして廃棄し、再利用することもでき、経済的な面からいうと、厚さはなるべく薄いのが好ましい。とくに、導電性フィルム材２００を板状電極１０上に人手によらずに又は連続的に供給するときに、ロ−ル状に巻かれたウェブ状導電性フィルム材２００を巻戻して供給するためには、なるべく薄いのが好ましい。
【００４４】
しかしながら、銅などの導電性フィルム材２００は展延性に富むため、局部的な加圧力によって展延、伸び、材質的にも変化し、凹凸が生じたり、接触抵抗が大きくなって溶融したり、切断することも多い。また、板状電極１０の表面に導電性フィルム材２００を展延させてのせたり、又は展着させてのせるときに、その間に局部的に空気や空気層、さらにゴミその他の異物が介在することはさけられない。
【００４５】
一方、金属材料は、先にのべたとおり、一般には圧延、引抜き、鍛造すると、硬さや引張り強さが増加することが知られ、この性質を利用することにより鋼においてはピアノ線、高張力鋼などが製造されたりあるいは銅やアルミニウム材などの面心立方格子系金属は冷間加工などにより表面を平坦に仕上げ、しかも、硬度を上昇させて形状性を維持することが知られている。この加工硬化は、強度や硬さの増強手段である。とくに、導電性フィルム材を構成する銅又はその合金は冷間での圧延を繰り返すことによって降伏点を上昇させ、硬い導電性フィルム材として調整できる。
【００４６】
しかし、このように硬化させると、導電性フィルム材はロ−ル状に巻くこともできないし、これを巻戻して人手によらずに供給することもできない。このところから、それを溶接に先立って冷間圧延などにより硬化し、それをスリッタ−またはカッタ−で切断し、それを廃棄する。
【００４７】
このように導電性フィルム材２００を板状電極の上に供給し、この導電性フィルム材２００の介在のもとで溶接すると、ことごとくの溶着金属や不可避物などの表面の付着は導電性フィルム材とともに外部に運び出されるため、板状電極１０の表面はつねに正常な状態に保持できる。
【００４８】
さらに、介在される導電性フィルム材２００は板状電極１０によって全体にわたり冷却され、常に冷却状態に保持されている。このため、溶接時の熱は熱伝導性のよい板状電極１０全体にわたって熱量が飛散し、その冷却容量はきわめて大きいことから、ほとんど加熱されることがなく、理想的なスポット溶接が達成できる。
【００４９】
なお、図４において符号１００はスポット溶接機、１０は板状電極、２０は溶接ガン、２１は溶接チップ、２２は操作ハンドル、３０は支持ポスト、４０はエア−シリンダ、５０は回転ア−ム、５１は回転部、５２は押え板、６０は支持支柱である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明方法は、下部電極として働く板状電極と上部電極として働く溶接ガンとの間に導電性シ−ト材を介在させて溶接する溶接法であり、介在する導電性シ−ト材は着脱自在に板状電極上におかれ、しかも、この導電性シ−ト材は板状電極上への供給に先立って、予め冷間で圧搾されている。
【００５１】
このため、ボンド処理やパ−カライジング処理などの化成処理が表面になされている鋼板や、アルミニウム材、ステンレス鋼板などであっても、溶接できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明方法の一例のフロ−シ−トを示す説明図である。
【図２】本発明方法における溶接過程の原理を示す説明図である。
【図３】本発明方法における溶接過程の上下電極間の電気抵抗の等価回路図である。
【図４】本発明方法を実施する際に好適なスポット溶接機の一例の説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００  スポット溶接機
１０  板状電極
２０  溶接ガン
２１  溶接チップ
３０  支持ポスト
４０  エア−シリンダ（加圧装置）
５０  回転ア−ム
２００  導電性フィルム材
【図１】
2005288487.tif 000003
【図２】
2005288487.tif 000004
【図３】
2005288487.tif 000005
【図４】
2005288487.tif 000006