(57)【要約】【課題】板状電極上に被溶接物をおき、この被溶接物をスポット溶接する方法であって、この板状電極の表面を直接被溶接物に接触させることなく溶接でき、板状電極の表面を汚染又は彎曲させることなく溶接できる溶接法を提案する。【解決手段】導電性材料から成る板状電極１０の表面に導電性材料からなる導電性フィルム材２００を供給し、この導電性フィルム材２００上に被溶接物Ｗをのせる一方、上部から先端に溶接チップ２１を具える溶接ガン２０を下降させることにより、導電性フィルム材２００との間で被溶接物Ｗをはさんで加圧通電してスポット溶接する。【選択図】図１
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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し、この導電性フィルム材上に被溶接物をのせる一方、上部から先端に溶接チップを具える溶接ガンを下降させることにより、前記導電性フィルム材との間で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】
前記導電性フィルム材をシ−ト状として前記板状電極上に供給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０．３ｍｍ又はそれ以上に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連続的なウェブ状とし、このウェブ状の導電性フィルム材を前記板状電極上に間欠的又は連続的に供給することを特徴とする請求項１又は５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、板状電極上で被溶接物を先端に溶接チップを具える溶接ガンとの間ではさんで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、被溶接物を局部的に溶融し、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が大きな欠点があるにも拘らず、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。
【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、この溶接チップを高め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、この発明者らは、先に、被溶接物を移動させることなく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のに対し、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、板状電極と溶接ガンの間で被溶接物をはさみ加圧通電して溶接するものである。このスポット溶接機の下部電極はスペ−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ものである。
【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し、この導電性フィルム材を介在させて板状電極の上に被溶接物をのせる。続いて、上部から先端に溶接チップを具える溶接ガンを下降させ、こ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】
導電性フィルム材はシ−ト状として板状電極上に供給して展延又は展着させる。
【００１５】
導電性フィルム材はその厚さを０．１ｍｍ以上、好ましくは０．３ｍｍ以上、とくに好ましくは０．４ｍｍ以上にする。
【００１６】
導電性フィルム材は銅又はその合金とする。
【００１７】
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】
【００１８】
板状電極の表面は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、板状電極の表面は常に平坦で付着物などもないことから、使用を重ねても研削する必要がない。
【００１９】
導電性フィルム材は裏面から全面にわたって板状電極によって冷却されているため、板状電極との間の接触抵抗により発熱してもすぐに冷却される。
【００２０】
導電性フィルム材との厚さが少なくとも０．１ｍｍ、好ましくは０．３ｍｍ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る。
【００２１】
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、常に新しく取替えて使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
なお、図１は本発明方法を実施する際の原理の説明図である。
【００２３】
図２は本発明方法で溶接する際の一対の電極間の電気抵抗の等価回路図である。
【００２４】
図３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。
【００２５】
まず、図１は本発明方法を実施する際に原理を示す説明図である。この方法を実施するにあたっては、図３に示すスポット溶接機１００を用いて行なうことができるが、このような溶接機を用いなくても図１に示す原理の溶接は実施できる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
次に、板状電極１０の上に導電性フィルム材２００を供給し、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。このすき間なく展延させるのには板状電極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。導電性フィルム材２００は、板状電極１０の表面をおおい、しかも、被溶接物Ｗには直接接触する。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るため、導電性フィルム材２００は後記のように適正な厚みをもって、しかも、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は高い加圧力で加圧されても板状電極１０上に密着することなく剥離できる。
【００２９】
溶接にあたっては、導電性フィルム材２００の上に被溶接物Ｗをのせ、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の間に被溶接物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、銅またはその合金から成って適正な厚みをもっている。このため、板状電極１０と導電性フィルム材２００との接触抵抗を緩和させてほとんど通電性を損なわずに溶接できる。
【００３０】
すなわち、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て少なくとも２つを重ね合わせた被溶接物Ｗを溶接するときに、下部の電極と働く板状電極１０と導電性フィルム材との接触電気抵抗が生じ、併せて、溶接時の加圧力による導電性フィルム材２００は局部的に組織変化が起こる。
【００３１】
この導電性フィルム材２００の介在は、図１および図２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。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、導電性フィルム材２００は板状電極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には固有の電気抵抗Ｒ５がある。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２に示すとおりである。
【００３２】
また、これら電気抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４およびＲ５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ために、同じ程度とはみられない。
【００３３】
すなわち、高い加圧力の下では導電性フィルム材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する。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る。
【００３４】
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ところ、厚さを適正に調整した導電性フィルム材２００を介在させる場合には、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緩和（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）の２０％程度であり、この２０％のうちで電気接触抵抗（Ｒ４）の占める割合は僅かであった。要するに導電性フィルム材２００を介在させるときには、キ−ポイントになるのは導電性フィルム材２００の厚さであることがわかった。
【００３５】
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は薄く、これを実現することはきわめてむづかしい。しかしながら、導電性フィルム材２００は厚さが適正に調整されていると、電流分布は厚さ方向の中心部で広く拡がり、板状電極１０との接触抵抗がきわめて小さくなり、その影響が少なくなる。
【００３６】
このようなところから、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。
【００３７】
まず、図２に示すとおり、各電気抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５の緩和Ｒ一定の条件のもとで電極間加圧力と２次側電流値とを求めたところ、２次側電流値は電極間加圧力を上昇させるにしたがって直線的に上昇した。
【００３８】
次に、電気抵抗の緩和Ｒは、電極間加圧力が上昇すると、ゆるやかに下降した。
【００３９】
次に、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ところ、導電性フィルム材２００の厚さが０．１または０．１ｍｍ以上であると、打点１００程度でほとんど融着がなく、さらに、０．３ｍｍあるいはそれ以上、さらに、０．４ｍｍ又はそれ以上であると、加圧力を高めても全く融着が認められなかった。
【００４０】
更に詳しく説明すると、導電性フィルム材２００は板状電極１０上におかれ直接被溶接物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。また、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。
【００４１】
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。
【００４２】
いずれの場合であっても、薄い導電性フィルム材２００を板状電極１０の表面にセットすることによってどうしてもその間の接触抵抗は大幅に増大し、局部的な板状電極１０との密着によって導電性フィルム材２００を剥離できないことが起こる。
【００４３】
このような面から、導電性フィルム材２００は少なくとも厚さは０．１ｍｍは必要である。また、厚さが０．３〜０．４ｍｍ以上であると、被溶接物の材質によっては導電性フィルム材２００との合金化が局部的に開始されても、支障がない。なかでも、先にのべたとおり、導電性フィルム材２００と板状電極１０の間の接触抵抗の占める割合は全体としての電気抵抗中の略々２０％程度と推定できるところから介在する導電性フィルム材２００の厚さを大きくすることは、スクラップとして廃棄する経済的不利益を許容すれば、導電性フィルム材２００の厚さは０．３〜０．４ｍｍ以上にするのが好ましい。
【００４４】
なお、図３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】
【００４５】
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ている。
【００４６】
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】
【００４７】
【図１】本発明方法を実施する際の原理の説明図である。
【図２】本発明方法で溶接する際の一対の電極間の電気抵抗の等価回路図である。
【図３】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】
【００４８】
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】
2005288455.tif 000003
【図２】
2005288455.tif 000004
【図３】
2005288455.tif 000005