(57)【要約】【課題】ワークの加工工数の増加を抑え、更にはワークの強度・剛性を確保することが可能な片側スポット溶接方法を提供する。【解決手段】複数重ね合わせた板状のワーク１３の溶接部位に、ワーク１３の片側からのみ溶接電極１５を当てて溶接する片側スポット溶接方法であって、（Ｂ），（Ｃ）で示すように、溶接電極１５及びアース電極１７，１７をワーク１３の片側に加圧しながら当て、溶接電極１５からワーク１３を介してアース電極１７，１７に第１通電を行うことにより溶接電流を上板２６に流すことで、ワーク１３における溶接電極１５の直下近傍部に、矢印Ｑ，Ｑで示すような散りを発生させて溶接電極１５周辺のワーク１３、詳しくは上板２６に切り欠き２６ｂを形成し、次に、（Ｄ）で示すように、所定の電流値で通電する第２通電を行うことにより溶接電流を下板２７に流すことで、溶接電極１５の直下の上板２６、下板２７間にナゲット３１を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数重ね合わせた板状のワークの溶接部位に、前記ワークの片側からのみ溶接電極を当てて溶接する片側スポット溶接方法であって、
前記溶接電極及びアース電極を前記ワークの片側に加圧しながら当て、溶接電極からワークを介してアース電極に第１通電を行うことにより前記ワークにおける前記溶接電極の直下近傍部に散りを発生させて溶接電極周辺のワークに切り欠きを形成し、次に、所定の電流値で通電する第２通電を行うことにより前記溶接電極の直下の前記ワーク間にナゲットを形成することを特徴とする片側スポット溶接方法。
【請求項２】
前記ナゲットを形成した後に、前記溶接電極によって前記ワークを片側から加圧しつつワークに前記第２通電よりも低い電流値で通電する第３通電を行うことで、前記切り欠きを埋め戻すことを特徴とする請求項１に記載の片側スポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの溶接部位に、ワークの片側からのみ溶接電極及びアース電極を当てて溶接する片側スポット溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の板状ワークを重ね合わせて接合する場合、ワークを加圧しつつ溶接電流を流し、それにより発生する抵抗熱で金属を溶かしてワークを接合するスポット溶接が一般に行われている。
このスポット溶接は、溶接電流の通電方法の違いにより、ワークを両側から加圧しつつ電流を流す両側スポット溶接と、ワークの片側のみから加圧しつつ電流を流す片側スポット溶接（インダイレクトスポット溶接、シリーズスポット溶接）の２つに大別される。
例えば、複雑な形状を有していたり、内部空間を有する袋状のワークでは、溶接電極（溶接ガン）をワークに両側から当てるのが物理的に難しく、必然的に片側スポット溶接が用いられる。
【０００３】
このような片側スポット溶接方法として、板厚方向へ重ね合わされて配置される複数の金属板のうち、最も外側の２枚の金属板の一方に複数の溶接電極を当てて複数の金属板を抵抗溶接する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記の一方の金属板は、各溶接電極が当たる部分同士を結ぶ複数の領域のうちの少なくとも一つの領域を分断するようにスリットが形成され、このスリットによって、一方の金属板に流れる無効電流を無くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７９５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、予め、金属板にスリットを形成する必要があり、加工工数が増加する。また、スリットが形成される部位によっては、金属板の強度・剛性が低下する場合がある。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、ワークの加工工数の増加を抑え、更にはワークの強度・剛性を確保することが可能な片側スポット溶接方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明は、複数重ね合わせた板状のワークの溶接部位に、前記ワークの片側からのみ溶接電極を当てて溶接する片側スポット溶接方法であって、前記溶接電極及びアース電極を前記ワークの片側に加圧しながら当て、溶接電極からワークを介してアース電極に第１通電を行うことにより前記ワークにおける前記溶接電極の直下近傍部に散りを発生させて溶接電極周辺のワークに切り欠きを形成し、次に、所定の電流値で通電する第２通電を行うことにより前記溶接電極の直下の前記ワーク間にナゲットを形成することを特徴とする。
この構成によれば、溶接電極側のワークの溶接電極周辺に切り欠きを形成することで、切り欠きが形成された溶接電極側のワークの電気抵抗が増加し、溶接に利用されない無効電流が流れにくくなるため、溶接電極側のワークに接するワークに流れる溶接電流が増加するので、溶接電極直下のワーク間に良好なナゲットを形成することができる。
【０００７】
上記構成において、前記ナゲットを形成した後に、前記溶接電極によって前記ワークを片側から加圧しつつワークに前記第２通電よりも低い電流値で通電する第３通電を行うことで、前記切り欠きを埋め戻すようにしても良い。この構成によれば、第３通電により、ワークの切り欠きの周囲を溶融させ、切り欠きを埋め戻すことでワークの強度・剛性を確保することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、溶接電極及びアース電極をワークの片側に加圧しながら当て、溶接電極からワークを介してアース電極に第１通電を行うことによりワークにおける溶接電極の直下近傍部に散りを発生させて溶接電極周辺のワークに切り欠きを形成し、次に、所定の電流値で通電する第２通電を行うことにより溶接電極の直下のワーク間にナゲットを形成するので、切り欠きが形成された溶接電極側のワークの電気抵抗が増加し、溶接に利用されない無効電流が流れにくくなることで、溶接電極側のワークに接するワークに流れる溶接電流が増加するため、溶接電極直下のワーク間に良好なナゲットを形成することができる。
また、ナゲットを形成した後に、溶接電極によってワークを片側から加圧しつつワークに第２通電よりも低い電流値で通電する第３通電を行うことで、切り欠きを埋め戻すので、ワークの強度・剛性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明における第１実施形態の片側スポット溶接装置を示す説明図である。
【図２】片側スポット溶接方法を説明する作用図であり、図２（Ａ）は溶接前に溶接ガンをワーク上方に配置した状態を示す作用図、図２（Ｂ）は第１通電時に散りが発生している状態を示す作用図、図２（Ｃ）は切り欠きが形成された状態を示す作用図、図２（Ｄ）は第２通電によりナゲットが形成された状態を示す作用図、図２（Ｅ）は第３通電によって切り欠きの周囲が加熱された状態を示す作用図、図２（Ｆ）は溶接終了後の切り欠きが埋め戻された状態を示す作用図である。
【図３】片側スポット溶接装置における溶接時の加圧力及び通電電流値の時間的変化を示すグラフである。
【図４】散り電流値とワークの厚さとの関係を示すグラフである。
【図５】片側スポット溶接方法の流れを説明するフローチャートである。
【図６】本発明における第２実施形態の溶接電極を示す側面図である。
【図７】本発明における第３実施形態の溶接電極を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の片側スポット溶接装置を示す説明図である。
片側スポット溶接装置１０は、基部１１に絶縁材１２を介して取付けられるとともに鋼板からなるワーク１３に上方から当てられる溶接電極１５と、溶接電極１５の両側方に位置するように基部１１の下部にそれぞれ圧縮コイルばね１６を介して上下移動自在に取付けられるとともにワーク１３に上方から当てられるアース電極１７，１７と、これらの基部１１、溶接電極１５及びアース電極１７，１７を一括して下降させることで溶接電極１５及びアース電極１７，１７をワーク１３の上面に押し当てる加圧機構２１と、溶接電極１５及びアース電極１７，１７に溶接電流を供給する電源２２と、溶接電極１５及びアース電極１７，１７に供給される溶接電流の電流値を所定値に設定する電流設定部２３と、加圧機構２１の作動及び電流設定部２３の電流値設定を制御する制御部２４とからなる。
【００１１】
上記の基部１１、絶縁材１２、溶接電極１５、圧縮コイルばね１６，１６及びアース電極１７，１７は、例えばアーム型ロボットのアーム先端部に取付けられた溶接ガン２５を構成している。
基部１１は、絶縁材１２を介して溶接電極１５を支持し、圧縮コイルばね１６を介してアース電極１７，１７を支持している。
絶縁材１２は、基部１１と溶接電極１５との間を電気的に絶縁する部材である。
ワーク１３は、上板２６及び下板２７からなり、上下に重ね合わされて接合される。
溶接電極１５は、先端部１５ａが下に凸の半球形状に形成され、ワーク１３の上板２６の上面を所定の加圧力で加圧しつつワーク１３に溶接電流を流すことで上板２６、下板２７間に後述するナゲットを形成するための電極であり、電源２２の正極に電流設定部２３を介して電気的に接続されている。
【００１２】
圧縮コイルばね１６は、溶接ガン２５が下降したときに、アース電極１７がワーク１３に当たってから溶接電極１５がワーク１３に当たるまでの溶接ガン２５の下降量だけ圧縮されるため、その圧縮量により圧縮コイルばね１６に発生する弾性力でワーク１３を下方に押し付ける。
アース電極１７は、その先端部１７ａが平面に形成され、ワーク１３の上板２６の上面を所定の押圧力で押し付けてワーク１３をアースする電極である。
また、アース電極１７は、上部に上下方向に延びる図示せぬスライドバーを一体に備え、このスライドバーが基部１１に上下スライド自在に支持されることで、アース電極１７が基部１１に対して上下スライド可能にされている。
上記の溶接電極１５、アース電極１７，１７、電源２２、電流設定部２３及びこれらのアース電極１７，１７、溶接電極１５、電源２２、電流設定部２３のそれぞれの間を接続する導線は、溶接通電回路２８を形成している。
【００１３】
加圧機構２１は、溶接ガン２５を昇降させるとともに、溶接電極１５を所定の加圧力でワーク１３に押し付ける機構であり、例えば、サーボモータによる加圧を行う機構や、シリンダ及びこのシリンダ内に移動自在に挿入されたロッドからなる空圧式等のシリンダ装置が好適であり、また、この他の加圧手段でも良い。
電源２２は、その正極が電流設定部２３を介して溶接電極１５に接続され、負極が基部１１、圧縮コイルばね１６を介してアース電極１７に接続され、直流電流を溶接電極１５に供給する。
制御部２４は、図示せぬ記憶部を備え、この記憶部に記憶されたプログラム（各時刻毎の溶接ガンの上下位置、加圧力、通電電流値が記述されている）に基づいて、加圧機構２１による、溶接ガン２５の昇降とワーク１３を加圧する溶接電極１５の加圧力とを制御するとともに、電源２２に接続された電流設定部２３から溶接電極１５に供給される溶接電流の電流値を制御する。
【００１４】
以上に述べた片側スポット溶接装置１０による溶接要領を次に説明する。
図２は、片側スポット溶接方法を説明する作用図である。
図２（Ａ）は、溶接前に溶接ガン２５をワーク１３の上方に離して配置した状態を示している。このとき、アース電極１７，１７の各先端部１７ａは、溶接電極１５の先端部１５ａよりも下方に位置している。
図２（Ｂ）は、初期通電（第１通電）時に散りが発生している状態を示している。溶接ガン２５を下降させて溶接電極１５及びアース電極１７，１７をワーク１３の上板２６の上面２６ａに当て、アース電極１７，１７でワーク１３を所定の押付力で押し付けるとともに、溶接電極１５でワーク１３を所定の加圧力で加圧しながら溶接電極１５からワーク１３に通電（第１通電）する。
このとき、溶接電流は、矢印Ｐ，Ｐで示すように、溶接電極１５からワーク１３の上板２６内を通ってアース電極１７，１７に流れる。このときに、ワーク１３への通電電流値が高いため、上板２６における溶接電極１５の近傍周囲に矢印Ｑ，Ｑで示すように散りが発生する。
散りとは、ここでは、母材が局部的に加熱されて溶融飛散する現象をいうが、その飛散する金属をいう場合もある。上記のような散りは、母材の表面に生じる表散りのことである。
【００１５】
図２（Ｃ）は、切り欠き２６ｂが形成された状態を示している。即ち、散りが発生すると、母材が溶融金属となって飛散するので、上板２６には、溶接電極１５の直下の周囲に切り欠き２６ｂが形成される。この結果、上板２６では、切り欠き２６ｂの形成によって通電経路が少なくなり、上板２６の電気抵抗が大きくなって溶接電流が流れにくくなる。
上記した切り欠き２６ｂは、溶接電極１５の直下の周囲に環状に連続に形成される、あるいは、溶接電極１５の直下の周囲に複数点在して形成されるようにしても良い。
図２（Ｄ）は、第２通電によりナゲット３１が形成された状態を示している。溶接電流の電流値を第１通電の場合よりも低くした所定の溶接電流値で本通電（第２通電）する。
ワーク１３の上板２６には切り欠き２６ｂが形成されているため、溶接電極１５から上板２６内を通ってアース電極１７，１７に流れる溶接に寄与しない電流（無効電流）が流れにくくなり、溶接電流は、矢印Ｒ，Ｒで示すように、溶接電極１５から主にワーク１３の下板２７内を通り、アース電極１７，１７に流れる。この結果、溶接電流が、溶接電極１５の直下の上板２６と下板２７との接触部に集中し、良好なナゲット３１が生成される。
【００１６】
図２（Ｅ）は、第３通電によって切り欠き２６ｂの周囲が加熱された状態であり、また、第２通電時に比べてワーク１３の温度が下げられた徐冷工程を示している。図２（Ｆ）は、溶接ガン２５をワーク１３の上方に移動させて片側スポット溶接を終了した状態であって、切り欠き２６ｂ（図２（Ｅ）参照）が埋め戻された状態を示している。
図２（Ｅ）において、図２（Ｄ）で説明した第２通電に対して溶接電流値を低下させて矢印Ｓ，Ｓで示すように、ワーク１３に通電する。これにより、切り欠き２６ｂを含む範囲（一定温度以上となる範囲Ｔ）が加熱されて、特に溶接電極１５に近い切り欠き２６ｂのある部分が高温となって溶融するため、図２（Ｆ）に示すように、切り欠き２６ｂ（図２（Ｅ））のある部分が埋め戻され、切り欠き２６ｂが消失する。なお、符号２６ｃは埋め戻された切り欠き２６ｂの跡に出来た凹みである。
【００１７】
図３は、片側スポット溶接装置における溶接時の加圧力及び通電電流の時間的変化を示すグラフである。グラフの縦軸は、ワークを加圧する溶接電極の加圧力、溶接時に溶接電極からワークに供給する通電電流の電流値（通電電流値）を表し、横軸は時間を表す。
時刻ｔ１にて溶接電極でワークの加圧を開始する。加圧力はＦであり、この加圧力Ｆは溶接中で一定である。
時刻ｔ２にて初期通電（第１通電）を開始する。このときの通電電流値はＡ１である。
初期通電では、ワークに散りを発生させるために高い通電電流値Ａ１を必要とする。このときの通電電流値はワークの上板の厚さによって異なる。この通電電流値と上板の厚さとの関係については、図４で説明する。
【００１８】
時刻ｔ３にて通電電流値をＡ１よりも低いＡ２に変更して本通電（第２通電）を時刻ｔ４まで行う。本通電では、散りの発生を抑えながらワークにナゲットを生成するのに適する通電電流値Ａ２に設定する。
時刻ｔ４にて通電電流値をＡ２よりも低いＡ３に変更して、ワークに形成された切り欠きの埋戻しと徐冷のための通電（第３通電（徐冷工程））を時刻ｔ５まで行う。徐冷工程では、通電電流値をＡ２より低いＡ３にすることで、ワークの温度を低くするとともに、ワークの上板に出来た切り欠きのある部分を溶融させて切り欠きの埋め戻しを行う。
時刻ｔ６にて溶接電極によるワークの加圧を終了する。
以上に説明した各時刻毎の加圧力、通電電流値は図１に示した制御部２４の記憶部に記憶されている。
【００１９】
図４は、ワークの厚さによる散り電流値を示すグラフである。グラフの縦軸は溶接時に溶接電極からワークに供給する通電電流の電流値（通電電流値）において散りが発生する電流値（散り電流値）、横軸はワーク（上板）の厚さを表している。
散り電流値は、上板の厚さが厚くなるにつれてほぼ直線的に増加する。例えば、上板の厚さがＴ１＝２ｍｍの場合には、散り電流値はＡ４＝９ｋＡとなる。
このように、散り電流値とワークの厚さとの関係を把握することで、ワークに応じて適切な散りを発生させて切り欠きを形成することができる。この結果、ワークの下板への通電を促すことができ、上板、下板間に良好なナゲットを形成することができる。
【００２０】
以上に述べた片側スポット溶接方法の流れをフローチャートにて説明する。
図５は、片側スポット溶接方法の流れを説明するフローチャートである。
ステップＳ１では、第１通電（初期通電）により、散りを発生させることで、ワークの上板に切り欠きを形成する。上板に形成される切り欠きによって、上板に無効電流を流れにくくする。
ステップＳ２では、第２通電（本通電）により、溶接電流を主にワークの下板に流し、ワークの上板、下板間のナゲットの生成を促進する。
ステップＳ３では、第３通電（徐冷工程）により、上板の溶接電極に近い切り欠きの有る部分を溶融させ、切り欠きを埋め戻す。このように、切り欠きを埋め戻すことで、溶接されたワークの強度・剛性の低下を抑えることが可能になる。
【００２１】
以上の図２（Ａ）〜（Ｆ）で説明したように、複数重ね合わせた板状のワーク１３の溶接部位に、ワーク１３の片側からのみ溶接電極１５を当てて溶接する片側スポット溶接方法であって、溶接電極１５及びアース電極１７，１７をワーク１３の片側に加圧しながら当て、溶接電極１５からワーク１３、詳しくは上板２６を介してアース電極１７に第１通電を行うことにより上板２６における溶接電極１５の直下近傍部に散りを発生させて溶接電極１５周辺の上板２６に切り欠き２６ｂを形成し、次に、所定の電流値で通電する第２通電を行うことにより溶接電極１５の直下の上板２６、下板２７間の接触部にナゲット３１を形成するので、切り欠き２６ｂが形成された溶接電極１５側の上板２６の電気抵抗が増加し、上板２６に溶接に利用されない無効電流が流れにくくなるため、溶接電極１５側の上板２６に接する下板２７に流れる溶接電流が増加するので、溶接電極１５直下の上板２６、下板２７間の接触部に良好なナゲット３１を形成することができる。
【００２２】
また、ナゲット３１を形成した後に、溶接電極１５によってワーク１３を片側から加圧しつつワーク１３に第２通電よりも低い電流値で通電する第３通電を行うことで、切り欠き２６ｂを埋め戻すので、ワーク１３の強度・剛性を確保することができる。また、ワーク１３の外面に切り欠き２６ｂが無くなって、ワーク１３の外観性を向上させることができる。
【００２３】
＜第２実施形態＞
図６は、本発明における第２実施形態の溶接電極を示す側面図である。
溶接電極４１は、先端部４１ａが、半球形状の一部を有する球面部４１ｂと、この球面部４１ｂの下端側に形成された平面部４１ｃとから構成された電極である。
このように、先端部４１ａを球面部４１ｂと平面部４１ｃとで構成することで、平面部４１ｃが上下方向に摩耗した場合の平面部４１ｃの面積の増加量を大きくすることができ、平面部４１ｃに作用する面圧を小さくすることができるので、上下方向の摩耗量を小さくすることができる。従って、溶接電極４１が所定摩耗量に達して交換する際の交換サイクルを長くすることができる。
【００２４】
＜第３実施形態＞
図７は、本発明における第３実施形態の溶接電極を示す側面図である。
溶接電極４５は、先端部４５ａが、先細りにされたテーパ部４５ｂと、このテーパ部４５ｂの先端側に形成された平面部４５ｃとから構成された電極である。
このように、先端部４５ａをテーパ部４５ｂと平面部４５ｃとで構成することで、先端部４５ａを容易に形成することができ、コストを低減することができる。
【００２５】
上述した第１〜第３実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。
例えば、上記実施形態において、図１に示したように、溶接電極１５に直流の電源２２から溶接電流を供給するようにしたが、これに限らず、溶接電極に交流電源から溶接電流を供給するようにしても良い。
また、図３に示したように、第２通電の通電電流値を第１通電の通電電流値Ａ１よりも低いＡ２に変更するようにしたが、第２通電での通電電流値Ａ２は、ワーク板組みのナゲットが形成される最適電流値となるため、必ずしも第１通電の通電電流値Ａ１よりも低い電流値でなくても良い。
【符号の説明】
【００２６】
１０  片側スポット溶接装置
１３  ワーク
１５  溶接電極
１７  アース電極
２６ｂ  切り欠き
３１  ナゲット
【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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【図７】
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