(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３枚の板材を剛性が最も低い板材を片面として重ね合わせたワークを、一対の電極チップにより挟んでスポット溶接する方法において、
剛性が最も低い板材側に位置する一方の電極チップと前記ワークとの接触面積を、他方の電極チップと前記ワークとの接触面積よりも小さくして、通電時に剛性が最も低い板材側に位置する一方の電極チップから他方の電極チップに向かって電流密度を次第に低くして溶接を行うことを特徴とするスポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、剛性が異なる板材を重ね合わせたワークをスポット溶接するためのスポット溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属板材を重ね合わせたワークを一対の電極間に挟んで加圧することにより局部的に接触抵抗を小さくした箇所に大電流を流し、該電流より金属板材間の接触面にナゲット（碁石状の溶着部）を生じさせて溶接するスポット溶接が広く使用されている。
【０００３】
そして、図５（ａ）に示したように、剛性が高い２枚の厚板５０，５１の上に剛性が低い薄板５２を重ね合わせたワークＷ１０をスポット溶接する場合、厚板５０，５１と薄板５２が隙間無く密着した状態で、一対の同一形状の電極チップ５５，５６によりワークＷ２を挟んで電源５７により通電した場合は、電極チップ５５，５６間の通電経路ｘ１０における電流密度がほぼ均一となる。そのため、図５（ｂ）に示したように、薄板５２から厚板５０に亘って良好なナゲットＮ１０が形成され、必要な溶接強度を得ることができる。
【０００４】
しかし、実際には、電極チップ５５，５６によりワークＷ１０を挟んで加圧したときに、図６（ａ）に示したように、薄板５２と厚板５１が図中上方に撓んで、厚板５１と薄板５２の間及び厚板５０と厚板５１の間にギャップが生じる場合がある。そして、この場合は、電極チップ５５と薄板５２間の接触面積は薄板５２の撓みにより大きくなるのに対して、薄板５２と厚板５１間及び厚板５１と厚板５０間の接触面積はギャップにより小さくなる。
【０００５】
そのため、電極チップ５５，５６間の通電経路ｘ１１における電流密度は図中下側の方が高くなって、薄板５２と厚板５１間よりも厚板５０，５１間の方が局所的な発熱量が多くなる。その結果、図６（ｂ）に示したように、図中下側に偏ったナゲットＮ１１が形成され、薄板５２と厚板５１間の溶接強度が小さくなるという不都合があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記不都合を解消し、３枚の板材を剛性が最も低い板材を片側にして重ね合わせたワークの溶接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ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、３枚の板材を剛性が最も低い板材を片面として重ね合わせたワークを、一対の電極チップにより挟んでスポット溶接する方法において、剛性が最も低い板材側に位置する一方の電極チップと前記ワークとの接触面積を、他方の電極チップと前記ワークとの接触面積よりも小さくして、通電時に剛性が最も低い板材側に位置する一方の電極チップから他方の電極チップに向かって電流密度を次第に低くして溶接を行うことを特徴とする。
【０００８】
かかる本発明によれば、剛性が最も低い板材側における前記ワークと一方の電極チップとの接触面積が、他方の電極チップと前記ワークとの接触面積よりも小さくなるようにしてスポット溶接が行われる。この場合、詳細は後述するが、前記一対の電極間の通電経路における電流密度は、電極チップとの接触面積が小さい剛性が最も低い板材側から電極チップとの接触面積が大きい反対側の板材に向かって次第に小さくなる。そのため、剛性が最も低い板材と他の板材間の接触部に局所的に大電流が流れて該接触部における発熱量が多くなり、これにより、剛性が最も低い板材の溶接強度を高めることができる。
【０００９】
ここで、剛性とは、外力に対して物体が形を変えまいとする性質であり、板材の場合は厚さと鋼種により変化する。例えば、鋼種が同じであれば板厚が大きいほど板材の剛性は高くなる。また、板厚が同じであれば鋼種のランク（引張り強度が大きいほどランクが高くなる）が高いほど板材の剛性が高くなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例について、図１〜図４を参照して説明する。図１は本発明のスポット溶接方法の実施に用いられるスポット溶接ガンの構成図、図２，図３は本発明のスポット溶接方法によるワークの溶接状況の説明図、図４は電極チップの形状の説明図である。
【００１１】
図１を参照して、Ｒは溶接ロボットであり、該溶接ロボットＲの動作端の手首部１にスポット溶接ガンＧが搭載されている。そして、溶接ロボットＲは、クランパーＣによって支持されたワークＷ１の各打点位置にスポット溶接ガンＧを移動し、ワークＷ１のスポット溶接を行う。
【００１２】
スポット溶接ガンＧは、手首部１に取付けられたガン支持ブラケット２に上下動自在に支持されたガン本体３を備えている。ガン本体３には、下方に延びるＣ形ヨーク４が取付けられており、該Ｃ形ヨーク４の下部の先端に固定電極チップである下チップ５が取付けられている。
【００１３】
また、ガン本体３の上端には、サーボモータを駆動源とする加圧部６が搭載されており、加圧部６によりガン本体３内のボールねじ機構（図示しない）を介して上下動するロッド７がガン本体３の下方に突出し、該ロッド７の下端に下チップ５と対向させて可動電極である上チップ８が取付けられている。なお、上チップ８と下チップ５により本発明の一対の電極チップが構成される。
【００１４】
ガン本体３は、ガン支持ブラケット２に固定されたリニアガイド１１に上下方向に摺動自在に支持されている。そして、ガン支持ブラケット２の上端にサーボモータ１０が搭載され、サーボモータ１０に連結されたボールねじ９をガン本体３に固定されたナット１２に螺挿してボールねじ機構を構成し、サーボモータ１０の回転によりガン本体３を上下動させるようにしている。
【００１５】
加圧部６とサーボモータ１０の作動はガンコントローラ２０によって制御され、ロボットＲの位置制御によりスポット溶接ガンＧがワークＷ１の各打点位置に到達したときに、ガンコントローラ２０は、加圧部６とサーボモータ１０とを作動させて、下チップ５と上チップ８との間にワークＷ１を挟んで加圧する。そして、この加圧状態で、ガンコントローラ２０は、下チップ５と上チップ８間に通電してワークＷ１をスポット溶接する。
【００１６】
ここで、図２に示したように、板厚が厚く剛性が高い２枚の鋼板（以下、厚板という）３０，３１の上に板厚が薄く剛性が低い鋼板（以下、薄板という）３２を重ね合わせたワークＷ１をスポット溶接するときには、上チップ８の先端径が下チップ５の先端径よりも小さい一対の電極チップを用いてスポット溶接を行う。
【００１７】
この場合、剛性が低い薄板３２は、上チップ８と当接して加圧されると上方に撓むため、薄板３２と厚板３１間にギャップが生じる。また、厚板３１も上方に撓むが、厚板３１の剛性は薄板３２よりも高いために撓み度合は薄板３２よりも小さくなり、厚板３０，３１間に生じるギャップは薄板３２と厚板３１間にギャップよりも小さくなる。したがって、薄板３２と厚板３１間の接触面積は、厚板３１と厚板３０間の接触面積よりも小さくなる。
【００１８】
また、上チップ８の先端径が下チップ５の先端径よりも小さいため、上チップ８と薄板３２間の接触面積よりも、下チップ５と厚板３０間の接触面積の方が大きくなる。そのため、上チップ８と下チップ５間の通電経路ｘ１における電流密度は、上チップ８から下チップ５に向かって次第に低くなる。
【００１９】
したがって、上チップ８側の薄板３２と厚板３１の接触部においては、局所的に大電流が流れて抵抗発熱量が多くなり、一方、下チップ５側の厚板３１と厚板３０の接触部においては、電流が分散されるため抵抗発熱量が少なくなる。その結果、図２（ｂ）に示したように、薄板３２から厚板３０に亘って偏りのない良好なナゲットＮ１を形成することができる。そして、これにより、薄板３２と厚板３１間の溶接強度を向上させることができる。
【００２０】
また、図３（ａ）に示したように、鋼種が同じ板材４０，４０，４２を重ね合わせたワークＷ２を、ギャップが生じないように規制して、先端部の径が同一である下チップ４３と上チップ４４で挟んでスポット溶接したときは、上チップ４４と下チップ４３間の通電経路ｘ２における電流密度は均一になるため、板材の接触部を中心としてナゲットＮ２が形成される。
【００２１】
しかし、一般に鋼種の剛性が高くなる程、板材の電気抵抗が高くなる。そのため、図３（ｂ）に示したように、剛性が高い鋼種により形成された板材（以下、高張力鋼板という）４６，４７に剛性が低い鋼種により形成された板材（以下、軟板という）４５を重ね合わせたワークＷ３をスポット溶接すると、通電経路ｘ３における電流密度が均一であっても、電気抵抗が高い高張力鋼板４６，４７における発熱量の方が電気抵抗が低い軟板４５における発熱量よりも多くなる。
【００２２】
そのため、形成されるナゲットＮ３は高張力鋼板４６，４７側に偏り、軟板４５と高張力鋼板４６間の溶接強度が小さくなる。そこで、この場合も、図３（ｃ）に示したように、上チップ４９の先端径が下チップ４８の先端径よりも小さい一対の電極チップを用いることによって、上チップ４９と下チップ４８間の電流経路ｘ４における電流密度を、上チップ４９から下チップ４８に向かって次第に低くすることができる。
【００２３】
そして、これにより、軟板４５に局所的に大電流が流れて軟板４５と高張力鋼板４６の接触部における発熱量が増加し、形成されるナゲットＮ４が軟板４５側にずれるため、軟板４５の溶接強度を向上させることができる。
【００２４】
なお、図３（ｂ），（ｃ）には、厚さが異なる軟板４５と高張力鋼板４６，４７を重ね合わせたワークＷ３を示したが、板材４５，４６，４７の厚さが同じ場合であっても、図３（ｃ）に示したように、上チップ４９の先端径を下チップ４８の先端径よりも小さくすることによって、軟板４５と高張力鋼板４６，４７の電気抵抗の相違に起因して生じるナゲットの偏りを抑制して良好なスポット溶接を行うことができる。
【００２５】
また、本実施の形態では、図４（ａ）に示した先端を球面形状としたＤＲ型の電極チップを用いたが、図４（ｂ）に示した球面形状を更に扁平させたＲ型の電極チップや、図４（ｃ）に示した先端を扁平させた円錐形状としたＣＦ型の電極チップを用いてもよい。ＤＲ型及びＣＦ型の電極チップは、損耗時の接触面積変化がＲ型の電極チップよりも少ないため、電極寿命の点で有利である。
【００２６】
また、本実施の形態では、図２（ａ）に示したように、上チップ８の先端径を下チップ４８の先端径よりも小さくすることによって、軟板３２側の電極チップの接触面積が高張力鋼板３０側の電極チップの接触面積よりも小さくなるようにしたが、上チップ８と下チップ５の先端径を同じにして上チップ８の先端部の扁平度を下チップ５よりも小さくすることによって、軟板３２側の電極チップの接触面積が高張力鋼板３０側の電極チップの接触面積よりも小さくなるようにしてもよい。
【００２７】
さらに、上チップ８と下チップ５を、下チップ５の方が大きい相似形状とすることによって、軟板３２側の電極チップの接触面積が高張力鋼板３０側の電極チップの接触面積よりも小さくなるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスポット溶接方法の実施に用いられるスポット溶接ガンの構成図。
【図２】本発明のスポット溶接方法によるワークの溶接状態の説明図。
【図３】本発明のスポット溶接方法によるワークの溶接状態の説明図。
【図４】電極チップの形状の説明図。
【図５】従来方法によるワークの溶接状態の説明図。
【図６】従来方法によるワークの溶接状態の説明図。
【符号の説明】
Ｗ１…ワーク、Ｇ…スポット溶接ガン、Ｃ…クランパ、５，８…電極チップ、Ｎ１…ナゲット、ｘ１…通電経路、３０，３１…厚板、３２…薄板
【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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