(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
本通電の通電開始から中間通電時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値RAに応じて、該中間通電時間Ta以降の本通電の加圧力FAを設定する、抵抗スポット溶接方法。
ここで、中間通電時間Taは、
0.1×Tm≦Ta≦0.8×Tm
を満足する。
また、Tmは、本通電の合計通電時間である。
【請求項２】
前記中間通電時間Ta以降の本通電の加圧力FAを、次式（1）〜（3）を満足するように設定する、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
・-0.1≦（RA-R0）／R0≦0.1の場合
0.9×F0≦FA≦1.1×F0  ・・・（1）
・（RA-R0）／R0＜-0.1の場合
F0＜FA＜F0×（1-5.0×（RA-R0）／R0）  ・・・(2)
・0.1＜（RA-R0）／R0 の場合
F0×（1-5.0×（RA-R0）／R0）＜FA＜F0  ・・・（3）
ここで、
F0：本通電における初期設定加圧力
RA：本通電の通電開始から中間通電時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値
R0：被溶接材に外乱がない場合に本通電と同じ条件で通電を行ったときに得られる、通電開始から中間加圧時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値
である。
【請求項３】
前記本通電を行う本溶接工程と、該本溶接工程に先立つテスト溶接工程とをそなえ、
前記テスト溶接工程の本通電では、定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量、さらに電極間抵抗の時間積分値を記憶させ、
さらに、前記本溶接工程の本通電では、前記テスト溶接の本通電における単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を目標値に設定し、該目標値に従って通電量を制御する適応制御溶接を行う、請求項１または２に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法により、重ね合わせた複数枚の金属板を接合する、溶接部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は抵抗スポット溶接方法に関し、特に外乱の影響が大きい場合であっても、散りを発生させることなく安定して所望のナゲット径を確保することを可能ならしめようとするものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、重ね合わせた金属板同士、特には重ね合わせた鋼板同士の接合には、重ね抵抗溶接法の一種である抵抗スポット溶接法が用いられている。
この溶接法は、重ね合わせた２枚以上の鋼板を挟んでその上下から一対の電極で加圧しつつ、上下電極間に高電流の溶接電流を短時間通電して接合する方法である。この溶接法では、高電流の溶接電流を流すことで発生する抵抗発熱を利用して、点状の溶接部を形成する。この点状の溶接部はナゲットと呼ばれる。ナゲットは、重ね合わせた鋼板に電流を流した際に鋼板の接触箇所で両鋼板が溶融し、凝固した部分である。このナゲットにより、鋼板同士が点状に接合される。【０００３】
良好な溶接部品質を得るためには、ナゲット径が適正な範囲で形成されることが重要である。ナゲット径は、溶接電流、通電時間、電極形状および加圧力等の溶接条件によって定まる。従って、適切なナゲット径を形成するためには、被溶接材の材質、板厚および重ね枚数等の被溶接材条件に応じて、上記の溶接条件を適正に設定する必要がある。【０００４】
例えば、自動車の製造に際しては、一台当たり数千点ものスポット溶接が施され、次々と流れてくる被処理材（ワーク）を溶接する必要がある。この時、各溶接箇所における被溶接材の材質、板厚および重ね枚数等の被溶接材の状態が同一であれば、溶接電流、通電時間および加圧力等の溶接条件も同一の条件で同一のナゲット径を得ることができる。しかしながら、連続した溶接では、電極の被溶接材接触面が次第に摩耗して接触面積が初期状態よりも次第に広くなる。このように接触面積が広くなった状態で、初期状態と同じ値の溶接電流を流すと、被溶接材中の電流密度が低下する。その結果、溶接部の温度上昇が低くなり、ナゲット径が小さくなる。このため、数百〜数千点の溶接毎に、電極の研磨または交換を行い、電極の先端径が拡大しすぎないようにしている。【０００５】
その他、予め定めた回数の溶接を行うと溶接電流値を増加させて、電極の摩耗に伴う電流密度の低下を補償する機能（ステッパー機能）を備えた抵抗溶接装置が、従来から使用されている。このステッパー機能を使用するには、上述した溶接電流変化パターンを予め適正に設定しておく必要がある。しかしながら、数多くの溶接条件および被溶接材条件に対応した溶接電流変化パターンを、試験等によって導き出すには、多くの時間とコストが必要になる。また、実際の施工においては、電極摩耗の進行状態にはバラツキがあるため、予め定めた溶接電流変化パターンが常に適正であるとはいえない。【０００６】
さらに、溶接に際して外乱が存在する場合、例えば、溶接する点の近くにすでに溶接した点（既溶接点）がある場合や、被溶接材の表面凹凸が大きく溶接する点の近くに被溶接材の接触点が存在する場合には、溶接時に既溶接点や接触点に電流が分流する。このような状態では、所定の条件で溶接しても、電極直下の溶接したい位置における電流密度は低下する。そのため、やはり必要な径のナゲットは得られなくなる。この発熱量不足を補償し、必要な径のナゲットを得るには、予め高い溶接電流を設定することが必要となる。【０００７】
また、表面凹凸や部材の形状などにより溶接する点の周囲が強く拘束されている場合や、溶接点周囲の鋼板間に異物が挟まっていたりする場合には、鋼板間の隙間が大きくなる。これにより、鋼板同士の接触径が狭まり、散りが発生しやすくなることもある。【０００８】
上記の問題を解決するものとして、以下に述べるような技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、高張力鋼板への通電電流を漸変的に上昇させることによりナゲット生成を行なう第１ステップと、上記第１ステップの後に電流下降させる第２ステップと、上記第２ステップ後に電流上昇させて本溶接すると共に、漸変的に通電電流を下降させる第３ステップとを備えた工程によりスポット溶接を行なうことで、通電初期のなじみ不良に起因する散りを抑制しようとする高張力鋼板のスポット溶接方法が記載されている。【０００９】
特許文献２には、通電時間の初期にスパッタの発生を抑え得る程度の電流値に所定時間維持して被溶接物の表面を軟化させ、その後に電流値を所定時間高く維持してスパッタの発生を抑えつつナゲットを成長させるスポット溶接の通電制御方法が記載されている。【００１０】
特許文献３には、推算した溶接部の温度分布と目標ナゲットを比較して溶接機の出力を制御することによって、設定したナゲット径を得ようとする抵抗溶接機の制御装置が記載されている。【００１１】
特許文献４には、溶接電流とチップ間電圧を検出し、熱伝導計算により溶接部のシミュレーションを行い、溶接中における溶接部のナゲットの形成状態を推定することによって、良好な溶接を行おうとする抵抗溶接機の溶接条件制御方法が記載されている。【００１２】
特許文献５には、被溶接物の板厚と通電時間とから、その被溶接物を良好に溶接することができる単位体積当たりの累積発熱量を計算し、計算された単位体積・単位時間当たりの発熱量を発生させる溶接電流または電圧に調整する処理を行う溶接システムを用いることにより、被溶接物の種類や電極の摩耗状態によらず良好な溶接を行おうとする抵抗溶接システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−２３６６７４号公報
【特許文献２】特開２００６−４３７３１号公報
【特許文献３】特開平９−２１６０７１号公報
【特許文献４】特開平１０−９４８８３号公報
【特許文献５】特開平１１−３３７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、外乱の有無および大小によって適正となる溶接条件は変化する。そのため、特許文献１および２に記載の技術では、想定以上の外乱、例えば、被溶接材となる金属板間の隙間や分流が生じた際には、散りを発生させることなく所望のナゲット径を確保することができないという問題があった。【００１５】
また、特許文献３および４に記載の技術では、熱伝導モデル（熱伝導シミュレーション）等に基づいてナゲットの温度を推定するため、複雑な計算処理が必要であり、溶接制御装置の構成が複雑になるという問題があった。また、溶接制御装置自体が高価になるという問題があった。【００１６】
さらに、特許文献５に記載の技術では、累積発熱量を目標値に制御することによって、電極が一定量摩耗していたとしても良好な溶接を行うことができるものと考えられる。
しかしながら、設定した被溶接材条件と実際の被溶接材条件が大きく異なる場合もある。例えば、被溶接材となる金属板間に大きな隙間が存在している場合などには、最終的な累積発熱量を目標値に合わることができても、発熱の形態、つまり溶接部の温度分布の時間変化が目標とする良好な溶接部が得られる熱量パターンから外れる。その結果、必要とするナゲット径が得られなかったり、散りが発生したりする。【００１７】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたものであって、外乱の影響が大きい場合であっても、散りの発生なしに、安定して所望のナゲット径を得ることができる抵抗スポット溶接方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の抵抗スポット溶接方法により、重ね合わせた複数枚の金属板を接合する、溶接部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、以下の知見を得た。
（１）上述したように、外乱の影響が大きいと、散りの発生なしに、安定して所望のナゲット径を得ることができない場合がある。
例えば、分流の影響が大きいと、十分な発熱量が得られず、ナゲット径やナゲット厚さが不十分となる場合がある。
また、被溶接材を構成する金属板間の隙間（以下、「板隙」ともいう）が大きい場合に、被溶接材を電極で過度に加圧すると、金属板が大きく反る。これによって、金属板と電極の接触面積が過度に増大して電極への抜熱が促され、結果的に、ナゲット径やナゲット厚さが小さくなる場合がある。
さらに、板隙が大きい場合、被溶接材を構成する金属板（以下、単に「金属板」ともいう）間の接触面積が小さいため、散りが発生しやすい。
（２）このような板隙や分流といった外乱の影響を緩和するには、外乱の状態（板隙や分流の程度）に応じて、適切な加圧力を設定することが有効である。
（３）しかし、自動車の製造工程などの実作業においては、次々と流れてくる被処理材を連続的に溶接する。外乱の状態は、施工条件や被処理材の寸法誤差などによって、溶接位置や被処理材ごとに変動する。そのため、実際に溶接を開始する時点で、当該被処理材の外乱の状態を正確に把握して、最適な加圧力を選択することは困難である。【００１９】
上記の知見に基づき、発明者らがさらに検討を重ねたところ、
（４）通電開始時点で設定した加圧力が、適切であるか否か、換言すれば、外乱の影響の緩和という点で十分なものであるか否かは、通電開始から一定時間が経過するまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値から判断することが可能である、
（５）また、仮に、通電開始時点で設定した加圧力が外乱の影響の緩和するうえでは十分でなくとも、通電開始から一定時間が経過するまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値に応じて、その後の加圧力を設定することによって、リカバリーが可能である、
すなわち、通電開始時点で設定した加圧力の適切か否かを判定するタイミング（以下、中間通電時間Taともいう）を適正化し、そのうえで、通電開始から中間通電時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値に応じ、中間通電時間Ta以降の加圧力を設定（変更）することによって、外乱によらず、散りの発生なしに所望のナゲット径を得ることが可能になる、
との知見を得た。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。【００２０】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
本通電の通電開始から中間通電時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値RAに応じて、該中間通電時間Ta以降の本通電の加圧力FAを設定する、抵抗スポット溶接方法。
ここで、中間通電時間Taは、
0.1×Tm≦Ta≦0.8×Tm
を満足する。
また、Tmは、本通電の合計通電時間である。【００２１】
２．前記中間通電時間Ta以降の本通電の加圧力FAを、次式（1）〜（3）を満足するように設定する、前記１に記載の抵抗スポット溶接方法。
・-0.1≦（RA-R0）／R0≦0.1の場合
0.9×F0≦FA≦1.1×F0  ・・・（1）
・（RA-R0）／R0＜-0.1の場合
F0＜FA＜F0×（1-5.0×（RA-R0）／R0）  ・・・(2)
・0.1＜（RA-R0）／R0 の場合
F0×（1-5.0×（RA-R0）／R0）＜FA＜F0  ・・・（3）
ここで、
F0：本通電における初期設定加圧力
RA：本通電の通電開始から中間通電時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値
R0：被溶接材に外乱がない場合に本通電と同じ条件で通電を行ったときに得られる、通電開始から中間加圧時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値
である。【００２２】
３．前記本通電を行う本溶接工程と、該本溶接工程に先立つテスト溶接工程とをそなえ、
前記テスト溶接工程の本通電では、定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量、さらに電極間抵抗の時間積分値を記憶させ、
さらに、前記本溶接工程の本通電では、前記テスト溶接の本通電における単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を目標値に設定し、該目標値に従って通電量を制御する適応制御溶接を行う、前記１または２に記載の抵抗スポット溶接方法。【００２３】
４．前記１〜３のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法により、重ね合わせた複数枚の金属板を接合する、溶接部材の製造方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、外乱の影響によらず、散りの発生なしに、安定して所望のナゲット径を得ることができる。
また、本発明によれば、自動車の製造などの実作業において次々と流れてくる被処理材を連続的に溶接する（溶接位置や被処理材ごとに外乱の状態が変動する）場合であっても、外乱の状態の変動に有効に対応して所望のナゲット径を安定的に確保することが可能となる。その結果、作業効率や歩留まりの向上という点でも極めて有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】外乱のない状態で溶接を行う場合の例を模式的に示す図である。
【図２】板隙のある板組みに対して溶接を行う場合の例を模式的に示す図である。
【図３】既溶接点のある板組みに対して溶接を行う場合の例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明を、以下の実施形態に基づき説明する。
本発明の一実施形態は、複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
本通電の通電開始から中間通電時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値RAに応じて、該中間通電時間Ta以降の本通電の加圧力FAを設定する、というものである。
【００２７】
なお、本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法で使用可能な溶接装置としては、上下一対の電極を備え、溶接中に加圧力および溶接電流をそれぞれ任意に制御可能であればよく、形式（定置式、ロボットガン等）、電極形状等はとくに限定されない。
【００２８】
以下、本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法について、説明する。
【００２９】
（Ａ）本通電（後述するテスト溶接工程における本通電と区別するため、本溶接（工程）における本通電ともいう。なお、単に「本通電」という場合には、テスト溶接工程における本通電ではなく、本溶接工程における本通電を意味するものとする。ここで、「本通電」はナゲットを形成するための通電を意味する。また、「本溶接工程」とは、対象とする被溶接材を実際に溶接する工程を意味し、後述するテスト溶接工程と区別するために使用する。）
上述したように、板隙や分流といった外乱の影響を緩和するには、外乱の状態（板隙や分流の大きさ）に応じて、適切な加圧力を設定することが有効となる。しかし、実際に溶接を開始する時点で、被処理材の外乱の状態を正確に把握して、その外乱の状態に応じた適切な加圧力を設定することは困難である。
そのため、本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法では、ナゲットを形成するための本通電を行うにあたり、所定の加圧力で通電を開始し、通電開始から中間通電時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値に応じて、中間通電時間Ta以降の本通電の加圧力を設定することが重要である。
【００３０】
例えば、中間通電時間Ta以降の本通電の加圧力FAを、次式（1）〜（3）を満足するように設定することが好適である
・-0.1≦（RA-R0）／R0≦0.1の場合
0.9×F0≦FA≦1.1×F0  ・・・（1）
・（RA-R0）／R0＜-0.1の場合
F0＜FA＜F0×（1-5.0×（RA-R0）／R0）  ・・・(2)
・0.1＜（RA-R0）／R0 の場合
F0×（1-5.0×（RA-R0）／R0）＜FA＜F0  ・・・（3）
ここで、
F0：本通電における初期設定加圧力
RA：本通電の通電開始から中間通電時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値
R0：被溶接材に外乱がない場合に本通電と同じ条件で通電を行ったときに得られる、通電開始から中間加圧時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値
である。
なお、RAを、本通電の通電開始から中間通電時間Taまでの電極間抵抗の平均値とする場合には、R0も、被溶接材に外乱がない場合に本通電と同じ条件で通電を行ったときに得られる、通電開始から中間加圧時間Taまでの電極間抵抗の平均値とする。同様に、RAを、本通電の通電開始から中間通電時間Taまでの電極間抵抗の時間積分値とする場合には、R0も、被溶接材に外乱がない場合に本通電と同じ条件で通電を行ったときに得られる、通電開始から中間加圧時間Taまでの電極間抵抗の時間積分値とする。
【００３１】
ここで、（RA-R0）／R0がマイナス（特には-0.1未満）になる場合、つまり、RAが、R0と比較して一定量小さくなる場合には、例えば、次の状態にあると考えられる。
すなわち、板隙の影響によって鋼板間の接触面積が十分に確保されていないために、通電初期にナゲットが急成長して通電面積が急拡大する。これによって、RAがR0よりも小さくなり、そのままの加圧力では散りが発生しやすい状態にあると考えられる。
または、分流の影響によって電極間抵抗が低下しており、ナゲット径やナゲット厚さが小さくなり易い状態にあると考えられる。
このような状態の場合、中間通電時間Ta以降の本通電の加圧力FAを、本通電における初期設定加圧力F0よりも増加させる、特には、上掲式(2)を満足する値に設定することが有効である。
一方、（RA-R0）／R0がプラス（特には0.1超）になる場合、つまり、RAが、R0と比較して一定量大きくなる場合には、例えば、次の状態にあると考えられる。
すなわち、外側にZnめっき鋼板を有する板組みでの連続打点溶接において、電極がZnやFeと合金化することにより表面抵抗が増加する一方、電極と鋼板間の接触面積が増加することにより電流密度が低下して、ナゲット径が小さくなり易い状態にあると考えられる。
このような状態の場合、溶接中の通電経路の拡大が少なく、RAがR0よりも大きくなる。そのため、中間通電時間Ta以降の本通電の加圧力FAを、本通電における初期設定加圧力F0よりも減少させる、特には、上掲式(3)を満足する値に設定することが有効である。
ただし、-0.1≦（RA-R0）／R0≦0.1であれば、外乱の影響がそれほど大きいとは言えないので、中間通電時間Ta以降の本通電の加圧力FAを、上掲式(1)を満足する値に設定すればよい。
このように、本通電の通電開始から中間通電時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値RAに応じて、中間通電時間Ta以降の本通電の加圧力FAを種々変化させる、特には、上掲式（1）〜（3）を満足させることが、外乱によらず、散りの発生なしに所望のナゲット径を得るために、有効となる。
【００３２】
また、上掲式（1）〜（3）はそれぞれ、次式（1）´〜（3）´とすることがより好ましい。
・-0.1≦（RA-R0）／R0≦0.1の場合
0.95×F0≦FA≦1.05×F0  ・・・（1）´
・（RA-R0）／R0＜-0.1の場合
1.05×F0＜FA＜F0×（1-5.0×（RA-R0）／R0）  ・・・(2) ´
・0.1＜（RA-R0）／R0 の場合
F0×（1-5.0×（RA-R0）／R0）＜FA＜0.95×F0・・・（3）´
（なお、上掲式(3)および（3）´の下限値について、F0×（1-5.0×（RA-R0）／R0）がF0×0.1以下となる場合、当該式の下限値はF0×0.1とする。）
【００３３】
なお、本通電における初期設定加圧力F0は、被溶接材を構成する金属板の材質や厚さなどに応じて、適宜、設定すればよい。
例えば、一般的な２枚重ねの板組みを使用する場合、初期設定加圧力は1.0〜7.0kNとすることが好ましい。
また、３枚重ね以上の板組み（例えば、同じ板厚の鋼板（厚さ：0.5〜3.0mmのいわゆる軟鋼または490〜2000MPa級のZn系めっき鋼板もしくはめっきなし鋼板）３枚を重ね合せた板組みや、厚板（厚さ：0.8〜3.0mmのいわゆる軟鋼または490〜2000MPa級のZn系めっき鋼板もしくはめっきなし鋼板）２枚と、薄板（厚さ：0.5〜2.0mmのZn系めっき鋼板またはめっきなし鋼板（軟鋼））１枚とを重ね合せた板組み）を使用する場合、初期設定加圧力は2.0〜10.0kNとすることが好ましい。
なお、後述するテスト溶接を行う場合には、当該テスト溶接の本通電における加圧力を、本溶接の本通電における初期設定加圧力F0としてもよい。
【００３４】
また、被溶接材に外乱がない場合に本通電と同じ条件で通電を行ったときに得られる、通電開始から中間加圧時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値R0は、例えば、本通電と同じ板厚、材質の金属板から構成される外乱のない被溶接材を別途用意し、本通電と同じ条件で、当該被溶接材を溶接する予備溶接試験を行って、求めればよい。
なお、後述するテスト溶接を行う場合には、当該テスト溶接の、本通電における通電開始から中間加圧時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値を、R0としてもよい。
【００３５】
また、中間通電時間Ta（ms）は、本通電の合計通電時間Tm（ms）を用いて、
0.1×Tm≦Ta≦0.8×Tm
を満足するように設定する。
というのは、中間通電時間Ta（ms） が0.1×Tm未満になると、被処理材の外乱の状態を正確に把握して、適切な加圧力を設定することが困難となる。一方、中間通電時間Ta（ms） が0.8×Tm超になると、通電開始時点で設定した加圧力が外乱の影響の緩和するうえでは十分でない場合に、そのリカバリーが困難となる。
そのため、中間通電時間Ta（ms）は、本通電の合計通電時間Tm（ms）を用いて、
0.1×Tm≦Ta≦0.8×Tm
を満足するように設定する。
中間通電時間Ta（ms）は、好ましくは0.15×Tm以上、より好ましくは0.2×Tm以上である。また、中間通電時間Ta（ms）は、好ましくは0.7×Tm以下、より好ましくは0.6×Tm以下である。
【００３６】
さらに、本通電は、定電流制御により行ってもよいし、後述するテスト溶接を行ったのちに、当該テスト溶接で設定した目標値に従って、通電量を制御する適応制御溶接を行ってもよい。
【００３７】
定電流制御の場合、溶接電流および通電時間は、被溶接材を構成する金属板の材質や厚さなどに応じて、適宜、設定すればよい。
例えば、一般的な２枚重ねの板組みを使用する場合、電流値は4.0〜12.0kA、通電時間は80〜800msとすることが好ましい。
また、上記した３枚重ね以上の板組みを使用する場合、電流値は4.0〜12.0kA、通電時間は120〜1000msとすることが好ましい。
加えて、本通電を２段以上の多段ステップに分割して、ステップごとの定電流制御を行ってもよい。この場合、各ステップの電流値は異なる値としてもよい。また、各ステップ間に通電休止時間を設けてもよい。なお、本通電の各ステップ間に通電休止時間を設ける場合、本通電の合計通電時間には、当該通電休止時間も含まれる。
【００３８】
適応制御溶接の場合、後述するテスト溶接により得た目標値（単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量）を基準として溶接を行い、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線に沿っている場合には、そのまま溶接を行って溶接を終了する。ただし、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合には、その外れ量を残りの通電時間内で補償すべく、本溶接での単位体積当たりの累積発熱量が目標値として設定した単位体積当たりの累積発熱量と一致するように通電量を制御する。
【００３９】
さらに、本通電を２段以上のステップに分割し、ステップ毎の適応制御溶接を行ってもよい。
すなわち、本溶接における本通電、および、後述するテスト溶接の本通電を、互いに対応するように２段以上のステップに分割する。
そして、テスト溶接により得たステップ毎の目標値（単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量）を基準として溶接を行う。そして、いずれかのステップにおいて、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合には、その外れ量を当該ステップの残りの通電時間内で補償すべく、当該ステップでの単位体積当たりの累積発熱量が、テスト溶接の当該ステップでの単位体積当たりの累積発熱量と一致するように、通電量を制御する。
【００４０】
なお、発熱量の算出方法については特に制限はないが、特許文献５にその一例が開示されており、本発明でもこの方法を採用することができる。この方法による単位体積・単位時間当たりの発熱量ｑおよび単位体積当たりの累積発熱量Ｑの算出要領は次のとおりである。
被溶接材の合計厚みをｔ、被溶接材の電気抵抗率をｒ、電極間電圧をＶ、溶接電流をＩとし、電極と被溶接材が接触する面積をＳとする。この場合、溶接電流は横断面積がＳで、厚みｔの柱状部分を通過して抵抗発熱を発生させる。この柱状部分における単位体積・単位時間当たりの発熱量ｑは次式（４）で求められる。
ｑ＝（Ｖ・Ｉ）／（Ｓ・ｔ）      --- （４）
また、この柱状部分の電気抵抗Ｒは、次式（５）で求められる。
Ｒ＝（ｒ・ｔ）／Ｓ              --- （５）
（５）式をＳについて解いてこれを（４）式に代入すると、発熱量ｑは次式（６）
ｑ＝（Ｖ・Ｉ・Ｒ）／（ｒ・ｔ2）
＝（Ｖ2）／（ｒ・ｔ2）      --- （６）
となる。
【００４１】
上掲式（６）から明らかなように、単位体積・単位時間当たりの発熱量ｑは、電極間電圧Ｖと被溶接物の合計厚みｔと被溶接物の電気抵抗率ｒから算出でき、電極と被溶接物が接触する面積Ｓによる影響を受けない。なお、（６）式は電極間電圧Ｖから発熱量を計算しているが、電極間電流Ｉから発熱量ｑを計算することもでき、このときにも電極と被溶接物が接触する面積Ｓを用いる必要がない。そして、単位体積・単位時間当たりの発熱量ｑを通電期間にわたって累積すれば、溶接に加えられる単位体積当たりの累積発熱量Ｑが得られる。（６）式から明らかなように、この単位体積当たりの累積発熱量Ｑもまた電極と被溶接材が接触する面積Ｓを用いないで算出することができる。
以上、特許文献５記載の方法によって、累積発熱量Ｑを算出する場合について説明したが、その他の算出式を用いても良いのは言うまでもない。
【００４２】
（Ｂ）テスト溶接工程
上記の本溶接の本通電を適応制御溶接により行う場合には、本溶接に先立ち、テスト溶接を行う。該テスト溶接の本通電において、定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させる。
すなわち、テスト溶接では、本溶接で使用する被溶接材と同じ鋼種、厚みの予備溶接試験を、既溶接点への分流や板隙のない状態で、定電流制御にて種々の条件で行い、テスト溶接における最適条件を見つける。
そして、上記の条件で通電を行い、この通電の際の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を、本溶接における目標値として、記憶させる。なお、電極間の電気特性とは、電極間抵抗または電極間電圧を意味する。
また、上述したように、テスト溶接における本通電を２段以上のステップに分割し、本溶接において、ステップ毎の適応制御溶接を行ってもよい。
【００４３】
（Ｃ）その他
ナゲットを形成するための本通電（本溶接および／またはテスト溶接の本通電）の前に、接触径を安定化させるための予通電を行ってもよいし、後熱処理のための後通電を行ってもよい。これらの予通電および後通電は、定電流制御により行っても、アップスロープ状やダウンスロープ状の通電パターンとしてもよい。
また、予通電と本通電の間、および、本通電と後通電の間にそれぞれ通電休止時間を設けてもよい。
【００４４】
また、使用する被溶接材は特に制限はなく、軟鋼から超高張力鋼板までの各種強度を有する鋼板およびめっき鋼板、アルミ合金などの軽金属板の溶接にも適用でき、３枚以上の鋼板を重ねた板組みにも適用できる。
【００４５】
そして、上記した抵抗スポット溶接方法を用いて重ね合わせた複数枚の金属板を接合することで、外乱の状態の変動に有効に対応して所望のナゲット径を安定的に確保しつつ、種々の溶接部材、特には、自動車部品等の溶接部材を製造することができる。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。【００４７】
表１に示す金属板の板組みについて、図１〜３の状態で、表２に示す条件による本溶接（本通電）を行い、溶接継手を作製した。
なお、図２は、金属板間にスペーサ１５を挿入し、上下からクランプすることで（図示せず）、種々の厚さの板隙を設けたものである（３枚重ねの板組みの場合、金属板１１、１２の間の板隙厚さtgと、金属板１２、１３の間の板隙厚さtgとは、同じ値である）。なお、スペーサ間距離は、２枚重ねの板組みでは40mm、３枚重ねの板組みでは60mmとした。
また、図３は、既溶接点１６を２点設けたものであり、溶接位置（電極間中心）が既溶接点同士の中間（既溶接点との距離Ｌがそれぞれ同じ）となるように調整した。なお、既溶接点のナゲット径は、4√ｔ´（ｔ´：板組みのうち最も薄い金属板の板厚（mm））とした。
なお、No.10-2では、（外側にZnめっき鋼板を有する板組みに対し連続打点溶接を行った際に生じる）電極とZnの合金化状態を模擬するため、別途用意した外側にZnめっき鋼板を有する板組みに対して、1000点で抵抗スポット溶接を行った。ついで、当該1000点での抵抗スポット溶接に用いた電極を使用して、本溶接を行った。【００４８】
また、一部の実施例については、本溶接の前に、図１に示す外乱のない状態で、表２に示す条件によるテスト溶接を行い、テスト溶接の本通電における、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させた。また、当該テスト溶接の本通電における通電開始から中間加圧時間Taまでの電極間抵抗の平均値を測定し、この測定値をR0とした。
また、定電流制御による通電を行ったものについては、別途、本通電で使用するものと同じ板厚、材質の金属板から構成される外乱のない被溶接材を用意し、本溶接と同じ条件で、当該被溶接材を溶接する予備溶接試験を行って、R0を求めた。
上記のようにして求めたR0を表２に併記する。【００４９】
また、作製した各溶接継手について、溶接部を切断し、断面をエッチング後、光学顕微鏡により観察し、ナゲット径および散り発生の有無から、以下の３段階で評価した。なお、３枚重ねの板組みの場合は、最も薄い外側の金属板１１と、これに隣接する金属板１２との間に形成されたナゲットの径（ナゲット径）により、評価を行った。
Ａ：外乱によらず、ナゲット径が5√ｔ´以上（ｔ´：板組みのうち最も薄い金属板の板厚（mm））、かつ散りの発生無し
Ｂ：外乱によらず、ナゲット径が4.5√ｔ´以上、かつ散りの発生無し（Ａの場合を除く）
Ｃ：外乱によらず、ナゲット径が4√ｔ´以上、かつ散りの発生無し（ＡおよびＢの場合を除く）
Ｆ：外乱によっては、ナゲット径が4√ｔ´未満、または散りの発生あり【００５０】
【表１】
0006856181.tif 000002
【００５１】
【表２】
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【００５２】
発明例ではいずれも、外乱によらず、散りの発生なく、十分な大きさのナゲット径が得られた。
一方、比較例では、外乱によっては、十分なナゲット径が得られなかったり、散りが発生したりした。
なお、本通電の通電開始から中間通電時間Taまでの電極間抵抗の時間積分値に応じて、中間通電時間Ta以降の本通電の加圧力FAを設定した場合にも同様の結果が得られた。
【符号の説明】
【００５３】
１１，１２，１３：金属板
１４：電極
１５：スペーサ
１６：既溶接点
【要約】
外乱の影響が大きい場合であっても、散りの発生なしに、安定して所望のナゲット径を得ることができる抵抗スポット溶接方法を提供する。
本通電の通電開始から中間通電時間Taまでの電極間抵抗の平均値または時間積分値RAに応じて、該中間通電時間Ta以降の本通電の加圧力FAを設定する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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