316

リーズ通電で打てない部位や重要な打点だけはダイレク
ト通電かインダイレクト通電としていた．

はじめに

1960年代頃は，被溶接材料として，自動車外板は軟鋼板
抵抗溶接は銅電極を介し材料に電流を流し，材料が持っている抵抗による発熱を利用して接合する方法である．

が主流であった．シリーズ通電は上板に電流が分流するため，品質的に問題がある．亜鉛めっき鋼板が使用されるよ抵抗溶接には大きく分けてスポット溶接，プロジェクシ

うになると，電極の損耗が軟鋼に比べ激しい．また，生産ョン溶接，シーム溶接，アプセット及びフラッシュ溶接の形態も，大量生産から少量多品種へと切替ってきていた．

４種がある．また接合現象としては，溶融接合タイプと溶それらの事情から，ロボットにガンを持たせてダイレク融させない固相接合タイプとに分けられる．プロジェクシ

トスポット溶接させようとする気運が盛り上がってきた．

ョン溶接の中でもソリッドプロジェクション溶接，シーム

1970年後半頃は，トランスを上に吊り，キックレスケ

溶接の中でもマッシュシーム溶接，アプセット溶接及びフーブル（ローリアクタンスケーブル）でつないでいた．

ラッシュ溶接は固相接合と考えた方が良い1)．

ロボット搭載ガンスポット溶接と称する．

その他，これらの方法を応用した熱かしめ，アプセｯタ

しかし，このキックレスケーブルは，ロボットの動作により振りまわされ，中の銅線が切れたり，絶縁ゴムが擦りなどがある．
抵抗溶接及び溶接機の変遷を紹介し，最近の考え方の概要を説明する．ここでは現場からの説明としたい．

切れて短絡したりする問題が発生した．そのためガンにトランスを附属させる一体形とすれば，ケーブルをなくせるし，またケーブルによるリアクタンス分を減らせる．しかし，ロボットが可搬できる重量に制限がある．

抵抗溶接の基礎

溶接電源を単相交流式からインバータ化し，電源周波数2.1

スポット溶接をこの頃は 1000 Hz に上げることによりトランス重量の大スポット溶接とは，「JIS Z 3001」番号3103では「重ね合部分を占めるコア重量を減らせ，軽量化できる．しかし，わせた母材を，先端を適当に成形した電極の先端で挟み，周波数を上げると二次側のインピーダンスは大きくなり，比較的小さい部分に電流及び加圧力を集中して局部的に加溶接電流は出なくなる．そこで，その対策として，トラン熱し，同時に電極で加圧して行う抵抗溶接」とある2)．

ス二次側に整流器を搭載し，二次側を直流電流とした．

抵抗溶接の主であるスポット溶接は，自動車の製造と共に発展してきた．溶接機の変遷は，単点打ちスポット溶接機→マルチスポット溶接機→ロボット搭載ガンスポ

ここより，トランス軽量化のため直流インバータ電源が採用されることになった．
自動車外板の主な材料である亜鉛めっき鋼板の種類は多々あり，耐食性や溶接性を考慮して変遷してきた．

ット溶接となっている．
マルチスポット溶接機では，通電はシリーズ通電が基

初期（昭和40年代）の頃は，電気亜鉛めっき鋼板が主で本である．１度に２点溶接できるので効率的である．シあった．亜鉛めっきの上に耐食性，塗装性の向上を目的として無機，有機被膜のコーティングが施工されていた．
しかし，亜鉛めっきのみならず，これら被膜がスポット溶接電極寿命に大きく影響を与える．電極寿命とは，溶接

38

溶接接合教室−基礎を学ぶ−長谷川：抵抗溶接

317

打点数が増えるにつれて，電極先端が劣化，拡大し，溶接6000系が主流であった．

部の電流密度が低下して，遂には溶接不良となるため，電アルミニウム合金をスポット溶接する場合，一番問題とな極先端を研磨するまでの打点数をいう．（何度か電極研磨るのはアルミニウム合金表面の酸化被膜の存在であった．

し，使用限界まで使いこんだときを電極寿命ということも

酸化被膜は絶縁物質であり硬いため，通電すると被膜ある．ここでは研磨までを言うことにする）の薄い所が破れて，ここに電流が集中して流れ，ナゲッ

電極寿命を向上させるため，亜鉛めっきを合金化させ

ト（重ね抵抗溶接において，溶接部に生じる溶融凝固した合金化亜鉛めっき鋼板が，わが国では現在の主流となた部分：JIS Z 3001）がいびつになったり，電極（銅っている ．

製）が汚れたりする不具合が発生した．

3)

自動車メーカ各社がおのおの独自の亜鉛めっき鋼板をその不具合を解消するため，アルミニウムメーカは酸使用していると，大量生産による原価低減メリットが出

洗処理設備を導入し，アルミニウム合金の表面処理を実せないため，現在は合金化亜鉛めっき鋼板を使用するよ施した．
これにより，酸化膜処理が可能となり，乗用車のボンうになっている．
合金化亜鉛めっき鋼板のベース板は，プレス性を良くするため，炭素量を 0.005％ 以下にした IF 鋼が多くなってきている．IF 鋼のスポット溶接条件は，軟鋼より少し溶接電流を上げるだけでよい．

ネット，トランク，ドアなど可動部品に使用されるようになった．
しかし，1990年代バブルが崩壊したころから，アルミニウム合金は，市場価格が安定しないことに加え，そのインバータ化による直流電流を使用すると，板厚 1 mm

熱伝導性の良いことからスポット溶接では高電流を必要近辺の合金化亜鉛めっき鋼板でナゲット径（図１）がとするため，省エネルギーの観点から見直しがかかり，4√t（t：板厚）以上になる電流値から散りの発生する電現在は高級スポーツカーを除いて，種々の高強度鋼板が流値までの溶接可能電流幅が，単相交流式よりも広がる主として使用されるに至っている．

ことが判り，単相整流式や直流インバータ式電源が宣伝

現在，高強度鋼の中では伸びが良好な DP 鋼（Dualされたときがあった．しかし，確かに溶接条件幅は広くPhase） や TRIP 鋼 （ Transformation Induced

なるが，電極寿命については，極性効果により逆に短くPlasticity）が多用されている．スポット溶接性は，軟鋼なることが判った．＋側に亜鉛が付着し，−側の電極がよりは高加圧，低電流という溶接条件である．その高強凹んでしまう現象である．ナゲットは数百点位でドーナ度性からプレス成形による部材間の隙間が生じやすく，ツ形（楕円でなく真中がない）（図２）となり，電極寿命散りが発生しやすい．軟鋼に比べ TSS（引張りせん断強は短くなる．チップドレスの回数を増やすことにより対さ）値は上昇するが，CTS（十字引張り強さ）はその割応している．

りには上昇せず，かえって低下する場合もある4)．

初期の高強度鋼（ハイテン材，高張力鋼）は，C，Si，溶接条件のうち，溶接電流，通電時間は自由にコント

Mn，P などによる固溶強化鋼が使用されたが，溶接後ナロールできるようになったが，電極加圧力は自由に設定ゲットが硬化し，疲労強度の低下が問題となった．テンできなかった．サーボモータを使用した電動加圧式スポパ処理などが検討されたが，サイクルタイムが延びてしット溶接ガンが，電極加圧力を打点毎に自在に設定でまうという欠点がある．その後 Ti，Nb などによる析出き，これら要求に適合したため，自動車組立ラインに使強化鋼が実用されたが，延性が低いため適用には問題が用する加圧方式は，エア加圧式から電動加圧式に，ほとあった．

んどが切替ってしまった．

石油ショックにより，エネルギー問題が発生し，低燃電動加圧式スポットガンは，エア式スポットガンと比費とするため車体の軽量化が叫ばれた1980年代頃，自動較してソフトタッチができるため，ワークとの衝撃音が車ボデー軽量化のため，材料にアルミニウム合金の使用なくなる，電極に過大負荷を与えないなどの特徴があが試みられ，オールアルミの車体まで製作された．

る．特にエア式スポットガンでは，フランジに自重分の自動車に使用されたアルミニウム合金は，5000系，力を加えながら，下部電極を持ち上げ加圧するため，フランジに変形を起こし圧痕が大きくなるが，電動式スポットガンでは，サーボエコライズなどにより下部電極をフランジ位置に設定できるため，ほとんどフランジに変形を与えない．よってワークの固定ジグも簡易で良いという特長がある．しかも，電極加圧力を打点毎に自在に設定でき，それがネットワークなどにより，溶接条件モ

図１

ナゲット

ニタ，適応制御など集中管理できることが，現在のニーズにマッチしたということであろう5，6)．
スポット溶接の弱点は，外観からナゲットの大きさを判定できないことにある．そのため，判定は抜き取りにより，たがね試験によるものが主に実施されていた．ス
ポット溶接の場合ナゲット径の大きさを確保することが第一命題であるため，この大きさを得るための手段とし

図２

ドーナツナゲットて，さまざまな方法が考えられ，試されてきた．特に自溶接学会誌 第 79 巻（2010）第 4 号

39

318

図３

図４

エンボスタイプ

ソリッドタイプ（ナット）動車産業では大量生産のため，抜き取り試験で不良品が確認されたときは，既に多数の生産品が流れてしまって図５いることになる．そのため，オンライン上での品質保証リテーナが必要となる．過去においては，電極先端径の磨耗に合わせ，溶接電流をステップアップする方式がとられていたが，そのステップアップの条件設定が難しく，現場で溶接時は突起部を溶融させるため，スポット溶接と同様にナゲットができる．

はそのラインのワークに合わせて設定していた．制御装

ソリッドタイプとは，エンボスタイプのように平板に置の発展に伴い，インプロセスでナゲット径を保証する

突起を打ち出すのではなく，JIS で「板の角や丸棒の交方法が色々考えられている．その方法にはいくつかある差など初めからある突起を利用する場合」であり，被溶が，溶接中の電極チップ間電圧，溶接電流，電極移動量接物の持っている形状的な突起を利用するものであるは測定できるため，これらの情報を基にナゲット径を推（図４）．プロジェクション部は，エンボスプロジェクシ定し，溶接電流を上昇させるなどの処置を施すようにしョンが中空であるのに比べ中実であり，また，加圧や給電ている．方法としては，得られた情報を直接フィードバ部位が溶接点から，やや距離がある点が異なる所である．

ックして溶接電流や通電時間を制御するもの，数学モデ

実用例としては，ナット及びボルトの溶接，スタビラルと組み合わせて計算によりナゲット径を推定するもイザ，プーリ，プッシュロッド，ブレーキドラム，エアの，ニューロファジー技術を取り入れ学習させナゲットバッグのガス封止等がある．

径を推定するものなどがある．しかし，なかなか決定的

溶接は突起部は溶融しない場合が多く，塑性流動を伴った固相接合となるため，ナゲットはできないと考えたなモデルが構築されていない7)．
現在は制御装置だけではなく，電極チップ先端形状を方がよい．

細かく管理することにより，例えばチップドレス頻度をエンボスタイプとソリッドタイプと，どちらの方が多上げる，そのためチップドレスで電極をほとんど削らなく実用化されているか調査したことはないが，溶接機屋いで成形するなどの方法により品質を安定させようとすの目から見ると，現場で使用されている溶接機はソリッる試みが見られる．

ドタイプの方が多用されていると思える．特にナット及

2.2

プロジェクション溶接

びボルトの使用例は非常に多い．

プロジェクション溶接とは JIS Z 3001 番号3111に「母自動的にナットやボルトが供給されるフィーダが開発され材の溶接箇所に形づくられた突起部を接触させて電流をたことは，安全面，生産性両者にとって大きな貢献となった．

通し，抵抗熱の発生を比較的小さい特定の部分に限定す

単相交流式電源に代わる三相整流式電源が開発されたるようにして行う抵抗溶接．図３のように加工して突起ことは，高電流使用の可能性が開け，プロジェクション部を作る場合と，板の角や丸棒の交差など初めからある溶接の拡大に繋がった．それまでの単相交流式では，余突起を利用する場合とがある．」とある．

程大きな電源を持っている工場でしか不可能であった大プロジェクション溶接には，JIS の定義に示すごときな径のプロジェクション溶接が可能となった．乗用車

く，大きく分けてエンボスプロジェクションとソリッド用ガソリンタンクのリテーナの溶接には，古くから使用プロジェクションの２種類がある．

されていた．

エンボスプロジェクションとは，JIS で「図３のようにガソリンタンクに使用されているのは，板厚 0.8〜加工して突起部を作る場合」であり，平板にプレスなどで1.2 mm 程のプレス成形されたシートに，リング状のリテ突起を打ち出したもので，そこに電流を集中させることにーナ（図５）やゲージ取付板をエンボス・プロジェクシ

より，溶接点を多点同時に作ることができる特長がある．

ョン溶接するものである．

実用例としては，ガソリンタンクのレインフォース，突起配置径φ60〜130 位のドーナツ形状の板に，突起ショックアブソーバのブラケット，サスペンションサポ（プロジェクション）を 4〜12 点程打ち出したものを，ート，オイルフィルタ，ガイドパイプ，ブレーキシュ同時溶接するものである．

ー，ドアウィンドレギュレータ等がある．
40

溶接接合教室−基礎を学ぶ−

長谷川：抵抗溶接

単相交流式電源を用いた場合，トランス側にのみナゲ319

ットができ，反トランス側（作業者側）には出来ないことがある．電流バランスの問題である．
図６はトランス側で，図７は反トランス側である．

三相整流式電源を用いて，高電流入力が可能となると，ガソリンタンクの口金などのリングプロジェクション溶接が多用されることになった．

図６，７は，ガソリンタンク板厚（鉛・錫めっき鋼板）

リング形状のソリッドプロジェクションは，リングプ1.2 mm，リテーナ（鉛・錫めっき鋼板）板厚 1.2 mm，突ロジェクションとエッジリングプロジェクションに分類

起配置径φ125，突起６点（径φ2.8，高さ 0.7 mm）と比されている．

較的突起配置径が大きいものである．
三相整流式のような直流電流を使用すると，電流バランスがとれるようになり，トランス側，反トランス側共に安定してナゲットができるようになる．

リングプロジェクションは図８のように，三角形の突起をリング状に設けたもので，この突起により機密性のある溶接部を得ることができる．
リングプロジェクションが機械加工により突起を削りこのような例は，サスペンションサポートのような突起出しているのに対し，エッジリングプロジェクション

配置径の大きな部品でも同様で，この問題が直流電源を使は，図９のように被溶接物の持っている形状的なエッジ用することにより解決できる．整流式（直流）の利点は，部を積極的に利用して，片方を一般的に45度の角度に削三相平衡負荷となり電源事情の改善のみでなく，電流バラり出したものである．

ンスがとれることによる品質の安定化をもたらした．
リング径の大きなエンボスプロジェクション溶接を行なう場合，注意しなければならないもう一つの点は，ガエッジリングプロジェクションは，ショックアブソーバのキャップ，ショックアブソーバのガス封止，プーリの溶接などに使用されている．

ソリンタンク本体の板厚が 1 mm 近辺であるが，リテーしかし，このエッジリングプロジェクションは使用にナなどの板厚は必ずそれ以上の板厚であることである．であたり，実際に溶着している位置に注意しなければならきれば本体の板厚の 1.5 倍以上であることが必要である．

ない．図10は，そのマクロ写真の例である．この溶接部

これは，多点プロジェクションの場合は，高加圧，の試験方法として，押込み試験が採用されている．

（大電流）となるが，リテーナなどの板厚が薄いと，初ここで，図11のような押込み方向1が一般的である．こ期加圧しただけで突起が潰れてしまうためである．溶接の結果で総て母材切れしても，押込み方向が逆である図

初期の頃は問題とならないが，打点数が増えてくると電極が凹み次第にオーバヒートなど溶接不良が出やすくなってしまう．よって，リテーナなどの板厚は厚い方が安定することになる．

図10
図６

図７

トランス側

反トランス側（作業者側）

図８

図９エッジリングプロジェクションのマクロ写真

図11

押込み方向１

図12

押込み方向２

リングプロジェクション

エッジリングプロジェクション

溶接学会誌 第 79 巻（2010）第 4 号

41

320

図13

図14

押込み方向２でのはがれ

図16ギヤのプロジェクション溶接（ハブ）

図17

焼結金属のプロジェクション溶接（プラネタリーキャリアー）図18

インバータ制御コンデンサ溶接機

踊り場付エッジリングプロジェクション溶接

図15

踊り場付エッジリングプロジェク
ション溶接 マクロ写真

12のような押込み方向２で実施すると，溶接部近傍で口を開き，一見すると溶接不良に見えることがある．そのマクロ写真が図13である．一部分にはがれが出ている．

しかし，三相整流式や直流インバータ式にしても，溶着しているのは，剥がれの出ていない部分のみであ100 kA 前後が一般に使用されている上限であろう．車のる．押込み方向１では溶着部近傍で切れるので，全面母ホイール用の DC アプセット溶接にしても，使用してい材切れしたように見えただけである．このことから，エるのは100kＡ前後である．

ッジリングプロジェクション溶接は，強度確認のためには荷重方向性の影響を考慮しなければならない．

更に，リング径の大きな溶接を施行しようとすると，どうしても電源容量の問題は残ってしまう．

このことは，ショックアブソーバのガス封止やプーリそこでコンデンサに充電しておき，一気に電荷を吐きなどのエッジリングプロジェクションについても同様な出すコンデンサ溶接機が注目された．コンデンサ溶接機傾向がある．

でも容量が大きなものは，コンデンサバンクやトランス

この解決法として，近年インタフェレンス溶接の変形が非常に大きくなってしまう．

である踊り場付エッジリングプロジェクション溶接が提

欧州において，一次側を昇圧トランスで 3500 V と高電圧案されている．この方法は，原子炉燃料のジルコニウムとすることにより（日本では一次側 450 V），コンデンサの個クラッドのシール（封止）用としても提案されている8)．

数を減らし，トランスを小形化した溶接機が開発された．

インタフェレンス溶接は，ミッションギヤ部品に使用

電子ビームで溶接されていたミッション部品が，コンされたときは，精度を出すための位置決めガイド付きでデンサ溶接機の特徴とも言うべき短時間，高電流で熱ひあったが，踊り場付エッジリングプロジェクションはガずみの少ないリングプロジェクション溶接が可能となっイドなしで，図14のように片側 0.1〜0.3 mm 程重ねて通た（図16）．

電するものである．踊り場は位置決めも兼ねている．こ

日本でも，ミッションギヤ部品の溶接にコンデンサ溶の方法であると，どちらの押込み方向からでも強度は充接機が徐々に使用され始めている．現在は 1000 kA 程度分出て，エッジリングプロジェクションの欠点をカバーまで可能となっている．
コンデンサ溶接は，短時間，高電流が可能のため，今している（図15）．
三相整流式電源については，グレーティング（金網）において 300 kA まで出せる制御装置が製作されている．
42

溶接接合教室−基礎を学ぶ−

長谷川：抵抗溶接まで溶接が困難とされていた焼結金属のリングプロジェ
クション溶接が実用化されている（図17）．

321

焼結金属は突起を機械加工せず，その形状を焼結工程で作り出すため，廉価な製品が可能となる．
コンデンサ溶接の欠点は，通電時間を自由にコントロールできないことである．それをも自由にできるよう，コンデンサに蓄えた電荷を，インバータ制御により通電時間コント9)ロールする方法が開発され実用化されている（図18）
．

2.3

シーム溶接

ンの板厚と同じ位あれば良いのに，厚電極の場合，電極形状を一定にするのが難しいため安全を見て，電極先端幅を 5〜6 mm としている10)．
よって，電極形状を安定に保つことができれば，基準最低ナゲット幅を小さくすることができる．
鍛圧ナールは電極形状を安定にするための電極整形と，駆動を兼ねている．

シーム溶接とは，上下円板電極で被溶接物をはさみ，円板電極を回転させながら通電し，抵抗加熱により板・板間を連続的に接合するものである．
応用例としては，乗用車，オートバイのガソリンタン

実際，鉛は銅と合金化しないため，外部に押出されるという効果も出てきた．
小さなナゲット径を安定して得られるのであれば，溶接電流も下げることが可能となり省エネである．

ク，ホイールリム, バンパー,フィルタ, 化粧パイプ，放また，溶接電流も下げ，いつでも同じ電極先端形状を熱器，流し台，ドラム缶，テーラードブランク等がある．

保つことができるのであれば，外部水冷でなく，電極内乗用車用ガソリンタンク用シーム溶接機の変遷を紹介で水冷が可能となった．薄電極シーム電極は内部水冷ですることにより，シーム溶接の概要を説明したい．
初期のころ，乗用車用ガソリンタンクの材料は，鉛・錫めっき鋼板であった．
鉛はガソリンに対し耐食性が高く，また溶接性も非常もある（図20）．
環境保全のため鉛が国際的に使用禁止となり，他のめっき材料を捜さねばならなくなった．その候補としてアルミニウムめっき鋼板が代替として有力になった．に優れたものであった．その当時の溶接機は，薄電極シしかし，アルミニウムめっきは電極の銅と合金化してーム溶接機が主流になっている現在から見ると，厚電極脆い合金化化合物となり，よって電極表面を切削しないが主に使用されていた．特徴的なのは，駆動がギヤかナと，溶接品質を保てない．電極表面を常時切削することール（ナール圧は 5 kN 程度）によっており，電極輪厚さは，電極の寿命を極端に下げることになる．

は16〜20 mm でダブルベベル形が一般的であった．
電極輪の冷却のため，外部水冷（溶接機外から電極に水をかける）としていたが，これが作業環境的にネック

電極の先端をほんの少し削るだけで済む軽切削バイトを薄電極シームに取付けるタイプの溶接機が考案され実用化された．
1995年頃，またヨーロッパから，ワイヤ電極を使用したアとなっていた．
ガソリンタンクとして，トラック用は電気亜鉛めっき

ルミめっき鋼板用高速シーム溶接機（図21）が紹介された．

であったが，電極の銅と亜鉛が合金化して黄銅となり，これが溶接品質を下げるため，駆動用ナールにローレット目を付け，電極表面の合金層を削り落とす方式を採用した．乗用車用は鉛・錫めっき鋼板であったが，鉛は銅と合金化しないので削り落とす必要はなかった．しかし，電極形状維持のためローレット付ナール駆動方式を採用していた．
1975年頃，ヨーロッパから薄電極シーム溶接機（図19）が紹介された．電極厚さが 8〜10 mm で，電極の駆動は鍛圧ナールという今までになかった方式である．
原理的には電極先端 R は電極厚さの半分とし，電極形状に合わせたナールを10〜15 kN の力で電極を鍛圧する．
この鍛圧効果により，電極形状は常時同じ形状に保つことができる．
ヨーロッパからの報告によると，ナゲット幅はガスタ

図19

薄電極シーム溶接機

図20

図21

内部水冷方式

ワイヤーシーム溶接機（日本製）

溶接学会誌 第 79 巻（2010）第 4 号

43322

図25

図22

図23

断続通電 単相交流式 アルミめっき鋼板
2.5m/min 通電2cycle－休止1cycle

溶接速度

ワイヤーシーム溶接電極

断続通電と連続通電（単相交流式）
図26

図24 連続通電 単相交流式
6.0m/min

アルミめっき鋼板

溶接速度

溶接速度を変化させた場合のビード外観

図27

溶接速度

連続通電

1.5 m/min

ワイヤシームとは，回転電極と被溶接物間に細い銅のワイヤを挿入し，通電するものである（図22）．被溶接物上のめっきは銅ワイヤに付着し，よって溶接面にはいつでも新しい銅ワイヤがあることになる．この銅ワイヤは，スクラップとして銅メーカが引取り，再生される．
このワイヤシーム溶接法は製缶ラインで使用されてきた

図28

2.5 m/min

図29

3.5 m/min

もので，これをガスタンラインに応用したものである．
今までの薄電極と違い，溶接速度が 6 m/min と速く，また断続通電でなく連続通電であった．電源は単相交流式である．断続通電とは通電-休止を繰返す通電方法で，連続通電とは休止時間のない通電のみの通電方法である．断続通電と連続通電の波形を図23に示す．図24に連続通電で溶接した場合のナゲットを，図25に断続通電したときのナゲットを示す．
以 前 の 薄 電 極 シ ー ム 溶 接 の 場 合 ， 溶 接 速 度 は 2〜3 m/min 程で，単相交流式電源を使用し，通電 1〜5−休止 1〜5 サイクルの断続通電であった．
また，アイアンマンと称されるカム倣い装置により自時のナゲットの大きさを比較した結果（溶接線方向の中心断面）を図27〜29に示す．電極先端 R：15R，アルミめっき鋼板 0.8＋0.8 mm．外観では溶接速度が遅い方が，い動運転がなされていた（図40）．
シーム溶接に断続通電が採用されている理由を示す．

かにもオーバヒートのように溶接ビードは太くなってい溶接電流を 14.9 kA と一定にし，溶接速度を 1.5，2.5，るが，それと正反対に溶接速度が遅い方がナゲットは小3.5 m/min で連続通電した場合の外観を図26に示し，そのさくなっている．この理由は，連続通電をした場合，溶44

溶接接合教室−基礎を学ぶ−

長谷川：抵抗溶接323

接速度が遅いと円板電極が板中に潜り込み，電極と板とよって，溶接速度が遅い場合，冷却時間を入れてやることの（溶接線方向の）接触幅が広くなり，電流密度が下がは電極と板との接触幅を狭くなるよう調整することになる．ってしまうためである．溶接速度が速いと，電極と板と同じように，ガソリンタンクフランジ部のどの位置を溶接するかで溶接品質は変化してくる．の接触幅は狭くなる．

フランジ部寸法を図30に示す．アルミめっき鋼板 0.8＋0.8 mm，溶接速度 6 m/min，電極加圧力 5.5 kN，連続通電 14.5 kA，ワイヤシーム（R 5.5 mm）という同じ条件で溶接しても，フランジ端から溶接線中央までの距離 a が5 mm 以下ではナゲットは出来ないが，6 mm から 10 mmまでは大体一定のナゲット径が確保でき，更に壁に近くなるに従ってナゲット径は再び小さくなる．（図31）このように溶接条件が一定であるにもかかわらず，ナゲット径に変化が表れる理由を示す写真を，フランジ端部からの各距離 a での図32〜34に掲げる．フランジ端部からの
図30

フランジ部寸法

距離が短くなると，写真で見て板厚が薄くなっているのが判る．要するにフランジ端面に近くなると発熱により板が軟化し薄く伸ばされ，電極が板に潜り込む形となり，電極と板との接触幅が広くなり電流密度が下がったことになる．これは前に述べた連続通電で溶接速度を遅くすると，ナゲットが小さくなることと同じ理由に拠る．
連続通電はガスタンの板厚 1.0 mm 前後では，溶接速度5〜6 m/min 近辺に溶接可能電流幅が最も広い条件域があり，それより遅くとも速くとも安定域が狭くなる（図35）．
しかし，高速で連続通電すると，ピットと称する表面穴明きが発生し易い（図36）．ピットの断面写真を図37に示す．原
因は，上下電極による電極加圧力のバランスが崩れ，上下電

図31

フランジ端からの距離と溶接品質との関係極側表面いずれかがオーバヒートとなることである．

図32 a=6.5 mm

図35連続通電での溶接速度と可能電流幅の関係

図36

ピットの発生図33 a=5.0 mm

図34 a=3.0 mm

溶接ビード上に開いた穴

溶接学会誌 第 79 巻（2010）第 4 号

45

324

図37

ピットの断面写真

図38

交流インバータ制御

図39

交流インバータ式

短形波 83 Hz

短形波２段電流アップスロープ付

アップスロープ付き

図41

図40

アイアンマンシーム溶接機

ロボットシーム溶接機

一般のシーム溶接は，通電時間と休止時間を繰返すタイマを使用しているが，高速シームの場合，休止時間を入れるとナゲットが繋がらなくなるため，休止時間の代この解決法は，休止時間を入れてオーバヒートをなくわりに溶接電流より少し低い溶接電流を通電できるようす事であるが，単相交流式（50，60 Hz）では，休止時間にした．溶接部に発生するピット，割れの防止用として１サイクルを入れてしまうと，高速 6 m/min ではナゲッ使用している．図39は１サイクル毎に溶接電流の高低をトがつながらなくなる．そこで周波数を上げた交流イン繰返す例である．

バータ制御により 100 Hz 近辺で，休止時間1サイクルを

更に 6 m/min という高速にはアイアンマン装置（図入れてやるとピットの発生はなくなり，ナゲットもつな40）では対応できないので，ロボットにガソリンタンクがるようになった．電流波形を図38に示す．

を持たせ，ロボットとシーム溶接機の速度を同期させた二段電流（単相交流式でも交流インバータ式でも可能．
）

新しい装置を作り出した（図41）．

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溶接接合教室−基礎を学ぶ−

長谷川：抵抗溶接325

これにより，多品種少量生産にも対応できるようになった．

圧を印加した状態で移動台側をゆっくり前進させる．端しかしワイヤシームは，やはりワイヤ電極分，原価高部が接触すると，その部分から火花（フラッシュ）が発となるため，ワイヤを使用しない薄電極のみで高速溶接生する．その時の短絡，アークにより加熱され，充分にが可能か検討され，電極表面をバイトで切削すること昇温したところで，移動台に高加圧をかけ急速前進させと，交流インバータタイマの使用，ロボットを使用するて溶接を終了する（図43）．

ことにより可能となっている．

アプセット溶接で不可能な大断面でも，均一な当たり

ガソリンタンクは現在アルミニウムめっき鋼板より更を得るために（整合させるために）余分な部分をフラッにシーム溶接性に優れた錫・亜鉛めっき鋼板が主流となシュで積極的に飛散させてしまえば，被溶接物全面を均っている．

一温度にすることが可能となり，安定した溶接品質が得

2.4

アプセット及びフラッシュ溶接られることになる．

JIS Z 3001−番号3119「突合せ抵抗溶接」の項にはよって，フラッシュの発生とは，端面を昇温させるの「アプセット溶接，突合せプロジェクション溶接，フラみでなく，端面の均一な当たり面を形成させるという役

ッシュ溶接などのように，溶接継手の端面を突き合わ目も果たしている．

せ，加圧して行う抵抗溶接」とある．

使用例は建築用異形鉄筋，コンクリートパイル用フラ

アプセット溶接（バット溶接ともいう）とは，溶接継ンジ，乗用車・トラック・オートバイ・自転車などのリ手の端面を突き合わせて，加圧をかけながら通電し，抵ム，リングギヤ，製鐵ラインのコイル継ぎ，鉄道用レー抗発熱で適当な温度となった所で高加圧をかけて接合す

ル，船舶用チェーンなどがある．
ここでも，乗用車用ホイールリム用フラッシュ溶接機る方法である（図42）．
接合しようとする端面形状が整合していないと発熱がアンバランスとなるため，溶接品質は悪くなる．の変遷を紹介することにより，アプセット及びフラッシ
ュ溶接の概要を説明したい（図44）．

よって，アプセット溶接は比較的小さな断面のもの

初期のフラッシュ溶接機の移動台送り方式は倣いカムで，接合しようとする端面形状が一定なもの，例えば，によっていた．倣いカムは二次曲線形状になっている

小さなチェーン，バンドソー，鉄筋，パイプ形状のハンが，溶接初期はフリージング（フラッシュが飛ばず，短ドル，小リング等の製作に使用されている．

絡してしまうこと）を避けるため移動台をゆっくり送

しかし，大きな断面のものを突き合わせ，加圧，通電り，次第に端面が昇温するにつれ速度を増していく考え

すると接触部が全面均一に接触することはめずらしく，方が，この送り方式に合っていたためである（図45）．

その一部から発熱が始まり，全体を均一に昇温させるこ

しかし，二次曲線がどんなものに対しても最適というのではなく，材料特に高強度鋼などの場合は，溶接の後とは難しい．
その場合は，フラッシュ溶接を使用することになる．

期更に増速させる例もある．

フラッシュ溶接とは，被溶接物の両端部を突き合わせてセットし，一般的には給電を兼ねたクランプ電極で被溶接物を強固にクランプする．突き合わせた両端部に電図42

アプセット溶接

図43

フラッシュ溶接

図44

ホイールのフラッシュ溶接

図45

二次曲線送り

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フラッシュ溶接の溶接条件設定項目は，初期電極間隔，最終電極間隔，フラッシュ代，アプセット代，フラッシュ圧，アプセット圧，フラッシュ時間，アプセット時間，フラッシュ電流，アプセット電流，二次無負荷電圧など多くある．
しかし，これらの設定は溶接機の仕様である程度決まってしまうもので，特にカム式の場合，設定はアプセッ
ト電流，アプセット時間，二次無負荷電圧など位しか変化させるものはなかった．
溶接条件の中で，二次無負荷電圧を低くすると，溶接品質が向上することが経験から判っていた．
その理由は，フラッシュが飛散した際，二次無負荷電圧
図46を下げることは，アークエネルギーが下がり，飛散によりDCアプセット溶接発生するクレータが小さくなるからで，発熱のためには細かいフラッシュを多数飛ばすのが良いと考えられた．
しかし，二次電圧を下げるにつれて，フラッシュの発生は増えてくるが，ある電圧以下になると，フラッシュの発生は逆に減り始めることが実験的に確かめられた．
しかも，フラッシュの発生が減っても，二次無負荷電で，加工，熱処理を含めたその費用は無視できない．電気・油圧サーボ弁は，その点減るものはない．
フラッシュ溶接の第一の欠点は，そのフラッシュによる環境汚染である．機械がひどく汚れることになり,ま圧の低い方が品質的に良くなるため，フラッシュの発生た火災の心配もある．このフラッシュの発生は，ホイー回数（アーク熱による加熱）が，溶接品質向上に寄与すル生産の自動化のネックとなっていた．

るのでなく，短絡（ジュール熱による加熱）が増えることが品質向上に寄与することが確認された ．
11)

こ の 頃 ま で 材 質 は SAPH32 材 を 使 用 し て い た が ，440 MPa 級以上の高強度鋼が出現してくると，カム式で1980年頃米国から，リムの溶接にフラッシュを飛ばさないアプセット（バット）溶接を採用したことが紹介された．
乗用車のリムは，矩形の単純形状であったため，端面の整合性がとりやすく，アプセット溶接が可能であっは対応ができなくなってきた．
1975年頃，米国より移動台送り方法に電気・油圧サーボ方式を使用し，溶接の様子をフィードバックしながら移動台を動かす電圧フィードバック方式が日本に紹介さた．端面が確実に整合され，発熱の均一性を確保するための工夫がなされている．
この溶接は，100 kA 以上の高電流を必要としたため三相整流式電源（直流）が用いられ，日本では，ここよりれた ．
12)

同じ頃，ソ連からは現場でレールをフラッシュ溶接する装置が紹介されたが，これも一次電流をフィードバックする電気・油圧サーボを使用していた．

DC バット溶接と称されている．
高周波電源でも試みられたが，この溶接の最重要ポイントである電流の均一性が得られず失敗している．

それまで，日本では乗用車リム用フラッシュ溶接機は

現在ホイールリムは，DC バット溶接により全自動ラカム制御であったが，電気・油圧サーボを使用した溶接インで生産されている（図46）．材料も析出強化高強度鋼機が製作された．電圧ではなく，S/N 比の高い信号が取の 780 MPa 級で生産している14)．

り出しやすい電流フィードバック方式が採用された．
これらの溶接は移動台を前進・後退させることにより昇温させるジュール熱を利用した溶接機である13)．

フラッシュ溶接は車のホイール以外では，特にフランジ，リングギヤ，コンクリートパイルなどリング形状の溶接に使用される．

前進・後退を繰返すことは，前進して端面が接触する

これは棒状のワークを巻いてリング状とし突き合わせとジュール熱で加熱し，離れた瞬間フラッシュが飛びアると，突き合わせ面は整合せず，他の溶接法を受け入れーク加熱される．これを繰返す内，端面は次第に全体がないためと考えられる．
しかし，溶接する断面積が次第に大きくなると，単相均一に加熱されるようになる．
米国の電圧フィードバック方式も，ソ連のレールの連交流式では大きな電源容量が必要となり，フリッカ防止

続フラッシュ及びパルスフラッシュ方式も，その電流波装置を更に追加すると，その費用は膨大となる．三相電形を見れば，ジュール熱による加熱を利用していること源の直流または交流インバータ電源が必要となる．
2.5が良く判る．

熱かしめ

これにより，日本の乗用車，トラック及びオートバイ

抵抗溶接は，材料に電流を流し，材料の持っている抵

リム溶接は，カム式から，電気・油圧サーボ方式を利用

抗により溶接部で発熱を生じさせて，溶融又は固相接合した電流フィードバック方式に置換わってしまった．

させる方法であるのに対し，熱かしめは電極にタングス

この電気・油圧サーボ式電流フィードバック方式を使テンのような硬く抵抗値の高い材料を使用し，このタン用すると，この頃使用され始めた析出強化高強度鋼グステンを抵抗発熱させ，この熱により材料を熱かしめ

590 MPa 級の溶接にも十分対応することができた．

する方法である．近年，電気やハイブリッド自動車用モ

実際，カムは使用しているうちに次第に減ってくるの
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溶接接合教室−基礎を学ぶ−

長谷川：抵抗溶接ータの端子をかしめる方法として多用されている．

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は，はっきりしないが，現場に出ていると，ちょっとした電源の違い，ワークや電極の違いなどにより，まったく溶接されないことを何度も経験している．答えは教科書には出ていないと何度も思っている．
数学者ガウスは，数式を組み立てるとき使用した途中の梯子は全てはずし，美しい数式に仕上げたという．
今回のまとめは抵抗溶接を概観するために，どのような変遷を経て現在に至っているかを，各溶接法ごとに，特定の例を上げて説明した．
図47

かしめ外観

抵抗溶接全般を教科書風に解説しても，字面の羅列になると思われたからである．
しかし，こうすると抵抗溶接全体の概要説明は犠牲にせざるを得ず，どうしても偏った説明となってしまう．
ガウスの言う所では，梯子だらけでまとまっていないとなるであろう．
溶接機屋の目から見て，なるべく全体が見渡せるような題材を選んだつもりであるが，このシリーズの目的か

図48

かしめ部断面写真

ら逸れてしまった場合はお許し戴きたい．

参考文献
束ねたエナメル線を圧着端子に入れ，端子を変形させてかしめる方法であるが，エナメル線のエナメルは熱かしめ中の熱により溶かされるため，エナメルを除去するという過去はんだ工程で必要であった前処理や，はんだそのものが不要なため，急速に広まった．
このかしめの外観を図47に示す．その断面写真を図48に示す．
所定の引張り強さと，抵抗値を得るため，かしめ後の厚さを管理項目としている．引張り強さで強度低下など
欠陥は両端のエナメル線に出やすい．タングステンは通電を繰返すと酸化して抵抗値が変化し，また温度上昇しやすくなるため，通電停止は時間管理ではなく，上部電極が通電により下降して，所定の位置に来たときとしている．特定の位置で止めるためには，空気圧シリンダよりもサーボ加圧の方が効果的である．

おわりに抵抗溶接は，日常生活の中ではほとんど接点がないため，イメージが浮かびにくいと思われる．
しかし，20世紀がガソリン自動車の時代と言うことができるなら，確かに抵抗溶接は工業化社会の底辺を支えた技術の一つと言うことができる．

1) 松山欽一：抵抗溶接の可能性，溶接技術，2010年３月．
2) JIS Z 3001：溶接用語
3) 高橋靖雄：薄板・表面処理鋼板の抵抗溶接，溶接学会軽構
造接合加工研究委員会 MP−82−91（1991）．
4) 溶接学会軽構造接合加工研究委員会：薄鋼板及びアルミニウム合金板の抵抗スポット溶接．
5) 吹田和嗣，坂本好隆：電動サーボガンの現状について，溶接学会軽構造接合加工研究委員会 MP−173−96（1996）．
6) 北本和，船井洋二，長谷川和芳：電動加圧式抵抗溶接機，溶接学会誌第72巻（2003）第７号．
7) 松山欽一ら：鋼板抵抗スポット溶接におけるナゲット安定確保のための入熱投与形態制御とその効果，溶接学会軽構
造接合加工研究委員会 MP−95−92（1992）．
8) Druzhinin L. K.: BUTT-RESISTANCE WELDING OFZIRCONIUM FUEL CLADS, the XL Congress
International Welding Institute, July 1987.
9) 市川欣也：抵抗スポット溶接の最近の進歩，溶接学会東海支部第３回溶接技術講習会．
10) R. C. Lavery: Thin-Wheel Seam Welding, Welding andMetal Fabrication, April 1975.
11) 田沼欣司，大橋修ら：フラッシュ溶接に関する研究（第１〜４報），溶接学会誌51巻（1982）第５号など．
12) 清原道也，野沢正彦ら：フラッシュバット溶接機の電圧フィードバック制御について，溶接学会誌，第44巻（1975）第12号．
13) 小保方貞夫，吉村勝夫ら：3C 方式の新フラッシュ溶接法，溶接学会抵抗溶接研究委員会，RW−313−85（1985）．
14) 長谷川和芳：現場から見た突合せ抵抗溶接，1〜5，溶接技術，2008年４月〜８月．

抵抗溶接は経験工学だと言われる．経験工学の定義

溶接学会誌 第 79 巻（2010）第 4 号

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