スポット溶接方法及びその装置
【課題】複数個のワークが積層されて形成された積層体に対してスポット溶接を施す際、ワーク同士の接触面にナゲットを十分に成長させる。
【解決手段】スポット溶接装置を構成する溶接ガン１４は、溶接チップとしての下チップ３２及び上チップ３８と、加圧部材としての加圧ロッド４６ａ、４６ｂとを具備する。この中の上チップ３８及び加圧ロッド４６ａ、４６ｂは、溶接対象である積層体４８ａを、該積層体４８ａの最外に配置された金属板５４ａ側から加圧力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３でそれぞれ加圧し、一方、下チップ３２は、前記積層体４８ａを金属板５０ａ側から加圧力Ｆ４で加圧する。Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３は、Ｆ４と均衡するように制御される。この状態で、上チップ３８から下チップ３２への通電がなされる。
【解決手段】スポット溶接装置を構成する溶接ガン１４は、溶接チップとしての下チップ３２及び上チップ３８と、加圧部材としての加圧ロッド４６ａ、４６ｂとを具備する。この中の上チップ３８及び加圧ロッド４６ａ、４６ｂは、溶接対象である積層体４８ａを、該積層体４８ａの最外に配置された金属板５４ａ側から加圧力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３でそれぞれ加圧し、一方、下チップ３２は、前記積層体４８ａを金属板５０ａ側から加圧力Ｆ４で加圧する。Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３は、Ｆ４と均衡するように制御される。この状態で、上チップ３８から下チップ３２への通電がなされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個のワークを積層して形成される積層体に対してスポット溶接を行うスポット溶接方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２３は、いわゆるハイテン鋼からなり且つ厚みが大きく、このために電気抵抗が大きな高抵抗ワーク１、２同士をスポット溶接にて接合する場合を模式的に示した要部正面図である。この場合、２枚の高抵抗ワーク１、２が積層されることによって積層体３が形成された後、該積層体３が、第１溶接チップ４と第２溶接チップ５に挟持・加圧される。さらに、第１溶接チップ４と第２溶接チップ５の間に通電がなされ、これに伴って高抵抗ワーク１、２同士の接触面近傍の部位が発熱して溶融部６となる。その後、溶融部６は凝固し、ナゲットと呼称される固相となる。
【０００３】
ここで、高抵抗ワーク１、２は電気抵抗が大きいので、通電の際に前記接触面近傍に発生するジュール熱が大きい。このため、図２４に示すように、溶融部６が比較的短時間に大きく成長し、その結果、溶融部６が飛散し易く（スパッタが発生し易く）なる。従って、高抵抗ワーク１、２同士をスポット溶接にて接合する場合、スパッタが発生することを回避するべく溶接電流を高精度に制御する必要があるが、このような制御は容易ではない。なお、この点は、厚みが小さいハイテン鋼の場合においても同様である。
【０００４】
また、３枚以上のワークを接合する場合、ワークの材質及び厚みは同一であるとは限らず、例えば、図２５に示すように、最外に位置するワーク（低抵抗ワーク７）の厚みが最小である場合もある。なお、この図２５における積層体８は、図２３及び図２４に示される高抵抗ワーク１、２上に、軟鋼からなり電気抵抗が小さい低抵抗ワーク７をさらに積層して形成されたものである。
【０００５】
この積層体８に対してスポット溶接を行うと、低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２の接触面近傍に発生するジュール熱よりも、高抵抗ワーク１、２同士の接触面近傍に発生するジュール熱の方が大きくなる。後者の接触面近傍の方が、接触抵抗が大きいからである。
【０００６】
従って、この積層体８は、先ず、高抵抗ワーク１、２同士の接触面に溶融部９が形成される。場合によっては、図２６に示すように、低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２の接触面に溶融部が形成される前に、溶融部９が大きく成長することがある。このような状態で低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２の接触面に溶融部を形成するべく通電を続行すると、高抵抗ワーク１、２同士の接触面からスパッタが発生する懸念がある。
【０００７】
しかしながら、通電を停止すると、低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２の接触面に十分な大きさの溶融部、ひいてはナゲットが形成されないので、低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２との接合強度を確保することが困難となる。
【０００８】
そこで、本出願人は、特許文献１において、このような積層体に対してスポット溶接を行う際、低抵抗ワークに当接する第１溶接チップの加圧力を、第２溶接チップに比して小さく設定することを提案している。この場合、高抵抗ワークに対する低抵抗ワークの接触圧力が小さくなり、その結果、低抵抗ワークと高抵抗ワークの接触面の接触抵抗が大きくなる。これにより、該接触面に十分なジュール熱が発生する。従って、低抵抗ワークと高抵抗ワークの間のナゲットを、高抵抗ワーク同士の間に形成されるナゲットと略同等の大きさに成長させることが可能となり、結局、接合強度が優れた積層体を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３８９４５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は特許文献１記載の技術に関連してなされたもので、積層体中のワーク同士の接触面近傍にナゲットを十分に成長させることが可能であり、しかも、スパッタが発生する懸念を払拭し得るスポット溶接方法及びその装置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】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明は、複数個のワークを積層することで形成した積層体に対してスポット溶接を行うスポット溶接方法であって、
前記積層体を第１溶接チップ及び第２溶接チップで挟持するとともに、前記積層体の最外に位置して前記第１溶接チップが当接した最外ワークに対して加圧部材を当接させ、前記加圧部材によって前記最外ワーク側から前記積層体を加圧する工程と、
前記加圧部材による加圧を維持して前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとの間に通電を行う工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
この場合、第１溶接チップと加圧部材との合計加圧力が第２溶接チップの加圧力と均衡するので、第１溶接チップの加圧力が、第２溶接チップに比して小さくなる。従って、第１溶接チップ側と、該第１溶接チップに略対向する第２溶接チップとの間では、加圧力は、第１溶接チップ側から第２溶接チップに向かうにつれて作用範囲が広がるように分布する。このため、第１溶接チップが当接した最外のワークと、それに隣接するワークとの接触面に作用する力が、残余のワーク同士の接触面に作用する力に比して小さくなる。
【００１３】
このような分布が生じる結果、最外のワークと、それに隣接するワークとの接触面積が、残余のワーク同士の接触面積に比して小さくなる。従って、最外のワークとそれに隣接するワークとの接触面の接触抵抗を大きくすることができ、これにより、ジュール熱に基づく発熱量を大きくすることができる。従って、該接触面に生成するナゲットを大きく成長させることが可能となり、結局、最外のワークとこれに隣接するワークとの接合強度を確保することができる。
【００１４】
しかも、加圧部材によって金属板が押圧されるので、最外のワークがこれに隣接するワークから離間することが抑制される。従って、軟化した溶融部が最外のワークとこれに隣接するワークとの離間箇所からスパッタとして飛散することを防止することができる。
【００１５】
なお、加圧部材を、第１溶接チップとは逆の極性である補助電極で構成し、前記通電を行う際、第１溶接チップから補助電極に向かう分岐電流、又は、補助電極から第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを生じさせるようにしてもよい。
【００１６】
この場合、第１溶接チップから補助電極に向かう電流、又はその逆方向に流れる電流が最外のワークの内部を流れるので、該電流によって、最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面が十分に加熱される。その結果、前記接触面に十分な大きさのナゲットが成長するので、接合強度に一層優れた接合部が得られる。
【００１７】
なお、第２溶接チップ側に、該第２溶接チップとは逆の極性である別の補助電極を設け、前記第１溶接チップから前記補助電極（第１溶接チップ側の補助電極）に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを消失させた後に、前記別の補助電極（第２溶接チップ側の補助電極）から第２溶接チップに向かう分岐電流、又は、第２溶接チップから前記別の補助電極に向かう分岐電流のいずれかを流すようにしてもよい。
【００１８】
この場合、第２溶接チップが当接する最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面に、ナゲットを十分に成長させることができるようになる。
【００１９】
また、本発明は、複数個のワークを積層することで形成した積層体に対してスポット溶接を行うためのスポット溶接装置であって、
前記積層体を挟持する第１溶接チップ及び第２溶接チップと、
前記層体の最外に位置する最外ワークにおける前記第１溶接チップが当接した部位とは別の部位に当接し、前記積層体を前記最外ワーク側から加圧するための加圧部材と、
前記加圧部材に加圧力を発生させるための加圧機構と、
を有することを特徴とする。
【００２０】
このような構成とすることにより、第１溶接チップ及び第２溶接チップによる積層体に対する加圧力を、第１溶接チップ側から第２溶接チップに向かって作用範囲が大きくなるように分布させることができる。その結果、第１溶接チップが当接する最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面の接触抵抗を大きくすることができ、該接触面を十分に加熱して適切な大きさのナゲットを成長させることができる。これにより、最外のワークと、これに隣接するワークとの接合強度を大きくすることができる。
【００２１】
なお、第１溶接チップ及び第２溶接チップが設けられた溶接ガンをロボットで支持する場合、前記加圧機構は、溶接ガンに設けることが好ましい。この場合、積層体からの反力を溶接ガンで吸収することができるので、反力がロボットにまで及ぶことが回避される。従って、ロボットとして剛性の大きいものを採用する必要は特にない。換言すれば、ロボットとして小型のものを採用することが可能となるので、設備投資を低廉化することが可能となる。
【００２２】
また、第１溶接チップとは逆の極性である補助電極で加圧部材を構成し、前記通電を行う際、第１溶接チップから補助電極に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを生じさせるようにしてもよい。上記したように、この場合、第１溶接チップから補助電極に向かう電流、又はその逆方向に流れる電流によって、金属板とこれに隣接するワークとの接触面が十分に加熱されるので、前記接触面に十分な大きさのナゲットを成長させ、接合強度に一層優れた接合部を得ることができるようになるからである。
【００２３】
さらに、第２溶接チップ側に、該第２溶接チップとは逆の極性である別の補助電極を設けるようにしてもよい。この場合、前記第１溶接チップから前記補助電極（第１溶接チップ側の補助電極）に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを消失させた後に、前記別の補助電極（第２溶接チップ側の補助電極）から第２溶接チップに向かう分岐電流、又は、第２溶接チップから前記別の補助電極に向かう分岐電流のいずれかを流すようにすればよい。
【００２４】
これにより、第２溶接チップが当接する最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面に、ナゲットを十分に成長させることができる。
【００２５】
本発明によれば、第１溶接チップと第２溶接チップで積層体を挟持することに加え、前記積層体の最外に配置されたワークを加圧部材で加圧し、この状態でスポット溶接を行うようにしている。このため、積層体に対する加圧力が、第１溶接チップから第２溶接チップに向かうにつれて作用範囲が大きくなるように分布する。
【００２６】
このように加圧力が分布する結果、前記最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面の接触面積が小さくなり、それに伴って該接触面の接触抵抗が大きくなる。従って、該接触面を十分に加熱し得るジュール熱が発生するようになるので、この接触面に十分な大きさのナゲットを成長させることができる。これにより、最外のワークと、これに隣接するワークとが十分な接合強度で接合する。 換言すれば、最外のワークと、これに隣接するワークとの間に十分な接合強度を確保することができる。
【００２７】
なお、加圧部材を補助電極として構成し、第１溶接チップ（ないし第２溶接チップ）から補助電極に向かう電流、又はその逆方向に向かう電流を流すようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、第１溶接チップと第２溶接チップで積層体を挟持することに加え、前記積層体の最外に配置されたワークを加圧部材で加圧し、この状態でスポット溶接を行うようにしている。このため、積層体に対する加圧力が、第１溶接チップから第２溶接チップに向かうにつれて作用範囲が大きくなるように分布する。
【００２９】
このように加圧力が分布する結果、前記最外のワークとこれに隣接するワークとの接触面における接触面積が小さくなり、それに伴って該接触面近傍の接触抵抗が大きくなる。従って、該接触面近傍を十分に加熱し得るジュール熱が発生するようになるので、この接触面近傍に十分な大きさのナゲットが成長する。これにより、最外のワークとこれに隣接するワークとを十分な接合強度で接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスポット溶接装置の要部拡大図である。
【図２】溶接対象である積層体を下チップ、上チップ及び加圧用ロッド（加圧部材）で挟持した状態を示す要部概略正面図である。
【図３】積層体の最上に位置するワークと、その直下のワークとの間に適切な面圧の分布が形成された状態の一例を示す正面模式図とグラフである。
【図４】前記積層体を下チップ及び上チップのみで挟持した状態を示す正面模式図である。
【図５】図２から通電を開始し、上チップから下チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図６】図２とは別の積層体を下チップ、上チップ及び加圧用ロッド（加圧部材）で挟持した状態を示す要部概略正面図である。
【図７】図２及び図６とは別の積層体を下チップ、上チップ及び加圧用ロッド（加圧部材）で挟持した状態を示す要部概略正面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るスポット溶接装置を構成する上チップ（第１電極チップ）、下チップ（第２電極チップ）及び補助電極で積層体を挟持した状態を示す要部概略正面図である。
【図９】図８から通電を開始し、上チップから下チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図１０】図９から通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図１１】補助電極のみを積層体から離間させる一方、上チップから下チップへの通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図１２】図１１に続いて上チップを積層体から離間させ、通電（スポット溶接）を終了した状態を示す縦断面模式図である。
【図１３】図８とは別の積層体を下チップ、上チップ及び補助電極で挟持し、通電を開始した状態を示す要部概略正面図である。
【図１４】補助電極と電源の負極との電気的接続を切断する一方、上チップから下チップへの通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図１５】通電（スポット溶接）を終了した状態を示す縦断面模式図である。
【図１６】図８及び図１３とは別の積層体を下チップ、上チップ及び補助電極で挟持し、通電を開始した状態を示す要部概略正面図である。
【図１７】通電（スポット溶接）を終了した状態を示す縦断面模式図である。
【図１８】図８及び図１３とは別の積層体を下チップ、上チップ、及び上チップ側の補助電極で挟持し、通電を開始した状態を示す要部概略正面図である。
【図１９】上チップ側の前記補助電極と電源の負極との電気的接続を切断する一方、上チップから下チップへの通電を続行しながら、下チップ側の補助電極をワークに当接させた状態を示す縦断面模式図である。
【図２０】下チップ側の前記補助電極と電源の負極との電気的接続を切断する一方、上チップから下チップへの通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図２１】図９とは逆に、下チップ及び補助電極から上チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図２２】積層体の最上に位置するワークと、その直下のワークとに、上チップから補助電極に向かう電流が流れる状態を示す縦断面模式図である。
【図２３】積層体を下チップ及び上チップのみで挟持する一般的なスポット溶接において、上チップから下チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図２４】図２３から溶融部が成長した状態を示す縦断面模式図である。
【図２５】図２３とは別の積層体を下チップ及び上チップのみで挟持するとともに、上チップから下チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図２６】図２５から溶融部が成長した状態を示す縦断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係るスポット溶接方法につき、これを実施するスポット溶接装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図１は、第１実施形態に係るスポット溶接装置１０の要部拡大図である。このスポット溶接装置１０は、アームを有するロボット（ともに図示せず）と、前記アームを構成する手首部１２に支持された溶接ガン１４とを有する。
【００３３】
この場合、溶接ガン１４は、ガン本体２４の下方に配設された略Ｃ字形状の固定アーム３０を具備する、いわゆるＣ型のものである。この固定アーム３０の下方先端には、ガン本体２４を臨むようにして、第２溶接チップとしての下チップ３２が設けられ、該下チップ３２は、ガン本体２４に向かって延在している。
【００３４】
ガン本体２４には、ボールねじ機構（図示せず）が収容されている。このボールねじ機構のボールねじは、ガン本体２４から突出し且つ前記下チップ３２に向かって延在する連結ロッド３４を図１における上下方向（矢印Ｙ２方向又は矢印Ｙ１方向）に変位させるためのものである。なお、前記ボールねじは、前記ボールねじ機構を構成する図示しないサーボモータの作用下に回転動作する。
【００３５】
連結ロッド３４の先端部には、ステー３６を介して、第１溶接チップとしての上チップ３８が前記下チップ３２に対向するようにして設けられる。さらに、ステー３６には、橋架部材４０を介して２個のシリンダ機構４２ａ、４２ｂが支持される。これらシリンダ機構４２ａ、４２ｂを構成するシリンダチューブ４４ａ、４４ｂからは、加圧部材としての加圧ロッド４６ａ、４６ｂが上チップ３８と平行に延在するようにして突出している。
【００３６】
溶接対象である積層体４８ａにつき若干説明すると、この場合、積層体４８ａは、３枚の金属板５０ａ、５２ａ、５４ａが下方からこの順序で積層されることによって構成される。この中の金属板５０ａ、５２ａの厚みはＤ１（例えば、約１ｍｍ〜約２ｍｍ）に設定され、金属板５４ａの厚みはＤ１に比して小寸法のＤ２（例えば、約０．５ｍｍ〜約０．７ｍｍ）に設定される。すなわち、金属板５０ａ、５２ａの厚みは同一であり、金属板５４ａはこれら金属板５０ａ、５２ａに比して薄肉である。すなわち、金属板５４ａの肉厚は、積層体４８ａを構成する３枚の金属板５０ａ、５２ａ、５４ａ中で最小である。
【００３７】
金属板５０ａ、５２ａは、例えば、いわゆるハイテン鋼であるＪＡＣ５９０、ＪＡＣ７８０又はＪＡＣ９８０（いずれも日本鉄鋼連盟規格に規定される高性能高張力鋼板）からなる高抵抗ワークであり、金属板５４ａは、例えば、いわゆる軟鋼であるＪＡＣ２７０（日本鉄鋼連盟規格に規定される高性能絞り加工用鋼板）からなる低抵抗ワークである。金属板５０ａ、５２ａは同一金属種であってもよいし、異種金属種であってもよい。
【００３８】
前記下チップ３２及び前記上チップ３８は、これら下チップ３２及び上チップ３８の間に溶接対象である積層体４８ａを挟持し、且つ該積層体４８ａに対して通電を行うものである。なお、下チップ３２は電源５６の負極に電気的に接続されており、一方、上チップ３８は前記電源５６の正極に電気的に接続されている。このため、第１実施形態では、上チップ３８から下チップ３２に向かって電流が流れる。
【００３９】
後述するように、上チップ３８と加圧ロッド４６ａ、４６ｂの離間距離Ｚ１、Ｚ２は、金属板５４ａと、その直下の金属板５２ａとの間に適切な面圧の分布が得られるように設定される。
【００４０】
以上の構成において、前記ボールねじ機構を構成する前記サーボモータ、シリンダ機構４２ａ、４２ｂ及び電源５６は、制御手段としてのガンコントローラ５８に電気的に接続されている。すなわち、これらサーボモータ、シリンダ機構４２ａ、４２ｂ及び電源５６の動作ないし付勢・滅勢は、ガンコントローラ５８によって制御される。
【００４１】
第１実施形態に係るスポット溶接装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、第１実施形態に係るスポット溶接方法との関係で説明する。
【００４２】
積層体４８ａに対してスポット溶接を行う際、換言すれば、金属板５０ａ、５２ａ同士を接合するとともに金属板５２ａ、５４ａ同士を接合する際には、先ず、前記ロボットが、下チップ３２と上チップ３８の間に積層体４８ａが配置されるように前記手首部１２、すなわち、溶接ガン１４を移動させる。
【００４３】
ガン本体２４が所定の位置まで降下した後、ガンコントローラ５８の作用下に前記ボールねじ機構を構成する前記サーボモータが付勢され、これに伴って前記ボールねじが回転動作を開始する。これにより、上チップ３８及び加圧ロッド４６ａ、４６ｂが積層体４８ａに対してさらに接近するように、矢印Ｙ１方向に向かって降下する。その結果、下チップ３２と上チップ３８の間に積層体４８ａが挟持される。
【００４４】
その一方で、ガンコントローラ５８がシリンダ機構４２ａ、４２ｂを付勢する。これにより加圧ロッド４６ａ、４６ｂが矢印Ｙ１方向に向かってさらに突出し、該加圧ロッド４６ａ、４６ｂが、下チップ３２と上チップ３８によって積層体４８ａが挟持されるのと同時、又はその前後に金属板５４ａに当接する。図２には、このときの模式的な縦断面図が示されている。
【００４５】
ここで、上チップ３８と加圧ロッド４６ａ、４６ｂの離間距離Ｚ１、Ｚ２は、図３に示すように、金属板５４ａと金属板５２ａとの間の接触面に、上チップ３８で押圧される箇所で面圧が最大となり、且つ加圧ロッド４６ａ、４６ｂで押圧される箇所で、次に大きい面圧が得られるように設定される。なお、好適にはＺ１＝Ｚ２である。
【００４６】
換言すれば、前記接触面には、上チップ３８の加圧による面圧、及び加圧ロッド４６ａ、４６ｂの加圧による面圧に比して面圧が小さくなる箇所が形成される。これにより、図２に示すような加圧力の分布が形成される。以下、この分布につき詳述する。
【００４７】
ガンコントローラ５８は、金属板５４ａに対する上チップ３８及び加圧ロッド４６ａ、４６ｂの合計加圧力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）が、金属板５０ａに対する下チップ３２の加圧力（Ｆ４）と均衡するように、前記ボールねじ機構のボールねじを回転動作させるサーボモータの回転付勢力、及びシリンダ機構４２ａ、４２ｂの推進力を制御する。この制御により、積層体４８ａに対する矢印Ｙ１方向に沿って作用する加圧力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）と、矢印Ｙ２方向に沿って作用する加圧力（Ｆ４）とが略同等となる。なお、Ｆ２＝Ｆ３であることが好適である。
【００４８】
すなわち、このとき、Ｆ１＜Ｆ４が成り立つ。従って、積層体４８ａが下チップ３２と上チップ３８から受ける力は、図２に模式的に示すように、上チップ３８から下チップ３２に向かうにつれて作用範囲が広くなる（大きくなる）ように分布する。このため、金属板５２ａ、５４ａの接触面に作用する力は、金属板５０ａ、５２ａの接触面に作用する力に比して小さくなる。なお、離間距離Ｚ１、Ｚ２が過度に小さいために上チップ３８の加圧による面圧、及び加圧ロッド４６ａ、４６ｂの加圧による面圧に比して面圧が小さくなる箇所が形成されない場合、このような分布が形成され難くなる。
【００４９】
図４は、加圧ロッド４６ａ、４６ｂを用いずにＦ１＝Ｆ４とした場合における積層体４８ａが下チップ３２と上チップ３８から受ける力の分布を模式的に示したものである。図４から諒解されるように、この場合、力は、上チップ３８から下チップ３２にわたって均等である。換言すれば、金属板５２ａ、５４ａの接触面に作用する力と、金属板５０ａ、５２ａの接触面に作用する力とが等しくなる。
【００５０】
図２及び図４には、金属板５２ａ、５４ａの接触面に作用する力の範囲を太実線で示している。図２及び図４を対比して諒解される通り、力が作用する範囲は、Ｆ１＜Ｆ４であるときの方がＦ１＝Ｆ４であるときに比して狭い。このことは、Ｆ１＜Ｆ４であるときには、Ｆ１＝Ｆ４であるときに比して金属板５４ａが金属板５２ａに対して押圧される範囲が狭いこと、換言すれば、接触面積が小さいことを意味する。
【００５１】
ここで、このように上チップ３８から下チップ３２に至るまでの加圧力を分布させ、金属板５２ａに対する金属板５４ａの接触面積を小さくしたことに伴い、積層体４８ａから上チップ３８に向かう反力が生じる。第１実施形態では、この反力を加圧ロッド４６ａ、４６ｂで受けている。
【００５２】
上記したように、加圧ロッド４６ａ、４６ｂを含むシリンダ機構４２ａ、４２ｂは、ガン本体２４に収容されるボールねじ機構に連結された連結ロッド３４に対し、橋架部材４０を介して支持されている。このため、加圧ロッド４６ａ、４６ｂで受けた前記反力は、結局、ガン本体２４（溶接ガン１４）に吸収される。
【００５３】
従って、この場合、積層体４８ａからの反力がロボットに作用することが回避される。このため、ロボットとして剛性が大きいものを採用する必要がない。換言すれば、ロボットとして小型のものを採用することができ、その結果、設備投資を低廉化することができる。
【００５４】
次に、ガンコントローラ５８は、電源５６に通電開始の制御信号を発する。これにより、図２（及び図４）に示すように、上チップ３８から下チップ３２に向かう方向に電流ｉが流れ始める。上記したように、上チップ３８、下チップ３２の各々が電源５６の正極、負極に接続されているからである。そして、電流ｉに基づくジュール熱により、金属板５０ａ、５２ａの間、及び金属板５２ａ、５４ａの間がそれぞれ加熱される。
【００５５】
ここで、上記したように、図２に示される金属板５４ａと金属板５２ａとの接触面積は、図４に示される金属板５４ａと金属板５２ａとの接触面積に比して小さい。このため、金属板５２ａ、５４ａの接触面における接触抵抗及び電流密度は、図２に示される場合の方が図４に示される場合に比して、換言すれば、Ｆ１＜Ｆ４であるときの方がＦ１＝Ｆ４であるときに比して大きくなる。すなわち、Ｆ１＜Ｆ４であるときには、Ｆ１＝Ｆ４であるときに比してジュール熱の発生量、換言すれば、発熱量が大きくなる。従って、Ｆ１＜Ｆ４であるときには、図５に示すように、金属板５０ａ、５２ａの接触面に生成する加熱領域６０と、金属板５２ａ、５４ａの接触面に生成する加熱領域６２とが略同等の大きさに成長する。
【００５６】
金属板５０ａ、５２ａの接触面、金属板５２ａ、５４ａの接触面は、これら加熱領域６０、６２によって加熱され、十分に温度上昇して溶融し始める。これにより形成された溶融部が冷却固化する結果、金属板５０ａ、５２ａの間、金属板５２ａ、５４ａの間にナゲット６４、６６がそれぞれ形成される。なお、図５においては、理解を容易にするためにナゲット６４、６６として示しているが、通電中は、液相である溶融部として存在する。以降の図面も同様である。
【００５７】
上記したように、金属板５０ａ、５２ａの接触面における加熱領域６０と、金属板５２ａ、５４ａの接触面における加熱領域６２とは互いに略同等の大きさである。従って、ナゲット６４、６６もまた、互いに略同等の大きさとなる。
【００５８】
溶融部が形成される間、金属板５４ａは、加圧ロッド４６ａ、４６ｂで金属板５２ａ側に押圧されている。この押圧により、低剛性の金属板５４ａが通電（加熱）に伴って反ること、すなわち、金属板５２ａから離間することが抑制される。このため、軟化した溶融部が金属板５４ａと金属板５２ａとの離間箇所からスパッタとして飛散することを防止することができる。
【００５９】
所定時間が経過して前記溶融部が十分成長した後、通電を停止するとともに、上チップ３８を金属板５４ａから離間させる。又は、上チップ３８を金属板５４ａから離間させることで上チップ３８と下チップ３２を電気的に絶縁するようにしてもよい。
【００６０】
なお、スポット溶接の開始から終了するに至るまでの上記した動作は全て、ガンコントローラ５８の制御作用下に営まれる。
【００６１】
このようにして通電が停止されることに伴い、金属板５０ａ、５２ａ、５４ａの発熱も終了する。時間の経過とともに前記溶融部がそれぞれ冷却固化してナゲット６４、６６となり、これらナゲット６４、６６を介して金属板５０ａ、５２ａ同士、金属板５２ａ、５４ａ同士が互いに接合された接合品が得られるに至る。
【００６２】
この接合品においては、金属板５０ａ、５２ａ同士の接合強度と同様に、金属板５２ａ、５４ａ同士の接合強度も優れる。上記したように金属板５２ａ、５４ａの接触面に十分なジュール熱が発生したことに伴って、金属板５２ａ、５４ａの間のナゲット６６が十分に成長しているからである。
【００６３】
以上のように、第１実施形態によれば、スパッタが生成することを回避しつつ、金属板５２ａ、５４ａの間に、金属板５０ａ、５２ａの間のナゲット６４と略同程度の大きさのナゲット６６を成長させることができ、これにより、金属板５２ａ、５４ａ同士の接合強度が優れた成形品を得ることができる。
【００６４】
第１実施形態では、加圧ロッド４６ａ、４６ｂによる加圧力Ｆ２、Ｆ３を大きくするほど金属板５２ａ、５４ａ間のナゲット６６を大きくすることができるが、加圧力Ｆ２、Ｆ３がある程度大きくなると、ナゲット６６の大きさが飽和する傾向がある。換言すれば、加圧力Ｆ２、Ｆ３を過度に大きくしても、ナゲット６６を一定の大きさ以上に成長させることは困難である。また、加圧力Ｆ２、Ｆ３を過度に大きくすると、加圧力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の総和で加圧力Ｆ４と均衡させる関係上、加圧力Ｆ１を過度に小さくする必要がある。このため、金属板５０ａ、５２ａ間のナゲット６４が小さくなる。
【００６５】
従って、上チップ３８による加圧力Ｆ１と、加圧ロッド４６ａ、４６ｂによる加圧力Ｆ２、Ｆ３との差は、ナゲット６４、６６を可及的に大きくし得るように設定することが好ましい。
【００６６】
なお、図１に示すスポット溶接装置１０では、シリンダ機構４２ａ、４２ｂを連結ロッド３４で支持するようにしているが、シリンダ機構４２ａ、４２ｂは、ガン本体２４で支持するようにしてもよいし、固定アーム３０で支持するようにしてもよい。
【００６７】
また、いずれの場合においても、シリンダ機構４２ａ、４２ｂに代替し、スプリングコイル、サーボモータ等の各種の圧力付加手段を採用することができる。
【００６８】
さらに、加圧部材は、上チップ３８を囲繞するような円環形状のものであってもよい。
【００６９】
さらに、金属板５０ａ、５２ａ、５４ａの素材の組み合わせは、上記した鋼材に特に限定されるものではなく、スポット溶接が可能なものであればよい。例えば、金属板５０ａ、５２ａ、５４ａの全てが軟鋼である組み合わせであってもよいし、金属板５０ａのみがハイテン鋼で且つ金属板５２ａ、５４ａが軟鋼である組み合わせであってもよい。
【００７０】
また、溶接対象は、最上に位置する金属板５４ａの厚みが金属板５０ａ、５２ａに比して小さい積層体４８ａに限定されるものではなく、図６に示すように、厚みが最小である金属板５２ｂを、金属板５０ｂ、５４ｂで挟むようにして形成された積層体４８ｂであってもよい。この場合の素材の組み合わせ例としては、金属板５０ｂがハイテン鋼、金属板５２ｂ、５４ｂが軟鋼である組み合わせが挙げられるが、特にこれに限定されるものではないことは勿論である。
【００７１】
勿論、中央に位置する金属板の厚みが最大である積層体であってもよいし、最下に位置する金属板の厚みが他の２枚の金属板に比して小さい積層体であってもよい。
【００７２】
そして、金属板の個数は、上記した３枚に特に限定されるものではない。例えば、図７に示すように、ハイテン鋼からなる金属板５０ｃに対してハイテン鋼からなる金属板５２ｃが積層された積層体４８ｃであってもよい。
【００７３】
加圧部材は、補助電極であってもよい。以下、この場合を第２実施形態として説明する。なお、図１〜図７に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７４】
図８は、第２実施形態に係るスポット溶接装置の要部拡大一部横断面斜視図である。このスポット溶接装置を構成する図示しない溶接ガンは、上記第１実施形態に係るスポット溶接装置を構成する溶接ガンと同様に、図示しないロボットの手首部１２（図１参照）に設けられ、第２溶接チップとしての下チップ３２と、第１溶接チップとしての上チップ３８とを具備し、さらに、加圧ロッド４６ａ、４６ｂと同様にロッド状に形成された補助電極６８ａ、６８ｂを有する。なお、第２実施形態においても上チップ３８から下チップ３２に向かって電流が流れるものとする。
【００７５】
この場合、上チップ３８を支持するガン本体２４には、前記補助電極６８ａ、６８ｂを積層体４８ａに対して接近又は離間させるための変位機構、例えば、ボールねじ機構又はシリンダ機構等が設けられる。この変位機構により、補助電極６８ａ、６８ｂは、上チップ３８とは別個に積層体４８ａに対して接近又は離間することが可能である。なお、第２実施形態においても、変位機構は好ましくは溶接ガン側に設けられる。
【００７６】
第２実施形態では、電源５６の正極に対して上チップ３８が電気的に接続されるとともに、下チップ３２及び補助電極６８ａ、６８ｂが前記電源５６の負極に対して電気的に接続される。このことから諒解される通り、上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂはともに、積層体４８ａ中の最上に位置する金属板５４ａに当接するものの、その極性は互いに逆である。なお、以降の図面においては、上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂとが電気的に接続されて分岐電流ｉ２が発生しているときには補助電極６８ａ、６８ｂの極性を図中に示し、逆に、分岐電流ｉ２が発生していないときには補助電極６８ａ、６８ｂの極性を示さないものとする。
【００７７】
上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂとの離間距離Ｚ３、Ｚ４は、第１実施形態と同様に加圧力が分布するように、上チップ３８による面圧、及び補助電極６８ａ、６８ｂによる面圧に比して面圧が小さくなる箇所が形成されるように設定される（図３参照）。このため、上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂはある程度離間されるが、上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂとの離間距離Ｚ３、Ｚ４が過度に大きい場合、上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂとの間の抵抗が大きくなり、後述する分岐電流ｉ２（図１０参照）が流れることが困難となる。
【００７８】
従って、離間距離Ｚ３、Ｚ４は、金属板５４ａと金属板５２ａとの間に上記のような適切な面圧の分布が得られ、且つ上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂとの間の抵抗が、分岐電流ｉ２が適切な電流値で流れることが可能となる距離に設定される。
【００７９】
以上の構成において、図示しない変位機構及び電源５６はガンコントローラ５８に電気的に接続される。
【００８０】
第２実施形態に係るスポット溶接装置の要部は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、第２実施形態に係るスポット溶接方法との関係で説明する。
【００８１】
積層体４８ａに対してスポット溶接を行う際には、第１実施形態と同様に、前記ロボットが、上チップ３８と下チップ３２の間に積層体４８ａが配置されるように前記溶接ガンを移動させる。その後、上チップ３８と下チップ３２が相対的に接近し、その結果、互いの間に積層体４８ａが挟持される。
【００８２】
この挟持と同時、又はその前後に補助電極６８ａ、６８ｂを金属板５４ａに当接させ、図８に模式的な縦断面図として示す状態とする。勿論、補助電極６８ａ、６８ｂを金属板５４ａに当接させるための変位は、該補助電極６８ａ、６８ｂを変位させる前記変位機構の作用下に行われる。
【００８３】
この場合においても、ガンコントローラ５８は、補助電極６８ａ、６８ｂの金属板５４ａに対する加圧力Ｆ２、Ｆ３を、該加圧力Ｆ２、Ｆ３と上チップ３８による加圧力Ｆ１との合計（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）が下チップ３２による加圧力Ｆ４と均衡するように設定する。
【００８４】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、上チップ３８による加圧力Ｆ１と、補助電極６８ａ、６８ｂによる加圧力Ｆ２、Ｆ３との差を、金属板５０ａ、５２ａの間に形成されるナゲットと、金属板５２ａ、５４ａとの間に形成されるナゲットとを可及的に大きくし得るように設定することが好ましい。
【００８５】
次に、通電を開始する。第２実施形態では、上チップ３８、下チップ３２の各々が電源５６の正極、負極に接続されているため、図９に示すように、上チップ３８から下チップ３２に向かう電流ｉ１が流れる。この電流ｉ１に基づくジュール熱により、金属板５０ａ、５２ａの間、及び金属板５２ａ、５４ａの間がそれぞれ加熱され、加熱領域７０、７２が形成される。
【００８６】
ここで、金属板５４ａには補助電極６８ａ、６８ｂも当接しており、この補助電極６８ａ、６８ｂの極性は負である。従って、上チップ３８からは、上記した電流ｉ１と同時に、補助電極６８ａ、６８ｂに向かう分岐電流ｉ２が出発する。
【００８７】
このように、第２実施形態においては、金属板５０ａ、５２ａには流れず金属板５４ａにのみ流れる分岐電流ｉ２が発生する。この結果、上チップ３８及び下チップ３２のみを使用する一般的なスポット溶接に比して金属板５４ａの内部を通過する電流値が大きくなる。
【００８８】
従って、この場合、金属板５４ａの内部に、前記加熱領域７２とは別の加熱領域７４が形成される。加熱領域７４は、時間の経過とともに拡大し、図１０に示すように、加熱領域７２と一体化する。
【００８９】
金属板５２ａ、５４ａの接触面には、このようにして一体化した加熱領域７２、７４の双方から熱が伝達される。しかも、この場合、第１実施形態と同様に、金属板５２ａ、５４ａの接触面の接触抵抗が金属板５０ａ、５２ａの接触面に比して大きくなる。このため、該接触面が十分に温度上昇して溶融し始め、その結果、金属板５２ａ、５４ａの間にナゲット７６が形成される。
【００９０】
ここで、分岐電流ｉ２の割合を大きくするほど加熱領域７４を大きくすることが可能であるが、分岐電流ｉ２の割合を過度に大きくした場合、電流ｉ１の電流値が小さくなるので、加熱領域７０、７２が小さくなる。このため、ナゲット７６の大きさが飽和する一方、ナゲット７８が小さくなる傾向がある。従って、分岐電流ｉ２の割合は、ナゲット７８が十分に成長する程度の電流ｉ１が流れるように設定することが好ましい。
【００９１】
なお、電流ｉ１と分岐電流ｉ２の割合は、例えば、上記したように上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂとの離間距離Ｚ３、Ｚ４（図８参照）を変更することで調節することが可能である。電流ｉ１と分岐電流ｉ２の好適な割合は、例えば、７０：３０である。
【００９２】
溶融部、ひいてはナゲット７６は、通電が継続される限り、時間の経過とともに成長する。従って、通電を所定の時間継続することにより、ナゲット７６を十分に成長させることができる。
【００９３】
この場合、金属板５０ａ、５２ａに流れる電流ｉ１の電流値は、一般的なスポット溶接に比して小さい。このため、金属板５２ａ、５４ａの間の溶融部（ナゲット７６）が大きく成長している間に金属板５０ａ、５２ａの発熱量が過度に大きくなることが回避される。従って、スパッタが発生する懸念が払拭される。
【００９４】
この間、電流ｉ１によって金属板５０ａ、５２ａの間にもナゲット７８となる溶融部が形成される。分岐電流ｉ２が継続して流れるようにすると、分岐電流ｉ２を停止した場合に比して電流ｉ１の全通電量が少なくなるので、加熱領域７０、ひいてはナゲット７８が若干小さくなる傾向がある。
【００９５】
従って、ナゲット７８をさらに成長させる場合には、図１１に示すように、補助電極６８ａ、６８ｂのみを金属板５４ａから離間させて上チップ３８から下チップ３２への通電を続行することが好ましい。補助電極６８ａ、６８ｂが金属板５４ａから離間することに伴って電流ｉ１の電流値が大きくなるので、通電終了までの電流ｉ１の全通電量が多くなるからである。
【００９６】
この場合、分岐電流ｉ２が消失するため、金属板５４ａには、上チップ３８から下チップ３２へ向かう電流ｉ１のみが流れるようになる。その結果、加熱領域７４（図１０参照）が消失する。
【００９７】
その一方で、金属板５０ａ、５２ａにおいては、通常のスポット溶接時と同様の状態が形成される。すなわち、厚みが大きい金属板５０ａ、５２ａではジュール熱による発熱量が増加し、その結果、加熱領域７０が広がるとともにその温度が一層上昇する。金属板５０ａ、５２ａの接触面は、この温度上昇した加熱領域７０に加熱され、これにより、該接触面近傍の温度が十分に上昇して溶融し、溶融部（ナゲット７８）の成長が促進される。
【００９８】
以降は、溶融部（ナゲット７８）が十分に成長するまで、例えば、図１２に示すように、ナゲット７６となる溶融部と一体化するまで通電を継続すればよい。通電継続時間に対するナゲット７８の成長の度合いも、テストピース等を用いたスポット溶接試験で予め確認しておけばよい。
【００９９】
ここで、金属板５０ａ、５２ａの接触面は、金属板５２ａ、５４ａ同士の間にナゲット７６を成長させる際に電流ｉ１が通過することに伴って形成された加熱領域７０によって予め加熱されている。このため、金属板５０ａ、５２ａ同士は、ナゲット７８となる溶融部が成長する前になじみが向上している。従って、スパッタが発生し難い。
【０１００】
以上のように、第２実施形態によれば、金属板５２ａ、５４ａの間のナゲット７６を成長させる際、金属板５０ａ、５２ａの間のナゲット７８を成長させる際の双方でスパッタが発生することを回避することができる。
【０１０１】
所定時間が経過してナゲット７８となる溶融部が十分成長した後、通電を停止するとともに、図１２に示すように、上チップ３８を金属板５４ａから離間させる。又は、上チップ３８を金属板５４ａから離間させることで上チップ３８と下チップ３２を電気的に絶縁するようにしてもよい。
【０１０２】
なお、スポット溶接の開始から終了するに至るまでの上記した動作は全て、ガンコントローラ５８の制御作用下に営まれる。
【０１０３】
このようにして通電が停止されることに伴い、金属板５０ａ、５２ａの発熱も終了する。時間の経過とともに溶融部が冷却固化し、これにより、ナゲット７８を介して金属板５０ａ、５２ａが互いに接合される。
【０１０４】
以上のようにして、積層体４８ａを構成する金属板５０ａ、５２ａ同士、金属板５２ａ、５４ａ同士が接合され、製品としての接合品が得られるに至る。
【０１０５】
この接合品においては、金属板５０ａ、５２ａ同士の接合強度と同様に、金属板５２ａ、５４ａ同士の接合強度も優れる。上記したように金属板５４ａに分岐電流ｉ２が流されたことに伴って、金属板５２ａ、５４ａの間のナゲット７６が十分に成長しているからである。
【０１０６】
しかも、上記から諒解される通り、第２実施形態に係るスポット溶接装置を構成するに際しては、補助電極６８ａ、６８ｂと、該補助電極６８ａ、６８ｂを変位させるための変位機構とを設ければよい。従って、補助電極６８ａ、６８ｂを設けることに伴ってスポット溶接装置の構成が複雑化することもない。
【０１０７】
第２実施形態においても、溶接対象は積層体４８ａに特に限定されるものではなく、金属板の個数、素材、厚みが種々相違する様々な積層体を溶接することが可能である。以下、この点につき具体例を挙げて説明する。
【０１０８】
図１３に示す積層体４８ｂは、上記したように、厚みが最小である金属板５２ｂを、金属板５０ｂ、５４ｂで挟むようにして形成される。例えば、金属板５０ｂは、ハイテン鋼からなる高抵抗ワークであり、金属板５２ｂ、５４ｂは、軟鋼からなる低抵抗ワークである。
【０１０９】
上チップ３８と下チップ３２のみで積層体４８ｂに対してスポット溶接を行う場合、金属板５０ｂ、５２ｂの接触面が優先的に溶融する。金属板５０ｂが高抵抗ワークであるために、金属板５０ｂ、５２ｂの接触抵抗が金属板５２ｂ、５４ｂの接触抵抗よりも大きいからである。従って、金属板５２ｂ、５４ｂの接触面にナゲットを十分に成長させるべく上チップ３８から下チップ３２への通電を継続すると、金属板５０ｂ、５２ｂの接触面からスパッタが発生する懸念がある。
【０１１０】
これに対し、補助電極６８ａ、６８ｂを用いる第２実施形態によれば、図１３に示すように、金属板５０ｂ、５２ｂの接触面、及び金属板５２ｂ、５４ｂの接触面の双方に加熱領域８０、８２が形成される。上記の積層体４８ａにおける場合と同様に、分岐電流ｉ２が金属板５４ｂ内を流れることにより、金属板５２ｂ、５４ｂの接触面が十分に加熱されるからである。
【０１１１】
これにより、図１４に示すナゲット８３、８４が形成される。分岐電流ｉ２を消失させた後に電流ｉ１を継続して流すことにより、例えば、図１５に示すように、金属板５０ｂ、５２ｂの接触面、及び金属板５２ｂ、５４ｂの接触面の双方に跨るようにして十分に成長したナゲット８５を形成することができる。
【０１１２】
積層体４８ａ、４８ｂに対するスポット溶接に関する以上の説明から諒解されるように、補助電極６８ａ、６８ｂを用いることにより、加熱領域、ひいてはナゲットを、該補助電極６８ａ、６８ｂを当接させた側に近接するように移動させることができる。
【０１１３】
なお、金属板５０ｂがハイテン鋼、金属板５２ｂ、５４ｂが軟鋼である組み合わせに特に限定されるものではないことは勿論である。
【０１１４】
次に、図１６に、ハイテン鋼からなる金属板５０ｃに対してハイテン鋼からなる金属板５２ｃが積層された積層体４８ｃに対し、補助電極６８ａ、６８ｂを用いてスポット溶接を行う場合を示す。補助電極６８ａ、６８ｂを用いない場合、図２３及び図２４に示すように、金属板５０ｃ、５２ｃ（高抵抗ワーク１、２）の接触面において、溶融部６が比較的短時間で大きく成長する。このため、スパッタが発生し易くなる。
【０１１５】
これに対し、補助電極６８ａ、６８ｂを用いる第２実施形態によれば、図１６に示すように、金属板５０ｃ、５２ｃの接触面に加熱領域８６が形成されるとともに、金属板５０ｃ、５２ｃの接触面よりも上方、換言すれば、金属板５２ｃにおける補助電極６８ａ、６８ｂに近接する側に加熱領域８７が形成される。分岐電流ｉ２が金属板５２ｃ内を流れることにより、該金属板５２ｃ内が十分に加熱されるからである。すなわち、この場合においても、加熱領域、ひいてはナゲット（図１７参照）を、該補助電極６８ａ、６８ｂを当接させた側に近接するように移動させることができる。
【０１１６】
そして、その結果、金属板５０ｃ、５２ｃの接触面が軟化してシール性が向上する。従って、図１７に示すように十分に成長したナゲット８８を形成するべく電流ｉ１を継続して流しても、スパッタが発生し難くなる。
【０１１７】
次に、図１８に示す積層体４８ｄに対してスポット溶接を行う場合につき説明する。なお、積層体４８ｄは、軟鋼からなり低抵抗な金属板５０ｄ、ハイテン鋼からなり高抵抗な金属板５２ｄ、５４ｄ、軟鋼からなり低抵抗な金属板９０ｄを下方からこの順序で積層して構成される。また、金属板５０ｄ、９０ｄの厚みは、金属板５２ｄ、５４ｄに比して小さく設定されている。
【０１１８】
この場合、上チップ３８側に補助電極６８ａ、６８ｂを設けるとともに、下チップ３２側に補助電極６８ｃ、６８ｄを設ける。これら補助電極６８ｃ、６８ｄは、電源５６の正極に対して電気的に接続されており、従って、その極性は下チップ３２と逆である。なお、補助電極６８ｃ、６８ｄを変位させるための変位機構（ボールねじ機構又はシリンダ機構等）は、例えば、固定アーム３０（図１参照）等に設ければよい。
【０１１９】
そして、先ず、図１８に示すように、上チップ３８と下チップ３２で積層体４８ｄを挟持すると同時に、又はその前後に補助電極６８ａ、６８ｂのみを金属板９０ｄに当接させる。その後、通電を開始し、上チップ３８から下チップ３２に向かう電流ｉ１と、上チップ３８から補助電極６８ａ、６８ｂに向かう分岐電流ｉ２とを流す。これにより、上記と同様に、金属板５２ｄ、５４ｄの接触面と、金属板５４ｄ、９０ｄの接触面とにナゲット９２、９４がそれぞれ形成される。
【０１２０】
次に、図１９に示すように、補助電極６８ａ、６８ｂと電源５６の負極との電気的接続を切断することで分岐電流ｉ２を消失させると同時に、又はその前後に補助電極６８ｃ、６８ｄを金属板５０ｄに当接させる。これにより、最下の金属板５０ｄの内部に、補助電極６８ｃ、６８ｄから下チップ３２に向かう分岐電流ｉ３が流れる。
【０１２１】
分岐電流ｉ２の消失に伴って、ナゲット９４の成長が停止する。その一方で、上チップ３８から下チップ３２に向かう電流ｉ１が継続して流れているので、金属板５２ｄ、５４ｄの接触面におけるナゲット９２が成長するとともに、分岐電流ｉ３によって金属板５０ｄ、５２ｄの接触面にナゲット９６が新たに形成される。
【０１２２】
次に、図２０に示すように、補助電極６８ｃ、６８ｄを金属板５０ｄから離間させて分岐電流ｉ３を消失させ、これによりナゲット９６の成長を停止させる。この後も電流ｉ１を継続して流すことにより、金属板５２ｄ、５４ｄの接触面におけるナゲット９２のみを成長させて、例えば、ナゲット９４、９６と一体化することもできる。
【０１２３】
なお、上記した第２実施形態においては、上チップ３８に先んじて補助電極６８ａ、６８ｂを金属板５４ａから離間させるようにしているが、補助電極６８ａ、６８ｂと上チップ３８を金属板５４ａから同時に離間させるようにしてもよい。
【０１２４】
また、図２１に示すように、金属板５０ａに当接した下チップ３２から、金属板５４ａに当接した上チップ３８に向かう電流を流すようにしてもよい。この場合にも、金属板５４ａに当接した補助電極６８ａ、６８ｂの極性を上チップ３８と逆にする。すなわち、下チップ３２及び補助電極６８ａ、６８ｂを電源５６の正極に電気的に接続する一方、上チップ３８を電源５６の負極に電気的に接続する。これにより、下チップ３２から上チップ３８に向かう電流ｉ１と、補助電極６８ａ、６８ｂから上チップ３８に向かう分岐電流ｉ２とが発生する。
【０１２５】
さらに、図２２に示すように、分岐電流ｉ２を、上チップ３８が接触した金属板５４ａのみならず、該金属板５４ａの直下に位置する金属板５２ａにも流れるようにしてもよい。
【０１２６】
そして、補助電極６８ａ、６８ｂを金属板５４ａから離間することに代替し、補助電極６８ａ、６８ｂと電源５６との間にスイッチを設け、このスイッチを切断（オフ）状態とすることによって、上チップ３８から補助電極６８ａ、６８ｂに向かう分岐電流のみ、又はその逆方向に流れる分岐電流のみを停止するようにしてもよい。この場合において、加熱領域７４を形成するためには、前記スイッチを接続（オン）状態とすることはいうまでもない。
【０１２７】
この場合、補助電極６８ａ、６８ｂを上チップ３８とは別個に変位させるための変位機構を設ける必要は特にない。このため、装置構成及び動作制御が一層簡素になるという利点が得られる。
【０１２８】
いずれの場合においても、補助電極は、上記した２本の長尺棒状の補助電極６８ａ、６８ｂに特に限定されるものではない。例えば、１本又は３本以上の長尺棒状体であってもよい。３本以上を用いる場合は、上記の２本の場合と同様に、複数本の補助電極６８ａ、６８ｂを最外の金属板に対して同時に当接又は離間させるようにしてもよい。また、補助電極は、下チップ３２又は上チップ３８を囲繞する円環形状体のものであってもよい。
【０１２９】
加えて、第２実施形態に係るスポット溶接装置の構成において、補助電極６８ａ、６８ｂと電源５６とを電気的に絶縁すれば、第１実施形態に係るスポット溶接方法を実施することができる。すなわち、第２実施形態に係るスポット溶接装置の構成によれば、補助電極６８ａ、６８ｂに対して電流を流す・流さないを選択することにより、第２実施形態に係るスポット溶接方法、又は第１実施形態に係るスポット溶接方法のいずれを実施するかを選択することができる。
【０１３０】
さらに、上記した第１実施形態及び第２実施形態では、Ｃ型の溶接ガンを例示して説明したが、溶接ガンはいわゆるＸ型のものであってもよい。この場合、下チップ３２及び上チップ３８を、開閉自在な１組のチャック爪の各々に設け、該１組のチャック爪を開動作又は閉動作することによって、下チップ３２と上チップ３８とを互いに離間又は接近させればよい。
【０１３１】
また、５枚以上の金属板で積層体を構成するようにしてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【０１３２】
３、８、４８ａ〜４８ｄ…積層体 ６、９…溶融部
１０…スポット溶接装置 １４…溶接ガン
２４…ガン本体 ３０…固定アーム
３２…下チップ ３４…連結ロッド
３８…上チップ ４２ａ、４２ｂ…シリンダ機構
４６ａ、４６ｂ…加圧ロッド
５０ａ〜５０ｄ、５２ａ〜５２ｄ、５４ａ〜５４ｄ、９０ｄ…金属板
５６…電源 ５８…ガンコントローラ
６０、６２、７０、７２、７４、８０、８２、８６、８７…加熱領域
６４、６６、７６、７８、８３〜８５、８８、９２、９４、９６…ナゲット
６８ａ〜６８ｄ…補助電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個のワークを積層して形成される積層体に対してスポット溶接を行うスポット溶接方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２３は、いわゆるハイテン鋼からなり且つ厚みが大きく、このために電気抵抗が大きな高抵抗ワーク１、２同士をスポット溶接にて接合する場合を模式的に示した要部正面図である。この場合、２枚の高抵抗ワーク１、２が積層されることによって積層体３が形成された後、該積層体３が、第１溶接チップ４と第２溶接チップ５に挟持・加圧される。さらに、第１溶接チップ４と第２溶接チップ５の間に通電がなされ、これに伴って高抵抗ワーク１、２同士の接触面近傍の部位が発熱して溶融部６となる。その後、溶融部６は凝固し、ナゲットと呼称される固相となる。
【０００３】
ここで、高抵抗ワーク１、２は電気抵抗が大きいので、通電の際に前記接触面近傍に発生するジュール熱が大きい。このため、図２４に示すように、溶融部６が比較的短時間に大きく成長し、その結果、溶融部６が飛散し易く（スパッタが発生し易く）なる。従って、高抵抗ワーク１、２同士をスポット溶接にて接合する場合、スパッタが発生することを回避するべく溶接電流を高精度に制御する必要があるが、このような制御は容易ではない。なお、この点は、厚みが小さいハイテン鋼の場合においても同様である。
【０００４】
また、３枚以上のワークを接合する場合、ワークの材質及び厚みは同一であるとは限らず、例えば、図２５に示すように、最外に位置するワーク（低抵抗ワーク７）の厚みが最小である場合もある。なお、この図２５における積層体８は、図２３及び図２４に示される高抵抗ワーク１、２上に、軟鋼からなり電気抵抗が小さい低抵抗ワーク７をさらに積層して形成されたものである。
【０００５】
この積層体８に対してスポット溶接を行うと、低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２の接触面近傍に発生するジュール熱よりも、高抵抗ワーク１、２同士の接触面近傍に発生するジュール熱の方が大きくなる。後者の接触面近傍の方が、接触抵抗が大きいからである。
【０００６】
従って、この積層体８は、先ず、高抵抗ワーク１、２同士の接触面に溶融部９が形成される。場合によっては、図２６に示すように、低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２の接触面に溶融部が形成される前に、溶融部９が大きく成長することがある。このような状態で低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２の接触面に溶融部を形成するべく通電を続行すると、高抵抗ワーク１、２同士の接触面からスパッタが発生する懸念がある。
【０００７】
しかしながら、通電を停止すると、低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２の接触面に十分な大きさの溶融部、ひいてはナゲットが形成されないので、低抵抗ワーク７と高抵抗ワーク２との接合強度を確保することが困難となる。
【０００８】
そこで、本出願人は、特許文献１において、このような積層体に対してスポット溶接を行う際、低抵抗ワークに当接する第１溶接チップの加圧力を、第２溶接チップに比して小さく設定することを提案している。この場合、高抵抗ワークに対する低抵抗ワークの接触圧力が小さくなり、その結果、低抵抗ワークと高抵抗ワークの接触面の接触抵抗が大きくなる。これにより、該接触面に十分なジュール熱が発生する。従って、低抵抗ワークと高抵抗ワークの間のナゲットを、高抵抗ワーク同士の間に形成されるナゲットと略同等の大きさに成長させることが可能となり、結局、接合強度が優れた積層体を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３８９４５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は特許文献１記載の技術に関連してなされたもので、積層体中のワーク同士の接触面近傍にナゲットを十分に成長させることが可能であり、しかも、スパッタが発生する懸念を払拭し得るスポット溶接方法及びその装置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】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明は、複数個のワークを積層することで形成した積層体に対してスポット溶接を行うスポット溶接方法であって、
前記積層体を第１溶接チップ及び第２溶接チップで挟持するとともに、前記積層体の最外に位置して前記第１溶接チップが当接した最外ワークに対して加圧部材を当接させ、前記加圧部材によって前記最外ワーク側から前記積層体を加圧する工程と、
前記加圧部材による加圧を維持して前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとの間に通電を行う工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
この場合、第１溶接チップと加圧部材との合計加圧力が第２溶接チップの加圧力と均衡するので、第１溶接チップの加圧力が、第２溶接チップに比して小さくなる。従って、第１溶接チップ側と、該第１溶接チップに略対向する第２溶接チップとの間では、加圧力は、第１溶接チップ側から第２溶接チップに向かうにつれて作用範囲が広がるように分布する。このため、第１溶接チップが当接した最外のワークと、それに隣接するワークとの接触面に作用する力が、残余のワーク同士の接触面に作用する力に比して小さくなる。
【００１３】
このような分布が生じる結果、最外のワークと、それに隣接するワークとの接触面積が、残余のワーク同士の接触面積に比して小さくなる。従って、最外のワークとそれに隣接するワークとの接触面の接触抵抗を大きくすることができ、これにより、ジュール熱に基づく発熱量を大きくすることができる。従って、該接触面に生成するナゲットを大きく成長させることが可能となり、結局、最外のワークとこれに隣接するワークとの接合強度を確保することができる。
【００１４】
しかも、加圧部材によって金属板が押圧されるので、最外のワークがこれに隣接するワークから離間することが抑制される。従って、軟化した溶融部が最外のワークとこれに隣接するワークとの離間箇所からスパッタとして飛散することを防止することができる。
【００１５】
なお、加圧部材を、第１溶接チップとは逆の極性である補助電極で構成し、前記通電を行う際、第１溶接チップから補助電極に向かう分岐電流、又は、補助電極から第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを生じさせるようにしてもよい。
【００１６】
この場合、第１溶接チップから補助電極に向かう電流、又はその逆方向に流れる電流が最外のワークの内部を流れるので、該電流によって、最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面が十分に加熱される。その結果、前記接触面に十分な大きさのナゲットが成長するので、接合強度に一層優れた接合部が得られる。
【００１７】
なお、第２溶接チップ側に、該第２溶接チップとは逆の極性である別の補助電極を設け、前記第１溶接チップから前記補助電極（第１溶接チップ側の補助電極）に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを消失させた後に、前記別の補助電極（第２溶接チップ側の補助電極）から第２溶接チップに向かう分岐電流、又は、第２溶接チップから前記別の補助電極に向かう分岐電流のいずれかを流すようにしてもよい。
【００１８】
この場合、第２溶接チップが当接する最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面に、ナゲットを十分に成長させることができるようになる。
【００１９】
また、本発明は、複数個のワークを積層することで形成した積層体に対してスポット溶接を行うためのスポット溶接装置であって、
前記積層体を挟持する第１溶接チップ及び第２溶接チップと、
前記層体の最外に位置する最外ワークにおける前記第１溶接チップが当接した部位とは別の部位に当接し、前記積層体を前記最外ワーク側から加圧するための加圧部材と、
前記加圧部材に加圧力を発生させるための加圧機構と、
を有することを特徴とする。
【００２０】
このような構成とすることにより、第１溶接チップ及び第２溶接チップによる積層体に対する加圧力を、第１溶接チップ側から第２溶接チップに向かって作用範囲が大きくなるように分布させることができる。その結果、第１溶接チップが当接する最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面の接触抵抗を大きくすることができ、該接触面を十分に加熱して適切な大きさのナゲットを成長させることができる。これにより、最外のワークと、これに隣接するワークとの接合強度を大きくすることができる。
【００２１】
なお、第１溶接チップ及び第２溶接チップが設けられた溶接ガンをロボットで支持する場合、前記加圧機構は、溶接ガンに設けることが好ましい。この場合、積層体からの反力を溶接ガンで吸収することができるので、反力がロボットにまで及ぶことが回避される。従って、ロボットとして剛性の大きいものを採用する必要は特にない。換言すれば、ロボットとして小型のものを採用することが可能となるので、設備投資を低廉化することが可能となる。
【００２２】
また、第１溶接チップとは逆の極性である補助電極で加圧部材を構成し、前記通電を行う際、第１溶接チップから補助電極に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを生じさせるようにしてもよい。上記したように、この場合、第１溶接チップから補助電極に向かう電流、又はその逆方向に流れる電流によって、金属板とこれに隣接するワークとの接触面が十分に加熱されるので、前記接触面に十分な大きさのナゲットを成長させ、接合強度に一層優れた接合部を得ることができるようになるからである。
【００２３】
さらに、第２溶接チップ側に、該第２溶接チップとは逆の極性である別の補助電極を設けるようにしてもよい。この場合、前記第１溶接チップから前記補助電極（第１溶接チップ側の補助電極）に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを消失させた後に、前記別の補助電極（第２溶接チップ側の補助電極）から第２溶接チップに向かう分岐電流、又は、第２溶接チップから前記別の補助電極に向かう分岐電流のいずれかを流すようにすればよい。
【００２４】
これにより、第２溶接チップが当接する最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面に、ナゲットを十分に成長させることができる。
【００２５】
本発明によれば、第１溶接チップと第２溶接チップで積層体を挟持することに加え、前記積層体の最外に配置されたワークを加圧部材で加圧し、この状態でスポット溶接を行うようにしている。このため、積層体に対する加圧力が、第１溶接チップから第２溶接チップに向かうにつれて作用範囲が大きくなるように分布する。
【００２６】
このように加圧力が分布する結果、前記最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面の接触面積が小さくなり、それに伴って該接触面の接触抵抗が大きくなる。従って、該接触面を十分に加熱し得るジュール熱が発生するようになるので、この接触面に十分な大きさのナゲットを成長させることができる。これにより、最外のワークと、これに隣接するワークとが十分な接合強度で接合する。 換言すれば、最外のワークと、これに隣接するワークとの間に十分な接合強度を確保することができる。
【００２７】
なお、加圧部材を補助電極として構成し、第１溶接チップ（ないし第２溶接チップ）から補助電極に向かう電流、又はその逆方向に向かう電流を流すようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、第１溶接チップと第２溶接チップで積層体を挟持することに加え、前記積層体の最外に配置されたワークを加圧部材で加圧し、この状態でスポット溶接を行うようにしている。このため、積層体に対する加圧力が、第１溶接チップから第２溶接チップに向かうにつれて作用範囲が大きくなるように分布する。
【００２９】
このように加圧力が分布する結果、前記最外のワークとこれに隣接するワークとの接触面における接触面積が小さくなり、それに伴って該接触面近傍の接触抵抗が大きくなる。従って、該接触面近傍を十分に加熱し得るジュール熱が発生するようになるので、この接触面近傍に十分な大きさのナゲットが成長する。これにより、最外のワークとこれに隣接するワークとを十分な接合強度で接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスポット溶接装置の要部拡大図である。
【図２】溶接対象である積層体を下チップ、上チップ及び加圧用ロッド（加圧部材）で挟持した状態を示す要部概略正面図である。
【図３】積層体の最上に位置するワークと、その直下のワークとの間に適切な面圧の分布が形成された状態の一例を示す正面模式図とグラフである。
【図４】前記積層体を下チップ及び上チップのみで挟持した状態を示す正面模式図である。
【図５】図２から通電を開始し、上チップから下チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図６】図２とは別の積層体を下チップ、上チップ及び加圧用ロッド（加圧部材）で挟持した状態を示す要部概略正面図である。
【図７】図２及び図６とは別の積層体を下チップ、上チップ及び加圧用ロッド（加圧部材）で挟持した状態を示す要部概略正面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るスポット溶接装置を構成する上チップ（第１電極チップ）、下チップ（第２電極チップ）及び補助電極で積層体を挟持した状態を示す要部概略正面図である。
【図９】図８から通電を開始し、上チップから下チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図１０】図９から通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図１１】補助電極のみを積層体から離間させる一方、上チップから下チップへの通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図１２】図１１に続いて上チップを積層体から離間させ、通電（スポット溶接）を終了した状態を示す縦断面模式図である。
【図１３】図８とは別の積層体を下チップ、上チップ及び補助電極で挟持し、通電を開始した状態を示す要部概略正面図である。
【図１４】補助電極と電源の負極との電気的接続を切断する一方、上チップから下チップへの通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図１５】通電（スポット溶接）を終了した状態を示す縦断面模式図である。
【図１６】図８及び図１３とは別の積層体を下チップ、上チップ及び補助電極で挟持し、通電を開始した状態を示す要部概略正面図である。
【図１７】通電（スポット溶接）を終了した状態を示す縦断面模式図である。
【図１８】図８及び図１３とは別の積層体を下チップ、上チップ、及び上チップ側の補助電極で挟持し、通電を開始した状態を示す要部概略正面図である。
【図１９】上チップ側の前記補助電極と電源の負極との電気的接続を切断する一方、上チップから下チップへの通電を続行しながら、下チップ側の補助電極をワークに当接させた状態を示す縦断面模式図である。
【図２０】下チップ側の前記補助電極と電源の負極との電気的接続を切断する一方、上チップから下チップへの通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図２１】図９とは逆に、下チップ及び補助電極から上チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図２２】積層体の最上に位置するワークと、その直下のワークとに、上チップから補助電極に向かう電流が流れる状態を示す縦断面模式図である。
【図２３】積層体を下チップ及び上チップのみで挟持する一般的なスポット溶接において、上チップから下チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図２４】図２３から溶融部が成長した状態を示す縦断面模式図である。
【図２５】図２３とは別の積層体を下チップ及び上チップのみで挟持するとともに、上チップから下チップに向かう電流を流した状態を示す縦断面模式図である。
【図２６】図２５から溶融部が成長した状態を示す縦断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係るスポット溶接方法につき、これを実施するスポット溶接装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図１は、第１実施形態に係るスポット溶接装置１０の要部拡大図である。このスポット溶接装置１０は、アームを有するロボット（ともに図示せず）と、前記アームを構成する手首部１２に支持された溶接ガン１４とを有する。
【００３３】
この場合、溶接ガン１４は、ガン本体２４の下方に配設された略Ｃ字形状の固定アーム３０を具備する、いわゆるＣ型のものである。この固定アーム３０の下方先端には、ガン本体２４を臨むようにして、第２溶接チップとしての下チップ３２が設けられ、該下チップ３２は、ガン本体２４に向かって延在している。
【００３４】
ガン本体２４には、ボールねじ機構（図示せず）が収容されている。このボールねじ機構のボールねじは、ガン本体２４から突出し且つ前記下チップ３２に向かって延在する連結ロッド３４を図１における上下方向（矢印Ｙ２方向又は矢印Ｙ１方向）に変位させるためのものである。なお、前記ボールねじは、前記ボールねじ機構を構成する図示しないサーボモータの作用下に回転動作する。
【００３５】
連結ロッド３４の先端部には、ステー３６を介して、第１溶接チップとしての上チップ３８が前記下チップ３２に対向するようにして設けられる。さらに、ステー３６には、橋架部材４０を介して２個のシリンダ機構４２ａ、４２ｂが支持される。これらシリンダ機構４２ａ、４２ｂを構成するシリンダチューブ４４ａ、４４ｂからは、加圧部材としての加圧ロッド４６ａ、４６ｂが上チップ３８と平行に延在するようにして突出している。
【００３６】
溶接対象である積層体４８ａにつき若干説明すると、この場合、積層体４８ａは、３枚の金属板５０ａ、５２ａ、５４ａが下方からこの順序で積層されることによって構成される。この中の金属板５０ａ、５２ａの厚みはＤ１（例えば、約１ｍｍ〜約２ｍｍ）に設定され、金属板５４ａの厚みはＤ１に比して小寸法のＤ２（例えば、約０．５ｍｍ〜約０．７ｍｍ）に設定される。すなわち、金属板５０ａ、５２ａの厚みは同一であり、金属板５４ａはこれら金属板５０ａ、５２ａに比して薄肉である。すなわち、金属板５４ａの肉厚は、積層体４８ａを構成する３枚の金属板５０ａ、５２ａ、５４ａ中で最小である。
【００３７】
金属板５０ａ、５２ａは、例えば、いわゆるハイテン鋼であるＪＡＣ５９０、ＪＡＣ７８０又はＪＡＣ９８０（いずれも日本鉄鋼連盟規格に規定される高性能高張力鋼板）からなる高抵抗ワークであり、金属板５４ａは、例えば、いわゆる軟鋼であるＪＡＣ２７０（日本鉄鋼連盟規格に規定される高性能絞り加工用鋼板）からなる低抵抗ワークである。金属板５０ａ、５２ａは同一金属種であってもよいし、異種金属種であってもよい。
【００３８】
前記下チップ３２及び前記上チップ３８は、これら下チップ３２及び上チップ３８の間に溶接対象である積層体４８ａを挟持し、且つ該積層体４８ａに対して通電を行うものである。なお、下チップ３２は電源５６の負極に電気的に接続されており、一方、上チップ３８は前記電源５６の正極に電気的に接続されている。このため、第１実施形態では、上チップ３８から下チップ３２に向かって電流が流れる。
【００３９】
後述するように、上チップ３８と加圧ロッド４６ａ、４６ｂの離間距離Ｚ１、Ｚ２は、金属板５４ａと、その直下の金属板５２ａとの間に適切な面圧の分布が得られるように設定される。
【００４０】
以上の構成において、前記ボールねじ機構を構成する前記サーボモータ、シリンダ機構４２ａ、４２ｂ及び電源５６は、制御手段としてのガンコントローラ５８に電気的に接続されている。すなわち、これらサーボモータ、シリンダ機構４２ａ、４２ｂ及び電源５６の動作ないし付勢・滅勢は、ガンコントローラ５８によって制御される。
【００４１】
第１実施形態に係るスポット溶接装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、第１実施形態に係るスポット溶接方法との関係で説明する。
【００４２】
積層体４８ａに対してスポット溶接を行う際、換言すれば、金属板５０ａ、５２ａ同士を接合するとともに金属板５２ａ、５４ａ同士を接合する際には、先ず、前記ロボットが、下チップ３２と上チップ３８の間に積層体４８ａが配置されるように前記手首部１２、すなわち、溶接ガン１４を移動させる。
【００４３】
ガン本体２４が所定の位置まで降下した後、ガンコントローラ５８の作用下に前記ボールねじ機構を構成する前記サーボモータが付勢され、これに伴って前記ボールねじが回転動作を開始する。これにより、上チップ３８及び加圧ロッド４６ａ、４６ｂが積層体４８ａに対してさらに接近するように、矢印Ｙ１方向に向かって降下する。その結果、下チップ３２と上チップ３８の間に積層体４８ａが挟持される。
【００４４】
その一方で、ガンコントローラ５８がシリンダ機構４２ａ、４２ｂを付勢する。これにより加圧ロッド４６ａ、４６ｂが矢印Ｙ１方向に向かってさらに突出し、該加圧ロッド４６ａ、４６ｂが、下チップ３２と上チップ３８によって積層体４８ａが挟持されるのと同時、又はその前後に金属板５４ａに当接する。図２には、このときの模式的な縦断面図が示されている。
【００４５】
ここで、上チップ３８と加圧ロッド４６ａ、４６ｂの離間距離Ｚ１、Ｚ２は、図３に示すように、金属板５４ａと金属板５２ａとの間の接触面に、上チップ３８で押圧される箇所で面圧が最大となり、且つ加圧ロッド４６ａ、４６ｂで押圧される箇所で、次に大きい面圧が得られるように設定される。なお、好適にはＺ１＝Ｚ２である。
【００４６】
換言すれば、前記接触面には、上チップ３８の加圧による面圧、及び加圧ロッド４６ａ、４６ｂの加圧による面圧に比して面圧が小さくなる箇所が形成される。これにより、図２に示すような加圧力の分布が形成される。以下、この分布につき詳述する。
【００４７】
ガンコントローラ５８は、金属板５４ａに対する上チップ３８及び加圧ロッド４６ａ、４６ｂの合計加圧力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）が、金属板５０ａに対する下チップ３２の加圧力（Ｆ４）と均衡するように、前記ボールねじ機構のボールねじを回転動作させるサーボモータの回転付勢力、及びシリンダ機構４２ａ、４２ｂの推進力を制御する。この制御により、積層体４８ａに対する矢印Ｙ１方向に沿って作用する加圧力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）と、矢印Ｙ２方向に沿って作用する加圧力（Ｆ４）とが略同等となる。なお、Ｆ２＝Ｆ３であることが好適である。
【００４８】
すなわち、このとき、Ｆ１＜Ｆ４が成り立つ。従って、積層体４８ａが下チップ３２と上チップ３８から受ける力は、図２に模式的に示すように、上チップ３８から下チップ３２に向かうにつれて作用範囲が広くなる（大きくなる）ように分布する。このため、金属板５２ａ、５４ａの接触面に作用する力は、金属板５０ａ、５２ａの接触面に作用する力に比して小さくなる。なお、離間距離Ｚ１、Ｚ２が過度に小さいために上チップ３８の加圧による面圧、及び加圧ロッド４６ａ、４６ｂの加圧による面圧に比して面圧が小さくなる箇所が形成されない場合、このような分布が形成され難くなる。
【００４９】
図４は、加圧ロッド４６ａ、４６ｂを用いずにＦ１＝Ｆ４とした場合における積層体４８ａが下チップ３２と上チップ３８から受ける力の分布を模式的に示したものである。図４から諒解されるように、この場合、力は、上チップ３８から下チップ３２にわたって均等である。換言すれば、金属板５２ａ、５４ａの接触面に作用する力と、金属板５０ａ、５２ａの接触面に作用する力とが等しくなる。
【００５０】
図２及び図４には、金属板５２ａ、５４ａの接触面に作用する力の範囲を太実線で示している。図２及び図４を対比して諒解される通り、力が作用する範囲は、Ｆ１＜Ｆ４であるときの方がＦ１＝Ｆ４であるときに比して狭い。このことは、Ｆ１＜Ｆ４であるときには、Ｆ１＝Ｆ４であるときに比して金属板５４ａが金属板５２ａに対して押圧される範囲が狭いこと、換言すれば、接触面積が小さいことを意味する。
【００５１】
ここで、このように上チップ３８から下チップ３２に至るまでの加圧力を分布させ、金属板５２ａに対する金属板５４ａの接触面積を小さくしたことに伴い、積層体４８ａから上チップ３８に向かう反力が生じる。第１実施形態では、この反力を加圧ロッド４６ａ、４６ｂで受けている。
【００５２】
上記したように、加圧ロッド４６ａ、４６ｂを含むシリンダ機構４２ａ、４２ｂは、ガン本体２４に収容されるボールねじ機構に連結された連結ロッド３４に対し、橋架部材４０を介して支持されている。このため、加圧ロッド４６ａ、４６ｂで受けた前記反力は、結局、ガン本体２４（溶接ガン１４）に吸収される。
【００５３】
従って、この場合、積層体４８ａからの反力がロボットに作用することが回避される。このため、ロボットとして剛性が大きいものを採用する必要がない。換言すれば、ロボットとして小型のものを採用することができ、その結果、設備投資を低廉化することができる。
【００５４】
次に、ガンコントローラ５８は、電源５６に通電開始の制御信号を発する。これにより、図２（及び図４）に示すように、上チップ３８から下チップ３２に向かう方向に電流ｉが流れ始める。上記したように、上チップ３８、下チップ３２の各々が電源５６の正極、負極に接続されているからである。そして、電流ｉに基づくジュール熱により、金属板５０ａ、５２ａの間、及び金属板５２ａ、５４ａの間がそれぞれ加熱される。
【００５５】
ここで、上記したように、図２に示される金属板５４ａと金属板５２ａとの接触面積は、図４に示される金属板５４ａと金属板５２ａとの接触面積に比して小さい。このため、金属板５２ａ、５４ａの接触面における接触抵抗及び電流密度は、図２に示される場合の方が図４に示される場合に比して、換言すれば、Ｆ１＜Ｆ４であるときの方がＦ１＝Ｆ４であるときに比して大きくなる。すなわち、Ｆ１＜Ｆ４であるときには、Ｆ１＝Ｆ４であるときに比してジュール熱の発生量、換言すれば、発熱量が大きくなる。従って、Ｆ１＜Ｆ４であるときには、図５に示すように、金属板５０ａ、５２ａの接触面に生成する加熱領域６０と、金属板５２ａ、５４ａの接触面に生成する加熱領域６２とが略同等の大きさに成長する。
【００５６】
金属板５０ａ、５２ａの接触面、金属板５２ａ、５４ａの接触面は、これら加熱領域６０、６２によって加熱され、十分に温度上昇して溶融し始める。これにより形成された溶融部が冷却固化する結果、金属板５０ａ、５２ａの間、金属板５２ａ、５４ａの間にナゲット６４、６６がそれぞれ形成される。なお、図５においては、理解を容易にするためにナゲット６４、６６として示しているが、通電中は、液相である溶融部として存在する。以降の図面も同様である。
【００５７】
上記したように、金属板５０ａ、５２ａの接触面における加熱領域６０と、金属板５２ａ、５４ａの接触面における加熱領域６２とは互いに略同等の大きさである。従って、ナゲット６４、６６もまた、互いに略同等の大きさとなる。
【００５８】
溶融部が形成される間、金属板５４ａは、加圧ロッド４６ａ、４６ｂで金属板５２ａ側に押圧されている。この押圧により、低剛性の金属板５４ａが通電（加熱）に伴って反ること、すなわち、金属板５２ａから離間することが抑制される。このため、軟化した溶融部が金属板５４ａと金属板５２ａとの離間箇所からスパッタとして飛散することを防止することができる。
【００５９】
所定時間が経過して前記溶融部が十分成長した後、通電を停止するとともに、上チップ３８を金属板５４ａから離間させる。又は、上チップ３８を金属板５４ａから離間させることで上チップ３８と下チップ３２を電気的に絶縁するようにしてもよい。
【００６０】
なお、スポット溶接の開始から終了するに至るまでの上記した動作は全て、ガンコントローラ５８の制御作用下に営まれる。
【００６１】
このようにして通電が停止されることに伴い、金属板５０ａ、５２ａ、５４ａの発熱も終了する。時間の経過とともに前記溶融部がそれぞれ冷却固化してナゲット６４、６６となり、これらナゲット６４、６６を介して金属板５０ａ、５２ａ同士、金属板５２ａ、５４ａ同士が互いに接合された接合品が得られるに至る。
【００６２】
この接合品においては、金属板５０ａ、５２ａ同士の接合強度と同様に、金属板５２ａ、５４ａ同士の接合強度も優れる。上記したように金属板５２ａ、５４ａの接触面に十分なジュール熱が発生したことに伴って、金属板５２ａ、５４ａの間のナゲット６６が十分に成長しているからである。
【００６３】
以上のように、第１実施形態によれば、スパッタが生成することを回避しつつ、金属板５２ａ、５４ａの間に、金属板５０ａ、５２ａの間のナゲット６４と略同程度の大きさのナゲット６６を成長させることができ、これにより、金属板５２ａ、５４ａ同士の接合強度が優れた成形品を得ることができる。
【００６４】
第１実施形態では、加圧ロッド４６ａ、４６ｂによる加圧力Ｆ２、Ｆ３を大きくするほど金属板５２ａ、５４ａ間のナゲット６６を大きくすることができるが、加圧力Ｆ２、Ｆ３がある程度大きくなると、ナゲット６６の大きさが飽和する傾向がある。換言すれば、加圧力Ｆ２、Ｆ３を過度に大きくしても、ナゲット６６を一定の大きさ以上に成長させることは困難である。また、加圧力Ｆ２、Ｆ３を過度に大きくすると、加圧力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の総和で加圧力Ｆ４と均衡させる関係上、加圧力Ｆ１を過度に小さくする必要がある。このため、金属板５０ａ、５２ａ間のナゲット６４が小さくなる。
【００６５】
従って、上チップ３８による加圧力Ｆ１と、加圧ロッド４６ａ、４６ｂによる加圧力Ｆ２、Ｆ３との差は、ナゲット６４、６６を可及的に大きくし得るように設定することが好ましい。
【００６６】
なお、図１に示すスポット溶接装置１０では、シリンダ機構４２ａ、４２ｂを連結ロッド３４で支持するようにしているが、シリンダ機構４２ａ、４２ｂは、ガン本体２４で支持するようにしてもよいし、固定アーム３０で支持するようにしてもよい。
【００６７】
また、いずれの場合においても、シリンダ機構４２ａ、４２ｂに代替し、スプリングコイル、サーボモータ等の各種の圧力付加手段を採用することができる。
【００６８】
さらに、加圧部材は、上チップ３８を囲繞するような円環形状のものであってもよい。
【００６９】
さらに、金属板５０ａ、５２ａ、５４ａの素材の組み合わせは、上記した鋼材に特に限定されるものではなく、スポット溶接が可能なものであればよい。例えば、金属板５０ａ、５２ａ、５４ａの全てが軟鋼である組み合わせであってもよいし、金属板５０ａのみがハイテン鋼で且つ金属板５２ａ、５４ａが軟鋼である組み合わせであってもよい。
【００７０】
また、溶接対象は、最上に位置する金属板５４ａの厚みが金属板５０ａ、５２ａに比して小さい積層体４８ａに限定されるものではなく、図６に示すように、厚みが最小である金属板５２ｂを、金属板５０ｂ、５４ｂで挟むようにして形成された積層体４８ｂであってもよい。この場合の素材の組み合わせ例としては、金属板５０ｂがハイテン鋼、金属板５２ｂ、５４ｂが軟鋼である組み合わせが挙げられるが、特にこれに限定されるものではないことは勿論である。
【００７１】
勿論、中央に位置する金属板の厚みが最大である積層体であってもよいし、最下に位置する金属板の厚みが他の２枚の金属板に比して小さい積層体であってもよい。
【００７２】
そして、金属板の個数は、上記した３枚に特に限定されるものではない。例えば、図７に示すように、ハイテン鋼からなる金属板５０ｃに対してハイテン鋼からなる金属板５２ｃが積層された積層体４８ｃであってもよい。
【００７３】
加圧部材は、補助電極であってもよい。以下、この場合を第２実施形態として説明する。なお、図１〜図７に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７４】
図８は、第２実施形態に係るスポット溶接装置の要部拡大一部横断面斜視図である。このスポット溶接装置を構成する図示しない溶接ガンは、上記第１実施形態に係るスポット溶接装置を構成する溶接ガンと同様に、図示しないロボットの手首部１２（図１参照）に設けられ、第２溶接チップとしての下チップ３２と、第１溶接チップとしての上チップ３８とを具備し、さらに、加圧ロッド４６ａ、４６ｂと同様にロッド状に形成された補助電極６８ａ、６８ｂを有する。なお、第２実施形態においても上チップ３８から下チップ３２に向かって電流が流れるものとする。
【００７５】
この場合、上チップ３８を支持するガン本体２４には、前記補助電極６８ａ、６８ｂを積層体４８ａに対して接近又は離間させるための変位機構、例えば、ボールねじ機構又はシリンダ機構等が設けられる。この変位機構により、補助電極６８ａ、６８ｂは、上チップ３８とは別個に積層体４８ａに対して接近又は離間することが可能である。なお、第２実施形態においても、変位機構は好ましくは溶接ガン側に設けられる。
【００７６】
第２実施形態では、電源５６の正極に対して上チップ３８が電気的に接続されるとともに、下チップ３２及び補助電極６８ａ、６８ｂが前記電源５６の負極に対して電気的に接続される。このことから諒解される通り、上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂはともに、積層体４８ａ中の最上に位置する金属板５４ａに当接するものの、その極性は互いに逆である。なお、以降の図面においては、上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂとが電気的に接続されて分岐電流ｉ２が発生しているときには補助電極６８ａ、６８ｂの極性を図中に示し、逆に、分岐電流ｉ２が発生していないときには補助電極６８ａ、６８ｂの極性を示さないものとする。
【００７７】
上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂとの離間距離Ｚ３、Ｚ４は、第１実施形態と同様に加圧力が分布するように、上チップ３８による面圧、及び補助電極６８ａ、６８ｂによる面圧に比して面圧が小さくなる箇所が形成されるように設定される（図３参照）。このため、上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂはある程度離間されるが、上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂとの離間距離Ｚ３、Ｚ４が過度に大きい場合、上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂとの間の抵抗が大きくなり、後述する分岐電流ｉ２（図１０参照）が流れることが困難となる。
【００７８】
従って、離間距離Ｚ３、Ｚ４は、金属板５４ａと金属板５２ａとの間に上記のような適切な面圧の分布が得られ、且つ上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂとの間の抵抗が、分岐電流ｉ２が適切な電流値で流れることが可能となる距離に設定される。
【００７９】
以上の構成において、図示しない変位機構及び電源５６はガンコントローラ５８に電気的に接続される。
【００８０】
第２実施形態に係るスポット溶接装置の要部は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、第２実施形態に係るスポット溶接方法との関係で説明する。
【００８１】
積層体４８ａに対してスポット溶接を行う際には、第１実施形態と同様に、前記ロボットが、上チップ３８と下チップ３２の間に積層体４８ａが配置されるように前記溶接ガンを移動させる。その後、上チップ３８と下チップ３２が相対的に接近し、その結果、互いの間に積層体４８ａが挟持される。
【００８２】
この挟持と同時、又はその前後に補助電極６８ａ、６８ｂを金属板５４ａに当接させ、図８に模式的な縦断面図として示す状態とする。勿論、補助電極６８ａ、６８ｂを金属板５４ａに当接させるための変位は、該補助電極６８ａ、６８ｂを変位させる前記変位機構の作用下に行われる。
【００８３】
この場合においても、ガンコントローラ５８は、補助電極６８ａ、６８ｂの金属板５４ａに対する加圧力Ｆ２、Ｆ３を、該加圧力Ｆ２、Ｆ３と上チップ３８による加圧力Ｆ１との合計（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）が下チップ３２による加圧力Ｆ４と均衡するように設定する。
【００８４】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、上チップ３８による加圧力Ｆ１と、補助電極６８ａ、６８ｂによる加圧力Ｆ２、Ｆ３との差を、金属板５０ａ、５２ａの間に形成されるナゲットと、金属板５２ａ、５４ａとの間に形成されるナゲットとを可及的に大きくし得るように設定することが好ましい。
【００８５】
次に、通電を開始する。第２実施形態では、上チップ３８、下チップ３２の各々が電源５６の正極、負極に接続されているため、図９に示すように、上チップ３８から下チップ３２に向かう電流ｉ１が流れる。この電流ｉ１に基づくジュール熱により、金属板５０ａ、５２ａの間、及び金属板５２ａ、５４ａの間がそれぞれ加熱され、加熱領域７０、７２が形成される。
【００８６】
ここで、金属板５４ａには補助電極６８ａ、６８ｂも当接しており、この補助電極６８ａ、６８ｂの極性は負である。従って、上チップ３８からは、上記した電流ｉ１と同時に、補助電極６８ａ、６８ｂに向かう分岐電流ｉ２が出発する。
【００８７】
このように、第２実施形態においては、金属板５０ａ、５２ａには流れず金属板５４ａにのみ流れる分岐電流ｉ２が発生する。この結果、上チップ３８及び下チップ３２のみを使用する一般的なスポット溶接に比して金属板５４ａの内部を通過する電流値が大きくなる。
【００８８】
従って、この場合、金属板５４ａの内部に、前記加熱領域７２とは別の加熱領域７４が形成される。加熱領域７４は、時間の経過とともに拡大し、図１０に示すように、加熱領域７２と一体化する。
【００８９】
金属板５２ａ、５４ａの接触面には、このようにして一体化した加熱領域７２、７４の双方から熱が伝達される。しかも、この場合、第１実施形態と同様に、金属板５２ａ、５４ａの接触面の接触抵抗が金属板５０ａ、５２ａの接触面に比して大きくなる。このため、該接触面が十分に温度上昇して溶融し始め、その結果、金属板５２ａ、５４ａの間にナゲット７６が形成される。
【００９０】
ここで、分岐電流ｉ２の割合を大きくするほど加熱領域７４を大きくすることが可能であるが、分岐電流ｉ２の割合を過度に大きくした場合、電流ｉ１の電流値が小さくなるので、加熱領域７０、７２が小さくなる。このため、ナゲット７６の大きさが飽和する一方、ナゲット７８が小さくなる傾向がある。従って、分岐電流ｉ２の割合は、ナゲット７８が十分に成長する程度の電流ｉ１が流れるように設定することが好ましい。
【００９１】
なお、電流ｉ１と分岐電流ｉ２の割合は、例えば、上記したように上チップ３８と補助電極６８ａ、６８ｂとの離間距離Ｚ３、Ｚ４（図８参照）を変更することで調節することが可能である。電流ｉ１と分岐電流ｉ２の好適な割合は、例えば、７０：３０である。
【００９２】
溶融部、ひいてはナゲット７６は、通電が継続される限り、時間の経過とともに成長する。従って、通電を所定の時間継続することにより、ナゲット７６を十分に成長させることができる。
【００９３】
この場合、金属板５０ａ、５２ａに流れる電流ｉ１の電流値は、一般的なスポット溶接に比して小さい。このため、金属板５２ａ、５４ａの間の溶融部（ナゲット７６）が大きく成長している間に金属板５０ａ、５２ａの発熱量が過度に大きくなることが回避される。従って、スパッタが発生する懸念が払拭される。
【００９４】
この間、電流ｉ１によって金属板５０ａ、５２ａの間にもナゲット７８となる溶融部が形成される。分岐電流ｉ２が継続して流れるようにすると、分岐電流ｉ２を停止した場合に比して電流ｉ１の全通電量が少なくなるので、加熱領域７０、ひいてはナゲット７８が若干小さくなる傾向がある。
【００９５】
従って、ナゲット７８をさらに成長させる場合には、図１１に示すように、補助電極６８ａ、６８ｂのみを金属板５４ａから離間させて上チップ３８から下チップ３２への通電を続行することが好ましい。補助電極６８ａ、６８ｂが金属板５４ａから離間することに伴って電流ｉ１の電流値が大きくなるので、通電終了までの電流ｉ１の全通電量が多くなるからである。
【００９６】
この場合、分岐電流ｉ２が消失するため、金属板５４ａには、上チップ３８から下チップ３２へ向かう電流ｉ１のみが流れるようになる。その結果、加熱領域７４（図１０参照）が消失する。
【００９７】
その一方で、金属板５０ａ、５２ａにおいては、通常のスポット溶接時と同様の状態が形成される。すなわち、厚みが大きい金属板５０ａ、５２ａではジュール熱による発熱量が増加し、その結果、加熱領域７０が広がるとともにその温度が一層上昇する。金属板５０ａ、５２ａの接触面は、この温度上昇した加熱領域７０に加熱され、これにより、該接触面近傍の温度が十分に上昇して溶融し、溶融部（ナゲット７８）の成長が促進される。
【００９８】
以降は、溶融部（ナゲット７８）が十分に成長するまで、例えば、図１２に示すように、ナゲット７６となる溶融部と一体化するまで通電を継続すればよい。通電継続時間に対するナゲット７８の成長の度合いも、テストピース等を用いたスポット溶接試験で予め確認しておけばよい。
【００９９】
ここで、金属板５０ａ、５２ａの接触面は、金属板５２ａ、５４ａ同士の間にナゲット７６を成長させる際に電流ｉ１が通過することに伴って形成された加熱領域７０によって予め加熱されている。このため、金属板５０ａ、５２ａ同士は、ナゲット７８となる溶融部が成長する前になじみが向上している。従って、スパッタが発生し難い。
【０１００】
以上のように、第２実施形態によれば、金属板５２ａ、５４ａの間のナゲット７６を成長させる際、金属板５０ａ、５２ａの間のナゲット７８を成長させる際の双方でスパッタが発生することを回避することができる。
【０１０１】
所定時間が経過してナゲット７８となる溶融部が十分成長した後、通電を停止するとともに、図１２に示すように、上チップ３８を金属板５４ａから離間させる。又は、上チップ３８を金属板５４ａから離間させることで上チップ３８と下チップ３２を電気的に絶縁するようにしてもよい。
【０１０２】
なお、スポット溶接の開始から終了するに至るまでの上記した動作は全て、ガンコントローラ５８の制御作用下に営まれる。
【０１０３】
このようにして通電が停止されることに伴い、金属板５０ａ、５２ａの発熱も終了する。時間の経過とともに溶融部が冷却固化し、これにより、ナゲット７８を介して金属板５０ａ、５２ａが互いに接合される。
【０１０４】
以上のようにして、積層体４８ａを構成する金属板５０ａ、５２ａ同士、金属板５２ａ、５４ａ同士が接合され、製品としての接合品が得られるに至る。
【０１０５】
この接合品においては、金属板５０ａ、５２ａ同士の接合強度と同様に、金属板５２ａ、５４ａ同士の接合強度も優れる。上記したように金属板５４ａに分岐電流ｉ２が流されたことに伴って、金属板５２ａ、５４ａの間のナゲット７６が十分に成長しているからである。
【０１０６】
しかも、上記から諒解される通り、第２実施形態に係るスポット溶接装置を構成するに際しては、補助電極６８ａ、６８ｂと、該補助電極６８ａ、６８ｂを変位させるための変位機構とを設ければよい。従って、補助電極６８ａ、６８ｂを設けることに伴ってスポット溶接装置の構成が複雑化することもない。
【０１０７】
第２実施形態においても、溶接対象は積層体４８ａに特に限定されるものではなく、金属板の個数、素材、厚みが種々相違する様々な積層体を溶接することが可能である。以下、この点につき具体例を挙げて説明する。
【０１０８】
図１３に示す積層体４８ｂは、上記したように、厚みが最小である金属板５２ｂを、金属板５０ｂ、５４ｂで挟むようにして形成される。例えば、金属板５０ｂは、ハイテン鋼からなる高抵抗ワークであり、金属板５２ｂ、５４ｂは、軟鋼からなる低抵抗ワークである。
【０１０９】
上チップ３８と下チップ３２のみで積層体４８ｂに対してスポット溶接を行う場合、金属板５０ｂ、５２ｂの接触面が優先的に溶融する。金属板５０ｂが高抵抗ワークであるために、金属板５０ｂ、５２ｂの接触抵抗が金属板５２ｂ、５４ｂの接触抵抗よりも大きいからである。従って、金属板５２ｂ、５４ｂの接触面にナゲットを十分に成長させるべく上チップ３８から下チップ３２への通電を継続すると、金属板５０ｂ、５２ｂの接触面からスパッタが発生する懸念がある。
【０１１０】
これに対し、補助電極６８ａ、６８ｂを用いる第２実施形態によれば、図１３に示すように、金属板５０ｂ、５２ｂの接触面、及び金属板５２ｂ、５４ｂの接触面の双方に加熱領域８０、８２が形成される。上記の積層体４８ａにおける場合と同様に、分岐電流ｉ２が金属板５４ｂ内を流れることにより、金属板５２ｂ、５４ｂの接触面が十分に加熱されるからである。
【０１１１】
これにより、図１４に示すナゲット８３、８４が形成される。分岐電流ｉ２を消失させた後に電流ｉ１を継続して流すことにより、例えば、図１５に示すように、金属板５０ｂ、５２ｂの接触面、及び金属板５２ｂ、５４ｂの接触面の双方に跨るようにして十分に成長したナゲット８５を形成することができる。
【０１１２】
積層体４８ａ、４８ｂに対するスポット溶接に関する以上の説明から諒解されるように、補助電極６８ａ、６８ｂを用いることにより、加熱領域、ひいてはナゲットを、該補助電極６８ａ、６８ｂを当接させた側に近接するように移動させることができる。
【０１１３】
なお、金属板５０ｂがハイテン鋼、金属板５２ｂ、５４ｂが軟鋼である組み合わせに特に限定されるものではないことは勿論である。
【０１１４】
次に、図１６に、ハイテン鋼からなる金属板５０ｃに対してハイテン鋼からなる金属板５２ｃが積層された積層体４８ｃに対し、補助電極６８ａ、６８ｂを用いてスポット溶接を行う場合を示す。補助電極６８ａ、６８ｂを用いない場合、図２３及び図２４に示すように、金属板５０ｃ、５２ｃ（高抵抗ワーク１、２）の接触面において、溶融部６が比較的短時間で大きく成長する。このため、スパッタが発生し易くなる。
【０１１５】
これに対し、補助電極６８ａ、６８ｂを用いる第２実施形態によれば、図１６に示すように、金属板５０ｃ、５２ｃの接触面に加熱領域８６が形成されるとともに、金属板５０ｃ、５２ｃの接触面よりも上方、換言すれば、金属板５２ｃにおける補助電極６８ａ、６８ｂに近接する側に加熱領域８７が形成される。分岐電流ｉ２が金属板５２ｃ内を流れることにより、該金属板５２ｃ内が十分に加熱されるからである。すなわち、この場合においても、加熱領域、ひいてはナゲット（図１７参照）を、該補助電極６８ａ、６８ｂを当接させた側に近接するように移動させることができる。
【０１１６】
そして、その結果、金属板５０ｃ、５２ｃの接触面が軟化してシール性が向上する。従って、図１７に示すように十分に成長したナゲット８８を形成するべく電流ｉ１を継続して流しても、スパッタが発生し難くなる。
【０１１７】
次に、図１８に示す積層体４８ｄに対してスポット溶接を行う場合につき説明する。なお、積層体４８ｄは、軟鋼からなり低抵抗な金属板５０ｄ、ハイテン鋼からなり高抵抗な金属板５２ｄ、５４ｄ、軟鋼からなり低抵抗な金属板９０ｄを下方からこの順序で積層して構成される。また、金属板５０ｄ、９０ｄの厚みは、金属板５２ｄ、５４ｄに比して小さく設定されている。
【０１１８】
この場合、上チップ３８側に補助電極６８ａ、６８ｂを設けるとともに、下チップ３２側に補助電極６８ｃ、６８ｄを設ける。これら補助電極６８ｃ、６８ｄは、電源５６の正極に対して電気的に接続されており、従って、その極性は下チップ３２と逆である。なお、補助電極６８ｃ、６８ｄを変位させるための変位機構（ボールねじ機構又はシリンダ機構等）は、例えば、固定アーム３０（図１参照）等に設ければよい。
【０１１９】
そして、先ず、図１８に示すように、上チップ３８と下チップ３２で積層体４８ｄを挟持すると同時に、又はその前後に補助電極６８ａ、６８ｂのみを金属板９０ｄに当接させる。その後、通電を開始し、上チップ３８から下チップ３２に向かう電流ｉ１と、上チップ３８から補助電極６８ａ、６８ｂに向かう分岐電流ｉ２とを流す。これにより、上記と同様に、金属板５２ｄ、５４ｄの接触面と、金属板５４ｄ、９０ｄの接触面とにナゲット９２、９４がそれぞれ形成される。
【０１２０】
次に、図１９に示すように、補助電極６８ａ、６８ｂと電源５６の負極との電気的接続を切断することで分岐電流ｉ２を消失させると同時に、又はその前後に補助電極６８ｃ、６８ｄを金属板５０ｄに当接させる。これにより、最下の金属板５０ｄの内部に、補助電極６８ｃ、６８ｄから下チップ３２に向かう分岐電流ｉ３が流れる。
【０１２１】
分岐電流ｉ２の消失に伴って、ナゲット９４の成長が停止する。その一方で、上チップ３８から下チップ３２に向かう電流ｉ１が継続して流れているので、金属板５２ｄ、５４ｄの接触面におけるナゲット９２が成長するとともに、分岐電流ｉ３によって金属板５０ｄ、５２ｄの接触面にナゲット９６が新たに形成される。
【０１２２】
次に、図２０に示すように、補助電極６８ｃ、６８ｄを金属板５０ｄから離間させて分岐電流ｉ３を消失させ、これによりナゲット９６の成長を停止させる。この後も電流ｉ１を継続して流すことにより、金属板５２ｄ、５４ｄの接触面におけるナゲット９２のみを成長させて、例えば、ナゲット９４、９６と一体化することもできる。
【０１２３】
なお、上記した第２実施形態においては、上チップ３８に先んじて補助電極６８ａ、６８ｂを金属板５４ａから離間させるようにしているが、補助電極６８ａ、６８ｂと上チップ３８を金属板５４ａから同時に離間させるようにしてもよい。
【０１２４】
また、図２１に示すように、金属板５０ａに当接した下チップ３２から、金属板５４ａに当接した上チップ３８に向かう電流を流すようにしてもよい。この場合にも、金属板５４ａに当接した補助電極６８ａ、６８ｂの極性を上チップ３８と逆にする。すなわち、下チップ３２及び補助電極６８ａ、６８ｂを電源５６の正極に電気的に接続する一方、上チップ３８を電源５６の負極に電気的に接続する。これにより、下チップ３２から上チップ３８に向かう電流ｉ１と、補助電極６８ａ、６８ｂから上チップ３８に向かう分岐電流ｉ２とが発生する。
【０１２５】
さらに、図２２に示すように、分岐電流ｉ２を、上チップ３８が接触した金属板５４ａのみならず、該金属板５４ａの直下に位置する金属板５２ａにも流れるようにしてもよい。
【０１２６】
そして、補助電極６８ａ、６８ｂを金属板５４ａから離間することに代替し、補助電極６８ａ、６８ｂと電源５６との間にスイッチを設け、このスイッチを切断（オフ）状態とすることによって、上チップ３８から補助電極６８ａ、６８ｂに向かう分岐電流のみ、又はその逆方向に流れる分岐電流のみを停止するようにしてもよい。この場合において、加熱領域７４を形成するためには、前記スイッチを接続（オン）状態とすることはいうまでもない。
【０１２７】
この場合、補助電極６８ａ、６８ｂを上チップ３８とは別個に変位させるための変位機構を設ける必要は特にない。このため、装置構成及び動作制御が一層簡素になるという利点が得られる。
【０１２８】
いずれの場合においても、補助電極は、上記した２本の長尺棒状の補助電極６８ａ、６８ｂに特に限定されるものではない。例えば、１本又は３本以上の長尺棒状体であってもよい。３本以上を用いる場合は、上記の２本の場合と同様に、複数本の補助電極６８ａ、６８ｂを最外の金属板に対して同時に当接又は離間させるようにしてもよい。また、補助電極は、下チップ３２又は上チップ３８を囲繞する円環形状体のものであってもよい。
【０１２９】
加えて、第２実施形態に係るスポット溶接装置の構成において、補助電極６８ａ、６８ｂと電源５６とを電気的に絶縁すれば、第１実施形態に係るスポット溶接方法を実施することができる。すなわち、第２実施形態に係るスポット溶接装置の構成によれば、補助電極６８ａ、６８ｂに対して電流を流す・流さないを選択することにより、第２実施形態に係るスポット溶接方法、又は第１実施形態に係るスポット溶接方法のいずれを実施するかを選択することができる。
【０１３０】
さらに、上記した第１実施形態及び第２実施形態では、Ｃ型の溶接ガンを例示して説明したが、溶接ガンはいわゆるＸ型のものであってもよい。この場合、下チップ３２及び上チップ３８を、開閉自在な１組のチャック爪の各々に設け、該１組のチャック爪を開動作又は閉動作することによって、下チップ３２と上チップ３８とを互いに離間又は接近させればよい。
【０１３１】
また、５枚以上の金属板で積層体を構成するようにしてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【０１３２】
３、８、４８ａ〜４８ｄ…積層体 ６、９…溶融部
１０…スポット溶接装置 １４…溶接ガン
２４…ガン本体 ３０…固定アーム
３２…下チップ ３４…連結ロッド
３８…上チップ ４２ａ、４２ｂ…シリンダ機構
４６ａ、４６ｂ…加圧ロッド
５０ａ〜５０ｄ、５２ａ〜５２ｄ、５４ａ〜５４ｄ、９０ｄ…金属板
５６…電源 ５８…ガンコントローラ
６０、６２、７０、７２、７４、８０、８２、８６、８７…加熱領域
６４、６６、７６、７８、８３〜８５、８８、９２、９４、９６…ナゲット
６８ａ〜６８ｄ…補助電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のワークを積層することで形成した積層体に対してスポット溶接を行うスポット溶接方法であって、
前記積層体を第１溶接チップ及び第２溶接チップで挟持するとともに、前記積層体の最外に位置して前記第１溶接チップが当接した最外ワークに対して加圧部材を当接させ、前記加圧部材によって前記最外ワーク側から前記積層体を加圧する工程と、
前記加圧部材による加圧を維持して前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとの間に通電を行う工程と、
を有することを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載のスポット溶接方法において、前記加圧部材を前記第１溶接チップとは逆の極性である補助電極で構成し、前記第１溶接チップと前記第２溶接チップの間に通電を行う際、前記第１溶接チップから前記補助電極に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを生じさせることを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項３】
請求項２記載のスポット溶接方法において、前記第２溶接チップ側に該第２溶接チップとは逆の極性である別の補助電極を設け、前記第１溶接チップから前記補助電極に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを消失させた後、前記別の補助電極から前記第２溶接チップに向かう分岐電流、又は、前記第２溶接チップから前記別の補助電極に向かう分岐電流のいずれかを流すことを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項４】
複数個のワークを積層することで形成した積層体に対してスポット溶接を行うためのスポット溶接装置であって、
前記積層体を挟持する第１溶接チップ及び第２溶接チップと、
前記層体の最外に位置する最外ワークにおける前記第１溶接チップが当接した部位とは別の部位に当接し、前記積層体を前記最外ワーク側から加圧するための加圧部材と、
前記加圧部材に加圧力を発生させるための加圧機構と、
を有することを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項５】
請求項４記載のスポット溶接装置において、前記第１溶接チップ及び前記第２溶接チップが設けられた溶接ガンを支持するロボットをさらに有し、且つ前記加圧機構が前記溶接ガンに設けられることを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載のスポット溶接装置において、前記加圧部材が、前記第１溶接チップとは逆の極性である補助電極であり、前記第１溶接チップ及び前記第２溶接チップの間で通電を行う際、前記第１溶接チップから前記補助電極に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを生じさせることを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項７】
請求項６記載のスポット溶接装置において、前記第２溶接チップ側に設けられて該第２溶接チップとは逆の極性である別の補助電極をさらに有し、前記第１溶接チップから前記補助電極に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを消失させた後、前記別の補助電極から前記第２溶接チップに向かう分岐電流、又は、前記第２溶接チップから前記別の補助電極に向かう分岐電流のいずれかを生じさせることを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項１】
複数個のワークを積層することで形成した積層体に対してスポット溶接を行うスポット溶接方法であって、
前記積層体を第１溶接チップ及び第２溶接チップで挟持するとともに、前記積層体の最外に位置して前記第１溶接チップが当接した最外ワークに対して加圧部材を当接させ、前記加圧部材によって前記最外ワーク側から前記積層体を加圧する工程と、
前記加圧部材による加圧を維持して前記第１溶接チップと前記第２溶接チップとの間に通電を行う工程と、
を有することを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載のスポット溶接方法において、前記加圧部材を前記第１溶接チップとは逆の極性である補助電極で構成し、前記第１溶接チップと前記第２溶接チップの間に通電を行う際、前記第１溶接チップから前記補助電極に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを生じさせることを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項３】
請求項２記載のスポット溶接方法において、前記第２溶接チップ側に該第２溶接チップとは逆の極性である別の補助電極を設け、前記第１溶接チップから前記補助電極に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを消失させた後、前記別の補助電極から前記第２溶接チップに向かう分岐電流、又は、前記第２溶接チップから前記別の補助電極に向かう分岐電流のいずれかを流すことを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項４】
複数個のワークを積層することで形成した積層体に対してスポット溶接を行うためのスポット溶接装置であって、
前記積層体を挟持する第１溶接チップ及び第２溶接チップと、
前記層体の最外に位置する最外ワークにおける前記第１溶接チップが当接した部位とは別の部位に当接し、前記積層体を前記最外ワーク側から加圧するための加圧部材と、
前記加圧部材に加圧力を発生させるための加圧機構と、
を有することを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項５】
請求項４記載のスポット溶接装置において、前記第１溶接チップ及び前記第２溶接チップが設けられた溶接ガンを支持するロボットをさらに有し、且つ前記加圧機構が前記溶接ガンに設けられることを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載のスポット溶接装置において、前記加圧部材が、前記第１溶接チップとは逆の極性である補助電極であり、前記第１溶接チップ及び前記第２溶接チップの間で通電を行う際、前記第１溶接チップから前記補助電極に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを生じさせることを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項７】
請求項６記載のスポット溶接装置において、前記第２溶接チップ側に設けられて該第２溶接チップとは逆の極性である別の補助電極をさらに有し、前記第１溶接チップから前記補助電極に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第１溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを消失させた後、前記別の補助電極から前記第２溶接チップに向かう分岐電流、又は、前記第２溶接チップから前記別の補助電極に向かう分岐電流のいずれかを生じさせることを特徴とするスポット溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１２−６６２８４（Ｐ２０１２−６６２８４Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１３６８１（Ｐ２０１０−２１３６８１）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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