スポット溶接方法及びスポット溶接装置
【課題】ギャップや面直ズレ等の外乱による溶接不良を抑制できるスポット溶接方法を提供すること。
【解決手段】鋼板Ｗ１及びＷ２を重ね合わせたワークＷを一対の電極チップ２１，２２で挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で電極チップ２１，２２間に電流を流すことでワークＷを溶接するスポット溶接方法において、ワークＷを一対の電極チップ２１，２２で挟んで加圧を開始してから、加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの間に、一対の電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させることを特徴とするスポット溶接方法である。
【解決手段】鋼板Ｗ１及びＷ２を重ね合わせたワークＷを一対の電極チップ２１，２２で挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で電極チップ２１，２２間に電流を流すことでワークＷを溶接するスポット溶接方法において、ワークＷを一対の電極チップ２１，２２で挟んで加圧を開始してから、加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの間に、一対の電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させることを特徴とするスポット溶接方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接方法及びスポット溶接装置に関する。詳しくは、複数の板材を重ね合わせたワークを一対の電極チップで挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で電極チップ間に電流を流すことでワークを溶接するスポット溶接方法及びスポット溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の板材を重ね合わせたワークの接合にスポット溶接が利用されている。スポット溶接では、ワークを一対の電極チップで挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で電極チップ間に電流を流す。すると、通電により発生するジュール熱でワーク材が溶融し、電極チップ間のワーク内部にワーク材の溶融物であるナゲットが生成する。その後、加圧状態を維持しつつ通電を停止することにより、ナゲットが冷却固化してワークが溶接される。
【０００３】
このようなスポット溶接では、溶接状態を管理するうえで、溶接部に生成されるナゲットの品質判定を行うことは重要である。そこで、例えば溶接初期に発生する電極チップの振動を検出し、その検出結果に基づいてナゲットの品質の良否を判定することで、溶接状態の良否を判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。ただし、この技術では、従来のスポット溶接と同様に、初期設定された溶接条件でスポット溶接が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７０７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数の板材を重ね合わせたワークでは、板材間に隙間（以下、「ギャップ」という。）が生じる場合がある。ギャップの大きさ（距離）は、ワークの種類や部位によってばらつきがあるため、初期設定された溶接条件でスポット溶接を行うと、ギャップが十分に解消されず、板材同士の接触面積にばらつきが生じる。すると、溶接部に生成されるナゲットの大きさにもばらつきが生じるうえ、接触面積が小さい部位では電流密度が増大してスパッタが発生する等の問題があった。
【０００６】
また、スポット溶接では、一対の電極チップの中心軸線がワークの面方向に対して直交する状態で溶接を行うのが望ましい。ところが、一対の電極チップの中心軸線がワークの面方向に対して傾いてしまう場合があり（以下、「面直ズレ」という。）、この場合には、先端が球面状の各電極チップとワークとの接触位置が、ワークの面方向において互いに離間する方向にずれてしまう。即ち、各電極チップとワークとの接触位置が、ナゲットの生成位置の中心から離間する方向にずれてしまうため、ナゲットの生成が困難になるという問題があった。また、面直ズレに加えてギャップも生じていた場合には、ギャップの解消がより困難になるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、ギャップや面直ズレ等の外乱による溶接不良を抑制できるスポット溶接方法及びスポット溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は、複数の板材（例えば、後述の鋼板Ｗ１，Ｗ２）を重ね合わせたワーク（例えば、後述のワークＷ）を一対の電極チップ（例えば、後述の可動電極チップ２１、固定電極チップ２２）で挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で当該電極チップ間に電流を流すことで前記ワークを溶接するスポット溶接方法を提供する。本発明のスポット溶接方法（例えば、後述のスポット溶接装置１により実行可能なスポット溶接方法）は、前記ワークを前記一対の電極チップで挟んで加圧を開始してから、加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの間（例えば、後述の加圧立ち上がり時間）に、前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、ワークを一対の電極チップで挟んで加圧する際に、一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させる。これにより、各電極チップをワークに馴染ませることができ、ギャップや面直ズレを解消してナゲットを容易且つ安定して生成できる。従って、本発明によれば、ギャップや面直ズレ等の外乱による溶接不良を抑制できる。
また、本発明では、ワークを一対の電極チップで挟んで加圧を開始してから、加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの間に、一対の電極チップを振動させる。ここで、「所定の加圧力」とは、良好な溶接強度が得られるような適切な大きさのナゲットを生成できる加圧力として予め設定された加圧力を意味する。即ち、本発明によれば、加圧を開始してから加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの時間（以下、「加圧立ち上がり時間」という。）を利用して一対の電極チップを振動させるため、溶接工数を増加させることなく、上記の効果が得られる。
【００１０】
この場合、前記加圧力が所定の加圧力に達して安定化した後、前記一対の電極チップ間に電流を流している間に、前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることが好ましい。
【００１１】
この発明では、加圧立ち上がり時間の経過後、一対の電極チップ間に電流を流している間も、一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させる。これにより、通電によって発熱して馴染み易くなったワークを各電極チップにさらに馴染ませることができ、加圧立ち上がり時間の振動では回避しきれなかったギャップや面直ズレ等の外乱による溶接不良を回避できる。
また、この発明では、通電時に一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させるため、一対の電極チップ間の加圧力に偏差が生じるとともに、加圧力の高い側と低い側とが交互に入れ替わる。すると、ナゲットは、加圧力が低い方向に拡大する特性を有するため、ワークの厚み方向にナゲットの成長が拡大する。即ち、従来のスポット溶接ではワークの厚み方向へのナゲットの成長を促進するのが困難であったところ、この発明によればワークの厚み方向へのナゲットの成長を容易に促進でき、従来よりも大きなナゲットを生成できる。
また、この発明によれば、通電時に一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることにより、発熱効率が向上し、溶接時間を短縮できる。
【００１２】
また本発明は、複数の板材（例えば、後述の鋼板Ｗ１，Ｗ２）を重ね合わせたワーク（例えば、後述のワークＷ）を溶接するスポット溶接装置を提供する。本発明のスポット溶接装置（例えば、後述のスポット溶接装置１）は、互いに対向して配置され、進退機構（例えば、後述の送りねじ機構）により接近又は離隔する一対の電極チップ（例えば、後述の可動電極チップ２１、固定電極チップ２２）と、前記一対の電極チップ間に電流を流す電流源（例えば、後述のトランス）と、前記ワークを前記一対の電極チップで挟んで加圧したときの加圧力を検出する加圧力検出手段（例えば、後述の歪みゲージ１７）と、を備える溶接ガン（例えば、後述の溶接ガン１０）と、前記溶接ガンが先端に装着されたロボットアーム（例えば、後述のロボットアーム７０）と、当該ロボットアームを構成するロボット軸（例えば、後述のロボット軸Ｘ）を駆動する駆動機構（例えば、後述のサーボモータ）と、を備えるロボット（例えば、後述のロボット５０）と、前記溶接ガンと前記ロボットを制御して、前記ワークを前記一対の電極チップで挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で当該電極チップ間に電流を流すことで前記ワークを溶接する制御手段（例えば、後述の制御装置１００）と、を備え、前記制御手段は、前記加圧力検出手段により前記加圧力が検出され始めてから前記加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの間（例えば、後述の加圧立ち上がり時間）に、前記ロボットを制御することで前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることを特徴とする。
【００１３】
この場合、前記制御手段は、前記加圧力が所定の加圧力に達して安定化した後、前記一対の電極チップ間に電流を流している間に、前記ロボットを制御することで前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることが好ましい。
【００１４】
本発明のスポット溶接装置によれば、上記スポット溶接方法の発明と同様の効果が奏される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ギャップや面直ズレ等の外乱による溶接不良を抑制できるスポット溶接方法及びスポット溶接装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置の構成を示す側面図である。
【図２】ワークにギャップが生じたときの状態を示す図である。
【図３】面直ズレが生じたときの状態を示す図である。
【図４】ギャップが生じたワークに本発明の一実施形態に係るスポット溶接を適用したときの溶接部の状態を示す図であり、（Ａ）が各電極チップを振動させる前の状態であり、（Ｂ）及び（Ｃ）が振動中の状態であり、（Ｄ）が振動後の状態である。
【図５】面直ズレが生じた場合に本発明の一実施形態に係るスポット溶接を適用したときの溶接部の状態を示す図であり、（Ａ）が各電極チップを振動させる前の状態であり、（Ｂ）及び（Ｃ）が振動中の状態であり、（Ｄ）が振動後の状態である。
【図６】加圧立ち上がり時間のみ各電極チップを振動させたときの加圧力、溶接電流及び振動波の関係を示す図である。
【図７】加圧立ち上がり時間から通電中も継続して各電極チップを振動させたときの加圧力、溶接電流及び振動波の関係を示す図である。
【図８】通電中に各電極チップを加圧方向に振動させたときのナゲットの生成状態を示す図であり、（Ａ）及び（Ｂ）が振動中の状態を示す図であり、（Ｃ）が振動後の状態を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るスポット溶接の一例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置１の構成を示す側面図である。本実施形態に係るスポット溶接装置１は、板材としての鋼板Ｗ１及びＷ２を重ね合わせたワークＷを、一対の電極２１，２２で挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で電極チップ２１，２２間に電流を流すことで、ワークＷを溶接する。
本実施形態に係るスポット溶接装置１は、本発明に係るスポット溶接方法の実行が可能となっている。
【００１８】
本実施形態のスポット溶接装置１は、溶接ガン１０と、ロボット５０と、制御手段としての制御装置１００と、を備える。
【００１９】
溶接ガン１０は、溶接ガン本体１１と、溶接ガン本体１１の先端に設けられた電極部１５と、図示しない電流源としてのトランスと、溶接ガン本体１１を支持する支持部９０と、を備える。
溶接ガン本体１１は、その上部に設けられたサーボモータ１６と、このサーボモータ１６に連結された進退機構としての図示しない送りねじ機構と、備える。
電極部１５は、一対の電極チップとして、可動電極チップ２１と、固定電極チップ２２と（以下、単に「電極チップ２１」、「電極チップ２２」ともいう。）、を備える。これら可動電極チップ２１と固定電極チップ２２は、ワークＷを挟んで互いに対向配置される。
【００２０】
可動電極チップ２１は、溶接ガン本体１１の先端から下方に突出し、送りねじ機構に連結されたロッド１２の先端に支持されている。可動電極チップ２１は、その先端が球面状に形成された円柱状である。可動電極チップ２１は、サーボモータ１６により送りねじ機構を介してロッド１２が上下動（図１のＡ２方向又はＡ１方向に移動）することで、後述する固定電極チップ２２に対して進退可能となっている。
【００２１】
固定電極チップ２２は、溶接ガン本体１１の先端に連結された連結部１４から下方に延びるＣ形ヨーク１３の先端に支持されている。固定電極チップ２２は、Ｃ形ヨーク１３の先端から上方に延びており、可動電極チップ２１と同様にその先端は球面状に形成され、可動電極チップ２１と同径の円柱状である。
【００２２】
これら可動電極チップ２１及び固定電極チップ２２には、電流源としての図示しないトランスが接続される。例えば、トランスの正極が可動電極チップ２１に接続され、その負極が固定電極チップ２２に接続される。これにより、トランスから可動電極チップ２１を経てワークＷに流入する溶接電流は、固定電極チップ２２に向かって流れ、固定電極チップ２２を経てトランスに戻る。また、このような溶接電流が流れることにより、可動電極チップ２１と固定電極チップ２２間のワークＷの厚み方向中央部分に、ワーク材の溶融物であるナゲット２３が生成する。
【００２３】
溶接ガン１０のＣ形ヨーク１３には、加圧力検出手段としての歪ゲージ１７が設けられている。歪ゲージ１７は、ワークＷを可動電極チップ２１と固定電極チップ２２とで挟んで加圧したときの加圧力を検出する。歪ゲージ１７の検出信号は、後述する制御装置１００に送信される。
【００２４】
支持部９０は、後述するロボットアーム７０の先端に装着されており、溶接ガン本体１１を支持する。
支持部９０は、支持ブラケット９１と、基部９７と、を含んで構成される。支持ブラケット９１は、上板９１ａと、この上板９１ａに平行な下板９１ｂと、を備える。これら上板９１ａと下板９１ｂの間には、ガイドバー９２が橋架されている。
【００２５】
ガイドバー９２には、その軸方向に摺動自在な支持板９３が取り付けられている。支持板９３は、基部９７側から上板９１ａ及び下板９１ｂに対して平行に延び、その先端側で溶接ガン本体１１を支持する。支持板９３の基端側の上面には、筐体状の支持体９４が設けられている。上板９１ａと支持体９４の間には、ガイドバー９２に巻回された第１コイルスプリング９５が介装されている。同様に、下板９１ｂと支持板９３の間には、ガイドバー９２に巻回された第２コイルスプリング９６が介装されている。
【００２６】
ロボット５０は、ロボットアーム７０と、図示しない駆動機構としてのサーボモータと、を備える。
ロボット５０は、多軸ロボットであり、ロボットアーム７０は、複数のロボット軸（図１ではロボット軸Ｘのみを示す。）と、これらの各ロボット軸により互いに軸支される複数の腕部（図１では第１腕部７１と第２腕部７２のみを示す。）と、を備える。上述したように、ロボットアーム７０の先端には溶接ガン１０が装着される。
サーボモータは、各ロボット軸を駆動することで、ロボットアーム７０の先端に装着された溶接ガン１０の位置及び姿勢を変化させる。
【００２７】
制御装置１００は、溶接ガン１０及びロボット５０を制御する。
より詳しくは、制御装置１００は、溶接ガン１０及びロボット５０を制御することにより、ワークＷを一対の電極チップ２１，２２で挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で電極チップ２１，２２間に電流を流すことでワークＷを溶接する。
【００２８】
また、制御装置１００は、ロボット５０のロボット軸を駆動するサーボモータを制御することにより、歪ゲージ１７により加圧力が検出され始めてから加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの加圧立ち上がり時間に、ロボットアーム７０を振動させることで一対の電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させる。
より好ましくは、制御装置１００は、加圧立ち上がり時間の経過後、一対の電極チップ２１，２２間に電流を流している間に、ロボットアーム７０を振動させることで一対の電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させる。
【００２９】
以上の構成を備える本実施形態のスポット溶接装置１及びこのスポット溶接装置１で実行される本実施形態のスポット溶接方法は、各電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させることで、ギャップ及び面直ズレによる溶接不良を抑制するものである。
ここで、溶接不良の原因となるギャップと面直ズレについて説明する。
図２は、ワークＷを構成する鋼板Ｗ１とＷ２の間にギャップＧが生じたときの状態を示す図である。このギャップＧの大きさ（距離）は、ワークＷの種類や部位によってばらつきがあるため、初期設定された溶接条件で溶接を行うと、ギャップＧは十分に解消されず、鋼板Ｗ１，Ｗ２同士の接触面積にばらつきが生じる。すると、溶接部に生成されるナゲットの大きさにもばらつきが生じるうえ、接触面積が小さい部位では電流密度が増大してスパッタが発生するという問題がある。
【００３０】
また図３は、面直ズレが生じたときの状態を示す図である。通常は図２に示すように、一対の電極チップ２１，２２の中心軸線ＹがワークＷの面方向に対して直交する状態で溶接を行うのが望ましいところ、図３に示すように一対の電極チップ２１，２２の中心軸線ＹがワークＷの面方向に対して傾く面直ズレが生じてしまう場合がある。この場合には、先端が球面状の各電極チップ２１，２２とワークＷとの接触位置Ａ１，Ａ２が、ワークＷの面方向において互いに離間する方向にずれてしまう。即ち、各電極チップ２１，２２とワークＷとの接触位置Ａ１，Ａ２が、ナゲットの生成位置の中心Ｎから離間する方向にずれてしまうため、ナゲットの生成が困難になるという問題がある。また、面直ズレに加えてギャップも生じていた場合には、ギャップの解消がより困難になるという問題がある。
【００３１】
これに対して、図４は、ギャップが生じたワークＷに対して、本実施形態に係るスポット溶接を適用したときの溶接部の状態を示す図である。
図４の（Ａ）に示すように、ワークＷを挟んで加圧している各電極チップ２１，２２を振動させる前においては、鋼板Ｗ１とＷ２の間にギャップが形成されたままである。
そこで、本実施形態では、図４の（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、ロボットアーム７０を振動させて各電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向（図４（Ｂ）及び（Ｃ）の矢印方向）に振動させる。すると、各電極チップ２１，２２がワークＷに馴染んでいき、鋼板Ｗ１及びＷ２がギャップＧ側に向かって凹んでいくため、ギャップが次第に解消されていく。
そして、図４の（Ｄ）に示すように、最終的には溶接部のギャップが完全に解消され、溶接部における鋼板Ｗ１とＷ２の接触面積が十分に確保される。これにより、ギャップによる溶接不良が回避される。
【００３２】
また図５は、面直ズレが生じた場合に本実施形態に係るスポット溶接を適用したときの溶接部の状態を示す図である。
図５の（Ａ）に示すように、面直ズレが生じた場合には、先端が球面状の各電極チップ２１，２２と鋼板Ｗ１，Ｗ２との接触位置Ａ１及びＡ２が、ワークＷの面方向において互いに離間する方向にずれるとともに、ナゲットの生成位置の中心Ｎから離間する方向にずれている。
そこで、本実施形態では、図５の（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、ロボットアーム７０を振動させて各電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向（図５（Ｂ）及び（Ｃ）の矢印方向）に振動させる。すると、各電極チップ２１，２２がワークＷに馴染んでいき、溶接部におけるワークＷの面が各電極チップ２１，２２の中心軸線Ｙに対して直交する形状に変化していく。これにより、面直ズレが解消され、各電極チップ２１，２２と鋼板Ｗ１，Ｗ２との接触位置Ａ１及びＡ２が、中心軸線Ｙ上に位置するようになり、ナゲットの生成位置の中心Ｎから最短距離に位置するようになる。このため、ナゲットの生成が容易になり、面直ズレによる溶接不良が回避される。
【００３３】
次に、本実施形態で行う各電極チップ２１，２２の振動の条件について説明する。
本実施形態では、ロボットアーム７０を振動させることで各電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させればよい。例えば、ロボットアーム７０を上下方向に振動させることで、各電極チップ２１，２２を加圧方向に振動させる。
また、本実施形態では、各電極チップ２１，２２の振動の周波数を、１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの低周波数とすることができる。これにより、各電極チップ２１，２２とワークＷとの馴染みを良くし、ナゲットの成長が促進される。一方、振動の周波数を１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波数とすることもできる。これにより、発熱効率が向上し、サイクルタイムの短縮化が可能となる。
また、振幅は特に限定されないが、例えば１ｍｍとすることができる。
なお、本実施形態で行う各電極チップ２１，２２の振動は、ワークＷ自体を振動させるほどの振動ではないため、複数台のロボットで本実施形態の溶接を行っても他のロボットへの影響は無い。
【００３４】
次に、本実施形態で行う各電極チップ２１，２２の振動の実行時期について説明する。
本実施形態では、少なくとも、歪ゲージ１７により加圧力が検出され始めてから加圧力が所定の加圧力に達するまでの加圧立ち上がり時間に、一対の電極チップ２１，２２を振動させればよい。
図６は、加圧立ち上がり時間のみ、各電極チップ２１，２２を振動させたときの加圧力、溶接電流及び振動波の関係を示す図である。この図６に示すように、加圧立ち上がり時間のみ各電極チップ２１，２２を振動させることで、上述のようなギャップ及び面直ズレによる溶接不良が回避される。またこの場合、加圧立ち上がり時間を利用して各電極チップ２１，２２を振動させるため、溶接工数を増加させることがない。
【００３５】
これに対して、図７は、加圧立ち上がり時間から通電中も継続して各電極チップ２１，２２を振動させたときの加圧力、溶接電流及び振動波の関係を示す図である。この図７に示すように、通電中も継続して各電極チップ２１，２２を振動させることにより（図７では、通電後の保持時間においても振動を継続している。）、通電によって発熱して馴染み易くなったワークＷが、各電極チップ２１，２２にさらに馴染む。これにより、加圧立ち上がり時間の振動では回避しきれなかったギャップや面直ズレ等の外乱による溶接不良が回避される。
【００３６】
ここで、図８は、通電中も継続して各電極チップ２１，２２を振動させたときのナゲットの生成状態を示す図である。この図８の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、各電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させると、各電極チップ２１，２２間の加圧力に偏差が生じるとともに、加圧力の高い側と低い側とが交互に入れ替わる。すると、通電時に生成するナゲット２３は、加圧力が低い方向に拡大する特性を有するため、（Ｃ）に示すようにワークＷの厚み方向にナゲットの成長が拡大し、従来よりも大きなナゲット２４が生成される。
また、通電時に各電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させることにより、発熱効率が向上し、溶接時間の短縮が可能となる。
【００３７】
次に、本実施形態に係るスポット溶接装置１の動作について、図９を参照しながら説明する。
図９は、本実施形態に係るスポット溶接の一例を示すタイムチャートである。
先ず、時刻ｔ０において、可動電極チップ２１を固定電極チップ２２に対して離隔させた状態で、ロボットアーム７０の動作でワークＷの溶接部位に溶接ガン１０を移動させる。具体的には、固定電極チップ２２の先端面が、ワークＷの溶接部位の下面に当接する位置に溶接ガン１０を移動させる。
【００３８】
次いで、送りねじ機構の作用で可動電極チップ２１をワークＷに対して前進させる。これにより、時刻ｔ１において、可動電極チップ２１の先端面がワークＷの上面に当接し、各電極チップ２１，２２による加圧が開始される。このとき、歪みゲージ１７により加圧力が検出され始める。
【００３９】
また時刻ｔ１において、歪みゲージ１７により加圧力が検出され始めたと同時に、ロボットアーム７０を振動させることで各電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させる。これにより、各電極チップ２１，２２がワークＷに馴染み、ギャップが解消されるとともに、面直ズレが解消される。
【００４０】
次いで時刻ｔ２において、加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの加圧立ち上がり時間が経過した後、各電極チップ２１，２２による加圧力を維持しつつ、所定の溶接電流を供給する。すると、可動電極チップ２１から固定電極チップ２２に向かって、ワークＷの内部を溶接電流が流れて通電する。これにより、各電極チップ２１，２２間におけるワークＷの厚み方向の中央部において、ワーク材が溶融してナゲットが生成する。
【００４１】
各電極チップ２１，２２間の通電は、時刻ｔ３まで行う。また、時刻ｔ２〜時刻ｔ３までの通電中は、各電極チップ２１，２２の振動を継続する。これにより、各電極チップ２１，２２がワークＷにさらに馴染むと同時に、各電極チップ２１，２２間に加圧力差が生じ、ワークＷの厚み方向にナゲットの成長が拡大する。
【００４２】
そして、時刻ｔ３において、各電極チップ２１，２２間の通電を停止する。同時に、各電極チップ２１，２２の振動を停止する。
【００４３】
各電極チップ２１，２２の通電及び振動を停止してから所定時間保持した後、時刻ｔ４において、送りねじ機構の作用で可動電極チップ２１をワークＷに対して後退させる。これにより、ナゲットが冷却固化し、ワークＷが溶接される。
【００４４】
以上をまとめると、本実施形態のスポット溶接装置１及びこのスポット溶接装置１で実行される本実施形態のスポット溶接方法によれば、以下の効果が奏される。
即ち、本実施形態では、ワークＷを一対の電極チップ２１，２２で挟んで加圧する際に、一対の電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させる。これにより、各電極チップ２１，２２をワークＷに馴染ませることができ、ギャップＧや面直ズレを解消してナゲット２３を容易且つ安定して生成できる。従って、本実施形態によれば、ギャップＧや面直ズレ等の外乱による溶接不良を抑制できる。
また、本実施形態では、ワークＷを一対の電極チップ２１，２２で挟んで加圧を開始してから、加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの加圧立ち上がり時間に、一対の電極チップ２１，２２を振動させる。即ち、本実施形態によれば、加圧立ち上がり時間を利用して一対の電極チップ２１，２２を振動させるため、溶接工数を増加させることなく、上記の効果が得られる。
【００４５】
また本実施形態では、好ましくは、加圧立ち上がり時間の経過後、一対の電極チップ２１，２２間に電流を流している間も、一対の電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させる。これにより、通電によって発熱して馴染み易くなったワークＷを各電極チップ２１，２２にさらに馴染ませることができ、加圧立ち上がり時間の振動では回避しきれなかったギャップＧや面直ズレ等の外乱による溶接不良を回避できる。
また本実施形態では、通電時に一対の電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させるため、一対の電極チップ２１，２２間の加圧力に偏差が生じるとともに、加圧力の高い側と低い側とが交互に入れ替わる。すると、ナゲット２３は、加圧力が低い方向に拡大する特性を有するため、ワークＷの厚み方向にナゲット２３の成長が拡大する。即ち、従来のスポット溶接ではワークＷの厚み方向へのナゲット２３の成長を促進するのが困難であったところ、本実施形態によればワークＷの厚み方向へのナゲット２３の成長を容易に促進でき、従来よりも大きなナゲット２４を生成できる。
また、本実施形態によれば、通電時に一対の電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させることにより、発熱効率が向上し、溶接時間を短縮できる。
【００４６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、上記実施形態ではロボットアーム７０を振動させることで各電極チップ２１，２２を振動させたがこれに限定されない。溶接ガン１０を支持するロボットアーム７０の先端部にサーボシリンダを設け、これにより各電極チップ２１，２２を振動させる構造としてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１…スポット溶接装置
１０…溶接ガン
１７…歪みゲージ（加圧力検出手段）
２１…可動電極チップ（一対の電極チップ）
２２…固定電極チップ（一対の電極チップ）
５０…ロボット
７０…ロボットアーム
１００…制御装置（制御手段）
Ｗ…ワーク
Ｗ１，Ｗ２…鋼板（板材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接方法及びスポット溶接装置に関する。詳しくは、複数の板材を重ね合わせたワークを一対の電極チップで挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で電極チップ間に電流を流すことでワークを溶接するスポット溶接方法及びスポット溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の板材を重ね合わせたワークの接合にスポット溶接が利用されている。スポット溶接では、ワークを一対の電極チップで挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で電極チップ間に電流を流す。すると、通電により発生するジュール熱でワーク材が溶融し、電極チップ間のワーク内部にワーク材の溶融物であるナゲットが生成する。その後、加圧状態を維持しつつ通電を停止することにより、ナゲットが冷却固化してワークが溶接される。
【０００３】
このようなスポット溶接では、溶接状態を管理するうえで、溶接部に生成されるナゲットの品質判定を行うことは重要である。そこで、例えば溶接初期に発生する電極チップの振動を検出し、その検出結果に基づいてナゲットの品質の良否を判定することで、溶接状態の良否を判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。ただし、この技術では、従来のスポット溶接と同様に、初期設定された溶接条件でスポット溶接が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７０７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数の板材を重ね合わせたワークでは、板材間に隙間（以下、「ギャップ」という。）が生じる場合がある。ギャップの大きさ（距離）は、ワークの種類や部位によってばらつきがあるため、初期設定された溶接条件でスポット溶接を行うと、ギャップが十分に解消されず、板材同士の接触面積にばらつきが生じる。すると、溶接部に生成されるナゲットの大きさにもばらつきが生じるうえ、接触面積が小さい部位では電流密度が増大してスパッタが発生する等の問題があった。
【０００６】
また、スポット溶接では、一対の電極チップの中心軸線がワークの面方向に対して直交する状態で溶接を行うのが望ましい。ところが、一対の電極チップの中心軸線がワークの面方向に対して傾いてしまう場合があり（以下、「面直ズレ」という。）、この場合には、先端が球面状の各電極チップとワークとの接触位置が、ワークの面方向において互いに離間する方向にずれてしまう。即ち、各電極チップとワークとの接触位置が、ナゲットの生成位置の中心から離間する方向にずれてしまうため、ナゲットの生成が困難になるという問題があった。また、面直ズレに加えてギャップも生じていた場合には、ギャップの解消がより困難になるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、ギャップや面直ズレ等の外乱による溶接不良を抑制できるスポット溶接方法及びスポット溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は、複数の板材（例えば、後述の鋼板Ｗ１，Ｗ２）を重ね合わせたワーク（例えば、後述のワークＷ）を一対の電極チップ（例えば、後述の可動電極チップ２１、固定電極チップ２２）で挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で当該電極チップ間に電流を流すことで前記ワークを溶接するスポット溶接方法を提供する。本発明のスポット溶接方法（例えば、後述のスポット溶接装置１により実行可能なスポット溶接方法）は、前記ワークを前記一対の電極チップで挟んで加圧を開始してから、加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの間（例えば、後述の加圧立ち上がり時間）に、前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、ワークを一対の電極チップで挟んで加圧する際に、一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させる。これにより、各電極チップをワークに馴染ませることができ、ギャップや面直ズレを解消してナゲットを容易且つ安定して生成できる。従って、本発明によれば、ギャップや面直ズレ等の外乱による溶接不良を抑制できる。
また、本発明では、ワークを一対の電極チップで挟んで加圧を開始してから、加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの間に、一対の電極チップを振動させる。ここで、「所定の加圧力」とは、良好な溶接強度が得られるような適切な大きさのナゲットを生成できる加圧力として予め設定された加圧力を意味する。即ち、本発明によれば、加圧を開始してから加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの時間（以下、「加圧立ち上がり時間」という。）を利用して一対の電極チップを振動させるため、溶接工数を増加させることなく、上記の効果が得られる。
【００１０】
この場合、前記加圧力が所定の加圧力に達して安定化した後、前記一対の電極チップ間に電流を流している間に、前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることが好ましい。
【００１１】
この発明では、加圧立ち上がり時間の経過後、一対の電極チップ間に電流を流している間も、一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させる。これにより、通電によって発熱して馴染み易くなったワークを各電極チップにさらに馴染ませることができ、加圧立ち上がり時間の振動では回避しきれなかったギャップや面直ズレ等の外乱による溶接不良を回避できる。
また、この発明では、通電時に一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させるため、一対の電極チップ間の加圧力に偏差が生じるとともに、加圧力の高い側と低い側とが交互に入れ替わる。すると、ナゲットは、加圧力が低い方向に拡大する特性を有するため、ワークの厚み方向にナゲットの成長が拡大する。即ち、従来のスポット溶接ではワークの厚み方向へのナゲットの成長を促進するのが困難であったところ、この発明によればワークの厚み方向へのナゲットの成長を容易に促進でき、従来よりも大きなナゲットを生成できる。
また、この発明によれば、通電時に一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることにより、発熱効率が向上し、溶接時間を短縮できる。
【００１２】
また本発明は、複数の板材（例えば、後述の鋼板Ｗ１，Ｗ２）を重ね合わせたワーク（例えば、後述のワークＷ）を溶接するスポット溶接装置を提供する。本発明のスポット溶接装置（例えば、後述のスポット溶接装置１）は、互いに対向して配置され、進退機構（例えば、後述の送りねじ機構）により接近又は離隔する一対の電極チップ（例えば、後述の可動電極チップ２１、固定電極チップ２２）と、前記一対の電極チップ間に電流を流す電流源（例えば、後述のトランス）と、前記ワークを前記一対の電極チップで挟んで加圧したときの加圧力を検出する加圧力検出手段（例えば、後述の歪みゲージ１７）と、を備える溶接ガン（例えば、後述の溶接ガン１０）と、前記溶接ガンが先端に装着されたロボットアーム（例えば、後述のロボットアーム７０）と、当該ロボットアームを構成するロボット軸（例えば、後述のロボット軸Ｘ）を駆動する駆動機構（例えば、後述のサーボモータ）と、を備えるロボット（例えば、後述のロボット５０）と、前記溶接ガンと前記ロボットを制御して、前記ワークを前記一対の電極チップで挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で当該電極チップ間に電流を流すことで前記ワークを溶接する制御手段（例えば、後述の制御装置１００）と、を備え、前記制御手段は、前記加圧力検出手段により前記加圧力が検出され始めてから前記加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの間（例えば、後述の加圧立ち上がり時間）に、前記ロボットを制御することで前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることを特徴とする。
【００１３】
この場合、前記制御手段は、前記加圧力が所定の加圧力に達して安定化した後、前記一対の電極チップ間に電流を流している間に、前記ロボットを制御することで前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることが好ましい。
【００１４】
本発明のスポット溶接装置によれば、上記スポット溶接方法の発明と同様の効果が奏される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ギャップや面直ズレ等の外乱による溶接不良を抑制できるスポット溶接方法及びスポット溶接装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置の構成を示す側面図である。
【図２】ワークにギャップが生じたときの状態を示す図である。
【図３】面直ズレが生じたときの状態を示す図である。
【図４】ギャップが生じたワークに本発明の一実施形態に係るスポット溶接を適用したときの溶接部の状態を示す図であり、（Ａ）が各電極チップを振動させる前の状態であり、（Ｂ）及び（Ｃ）が振動中の状態であり、（Ｄ）が振動後の状態である。
【図５】面直ズレが生じた場合に本発明の一実施形態に係るスポット溶接を適用したときの溶接部の状態を示す図であり、（Ａ）が各電極チップを振動させる前の状態であり、（Ｂ）及び（Ｃ）が振動中の状態であり、（Ｄ）が振動後の状態である。
【図６】加圧立ち上がり時間のみ各電極チップを振動させたときの加圧力、溶接電流及び振動波の関係を示す図である。
【図７】加圧立ち上がり時間から通電中も継続して各電極チップを振動させたときの加圧力、溶接電流及び振動波の関係を示す図である。
【図８】通電中に各電極チップを加圧方向に振動させたときのナゲットの生成状態を示す図であり、（Ａ）及び（Ｂ）が振動中の状態を示す図であり、（Ｃ）が振動後の状態を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るスポット溶接の一例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置１の構成を示す側面図である。本実施形態に係るスポット溶接装置１は、板材としての鋼板Ｗ１及びＷ２を重ね合わせたワークＷを、一対の電極２１，２２で挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で電極チップ２１，２２間に電流を流すことで、ワークＷを溶接する。
本実施形態に係るスポット溶接装置１は、本発明に係るスポット溶接方法の実行が可能となっている。
【００１８】
本実施形態のスポット溶接装置１は、溶接ガン１０と、ロボット５０と、制御手段としての制御装置１００と、を備える。
【００１９】
溶接ガン１０は、溶接ガン本体１１と、溶接ガン本体１１の先端に設けられた電極部１５と、図示しない電流源としてのトランスと、溶接ガン本体１１を支持する支持部９０と、を備える。
溶接ガン本体１１は、その上部に設けられたサーボモータ１６と、このサーボモータ１６に連結された進退機構としての図示しない送りねじ機構と、備える。
電極部１５は、一対の電極チップとして、可動電極チップ２１と、固定電極チップ２２と（以下、単に「電極チップ２１」、「電極チップ２２」ともいう。）、を備える。これら可動電極チップ２１と固定電極チップ２２は、ワークＷを挟んで互いに対向配置される。
【００２０】
可動電極チップ２１は、溶接ガン本体１１の先端から下方に突出し、送りねじ機構に連結されたロッド１２の先端に支持されている。可動電極チップ２１は、その先端が球面状に形成された円柱状である。可動電極チップ２１は、サーボモータ１６により送りねじ機構を介してロッド１２が上下動（図１のＡ２方向又はＡ１方向に移動）することで、後述する固定電極チップ２２に対して進退可能となっている。
【００２１】
固定電極チップ２２は、溶接ガン本体１１の先端に連結された連結部１４から下方に延びるＣ形ヨーク１３の先端に支持されている。固定電極チップ２２は、Ｃ形ヨーク１３の先端から上方に延びており、可動電極チップ２１と同様にその先端は球面状に形成され、可動電極チップ２１と同径の円柱状である。
【００２２】
これら可動電極チップ２１及び固定電極チップ２２には、電流源としての図示しないトランスが接続される。例えば、トランスの正極が可動電極チップ２１に接続され、その負極が固定電極チップ２２に接続される。これにより、トランスから可動電極チップ２１を経てワークＷに流入する溶接電流は、固定電極チップ２２に向かって流れ、固定電極チップ２２を経てトランスに戻る。また、このような溶接電流が流れることにより、可動電極チップ２１と固定電極チップ２２間のワークＷの厚み方向中央部分に、ワーク材の溶融物であるナゲット２３が生成する。
【００２３】
溶接ガン１０のＣ形ヨーク１３には、加圧力検出手段としての歪ゲージ１７が設けられている。歪ゲージ１７は、ワークＷを可動電極チップ２１と固定電極チップ２２とで挟んで加圧したときの加圧力を検出する。歪ゲージ１７の検出信号は、後述する制御装置１００に送信される。
【００２４】
支持部９０は、後述するロボットアーム７０の先端に装着されており、溶接ガン本体１１を支持する。
支持部９０は、支持ブラケット９１と、基部９７と、を含んで構成される。支持ブラケット９１は、上板９１ａと、この上板９１ａに平行な下板９１ｂと、を備える。これら上板９１ａと下板９１ｂの間には、ガイドバー９２が橋架されている。
【００２５】
ガイドバー９２には、その軸方向に摺動自在な支持板９３が取り付けられている。支持板９３は、基部９７側から上板９１ａ及び下板９１ｂに対して平行に延び、その先端側で溶接ガン本体１１を支持する。支持板９３の基端側の上面には、筐体状の支持体９４が設けられている。上板９１ａと支持体９４の間には、ガイドバー９２に巻回された第１コイルスプリング９５が介装されている。同様に、下板９１ｂと支持板９３の間には、ガイドバー９２に巻回された第２コイルスプリング９６が介装されている。
【００２６】
ロボット５０は、ロボットアーム７０と、図示しない駆動機構としてのサーボモータと、を備える。
ロボット５０は、多軸ロボットであり、ロボットアーム７０は、複数のロボット軸（図１ではロボット軸Ｘのみを示す。）と、これらの各ロボット軸により互いに軸支される複数の腕部（図１では第１腕部７１と第２腕部７２のみを示す。）と、を備える。上述したように、ロボットアーム７０の先端には溶接ガン１０が装着される。
サーボモータは、各ロボット軸を駆動することで、ロボットアーム７０の先端に装着された溶接ガン１０の位置及び姿勢を変化させる。
【００２７】
制御装置１００は、溶接ガン１０及びロボット５０を制御する。
より詳しくは、制御装置１００は、溶接ガン１０及びロボット５０を制御することにより、ワークＷを一対の電極チップ２１，２２で挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で電極チップ２１，２２間に電流を流すことでワークＷを溶接する。
【００２８】
また、制御装置１００は、ロボット５０のロボット軸を駆動するサーボモータを制御することにより、歪ゲージ１７により加圧力が検出され始めてから加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの加圧立ち上がり時間に、ロボットアーム７０を振動させることで一対の電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させる。
より好ましくは、制御装置１００は、加圧立ち上がり時間の経過後、一対の電極チップ２１，２２間に電流を流している間に、ロボットアーム７０を振動させることで一対の電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させる。
【００２９】
以上の構成を備える本実施形態のスポット溶接装置１及びこのスポット溶接装置１で実行される本実施形態のスポット溶接方法は、各電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させることで、ギャップ及び面直ズレによる溶接不良を抑制するものである。
ここで、溶接不良の原因となるギャップと面直ズレについて説明する。
図２は、ワークＷを構成する鋼板Ｗ１とＷ２の間にギャップＧが生じたときの状態を示す図である。このギャップＧの大きさ（距離）は、ワークＷの種類や部位によってばらつきがあるため、初期設定された溶接条件で溶接を行うと、ギャップＧは十分に解消されず、鋼板Ｗ１，Ｗ２同士の接触面積にばらつきが生じる。すると、溶接部に生成されるナゲットの大きさにもばらつきが生じるうえ、接触面積が小さい部位では電流密度が増大してスパッタが発生するという問題がある。
【００３０】
また図３は、面直ズレが生じたときの状態を示す図である。通常は図２に示すように、一対の電極チップ２１，２２の中心軸線ＹがワークＷの面方向に対して直交する状態で溶接を行うのが望ましいところ、図３に示すように一対の電極チップ２１，２２の中心軸線ＹがワークＷの面方向に対して傾く面直ズレが生じてしまう場合がある。この場合には、先端が球面状の各電極チップ２１，２２とワークＷとの接触位置Ａ１，Ａ２が、ワークＷの面方向において互いに離間する方向にずれてしまう。即ち、各電極チップ２１，２２とワークＷとの接触位置Ａ１，Ａ２が、ナゲットの生成位置の中心Ｎから離間する方向にずれてしまうため、ナゲットの生成が困難になるという問題がある。また、面直ズレに加えてギャップも生じていた場合には、ギャップの解消がより困難になるという問題がある。
【００３１】
これに対して、図４は、ギャップが生じたワークＷに対して、本実施形態に係るスポット溶接を適用したときの溶接部の状態を示す図である。
図４の（Ａ）に示すように、ワークＷを挟んで加圧している各電極チップ２１，２２を振動させる前においては、鋼板Ｗ１とＷ２の間にギャップが形成されたままである。
そこで、本実施形態では、図４の（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、ロボットアーム７０を振動させて各電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向（図４（Ｂ）及び（Ｃ）の矢印方向）に振動させる。すると、各電極チップ２１，２２がワークＷに馴染んでいき、鋼板Ｗ１及びＷ２がギャップＧ側に向かって凹んでいくため、ギャップが次第に解消されていく。
そして、図４の（Ｄ）に示すように、最終的には溶接部のギャップが完全に解消され、溶接部における鋼板Ｗ１とＷ２の接触面積が十分に確保される。これにより、ギャップによる溶接不良が回避される。
【００３２】
また図５は、面直ズレが生じた場合に本実施形態に係るスポット溶接を適用したときの溶接部の状態を示す図である。
図５の（Ａ）に示すように、面直ズレが生じた場合には、先端が球面状の各電極チップ２１，２２と鋼板Ｗ１，Ｗ２との接触位置Ａ１及びＡ２が、ワークＷの面方向において互いに離間する方向にずれるとともに、ナゲットの生成位置の中心Ｎから離間する方向にずれている。
そこで、本実施形態では、図５の（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、ロボットアーム７０を振動させて各電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向（図５（Ｂ）及び（Ｃ）の矢印方向）に振動させる。すると、各電極チップ２１，２２がワークＷに馴染んでいき、溶接部におけるワークＷの面が各電極チップ２１，２２の中心軸線Ｙに対して直交する形状に変化していく。これにより、面直ズレが解消され、各電極チップ２１，２２と鋼板Ｗ１，Ｗ２との接触位置Ａ１及びＡ２が、中心軸線Ｙ上に位置するようになり、ナゲットの生成位置の中心Ｎから最短距離に位置するようになる。このため、ナゲットの生成が容易になり、面直ズレによる溶接不良が回避される。
【００３３】
次に、本実施形態で行う各電極チップ２１，２２の振動の条件について説明する。
本実施形態では、ロボットアーム７０を振動させることで各電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させればよい。例えば、ロボットアーム７０を上下方向に振動させることで、各電極チップ２１，２２を加圧方向に振動させる。
また、本実施形態では、各電極チップ２１，２２の振動の周波数を、１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの低周波数とすることができる。これにより、各電極チップ２１，２２とワークＷとの馴染みを良くし、ナゲットの成長が促進される。一方、振動の周波数を１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波数とすることもできる。これにより、発熱効率が向上し、サイクルタイムの短縮化が可能となる。
また、振幅は特に限定されないが、例えば１ｍｍとすることができる。
なお、本実施形態で行う各電極チップ２１，２２の振動は、ワークＷ自体を振動させるほどの振動ではないため、複数台のロボットで本実施形態の溶接を行っても他のロボットへの影響は無い。
【００３４】
次に、本実施形態で行う各電極チップ２１，２２の振動の実行時期について説明する。
本実施形態では、少なくとも、歪ゲージ１７により加圧力が検出され始めてから加圧力が所定の加圧力に達するまでの加圧立ち上がり時間に、一対の電極チップ２１，２２を振動させればよい。
図６は、加圧立ち上がり時間のみ、各電極チップ２１，２２を振動させたときの加圧力、溶接電流及び振動波の関係を示す図である。この図６に示すように、加圧立ち上がり時間のみ各電極チップ２１，２２を振動させることで、上述のようなギャップ及び面直ズレによる溶接不良が回避される。またこの場合、加圧立ち上がり時間を利用して各電極チップ２１，２２を振動させるため、溶接工数を増加させることがない。
【００３５】
これに対して、図７は、加圧立ち上がり時間から通電中も継続して各電極チップ２１，２２を振動させたときの加圧力、溶接電流及び振動波の関係を示す図である。この図７に示すように、通電中も継続して各電極チップ２１，２２を振動させることにより（図７では、通電後の保持時間においても振動を継続している。）、通電によって発熱して馴染み易くなったワークＷが、各電極チップ２１，２２にさらに馴染む。これにより、加圧立ち上がり時間の振動では回避しきれなかったギャップや面直ズレ等の外乱による溶接不良が回避される。
【００３６】
ここで、図８は、通電中も継続して各電極チップ２１，２２を振動させたときのナゲットの生成状態を示す図である。この図８の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、各電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させると、各電極チップ２１，２２間の加圧力に偏差が生じるとともに、加圧力の高い側と低い側とが交互に入れ替わる。すると、通電時に生成するナゲット２３は、加圧力が低い方向に拡大する特性を有するため、（Ｃ）に示すようにワークＷの厚み方向にナゲットの成長が拡大し、従来よりも大きなナゲット２４が生成される。
また、通電時に各電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させることにより、発熱効率が向上し、溶接時間の短縮が可能となる。
【００３７】
次に、本実施形態に係るスポット溶接装置１の動作について、図９を参照しながら説明する。
図９は、本実施形態に係るスポット溶接の一例を示すタイムチャートである。
先ず、時刻ｔ０において、可動電極チップ２１を固定電極チップ２２に対して離隔させた状態で、ロボットアーム７０の動作でワークＷの溶接部位に溶接ガン１０を移動させる。具体的には、固定電極チップ２２の先端面が、ワークＷの溶接部位の下面に当接する位置に溶接ガン１０を移動させる。
【００３８】
次いで、送りねじ機構の作用で可動電極チップ２１をワークＷに対して前進させる。これにより、時刻ｔ１において、可動電極チップ２１の先端面がワークＷの上面に当接し、各電極チップ２１，２２による加圧が開始される。このとき、歪みゲージ１７により加圧力が検出され始める。
【００３９】
また時刻ｔ１において、歪みゲージ１７により加圧力が検出され始めたと同時に、ロボットアーム７０を振動させることで各電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させる。これにより、各電極チップ２１，２２がワークＷに馴染み、ギャップが解消されるとともに、面直ズレが解消される。
【００４０】
次いで時刻ｔ２において、加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの加圧立ち上がり時間が経過した後、各電極チップ２１，２２による加圧力を維持しつつ、所定の溶接電流を供給する。すると、可動電極チップ２１から固定電極チップ２２に向かって、ワークＷの内部を溶接電流が流れて通電する。これにより、各電極チップ２１，２２間におけるワークＷの厚み方向の中央部において、ワーク材が溶融してナゲットが生成する。
【００４１】
各電極チップ２１，２２間の通電は、時刻ｔ３まで行う。また、時刻ｔ２〜時刻ｔ３までの通電中は、各電極チップ２１，２２の振動を継続する。これにより、各電極チップ２１，２２がワークＷにさらに馴染むと同時に、各電極チップ２１，２２間に加圧力差が生じ、ワークＷの厚み方向にナゲットの成長が拡大する。
【００４２】
そして、時刻ｔ３において、各電極チップ２１，２２間の通電を停止する。同時に、各電極チップ２１，２２の振動を停止する。
【００４３】
各電極チップ２１，２２の通電及び振動を停止してから所定時間保持した後、時刻ｔ４において、送りねじ機構の作用で可動電極チップ２１をワークＷに対して後退させる。これにより、ナゲットが冷却固化し、ワークＷが溶接される。
【００４４】
以上をまとめると、本実施形態のスポット溶接装置１及びこのスポット溶接装置１で実行される本実施形態のスポット溶接方法によれば、以下の効果が奏される。
即ち、本実施形態では、ワークＷを一対の電極チップ２１，２２で挟んで加圧する際に、一対の電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させる。これにより、各電極チップ２１，２２をワークＷに馴染ませることができ、ギャップＧや面直ズレを解消してナゲット２３を容易且つ安定して生成できる。従って、本実施形態によれば、ギャップＧや面直ズレ等の外乱による溶接不良を抑制できる。
また、本実施形態では、ワークＷを一対の電極チップ２１，２２で挟んで加圧を開始してから、加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの加圧立ち上がり時間に、一対の電極チップ２１，２２を振動させる。即ち、本実施形態によれば、加圧立ち上がり時間を利用して一対の電極チップ２１，２２を振動させるため、溶接工数を増加させることなく、上記の効果が得られる。
【００４５】
また本実施形態では、好ましくは、加圧立ち上がり時間の経過後、一対の電極チップ２１，２２間に電流を流している間も、一対の電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させる。これにより、通電によって発熱して馴染み易くなったワークＷを各電極チップ２１，２２にさらに馴染ませることができ、加圧立ち上がり時間の振動では回避しきれなかったギャップＧや面直ズレ等の外乱による溶接不良を回避できる。
また本実施形態では、通電時に一対の電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させるため、一対の電極チップ２１，２２間の加圧力に偏差が生じるとともに、加圧力の高い側と低い側とが交互に入れ替わる。すると、ナゲット２３は、加圧力が低い方向に拡大する特性を有するため、ワークＷの厚み方向にナゲット２３の成長が拡大する。即ち、従来のスポット溶接ではワークＷの厚み方向へのナゲット２３の成長を促進するのが困難であったところ、本実施形態によればワークＷの厚み方向へのナゲット２３の成長を容易に促進でき、従来よりも大きなナゲット２４を生成できる。
また、本実施形態によれば、通電時に一対の電極チップ２１，２２を少なくとも加圧方向に振動させることにより、発熱効率が向上し、溶接時間を短縮できる。
【００４６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、上記実施形態ではロボットアーム７０を振動させることで各電極チップ２１，２２を振動させたがこれに限定されない。溶接ガン１０を支持するロボットアーム７０の先端部にサーボシリンダを設け、これにより各電極チップ２１，２２を振動させる構造としてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１…スポット溶接装置
１０…溶接ガン
１７…歪みゲージ（加圧力検出手段）
２１…可動電極チップ（一対の電極チップ）
２２…固定電極チップ（一対の電極チップ）
５０…ロボット
７０…ロボットアーム
１００…制御装置（制御手段）
Ｗ…ワーク
Ｗ１，Ｗ２…鋼板（板材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の板材を重ね合わせたワークを一対の電極チップで挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で当該電極チップ間に電流を流すことで前記ワークを溶接するスポット溶接方法において、
前記ワークを前記一対の電極チップで挟んで加圧を開始してから、加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの間に、前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項２】
前記加圧力が所定の加圧力に達して安定化した後、前記一対の電極チップ間に電流を流している間に、前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接方法。
【請求項３】
複数の板材を重ね合わせたワークを溶接するスポット溶接装置において、
互いに対向して配置され、進退機構により接近又は離隔する一対の電極チップと、
前記一対の電極チップ間に電流を流す電流源と、
前記ワークを前記一対の電極チップで挟んで加圧したときの加圧力を検出する加圧力検出手段と、を備える溶接ガンと、
前記溶接ガンが先端に装着されたロボットアームと、当該ロボットアームを構成するロボット軸を駆動する駆動機構と、を備えるロボットと、
前記溶接ガンと前記ロボットを制御して、前記ワークを前記一対の電極チップで挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で当該電極チップ間に電流を流すことで前記ワークを溶接する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記加圧力検出手段により前記加圧力が検出され始めてから前記加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの間に、前記ロボットを制御して前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記加圧力が所定の加圧力に達して安定化した後、前記一対の電極チップ間に電流を流している間に、前記ロボットを制御して前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることを特徴とする請求項３に記載のスポット溶接装置。
【請求項１】
複数の板材を重ね合わせたワークを一対の電極チップで挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で当該電極チップ間に電流を流すことで前記ワークを溶接するスポット溶接方法において、
前記ワークを前記一対の電極チップで挟んで加圧を開始してから、加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの間に、前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項２】
前記加圧力が所定の加圧力に達して安定化した後、前記一対の電極チップ間に電流を流している間に、前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接方法。
【請求項３】
複数の板材を重ね合わせたワークを溶接するスポット溶接装置において、
互いに対向して配置され、進退機構により接近又は離隔する一対の電極チップと、
前記一対の電極チップ間に電流を流す電流源と、
前記ワークを前記一対の電極チップで挟んで加圧したときの加圧力を検出する加圧力検出手段と、を備える溶接ガンと、
前記溶接ガンが先端に装着されたロボットアームと、当該ロボットアームを構成するロボット軸を駆動する駆動機構と、を備えるロボットと、
前記溶接ガンと前記ロボットを制御して、前記ワークを前記一対の電極チップで挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で当該電極チップ間に電流を流すことで前記ワークを溶接する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記加圧力検出手段により前記加圧力が検出され始めてから前記加圧力が所定の加圧力に達して安定化するまでの間に、前記ロボットを制御して前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記加圧力が所定の加圧力に達して安定化した後、前記一対の電極チップ間に電流を流している間に、前記ロボットを制御して前記一対の電極チップを少なくとも加圧方向に振動させることを特徴とする請求項３に記載のスポット溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７１１２４（Ｐ２０１３−７１１２４Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０９６３７（Ｐ２０１１−２０９６３７）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【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２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【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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