スポット溶接方法
【課題】被溶接部材の冷却を緩やかにして、クラックを抑制するスポット溶接方法を提供すること。
【解決手段】スポット溶接方法は、ワークＷ１，Ｗ２に溶接電流を流すスポット溶接方法において、ワークＷ１，Ｗ２の被溶接部Ｗに当てて、ワークＷ１，Ｗ２に電流を流す電極チップ２２，３２と、被溶接部Ｗから一定距離はなれた位置において、ワークＷ１，Ｗ２の被溶接部Ｗが互いに離れないように保持する補助クランプ２３及び補助クランプ３３とを備えた電動式スポット溶接装置１を用いて、電極チップ２２，３２並びに補助クランプ２３，３３をワークＷ１，Ｗ２に当てて加圧し、電極チップ２２，３２からワークＷ１，Ｗ２に溶接電流を通電後、被溶接部Ｗの硬度を得るための冷却時間経過後に、電極チップ２２，３２をワークＷ１，Ｗ２から離し、所定時間経過後に、補助クランプ２３，３３をワークＷ１，Ｗ２から離す。
【解決手段】スポット溶接方法は、ワークＷ１，Ｗ２に溶接電流を流すスポット溶接方法において、ワークＷ１，Ｗ２の被溶接部Ｗに当てて、ワークＷ１，Ｗ２に電流を流す電極チップ２２，３２と、被溶接部Ｗから一定距離はなれた位置において、ワークＷ１，Ｗ２の被溶接部Ｗが互いに離れないように保持する補助クランプ２３及び補助クランプ３３とを備えた電動式スポット溶接装置１を用いて、電極チップ２２，３２並びに補助クランプ２３，３３をワークＷ１，Ｗ２に当てて加圧し、電極チップ２２，３２からワークＷ１，Ｗ２に溶接電流を通電後、被溶接部Ｗの硬度を得るための冷却時間経過後に、電極チップ２２，３２をワークＷ１，Ｗ２から離し、所定時間経過後に、補助クランプ２３，３３をワークＷ１，Ｗ２から離す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接方法に関し、詳しくは、２枚以上重ねた被溶接部材に電極を当て、溶接電流を電極から被溶接部材に流すスポット溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、板材を重ね合わせ溶接する際には、スポット溶接が用いられている。このスポット溶接では、２枚以上重ねた被溶接部材に電極を加圧して当て、この電極から被溶接部材に溶接電流を通電することで、被溶接部材間に溶融凝固した部分であるナゲットを生成し、通電後も被溶接部材に電極を加圧して当て続ける。電極は、熱伝導率が高い素材で形成されているので、通電しない状態で被溶接部材に当てておくことで、被溶接部材及びナゲットの熱を急冷する。そして、スポット溶接では、被溶接部材及びナゲットの熱を急冷後、被溶接部材から電極を離し、被溶接部材及びナゲットを自然冷却することで、被溶接部材同士が溶接される。
【０００３】
このように、スポット溶接では、２枚以上重ねた被溶接部材に電極を加圧して当てるが、この加圧する力が大きすぎると被溶接部材が変形してしまい、この加圧する力が小さすぎると被溶接部材間に隙間が生じてしまう。
【０００４】
そこで、特許文献１には、溶接部位に当ててワークに溶接電流を流す主電極と、溶接部位及び／又は溶接部位近傍に当ててワークに予備電流を流す予備電極と、を備えたスポット溶接装置において、主電極をワークに当てるときの主加圧力、予備電極をワークに当てるときの予備加圧力、溶接電流及び予備電流を制御するスポット溶接方法が記載されている。
このスポット溶接方法によれば、溶接電流を流す主電極をワークに当てる前に、予備電極を予備加圧力でワークに当てて予備電流を流すと、ワークの温度が高くなってワークが軟化する。これにより、ワーク間の隙間が無くなるので、ワーク間の接触状態が良好となり、溶接時の主電極の主加圧力が小さくて済む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、スポット溶接では、溶接電流を流した後も被溶接部材が変形する場合がある。スポット溶接では、溶接電流を流した後、被溶接部材を急冷すると、被溶接部材間に生成されたナゲット及びこのナゲット周辺部とその他の部分とでは、急冷による凝固収縮の大きさが異なる為、被溶接部材に反りが発生する場合がある。
また、自動車の車体構造においては、剛性を高めるため高張力鋼材が用いられる。この高張力鋼材は硬度が高い反面、伸び性能が低い。
このような高張力鋼材は、スポット溶接すると、急冷する時間が長くなると、伸び性能が低い為、反りよりナゲット及びナゲット周辺部にクラックが発生することがあった。
【０００７】
本発明は、被溶接部材の冷却を緩やかにして、クラックを抑制するスポット溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスポット溶接方法は、２枚以上重ねた被溶接部材（例えば、ワークＷ１及びＷ２）に溶接電流を流すスポット溶接方法において、前記被溶接部材の被溶接部（例えば、被溶接部Ｗ）に当てて、前記被溶接部材に電流を流す電極（例えば、電極チップ２２及び電極チップ３２）と、前記被溶接部から一定距離はなれた位置において、２枚以上重ねた前記被溶接部材の前記被溶接部が互いに離れないように保持する保持部材（例えば、補助クランプ２３及び補助クランプ３３）とを備えたスポット溶接装置（例えば、電動式スポット溶接装置１）を用いて、前記電極及び前記保持部材を前記被溶接部材に当てて加圧し、前記電極から前記被溶接部材に溶接電流を通電後、前記被溶接部の硬度を得るための冷却時間経過後に、前記電極を前記被溶接部材から離し、前記電極を前記被溶接部材から離してから所定時間経過後に、前記保持部材を前記被溶接部材から離す。
【０００９】
この発明によれば、被溶接部材に溶接電流を流す電極及び被溶接部が互いに離れないように保持する保持部材を被溶接部材に当てて加圧し、電極から被溶接部材に溶接電流を通電後、被溶接部の硬度を得るための冷却時間経過後に、電極を被溶接部材から離してから所定時間経過後に、保持部材を被溶接部材から離す。
【００１０】
これにより、被溶接部材に溶接電流を通電後であって、被溶接部の硬度を得るための冷却時間経過後に、電極を被溶接部材から離した後も、保持部材によって被溶接部材を加圧できるので、通電後の電極により被溶接部材を急冷する時間を最小限に抑え、被溶接部材を保持部材によって加圧しつつ自然冷却できる。
したがって、急冷により被溶接部材が反るのを防止しでき、高張力鋼材を溶接した場合であっても、被溶接部材の被溶接部が凝固するまで保持部材によって加圧しつつ自然冷却できるので、被溶接部材の冷却を緩やかにして、クラックを抑制するスポット溶接方法を提供できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被溶接部材の冷却を緩やかにして、クラックを抑制するスポット溶接方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ロボットアームの先端に取り付けられた状態の本発明の一実施の形態に係る電動式スポット溶接装置を示す一部省略側面図である。
【図２】前記実施形態に係る可動電極部及び固定電極部の概略構成を示す図である。
【図３】（ａ）は、前記実施形態に係る補助クランプの概略構成を示す図である。（ｂ）は、前記実施形態に係る補助クランプの変形例の概略構成を示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、前記実施形態に係る補助クランプの軸部材の変形例の概略構成を示す図である。
【図５】前記実施形態に係る電動式スポット溶接装置の動作のタイミングを説明する図である。
【図６】急冷時のナゲットの表面温度とナゲットの硬度との関係を示す図である。
【図７】前記実施形態に係る電動式スポット溶接ガンの変形例の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、ロボットアーム８０の先端に取り付けられた状態の本発明の一実施の形態に係る電動式スポット溶接装置１を示す一部省略側面図である。
電動式スポット溶接装置１は、ロボットアーム８０の先端に設けられた装置支持部９０に取付けられた電動式スポット溶接ガン１０と、電動式スポット溶接ガン１０と電気的に接続された溶接ガン制御装置１００と、を備える。
【００１４】
装置支持部９０は、装置支持ブラケット９１を備え、この装置支持ブラケット９１は、上面板９１ａと、この上面板９１ａと平行して延在する下面板９１ｂとを備えている。上面板９１ａと下面板９１ｂとの間には、ガイドバー９２が橋架されている。
【００１５】
ガイドバー９２には、このガイドバー９２の軸方向に摺動自在で、かつ、上面板９１ａ及び下面板９１ｂに平行な板体９３が嵌合している。板体９３の上部には、ロボットアーム８０に近接した側に筐体状の支持体９４が配設され、上面板９１ａと支持体９４との間には、ガイドバー９２に巻回された第１のコイルスプリング９５が介装されている。同様に、下面板９１ｂと板体９３との間には、ガイドバー９２に巻回された第２のコイルスプリング９６が介装されている。また、板体９３は、ロボットアーム８０から離間した側で電動式スポット溶接ガン１０を固着保持する。
【００１６】
電動式スポット溶接ガン１０は、モータを有する溶接ガン本体１１と、溶接ガン本体１１の先端側（図１に示す矢印Ａ１側）に設けられた可動電極取付部１２に取り付けられた可動電極部２０と、溶接ガン本体１１の先端側（図１に示す矢印Ａ１側）から突出して設けられた固定電極取付部１３に、可動電極部２０に対向して（図１に示す矢印Ａ２側に向けて）固定された固定電極部３０と、を備える。
電動式スポット溶接ガン１０は、溶接ガン本体１１のモータにより、固定電極部３０に対して可動電極部２０を矢印Ａ１又はＡ２方向に往復移動し、固定電極部３０と可動電極部２０との間に被溶接部材としてのワークＷ１及びワークＷ２を挟んで開閉するＣ型溶接装置として構成されている。
【００１７】
図２は、前記実施形態に係る可動電極部２０及び固定電極部３０の概略構成を示す図である。
可動電極部２０は、溶接ガン本体１１の可動電極取付部１２に取り付けられる電極基部２１と、電極基部２１の先端側（図２に示す矢印Ａ１側）の略中央に設けられた略円柱状の電極チップ２２と、電極チップ２２から電極チップ２２の半径方向に一定距離離れた位置であって、電極チップ２２の周囲に電極基部２１の先端側に取り付けられた複数の補助クランプ２３と、を備える。
【００１８】
電極チップ２２は、可動電極取付部１２の矢印Ａ１側への移動に伴い、ワークＷ１の被溶接部Ｗに当接して加圧し、所定時間、ワークＷ１及びＷ２に溶接電流を流す。電極チップ２２は、熱伝導率の高い銅等の素材で形成されている。これにより、電極チップ２２は、溶接電流を流した後は被溶接部Ｗを急冷する。
複数の補助クランプ２３は、それぞれ補助クランプ先端２３ａを有し、可動電極取付部１２の矢印Ａ１側への移動に伴い、ワークＷ１の被溶接部Ｗから一定距離はなれた位置Ｐに当接して加圧する。この補助クランプ先端２３ａは、ワークＷ１と離間した状態において、電極チップ２２の電極チップ先端２２ａより、固定電極部３０側（図２に示す矢印Ａ１側）に突出している。
【００１９】
固定電極部３０は、固定電極取付部１３に取り付けられる電極基部３１と、電極基部３１の先端側（図２に示す矢印Ａ２側）の略中央に設けられた略円柱状の電極チップ３２と、電極チップ３２から電極チップ３２の半径方向に一定距離離れた位置であって、電極チップ３２を挟む様に電極基部３１の先端側に取り付けられた複数の補助クランプ３３と、を備える。
【００２０】
電極チップ３２は、ロボットアーム８０（図１参照）の矢印Ａ２側への移動に伴い、ワークＷ２に当接して加圧し、所定時間、ワークＷ１及びＷ２に溶接電流を流す。電極チップ３２は、熱伝導率の高い銅等の素材で形成されている。これにより、電極チップ３２は、溶接電流を流した後は被溶接部Ｗを急冷する。
【００２１】
補助クランプ３３は、可動電極取付部１２の矢印Ａ１側への移動に伴い、ワークＷ２の被溶接部Ｗから一定距離はなれた位置Ｐに当接して加圧する補助クランプ先端３３ａを有する。この補助クランプ先端３３ａは、ワークＷ２と離間した状態において、電極チップ３２の電極チップ先端３２ａより、可動電極部２０側（図２に示す矢印Ａ２側）に突出している。
【００２２】
図３（ａ）は、前記実施形態に係る補助クランプ２３の概略構成を示す図である。（ｂ）は、前記実施形態に係る補助クランプ２３の変形例の概略構成を示す図である。
図３（ａ）に示すように、補助クランプ２３は、略円筒形状に形成された補助クランプ本体２３０と、補助クランプ本体２３０の先端側（図３（ａ）に示す矢印Ａ１側）から補助クランプ先端２３ａ（図２参照）まで延びてワークＷ１に当接する軸部材２３１と、補助クランプ本体２３０の先端側に設けられ軸部材２３１を摺動可能に保持する案内部材２３２と、補助クランプ本体２３０の内部に収容され、軸部材２３１を先端側（図３（ａ）に示す矢印Ａ１側）に付勢する付勢部材２３３と、を備える。
【００２３】
補助クランプ本体２３０は、その基端（図３（ａ）に示す矢印Ａ２側端部）に絶縁部２３０ａを備え、補助クランプ２３は、電極基部２１（図２参照）に絶縁部２３０ａを介して取り付けられている。
【００２４】
軸部材２３１は、その基端（図３（ａ）に示す矢印Ａ２側端部）に絶縁部２３１ａを備え、付勢部材２３３に絶縁部２３１ａを介して取り付けられている。軸部材２３１の先端は、ワークＷ１と接する面がフラットである補助クランプ先端２３ａを形成する。
案内部材２３２は、筒状に形成された内周壁２３２ａを備える。軸部材２３１は、この内周壁２３２ａに摺接して案内部材２３２を貫通する。
【００２５】
絶縁部２３０ａ、絶縁部２３１ａ及び内周壁２３２ａは、ゴム素材等の絶縁素材で形成されている。
補助クランプ２３は、ワークＷ１に当接する軸部材２３１の基端に絶縁部２３１ａを備え、補助クランプ本体２３０に絶縁部２３０ａを備え、電極基部２１（図２参照）に絶縁部２３０ａを介して、電極基部２１（図２参照）に取り付けられる。これにより、補助クランプ２３及び電極チップ２２（図２参照）をともにワークＷ１（図２参照）に当接した状態で、電極チップ２２からワークＷ１及びＷ２に溶接電流を流しても、補助クランプ２３から漏電することを防止できる。
【００２６】
付勢部材２３３は、スプリングバネが補助クランプ本体２３０の内部で伸縮するバネ機構で構成されている。付勢部材２３３は、所定の圧力で軸部材２３１を矢印Ａ１側に付勢する。
【００２７】
図２に示すように、補助クランプ２３の補助クランプ先端２３ａは、電極チップ２２の電極チップ先端２２ａより突出しているので、電極チップ２２がワークＷ１に当接していない状態でも、ワークＷ１及びＷ２を加圧できる。補助クランプ２３は、可動電極取付部１２の矢印Ａ１側への移動に伴い、軸部材２３１の先端である補助クランプ先端２３ａがワークＷ１に当接後、付勢部材２３３（図３（ａ）参照）に付勢される軸部材２３１が可動電極取付部１２の移動に追随し矢印Ａ２側へ移動しつつ所定の圧力でワークＷ１及びＷ２を加圧する。
【００２８】
図３（ｂ）に示すように、補助クランプ２３の変形例である補助クランプ２５は、主に付勢部材の構成が補助クランプ２３と異なる。
補助クランプ２５は、略円筒形状に形成された補助クランプ本体２５０と、補助クランプ本体２５０の先端側（図３（ｂ）に示す矢印Ａ１側）から補助クランプ先端２３ａ（図２参照）まで延びてワークＷ１に当接する軸部材２５１と、補助クランプ本体２５０の先端側に設けられ軸部材２５１を摺動可能に保持する案内部材２５２と、補助クランプ本体２５０の内部に収容され、軸部材２５１を先端側（図３（ｂ）に示す矢印Ａ１側）に付勢する付勢部材２５３と、を備える。
【００２９】
補助クランプ本体２５０は、その基端（図３（ｂ）に示す矢印Ａ２側端部）に絶縁部２５０ａを備え、補助クランプ２５は、電極基部２１（図２参照）に絶縁部２５０ａを介して取り付けられる。
軸部材２５１には、その基端（図３（ｂ）に示す矢印Ａ２側端部）に絶縁部２５１ａを備え、付勢部材２５３に絶縁部２５１ａを介して取り付けられる。軸部材２５１の先端は、ワークＷ１と接する面がフラットである補助クランプ先端２５ａを形成する。
案内部材２５２は、筒状に形成された内周壁２５２ａを備える。軸部材２５１は、この内周壁２５２ａに摺接して案内部材２５２を貫通する。
【００３０】
絶縁部２５０ａ、絶縁部２５１ａ及び内周壁２５２ａは、ゴム素材等の絶縁素材で形成されている。よって、補助クランプ２５は、補助クランプ２３と同様に漏電を防止できる。
【００３１】
付勢部材２５３は、補助クランプ本体２５０の内部に充填された気体を圧縮する板材２５３ａを備えるシリンダ機構で構成されている。板材２５３ａは、その外周にシール部材を備え、補助クランプ本体２５０の内壁とシール部材を介して摺動する。これにより、補助クランプ本体２５０の内壁と板材２５３ａとによる空間は、気密性が保たれる。
【００３２】
本変形例では、補助クランプ本体２５０の内部に気体を充填しているが、オイル等の液体を充填することもできる。この場合、補助クランプ２５は、以下の構成を備えることができる。補助クランプ２５は、補助クランプ本体２５０の内壁と板材２５３ａとによる空間に連通され、液体を貯留するタンクと、このタンクに貯留された液体を流出入するポンプとを備える。これにより、補助クランプ２５は、補助クランプ本体２５０の内壁と板材２５３ａとによる空間に充填する液体の容積を調整し、板材２５３ａを矢印Ａ１側に所定の圧力で付勢できる。
【００３３】
図４（ａ）、（ｂ）は、前記実施形態に係る補助クランプの軸部材の変形例の概略構成を示す図である。
図４（ａ）に示すように、第１の変形例における軸部材２６１は、軸部材２３１（図３（ａ）参照）とは先端の形状が異なる。軸部材２６１の先端２６ａは、ワークＷ１と接する部分が半球体形状に形成されている。これにより、例えば、ワークの表面が平坦でない場合でも、先端２６ａを適切にワークＷ１に当接できる。
図４（ｂ）に示すように、第２の変形例における軸部材２７１は、軸部材２３１（図３（ａ）参照）とは形状が異なる。軸部材２７１は、スプリング形状に形成されている。これにより、補助クランプがワークＷ１に当接するときの衝撃を小さくすることができる。
【００３４】
固定電極部３０の補助クランプ３３は、可動電極部２０の補助クランプ２３と同一の構成であるので、詳細な説明を省略する。
【００３５】
次に、図２を参照して、電動式スポット溶接装置１の動作について説明する。
電動式スポット溶接ガン１０は、ロボットアーム８０（図１参照）及び装置支持部９０（図１参照）の動作により被溶接部材であるワークＷ２に固定電極部３０の補助クランプ３３が当接される。その後、電動式スポット溶接ガン１０は、溶接ガン制御装置１００（図１参照）の制御により、溶接ガン本体１１のモータを回転させ、固定電極部３０に対して可動電極部２０を矢印Ａ１側に移動させ、被溶接部材であるワークＷ１に可動電極部２０の補助クランプ２３を当接させる。電動式スポット溶接ガン１０は、さらに、可動電極部２０を矢印Ａ１側に移動させる。すると、可動電極部２０の補助クランプ２５の軸部材２５１（図３参照）は、ワークＷ１を所定の圧力で加圧しつつ、矢印Ａ２側へ後退する。また、固定電極部３０の補助クランプ３５の軸部材は、ワークＷ２を所定の圧力で加圧しつつ、矢印Ａ１側へ後退する。その後、電動式スポット溶接ガン１０は、さらに、可動電極部２０を矢印Ａ１側に移動させ、可動電極部２０の電極チップ２２をワークＷ１に当接させ加圧するとともに、固定電極部３０の電極チップ３２をＷ２に当接させ加圧する。
そして、電動式スポット溶接ガン１０は、溶接ガン制御装置１００（図１参照）の制御により、電極チップ２２及び電極チップ３２からワークＷ１及びＷ２に溶接電流を通電する。すると、ワークＷ１及びＷ２は、互いの間にナゲットＮが生成され、溶接される。
【００３６】
可動電極部２０の電極チップ２２及び固定電極部３０の電極チップ３２をワークＷ１及びＷ２に当接後の電動式スポット溶接装置１の動作について、図５を参照して詳細に説明する。
図５は、電動式スポット溶接装置１の動作のタイミングを説明する図である。
図５中、横軸は電極チップ２２をワークＷ１に当接させ、電極チップ３２をワークＷ２に当接させた時点をＴ０として時間経過Ｔを示し、一点鎖線Ａは溶接電流の大きさを示し、二点鎖線ｔはナゲットＮの表面温度を示している。また、図５中、ナゲットＮ内部に示すハッチングは、表面温度の高さを示し、ハッチングの目が細かい程、温度が高いことを示している。
【００３７】
溶接ガン制御装置１００は、加圧部１０１により溶接ガン本体１１のモータを回転させて、電極チップ２２及び補助クランプ２３をワークＷ１に当接させて加圧し、電極チップ３２及び補助クランプ３３をＷ２に当接させて加圧する。また、溶接ガン制御装置１００は、通電部１０２により電極チップ２２及び電極チップ３２からワークＷ１及びＷ２に、所定の大きさの溶接電流を通電終了時間Ｔ１まで通電する。ナゲットＮの表面温度は、この通電終了時間Ｔ１の時点で最高温度となる。その後、ナゲットＮは、冷却時間Ｔ２まで、ワークＷ１及びＷ２に当接している電極チップ２２及び電極チップ３２により熱が奪われ急冷される。
【００３８】
その後、溶接ガン制御装置１００（図１参照）は、冷却時間Ｔ２経過後、電極離間部１０３により溶接ガン本体１１のモータを回転させ、固定電極部３０に対して可動電極部２０を矢印Ａ２側に移動させ、電極チップ２２及び電極チップ３２をワークＷ１及びＷ２から離間させる。
【００３９】
図６を参照して、冷却時間Ｔ２について説明する。
図６は、急冷時のナゲットの表面温度とナゲットの硬度との関係を示す図である。
図６中、横軸は通電終了時間Ｔ１からの急冷時間の経過を示し、２点鎖線ｔはナゲットの表面温度を示し、実線ｈはナゲットの硬度を示している。
図６に示すように、ナゲットは急冷時間の経過とともに表面温度が急激に低下し、これに伴い、ナゲットの硬度ｈは上昇する。
【００４０】
冷却時間Ｔ２は、急冷を開始してから、硬度ｈが硬度目標Ｈに達するまでの時間である。この冷却時間Ｔ２は、硬度目標Ｆに達する表面温度にいたる時間を少しずつ変える実験を繰り返すことで求める。この実験で求めた冷却時間Ｔ２は、溶接ガン制御装置１００（図５参照）に設定される。
硬度目標Ｈは、溶接された部材の引っ張り試験である剥離試験において、所定の溶接強度に必要な硬度である。
【００４１】
図５に戻って、冷却時間Ｔ２から自然冷却時間Ｔ３間では、ワークＷ１及びＷ２は、互いに離間しないように、補助クランプ２３及び補助クランプ２５によって、所定の加圧力によって加圧されている。この所定の加圧力は、ワークＷ１及びＷ２が急冷による凝固収縮により互いが反対方向に反ることによって発生するナゲットＭが分かれようとする力より大きい力である。
【００４２】
その後、溶接ガン制御装置１００は、保持部材離間部１０４により自然冷却時間Ｔ３経過後、溶接ガン本体１１のモータを回転させ、固定電極部３０に対して可動電極部２０を矢印Ａ２側に移動させ、補助クランプ２３及び補助クランプ２５をワークＷ１及びＷ２から離間させる。
【００４３】
次に、前記実施形態に係る電動式スポット溶接ガン１０の変形例について説明する。
図７は、前記実施形態に係る電動式スポット溶接ガンの変形例の概略構成を示す図である。
変形例である電動式スポット溶接ガン１０Ａは、片側スポット溶接装置である点が異なる。本変形例の説明において、電動式スポット溶接ガン１０（図２参照）と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４４】
電動式スポット溶接ガン１０Ａは、モータを有する溶接ガン本体１１と、溶接ガン本体１１の先端側（図７に示す矢印Ａ１側）に設けられた可動電極取付部１２に取り付けられた可動電極部２０と、を備える。
電動式スポット溶接ガン１０Ａは、溶接ガン本体１１のモータにより、支持部４１により支持され、アース電極４０が設置されたワークＷ１及びＷ２に対して可動電極部２０を矢印Ａ１又はＡ２方向に往復移動し、ワークＷ１及びＷ２を溶接する片側スポット溶接装置として構成されている。
【００４５】
電動式スポット溶接ガン１０Ａは、溶接ガン制御装置１００（図１参照）の制御により、溶接ガン本体１１のモータを回転させ、アース電極４０が設置された被溶接部材であるワークＷ１及びＷ２に対して可動電極部２０を矢印Ａ１側に移動させ、ワークＷ１に可動電極部２０の補助クランプ２３を当接させる。電動式スポット溶接ガン１０は、さらに、可動電極部２０を矢印Ａ１側に移動させ、可動電極部２０の電極チップ２２をワークＷ１に当接させ加圧し、所定の大きさの溶接電流を通電する。
【００４６】
その後、溶接ガン制御装置１００（図１参照）は、冷却時間Ｔ２（図５参照）経過後、溶接ガン本体１１のモータを回転させ、ワークＷ１及びＷ２に対して可動電極部２０を矢印Ａ２側に移動させ、電極チップ２２をワークＷ１から離間させる。
【００４７】
冷却時間Ｔ２から自然冷却時間Ｔ３（図５参照）間では、支持部４１により支持されたワークＷ１及びＷ２は、互いに離間しないように、補助クランプ２３によって、所定の加圧力によって加圧されている。
【００４８】
その後、溶接ガン制御装置１００（図１参照）は、自然冷却時間Ｔ３経過後、溶接ガン本体１１のモータを回転させ、ワークＷ１及びＷ２に対して可動電極部２０を矢印Ａ２側に移動させ、補助クランプ２３をワークＷ１から離間させる。
【００４９】
本実施形態によれば、電動式スポット溶接装置１は、以下の構成を備えた。
電動式スポット溶接装置１は、２枚以上重ねた被溶接部材（例えば、ワークＷ１及びＷ２）に溶接電流を流すスポット溶接装置であって、駆動部（例えば、モータ）を有する溶接ガン本体（例えば、溶接ガン本体１１）と、前記溶接ガン本体に取り付けられ、前記被溶接部材の被溶接部（例えば、Ｗ）に当てて、前記被溶接部材に電流を流す電極（例えば、電極チップ２２及び電極チップ３２）と、前記被溶接部から一定距離はなれた位置であって、前記電極を挟む様に前記溶接ガン本体に取り付けられ、２枚以上重ねた前記被溶接部材の前記被溶接部が互いに離れないように保持する保持部材（例えば、補助クランプ２３及び補助クランプ３３）と、前記溶接ガン本体及び前記電極を制御する溶接ガン制御装置（例えば、溶接ガン制御装置１００）と、を備え、前記保持部材の先端は、前記被溶接部材と離間した状態において、前記電極の先端より突出して形成され、前記溶接ガン制御装置は、前記溶接ガン本体の前記駆動部を制御して、前記電極及び前記保持部材を前記被溶接部材に当接させて加圧する加圧部（例えば、加圧部１０１）と、前記電極から前記被溶接部材に溶接電流を通電する通電部（例えば、通電部１０２）と、前記駆動部を制御して、前記被溶接部材に当接する前記電極及び前記保持部材のうち、前記電極のみを前記被溶接部材から離間する電極離間部（例えば、電極離間部１０３）と、前記駆動部を制御して、前記被溶接部材に当接する前記保持部材を前記被溶接部材から離間する保持部材離間部（例えば、保持部材離間部１０４）と、を有する。
【００５０】
上記構成によれば、電動式スポット溶接装置１は、以下の作用効果を奏する。
ワークＷ１及びＷ２に溶接電流を流す電極チップ２２及び電極チップ３２及びワークＷ１及びＷ２の被溶接部Ｗが互いに離れないように保持する補助クランプ２３及び補助クランプ３３をワークＷ１及びＷ２に当てて加圧し、電極チップ２２及び電極チップ３２からワークＷ１及びＷ２に溶接電流を通電後、被溶接部Ｗの硬度を得るための冷却時間経過後に、電極チップ２２及び電極チップ３２をワークＷ１及びＷ２から離してから所定時間経過後に、補助クランプ２３及び補助クランプ３３をワークＷ１及びＷ２から離す。
【００５１】
これにより、ワークＷ１及びＷ２に溶接電流を通電後であって、被溶接部Ｗの硬度を得るための冷却時間経過後に、電極チップ２２及び電極チップ３２をワークＷ１及びＷ２から離した後も、補助クランプ２３及び補助クランプ３３によってワークＷ１及びＷ２を加圧できるので、通電後の電極チップ２２及び電極チップ３２によりワークＷ１及びＷ２を急冷する時間を最小限に抑え、ワークＷ１及びＷ２を補助クランプ２３及び補助クランプ３３によって加圧しつつ自然冷却できる。
【００５２】
したがって、急冷により被溶接部材が反るのを防止しでき、硬度が高い反面、伸び性能が低い高張力鋼材を溶接した場合であっても、被溶接部材の被溶接部が凝固するまで保持部材によって加圧しつつ自然冷却できるので、被溶接部材の冷却を緩やかにして、クラックを抑制するスポット溶接方法を提供できる。
【００５３】
なお、本発明は前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ものである。
【符号の説明】
【００５４】
１ 電動式スポット溶接装置
２２，３２ 電極チップ（電極）
２３，３３ 補助クランプ（保持部材）
Ｗ１，Ｗ２ ワーク（被溶接部材）
Ｗ 被溶接部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接方法に関し、詳しくは、２枚以上重ねた被溶接部材に電極を当て、溶接電流を電極から被溶接部材に流すスポット溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、板材を重ね合わせ溶接する際には、スポット溶接が用いられている。このスポット溶接では、２枚以上重ねた被溶接部材に電極を加圧して当て、この電極から被溶接部材に溶接電流を通電することで、被溶接部材間に溶融凝固した部分であるナゲットを生成し、通電後も被溶接部材に電極を加圧して当て続ける。電極は、熱伝導率が高い素材で形成されているので、通電しない状態で被溶接部材に当てておくことで、被溶接部材及びナゲットの熱を急冷する。そして、スポット溶接では、被溶接部材及びナゲットの熱を急冷後、被溶接部材から電極を離し、被溶接部材及びナゲットを自然冷却することで、被溶接部材同士が溶接される。
【０００３】
このように、スポット溶接では、２枚以上重ねた被溶接部材に電極を加圧して当てるが、この加圧する力が大きすぎると被溶接部材が変形してしまい、この加圧する力が小さすぎると被溶接部材間に隙間が生じてしまう。
【０００４】
そこで、特許文献１には、溶接部位に当ててワークに溶接電流を流す主電極と、溶接部位及び／又は溶接部位近傍に当ててワークに予備電流を流す予備電極と、を備えたスポット溶接装置において、主電極をワークに当てるときの主加圧力、予備電極をワークに当てるときの予備加圧力、溶接電流及び予備電流を制御するスポット溶接方法が記載されている。
このスポット溶接方法によれば、溶接電流を流す主電極をワークに当てる前に、予備電極を予備加圧力でワークに当てて予備電流を流すと、ワークの温度が高くなってワークが軟化する。これにより、ワーク間の隙間が無くなるので、ワーク間の接触状態が良好となり、溶接時の主電極の主加圧力が小さくて済む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、スポット溶接では、溶接電流を流した後も被溶接部材が変形する場合がある。スポット溶接では、溶接電流を流した後、被溶接部材を急冷すると、被溶接部材間に生成されたナゲット及びこのナゲット周辺部とその他の部分とでは、急冷による凝固収縮の大きさが異なる為、被溶接部材に反りが発生する場合がある。
また、自動車の車体構造においては、剛性を高めるため高張力鋼材が用いられる。この高張力鋼材は硬度が高い反面、伸び性能が低い。
このような高張力鋼材は、スポット溶接すると、急冷する時間が長くなると、伸び性能が低い為、反りよりナゲット及びナゲット周辺部にクラックが発生することがあった。
【０００７】
本発明は、被溶接部材の冷却を緩やかにして、クラックを抑制するスポット溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスポット溶接方法は、２枚以上重ねた被溶接部材（例えば、ワークＷ１及びＷ２）に溶接電流を流すスポット溶接方法において、前記被溶接部材の被溶接部（例えば、被溶接部Ｗ）に当てて、前記被溶接部材に電流を流す電極（例えば、電極チップ２２及び電極チップ３２）と、前記被溶接部から一定距離はなれた位置において、２枚以上重ねた前記被溶接部材の前記被溶接部が互いに離れないように保持する保持部材（例えば、補助クランプ２３及び補助クランプ３３）とを備えたスポット溶接装置（例えば、電動式スポット溶接装置１）を用いて、前記電極及び前記保持部材を前記被溶接部材に当てて加圧し、前記電極から前記被溶接部材に溶接電流を通電後、前記被溶接部の硬度を得るための冷却時間経過後に、前記電極を前記被溶接部材から離し、前記電極を前記被溶接部材から離してから所定時間経過後に、前記保持部材を前記被溶接部材から離す。
【０００９】
この発明によれば、被溶接部材に溶接電流を流す電極及び被溶接部が互いに離れないように保持する保持部材を被溶接部材に当てて加圧し、電極から被溶接部材に溶接電流を通電後、被溶接部の硬度を得るための冷却時間経過後に、電極を被溶接部材から離してから所定時間経過後に、保持部材を被溶接部材から離す。
【００１０】
これにより、被溶接部材に溶接電流を通電後であって、被溶接部の硬度を得るための冷却時間経過後に、電極を被溶接部材から離した後も、保持部材によって被溶接部材を加圧できるので、通電後の電極により被溶接部材を急冷する時間を最小限に抑え、被溶接部材を保持部材によって加圧しつつ自然冷却できる。
したがって、急冷により被溶接部材が反るのを防止しでき、高張力鋼材を溶接した場合であっても、被溶接部材の被溶接部が凝固するまで保持部材によって加圧しつつ自然冷却できるので、被溶接部材の冷却を緩やかにして、クラックを抑制するスポット溶接方法を提供できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被溶接部材の冷却を緩やかにして、クラックを抑制するスポット溶接方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ロボットアームの先端に取り付けられた状態の本発明の一実施の形態に係る電動式スポット溶接装置を示す一部省略側面図である。
【図２】前記実施形態に係る可動電極部及び固定電極部の概略構成を示す図である。
【図３】（ａ）は、前記実施形態に係る補助クランプの概略構成を示す図である。（ｂ）は、前記実施形態に係る補助クランプの変形例の概略構成を示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、前記実施形態に係る補助クランプの軸部材の変形例の概略構成を示す図である。
【図５】前記実施形態に係る電動式スポット溶接装置の動作のタイミングを説明する図である。
【図６】急冷時のナゲットの表面温度とナゲットの硬度との関係を示す図である。
【図７】前記実施形態に係る電動式スポット溶接ガンの変形例の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、ロボットアーム８０の先端に取り付けられた状態の本発明の一実施の形態に係る電動式スポット溶接装置１を示す一部省略側面図である。
電動式スポット溶接装置１は、ロボットアーム８０の先端に設けられた装置支持部９０に取付けられた電動式スポット溶接ガン１０と、電動式スポット溶接ガン１０と電気的に接続された溶接ガン制御装置１００と、を備える。
【００１４】
装置支持部９０は、装置支持ブラケット９１を備え、この装置支持ブラケット９１は、上面板９１ａと、この上面板９１ａと平行して延在する下面板９１ｂとを備えている。上面板９１ａと下面板９１ｂとの間には、ガイドバー９２が橋架されている。
【００１５】
ガイドバー９２には、このガイドバー９２の軸方向に摺動自在で、かつ、上面板９１ａ及び下面板９１ｂに平行な板体９３が嵌合している。板体９３の上部には、ロボットアーム８０に近接した側に筐体状の支持体９４が配設され、上面板９１ａと支持体９４との間には、ガイドバー９２に巻回された第１のコイルスプリング９５が介装されている。同様に、下面板９１ｂと板体９３との間には、ガイドバー９２に巻回された第２のコイルスプリング９６が介装されている。また、板体９３は、ロボットアーム８０から離間した側で電動式スポット溶接ガン１０を固着保持する。
【００１６】
電動式スポット溶接ガン１０は、モータを有する溶接ガン本体１１と、溶接ガン本体１１の先端側（図１に示す矢印Ａ１側）に設けられた可動電極取付部１２に取り付けられた可動電極部２０と、溶接ガン本体１１の先端側（図１に示す矢印Ａ１側）から突出して設けられた固定電極取付部１３に、可動電極部２０に対向して（図１に示す矢印Ａ２側に向けて）固定された固定電極部３０と、を備える。
電動式スポット溶接ガン１０は、溶接ガン本体１１のモータにより、固定電極部３０に対して可動電極部２０を矢印Ａ１又はＡ２方向に往復移動し、固定電極部３０と可動電極部２０との間に被溶接部材としてのワークＷ１及びワークＷ２を挟んで開閉するＣ型溶接装置として構成されている。
【００１７】
図２は、前記実施形態に係る可動電極部２０及び固定電極部３０の概略構成を示す図である。
可動電極部２０は、溶接ガン本体１１の可動電極取付部１２に取り付けられる電極基部２１と、電極基部２１の先端側（図２に示す矢印Ａ１側）の略中央に設けられた略円柱状の電極チップ２２と、電極チップ２２から電極チップ２２の半径方向に一定距離離れた位置であって、電極チップ２２の周囲に電極基部２１の先端側に取り付けられた複数の補助クランプ２３と、を備える。
【００１８】
電極チップ２２は、可動電極取付部１２の矢印Ａ１側への移動に伴い、ワークＷ１の被溶接部Ｗに当接して加圧し、所定時間、ワークＷ１及びＷ２に溶接電流を流す。電極チップ２２は、熱伝導率の高い銅等の素材で形成されている。これにより、電極チップ２２は、溶接電流を流した後は被溶接部Ｗを急冷する。
複数の補助クランプ２３は、それぞれ補助クランプ先端２３ａを有し、可動電極取付部１２の矢印Ａ１側への移動に伴い、ワークＷ１の被溶接部Ｗから一定距離はなれた位置Ｐに当接して加圧する。この補助クランプ先端２３ａは、ワークＷ１と離間した状態において、電極チップ２２の電極チップ先端２２ａより、固定電極部３０側（図２に示す矢印Ａ１側）に突出している。
【００１９】
固定電極部３０は、固定電極取付部１３に取り付けられる電極基部３１と、電極基部３１の先端側（図２に示す矢印Ａ２側）の略中央に設けられた略円柱状の電極チップ３２と、電極チップ３２から電極チップ３２の半径方向に一定距離離れた位置であって、電極チップ３２を挟む様に電極基部３１の先端側に取り付けられた複数の補助クランプ３３と、を備える。
【００２０】
電極チップ３２は、ロボットアーム８０（図１参照）の矢印Ａ２側への移動に伴い、ワークＷ２に当接して加圧し、所定時間、ワークＷ１及びＷ２に溶接電流を流す。電極チップ３２は、熱伝導率の高い銅等の素材で形成されている。これにより、電極チップ３２は、溶接電流を流した後は被溶接部Ｗを急冷する。
【００２１】
補助クランプ３３は、可動電極取付部１２の矢印Ａ１側への移動に伴い、ワークＷ２の被溶接部Ｗから一定距離はなれた位置Ｐに当接して加圧する補助クランプ先端３３ａを有する。この補助クランプ先端３３ａは、ワークＷ２と離間した状態において、電極チップ３２の電極チップ先端３２ａより、可動電極部２０側（図２に示す矢印Ａ２側）に突出している。
【００２２】
図３（ａ）は、前記実施形態に係る補助クランプ２３の概略構成を示す図である。（ｂ）は、前記実施形態に係る補助クランプ２３の変形例の概略構成を示す図である。
図３（ａ）に示すように、補助クランプ２３は、略円筒形状に形成された補助クランプ本体２３０と、補助クランプ本体２３０の先端側（図３（ａ）に示す矢印Ａ１側）から補助クランプ先端２３ａ（図２参照）まで延びてワークＷ１に当接する軸部材２３１と、補助クランプ本体２３０の先端側に設けられ軸部材２３１を摺動可能に保持する案内部材２３２と、補助クランプ本体２３０の内部に収容され、軸部材２３１を先端側（図３（ａ）に示す矢印Ａ１側）に付勢する付勢部材２３３と、を備える。
【００２３】
補助クランプ本体２３０は、その基端（図３（ａ）に示す矢印Ａ２側端部）に絶縁部２３０ａを備え、補助クランプ２３は、電極基部２１（図２参照）に絶縁部２３０ａを介して取り付けられている。
【００２４】
軸部材２３１は、その基端（図３（ａ）に示す矢印Ａ２側端部）に絶縁部２３１ａを備え、付勢部材２３３に絶縁部２３１ａを介して取り付けられている。軸部材２３１の先端は、ワークＷ１と接する面がフラットである補助クランプ先端２３ａを形成する。
案内部材２３２は、筒状に形成された内周壁２３２ａを備える。軸部材２３１は、この内周壁２３２ａに摺接して案内部材２３２を貫通する。
【００２５】
絶縁部２３０ａ、絶縁部２３１ａ及び内周壁２３２ａは、ゴム素材等の絶縁素材で形成されている。
補助クランプ２３は、ワークＷ１に当接する軸部材２３１の基端に絶縁部２３１ａを備え、補助クランプ本体２３０に絶縁部２３０ａを備え、電極基部２１（図２参照）に絶縁部２３０ａを介して、電極基部２１（図２参照）に取り付けられる。これにより、補助クランプ２３及び電極チップ２２（図２参照）をともにワークＷ１（図２参照）に当接した状態で、電極チップ２２からワークＷ１及びＷ２に溶接電流を流しても、補助クランプ２３から漏電することを防止できる。
【００２６】
付勢部材２３３は、スプリングバネが補助クランプ本体２３０の内部で伸縮するバネ機構で構成されている。付勢部材２３３は、所定の圧力で軸部材２３１を矢印Ａ１側に付勢する。
【００２７】
図２に示すように、補助クランプ２３の補助クランプ先端２３ａは、電極チップ２２の電極チップ先端２２ａより突出しているので、電極チップ２２がワークＷ１に当接していない状態でも、ワークＷ１及びＷ２を加圧できる。補助クランプ２３は、可動電極取付部１２の矢印Ａ１側への移動に伴い、軸部材２３１の先端である補助クランプ先端２３ａがワークＷ１に当接後、付勢部材２３３（図３（ａ）参照）に付勢される軸部材２３１が可動電極取付部１２の移動に追随し矢印Ａ２側へ移動しつつ所定の圧力でワークＷ１及びＷ２を加圧する。
【００２８】
図３（ｂ）に示すように、補助クランプ２３の変形例である補助クランプ２５は、主に付勢部材の構成が補助クランプ２３と異なる。
補助クランプ２５は、略円筒形状に形成された補助クランプ本体２５０と、補助クランプ本体２５０の先端側（図３（ｂ）に示す矢印Ａ１側）から補助クランプ先端２３ａ（図２参照）まで延びてワークＷ１に当接する軸部材２５１と、補助クランプ本体２５０の先端側に設けられ軸部材２５１を摺動可能に保持する案内部材２５２と、補助クランプ本体２５０の内部に収容され、軸部材２５１を先端側（図３（ｂ）に示す矢印Ａ１側）に付勢する付勢部材２５３と、を備える。
【００２９】
補助クランプ本体２５０は、その基端（図３（ｂ）に示す矢印Ａ２側端部）に絶縁部２５０ａを備え、補助クランプ２５は、電極基部２１（図２参照）に絶縁部２５０ａを介して取り付けられる。
軸部材２５１には、その基端（図３（ｂ）に示す矢印Ａ２側端部）に絶縁部２５１ａを備え、付勢部材２５３に絶縁部２５１ａを介して取り付けられる。軸部材２５１の先端は、ワークＷ１と接する面がフラットである補助クランプ先端２５ａを形成する。
案内部材２５２は、筒状に形成された内周壁２５２ａを備える。軸部材２５１は、この内周壁２５２ａに摺接して案内部材２５２を貫通する。
【００３０】
絶縁部２５０ａ、絶縁部２５１ａ及び内周壁２５２ａは、ゴム素材等の絶縁素材で形成されている。よって、補助クランプ２５は、補助クランプ２３と同様に漏電を防止できる。
【００３１】
付勢部材２５３は、補助クランプ本体２５０の内部に充填された気体を圧縮する板材２５３ａを備えるシリンダ機構で構成されている。板材２５３ａは、その外周にシール部材を備え、補助クランプ本体２５０の内壁とシール部材を介して摺動する。これにより、補助クランプ本体２５０の内壁と板材２５３ａとによる空間は、気密性が保たれる。
【００３２】
本変形例では、補助クランプ本体２５０の内部に気体を充填しているが、オイル等の液体を充填することもできる。この場合、補助クランプ２５は、以下の構成を備えることができる。補助クランプ２５は、補助クランプ本体２５０の内壁と板材２５３ａとによる空間に連通され、液体を貯留するタンクと、このタンクに貯留された液体を流出入するポンプとを備える。これにより、補助クランプ２５は、補助クランプ本体２５０の内壁と板材２５３ａとによる空間に充填する液体の容積を調整し、板材２５３ａを矢印Ａ１側に所定の圧力で付勢できる。
【００３３】
図４（ａ）、（ｂ）は、前記実施形態に係る補助クランプの軸部材の変形例の概略構成を示す図である。
図４（ａ）に示すように、第１の変形例における軸部材２６１は、軸部材２３１（図３（ａ）参照）とは先端の形状が異なる。軸部材２６１の先端２６ａは、ワークＷ１と接する部分が半球体形状に形成されている。これにより、例えば、ワークの表面が平坦でない場合でも、先端２６ａを適切にワークＷ１に当接できる。
図４（ｂ）に示すように、第２の変形例における軸部材２７１は、軸部材２３１（図３（ａ）参照）とは形状が異なる。軸部材２７１は、スプリング形状に形成されている。これにより、補助クランプがワークＷ１に当接するときの衝撃を小さくすることができる。
【００３４】
固定電極部３０の補助クランプ３３は、可動電極部２０の補助クランプ２３と同一の構成であるので、詳細な説明を省略する。
【００３５】
次に、図２を参照して、電動式スポット溶接装置１の動作について説明する。
電動式スポット溶接ガン１０は、ロボットアーム８０（図１参照）及び装置支持部９０（図１参照）の動作により被溶接部材であるワークＷ２に固定電極部３０の補助クランプ３３が当接される。その後、電動式スポット溶接ガン１０は、溶接ガン制御装置１００（図１参照）の制御により、溶接ガン本体１１のモータを回転させ、固定電極部３０に対して可動電極部２０を矢印Ａ１側に移動させ、被溶接部材であるワークＷ１に可動電極部２０の補助クランプ２３を当接させる。電動式スポット溶接ガン１０は、さらに、可動電極部２０を矢印Ａ１側に移動させる。すると、可動電極部２０の補助クランプ２５の軸部材２５１（図３参照）は、ワークＷ１を所定の圧力で加圧しつつ、矢印Ａ２側へ後退する。また、固定電極部３０の補助クランプ３５の軸部材は、ワークＷ２を所定の圧力で加圧しつつ、矢印Ａ１側へ後退する。その後、電動式スポット溶接ガン１０は、さらに、可動電極部２０を矢印Ａ１側に移動させ、可動電極部２０の電極チップ２２をワークＷ１に当接させ加圧するとともに、固定電極部３０の電極チップ３２をＷ２に当接させ加圧する。
そして、電動式スポット溶接ガン１０は、溶接ガン制御装置１００（図１参照）の制御により、電極チップ２２及び電極チップ３２からワークＷ１及びＷ２に溶接電流を通電する。すると、ワークＷ１及びＷ２は、互いの間にナゲットＮが生成され、溶接される。
【００３６】
可動電極部２０の電極チップ２２及び固定電極部３０の電極チップ３２をワークＷ１及びＷ２に当接後の電動式スポット溶接装置１の動作について、図５を参照して詳細に説明する。
図５は、電動式スポット溶接装置１の動作のタイミングを説明する図である。
図５中、横軸は電極チップ２２をワークＷ１に当接させ、電極チップ３２をワークＷ２に当接させた時点をＴ０として時間経過Ｔを示し、一点鎖線Ａは溶接電流の大きさを示し、二点鎖線ｔはナゲットＮの表面温度を示している。また、図５中、ナゲットＮ内部に示すハッチングは、表面温度の高さを示し、ハッチングの目が細かい程、温度が高いことを示している。
【００３７】
溶接ガン制御装置１００は、加圧部１０１により溶接ガン本体１１のモータを回転させて、電極チップ２２及び補助クランプ２３をワークＷ１に当接させて加圧し、電極チップ３２及び補助クランプ３３をＷ２に当接させて加圧する。また、溶接ガン制御装置１００は、通電部１０２により電極チップ２２及び電極チップ３２からワークＷ１及びＷ２に、所定の大きさの溶接電流を通電終了時間Ｔ１まで通電する。ナゲットＮの表面温度は、この通電終了時間Ｔ１の時点で最高温度となる。その後、ナゲットＮは、冷却時間Ｔ２まで、ワークＷ１及びＷ２に当接している電極チップ２２及び電極チップ３２により熱が奪われ急冷される。
【００３８】
その後、溶接ガン制御装置１００（図１参照）は、冷却時間Ｔ２経過後、電極離間部１０３により溶接ガン本体１１のモータを回転させ、固定電極部３０に対して可動電極部２０を矢印Ａ２側に移動させ、電極チップ２２及び電極チップ３２をワークＷ１及びＷ２から離間させる。
【００３９】
図６を参照して、冷却時間Ｔ２について説明する。
図６は、急冷時のナゲットの表面温度とナゲットの硬度との関係を示す図である。
図６中、横軸は通電終了時間Ｔ１からの急冷時間の経過を示し、２点鎖線ｔはナゲットの表面温度を示し、実線ｈはナゲットの硬度を示している。
図６に示すように、ナゲットは急冷時間の経過とともに表面温度が急激に低下し、これに伴い、ナゲットの硬度ｈは上昇する。
【００４０】
冷却時間Ｔ２は、急冷を開始してから、硬度ｈが硬度目標Ｈに達するまでの時間である。この冷却時間Ｔ２は、硬度目標Ｆに達する表面温度にいたる時間を少しずつ変える実験を繰り返すことで求める。この実験で求めた冷却時間Ｔ２は、溶接ガン制御装置１００（図５参照）に設定される。
硬度目標Ｈは、溶接された部材の引っ張り試験である剥離試験において、所定の溶接強度に必要な硬度である。
【００４１】
図５に戻って、冷却時間Ｔ２から自然冷却時間Ｔ３間では、ワークＷ１及びＷ２は、互いに離間しないように、補助クランプ２３及び補助クランプ２５によって、所定の加圧力によって加圧されている。この所定の加圧力は、ワークＷ１及びＷ２が急冷による凝固収縮により互いが反対方向に反ることによって発生するナゲットＭが分かれようとする力より大きい力である。
【００４２】
その後、溶接ガン制御装置１００は、保持部材離間部１０４により自然冷却時間Ｔ３経過後、溶接ガン本体１１のモータを回転させ、固定電極部３０に対して可動電極部２０を矢印Ａ２側に移動させ、補助クランプ２３及び補助クランプ２５をワークＷ１及びＷ２から離間させる。
【００４３】
次に、前記実施形態に係る電動式スポット溶接ガン１０の変形例について説明する。
図７は、前記実施形態に係る電動式スポット溶接ガンの変形例の概略構成を示す図である。
変形例である電動式スポット溶接ガン１０Ａは、片側スポット溶接装置である点が異なる。本変形例の説明において、電動式スポット溶接ガン１０（図２参照）と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４４】
電動式スポット溶接ガン１０Ａは、モータを有する溶接ガン本体１１と、溶接ガン本体１１の先端側（図７に示す矢印Ａ１側）に設けられた可動電極取付部１２に取り付けられた可動電極部２０と、を備える。
電動式スポット溶接ガン１０Ａは、溶接ガン本体１１のモータにより、支持部４１により支持され、アース電極４０が設置されたワークＷ１及びＷ２に対して可動電極部２０を矢印Ａ１又はＡ２方向に往復移動し、ワークＷ１及びＷ２を溶接する片側スポット溶接装置として構成されている。
【００４５】
電動式スポット溶接ガン１０Ａは、溶接ガン制御装置１００（図１参照）の制御により、溶接ガン本体１１のモータを回転させ、アース電極４０が設置された被溶接部材であるワークＷ１及びＷ２に対して可動電極部２０を矢印Ａ１側に移動させ、ワークＷ１に可動電極部２０の補助クランプ２３を当接させる。電動式スポット溶接ガン１０は、さらに、可動電極部２０を矢印Ａ１側に移動させ、可動電極部２０の電極チップ２２をワークＷ１に当接させ加圧し、所定の大きさの溶接電流を通電する。
【００４６】
その後、溶接ガン制御装置１００（図１参照）は、冷却時間Ｔ２（図５参照）経過後、溶接ガン本体１１のモータを回転させ、ワークＷ１及びＷ２に対して可動電極部２０を矢印Ａ２側に移動させ、電極チップ２２をワークＷ１から離間させる。
【００４７】
冷却時間Ｔ２から自然冷却時間Ｔ３（図５参照）間では、支持部４１により支持されたワークＷ１及びＷ２は、互いに離間しないように、補助クランプ２３によって、所定の加圧力によって加圧されている。
【００４８】
その後、溶接ガン制御装置１００（図１参照）は、自然冷却時間Ｔ３経過後、溶接ガン本体１１のモータを回転させ、ワークＷ１及びＷ２に対して可動電極部２０を矢印Ａ２側に移動させ、補助クランプ２３をワークＷ１から離間させる。
【００４９】
本実施形態によれば、電動式スポット溶接装置１は、以下の構成を備えた。
電動式スポット溶接装置１は、２枚以上重ねた被溶接部材（例えば、ワークＷ１及びＷ２）に溶接電流を流すスポット溶接装置であって、駆動部（例えば、モータ）を有する溶接ガン本体（例えば、溶接ガン本体１１）と、前記溶接ガン本体に取り付けられ、前記被溶接部材の被溶接部（例えば、Ｗ）に当てて、前記被溶接部材に電流を流す電極（例えば、電極チップ２２及び電極チップ３２）と、前記被溶接部から一定距離はなれた位置であって、前記電極を挟む様に前記溶接ガン本体に取り付けられ、２枚以上重ねた前記被溶接部材の前記被溶接部が互いに離れないように保持する保持部材（例えば、補助クランプ２３及び補助クランプ３３）と、前記溶接ガン本体及び前記電極を制御する溶接ガン制御装置（例えば、溶接ガン制御装置１００）と、を備え、前記保持部材の先端は、前記被溶接部材と離間した状態において、前記電極の先端より突出して形成され、前記溶接ガン制御装置は、前記溶接ガン本体の前記駆動部を制御して、前記電極及び前記保持部材を前記被溶接部材に当接させて加圧する加圧部（例えば、加圧部１０１）と、前記電極から前記被溶接部材に溶接電流を通電する通電部（例えば、通電部１０２）と、前記駆動部を制御して、前記被溶接部材に当接する前記電極及び前記保持部材のうち、前記電極のみを前記被溶接部材から離間する電極離間部（例えば、電極離間部１０３）と、前記駆動部を制御して、前記被溶接部材に当接する前記保持部材を前記被溶接部材から離間する保持部材離間部（例えば、保持部材離間部１０４）と、を有する。
【００５０】
上記構成によれば、電動式スポット溶接装置１は、以下の作用効果を奏する。
ワークＷ１及びＷ２に溶接電流を流す電極チップ２２及び電極チップ３２及びワークＷ１及びＷ２の被溶接部Ｗが互いに離れないように保持する補助クランプ２３及び補助クランプ３３をワークＷ１及びＷ２に当てて加圧し、電極チップ２２及び電極チップ３２からワークＷ１及びＷ２に溶接電流を通電後、被溶接部Ｗの硬度を得るための冷却時間経過後に、電極チップ２２及び電極チップ３２をワークＷ１及びＷ２から離してから所定時間経過後に、補助クランプ２３及び補助クランプ３３をワークＷ１及びＷ２から離す。
【００５１】
これにより、ワークＷ１及びＷ２に溶接電流を通電後であって、被溶接部Ｗの硬度を得るための冷却時間経過後に、電極チップ２２及び電極チップ３２をワークＷ１及びＷ２から離した後も、補助クランプ２３及び補助クランプ３３によってワークＷ１及びＷ２を加圧できるので、通電後の電極チップ２２及び電極チップ３２によりワークＷ１及びＷ２を急冷する時間を最小限に抑え、ワークＷ１及びＷ２を補助クランプ２３及び補助クランプ３３によって加圧しつつ自然冷却できる。
【００５２】
したがって、急冷により被溶接部材が反るのを防止しでき、硬度が高い反面、伸び性能が低い高張力鋼材を溶接した場合であっても、被溶接部材の被溶接部が凝固するまで保持部材によって加圧しつつ自然冷却できるので、被溶接部材の冷却を緩やかにして、クラックを抑制するスポット溶接方法を提供できる。
【００５３】
なお、本発明は前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ものである。
【符号の説明】
【００５４】
１ 電動式スポット溶接装置
２２，３２ 電極チップ（電極）
２３，３３ 補助クランプ（保持部材）
Ｗ１，Ｗ２ ワーク（被溶接部材）
Ｗ 被溶接部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚以上重ねた被溶接部材に溶接電流を流すスポット溶接方法において、
前記被溶接部材の被溶接部に当てて、前記被溶接部材に電流を流す電極と、
前記被溶接部から一定距離はなれた位置において、２枚以上重ねた前記被溶接部材の前記被溶接部が互いに離れないように保持する保持部材とを備えたスポット溶接装置を用いて、
前記電極及び前記保持部材を前記被溶接部材に当てて加圧し、前記電極から前記被溶接部材に溶接電流を通電後、
前記被溶接部の硬度を得るための冷却時間経過後に、前記電極を前記被溶接部材から離し、
前記電極を前記被溶接部材から離してから所定時間経過後に、前記保持部材を前記被溶接部材から離すスポット溶接方法。
【請求項１】
２枚以上重ねた被溶接部材に溶接電流を流すスポット溶接方法において、
前記被溶接部材の被溶接部に当てて、前記被溶接部材に電流を流す電極と、
前記被溶接部から一定距離はなれた位置において、２枚以上重ねた前記被溶接部材の前記被溶接部が互いに離れないように保持する保持部材とを備えたスポット溶接装置を用いて、
前記電極及び前記保持部材を前記被溶接部材に当てて加圧し、前記電極から前記被溶接部材に溶接電流を通電後、
前記被溶接部の硬度を得るための冷却時間経過後に、前記電極を前記被溶接部材から離し、
前記電極を前記被溶接部材から離してから所定時間経過後に、前記保持部材を前記被溶接部材から離すスポット溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−５５９４１（Ｐ２０１２−５５９４１Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０２８０８（Ｐ２０１０−２０２８０８）
【出願日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【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３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【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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