間接給電式溶接装置
【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し得る間接給電式溶接装置３０を提供する。
【解決手段】間接給電式溶接装置３０は、第１溶接ガン３２及び第２溶接ガン３６を有する。第２溶接ガン３６を構成するガンアーム６２には、積層体３４ａの最上に位置する金属板１０４ａに当接する上チップ６８及び補助電極７６ａ、７６ｂと、積層体３４ａの最下に位置する金属板１００ａに当接する下チップ７０が設けられる。積層体３４ａに対して溶接を行うとき、初期段階では、上チップ６８から下チップ７０へ向かう電流ｉ１が流れるとともに、上チップ６８から補助電極７６ａ、７６ｂへ向かう分岐電流ｉ２が流れる。上チップ６８及び補助電極７６ａ、７６ｂの積層体３４ａに対する加圧力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、下チップ７０の積層体３４ａに対する加圧力Ｆ４と均衡するように制御される。
【解決手段】間接給電式溶接装置３０は、第１溶接ガン３２及び第２溶接ガン３６を有する。第２溶接ガン３６を構成するガンアーム６２には、積層体３４ａの最上に位置する金属板１０４ａに当接する上チップ６８及び補助電極７６ａ、７６ｂと、積層体３４ａの最下に位置する金属板１００ａに当接する下チップ７０が設けられる。積層体３４ａに対して溶接を行うとき、初期段階では、上チップ６８から下チップ７０へ向かう電流ｉ１が流れるとともに、上チップ６８から補助電極７６ａ、７６ｂへ向かう分岐電流ｉ２が流れる。上チップ６８及び補助電極７６ａ、７６ｂの積層体３４ａに対する加圧力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、下チップ７０の積層体３４ａに対する加圧力Ｆ４と均衡するように制御される。
【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を溶接によって接合するための間接給電式溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２９は、３個の金属板１、２、３を積層することで構成された積層体４を、間接給電式溶接装置５によって挟持した状態を示した要部側面図である。ここで、間接給電式溶接装置５は、溶接電流が供給される第１溶接ガン（図示せず）と、積層体４に対して溶接を行うための第２溶接ガン６とを有し、前記溶接電流を、外部給電端子７を介して第１溶接ガンから第２溶接ガン６に伝達するものである。このような構成の間接給電式溶接装置５は、例えば、特許文献１、２に記載された公知のものである。
【０００３】
具体的には、第１溶接ガンは、正（＋）の極性である上電極８と、負（−）の極性である下電極９とを有し、一方、第２溶接ガン６は、第１溶接チップとしての上チップ１０と、第２溶接チップとしての下チップ１１とを有する。また、外部給電端子７は、導電端子１２ａ、１２ｂの間に絶縁体１３が介装されて構成される。上電極８と上チップ１０は導電端子１２ａ及びリード線１４を介して電気的に接続され、一方、下電極９と下チップ１１は導電端子１２ｂ及びリード線１５を介して電気的に接続される。
【０００４】
積層体４に対して溶接を行う際には、該積層体４は、第２溶接ガン６の上チップ１０と下チップ１１に挟持される。従って、該積層体４内では、その厚み方向に沿って、上チップ１０から下チップ１１に向かう溶接電流が流れる。これに伴って金属板１、２の接触面近傍、及び金属板２、３の接触面近傍がそれぞれ発熱して溶融部となる。その後、各溶融部が凝固してナゲットと呼称される固相となることに伴い、金属板１、２同士、金属板２、３同士が接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１３６７７１号公報
【特許文献２】実開昭５９−１０９８４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、金属板１、２が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であり、且つ金属板３が軟鋼からなり電気抵抗が小さい低抵抗ワークである場合、低抵抗ワークと高抵抗ワークの組み合わせである金属板２、３の接触面近傍に発生するジュール熱よりも、高抵抗ワーク同士の組み合わせである金属板１、２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。
【０００７】
従って、この積層体４においては、先ず、図３０に示すように、金属板１、２同士の接触面に溶融部１６が形成される。場合によっては、金属板２、３の接触面に溶融部が形成される前に、前記溶融部１６が大きく成長することがある。このような状態で金属板２、３の接触面に溶融部を形成するべく通電を続行すると、金属板１、２の間にギャップが存在する場合、このギャップから溶融部１６の一部が飛散する現象、すなわち、いわゆるスパッタが発生する懸念がある。
【０００８】
しかしながら、通電を停止すると、金属板２、３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、これら金属板２、３の接合強度を確保することが困難となる。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、積層体を構成する複数個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るとともに、スパッタが発生する懸念を払拭し得る間接給電式溶接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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、第１溶接ガンと、前記第１溶接ガンから外部給電端子を介して供給された電流によって、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溶接を行う第２溶接ガンとを有する間接給電式溶接装置であって、
前記第２溶接ガンは、互いに相対的に接近又は離間可能な第１溶接チップ及び第２溶接チップと、
変位可能に設けられ、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、
を有することを特徴とする。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
ところで、例えば、第１溶接チップ及び加圧部材が積層体に対して干渉する部位があり、溶接を行うことが困難である場合がある。このようなとき等には、第１溶接チップ及び加圧部材の各々と積層体との間に、サポートチップ及びサポート加圧部材を配設するとともに、前記第２溶接チップと前記積層体との間に、第２サポートチップを配設することが好ましい。
【００１７】
このような構成においては、これら第１及び第２サポートチップと、サポート加圧部材とを積層体に当接させる一方で、第１及び第２サポートチップ、サポート加圧部材に対する第１及び第２溶接チップ、加圧部材の押圧箇所を積層体から離間させることが可能である。このため、複雑な形状の積層体であっても、溶接を施すことが容易となる。
【００１８】
この場合においても、第１サポートチップとサポート加圧部材との合計加圧力が第２サポートチップの加圧力と均衡する。従って、上記したように、第１サポートチップ側から第２サポートチップに向かうにつれて作用範囲が広がるような加圧力の分布が形成される。
【００１９】
勿論、サポート加圧部材を、加圧部材と同様に電極として機能させ、サポートチップからサポート加圧部材に向かう電流、又はその逆方向に向かう電流を生じさせるようにしてもよい。この場合、積層体の最外のワークの内部を電流が流れるので、この電流によって、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。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１溶接チップと第２溶接チップ、又はサポートチップと第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又はサポート加圧部材で加圧し、この状態で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溶接チップ又はサポートチップから第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。
【００２１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る間接給電式溶接装置の要部側面図である。
【図２】図１の間接給電式溶接装置の要部拡大正面図である。
【図３】溶接対象である積層体を下チップ、上チップ及び補助電極で挟持した状態を示す要部概略正面図である。
【図４】溶接対象である積層体を下チップ、上チップ及び補助電極で挟持したときの要部側面図である。
【図５】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６】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７】図３から通電を開始し、上チップから下チップ、及び補助電極に向かう電流を流した状態を示す要部側面図である。
【図８】図７の状態の縦断面模式図である。
【図９】図８から通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図１０】上チップから補助電極に向かう電流を消失させる一方、上チップから下チップへの通電を続行した状態を示す要部側面図である。
【図１１】図１０の状態の縦断面模式図である。
【図１２】通電（スポット溶接）を終了した状態を示す要部側面図である。
【図１３】図１２に続いて上チップ、下チップ及び補助電極を積層体から離間させた状態を示す縦断面模式図である。
【図１４】図３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縦断面模式図である。
【図１５】図１４に続き、上チップから補助電極に向かう電流を消失させる一方、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１６】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１７】図３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縦断面模式図である。
【図１８】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１９】アクチュエータによって補助電極を変位させる構成の間接給電式溶接装置の要部側面図である。
【図２０】ＯＮ／ＯＦＦスイッチに代えて切替スイッチが採用された間接給電式溶接装置の要部側面図である。
【図２１】図２０の切替スイッチを切り替えて電流経路を変更した状態を示す要部側面図である。
【図２２】上チップ及び補助電極と積層体との間に、サポートチップ及びサポート加圧部材を配設した間接給電式溶接装置の要部正面図である。
【図２３】上チップ及び補助電極とサポートチップ及びサポート加圧部材との位置関係を、押圧部材を境にして示した平面図である。
【図２４】垂直壁部を有するワークを含む積層体に対して溶接を行っている状態を示す要部側面図である。
【図２５】図２４の状態を示す平面図である。
【図２６】図２２の場合における電流経路を示した要部正面図である。
【図２７】図７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２８】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２９】一般的な間接給電式溶接装置の要部側面図である。
【図３０】図２９の間接給電式溶接装置において、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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る間接給電式溶接装置につき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。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る間接給電式溶接装置３０の要部側面図である。この間接給電式溶接装置３０は、溶接電流が供給される第１溶接ガン３２と、積層体３４ａに対して溶接を行うための第２溶接ガン３６と、前記溶接電流を第１溶接ガン３２から第２溶接ガン３６に伝達する外部給電端子３８とを有する。
【００２５】
第１溶接ガン３２は、ガン本体４０の下方に配設された略Ｃ字形状の固定アーム４１を具備する、いわゆるＣ型のものである。この固定アーム４１の下方先端には、ガン本体４０に向かって延在する下電極４２が設けられる。
【００２６】
ガン本体４０には、上電極４４が設けられたホルダ４６を図１における上下方向に変位させるためのボールねじ機構（図示せず）が収容されている。具体的には、ホルダ４６は、ガン本体４０から突出し且つ前記下電極４２に向かって延在する変位軸４８の先端に取り付けられている。前記ボールねじ機構のボールねじは、この変位軸４８を図１における上下方向に変位させることにより、ホルダ４６を介して上電極４４を変位させる。
【００２７】
本実施の形態において、上電極４４の極性は正（＋）であり、また、下電極４２の極性は負（−）である。すなわち、上電極４４・下電極４２は、電源５０（図３参照）の正極・負極に対して電気的に接続されている。
【００２８】
外部給電端子３８は、導電端子５２ａ、５２ｂと、これら導電端子５２ａ、５２ｂ間に介装された絶縁体５４とを有する。この中の導電端子５２ａには上電極４４が当接し、一方、導電端子５２ｂには下電極４２が当接する。外部給電端子３８には、さらに、導電端子５２ａに電気的に接続された補助端子５６が設けられる。
【００２９】
第２溶接ガン３６は、第１アーム部材５８と第２アーム部材６０が組み合わされることによって略Ｘ字形状をなすガンアーム６２を有する。第１アーム部材５８と第２アーム部材６０は、互いの交点を揺動中心として揺動可能であり、この揺動に伴ってガンアーム６２が開閉動作する。
【００３０】
具体的には、第１アーム部材５８の図１における右端部には、ガンアーム６２を開閉する開閉機構としての開閉シリンダ６４が設けられている。この開閉シリンダ６４の開閉ロッド６６は、図１における鉛直下方に延在し、第２アーム部材６０の右端部に連結されている。従って、開閉ロッド６６が図１の上下方向に沿って前進・後退動作することに伴い、第１アーム部材５８と第２アーム部材６０が互いに接近・離間する。その結果、ガンアーム６２が閉動作・開動作する。
【００３１】
ここで、第１アーム部材５８及び第２アーム部材６０の各左端部は、鉛直下方・上方に向かうようにして折曲されており、このため、互いに対向する。この対向する部位には、第１溶接チップとしての上チップ６８、第２溶接チップとしての下チップ７０がそれぞれ設けられる。
【００３２】
要部を拡大した図２に示すように、上チップ６８の胴部には、略平板形状の絶縁体からなるブラケット７２が装着される。すなわち、該ブラケット７２には、その直径が上チップ６８の胴部の直径と略同等である貫通孔７４が形成されており、この貫通孔７４に上チップ６８の胴部が通されて嵌合されている。
【００３３】
このブラケット７２には、加圧部材として機能する補助電極７６ａ、７６ｂが上チップ６８と平行に延在するように設けられる。これら補助電極７６ａ、７６ｂは、図１における下方から、電極本体７８ａ、７８ｂ、直径方向外方に向かって突出形成された鍔部８０ａ、８０ｂ、比較的小径な小径軸部８２ａ、８２ｂ、端子部８４ａ、８４ｂがこの順序で設けられて構成される。
【００３４】
ブラケット７２には、前記貫通孔７４の近傍に別の貫通孔８６ａ、８６ｂが形成され、これら貫通孔８６ａ、８６ｂに、小径軸部８２ａ、８２ｂの各々が通される。
【００３５】
小径軸部８２ａ、８２ｂには、コイルスプリング８８ａ、８８ｂが通される。これらコイルスプリング８８ａ、８８ｂの下端・上端は、それぞれ、鍔部８０ａ、８０ｂの上端面、ブラケット７２の下端面に着座する。このコイルスプリング８８ａ、８８ｂは、電極本体７８ａ、７８ｂが積層体３４ａに当接する際には圧縮され、その一方で、電極本体７８ａ、７８ｂが積層体３４ａから離間した際には伸張し、これにより、補助電極７６ａ、７６ｂをブラケット７２から離間する方向に弾発付勢する。
【００３６】
後述するように、上チップ６８と補助電極７６ａ、７６ｂの離間距離Ｚ１、Ｚ２（図３参照）は、金属板１０２ａと、その直下の金属板１０４ａ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。
【００３７】
以上のように構成されたガンアーム６２は、第１アーム部材５８と第２アーム部材６０の交点が治具９０に支持されることによって固定される。また、上電極４４と上チップ６８が導電端子５２ａ及びリード線９２を介して電気的に接続されるとともに、下電極４２と下チップ７０が導電端子５２ｂ及びリード線９４を介して電気的に接続される。さらに、補助電極７６ａ、７６ｂは、リード線９６、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ９８、補助端子５６及び導電端子５２ａを介して、下電極４２に電気的に接続される。従って、上チップ６８の極性は上電極４４と同じく正（＋）であり、一方、下チップ７０及び補助電極７６ａ、７６ｂの極性は下電極４２と同じく負（−）である。
【００３８】
溶接対象である積層体３４ａにつき若干説明すると、この場合、積層体３４ａは、３枚の金属板１００ａ、１０２ａ、１０４ａ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１００ａ、１０２ａの厚みはＤ１（例えば、約１ｍｍ〜約２ｍｍ）に設定され、金属板１０４ａ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１００ａ、１０２ａの厚みは同一であり、金属板１０４ａはこれら金属板１００ａ、１０２ａに比して薄肉である。すなわち、金属板１０４ａの肉厚は、積層体３４ａを構成する３枚の金属板１００ａ、１０２ａ、１０４ａ中で最小である。
【００３９】
金属板１００ａ、１０２ａ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１０４ａ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１００ａ、１０２ａ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。
【００４０】
前記下チップ７０及び前記上チップ６８は、これら下チップ７０及び上チップ６８の間に溶接対象である積層体３４ａを挟持し、且つ該積層体３４ａに対して通電を行うものである。この際には、下チップ７０が最下の金属板１００ａに当接するとともに、上チップ６８及び補助電極７６ａ、７６ｂが最上の金属板１０４ａに当接する。このことから諒解される通り、上チップ６８と補助電極７６ａ、７６ｂはともに、積層体３４ａ中の最上に位置する金属板１０４ａに当接するものの、その極性は互いに逆である。
【００４１】
以上の構成において、前記開閉シリンダ６４、電源５０及びＯＮ／ＯＦＦスイッチ９８は、制御手段としてのガンコントローラ１０６（図３参照）に電気的に接続されている。すなわち、開閉シリンダ６４、電源５０及びＯＮ／ＯＦＦスイッチ９８の動作ないし付勢・滅勢は、ガンコントローラ１０６によって制御される。
【００４２】
本実施の形態に係る間接給電式溶接装置３０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、スポット溶接方法との関係で説明する。
【００４３】
積層体３４ａに対してスポット溶接を行う際、換言すれば、金属板１００ａ、１０２ａ同士を接合するとともに金属板１０２ａ、１０４ａ同士を接合する際には、先ず、下チップ７０と上チップ６８の間に積層体３４ａが配置される。勿論、このときには開閉シリンダ６４の開閉ロッド６６は後退しており、このため、ガンアーム６２は開状態である（図１参照）。
【００４４】
次に、ガンコントローラの作用下に開閉シリンダ６４が付勢され、その結果、開閉ロッド６６が前進動作する。これに追従して第１アーム部材５８及び第２アーム部材６０の各左端部が互いに接近する。すなわち、ガンアーム６２が閉動作する。これにより、図４に示すように、下チップ７０が金属板１００ａに当接するとともに、上チップ６８が金属板１０４ａに当接し、その結果、下チップ７０と上チップ６８の間に積層体３４ａが挟持される。同時に、補助電極７６ａ、７６ｂが金属板１０４ａに当接する。図３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６８と補助電極７６ａ、７６ｂの離間距離Ｚ１、Ｚ２は、図５に示すように、金属板１０４ａと金属板１０２ａとの間の接触面に、上チップ６８で押圧される箇所で面圧が最大となり、且つ補助電極７６ａ、７６ｂ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６８の加圧による面圧、及び補助電極７６ａ、７６ｂ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５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１０６は、金属板１０４ａに対する上チップ６８及び補助電極７６ａ、７６ｂの合計加圧力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）が、金属板１００ａに対する下チップ７０の加圧力（Ｆ４）と均衡するように、開閉シリンダ６４の推進力を制御する。この制御により、積層体３４ａ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３４ａが下チップ７０と上チップ６８から受ける力は、図３に模式的に示すように、上チップ６８から下チップ７０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１０２ａ、１０４ａの接触面に作用する力は、金属板１００ａ、１０２ａ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６８の加圧による面圧、及び補助電極７６ａ、７６ｂ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６は、補助電極７６ａ、７６ｂを用いずにＦ１＝Ｆ４とした場合における積層体３４ａが下チップ７０と上チップ６８から受ける力の分布を模式的に示したものである。図５から諒解されるように、この場合、力は、上チップ６８から下チップ７０にわたって均等である。換言すれば、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面に作用する力と、金属板１００ａ、１０２ａの接触面に作用する力とが等しくなる。
【００５０】
図３及び図６には、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面に作用する力の範囲を太実線で示している。図３及び図６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１０４ａが金属板１０２ａ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】
本実施の形態では、図５に示すように上チップ６８から下チップ７０に至るまでの加圧力を分布させ、金属板１０２ａに対する金属板１０４ａの接触面積を小さくしたことに伴い、積層体３４ａから上チップ６８に向かう反力が生じる。本実施の形態では、この反力を補助電極７６ａ、７６ｂで受けている。
【００５２】
以上の状態が形成された後、ガンコントローラ１０６が電源５０に制御信号を送る。この制御信号を受けた電源５０は、正極に接続された上電極４４を出発し、下電極４２を経由して負極に戻る溶接電流を供給する。
【００５３】
溶接電流は、上電極４４から導電端子５２ａ、リード線９２及び上チップ６８を経由して金属板１０４ａに到達する。このため、図７及び図８に示すように、上チップ６８から下チップ７０に向かう電流ｉ１が流れる。上記したように、下チップ７０がリード線９４、導電端子５２ｂ及び下電極４２を介して電源５０の負極に接続されているからである。
【００５４】
そして、この電流ｉに基づくジュール熱により、金属板１００ａ、１０２ａの間、及び金属板１０２ａ、１０４ａの間がそれぞれ加熱され、加熱領域１１０、１１２が形成される。
【００５５】
上記したように、図３に示される金属板１０４ａと金属板１０２ａとの接触面積は、図６に示される金属板１０４ａと金属板１０２ａとの接触面積に比して小さい。このため、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面における接触抵抗及び電流密度は、図３に示される場合の方が図６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７に示すように、金属板１００ａ、１０２ａの接触面に生成する加熱領域１１０と、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面に生成する加熱領域１１２とが略同等の大きさに成長する。
【００５６】
ここで、金属板１０４ａには補助電極７６ａ、７６ｂも当接しており、この補助電極７６ａ、７６ｂの極性は負である。従って、上チップ６８からは、上記した電流ｉ１と同時に、補助電極７６ａ、７６ｂに向かう分岐電流ｉ２が出発する（図７及び図８参照）。
【００５７】
このように、本実施の形態においては、金属板１００ａ、１０２ａには流れず金属板１０４ａにのみ流れる分岐電流ｉ２が発生する。この結果、上チップ６８及び下チップ７０のみを使用する一般的なスポット溶接に比して金属板１０４ａの内部を通過する電流値が大きくなる。
【００５８】
従って、この場合、図９に示すように、金属板１０４ａの内部に、前記加熱領域１１２とは別の加熱領域１１４が形成される。加熱領域１１４は、時間の経過とともに拡大し、加熱領域１１２と一体化する。金属板１０２ａ、１０４ａの接触面には、このようにして一体化した加熱領域１１２、１１４の双方から熱が伝達される。
【００５９】
金属板１００ａ、１０２ａの接触面、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面は、前記加熱領域１１０、１１２、１１４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１００ａ、１０２ａの間、金属板１０２ａ、１０４ａの間にナゲット１１６、１１８がそれぞれ形成される。なお、図９においては、理解を容易にするためにナゲット１１６、１１８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。
【００６０】
補助電極７６ａ、７６ｂによる加圧力Ｆ２、Ｆ３を大きくするほど金属板１０２ａ、１０４ａ間のナゲット１１８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１１８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１１８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１００ａ、１０２ａ間のナゲット１１６が小さくなる。
【００６１】
従って、上チップ６８による加圧力Ｆ１と、補助電極７６ａ、７６ｂによる加圧力Ｆ２、Ｆ３との差は、ナゲット１１６、１１８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。
【００６２】
また、分岐電流ｉ２の割合を大きくするほど加熱領域１１４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１１０、１１２が小さくなる。このため、ナゲット１１８の大きさが飽和する一方、ナゲット１１６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１１６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。
【００６３】
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６８と補助電極７６ａ、７６ｂとの離間距離Ｚ１、Ｚ２（図３参照）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。
【００６４】
溶融部が形成される間、金属板１０４ａは、補助電極７６ａ、７６ｂで金属板１０２ａ側に押圧されている。この押圧により、低剛性の金属板１０４ａが通電（加熱）に伴って反ること、すなわち、金属板１０２ａ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１０４ａと金属板１０２ａ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。
【００６５】
溶融部、ひいてはナゲット１１８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１１８を十分に成長させることができる。
【００６６】
この場合、金属板１００ａ、１０２ａ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１０２ａ、１０４ａの間の溶融部（ナゲット１１８）が大きく成長している間に金属板１００ａ、１０２ａ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。
【００６７】
この間、電流ｉ１によって金属板１００ａ、１０２ａの間にもナゲット１１６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１１０、ひいてはナゲット１１６が若干小さくなる傾向がある。
【００６８】
従って、ガンコントローラ１０６は、ナゲット１１６をさらに成長させる場合べく、図１０及び図１１に示すように、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ９８を開状態とする。これにより、補助電極７６ａ、７６ｂと補助端子５６とが電気的に切断され、分岐電流ｉ２が消失する。これにともなって、加熱領域１１４（図９参照）も消失する。
【００６９】
その一方で、上チップ６８から下チップ７０への通電が続行される。すなわち、金属板１００ａ、１０２ａ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。分岐電流ｉ２が消失することに伴って電流ｉ１の電流値が大きくなっているので、抵抗が大きい金属板１００ａ、１０２ａではジュール熱による発熱量が増加する。その結果、加熱領域１１０が広がるとともにその温度が一層上昇する。金属板１００ａ、１０２ａの接触面は、この温度上昇した加熱領域１１０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１１６）の成長が促進される。
【００７０】
以降は、溶融部（ナゲット１１６）が十分に成長するまで、例えば、図１１に示すように、ナゲット１１８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１１６の成長の度合いは、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。
【００７１】
ここで、金属板１００ａ、１０２ａの接触面は、金属板１０２ａ、１０４ａ同士の間にナゲット１１８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１１０によって予め加熱されている。このため、金属板１００ａ、１０２ａ同士は、ナゲット１１６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。
【００７２】
以上のように、本実施の形態によれば、金属板１０２ａ、１０４ａの間のナゲット１１８を成長させる際、金属板１００ａ、１０２ａの間のナゲット１１６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。
【００７３】
所定時間が経過して前記溶融部が十分成長した後、図１２に示すように、通電を停止する。この通電停止は、上電極４４を導電端子５２ａから離間させることで行うようにしてもよいし、上電極４４に対する溶接電流の供給を停止することで行うようにしてもよい。
【００７４】
さらに、開閉シリンダ６４が付勢されて開閉ロッド６６が後退する。これにより、ガンアーム６２が開く。これに追従し、図１３に示すように、上チップ６８及び下チップ７０が互いに離間する方向に変位して積層体３４ａから離間する。同時に、補助電極７６ａ、７６ｂが金属板１０４ａから離間する。この際、補助電極７６ａ、７６ｂは、コイルスプリング８８ａ、８８ｂ（図２参照）から弾発付勢され、元の位置に戻る。
【００７５】
なお、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１０６の制御作用下に営まれる。
【００７６】
このようにして通電が停止されることに伴い、金属板１００ａ、１０２ａ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１１６を介して金属板１００ａ、１０２ａが互いに接合される。
【００７７】
以上のようにして、積層体３４ａを構成する金属板１００ａ、１０２ａ同士、金属板１０２ａ、１０４ａ同士が接合され、製品としての接合品が得られるに至る。
【００７８】
この接合品においては、金属板１００ａ、１０２ａ同士の接合強度と同様に、金属板１０２ａ、１０４ａ同士の接合強度も優れる。上記したように金属板１０４ａに分岐電流ｉ２が流されたことに伴って、金属板１０２ａ、１０４ａの間のナゲット１１６が十分に成長しているからである。
【００７９】
以上のように、本実施の形態によれば、スパッタが生成することを回避しつつ、金属板１０２ａ、１０４ａの間に、金属板１００ａ、１０２ａの間のナゲット１１６と略同程度の大きさのナゲット１１８を成長させることができ、これにより、金属板１０２ａ、１０４ａ同士の接合強度が優れた成形品を得ることができる。
【００８０】
しかも、間接給電式溶接装置３０は、既存の間接給電式溶接装置における上チップ６８に対し、補助電極７６ａ、７６ｂが設けられたブラケット７２を装着することで構成することが可能である。従って、補助電極７６ａ、７６ｂを設けることに伴って間接給電式溶接装置３０の構成が複雑化したり、大型化したりすることを回避することができる。このため、溶接対象が複雑な形状のものであったとしても、補助電極７６ａ、７６ｂ及び上チップ６８を溶接対象に干渉させることなく所定の溶接箇所に配置させることができる。
【００８１】
なお、溶接対象は積層体３４ａ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対象と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。
【００８２】
図１４に示す積層体３４ｂは、厚みが最小である金属板１０２ｂを、金属板１００ｂ、１０４ｂで挟むようにして形成される。例えば、金属板１００ｂは、ハイテン鋼からなる高抵抗ワークであり、金属板１０２ｂ、１０４ｂは、軟鋼からなる低抵抗ワークである。
【００８３】
上チップ６８と下チップ７０のみで積層体３４ｂに対してスポット溶接を行う場合、金属板１００ｂ、１０２ｂの接触面が優先的に溶融する。金属板１００ｂが高抵抗ワークであるために、金属板１００ｂ、１０２ｂの接触抵抗が金属板１０２ｂ、１０４ｂの接触抵抗よりも大きいからである。従って、金属板１０２ｂ、１０４ｂの接触面にナゲットを十分に成長させるべく上チップ６８から下チップ７０への通電を継続すると、金属板１００ｂ、１０２ｂの接触面からスパッタが発生する懸念がある。
【００８４】
これに対し、補助電極７６ａ、７６ｂを用いる第２実施形態によれば、図１１に示すように、金属板１００ｂ、１０２ｂの接触面、及び金属板１０２ｂ、１０４ｂの接触面の双方に加熱領域１２０、１２２が形成される。上記の積層体３４ａにおける場合と同様に、分岐電流ｉ２が金属板１０４ｂ内を流れることにより、金属板１０２ｂ、１０４ｂの接触面が十分に加熱されるからである。
【００８５】
これにより、図１５に示すナゲット１２４、１２６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１６に示すように、金属板１００ｂ、１０２ｂの接触面、及び金属板１０２ｂ、１０４ｂ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１２８を形成することができる。
【００８６】
積層体３４ａ、３４ｂ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７６ａ、７６ｂ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７６ａ、７６ｂ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。
【００８７】
なお、金属板１００ｂがハイテン鋼、金属板１０２ｂ、１０４ｂ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。
【００８８】
次に、図１７に、ハイテン鋼からなる金属板１００ｃに対してハイテン鋼からなる金属板１０２ｃが積層された積層体３４ｃに対し、補助電極７６ａ、７６ｂを用いてスポット溶接を行う場合を示す。
【００８９】
補助電極７６ａ、７６ｂを用いない場合、金属板１００ｃ、１０２ｃがともに高抵抗ワークであるので、通電の際、接触面近傍に発生するジュール熱が大きくなる。このため、接触面近傍に形成された溶融部が比較的短時間で大きく成長し、その結果、溶融部が飛散し易く（スパッタが発生し易く）なる。
【００９０】
これに対し、補助電極７６ａ、７６ｂを用いる本実施の形態によれば、図１７に示すように、金属板１００ｃ、１０２ｃの接触面に加熱領域１３０が形成されるとともに、金属板１００ｃ、１０２ｃの接触面よりも上方、換言すれば、金属板１０２ｃにおける補助電極７６ａ、７６ｂに近接する側に加熱領域１３２が形成される。分岐電流ｉ２が金属板１０２ｃ内を流れることにより、該金属板１０２ｃ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１８参照）を、該補助電極７６ａ、７６ｂ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。
【００９１】
そして、その結果、金属板１００ｃ、１０２ｃの接触面が軟化してシール性が向上する。従って、図１８に示すように十分に成長したナゲット１３４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。
【００９２】
以上の他、４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。
【００９３】
また、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ９８の開閉に代え、図１９に示すように、補助電極７６ａ、７６ｂを金属板１０４ａ（最外のワーク）から離間させることによって、分岐電流ｉ２を消失させるようにしてもよい。この場合、補助電極７６ａ、７６ｂを変位させることが可能な変位機構（例えば、エアシリンダ等）をブラケット７２に設け、この変位機構の作用下に、補助電極７６ａ、７６ｂを金属板１０４ａから離間する方向に上昇させればよい。変位機構は、ガンコントローラ１０６によって制御することが可能である。
【００９４】
さらに、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ９８に代替し、図２０及び図２１に示すように、切替スイッチ１３６を設けるようにしてもよい。この場合、切替スイッチ１３６は、補助電極７６ａ、７６ｂと補助端子５６間の電流経路（図２０参照）、又は、下チップ７０と補助端子５６間の電流経路（図２１参照）のいずれかを形成する。そして、溶接の初期段階では、図２０に示すように、上電極４４に供給された溶接電流は、上チップ６８、金属板１０４ａ、補助電極７６ａ、７６ｂ、切替スイッチ１３６、補助端子５６、及び導電端子５２ｂを経由して下電極４２に向かう。
【００９５】
すなわち、初期段階では、電流が積層体３４ａの厚み方向に沿って流れることはなく、このため、金属板１０４ａの内部、ひいては金属板１０２ａ、１０４ａの接触面近傍が加熱されるに留まる。
【００９６】
次に、所定時間が経過した後、図２１に示すように、切替スイッチ１３６が切り替えられる。これに伴って、下チップ７０と補助端子５６間に電流経路が形成される。従って、上電極４４に供給された溶接電流は、上チップ６８から積層体３４ａの厚み方向に沿って流れ、下チップ７０を通過した後、補助端子５６、及び導電端子５２ｂを経由して下電極４２に向かう。
【００９７】
この際、金属板１００ａ、１０２ａの接触面近傍、及び金属板１０２ａ、１０４ａの接触面近傍に溶融部、ひいてはナゲットが成長する。金属板１００ａ、１０２ａの接触抵抗が大きいので、互いの接触面近傍に大きなジュール熱が発生して十分に加熱されるからである。また、金属板１０２ａ、１０４ａは接触抵抗が小さいものの、互いの接触面近傍が既に加熱されているので、該接触面近傍に溶融部が生成することが容易であるからである。
【００９８】
以上のように、溶接の初期段階とそれ以降とで電流の流れ方向を変更することによっても、隣接する金属板同士の間に、十分に成長したナゲットを形成することができる。従って、接合強度に優れた溶接品が得られる。
【００９９】
なお、上記した実施の形態においては、上チップ６８から補助電極７６ａ、７６ｂに向かう分岐電流ｉ２を流すようにしているが、補助電極７６ａ、７６ｂと電源５０とを電気的に絶縁し、分岐電流ｉ２を発生させることなくスポット溶接を行うようにしてもよい。この場合、補助電極７６ａ、７６ｂは、単なる加圧部材として機能する。
【０１００】
この場合にも、上チップ６８から下チップ７０に至るまでの加圧力が図３に示すように分布するので、補助電極７６ａ、７６ｂによる押圧を行わない場合（図４参照）に比して、金属板１０４ａと金属板１０２ａとの接触面積が大きくなる。このため、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面における接触抵抗及び電流密度が大きくなるので、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、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面において、十分な大きさの加熱領域、ひいてはナゲットが成長する。
【０１０１】
なお、上チップ６８及び補助電極７６ａ、７６ｂ（加圧部材）と積層体との間に、第１サポートチップ及びサポート加圧部材を配設するとともに、下チップ７０と積層体との間に、第２サポートチップを配設するようにしてもよい。以下、この実施形態につき、積層体３４ａに対して溶接を行う場合を例示して説明する。
【０１０２】
図２２は、上サポートチップ１５０（第１サポートチップ）、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ及び下サポートチップ１５３（第２サポートチップ）を具備する間接給電式溶接装置の要部正面図である。この間接給電式溶接装置では、上チップ６８の胴部にブラケット１５４が装着される。すなわち、該ブラケット１５４には、その直径が上チップ６８の胴部の直径と略同等である貫通孔１５５が形成されており、この貫通孔１５５に上チップ６８の胴部が通されて嵌合されている。
【０１０３】
具体的には、ブラケット１５４には、２個のアクチュエータ１５６ａ、１５６ｂが設けられ、これらアクチュエータ１５６ａ、１５６ｂを構成するチューブ１５８ａ、１５８ｂからは、加圧部材として機能する補助電極７６ａ、７６ｂが上チップ６８と平行に延在するようにして突出している。これら補助電極７６ａ、７６ｂは、前記アクチュエータ１５６ａ、１５６ｂの作用下に、下チップ７０に対して接近又は離間する方向に変位する。すなわち、アクチュエータ１５６ａ、１５６ｂは、補助電極７６ａ、７６ｂを変位させるための変位機構であり、且つ補助電極７６ａ、７６ｂに加圧力を発生させて制御する加圧力発生／制御機構である。
【０１０４】
そして、積層体３４ａの金属板１０４ａと上チップ６８、補助電極７６ａ、７６ｂとの間には、上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂが配設される。これら上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂは、図示しない開閉機構に支持された第１開閉ブラケット１６０に設けられる。この第１開閉ブラケット１６０は、絶縁体からなる。
【０１０５】
上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂの上端部には、それぞれ、幅広且つ長尺な押圧部材１６２、１６４、１６６が設けられる。押圧部材１６２、１６４、１６６はいずれも導電体である。
【０１０６】
図２３から諒解されるように、上チップ６８、補助電極７６ａ、７６ｂの下端部は、押圧部材１６２、１６４、１６６の各一端部における上面に当接する。一方、上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂは、押圧部材１６２、１６４、１６６の他端部の下面から突出するように設けられる。
【０１０７】
一方、下サポートチップ１５３は、前記開閉機構に支持された第２開閉ブラケット１６７に設けられ、且つ下チップ７０と、積層体３４ａの金属板１００ａとの間に配設される。なお、第２開閉ブラケット１６７も絶縁体からなる。
【０１０８】
図２３に示される構成に準拠し、下チップ７０の上端部は、下サポートチップ１５３の下端部に設けられた押圧部材１６８の一端部における下面に当接する。一方、下サポートチップ１５３は、押圧部材１６８の他端部の上面から突出するように設けられる。
【０１０９】
この構成の利点につき説明する。
【０１１０】
例えば、図２４に示すような垂直壁部１７０を有する成形済ワーク１７２を含んだ積層体３４ｄに対し、図２５に示す角度で溶接を行わざるを得ない場合がある。この場合、図２５から諒解されるように、上チップ６８、補助電極７６ａ、７６ｂのみでは、補助電極７６ａが垂直壁部１７０に干渉したり、積層体３４ｄに対する補助電極７６ｂの当接が不完全になったりする等の不具合が起こる懸念がある。
【０１１１】
これに対し、上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ及び下サポートチップ１５３を採用した実施の形態によれば、図２３に示すように、押圧部材１６２、１６４、１６６、１６８の長さ方向寸法等を適切に設定することによって、サポート加圧部材１５２ａが垂直壁部１７０に干渉することを回避し得るとともに、サポート加圧部材１５２ｂを積層体３４ｄに十分に当接させることが可能となる。
【０１１２】
この間接給電式溶接装置で積層体３４ａ（図２２参照）に対して溶接を行うに際しては、先ず、第１開閉ブラケット１６０及び第２開閉ブラケット１６７が閉じられる。これにより、溶接箇所近傍に対して、上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ、及び下サポートチップ１５３が配置される。その後、上記と同様に、開閉シリンダ６４の作用下にガンアーム６２が閉じられ、上チップ６８と下チップ７０が互いに接近する。最終的に、上チップ６８、下チップ７０が、押圧部材１６４、１６８の各一端部上面に当接する。
【０１１３】
その一方で、ガンコントローラの作用下にアクチュエータ１５６ａ、１５６ｂが付勢され、これに対応して、補助電極７６ａ、７６ｂが積層体３４ａに接近するように下降する。補助電極７６ａ、７６ｂは、押圧部材１６２、１６６の一端部上面に当接する。補助電極７６ａ、７６ｂの押圧部材１６２、１６６への当接は、上チップ６８、下チップ７０が押圧部材１６４、１６８に当接するのと同時であってもよいし、上チップ６８、下チップ７０が押圧部材１６４、１６８に当接する前又は後であってもよい。
【０１１４】
勿論、アクチュエータ１５６ａ、１５６ｂの推進力及び開閉シリンダ６４の駆動力は、金属板１０４ａに対する上チップ６８及び補助電極７６ａ、７６ｂの合計加圧力（Ｆ１’＋Ｆ２’＋Ｆ３’）が、金属板１００ａに対する下サポートチップ１５３の加圧力（Ｆ４’）と均衡するように制御される。この制御により、積層体３４ａ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’）とが略同等となり、図３及び図４と同様の加圧力の分布が形成される。
【０１１５】
以上の状態が形成された後、ガンコントローラ１０６が電源５０に制御信号を送る。この制御信号を受けた電源５０は、正極に接続された上電極４４を出発し、下電極４２を経由して負極に戻る溶接電流を供給する。
【０１１６】
溶接電流は、上電極４４から導電端子５２ａ、リード線９２、上チップ６８、押圧部材１６４、上サポートチップ１５０を経由して金属板１０４ａに到達し、金属板１０２ａ、１００ａ、下サポートチップ１５３及び押圧部材１６８を通過して下チップ７０に至る。同時に、金属板１０４ａの内部を伝わってサポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂに到達し、さらに、押圧部材１６２、１６６から補助電極７６ａ、７６ｂに向かう電流が発生する。すなわち、図２６に示すように、上サポートチップ１５０（上チップ６８）から下サポートチップ１５３（下チップ７０）に向かう電流ｉ１、及び、上サポートチップ１５０（上チップ６８）からサポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ（補助電極７６ａ、７６ｂ）に向かう分岐電流ｉ２が流れる。
【０１１７】
そして、これら電流ｉ１、分岐電流ｉ２に基づくジュール熱により、金属板１００ａ、１０２ａの間、及び金属板１０２ａ、１０４ａの間がそれぞれ加熱され、加熱領域１７４、１７６が形成される。
【０１１８】
この場合においても、金属板１０４ａと金属板１０２ａとの接触面近傍に十分なジュール熱が発生する。この場合、上チップ６８と下チップ７０のみで積層体３４ａを挟持する場合（図５参照）に比して、金属板１０４ａと金属板１０２ａの接触面積が小さくなるために接触抵抗が大きくなるからである。従って、金属板１００ａ、１０２ａの接触面近傍に生成するナゲット１７８と、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面近傍に生成するナゲット１８０とが略同等の大きさに成長する。
【０１１９】
溶接が終了した後、ガンアーム６２が開いて上チップ６８、補助電極７６ａ、７６ｂ及び下チップ７０が、上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ及び下サポートチップ１５３からそれぞれ離間する。さらに、第１開閉ブラケット１６０、１６７が開いて上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ及び下サポートチップ１５３が積層体３４ａから離間する。このようにして積層体３４ａから離間した上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ及び下サポートチップ１５３を元の位置に戻すためには、例えば、コイルスプリング等を設ければよい。
【０１２０】
この実施の形態においても、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂに対して通電を行うことなく、上チップ６８と下チップ７０間のみに通電を行って溶接を施すようにしてもよい。サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂに対して通電を行わないようにするには、例えば、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂを絶縁体で構成したり、補助電極７６ａ、７６ｂに通電を行わないようにしたりすればよい。
【０１２１】
上記した２つの実施の形態においては、金属板１０４ａに当接した上チップ６８から、金属板１００ａに当接した下チップ７０に向かう電流を流すようにしているが、図２７に示すように、その逆方向に電流が流れるようにしてもよい。この場合にも、金属板１０４ａに当接した補助電極７６ａ、７６ｂの極性を上チップ６８と逆にする。すなわち、下電極４２を電源５０の正極に電気的に接続することで下チップ７０及び補助電極７６ａ、７６ｂの極性を正（＋）とする一方、上電極４４を電源５０の負極に電気的に接続することで上チップ６８の極性を負（−）とする。これにより、下チップ７０から上チップ６８に向かう電流ｉ１と、補助電極７６ａ、７６ｂから上チップ６８に向かう分岐電流ｉ２とが発生する。
【０１２２】
勿論、上サポートチップ１５０及びサポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ（図２２及び図２６参照）を用いるときも同様に、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂから上サポートチップ１５０に向かう電流を生じさせるようにしてもよい。
【０１２３】
また、図２８に示すように、分岐電流ｉ２を、上チップ６８が接触した金属板１０４ａのみならず、該金属板１０４ａの直下に位置する金属板１０２ａにも流れるようにしてもよい。
【０１２４】
さらに、上チップ６８から補助電極７６ａ、７６ｂへの通電、又は上サポートチップ１５０からサポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂへの通電を停止した後、補助電極７６ａ、７６ｂ又はサポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂによる積層体への加圧を続行するようにしてもよい。この場合、例えば、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面積が大きくなった状態が保たれる。従って、電流ｉ１を流している状況においても、金属板１０２ａ、１０４ａ間のナゲットを容易に成長させることができる。
【０１２５】
いずれの場合においても、補助電極７６ａ、７６ｂは、上記した２本の長尺棒状の補助電極７６ａ、７６ｂ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７０又は上チップ６８を囲繞する円環形状体のものであってもよい。
【符号の説明】
【０１２６】
１、２、３、１００ａ〜１００ｃ、１０２ａ〜１０２ｃ、１０４ａ、１０４ｂ…金属板
４、３４ａ〜３４ｄ…積層体 ５、３０…間接給電式溶接装置
６、３６…第２溶接ガン ７、３８…外部給電端子
８、４４…上電極 ９、４２…下電極
１０、６８…上チップ １１、７０…下チップ
１２ａ、１２ｂ、５２ａ、５２ｂ…導電端子
１３、５４…絶縁体
１６…溶融部 ３２…第１溶接ガン
５０…電源 ５６…補助端子
６２…ガンアーム ６４…開閉シリンダ
６６…開閉ロッド ７６ａ、７６ｂ…補助電極
８８ａ、８８ｂ…コイルスプリング ９８…ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
１０６…ガンコントローラ １３６…切替スイッチ
１５０…上サポートチップ １５２ａ、１５２ｂ…サポート加圧部材
１５３…下サポートチップ １５６ａ、１５６ｂ…アクチュエータ
１６２、１６４、１６６、１６８…押圧部材
１７０…垂直壁部 １７２…成形済ワーク
１１０、１１２、１１４、１２０、１２２、１３０、１３２、１７４、１７６…加熱領域
１１６、１１８、１２４、１２６、１２８、１３４、１７８、１８０…ナゲット
【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を溶接によって接合するための間接給電式溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２９は、３個の金属板１、２、３を積層することで構成された積層体４を、間接給電式溶接装置５によって挟持した状態を示した要部側面図である。ここで、間接給電式溶接装置５は、溶接電流が供給される第１溶接ガン（図示せず）と、積層体４に対して溶接を行うための第２溶接ガン６とを有し、前記溶接電流を、外部給電端子７を介して第１溶接ガンから第２溶接ガン６に伝達するものである。このような構成の間接給電式溶接装置５は、例えば、特許文献１、２に記載された公知のものである。
【０００３】
具体的には、第１溶接ガンは、正（＋）の極性である上電極８と、負（−）の極性である下電極９とを有し、一方、第２溶接ガン６は、第１溶接チップとしての上チップ１０と、第２溶接チップとしての下チップ１１とを有する。また、外部給電端子７は、導電端子１２ａ、１２ｂの間に絶縁体１３が介装されて構成される。上電極８と上チップ１０は導電端子１２ａ及びリード線１４を介して電気的に接続され、一方、下電極９と下チップ１１は導電端子１２ｂ及びリード線１５を介して電気的に接続される。
【０００４】
積層体４に対して溶接を行う際には、該積層体４は、第２溶接ガン６の上チップ１０と下チップ１１に挟持される。従って、該積層体４内では、その厚み方向に沿って、上チップ１０から下チップ１１に向かう溶接電流が流れる。これに伴って金属板１、２の接触面近傍、及び金属板２、３の接触面近傍がそれぞれ発熱して溶融部となる。その後、各溶融部が凝固してナゲットと呼称される固相となることに伴い、金属板１、２同士、金属板２、３同士が接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１３６７７１号公報
【特許文献２】実開昭５９−１０９８４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、金属板１、２が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であり、且つ金属板３が軟鋼からなり電気抵抗が小さい低抵抗ワークである場合、低抵抗ワークと高抵抗ワークの組み合わせである金属板２、３の接触面近傍に発生するジュール熱よりも、高抵抗ワーク同士の組み合わせである金属板１、２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。
【０００７】
従って、この積層体４においては、先ず、図３０に示すように、金属板１、２同士の接触面に溶融部１６が形成される。場合によっては、金属板２、３の接触面に溶融部が形成される前に、前記溶融部１６が大きく成長することがある。このような状態で金属板２、３の接触面に溶融部を形成するべく通電を続行すると、金属板１、２の間にギャップが存在する場合、このギャップから溶融部１６の一部が飛散する現象、すなわち、いわゆるスパッタが発生する懸念がある。
【０００８】
しかしながら、通電を停止すると、金属板２、３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、これら金属板２、３の接合強度を確保することが困難となる。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、積層体を構成する複数個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るとともに、スパッタが発生する懸念を払拭し得る間接給電式溶接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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、第１溶接ガンと、前記第１溶接ガンから外部給電端子を介して供給された電流によって、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溶接を行う第２溶接ガンとを有する間接給電式溶接装置であって、
前記第２溶接ガンは、互いに相対的に接近又は離間可能な第１溶接チップ及び第２溶接チップと、
変位可能に設けられ、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、
を有することを特徴とする。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
ところで、例えば、第１溶接チップ及び加圧部材が積層体に対して干渉する部位があり、溶接を行うことが困難である場合がある。このようなとき等には、第１溶接チップ及び加圧部材の各々と積層体との間に、サポートチップ及びサポート加圧部材を配設するとともに、前記第２溶接チップと前記積層体との間に、第２サポートチップを配設することが好ましい。
【００１７】
このような構成においては、これら第１及び第２サポートチップと、サポート加圧部材とを積層体に当接させる一方で、第１及び第２サポートチップ、サポート加圧部材に対する第１及び第２溶接チップ、加圧部材の押圧箇所を積層体から離間させることが可能である。このため、複雑な形状の積層体であっても、溶接を施すことが容易となる。
【００１８】
この場合においても、第１サポートチップとサポート加圧部材との合計加圧力が第２サポートチップの加圧力と均衡する。従って、上記したように、第１サポートチップ側から第２サポートチップに向かうにつれて作用範囲が広がるような加圧力の分布が形成される。
【００１９】
勿論、サポート加圧部材を、加圧部材と同様に電極として機能させ、サポートチップからサポート加圧部材に向かう電流、又はその逆方向に向かう電流を生じさせるようにしてもよい。この場合、積層体の最外のワークの内部を電流が流れるので、この電流によって、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。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１溶接チップと第２溶接チップ、又はサポートチップと第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又はサポート加圧部材で加圧し、この状態で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溶接チップ又はサポートチップから第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。
【００２１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る間接給電式溶接装置の要部側面図である。
【図２】図１の間接給電式溶接装置の要部拡大正面図である。
【図３】溶接対象である積層体を下チップ、上チップ及び補助電極で挟持した状態を示す要部概略正面図である。
【図４】溶接対象である積層体を下チップ、上チップ及び補助電極で挟持したときの要部側面図である。
【図５】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６】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７】図３から通電を開始し、上チップから下チップ、及び補助電極に向かう電流を流した状態を示す要部側面図である。
【図８】図７の状態の縦断面模式図である。
【図９】図８から通電を続行した状態を示す縦断面模式図である。
【図１０】上チップから補助電極に向かう電流を消失させる一方、上チップから下チップへの通電を続行した状態を示す要部側面図である。
【図１１】図１０の状態の縦断面模式図である。
【図１２】通電（スポット溶接）を終了した状態を示す要部側面図である。
【図１３】図１２に続いて上チップ、下チップ及び補助電極を積層体から離間させた状態を示す縦断面模式図である。
【図１４】図３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縦断面模式図である。
【図１５】図１４に続き、上チップから補助電極に向かう電流を消失させる一方、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１６】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１７】図３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縦断面模式図である。
【図１８】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１９】アクチュエータによって補助電極を変位させる構成の間接給電式溶接装置の要部側面図である。
【図２０】ＯＮ／ＯＦＦスイッチに代えて切替スイッチが採用された間接給電式溶接装置の要部側面図である。
【図２１】図２０の切替スイッチを切り替えて電流経路を変更した状態を示す要部側面図である。
【図２２】上チップ及び補助電極と積層体との間に、サポートチップ及びサポート加圧部材を配設した間接給電式溶接装置の要部正面図である。
【図２３】上チップ及び補助電極とサポートチップ及びサポート加圧部材との位置関係を、押圧部材を境にして示した平面図である。
【図２４】垂直壁部を有するワークを含む積層体に対して溶接を行っている状態を示す要部側面図である。
【図２５】図２４の状態を示す平面図である。
【図２６】図２２の場合における電流経路を示した要部正面図である。
【図２７】図７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２８】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２９】一般的な間接給電式溶接装置の要部側面図である。
【図３０】図２９の間接給電式溶接装置において、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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る間接給電式溶接装置につき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。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る間接給電式溶接装置３０の要部側面図である。この間接給電式溶接装置３０は、溶接電流が供給される第１溶接ガン３２と、積層体３４ａに対して溶接を行うための第２溶接ガン３６と、前記溶接電流を第１溶接ガン３２から第２溶接ガン３６に伝達する外部給電端子３８とを有する。
【００２５】
第１溶接ガン３２は、ガン本体４０の下方に配設された略Ｃ字形状の固定アーム４１を具備する、いわゆるＣ型のものである。この固定アーム４１の下方先端には、ガン本体４０に向かって延在する下電極４２が設けられる。
【００２６】
ガン本体４０には、上電極４４が設けられたホルダ４６を図１における上下方向に変位させるためのボールねじ機構（図示せず）が収容されている。具体的には、ホルダ４６は、ガン本体４０から突出し且つ前記下電極４２に向かって延在する変位軸４８の先端に取り付けられている。前記ボールねじ機構のボールねじは、この変位軸４８を図１における上下方向に変位させることにより、ホルダ４６を介して上電極４４を変位させる。
【００２７】
本実施の形態において、上電極４４の極性は正（＋）であり、また、下電極４２の極性は負（−）である。すなわち、上電極４４・下電極４２は、電源５０（図３参照）の正極・負極に対して電気的に接続されている。
【００２８】
外部給電端子３８は、導電端子５２ａ、５２ｂと、これら導電端子５２ａ、５２ｂ間に介装された絶縁体５４とを有する。この中の導電端子５２ａには上電極４４が当接し、一方、導電端子５２ｂには下電極４２が当接する。外部給電端子３８には、さらに、導電端子５２ａに電気的に接続された補助端子５６が設けられる。
【００２９】
第２溶接ガン３６は、第１アーム部材５８と第２アーム部材６０が組み合わされることによって略Ｘ字形状をなすガンアーム６２を有する。第１アーム部材５８と第２アーム部材６０は、互いの交点を揺動中心として揺動可能であり、この揺動に伴ってガンアーム６２が開閉動作する。
【００３０】
具体的には、第１アーム部材５８の図１における右端部には、ガンアーム６２を開閉する開閉機構としての開閉シリンダ６４が設けられている。この開閉シリンダ６４の開閉ロッド６６は、図１における鉛直下方に延在し、第２アーム部材６０の右端部に連結されている。従って、開閉ロッド６６が図１の上下方向に沿って前進・後退動作することに伴い、第１アーム部材５８と第２アーム部材６０が互いに接近・離間する。その結果、ガンアーム６２が閉動作・開動作する。
【００３１】
ここで、第１アーム部材５８及び第２アーム部材６０の各左端部は、鉛直下方・上方に向かうようにして折曲されており、このため、互いに対向する。この対向する部位には、第１溶接チップとしての上チップ６８、第２溶接チップとしての下チップ７０がそれぞれ設けられる。
【００３２】
要部を拡大した図２に示すように、上チップ６８の胴部には、略平板形状の絶縁体からなるブラケット７２が装着される。すなわち、該ブラケット７２には、その直径が上チップ６８の胴部の直径と略同等である貫通孔７４が形成されており、この貫通孔７４に上チップ６８の胴部が通されて嵌合されている。
【００３３】
このブラケット７２には、加圧部材として機能する補助電極７６ａ、７６ｂが上チップ６８と平行に延在するように設けられる。これら補助電極７６ａ、７６ｂは、図１における下方から、電極本体７８ａ、７８ｂ、直径方向外方に向かって突出形成された鍔部８０ａ、８０ｂ、比較的小径な小径軸部８２ａ、８２ｂ、端子部８４ａ、８４ｂがこの順序で設けられて構成される。
【００３４】
ブラケット７２には、前記貫通孔７４の近傍に別の貫通孔８６ａ、８６ｂが形成され、これら貫通孔８６ａ、８６ｂに、小径軸部８２ａ、８２ｂの各々が通される。
【００３５】
小径軸部８２ａ、８２ｂには、コイルスプリング８８ａ、８８ｂが通される。これらコイルスプリング８８ａ、８８ｂの下端・上端は、それぞれ、鍔部８０ａ、８０ｂの上端面、ブラケット７２の下端面に着座する。このコイルスプリング８８ａ、８８ｂは、電極本体７８ａ、７８ｂが積層体３４ａに当接する際には圧縮され、その一方で、電極本体７８ａ、７８ｂが積層体３４ａから離間した際には伸張し、これにより、補助電極７６ａ、７６ｂをブラケット７２から離間する方向に弾発付勢する。
【００３６】
後述するように、上チップ６８と補助電極７６ａ、７６ｂの離間距離Ｚ１、Ｚ２（図３参照）は、金属板１０２ａと、その直下の金属板１０４ａ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。
【００３７】
以上のように構成されたガンアーム６２は、第１アーム部材５８と第２アーム部材６０の交点が治具９０に支持されることによって固定される。また、上電極４４と上チップ６８が導電端子５２ａ及びリード線９２を介して電気的に接続されるとともに、下電極４２と下チップ７０が導電端子５２ｂ及びリード線９４を介して電気的に接続される。さらに、補助電極７６ａ、７６ｂは、リード線９６、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ９８、補助端子５６及び導電端子５２ａを介して、下電極４２に電気的に接続される。従って、上チップ６８の極性は上電極４４と同じく正（＋）であり、一方、下チップ７０及び補助電極７６ａ、７６ｂの極性は下電極４２と同じく負（−）である。
【００３８】
溶接対象である積層体３４ａにつき若干説明すると、この場合、積層体３４ａは、３枚の金属板１００ａ、１０２ａ、１０４ａ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１００ａ、１０２ａの厚みはＤ１（例えば、約１ｍｍ〜約２ｍｍ）に設定され、金属板１０４ａ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１００ａ、１０２ａの厚みは同一であり、金属板１０４ａはこれら金属板１００ａ、１０２ａに比して薄肉である。すなわち、金属板１０４ａの肉厚は、積層体３４ａを構成する３枚の金属板１００ａ、１０２ａ、１０４ａ中で最小である。
【００３９】
金属板１００ａ、１０２ａ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１０４ａ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１００ａ、１０２ａ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。
【００４０】
前記下チップ７０及び前記上チップ６８は、これら下チップ７０及び上チップ６８の間に溶接対象である積層体３４ａを挟持し、且つ該積層体３４ａに対して通電を行うものである。この際には、下チップ７０が最下の金属板１００ａに当接するとともに、上チップ６８及び補助電極７６ａ、７６ｂが最上の金属板１０４ａに当接する。このことから諒解される通り、上チップ６８と補助電極７６ａ、７６ｂはともに、積層体３４ａ中の最上に位置する金属板１０４ａに当接するものの、その極性は互いに逆である。
【００４１】
以上の構成において、前記開閉シリンダ６４、電源５０及びＯＮ／ＯＦＦスイッチ９８は、制御手段としてのガンコントローラ１０６（図３参照）に電気的に接続されている。すなわち、開閉シリンダ６４、電源５０及びＯＮ／ＯＦＦスイッチ９８の動作ないし付勢・滅勢は、ガンコントローラ１０６によって制御される。
【００４２】
本実施の形態に係る間接給電式溶接装置３０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、スポット溶接方法との関係で説明する。
【００４３】
積層体３４ａに対してスポット溶接を行う際、換言すれば、金属板１００ａ、１０２ａ同士を接合するとともに金属板１０２ａ、１０４ａ同士を接合する際には、先ず、下チップ７０と上チップ６８の間に積層体３４ａが配置される。勿論、このときには開閉シリンダ６４の開閉ロッド６６は後退しており、このため、ガンアーム６２は開状態である（図１参照）。
【００４４】
次に、ガンコントローラの作用下に開閉シリンダ６４が付勢され、その結果、開閉ロッド６６が前進動作する。これに追従して第１アーム部材５８及び第２アーム部材６０の各左端部が互いに接近する。すなわち、ガンアーム６２が閉動作する。これにより、図４に示すように、下チップ７０が金属板１００ａに当接するとともに、上チップ６８が金属板１０４ａに当接し、その結果、下チップ７０と上チップ６８の間に積層体３４ａが挟持される。同時に、補助電極７６ａ、７６ｂが金属板１０４ａに当接する。図３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６８と補助電極７６ａ、７６ｂの離間距離Ｚ１、Ｚ２は、図５に示すように、金属板１０４ａと金属板１０２ａとの間の接触面に、上チップ６８で押圧される箇所で面圧が最大となり、且つ補助電極７６ａ、７６ｂ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６８の加圧による面圧、及び補助電極７６ａ、７６ｂ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５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１０６は、金属板１０４ａに対する上チップ６８及び補助電極７６ａ、７６ｂの合計加圧力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）が、金属板１００ａに対する下チップ７０の加圧力（Ｆ４）と均衡するように、開閉シリンダ６４の推進力を制御する。この制御により、積層体３４ａ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３４ａが下チップ７０と上チップ６８から受ける力は、図３に模式的に示すように、上チップ６８から下チップ７０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１０２ａ、１０４ａの接触面に作用する力は、金属板１００ａ、１０２ａ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６８の加圧による面圧、及び補助電極７６ａ、７６ｂ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６は、補助電極７６ａ、７６ｂを用いずにＦ１＝Ｆ４とした場合における積層体３４ａが下チップ７０と上チップ６８から受ける力の分布を模式的に示したものである。図５から諒解されるように、この場合、力は、上チップ６８から下チップ７０にわたって均等である。換言すれば、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面に作用する力と、金属板１００ａ、１０２ａの接触面に作用する力とが等しくなる。
【００５０】
図３及び図６には、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面に作用する力の範囲を太実線で示している。図３及び図６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１０４ａが金属板１０２ａ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】
本実施の形態では、図５に示すように上チップ６８から下チップ７０に至るまでの加圧力を分布させ、金属板１０２ａに対する金属板１０４ａの接触面積を小さくしたことに伴い、積層体３４ａから上チップ６８に向かう反力が生じる。本実施の形態では、この反力を補助電極７６ａ、７６ｂで受けている。
【００５２】
以上の状態が形成された後、ガンコントローラ１０６が電源５０に制御信号を送る。この制御信号を受けた電源５０は、正極に接続された上電極４４を出発し、下電極４２を経由して負極に戻る溶接電流を供給する。
【００５３】
溶接電流は、上電極４４から導電端子５２ａ、リード線９２及び上チップ６８を経由して金属板１０４ａに到達する。このため、図７及び図８に示すように、上チップ６８から下チップ７０に向かう電流ｉ１が流れる。上記したように、下チップ７０がリード線９４、導電端子５２ｂ及び下電極４２を介して電源５０の負極に接続されているからである。
【００５４】
そして、この電流ｉに基づくジュール熱により、金属板１００ａ、１０２ａの間、及び金属板１０２ａ、１０４ａの間がそれぞれ加熱され、加熱領域１１０、１１２が形成される。
【００５５】
上記したように、図３に示される金属板１０４ａと金属板１０２ａとの接触面積は、図６に示される金属板１０４ａと金属板１０２ａとの接触面積に比して小さい。このため、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面における接触抵抗及び電流密度は、図３に示される場合の方が図６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７に示すように、金属板１００ａ、１０２ａの接触面に生成する加熱領域１１０と、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面に生成する加熱領域１１２とが略同等の大きさに成長する。
【００５６】
ここで、金属板１０４ａには補助電極７６ａ、７６ｂも当接しており、この補助電極７６ａ、７６ｂの極性は負である。従って、上チップ６８からは、上記した電流ｉ１と同時に、補助電極７６ａ、７６ｂに向かう分岐電流ｉ２が出発する（図７及び図８参照）。
【００５７】
このように、本実施の形態においては、金属板１００ａ、１０２ａには流れず金属板１０４ａにのみ流れる分岐電流ｉ２が発生する。この結果、上チップ６８及び下チップ７０のみを使用する一般的なスポット溶接に比して金属板１０４ａの内部を通過する電流値が大きくなる。
【００５８】
従って、この場合、図９に示すように、金属板１０４ａの内部に、前記加熱領域１１２とは別の加熱領域１１４が形成される。加熱領域１１４は、時間の経過とともに拡大し、加熱領域１１２と一体化する。金属板１０２ａ、１０４ａの接触面には、このようにして一体化した加熱領域１１２、１１４の双方から熱が伝達される。
【００５９】
金属板１００ａ、１０２ａの接触面、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面は、前記加熱領域１１０、１１２、１１４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１００ａ、１０２ａの間、金属板１０２ａ、１０４ａの間にナゲット１１６、１１８がそれぞれ形成される。なお、図９においては、理解を容易にするためにナゲット１１６、１１８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。
【００６０】
補助電極７６ａ、７６ｂによる加圧力Ｆ２、Ｆ３を大きくするほど金属板１０２ａ、１０４ａ間のナゲット１１８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１１８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１１８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１００ａ、１０２ａ間のナゲット１１６が小さくなる。
【００６１】
従って、上チップ６８による加圧力Ｆ１と、補助電極７６ａ、７６ｂによる加圧力Ｆ２、Ｆ３との差は、ナゲット１１６、１１８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。
【００６２】
また、分岐電流ｉ２の割合を大きくするほど加熱領域１１４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１１０、１１２が小さくなる。このため、ナゲット１１８の大きさが飽和する一方、ナゲット１１６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１１６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。
【００６３】
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６８と補助電極７６ａ、７６ｂとの離間距離Ｚ１、Ｚ２（図３参照）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。
【００６４】
溶融部が形成される間、金属板１０４ａは、補助電極７６ａ、７６ｂで金属板１０２ａ側に押圧されている。この押圧により、低剛性の金属板１０４ａが通電（加熱）に伴って反ること、すなわち、金属板１０２ａ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１０４ａと金属板１０２ａ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。
【００６５】
溶融部、ひいてはナゲット１１８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１１８を十分に成長させることができる。
【００６６】
この場合、金属板１００ａ、１０２ａ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１０２ａ、１０４ａの間の溶融部（ナゲット１１８）が大きく成長している間に金属板１００ａ、１０２ａ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。
【００６７】
この間、電流ｉ１によって金属板１００ａ、１０２ａの間にもナゲット１１６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１１０、ひいてはナゲット１１６が若干小さくなる傾向がある。
【００６８】
従って、ガンコントローラ１０６は、ナゲット１１６をさらに成長させる場合べく、図１０及び図１１に示すように、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ９８を開状態とする。これにより、補助電極７６ａ、７６ｂと補助端子５６とが電気的に切断され、分岐電流ｉ２が消失する。これにともなって、加熱領域１１４（図９参照）も消失する。
【００６９】
その一方で、上チップ６８から下チップ７０への通電が続行される。すなわち、金属板１００ａ、１０２ａ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。分岐電流ｉ２が消失することに伴って電流ｉ１の電流値が大きくなっているので、抵抗が大きい金属板１００ａ、１０２ａではジュール熱による発熱量が増加する。その結果、加熱領域１１０が広がるとともにその温度が一層上昇する。金属板１００ａ、１０２ａの接触面は、この温度上昇した加熱領域１１０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１１６）の成長が促進される。
【００７０】
以降は、溶融部（ナゲット１１６）が十分に成長するまで、例えば、図１１に示すように、ナゲット１１８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１１６の成長の度合いは、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。
【００７１】
ここで、金属板１００ａ、１０２ａの接触面は、金属板１０２ａ、１０４ａ同士の間にナゲット１１８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１１０によって予め加熱されている。このため、金属板１００ａ、１０２ａ同士は、ナゲット１１６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。
【００７２】
以上のように、本実施の形態によれば、金属板１０２ａ、１０４ａの間のナゲット１１８を成長させる際、金属板１００ａ、１０２ａの間のナゲット１１６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。
【００７３】
所定時間が経過して前記溶融部が十分成長した後、図１２に示すように、通電を停止する。この通電停止は、上電極４４を導電端子５２ａから離間させることで行うようにしてもよいし、上電極４４に対する溶接電流の供給を停止することで行うようにしてもよい。
【００７４】
さらに、開閉シリンダ６４が付勢されて開閉ロッド６６が後退する。これにより、ガンアーム６２が開く。これに追従し、図１３に示すように、上チップ６８及び下チップ７０が互いに離間する方向に変位して積層体３４ａから離間する。同時に、補助電極７６ａ、７６ｂが金属板１０４ａから離間する。この際、補助電極７６ａ、７６ｂは、コイルスプリング８８ａ、８８ｂ（図２参照）から弾発付勢され、元の位置に戻る。
【００７５】
なお、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１０６の制御作用下に営まれる。
【００７６】
このようにして通電が停止されることに伴い、金属板１００ａ、１０２ａ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１１６を介して金属板１００ａ、１０２ａが互いに接合される。
【００７７】
以上のようにして、積層体３４ａを構成する金属板１００ａ、１０２ａ同士、金属板１０２ａ、１０４ａ同士が接合され、製品としての接合品が得られるに至る。
【００７８】
この接合品においては、金属板１００ａ、１０２ａ同士の接合強度と同様に、金属板１０２ａ、１０４ａ同士の接合強度も優れる。上記したように金属板１０４ａに分岐電流ｉ２が流されたことに伴って、金属板１０２ａ、１０４ａの間のナゲット１１６が十分に成長しているからである。
【００７９】
以上のように、本実施の形態によれば、スパッタが生成することを回避しつつ、金属板１０２ａ、１０４ａの間に、金属板１００ａ、１０２ａの間のナゲット１１６と略同程度の大きさのナゲット１１８を成長させることができ、これにより、金属板１０２ａ、１０４ａ同士の接合強度が優れた成形品を得ることができる。
【００８０】
しかも、間接給電式溶接装置３０は、既存の間接給電式溶接装置における上チップ６８に対し、補助電極７６ａ、７６ｂが設けられたブラケット７２を装着することで構成することが可能である。従って、補助電極７６ａ、７６ｂを設けることに伴って間接給電式溶接装置３０の構成が複雑化したり、大型化したりすることを回避することができる。このため、溶接対象が複雑な形状のものであったとしても、補助電極７６ａ、７６ｂ及び上チップ６８を溶接対象に干渉させることなく所定の溶接箇所に配置させることができる。
【００８１】
なお、溶接対象は積層体３４ａ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対象と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。
【００８２】
図１４に示す積層体３４ｂは、厚みが最小である金属板１０２ｂを、金属板１００ｂ、１０４ｂで挟むようにして形成される。例えば、金属板１００ｂは、ハイテン鋼からなる高抵抗ワークであり、金属板１０２ｂ、１０４ｂは、軟鋼からなる低抵抗ワークである。
【００８３】
上チップ６８と下チップ７０のみで積層体３４ｂに対してスポット溶接を行う場合、金属板１００ｂ、１０２ｂの接触面が優先的に溶融する。金属板１００ｂが高抵抗ワークであるために、金属板１００ｂ、１０２ｂの接触抵抗が金属板１０２ｂ、１０４ｂの接触抵抗よりも大きいからである。従って、金属板１０２ｂ、１０４ｂの接触面にナゲットを十分に成長させるべく上チップ６８から下チップ７０への通電を継続すると、金属板１００ｂ、１０２ｂの接触面からスパッタが発生する懸念がある。
【００８４】
これに対し、補助電極７６ａ、７６ｂを用いる第２実施形態によれば、図１１に示すように、金属板１００ｂ、１０２ｂの接触面、及び金属板１０２ｂ、１０４ｂの接触面の双方に加熱領域１２０、１２２が形成される。上記の積層体３４ａにおける場合と同様に、分岐電流ｉ２が金属板１０４ｂ内を流れることにより、金属板１０２ｂ、１０４ｂの接触面が十分に加熱されるからである。
【００８５】
これにより、図１５に示すナゲット１２４、１２６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１６に示すように、金属板１００ｂ、１０２ｂの接触面、及び金属板１０２ｂ、１０４ｂ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１２８を形成することができる。
【００８６】
積層体３４ａ、３４ｂ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７６ａ、７６ｂ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７６ａ、７６ｂ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。
【００８７】
なお、金属板１００ｂがハイテン鋼、金属板１０２ｂ、１０４ｂ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。
【００８８】
次に、図１７に、ハイテン鋼からなる金属板１００ｃに対してハイテン鋼からなる金属板１０２ｃが積層された積層体３４ｃに対し、補助電極７６ａ、７６ｂを用いてスポット溶接を行う場合を示す。
【００８９】
補助電極７６ａ、７６ｂを用いない場合、金属板１００ｃ、１０２ｃがともに高抵抗ワークであるので、通電の際、接触面近傍に発生するジュール熱が大きくなる。このため、接触面近傍に形成された溶融部が比較的短時間で大きく成長し、その結果、溶融部が飛散し易く（スパッタが発生し易く）なる。
【００９０】
これに対し、補助電極７６ａ、７６ｂを用いる本実施の形態によれば、図１７に示すように、金属板１００ｃ、１０２ｃの接触面に加熱領域１３０が形成されるとともに、金属板１００ｃ、１０２ｃの接触面よりも上方、換言すれば、金属板１０２ｃにおける補助電極７６ａ、７６ｂに近接する側に加熱領域１３２が形成される。分岐電流ｉ２が金属板１０２ｃ内を流れることにより、該金属板１０２ｃ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１８参照）を、該補助電極７６ａ、７６ｂ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。
【００９１】
そして、その結果、金属板１００ｃ、１０２ｃの接触面が軟化してシール性が向上する。従って、図１８に示すように十分に成長したナゲット１３４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。
【００９２】
以上の他、４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。
【００９３】
また、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ９８の開閉に代え、図１９に示すように、補助電極７６ａ、７６ｂを金属板１０４ａ（最外のワーク）から離間させることによって、分岐電流ｉ２を消失させるようにしてもよい。この場合、補助電極７６ａ、７６ｂを変位させることが可能な変位機構（例えば、エアシリンダ等）をブラケット７２に設け、この変位機構の作用下に、補助電極７６ａ、７６ｂを金属板１０４ａから離間する方向に上昇させればよい。変位機構は、ガンコントローラ１０６によって制御することが可能である。
【００９４】
さらに、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ９８に代替し、図２０及び図２１に示すように、切替スイッチ１３６を設けるようにしてもよい。この場合、切替スイッチ１３６は、補助電極７６ａ、７６ｂと補助端子５６間の電流経路（図２０参照）、又は、下チップ７０と補助端子５６間の電流経路（図２１参照）のいずれかを形成する。そして、溶接の初期段階では、図２０に示すように、上電極４４に供給された溶接電流は、上チップ６８、金属板１０４ａ、補助電極７６ａ、７６ｂ、切替スイッチ１３６、補助端子５６、及び導電端子５２ｂを経由して下電極４２に向かう。
【００９５】
すなわち、初期段階では、電流が積層体３４ａの厚み方向に沿って流れることはなく、このため、金属板１０４ａの内部、ひいては金属板１０２ａ、１０４ａの接触面近傍が加熱されるに留まる。
【００９６】
次に、所定時間が経過した後、図２１に示すように、切替スイッチ１３６が切り替えられる。これに伴って、下チップ７０と補助端子５６間に電流経路が形成される。従って、上電極４４に供給された溶接電流は、上チップ６８から積層体３４ａの厚み方向に沿って流れ、下チップ７０を通過した後、補助端子５６、及び導電端子５２ｂを経由して下電極４２に向かう。
【００９７】
この際、金属板１００ａ、１０２ａの接触面近傍、及び金属板１０２ａ、１０４ａの接触面近傍に溶融部、ひいてはナゲットが成長する。金属板１００ａ、１０２ａの接触抵抗が大きいので、互いの接触面近傍に大きなジュール熱が発生して十分に加熱されるからである。また、金属板１０２ａ、１０４ａは接触抵抗が小さいものの、互いの接触面近傍が既に加熱されているので、該接触面近傍に溶融部が生成することが容易であるからである。
【００９８】
以上のように、溶接の初期段階とそれ以降とで電流の流れ方向を変更することによっても、隣接する金属板同士の間に、十分に成長したナゲットを形成することができる。従って、接合強度に優れた溶接品が得られる。
【００９９】
なお、上記した実施の形態においては、上チップ６８から補助電極７６ａ、７６ｂに向かう分岐電流ｉ２を流すようにしているが、補助電極７６ａ、７６ｂと電源５０とを電気的に絶縁し、分岐電流ｉ２を発生させることなくスポット溶接を行うようにしてもよい。この場合、補助電極７６ａ、７６ｂは、単なる加圧部材として機能する。
【０１００】
この場合にも、上チップ６８から下チップ７０に至るまでの加圧力が図３に示すように分布するので、補助電極７６ａ、７６ｂによる押圧を行わない場合（図４参照）に比して、金属板１０４ａと金属板１０２ａとの接触面積が大きくなる。このため、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面における接触抵抗及び電流密度が大きくなるので、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、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面において、十分な大きさの加熱領域、ひいてはナゲットが成長する。
【０１０１】
なお、上チップ６８及び補助電極７６ａ、７６ｂ（加圧部材）と積層体との間に、第１サポートチップ及びサポート加圧部材を配設するとともに、下チップ７０と積層体との間に、第２サポートチップを配設するようにしてもよい。以下、この実施形態につき、積層体３４ａに対して溶接を行う場合を例示して説明する。
【０１０２】
図２２は、上サポートチップ１５０（第１サポートチップ）、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ及び下サポートチップ１５３（第２サポートチップ）を具備する間接給電式溶接装置の要部正面図である。この間接給電式溶接装置では、上チップ６８の胴部にブラケット１５４が装着される。すなわち、該ブラケット１５４には、その直径が上チップ６８の胴部の直径と略同等である貫通孔１５５が形成されており、この貫通孔１５５に上チップ６８の胴部が通されて嵌合されている。
【０１０３】
具体的には、ブラケット１５４には、２個のアクチュエータ１５６ａ、１５６ｂが設けられ、これらアクチュエータ１５６ａ、１５６ｂを構成するチューブ１５８ａ、１５８ｂからは、加圧部材として機能する補助電極７６ａ、７６ｂが上チップ６８と平行に延在するようにして突出している。これら補助電極７６ａ、７６ｂは、前記アクチュエータ１５６ａ、１５６ｂの作用下に、下チップ７０に対して接近又は離間する方向に変位する。すなわち、アクチュエータ１５６ａ、１５６ｂは、補助電極７６ａ、７６ｂを変位させるための変位機構であり、且つ補助電極７６ａ、７６ｂに加圧力を発生させて制御する加圧力発生／制御機構である。
【０１０４】
そして、積層体３４ａの金属板１０４ａと上チップ６８、補助電極７６ａ、７６ｂとの間には、上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂが配設される。これら上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂは、図示しない開閉機構に支持された第１開閉ブラケット１６０に設けられる。この第１開閉ブラケット１６０は、絶縁体からなる。
【０１０５】
上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂの上端部には、それぞれ、幅広且つ長尺な押圧部材１６２、１６４、１６６が設けられる。押圧部材１６２、１６４、１６６はいずれも導電体である。
【０１０６】
図２３から諒解されるように、上チップ６８、補助電極７６ａ、７６ｂの下端部は、押圧部材１６２、１６４、１６６の各一端部における上面に当接する。一方、上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂは、押圧部材１６２、１６４、１６６の他端部の下面から突出するように設けられる。
【０１０７】
一方、下サポートチップ１５３は、前記開閉機構に支持された第２開閉ブラケット１６７に設けられ、且つ下チップ７０と、積層体３４ａの金属板１００ａとの間に配設される。なお、第２開閉ブラケット１６７も絶縁体からなる。
【０１０８】
図２３に示される構成に準拠し、下チップ７０の上端部は、下サポートチップ１５３の下端部に設けられた押圧部材１６８の一端部における下面に当接する。一方、下サポートチップ１５３は、押圧部材１６８の他端部の上面から突出するように設けられる。
【０１０９】
この構成の利点につき説明する。
【０１１０】
例えば、図２４に示すような垂直壁部１７０を有する成形済ワーク１７２を含んだ積層体３４ｄに対し、図２５に示す角度で溶接を行わざるを得ない場合がある。この場合、図２５から諒解されるように、上チップ６８、補助電極７６ａ、７６ｂのみでは、補助電極７６ａが垂直壁部１７０に干渉したり、積層体３４ｄに対する補助電極７６ｂの当接が不完全になったりする等の不具合が起こる懸念がある。
【０１１１】
これに対し、上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ及び下サポートチップ１５３を採用した実施の形態によれば、図２３に示すように、押圧部材１６２、１６４、１６６、１６８の長さ方向寸法等を適切に設定することによって、サポート加圧部材１５２ａが垂直壁部１７０に干渉することを回避し得るとともに、サポート加圧部材１５２ｂを積層体３４ｄに十分に当接させることが可能となる。
【０１１２】
この間接給電式溶接装置で積層体３４ａ（図２２参照）に対して溶接を行うに際しては、先ず、第１開閉ブラケット１６０及び第２開閉ブラケット１６７が閉じられる。これにより、溶接箇所近傍に対して、上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ、及び下サポートチップ１５３が配置される。その後、上記と同様に、開閉シリンダ６４の作用下にガンアーム６２が閉じられ、上チップ６８と下チップ７０が互いに接近する。最終的に、上チップ６８、下チップ７０が、押圧部材１６４、１６８の各一端部上面に当接する。
【０１１３】
その一方で、ガンコントローラの作用下にアクチュエータ１５６ａ、１５６ｂが付勢され、これに対応して、補助電極７６ａ、７６ｂが積層体３４ａに接近するように下降する。補助電極７６ａ、７６ｂは、押圧部材１６２、１６６の一端部上面に当接する。補助電極７６ａ、７６ｂの押圧部材１６２、１６６への当接は、上チップ６８、下チップ７０が押圧部材１６４、１６８に当接するのと同時であってもよいし、上チップ６８、下チップ７０が押圧部材１６４、１６８に当接する前又は後であってもよい。
【０１１４】
勿論、アクチュエータ１５６ａ、１５６ｂの推進力及び開閉シリンダ６４の駆動力は、金属板１０４ａに対する上チップ６８及び補助電極７６ａ、７６ｂの合計加圧力（Ｆ１’＋Ｆ２’＋Ｆ３’）が、金属板１００ａに対する下サポートチップ１５３の加圧力（Ｆ４’）と均衡するように制御される。この制御により、積層体３４ａ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’）とが略同等となり、図３及び図４と同様の加圧力の分布が形成される。
【０１１５】
以上の状態が形成された後、ガンコントローラ１０６が電源５０に制御信号を送る。この制御信号を受けた電源５０は、正極に接続された上電極４４を出発し、下電極４２を経由して負極に戻る溶接電流を供給する。
【０１１６】
溶接電流は、上電極４４から導電端子５２ａ、リード線９２、上チップ６８、押圧部材１６４、上サポートチップ１５０を経由して金属板１０４ａに到達し、金属板１０２ａ、１００ａ、下サポートチップ１５３及び押圧部材１６８を通過して下チップ７０に至る。同時に、金属板１０４ａの内部を伝わってサポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂに到達し、さらに、押圧部材１６２、１６６から補助電極７６ａ、７６ｂに向かう電流が発生する。すなわち、図２６に示すように、上サポートチップ１５０（上チップ６８）から下サポートチップ１５３（下チップ７０）に向かう電流ｉ１、及び、上サポートチップ１５０（上チップ６８）からサポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ（補助電極７６ａ、７６ｂ）に向かう分岐電流ｉ２が流れる。
【０１１７】
そして、これら電流ｉ１、分岐電流ｉ２に基づくジュール熱により、金属板１００ａ、１０２ａの間、及び金属板１０２ａ、１０４ａの間がそれぞれ加熱され、加熱領域１７４、１７６が形成される。
【０１１８】
この場合においても、金属板１０４ａと金属板１０２ａとの接触面近傍に十分なジュール熱が発生する。この場合、上チップ６８と下チップ７０のみで積層体３４ａを挟持する場合（図５参照）に比して、金属板１０４ａと金属板１０２ａの接触面積が小さくなるために接触抵抗が大きくなるからである。従って、金属板１００ａ、１０２ａの接触面近傍に生成するナゲット１７８と、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面近傍に生成するナゲット１８０とが略同等の大きさに成長する。
【０１１９】
溶接が終了した後、ガンアーム６２が開いて上チップ６８、補助電極７６ａ、７６ｂ及び下チップ７０が、上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ及び下サポートチップ１５３からそれぞれ離間する。さらに、第１開閉ブラケット１６０、１６７が開いて上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ及び下サポートチップ１５３が積層体３４ａから離間する。このようにして積層体３４ａから離間した上サポートチップ１５０、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ及び下サポートチップ１５３を元の位置に戻すためには、例えば、コイルスプリング等を設ければよい。
【０１２０】
この実施の形態においても、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂに対して通電を行うことなく、上チップ６８と下チップ７０間のみに通電を行って溶接を施すようにしてもよい。サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂに対して通電を行わないようにするには、例えば、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂを絶縁体で構成したり、補助電極７６ａ、７６ｂに通電を行わないようにしたりすればよい。
【０１２１】
上記した２つの実施の形態においては、金属板１０４ａに当接した上チップ６８から、金属板１００ａに当接した下チップ７０に向かう電流を流すようにしているが、図２７に示すように、その逆方向に電流が流れるようにしてもよい。この場合にも、金属板１０４ａに当接した補助電極７６ａ、７６ｂの極性を上チップ６８と逆にする。すなわち、下電極４２を電源５０の正極に電気的に接続することで下チップ７０及び補助電極７６ａ、７６ｂの極性を正（＋）とする一方、上電極４４を電源５０の負極に電気的に接続することで上チップ６８の極性を負（−）とする。これにより、下チップ７０から上チップ６８に向かう電流ｉ１と、補助電極７６ａ、７６ｂから上チップ６８に向かう分岐電流ｉ２とが発生する。
【０１２２】
勿論、上サポートチップ１５０及びサポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂ（図２２及び図２６参照）を用いるときも同様に、サポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂから上サポートチップ１５０に向かう電流を生じさせるようにしてもよい。
【０１２３】
また、図２８に示すように、分岐電流ｉ２を、上チップ６８が接触した金属板１０４ａのみならず、該金属板１０４ａの直下に位置する金属板１０２ａにも流れるようにしてもよい。
【０１２４】
さらに、上チップ６８から補助電極７６ａ、７６ｂへの通電、又は上サポートチップ１５０からサポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂへの通電を停止した後、補助電極７６ａ、７６ｂ又はサポート加圧部材１５２ａ、１５２ｂによる積層体への加圧を続行するようにしてもよい。この場合、例えば、金属板１０２ａ、１０４ａの接触面積が大きくなった状態が保たれる。従って、電流ｉ１を流している状況においても、金属板１０２ａ、１０４ａ間のナゲットを容易に成長させることができる。
【０１２５】
いずれの場合においても、補助電極７６ａ、７６ｂは、上記した２本の長尺棒状の補助電極７６ａ、７６ｂ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７０又は上チップ６８を囲繞する円環形状体のものであってもよい。
【符号の説明】
【０１２６】
１、２、３、１００ａ〜１００ｃ、１０２ａ〜１０２ｃ、１０４ａ、１０４ｂ…金属板
４、３４ａ〜３４ｄ…積層体 ５、３０…間接給電式溶接装置
６、３６…第２溶接ガン ７、３８…外部給電端子
８、４４…上電極 ９、４２…下電極
１０、６８…上チップ １１、７０…下チップ
１２ａ、１２ｂ、５２ａ、５２ｂ…導電端子
１３、５４…絶縁体
１６…溶融部 ３２…第１溶接ガン
５０…電源 ５６…補助端子
６２…ガンアーム ６４…開閉シリンダ
６６…開閉ロッド ７６ａ、７６ｂ…補助電極
８８ａ、８８ｂ…コイルスプリング ９８…ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
１０６…ガンコントローラ １３６…切替スイッチ
１５０…上サポートチップ １５２ａ、１５２ｂ…サポート加圧部材
１５３…下サポートチップ １５６ａ、１５６ｂ…アクチュエータ
１６２、１６４、１６６、１６８…押圧部材
１７０…垂直壁部 １７２…成形済ワーク
１１０、１１２、１１４、１２０、１２２、１３０、１３２、１７４、１７６…加熱領域
１１６、１１８、１２４、１２６、１２８、１３４、１７８、１８０…ナゲット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１溶接ガンと、前記第１溶接ガンから外部給電端子を介して供給された電流によって、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溶接を行う第２溶接ガンとを有する間接給電式溶接装置であって、
前記第２溶接ガンは、互いに相対的に接近又は離間可能な第１溶接チップ及び第２溶接チップと、
変位可能に設けられ、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、
を有することを特徴とする間接給電式溶接装置。
【請求項２】
請求項１記載の溶接装置において、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間接給電式溶接装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の溶接装置において、前記第１溶接チップ及び前記加圧部材の各々と前記積層体との間に、第１サポートチップ及びサポート加圧部材が配設されるとともに、前記第２溶接チップと前記積層体との間に、第２サポートチップが配設されることを特徴とする間接給電式溶接装置。
【請求項４】
請求項３記載の溶接装置において、前記第１サポートチップから前記サポート加圧部材に向かう電流、又はその逆方向に向かう電流が生じることを特徴とする間接給電式溶接装置。
【請求項１】
第１溶接ガンと、前記第１溶接ガンから外部給電端子を介して供給された電流によって、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溶接を行う第２溶接ガンとを有する間接給電式溶接装置であって、
前記第２溶接ガンは、互いに相対的に接近又は離間可能な第１溶接チップ及び第２溶接チップと、
変位可能に設けられ、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、
を有することを特徴とする間接給電式溶接装置。
【請求項２】
請求項１記載の溶接装置において、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間接給電式溶接装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の溶接装置において、前記第１溶接チップ及び前記加圧部材の各々と前記積層体との間に、第１サポートチップ及びサポート加圧部材が配設されるとともに、前記第２溶接チップと前記積層体との間に、第２サポートチップが配設されることを特徴とする間接給電式溶接装置。
【請求項４】
請求項３記載の溶接装置において、前記第１サポートチップから前記サポート加圧部材に向かう電流、又はその逆方向に向かう電流が生じることを特徴とする間接給電式溶接装置。
【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２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【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２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２０１２−７６１２４（Ｐ２０１２−７６１２４Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２４３０１（Ｐ２０１０−２２４３０１）
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【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１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【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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