JP7258427B2 - スポット溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、スポット溶接方法に関する。

スポット溶接では、二枚以上の金属板（鋼板）を一対の電極で挟んで加圧した状態で、一対の電極間に高電流を付与することで、金属板を抵抗発熱により部分的に溶融させ、必要サイズのナゲットを形成する（例えば特許文献１参照）。

例えば図７に示すように、二枚の金属板１０１，１０２からなる板組みを一対の電極１０３，１０４で挟持加圧すると、図８に示すように、当該電極１０３，１０４の加圧により金属板１０１，１０２に凹部１０１ａ，１０２ａが形成される。この場合、凹部１０１ａ，１０２ａの周囲の領域が浮き上がり、両金属板１０１，１０２の間に隙間Ｇが形成される（シートセパレーション）。

特開２０１３－１７３１５５号公報

例えば、自動車の車体を構成する部品において、金属板の間に隙間が形成されると、操安性やＮＶなどに影響を与えるおそれがある。このため、金属板の間に形成される隙間を可及的に小さくすることが望ましい。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、複数の金属板をスポット溶接により接合する場合に生じる金属板の間の隙間を小さくすることを技術的課題とする。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、複数の金属板を一対の電極により挟んで溶接するスポット溶接方法において、前記複数の金属板を押圧部材により挟んで押圧した状態で前記一対の電極による溶接を行うことを特徴とする。

かかる構成によれば、一対の電極とともに押圧部材によって複数の金属板を挟んで押圧することで、電極の加圧による各金属板の変形を抑制できる。これにより、スポット溶接時に金属板の間に形成される隙間を可及的に小さくすることが可能になる。

本発明によれば、複数の金属板をスポット溶接する場合に生じる金属板の間の隙間を小さくすることができる。

溶接装置の側面図である。 溶接装置の要部を示す部分断面図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ矢視線断面図である。 スポット溶接方法の一工程を示す側面図である。 スポット溶接方法の一工程を示す側面図である。 スポット溶接方法の一工程を示す側面図である。 従来のスポット溶接方法を示す側面図である。 従来のスポット溶接方法の要部を示す拡大側面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１乃至図６は本発明に係るスポット溶接方法及び溶接装置の一実施形態を示す。

図１に示すように、本実施形態では、被溶接部材Ｗとして第一の金属板１及び第二の金属板２を例示する。各金属板１，２は、図１の紙面に直交する方向に沿って長尺状に構成される。第一の金属板１は、断面ハット形状を有しており、第二の金属板２の一部に重ねられるフランジ部３と、フランジ部３から傾斜状に立設される縦壁部４と、縦壁部４に繋がる天板部５とを有する。第二の金属板２は、平板状に構成されている。本実施形態では、第一の金属板１のフランジ部３と第二の金属板２とが重なる部分を溶接する場合について例示する。

図１に示すように、溶接装置は溶接ガン６を備える。溶接ガン６は、ロボットアームに支持されており、スイング動作を含め、三次元的な移動及び姿勢変更が可能となっている。

溶接ガン６は、本体７と、一対の電極としての可動電極８および固定電極９と、可動電極８を駆動する駆動部１０と、被溶接部材Ｗを押圧する押圧機構１１ａ，１１ｂと、溶接トランス１２とを主に備える。

本体７は、剛性を有する金属からなり、固定電極９、駆動部１０、及び溶接トランス１２を支持している。本体７は、固定電極９を支持する支持アーム１３を有する。また、本体７には、各電極８，９に給電するケーブルや各電極８，９を冷却する冷却水を供給する給水管が内装されている（図示省略）。

可動電極８及び固定電極９は、被溶接部材Ｗに接触するチップ１４ａ，１４ｂと、チップ１４ａ，１４ｂを支持するシャンク１５ａ，１５ｂとを備える。チップ１４ａ，１４ｂは、シャンク１５ａ，１５ｂに対して交換可能に装着されている。可動電極８のシャンク１５ａは、駆動部１０の一部に支持されている。固定電極９のシャンク１５ｂは、本体７の支持アーム１３に支持されている。

駆動部１０は、サーボモータ１６と、運動変換部１７と、可動アーム１８とを備える。サーボモータ１６は、その回転軸を下方に向けた状態で本体７に支持されている。運動変換部１７は、サーボモータ１６の回転軸に連結されており、当該回転軸の回転運動を上下運動に変換する。可動アーム１８は、運動変換部１７に連結されており、運動変換部１７によって直線運動可能に構成される。可動アーム１８は、可動電極８のシャンク１５ａを支持しており、可動電極８を固定電極９に対して接近・離反させることができる。

図１に示すように、押圧機構１１ａ，１１ｂは、可動電極８と共に第一の金属板１を押圧する第一押圧機構１１ａと、固定電極９と共に第二の金属板２を押圧する第二押圧機構１１ｂとを含む。第一押圧機構１１ａと第二押圧機構１１ｂは同じ構造を有している。本実施形態では、可動電極８に対応して二台の第一押圧機構１１ａが設けられ、固定電極９に対応して二台の第二押圧機構１１ｂが設けられているが、各押圧機構１１ａ，１１ｂの数は、本実施形態に限定されるものではない。

第一押圧機構１１ａは、第一取付部材１９ａを介して可動電極８の近傍位置に固定されている。第二押圧機構１１ｂは、第二取付部材１９ｂを介して固定電極９の近傍位置に固定されている。

第一取付部材１９ａと第二取付部材１９ｂは同じ構造を有する。図２に示すように、各取付部材１９ａ，１９ｂは、各電極８，９のシャンク１５ａ，１５ｂに装着される取付部２０と、各押圧機構１１ａ，１１ｂを支持する支持部２１とを備える。取付部２０は環状に構成されており、各シャンク１５ａ，１５ｂに挿通された状態で固定されている。支持部２１は、板状に構成されており、取付部２０に対して一体に構成されている。第一取付部材１９ａの支持部２１は、二台の第一押圧機構１１ａを離間して支持する。離間された二台の第一押圧機構１１ａの間には、可動電極８が位置している。同様に、第二取付部材１９ｂの支持部２１は、二台の第二押圧機構１１ｂを離間して支持する。離間された二台の第二押圧機構１１ｂの間には、固定電極９が位置している。

図２に示すように、各押圧機構１１ａ，１１ｂは、被溶接部材Ｗ（第一の金属板１、第二の金属板２）を押圧する押圧部材２２と、押圧部材２２を付勢する付勢部材２３と、付勢部材２３、及び押圧部材２２の一部を収容するケース２４とを備える。

押圧部材２２は、絶縁部材により棒状又は板状に構成されるとともに、各電極８，９の各シャンク１５ａ，１５ｂと平行な方向に沿って、各電極８，９に対して相対移動可能に構成される。押圧部材２２は、上記の構成に限らず、金属の棒状部材又は板状部材を絶縁材で被覆したものであってもよい。

押圧部材２２は、被溶接部材Ｗに接触する押圧部２５と、付勢部材２３に係合する係合部２６と、押圧部材２２の位置を規制するストッパ２７とを備える。

押圧部２５は、ストッパ２７の一部から突出する棒状又は板状の部分である。図２に示すように、押圧部２５は、被溶接部材Ｗに接触していない状態において、各電極８，９の各チップ１４ａ，１４ｂから距離Ｄで突出している。これにより、押圧部２５は、各電極８，９を被溶接部材Ｗに接触させる場合に、各電極８，９よりも先に被溶接部材Ｗに接触する。

押圧部２５は、その先端部に、被溶接部材Ｗに接触する押圧面２８を有する。図３に示すように、押圧面２８は、長方形状に構成されており、第一の金属板１におけるハット形状の長手方向（図３において符号Ｌで示す方向）に平行な第一縁部２８ａ及び第二縁部２８ｂと、各電極８，９に対向する第三縁部２８ｃと、第一縁部２８ａと第二縁部２８ｂとを繋ぐ第四縁部２８ｄと、第一縁部２８ａと第三縁部２８ｃとを繋ぐ第五縁部２８ｅとを備える。

第一縁部２８ａ及び第二縁部２８ｂは、直線状に構成される。第一縁部２８ａの長さ寸法は、他の縁部２８ｂ～２８ｅの長さ寸法よりも大きく設定されている。第三縁部２８ｃは、各電極８，９のチップ１４ａ，１４ｂの曲面形状（円形状）に対応して円弧状に構成されている。第四縁部２８ｄ及び第五縁部２８ｅは、第一縁部２８ａ及び第二縁部２８ｂに直交する方向に延びる直線状の部分である。

図３において、各電極８，９と押圧面２８との位置関係の望ましい範囲を二点鎖線Ｎ１，Ｎ２で示す。各二点鎖線Ｎ１,Ｎ２は、各電極８，９の中心Ｏを通る直線である。また、各二点鎖線Ｎ１，Ｎ２は、第一の金属板１の長手方向Ｌに直交する方向Ｍに沿う各電極８，９の中心線（一点鎖線で示す）に対して所定の角度θ１，θ２で傾斜している。この角度θ１，θ２は、約４５°とされるが、これに限定されるものではない。一対の押圧面２８は、少なくとも二点鎖線Ｎ１，Ｎ２の内側（角度θ１,θ２の範囲内）に位置することが望ましい。本実施形態に係る押圧面２８は、この二点鎖線Ｎ１，Ｎ２に係る角度θ１，θ２の範囲内に位置するとともに、この範囲を超えて延びる長尺状に構成されている。

係合部２６は、円柱状に構成されており、ストッパ２７の一部から押圧部材２２とは反対の方向に突出している。

ストッパ２７は、ケース２４の内部に収容されており、押圧部２５の外面よりも外方に突出する板状体として構成される。ストッパ２７は、付勢部材２３の付勢力により、ケース２４の内面に接触することで、押圧部材２２の位置を規制する。

付勢部材２３は、弾性部材、例えば圧縮コイルばねにより構成される。付勢部材２３の一端部には押圧部材２２の係合部２６が挿通されている。付勢部材２３の他端部は、ケース２４に支持されている。付勢部材２３は、圧縮により生じた弾性力によって押圧部材２２を付勢している。

ケース２４は、絶縁部材又は金属により構成され得る。ケース２４は、各取付部材１９ａ，１９ｂの各支持部２１に支持されている。ケース２４は、押圧部材２２の押圧部２５が挿通される開口部２９と、付勢部材２３を支持する支持突起部３０とを備える。開口部２９は、押圧部２５が挿通可能でかつストッパ２７よりも小さな開口面積を有する。この構成により、開口部２９は、押圧部材２２がその長手方向に沿って移動するように案内するガイド部として機能する。支持突起部３０は、円柱状に構成されるとともに、押圧部材２２の係合部２６と対向するようにケース２４の内面から突出している。支持突起部３０には、付勢部材２３の端部が挿通されている。

溶接トランス１２は、図示しない電源に接続されており、溶接に必要な電流を形成する。溶接トランス１２は、電源ケーブルを介して各電極８，９と接続されることで、必要な電流を各電極８，９に供給する。

以下、上記構成の溶接装置（溶接ガン６）を使用して第一の金属板１と第二の金属板２とを溶接する方法（ダイレクトスポット溶接方法）について説明する。

本方法ではまず、図１に示すように、仮組された第一の金属板１と第二の金属板２を、固定電極９と可動電極８との間に配置する。その後、図４に示すように、第一の金属板１と第二の金属板２との間に設定される接合予定部Ｐを溶接すべく、溶接ガン６を移動させて、固定電極９を第二の金属板２に接触させる。このとき、第二押圧機構１１ｂにおける押圧部材２２（押圧面２８）が固定電極９よりも先に第二の金属板２に接触する。この状態から固定電極９を第二の金属板２に接触させると、押圧部材２２は、固定電極９に対して相対的に後退するように移動する。これにより、押圧部材２２を付勢する付勢部材２３（コイルばね）がさらに圧縮される。この圧縮により、付勢部材２３は、押圧部材２２を付勢する力（弾性復元力）を増大させる。

その後、駆動部１０は、サーボモータ１６の回転軸を回転させ、運動変換部１７を介して可動アーム１８を動作させる。可動アーム１８は、可動電極８及び第一押圧機構１１ａを接合予定部Ｐに接近させる。このとき、図５に示すように、第一押圧機構１１ａの押圧部材２２（押圧面２８）は、可動電極８よりも先に第一の金属板１のフランジ部３に接触する。図６に示すように、可動アーム１８は、さらに可動電極８を移動させて第一の金属板１（フランジ部３）に接触させる。押圧部材２２は、可動電極８に対して相対的に後退するように移動する。これにより押圧部材２２を付勢する付勢部材２３（コイルばね）がさらに圧縮される。この圧縮により、付勢部材２３は押圧部材２２を付勢する力（弾性復元力）を増大させる。

可動電極８が第一の金属板１に接触すると、当該可動電極８と固定電極９とによって接合予定部Ｐを挟んだ状態となる。可動アーム１８の動作によって、可動電極８は固定電極９とともに所定の加圧力で接合予定部Ｐを加圧する。

第一押圧機構１１ａの押圧部材２２と、第二押圧機構１１ｂの押圧部材２２は、可動電極８及び固定電極９から離れた位置で、第一の金属板１と第二の金属板２とを挟んだ状態となる。各押圧機構１１ａ，１１ｂによる各金属板１，２に対する押圧力は、付勢部材２３の弾性力（弾性復元力）によるものである。この押圧力は、可動電極８と固定電極９とが接合予定部Ｐを加圧する力よりも小さくなるように設定されている。また、この押圧力により生じる反力を考慮して、可動電極８と固定電極９が接合予定部Ｐを加圧する加圧力を設定する。

その後、溶接トランス１２から適正な値の電流が各電極８，９に供給され、加圧と同時に被溶接部材Ｗに電流が印加される。これにより接合予定部ＰにナゲットＮが形成され、ナゲットＮが冷却されることで、第一の金属板１と第二の金属板２とが接合される。溶接ガン６は、溶接位置を変更しながら上記の動作を繰り返すことで、第一の金属板１と第二の金属板２とを複数箇所で溶接する。

以上説明した本実施形態によれば、各電極８，９の加圧力によって各金属板１，２が変形しようとするが、各金属板１，２は、押圧部材２２によって押圧されていることで、当該変形が抑制される。これにより、第一の金属板１と第二の金属板２との間の隙間を可及的に小さくすることが可能になる。したがって、本方法によって製造された自動車構成部品は、操安性やＮＶの向上に寄与できる。

本実施形態では、各電極８，９に対して二台の押圧機構１１ａ，１１ｂを配置し、長方形状の押圧面２８を有する押圧部材２２を各金属板１，２の長手方向Ｌに沿って配置していることから、金属板１，２の長手方向における広い範囲を当該押圧部材２２によって押圧することが可能になる。また、各押圧部材２２を第一の金属板１における縦壁部４の近傍位置でフランジ部３を押圧することで、第一の金属板１における縦壁部４側のフランジ部３の端部と、第二の金属板２との間の隙間を可及的に小さくできる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、押圧機構１１ａ，１１ｂの付勢部材２３として、弾性体（圧縮コイルばね）を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。付勢部材２３は、例えば流体圧シリンダその他の各種アクチュエータにより構成されてもよい。

上記の実施形態では、二枚の金属板１，２をスポット溶接により接合する場合を例示したが、本発明はこの態様に限らず、三枚以上の金属板を接合する場合にも使用できる。

上記の実施形態では、各電極８，９のシャンク１５ａ，１５ｂに取付部材１９ａ，１９ｂを固定し、当該取付部材１９ａ，１９ｂによって押圧機構１１ａ，１１ｂを支持させる構成を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、押圧機構１１ａ，１１ｂは、取付部材１９ａ，１９ｂの取付部２０を各電極８，９のシャンク１５ａ，１５ｂに対してスライド可能に装着し、付勢部材２３としての圧縮コイルばねを各シャンク１５ａ，１５ｂに挿通し、当該圧縮コイルばねによって取付部材１９ａ，１９ｂを付勢する構成を採用できる。取付部材１９ａ，１９ｂに押圧部材２２を固定し、付勢部材２３によって取付部材１９ａ，１９ｂ及び押圧部材２２を付勢することで、上記の実施形態と同様に、押圧部材２２による被溶接部材Ｗの押圧が可能となる。なお、この例において、取付部２０は、シャンク１１ａ，１１ｂに沿ってスライドすることで、押圧部材１９ａ，１９ｂをシャンク１１ａ，１１ｂの長手方向に沿って案内するガイド部として機能する。上記の構成により、押圧機構１１ａ，１１ｂの小型化及び簡素化が可能になる。

１ 第一の金属板
２ 第二の金属板
８ 可動電極
９ 固定電極
２２ 押圧部材

Claims (1)

1. 複数の金属板を一対の電極により挟んで溶接するスポット溶接方法において、
   前記複数の金属板を押圧部材により挟んで押圧した状態で前記一対の電極による溶接を行う工程を備え、
   前記金属板は、第一の金属板と、第二の金属板とを含み、
   前記第一の金属板は、前記第二の金属板に重ねられるフランジ部と、前記フランジ部から立設される長尺状の縦壁部と、を有し、
   前記押圧部材は、前記第一の金属板の前記フランジ部を押圧する押圧面を有し、
   前記押圧面は、前記第一の金属板の前記縦壁部の長手方向に沿うように前記第一の金属板の前記フランジ部に接触する直線状の縁部を有することを特徴とするスポット溶接方法。

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