JP2002219578A

JP2002219578A - 樹脂被覆鋼板の抵抗スポット溶接方法

Info

Publication number: JP2002219578A
Application number: JP2001018886A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Kamakura; 和彦鎌倉; Sachiko Suzuki; 幸子鈴木; Hiroyuki Ogata; 浩行尾形; Koichi Yasuda; 功一安田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】電極の長寿命化を可能とする樹脂被覆鋼板の
抵抗スポット溶接方法について提案する。【解決手段】亜鉛系めっき鋼板の少なくとも片面に樹
脂を被覆した樹脂被覆鋼板を被溶接鋼板として抵抗スポ
ット溶接するに当たり、被溶接鋼板の溶接予定部に、予
め、被溶接鋼板板厚（板厚が異なる場合には、薄い方の
鋼板の板厚）の１〜４倍の板面間間隙を設けておき、そ
ののち、被溶接鋼板に接する電極のうちの少なくとも一
方を、先端の曲率半径５０ｍｍ以下とした電極を用い
て、該溶接予定部を加圧し、通電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、亜鉛めっき鋼板ま
たは亜鉛系合金めっき鋼板等の亜鉛系めっき鋼板の表面
に有機樹脂を塗布してなる樹脂被覆鋼板の抵抗スポット
溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】亜鉛系めっき鋼板の表面に有機樹脂を主
成分として被覆してなる樹脂被覆鋼板は、耐食性が良好
であることから、自動車、家電などの分野で幅広く用い
られている。樹脂被覆鋼板をスポット溶接するには、鋼
板表面に塗布された電気的絶縁物質である有機樹脂を、
電極の先端で加圧、破壊して通電経路を確保している。

【０００３】しかし、このスポット溶接を繰り返して行
うと、溶接回数 (以下、「打点数」と呼称する) の増加
に伴って、電極先端が加熱され被溶接材と合金化して損
耗したり、変質軟化によって加圧時に塑性変形して平坦
化してしまう。電極は平坦化すると、電極と被溶接鋼板
の接触面積が増加するため、被溶接鋼板への単位面積当
たり加圧力が低下して、被溶接鋼板である樹脂被覆鋼板
表面の有機樹脂の破壊が十分に行われなくなり、遂には
溶接不能となる。このように、樹脂被覆鋼板の溶接で
は、樹脂により通電路が制限されて、とくに電極の温度
上昇が大となって、電極の損耗、変形が激しくなる。そ
して樹脂被覆鋼板の溶接に用いられる電極の寿命は、樹
脂を被覆しない鋼板に用いられるそれよりも格段に短く
なる。このため、かかる樹脂被覆鋼板の溶接用電極で
は、頻繁にドレッシングしたり、交換することが避けら
れず、作業効率の低下、および溶接コストの上昇につな
がっていた。ところで、このような問題を防止するため
の方法として、特殊な電極材質を用いてその損耗拡大を
抑える方法（例えば、特開平10−130751号公報や特開平
10−216959号公報等）が提案されている。しかし、これ
らの方法では、電極自身のコストが増すという問題点が
あった。

【０００４】本発明は、上述のような樹脂被覆鋼板の抵
抗スポット溶接における問題点を解決するため、電極の
高コスト化を招くこと無しに電極の長寿命化を可能とす
る樹脂被覆鋼板の抵抗スポット溶接方法を提供すること
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】樹脂被覆鋼板を抵抗スポ
ット溶接するとき、被溶接鋼板は図１のように変形し、
電極先端部の形状に沿う、丸い窪みを形成する。次に、
電極先端がこの窪みに入り込む。発明者らは、前述した
電極の塑性変形が被溶接鋼板が窪みをなした場合には、
窪みのない場合よりも、電極先端の平坦化の傾向が小さ
いことを見だした。また、発明者らは、このような窪み
を形成するには、加圧前に、予め、被溶接鋼板の板面間
に適当な間隙を設けておくことが必要であることを見だ
した。本発明は、かかる知見を基にして完成したもので
あり、亜鉛系めっき鋼板の少なくとも片面に樹脂を被覆
した樹脂被覆鋼板を被溶接鋼板として抵抗スポット溶接
するに当たり、被溶接鋼板の溶接予定部に、予め、被溶
接鋼板のうち板厚が薄い方の鋼板の板厚の１〜４倍の板
面間間隙を設けておき、そののち、被溶接鋼板に接する
電極のうちの少なくとも一方を、先端の曲率半径５０ｍ
ｍ以下とした電極を用いて、該溶接予定部を加圧し、通
電することを特徴とする樹脂被覆鋼板の抵抗スポット溶
接方法である。

【０００６】

【発明の実施の形態】上述したように、連続的に行う抵
抗スポット溶接時の電極寿命は、電極先端が熱によって
被溶接材と合金化して損耗するとともに、変質軟化と加
圧による塑性変形によって決まる。本発明では、先端が
凸形状の電極を、樹脂被覆鋼板に接する電極のうちの少
なくとも一方に使用するとともに、加圧前に予め、被溶
接鋼板の溶接予定部に所定の板面間間隙（接合面間の間
隙）を設けておき、加圧時に被溶接鋼板が変形して形成
される丸い窪みに電極先端が入り込むようにする。この
ようにすれば、コストの上昇を伴うことなく、電極先端
の変形、損耗を抑制して、電極の長寿命化を図ることが
可能となる。

【０００７】本発明では、電極の先端が曲率半径５０ｍ
ｍ以下の球面形状とし、この電極を、該樹脂被覆鋼板に
接する電極のうち少なくとも一方に使用する必要があ
る。かかる形状の電極を用いる理由は、加圧力の作用す
る面積を制限して単位面積当たりの加圧力を高め、電気
的絶縁物質である有機樹脂被覆を確実に破壊して通電経
路を確保するためである。また、被溶接鋼板の溶接予定
部に、予め、被溶接鋼板の板厚が全て同じ場合には板厚
の、被溶接こはの板厚が異なる場合には最も薄い鋼板の
板厚の１〜４倍とした板面間間隙を設ける必要がある。
しかるのちに、この溶接予定部を前記電極を用いて加圧
し、通電することにより、電極先端は加圧により形成さ
れた窪みへ入り込み、窪みに拘束されて電極先端の平坦
化に到る塑性変形が抑制される。

【０００８】まず、本発明においては、電極の先端は曲
率半径５０ｍｍ以下の凸形状とすることが必要である。
電極先端の曲率半径が５０ｍｍを超えると、図２に示す
ように、電極先端が平坦に近づき、上述の単位面積当た
りの加圧力を上げる効果が十分に得られない。なお、電
極先端の曲面形状部分の大きさは、電極元径全域である
必要はなく、図３に示すような、電極先端に向かって円
錐型に径を絞り込んだ先の部分に曲面部分を有する、い
わゆるＣＲ型電極などを用いてもよい。

【０００９】このような、先端形状が曲率半径５０ｍｍ
以下の凸形状の電極は、被溶接鋼板がともに樹脂被覆鋼
板である組み合わせとした抵抗スポット溶接では、どち
らか一方に用いても、両方に用いても良い。また、抵抗
スポット溶接される樹脂被覆鋼板の全てが、両面に樹脂
被覆層をもつ場合が、電極の長寿命化がもっとも困難な
場合であり、本発明は、前記の場合に適用できる。ま
た、本発明は被溶接鋼板の一方を樹脂被覆層を有しない
通常の亜鉛めっき鋼板とした組み合わせにも適用でき
る。被溶接鋼板の一方を、樹脂被覆層を有しない通常の
亜鉛めっき鋼板とした組み合わせの場合には、樹脂被覆
鋼板に接する側の電極を先端形状が曲率半径５０ｍｍを
超える平坦に近いものとし、通常の亜鉛めっき鋼板に接
する方の電極を先端形状が曲率半径５０ｍｍ以下の凸形
状のものとしても良い。言うまでもなく、前記の鋼板種
類と電極種類の組み合わせを変えて、樹脂被覆鋼板に接
する側の電極を先端形状が曲率半径５０ｍｍ以下の凸形
状のものとしても良い。というのは、こうした異種の被
溶接鋼板の組み合わせでは、一方の電極に平坦状のもの
を用いても、加圧力の作用する領域の面積は、曲率半径
の小さい形状の電極に依存し、したがって電極寿命も曲
率半径の小さい形状の電極の変形、損耗に左右されるか
らである。

【００１０】さらに、本発明においては、加圧、通電の
前に、予め、被溶接鋼板の溶接予定部に、被溶接鋼板板
厚の１〜４倍とした板面間間隙を設けることが必要であ
る。ここで、双方の板厚が異なる場合には、薄い方の鋼
板板厚１〜４倍の間隙を設けるものとする。被溶接鋼板
の間に設ける間隙が、被溶接鋼板板厚（板厚が異なる場
合には、薄い方の鋼板の板厚）の１倍未満では、被溶接
鋼板に生ずる窪みの深さが浅く、電極が塑性変形して平
坦化する傾向が大きくなってしまう。また、間隙が被溶
接鋼板中で薄い方の鋼板の厚みの４倍を超えると、被溶
接鋼板同士の密着が十分にとれず、無通電による溶接不
能が発生しやすくなる。ここに、板面間間隙を設けてお
くべき溶接予定地の領域は、板面で電極径の１〜３倍と
するのが望ましい。溶接予定部の領域が板面で電極径の
１倍未満であると、電極を被溶接鋼板に加圧した段階
で、板面間間隔は押しつぶされて無くなってしまい、本
発明の効果は失われる。また、溶接予定部の領域を広く
していくと、結局、板面間間隔を設けなかったと等価に
なる傾向がある。したがって、本発明の効果を十分に得
るには、板面で電極径の３倍を超えないようにするのが
望ましいのである。

【００１１】なお、被溶接鋼板の板面間に間隙を設ける
には、図４のように所定の厚みの抵抗スポット溶接に対
して絶縁性のスペーサを被溶接鋼板の間に挟む方法や、
図５のように被溶接鋼板に予め間隙を生ずるようなプレ
ス加工を施しておくなどが考えられるが、本発明を適用
するに当たって特に制限はなく、場合に応じて適切な方
法を採用すればよい。

【００１２】また、樹脂被覆鋼板では、より耐食性を向
上させるために金属めっき層の上にクロメート処理を施
すことも多いが、クロメート処理層を有する樹脂被覆鋼
板であっても本発明方法はなんら問題なく適用すること
が可能である。さらに、有機樹脂層中にはコロイダルシ
リカなどの防錆顔料やワックス、通電性改善のための金
属粒子などを添加することがあるが、本発明の適用には
なんら差し支えない。

【００１３】

【実施例】厚さ0.8 mmおよび1.0 mmの冷延鋼板の両表面
上に片面当たり４０ｇ／ｍ^２の亜鉛めっきを施し、この
めっき層の上に金属Ｃｒ換算で４０ｇ／ｍ^２のクロメー
ト皮膜を形成した。さらに、鋼板両面のクロメート皮膜
の上にエポキシ系有機樹脂層を２μｍの厚みで形成して
供試鋼板とした。このようにして作製した樹脂被覆鋼板
を、先端の曲率半径８０mm、４０mm、１６mmで、電極先
端径１０mmのＣＲ型電極を用い、２枚の被溶接鋼板の間
には、0.6 mm、1.0 mm，2.0 mm、4.0 mmのスペーサを挿
入して、両鋼板をスポット溶接により接合した。これら
の板の組合わせ、溶接条件をまとめて表１に示す。な
お、溶接機は単相交流式抵抗スポット溶接機を使用し、
電極加圧力は１９６０Ｎ、溶接電流7.0kA 、通電時間は
0.2 秒、打点速度は１打点／２秒で連続的にスポット溶
接を行った。電極寿命の評価は、無通電発生までの打点
数で行った。表１に評価結果を併せて示した。表１にお
ける無通電発生までの打点数評価の定義は以下のとおり
である。 ○：１０００打点以上 △：５００打点以上、１０００打点未満 ×：５００打点未満

【００１４】表１から分かるように、発明例ではいずれ
も電極寿命について良好な結果が得られたが、電極先端
の曲率半径が大きい平坦な電極を用いた場合 (試験番号
No.９，10，15，16) 、スペーサの厚みが、被溶接鋼板
の板厚が同一でない場合に、その薄い方の被溶接鋼板よ
りも薄い場合 (試験No. 11，13，17，19) 、スペーサの
厚みが、被溶接鋼板の板厚が同一でない場合は、その薄
い方の被溶接鋼板の４倍より厚い場合 (試験No. 12，1
4，18，20) には電極寿命が劣化した。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
樹脂被覆鋼板の抵抗スポット溶接時の電極をコスト上昇
を招くことなく長寿命化できる。したがって、本発明に
よれば、樹脂被覆鋼板の抵抗スポット溶接を、効率よ
く、低コストにて実施することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法による抵抗スポット溶接における電
極先端および被溶接鋼板の状況を示す模式図である。

【図２】電極先端が平坦になった場合の抵抗スポット溶
接における電極先端および被溶接鋼板の状況を示す模式
図である。

【図３】ＣＲ型電極の形状を示す図である。

【図４】被溶接鋼板の間にスペーサを挟んで間隙を設け
る方法を示す模式図である。

【図５】被溶接鋼板をプレス成形することにより被溶接
鋼板の間に間隙を設ける方法を示す模式図である。

【符号の説明】

１樹脂被覆鋼板（被溶接鋼板）２樹脂被覆鋼板あるいは他の種類の鋼板（被溶接鋼
板）３電極４スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾形浩行千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者安田功一千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】亜鉛系めっき鋼板の少なくとも片面に樹
脂を被覆した樹脂被覆鋼板を被溶接鋼板として抵抗スポ
ット溶接するに当たり、被溶接鋼板の溶接予定部に、予め、被溶接鋼板の板厚が
全て同じ場合には板厚の、被溶接鋼板の板厚が異なる場
合には最も薄い鋼板の板厚の１〜４倍の板面間間隙を設
けておき、そののち、被溶接鋼板に接する電極のうちの
少なくとも一方を、先端の曲率半径５０ｍｍ以下とした
電極を用いて、該溶接予定部を加圧し、通電することを
特徴とする樹脂被覆鋼板の抵抗スポット溶接方法。