JP2011177761A - インダレクトスポット溶接方法及びその溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】裏面側に支持部材を配置できない溶接対象部においては、インダイレクトスポット溶接ができない
【解決手段】下板５６に上板５４の方へ突出する部分球面状の突出部６３を予め形成し、上板５４と上板５６とを突出部６３の上端部が上板５４に点接触するように重ね合わせた溶接対象部６０から所定距離離隔した下板部分５６ａに上方から給電側電極３１を当接させ、溶接対象部６０の上板部分にガン側電極２１を上方から当接させて、このガン側電極２１により上板５４に対して加圧通電する。ガン側電極２１が上板５４に当接したときのガン側電極２１の加圧力を上板５４と下板５６とが変形しない加圧力に設定すると共に、ガン側電極２１から溶接対象部６０を介して給電側電極３１に通電する通電時間を、通電に伴う熱量により突出部６３が実質的に平坦になる時間に設定している。これにより、良好なナゲットの形成と溶接対象部の変形防止が両立できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、インダレクトスポット溶接方法及びその溶接装置に関し、特に溶接を行う溶接対象部の下板部分から上板部分へ突出する部分球面状の突出部を予め形成し、ガン側電極の加圧力と通電時間を調整して行うインダレクトスポット溶接方法及びその溶接装置に関する。

従来、鋼板の溶接には、ダイレクトスポット溶接が広く用いられている。このダイレクトスポット溶接方法は、上板と下板とを重ね合わせた溶接対象部を上下の電極により直接両鋼板を挟みながら加圧して、板厚方向に電流を流し、鋼板の抵抗発熱を利用して溶接対象部に両鋼板の溶融部分（ナゲット）を形成し、このナゲットによって両鋼板を接合する。このスポット溶接部の上下の表面には電極の圧痕が残る。

ダイレクトスポット溶接のように両電極が溶接対象部を上下方向から挟みながら加圧することができない部分では、通常のスポット溶接を適用することができない。
例えば、自動車のドアパネル等において、アウタパネルの先端部がインナパネル先端を包み込みながら折返され、折返し部の内側でアウタパネルの折返し縁部の内側とインナパネル外側とが重ね合わされるヘミング加工部では、インナパネルとアウタパネルとをスポット溶接すると、アウタパネル表面に電極の圧痕が残るため、ドアパネルの外観品質上好ましくない。

そこで、特許文献１に記載されたインダイレクトスポット溶接方法では、アウタパネルの本体部とアウタパネルの折返し縁部との間に、折返し縁部に向かって突出する略円錐形状の突起部を備えたインナパネルの端部を配置したヘミング加工部を形成し、ヘミング加工部をガン側電極とアウタパネルの外面側を支持するバックバーとで挟持し、ガン側電極から、ヘミング加工部から離隔した位置でインナパネルに当接する給電側電極に通電して溶接している。前記バックバー側のアウタパネルの表面には突起部の直径以上の凹部が形成される。

他方、自動車の車体等における袋状の閉空間内において下板に上板を溶接接合する場合、厚手の下板故に剛性がある場合や、下板の裏面側が別の部材で支持されていて剛性があるような場合には、下板に上板を重ねた溶接対象部にガン側電極を対向させ、溶接対象部か離隔した下板部分に給電側電極を対向させ、溶接対象部の裏面側をバックバーで支持することなく、ガン側電極と給電側電極を駆動してスポット溶接するインダレクトスポット溶接方法も公知である。

特開平８−１３２２４９号公報

前記特許文献１のインダイレクトスポット溶接方法では、溶接対象部の裏面側をバックバー等の支持部材で支持する必要がある。しかし、エプロンレインフォースメントとフロントフレームのように溶接対象部の下板が袋状の閉空間を構成する場合、溶接対象部の裏面側にバックバー等の支持部材を配置することができず、ガン側電極と支持部材とにより溶接対象部を挟持することができないので、このインダイレクトスポット溶接方法を適用することができない。

そこで、上板と下板とを重ね合わせた溶接対象部をバックバー等の支持部材で支持することなく、インダレクトスポット溶接する場合には、溶接時の加圧力で上板と下板とが溶接対象部とその周辺部位で接触するため、溶接対象部以外の周辺部位を流れる電流（無効分流）が発生し、溶接対象部の電流密度が低下し、良好なナゲットを形成できず、溶接品質を確保できない。それ故、この種のインダレクトスポット溶接は殆ど実用に供されなかった。しかも、支持部材による支持がない状態で、通常のスポット溶接のようにガン側電極が溶接対象部を強く加圧すると、溶接対象部が変形する虞がある。

本発明の目的は、インダレクトスポット溶接において無効分流を抑えた高い電流密度により溶接対象部に良好なナゲットを形成でき、ガン側電極の加圧通電による溶接対象部の変形を防止でき、溶接対象部の裏面側を支持する支持部材を省略できるインダレクトスポット溶接方法及びその溶接装置を提供することである。

請求項１のインダレクトスポット溶接方法は、ベース側の第１板材と表面側の第２板材とを重ね合わせた溶接対象部から離隔した第１板材部分に表面側から給電側電極を当接させ、前記溶接対象部の第２板材にガン側電極を表面側から当接させて、このガン側電極により前記溶接対象部に対して加圧通電することにより溶接するインダイレクトスポット溶接方法において、前記溶接対象部の第１板材に第２板材の方へ突出する部分球面状又は部分円筒面状の突出部を予め形成し、前記ガン側電極が前記溶接対象部に当接するときの前記ガン側電極の加圧力を前記第１，第２板材が変形しない加圧力に設定すると共に、前記ガン側電極から溶接対象部と第１板材を介して給電側電極に通電する通電時間を、前記通電に伴う熱量により前記突出部が実質的に平坦になる時間に設定することを特徴としている。

このインダレクトスポット溶接方法では、溶接対象部の第１板材に第２板材の方へ突出する部分球面状又は部分円筒面状の突出部を予め形成するため、突出部の周辺において第１，第２板材の間に隙間を形成でき、第１板材が第２板材に対して接触する接触面積を小さい面積に保持することができる。突出部の形成により溶接対象部の第１板材の剛性を高めるため、また、ガン側電極による加圧力を第１，第２板材が変形しない加圧力に設定するため、溶接対象部の変形を防止できる。溶接時の通電時間を通電に伴う熱量により前記突出部が平坦になる時間に設定するため、溶接品質を確保することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ガン側電極の当接方向から見た場合の前記部分球面状の突出部の直径を、前記ガン側電極の直径よりも大きく設定したことを特徴としている。

請求項３のインダレクトスポット溶接装置は、ベース側の第１板材と表面側の第２板材とを重ね合わせた溶接対象部から離隔した第１板材部分に表面側から給電側電極を当接させ、前記溶接対象部の第２板材にガン側電極を表面側から当接させて、このガン側電極により前記溶接対象部に対して加圧通電することにより溶接するインダイレクトスポット溶接装置において、前記溶接対象部の第１板材は、第２板材の方へ突出する部分球面状又は部分円筒面状の予め形成された突出部を備え、前記ガン側電極が前記溶接対象部に当接したときの前記ガン側電極の加圧力を前記第１，第２板材が変形しない加圧力に設定する加圧力設定手段と、前記ガン側電極から溶接対象部と第１板材を介して給電側電極に通電する通電時間を、前記通電に伴う熱量により前記突出部が実質的に平坦になる時間に設定する通電制御手段とを設けたことを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記ガン側電極を前記溶接対象部に対して接近後退可能な複動型エアシリンダを設け、前記加圧力設定手段は、ガン側電極が前記溶接対象部から後退する後退速度に比べて前記溶接対象部に接近する接近速度が小さくなるよう前記複動型エアシリンダのロッド側エア作動室へ通ずるエア通路の加圧エアの流量を調整する流量調整手段を有することを特徴としている。

請求項１の発明によれば、溶接対象部の第１板材に第２板材の方へ突出する部分球面状又は部分円筒面状の突出部を予め形成するため、突出部の周辺において第１，第２板材の間に隙間を形成でき、第１板材が第２板材に対して接触する接触面積を小さい面積に保持することができるため、無効分流を防ぎつつ高い溶接電流密度でもって溶接できる。

突出部の形成により溶接対象部の第１板材の剛性を高めるため、また、ガン側電極による加圧力を第１，第２板材が変形しない加圧力に設定するため、前記加圧力による溶接対象部の変形を防止することができる。溶接時の通電時間を通電に伴う熱量により前記突出部が平坦になる時間に設定するため、溶接対象部の変形を抑制しつつ溶接品質を確保することができる。溶接対象部の第１板材を裏面から支持する支持部材を必要としないため、袋状の閉空間内の溶接対象部や、袋状の狭隘空間内の溶接対象部でも、確実にスポット溶接することができる。

請求項２の発明によれば、前記部分球面状の突出部の直径を前記ガン側電極の直径よりも大きく設定したため、突出部の剛性が大きくなり、ガン側電極の直径に近い直径のナゲットを形成して接合断面積を確保できる。溶接ガンのガン側電極と溶接対象部との位置関係に多少位置ずれが生じても点接触を確保できる。

請求項３の発明によれば、基本的に請求項１と同様の効果が得られる。
請求項４の発明によれば、前記ガン側電極を前記溶接対象部に対して接近後退可能な複動型エアシリンダを設け、前記加圧力設定手段は、ガン側電極が前記溶接対象部から後退する後退速度に比べて前記溶接対象部に接近する接近速度が小さくなるよう前記複動型エアシリンダのロッド側エア作動室へ通ずるエア通路の加圧エアの流量を調整する流量調整手段を有する。そのため、ガン側電極の溶接対象部への接近速度を小さくし、溶接時の加圧力を小さくできるうえ、溶接終了時のガン側電極の溶接対象部から離隔移動する後退速度を大きくして溶接の生産性低下を抑制できる。

本発明の実施例に係るインダイレクトスポット溶接装置の構成図である。 上下板セット工程を説明する説明図である。 加圧工程の説明図である。 通電工程の説明図である。 開放工程の説明図である。 溶接対象部の突出部とその周辺部の要部拡大断面図である。 ガン側電極の移動位置を示すタイムチャートである。 ガン側電極の通電パターンを示すタイムチャートである。 本発明の溶接方法を適用する自動車の車体の要部の斜視図である。 図９の要部拡大側面図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

本発明の実施例について図１〜図１０に基づいて説明する。
インダイレクトスポット溶接装置１は、鋼板製のベース側の下板５６（第１板材に相当する）と表面側の上板５４（第２板材に相当する）とを重ね合わせた溶接対象部６０に対して上方（表面側）から当接して加圧通電するガン側ヘッド２と、溶接対象部６０から離隔した下板部分５６ａに上方（表面側）から当接する給電側ヘッド３と、ガン側ヘッド２と給電側ヘッド３へ溶接電流を供給する溶接トランス４と、コントロールユニット５（通電制御手段）等を備えている。

ガン側ヘッド２は、フロアに固定された多関節型の溶接ロボット（図示略）のロボットハンドに連結金具等により装着されている。溶接ロボットのハンドはガン側ヘッド２を溶接対象部６０の真上位置まで移動可能である。尚、本実施例では、下板５６と上板５４とが水平姿勢である場合を例として説明するが、下板５６と上板５４の姿勢は水平姿勢とは限らず種々の傾斜姿勢や鉛直姿勢の場合もある。

ガン側ヘッド２は、プラス電極としてのガン側電極２１と、複動型エアシリンダからなるガン側シリンダ２２等を備えている。ガン側電極２１は、ガン側シリンダ２２のピストン２３から延びるピストンロッド２３ａの先端に装備されている。ガン側電極２１は、例えば直径１５ｍｍの円柱形状に構成され、先端部分には下方程直径が小さくなるテーパ部２１ａが形成されている。上板５４を上方から加圧する先端部２１ｂの直径は、例えば６ｍｍである。

ガン側シリンダ２２は、ガン側電極２１を上下移動させるためのものである。ガン側シリンダ２２は、上下移動可能なピストン２３と、ピストンロッド２３ａと、ヘッド側エア作動室２４と、ロッド側エア作動室２５とを有する。ガン側電極２１を溶接対象部６０に接近させる時には、ヘッド側エア作動室２４に加圧エアを供給しつつ、ロッド側エア作動室２５から加圧エアを排出させる。ガン側電極２１を溶接対象部６０から上方へ後退させる時には、エア作動室２５に加圧エアを供給しつつ、エア作動室２４から加圧エアを排出する。

給電側ヘッド３は、ガン側ヘッド２と同様に、フロアに固定された多関節型のロボット（図示略）のハンドに連結金具等により装着されている。このロボットは、前記のガン側ヘッド２を移動させるロボットと同じロボットでもよいが、異なるロボットであってもよい。ロボットは、給電側ヘッド３を溶接対象部６０から離隔した下板部分の真上位置まで移動可能なものである。尚、ロボットを用いる代わりに、フロアに固定された溶接用治具を用いて給電側ヘッド３を所望の位置に移動することも可能である。

給電側ヘッド３は、アース電極としての給電側電極３１と、複動型エアシリンダからなる給電側シリンダ３２等を備えている。給電側電極３１は、給電側シリンダ３２のピストン３３から延びるピストンロッド３３ａの先端に装備されている。給電側電極３１は、例えば直径１５ｍｍの円柱形状に構成されている。給電側シリンダ３２は、上下移動可能なピストン３３と、ピストンロッド３３ａと、ヘッド側エア作動室３４と、ロッド側エア作動室３５とを有する。給電側電極３１を下板５６に接近させる時には、ヘッド側エア作動室３４に加圧エアを供給しつつ、ロッド側エア作動室３５から加圧エアを排出させる。給電側電極３１を下板部分から上方へ後退させる時には、エア作動室３５に加圧エアを供給しつつ、エア作動室３４から加圧エアを排出する。

溶接トランス４は、コントロールユニット５からの指令信号に応じて溶接用電流を調節可能に構成されている。溶接トランス４は、ガン側通電線１１によりガン側電極２１に電気的に接続され、給電側通電線１２により給電側電極３１に電気的に接続されている。ガン側通電線１１、ガン側電極２１、上板５４と下板５６とを重ね合わせた溶接対象部６０、下板５６、給電側電極３１及び給電側通電線１２は、電気的な閉回路を形成している。それ故、溶接時、電流は、ガン側通電線１１、ガン側電極２１、溶接対象部６０、下板５６、給電側電極３１、給電側通電線１２を通って流れる。

コントロールユニット５は、ガン側ヘッド２を移動させるロボットの作動を制御可能な制御盤６と、制御盤６に電気的に接続された溶接制御装置７等を備えている。
制御盤６は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭ等を含むコンピュータを有し、溶接制御装置７と、後述するガン側切換弁４２と、給電側切換弁４３と、ガン側ヘッド２と給電側ヘッド３とを移動するロボット等に対して制御信号を送信可能に構成されている。制御盤６は、オペレータが入力する溶接対象の上下板厚情報等を受けて、その情報を溶接制御装置７に送信する。制御盤６には動力電源８が接続され、制御盤６と溶接制御装置７と前記ロボットは動力電源８から電力供給を受けている。

溶接制御装置７は、制御盤６からの制御信号を受信し、予め設定された溶接条件に基づき溶接トランス４を制御している。溶接制御装置７には、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭ等を含むコンピュータが設けられ、溶接する板厚の組み合わせに応じて設定されたガン側電極２１の加圧力、電流値、電圧値及び通電時間等が予めマップとして記憶されている。ガン側電極２１の加圧力は、エア作動室２４とエア作動室２５との加圧力差により形成され、ガン側電極２１が溶接対象部６０に当接するとき上板５４と下板５６とが変形しない加圧力に設定されている。溶接制御装置７の表示部（図示略）等に表示されたガン側電極２１の加圧力に基づき、オペレータ等が後述する流量調整弁４６の流量を設定する。電流値、電圧値及び通電時間等は、上板５４の板厚が厚い程大きくなるよう設定されている。

次に、ガン側シリンダ２２と給電側シリンダ３２に対して加圧エアを給排するための加圧エア回路４０について説明する。加圧エア回路４０は、加圧エア源４１からガン側切換弁４２まで延びるガン側エア通路２６と、ガン側切換弁４２からエア作動室２４まで延びるエア通路２７と、ガン側切換弁４２からエア作動室２５まで延びるエア通路２８と、加圧エア源４１から給電側切換弁４３まで延びる給電側エア通路３６と、給電側切換弁４３からエア作動室３４まで延びるエア通路３７と、給電側切換弁４３からエア作動室３５まで延びるエア通路３８等を備えている。

ガン側エア通路２６と給電側エア通路３６の途中部には、加圧エア源４１から供給される加圧エアのエア圧を所定の圧力に調整するレギュレータ４４，４５が夫々介装されている。エア通路２８の途中部には、エア作動室２５から排出される加圧エアの流量がエア作動室２５へ供給される加圧エアの流量よりも少なくなるように加圧エアの流量を調整可能な流量調整弁４６（流量調整手段）が設けられている。流量調整弁４６は、可変絞り通路と、エア作動室２５へ向う加圧エアの流れのみを許容する逆止弁とを並列接続した構成を有する。流量調整弁４６は、人手による可変絞り通路の絞り調整によって加圧エアの流量を調整しているが、制御盤６からの制御信号により電気的に調節可能な流量調整弁により構成することも可能である。

ガン側切換弁４２は、エア作動室２４へ加圧エアを供給し且つエア作動室２５から加圧エアを排出する第１位置と、エア作動室２４から加圧エアを排出し且つエア作動室２５へ加圧エアを供給する第２位置とに亙って電気的に切換え可能に構成されている。ガン側切換弁４２は、電磁方向切換弁からなり、制御盤６により制御される。

給電側切換弁４３は、エア作動室３４へ加圧エアを供給し且つエア作動室３５から加圧エアを大気へ排出する第１位置と、エア作動室３４から加圧エアを排出し且つエア作動室３５へ加圧エアを供給する第２位置とに亙って電気的に切換え可能に構成されている。給電側切換弁４３は、電磁方向切換弁からなり、制御盤６により制御される。

以上により、ガン側切換弁４２が第２位置のとき、エア通路２７を介してエア作動室２４から加圧エアを排出し且つエア通路２８を介してエア作動室２５へ加圧エアを供給するため、ピストン２３が上方へ移動し、ガン側電極２１が上板部分から上方へ後退する。ガン側切換弁４２が第１位置のとき、エア通路２７を介してエア作動室２４へ加圧エアを供給し且つエア通路２８を介してエア作動室２５から加圧エアを大気へ排出するため、ピストン２３が下方へ移動し、ガン側電極２１が溶接対象部６０の上板５４へ接近する。

ここで、流量調整弁４６はエア作動室２５から排出する加圧エアの流量をエア作動室２５へ供給する加圧エアの流量よりも小さくなるよう調整するため、ピストン２３にかかる背圧によりピストン２３の下降速度が上昇速度より遅い、つまり、ガン側電極２１が溶接対象部６０の上板５４に接近する接近速度が上板５４から後退する後退速度よりも遅く調整されている。尚、レギュレータ４４と流量調整弁４６が、ガン側電極２１の加圧力設定手段に相当している。

給電側切換弁４３が第２位置のとき、エア通路３７を介してエア作動室３４から加圧エアを排出し且つエア通路３８を介してエア作動室３５へ加圧エアを供給するため、ピストン３３が上方へ移動し、給電側電極３１が下板部分５６ａから上方へ後退する。給電側切換弁４３が第１位置のとき、エア通路３７を介してエア作動室３４へ加圧エアを供給し且つエア通路３８を介してエア作動室３５から加圧エアを大気へ排出するため、ピストン３３が下方へ移動し、給電側電極３１が溶接対象部６０から離隔した位置の下板部分５６ａへ接近する。

次に、図２〜図８に基づいて、インダイレクトスポット溶接装置１を用いた溶接方法について具体的に説明する。

図２に示すように、上板５４の板厚（例えば１．２ｍｍ）は、下板５６の板厚（例えば１．６ｍｍ）より薄く設定されている。溶接対象部６０に対応する下板部分には、上方へ膨出した膨出部６１をプレス加工により予め形成しておく。

図６に示すように、この膨出部６１は、領域Ａに形成される部分円錐状のスカート部６２と、領域Ｂに形成される部分球面状の突出部６３とからなる。突出部６３はスカート部６２から上方へ滑らかに連なっている。ここで、スカート部６２の下端位置から上端位置までの高さは約２ｍｍ、突出部６３の下端位置から上端位置までの高さは約１ｍｍである。ガン側電極２１側から見る平面視にて、突出部６３の直径は、ガン側電極２１の先端部２１ｂの直径よりも大きく、例えば８ｍｍに設定されている。

膨出部６１にスカート部６２を形成したため、上板５４と下板５６との隙間を十分に確保することができ、溶接対象部６０の下板部分の剛性を増すことができ、突出部６３のスプリングバック等を抑えて成形性を増すことができる。尚、本実施例では、膨出部６１を平面視にて円形に形成しているが、膨出部６１を平面視にて直線状に形成してもよく、この場合突出部は部分円筒面状に形成することになる。

次に、第１工程（上下板セット工程）において、図２に示すように、上板５４と下板５６とを位置決めして上下に重ね合わせ、突出部６３の上端部に上板５４が上方から点接触する状態に保持する。ガン側ヘッド２のガン側電極２１を溶接対象部６０に上方から所定距離あけて対向させる。また、給電側ヘッド３の給電側電極３１を溶接対象部６０から右側へ所定距離離隔した位置における下板部分５６ａに上方から所定距離あけて対向させる。

次に、第２工程（加圧工程）において、図３に示すように、制御盤６からの制御信号により、ガン側切換弁４２と給電側切換弁４３を夫々第１位置に切換え、ガン側シリンダ２２のピストン２３を下降させ、ガン側電極２１を溶接対象部６０に当接させて加圧させると共に、給電側シリンダ３２のピストン３３を下降させて、給電側電極３１を溶接対象部６０から右側へ所定距離離隔した位置における下板部分５６ａに当接させ加圧させる。

前記ガン側電極２１が下降するとき、ロッド側エア作動室２５から排出される加圧エアの流量が流量調整弁４６により絞られ、ピストン２３に対して下方移動速度を制限する背圧が作用するため、図７に示すように、ガン側電極２１は弱い力で低速で下降し、溶接対象部６０を低い加圧力で加圧する。ガン側電極２１の接近速度は、給電側電極３１の接近速度よりも遅く、ガン側電極２１の後退速度よりも遅い。

本実施例では、ガン側電極２１が下降開始後上板５４に当接するまでのスクイズタイムを６０cycle （１ｓｅｃ）に設定し、ガン側電極２１の加圧力を、ガン側電極２１が上板５４に当接したとき、上板５４と下板５６とが共に変形しない加圧力（約７０〜１００Ｋｇｆ）に設定している。

次に、第３工程（通電工程）において、図４に示すように、ガン側電極２１が溶接対象部６０の上板５４に当接した直後に、制御盤６から溶接制御装置７に制御信号を送信して、溶接トランス４からガン側電極２１に溶接電流を供給して溶接対象部６０の上板と下板とを溶接する。この時のガン側電極２１の加圧力は、加圧工程で設定した上板５４と下板５６とが変形させない加圧力に維持されている。

溶接対象部６０において、上板５４と下板５６は点接触する状態であるため、高い電流密度により発熱し易くナゲット６４を容易に形成することができる。しかも、上方から見た場合の突出部６３の直径を、ガン側電極２１の先端部２１ｂの直径よりも大きく設定したため、突出部６３の剛性が大きくなり、ガン側電極２１の直径に近い直径のナゲットを形成して接合断面積を確保でき、ガン側電極２１と溶接対象部６０との位置関係に多少位置ずれが生じても点接触を確保できる。それ故、ナゲット６４の形成に伴い、つまり、溶接対象部６０の熱量に伴い下板５６が変形し、ガン側電極２１は下方へ沈み込み、突出部６３の部分球面形状が次第に潰れていく。

ガン側電極２１による通電時間は、前述のように通電に伴う熱量により突出部６３が変形し実質的に平坦になる時間に設定されている。図８に示すように、本実施例では、電流値を１０ＫＡ、通電時間を１７cycle の溶接条件で加圧通電を行っている。尚、電流値は９．０〜１１．０ＫＡの範囲で選択可能であり、電流値に応じて通電時間を１５〜２０cycle の範囲で適宜選択可能である。図７，図８に示すように、突出部６３の部分球面形状が潰れてスカート部６２の上端部分が略平面に近い状態になった時点で、ガン側電極２１による通電を終了する。通電終了後、溶接対象部６０が冷却するまでの間、ガン側電極２１の位置を保持する。このガン側電極２１の保持時間は、２〜５cycle にされる。

次に、第４工程（開放工程）において、図５、図７に示すように、保持時間終了後開放工程では、制御盤６からの制御信号を受けてガン側切換弁４２と給電側切換弁４３を第２位置に切換え、ガン側電極２１と給電側電極３１とを上昇させて原位置に復帰させる。このガン側電極２１の上昇時には、流量調整弁４６の逆止弁を介して加圧エアがロッド側エア作動室２５へ供給されるため、ガン側電極２１は給電側電極３１と同じ後退速度で速やかに上昇する。

次に、以上説明したインダイレクトスポット溶接方法及びインダイレクトスポット溶接装置１の作用、効果について説明する。
本実施例のインダイレクトスポット溶接方法は、ベース側の下板５６と表面側の上板５４とを重ね合わせた溶接対象部６０から所定距離離隔した下板部分５６ａに表面側から給電側電極３１を当接させ、溶接対象部６０の上板５４にガン側電極２１を表面側から当接させて、このガン側電極２１により上板５４に対して加圧通電することにより溶接対象部６０を溶接するインダイレクトスポット溶接方法において、溶接対象部６０の下板５６に上板５４の方へ突出する部分球面状の突出部６３を予め形成し、ガン側電極２１が上板５４に当接したときのガン側電極２１の加圧力を上板５４と下板５６とが変形しない加圧力に設定すると共に、ガン側電極２１から溶接対象部６０を介して給電側電極３１に通電する通電時間を、通電に伴う熱量により突出部６３が実質的に平坦になる時間に設定する。

この溶接方法によれば、下板５６の領域Ｂに形成された部分球面状の突出部６３を介して上板５４と下板５６との間に隙間を形成し、溶接対象部６０の下板５６は上板５４に対して点接触するため、無効分流の発生を抑えながら高い電流密度により溶接対象部６０に良好なナゲット６４を形成することができる。

突出部６３の形成により溶接対象部６０の下板５６の剛性を高めるため、また、ガン側電極２１による加圧力を下板５６と上板５４が変形しない加圧力に設定するため、その加圧力による溶接対象部６０の変形を防止することができる。溶接時の通電時間を通電に伴う熱量により前記突出部６３が平坦になる時間に設定するため、溶接対象部６０の変形を抑制しつつ溶接品質を確保することができる。溶接対象部６０の下板５６を裏面から支持する支持部材を必要としないため、袋状の閉空間内の溶接対象部や、袋状の狭隘空間内の溶接対象部でも、確実にスポット溶接することができる。

ガン側電極２１の上方から見た場合の突出部６３の部分球面状の直径を、ガン側電極２１の先端部２１ｂの直径よりも大きく設定したため、突出部の剛性が大きくなり、ガン側電極の直径に近い直径のナゲットを形成して接合断面積を確保できる。また、ガン側電極２１と溶接対象部６０との位置関係に多少位置ずれが生じても点接触を確保できる。

本実施例のインダイレクトスポット溶接装置１は、ベース側の下板５６と表面側の上板５４とを重ね合わせた溶接対象部６０から離隔した下板部分６５ａに表面側から給電側電極３１を当接させ、溶接対象部６０の上板５４にガン側電極２１を表面側から当接させて、このガン側電極２１により溶接対象部６０に対して加圧通電することにより溶接するインダイレクトスポット溶接装置１において、溶接対象部６０の下板５６は、上板５４の方へ突出する部分球面状の予め形成された突出部６３を備え、ガン側電極２１が前記溶接対象部６０に当接したときのガン側電極２１の加圧力を下板５６と上板５４とが変形しない加圧力に設定する加圧力設定手段（４４，４６）と、ガン側電極２１から溶接対象部６０と下板５６を介して給電側電極３１に通電する通電時間を、前記通電に伴う熱量により突出部６３が実質的に平坦になる時間に設定するコントロールユニット５とを設けている。
このインダイレクトスポット溶接装置１によれば、基本的に前記インダイレクトスポット溶接方法と同様の効果が得られる。

ガン側電極２１を溶接対象部６０に対して接近後退可能な複動型エアシリンダ２２を設け、加圧力設定手段（４４，４６）は、ガン側電極２１が溶接対象部６０から後退する後退速度に比べて溶接対象部６０に接近する接近速度が小さくなるよう複動型エアシリンダ２２のロッド側エア作動室２５へ通ずるエア通路２８の加圧エアの流量を調整する流量調整弁４６を有する。そのため、ガン側電極２１の溶接対象部６０への接近速度を小さくし、溶接時の加圧力を小さくできるうえ、溶接終了時のガン側電極２１の溶接対象部６０から離隔移動する後退速度を大きくして溶接の生産性低下を抑制できる。

次に、本発明の溶接方法を自動車の車体における板材の溶接に適用する例について、図９、図１０に基づいて簡単に説明する。溶接対象部６０Ａの下板が袋状の閉空間を構成している、例えば車両のフロントサイドフレーム５１のアウタフレーム５６Ａとエプロンレインフォースメント５４Ａとのインダイレクトスポット溶接を例に説明する。

図９，図１０に示すように、車両５０は、車体前後方向前側に左右１対の鋼板製のフロントサイドフレーム５１と、フロントサイドフレーム５１の上方のエプロン部５２とサスペンションタワー５３とフロントサイドフレーム５１とを補強する鋼板製のエプロンレインフォースメント５４Ａ（上板）等を備えている。

フロントサイドフレーム５１は、車幅方向内側に位置する断面ハット状のインナフレーム５５と、車幅方向外側に位置する板状のアウタフレーム５６Ａ（下板）とを接合して閉断面部を構成している。この閉断面部は、溶接対象部６０Ａに対応するアウタフレーム５６Ａに予め部分球面状の突出部をプレス加工により形成した後、突出部が閉断面部の外側へ突出するようにインナフレーム５５Ａとアウタフレーム５６Ａとを配置し、両フレームを溶接して形成される。

エプロンレインフォースメント５４Ａとアウタフレーム５６Ａとは、エプロンレインフォースメント５４Ａがアウタフレーム５６Ａの車幅方向外側に配置され且つ突出部の先端部にエプロンレインフォースメント５４Ａが車幅方向外側から点接触する状態に位置決めされ、溶接対象部６０Ａにおいて前述したインダイレクトスポット溶接により接合される。

次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、下板の領域Ａにスカート部、領域Ｂに突出部を形成した膨出部を設けた例を説明したが、少なくとも、上板と下板との間に隙間を設け無効分流の発生を防止できれば良いので、スカート部を省略し、突出部のみを形成してもよい。また、平面視にて前記円形の膨出部に代えて、上板と線接触するような平面視にて細長いビード状の膨出部又は突出部を形成してもよい。

２〕前記実施例においては、エプロンレインフォースメントとフロントサイドフレームとのインダイレクトスポット溶接の例を説明したが、カウルレインフォースメントとカウル部材のように下板が袋状の閉空間を構成する部材の溶接であれば何れにも適用可能である。また、レイアウト上、他部材の配置によりガン側電極と給電側電極とが一側方向のみからしか上板部分と下板部分とに当接できないような狭隘空間の溶接にも適用可能である。

３〕前記実施例においては、上板が１．２ｍｍ、下板が１．６ｍｍの溶接の例を説明したが、上板が０．９ｍｍ、下板が１．４ｍｍの接合であっても良く、上板と下板との組み合わせは適宜選択可能であり、特に、本発明では上板が１．０ｍｍ以上の上板の溶接を効果的に行うことができる。

４〕前記実施例においては、電極をエアシリンダにて昇降駆動する例を説明したが、電極の加圧力と移動速度の保証が可能であれば、サーボモータ等のモータ駆動機構により電極を昇降駆動するように構成してもよい。

５〕前記実施例においては、ロッド側エア作動室からの加圧エアの排出流量を一定流量に調整可能な流量調整弁の例を説明したが、上板の板厚等の条件に基づき加圧エアの排出流量を制御盤により可変に調整可能な流量調整弁を採用しても良い。

６〕その他、当業者であれば本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

本発明は、インダレクトスポット溶接方法及びその溶接装置において、溶接を行う溶接対象部の下板から上板へ突出する部分球面状又は部分円筒面状の突出部を予め形成し、ガン側電極の加圧力と通電時間を調整することにより、良好なナゲットの形成と溶接対象部の変形防止が両立できる。

１ インダイレクトスポット溶接装置
２ ガン側ヘッド
３ 給電側ヘッド
５ コントロールユニット
６ 制御盤
７ 溶接制御装置
２１ ガン側電極
２２ ガン側シリンダ
２５ （ガン側）ロッド側エア作動室
２８ （ガン側）加圧エア通路
３１ 給電側電極
３２ 給電側シリンダ
４４ レギュレータ
４６ 流量調整手段
５４，５４Ａ エプロンレインフォースメント（上板）
５６，５６Ａ アウタパネル（下板）
５６ａ 下板部分
６０，６０Ａ 溶接対象部
６１ 膨出部
６２ スカート部
６３ 突出部

Claims (4)

1. ベース側の第１板材と表面側の第２板材とを重ね合わせた溶接対象部から離隔した第１板材部分に表面側から給電側電極を当接させ、前記溶接対象部の第２板材にガン側電極を表面側から当接させて、このガン側電極により前記溶接対象部に対して加圧通電することにより溶接するインダイレクトスポット溶接方法において、
   前記溶接対象部の第１板材に第２板材の方へ突出する部分球面状又は部分円筒面状の突出部を予め形成し、
   前記ガン側電極が前記溶接対象部に当接するときの前記ガン側電極の加圧力を前記第１，第２板材が変形しない加圧力に設定すると共に、前記ガン側電極から溶接対象部と第１板材を介して給電側電極に通電する通電時間を、前記通電に伴う熱量により前記突出部が実質的に平坦になる時間に設定することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
2. 前記ガン側電極の当接方向から見た場合の前記部分球面状の突出部の直径を、前記ガン側電極の直径よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１に記載のインダイレクトスポット溶接方法。
3. ベース側の第１板材と表面側の第２板材とを重ね合わせた溶接対象部から離隔した第
   １板材部分に表面側から給電側電極を当接させ、前記溶接対象部の第２板材にガン側電極を表面側から当接させて、このガン側電極により前記溶接対象部に対して加圧通電することにより溶接するインダイレクトスポット溶接装置において、
   前記溶接対象部の第１板材は、第２板材の方へ突出する部分球面状又は部分円筒面状の予め形成された突出部を備え、
   前記ガン側電極が前記溶接対象部に当接したときの前記ガン側電極の加圧力を前記第１，第２板材が変形しない加圧力に設定する加圧力設定手段と、
   前記ガン側電極から溶接対象部と第１板材を介して給電側電極に通電する通電時間を、前記通電に伴う熱量により前記突出部が実質的に平坦になる時間に設定する通電制御手段とを設けたことを特徴とするインダイレクトスポット溶接装置。
4. 前記ガン側電極を前記溶接対象部に対して接近後退可能な複動型エアシリンダを設け、 前記加圧力設定手段は、ガン側電極が前記溶接対象部から後退する後退速度に比べて前記溶接対象部に接近する接近速度が小さくなるよう前記複動型エアシリンダのロッド側エア作動室へ通ずるエア通路の加圧エアの流量を調整する流量調整手段を有することを特徴とする請求項３に記載のインダイレクトスポット溶接装置。