JP2012071311A - 片側スポット溶接用電極対 - Google Patents

Abstract

【課題】金属部品が局所的に過熱されることを防止できる、片側溶接用電極対を提供する。
【解決手段】外側電極１２が軸状の内側電極１１の周囲を取り囲むように配置されている。複数の金属部品２，３が溶接により接合される際には、内側電極１１および外側電極１２が金属部品２の上面１４に押し当てられて、内側電極１１と外側電極１２との間で金属部材２，３を介して通電される。外側電極１２は、金属部品２の上面１４に複数の位置で当接する。外側電極１２における金属部品２の上面１４に当接する複数の部分は、外側電極１２の変形に伴って、金属部品２の上面１４に交差する方向に移動可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、片側スポット溶接用電極対に関する。

たとえば、自動車の車体は、複数の金属部品を溶接することにより作られる。その溶接方法としては、ダイレクトスポット溶接が多用されているが、ダイレクトスポット溶接が困難な部分やダイレクトスポット溶接のために金属部品に穴を形成しなければならない部分では、片側スポット溶接が用いられる。

代表的な片側スポット溶接では、重ね合わされた複数の金属部品の片側の面において、溶接すべき位置（溶接位置）とこの溶接位置から離れた位置（離間位置）とにそれぞれ電極が押し当てられる。そして、電極間に電流が金属部品を通して流されることにより、それらの金属部品が通電により発生する熱（ジュール熱）で溶融して接合される。

しかしながら、この手法では、図５に示されるように、一方の電極が押し当てられた溶接位置５１と他方の電極が押し当てられた離間位置との間において、溶接位置５１に対して離間位置側に隣接する部分５２に熱が集中する。その結果、当該部分５２が過熱されると、図６に示されるように、その過熱された部分に割れなどを生じるおそれがある。

そこで、図７に示されるように、円柱状の内側電極６１と、内側電極６１の周囲を取り囲む円筒状の外側電極６２とを備える同軸片側スポット溶接装置が提案されている。内側電極６１および外側電極６２が重ね合わされた複数の金属部品６３に押し当てられて、内側電極６１と外側電極６２との間に電流が金属部品６３，６４を通して流される。このとき、電流が内側電極６１と外側電極６２との間で分散して流れるので、金属部品６３，６４の局所が過熱されることを防止でき、金属部品６３，６４の割れなどの発生を防止することができる。

特開２００９−１７９１９５号公報

ところが、円筒状の外側電極６２が金属部品６３に対して片当たりしやすく、この片当たりに起因して、内側電極６１と外側電極６２との間の局所が過熱されるため、金属部品６３，６４の割れなどの発生を完全に防止することはできない。

本発明の目的は、金属部品が局所的に過熱されることを防止できる、片側溶接用電極対を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明は、複数の金属部品を接合するための片側溶接に用いられる片側溶接用電極対であって、前記金属部品の表面に押し当てられる軸状の内側電極と、前記内側電極の周囲を取り囲むように配置され、前記金属部品の前記表面に押し当てられる外側電極とを含み、前記外側電極は、前記金属部品の前記表面に複数の位置で当接し、各前記位置に当接する部分が互いに独立して前記金属部品の前記表面と交差する方向に移動可能なように構成されていることを特徴としている。

この片側溶接用電極対では、外側電極が軸状の内側電極の周囲を取り囲むように配置されている。複数の金属部品が溶接により接合される際には、内側電極および外側電極が金属部品の表面に押し当てられて、内側電極と外側電極との間で金属部材を介して通電される。このとき、外側電極は、金属部品の表面に複数の位置で当接する。そして、外側電極は、金属部品の表面に当接する各部分が互いに独立して金属部品の表面と交差する方向に移動可能なように構成されている。そのため、外側電極における金属部品の表面に当接する各部分間で金属部品の表面に当接する方向の位置ずれが生じていても、その位置ずれを各部分の移動により吸収することができる。その結果、外側電極が金属部品の表面に対して片当たりすることなく、外側電極が金属部品の表面の複数の各位置に確実に当接するので、その各位置と内側電極との間で電流が均一に流れる。よって、金属部品が局所的に過熱されることを防止できる。

外側電極の構成として、金属部品の表面に押し当てられる複数の当接部材と、各当接部材を弾性的に支持する複数の弾性部材とを有する構成が考えられる。また、外側電極が内側電極の周囲を取り囲む環状をなす一体的な部材であって弾性変形可能である構成が考えられる。後者の構成は、前者の構成よりも外側電極の構成として好適である。後者の構成では、前者の構成と比較して、部品点数を削減することができ、小型化を図ることができる。

また、外側電極は、コイルばねを内側電極の周囲を取り囲む環状に設けることにより構成されていることがより好適である。この場合、外側電極の構成が簡素であり、製造に要する手間を軽減することができる。また、外側電極（コイルばね）を空気が流通可能であるので、内側電極と外側電極との間で発生する熱を外側電極に囲まれる部分の外側に逃がすことができる。

本発明によれば、外側電極における金属部品の表面に当接する各部分間で金属部品の表面に当接する方向の位置ずれが生じていても、その位置ずれを各部分の移動により吸収することができるので、外側電極が金属部品の表面に対して片当たりすることを防止できる。その結果、金属部品が局所的に過熱されることを防止できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電極対が備えられる片側スポット溶接装置の要部の断面図であり、電極対が金属部材の上方に離間されている状態を示す。 図２Ａは、図１に示される片側スポット溶接装置の断面図であり、電極対が金属部材の表面に接している状態を示す。 図２Ｂは、図１に示される片側スポット溶接装置の断面図であり、電極対が金属部材に押し当てられている状態を示す。 図３は、図１に示される片側スポット溶接装置を用いて溶接された金属部品の溶接部分を上方から撮影した写真である。 図４は、図３に示される溶接部分の断面を撮影した写真である。 図５は、従来の代表的な片側スポット溶接により溶接された金属部品の溶接部分を上方から撮影した写真である。 図６は、図５に示される溶接部分の断面を撮影した写真である。 図７は、従来の同軸片側スポット溶接装置が備える電極対（内側電極および外側電極）の断面図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電極対が備えられる片側スポット溶接装置の要部の側面図である。

片側スポット溶接装置１は、たとえば、自動車の生産ライン（溶接ライン）に組み込まれて、自動車の車体を構成する２つの金属部品２，３をスポット溶接により接合させるために用いられる。

なお、金属部品２，３が水平方向に延在し、片側スポット溶接装置１が金属部品２，３に対して上方から押し当てられる場合を想定し、以下の説明で使用される「方向」は、その場合の片側スポット溶接装置１の姿勢に基づく。

片側スポット溶接装置１は、支持部材４、取付部材５、圧子６および電極対７を備えている。

支持部材４は、水平方向に延びる矩形板状をなしている。支持部材４の一方端部には、平面視円形状の取付孔８が上下方向に貫通して形成されている。

取付部材５は、円筒状をなしている。取付部材５は、取付孔８に嵌合されて、支持部材４に保持されている。

圧子６は、取付部材５の下面に固定されている。圧子６は、取付部材５の内周面に連続する内周面を有する円筒状をなしている。これにより、取付部材５および圧子６には、それらの内周面に囲まれる内側電極挿通孔９が上下方向に貫通して形成されている。内側電極挿通孔９内には、絶縁材料からなる絶縁部材１０が取付部材５および圧子６の内周面に跨がって設けられている。

電極対７は、内側電極１１および外側電極１２を備えている。

内側電極１１は、金属材料からなり、上下方向に延びる軸状をなしている。内側電極１１は、内側電極挿通孔９に絶縁部材１０と非接触な状態で挿通されている。内側電極１１の下端部は、圧子６の下面よりも下方に突出しており、その上方部分よりも小径の円柱状に形成されている。

外側電極１２は、圧子６の下面に対して接離可能な状態で、圧子６に保持されている。外側電極１２は、１本の金属細線を螺旋状に巻回して形成されたコイルばね（金属コイル）からなり、内側電極１１の下端部の周囲を取り囲む円環状をなしている。すなわち、外側電極１２は、コイルばねを内側電極１１の下端部の周囲を取り囲む円環状に設けることにより形成されている。

また、圧子６の外周面には、外側電極１２への通電のための端子１３が取り付けられている。端子１３は、圧子６の外周面から下方に延び、その下端部が外側電極１２の外周面に接している。

図２Ａ，２Ｂは、溶接装置による金属部品の溶接の工程を順に示す断面図である。

片側スポット溶接装置１による金属部品２，３の溶接の際には、図１に示されるように、片側スポット溶接装置１が上下に重ね合わされた金属部品２，３の上方に配置される。そして、電極対７（内側電極１１および外側電極１２）が金属部品２，３における溶接すべき部分に上方から対向する位置に配置されるように、片側スポット溶接装置１の水平方向の位置が調整される。

その後、片側スポット溶接装置１が下降される。この下降が進むと、図２Ａに示されるように、外側電極１２が金属部品２の上面１４に当接する。具体的には、外側電極１２が金属細線を螺旋状に巻回して形成されたコイルばねからなるので、金属細線における下方に凸湾曲する複数の部分が金属部品２の上面に当接する。このとき、内側電極１１は、金属部品２の上面１４に対して上方に離間している。

外側電極１２が金属部品２の上面１４に当接した後、支持部材４、取付部材５、圧子６および内側電極１１がさらに下降される。この下降により、圧子６が外側電極１２に上方から当接する。下降がさらに進むと、圧子６が外側電極１２を上方から押圧し、図２Ｂに示されるように、外側電極１２が金属部品２の上面１４と圧子６との間で押し潰されるように弾性的に変形する。そして、その外側電極１２の変形に伴って、内側電極１１が金属部品２の上面１４に近づき、内側電極１１の下面が金属部品２の上面１４に当接する。この当接の後、支持部材４、取付部材５、圧子６および内側電極１１の下降が停止される。

そして、内側電極１１と外側電極１２との間で金属部品２，３を介して通電されると、金属部品２，３が通電により発生する熱（ジュール熱）で溶融して接合される。

外側電極１２がコイルばねからなるので、外側電極１２における金属部品２の上面１４に当接する複数の部分（金属細線における下方に凸湾曲する複数の部分）は、外側電極１２の変形に伴って、その上面１４に交差する方向に移動可能である。そのため、外側電極１２における金属部品２の上面１４に当接する各部分間で金属部品２の上面１４に当接する方向の位置ずれが生じていても、その位置ずれを各部分の移動により吸収することができる。その結果、外側電極１２が金属部品２の上面１４に対して片当たりすることなく、外側電極１２が金属部品２の上面１４の複数の各位置に確実に当接するので、その各位置と内側電極１１と間で電流が均一に流れる。よって、金属部品２，３が局所的に過熱されることを防止できる。

また、外側電極１２は、コイルばねを内側電極１１の周囲を取り囲む環状に設けることにより構成されており、その構成が簡素である。そのため、外側電極１２の製造に要する手間を軽減することができる。また、外側電極１２（コイルばね）を空気が流通可能であるので、内側電極１１と外側電極１２との間で発生する熱を外側電極１２に囲まれる部分の外側に逃がすことができる。

なお、外側電極１２の構成としては、コイルばねを用いた構成以外に、金属部品２の上面１４に押し当てられる複数の当接部材と、各当接部材を弾性的に支持する複数の弾性部材とを有する構成が考えられる。この構成と比較して、コイルばねを用いた構成では、部品点数を削減することができ、小型化を図ることができる。
＜溶接状態の確認＞
片側スポット溶接装置１を用いて、上下に重ね合わされた２枚の金属板をスポット溶接により接合した。上側の金属板は、ＳＰＣＣからなり、その厚さは、１ｍｍである。下側の金属板は、ＳＰＣＣからなり、その厚さは、１ｍｍである。そして、内側電極１１および外側電極１２が上側の金属板の上面に当接した状態で、内側電極１１と外側電極１２との間に、３０００Ａの電流を０．３秒間にわたって流し続けた。

図３は、溶接完了後の上側の金属板における溶接部分を上方から撮影した写真である。また、図４は、図３に示される溶接部分の断面を撮影した写真である。

図３，４を参照して理解されるように、片側スポット溶接装置１を用いたスポット溶接では、金属板における内側電極１１が当接した溶接位置２１と外側電極１２が当接した複数の各位置２２との間で、過熱に起因する割れなどを生じないことが確認された。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

２ 金属部品
３ 金属部品
７ 電極対（片側溶接用電極対）
１１ 内側電極
１２ 外側電極
１４ 上面（表面）

Claims (3)

1. 複数の金属部品を接合するための片側溶接に用いられる片側溶接用電極対であって、
   前記金属部品の表面に押し当てられる軸状の内側電極と、
   前記内側電極の周囲を取り囲むように配置され、前記金属部品の前記表面に押し当てられる外側電極とを含み、
   前記外側電極は、前記金属部品の前記表面に複数の位置で当接し、各前記位置に当接する部分が互いに独立して前記金属部品の前記表面と交差する方向に移動可能なように構成されている、片側溶接用電極対。
2. 前記外側電極は、前記内側電極の周囲を取り囲む環状をなす一体的な部材であって弾性変形可能である、請求項１に記載の片側溶接用電極対。
3. 前記外側電極は、コイルばねを前記内側電極の周囲を取り囲む環状に設けることにより構成されている、請求項２に記載の片側溶接用電極対。