JP2012135775A - スポット溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極と金属板との溶着を招くことなく、低コストに接合部の面積を拡大する。
【解決手段】１つの電極１１（第１電極部１０）と複数の電極２１，２２（第２電極部２０）とで複数の金属板Ｗ₁，Ｗ₂をクランプして通電することで、複数の金属板Ｗ₁，Ｗ₂を接合する。このとき、第１電極部１０の電極１１と第２電極部２０の各電極２１，２２とが等距離に配されることで、これらの電極間に複数の通電経路Ｉ₁，Ｉ₂が同時に形成され、各通電経路Ｉ₁，Ｉ₂上に接合部Ｐ₁，Ｐ₂が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、スポット溶接装置に関する。

スポット溶接は、重ね合わせた複数枚の金属板を一対の電極で挟んで加圧しながら通電することにより、複数枚の金属板を接合するものである（例えば、特許文献１参照）。スポット溶接による金属板同士の接合強度は、接合部の面積に比例することが知られている。

特開２００９−１０１３９９号公報 特開２００４−８２３１６号公報

接合部の面積を拡大するには、電流値を大きくしてナゲットを大きくすることが考えられる。しかし、電流値を大きくすると、図６に示すように、ナゲットＰ’が横方向（金属板Ｗの延在方向）だけでなく、縦方向（金属板Ｗと直交する方向）にも成長するため、電極１１０，１２０を当接させた金属板Ｗの表面が溶融して、電極１１０，１２０と金属板Ｗとが溶着する恐れがある。

例えば、上記特許文献１では、金属板に予め凹部を設け、この凹部に電極を当接させて通電することにより、ナゲットの径を拡大して接合部の面積を大きくする方法が示されている。しかし、この方法では、金属板に予め凹部を設ける工程を要するため、工数増によるコスト高を招く。

また、スポット溶接では、金属板の間の隙間をつめて金属板同士を接触させるために、一対の電極で金属板を所定の加圧力でクランプする必要がある。このとき、一対の電極の加圧力が小さいと、金属板同士の接触面積が小さくなって電流密度が大きくなり、上記と同様にナゲットが縦方向に成長して電極と金属板が溶着する恐れがある。かかる不具合を回避するために、電極の加圧力を大きくして金属板同士の接触面積をある程度確保する必要がある。このため、加圧力を付与する駆動部（シリンダ等）の大型化、ひいては溶接装置の大型化を招くことになる。

また、例えば、自動車のサイドメンバのフランジ部のような幅狭領域にスポット溶接を施す場合、ナゲットを拡大すると、ナゲットが金属板からはみ出てチリが発生する恐れがある。このため、各スポット溶接のナゲットを大きくすることができず、打点数を増やして強度を確保する必要があり、コスト高を招いていた。例えば、特許文献２に示されているように、スポット溶接と接着剤を併用して強度を確保する方法もあるが、この場合でも接着剤の材料コストや接着剤を塗布する工程を要するため、やはりコスト高を招くことになる。

本発明の解決すべき課題は、スポット溶接による接合部の面積を、電極と金属板との溶着を招くことなく、低コストに拡大することである。

また、本発明の解決すべき他の課題は、電極の加圧力を付与する駆動部を小型化し、スポット溶接装置の小型化を図ることにある。

また、本発明の解決すべきさらなる課題は、フランジ部のような幅狭領域にも、チリを発生させることなく低コストにスポット溶接を施すことである。

前記課題を解決するために、本発明のスポット溶接装置は、１つの電極を備えた第１電極部と、１つの電極から等距離に配された複数の電極を備えた第２電極部と、重ね合わせた複数の金属板を第１電極部及び第２電極部でクランプさせる駆動部と、第１電極部と第２電極部との間を通電させる通電部とを備えたものである。

このスポット溶接装置では、１つの電極（第１電極部）と複数の電極（第２電極部）とで複数の金属板をクランプして通電することで、複数の金属板を接合する。このとき、第１電極部の１つの電極と第２電極部の各電極とが等距離に配されることで、これらの電極間に複数の通電経路が同時に形成され、各通電経路上に接合部が形成される。これにより、一対の電極でクランプする場合（図６参照）と比べて接合部の面積を拡大することができる。しかも、複数の通電経路に電流を分散させることで、各接合部に流れる通電量が抑えられるため、接合部の縦方向の成長が抑えられ、電極と金属板との溶着を防止できる。尚、接合部とは、金属板同士の接触部で金属板の一部が溶融・凝固することにより形成される、いわゆるナゲットによるもの限らず、例えば金属板同士の固相接合によるものも含む。

また、電極の加圧力を小さくして金属板同士の接触面積を小さくした場合でも、上記のように通電経路を分散させることにより、各通電経路の電流密度を小さくすることができるため、電極と金属板との溶着を防止できる。これにより、電極に加圧力を付与する駆動部を小型化し、スポット溶接装置全体の小型化を図ることが可能となる。

また、第２電極部の電極の数や第１電極部に対する配置を変えることにより、接合部を任意の形状にすることができる。例えば、フランジ部のような幅狭領域に接合する場合は、第２電極部を２つの電極で構成し、この２つの電極をフランジ部の長手方向に並べて配置し、これらの間に第１電極部の電極の軸心を配置すれば、長手方向に並んだ複数の接合部（図３参照）、あるいはこれらが繋がった略楕円形状の接合部（図４参照）が形成される。これにより、フランジ部から接合部がはみ出ることなく、且つ、接合部の面積を拡大することができる。

以上のように、本発明のスポット溶接装置によれば、第１電極部の１つの電極から分岐させた複数の通電経路で接合部を形成することで、電極と金属板との溶着を招くことなく、低コストに接合部を拡大することができる。また、電極に加圧力を付与する駆動部を小型化して、装置全体の小型化を図ることができる。さらに、複数の電極の配置により接合部の形状を調整することで、フランジ部のような狭い領域にもチリを発生させることなく低コストにスポット溶接を施すことができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置の側面図であり、（ｂ）は同正面図である。 上記スポット溶接装置によりスポット溶接を行う様子を示す断面図である。 図２のＸ−Ｘ線における断面図であり、上記スポット溶接装置により形成された接合部を示す。 上記スポット溶接装置による接合部の他の例を示す断面図である。 他の実施形態に係るスポット溶接装置による接合部を示す断面図である。 従来のスポット溶接装置によるスポット溶接方法であり、通電量を大きくした場合を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置１を示す。スポット溶接装置１は、１つの電極１１からなる第１電極部１０と、複数の電極からなる第２電極部２０と、本体部３０とを有する。本体部３０には、第１電極部１０と第２電極部２０とで重ね合わせた複数の金属板をクランプさせる駆動部３１と、第１電極部１０と第２電極部２０との間で通電させる通電部３２とが設けられる。本実施形態では、第２電極部２０が２つの電極２１，２２で構成され、第１電極部１０と第２電極部２０とを上下方向に対向させている。

第１電極部１０は、電極１１を支持する支持部１２を介して、本体部３０に取り付けられる。電極１１の下端には、球面部１１ａが設けられる。第２電極部２０は、電極２１，２２を平行に並べた状態で支持する支持部２３を介して、本体部３０に取り付けられる。電極２１，２２の上端には、球面部２１ａ、２２ａが設けられる。第２電極部２０の電極２１，２２は、第１電極部１０の電極１１に対して等距離となるように配置される。図示例では、第１電極部１０の電極１１の軸心Ｌ₁が、第２電極部２０の電極２１，２２の間に配され、詳しくは、電極１１の軸心Ｌ₁が、電極２１，２２の軸心Ｌ₂間の水平方向中央部に配される。すなわち、軸心Ｌ₁及びＬ₂は、同一平面内で平行且つ等間隔に配される。

駆動部３１は、例えばシリンダで構成され、第１電極部１０と第２電極部２０とを接近・離反させるものである。本実施形態では、第２電極部２０を固定すると共に、第１電極部１０が駆動部３１で昇降可能とされる。

通電部３２は、第１電極部１０と第２電極部２０とで重ね合わせた複数の金属板Ｗをクランプした状態で、第１電極部１０と第２電極部２０との間で通電させるものである。通電部３２は、通電量や通電時間、あるいは通電パターンを制御部（図示省略）で制御することができ、例えば多段通電で通電することができる。

第１電極部１０と第２電極部２０との間に複数の金属板Ｗを水平に配置し、駆動部３１により第１電極部１０を降下させると、図２に示すように、複数の金属板Ｗが第１電極部１０と第２電極部２０とで上下からクランプされる。このとき、第１電極部１０による下向き押し付ける力を、第２電極部２０により支持している。この状態で、通電部３２により、第１電極部１０の電極１１と第２電極部２０の電極２１，２２との間で通電すると、電極１１と電極２１，２２との間に複数の通電経路が形成される。図示例では、第１電極部１０の電極１１から真下に流れて下側の金属板Ｗ₂に至る第１通電経路Ｉ₁と、第１電極部１０の電極１１と第２電極部２０の各電極２１，２２とを最短で結ぶ第２通電経路Ｉ₂とが形成される。これにより、図２及び図３に示すように、重ね合わせた複数の金属板Ｗに、第１通電経路Ｉ₁による接合部Ｐ₁と、第２通電経路Ｉ₂による接合部Ｐ₂とが形成される。このように、通電部３２による１回の通電により、複数の接合部Ｐ₁，Ｐ₂が同時に形成される。尚、図３において、Ｔ₁は第１電極部１０の電極１１と上側の金属板Ｗ₁との当接部であり、Ｔ₂は第２電極部２０の電極２１，２２と下側の金属板Ｗ₂との当接部である。

上記のスポット溶接装置１によれば、通電経路を複数に分岐させて、１回の通電により複数の接合部Ｐ₁，Ｐ₂を同時に形成することができる。これにより、例えば一対の電極でスポット溶接を行う場合と比べて、１回の通電により形成される接合部の面積（接合部Ｐ₁，Ｐ₂の合計面積）を大きくすることができる。また、通電経路を複数に分岐させることで、各通電経路Ｉ₁，Ｉ₂の通電量が抑えられ、過剰な抵抗発熱を回避し、接合部Ｐ₁，Ｐ₂が上下方向に成長して金属板Ｗ₁，Ｗ₂と電極１１，２１，及び２２とが溶着する事態を防止できる。尚、接合部Ｐ１，Ｐ２は、ナゲットによるものであっても良いし、金属板Ｗ₁，Ｗ₂同士の固相接合によるものであっても良い。

また、駆動部３１による第１電極部１０の電極１１の加圧力を小さくして、金属板Ｗ₁，Ｗ₂同士の接触面積を縮小した場合でも、上記のように通電経路を複数に分岐させることで各通電経路Ｉ₁，Ｉ₂の通電量が抑えられ、過剰な抵抗発熱による金属板Ｗ₁，Ｗ₂と電極１１，２１，及び２２との溶着を防止できる。このように、駆動部３１による電極１１の加圧力を小さくすることで、駆動部３１を小型化することができると共に、加圧力を支持する支持部１２の強度も低減させることができる。これにより、スポット溶接装置１の小型化が図られると共に、装置の簡略化による低コスト化が図られる。

さらに、図２に示すように、第２電極部２０の電極２１，２２の間に、第１電極部１０の電極１１の軸心を配置することで、図３に示すように、電極１１，２１，及び２２を並べた方向（図中左右方向）に沿って接合部Ｐ１及びＰ２を一直線上に並べて配置することができる。これにより、図示のような重ね合わせた複数の金属板Ｗの幅狭領域（例えばサイドメンバのフランジ部）を接合する場合でも、幅狭領域の長手方向に沿って電極１１，２１，及び２２を並べることで、接合部の面積を拡大して接合強度の向上を図りつつ、複数の金属板Ｗの幅狭領域から接合部がはみ出てチリが発生する事態を防止できる。

本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、接合部Ｐ₁，Ｐ₂が分散して形成される場合を示したが、これに限らず、通電部３２による通電量や通電パターン、あるいは駆動部３１による電極の加圧力を調整することにより、図４に示すように複数の通電経路Ｉ₁，Ｉ₂による接合部を一体化させ、略楕円形状の接合部Ｐ₃を形成することもできる。

また、上記の実施形態では、第２電極部２０を２つの電極２１，２２で構成した場合を示したが、これに限らず、３本以上の電極で第２電極部２０を構成することもできる。例えば３本の電極を正三角形状に配置すると共に、各電極と等距離となる位置に第１電極部１０の電極１１を配置した場合、図５に示すように、第２電極部２０の３つの電極と上側の金属板Ｗ₂との当接部Ｔ₂が正三角形状に配置され、この正三角形の重心に、第１電極部１０の電極１１と金属板Ｗ₁との当接部Ｔ₁が配置される。この状態で通電すると、第１電極部１０の電極１１の直下に接合部Ｐ₁が形成されると同時に、第１電極部１０の電極１１と第２電極部２０の各電極との最短経路上に接合部Ｐ₂が形成される。このように、第２電極部２０を３本（あるいはそれ以上）の電極で構成することで、接合部の面積をさらに拡大することができる。

１ スポット溶接装置
１０ 第１電極部
１１ 電極
１２ 支持部
２０ 第２電極部
２１，２２ 電極
２３ 支持部
３０ 本体部
３１ 駆動部
３２ 通電部
１１０，１２０ 電極
Ｉ₁，Ｉ₂ 通電経路
Ｌ₁ 第１電極部の電極の軸心
Ｌ₂ 第２電極部の電極の軸心
Ｐ₁，Ｐ₂ 接合部
Ｔ₁，Ｔ₂ 当接部
Ｗ 重ね合わせた複数の金属板
Ｗ₁ 上側の金属板
Ｗ₂ 下側の金属板

Claims (2)

1. １つの電極からなる第１電極部と、前記１つの電極から等距離に配された複数の電極からなる第２電極部と、重ね合わせた複数の金属板を第１電極部及び第２電極部でクランプさせる駆動部と、第１電極部と第２電極部との間を通電させる通電部とを備えたスポット溶接装置。
2. 第２電極部を２つの電極で構成し、該２つの電極の間に第１電極部の電極の軸心を配置した請求項１のスポット溶接装置。

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