JP2020049513A - インダイレクトスポット溶接装置及び溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化に資するとともに、溶接作業の効率を向上させることが可能なインダイレクトスポット溶接装置及び溶接方法を提供する。【解決手段】インダイレクトスポット溶接装置１は、溶接対象物である板状部材Ｍ１，Ｍ２の積層方向一方側の面に加圧接触される溶接電極１３と、板状部材Ｍ１，Ｍ２の前記積層方向一方側の面に、溶接電極１３の軸心Ｌ２からずれた位置に加圧接触されるアース電極１１と、アース電極１１と同軸上に、アース電極１１との間で板状部材Ｍ１，Ｍ２の少なくとも一部を挟持するように対向配置された対向部材１２とを備え、溶接電極１３は、アース電極１１の軸心Ｌ１方向と平行な軸心Ｌ２方向に移動可能に、アース電極１１に一体化されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本開示は、インダイレクトスポット溶接装置及び溶接方法に関するものである。

従来より、例えば図１０に示すような、溶接電極１０３及びアース電極１０１を同軸上に対向配置させ、溶接対象部材Ｍ１０１，Ｍ１０２の溶接対象個所をこれら両電極１０１，１０３で挟持した状態で、符号Ｃ１０１で示すように通電し、溶接を行うダイレクトスポット溶接が知られている。しかしながら、溶接対象部材の片側に他の部材が配置されている場合や、スペース上の制約がある場合等には、例えば図１１に示すような、溶接電極１０３及びアース電極１０１の位置をずらした状態で両電極を溶接対象部材Ｍ１０１，Ｍ１０２に加圧接触させて符号Ｃ１０２で示すように通電し、溶接を行うインダイレクトスポット溶接が行われている。

例えば、特許文献１には、インダイレクトスポット溶接において、アース電極との間で溶接対象の板状部材を挟持するための挟持部材を設け、アース電極と板状部材との十分な接触を確保し、アース電極と板状部材との当接部位の周辺の溶着や電食を抑制する技術が開示されている。

特開２０１６−５９９３７号公報

ところで、特許文献１に開示された技術では、特許文献１の図１に記載されているように、アース電極と挟持部材とは一体化されたＣ型部材である一方、溶接電極は当該Ｃ型部材とは別部材として構成されている。そうすると、アース電極と溶接電極との電極間距離が長くなるため、装置が大型化し、狭い個所における溶接作業が困難であるという問題や、溶接時の無効電流が増加し、溶接作業の効率を向上させることが困難であるという問題があった。

そこで本開示では、装置の小型化に資するとともに、溶接作業の効率を向上させることが可能なインダイレクトスポット溶接装置及び溶接方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本開示では、溶接電極をアース電極と一体構造とするようにした。

すなわち、ここに開示する第１の技術に係るインダイレクトスポット溶接装置は、溶接対象物である複数の板状部材の積層方向一方側の面に加圧接触される溶接電極と、前記複数の板状部材の前記積層方向一方側の面又は積層方向他方側の面に、前記溶接電極の軸心からずれた位置に加圧接触されるアース電極と、前記アース電極と同軸上に、該アース電極との間で前記複数の板状部材の少なくとも一部を挟持するように対向配置された対向部材とを備え、前記溶接電極は、前記アース電極の軸心方向と平行な方向に移動可能に、該アース電極に一体化されていることを特徴とする。

本技術によれば、溶接電極をアース電極と一体化させたから、溶接電極とアース電極との電極間距離を短縮化することができる。そうすると、電路を短くすることができ、溶接時の無効電流を抑制して効率的に発熱させることが可能となるため、溶接に要する通電時間を短縮化し、溶接作業の効率性を向上させることができる。また、作業スペースが限られた狭い溶接対象個所における溶接作業にも対応することができる。

第２の技術は、第１の技術において、前記アース電極と前記対向部材とは、一体化されていることを特徴とする。

本技術によれば、アース電極及び対向部材による複数の板状部材の挟持が容易となる。また、アース電極、対向部材及び溶接電極の三者が一体化されているから、装置のコンパクト化に資することができる。

第３の技術は、第１又は第２の技術において、前記アース電極は、該アース電極に配設されたアース電極駆動手段により前記複数の板状部材の積層方向に移動可能に構成されており、前記溶接電極は、該溶接電極に配設された溶接電極駆動手段により、前記アース電極の移動と独立して、前記複数の板状部材の積層方向に移動可能に構成されていることを特徴とする。

本技術によれば、アース電極と溶接電極とは、互いに独立して移動可能であるから、アース電極に対する溶接電極の相対的な位置を高精度で維持可能である。言い換えると、溶接電極の加圧機構とアース電極の加圧機構とは独立しているから、溶接品質を好適に得るために必要な加圧力を加圧機構毎に設定可能である。従って、アース電極を高加圧力で溶接対象物に接触させてアース電極及び対向部材による溶接対象物の挟持を確実にする一方、溶接電極は低加圧力で溶接対象物に接触させることができる。そうして、溶接電極の加圧接触や発熱に伴う溶接対象物の変形を抑制したり、通電に伴う溶接対象個所の過度の溶着等を抑制することができ、優れた溶接品質を再現性よくもたらすことができる。また、溶接工程の簡略化及び低コスト化をもたらすことができる。

第４の技術は、第１乃至第３の技術のいずれか一において、前記溶接電極と前記アース電極とに接続された電源装置を備え、前記対向部材は、前記電源装置に対し絶縁されていることを特徴とする。

本技術によれば、電路を溶接電極とアース電極の二極間に制限することにより、効率的な溶接が可能となる。

第５の技術は、第１乃至第４の技術のいずれか一において、前記複数の板状部材は、溶接対象個所に形成された接触部を介して互いに接触していることを特徴とする。

本技術によれば、複数の板状部材の所望の溶接対象個所に形成された接触部を介して、互いに接触させる構成とすることで、通電時に、電路が接触部内に制限される。そうすると、通電により接触部が融解することにより、接触部において、溶接の起点が形成され、効率的且つ迅速な溶接が可能となる。

第６の技術は、第５の技術において、前記複数の板状部材は、２枚の板状部材であり、前記接触部は、前記２枚の板状部材における互いに対向配置された面の一方に、対向する他方に向かって凸状に形成された凸部であることを特徴とする。

本技術によれば、板状部材に形成された凸部を接触部とすることで、簡便な構成で、電路を制限することができ、効率的に溶接を行うことができる。

ここに開示する第７の技術に係るインダイレクトスポット溶接方法は、アース電極と、該アース電極と同軸上に対向配置された対向部材との間で溶接対象物である複数の板状部材の少なくとも一部を挟持させる挟持工程と、前記複数の板状部材の積層方向一方側の面又は積層方向他方側の面に、前記アース電極の軸心からずれた位置に溶接電極を加圧接触させる加圧接触工程とを備え、前記溶接電極は、前記アース電極の軸心方向と平行な方向に移動可能に、該アース電極に一体化されており、前記溶接電極と前記アース電極との電極間距離は、３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることを特徴とする。

本技術によれば、溶接電極とアース電極とは一体化されているから、溶接電極とアース電極との電極間距離を所定範囲まで短縮化することができる。そうすると、電路を短くすることができ、溶接時の無効電流を抑制して効率的に発熱させることが可能となるため、溶接に要する通電時間を短縮化し、溶接作業の効率性を向上させることができる。また、作業スペースが限られた狭い溶接対象個所における溶接作業にも対応することができる。

第８の技術は、第７の技術において、前記溶接電極の加圧力は、前記アース電極の加圧力よりも小さいことを特徴とする。

本技術によれば、アース電極を高加圧力で溶接対象物に接触させてアース電極及び対向部材による溶接対象物の挟持を確実にする一方、溶接電極は低加圧力で溶接対象物に接触させることができる。そうして、溶接電極の加圧接触や発熱に伴う溶接対象物の変形を抑制したり、通電に伴う溶接対象個所の過度の溶着等を抑制することができ、優れた溶接品質を再現性よくもたらすことができる。

第９の技術は、第７又は第８の技術において、前記複数の板状部材は、溶接対象個所に形成された接触部を介して互いに接触していることを特徴とする。

本技術によれば、複数の板状部材の所望の溶接対象個所に形成された接触部を介して、互いに接触させる構成とすることで、通電時に、電路が接触部内に制限される。そうすると、通電により接触部が融解することにより、接触部において、溶接の起点が形成され、効率的且つ迅速な溶接が可能となる。

第１０の技術は、第９の技術において、前記複数の板状部材は、２枚の板状部材であり、前記接触部は、前記２枚の板状部材における互いに対向配置された面の一方に、対向する他方に向かって凸状に形成された凸部であることを特徴とする。

本技術によれば、板状部材に形成された凸部を接触部とすることで、簡便な構成で、電路を制限することができ、効率的に溶接を行うことができる。

以上述べたように、本開示によると、溶接電極をアース電極と一体化させたから、溶接電極とアース電極との電極間距離を短縮化することができる。そうすると、電路を短くすることができ、溶接時の無効電流を抑制して効率的に発熱させることが可能となるため、溶接に要する通電時間を短縮化し、溶接作業の効率性を向上させることができる。また、作業スペースが限られた狭い溶接対象個所における溶接作業にも対応することができる。

実施形態１に係るインダイレクトスポット溶接装置を模式的に示す図である。 図１のインダイレクトスポット溶接装置において、溶接電極を板状部材に近づけた状態を示す図である。 溶接対象物の一例を説明するための図である。 図１のインダイレクトスポット溶接装置において、通電時における板状部材近傍を模式的に示す図である。 実施形態１に係るインダイレクトスポット溶接方法の工程を説明するためのフローチャートである。 溶接電極を板状部材に加圧接触させ且つ通電前の状態の溶接電極と板状部材との接触位置近傍を模式的に示す断面図である。 図６Ａにおいて、通電を開始した直後の状態を示す図である。 図６Ａにおいて、通電を開始してから所定時間経過後の十分な溶接が進んだ状態を示す図である。 図６Ａにおいて、通電を開始してから所定時間経過後さらに時間が経過して過度の溶接が進んだ状態を示す図である。 実施形態２に係るインダイレクトスポット溶接装置の構成を説明するための模式図である。 図７の装置を用いて溶接を行う様子を説明するための模式図である。 溶接時間に対する溶接電極先端面の位置の変化及び接触抵抗値の変化を示す図である。 従来のダイレクトスポット溶接の原理を説明するための図である。 従来のインダイレクトスポット溶接の原理を説明するための図である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（実施形態１）
＜インダイレクトスポット溶接装置＞
実施形態１に係るインダイレクトスポット溶接装置１は、図１〜図４に示すように、アース電極１１と、対向部材１２と、溶接電極１３とを備えている。そして、アース電極１１及び溶接電極１３と、対向部材１２との間には、溶接対象物としての２枚の板状部材Ｍ１，Ｍ２（複数の板状部材）と、追加の部材Ｍ３（複数の板状部材）とが配置されている。本実施形態において、溶接電極１３は、板状部材Ｍ１に加圧接触され、アース電極１１は、板状部材Ｍ２に加圧接触される。また、アース電極１１と対向部材１２との間には板状部材Ｍ２と追加の部材Ｍ３が挟持される。なお、溶接対象物は、２枚以上の板状部材Ｍ１，Ｍ２を備えていればよく、追加の部材Ｍ３が存在しない場合もあり得る。

なお、インダイレクトスポット溶接装置１は、図１，図２，図４に示すように、溶接電極１３とアース電極１１とに電気的に接続された電源装置１５を備えている。電源装置１５は、例えば溶接電極１３とアース電極１１とを接続する電気回路、当該電気回路に接続された交流電源、変圧器、及び両電極間に流れる電流量を制御する制御部等により構成されている。なお、電源装置１５の物理的な配置は、図１，図２のものに限られるものではなく、インダイレクトスポット溶接装置１の構成に応じて適宜変更することができる。

電源装置１５によって溶接電極１３及びアース電極１１間に電流を流すことにより、溶接電極１３の溶接電極先端面１３ａから板状部材Ｍ１、板状部材Ｍ１，Ｍ２の接触点Ｍ１５、及び板状部材Ｍ２を通って、アース電極１１のアース電極先端面１１ａに到達する電路Ｃ１が形成され、接触点Ｍ１５においてナゲットが形成されて板状部材Ｍ１，Ｍ２が溶接される。

−板状部材−
板状部材Ｍ１，Ｍ２は、スポット溶接により互いに接合され得る２枚以上の板材である。板状部材Ｍ１，Ｍ２は、通電且つ一般的にスポット溶接可能な金属製板材であればいかなるものも用いることができるが、例えば、鉄、鋼、アルミニウム及びこれらの合金等や表面メッキ処理された金属製板材である。板状部材Ｍ１，Ｍ２は、具体的には例えば、フロントパネル、フロアパネル、リアパネル、サイドシル、トンネルレイン、クロスメンバ、フレーム、アウターパネル等の互いに接合され得る車両部品等である。

なお、特に、図１〜図４に示すように、溶接対象物において、板状部材Ｍ２の板状部材Ｍ１が存在する側と反対側に追加の部材Ｍ３（複数の板状部材）等が存在している場合がある。具体的には例えば、板状部材Ｍ１がアウターパネル、板状部材Ｍ２がレインパネル、追加の部材Ｍ３がインナーパネル等のように、互いに３つ以上の部材が重なる溶接対象物等である。このような３つ以上の部材が重なる溶接対象物は、例えば図１等に示すように、追加の部材Ｍ３が例えば断面ハット状の部材や嵩高い部材等である場合や、例えば図３に示すように、板状部材Ｍ２が断面ハット状の部材や嵩高い部材等である場合が考えられる。このような部位では、追加の部材Ｍ３の存在が邪魔となり、一般的なダイレクトスポット溶接では板状部材Ｍ１，Ｍ２を互いに接合させることは困難である。従って、３つ以上の部材が重なる溶接対象物においては、本実施形態に係るインダイレクトスポット溶接により溶接を行うことが好適である。なお、例えば板状部材Ｍ１と板状部材Ｍ２、あるいは板状部材Ｍ２と追加の部材Ｍ３は、本実施形態に係るインダイレクトスポット溶接方法により溶接を行う溶接対象個所から離間した位置において、例えばスポット溶接を含む各種溶接工法、接着剤、リベット等により接合されていてもよいし、接合されていなくてもよい。

板状部材Ｍ１の厚さは、その材質にもよるが、例えば０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下のものを用いることができる。また、板状部材Ｍ２の厚さは、その材質にもよるが、例えば１ｍｍ以上３ｍｍ以下のものを用いることができる。追加の部材Ｍ３の形状、サイズ等は、特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜決定される。

−凸部−
図４に示すように、板状部材Ｍ１の板状部材Ｍ２と対向する側の溶接対象個所には、後述するように、通電時におけるナゲット形成を促進させる観点から、凸部Ｍ１１（接触部）が形成されている。言い換えると、凸部Ｍ１１は、板状部材Ｍ１，Ｍ２における互いに対向配置された面の一方である板状部材Ｍ１の面に、対向する他方である板状部材Ｍ２の面に向かって凸状に形成されている。そして、板状部材Ｍ１，Ｍ２は、凸部Ｍ１１の接触点Ｍ１５を介して互いに接触している。接触点Ｍ１５は、溶接対象個所である。

本構成によれば、板状部材Ｍ１，Ｍ２の所望の溶接対象個所に形成された凸部Ｍ１１を介して、互いに接触させる構成とすることで、通電時に、電路が凸部Ｍ１１内に制限される。そうすると、通電により凸部Ｍ１１が融解することにより、凸部Ｍ１１において、溶接の起点であるナゲットの形成が促進され、効率的且つ迅速な溶接が可能となる。また、本構成は、板状部材Ｍ１の溶接対象個所に凸部Ｍ１１を形成するだけであるから、簡便な構成で、電路を制限することができ、効率的に溶接を行うことができる。

凸部Ｍ１１のサイズは、特に限定されるものではないが、ナゲット形成を促進させ、溶接時間を短縮化させる観点から、図３に示すように、例えば凸部Ｍ１１の最大径ｄが１ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。なお、図１〜図４では、板状部材Ｍ１，Ｍ２は、凸部Ｍ１１の接触点Ｍ１５のみで互いに接触しているように記載しているが、図１〜図４の記載は模式的なものであり、板状部材Ｍ１，Ｍ２の互いの対向面のうち接触点Ｍ１５以外の部分においても互いに接触していてもよい。

凸部Ｍ１１の形成方法は、特に限定されるものではないが、プレス成形や、ポンチ打ち等により形成することができる。また、凸部Ｍ１１は、板状部材Ｍ１に形成されているが、板状部材Ｍ２に形成されていてもよい。

−アース電極及び対向部材−
アース電極１１は、溶接電極１３との間で通電を行うための電極である。また、対向部材１２は、アース電極１１との間で板状部材Ｍ１，Ｍ２の少なくとも一方を挟持するための部材である。本実施形態では、図１〜図４に示すように、アース電極１１と対向部材１２との間には、板状部材Ｍ２と追加の部材Ｍ３とが挟持される。

図１に示すように、アース電極１１は、板状部材Ｍ１，Ｍ２の積層方向Ｑ１一方側の面、すなわち、板状部材Ｍ２の板状部材Ｍ１が存在する側に配置されている。

インダイレクトスポット溶接装置１は、図１，図２に示すように、略円柱状の対向部材１２が配設された基台２ａと、該基台２ａに接続された支持部２ｃと、該支持部２ｃの先端に配設されたアース電極駆動手段２ｂと、該アース電極駆動手段２ｂの先端に接続された略円柱状のアース電極用ガン１１ｂと、アース電極用ガン１１ｂの先端に配設された略円柱状のアース電極１１とを備えている。言い換えると、アース電極１１及び対向部材１２は、基台２ａと、支持部２ｃと、アース電極駆動手段２ｂと、アース電極用ガン１１ｂとからなるＣ型ガンにより一体化されている。アース電極用ガン１１ｂ及びアース電極１１の中心軸は、軸心Ｌ１である。対向部材１２は、アース電極１１に対して、当該軸心Ｌ１と同軸上に対向配置されている。なお、軸心Ｌ１方向は、板状部材Ｍ１，Ｍ２の積層方向Ｑ１と平行である。また、アース電極駆動手段２ｂは、特に限定されるものではないが、例えばエアシリンダによる駆動機構や、モータ駆動によるボールネジ機構、ロボットアーム等を採用することができる。

アース電極用ガン１１ｂは、アース電極駆動手段２ｂの動作に伴って板状部材Ｍ１，Ｍ２の積層方向Ｑ１、すなわち図１，図２中矢印Ｇ１で示すように軸心Ｌ１方向に移動する。そして、アース電極用ガン１１ｂの移動に伴って、アース電極１１も、軸心Ｌ１方向に移動可能に構成されている。アース電極１１は、アース電極駆動手段２ｂの動作に伴って、図１，図２の矢印Ｇ１に示すように、上側から下側に下降し、板状部材Ｍ２の表面に加圧接触される。そうして、板状部材Ｍ２及び追加の部材Ｍ３は、アース電極１１と対向部材１２との間で挟持される。

図４に示すように、アース電極１１は、アース電極先端面１１ａにおいて板状部材Ｍ２に加圧接触する。なお、アース電極先端面１１ａの形状は、軸心Ｌ１を中心とする円形であるが（図７参照）、十分な通電量を確保することができれば当該形状に限定されるものではなく、例えば軸心Ｌ１を中心とする楕円形、矩形等の形状であってもよい。アース電極先端面１１ａの最大径Ｒ１は、十分な通電量を確保する観点から、例えば５ｍｍ以上１６ｍｍ以下とすることができる。

また、対向部材１２は、対向部材先端面１２ａにおいて追加の部材Ｍ３に接触する。対向部材先端面１２ａの形状も、特に限定されるものではないが、アース電極１１との間で確実に板状部材Ｍ２及び追加の部材Ｍ３を挟持する観点から、アース電極先端面１１ａの中心と同一中心を有する円形、楕円形、矩形等の形状とすることができる。対向部材先端面１２ａの最大径Ｒ２は、アース電極１１との間で確実に板状部材Ｍ２及び追加の部材Ｍ３を挟持する観点から、例えば３ｍｍ以上８ｍｍ以下とすることができる。なお、対向部材先端面１２ａの最大径Ｒ２は、アース電極先端面１１ａの最大径Ｒ１よりも小さいことが望ましい。これにより、アース電極先端面１１ａと対向部材先端面１２ａとにより板状部材Ｍ２及び追加の部材Ｍ３を挟持したときの滑りを抑制することができる。

なお、対向部材１２は、溶接電極１３およびアース電極１１が接続されている電源装置１５に対して絶縁されている。具体的には、対向部材１２及び／又は対向部材１２が接続される基台２ａは、ゴム材やベーク等の絶縁性材料により形成又は被覆されている。これにより、通電時の電路を溶接電極１３とアース電極１１の二極間に制限でき、効率的な溶接が可能となる。

アース電極１１の加圧力は、板状部材Ｍ２との十分な接触を確保するとともに対向部材１２との間で確実に板状部材Ｍ２及び追加の部材Ｍ３を挟持する観点から、例えば１．５ｋＮ以上６ｋＮ以下とすることができる。

−溶接電極−
溶接電極１３は、アース電極１１との間で通電を行い、溶接対象個所に溶接を行うための電極である。溶接電極１３は、板状部材Ｍ１，Ｍ２の積層方向Ｑ１一方側の面、すなわち板状部材Ｍ１の板状部材Ｍ２が配置されていない側の表面に加圧接触される。

ここに、本実施形態に係るインダイレクトスポット溶接装置１は、溶接電極１３をアース電極１１と一体構造とするようにしたことを特徴とする。

具体的に、アース電極用ガン１１ｂには、接続部４を介して、略円柱状の溶接電極用ガン１３ｂが付設されている。そして、略円柱状の溶接電極１３は、溶接電極用ガン１３ｂの先端に配設されている。なお、溶接電極１３及び溶接電極用ガン１３ｂの中心軸は、軸心Ｌ２である。軸心Ｌ２は、アース電極１１及びアース電極用ガン１１ｂの軸心Ｌ１と平行であり、軸心Ｌ１からずれた位置にある。言い換えると、アース電極１１は、溶接電極１３の軸心Ｌ２からずれた位置に配置されている。

溶接電極用ガン１３ｂの溶接電極１３が配置された側と反対側には、溶接電極駆動手段３が配設されている。当該溶接電極駆動手段３により、溶接電極用ガン１３ｂは、アース電極用ガン１１ｂの移動とは独立して、図１，図２中矢印Ｇ２で示すように、軸心Ｌ２方向に上下動するように駆動される。すなわち、溶接電極１３は、アース電極１１の移動と独立して、アース電極１１の軸心Ｌ１と平行な軸心Ｌ２方向に移動可能に構成されている。本構成とすることにより、溶接電極１３をアース電極１１と一体化させたから、アース電極１１に対して、溶接電極１３の軸心Ｌ２方向の相対的な位置を高精度で維持可能である。そうすると、溶接電極１３の加圧力を高精度でコントロールすることができる。なお、溶接電極１３は、アース電極１１と独立して加圧できるため、溶接電極１３をアース電極１１よりも低加圧力で正確に板状部材Ｍ１に加圧接触させることができる。そうして、板状部材Ｍ１，Ｍ２の変形を抑制しつつ、溶接電極１３の接触抵抗を安定的にコントロールして、優れた溶接品質を再現性よくもたらすことができる。なお、溶接電極駆動手段３としては、例えばエアシリンダによる駆動機構や、モータ駆動によるボールネジ機構等を採用することができる。

また、溶接電極用ガン１３ｂをアース電極用ガン１１ｂと一体化することにより、アース電極１１と溶接電極１３との電極間距離を短縮化することができる。具体的に、アース電極先端面１１ａの中心と溶接電極先端面１３ａの中心との距離、すなわち軸心Ｌ１と軸心Ｌ２との最短距離は、電路を短縮し通電量及び溶接時間を低減させて効率的な溶接を可能とする観点から、例えば３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下とすることができる。本構成とすることで、電路Ｃ１を短くすることができ、溶接に要する通電時間を短縮化することができる。そうして、溶接電極１３、アース電極１１、及び対向部材１２の加圧接触に伴う板状部材Ｍ１，Ｍ２及び追加の部材Ｍ３の変形を抑制したり、通電に伴う溶接対象個所の過度の溶着等を抑制することができる。また、溶接工程のコスト削減及び簡略化をもたらすことができる。

溶接電極１３は、図４に示すように、溶接電極先端面１３ａにおいて板状部材Ｍ１に加圧接触する。溶接電極先端面１３ａの形状は、軸心Ｌ２を中心とする円形であるが（図７参照）、十分な通電量を確保することができれば当該形状に限定されるものではなく、例えば軸心Ｌ２を中心とする楕円形、矩形等の形状としてもよい。溶接電極先端面１３ａの最大径Ｒ３は、十分な通電量を確保しつつ電路を絞る観点から、例えば３ｍｍ以上１６ｍｍ以下とすることができる。

また、溶接電極１３の加圧力は、板状部材Ｍ１との十分な接触を確保しつつ板状部材Ｍ１の損傷を抑える観点から、例えば０．４ｋＮ以上２．０ｋＮ以下とすることができる。なお、溶接電極１３の加圧力は、アース電極１１の加圧力よりも小さいことが望ましい。本構成によれば、アース電極１１を高加圧力で溶接対象物に接触させてアース電極１１及び対向部材１２による溶接対象物の挟持を確実にする一方、溶接電極１３は低加圧力で溶接対象物に接触させることができる。そうして、溶接電極１３の加圧接触や発熱に伴う溶接対象物の変形を抑制したり、通電に伴う溶接対象個所の過度の溶着等を抑制することができ、優れた溶接品質を再現性よくもたらすことができる。

＜インダイレクトスポット溶接方法＞
本実施形態に係るインダイレクトスポット溶接方法は、図５に示すように、挟持工程Ｓ１と、加圧接触工程Ｓ２と、通電工程Ｓ３とを備えている。

−挟持工程−
まず挟持工程Ｓ１において、板状部材Ｍ１，Ｍ２及び追加の部材Ｍ３からなる溶接対象物の少なくとも一部をアース電極１１及び対向部材１２により挟持する。

具体的には、アース電極１１と対向部材１２とを十分に離間させた状態で、対向部材１２の対向部材先端面１２ａ上に板状部材Ｍ１，Ｍ２及び追加の部材Ｍ３からなる溶接対象物の一部を載置する。そして、アース電極駆動手段２ｂの動作により、軸心Ｌ１方向上側からアース電極１１を下降させ、アース電極先端面１１ａを溶接対象物に加圧接触させて溶接対象物をアース電極１１及び対向部材１２により挟持する。こうして、板状部材Ｍ２の板状部材Ｍ１が配置されている側の面に、溶接電極１３の軸心Ｌ２からずれた位置にアース電極１１が加圧接触される。

−加圧接触工程−
次に、加圧接触工程Ｓ２において、溶接電極駆動手段３を駆動させて、溶接電極１３を上側から下降させ、板状部材Ｍ１の板状部材Ｍ２が配置されていない側に溶接電極１３を加圧接触させる。このとき、溶接電極１３をアース電極１１の軸心Ｌ１と平行な方向、すなわち軸心Ｌ２方向に移動させつつ、溶接電極１３の加圧力を調整することにより、溶接電極１３を低加圧力で溶接対象物の板状部材Ｍ１に加圧接触させることができる。

−通電工程−
溶接電極１３を板状部材Ｍ１に加圧接触させた状態で、電源装置１５により、溶接電極１３とアース電極１１との間に電圧を印加して通電する。

通電を開始すると、図６Ａに示す接触点Ｍ１５において板状部材Ｍ１，Ｍ２の融解が始まる。そして、図６Ｂに示すように、接触点Ｍ１５において、ナゲットＭ１２が形成される。ナゲットＭ１２は、図６Ｃに示すように、通電時間との経過とともに成長し、溶接が終了する。なお、図６Ｄに示すように、通電時間が長すぎたり、溶接電極１３の加圧力が大きすぎたりする等の理由によりナゲットＭ１２が成長しすぎると、板状部材Ｍ１，Ｍ２の変形の原因となる。なお、例えば６０Ｈｚの交流電源を用いた場合、通電時間は、十分なナゲット成長を確保しつつ板状部材Ｍ１，Ｍ２の変形等を抑制する観点から、例えば５サイクル以上３０サイクル以下とすることができる。

このように、電源装置１５の制御部により、溶接電極１３の適切な加圧力を保持しつつ、適切な電流量、溶接時間を調整し、板状部材Ｍ１，Ｍ２の溶接を完了する。

（実施形態２）
以下、本開示に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

溶接電極１３は、軸心Ｌ２方向の移動に加え、アース電極１１の軸心Ｌ１周りに回転可能に構成してもよい。具体的には例えば、図７に示すように、アース電極用ガン１１ｂ及びアース電極１１の軸心Ｌ１を中心として、軸心Ｌ１周りに溶接電極用ガン１３ｂ及び溶接電極１３を回転可能に構成してもよい。

本構成によれば、例えば溶接対象物において溶接対象個所周りのスペースが限られている場合であっても、溶接電極１３を軸心Ｌ１周りに回転して、溶接電極１３及びアース電極１１の打点位置を配置することにより、溶接が可能となる。具体的には例えば、図８の一点鎖線で示す板状部材Ｍ２ａのように、溶接対象物において溶接対象個所周りのスペースが限られている場合は、溶接電極１３の打点位置Ａ１とアース電極１１の打点位置Ａ２との打点間距離Ｄａが、溶接対象物の作業スペースの範囲内に収まらない場合がある。このような場合には、図７に示すように、溶接電極１３をアース電極１１の軸心Ｌ１周りに回転して、図８に示すように、アース電極１１の打点位置を符号Ａ２ａで示す位置に変更することにより、溶接を行うことができる。

（その他の実施形態）
実施形態１では、板状部材Ｍ１に凸部Ｍ１１を形成する構成であったが、凸部Ｍ１１を形成しない構成であってもよい。なお、電路Ｃ１を絞り、溶接に要する電流量を低下させる観点からは、実施形態１のように凸部Ｍ１１を形成する構成が望ましい。また、凸部Ｍ１１を形成する代わりに、金属片等の別部材を配置する構成としてもよい。さらに、別の手法として、溶接電極１３の溶接電極先端面１３ａの径を最小化して板状部材Ｍ１およびＭ２の通電密度を高めてもよい。

実施形態１においてアース電極１１は、板状部材Ｍ１，Ｍ２に対し、溶接電極１３と同じ側に配置されているが、積層方向Ｑ１他方側に配置されていてもよい。この場合、対向部材１２が溶接電極１３と同じ側に配置され得る。具体的には例えば、アース電極１１と対向部材１２とが互いに入れ替わった構成であってもよい。

実施形態１において、アース電極１１と対向部材１２との間には、板状部材Ｍ２及び追加の部材Ｍ３が挟持される構成であったが、アース電極１１と対向部材１２との間には、板状部材Ｍ１，Ｍ２の少なくともいずれか一方が挟持されていれば足りる。言い換えると、アース電極１１は、実施形態１の構成のように板状部材Ｍ２に加圧接触される構成であってもよいし、溶接電極１３が加圧接触される板状部材Ｍ１に加圧接触される構成であってもよい。

実施例として、以下の構成でインダイレクトスポット溶接を行ったときの結果を図９に示す。

すなわち、インダイレクトスポット溶接装置１は、円形のアース電極先端面１１ａ（最大径Ｒ１＝８ｍｍ）を有するアース電極１１、円形の対向部材先端面１２ａ（最大径Ｒ２＝５ｍｍ）を有する対向部材１２、円形の溶接電極先端面１３ａ（最大径Ｒ３＝５ｍｍ）を有する溶接電極１３を用い、アース電極１１及び溶接電極１３間距離、すなわち軸心Ｌ１及び軸心Ｌ２間の最短距離４５ｍｍの構成を有する装置である。なお、溶接電極駆動手段３はエアシリンダ機構であり、アース電極１１の加圧力４．５ｋＮ、溶接電極１３の加圧力１ｋＮであった。

また、溶接対象物は、図３に示す構成のものを用いた。具体的には、板状部材Ｍ１として厚さ０．７ｍｍの鋼板、板状部材Ｍ２として厚さ１．４ｍｍの断面略ハット状の超高張力鋼板、追加の部材Ｍ３として厚さ１．４ｍｍの超高張力鋼板を用いて溶接を行った。

なお、図９中破線Ｅ１で示す実施例１では、板状部材Ｍ１に凸部Ｍ１１を設けない構成とした。また、図９中実線Ｅ２で示す実施例２では、板状部材Ｍ１に、溶接対象個所にプレス成形により最大径ｄ＝５ｍｍの凸部Ｍ１１を形成した。

図９のうち、符号Ｄ１で示す実線は、溶接電極１３の溶接電極先端面１３ａの位置を示している。具体的に、溶接電極１３を板状部材Ｍ１に加圧接触させ、図９中（Ａ）で示す通電開始前の溶接電極先端面１３ａの位置を０とし、通電工程Ｓ３における溶接電極先端面１３ａの位置をプロットしたものである。なお、図９中（Ｅ）で示す溶接時間において、溶接電極先端面１３ａの位置は−１ｍｍであり、この（Ｅ）において、溶接電極１３を上昇させて、その加圧力を０としている。

図９の（Ｂ），（Ｃ）は、例えば図６Ｂ，図６Ｃに示すようなナゲットＭ１２が形成された段階である。なお、（Ｄ）は、例えば図６Ｄに示すように、ナゲットＭ１２が過度に成長し、板状部材Ｍ１，Ｍ２の変形が観察されている状態である。

図９中破線Ｅ１及び実線Ｅ２は、それぞれ実施例１及び実施例２のアース電極１１及び溶接電極１３間の抵抗値（相対値）を溶接時間に対してプロットしたものである。

実施例１，２において、いずれも（Ａ）から（Ｂ）にかけて、抵抗値が急激に低下し、ナゲットＭ１２の形成が促進されていることが判る。

なお、実施例１，２の抵抗値を比較すると、実施例２の方が実施例１のものに比べて抵抗値が高くなっている。これは、凸部Ｍ１１が形成されていない実施例１のものに比べて、凸部Ｍ１１が形成されている実施例２において、板状部材Ｍ１，Ｍ２間の接触面積が小さくなっているためと考えられる。そうすると、アース電極１１及び溶接電極１３間の印加電圧を同一とした場合、凸部Ｍ１１を形成した実施例２の方が、凸部Ｍ１１を形成していない実施例１に比べて、溶接に必要な電流量を低下させることができることが判る。

本開示は、装置の小型化に資するとともに、溶接作業の効率を向上させることが可能なインダイレクトスポット溶接装置及び溶接方法を提供することができるので、極めて有用である。

１ インダイレクトスポット溶接装置
２ａ 基台
２ｂ アース電極駆動手段
２ｃ 支持部
３ 溶接電極駆動手段
４ 接続部
１１ アース電極
１１ａ アース電極先端面
１１ｂ アース電極用ガン
１２ 対向部材
１２ａ 対向部材先端面
１３ 溶接電極
１３ａ 溶接電極先端面
１３ｂ 溶接電極用ガン
１５ 電源装置
Ｃ１ 電路
Ｌ１ （アース電極及びアース電極用ガンの）軸心
Ｌ２ （溶接電極及び溶接電極用ガンの）軸心
Ｍ１ 板状部材（複数の板状部材）
Ｍ１１ 凸部（接触部）
Ｍ１２ ナゲット
Ｍ１５ 接触点
Ｍ２ 板状部材（複数の板状部材）
Ｍ３ 追加の部材（複数の板状部材）
Ｓ１ 挟持工程
Ｓ２ 加圧接触工程
Ｓ３ 通電工程

Claims (10)

1. 溶接対象物である複数の板状部材の積層方向一方側の面に加圧接触される溶接電極と、
   前記複数の板状部材の前記積層方向一方側の面又は積層方向他方側の面に、前記溶接電極の軸心からずれた位置に加圧接触されるアース電極と、
   前記アース電極と同軸上に、該アース電極との間で前記複数の板状部材の少なくとも一部を挟持するように対向配置された対向部材とを備え、
   前記溶接電極は、前記アース電極の軸心方向と平行な方向に移動可能に、該アース電極に一体化されている
   ことを特徴とするインダイレクトスポット溶接装置。
2. 請求項１において、
   前記アース電極と前記対向部材とは、一体化されている
   ことを特徴とするインダイレクトスポット溶接装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記アース電極は、該アース電極に配設されたアース電極駆動手段により前記複数の板状部材の積層方向に移動可能に構成されており、
   前記溶接電極は、該溶接電極に配設された溶接電極駆動手段により、前記アース電極の移動と独立して、前記複数の板状部材の積層方向に移動可能に構成されている
   ことを特徴とするインダイレクトスポット溶接装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   前記溶接電極と前記アース電極とに接続された電源装置を備え、
   前記対向部材は、前記電源装置に対し絶縁されている
   ことを特徴とするインダイレクトスポット溶接装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
   前記複数の板状部材は、溶接対象個所に形成された接触部を介して互いに接触している
   ことを特徴とするインダイレクトスポット溶接装置。
6. 請求項５において、
   前記複数の板状部材は、２枚の板状部材であり、
   前記接触部は、前記２枚の板状部材における互いに対向配置された面の一方に、対向する他方に向かって凸状に形成された凸部である
   ことを特徴とするインダイレクトスポット溶接装置。
7. アース電極と、該アース電極と同軸上に対向配置された対向部材との間で溶接対象物である複数の板状部材の少なくとも一部を挟持させる挟持工程と、
   前記複数の板状部材の積層方向一方側の面又は積層方向他方側の面に、前記アース電極の軸心からずれた位置に溶接電極を加圧接触させる加圧接触工程とを備え、
   前記溶接電極は、前記アース電極の軸心方向と平行な方向に移動可能に、該アース電極に一体化されており、
   前記溶接電極と前記アース電極との電極間距離は、３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である
   ことを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
8. 請求項７において、
   前記溶接電極の加圧力は、前記アース電極の加圧力よりも小さい
   ことを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
9. 請求項７又は請求項８において、
   前記複数の板状部材は、溶接対象個所に形成された接触部を介して互いに接触している
   ことを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
10. 請求項９において、
    前記複数の板状部材は、２枚の板状部材であり、
    前記接触部は、前記２枚の板状部材における互いに対向配置された面の一方に、対向する他方に向かって凸状に形成された凸部である
    ことを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。

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