JP2023143127A - スポット溶接方法及びスポット溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】積層された４枚のパネルの接合強度を向上することができるスポット溶接方法及びスポット溶接装置を提供する。【解決手段】第１、第２、第３及び第４のパネル６１，６２，６３，６４の順に積層された被溶接物６０をスポット溶接する方法であって、前記第１のパネル６１と前記第２のパネル６２とをインダイレクトスポット溶接して、第１の溶接部７１を形成する工程と、前記第３のパネル６３と前記第４のパネル６４とをインダイレクトスポット溶接して、第２の溶接部７２を形成する工程と、前記第１の溶接部７１及び前記第２の溶接部７２を形成した後に、前記被溶接物６０をダイレクトスポット溶接して、前記第２のパネル６２と前記第３のパネル６３とが接合した第３の溶接部７３を形成する工程と、含む。【選択図】図２

Description

本発明は、電極間を通電することにより複数枚のパネルを溶接するスポット溶接方法及びスポット溶接装置に関する。

金属製パネルを溶接する方法として、積層された複数枚のパネルの間を大電流で通電し、発生する発熱によりパネル同士を溶接する抵抗溶接が知られている。

抵抗溶接の一つであるスポット溶接では、積層された複数枚のパネルを対向配置された一対の電極で挟持加圧して、各電極間を通電するダイレクトスポット溶接が多用されている。また、パネルの形状等により、複数枚のパネルを一対の電極で挟み込むことができない場合には、パネルの積層部を溶接電極で加圧し、積層部とは異なる部位にアース電極を当接して各電極間を通電するインダイレクトポット溶接が用いられている。

積層された４枚のパネルをスポット溶接する場合、ダイレクトスポット溶接では、一対の電極が接触していないパネルとの間で溶接不良が生じてしまう。溶接不良を回避するため、ダイレクトスポット溶接とインダイレクトスポット溶接とを併用して４枚のパネルを接合する技術が開発されている。

例えば、特許文献１に記載のスポット溶接方法では、まず、積層された３枚のパネルからなる構造体に、ダイレクトスポット溶接を実施し、構造体に第１の溶接点を形成する。その後、この構造体に１枚のパネルを積層し、この４枚目のパネルと構造体との間でインダイレクトスポット溶接を実施して第２の溶接点を形成する。第２の溶接点は、通電時の電流量を確保するために第１の溶接点と積層方向で重ならない位置に形成される。

特開２０２１－２３９４５号公報

上述したスポット溶接方法では、３枚のパネルが溶接された第１の溶接点と、４枚目のパネルが溶接された第２の溶接点とが、パネルの面方向にずれた位置に形成される。それ故、狭い範囲で溶接を複数箇所施して接合強度を上げることが困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、接合強度を向上することができるスポット溶接方法及びスポット溶接装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、第１のパネル、第２のパネル、第３のパネル及び第４のパネルの順に積層された被溶接物をスポット溶接する方法であって、前記第１のパネルと前記第２のパネルとをインダイレクトスポット溶接して、前記第１のパネルと前記第２のパネルとが接合した第１の溶接部を形成する第１のインダイレクト溶接工程と、前記第３のパネルと前記第４のパネルとをインダイレクトスポット溶接して、前記第３のパネルと前記第４のパネルとが接合した第２の溶接部を形成する第２のインダイレクト溶接工程と、前記第１の溶接部及び前記第２の溶接部を形成した後に、前記被溶接物をダイレクトスポット溶接して、前記第２のパネルと前記第３のパネルとが接合した第３の溶接部を形成するダイレクト溶接工程と、含むことを特徴とする。

また、本発明の一実施形態は、前記スポット溶接方法に用いられるスポット溶接装置であって、前記第１のパネルの外表面に加圧接触される第１の電極と、前記第１の電極の中心軸から外れた位置に配置され、前記第２のパネルの表面に加圧接触される第２の電極と、前記第２の電極と同軸上に対向配置され、前記第３のパネルに加圧接触される第３の電極と、前記第１の電極と同軸上に対向配置され、前記第４のパネルの外表面に加圧接触される第４の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極の間を通電状態と非通電状態とに切替え可能な第１の回路と、前記第３の電極と前記第４の電極の間を通電状態と非通電状態とに切替え可能な第２の回路と、前記第１の電極と前記第４の電極の間を通電状態と非通電状態とに切替え可能な第３の回路と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係るスポット溶接方法及びスポット溶接装置によれば、パネルの接合強度を向上することができる。

本発明の一実施形態であるスポット溶接装置の要部を模式的に示す図である。 スポット溶接装置の回路構成を示す図である。 スポット溶接装置の回路構成を示す図である。 スポット溶接装置の回路構成を示す図である。 スポット溶接装置の回路構成を示す図である。 本実施形態のスポット溶接方法により４枚のパネルを接合した状態を示す断面図である。 従来のスポット溶接方法により４枚のパネルを接合した状態を示す断面図である。 スポット溶接装置の回路構成を示す図であり、５枚のパネルをスポット溶接する方法を説明するための図である。

図１は、本発明の一実施形態であるスポット溶接装置１０の要部を模式的に示す図である。スポット溶接装置１０は、例えば、自動車等の車両の製造工程（例えば、車体を構成するパネルの接合等）で用いられる。スポット溶接装置１０は、少なくとも一部が重ね合わされた複数枚の金属製のパネルを溶接可能な装置であり、特に、積層された４枚のパネル６１，６２，６３，６４の接合に好適な装置である。

図２は、スポット溶接装置１０の回路構成を示す図であり、被溶接物６０である４枚のパネル６１，６２，６３，６４と、被溶接物６０に加圧接触されるスポット溶接装置１０の４つの電極５１，５２，５３，５４を示している。本実施形態では、スポット溶接が施される被溶接物６０の一例として、上から順に第１のパネル６１、第２のパネル６２、第３のパネル６３及び第４のパネル６４が重ねられた積層パネルを記載している。

図１及び図２に示すように、被溶接物６０は、４枚のパネル６１，６２，６３，６４が積層された接合領域６０ａを有するとともに、４枚のパネル６１，６２，６３，６４のうち、間の２枚のパネル６２，６３が積層された非接合領域６０ｂとを有している。スポット溶接装置１０の４つの電極５１，５２，５３，５４は、それぞれ、第１～第４のパネル６１，６２，６３，４のそれぞれに加圧接触される。本実施形態では、第１のパネル６１に接触する電極を第１の電極５１、第２のパネル６２に接触する電極を第２の電極５２、第３のパネル６３に接触する電極を第３の電極５３、第４のパネルに接触する電極を第４の電極５４、としている。第１の電極５１及び第４の電極５４、並びに、第２の電極５２及び第３の電極５３は、それぞれ、同軸上に対向配置される。

図２に示すように、本実施形態では、被溶接物６０の非接合領域６０ｂの第２のパネル６２と第３のパネル６３との間において、後述する一対の電極５２，５３に挟持される部位に絶縁材６８を配置している。絶縁材６８は、例えば、ゴム材料やウェルドボンド等とすることができ、薄厚に形成することができる。

次に、スポット溶接装置１０の各構成について説明する。図１に示すように、スポット溶接装置１０は、溶接電源１５を構成している一次側電源１２及び溶接トランス１４と、スイッチボックス１６と、スイッチ制御部１８と、第１の溶接ガン３０と、第２の溶接ガン４０と、を備える。第１の溶接ガン３０は、第１の電極５１及び第４の電極５４を備えており、第２の溶接ガン４０は、第２の電極５２及び第３の電極５３を備えている。スイッチボックス１６には、図２に示す第１のスイッチ２５と第２のスイッチ２６とが収容されている。第１のスイッチ２５は、溶接電源１５の正極側に接続され、第２のスイッチ２６は溶接電源１５の負極側に接続されている。

溶接トランス１４は、一次側電源１２からの電流をスポット溶接に適した大電流に変換して、スポット溶接ガン３０，４０に出力する。一次側電源１２と溶接トランス１４との間には、溶接電流制御装置１３が介在されており、この溶接電流制御装置１３によって、各電極５１，５２，５３，５４に供給される溶接電流値や通電時間が制御される。

第１の溶接ガン３０は、第１のロボットアーム３１の先端部に取付けられている。第１の溶接ガン３０は、同軸上に対向配置された第１の電極５１及び第４の電極５４を備えている。第１の電極５１は、駆動機構３２によって軸方向に移動可能に構成されている。第４の電極５４は、第１の溶接ガン３０のガンアーム３４の先端に固定されている。なお、これに代えて、第１の電極５１を固定電極、第４の電極５４を可動電極としてもよい。第１の電極５１の軸方向の移動動作、及び、第１及び第４の電極５１，５４による挟持加圧力は、第１の溶接ガン３０に接続された第１の溶接ガン制御装置３６によって制御される。

第２の溶接ガン４０は、第２のロボットアーム４１の先端部に取付けられている。第２の溶接ガン４０は、同軸上に対向配置された第２の電極５２及び第３の電極５３を備えている。第２の電極５２は、駆動機構４２によって軸方向に移動可能に構成されている。第３の電極５３は、第２の溶接ガン４０のガンアーム４４の先端に固定されている。なお、これに代えて、第２の電極５２を固定電極、第３の電極５３を可動電極としてもよい。第２の電極５２の軸方向の移動動作、及び、第２及び第３の電極５２，５３による挟持加圧力は、第２の溶接ガン４０に接続された第２の溶接ガン制御装置４６によって制御される。

図１及び図２に示すように、スポット溶接時には、被溶接物６０をセットした状態で、駆動機構３２，４２によって第１の電極５１及び第２の電極５２のそれぞれを第４の電極５４及び第３の電極５３のそれぞれに接近させる。これにより、第１の溶接ガン３０の一対の電極５１，５４により、被溶接物６０の接合領域６０ａが加圧挟持され、第２の溶接ガン４０の一対の電極５２，５３により、被溶接物６０の非接合領域６０ｂが加圧挟持される。

次に、上述したスポット溶接装置１０の回路構成について説明する。図１及び図２に示すように、第１の電極５１は、第１の電気ライン２１及び第１のスイッチ２５を介して溶接電源１５に接続されている。第２の電極５２は、第２の電気ライン２２及び第２のスイッチ２６を介して溶接電源１５に接続されている。第３の電極５３は、第３の電気ライン２３及び第１のスイッチ２５を介して溶接電源１５に接続されている。第４の電極５４は、第４の電気ライン２４及び第２のスイッチ２６を介して溶接電源１５に接続されている。

第１のスイッチ２５は、切替え操作により、溶接電源１５と、第１の電極５１又は第３の電極５３とを接続する。第２のスイッチ２６は、切替え操作により、溶接電源１５と、第２の電極５２又は第４の電極５４とを接続する。第１のスイッチ２５及び第２のスイッチ２６は、それぞれ、図１に示すスイッチ制御部１８により切替え操作される。

上述した回路構成を有するスポット溶接装置１０では、図３に示すように、第１のスイッチ２５を第１の電気ライン２１に接続し、第２のスイッチ２６を第２の電気ライン２２に接続することで、第１の電極５１と第２の電極５２とを電気的に接続する第１の回路２８Ａが形成される。また、図４に示すように、第１のスイッチ２５を第３の電気ライン２３に接続し、第２のスイッチ２６を第４の電気ライン２４に接続することで、第３の電極５３と第４の電極５４とを電気的に接続する第２の回路２８Ｂが形成される。また、図５に示すように、第１のスイッチ２５を第１の電気ライン２１に接続し、第２のスイッチ２６を第４の電気ライン２４に接続することで、第１の電極５１と第４の電極５４とを電気的に接続する第３の回路２８Ａが形成される。スポット溶接装置１０は、スイッチ制御部１８により各スイッチ２５，２６を切替え操作することで、第１の回路２８Ａ、第２の回路２８Ｂ及び第３の回路２８Ｃのそれぞれを通電状態と非通電状態とに切替えることができる。

次に、上述したスポット溶接装置１０を用いたスポット溶接方法について説明する。図２に示すように、溶接を施す際に、スポット溶接装置１０の第１の電極５１は、被溶接物６０の接合領域６０ａにおいて、第１のパネル６１の外表面に加圧接触され、第４の電極５４は第４のパネル６４の外表面に加圧接触される。また、スポット溶接装置１０の第２の電極５２は、第１の電極５１の中心軸から外れるように、被溶接物６０の非接合領域６０ｂにおいて、第２のパネル６２の外表面に加圧接触され、第３の電極５３は第３のパネル６３の外表面に加圧接触される。

この状態で、スポット溶接装置１０は、スイッチ制御部１８により、通電回路を図３に示す第１の回路２８Ａに切替える。このとき、第２の回路２８Ｂ及び第３の回路２８Ｃは非通電状態となる。スポット溶接装置１０は、この状態で、第１の電極５１及び第２の電極５２間を通電してインダイレクトスポット溶接を実施する。これにより、図３に示すように、第１の電極５１の軸上に、第１のパネル６１と第２のパネル６２とが接合した第１の溶接部７１が形成される（第１のインダイレクト溶接工程）。

次に、スポット溶接装置１０は、スイッチ制御部１８により、通電回路を図４に示す第２の回路２８Ｂに切替える。このとき、第１の回路２８Ａ及び第３の回路２８Ｃは非通電状態となる。スポット溶接装置１０は、この状態で、第３の電極５３及び第４の電極５４間を通電してインダイレクトスポット溶接を実施する。これにより、図４に示すように、第４の電極５４の軸上に、第３のパネル６３と第４のパネル６４とが接合した第２の溶接部７１が形成される（第２のインダイレクト溶接工程）。

次に、スポット溶接装置１０は、スイッチ制御部１８により、通電回路を図５に示す第３の回路２８Ｃに切替える。このとき、第１の回路２８Ａ及び第２の回路２８Ｂは非通電状態となる。スポット溶接装置１０は、この状態で、第１の電極５１及び第４の電極５４間を通電してダイレクトスポット溶接を実施する。これにより、図５に示すように、第１の電極５１の軸上に、第２のパネル６２と第３のパネル６３とが接合した第３の溶接部７１が形成される（ダイレクト溶接工程）。これにより、第１の溶接部７１と第２の溶接部７２と第３の溶接部７３とは、被溶接物６０の積層方向で重なるように、第１及び第４の電極５１，５２の軸上に形成される。

各溶接工程において、被溶接物６０に対する第１の電極５１及び第４の電極５４による加圧力、並びに、第２の電極５２及び第３の電極５３による加圧力は、適宜設定することができる。一例として、本実施形態のスポット溶接装置１０では、第１の電極５１及び第４の電極による加圧力が、第１及び第２のインダイレクト溶接工程よりも、ダイレクト溶接工程の方が高くなるように設定されている。第２の電極５２及び第３の電極５３による加圧力は、各溶接工程で等しい値に設定されており、かつダイレクト溶接工程における第１の電極５１及び第４の電極５４による加圧力よりも低い値に設定されている。なお、各溶接工程において、第１の電極５１及び第４の電極５４による加圧力、並びに、第２の電極５２及び第３の電極５３による加圧力が等しい値に設定されていてもよい。

上述したスポット溶接装置１０によるスポット溶接方法では、第１及び第２のインダイレクト溶接工程、並びに、ダイレクト工程において、各電極５１，５２，５３，５４を被溶接物６０に対して同じ位置に配置して、被溶接物６０を挟持加圧した状態を維持することができる。本実施形態では、第２及び第３の電極５２，５３による挟持位置において、第２及び第３のパネル６２，６３の間に絶縁材６８を入れているため、第１及び第２のインダイレクト溶接工程において、第２及び第３のパネル６２，６３間に電流が流れることを防止することができる。

また、被溶接物６０の接合領域６０ａに複数箇所、スポット溶接を施す場合に、スポット溶接装置１０では、第２及び第３の電極５２，５３の挟持位置を変えることなく、第１及び第４の電極５１，５４の挟持位置のみを変えて、効率よく溶接を施すことが可能である。

上述したスポット溶接方法では、図５に示すように、各溶接部７１，７２，７３が被溶接物６０の積層方向に重なって形成されるので、被溶接物６０の狭い範囲に溶接を複数箇所施すことができ、これにより、被溶接物６０の接合強度を上げることができる。

図６は、本実施形態のスポット溶接方法により４枚のパネル６１，６２，６３，６４を接合した状態を示す断面図であり、図７は、従来のスポット溶接方法により４枚のパネル６１，６２，６３，６４を接合した状態を示す断面図である。図６及び図７において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇは、それぞれ、溶接部が形成される順番を示している。

図７に示す従来の方法では、３枚のパネル（第２のパネル６２、第３のパネル６３及び第４のパネル）をダイレクトスポット溶接し、第２のパネル６２及び第３のパネル６３が接合した第１の溶接部１７１と、第３のパネル６３及び第４のパネル６４が接合した第２の溶接部１７２とを形成される。その後、１枚のパネル（第１のパネル６１）を積層して、第１のパネル６１と第２のパネル６２をインダイレクトスポット溶接し、第１のパネル６１及び第２のパネル６２が接合した第３の溶接部１７３を形成している。従来の方法では、通電量を確保するために、ダイレクトスポット溶接による溶接部１７１，１７２と、インダイレクトスポット溶接による溶接部１７３とが被溶接部６０の面方向にずれて形成されてしまう。

これに対し、本実施形態のスポット溶接方法では、図６に示すように、第１の溶接部７１，第２の溶接部７２及び第３の溶接部７３が面方向にずれることなく、重なって形成されるため、同じ面積の範囲に、従来よりも多くの接合箇所を形成することができる。これにより、被溶接物６０の接合強度を向上させることができる。

上述したスポット溶接装置１０は、積層された５枚のパネルを接合することも可能である。図８は、スポット溶接装置１０の回路構成を示す図であり、５枚のパネル６１，６２，６３，６４，６５をスポット溶接する方法の実施形態を示す図である。

図８に示す例では、被溶接物６０が、上から順に第１のパネル６１、第２のパネル６２、第５のパネル６５、第３のパネル６３及び第４のパネル６４が重ねられた積層パネルとなっている。被溶接物６０は、５枚のパネル６１，６２，６５，６３，６４が積層された積層領域６０ａと、第１及び第４のパネル６１，６４の間の３枚のパネル６２，６５，６３が積層された非接合領域６０ｂとを有している。本実施形態では、被溶接物６０の非接合領域６０ｂの第２のパネル６２、第５のパネル６５及び第３のパネル６３のそれぞれの間において、第２及び第３の電極５２，５３に挟持される部位に絶縁材６８を配置している。

５枚のパネル６１，６２，６３，６４，６５を溶接する場合、まず、第１及び第２の電極５１，５２間を通電して、第１のパネル６１と第２のパネル６２とをインダイレクトスポット溶接する（第１のインダイレクト溶接工程）。これにより、第１の電極５１の軸上に、第１及び第２のパネル６１，６２が接合した第１の溶接部７１が形成される。次に、第３及び第４の電極５３，５４間を通電して、第３のパネル６３と第４のパネル６４とをインダイレクトスポット溶接する（第２のインダイレクト溶接工程）。これにより、第４の電極５４の軸上に、第３及び第４のパネル６３，６４が接合した第２の溶接部７２が形成される。次に、第１及び第４の電極５１，５４間を通電して、ダイレクトスポット溶接する（ダイレクト溶接工程）。これにより、第１の電極５１の軸上に、第２、第５及び第３のパネル６１，６５，６２が接合した第３の溶接部７４が形成される。これにより、各溶接部７１，７２，７４は、被溶接物６０の積層方向で重なるように形成することができる。

なお、本発明は上述した実施の形態や変形例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、スポット溶接方法は、第３のパネル６３と第４のパネル６４をインダイレクトスポット溶接して第２の溶接部７２を形成した後、第１のパネル６１と第２のパネル６２をインダイレクトスポット溶接して、第１の溶接部７１を形成してもよい。

また、絶縁材６８はオプションであり、絶縁材６８を用いずにスポット溶接することも可能である。

１０ スポット溶接装置
１２ 一次側電源
１３ 溶接電流制御装置
１４ 溶接トランス
１５ 溶接電源
１６ スイッチボックス
１８ スイッチ制御部
２５ 第１のスイッチ
２６ 第２のスイッチ
３０ 第１の溶接ガン
４０ 第２の溶接ガン
５１ 第１の電極
５２ 第２の電極
５３ 第３の電極
５４ 第４の電極
６０ 被溶接物
６１ 第１のパネル
６２ 第２のパネル
６３ 第３のパネル
６４ 第４のパネル
６５ 第５のパネル
６８ 絶縁材

Claims (5)

1. 第１のパネル、第２のパネル、第３のパネル及び第４のパネルの順に積層された被溶接物をスポット溶接する方法であって、
   前記第１のパネルと前記第２のパネルとをインダイレクトスポット溶接して、前記第１のパネルと前記第２のパネルとが接合した第１の溶接部を形成する第１のインダイレクト溶接工程と、
   前記第３のパネルと前記第４のパネルとをインダイレクトスポット溶接して、前記第３のパネルと前記第４のパネルとが接合した第２の溶接部を形成する第２のインダイレクト溶接工程と、
   前記第１の溶接部及び前記第２の溶接部を形成した後に、前記被溶接物をダイレクトスポット溶接して、前記第２のパネルと前記第３のパネルとが接合した第３の溶接部を形成するダイレクト溶接工程と、含むことを特徴とするスポット溶接方法。
2. 前記第１の溶接部と前記第２の溶接部と前記第３の溶接部とは、前記被溶接物の積層方向で重なるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接方法。
3. 前記第２のパネルに加圧接触する電極と、前記第２の溶接工程において前記第３のパネルに加圧接触される電極とは、同軸上に対向配置され、
   前記第１及び第２のインダイレクト溶接工程において、前記第２のパネルと前記第３のパネルとの間かつ前記各電極の軸上に、絶縁材を配置することを特徴とする請求項１又は２に記載のスポット溶接方法。
4. 前記被溶接物は、前記第２のパネルと前記第３のパネルとの間に積層された第５のパネルを有し、
   前記ダイレクト溶接工程において、前記ダイレクトスポット溶接により、前記第２のパネルと前記５のパネルと前記第３のパネルとを接合することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のスポット溶接方法。
5. 請求項１～３のいずれか１項に記載のスポット溶接方法に用いられるスポット溶接装置であって、
   前記第１のパネルの外表面に加圧接触される第１の電極と、
   前記第１の電極の中心軸から外れた位置に配置され、前記第２のパネルの表面に加圧接触される第２の電極と、
   前記第２の電極と同軸上に対向配置され、前記第３のパネルに加圧接触される第３の電極と、
   前記第１の電極と同軸上に対向配置され、前記第４のパネルの外表面に加圧接触される第４の電極と、
   前記第１の電極と前記第２の電極の間を通電状態と非通電状態とに切替え可能な第１の回路と、
   前記第３の電極と前記第４の電極の間を通電状態と非通電状態とに切替え可能な第２の回路と、
   前記第１の電極と前記第４の電極の間を通電状態と非通電状態とに切替え可能な第３の回路と、
   を備えたことを特徴とするスポット溶接装置。

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