JP5427746B2 - Spot welding equipment - Google Patents
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Description
本発明は、複数個のワークを積層して形成される積層体に対してスポット溶接を行うためのスポット溶接装置に関する。 The present invention relates to a spot welding apparatus for performing spot welding on a laminate formed by laminating a plurality of workpieces.
図22は、いわゆるハイテン鋼からなり且つ厚みが大きく、このために電気抵抗が大きな高抵抗ワーク1、2同士をスポット溶接にて接合する場合を模式的に示した要部正面図である。この場合、2枚の高抵抗ワーク1、2が積層されることによって積層体3が形成された後、該積層体3が、第1溶接チップ4と第2溶接チップ5に挟持・加圧される。さらに、第1溶接チップ4と第2溶接チップ5の間に通電がなされ、これに伴って高抵抗ワーク1、2同士の接触面近傍の部位が発熱して溶融部6となる。その後、溶融部6は凝固し、ナゲットと呼称される固相となる。
FIG. 22 is a front view of a main part schematically showing a case where
ここで、高抵抗ワーク1、2は電気抵抗が大きいので、通電の際に前記接触面近傍に発生するジュール熱が大きい。このため、図23に示すように、溶融部6が比較的短時間に大きく成長し、その結果、溶融部6が飛散し易く(スパッタが発生し易く)なる。従って、高抵抗ワーク1、2同士をスポット溶接にて接合する場合、スパッタが発生することを回避するべく溶接電流を高精度に制御する必要があるが、このような制御は容易ではない。なお、この点は、厚みが小さいハイテン鋼の場合においても同様である。
Here, since the
また、3枚以上のワークを接合する場合、ワークの材質及び厚みは同一であるとは限らず、例えば、図24に示すように、最外に位置するワーク(低抵抗ワーク7)の厚みが最小である場合もある。なお、この図24における積層体8は、図22及び図23に示される高抵抗ワーク1、2上に、軟鋼からなり電気抵抗が小さい低抵抗ワーク7をさらに積層して形成されたものである。
Moreover, when joining 3 or more workpiece | work, the material and thickness of a workpiece | work are not necessarily the same, For example, as shown in FIG. 24, the thickness of the outermost workpiece | work (low resistance workpiece | work 7) is shown. It can be minimal. 24 is formed by further laminating a low-resistance work 7 made of mild steel and having a low electric resistance on the high-
この積層体8に対してスポット溶接を行うと、低抵抗ワーク7と高抵抗ワーク2の接触面近傍に発生するジュール熱よりも、高抵抗ワーク1、2同士の接触面近傍に発生するジュール熱の方が大きくなる。後者の接触面近傍の方が、接触抵抗が大きいからである。
When spot welding is performed on this
従って、この積層体8は、先ず、高抵抗ワーク1、2同士の接触面に溶融部9が形成される。場合によっては、図25に示すように、低抵抗ワーク7と高抵抗ワーク2の接触面に溶融部が形成される前に、溶融部9が大きく成長することがある。このような状態で低抵抗ワーク7と高抵抗ワーク2の接触面に溶融部を形成するべく通電を続行すると、高抵抗ワーク1、2同士の接触面からスパッタが発生する懸念がある。
Accordingly, in the laminated
しかしながら、通電を停止すると、低抵抗ワーク7と高抵抗ワーク2の接触面に十分な大きさの溶融部、ひいてはナゲットが形成されないので、低抵抗ワーク7と高抵抗ワーク2との接合強度を確保することが困難となる。
However, when energization is stopped, a sufficiently large melted part and consequently no nugget is formed on the contact surface between the low resistance work 7 and the
そこで、本出願人は、特許文献1において、このような積層体に対してスポット溶接を行う際、低抵抗ワークに当接する第1溶接チップの加圧力を、第2溶接チップに比して小さく設定することを提案している。この場合、高抵抗ワークに対する低抵抗ワークの接触圧力が小さくなり、その結果、低抵抗ワークと高抵抗ワークの接触面の接触抵抗が大きくなる。これにより、該接触面に十分なジュール熱が発生する。従って、低抵抗ワークと高抵抗ワークの間のナゲットを、高抵抗ワーク同士の間に形成されるナゲットと略同等の大きさに成長させることが可能となり、結局、接合強度が優れた積層体を得ることができる。
Therefore, in
本発明は特許文献1記載の技術に関連してなされたもので、積層体中のワーク同士の接触面近傍にナゲットを十分に成長させることが可能であり、しかも、スパッタが発生する懸念を払拭し得るスポット溶接装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in connection with the technique described in
前記の目的を達成するために、本発明は、複数個のワークを積層することで形成した積層体に対してスポット溶接を行うためのスポット溶接装置であって、
前記積層体を挟持する第1溶接チップ及び第2溶接チップと、
前記第1溶接チップ又は前記第2溶接チップの少なくともいずれかを変位させるための第1変位機構と、
前記積層体の最外に位置する最外ワークにおける前記第1溶接チップが当接した部位とは別の部位に当接し、前記積層体を前記最外ワーク側から加圧するための加圧部材と、
前記加圧部材を前記第1溶接チップ又は前記第2溶接チップとは別個に変位させるための第2変位機構と、
前記加圧部材に加圧力を発生させるための加圧機構と、
を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is a spot welding device for performing spot welding on a laminate formed by laminating a plurality of workpieces,
A first welding tip and a second welding tip for sandwiching the laminate,
A first displacement mechanism for displacing at least one of the first welding tip and the second welding tip;
A pressure member for abutting a portion different from a portion where the first welding tip abuts on the outermost workpiece located on the outermost side of the laminate, and for pressurizing the laminate from the outermost workpiece side; ,
A second displacement mechanism for displacing the pressing member separately from the first welding tip or the second welding tip;
A pressurizing mechanism for generating a pressurizing force on the pressurizing member;
It is characterized by having.
この場合、第1溶接チップと加圧部材との合計加圧力が第2溶接チップの加圧力と均衡するので、第1溶接チップの加圧力が、第2溶接チップに比して小さくなる。従って、第1溶接チップ側と、該第1溶接チップに略対向する第2溶接チップとの間では、加圧力は、第1溶接チップ側から第2溶接チップに向かうにつれて作用範囲が広がるように分布する。このため、第1溶接チップが当接した最外のワークと、それに隣接するワークとの接触面に作用する力が、残余のワーク同士の接触面に作用する力に比して小さくなる。 In this case, the total pressing force of the first welding tip and the pressing member is balanced with the pressing force of the second welding tip, so that the pressing force of the first welding tip is smaller than that of the second welding tip. Therefore, between the first welding tip side and the second welding tip that is substantially opposite to the first welding tip, the range of action of the applied pressure increases from the first welding tip side toward the second welding tip. Distributed. For this reason, the force which acts on the contact surface of the outermost workpiece | work which the 1st welding tip contact | abutted and the workpiece | work adjacent to it becomes small compared with the force which acts on the contact surface of the remaining workpieces.
このような分布が生じる結果、最外のワークと、それに隣接するワークとの接触面積が、残余のワーク同士の接触面積に比して小さくなる。従って、最外のワークとそれに隣接するワークとの接触面の接触抵抗を大きくすることができ、これにより、ジュール熱に基づく発熱量を大きくすることができる。従って、該接触面に生成するナゲットを大きく成長させることが可能となり、結局、最外のワークとこれに隣接するワークとの接合強度を確保することができる。 As a result of this distribution, the contact area between the outermost workpiece and the workpiece adjacent to it is smaller than the contact area between the remaining workpieces. Therefore, it is possible to increase the contact resistance of the contact surface between the outermost workpiece and the workpiece adjacent thereto, thereby increasing the amount of heat generated based on Joule heat. Therefore, it is possible to greatly grow the nugget generated on the contact surface, and eventually it is possible to secure the bonding strength between the outermost workpiece and the workpiece adjacent thereto.
しかも、加圧部材によって金属板が押圧されるので、最外のワークがこれに隣接するワークから離間することが抑制される。従って、軟化した溶融部が最外のワークとこれに隣接するワークとの離間箇所からスパッタとして飛散することを防止することができる。 In addition, since the metal plate is pressed by the pressing member, the outermost work is prevented from being separated from the work adjacent thereto. Therefore, it is possible to prevent the softened melted portion from being scattered as a spatter from the separated portion between the outermost workpiece and the workpiece adjacent thereto.
その上、第1溶接チップを変位させる第1変位機構と、加圧部材を変位させる第2変位機構とが別個に設けられているので、第1溶接チップと加圧部材を積層体に対して個別に当接又は離間させることが容易である。すなわち、加圧部材による積層体に対する加圧力を容易に制御することが可能である。 In addition, since the first displacement mechanism for displacing the first welding tip and the second displacement mechanism for displacing the pressing member are provided separately, the first welding tip and the pressing member are attached to the laminate. It is easy to make contact or separation individually. That is, it is possible to easily control the pressure applied to the laminate by the pressure member.
なお、加圧部材を、第1溶接チップとは逆の極性である補助電極で構成し、前記通電を行う際、第1溶接チップから補助電極に向かう分岐電流、又は、補助電極から第1溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを生じさせるようにしてもよい。 The pressurizing member is composed of an auxiliary electrode having a polarity opposite to that of the first welding tip, and when the energization is performed, a branching current from the first welding tip to the auxiliary electrode, or from the auxiliary electrode to the first welding. Any of the branch currents going to the chip may be generated.
この場合、第1溶接チップから補助電極に向かう電流、又はその逆方向に流れる電流が最外のワークの内部を流れるので、該電流によって、最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面が十分に加熱される。その結果、前記接触面に十分な大きさのナゲットが成長するので、接合強度に一層優れた接合部が得られる。 In this case, the current flowing from the first welding tip toward the auxiliary electrode or the current flowing in the opposite direction flows through the inside of the outermost workpiece, so that the current contacts the outermost workpiece with the workpiece adjacent thereto. The surface is fully heated. As a result, a sufficiently large nugget grows on the contact surface, so that a bonded portion with even better bonding strength can be obtained.
しかも、第1溶接チップと加圧部材(補助電極)を積層体に対して個別に当接又は離間させることが容易であるので、第1溶接チップから補助電極に向かう電流、又はその逆方向に流れる電流の発生、及び消失のタイミングを制御することも容易である。 In addition, since it is easy to make the first welding tip and the pressure member (auxiliary electrode) contact or separate individually from the laminate, the current from the first welding tip to the auxiliary electrode, or in the opposite direction. It is also easy to control the timing of generation and disappearance of the flowing current.
また、第2溶接チップ側に、該第2溶接チップとは逆の極性である別の補助電極を設け、前記第1溶接チップから前記補助電極(第1溶接チップ側の補助電極)に向かう分岐電流、又は、前記補助電極から前記第1溶接チップに向かう分岐電流のいずれかを消失させた後に、前記別の補助電極(第2溶接チップ側の補助電極)から第2溶接チップに向かう分岐電流、又は、第2溶接チップから前記別の補助電極に向かう分岐電流のいずれかを流すようにしてもよい。 Further, another auxiliary electrode having a polarity opposite to that of the second welding tip is provided on the second welding tip side, and the branch is directed from the first welding tip toward the auxiliary electrode (auxiliary electrode on the first welding tip side). After erasing either the current or the branch current from the auxiliary electrode toward the first welding tip, the branch current from the other auxiliary electrode (auxiliary electrode on the second welding tip side) toward the second welding tip Alternatively, any one of the branch currents from the second welding tip toward the other auxiliary electrode may be allowed to flow.
この場合、第2溶接チップが当接する最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面に、ナゲットを十分に成長させることができるようになる。 In this case, the nugget can be sufficiently grown on the contact surface between the outermost workpiece with which the second welding tip abuts and the workpiece adjacent thereto.
本発明によれば、第1溶接チップと第2溶接チップで積層体を挟持することに加え、前記積層体の最外に配置されたワークを加圧部材で加圧し、この状態でスポット溶接を行うようにしている。このため、積層体に対する加圧力が、第1溶接チップから第2溶接チップに向かうにつれて作用範囲が大きくなるように分布する。 According to the present invention, in addition to sandwiching the laminated body between the first welding tip and the second welding tip, the workpiece arranged at the outermost part of the laminated body is pressurized with the pressure member, and spot welding is performed in this state. Like to do. For this reason, the pressurizing force with respect to the laminated body is distributed so that the action range becomes larger from the first welding tip toward the second welding tip.
このように加圧力が分布する結果、前記最外のワークと、これに隣接するワークとの接触面の接触面積が小さくなり、それに伴って該接触面の接触抵抗が大きくなる。従って、該接触面を十分に加熱し得るジュール熱が発生するようになるので、この接触面に十分な大きさのナゲットを成長させることができる。これにより、最外のワークと、これに隣接するワークとが十分な接合強度で接合する。換言すれば、最外のワークと、これに隣接するワークとの間に十分な接合強度を確保することができる。 As a result of the distribution of the applied pressure in this way, the contact area of the contact surface between the outermost workpiece and the workpiece adjacent thereto decreases, and accordingly, the contact resistance of the contact surface increases. Therefore, since Joule heat that can sufficiently heat the contact surface is generated, a sufficiently large nugget can be grown on the contact surface. Thereby, the outermost workpiece | work and the workpiece | work adjacent to this are joined with sufficient joining strength. In other words, sufficient bonding strength can be ensured between the outermost workpiece and the workpiece adjacent thereto.
以下、本発明に係るスポット溶接装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 Preferred embodiments of the spot welding apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、第1実施形態に係るスポット溶接装置10の要部側面図であり、図2は、その要部拡大正面図である。このスポット溶接装置10は、アームを有するロボット(ともに図示せず)と、前記アームを構成する手首部12に支持された溶接ガン14とを有する。
FIG. 1 is a side view of a main part of a
この場合、溶接ガン14は、ガン本体16の下方に配設された略C字形状の固定アーム18を具備する、いわゆるC型のものである。この固定アーム18の下方先端には、ガン本体16を臨むようにして、第2溶接チップとしての下チップ20が設けられ、該下チップ20は、ガン本体16に向かって延在している。
In this case, the
ガン本体16には、第1溶接チップとしての上チップ22が設けられたホルダ24を図1及び図2における上下方向(矢印Y2方向又は矢印Y1方向)に変位させるためのボールねじ機構(図示せず)が収容されている。具体的には、ホルダ24は、ガン本体16から突出し且つ前記下チップ20に向かって延在する変位軸26の先端に取り付けられている。前記ボールねじ機構のボールねじは、この変位軸26を図1における上下方向に変位させ、これにより、ホルダ24を介して上チップ22を変位させる。
The
すなわち、このボールねじ機構は、上チップ22を変位させるための第1変位機構である。なお、前記ボールねじは、前記ボールねじ機構を構成する図示しないサーボモータの作用下に回転動作する。
That is, this ball screw mechanism is a first displacement mechanism for displacing the
上チップ22の胴部には、略平板形状のブラケット28が装着される。すなわち、該ブラケット28には、その直径が上チップ22の胴部の直径と略同等である貫通孔30が形成されており、この貫通孔30に上チップ22の胴部が通されて嵌合されている。
A substantially
図2に詳細に示すように、ブラケット28には、2個のアクチュエータ30a、30bが設けられ、これらアクチュエータ30a、30bを構成するチューブ32a、32bからは、加圧部材として機能する補助電極34a、34bが上チップ22と平行に延在するようにして突出している。これら補助電極34a、34bは、前記アクチュエータ30a、30bの作用下に、下チップ20に対して接近又は離間する方向(矢印Y1方向又はY2方向)に変位する。すなわち、アクチュエータ30a、30bは、補助電極34a、34bを変位させるための第2変位機構であり、且つ補助電極34a、34bの加圧力を発生させて制御する加圧力発生/制御機構である。
As shown in detail in FIG. 2, the
溶接対象である積層体40aにつき若干説明すると、この場合、積層体40aは、3枚の金属板42a、44a、46aが下方からこの順序で積層されることによって構成される。この中の金属板42a、44aの厚みはD1(例えば、約1mm〜約2mm)に設定され、金属板46aの厚みはD1に比して小寸法のD2(例えば、約0.5mm〜約0.7mm)に設定される。すなわち、金属板42a、44aの厚みは同一であり、金属板46aはこれら金属板42a、44aに比して薄肉である。すなわち、金属板46aの肉厚は、積層体40aを構成する3枚の金属板42a、44a、46a中で最小である。
The laminated body 40a to be welded will be described briefly. In this case, the laminated body 40a is configured by laminating three
金属板42a、44aは、例えば、いわゆるハイテン鋼であるJAC590、JAC780又はJAC980(いずれも日本鉄鋼連盟規格に規定される高性能高張力鋼板)からなる高抵抗ワークであり、金属板46aは、例えば、いわゆる軟鋼であるJAC270(日本鉄鋼連盟規格に規定される高性能絞り加工用鋼板)からなる低抵抗ワークである。金属板42a、44aは同一金属種であってもよいし、異種金属種であってもよい。
The
前記下チップ20及び前記上チップ22は、これら下チップ20及び上チップ22の間に溶接対象である積層体40aを挟持し、且つ該積層体40aに対して通電を行うものである。なお、下チップ20及び補助電極34a、34bは電源50の負極に電気的に接続されており、一方、上チップ22は前記電源50の正極に電気的に接続されている。このため、本実施の形態では、上チップ22から下チップ20、及び補助電極34a、34bに向かって電流が流れる。このことから諒解される通り、上チップ22と補助電極34a、34bはともに、積層体40a中の最上に位置する金属板46aに当接するものの、その極性は互いに逆である。
The
後述するように、上チップ22と補助電極34a、34bの離間距離Z1、Z2(図3参照)は、金属板46aと、その直下の金属板44aとの間に適切な面圧の分布が得られるように設定される。
As will be described later, the separation distances Z1 and Z2 (see FIG. 3) between the
以上の構成において、前記ボールねじ機構を構成する前記サーボモータ、及び電源50は、制御手段としてのガンコントローラ52に電気的に接続されている。すなわち、これらサーボモータ、及び電源50の動作ないし付勢・滅勢は、ガンコントローラ52によって制御される。
In the above configuration, the servo motor and the
本実施の形態に係るスポット溶接装置10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、スポット溶接方法との関係で説明する。
The
積層体40aに対してスポット溶接を行う際、換言すれば、金属板42a、44a同士を接合するとともに金属板44a、46a同士を接合する際には、先ず、前記ロボットが、下チップ20と上チップ22の間に積層体40aが配置されるように前記手首部12、すなわち、溶接ガン14を移動させる。
When spot welding is performed on the laminated body 40a, in other words, when the
ガン本体16が所定の位置まで降下した後、ガンコントローラ52の作用下に前記ボールねじ機構を構成する前記サーボモータが付勢され、これに伴って前記ボールねじが回転動作を開始する。これにより、上チップ22及び補助電極34a、34bが積層体40aに対してさらに接近するように、変位軸26が矢印Y1方向に向かって降下する。その結果、下チップ20と上チップ22の間に積層体40aが挟持される。
After the
その一方で、ガンコントローラ52がアクチュエータ30a、30bに制御信号を送る。この制御信号を受けたアクチュエータ30a、30bは、下降するように付勢される。その結果、補助電極34a、34bが積層体40aに接近するように、矢印Y1方向に向かって下降する。
On the other hand, the
従って、該補助電極34a、34bが、下チップ20と上チップ22によって積層体40aが挟持されるのと同時、又はその前後に金属板46aに当接する。図3には、このときの模式的な縦断面図が示されている。
Accordingly, the
ここで、上チップ22と補助電極34a、34bの離間距離Z1、Z2は、図4に示すように、金属板46aと金属板44aとの間の接触面に、上チップ22で押圧される箇所で面圧が最大となり、且つ補助電極34a、34bで押圧される箇所で、次に大きい面圧が得られるように設定される。なお、好適にはZ1=Z2である。
Here, the separation distances Z1 and Z2 between the
換言すれば、前記接触面には、上チップ22の加圧による面圧、及び補助電極34a、34bの加圧による面圧に比して面圧が小さくなる箇所が形成される。これにより、図4に示すような加圧力の分布が形成される。以下、この分布につき詳述する。
In other words, the contact surface is formed with a portion where the surface pressure is smaller than the surface pressure due to pressurization of the
ガンコントローラ52は、金属板46aに対する上チップ22及び補助電極34a、34bの合計加圧力(F1+F2+F3)が、金属板42aに対する下チップ20の加圧力(F4)と均衡するように、前記ボールねじ機構のボールねじを回転動作させるサーボモータの回転付勢力、及びアクチュエータ30a、30bの推進力を制御する。この制御により、積層体40aに対する矢印Y1方向に沿って作用する加圧力(F1+F2+F3)と、矢印Y2方向に沿って作用する加圧力(F4)とが略同等となる。なお、F2=F3であることが好適である。
The
すなわち、このとき、F1<F4が成り立つ。従って、積層体40aが下チップ20と上チップ22から受ける力は、図3に模式的に示すように、上チップ22から下チップ20に向かうにつれて作用範囲が広くなる(大きくなる)ように分布する。このため、金属板44a、46aの接触面に作用する力は、金属板42a、44aの接触面に作用する力に比して小さくなる。なお、離間距離Z1、Z2が過度に小さいために上チップ22の加圧による面圧、及び補助電極34a、34bの加圧による面圧に比して面圧が小さくなる箇所が形成されない場合、このような分布が形成され難くなる。
That is, at this time, F1 <F4 holds. Therefore, the force that the stacked body 40a receives from the
図5は、補助電極34a、34bを用いずにF1=F4とした場合における積層体40aが下チップ20と上チップ22から受ける力の分布を模式的に示したものである。図5から諒解されるように、この場合、力は、上チップ22から下チップ20にわたって均等である。換言すれば、金属板44a、46aの接触面に作用する力と、金属板42a、44aの接触面に作用する力とが等しくなる。
FIG. 5 schematically shows the distribution of force that the stacked body 40a receives from the
図3及び図5には、金属板44a、46aの接触面に作用する力の範囲を太実線で示している。図3及び図5を対比して諒解される通り、力が作用する範囲は、F1<F4であるときの方がF1=F4であるときに比して狭い。このことは、F1<F4であるときには、F1=F4であるときに比して金属板46aが金属板44aに対して押圧される範囲が狭いこと、換言すれば、接触面積が小さいことを意味する。
In FIG.3 and FIG.5, the range of the force which acts on the contact surface of the
ここで、このように上チップ22から下チップ20に至るまでの加圧力を分布させ、金属板44aに対する金属板46aの接触面積を小さくしたことに伴い、積層体40aから上チップ22に向かう反力が生じる。第1実施形態では、この反力を補助電極34a、34bで受けている。
Here, the pressure from the
上記したように、補助電極34a、34bを支持するブラケット28は、ガン本体16に収容されるボールねじ機構に連結された変位軸26に支持されている。このため、補助電極34a、34bで受けた前記反力は、結局、ガン本体16(溶接ガン14)に吸収される。
As described above, the
従って、この場合、積層体40aからの反力がロボットに作用することが回避される。このため、ロボットとして剛性が大きいものを採用する必要がない。換言すれば、ロボットとして小型のものを採用することができ、その結果、設備投資を低廉化することができる。 Therefore, in this case, reaction force from the stacked body 40a is avoided from acting on the robot. For this reason, it is not necessary to employ a robot having high rigidity. In other words, a small robot can be adopted, and as a result, capital investment can be reduced.
次に、ガンコントローラ52は、電源50に通電開始の制御信号を発する。上チップ22、下チップ20の各々が電源50の正極、負極に接続されているため、図6に示すように、上チップ22から下チップ20に向かう電流i1が流れる。上記したように、上チップ22、下チップ20の各々が電源50の正極、負極に接続されているからである。そして、電流iに基づくジュール熱により、金属板42a、44aの間、及び金属板44a、46aの間がそれぞれ加熱され、加熱領域60、62が形成される。
Next, the
上記したように、図3に示される金属板46aと金属板44aとの接触面積は、図5に示される金属板46aと金属板44aとの接触面積に比して小さい。このため、金属板44a、46aの接触面における接触抵抗及び電流密度は、図3に示される場合の方が図5に示される場合に比して、換言すれば、F1<F4であるときの方がF1=F4であるときに比して大きくなる。すなわち、F1<F4であるときには、F1=F4であるときに比してジュール熱の発生量、換言すれば、発熱量が大きくなる。従って、F1<F4であるときには、図6に示すように、金属板42a、44aの接触面に生成する加熱領域60と、金属板44a、46aの接触面に生成する加熱領域62とが略同等の大きさに成長する。
As described above, the contact area between the
ここで、金属板46aには補助電極34a、34bも当接しており、この補助電極34a、34bの極性は負である。従って、上チップ22からは、上記した電流i1と同時に、補助電極34a、34bに向かう分岐電流i2が出発する。
Here, the
このように、本実施の形態においては、金属板42a、44aには流れず金属板46aにのみ流れる分岐電流i2が発生する。この結果、上チップ22及び下チップ20のみを使用する一般的なスポット溶接に比して金属板46aの内部を通過する電流値が大きくなる。
Thus, in the present embodiment, a branch current i2 that flows only through the
従って、この場合、図7に示すように、金属板46aの内部に、前記加熱領域62とは別の加熱領域64が形成される。加熱領域64は、時間の経過とともに拡大し、図12に示すように、加熱領域62と一体化する。金属板44a、46aの接触面には、このようにして一体化した加熱領域62、64の双方から熱が伝達される。なお、以降の図面においては、上チップ22と補助電極34a、34bとが電気的に接続されて分岐電流i2が発生しているときには補助電極34a、34bの極性を図中に示し、逆に、上チップ22と補助電極34a、34bが電気的に絶縁された状態にあるために分岐電流i2が発生していないときには補助電極34a、34bの極性を示さないものとする。
Therefore, in this case, as shown in FIG. 7, a
金属板42a、44aの接触面、金属板44a、46aの接触面は、前記加熱領域60、62、64によって加熱され、十分に温度上昇して溶融し始める。これにより形成された溶融部が冷却固化する結果、金属板42a、44aの間、金属板44a、46aの間にナゲット70、72がそれぞれ形成される。なお、図7においては、理解を容易にするためにナゲット70、72として示しているが、通電中は、液相である溶融部として存在する。以降の図面も同様である。
The contact surfaces of the
補助電極34a、34bによる加圧力F2、F3を大きくするほど金属板44a、46a間のナゲット72を大きくすることができるが、加圧力F2、F3がある程度大きくなると、ナゲット72の大きさが飽和する傾向がある。換言すれば、加圧力F2、F3を過度に大きくしても、ナゲット72を一定の大きさ以上に成長させることは困難である。また、加圧力F2、F3を過度に大きくすると、加圧力F1、F2、F3の総和で加圧力F4と均衡させる関係上、加圧力F1を過度に小さくする必要がある。このため、金属板42a、44a間のナゲット70が小さくなる。
The
従って、上チップ22による加圧力F1と、補助電極34a、34bによる加圧力F2、F3との差は、ナゲット70、72を可及的に大きくし得るように設定することが好ましい。
Therefore, the difference between the pressure F1 applied by the
また、分岐電流i2の割合を大きくするほど加熱領域64を大きくすることが可能であるが、分岐電流i2の割合を過度に大きくした場合、電流i1の電流値が小さくなるので、加熱領域60、62が小さくなる。このため、ナゲット72の大きさが飽和する一方、ナゲット70が小さくなる傾向がある。従って、分岐電流i2の割合は、ナゲット70が十分に成長する程度の電流i1が流れるように設定することが好ましい。
Further, the
なお、電流i1と分岐電流i2の割合は、例えば、上記したように上チップ22と補助電極34a、34bとの離間距離Z1、Z2(図3参照)を変更することで調節することが可能である。電流i1と分岐電流i2の好適な割合は、例えば、70:30である。
The ratio between the current i1 and the branch current i2 can be adjusted by changing the distances Z1 and Z2 (see FIG. 3) between the
溶融部が形成される間、金属板46aは、補助電極34a、34bで金属板44a側に押圧されている。この押圧により、低剛性の金属板46aが通電(加熱)に伴って反ること、すなわち、金属板44aから離間することが抑制される。このため、軟化した溶融部が金属板46aと金属板44aとの離間箇所からスパッタとして飛散することを防止することができる。
While the melting portion is formed, the
溶融部、ひいてはナゲット72は、通電が継続される限り、時間の経過とともに成長する。従って、通電を所定の時間継続することにより、ナゲット72を十分に成長させることができる。
The melted part, and thus the
この場合、金属板42a、44aに流れる電流i1の電流値は、一般的なスポット溶接に比して小さい。このため、金属板44a、46aの間の溶融部(ナゲット72)が大きく成長している間に金属板42a、44aの発熱量が過度に大きくなることが回避される。従って、スパッタが発生する懸念が払拭される。
In this case, the current value of the current i1 flowing through the
この間、電流i1によって金属板42a、44aの間にもナゲット70となる溶融部が形成される。分岐電流i2が継続して流れるようにすると、分岐電流i2を停止した場合に比して電流i1の全通電量が少なくなるので、加熱領域60、ひいてはナゲット70が若干小さくなる傾向がある。
During this time, a melted portion that becomes the
従って、ナゲット70をさらに成長させる場合には、図8に示すように、補助電極34a、34bのみを金属板46aから離間させて上チップ22から下チップ20への通電を続行することが好ましい。補助電極34a、34bが金属板46aから離間することに伴って電流i1の電流値が大きくなるので、通電終了までの電流i1の全通電量が多くなるからである。
Therefore, when the
補助電極34a、34bのみを金属板46aから離間させるには、アクチュエータ30a、30bを上昇するように付勢し、これにより補助電極34a、34bを下チップ20から離間する方向(矢印Y2方向)に変位させればよい。
In order to separate only the
この離間に伴い、分岐電流i2が消失する。このため、金属板46aには、上チップ22から下チップ20へ向かう電流i1のみが流れるようになる。これに伴って、加熱領域64(図7参照)が消失する。
With this separation, the branch current i2 disappears. Therefore, only the current i1 from the
その一方で、金属板42a、44aにおいては、通常のスポット溶接時と同様の状態が形成される。すなわち、厚みが大きい金属板42a、44aではジュール熱による発熱量が増加し、その結果、加熱領域60が広がるとともにその温度が一層上昇する。金属板42a、44aの接触面は、この温度上昇した加熱領域60に加熱され、これにより、該接触面近傍の温度が十分に上昇して溶融し、溶融部(ナゲット70)の成長が促進される。
On the other hand, in the
以降は、溶融部(ナゲット70)が十分に成長するまで、例えば、図9に示すように、ナゲット72となる溶融部と一体化するまで通電を継続すればよい。通電継続時間に対するナゲット70の成長の度合いは、テストピース等を用いたスポット溶接試験で予め確認しておけばよい。
Thereafter, energization may be continued until the melted portion (nugget 70) is sufficiently grown, for example, until it is integrated with the melted portion that becomes the
ここで、金属板42a、44aの接触面は、金属板44a、46a同士の間にナゲット72を成長させる際に電流i1が通過することに伴って形成された加熱領域60によって予め加熱されている。このため、金属板42a、44a同士は、ナゲット70となる溶融部が成長する前になじみが向上している。従って、スパッタが発生し難い。
Here, the contact surfaces of the
以上のように、本実施の形態によれば、金属板44a、46aの間のナゲット72を成長させる際、金属板42a、44aの間のナゲット70を成長させる際の双方でスパッタが発生することを回避することができる。
As described above, according to the present embodiment, when the
所定時間が経過して前記溶融部が十分成長した後、通電を停止するとともに、図9に示すように、変位軸26を上昇させることで上チップ22を金属板46aから離間させる。又は、変位軸26を上昇させて上チップ22を金属板46aから離間させることによって、上チップ22と下チップ20を電気的に絶縁するようにしてもよい。
After the predetermined time has elapsed and the melted portion has sufficiently grown, the energization is stopped and, as shown in FIG. 9, the
なお、スポット溶接の開始から終了するに至るまでの上記した動作は全て、ガンコントローラ52の制御作用下に営まれる。
All the operations described above from the start to the end of spot welding are performed under the control action of the
このようにして通電が停止されることに伴い、金属板42a、44aの発熱も終了する。時間の経過とともに溶融部が冷却固化し、これにより、ナゲット70を介して金属板42a、44aが互いに接合される。
As the energization is stopped in this manner, the heat generation of the
以上のようにして、積層体40aを構成する金属板42a、44a同士、金属板44a、46a同士が接合され、製品としての接合品が得られるに至る。
As described above, the
この接合品においては、金属板42a、44a同士の接合強度と同様に、金属板44a、46a同士の接合強度も優れる。上記したように金属板46aに分岐電流i2が流されたことに伴って、金属板44a、46aの間のナゲット70が十分に成長しているからである。
In this bonded product, the bonding strength between the
以上のように、本実施の形態によれば、スパッタが生成することを回避しつつ、金属板44a、46aの間に、金属板42a、44aの間のナゲット70と略同程度の大きさのナゲット72を成長させることができ、これにより、金属板44a、46a同士の接合強度が優れた成形品を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the size of the
しかも、スポット溶接装置10は、既存のスポット溶接装置における変位軸26に対し、アクチュエータ30a、30bが設けられたブラケット28を装着することで構成することが可能である。従って、補助電極34a、34bを設けることに伴ってスポット溶接装置の構成が複雑化したり、大型化したりすることを回避することができる。このため、溶接対象が複雑な形状のものであったとしても、補助電極34a、34b及び上チップ22を溶接対象に干渉させることなく所定の溶接箇所に配置させることができる。
Moreover, the
なお、溶接対象は積層体40aに特に限定されるものではなく、金属板の個数、素材、厚みが種々相違する様々な積層体を溶接することが可能である。以下、この点につき具体例を挙げて説明する。 The object to be welded is not particularly limited to the laminate 40a, and various laminates having different numbers, materials, and thicknesses of metal plates can be welded. Hereinafter, this point will be described with a specific example.
図10に示す積層体40bは、厚みが最小である金属板44bを、金属板42b、46bで挟むようにして形成される。例えば、金属板42bは、ハイテン鋼からなる高抵抗ワークであり、金属板44b、46bは、軟鋼からなる低抵抗ワークである。
The laminated body 40b shown in FIG. 10 is formed so that the metal plate 44b having the minimum thickness is sandwiched between the
上チップ22と下チップ20のみで積層体40bに対してスポット溶接を行う場合、金属板42b、44bの接触面が優先的に溶融する。金属板42bが高抵抗ワークであるために、金属板42b、44bの接触抵抗が金属板44b、46bの接触抵抗よりも大きいからである。従って、金属板44b、46bの接触面にナゲットを十分に成長させるべく上チップ22から下チップ20への通電を継続すると、金属板42b、44bの接触面からスパッタが発生する懸念がある。
When spot welding is performed on the laminate 40b using only the
これに対し、補助電極34a、34bを用いる第2実施形態によれば、図10に示すように、金属板42b、44bの接触面、及び金属板44b、46bの接触面の双方に加熱領域74、76が形成される。上記の積層体40aにおける場合と同様に、分岐電流i2が金属板46b内を流れることにより、金属板44b、46bの接触面が十分に加熱されるからである。
On the other hand, according to the second embodiment using the
これにより、図11に示すナゲット78、80が形成される。分岐電流i2を消失させた後に電流i1を継続して流すことにより、例えば、図12に示すように、金属板42b、44bの接触面、及び金属板44b、46bの接触面の双方に跨るようにして十分に成長したナゲット82を形成することができる。
Thereby, the
積層体40a、40bに対するスポット溶接に関する以上の説明から諒解されるように、補助電極34a、34bを用いることにより、加熱領域、ひいてはナゲットを、該補助電極34a、34bを当接させた側に近接するように移動させることができる。
As can be understood from the above description regarding spot welding to the laminated bodies 40a and 40b, by using the
なお、金属板42bがハイテン鋼、金属板44b、46bが軟鋼である組み合わせに特に限定されるものではないことは勿論である。
Needless to say, the
次に、図13に、ハイテン鋼からなる金属板42cに対してハイテン鋼からなる金属板44cが積層された積層体40cに対し、補助電極34a、34bを用いてスポット溶接を行う場合を示す。補助電極34a、34bを用いない場合、図22及び図23に示すように、金属板42c、44c(高抵抗ワーク1、2)の接触面において、溶融部6が比較的短時間で大きく成長する。このため、スパッタが発生し易くなる。
Next, FIG. 13 shows a case where spot welding is performed using
これに対し、補助電極34a、34bを用いる本実施の形態によれば、図13に示すように、金属板42c、44cの接触面に加熱領域84が形成されるとともに、金属板42c、44cの接触面よりも上方、換言すれば、金属板44cにおける補助電極34a、34bに近接する側に加熱領域86が形成される。分岐電流i2が金属板44c内を流れることにより、該金属板44c内が十分に加熱されるからである。すなわち、この場合においても、加熱領域、ひいてはナゲット(図14参照)を、該補助電極34a、34bを当接させた側に近接するように移動させることができる。
On the other hand, according to the present embodiment using the
そして、その結果、金属板42c、44cの接触面が軟化してシール性が向上する。従って、図14に示すように十分に成長したナゲット88を形成するべく電流i1を継続して流しても、スパッタが発生し難くなる。
As a result, the contact surfaces of the
次に、図15に示す積層体40dに対してスポット溶接を行う場合につき説明する。なお、積層体40dは、軟鋼からなり低抵抗な金属板42d、ハイテン鋼からなり高抵抗な金属板44d、46d、軟鋼からなり低抵抗な金属板90dを下方からこの順序で積層して構成される。また、金属板42d、90dの厚みは、金属板44d、46dに比して小さく設定されている。
Next, a case where spot welding is performed on the
この場合、上チップ22側に補助電極34a、34bを設けるとともに、下チップ20側に補助電極34c、34dを設ける。これら補助電極34c、34dは、電源50の正極に対して電気的に接続されており、従って、その極性は下チップ20と逆である。なお、このような補助電極34c、34dを得るためには、図16に参考として示すように、上チップ22に設けたブラケット28及びアクチュエータ30a、30bと同様に構成されたブラケット92及びアクチュエータ30c、30dを下チップ20側に設ける構成を採用すればよい。この場合、下チップ20にブラケット28を装着すればよい。
In this case,
そして、先ず、図15に示すように、上チップ22と下チップ20で積層体40dを挟持すると同時に、又はその前後に補助電極34a、34bのみを金属板90dに当接させる。その後、通電を開始し、上チップ22から下チップ20に向かう電流i1と、上チップ22から補助電極34a、34bに向かう分岐電流i2とを流す。これにより、上記と同様に、金属板44d、46dの接触面と、金属板46d、90dの接触面とにナゲット94、96がそれぞれ形成される。
First, as shown in FIG. 15, only the
次に、図17に示すように、アクチュエータ30a、30bの作用下に補助電極34a、34bを上昇させ、これにより上チップ22との電気的接続を切断することで分岐電流i2を消失させると同時に、又はその前後に補助電極34c、34dを金属板42dに当接させる。これにより、最下の金属板42dの内部に、補助電極34c、34dから下チップ20に向かう分岐電流i3が流れる。
Next, as shown in FIG. 17, the
分岐電流i2の消失に伴って、ナゲット96の成長が停止する。その一方で、上チップ22から下チップ20に向かう電流i1が継続して流れているので、金属板44d、46dの接触面におけるナゲット96が成長するとともに、分岐電流i3によって、金属板42d、44dの接触面にナゲット98が新たに形成される。
As the branch current i2 disappears, the growth of the
次に、図18に示すように、補助電極34c、34dを金属板42dから離間させて分岐電流i3を消失させ、これによりナゲット98の成長を停止させる。この後も電流i1を継続して流すことにより、金属板44d、46dの接触面におけるナゲット96のみを成長させて、例えば、ナゲット94、98と一体化することもできる。
Next, as shown in FIG. 18, the
また、5枚以上の金属板で積層体を構成するようにしてもよいことは勿論である。 Of course, the laminate may be composed of five or more metal plates.
以上とは別に、図19に示すように、金属板42aに当接した下チップ20から、金属板46aに当接した上チップ22に向かう電流を流すようにしてもよい。この場合にも、金属板46aに当接した補助電極34a、34bの極性を上チップ22と逆にする。すなわち、下チップ20及び補助電極34a、34bを電源50の正極に電気的に接続する一方、上チップ22を電源50の負極に電気的に接続する。これにより、下チップ20から上チップ22に向かう電流i1と、補助電極34a、34bから上チップ22に向かう分岐電流i2とが発生する。
Apart from the above, as shown in FIG. 19, a current from the
また、図16に示すように、正の極性の下チップ20を第1溶接チップ、負の極性の上チップ22を第2溶接チップとするとともに、負の極性の補助電極34c、34dを下チップ20側に設けるようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 16, the
さらに、図20に示すように、分岐電流i2を、上チップ22が接触した金属板46aのみならず、該金属板46aの直下に位置する金属板44aにも流れるようにしてもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 20, the branch current i2 may flow not only to the
さらにまた、アクチュエータ30a、30bを、ブラケット28ではなく、図21に示すように、ガン本体16に設けるようにしてもよい。
Furthermore, the
いずれの場合においても、補助電極は、上記した2本の長尺棒状の補助電極34a、34bに特に限定されるものではない。例えば、1本又は3本以上の長尺棒状体であってもよい。3本以上を用いる場合は、上記の2本の場合と同様に、複数本の補助電極を最外の金属板に対して同時に当接又は離間させるようにしてもよい。また、補助電極は、下チップ20又は上チップ22を囲繞する円環形状体のものであってもよい。
In any case, the auxiliary electrode is not particularly limited to the two long rod-like
なお、上記した実施の形態においては、上チップ22(又は下チップ20)から補助電極34a、34bに向かう分岐電流i2を流すようにしているが、補助電極34a、34bと電源50とを電気的に絶縁し、分岐電流i2を発生させることなくスポット溶接を行うようにしてもよい。この場合、補助電極34a、34bは、単なる加圧用部材として機能する。
In the above-described embodiment, the branch current i2 from the upper chip 22 (or the lower chip 20) to the
この場合にも、上チップ22から下チップ20に至るまでの加圧力が図3に示すように分布するので、補助電極34a、34bによる押圧を行わない場合(図4参照)に比して、金属板42aと金属板44aとの接触面積が大きくなる。このため、金属板42a、44aの接触面における接触抵抗及び電流密度が大きくなるので、ジュール熱の発生量、換言すれば、発熱量が大きくなる。従って、金属板42a、44aの接触面において、十分な大きさの加熱領域、ひいてはナゲットが成長する。
Also in this case, since the applied pressure from the
さらに、上記した実施の形態では、C型の溶接ガンを例示して説明したが、溶接ガンはいわゆるX型のものであってもよい。この場合、下チップ20及び上チップ22を、開閉自在な1組のチャック爪の各々に設け、該1組のチャック爪を開動作又は閉動作することによって、下チップ20と上チップ22とを互いに離間又は接近させればよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the C-type welding gun has been described as an example, but the welding gun may be a so-called X-type. In this case, the
3、8、40a〜40d…積層体 6、9…溶融部
10…スポット溶接装置 14…溶接ガン
16…ガン本体 18…固定アーム
20…下チップ 22…上チップ
26…変位軸 30a〜30d…アクチュエータ
34a〜34d…補助電極 36…トランス
42a〜42d、44a〜44d、46a〜46d、90d…金属板
50…電源 52…ガンコントローラ
60、62、64、74、76、84、86…加熱領域
70、72、78、80、82、88、94、96、98…ナゲット
3, 8, 40a to 40d ...
Claims (3)
前記積層体を挟持する第1溶接チップ及び第2溶接チップと、
前記第1溶接チップ又は前記第2溶接チップの少なくともいずれかを変位させるための第1変位機構と、
前記積層体の最外に位置する最外ワークにおける前記第1溶接チップが当接した部位とは別の部位に当接し、前記積層体を前記最外ワーク側から加圧するための加圧部材と、
前記加圧部材を前記第1溶接チップ又は前記第2溶接チップとは別個に変位させるための第2変位機構と、
前記加圧部材に加圧力を発生させるための加圧機構と、
を有することを特徴とするスポット溶接装置。 A spot welding apparatus for performing spot welding on a laminate formed by laminating a plurality of workpieces,
A first welding tip and a second welding tip for sandwiching the laminate,
A first displacement mechanism for displacing at least one of the first welding tip and the second welding tip;
A pressure member for abutting a portion different from a portion where the first welding tip abuts on the outermost workpiece located on the outermost side of the laminate, and for pressurizing the laminate from the outermost workpiece side; ,
A second displacement mechanism for displacing the pressing member separately from the first welding tip or the second welding tip;
A pressurizing mechanism for generating a pressurizing force on the pressurizing member;
A spot welding apparatus comprising:
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