JP5783704B2 - 片側スポット溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、片側スポット溶接方法に関し、特に、３枚以上の金属板を接合する片側スポット溶接方法に関する。

複数の金属板を溶接する方法として、片側スポット溶接が知られている（例えば、特許文献１）。片側スポット溶接は、重ね合わせた複数の金属板の一方の表面に一対の電極を当接させて通電し、この通電による抵抗発熱で金属板を加熱すると共に、電極の加圧力で金属板同士を押し付けることにより、金属板同士を接合するものである。このように、片側スポット溶接は、重ね合わせた金属板の一方側の表面のみに電極を当接させることで溶接できるため、他方側の表面に電極をアクセスできない場合などに好適に適用される。

特開２００２−２３９７４２号公報

しかし、片側スポット溶接では、大半の電流が一対の電極を当接させた金属板を流れてしまい、他方の金属板には僅かな電流しか流すことができないため、金属板同士を十分な強度で接合できない恐れがある。

本出願人は、特願２０１０−４２１２１において、図４に示すような片側スポット溶接を提案している。この方法では、一対の電極１１０，１２０の間に上側の金属板１０１を貫通するスリット１０１ａを設け、このスリット１０１ａを迂回させて通電することにより、上側の金属板１０１を通る通電経路Ｌ１の経路長を長くしている。これにより、通電経路Ｌ１の通電抵抗が高められ、相対的に下側の金属板１０２を通る通電経路Ｌ２に電流が流れやすくなり、接合部Ｐに十分な電流が流れるようにしている。

金属板が２枚の場合は、上記のようなスリットを設けることにより片側スポット溶接で接合することができるが、金属板が３枚以上になると、電極から遠い金属板、特に電極を当接させる表面と反対側の表面の金属板に電流及び熱が伝わりにくくなるため、単にスリットを設けるだけでは接合できない場合がある。本発明者らは、図５に示す３枚の金属板１０１，１０２，１０３を片側スポット溶接で接合するにあたり、一対の電極１１０，１２０の間に上側の金属板１０１及び中間の金属板１０２を貫通する同一幅のスリット１０１ａ及び１０２ａを設けて接合状態の良否を検証した。その結果、上側の金属板１０１と中間の金属板１０２とは十分な強度で接合されたが（接合部をＰで示す）、中間の金属板１０２と下側の金属板１０３とは接合されなかった。

本発明の解決すべき技術的課題は、３枚以上の金属板を片側スポット溶接により十分な強度で接合することにある。

本発明者らの試行錯誤により、３枚の金属板を片側スポット溶接で接合する場合は、図１に示すように、中間の金属板２に形成するスリット２ａの幅を、上側の金属板１に形成するスリット１ａの幅よりも小さくして、スリット１ａ，２ａの間に段差Ｓ０を設けることにより、３枚の金属板１，２，３を強固に接合できることが判明した。このように接合部Ｑが形成された理由としては、段差Ｓ０を設けることにより、電極１０，２０から下側の金属板３に至る通電経路Ｌ３が通電抵抗の大きい接合部Ｐを避けてスリット側に設けられ、これにより下側の金属板３に十分な電流が流れたためと推測できる。

このことから、３枚以上の金属板を片側スポット溶接で接合する場合は、スリットの幅を他方側ほど小さくして、隣接する金属板に形成されたスリットの間に段差を設けることで、全ての金属板を強固に接合できると言える。すなわち、本発明は、重ね合わせた３枚以上の金属板のうち、一方側の表面の金属板に一対の電極を当接させて通電することによりこれらの金属板を接合する片側スポット溶接方法であって、一対の電極の間に、他方側の表面の金属板を除く全ての金属板を貫通するスリットを設け、スリットの幅を他方側ほど小さくすることにより、少なくとも電極付近において、隣接する金属板に形成されたスリットの間に段差を設けることを特徴とする片側スポット溶接方法として特徴づけることができる。

上記の方法で接合された３枚の金属板を観察したところ、図１に示すように、上側の金属板１と中間の金属板２との接合部Ｐよりも、中間の金属板２と下側の金属板３との接合部Ｑの方が、スリットＳに近接していた。これは、上述のように、下側の金属板３を通る通電経路Ｌ３が接合部Ｐを避けてスリット側に設けられたためと考えられる。

以上のように、本発明の片側スポット溶接方法によれば、３枚以上の金属板を強固に接合することができる。

本発明の一実施形態に係る片側スポット溶接方法により接合される３枚の金属板の断面図である。 上記３枚の金属板の平面図である。 本発明の他の実施形態に係る片側スポット溶接方法により接合される４枚の金属板の断面図である。 先の出願で示された片側スポット溶接方法により接合される２枚の金属板の（ａ）平面図及び（ｂ）断面図である。 ３枚の金属板のうち、上側の２枚の金属板に均一幅のスリットを形成した状態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片側スポット溶接方法により接合される３枚の金属板１，２，３及び溶接に用いられる電極１０，２０を示す。尚、以下では、各部材の相対的な位置関係を理解しやすくするために、図１の上下方向を用いて説明を行う。

本実施形態で使用される電極１０，２０は、何れも先端に、円形の平坦面と、平坦面から上方に向けて拡径したテーパ面とを有している。尚、電極の形状はこれに限らず、例えば先端を球面状としてもよい。

上側の金属板１及び中間の金属板２には、これらを貫通するスリットＳが予め形成される。スリットＳは、上側の金属板１に形成されたスリット１ａと、中間の金属板２に形成されたスリット２ａとで構成される。スリットＳは、一対の電極１０，２０の間に設けられ、両電極１０，２０を結ぶ方向と直交する方向に延びる（図２参照）。

中間の金属板２のスリット２ａは、上側の金属板１のスリット１ａよりも、一対の電極１０，２０を結ぶ方向の幅が小さくなっている。これにより、上側の金属板１のスリット１ａの縁から中間の金属板２がスリット幅方向中央側に迫り出し、スリット１ａとスリット２ａとの間に段差Ｓ０が形成される。本実施形態では、図２に示すように、スリット１ａよりも一回り小さいスリット２ａが形成され、スリット１ａとスリット２ａとの間に環状の段差Ｓ０が形成されている。

本実施形態の片側スポット溶接方法は、以下のようにして行われる。まず、重ね合わせた金属板１，２，３のうち、一方の表面の金属板（上側の金属板１）に一対の電極１０，２０を当接させる。具体的には、上側の金属板１のうち、スリットＳの両側に一対の電極１０，２０を当接させる。そして、電極１０，２０で３枚の金属板１，２，３を上側から加圧した状態で、電極１０，２０間に通電する。

一対の電極１０，２０間を流れる電流は、大きく分けて３つの通電経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を通って流れる。第１通電経路Ｌ１は、主に上側の金属板１を流れる通電経路である。第２通電経路Ｌ２は、上側の金属板１を介して、主に中間の金属板２を流れる通電経路である。第３の通電経路Ｌ３は、上側の金属板１及び中間の金属板２を介して、主に下側の金属板３を流れる通電経路である。

上記のように、電極１０，２０の間にはスリットＳ（スリット１ａ及びスリット２ａ）が設けられているため、上側の金属板１を通る第１通電経路Ｌ１は、図２に示すようにスリット１ａを迂回して形成される。同様に、中間の金属板２を流れる第２通電経路Ｌ２は、スリット２ａを迂回して形成される。このように、スリット１ａ，２ａを形成することにより第１通電経路Ｌ１及び第２通電経路Ｌ２の経路長が長くなるため、相対的に第３通電経路Ｌ３の経路長が短くなり、下側の金属板３に電流が流れ易くなる。

また、本実施形態では、図１に示すように、中間の金属板２のスリット２ａを上側の金属板１のスリット１ａよりも小さくして、スリット１ａとスリット２ａとの間に段差Ｓ０を形成し、上側の金属板１のスリット１ａの縁から中間の金属板２がスリット幅方向中央側に迫り出しているため、第３通電経路Ｌ３が、上側の金属板１と中間の金属板２との接合部Ｐを避けてスリットＳ側に設けられる。接合部Ｐは、加熱及び圧着により高温となっているため通電抵抗が高くなっているが、この接合部Ｐを避けて第３通電経路Ｌ３を形成することで、下側の金属板３に流れる電流量を増すことができる。

以上により、第２通電経路Ｌ２及び第３通電経路Ｌ３に十分な電流が流れるため、電極１０，２０の下方にそれぞれ接合部Ｐ，Ｑが形成され、３枚の金属板１，２，３が強固に接合される。このとき、中間の金属板２と下側の金属板３との接合部Ｑは、上側の金属板１と下側の金属板２との接合部Ｐの直下ではなく、接合部ＰよりもスリットＳ側に偏った位置に形成される。

尚、図１に示すように、電極１０，２０をなるべくスリットＳに近接した位置で金属板１に当接させることにより、スリットＳを形成することによる第１及び第２通電経路Ｌ１，Ｌ２と第３通電経路Ｌ３との経路長の差が大きくなり、下側の金属板３に流れる電流量を多くすることができる。また、電極１０，２０をスリットＳに近接させて、スリットＳの直近に接合部Ｐ，Ｑを形成することにより、特に金属板１，２，３が湾曲した形状の場合に、接合部Ｐ，ＱよりもスリットＳ側で金属板の間に隙間ができる事態を防止できる。

また、接合部Ｐ及びＱは、隣接する金属板の当接部を加熱及び圧着により固相状態で接合する、いわゆる固相接合により接合されている。固相接合によれば、金属板同士の当接部が軟化する程度の電流量で足りるため、第３通電経路Ｌ３のように電流が流れにくい箇所でも接合しやすくなる。これに対し、隣接する金属板の一部を溶融・凝固させてナゲットを形成し、このナゲットを介して金属板同士を接合する場合、金属板同士の当接部を完全に溶融させる必要があるため、電極間に流す電流量を多くする必要がある。このため、電極と直接接触する金属板に流れる電流量が過剰となり、チリの発生や金属板の抜け落ちが生じる恐れがある。従って、特に３枚以上の金属板を片側スポット溶接により接合する場合は、隣接する金属板同士、特に、電極から離れた位置にある金属板同士が固相接合により接合されるように、電流量や通電パターンを設定することが好ましい。

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、３枚の金属板を接合する場合を示しているが、４枚以上の金属板を接合する場合に本発明の片側スポット溶接方法を適用することも可能である。例えば図３に示すように、４枚の金属板１〜４を接合する場合は、上側の３枚の金属板１〜３を貫通するスリットＳを形成する。スリットＳは、下方に向けてスリット幅が狭まるように形成され、具体的には、最も上側の金属板１のスリット１ａの幅Ｗ１と、その下側に隣接した金属板２のスリット２ａの幅Ｗ２と、さらにその下側に隣接した金属板３のスリット３ａの幅Ｗ３とが、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３となるように形成される。これにより、最も上側の金属板１のスリット１ａの縁からその下側に隣接する金属板２がスリット幅方向中央側に迫り出し、スリット１ａとスリット２ａとの間に段差Ｓ０が形成される。同様に、金属板２のスリット２ａの縁からその下側に隣接する金属板３がスリット幅方向中央側に迫り出し、スリット２ａとスリット３ａとの間に段差Ｓ０が形成される。そして、最も上側の金属板１に一対の電極１０，２０を当接させ、下方に押し付けながら通電すると、各電極１０，２０の下方に接合部Ｐ，Ｑ，Ｒが形成され、４枚の金属板１〜４が強固に接合される。このとき、接合部Ｐ，Ｑ，Ｒは、下方ほどスリットＳ側に配され、具体的には、接合部ＰのスリットＳ側に接合部Ｑが配され、さらに接合部ＱのスリットＳ側に接合部Ｒが配される。

また、以上の実施形態では、電極１０，２０が何れも溶接電極として機能し、各電極の下方に接合部が形成される場合を示したが、これに限らず、例えば一方の電極を溶接電極として機能させると共に、他方の電極をアース電極として機能させ、溶接電極の下方のみに接合部を形成してもよい（図示省略）。この場合、スリットＳに形成される段差Ｓ０は、溶接電極側のみに形成すればよく、アース電極側のスリットＳの縁は面一にしてもよい。もちろん、上記の実施形態と同様に、スリットＳの内面の両電極側に段差を設けても良い。

また、上記の実施形態では、スリットＳの内周の全周に段差Ｓ０が形成された場合を示しているが、必ずしも全周に段差を設ける必要はなく、少なくとも電極１０，２０の付近で、具体的には少なくとも電極１０，２０と金属板との当接部を含む断面（図１及び図３の断面）において、段差Ｓ０が形成されていればよい。

１，２，３ 金属板
１ａ，２ａ スリット
１０，２０ 電極
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 通電経路
Ｐ，Ｑ 接合部
Ｓ スリット
Ｓ０ 段差

Claims (1)

1. 重ね合わせた３枚以上の金属板のうち、一方側の表面の金属板に一対の電極を一方側から当接させて通電することにより前記３枚以上の金属板を接合する片側スポット溶接方法であって、
   前記一対の電極の間に、他方側の表面の金属板を除く全ての金属板を貫通するスリットを設け、スリットの短手方向の幅及び長手方向の幅を他方側ほど小さくすることにより、各金属板のスリットの短手方向端部及び長手方向端部から、他方側に隣接する金属板を内側に迫り出させ、隣接する金属板に形成されたスリットの間に段差を設けることを特徴とする片側スポット溶接方法。

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