JP5789497B2 - 片側スポット溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの溶接部位に、ワークの片側からのみ電極を当てて溶接する片側スポット溶接装置に関するものである。

複数のワーク（板状を呈する板金等）を接合する場面において、ワークを加圧しつつ電流を流し、それにより発生する抵抗熱で金属を溶かしてワークを接合するスポット溶接という手法が用いられている。

このスポット溶接は、溶接電流の流し方の違い等により、様々な種類に分類されているが、ワークの両側から加圧しつつ電流を流す両側スポット溶接と、ワークの片側のみから加圧しつつ電流を流す片側スポット溶接の２つに大別することができる。

ここで、ワークには様々な形状のものが存在することから、複雑な形状を呈するワークが溶接対象となることにより、電極（溶接ガン）をワークの両側から当接させるのが物理的に不可能な場合がある。このような場合は、必然的に片側スポット溶接が用いられることとなる。

この片側スポット溶接は、両側スポット溶接と比較し、前記のとおり適用可能な溶接対象の幅は広いが、ワークの片側のみからしか加圧できないため、ワークの接合時に、十分に高い圧力をワークにかけることは困難である。そのため、両側スポット溶接でワークを接合する場合と比較し、ワークの接合時の溶接部位において気孔（隙間）が発生し易い。そして、当該気孔が抜け出ることなく溶接部位が凝固することにより、最終的に当該気孔がブローホールとなってしまう可能性が高かった。

ところで、特許文献１には、１つの溶接電極と複数のアース電極とをワークに当接させて、両電極間に通電させる片側スポット溶接方法が開示されている。
このような構成とすることで、溶接電極とアース電極とを結ぶ通電経路が複数になることから、各電極とワークとの当接部における電流密度を分散させることで、１つの当接部に電流密度が集中することを防止し、ワークを全体的に軟化させることができる。その結果、電極全体が適切にワークに食い込み、接合不良を回避することができる。

特開２０１１−３１２７１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、そもそも片側スポット溶接の特性（十分に高い圧力をワークにかけることが困難）がもたらす前記したブローホールの発生という問題の解消を目的とした技術ではなく、前記問題に対応できるものではない。
つまり、特許文献１に開示された技術は、電流密度のバラツキによる接合不良は抑制できるが、圧力不足による接合不良（ブローホールの発生）は抑制できなかった。

そこで、本発明は、ブローホールの発生を抑制する片側スポット溶接装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る片側スポット溶接装置は、ワークの溶接部位に、前記ワークの片側からのみ電極を当てて溶接する片側スポット溶接装置であって、前記ワークの溶接部位に前記片側から当接する溶接電極と、前記ワークに前記片側から当接するアース電極と、を有する溶接ガンを備え、前記溶接電極および前記アース電極により前記ワークを加圧する加圧機構と、前記溶接電極と前記アース電極との間に通電させる電流を制御する制御機構と、をさらに備え、前記制御機構は、前記溶接電極および前記アース電極により前記ワークを加圧しつつ、前記ワークに所定の電流値で本通電を行わせた後、前記溶接電極および前記アース電極により前記ワークを加圧しつつ、前記ワークに前記所定の電流値よりも低い電流値で通電を行わせ、前記溶接電極の先端の位置を前記アース電極の先端の位置に対して相対的に固定することが可能なように、前記溶接電極または前記溶接電極を支持する溶接電極支持部材と、前記アース電極または前記アース電極を支持するアース電極支持部材と、を連結するロック機構をさらに備え、前記制御機構は、前記本通電後の前記所定の電流値よりも低い電流値で通電を開始させる際に、前記ロック機構により、前記溶接電極または前記溶接電極支持部材と、前記アース電極または前記アース電極支持部材と、を連結させることを特徴とする。

この片側スポット溶接装置によれば、まず、制御機構が、溶接電極およびアース電極によりワークを加圧しつつ本通電を行わせることにより、溶接部位にナゲットを形成させることができる。そして、制御機構が、溶接電極およびアース電極によりワークを加圧しつつ本通電の電流値よりも低い電流値で通電を行わせることにより、形成したナゲットを押し込みながら徐冷することで、溶接部位における気孔の発生を防止することができ、その結果、ブローホールの発生を抑制することができる。
また、この片側スポット溶接装置によれば、制御機構が本通電後の所定の電流値よりも低い電流値で通電を開始させる際（徐冷工程開始時）に、ロック機構により溶接電極（または溶接電極支持部材）とアース電極（またはアース電極支持部材）とを連結させることで、溶接電極の先端の位置をアース電極の先端の位置に対して相対的に固定することができる。ここで、アース電極が当接する部分のワークはあまり軟化していないことから、アース電極がワークに対して大きく沈み込むといったことはない。つまり、溶接時において、アース電極は、ワークに対して固定（位置決め）された状態となっている。その結果、当該アース電極（またはアース電極支持部材）に連結した後の溶接電極の先端は、ワークが軟化していても、ワークに沈み込むような事態を回避することができる。よって、この片側スポット溶接装置によれば、ワーク間の境界面がずれて接合強度が低くなってしまう（接合不良を引き起こす）といった事態を回避することができる。

また、本発明に係る片側スポット溶接装置の前記制御機構は、前記本通電の前に、前記溶接電極および前記アース電極により前記ワークを加圧しつつ、前記ワークに前記所定の電流値よりも低い電流値で予備通電を行わせることが好ましい。

この片側スポット溶接装置によれば、本通電の前に、制御機構が、溶接電極およびアース電極によりワークを加圧しつつ、本通電の電流値よりも低い電流値で予備通電を行わせることにより、ワークの温度を高くすることでワークが軟化し、ワーク間およびワークと電極間に隙間がなくなる。その結果、ワーク間およびワークと電極間の接触状態が良くなり、適切なナゲットを形成させ易くなる。

また、本発明に係る片側スポット溶接装置の前記アース電極は、２つ以上であるとともに、前記溶接電極が対称中心となるように設置されることが好ましい。

この片側スポット溶接装置によれば、溶接電極と、当該溶接電極が対称中心となるように設置される２つ以上のアース電極とを備えることにより、溶接電極とアース電極との間の通電経路が複数になるとともに、電力密度の偏りを限りなく小さくすることができる。したがって、ワークの溶接部位に安定した（偏りのない）ナゲットを形成させることができる。

本発明に係る片側スポット溶接装置によれば、ワークを加圧しつつ本通電を行うことで、ワークの溶接部位にナゲットを形成し、その後、ワークを加圧しつつ本通電の電流値よりも低い電流値で通電を行うことにより、溶接部位における気孔の発生を防止することができ、その結果、ブローホールの発生を抑制することができる。
また、本発明に係る片側スポット溶接装置によれば、徐冷工程における溶接電極のワークへの加圧力を、ナゲット形成工程における溶接電極のワークへの加圧力より低くすることにより、軟化したワークに電極が沈み込むことでワーク間の境界面がずれて接合強度が低くなってしまう（接合不良を引き起こす）といった事態を回避することができる。

本発明の実施形態に係る片側スポット溶接装置の要部断面図である。 本発明の実施形態に係る片側スポット溶接装置の要部断面図であって、（ａ）は溶接開始前の状態を示した要部断面図、（ｂ）は溶接開始後の予備通電工程の状態を示した要部断面図、（ｃ）は予備通電工程後のナゲット形成工程の状態を示した要部断面図、（ｄ）はナゲット形成工程後の徐冷工程の状態を示した要部断面図、（ｅ）は溶接終了後の状態を示した要部断面図である。 本発明の実施形態に係る片側スポット溶接装置により溶接する際における通電電流および加圧力を示すグラフである。なお、（ａ）〜（ｅ）の符号は、図２と対応している。 本発明の実施形態に係る片側スポット溶接方法を示すフローチャートである。 本発明の別の実施形態に係る片側スポット溶接装置の要部断面図であって、（ａ）はロック機構によりロックされていない状態の要部断面図、（ｂ）はロック機構によりロックされている状態の要部断面図である。 本発明の別の実施形態に係る片側スポット溶接装置により溶接する際における通電電流、加圧力および溶接電極変位量を示すグラフであって、（ａ）は加圧力が一定の場合のグラフ、（ｂ）は徐冷工程における加圧力を低くした場合のグラフである。 本発明の別の実施形態に係る片側スポット溶接方法により溶接する際におけるワークの状態を示す断面図であって、（ａ）は図６（ａ）と対応しており加圧力が一定の場合のワークの断面図、（ｂ）は図６（ｂ）と対応しており徐冷工程における加圧力を低くした場合のワークの断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明において、「上、下、左、右」を表現するときは、各図面に示す方向を基準としている。

≪片側スポット溶接装置の概略構成≫
片側スポット溶接装置１０は、被溶接対象である板金等のワークＷを、ワークＷの片側のみから加圧および通電を行うことにより溶接する装置である。
図１に示すように、片側スポット溶接装置１０は、上方からワークＷ１に当接する溶接電極２と、上方からワークＷ１に当接するとともに、当該溶接電極２の左右側にそれぞれ一つずつ設けられるアース電極３、３と、を有する溶接ガン１を備える。そして、片側スポット溶接装置１０は、溶接ガン１を移動させることにより溶接ガン１によりワークＷを加圧する加圧機構６と、当該加圧機構６および溶接ガン１に流す電流の制御を行う制御機構７と、をさらに備える。
なお、片側スポット溶接装置１０は、図５に示すように、左右方向（ワークＷを加圧する方向と垂直となる方向）において、アース電極３、３を支持するアース電極支持部材５と溶接電極２とを連結するロック機構８（８ａ、８ｂ）をさらに備えていてもよい。

以下、片側スポット溶接装置１０の各部材について説明する。
＜溶接ガン＞
溶接ガン１は、電極（溶接電極２、アース電極３、３）を備えた部材であり、当該電極をワークＷに押し当てながら通電させることでワークＷを溶接する部材である。
図１に示すように、溶接ガン１は、略棒状を呈し上下方向に設けられる溶接電極２と、略棒状を呈し上下方向に設けられる２つのアース電極３、３と、を有する。そして、２つのアース電極３、３は、溶接電極２が対称中心となるよう設置され、溶接電極２の左右側に溶接電極２から同じ距離（Ｌ）を隔てた位置に設置される。
なお、「溶接電極２が対称中心となるように設置」とは、言い換えると、溶接電極２を中心とした円周上に等間隔に設置するということである。
そして、アース電極３、３は、バネ部材４、４を介してアース電極支持部材５に支持され、アース電極支持部材５と溶接電極２とは、上方側で直接、またはいくつかの部材を介して連結している。

また、溶接電極２は、電源の正極（＋極）に接続され、アース電極３、３は、電源の負極（−極）に接続される。このように電源が接続されることにより、図１に示すように、溶接電源２からワークＷ１、Ｗ２を介し、アース電源３、３に向けて電流が流れる。

＜加圧機構＞
加圧機構６は、溶接ガン１の溶接電極２およびアース電極３、３により、ワークＷを加圧する機構である。
詳細には、加圧機構６は、溶接ガン１を移動させる機構であり、当該溶接ガン１をワークＷが設置されている方向（下方向）に移動させることで、溶接ガン１の溶接電極２およびアース電極３、３の先端によりワークＷを加圧する機構である。

なお、加圧機構６は、溶接ガン１を少なくとも上下方向に移動できる機構であれば、特に限定されず、上下方向に移動可能な油圧シリンダやサーボモータ等の昇降装置のような機構であればよい。また、加圧機構６は、溶接ガン１の外部に設けられる構成であってもよいが、溶接ガン１の内部に設けられ、溶接ガン１の溶接電極２およびアース電極３、３のみを上下に移動させる構成であってもよい。

＜制御機構＞
制御機構７は、溶接ガン１の溶接電極２とアース電極３、３との間に通電させる電流を制御する機構である。そして、制御機構７は、加圧機構６を制御する機構でもある。
そして、制御機構７は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、入出力インターフェース等を備えるコンピュータである。
なお、制御機構７による片側スポット溶接装置１０（電流、加圧機構６およびロック機構８）の詳細な制御方法については後記する。

＜ロック機構＞
ロック機構８は、上下方向（ワークＷを加圧する方向）における溶接電極２の先端の位置をアース電極３、３の先端の位置に対して相対的に固定する機構である。
詳細には、ロック機構８は、図５に示すように、溶接電極２の外周面に設けられる係止穴８ａと、アース電極３、３を上方から支持するアース電極支持部材５の内周面であって係止部８ａに対向する位置に設けられるとともに、左右方向（ワークＷを加圧する方向と垂直となる方向）に移動させることで係止穴８ａに挿入可能な棒状を呈する係止部材８ｂと、から構成される。
この係止部材８ｂの左右方向への移動については、どのような機構で行われてもよく、例えば、油圧シリンダ等（図示せず）により行われればよい。

なお、図５では、係止穴８ａは、溶接電極２の外周面に設けられているが、設置箇所は当該箇所に限定されず、例えば、溶接電極２を上方から支持する溶接電極支持部材（図示せず）に設けられていてもよい。
また、ロック機構８の係止穴８ａがアース電極支持部材５の内側（または、アース電極３、３）に設けられ、係止部材８ｂが溶接電極２（または、溶接電極支持部材）に設けられていてもよい。

≪片側スポット溶接方法≫
片側スポット溶接方法は、図４に示すとおり、ナゲットを形成させる前にワークＷの温度を高くする予備通電工程Ｓ１と、予備通電工程Ｓ１の後、ワークＷにナゲットを形成させるナゲット形成工程Ｓ２と、ナゲット形成工程Ｓ２の後、形成したナゲットを押し込みながら徐冷する徐冷工程Ｓ３と、を含む溶接方法である。

＜加圧開始＞
溶接を行うに際し、まず、ワークＷに対して溶接ガン１の溶接電極２とアース電極３、３による加圧を開始する。当該加圧は、作業者が溶接を開始するにあたって、制御機構７に開始の信号を入力することにより開始されてもよいし、制御機構７のＨＤＤ等に記憶されているタイムテーブルに基づき開始されてもよい。
そして、当該加圧が安定した後、予備通電工程Ｓ１を行う。

＜予備通電工程＞
予備通電工程Ｓ１とは、ナゲット形成工程Ｓ２の前に行う工程であり、電極２、３、３によりワークＷを片側から加圧しつつ、ワークＷに本通電の電流値（ナゲット形成工程Ｓ２における所定の電流値）よりも低い電流値で予備通電を行う工程である。
そして、予備通電工程Ｓ１は、図３を用いて説明すると、所定の加圧力ＦでワークＷを加圧しつつ、本電流の電流値Ａ２よりも小さな電流値Ａ１で通電する区間（ｂ）が示す工程である。

この予備通電工程Ｓ１により、溶接電極２、アース電極３、３が発熱するとともに、ワークＷ１、Ｗ２も発熱し軟化することとなる（図２（ｂ）参照）。そして、これらが発熱するとともに、溶接電極２、アース電極３、３によりワークＷ１、Ｗ２が加圧されることで、溶接電極２、ワークＷ１の間がなじみ（隙間がなくなり）、かつ、アース電極３、３、ワークＷ１の間がなじむ（隙間がなくなる）。その結果、ワークＷ１、Ｗ２間およびワークＷ１と電極２、３、３間の接触状態が良くなり、適切なナゲットを形成させ易くなる。

なお、加圧力Ｆは、特に限定されないが、ワークＷ１表面またはワークＷ１、Ｗ２間においてスプラッシュ（火花）や散りが発生しない程度に高く、高圧力によりナゲットが小さくならない程度に低くすればよい。

予備通電工程Ｓ１については、ブローホールの発生を抑制するという観点からすると必須の工程ではないが、適切なナゲットを形成させるために、片側スポット溶接方法は当該工程を含むのが好ましい。

＜ナゲット形成工程＞
ナゲット形成工程Ｓ２とは、電極２、３、３によりワークＷを片側から加圧しつつ、ワークＷに所定の電流値で本通電を行う工程である。
そして、ナゲット形成工程Ｓ２は、図３を用いて説明すると、所定の加圧力ＦでワークＷを加圧しつつ、電流値Ａ２（所定の電流値）で通電する区間（ｃ）が示す工程である。

このナゲット形成工程Ｓ２により、さらに、溶接電極２、アース電極３、３、ワークＷ１、Ｗ２が発熱することとなる。そして、図２（ｃ）に示すように、ワークＷの中でも、溶接電極２の下方に位置するワークＷ１、Ｗ２の温度が非常に高くなる。その結果、ワークＷ１、Ｗ２間において金属原子の拡散が起こり、当該箇所にナゲットが発生する。

なお、「所定の電流値」とは、溶接電極２とアース電極３、３との間に当該所定の電流値の電流を通電させることで、ワークＷ１、Ｗ２間にナゲットが発生する電流値であり、電極２、３、３、ワークＷ１、Ｗ２の材質、電極２、３、３とワークＷ１との接触面積、通電時間等により設定すればよい。

＜徐冷工程＞
徐冷工程Ｓ３とは、ナゲット形成工程Ｓ２後に行う工程であり、電極２、３、３によりワークＷを片側から加圧しつつ、ワークＷに本通電の電流値（ナゲット形成工程Ｓ２における所定の電流値）よりも低い電流値で通電を行う工程である。
そして、徐冷工程Ｓ２は、図３を用いて説明すると、所定の加圧力ＦでワークＷを加圧しつつ、本電流の電流値Ａ２よりも小さな電流値Ａ３で通電する区間（ｄ）が示す工程である。なお、電流値Ａ３は本電流の電流値Ａ２より小さければ、予備通電工程Ｓ１の電流値Ａ１より大きくてもよいし、小さくてもよい。
なお、電流値Ａ３は、電流値Ａ２に対して小さければ特に限定されないが、Ａ３は、Ａ２の１／１．２５〜１／３であることが好ましい。電流値Ａ３を当該範囲とすることにより、ブローホールの発生の抑制という効果を発揮しつつ、適切な溶接を行うことができる。

この徐冷工程Ｓ３により、形成されたナゲットを押し込みながら徐冷することができる（図２（ｄ）参照）。これにより、本来、ナゲット（またはナゲット周辺）において発生したであろう気孔の発生を防止することができ、その結果、ブローホールの発生を抑制することができる。

＜徐冷工程（加圧力）＞
徐冷工程Ｓ３における溶接電極２のワークＷへの加圧力は、ナゲット形成工程Ｓ２における溶接電極２のワークＷへの加圧力より低くなるように設定するのが好ましい。
そして、当該加圧力について、図６（ｂ）を用いて説明すると、ナゲット形成工程Ｓ２における所定の加圧力Ｆから所定の時間で加圧力Ｆよりも低い加圧力Ｆ１まで低下させ、少なくとも徐冷工程Ｓ３が終了するまで加圧力Ｆ１を維持する。ここで、所定の時間については、特に限定されないが、溶接電極２のワーク２への沈み込みを回避すべく、できる限り短時間とするのが好ましい。例えば、０．５秒以下である。
なお、加圧力Ｆ１（徐冷工程Ｓ３における加圧力）については、加圧力Ｆ（ナゲット形成工程Ｓ２における加圧力）に対して低ければ特に限定されないが、Ｆ１は、Ｆの１／１．１〜１／３であることが好ましい。加圧力Ｆ１を当該範囲とすることにより、ブローホールの発生の抑制という効果を発揮しつつ、溶接電極２のワーク２への沈み込みを回避することができる。

この徐冷工程Ｓ３における加圧力の制御を行わない場合、図６（ａ）に示すように、徐冷工程Ｓ３における加圧力が大きい（Ｆ）ことから、当該工程Ｓ３の間において、溶接電極変位量（溶接開始時におけるワークＷ１表面を基準とし、当該基準からの沈み量）が大きくなっている、つまり、溶接電極２がワークＷに沈み込んでしまっていることがわかる。その結果、図７（ａ）に示すように、ワークＷ１、Ｗ２の境界面において、大きな応力が発生する。これにより、ワークＷ１、Ｗ２の境界面がずれてしまい接合強度が低下してしまう。
一方、この徐冷工程Ｓ３における加圧力の制御を行う場合、図６（ｂ）に示すように、徐冷工程Ｓ３における加圧力が小さい（Ｆ１）ことから、当該工程Ｓ３の間において、溶接電極２の変位量が変化していない、つまり、溶接電極２がワークＷに沈みこんでいないことがわかる。その結果、図７（ｂ）に示すように、ワークＷ１、Ｗ２の境界面において、ほとんど応力が発生しない。これにより、ワークＷ１、Ｗ２の境界面がずれることによる接合強度の低下を回避することができる。

次に、片側スポット溶接方法を実施する際における片側スポット溶接装置１０の詳細な駆動方法について説明する。
≪片側スポット溶接方法を実施する際における片側スポット溶接装置の詳細な駆動方法≫
まず、溶接開始前の状態として、片側スポット溶接装置１０の溶接ガン１をロボットアーム等によりワークＷの上方に設置する（図２（ａ））。この状態では、ワークＷに対して電流や圧力は加えられていない（図３（ａ））。
溶接開始の信号が制御機構７に入力されると、制御機構７は、加圧機構６に下方移動信号を出力する。
なお、制御機構７が下方移動信号を出力するトリガー（誘因）は、作業者が溶接開始の信号を制御機構７の入出力インターフェースに入力するといったものであってもよいし、制御機構７のＨＤＤ等に記憶されているタイムテーブルに基づくものであってもよい。

下方移動信号が入力された加圧機構６は、溶接ガン１を下方に駆動させる。そして、溶接ガン１の電極２、３、３は、ワークＷの表面を加圧力Ｆ（例えば、５０〜２００ｋｇｆ）で加圧する。
電極２、３、３による加圧が開始し、加圧力が安定した状態となった後、制御機構７は、電流値Ａ１（例えば、５．０ｋＡ）の電流を通電するように電源にＡ１電流信号を出力する。
なお、制御機構７がＡ１電流信号を出力するトリガーは、加圧の開始後、所定時間の経過時に行うといったものであってもよいし、別途、加圧力測定手段（図示せず）から、入力される信号に基づくものであってもよい。

電源にＡ１電流信号が入力されると、電源は溶接ガン１の電極２、３、３に電流値Ａ１の電流を流す（図２（ｂ）、図３（ｂ））。
そして、制御機構７のＨＤＤ等に記憶されているタイムテーブルに基づき、所定時間（例えば、２４サイクル）経過後、制御機構７は電流値Ａ２（例えば、６．０ｋＡ）の電流を通電するように電源にＡ２電流信号を出力する。
電源にＡ２電流信号が入力されると、電源は溶接ガン１の電源２、３、３に電流値Ａ２の電流を流す（図２（ｃ）、図３（ｃ））。

そして、制御機構７のＨＤＤ等に記憶されているタイムテーブルに基づき、所定時間（例えば、８サイクル）経過後、制御機構７は電流値Ａ３（例えば、５．５ｋＡ）の電流を通電するように電源にＡ３電流信号を出力する。
電源にＡ３電流信号が入力されると、電源は溶接ガン１の電源２、３、３に電流値Ａ３の電流を流す（図２（ｄ）、図３（ｄ））。

その後、制御機構７のＨＤＤ等に記憶されているタイムテーブルに基づき、所定時間（例えば、６サイクル）経過後、制御機構７は電源に電流停止信号を出力し、加圧機構６に上方移動信号を出力する。電源に電流停止信号が入力されると、電源は電流を流すのを停止し、加圧機構６に上方移動信号が入力されると、加圧機構６は溶接ガン１を上方に駆動させ、溶接ガン１の電極２、３、３は、ワークＷの表面を加圧しなくなる（図２（ｅ）、図３（ｅ））。
なお、溶接中、溶接ガン１の電極２、３、３のワークＷに対する加圧力が一定となるように、加圧力測定手段（図示せず）により加圧力を測定し、制御機構７に適宜入力される当該測定値に基づき加圧機構６を制御する構成となっていてもよい。

＜加圧力を変更する場合＞
徐冷工程Ｓ３において加圧力を変更する場合は、制御機構７が、電源にＡ３電流信号を出力すると同時（または、略同時）に、係止部材８ｂの移動を制御する機構（図示せず）にロック信号を出力する。前記のとおり、電源にＡ３電流信号が入力されると、電源は溶接ガン１の電源２、３、３に電流値Ａ３の電流を流すとともに（図２（ｄ）、図３（ｄ））、係止部材８ｂの移動を制御する機構は、係止部材８ｂを係止穴８ａに挿入させる。つまり、ロック機構８の係止部材８ｂは、係止穴８ａに嵌っていない状態（図５（ａ）参照）から、係止穴８ｂに嵌まった状態（図５（ｂ）参照）となる。

係止部材８ｂが係止穴８ａに挿入されることで、溶接電極２の先端の位置がアース電極３、３の先端の位置に対して相対的に固定される。詳細には、次のとおりである。
アース電極３、３が当接する部分のワークＷはあまり軟化していないことから、アース電極３、３がワークＷに対して大きく沈み込むといったことはない。つまり、溶接時において、アース電極３、３は、ワークＷに対して固定（位置決め）された状態となっている。そして、係止部材８ｂが係止穴８ａに挿入されることにより、溶接電極２がアース電極３、３（およびアース電極支持部材５）に対し、上下方向において相対的に固定される。その結果、溶接電極２の先端の位置がアース電極３、３の先端の位置に対して相対的に固定されることとなる。したがって、溶接電極２の先端は、ワークＷ（溶接電極２が当接する部分）が軟化していても、ワークＷに沈み込むような事態を回避することができる。よって、ワークＷ１、Ｗ２間の境界面がずれて接合強度が低くなってしまう（接合不良を引き起こす）といった事態を回避することができる。
なお、図５（ａ）、（ｂ）では、アース電極３、３とアース電極支持部材５との間にバネ部材４、４が設けられているが、当該バネ部材４、４は、ナゲット形成工程Ｓ２における加圧力により十分に縮んでいる。よって、徐冷工程Ｓ３において、ロック機構８により、溶接電極２とアース電極支持部材５とが連結されても、バネ部材４、４がこの状態からさらに大きく縮むことはない。また、ナゲット形成工程Ｓ２においても、アース電極３、３（およびアース電極支持部材５）は上方から加圧機構６により加圧されていることから、バネ部材４、４が大きく伸びることもない。つまり、アース電極３、３とアース電極支持部材５との間にバネ部材４、４が設けられていても、徐冷工程Ｓ３では、アース電極支持部材５はアース電極３、３に対して上下方向に固定（位置決め）された状態となる。よって、図５（ａ）、（ｂ）のように、バネ部材４、４が設けられていても、ロック機構８により、溶接電極２とアース電極支持部材５とを連結することで、溶接電極２の先端の位置がアース電極３、３の先端の位置に対して相対的に固定されることとなる。
また、係止部材８ｂが係止穴８ａに挿入されることで、加圧機構６から溶接電極２に加えられていた圧力が、アース電極３、３（またはアース電極支持部材５）に分散されることとなり、溶接電極２のワークＷに対する加圧力が低くなる。よって、溶接電極２の先端は、ワークＷ（溶接電極２が当接する部分）が軟化していても、ワークＷに沈み込むような事態を回避することができる。

なお、加圧力の変更については、前記構成以外にも、例えば、係止部材８ｂ（または、その近傍）に光センサー等のセンサーを設け、当該センサーが係止穴８ａの対向する位置となったタイミング（つまり、係止部材８ｂと係止穴８ａが対向する位置となったタイミング）で、係止部材８ｂを係止穴８ａに挿入させるという構成であってもよい。
また、ワークＷに対する溶接電極２の沈み込み量をセンサーにより計測し、所定の沈み込み量となったタイミングで、係止部材８ｂを係止穴８ａに挿入させるという構成であってもよい。
また、制御機構７が、電源にＡ３電流信号を出力すると同時（または、略同時）に、加圧機構６にＦ１加圧力信号を出力し、当該Ｆ１加圧力信号が入力された加圧機構６は、溶接電極２のワークＷ表面に対する加圧力がＦ１となるように、溶接ガン１を若干上方に駆動させるといった構成であってもよい。この場合、ロック機構８は、設けなくてもよい。

以上、片側スポット溶接方法および片側スポット溶接装置１０について説明したが、本発明は前記構成に限定されず、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない範囲で、例えば、以下のような設計変更が可能である。

片側スポット溶接装置１０の溶接電極２、アース電極３、３の形状については、特に限定されないが、溶接電極２の下方のワークＷにナゲットを集中的に形成させるため、溶接電極２の先端の形状を溶接電極２とワークＷ１との接触面積が小さくなるような形状（例えば、図１のような半球形状）とするとともに、アース電極３、３の先端の形状をアース電極３、３とワークＷ１との接触面積が大きくなるような形状（例えば、ワークＷ１と面で接することができるような円柱形状）としてもよい。このような構成とすることにより、溶接電極２の下方のワークＷにおいて電流が集中し（電流密度が過大となり）、当該箇所にナゲットが形成され易くなる。

片側スポット溶接装置１０の溶接ガン１がアース電極３を２つ備える場合について説明したが、アース電極３は３つ以上備えてもよい。アース電極３を３つ以上備える場合も、２つ備える場合と同様、溶接電極２が対称中心となるように設置すればよい。言い換えると、溶接電極２を中心とした円周上に等間隔に３つ以上のアース電極３を設置すればよい。
また、片側スポット溶接装置１０の溶接ガン１が、バネ部材４、４、アース電極支持部材５を備える場合について説明したが、これらの部材は必須ではなく、溶接電極２、アース電極３、３以外の構成については、従来公知の構成であってもよい。

加圧機構により溶接ガン１を移動しワークＷを加圧する場合について説明したが、ワークＷを溶接ガン１が設置されている方向（上方向）に移動させるような、加圧を補助する機構をさらに設けていてもよい。

２つのアース電極３を備える片側スポット溶接装置１０を用いて片側スポット溶接方法を行う場合について説明したが、当該片側スポット溶接装置１０以外の装置を用いて片側スポット溶接方法を行ってもよい。例えば、アース電極を１つしか備えていない片側スポット溶接装置を用いてもよい。

ロック機構８については、図５に示すような機構には限られず、例えば、棒状を呈する係止部材８ｂの先端にゴム等の弾性部材を設けることにより、係止穴８ａがなくとも、溶接電極２（または溶接電極支持部材）と、アース電極３、３（またはアース電極支持部材５）と、を連結（固定）することができる。

溶接時において加圧力が全て一定である場合（加圧力Ｆ）、および、徐冷工程Ｓ３において加圧力を変更する場合（加圧力Ｆ１）について説明したが、予備通電工程Ｓ１における加圧力も、通電電流の電流値、通電時間等に基づき、適切な加圧力に変更してもよい。

１ 溶接ガン
２ 溶接電極（電極）
３ アース電極（電極）
５ アース電極支持部材
６ 加圧機構
７ 制御機構
８ ロック機構
１０ 片側スポット溶接装置
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２ ワーク
Ｓ１ 予備通電工程
Ｓ２ ナゲット形成工程
Ｓ３ 徐冷工程

Claims (3)

1. ワークの溶接部位に、前記ワークの片側からのみ電極を当てて溶接する片側スポット溶接装置であって、
   前記ワークの溶接部位に前記片側から当接する溶接電極と、
   前記ワークに前記片側から当接するアース電極と、
   を有する溶接ガンを備え、
   前記溶接電極および前記アース電極により前記ワークを加圧する加圧機構と、
   前記溶接電極と前記アース電極との間に通電させる電流を制御する制御機構と、をさらに備え、
   前記制御機構は、前記溶接電極および前記アース電極により前記ワークを加圧しつつ、前記ワークに所定の電流値で本通電を行わせた後、前記溶接電極および前記アース電極により前記ワークを加圧しつつ、前記ワークに前記所定の電流値よりも低い電流値で通電を行わせ、
   前記溶接電極の先端の位置を前記アース電極の先端の位置に対して相対的に固定することが可能なように、前記溶接電極または前記溶接電極を支持する溶接電極支持部材と、前記アース電極または前記アース電極を支持するアース電極支持部材と、を連結するロック機構をさらに備え、
   前記制御機構は、前記本通電後の前記所定の電流値よりも低い電流値で通電を開始させる際に、前記ロック機構により、前記溶接電極または前記溶接電極支持部材と、前記アース電極または前記アース電極支持部材と、を連結させることを特徴とする片側スポット溶接装置。
2. 前記制御機構は、前記本通電の前に、前記溶接電極および前記アース電極により前記ワークを加圧しつつ、前記ワークに前記所定の電流値よりも低い電流値で予備通電を行わせることを特徴とする請求項１に記載の片側スポット溶接装置。
3. 前記アース電極は、２つ以上であるとともに、前記溶接電極が対称中心となるように設置されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の片側スポット溶接装置。

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