JP5922926B2

JP5922926B2 - スポット溶接装置の加圧制御方法

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Publication number: JP5922926B2
Application number: JP2011284788A
Authority: JP
Inventors: 健輔坂井
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2016-05-24
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP2013132660A

Description

本発明は、被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接装置の加圧制御方法に関する。

一般に、重ね合わされた鋼板等の板材の接合には、一対の溶接電極間で挟み加圧力を与えながら両電極間に大電流を一定時間通電し、接合部をほぼ溶融温度まで上げて接合するスポット溶接が広く行われている。

スポット溶接にあたり、両溶接電極による加圧力及び通電時間が一定の場合には、ナゲット径は電流の増加に従って徐々に増加するが、電流値が過大になると発熱量が多くなり板材間に溶融金属が飛散する散りの発生原因となる。即ち、接合部における板厚の減少と共に強度低下の要因となる。反対に電流が過少の場合にはナゲットが小さくなり十分な接合強度が得られない。また、加圧力が小さいと板材間の接触面積が少なくなり、電流密度が高くなり過熱による散り発生原因となる。一方、加圧力が大き過ぎると接合部の接触面積が大きくなり電流密度が低下して発熱量が減少し、ナゲットが小さくなり溶接強度が低下する。

ここで、図１０に示すように、剛性の低い薄板１０１、この薄板１０１より剛性が高い第１厚板１０２及び第２厚板１０３の３枚を重ね合わせた被溶接部材１００をスポット溶接する場合には、各板材１０１、１０２、１０３の間に隙間がなく密着した状態では、可動側電極１１１と固定側電極１１２により被溶接部材１００を加圧して電源１１３により通電すると、可動側電極１１１と固定側電極１１２間の通電経路における電流密度がほぼ均一となり薄板１０１から第２厚板１０３に亘って良好なナゲットが形成されて溶接強度を得ることができる。

しかし、実際には、可動側電極１１１と固定側電極１１２によって被溶接部材１００を加圧したときに、剛性の低い薄板１０１と第１厚板１０２が上方に撓んで、薄板１０１と第１厚板１０２の間及び第１厚板１０２と第２厚板１０３との間に隙間が生じる。この場合、可動側電極１１１と薄板１０１間の接触面積は薄板１０１の撓みにより大きくなるのに対して、薄板１０１と第１厚板１０２間及び第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接合部の接触面積はより小さくなる。

このため、可動側電極１１１と固定側電極１１２間の電流密度が薄板１０１側に対して第２厚板１０３側が高くなり、薄板１０１と第１厚板１０２間よりも第１厚板１０２と第２厚板１０３間の方が局部的な発熱量が多くなる。その結果、図１０（ａ）に示すように、先ず第１厚板１０２と第２厚板１０３との接合部にナゲットＮが形成され、次第にナゲットＮが大きくなりやがて図１０（ｂ）に示すように薄板１０１と第１厚板１０２間が溶着される。しかし、この薄板１０１と第１厚板１０２との間の溶け込み量は小さく溶接強度が不安定で、薄板１０１の剥離が懸念され、かつ溶接品質にバラツキがある。この不具合は、特に第１厚板１０２及び第２厚板１０３が厚いほど第１厚板１０２と薄板１０１との間にナゲットＮが到達しにくく、顕著である。

この対策として、例えば特許文献１に開示されスポット溶接装置がある、このスポット溶接装置は、図１１に示すように、溶接ロボット１１５の手首部１１６にスポット溶接装置１２０が搭載され、溶接ロボット１１５は、クランパ１１８によって支持された被溶接部材１００の各打点位置にスポット溶接ガン１２０を移動し、被溶接部材１００のスポット溶接を行う。

スポット溶接装置１２０は、手首部１１６に取り付けられたガン支持ブラケット１１７に固定されたリニアガイド１２１によって上下動自在に支持されたベース部１２２を備え、ベース部１２２に下方に延びる固定アーム１２３が設けられ、固定アーム１２３の下端先端に固定側電極１２４が設けられる。また、ベース部１２２の上端に加圧アクチュエータ１２６が搭載され、加圧アクチュエータ１２６により上下動するロッド１２７の下端に可動側電極１２５が取り付けられる。ガン支持ブラケット１１７の上端にサーボモータ１２８が搭載され、サーボモータ１２８の作動によりボールねじ機構を介してベース部１２２が上下動する。

ここで、図示しないコントローラに予め記憶されているティーチングデータに従って、薄板１０１側に位置する可動側電極１２５による加圧力ＦＵを固定側電極１２４による加圧力ＦＬよりも小さくする（ＦＵ＜ＦＬ）。

このように可動側電極１２５による加圧力ＦＵを固定側電極１２４による加圧力ＦＬより小さくするために、先ず、サーボモータ１２８によりベース部１２２を上昇させて固定側電極１２４を被溶接部材１００の下面に当接させると共に、加圧アクチュエータ１２６により可動側電極１２５を下降させて被溶接部材１００の上面に当接させて加圧する。次に、サーボモータ１２８によりベース部１２２を押し上げる。このベース部１２２の押し上げにより、固定側電極１２４の加圧力ＦＬがベース部１２２の押し上げ分だけ増加し、可動側電極１２５による加圧力ＦＵが固定側電極１２４による加圧力ＦＬより小さくなる。

その結果、可動側電極１２５と固定側電極１２４との間に通電したときに、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における電流密度が高くなり発熱量が第１厚板１０２と第２厚板１０３の接合部における発熱量に対して相対的に増加する。これにより、薄板１０１から第２厚板１０３に亘って偏りのない良好なナゲットが形成されて溶接強度を確保できる。

特開２００３−２５１４６９号公報

上記特許文献１によると、固定側電極１２４の加圧力ＦＬより可動側電極１２５側の加圧力ＦＵを小さくすることで、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の電流密度が高くなり、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における発熱量が確保でき、溶け込み量が増大して溶接強度が増加する。

しかし、クランパ１１８によりクランプ保持された被溶接部材１００を固定側電極１２４と可動側電極１２５によって挟持加圧した状態でベース部１２２を移動して固定側電極１２４の加圧力ＦＬより可動側電極１２５による加圧力ＦＵを小さくするには、被溶接部材１００をクランプ保持するクランパ１１８に大きな負荷が要求される。一方、クランパ１１８による被溶接部材１００のクランプ位置と溶接位置が大きく離間した状態では、被溶接部材１００が撓み変形して固定側電極１２４による加圧力ＦＬと可動側電極１２５による加圧力ＦＵにバラツキが生じて安定した薄板１０１と第１厚板１０２との間の接触抵抗及び第１厚板１０２と第２厚板１０３との間の接触抵抗の確保が困難であり、接合部における電流密度にバラツキが生じてスポット溶接の品質低下が懸念される。

そこで、本特許出願人は、特願２０１０−２００６４３において、図１２に概要を示すように、固定側電極１３２と、加圧アクチュエータにより作動する可動側電極１３１との間で被溶接部材１００の溶接部を所定の加圧力Ｆ、即ち可動側電極１３２の加圧力ＦＵと固定側電極１３２の加圧力ＦＬで挟持すると共に加圧し（Ｆ＝ＦＵ＋ＦＬ）、更に図示しない副加圧アクチュエータにより副加圧部１３３を被溶接部材１００の薄板１０１に押圧して副加圧力ｆを付与することで、薄板１０１側に作用する固定側電極１３２の加圧力を第２厚板１０３側に作用する可動側電極１３１の加圧力より小さく制御して、可動側電極１３１と固定側電極１３２との間に通電して溶接するスポット溶接装置を提案した。

鋭意実験等の結果、このスポット溶接装置においては、可動側電極１３１と固定側電極１３２とによって設定された加圧力Ｆで被溶接部材１００を挟持加圧すると共に副加圧力ｆを付加した状態で可動側電極１３１と固定側電極１３２とのに間に所定時間通電して溶接することから、この通電により加熱されて溶接部が軟化して溶接中に可動側電極１３１と固定側電極１３２による加圧力が低下して第１厚板１０２と第２厚板１０３と間の接触面積が減少してナゲット径が所期の径より小さくなり第１厚板１０２と第２厚板１０３との間の所期の溶接強度が達成できないことが懸念される。

従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、被溶接部材に作用する溶接電極による加圧力及び副加圧力を制御することで優れた溶接品質が得られるスポット溶接装置の加圧制御方法を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法の発明は、第１溶接電極と、該第１電極と協働して被溶接部材を挟持する第２溶接電極に加圧力を付与する加圧アクチュエータと、副加圧部を前記被溶接部材に当接して副加圧力を付与する副加圧アクチュエータとを有し、前記第１溶接電極及び第２溶接電極によって前記被溶接部材を予め設定された加圧力で挟持加圧すると共に前記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電し、かつ副加圧部によって予め設定された副加圧力を付与して溶接するスポット溶接装置の加圧制御方法であって、前記加圧アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された加圧力で挟持加圧して第１溶接電極と第２溶接電極に所定時間通電する通電時間内の後期範囲の所定時間において被溶接部材に副加圧部を当接して副加圧アクチュエータによる副加圧力を付与することを特徴とする。

これによると、加圧アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで被溶接部材を予め設定された加圧力で挟持加圧して第１溶接電極と第２溶接電極に所定時間通電する通電時間内の後期範囲の所定時間において被溶接部材に副加圧部を当接して副加圧アクチュエータによる副加圧力を付与することで、均等な第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力付加による溶接特性によるスポット溶接と、副加圧部による副加圧力により第１溶接電極と第２溶接電極の加圧力が制御された溶接特性のスポット溶接が連続的に得られ、優れた溶接品質が得られる。例えば、２枚の厚板の一方に薄板を重ね合わせた３枚重ねの板組によって構成され被溶部材を第１溶接電極及び第２溶接電極によって挟持加圧することで第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力が確保されて両厚板間のナゲットの生成が促進されて両厚板の間における十分なナゲットの径が得られ、かつ被溶接部材を第１溶接電極及び第２溶接電極によって加圧力で挟持加圧すると共に副加圧部によって副加圧力を付与することで、相対的に薄板と厚板間の接触抵抗が大きくなると共に両厚板間の接触抵抗が小さくなるように制御されて薄板側から両厚板に亘るナゲットが形成され薄板の溶接強度が確保できて優れた溶接品質が得られる。

本発明によると、加圧アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで被溶接部材を予め設定された加圧力で挟持加圧して第１溶接電極と第２溶接電極に所定時間通電する通電時間内の後期範囲の所定時間において被溶接部材に副加圧部を当接して副加圧アクチュエータによる副加圧力を付与することで、均等な第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力付加による溶接特性によるスポット溶接と、副加圧部による副加圧力により第１溶接電極と第２溶接電極の加圧力が制御された溶接特性のスポット溶接が連続的に得られ、互いの溶接特性が補完されて優れた溶接品質が得られる。

第１実施の形態におけるスポット溶接装置の構成図である。図１のＡ矢視図である。図１のＢ部拡大斜視図である。溶接作動サイクルにおけるタイムチャートである。作動概要説明図である。作動概要説明図である。第２実施の形態における溶接作動サイクルにおけるタイムチャートである。作動概要説明図である。作動概要説明図である。従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。スポット溶接装置の概要説明図である。

（第１実施の形態）
本発明に係るスポット溶接装置の加圧制御方法の第１実施の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。図１はスポット溶接装置の構成図、図２は図１のＡ矢視図、図３は図１のＡ部拡大斜視図、図４は作動プログラムデータの説明図、図５及び図６は作動概要説明図である。

スポット溶接装置１の説明に先立って、被溶接部材１００について説明する。被溶接部材１００は、図３に示すように、重ね合わされた２枚の厚板の一方に薄板を重ね合わせた、下から順に剛性の低い薄板１０１、薄板１０１より板厚が大きく剛性が高い第１厚板１０２及び第２厚板１０３が重ね合わされた３枚重ねの板組によって構成される。

スポット溶接装置１は、図１乃至図３に示すように図示しない溶接ロボットの手首部にイコライザユニットを介して取り付けられるベース部３及びベース部３の両側から対向して延在する側部４、５を備えた支持ブラケット２を有する。支持ブラケット２の対向する側部４、５に固定アーム１０が取り付けられ、側部４、５の先端部４ａ、５ａにブラケット６を介して加圧アクチュエータ２０が取り付けられる。更に、両側部４、５の間に副加圧付与手段３０の副加圧アクチュエータ３１及び溶接トランス４０が取り付け支持される。

固定アーム１０は、支持ブラケット２の両側部４、５に基端が結合されて下方に延在する固定アーム本体１１及び固定アーム本体１１の先端からＬ字状に折曲する電極保持部１２によって形成され、電極保持部１２に第１溶接電極である固定側電極１５が、その頂端１５ａを上方にして装着される。

加圧アクチュエータ２０は、モータハウジング内において回転自在に収容される中空ロータを有する中空モータによって構成されるサーボモータ２１を備え、中空ロータに装着されるボールネジ及びボールネジに螺合するロッド２３を備えた直動部２２を有し、サーボモータ２１の作動によって直動部２２のロッド２３が昇降往復動する。直動部２２のロッド２３の下端に電極アーム２４が設けられ、電極アーム２４の先端に固定アーム１０に設けられた固定側電極１５の頂端１５ａと同軸上、即ち中心軸線Ｌ上に固定側電極１５と対向して第２溶接電極である可動側電極２５が設けられる。

これにより加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５は固定側電極１５から離反する退避位置と、被溶接部材１００を固定側電極１５と協働して挟持すると共に加圧力を付与する加圧位置との間で中心軸線Ｌに沿って移動する。この被溶接部材１００に対する固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力Ｆ、即ち固定側電極１５による加圧力ＦＬ及び可動側電極２５による加圧力ＦＵはサーボモータ２１の回転トルクによって決定され、サーボモータ２１の回転トルクを制御することで所望の加圧力が得られる。

副加圧付与手段３０は、支持ブラケット２の両側部４、５間に支持部材７を介して保持される副加圧アクチュエータ３１及び先端に副加圧部３８が設けられた副加圧付与アーム３５を有する。副加圧アクチュエータ３１は、モータハウジング内において回転自在に収容される中空ロータを有する中空モータによって構成されたサーボモータ３２を備え、中空ロータに装着されるボールネジ及びボールネジに螺合するロッド３４を備えた直動部３３を有し、サーボモータ３２の作動によって直動部３３のロッド３４が昇降往復動する。この直動部３３のロッド３４に副加圧付与アーム３５が設けられる。

副加圧付与アーム３５は、ロッド３４の先端に基端部が結合されて固定アーム１０と電極アーム２４との間で下方に延在して先端から中心軸線Ｌ方向に折曲する先端部３７を有するアーム部３６によって構成され、アーム部３６の先端部３７に副加圧部保持部材３８が設けられる。

副加圧部保持部材３８は、基端部３８Ａがアーム部３６の先端部３７に結合されて中心軸線Ｌ方向に向かって延在する矩形板状であって、先端に中心軸線Ｌと同軸で先端３９ａが上方に突出して固定側電極１５の貫通を許容する断面半円弧状、即ち半割り筒状の副加圧部３９が設けられる。

このように構成された副加圧付与アーム３５は、サーボモータ３２の作動によって副加圧付与アーム３５の先端に設けた副加圧部３９の先端３９ａが固定側電極１５の頂端１５ａより下方となり被溶接部材１００から離反する退避位置と、固定側電極１５と可動側電極２５とによって挟持された被溶接部材１００に下方から当接して副加圧力を付与する副加圧位置との間で中心軸線Ｌに沿って移動する。この副加圧力はサーボモータ３２の回転トルクによって決定され、サーボモータ３２の回転トルクを制御することで要望の副加圧力ｆが得られる。

電源となる溶接トランス４０の一方の出力端子がバスバ及び固定アーム１０等を介して固定側電極１５に通電可能に接続され、他方の出力端子がバスバ及び電極アーム２４等を介して可動側電極２５に通電可能に接続される。

また、溶接コントローラ４１を備え、溶接コントローラ４１にはスポット溶接装置１の作動プログラム及び作動プログラムに設定された各作動行程に基づいて加圧アクチュエータ２０を制御する加圧制御部４２と副加圧アクチュエータ３１を制御する副加圧制御部４３が含まれる。

この溶接コントローラ４１は作動プログラムデータとして溶接作動サイクルを有する。溶接作動サイクルとして、可動側電極２５と固定側電極１５によって被溶接部材１００を加圧する加圧開始工程Ｓ１１と、加圧状態を保持する加圧保持工程Ｓ１２と、加圧を解除する加圧解除工程Ｓ１３と、副加圧部３９によって被溶接部材１００を副加圧する副加圧開始工程Ｓ２１と、副加圧状態を保持する副加圧保持工程Ｓ２２と、副加圧を解除する副加圧解除工程Ｓ２３と、可動側電極２５と固定側電極１５とに通電する通電開始工程Ｓ３１と、通電を保持する通電保持工程Ｓ３２と、通電を終了する通電終了工程Ｓ３３とを有する。この溶接作動サイクルにおけるタイムチャートを図４に示す。

また、溶接コントローラ４１には、予め設定された加圧力Ｆで固定側電極１５と可動側電極２５により被溶接部材１００を加圧するときのサーボモータ２１の回転トルク、即ち加圧設定回転トルク及び予め設定された副加圧力ｆで副加圧部３９により被溶接部材１００を副加圧するときのサーボモータ３２の回転トルク、即ち副加圧設定回転トルクが設定される。

加圧開始工程Ｓ１１においてはサーボモータ２１を予め設定された加圧設定回転トルクに達するまで作動させて被溶接部材１００を固定側電極１５と可動側電極２５によって所定の加圧力Ｆにより挟持加圧し、続く加圧保持工程Ｓ１２でサーボモータ２１を設定回転トルクを保持した状態に保持する。加圧解除工程Ｓ１３ではサーボモータ２１の作動により可動側電極２５を加圧位置から退避位置に移動する。ここで、加圧保持工程Ｓ１２における加圧力Ｆは、被溶接部材１００を加圧する固定側電極１５の加圧力と可動側電極２５の加圧力の総計の加圧力であり、溶接時に要求される最適な固定側電極１５の加圧力ＦＬと可動側電極２５の加圧力ＦＵの総計の加圧力（Ｆ＝ＦＬ＋ＦＵ）であり、予め実験やシミュレーション等で設定することが好ましい。

副加圧開始工程Ｓ２１においてはサーボモータ３２を予め設定された副加圧設定回転トルクに達するまで作動させて被溶接部材１００を副加圧部３９によって所定の副加圧力ｆにより加圧し、続く副加圧保持工程Ｓ２２でサーボモータ３２を設定回転トルクを保持した状態に保持する。副加圧解除工程Ｓ２３ではサーボモータ３２を作動させて副加圧部３９を副加圧位置から被溶接部材１００から離れる退避位置に移動する。予め実験やシミュレーション等で設定することが好ましい。ここで、固定側電極１５と可動側電極２５で被溶接部材１００に加圧力Ｆを付加した状態で副加圧力ｆを付与すると、被溶接部材１００に上方から作用する可動側電極２５による加圧力ＦＵと被溶接部材１００に下方から作用する固定側電極１５による加圧力ＦＬ及び副加圧部３９による副加圧力ｆの総和が等しくなる（ＦＵ＝ＦＬ＋ｆ）。換言すると、固定側電極１５から被溶接部材１００に作用する加圧力ＦＬは、可動側電極２５による加圧力ＦＵから副加圧部３９による副加圧力ｆを減じた加圧力が付与される（ＦＬ＝ＦＵ−ｆ）。このように被溶接部材１００に作用する固定側電極１５からの加圧力ＦＬを被溶接部材１００に作用する可動側電極２５の加圧力ＦＵより小さく（ＦＬ＜ＦＵ）制御する。

通電開始工程Ｓ３１では固定側電極１５及び可動側電極２５間の通電を開始し、通電保持工程Ｓ３２では固定側電極１５及び可動側電極２５間の通電状態を保持し、通電終了工程Ｓ３３で通電を停止する。

また、図示しない溶接ロボットコントローラには、溶接ロボットのティーチングデータが格納され、ティーチングデータには、被溶接部材１００の各溶接打点位置を順次スポット溶接するための作動プログラム及び各溶接打点、即ち溶接位置におけるスポット溶接装置１の位置及び姿勢が含まれる。

次ぎに、スポット溶接装置1の作動を図４に示す溶接作動サイクルにおけるタイムチャート及び図５、図６の作動概要説明図を参照して説明する。

被溶接部材１００のスポット溶接にあたり、予め設定されたプログラムに従い、図１に示すように可動側電極２５が固定側電極１５から離反した退避位置でかつ副加圧付与手段３０の副加圧部３９が退避位置に保持された状態で、ロボットコントローラは溶接ロボットを作動し、図５（ａ）に示すように被溶接部材１００の溶接位置となる打点位置に固定側電極１５の頂端１５ａを当接してスポット溶接装置１を溶接位置に位置決めする。

このスポット溶接装置１を溶接位置に位置決めした状態では、図５（ａ）に示すようにスポット溶接装置１の固定側電極１５の頂端１５ａが被溶接部材１００の薄板１０１に下方から当接する一方、可動側電極２５の頂端２５ａが第２厚板１０３と隙間を有して対向して、副加圧部３９の先端３９ａが薄板１０１と隙間を有して対向する。

次に、固定側電極１５が被溶接部材１００の薄板１０１に当接した状態で、加圧工程Ｓ１１において加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５を退避位置から固定側電極１５に接近する加圧位置に移動させて図５（ｂ）のように第２厚板１０３に上方から当接させると共に加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１を加圧設定回転トルクに達するまで作動して可動側電極２５と固定側電極１５との間で被溶接部材１００を加圧力Ｆで挟持加圧する。更に続く加圧保持工程Ｓ１２においてサーボモータ２１を停止して該位置に保持して可動側電極２５と固定側電極１５との間で被溶接部材１００を加圧力Ｆで挟持加圧した状態を保持する。

可動側電極２５と固定側電極１５との間で被溶接部材１００を加圧力Ｆで加圧保持した加圧保持工程Ｓ１２の初期段階において通電開始工程Ｓ３１で溶接トランス４０から可動側電極２５と固定側電極１５との間に通電すると共に通電保持工程Ｓ３２において可動側電極２５と固定側電極１５との間の通電状態を予め設定された所定時間保持する。

通電保持工程Ｓ３２の開始に連動或いは開始直後における副加圧開始工程Ｓ２１において副加圧アクチュエータ３１のサーボモータ３２を、副加圧設定回転トルクに達するまで作動する。これにより副加圧部３９が退避位置から副加圧位置に移動して図５（ｃ）に示すように可動側電極２５と固定側電極１５との間で挟持加圧された状態の被溶接部材１００の薄板１０１に固定側電極１５に隣接して下方から副加圧部３９の先端３９ａが圧接して副加圧力ｆを付与すると共に副加圧保持工程Ｓ２２でサーボモータ３２を通電時間内の初期範囲の所定時間に亘り停止状態に維持して副加圧部３９により副加圧力ｆを付与保持した後、副加圧解除工程Ｓ２３においてサーボモータ３２を作動させて図５（ｄ）に示すように副加圧部３９を被溶接部材１００から離れる退避位置に移動する。

この副加圧保持工程Ｓ２２において固定側電極１５の加圧力ＦＬと可動側電極２５の加圧力ＦＵで加圧された被溶接部材１００に固定側電極１５に隣接して副加圧部３９による副加圧力ｆを付与した状態では、第２厚板１０３に上方から作用する可動側電極２５による加圧力ＦＵと薄板１０１に下方から作用する固定側電極１５による加圧力ＦＬ及び副加圧部３９による副加圧力ｆの総和が等しくなる（ＦＵ＝ＦＬ＋ｆ）。換言すると、固定側電極１５から薄板１０１に作用する加圧力ＦＬは、可動側電極２５による加圧力ＦＵから副加圧部３９による副加圧力ｆを減じた加圧力が付与される（ＦＬ＝ＦＵ−ｆ）。

このように薄板１０１側に作用する固定側電極１５からの加圧力ＦＬを第２厚板１０３側に作用する可動側電極２５の加圧力ＦＵより小さく（ＦＬ＜ＦＵ）制御することで、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における接触圧力が、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の溶接部における接触圧力より小さくなり、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の接触抵抗が大きくなると共に、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接触抵抗が小さくなる。

この可動側電極２５と固定側電極１５及び副加圧部３９とで被溶接部材１００を挟持加圧して薄板１０１側に位置する固定側電極１５の加圧力ＦＬを第２厚板１０３側に位置する可動側電極２５の加圧力ＦＵより小さくした状態で、可動側電極２５と固定側電極１５との間に所定時間通電されることで、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の接合部における接触抵抗が大きく電流密度が高くなると共に、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接触抵抗が小さく保持される。これにより、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における発熱量が第１厚板１０２と第２厚板１０３の接合部における発熱量に対して相対的に増加して、薄板１０１から第２厚板１０３に亘って電流密度の偏りがなく、図６（a）に示すような薄板１０１側から第２圧板１０３に比較的円柱状のナゲットＮが形成され、薄板１０１の溶接強度が確保できる。

この溶接の経過に伴い第１圧板１０２と第２厚板１０３との接合部及び接合部周囲が加熱されて軟化して第１厚板１０２と第２厚板１０３との加圧力が低下して第１厚板１０２と第２厚板１０３との間におけるナゲットＮの成長が抑制される。ここで、副加圧解除工程Ｓ２３においてサーボモータ３２を作動させて図５（ｄ）に示すように副加圧部３９を副加圧位置から被溶接部材１００から離れる退避位置に移動する。副加圧部３９による副加圧力ｆの付与が解除された被溶接部材１００には、サーボモータ２１の設定回転トルクを保持した状態の固定側電極１５と可動側電極２５によって所定の加圧力Ｆによる挟持加圧、即ち固定電極１５の加圧力ＦＬと可動側電極２５の加圧力ＦＵに増加し、第１厚板１０２と第２厚板１０３との間の接触面積が確保されてナゲットＮの生成が促進されて第１厚板１０２と第２厚板１０３との間における十分なナゲットＮの径が確保され、図６（ｂ）に示すように薄板１０１と第１厚板１０２との接合部から第１厚板１０２と第２厚板１０３との接合部に移行するに従って漸次拡径する径のナゲットＮが生成されて第１厚板１０２と第２厚板１０３の溶接強度が得られる。

しかる後、通電終了工程Ｓ３３において可動側電極２５と固定側電極１５への通電を終了し、加圧解除工程Ｓ１３において加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５を加圧位置から退避位置に移動させて図５（ｅ）に示すように固定側電極１５と可動側電極２５とによる被溶接部材１００の挟持を開放する。

次に、作動プログラムに従い溶接ロボットを作動して、スポット溶接装置１を被溶接部材１００の打点位置から退避させ、次の被溶接部材１００の打点位置に移動する。

このように構成された本実施の形態によると、固定側電極１５と可動側電極２５により被溶接部材１００を挟持加圧して通電する溶接開始乃至溶接開始直後、即ち通電時間の初期範囲に所定時間に亘り副加圧部３９により副加圧力ｆを付与することで、薄板１０１側に作用する固定側電極１５からの加圧力ＦＬが第２厚板１０３側に作用する可動側電極２５の加圧力ＦＵより小さくなり、薄板１０１と第１厚板１０２間の接合部における接触抵抗が大きく電流密度が高くなると共に、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接触抵抗が小さく保持されて薄板１０１から第２厚板１０３に亘って電流密度の偏りがなく、薄板１０１側から第２圧板１０３に比較的円柱状のナゲットＮが形成され、薄板１０１の溶接強度が確保され、しかる後、副加圧部３９による副加圧力ｆの付与を解除することで固定側電極１５と可動側電極２５によって加圧力Ｆが増加して第１厚板１０２と第２厚板１０３と間の接触面積が確保されてナゲットＮの生成が促進され、第１厚板１０２と第２厚板１０３との間における十分なナゲットＮの径が確保されて薄板１０１と第１厚板１０２との接合部から第１厚板１０２と第２厚板１０３との接合部に移行するに従って漸次拡径する径のナゲットＮが生成されて第１厚板１０２と第２厚板１０３の溶接強度が得られる。

従って、固定側電極１５と可動側電極２５によって被溶接部材１００を挟持加圧すると共に固定電極１５と可動側電極２５との間に所定時間通電して被溶接部材１００を溶接する通電時間内の初期範囲に所定時間だけ副加圧部３９により副加圧力ｆを付与して固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力ＦＬ、ＦＵを制御することで剛性の異なる板材を重ねた被溶接部材１００に対する溶接品質が向上する。即ち、均等な固定電極１５と可動側電極２５による加圧力Ｆの付加による溶接特性によるスポット溶接と、副加圧部３９による副加圧力ｆにより固定側電極１５の加圧力ＦＬと可動側電極２５の加圧力ＦＵが制御された溶接特性のスポット溶接が連続的に得られ、互いの溶接特性が補完されて優れた溶接品質が得られる。

（第２実施の形態）
本発明に係るスポット溶接装置の加圧制御方法の第２実施の形態について、図７乃至図９を参照して説明する。本実施の形態は作動プログラムが第１実施の形態と異なり、他の構成は第１実施の形態と同様であり、対応する符号を付することで該部の詳細な説明は省略する。

図７に溶接作動サイクルにおけるタイムチャートを示すように、溶接作動サイクルとして、可動側電極２５と固定側電極１５により被溶接部材１００を加圧する加圧開始工程Ｓ１１１と、加圧状態を保持する加圧保持工程Ｓ１１２と、加圧を解除する加圧解除工程Ｓ１１３と、副加圧部３９によって被溶接部材１００を副加圧する副加圧開始工程Ｓ１２１と、副加圧状態を保持する副加圧保持工程Ｓ１２２と、副加圧を解除する副加圧解除工程Ｓ１２３と、可動側電極２５と固定側電極１５とに通電する通電開始工程Ｓ１３１と、通電を保持する通電保持工程Ｓ１３２と、通電を終了する通電終了工程Ｓ１３３とを有する。

スポット溶接装置1の作動を図７に示す溶接作動サイクルにおけるタイムチャート及び図８、図９の作動概要説明図を参照して説明する。

被溶接部材１００のスポット溶接にあたり、予め設定されたプログラムに従い、図８（ａ）に示すように被溶接部材１００の溶接位置となる打点位置に固定側電極１５の頂端１５ａを当接してスポット溶接装置１を溶接位置に位置決めする。

次に、加圧工程Ｓ１１１において加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５を固定側電極１５に接近する加圧位置に移動させて図８（ｂ）のように第２厚板１０３に上方から当接させると共に加圧力アクチュエータ２０のサーボモータ２１を加圧設定回転トルクに達するまで作動して可動側電極２５と固定側電極１５との間で被溶接部材１００を加圧力Ｆで挟持加圧し、続く加圧保持工程Ｓ１１２において可動側電極２５と固定側電極１５との間で被溶接部材１００を加圧力Ｆで挟持加圧した状態を保持する。

可動側電極２５と固定側電極１５との間で被溶接部材１００を加圧力Ｆで加圧保持した加圧保持工程Ｓ１１１の初期段階において通電開始工程Ｓ１３１で可動側電極２５と固定側電極１５との間に通電すると共に通電保持工程Ｓ１３２において予め設定された通電時間に亘り可動側電極２５と固定側電極１５との間に通電状態に保持する。

この可動側電極２５と固定側電極１５によって被溶接部材１００を加圧したときに、剛性の低い薄板１０１と第１厚板１０２が下方に撓んで、薄板１０１と第１厚板１０２の間及び第１厚板１０２と第２厚板１０３との間に隙間が生じ、固定側電極１５と可動側電極２５間の電流密度が薄板１０１側に対して第２厚板１０３側が高くなり、図９（ａ）に模式的に示すように第１厚板１０２と第２厚板１０３との接合部にナゲットＮが形成され、次第にナゲットＮが大きくなりやがて薄板１０１と第１厚板１０２間が溶着される。この溶接の経過に伴い第１圧板１０２と第２厚板１０３及び第１厚板１０２と薄板１０１との接合部及び接合部周囲が加熱されて軟化し、加圧力が低下してナゲットＮの生成が抑制される。

しかる後、即ち通電の後期における副加圧開始工程Ｓ１２１において副加圧アクチュエータ３１のサーボモータ３２を、副加圧設定回転トルクに達するまで作動する。これにより図８（ｃ）に示すように可動側電極２５と固定側電極１５との間で挟持加圧された状態の被溶接部材１００の薄板１０１に固定側電極１５に隣接して下方から副加圧部３９が圧接して副加圧力ｆを付与すると共に副加圧保持工程Ｓ１２２で通電時間内の所定時間に亘り停止状態に保持して副加圧部３９により副加圧力ｆを付与保持した後、副加圧解除工程Ｓ１２３においてサーボモータ３２を作動させて図８（ｄ）に示すように副加圧部３９を副加圧位置から被溶接部材１００から離れる退避位置に移動する。

この副加圧保持工程Ｓ１２２において固定側電極１５の加圧力ＦＬと可動側電極２５の加圧力ＦＵで加圧された被溶接部材１００に副加圧部３９による副加圧力ｆを付与した状態では、固定側電極１５から薄板１０１に作用する加圧力ＦＬが可動側電極２５による加圧力ＦＵから副加圧部３９による副加圧力ｆを減じた加圧力が付与される（ＦＬ＝ＦＵ−ｆ）。即ち薄板１０１側に作用する固定側電極１５からの加圧力ＦＬを第２厚板１０３側に作用する可動側電極２５の加圧力ＦＵより小さく（ＦＬ＜ＦＵ）制御することで、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における接触圧力が、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の溶接部における接触圧力より小さくなり、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の接合部における接触抵抗が大きく電流密度が高くなり薄板１０１と第１厚板１０２の接合部におけるナゲットＮの生成が促され、図９（ｂ）に示すように薄板１０１と第１厚板１０２との接合部から第１厚板１０２と第２厚板１０３との接合部に移行するに従って漸次拡径する径のナゲットＮが生成されて第１厚板１０２と第２厚板１０３の溶接強度が得られる。

しかる後、通電終了工程Ｓ１３３において可動側電極２５と固定側電極１５への通電を終了し、加圧解除工程Ｓ１１３において加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５を加圧位置から退避位置に移動させて図８（ｄ）に示すように固定側電極１５と可動側電極２５とによる被溶接部材１００の挟持を開放する。次に、作動プログラムに従い溶接ロボットを作動して、スポット溶接装置１を被溶接部材１００の打点位置から退避させ、次の被溶接部材１００の打点位置に移動する。

このように構成された本実施の形態によると、固定側電極１５と可動側電極２５により被溶接部材１００を挟持加圧して通電する初期段階では固定側電極１５と可動側電極２５による比較的大きな加圧力Ｆで挟持加圧することで第１厚板１０２と第２厚板１０３との間に十分なナゲットＮを生成して第１厚板１０２と第２厚板１０３との溶接強度を確保し、後期段階では所定時間に亘り副加圧３９により副加圧力ｆを付与することで、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部におけるナゲットＮの生成が促進されて薄板１０１と第１厚板１０２との接合部から第１厚板１０２と第２厚板１０３との接合部に移行するに従って漸次拡径する径のナゲットＮが生成されて第１厚板１０２と第２厚板１０３の溶接強度が得られる。

従って、固定側電極１５と可動側電極２５によって被溶接部材１００を挟持加圧すると共に固定側電極１５と可動側電極２５との間に所定時間通電して被溶接部材１００を溶接する通電時間内の後期範囲に所定時間だけ副加圧部３９により副加圧力ｆを付与して固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力ＦＬ、ＦＵを制御することで剛性の異なる板材を重ねた被溶接部材１００に対する溶接品質が向上する。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１スポット溶接装置
１５固定側電極（第１溶接電極）
２０加圧アクチュエータ
２５可動側電極（第２溶接電極）
３０副加圧付与手段
３１副加圧アクチュエータ
３９副加圧部
１００被溶接部材
１０１薄板
１０２第１厚板
１０３第２厚板
Ｆ加圧力
ｆ副加圧力
Ｎナゲット

Claims

第１溶接電極と、
該第１電極と協働して被溶接部材を挟持する第２溶接電極に加圧力を付与する加圧アクチュエータと、
副加圧部を前記被溶接部材に当接して副加圧力を付与する副加圧アクチュエータとを有し、
前記第１溶接電極及び第２溶接電極によって前記被溶接部材を予め設定された加圧力で挟持加圧すると共に前記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電し、かつ副加圧部によって予め設定された副加圧力を付与して溶接するスポット溶接装置の加圧制御方法であって、
前記加圧アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された加圧力で挟持加圧して第１溶接電極と第２溶接電極に所定時間通電する通電時間内の後期範囲の所定時間において被溶接部材に副加圧部を当接して副加圧アクチュエータによる副加圧力を付与することを特徴とするスポット溶接装置の加圧制御方法。