JP5987856B2 - 溶接装置及び溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接装置及び溶接方法に関する。

従来、互いに接触させた２個の部材に通電し、その２個の部材の接触面に生じる抵抗熱により接触面近傍の材料を溶解し、その２個の部材を互いに加圧することで接合する溶接装置が知られている。
特許文献１に記載の溶接装置は、第１の部材が有する穴の内側に挿入した第２の部材に通電し、第２の部材をジュール熱により膨張させることにより、第１の部材の穴の内壁と第２の部材の外壁との接触面を加圧する。その後、溶接装置は、第１の部材と第２の部材に接触面を通じて電流を流し、その接触面の抵抗溶接を行う。

特開２００７−３００１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の溶接装置は、通電により第２の部材を熱膨張させることで、第１の部材の穴の内壁と第２の部材の外壁とを加圧しているので、抵抗溶接にかかる時間が長くなることが懸念される。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、抵抗溶接を短時間で行うことの可能な溶接装置及び溶接方法を提供することを目的とする。

第１発明は、筒部材と筒部材よりも熱容量が小さい棒部材とを溶接する溶接装置において、位置決め治具と第１給電治具が棒部材を押圧し、加圧治具と第２給電治具とが棒部材と筒部材との接触面を加圧した状態で、第１給電治具、棒部材、筒部材及び第２給電治具に通電することを特徴とする。また、電流供給手段による通電開始から所定時間が経過するまで棒部材の温度を棒部材の溶解が抑制可能な温度に維持し、その所定時間が経過した後に筒部材と棒部材とが溶解する温度に上げる制御手段を備える。
加圧治具と第２給電治具とが互いに対向して接触面を加圧することにより、抵抗溶接に必要な荷重が接触面に確実に印加される。そのため、加圧治具と第２給電治具による接触面の加圧と、第１給電治具と位置決め治具による接地電極の押圧とを同時又は連続して行うことが可能である。したがって、溶接装置は、筒部材と棒部材との抵抗溶接を短時間で行うことができる。

第２発明は、溶接方法の発明である。この溶接方法は、第１給電治具により棒部材を押
圧し、第２給電治具により棒部材と筒部材との接触面を加圧した後、第１給電治具、棒部
材、筒部材及び第２給電治具に通電することを特徴とする。また、給電工程では、電流供給手段による通電開始から所定時間が経過するまで棒部材の温度を棒部材の溶解が抑制可能な温度に維持し、その所定時間が経過した後に筒部材と棒部材とが溶解する温度に上げる。これにより、筒部材と棒部材との抵抗溶接を短時間で行うことができる。

本発明の第１実施形態による溶接装置の構成図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。 第１実施形態による第１給電治具の変形例である。 第１実施形態の溶接装置により溶接された製品の断面図である。 図４の製品が組み込まれた点火プラグの断面図である。 ワークの電気抵抗と熱容量を示す表である。 ワークの温度と０．２％耐力との関係を示すグラフである。 ワークの通電時間、電流及び温度の関係を示すグラフである。 ワークの通電時間、電流及び温度の関係を示すグラフである。 ワークの通電時間、温度及び電流の関係を示すグラフである。 第１実施形態による抵抗溶接のフローチャートである。 ワークに抵抗溶接が行われる様子を示す模式図である。 本発明の第２実施形態によるハウジングの平面図である。 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線の断面において、ワークに抵抗溶接が行われる様子を示す模式図である。 本発明の第３実施形態によるハウジングの平面図である。 図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線の断面において、ワークに抵抗溶接が行われる様子を示す模式図である。 本発明の第４実施形態によるハウジングの平面図である。 図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線の断面において、ワークに抵抗溶接が行われる様子を示す模式図である。 本発明の第５実施形態によるハウジングの平面図である。 図１９のＸＸ−ＸＸ線の断面において、ワークに抵抗溶接が行われる様子を示す模式図である。 本発明の第６実施形態による溶接装置の構成図である。

以下、本発明による抵抗溶接装置を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図１２に示す。第１実施形態の溶接装置１は、点火プラグに用いられるハウジング２と、そのハウジング２の軸方向の一方の端面に接触する接地電極３を被加工物（ワーク）として、それらの接触面４の抵抗溶接を行うものである。本実施形態のハウジング２は特許請求の範囲に記載の「筒部材」の一例に相当し、本実施形態の接地電極３は特許請求の範囲に記載の「棒部材」の一例に相当する。

図１に示すように、ハウジング２は、搬送装置５に載置された状態で溶接装置１に搬送される。搬送装置５に設けられた支持部材５１は、ハウジング２の径外側に形成された平面部２１に当接する。これにより、ハウジング２は、回転方向に位置決めされる。ハウジング２の軸方向の一方の端面に接地電極３が設置される。

溶接装置１は、第１位置決め治具１０、第１給電治具１１、第２給電治具１２、加圧治具１３、溶接電源１４、変圧器１５、温度センサ１６、変位センサ１７及びコントローラ１８などを備えている。
第１位置決め治具１０は、接地電極３が延びる方向に対して直交する方向の一方に固定されている。第１位置決め治具１０は、接地電極３に当接可能である。本実施形態の第１位置決め治具１０が、特許請求の範囲に記載の「位置決め治具」の一例に相当する。
第１給電治具１１は、接地電極３が延びる方向に対して直交する方向の他方に設けられ、図示していないアクチュエータ等により、図１の矢印Ａ、Ｂに示す方向へ往復移動可能である。なお、本実施形態において、「接地電極３が延びる方向に対して直交する方向」とは、ハウジング２の径方向が相当する。
第２位置決め治具１９、１９１はそれぞれ、第１給電治具１１及び第１位置決め治具１０の反ハウジング側に設けられ、接地電極３を支持している。

図１及び図２に示すように、第１位置決め治具１０と第１給電治具１１は、いずれも直方体であり、接地電極３に面接触可能な当接部１０１、１１１を有する。第１位置決め治具１０と第１給電治具１１は、その経年変化に応じて、接地電極３に当接する当接部１０１、１１１の位置をずらして使用することが可能である。
なお、図３に示すように、第１実施形態の変形例として、第１位置決め治具１０と第１給電治具１１を、いずれも円柱形状としてもよい。この場合、第１位置決め治具１０と第１給電治具１１は、接地電極３に線接触可能な当接部を有する。

図１に示すように、第１位置決め治具１０が接地電極３に当接した状態で、第１給電治具１１が矢印Ａの方向へ接地電極３を押圧すると、第１給電治具１１の当接部１１１と接地電極３との当接箇所が密着する。これにより、その当接箇所を流れる電流の集中抵抗が小さくなる。したがって、抵抗溶接を行う際、その当接箇所に発生するジュール熱が小さくなり、接地電極３の座屈を抑制することができる。
また、第１給電治具１１の当接部１１１は、接地電極３とハウジング２との接触面４から僅かに離れた位置を押圧する。本実施形態では、第１給電治具１１の当接部１１１と接触面４との距離は、例えば０．３から１．０ｍｍである。これにより、抵抗溶接を行う際、第１給電治具１１と接地電極３との当接箇所よりもハウジング側に位置する接地電極３が座屈することを抑制することができる。

加圧治具１３は、接地電極３の反ハウジング側に固定され、接地電極３の反ハウジング側の端面に当接可能である。
一方、第２給電治具１２は、ハウジング２の反接地電極側に設けられている。図１の矢印Ｃ、Ｄに示すように、第２給電治具１２は、図示していないアクチュエータ等により、ハウジング２の軸方向に往復移動可能である。
第２給電治具１２は、接地電極側の外径よりも反接地電極側の外径が大きいテーパ部１２１を有している。一方、筒状のハウジング２の内壁は、接地電極側の端部の内径よりも反接地電極側の端部の内径が大きい。そのため、ハウジング２の内壁には段差２２が設けられている。第２給電治具１２のテーパ部１２１は、ハウジング２の段差２２に線接触または面接触可能である。

搬送装置５に載置されたハウジング２が第２給電治具１２の直上に搬送されると、第２給電治具１２は矢印Ｃの方向へ移動し、搬送装置５に設けられた孔５２を挿通して、第２給電治具１２のテーパ部１２１がハウジング２の段差２２に線接触または面接触する。この状態で、第２給電治具１２がハウジング２を加圧治具側へ持ち上げると、接地電極３の反ハウジング側の端面と加圧治具１３とが当接する。さらに第２給電治具１２が矢印Ｃの方向へハウジング２を加圧すると、ハウジング２と接地電極３との接触面４が加圧される。

溶接電源１４は、変圧器１５を経由して、第１給電治具１１、接地電極３、接触面４、ハウジング２及び第２給電治具１２に電流を供給可能である。本実施形態の溶接電源１４及び変圧器１５が特許請求の範囲に記載の「電流供給手段」の一例に相当する。
この溶接電源１４は、インバータ制御により、直流電流を供給することが可能である。なお、図１では、変圧器１５の陽極を第１給電治具側に接続し、陰極を第２給電治具側に接続しているが、この陽極と陰極とは反対に接続してもよい。

ハウジング２と接地電極３との接触面４の近傍には、温度センサ１６が設けられている。この温度センサ１６は、接触面４に隣接したハウジング２の温度を非接触で検出する。
ハウジング２又は第２給電治具１２には、それらの変位量を検出可能な変位センサ１７が設けられている。変位センサ１７は、抵抗溶接を行う際のハウジング２と接地電極３とのすえ込み変形による変位量を検出可能である。
本実施形態の温度センサ１６が特許請求の範囲に記載の「温度検出手段」の一例に相当し、変位センサ１７が特許請求の範囲に記載の「変位量検出手段」の一例に相当する。

コントローラ１８は、プログラマブルロジックコントローラであり、温度センサ１６及び変位センサ１７等の信号が入力される。本実施形態のコントローラ１８が特許請求の範囲に記載の「制御手段」の一例に相当する。
コントローラ１８は、温度センサ１６から入力された信号から、抵抗溶接を行う際の接触面４の温度を検出可能である。
コントローラ１８は、温度センサ１６が検出した温度、及び、変位センサ１７が検出した変位量に基づき、溶接電源１４から第１給電治具１１及び第２給電治具１２等に供給する電流量、及び、第２給電治具１２の加圧力などを制御する。

溶接装置１が抵抗溶接を行う際、まず矢印Ａに示すように、第１給電治具１１を第１位置決め治具側へ移動し、第１給電治具１１と第１位置決め治具１０により、接地電極３を押圧する。次に矢印Ｃに示すように、第２給電治具１２を加圧治具側へ移動し、第２給電治具１２と加圧治具１３により、接地電極３とハウジング２との接触面４を加圧する。この状態で、溶接電源１４から変圧器１５を経由し、第１給電治具１１、接地電極３、接触面４、ハウジング２及び第２給電治具１２に通電すると、接触面４及びその接触面４の内部のハウジング２と接地電極３とが溶解する。このとき、第２給電治具１２により接地電極３とハウジング２との接触面４を加圧すると、接触面４及びその接触面４よりも内部から溶解したハウジング２の材料と接地電極３の材料とが互いに流動して結合する。これにより、ハウジング２と接地電極３とが溶接接合される。

上述した抵抗溶接によってハウジング２と接地電極３とが接合した製品を図４に示す。この製品は、図５に示すように、ハウジング２の径外側の外壁にねじ２３が鍛造された後、ハウジング２の径内側に碍子６と中心電極７が組みつけられる。続いて接地電極３の反ハウジング側の端部にチップ８が溶接された後、そのチップ８が中心電極７と向き合うように接地電極３が曲げ加工される。これにより、点火プラグ９が完成する。

次に、本実施形態の溶接装置１により溶接されるハウジング２と接地電極３の特性について説明する。
図６に示すように、接地電極３は例えばニッケル基合金から形成され、ハウジング２は例えばＳ１７Ｃ等の炭素鋼から形成される。この場合、接地電極３の電気抵抗は、ハウジング２の電気抵抗よりも約１２倍程度大きい。また、接地電極３の体格はハウジング２の体格よりも小さいことから、接地電極３の熱容量はハウジング２の熱容量の１／４５程度である。したがって、一般に、接地電極３とハウジング２に通電した場合、接地電極３はハウジング２よりも早く高温になる。

図７は、接地電極３における温度と０．２％耐力（降伏応力）との関係を実線Ｇ１に示し、ハウジング２における温度と０．２％耐力との関係を実線Ｈ１に示している。
接地電極３をニッケル基合金から形成し、ハウジング２を炭素鋼から形成した場合、図７に示すように、所定温度Ｔｃ未満では、同一温度において、接地電極３の０．２％耐力は、ハウジング２の０．２％耐力よりも高い。したがって、抵抗溶接の際に接地電極３とハウジング２との接触面４に印加する荷重を例えばＦａとした場合、ハウジング２が変形可能な温度Ｔａは、接地電極３が変形可能な温度Ｔｂよりも低い。

図８から図１０は、上述した特性を有する接地電極３とハウジング２との接触面４を抵抗溶接する際の通電時間、電流及び温度の関係を示している。
図８（Ａ）は、溶接電源１４から変圧器１５を経由して接地電極３及びハウジング２等に通電する電流値を、従来の一般的な抵抗溶接に使用されている電流値Ｉａに設定し、時刻ｔ０から時刻ｔ８までの間、通電したことを示している。

図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す通電を行った場合における接地電極３の温度変化を実線Ｇ２に示し、ハウジング２の温度変化を実線Ｈ２に示している。
実線Ｈ２に示すように、ハウジング２は、時刻ｔ６で変形可能な温度Ｔａに到達する。
一方、実線Ｇ２に示すように、接地電極３は、時刻ｔ６から僅かに遅れて時刻ｔ７で変形可能な温度Ｔｂに到達する。したがって、電流値をＩａとした場合、通電によって接触面４に生じる抵抗熱により、ハウジング２と接地電極３とは、ほぼ同時に温度が上昇する。

次に、図９（Ａ）は、電流値をＩａよりも大きいＩｃに設定し、時刻ｔ０から時刻ｔ５までの間、接地電極３とハウジング２に通電したことを示している。
図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示す通電を行った場合における接地電極３の温度変化を実線Ｇ３に示し、ハウジング２の温度変化を実線Ｈ３に示している。なお、図９では、図８に記載した接地電極３の温度変化を破線Ｇ２に示し、ハウジング２の温度変化を破線Ｈ２に示している。

実線Ｈ３に示すように、ハウジング２は、時刻ｔ４で変形可能な温度Ｔａに到達する。
一方、実線Ｇ３に示すように、接地電極３は、時刻ｔ４よりもかなり前の時刻ｔ２で変形可能な温度Ｔｂに到達する。
したがって、電流値をＩａからＩｃに大きくした場合、ハウジング２が変形可能な温度Ｔａに到達する時刻はｔ６からｔ４に早くなる。また、接地電極３が変形可能な温度Ｔｂに到達する時刻はｔ７からｔ２に早くなる。
しかし、電流値をＩｃにすると、時刻ｔ２から時刻ｔ４の間は接地電極３のみが溶解し、ハウジング２が溶解しないので、溶接強度が弱くなる。また、時刻ｔ２以降、接地電極３の温度がＴｂよりも高くなるので、接地電極３が座屈するおそれがある。さらに、接地電極３のすえ込み変形が進行し、バリの発生量が多くなるおそれがある。

そこで、本実施形態では、図１０（Ａ）に示すように、通電開始から時刻ｔ１までの電流の上昇率を図９（Ａ）に示したものと同様とする。そして時刻ｔ１から時刻ｔ３までの電流値を、Ｉａよりも大きく、Ｉｃよりも小さいＩｂに設定する。続いて、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの電流値をＩｃに設定する。
図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示す通電を行った場合における接地電極３の温度変化を実線Ｇ４に示し、ハウジング２の温度変化を実線Ｈ４に示している。なお、図１０では、図８に記載した接地電極３とハウジング２の温度変化をそれぞれ破線Ｇ２と破線Ｈ２に示し、図９に記載した接地電極３とハウジング２の温度変化をそれぞれ一点鎖線Ｇ３と一点鎖線Ｈ３に示している。

実線Ｈ４に示すように、接地電極３は、時刻ｔ２よりも僅かに早い時刻ｔ１で、「変形可能な温度Ｔｂよりも僅かに低い温度」になる。コントローラ１８は、温度センサ１６が検出したハウジング２の温度の変化率に基づき、接地電極３の温度を算出可能である。コントローラ１８は、接地電極３の温度が「変形可能な温度Ｔｂよりも僅かに低い温度」で保たれるように電流値Ｉｂを制御する。これにより、通電開始から時刻ｔ３の間に、接地電極３で発生したジュール熱は接触面４を経由してハウジング２に伝熱する。そのため、ハウジング２は時刻ｔ４よりも早い時刻ｔ３で変形可能な温度Ｔａに到達する。

時刻ｔ３でコントローラ１８は、電流値をＩｂよりも高いＩｃにする。これにより、接地電極３とハウジング２はいずれも、変形可能な温度Ｔａ、Ｔｂよりも高くなる。したがって、時刻ｔ３以降、第２給電治具１２により接触面４に印加する加圧力を大きくすることで、短時間で抵抗溶接が可能になる。この場合、接地電極３とハウジング２の両方が溶解し、流動するので、溶接強度が強くなる。
また、通電開始から時刻ｔ３までは、接地電極３の温度がＴｂよりも低いので、接地電極３の座屈を抑制することができる。
さらに、接地電極３とハウジング２のすえ込み変形を少なくすることで、バリの発生量を低減することができる。

続いて、本実施形態の溶接方法について、図１１のフローチャートと図１２の模式図を参照して説明する。なお、図１１では、ステップを「Ｓ」と表示している。
溶接処理が開始されると、先ず、ステップ１０で、搬送装置５によりハウジング２が溶接装置１に搬送される。すると、第２給電治具１２が搬送装置５の孔５２を挿通し、ハウジング２を加圧治具側へ持ち上げる。接地電極３は、ハウジング２の軸方向の一方の端面に設置される。

次にステップ１１で、第１給電治具１１と第１位置決め治具１０により、接地電極３が押圧される。これにより、第１給電治具１１の当接部１１１と第１位置決め治具１０の当接部１０１と接地電極３とが密着する。
ステップ１２では、第１給電治具１１と加圧治具１３により、ハウジング２と接地電極３との接触面４が加圧される。これにより、ハウジング２と接地電極３とが密着する。
なお、ステップ１１とステップ１２は同時に行ってもよく、また、逆の順序で行ってもよい。
本実施形態のステップ１１の処理が特許請求の範囲に記載の「押圧工程」の一例に相当し、ステップ１２の処理が特許請求の範囲に記載の「加圧工程」の一例に相当する。

ステップ１１及びステップ１２の様子を図１２（Ａ）に示す。接地電極３は第１給電治具１１と第１位置決め治具１０により押圧されている。また、ハウジング２と接地電極３との接触面４は、第２給電治具１２と加圧治具１３により加圧されている。
図１２（Ａ）では、第１給電治具１１と第１位置決め治具１０の押圧力を模式的に矢印Ｆ１、Ｆ２で示し、第２給電治具１２と加圧治具１３の加圧力を模式的に矢印Ｆ３、Ｆ４で示している。

その後、ステップ１３で、溶接電源１４から変圧器１５を経由して、第１給電治具１１、接地電極３、接触面４、ハウジング２及び第２給電治具１２に通電が開始される。するとステップ１４でコントローラ１８は、接地電極３の温度が、接地電極３が変形可能な温度Ｔｂよりも僅かに低い温度（以下Ｔｂ´という）で保たれるよう、電流値Ｉｂをフィードバック制御する。即ち、コントロータは、温度センサ１６が検出した温度から算出した接地電極３の温度がＴｂ´よりも高くなると電流値Ｉｂを下げ、接地電極３の温度がＴｂ´よりも所定温度低くなると電流値Ｉｂを上げる。

ステップ１５でコントローラ１８は、通電開始から所定の時間（時刻ｔ０からｔ３までの時間）が経過したか否かを判定する。所定の時間が経過していない場合（ステップ１５：ＮＯ）、処理はステップ１４に戻り、コントローラ１８は電流値Ｉｂを制御しつつ、通電を継続する。これにより、通電開始から所定の時間が経過するまで、接地電極３の座屈及び溶解が抑制される。
このステップ１５の「所定の時間」は、通電開始からハウジング２の温度がＴａになるまでの時間が実験などにより求められ、予めコントローラ１８に記憶されている。
なお、ステップ１５で、コントローラ１８は、通電開始から所定の時間が経過したか否かを判定することに代えて、或いはそれと共に、温度センサ１６の検出値に基づき、ハウジング２の温度がＴａに到達したか否かを判定することにしてもよい。

ステップ１３からステップ１５までの様子を図１２（Ｂ）に示す。第１給電治具１１から接地電極３及びハウジング２を経由して第２給電治具１２に電流が流れると、接地電極３はジュール熱によりハウジング２よりも早く温度が上昇する。この接地電極３の熱は、接触面４を経由してハウジング２に伝熱する。図１２（Ｂ）では、接地電極３で発生したジュール熱を模式的に破線Ｊで示し、そのジュール熱がハウジング２に伝熱する様子を模式的に矢印Ｋで示している。

ステップ１５で、所定の時間が経過したことが判定されると（ステップ１５：ＹＥＳ）、処理はステップ１６に移行する。
ステップ１６では、コントローラ１８は、接地電極３及びハウジング２等に供給する電流値をＩｂからＩｃに上昇する。これにより、接地電極３は変形及び溶解可能な温度Ｔｂ以上となり、ハウジング２も変形及び溶解可能な温度Ｔａ以上になる。
このステップ１６と同時に、ステップ１７では、第２給電治具１２の加圧力を強くする。これにより、接地電極３とハウジング２との抵抗溶接が行われる。
ステップ１８で、コントローラ１８は、変位センサ１７から出力された信号に基づき、接地電極３とハウジング２のすえ込み変形による変位量が所定量になるか否かを判定する。その変位量が所定量未満の場合（ステップ１８：ＮＯ）、処理はステップ１６に戻り、抵抗溶接を継続して実行する。

ステップ１６からステップ１８の様子を図１２（Ｃ）に示す。接地電極３及びハウジング２等に供給する電流値を上昇し、第２給電治具１２の加圧力を強くすると、接触面４に生じる抵抗熱により接触面４及びその接触面４の内部のハウジング２と接地電極３とが溶解する。そして、接触面４及びその接触面４よりも内部から溶解したハウジング２の材料と接地電極３の材料とが互いに流動して結合することで、抵抗溶接が行われる。
図１２（Ｃ）では、接触面４に生じる抵抗熱を模式的に破線Ｌで示し、接触面４よりも内部から溶解したハウジング２の材料と接地電極３の材料とが流動する様子を模式的に矢印Ｍ、Ｎで示している。
また、第２給電治具１２と加圧治具１３の加圧力を模式的に矢印Ｆ５、Ｆ６で示している。なお、図１２（Ｃ）で示す第２給電治具１２と加圧治具１３の加圧力Ｆ５、Ｆ６は、図１２（Ｂ）で示した第２給電治具１２と加圧治具１３の加圧力Ｆ３、Ｆ４よりも大きい。

ステップ１８で、接地電極３とハウジング２のすえ込み変形による変位量が所定量、又はそれ以上になった場合（ステップ１８：ＹＥＳ）、処理をステップ１９に移行する。
ステップ１９では、コントローラ１８は、溶接電源１４からの通電をオフすると共に、第２給電治具１２による加圧を停止する。これにより、抵抗溶接が完了する。
なお、上述したステップ１３からステップ１９までの処理が特許請求の範囲に記載の「給電工程」の一例に相当する。

第１実施形態の溶接装置１及び溶接方法は、次の作用効果を奏する。
（１）第１実施形態では、第１位置決め治具１０と第１給電治具１１が接地電極３を押圧し、加圧治具１３と第２給電治具１２とが接地電極３とハウジング２との接触面４を加圧した状態で、第１給電治具１１、接地電極３、ハウジング２及び第２給電治具１２に通電する。
加圧治具１３と第２給電治具１２とが互いに対向して接触面４を加圧することにより、抵抗溶接に必要な荷重が接触面４に確実に印加される。そのため、加圧治具１３と第２給電治具１２による接触面４の加圧と、第１位置決め治具１０による接地電極３の押圧とを同時又は連続して行うことが可能である。したがって、溶接装置１は、ハウジング２と接地電極３との抵抗溶接を短時間で行うことができる。

（２）第１実施形態では、第１給電治具１１は、接地電極３に面接触又は線接触可能な当接部１１１を有する。
これにより、第１給電治具１１と接地電極３との接触面積が大きくなるので、そこを流れる電流の集中抵抗が小さくなる。したがって、接地電極３に発生するジュール熱が小さくなり、接地電極３の座屈を抑制することができる。
また、第１給電治具１１は、その経年変化に応じて、接地電極３に当接する当接部１１１の位置をずらして使用することで、使用期間を長くすることが可能である。

（３）第１実施形態では、第１給電治具１１は、接地電極３とハウジング２との接触面４から僅かに離れた位置を押圧する。
これにより、第１給電治具１１と接地電極３との当接箇所よりもハウジング側に位置する接地電極３の座屈を抑制することができる。

（４）第１実施形態では、コントローラ１８は、通電開始から所定時間が経過するまで接地電極３の温度をその溶解が抑制可能な温度Ｔｂ´に維持し、その所定時間が経過した後にハウジング２と接地電極３とが溶解する温度に上げる。
これにより、通電開始後の所定時間内に接地電極３に発生するジュール熱をハウジング２に伝熱してハウジング２を温め、その後にハウジング２と接地電極３とを溶解可能な温度以上に加熱し、抵抗溶接することが可能である。そのため、電気抵抗が小さく熱容量の大きいハウジング２を短時間で加熱することができる。また、ハウジング２と接地電極３の両方が接触面４で溶解するので、溶接強度を高めることができる。

（５）第１実施形態では、コントローラ１８は、温度センサ１６の検出値に基づき電流量を制御する。
これにより、溶接装置１は、接地電極３の断面積等に公差が生じた場合でも、所定時間内で接地電極３とハウジング２を常に一定の温度に加熱することで、同一の溶接強度及び品質を保つことができる。

（６）第１実施形態では、コントローラ１８は、接触面４のハウジング２の温度がハウジング２が溶解する温度Ｔａに上昇するまで、接地電極３の温度を接地電極３の溶解が抑制可能な温度に維持する。
これにより、ハウジング２を短時間で加熱することが可能であるので、溶接を短時間で行うことができる。

（７）第１実施形態では、コントローラ１８は、変位センサ１７の検出値に基づき電流量を制御する。
これにより、変位センサ１７の検出値が目標値となったとき、第２給電治具１２による接触面４の加圧を停止すると共に、通電を停止することが可能である。そのため、溶接装置１は、接地電極３の断面積等に公差が生じた場合でも、溶接後の接地電極３の長さを同一にすることができる。
また、接地電極３とハウジング２とのすえ込み変形量が一定に保たれることから、バリの排出を抑制することができる。

（８）第１実施形態では、溶接電源１４は、インバータ制御による直流電流を供給する。
これにより、交流電流のように電流が０を跨ぐことがないので、接触面４の温度を連続して上げることが可能である。したがって、溶接を短時間で行うことができる。

（９）第１実施形態の溶接方法は、第１位置決め治具１０により接地電極３を押圧し（ステップ１１）、第２給電治具１２により接地電極３とハウジング２との接触面４を加圧した後（ステップ１２）、第１給電治具１１、接地電極３、ハウジング２及び第２給電治具１２に通電する（ステップ１３−１９）。
これにより、押圧工程と加圧工程を同時又は連続して行うことが可能であるので、ハウジング２と接地電極３との抵抗溶接を短時間で行うことができる。

（１０）第１実施形態の溶接方法では、通電開始から所定時間が経過するまで接地電極３の温度を接地電極３の溶解が抑制可能な温度に維持し、その所定時間が経過した後にハウジング２と接地電極３とが溶解する温度に上げる。
これにより、通電開始後の所定時間内に接地電極３に発生するジュール熱をハウジング２に伝熱してハウジング２を温め、その後にハウジング２と接地電極３とを抵抗溶接することが可能である。そのため、電気抵抗が小さく熱容量の大きいハウジング２を短時間で加熱することができる。また、ハウジング２と接地電極３の両方が接触面４で溶解するので、溶接強度を高めることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図１３及び図１４に示す。なお、図１３ではハウジング２のみを図示し、図１４ではハウジング２と接地電極３のみを図示する。
図１４（Ａ）に示すように、第２実施形態では、第１実施形態で説明した加圧工程及び押圧工程の前に、接地電極３のハウジング側の端部に突起３１を形成する。この接地電極３に突起３１を形成する工程が、特許請求の範囲に記載の「突起形成工程」の一例に相当する。
なお、接地電極３をハウジング側から見たとき、突起３１は、その稜線が長軸方向に延びるように形成してもよく、また、短軸方向に延びるように形成してもよい。

ハウジング２と接地電極３との抵抗溶接を行う際、電流が突起３１に集中すると共に、第２給電治具１２と加圧治具１３との荷重も突起３１に集中する。そのため、図１４（Ｂ）に示すように、接地電極３表面の酸化膜よりも内部の酸化されてない材料が溶接に必要な分だけ溶解する。したがって、図１４（Ｃ）に示すように、接地電極３のすえ込み変形量を小さくすると共に、接触面４からはみ出すバリを少なくすることが可能である。よって、この溶接方法により、溶接強度及び溶接品質を高めることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図１５及び図１６に示す。なお、図１５ではハウジング２のみを図示し、図１６ではハウジング２と接地電極３のみを図示する。
図１６（Ａ）に示すように、第３実施形態では、上述した加圧工程及び押圧工程の前に、ハウジング２の接地電極側の端面に接地電極３の断面よりも小さい凹部２４を形成する。このハウジング２に凹部２４を形成する工程が、特許請求の範囲に記載の「凹部形成工程」の一例に相当する。

ハウジング２と接地電極３との抵抗溶接を行う際、ハウジング２の凹部２４の内壁と接地電極３との接触箇所に電流が集中すると共に、第２給電治具１２と加圧治具１３との荷重もその接触個所に集中する。そのため、図１６（Ｂ）に示すように、ハウジング２表面及び接地電極３表面の酸化膜よりも内部の酸化されてない材料が溶接に必要な分だけ溶解する。したがって、図１６（Ｃ）に示すように、接地電極３のすえ込み変形量を小さくすると共に、接触面４からはみ出すバリを少なくすることが可能である。よって、この溶接方法により、溶接強度及び溶接品質を高めることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１７及び図１８に示す。なお、図１７ではハウジング２のみを図示し、図１８ではハウジング２と接地電極３のみを図示する。
第４実施形態は、上述した第２実施形態と第３実施形態との組み合わせである。したがって、第４実施形態は、上述した第２実施形態と第３実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１９及び図２０に示す。なお、図１９ではハウジング２のみを図示し、図２０ではハウジング２と接地電極３のみを図示する。
図２０（Ａ）に示すように、第５実施形態では、上述した加圧工程及び押圧工程の前に、ハウジング２の接地電極側の端面に凸部２５を形成する。このハウジング２に凸部２５を形成する工程が、特許請求の範囲に記載の「凸部形成工程」の一例に相当する。

ハウジング２と接地電極３との抵抗溶接を行う際、ハウジング２の凸部２５と接地電極３との接触箇所に電流が集中すると共に、第２給電治具１２と加圧治具１３との荷重もその接触個所に集中する。そのため、図２０（Ｂ）に示すように、ハウジング２表面の酸化膜よりも内部の酸化されてない材料が溶接に必要な分だけ溶解する。したがって、図２０（Ｃ）に示すように、接地電極３のすえ込み変形量を小さくすると共に、接触面４からはみ出すバリを少なくすることが可能である。よって、この溶接方法により、溶接強度及び溶接品質を高めることができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について、図２１を参照して説明する。
第６実施形態の溶接装置１では、図示していないローラなどに巻き回された接地電極３となる材料が、そのローラからハウジング２の軸方向の端面に供給される。
そのため、第６実施形態の溶接装置１は、上述した第１実施形態の溶接装置１が備える加圧治具１３を備えていない。その代わり、第６実施形態の溶接装置１は、第１給電治具１１と第１位置決め治具１０の接地電極側の端面の断面積が、第１実施形態のものよりも小さく形成されている。また、第６実施形態の溶接装置１は、第１給電治具１１が接地電極３を第１位置決め治具側へ押圧する押圧力が、第１実施形態の第１給電治具１１の押圧力よりも大きく設定される。そのため、この第６実施形態の溶接装置１では、第２給電治具１２が矢印Ｃの方向へ移動してハウジング２と接地電極３との接触面４を加圧する際、接地電極３の移動が、第１給電治具１１と接地電極３との摩擦力、及び、第１位置決め治具１０と接地電極３との摩擦力によって規制される。

第６実施形態の溶接装置１では、第１給電治具１１が接地電極３を第１位置決め治具側へ押圧する押圧力が安定した後、第２給電治具１２によるハウジング２と接地電極３との接触面４の加圧が行われる。その後、溶接電源１４から第１給電治具１１及び第２給電治具１２等に通電され、ハウジング２と接地電極３との抵抗溶接が行われる。
この抵抗溶接が行われた後、ローラから供給されていた接地電極３は、点火プラグ９に適切な長さに切断される。

第６実施形態の溶接装置１においても、第１実施形態で説明した溶接方法を適用することが可能である。即ち、通電開始から所定時間が経過するまで接地電極３の温度を溶解が抑制可能な温度に維持し、その所定時間が経過した後に接地電極３とハウジング２とが溶解する温度に上げると共に、第２給電治具１２による加圧力を高めることで、溶接を短時間で行うことができる。

（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、点火プラグ９に用いられるハウジング２と接地電極３との抵抗溶接を行う溶接装置１及び溶接方法について説明した。これに対し、他の実施形態では、溶接装置１及び溶接方法により抵抗溶接が行われるワークは、点火プラグ９に用いられるものに限らない。この溶接装置１及び溶接方法により、種々の棒部材と筒部材との抵抗溶接を行うことが可能である。

（２）上述した実施形態では、溶接電源１４は、直流電流を供給するものとした。これに対し、他の実施形態では、溶接電源１４は、交流電流を供給するものであってもよい。
（３）上述した実施形態では、温度センサ１６は、接触面４に隣接したハウジング２の温度を検出するものとした。これに対し、他の実施形態では、温度センサ１６は、接触面４の温度を検出するものであってもよく、接触面４に隣接した接地電極３の温度を検出するものであってもよい。
このように、本発明は、上記実施形態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において種々の形態で実施可能である。

１ ・・・溶接装置
２ ・・・ハウジング（筒部材）
３ ・・・接地電極（棒部材）
１０・・・第１位置決め治具（位置決め治具）
１１・・・第１給電治具
１２・・・第２給電治具
１３・・・加圧治具
１４・・・溶接電源（電流供給手段）
１５・・・変圧器（電流供給手段）
１８・・・制御手段（コントローラ）

Claims (11)

1. 筒部材（２）とその筒部材の軸方向の一方の端面に接触し、前記筒部材よりも熱容量が小さい棒部材（３）との抵抗溶接を行う溶接装置（１）であって、
   前記棒部材が延びる方向に対して直交する方向の一方から前記棒部材に当接する位置決め治具（１０）と、
   前記棒部材が延びる方向に対して直交する方向の他方から前記棒部材を押圧する第１給電治具（１１）と、
   前記棒部材の反筒部材側に設けられた加圧治具（１３）と、
   前記筒部材の反棒部材側に設けられ、前記加圧治具と共に、前記棒部材と前記筒部材との接触面（４）を加圧する第２給電治具（１２）と、
   前記棒部材が前記位置決め治具と前記第１給電治具とに押圧され、前記接触面が前記加圧治具と前記第２給電治具とに加圧された状態で、前記第１給電治具、前記筒部材、前記接触面、前記棒部材及び前記第２給電治具に電流を供給する電流供給手段（１４，１５）と、
   前記電流供給手段による通電開始から所定時間が経過するまで前記棒部材の温度を前記棒部材の溶解が抑制可能な温度に維持し、その所定時間が経過した後に前記筒部材と前記棒部材とが溶解する温度に上げる制御手段（１８）と、
   を備えることを特徴とする溶接装置。
2. 前記第１給電治具は、前記棒部材に面接触又は線接触可能な当接部（１１１）を有することを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
3. 前記第１給電治具は、この第１給電治具と前記棒部材との当接箇所よりもハウジング側に位置する前記棒部材のジュール熱による座屈を抑制可能な程度に、前記接触面から僅かに離れた位置を押圧することを特徴とする請求項１または２に記載の溶接装置。
4. 前記接触面の温度を検出する温度検出手段（１６）を備え、
   前記制御手段は、前記温度検出手段の検出値に基づき前記電流供給手段による電流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
5. 前記制御手段は、前記接触面の温度が前記筒部材が溶解可能な温度に上昇するまで、前記棒部材の温度を前記棒部材の溶解が抑制可能な温度に維持することを特徴とする請求項１または４に記載の溶接装置。
6. 前記筒部材と前記棒部材とのすえ込み変形による変位量を検出する変位量検出手段（１７）を備え、
   前記制御手段は、前記変位量検出手段の検出値に基づき前記電流供給手段による電流量、及び、前記加圧治具と前記第２給電治具との加圧力を制御することを特徴とする請求項１、４または５のいずれか一項に記載の溶接装置。
7. 前記電流供給手段は、インバータ制御による直流電流を供給することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の溶接装置。
8. 筒部材とその筒部材の軸方向の一方の端面に接触し、前記筒部材よりも熱容量が小さい棒部材との抵抗溶接を行う溶接方法であって、
   第１給電治具により前記棒部材を押圧する押圧工程（Ｓ１１）と、
   第２給電治具により前記棒部材と前記筒部材との接触面を加圧する加圧工程（Ｓ１２）と、
   前記押圧工程及び前記加圧工程が行われた後、電流供給手段により前記第１給電治具、前記筒部材、前記接触面、前記棒部材及び前記第２給電治具に電流を供給する給電工程（Ｓ１３−Ｓ１９）と、を含み、
   前記給電工程では、前記電流供給手段による通電開始から所定時間が経過するまで前記棒部材の温度を前記棒部材の溶解が抑制可能な温度に維持し、その所定時間が経過した後に前記筒部材と前記棒部材とが溶解する温度に上げることを特徴とする溶接方法。
9. 前記押圧工程及び前記加圧工程の前に、前記棒部材の筒部材側の端部に突起（３１）を形成する突起形成工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の溶接方法。
10. 前記押圧工程及び前記加圧工程の前に、前記筒部材の棒部材側の端面に前記棒部材の断面よりも小さい凹部（２４）を形成する凹部形成工程を含むことを特徴とする請求項８または９のいずれか一項に記載の溶接方法。
11. 前記押圧工程及び前記加圧工程の前に、前記筒部材の棒部材側の端面に凸部（２５）を形成する凸部形成工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の溶接方法。

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