JP6393066B2

JP6393066B2 - Ｔｉｇ溶接方法及びｔｉｇ溶接装置

Info

Publication number: JP6393066B2
Application number: JP2014082593A
Authority: JP
Inventors: 康男澤井; 洋一萩沢; 正行阿部
Original assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Current assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2034-04-14
Also published as: JP2015202505A

Description

本発明は、電気回路の配線接続等に使用される端子部材を溶接するためのＴＩＧ溶接方法および装置に関する。

電気回路は、電気の供給源となる電源や電気を利用して一定の機能を果たす電気部品等を配線で接続して構成されており、電気回路の構築には配線接続または結線の作業が必ず必要になる。一般に、ディスクリートな端子部材同士の接続には、溶接、ハンダ付け、圧着、圧接等が用いられている。これらの結線方法の中で安定性、信頼性、永久性に最も優れているのは溶接である。

従来より、この種の端子部材の溶接には、アーク溶接、抵抗溶接およびＹＡＧレーザ溶接が多く用いられている。もっとも、端子部材の材質が銅または銅合金である場合は、銅の抵抗率が低い（したがって抵抗発熱が低い）ために抵抗溶接の適用は難しく、またＹＡＧレーザの基本波長（１０６４ｎｍ）に対して銅の反射率が高い（したがってレーザエネルギーの吸収が少ない）ためにＹＡＧレーザの適用も難しいことから、電気の放電現象（アーク放電）を利用するアーク溶接法が多く用いられている。特に、小型の電気部品が含まれる電気回路の端子部材溶接では、非消耗型のトーチ電極（タングステン電極棒）を使用するＴＩＧ溶接法が多く用いられている。

国際公開ＷＯ２０１０／０１８７７８号公報

非消耗型のトーチ電極を使用するＴＩＧ溶接法において、アーク放電を開始させる主な手法には、スタート時に高周波放電によって絶縁破壊を起こしてアークに移行させる高周波発生方式と、スタート時だけトーチ電極と母材との間に１０ｋＶ以上の直流の高電圧を印加して絶縁破壊を起こしアークに移行させる直流高電圧印加方式と、高周波を使わずにトーチ電極を母材に接触させて通電を開始した後引き離してアーク放電を発生させるタッチスタート（またはリフトスタート）方式の３種類がある。高周波発生方式や直流高電圧印加方法は、高周波または高電圧を発生する電源を必要とするために溶接機のコストが高くつくことや、高周波または高電圧のノイズが当該電気回路の電気部品や周囲の電子機器に悪い影響を及ぼすことが、多くの溶接現場で嫌がられている。この点、タッチスタート方式は、高周波電源や高圧の直流電源を使用しないため、溶接機のコストを下げることができるうえ、高周波ノイズの問題がない。

しかしながら、タッチスタート方式を用いる従来のＴＩＧ溶接方法においては、シャープな円錐形状を有するトーチ電極の先端が母材または被溶接部とのタッチ（当接）を繰り返すうち丸く変形しやすい。トーチ電極の先端が丸く変形すると、アークの集中性が劣化して、被溶接部の溶け込み深さが減少し、溶接品質が低下する。そこで、溶接現場では、トーチ電極の先端形状を予め規定したシャープな円錐形状に研磨するための専用の電極研磨機を備えており、この電極研磨機を用いて電極先端部の研磨を短い周期で頻繁に実施している。しかし、トーチ電極の研磨が頻繁に行われることで、トーチ電極（タングステン電極棒）が早く消耗し、ランニングコストが嵩むことや、電極研磨の度に溶接作業が中断して生産効率の低下を来すことが、現実の課題となっている。

また、タッチスタート方式においては、アーク溶接に先立って、トーチ電極の先端が被溶接部の中心部付近つまり両端子部材間の隙間付近に対向するように、位置合わせが行われる。しかしながら、端子部材が細い線材または棒材である場合や、短いタクト時間で多数の被溶接部をＴＩＧ溶接法で溶接する場合は、トーチ電極と被溶接部間の位置合わせに誤差が生じやすい。たとえば、車載用の回路基板上で多数の集積回路に電力を供給するために用いられる細長い棒状または板状の導体金属であるバスバーは、回路基板上に実装された状態で、かつ多くの箇所で接合加工を受ける。このようなバスバーの接合加工にＴＩＧ溶接法を用いる場合は、タクト時間の短縮化つまり生産性の向上のためにトーチ電極と回路基板上の各被溶接部との間で位置合わせ動作が高速に行われる中で、トーチ電極の先端が被溶接部の中心部からずれるおそれがある。

そのようにトーチ電極の先端が被溶接部の中心部からずれた状態でタッチスタート方式のＴＩＧ溶接が行われると、被溶接部の中心部からずれた部位（トーチ電極の先端が当接した部位）にアークが集中して、被溶接部の中心部（隙間付近）が十分に溶けないために、所期の溶接強度が得られず、溶接品質の再現性および信頼性が保証されなくなる。

本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決するものであり、トーチ電極の先端の変形を少なくすることができるうえ、トーチ電極と被溶接部間の位置合わせに多少の誤差が生じてもタッチスタート方式のＴＩＧ溶接法を安定確実に実施することができるＴＩＧ溶接方法およびＴＩＧ溶接装置を提供する。
［課題を解決するための手段］

本発明の第１のＴＩＧ溶接方法は、第１および第２の金属部材を合わせて被溶接部を形成する第１の工程と、マイナス形状または長方形状を有するトーチ電極の先端面の長手方向が前記被溶接部の表面上で前記第１および第２の金属部材間の隙間が延びる方向と直交し、または斜めに交差するように、前記トーチ電極の先端面を前記被溶接部の表面に当てる第２の工程と、前記被溶接部に前記トーチ電極の先端面が接触した状態の下で、前記トーチ電極の周囲にシールドガスを供給しながら、前記トーチ電極と前記被溶接部との間に電圧を印加して通電を開始する第３の工程と、前記シールドガスの供給と前記通電を継続しながら、前記トーチ電極の先端を前記被溶接部から離して、前記トーチ電極と前記被溶接部との間でアークを発生させ、前記アークの熱によって前記被溶接部を溶かす第４の工程と、前記アークを消滅させて前記被溶接部の溶融部を凝固させる第５の工程とを有する。
本発明の第２のＴＩＧ溶接方法は、第１および第２の金属部材を合わせて被溶接部を形成する第１の工程と、マイナス形状または長方形状を有するトーチ電極の先端面を前記被溶接部に当てる第２の工程と、前記被溶接部に前記トーチ電極の先端面が接触した状態の下で、前記トーチ電極の周囲にシールドガスを供給しながら、前記トーチ電極と前記被溶接部との間に電圧を印加して通電を開始する第３の工程と、前記シールドガスの供給と前記通電を継続しながら、前記トーチ電極の先端を前記被溶接部から離して、前記トーチ電極と前記被溶接部との間でアークを発生させ、前記アークの熱によって前記被溶接部を溶かす第４の工程と、前記アークを消滅させて前記被溶接部の溶融部を凝固させる第５の工程と、を有し、前記トーチ電極の先端面の長手方向のサイズは、前記第１および第２の金属部材を合わせた前記被溶接部の厚みの２／３以上である。

本発明の第１のＴＩＧ溶接装置は、第１および第２の金属部材を合わせて被溶接部を形成するＴＩＧ溶接装置であって、先端面がマイナス形状または長方形状である棒状のトーチ電極を着脱自在に装着して保持するトーチボディと、前記被溶接部を水平面内のＸＹ方向で移動させるためのＸＹステージと、前記被溶接部を水平面内の方位角方向で移動させるためのθステージと、タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と被溶接部との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接部を含む閉回路内で電流を流す溶接電源と、タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と前記被溶接部との間で相対的な接触と離間とを行わせる移動機構とを有し、前記トーチ電極の先端面の長手方向が前記被溶接部の表面上で前記第１および第２の金属部材間の隙間が延びる方向と直行し、または斜めに交差するように、前記トーチ電極の先端面を前記被溶接部の表面に当てることを特徴とする。
本発明の第２のＴＩＧ溶接装置は、棒状のトーチ電極を着脱自在に装着して保持するトーチボディと、タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と被溶接部との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接部を含む閉回路内で電流を流す溶接電源と、タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と前記被溶接部との間で相対的な接触と離間とを行わせる移動機構とを有し、前記トーチ電極の先端面がマイナス形状または長方形状であり、かつ前記トーチ電極の先端面の長手方向のサイズが第１および第２の金属部材を合わせた前記被溶接部の厚みの２／３以上であることを特徴とする。

本発明においては、マイナス形状または長方形状を有するトーチ電極の先端面を被溶接部に当てて、シールドガスを供給しながら、この状態で通電を開始し、それからトーチ電極の先端面を被溶接部から引き離すことによって、トーチ電極と被溶接部との間のギャップ空間にアークを発生させる。このようなタッチスタート方式によれば、トーチ電極と被溶接部間の位置合わせ動作でトーチ電極の中心軸が被溶接部の中心（特に両金属部材間の隙間）から多少ずれても、トーチ電極の先端面が隙間を跨いで被溶接部に当接するので、確実に被溶接部の中心部付近にアークを集中させることができる。このことにより、被溶接部の中心部をアーク熱で確実に溶かして、良好な溶接強度を得ることができる。

さらに、トーチ電極の先端面は、被溶接部に対して、点接触ではなく線接触で接触するので、タッチスタートが繰り返し行われても電極先端が簡単に潰れることなく（丸く変形せずに）細長い先端面形状を長い間保つことができる。このことにより、トーチ電極の消耗を少なくし、ランニングコストを下げることができる。

本発明のＴＩＧ溶接方法およびＴＩＧ溶接装置によれば、上記のような構成および作用を有することにより、トーチ電極の先端の変形を少なくすることができるうえ、トーチ電極と被溶接部間の位置合わせに多少の誤差が生じてもタッチスタート方式のＴＩＧ溶接法を安定確実に実施することができる。

本発明の一実施形態におけるＴＩＧ溶接装置の全体の構成を示す斜視図である。実施形態における被溶接部の一例を示す斜視図である。実施形態におけるトーチ電極の先端面の形状およびトーチ電極と被溶接部との間の理想的な位置合わせを示す図である。実施形態におけるトーチの要部の構成を示す部分断面図である。実施形態におけるトーチ支持機構の構成および作用を示す一部断面側面図である。一変形例におけるトーチ支持機構の構成および作用を示す一部断面側面図である。実施形態におけるＴＩＧ溶接装置の各部の動作を説明するためのタイミング図である。実施形態における位置合わせでトーチ電極の中心軸が被溶接部の中心から大きくずれる場合の例を模式的に示す図である。実施形態における端子部材溶接方法の手順と各段階の状態とを示す図である。実施形態における端子部材溶接方法の手順と各段階の状態とを示す図である。実施形態の変形例におけるトーチ電極の先端部の構成を示す図である。別の変形例におけるトーチ電極の先端部の構成を示す図である。別の変形例におけるトーチ電極の先端部の構成を示す図である。別の変形例におけるトーチ電極の先端部の構成を示す図である。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態におけるＴＩＧ溶接機の全体構成を示す。

このＴＩＧ溶接機は、直流式の溶接電源回路および制御回路等を内蔵したユニット形態の装置本体１０と、この装置本体１０からの用力の供給と制御の下で電気部品支持体（たとえばアッセンブリまたは回路基板）Ｓ上の被溶接材または母材ＷＪにＴＩＧ溶接を施す溶接ヘッド１２と、シールドガスまたは不活性ガス（たとえばアルゴンガス）の供給源たとえばガスボンベ１４とを有する。

溶接ヘッド１２は、板状のベース１６にステージ１８とトーチスタンド２０を併設し、トーチスタンド２０にＴＩＧ溶接用のトーチ２２を昇降可能に搭載している。より詳しくは、ステージ１８は、電気部品支持体Ｓを水平面内のＸＹ方向で移動させるためのＸＹステージ２４と、電気部品支持体Ｓを水平面内の方位角方向（θ方向）で移動させるためのθステージ２６とを有している。トーチスタンド２０に固定されている台２８の上に昇降機構（図示せず）を内蔵した昇降タワー３０が設けられ、この昇降タワー３０に昇降駆動軸３２およびトーチ支持体３４を介して棒状のトーチ２２が鉛直方向に起立した姿勢で上下移動可能に取り付けられている。

水平方向においてトーチ２２の位置は固定されている。装置本体１０よりケーブル２５を介して送られてくる制御信号の下でＸＹステージ２４およびθステージ２６がＸＹ方向の移動動作およびθ方向の移動（回転）動作をそれぞれ行うことにより、ステージ１８に載置されている電気部品支持体Ｓ上でＴＩＧ溶接の対象となる被溶接部ＷＪ（Ｗ₁，Ｗ₂）をトーチ２２の直下に高い精度で位置決めすることができる。

トーチ２２は、装置本体１０よりトーチケーブル内蔵のホース３６を介してＴＩＧ溶接用の電力と不活性ガスの供給を受けるようになっており、絶縁体たとえば樹脂からなる円筒状のトーチボディ３８とこのトーチボディ３８の下端部に着脱自在に取り付けられる円筒状または円錐状のトーチノズル４０とを有し、トーチボディ３８およびトーチノズル４０の中にトーチ電極（タングステン電極棒）４２を着脱自在に装着し、トーチノズル４０の下端よりトーチ電極４２の先端部を突出させている。

装置本体１０は、ユニット正面に表示器４４、操作ボタン４６および電源スイッチ４８等をタッチパネル形式で配置し、ユニット側面または背面に外部接続端子またはコネクタ類５０を配置している。ガスボンベ１４よりホース１５に送出されるシールドガスは、装置本体１０を経由してトーチ２２に供給されるようになっている。

図２に、この実施形態におけるＴＩＧ溶接の適用可能な被溶接材（母材）の一例を示す。図示の例では、たとえば銅からなる２つの細長い棒状または板状の金属部材たとえばバスバーＷ₁，Ｗ₂を被溶接材（母材）とし、両金属部材Ｗ₁，Ｗ₂のそれぞれの上端面（頂面）を略面一に揃えてそれぞれの上端部を一体に合わせている。この一体に合わさった金属部材Ｗ₁，Ｗ₂の上端部が被溶接部ＷＪを形成する。各金属部材Ｗ₁，Ｗ₂の他端（図示せず）は、たとえば、電気部品支持体Ｓ上に搭載されている電気部品（図示せず）に通じている。あるいは、一方の金属部材Ｗ₁は電気部品支持体Ｓ上に搭載され、他の金属部材Ｗ₂の他端は別の電気部品支持体（図示せず）上に搭載されている電気部品（図示せず）に通じている。

なお、被溶接部ＷＪを避けて、金属部材Ｗ₁，Ｗ₂には、アース電極を構成する一対の接触子（コンタクト）Ｃ₁，Ｃ₂が左右両側から着脱可能に接触する。これらの接触子Ｃ₁，Ｃ₂は、アースケーブル５４を介して装置本体１０内の電源回路の正極に電気的に接続されている。

通常の被溶接部ＷＪにおいては、両金属部材Ｗ₁，Ｗ₂の接触界面に必ず幾らか（たとえば０．１ｍｍ程度）の隙間ｇが存在する。また、両金属部材Ｗ₁，Ｗ₂のそれぞれの上端面または頂面は厳密に面一に揃っているのが好ましいが、通常は誤差または段差が０．１ｍｍ以下であれば実用上十分である。

この実施形態においては、図２に示すように、トーチ電極４２の先端部４２ａが、トーチ電極の軸方向（図のＺ方向）と直交する一方向（図のＹ方向）でテーパ状に細くなっており、トーチ電極４２の先端面４２ｂの形状がマイナス（−）形状または長方形状になっている。トーチ電極４２のこのような先端部４２ａの構成は、たとえば切削や研削等といった機械加工により形成される。

図３の（ａ）に、トーチ電極４２を垂直下方から見たときの先端面４２ｂを示す。また、図３の（ｂ）に、トーチ電極４２の先端面４２ｂと被溶接部ＷＪの表面（頂面）とが理想的な位置合わせで上下に重なっているときの両者間の相対的な位置およびサイズ関係を示す。ここで、トーチ電極４２と被溶接部ＷＪとの間の理想的な位置合わせとは、トーチ電極４２の中心軸Ｎ₄₂が被溶接部ＷＪの頂面の中心Ｏ_WJまたはその付近と略重なり、かつトーチ電極４２の先端面４２ｂの長手方向（図のＸ方向）が被溶接部ＷＪの頂面上で隙間ｇが延びる方向（図のＹ方向）と略直交しているような相対的な位置関係が両者の間に成立している場合である。

トーチ電極４２の先端面４２ｂの長手方向のサイズＬ₄₂は、好ましくは両金属部材Ｗ₁，Ｗ₂を合わせた被溶接部ＷＪの厚みＤ_WJの２／３以上であり、さらに好ましくは図３の（ｂ）に示すように被溶接部ＷＪの厚みＤ_WJ以上である。したがって、そのような条件（Ｌ₄₂≧２Ｄ_WJ／３あるいはＬ₄₂≧Ｄ_WJ）が満たされるように、トーチ電極４２の太さ（直径）φ₄₂が選ばれる。一例として、金属部材（バスバー）Ｗ₁，Ｗ₂の厚みがそれぞれ１ｍｍである場合（被溶接部ＷＪの厚みＤ_WJが約２ｍｍである場合）は、トーチ電極４２の太さφ₄₂つまり先端面４２ｂの長手方向サイズＬ₄₂は３．２ｍｍに選ばれ、トーチ電極４２の先端面４２ｂの短手方向サイズＳ₄₂は１ｍｍに選ばれる。

図４に、トーチ２２の要部（下端部）の構成を示す。トーチボディ３８内には、タングステンまたはタングステン合金からなる棒状のトーチ電極４２を中心部つまりトーチ２２の軸心で保持するためのすり割り付きのコレット５６が設けられている。このコレット５６は、外周面にネジ山５８ａが形成されている一回り大きなすり割り付きのコレットボディ５８によって囲繞されている。コレットボディ５８のネジ山５８ａは、トーチノズル４０の内周面に形成されているネジ山４０ａと螺合する。トーチノズル４０をトーチボディ３８側に送るようにたとえば時計回りに回すと、コレットボディ５８の下端部が口径を狭める方向に変形して、コレット５６を介してトーチ電極４２を挟着（保持）するようになっている。

コレット５６とコレットボディ５８との間には、ホース３６（図１）よりトーチボディ３８の上部に導入されたシールドガスＳＧを下方に導く円筒状のガス通路６０が形成されている。そして、コレットボディ５８の下端部には周回方向に所定の間隔を置いて複数の通孔５８ｂが形成されている。ガス通路６０を下ってきたシールドガスＳＧは、通孔５８ｂを通ってトーチ電極４２とトーチノズル４０との間の空間またはノズル室６２に出て、このノズル室６２の下端の出口つまり噴出口６４から外に噴出するようになっている。トーチノズル４０は、好ましくはセラミック（たとえばアルミナ）からなり、その内周面に失火防止用の薄板状または箔状の導体６６を貼付している。

なお、この実施形態のトーチ２２においては、図１および図５に示すように、板状のトーチ支持体３４の貫通孔３４ａにトーチボディ３８が通され、当該トーチボディ３８の上部ないし中間部に固定された鍔状のフランジ６８が支持体３４の上面に載るようにして、トーチボディ３８がトーチ支持体３４に取り付けられる。このようなトーチ支持構造によれば、トーチ電極４２の先端面４２ｂが空中に浮いている間は、昇降タワー３０がトーチ支持体３４を昇降移動させると、トーチ２２はトーチ支持体３４と一体に昇降移動する（図１）。しかし、トーチ電極４２の先端面４２ｂが母材Ｗに着いてから、トーチ支持体３４を下ろすと、図５に示すように、コレットボディ５８のフランジ６８がトーチ支持体３４から分離して、トーチ２２がトーチ支持体３４から独立して母材Ｗ上で起立するようになる。この時、母材Ｗ側にはトーチ２２の自重が加わる。このトーチ自重加圧方式は、この実施形態のようにトーチ２２を鉛直方向で移動させる場合に有利である。

別の構成例として、図６に示すように、圧縮コイルバネ７０を介して上下方向で弾力的に変位可能に結合される一対の平行支持板つまり上部支持板３４Ｕおよび下部支持板３４Ｌでトーチ支持体３４を構成してもよい。この場合、上部支持板３４Ｕは昇降駆動軸３２に固定され、下部支持板３４Ｌにトーチボディ３８のフランジ６８が固定される。このようなトーチ支持構造においては、トーチ電極４２の先端面４２ｂが母材Ｗに着いてからも、トーチ２２はトーチ支持体３４（下部支持体３４Ｌ）に結合されたままであり、昇降タワー３０側より下向きの加圧力が加えられると、圧縮コイルバネ７０のバネ力がトーチ２２を介して母材Ｗに加えられる。このバネ加圧方式は、トーチ２２を鉛直方向で移動させる場合はもちろん、斜め方向または横方向で移動させる場合にも使える。

次に、図７〜図９を参照して、この実施形態におけるＴＩＧ溶接装置の動作および作用（ＴＩＧ溶接方法）を説明する。なお、図８において、トーチ電極先端の高さ位置の「０」は、被溶接部ＷＪ（Ｗ₁，Ｗ₂）の頂面の高さ位置に対応している。

先ず、被溶接部ＷＪ（Ｗ₁，Ｗ₂）を搭載している電気部品支持体Ｓがステージ１８上に載置されている状態で、ＸＹステージ２４およびθステージ２６が上記のように装置本体１０の制御の下で位置合わせ動作を行う。この位置合わせ動作により、被溶接部ＷＪ（Ｗ₁，Ｗ₂）がトーチ電極４２の真下に位置決めされる。しかし、電気部品支持体Ｓ上に多数の被溶接部ＷＪが搭載されていて、タクト時間の短縮化のために上記の位置合わせ動作が高速に行われる場合は、トーチ電極４２と被溶接部ＷＪとの間で図３の（ｂ）に示したように相互の中心（Ｎ₄₂，Ｏ_WJ）が一致または近接するような理想的な位置合わせが常に達成されるわけではなく、たとえば図７の（ａ），（ｂ）に示すように相互の中心（Ｎ₄₂，Ｏ_WJ）が大きくずれることがある。

上記のような位置合わせが済むと、装置本体１０の制御の下で、昇降タワー３０の昇降機構が作動し、トーチ２２を待機用の高さ位置（初期位置）Ｈ_Cから垂直下方に下ろす（ｔ＝ｔ₀〜ｔ₂）。そして、トーチ２２を下ろしている最中に、シールドガスＳＧの供給が開始される（ｔ＝ｔ₁）。やがてトーチ電極４２の先端面４２ｂが被溶接部ＷＪの頂面に触れると、その後もトーチ支持体３４がさらに一定距離だけ下がることにより、トーチ２２が支持体３４から分離して被溶接部ＷＪに自重を加える。これによって、トーチ電極４２の先端面４２ｂが被溶接部ＷＪの頂面に当接または接触する。

このようにトーチ電極４２の先端面４２ｂが被溶接部ＷＪの頂面に当たってから、装置本体１０内で直流溶接電源回路Ｅ_DCの出力のスイッチＳＷがそれまでのオフ状態からオン状態に切り換えられる（ｔ＝ｔ₃）。そうすると、直流溶接電源回路Ｅ_DCの出力電圧がトーチ電極４２と被溶接部ＷＪとの間に印加される。これにより、溶接電源回路Ｅ_DCの正極端子→オン状態のスイッチＳＷ→アースケーブル５４→接触子Ｃ₁，Ｃ₂→被溶接部ＷＪ（バスバーＷ₁，Ｗ₂）→トーチ電極４２→ホース３６内のトーチケーブル３７→溶接電源回路Ｅ_DCの負極端子の経路（閉回路）７２で、通電開始の直流電流（スタート電流）ｉ_DCが流れる（図８の（ｃ））。ただし、トーチ電極４２の先端面４２ｂが被溶接部ＷＪの頂面に接触しているので、上記閉回路７２内でたとえば１５Ａ程度の直流電流ｉ_DCを流してもアークは発生しない。

こうして、トーチ電極４２の先端面４２ｂが被溶接部ＷＪの頂面に当接した状態で上記閉回路７０内を直流電流ｉ_DCが所定の電流値Ｉ₁（たとえば１５Ａ）で流れることにより、トーチ電極４２（特に先端部４２ａ付近）および被溶接部ＷＪでかなりのジュール熱が発生する。

次に、所定のタイミング（ｔ＝ｔ₄）で、昇降タワー３０の昇降機構がトーチ電極４２を垂直上方に引き上げる。これにより、トーチ電極４２が上昇し、その先端面４２ｂが被溶接部ＷＪの頂面から離れてギャップが形成されると（ｔ＝ｔ₆）、そのギャップでアーク（放電）ＡＣが発生する。トーチ電極４２が上昇するにつれて、つまりギャップが増大するにつれて、アークＡＣは周囲に拡大する。トーチ電極４２は、その先端面４２ｂが被溶接部ＷＪから一定の距離（通常１ｍｍ〜３ｍｍ）を隔てる高さ位置Ｈ_Sまで引き上げられると（ｔ＝ｔ₆）、その位置で静止させられる。

こうして、トーチ電極４２の先端部４２ａ（特に先端面４２ｂ付近）と被溶接部ＷＪとの間でアークが持続し、被溶接部ＷＪはアークＡＣの熱によって溶融する。ここで、上記閉回路７２内で流す直流電流ｉ_DCの電流値を始終一定値Ｉ₁に保ってもよいが、被溶接部ＷＪの溶融を促進するために、通電の途中（ｔ＝ｔ₇）で直流電流つまりアーク電流ｉ_DCの電流値を第１の設定値Ｉ₁（１５Ａ）から第２の設定値Ｉ₂（たとえば１００〜２００Ａ）へとステップ的に増大させるような電流波形制御を好適に使える。

そして、所定の通電時間（通常１００〜２００ｍｓｅｃ）が経過すると、装置本体１０内でスイッチＳＷがオフ状態に切り換えられ（ｔ＝ｔ₈）、アーク電流ｉ_DCが切られると、その瞬間にアークは消滅する。直後にシールドガスＳＧの供給も止められる（ｔ＝ｔ₉）。この後、溶接ヘッド１２において、昇降タワー３０の昇降機構がトーチ電極４２を待機用の高さ位置Ｈ_Cまで戻す（ｔ＝ｔ₁₀〜ｔ₁₁）。

アークが消滅すると、被溶接部ＷＪの溶融部分が大気中の自然冷却によって直ぐに凝固する。こうして、端子部材Ｗ₁，Ｗ₂は被溶接部ＷＪにて一体またはひと固まりに溶接接合される。

この実施形態においては、上記のように、マイナス（−）形状または長方形状を有するトーチ電極４２の先端面４２ｂを被溶接部ＷＪの頂面に当てて、シールドガスＳＧを供給しながら、この状態で通電を開始し、それからトーチ電極４２の先端面４２ｂを被溶接部ＷＪから引き離すことによって、トーチ電極４２の先端面４２ｂと被溶接部ＷＪとの間のギャップ空間にアークＡＣを発生させるようにしている。このようなタッチスタート方式によれば、トーチ電極４２と被溶接部ＷＪ（Ｗ₁，Ｗ₂）間の位置合わせ動作でトーチ電極４２の中心軸Ｎ４２がたとえば図７の（ａ），（ｂ）に示すように被溶接部ＷＪ（Ｗ₁，Ｗ₂）の中心Ｏ_WJ（特に隙間ｇ）から大きくずれても、トーチ電極４２の先端面４２ｂが隙間ｇを跨いで被溶接部ＷＪ（Ｗ₁，Ｗ₂）の頂面に当接するので、確実に被溶接部ＷＪ（Ｗ₁，Ｗ₂）の中心部付近にアークを集中させることができる。このことにより、被溶接部ＷＪ（Ｗ₁，Ｗ₂）の中心部をアーク熱で確実に溶かして、良好な溶接強度を得ることが可能であり、溶接品質の再現性および信頼性を保証することができる。

さらに、トーチ電極４２の先端面４２ｂは、被溶接部ＷＪ（Ｗ₁，Ｗ₂）に対して、点接触ではなく線接触で加圧接触するので、タッチスタートが繰り返し行われても電極先端が簡単に潰れることなく（丸く変形せずに）細長い先端面形状を長い間保つことができる。このことにより、トーチ電極４２の消耗を少なくし、ランニングコストを下げることができる。また、トーチ電極４２の先端部４２ａを頻繁に研磨しなくて済むので、電極研磨のために溶接作業を中断する回数が減り、端子部材溶接または結線作業の効率を向上させることができる。

［他の実施形態又は変形例］

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。

たとえば、トーチ電極４２の先端部４２ａの構成に関する一変形として、図１０Ａに示すように、その横断面の形状が一定のマイナス形状または長方形状に保ったままトーチ電極の軸方向にまっすぐ延びる構成も可能である。あるいは、別の変形例として、図１０Ｂに示すように、先端に向かって途中まで軸方向と直交する一方向においてテーパ状に先細りになり、それから横断面の形状が一定のマイナス形状または長方形状に保ったまま先端までまっすぐ延びる構成も可能である。また、被溶接部（図示せず）の厚みに合わせて、図１０Ｂに点線７５で示すように先端部４２ａの両端部を切欠いて、先端面４２ｂの長手方向サイズを短くすることも可能である。あるいは、トーチ電極の先端部において、図１０Ｃに示すように１方向（Ｙ方向）のみにテーパＴＰ_Yを形成する構成や、図１０Ｄに示すように一方向（Ｙ方向）で大きなテーパＴＰ_Yを形成し、それと直交する方向（Ｘ方向）で小さなテーパＴＰ_Xを形成する構成も可能である。

また、上記実施形態におけるＴＩＧ溶接装置は、溶接ヘッド１２のステージ１８に自動位置合わせ機構（ＸＹステージ２４、θステージ２６）を備えた。しかし、ステージ１８を手動式の可動ステージに構成することや、あるいは固定式のステージ１８上でワークまたは電気部品支持体Ｓの位置合わせを手動で行うことも可能である。

被溶接部ＷＪにおいて、端子部材または金属部材Ｗ₁，Ｗ₂の材質は銅または銅合金に限定されず、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム金合や真鍮等の導体であってもよく、金属部材Ｗ₁の材質と端子部材Ｗ₂の材質が異なっていてもよい。また、金属部材Ｗ₁，Ｗ₂の形状も任意でよく、たとえば断面が矩形の棒体または板体に限らず断面が円形の棒体または板体であってもよい。

１０装置本体
１２溶接ヘッド
１４ボンベ
１８ステージ
２２トーチ
３０昇降タワー
３８トーチボディ
４０トーチノズル
４２トーチ電極
４２ａトーチ電極の先端部
４２ｂトーチ電極の先端面
ＷＪ被溶接部
Ｗ₁，Ｗ₂ バスバー（金属部材）

Claims

第１および第２の金属部材を合わせて被溶接部を形成する第１の工程と、
マイナス形状または長方形状を有するトーチ電極の先端面の長手方向が前記被溶接部の表面上で前記第１および第２の金属部材間の隙間が延びる方向と直交し、または斜めに交差するように、前記トーチ電極の先端面を前記被溶接部の表面に当てる第２の工程と、
前記被溶接部に前記トーチ電極の先端面が接触した状態の下で、前記トーチ電極の周囲にシールドガスを供給しながら、前記トーチ電極と前記被溶接部との間に電圧を印加して通電を開始する第３の工程と、
前記シールドガスの供給と前記通電を継続しながら、前記トーチ電極の先端を前記被溶接部から離して、前記トーチ電極と前記被溶接部との間でアークを発生させ、前記アークの熱によって前記被溶接部を溶かす第４の工程と、
前記アークを消滅させて前記被溶接部の溶融部を凝固させる第５の工程と、
を有するＴＩＧ溶接方法。
第１および第２の金属部材を合わせて被溶接部を形成する第１の工程と、
マイナス形状または長方形状を有するトーチ電極の先端面を前記被溶接部に当てる第２の工程と、
前記被溶接部に前記トーチ電極の先端面が接触した状態の下で、前記トーチ電極の周囲にシールドガスを供給しながら、前記トーチ電極と前記被溶接部との間に電圧を印加して通電を開始する第３の工程と、
前記シールドガスの供給と前記通電を継続しながら、前記トーチ電極の先端を前記被溶接部から離して、前記トーチ電極と前記被溶接部との間でアークを発生させ、前記アークの熱によって前記被溶接部を溶かす第４の工程と、
前記アークを消滅させて前記被溶接部の溶融部を凝固させる第５の工程と、
を有し、
前記トーチ電極の先端面の長手方向のサイズは、前記第１および第２の金属部材を合わせた前記被溶接部の厚みの２／３以上である、ＴＩＧ溶接方法。
第１および第２の金属部材を合わせて被溶接部を形成する第１の工程と、
マイナス形状または長方形状を有するトーチ電極の先端面を前記被溶接部に当てる第２の工程と、
前記被溶接部に前記トーチ電極の先端面が接触した状態の下で、前記トーチ電極の周囲にシールドガスを供給しながら、前記トーチ電極と前記被溶接部との間に電圧を印加して通電を開始する第３の工程と、
前記シールドガスの供給と前記通電を継続しながら、前記トーチ電極の先端を前記被溶接部から離して、前記トーチ電極と前記被溶接部との間でアークを発生させ、前記アークの熱によって前記被溶接部を溶かす第４の工程と、
前記アークを消滅させて前記被溶接部の溶融部を凝固させる第５の工程と、
を有し、
前記トーチ電極の先端面の長手方向のサイズは、前記第１および第２の金属部材を合わせた前記被溶接部の厚み以上である、ＴＩＧ溶接方法。
第１および第２の金属部材を合わせて被溶接部を形成するＴＩＧ溶接装置であって、
先端面がマイナス形状または長方形状である棒状のトーチ電極を着脱自在に装着して保持するトーチボディと、
前記被溶接部を水平面内のＸＹ方向で移動させるためのＸＹステージと、前記被溶接部を水平面内の方位角方向で移動させるためのθステージと、
タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と前記被溶接部との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接部を含む閉回路内で電流を流す溶接電源と、
タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と前記被溶接部との間で相対的な接触と離間とを行わせる移動機構と、
を有し、
前記トーチ電極の先端面の長手方向が前記被溶接部の表面上で前記第１および第２の金属部材間の隙間が延びる方向と直行し、または斜めに交差するように、前記トーチ電極の先端面を前記被溶接部の表面に当てることを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
棒状のトーチ電極を着脱自在に装着して保持するトーチボディと、
タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と被溶接部との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接部を含む閉回路内で電流を流す溶接電源と、
タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と前記被溶接部との間で相対的な接触と離間とを行わせる移動機構と、
を有し、
前記トーチ電極の先端面がマイナス形状または長方形状であり、かつ前記トーチ電極の先端面の長手方向のサイズが第１および第２の金属部材を合わせた前記被溶接部の厚みの２／３以上である、ＴＩＧ溶接装置。
棒状のトーチ電極を着脱自在に装着して保持するトーチボディと、
タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と被溶接部との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接部を含む閉回路内で電流を流す溶接電源と、
タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と前記被溶接部との間で相対的な接触と離間とを行わせる移動機構と、
を有し、
前記トーチ電極の先端面がマイナス形状または長方形状であり、かつ前記トーチ電極の先端面の長手方向のサイズが第１および第２の金属部材を合わせた前記被溶接部の厚み以上である、ＴＩＧ溶接装置。
前記溶接電源は、前記閉回路内で流す電流を、前記トーチ電極の先端面が前記被溶接部に接触している時は第１の電流値以下に制御し、前記トーチ電極の先端が前記被溶接部から離れてから前記第１の電流値よりも大きな第２の電流値以上に制御する、請求項４〜６のいずれか一項に記載のＴＩＧ溶接装置。