JPH01218775A - 樹脂ラミネート金属板のスポット溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は樹脂ラミネート金属板のスポット溶接装置に
関する。

［従来の技術］ 樹脂ラミネート金属板のうち軽量化ラミネート鋼板の溶
接に関し以下の技術がこれまでに知られている。軽量化
ラミネート鋼板とは二枚の表皮鋼板の間に有機樹脂を挟
持した鋼板であり、鋼板に比し密度の低い樹脂によって
全体の重量軽減を図り、且つ同時に十分に大きな曲げ剛
性を得ようとする鋼板である。材料の構造上、樹脂複合
型制振鋼板と類似しているものの幾つかの点において著
しい相違がある。制振鋼板の場合には、中間の樹脂層に
は、振動吸収性能が要求されるため極めて特殊な樹脂が
使用されるのに対し、軽量化ラミネート鋼板では軽く且
つ高剛性化のために極力厚い樹脂層が使用される。

これら両鋼板の主たる用途は自動車車体であり、適用の
際には何らかの形でそれら部材間の接合が必要となる。

通常鋼板（単板）の場合、接合の大半はスポット溶接装
置によって実施されるのが普通である。スポット溶接装
置とは、第４図に示すように２枚の材料３，４を上下か
ら電極２゜２で加圧しつつ矢印５で示す電流を通じ、被
接合材の抵抗発熱によって溶融接合することの出来る装
置である。ここにおいて記号１は電源である。

この装置による方法では、電流の通過が必要であるから
、上に述べたような鋼板では、電気絶縁物質である樹脂
を有するためにそのままでは溶接が不可能である。一般
に熱可塑性の樹脂層を中間に有するサンドイッチ型の複
合金属板のスポット溶接方法に使用する装置としては以
下に述べるような装置が知られている。一つは分流溶接
装置と呼ばれるもので、これを第５図に示す。ここでは
溶接の初期には電流は矢表皮の矢印の方向即ち溶接部の
外側に設けた短絡回路６に流れ電極直下において鋼板の
発熱によって樹脂７を昇温させる。昇温した樹脂７は軟
化するため電極２の加圧によって外側に排除され、電極
２間には最短の距離で通電経路が形成される結果、通常
鋼板の場合と同様な溶接部形成が可能となる。記号８は
サンドイッチ型の複合金属板を構成する金属板を示す。

もう一つの装置は第６図に示すように、シーリズスポッ
ト溶接を使用する装置である。この場合、溶接初期の電
流は特別な治具が無くても上部電極９．９間での表皮鋼
板の矢印の方向にのみ流れ、分流溶接装置と同様な現象
が生し、前記したサンドイッチ型の複合金属板８の溶接
が出来る。ここにおいて記号１０は下部電極である。こ
れらの二種類の装置は原理上、軽量化ラミネート鋼板と
制振鋼板のいずれにも適用が苛能であるとされている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の分流溶接装置とシリーズ溶接装置を実際に軽量化
ラミネート鋼板に適用しなところ、これらは甚だ非実用
的装置であることが判明した。溶接部形成に先立つ樹脂
排除の条件を、電流と通電時間の関係において試験的に
求めたところ、この樹脂排除の適正条件の範囲は第７図
に例示するがごとく、著しく狭く、ばらつきを考慮する
ならば通電条件の制御は困難なものと判断された。さら
にその条件範囲は同程度の板厚の通常鋼板に対する一般
的な溶接条件からみて、著しく長通電時間側にあり、溶
接の作業性を大きく妨げる点も問題である。但し第７図
より原理的に溶接が可能なことは明らかであり、分流溶
接法とシリーズ溶接法の実施例が文献にも報告されてい
る（鉄と鋼。

１９８６、Ｓ１’６１６）。

樹脂排除の・適正条件範囲が長時間側に狭まった事実は
次の事情によるものである。樹脂が厚くなるに従って、
熱伝導に依存する樹脂の昇温で長時間を要する。一方、
短時間で樹脂を排除するには大きな電流を要する。即ち
樹脂排除条件は大電流、長時間側に移動する。ところが
軽量化ラミネート鋼板の場合には、大電流側の条件にお
いて第７図に示すように電極周囲における溶断が生じ樹
脂排除条件が無くなる。ここで云う溶断とは、樹脂排除
以前に、電極周囲において電極に接する鋼板がリング状
に焼損するものであり、電流の経路が断たれるため以後
の溶接過程の進行が不可能になる。この溶断が生じるた
め樹脂排除条件が著しく狭くなるものである。

本発明は以上のような問題点の解決を図ったものてあり
、樹脂排除を短時間で、しかも溶断を生じる事無くラミ
ネート鋼板のスポット溶接を行うことの出来る装置を提
供するものである。

［課題を解決するための手段及び作用］上記目的を達成
するために、本発明は二枚の金属板の間に樹脂フィルム
を挟持するラミネート金属板を他の金属板と重ね合わせ
て一対あ通電電極により抵抗スポット溶接をする装置に
おいて、前記通電電極を主通電電極とし、それらと独立
して、主通電電極の接するラミネート金属板の裏側に接
しせしめる予熱通電電極を付設するものである。

本発明者等は、本発明の過程において、溶断現象の原因
を調査し以下に述べる機構を明らかにした。即ち溶接初
期の過程では電流は電極に接する鋼板にのみ流れ、その
鋼板部分の温度を上昇させる。この温度上昇は樹脂の温
度上昇と独立して生じるため、樹脂が厚くその排除に長
時間を要する場合には電極に接する鋼板部分の温度は著
しく高くなり、場合によっては鋼板が溶融するに至る。

−６＝ また、電極から流れ出る電流は電極から離れるにしたが
って経路の巾が広くなり、一方、温度上昇は電流密度に
依存するために、電極に近い部分はど速く昇温すること
になる。ただし、電極に接する部分ては電極への熱伝導
があるため昇温か妨げられる。したがって、最も温度が
上昇するのは電極周囲部分であり、また、この部分では
電極加圧の拘束もないため、鋼板の溶融はリング状の溶
断現象を惹き起こす。一方、樹脂が排除されるとほとん
どの電流が電極直下方向に流れるから溶断を生じること
は無い。従って、健全な接合を得るには溶断現象の生じ
る以前に樹脂が排除される必要がある。以上のような知
見を基にして試験、研究を重ねて本発明に至ったもので
る。

本発明においては予熱通電電極を独立して、主通電電極
の接するラミネート金属板の裏側に接しせしめることが
出来るように付設することが必要である。予熱通電電極
によってラミネート金属板の裏側と重ね合わせた他の金
属板との間で、いわゆる挟持された樹脂フィルムに影響
されることなく金属板−金属板で予熱電流を流し、その
加熱金属板の熱により逆に主通電電極の直下のラミネー
ト金属板の挟持された樹脂フィルムを昇温しその直下か
らその周囲に排除させるためであ、る。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の装置の模式図である。図で
は、二枚の金属板の間に樹脂フィルムを挟持するラミネ
ート金属板を他の金属板と重ね合わせて一対の通電電極
により抵抗スポット溶接をする装置１８において、前記
通電電極を主通電電極１１とし、それらと独立して、主
通電電極１１の接するラミネート金属板３の裏側に接し
せしめる予熱通電電極１２を付設したものであり、ラミ
ネート金属板３の裏側に予熱通電電極１２からの電流を
矢印の方向に流し、主通電電極１１の直下の樹脂１６を
予め昇温排除し、引き続き主通電電極１１間に電流を流
して溶融接合部を形成する。

ここでは樹脂排除のために２本の予熱通電電極１２を付
設している。記号１３は予熱通電電極１２の加圧受は部
材である。２本の予熱通電電極１２間では、電流は挟持
された樹脂フィルムに影響されることなく主電極１１直
下の金属板重ね部を介し、金属板中を流れる。

この時の電流による金属板の発熱は電流密度が最も高い
電極直下部分で最大となり、ここでの樹脂排除が得られ
る。

従来の装置を用いた場合と異なり、樹脂昇温のために加
熱する金属板が板−板間の金属板側であり、電極に接す
る金属板側でない点である。樹脂の昇温は加熱された金
属板からの熱伝導によるものであるが、加熱金属板が電
極に接している側の金属板の場合には、電極への熱伝導
があるためその加熱金属板の昇温か妨げられ、結果とし
て樹脂の昇温も妨げられる。一方加熱金属板が板−板間
の側にある場合には、その加熱金属板の発熱が樹脂の昇
温に有効に寄与し、樹脂は短時間で昇温し、排除される
。さらに、本発明では加熱金属板の最も昇温する部分が
・、電極直下の周囲ではなく、電極直下の加圧拘束部に
あるため、仮に加熱金属板が溶融に至っても溶断するこ
とが無く、本質的に溶断を防止している。

本発明では、樹脂が排除された後に、引き続き主通電電
極１１間に電流を流して本来の溶接を実施し、溶融接合
部を形成して樹脂ラミネート金属板のスポット溶接を完
成する。

上記装置によって樹脂排除をする場合には、予熱電極へ
の通電と主電極への通電の連動は次の何れかによって可
能である。

（１）予め設定した予熱電極通電時間の後、引き続いて
主電極への通電を行う。

（２）予熱電極への通電時間は設定せず、樹脂排除を検
知し、その後予熱電極通電を停止し主電極通電を開始す
る。樹脂排除の検知法としては、主電極の変位、主電極
と予熱電極の間の抵抗変化及び主電極に予め電圧を印加
しておいた場合の電圧変化などにより可能である。

第２図はラミネート金属板を他の金属板と重ね合わせて
一対の通電電極により抵抗スポット溶接をする装置にお
いて、他の金属板が第１図のようなラミネート金属板で
はなく、普通の金属板１７を用いた場合に用いる装置の
実施例である。ここでは普通の金属板１７に接した主通
電電極１８と、ラミネート金属板３に接した主通電電極
１１と、その主通電電極１１との接するラミネート金属
板３の裏側に接しせしめた予熱通電電極１２とで構成さ
れている。ここでは矢印の方向の回路を形成し、ラミネ
ート金属板３の裏側に予熱通電電極１２からの電流を流
し、主通電電極１１直下の樹脂を予め昇温排除し、引き
続き主通電電極１１．１８間に電流を流して溶融接合部
を形成し、樹脂ラミネート金属板のスポット溶接を完成
する。

次に第１図に示すような装置を用いて樹脂ラミネート金
属板の主通電電極１１直下の樹脂の昇温排除の実験結果
を詳述する。

（実験例１） ここで使用した軽量化ラミネート鋼板は、０　、３５ｍ
ｍ厚の２枚の冷延軟鋼板の間に１３５ｍｍ厚のポリプロ
ピレン樹脂フィルムを熱圧着したものであり、これを２
枚重ねて溶接に供した。第１図に対応する溶接機の諸元
を第１表に示す。予熱電極への通電時間と電流を変化さ
せて樹脂排除の条件を求めた試験の結果を第３図に示す
。前記した第７図の結果に比して樹脂排除が著しく短時
間で生じ且つ、大電流の条件においても溶断が全く生じ
ないことが明らかであり、発明の妥当性が確認された。

第１表 （実験例２） 更に第３図の結果から求められた樹脂排除の適正条件を
用いて、引き続き本溶接を実施した。溶接条件及び得ら
れた溶接継手の性能を第２表に示す。等価板厚（０，７
ｍ＋ｎ）の通常鋼板と同等の溶接継手性能が得られてい
る。

第２表 なお、本発明の装置は軽量化ラミネート鋼板のみに適用
が可能なものではなく、制振鋼板を含むラミネート鋼板
或は鋼板以外の金属板からなるラミネート材にも適用が
可能であることは云うまでもない。

更に従来法の分流溶接装置では、フィルム中に導電性の
異物が混入していると溶接時にピンホールのような欠陥
が発生することが知られているが、本発明装置では使用
においてフィルムに電圧が印加されることがないためピ
ンホール発生も防ぐことが出来る。

［発明の効果］ 本発明法の装置によれば、２枚の金属板の間に樹脂フィ
ルムを挟持するラミネート板のスポット溶接に関し、短
時間に溶接が可能となり、且つ、金属板の溶断のような
溶接欠陥の発生が無くなるので、特にフィルム厚さが厚
い軽量ラミネート鋼板の溶接において効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す装置の模式図、第２図
は本発明装置の他の実施例を示す装置の模式図、第３図
は本発明の装置を使用した場合による一実施例の樹脂排
除の溶接電流と通電時間との関係を示す図、第４図は普
通のスポット溶接装置の説明図、第５図は従来の樹脂ラ
ミネート金属板の一つのスポット溶接装置の説明図、第
６図は従来の樹脂ラミネート金属板の他のスポット溶接
装置の説明図、第７図は従来の装置を使用した場合の樹
脂排除の溶接電流と通電１時間との関係を示す図である
。 １１・・・主通電電極、１２・・・予熱通電電極、１３
・・・加圧受は部材、１４．１５・・・電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 二枚の金属板の間に樹脂フィルムを挟持するラミネート
   金属板を他の金属板と重ね合わせて一対の通電電極によ
   り抵抗スポット溶接をする装置において、前記通電電極
   を主通電電極とし、それらと独立して、主通電電極の接
   するラミネート金属板の裏側に接しせしめる予熱通電電
   極を付設したことを特徴とする樹脂ラミネート金属板の
   スポット溶接装置。