JPH0681669B2 - スポット溶接機における電極チップの長寿命化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、スポット溶接機における電極チップの長寿命
化を図る方法に関する。

従来の技術 スポット溶接機における電極チップの主な役割は、第１
に被溶接材を安定に保持すること、第２に溶接部に電流
を流すことの２つでる。電極チップがこれらの役割を十
分果たすためには、最初上下電極間に挿入した被溶接材
に適当な荷重を加えることにより電極−板間、板−板間
の通電路を安定にし、その後は溶接が終了するまで被溶
接材を安定に保持しなければならない。

発明が解決しようとする課題 このような電極チップの役割から電極チップの寿命に関
係する因子はいくつか考えられるが、最も大きなものは
打点数とともに変化する電極チップの先端面積の拡大で
ある。先端面積がある大きさ以上になると、従来のスポ
ット溶接機では所定の電流密度が確保できなくなり、ナ
ゲットが所定の寸法以下になる。そのような状態になる
と電極先端をドレッシングするか、交換しなければなら
ない。このため、例えばスポット溶接機が生産ラインに
数多く組み込まれている自動車車体の組立ラインなどの
場合、その都度生産ラインを止めなければならず、生産
性向上の大きなネックになっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、比較的簡
単な手段で電極チップの長寿命化を図ることができる方
法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明は、スポット溶接機
による溶接ナゲットの形成中に、前記溶接機の電極加圧
系を制御し、電極チップ先端と被溶接材熱膨張部との間
の接触面積を減少させることにより所定の電流密度を確
保して前記電極チップの長寿命化を図る方法であって、 前記電極加圧系の固有振動数を溶接電流周波数のほぼ２
倍とし、スポット溶接ナゲットの形成に伴って生じる熱
膨張・熱収縮による溶接電流周波数の２倍の強制変位と
該加圧系との間に共振現象を起こさせることにより、溶
接ナゲットの形成中に、前記電極チップ先端と被溶接材
熱膨張部との間の接触面積を減少させるようにしたこと
を特徴とする。

また、一般のスポット溶接機に対して前記電極加圧系に
電磁力、ばね、油圧などによるサーボ機構又は加減圧機
構を付設し、該サーボ機構又は加減圧機構により溶接ナ
ゲットの形成中における前記電極チップ先端と被溶接材
熱膨張部との間の接触面積を減少させるようにしてもよ
い。

実施例 以下、本発明の実施例を単相交流式スポット溶接機の場
合を例にとり説明する。

スポット溶接では、スポット溶接部に通電する溶接部金
属は加熱され、一部が溶融してナゲットを形成する。そ
の際、定置形の単相交流式スポット溶接では、溶接部が
熱膨脹することによって上部の可動側電極が上方に押し
上げられ、第１図に示すような電極運動波形１を呈す
る。第１図の上の波形２はそのときの溶接電流波形であ
る。また、３は電極加圧力波形を示している。この電極
運動を詳細に観察すると、電極運動は通電時間の増加と
ともに上昇する平均的な上方への運動と、それに重畳し
た形の脈動運動とが組み合わさったものである。平均的
な上昇運動は通電時間の増加とともに溶接部に蓄積され
た熱による熱膨脹によって起こるものである。一方、脈
動運動は電源周波数の半サイクル毎に起こる熱冷却サイ
クル（したがって、50Hz地区では100Hz、60Hz地区では1
20Hz）による膨脹・収縮によるものである。

このように、溶接部の加熱によって熱膨脹が起こると上
部可動側電極が上方へ変位する。そのとき上部電極の摩
擦抵抗が大きいと実質的に電極加圧力が大きくなったと
同様のことになり、電極チップと被溶接材との接触面積
が大きくなり電流密度が低下する。一方、摩擦抵抗が小
さいと電極は容易に上方に押し上げられ、接触面積の極
端な拡大はまぬがれる。この平均的な電極運動に対する
可動制電極の応答性は摩擦抵抗が小さいほど良いことは
明らかである。本発明は後者の脈動運動に対する応答性
を良くすることによって、電極チップの長寿命化を図っ
たものである。

その具体的手段として、脈動周波数とスポット溶接機の
電極加圧系との固有周波数をほぼ一致させることによ
り、熱膨脹・熱収縮による強制振動と上下可動電極との
間に共振を起こさせ、それにより溶接部の熱膨脹時の電
極チップと被溶接材熱膨脹部との間の接触面積を小さく
し、いろいろの影響で電極チップ先端径が大きくなった
後も必要な電流密度が確保できることにより、電極寿命
の長寿命化を図ったものである。

第２図は、スポット溶接機の電極加圧系の固有振動数を
溶接電流周波数のほぼ２倍とし、スポット溶接ナゲット
の形成に伴って生じる熱膨脹・熱収縮による溶接電流周
波数の２倍の周波数の強制変位と前記電極加圧系との間
に共振現象を起こすことのできるスポット溶接機により
スポット溶接したときの電極運動を示している。第１図
のものと比べて脈動運動の振幅が大きくなっていること
がわかる。

ところで、スポット溶接機の電極加圧系の固有振動数と
脈動周波数とを共振させるためには、スポット溶接機ま
加圧系の固有振動数が種々変えられなければならない。
その１つの方法として可動側電極の重量を変えると、ス
ポット溶接機の電極加圧系の固有振動数を変えることが
できた。そのときの可動側電極の重量とスポット溶接機
の加圧系の固有振動数との関係を第３図に示す。また、
板厚0.8mmの冷却鋼板（SPCC）の被溶接材について、先
端半径4.5mmで材質がクロム銅の電極チップを使い、ス
ポット溶接機の加圧系の固有振動数と電極寿命との関係
を調べた実験結果を第４図に示す。この第４図から、ス
ポット溶接機の電極加圧系の固有振動数が脈動周波数
（この実験では120Hz）に近い場合には電極寿命が格段
に長くなっていることがわかる。

第５図は、共振を起こさない条件（図中の（ｆ）で360H
zのもの）で寿命に達した電極を用いて、上記のように
共振を起こす条件でスポット溶接を行なった結果を示し
ている。なお、この図には、固有振動数が91Hz（ａ）、
123Hz（ｂ）、136Hz（ｃ）、144Hz（ｄ）の条件で10点
スポット溶接を行なったものである。この図から、固有
振動数が120Hzに近い、123Hz、136Hzの条件ではかなり
大きなナゲットができており、上記の共振現象が電極の
長寿命化に対して顕著な効果があることが裏付けられ
る。

第６図は、共振状態にある場合とそうでない場合におけ
る電極先端径と被溶接材熱膨張部との間の通電通路の大
きさをモデル的に図示したものである。共振状態にある
場合の電極と被溶接材熱膨張部との接触面積の直径d1は
非共振状態の直径d2に比べてかなり小さい。

上記実施例では、電極加圧系を制御し、電極チップ先端
と被溶接材熱膨張部との間の接触面積を現象させる手段
として、前記電極加圧系の固有振動数と脈動周波数とを
共振させたが、その他の方法、例えば電磁力、ばね、油
圧などによるサーボ機構又は加減圧機構で前記電極加圧
系自体を制御するようにしてもよい。

発明の効果 以上説明したように、本発明方法によれば、スポット溶
接機による溶接ナゲットの形成中に、電極チップの先端
径が増大してもなお十分な大きさのナゲットを形成させ
得、電極チップの寿命を格段に延ばすことができる。

したがって、例えば自動車の車体の組立ラインに組み込
まれている多数のスポット溶接機に本発明方法を適用す
れば、生産能率の向上に大いに貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスポット溶接機によるスポット溶接中の
電極運動を示す線図、第２図は本発明方法を実施したス
ポット溶接機によるスポット溶接中の電極運動を示す線
図、第３図は同可動側電極の重量と電極加圧系の固有振
動数との関係を示す線図、第４図は同電極加圧系の固有
振動数と打点数との関係を示す線図、第５図は同電極加
圧系の固有振動数とナゲット系との関係を示す線図、第
６図のは（１）電極加圧系の固有振動数と脈動周波数と
が共振状態にある場合、（２）はそれらが非共振状態に
ある場合の電極先端と被溶接熱膨張部との間の通電通路
の大きさを示すモデル図である。 １……電極運動波形 ２……溶接電流波形 ３……電極加圧力波形

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スポット溶接機による溶接ナゲットの形成
   中に、前記溶接機の電極加圧系を制御し、電極チップ先
   端と被溶接材熱膨張部との間の接触面積を減少させるこ
   とにより所定の電極密度を確保して前記電極チップの長
   寿命化を図る方法であって、 前記電極加圧系の固有振動数を溶接電流周波数のほぼ２
   倍とし、スポット溶接ナゲットの形成に伴って生じる熱
   膨張・熱収縮による溶接電流周波数の２倍の強制変位と
   該加圧系との間に共振現象を起こさせることにより、溶
   接ナゲットの形成中に、前記電極チップ先端と被溶接材
   熱膨張部との間の接触面積を減少させるようにしたこと
   を特徴とするスポット溶接機における電極チップの長寿
   命化方法。
2. 【請求項２】前記電極加圧系の制御手段が、電磁力、ば
   ね、油圧などによるサーボ機構又は加減圧機構である請
   求項（１）記載のスポット溶接機における電極チップの
   長寿命化方法。