JPH09122928A - 抵抗溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 他方の電極の変質を防止するためには、作業
の著しい煩雑化および生産性の低下、もしくは一方の電
極に頻繁にドレッシングや交換を行わなければならな
い。 【解決手段】 本発明では、電極チップ３８をクロム銅
によって成形し、かつバック電極３９を、上記クロム銅
と同等以上の導電率を有し、かつ該クロム銅よりも機械
的強度の高い銀析出型の銅合金によって成形している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スポット溶接装置
等のように、被溶接材の一方の表面と一方の電極とを互
いに当接させた後に、該被溶接材の他方の表面における
前記一方の電極に対応する部位に他方の電極を当接さ
せ、これら電極を通じて前記被溶接材に溶接電流および
圧力を加える抵抗溶接装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３（ａ）は、この種の抵抗溶接装置
を概念的に示したものである。この抵抗溶接装置では、
被溶接材Ｗの一方の表面Ｗａを治具に配置したバック電
極Ｂの上面に当接させた後、図示していないリンク機構
やアクチュエータ等の加圧手段を介して被溶接材Ｗの他
方の表面Ｗｂに電極チップＴを圧接させ、これらバック
電極Ｂおよび電極チップＴを通じて上記被溶接材Ｗに規
定の溶接電流および圧力を加えることにより、該被溶接
材Ｗに発生する抵抗熱によって溶接を行うようにしてい
る。

【０００３】この種の抵抗溶接装置では、被溶接材Ｗの
バック電極Ｂに当接する一方の表面Ｗａ、通常は製品の
外表面となる表面Ｗａに溶接痕を残さないようにするた
め、被溶接材Ｗとの接触面積を大きく取るようにバック
電極Ｂの形状が設定されている。

【０００４】また、この種の抵抗溶接装置にあっては、
バック電極Ｂおよび電極チップＴの双方の必要特性が同
じことから、通常、これら電極Ｂ，Ｔとして同種の材
質、たとえばクロム銅（Ｃｕ−Ｃｒ）によって成形した
ものが適用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに抵抗溶接装置では、バック電極Ｂおよび電極チップ
Ｔの双方が同種の材質によって成形され、しかもリンク
機構やアクチュエータ等の加圧手段（図示せず）によ
り、被溶接材Ｗを介して電極チップＴをバック電極Ｂに
圧接することになるため、図１３（ｂ）に示すように、
当該バック電極Ｂの上面に凹部Ｃ等の変形を容易に来す
虞れがある。

【０００６】上記抵抗溶接装置において、バック電極Ｂ
の上面に僅かでも凹部Ｃ等の変形が発生した場合には、
電極チップＴとの形状不一致に起因して該電極チップＴ
との間に被溶接材Ｗを加圧挟持した際の通電ポイントが
ずれ、溶接電流や熱の流れが乱れることになるため、電
極チップＴが変質しやすくなる。電極チップＴの変質
は、導電性および硬度の劣化を招来して激しい損耗の要
因となるばかりか、通電不足による溶着不良の原因とな
るため、早期に対策を施してこれを未然に防止する必要
がある。

【０００７】ここで、電極チップＴの変質を防止する手
段としては、当該電極チップＴ、もしくはバック電極Ｂ
のいずれか一方にドレッシングを施してその形状を修正
したり、電極Ｔ，Ｂそのものの交換を行うことが考えら
れる。

【０００８】しかしながら、まず、バック電極Ｂにドレ
ッシングや交換を行った場合には、当該バック電極Ｂ
が、先に被溶接材Ｗの外表面Ｗａに当接してその位置決
めを行う機能を有しているため、ドレッシングや交換の
終了後に被溶接材Ｗとの高さ調整作業および面合わせ調
整作業が必要となり、作業の著しい煩雑化を招来すると
ともに、これら調整作業に要する多大な時間によって生
産性の低下をも招来することになる。特に、マルチスポ
ット溶接装置のように、複数のバック電極Ｂを溶接治具
に固定配置したもにあっては、これら複数のバック電極
Ｂ相互の高さ調整作業や面合わせ調整作業も必要となる
ため、上述した作業の煩雑化および生産性の低下が一層
顕著となる。

【０００９】一方、電極チップＴにドレッシングや交換
を行った場合には、当該電極チップＴが、バック電極Ｂ
に当接した後において被溶接材Ｗの内表面Ｗｂに当接す
るものであるため、ドレッシングや交換の終了後に上述
した被溶接材Ｗとの高さ調整作業および面合わせ調整作
業が不要であり、しかも図１３（ｃ）に示すように、先
端部を鋭角に整形するドレッシングを施すことによっ
て、バック電極Ｂの上面に変形があるか否かに関わら
ず、被溶接材Ｗに規定の溶接電流および圧力が加わるよ
うに改善することが可能となる。

【００１０】しかしながら、電極チップＴにドレッシン
グや交換を行った場合においても、バック電極Ｂが依然
として変形した状態にあるため、図１３（ｄ）に示すよ
うに、当該電極チップＴが極めて早期に劣化する虞れが
あり、ドレッシングや交換を頻繁に繰り返す必要があ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、被溶接材の
一方の表面と一方の電極とを互いに当接させた後に、該
被溶接材の他方の表面における前記一方の電極に対応す
る部位に他方の電極を当接させ、これら電極を通じて前
記被溶接材に溶接電流および圧力を加える抵抗溶接装置
において、前記一方の電極の少なくとも前記被溶接材の
一方の表面に当接する部位に、前記他方の電極と同等以
上の導電率を有し、かつ該他方の電極よりも機械的強度
の高い材質によって成形した当接部を設けている。

【００１２】前記他方の電極をクロム系の銅合金によっ
て成形するとともに、前記一方の電極の当接部を銀系の
銅合金、特に銀析出型の銅合金によって成形することが
好ましい。

【００１３】また、前記他方の電極の先端部に球状の凸
部を形成するとともに、前記一方の電極における前記凸
部に対向する部位に該凸部に対応した球状の凹部を形成
することが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を示す図面に基
づいて本発明を詳細に説明する。図３乃至図５は、本発
明に係る抵抗溶接装置の一実施形態を概念的に示したも
ので、それぞれ図示していないプレス機械によってヘミ
ング加工を施した板厚０．６５ｍｍ⁺ のインナパネル部
品Ｄi と、板厚０．７５ｍｍ⁺ のアウタパネル部品Ｄo
とを互いに溶着して四輪自動車のドアパネル（被溶接
材）Ｄを構成するためのマルチスポット溶接装置を例示
している。

【００１５】図３に示すように、このマルチスポット溶
接装置は、上記ドアパネルＤよりも大きな外形に形成し
たメインテーブル１を有しており、該メインテーブル１
の上方部における上記ドアパネルＤの上縁部および下縁
部に対応する部位にそれぞれクランプ手段１０を備えて
いるとともに、該ドアパネルＤの前後両側縁部に対応す
る部位にそれぞれ給電手段２０を備えている。

【００１６】クランプ手段１０は、図４に示すように、
それぞれクランプ用シリンダアクチュエータ１１の作動
に基づき、可動クランパ１２が固定クランパ１３に対し
て開閉移動するもので、アウタパネル部品Ｄo を下方に
配置した状態で上記ドアパネルＤを固定クランパ１３に
載置させた後、該固定クランパ１３に対して可動クラン
パ１２を閉塞移動させることにより、これら可動クラン
パ１２および固定クランパ１３の間に当該ドアパネルＤ
を位置決め保持する作用を成す。

【００１７】給電手段２０は、図には明示していない
が、給電用シリンダアクチュエータ２１における作動ロ
ッド２２の先端部に絶縁部材を介して給電チップ２３を
保持させたもので、個々の給電用シリンダアクチュエー
タ２１をほぼ水平に配置し、図２に示すように、上記ク
ランプ手段１０に位置決め保持させたドアパネルＤに対
して各給電チップ２３をインナパネル部品Ｄi の側面に
当接離反移動させる作用を成す。

【００１８】また、上記マルチスポット溶接装置は、図
３に示すように、上記ドアパネルＤの前後両側縁部に対
応する部位にそれぞれ複数の加圧手段３０を備えてい
る。なお、複数の加圧手段３０は、それぞれが互いに共
通の構成要素を有しているため、以下にはそのうちのひ
とつについて説明する。

【００１９】加圧手段３０は、図５および図６に示すよ
うに、上記メインテーブル１の上面に立設した固定ベー
ス３１と、シリンダ本体３２を介して上記固定ベース３
１の外側面に保持させた加圧用シリンダアクチュエータ
３３と、上記固定ベース３１の上端部に揺動可能に支承
させ、その外方側端部に上記加圧用シリンダアクチュエ
ータ３３の作動ロッド３４を接続した加圧アーム３５と
を具備して構成したもので、上記加圧アーム３５の内方
側端部に絶縁部材３６およびチップホルダ３７を介して
電極チップ（電極）３８を保持しているとともに、上記
固定ベース３１の内側面に絶縁部材３６を介してバック
電極（電極）３９を保持している。

【００２０】電極チップ３８は、従前のものと同様クロ
ム銅（Ｃｕ−Ｃｒ）によって成形したもので、図１に示
すように、円柱状を成す基部３８ａと、この基部３８ａ
の先端部から該基部３８ａと同一の半径ｒをもって球状
に突出した半球状部３８ｂと、この半球状部３８ｂにお
いて上記基部３８ａの軸心延長線から所定の範囲に該半
球状部３８ｂよりも大きな半径Ｒをもって球状に突出し
た部分球凸状部（凸部）３８ｃとを有しており、当該部
分球凸状部３８ｃを上記メインテーブル１に対向させる
態様で、上記基部３８ａを介して上記加圧アーム３５に
取り付けている。なお、上記マルチスポット溶接装置で
は、具体的に、１６ｍｍの直径φを有した基部３８ａの
先端部に半径ｒが８ｍｍの半球状部３８ｂを形成し、さ
らにこの半球状部３８ｂにおいて基部３８ａの軸心延長
線から直径φ′が６ｍｍの範囲に半径Ｒが４０ｍｍの部
分球凸状部３８ｃを形成した電極チップ３８を適用して
いる。

【００２１】一方、バック電極３９は、図８および図９
に示すように、上述した電極チップ３８の材質であるク
ロム銅よりも引張強度や耐力等の機械的強度が高く、し
かも当該クロム銅と同等以上の導電率および熱伝導率を
有した銀析出型の銅合金（Ｃｕ−Ａｇ）によって成形し
ている。この銀析出型の銅合金は、共晶型、もしくは固
溶型の銀銅合金に加工や熱処理を加えることによって銀
を析出させたもので、図１、図５および図６に示すよう
に、一体の角柱状を成しており、その一端面３９ａを上
記電極チップ３８の先端部に対向させる態様で上記固定
ベース３１に取り付けている。なお、上記マルチスポッ
ト溶接装置では、具体的に、０．１％の銀を含んだ銅合
金、好ましくは０．１５％以上の銀を含んだ銅合金によ
り、幅：ｗ＝３２ｍｍ、奥行き：ｌ＝２５ｍｍ、長さ：
ｈ＝８０ｍｍの角柱状に形成したバック電極３９を適用
している。

【００２２】また、図１からも明らかなように、上記バ
ック電極３９は、その一端面３９ａに部分球凹状部（凹
部）３９ｂを有している。部分球凹状部３９ｂは、上記
電極チップ３８の部分球凸状部３８ｃと同一の範囲内に
同一の半径Ｒをもって形成したもので、つまり直径φ′
が６ｍｍの円形範囲内に４０ｍｍの半径Ｒをもって形成
したもので、当該部分球凸状部３８ｃに対向する位置に
配置している。

【００２３】上記のように構成したマルチスポット溶接
装置では、待機状態においてクランプ手段１０のクラン
プ用シリンダアクチュエータ１１が縮退することによっ
て可動クランパ１２が固定クランパ１３に対して開放
し、かつ給電手段２０の給電用シリンダアクチュエータ
２１が縮退することによって給電チップ２３がドアパネ
ルＤの載置域から退避し、さらに加圧手段３０の加圧用
シリンダアクチュエータ３３が縮退することによって電
極チップ３８がバック電極３９に対して離隔した状態に
保持されている。

【００２４】上述した待機状態からドアパネルＤの予設
定した溶接ポイントにスポット溶接を施す場合には、ま
ず、上記クランプ手段１０のクランプ用シリンダアクチ
ュエータ１１を伸長させることによってドアパネルＤを
メインテーブル１に位置決め保持させ、その後、上記給
電手段２０の給電用シリンダアクチュエータ２１を伸長
させることによって給電チップ２３の先端部をそれぞれ
インナパネル部品Ｄiの側面に当接させた状態に保持す
る。なお、この状態において上記加圧手段３０の各バッ
ク電極３９は、それぞれの一端面３９ａを介してアウタ
パネル部品Ｄoの下面、つまりドアパネルＤの外表面に
当接している。

【００２５】この状態から、上記加圧手段３０の加圧用
シリンダアクチュエータ３３を伸長させることによって
電極チップ３８の半球状部３８ｂをそれぞれインナパネ
ル部品Ｄi の上面、つまりドアパネルＤの内表面に圧接
させ、さらにこの状態から、給電チップ２３および電極
チップ３８の間に８０００Ａの溶接電流を流すべく、図
２に示すように、８Ｖ１０サイクルの交流電圧を加える
と、ドアパネルＤの縁部において上記電極チップ３８と
上記バック電極３９との間に圧接された各溶接ポイント
に抵抗熱が発生し、該抵抗熱が発生した部位を介してイ
ンナパネル部品Ｄi とアウタパネル部品Ｄo とが互いに
溶着することになる。

【００２６】ドアパネルＤに対する溶接作業が終了した
場合には、先とは逆の手順で各シリンダアクチュエータ
１１，２１，３３を縮退させれば、上記マルチスポット
溶接装置が上述した待機状態に復帰するため、溶接後の
ドアパネルＤを取り出すことが可能となる。

【００２７】以下、上述した作用を順次繰り返すことに
より、ドアパネルＤに対する溶接作業を繰り返し行うこ
とができる。

【００２８】ところで、従前の抵抗溶接装置では、上述
したように、バック電極および電極チップの双方が同一
の材質によって成形され、しかも加圧用シリンダアクチ
ュエータの作動により、ドアパネルを介して電極チップ
をバック電極に圧接することになるため、当該バック電
極の一端面に容易に変形を来す虞れがある。

【００２９】しかしながら、上記マルチスポット溶接装
置によれば、バック電極３９として、電極チップ３８の
材質であるクロム銅よりも引張強度や耐力等の機械的強
度が高い銀析出型の銅合金によって成形したものを適用
しているため、バック電極３９の一端面３９ａに容易に
変形を来す虞れがなく、該一端面３９ａに対するドレッ
シング等の形状修正が不要になる。

【００３０】しかも、上記バック電極３９は、クロム銅
と同等以上の導電率および熱伝導率を有しているため、
溶接後のドアパネルＤに冷却不良によるヤケ（過溶）等
の溶接不良や通電不足による未溶着等の溶接不良が発生
することもない。

【００３１】また、機械的強度の高いバック電極３９の
一端面３９ａに電極チップ３８の部分球凸状部３８ｃに
対応する部分球凹状部３９ｂを形成しているため、当該
電極チップ３８が常にこの部分球凹状部３９ｂに倣って
変形することになる。このため、電極チップ３８にドレ
ッシングを施してその形状を修正したり、該電極チップ
３８の交換を行った後においては、バック電極３９の高
さ調整作業のみを行えばよく、ドアパネルＤとの面合わ
せ調整作業が不要となる。

【００３２】因に、ドアパネルＤ等の製品においては、
その外表面が外方に向けて緩やかに凸となるように成形
されることが多いため、該外表面に凹部が形成される場
合に比べて凸部が形成される場合の方が形状修正の許容
範囲が広い。したがって、上記マルチスポット溶接装置
のように、バック電極３９の一端面３９ａに部分球凹状
部３９ｂを形成した場合にあっても、ドアパネルＤに対
する形状修正作業の増大が招来されることはない。

【００３３】図７（ａ）および図７（ｂ）は、上述した
マルチスポット溶接装置および従前の抵抗溶接装置にお
いて、それぞれ溶接点数に対する電極チップの先端径の
変化の割合とバック電極の摩耗深さとの関係を表したも
のである。なお、従前の抵抗溶接装置には、バック電極
としてクロム銅によって幅：ｗ＝３２ｍｍ、奥行き：ｌ
＝２５ｍｍ、長さ：ｈ＝８０ｍｍの角柱状に形成したも
のを適用し、また電極チップとして上記マルチスポット
溶接装置と同一のものを適用している。

【００３４】まず、図７（ｂ）からも明らかなように、
従前の抵抗溶接装置にあっては、電極チップおよびバッ
ク電極のいずれもが溶接点数の増加に伴って損耗量が増
加する傾向にある。

【００３５】電極チップは、溶接点数が２５０ショット
を越えた辺りから先端径が増大、すなわち損耗量が急激
になり、５００ショットを越えた辺りから頻繁にドレッ
シングを施さなければドアパネルに溶着不良が発生する
ようになる。

【００３６】一方、この時点では、バック電極の損耗量
も著しくなり、その一端面にピッチング（班点状の微
孔）を生じてドアパネルに傷や凹凸の発生を招来するよ
うになるため、溶接後のドアパネルに対して形状修正作
業が必要になる。

【００３７】このため、溶接点数が２５００ショットに
達した時点で電極チップそのものの交換を行った。

【００３８】しかしながら、従前の抵抗溶接装置におい
ては、バック電極が依然として損耗した状態にあるた
め、電極チップの損耗量が初回の時よりも少ない溶接点
数で始まり、ドレッシングを施す時期も早まる結果とな
った。

【００３９】これに対し、上記マルチスポット溶接装置
では、図７（ａ）からも明らかなように、電極チップ３
８およびバック電極３９のいずれもが溶接点数の増加に
伴って損耗量が増加する傾向にあるものの、溶接点数が
２５０ショットを越えた辺りの損耗量がドレッシングを
必要としないレベルに抑えられている。

【００４０】電極チップ３８は、溶接初期においてフロ
ー損耗を呈しているが、バック電極３９に形成した部分
球凹状部３９ｂに倣って整形されるとともに、該バック
電極３９の損耗量が極めて小さいためにドレッシングが
必要な程度まで損耗することがない。

【００４１】また、電極チップ３８のドレッシング回数
が少ないことからバック電極３９の一端面３９ａに対す
る形状修正作業も必要なく、５０００ショットに至るま
での間、良好に溶接を行うことが可能となった。

【００４２】なお、上記実施形態では、ドアパネルに対
してスポット溶接を施す抵抗溶接装置を例示している
が、本発明はその他のワークに対して抵抗溶接を行うも
のにももちろん適用することが可能である。この場合、
複数の溶接ポイントを同時に溶接する必要はなく、ま
た、溶接方式も上記のもの、いわゆるインダイレクト方
式に限らない。

【００４３】また、上記実施形態では、一方の電極を銀
析出型の銅合金によって成形するとともに、他方の電極
をクロム銅によって成形しているが、本発明はこれらの
材質の組み合わせに限定されなことはなく、一方の電極
が他方の電極と同等以上の導電率を有し、かつ該他方の
電極よりも機械的強度の高い材質によって成形れていれ
ばよい。なお、一方の電極の材質として銀系のものを適
用する場合、上記実施形態では、析出型のものを適用し
ているが、固溶型や共晶型のものを適用しても同様の効
果を期待することができる。

【００４４】さらに、上記実施形態では、一方の電極と
して角柱状のものを適用しているが、本発明ではその他
の形状のものを適用しても構わない。たとえば、図１０
に示すように、バック電極１３９の一端面１３９ａにお
いて部分球凹状部（凹部）１３９ｂの周囲に平坦部１３
９ｃを残す態様で周縁に面取加工１３９ｄを施したり、
図１１に示すように、バック電極２３９の一端面２３９
ａにおいて部分球凹状部（凹部）２３９ｂの周囲に平坦
部２３９ｃを残す態様で周縁に低段部２３９ｄを施して
加工面を小さくしたものを適用してもよい。

【００４５】なお、上記実施形態では、バック電極の全
てを同一の材質で成形しているが、たとえば図１２に示
すように、クロム銅によって角柱状に形成した本体部分
３００と、銀析出型の銅合金によって薄板状に成形し、
かつ一端面３０１ａに部分球凹状部（凹部）３０１ｂを
有した当接部３０１とを具備し、該当接部３０１を上記
本体部分３００の一端面３００ａに接合することによっ
てバック電極３３９を構成しても構わない。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被溶接材に先に当接する一方の電極として、他方の電極
よりも機械的強度が高い材質によって成形したものを適
用しているため、上記一方の電極に容易に変形を来す虞
れがなく、その形状修正が不要になる。

【００４７】しかも、上記一方の電極は、他方の電極と
同等以上の導電率および熱伝導率を有しているため、被
溶接材に溶接不良や溶接不良が発生することもない。

【００４８】また、機械的強度の高い一方の電極に他方
の電極の凸部に対応する凹部を形成しているため、当該
他方の電極が常にこの凹部に倣って変形することにな
る。このため、他方の電極にドレッシングを施してその
形状を修正したり、該他方の電極の交換を行った後にお
いては、一方の電極の高さ調整作業のみを行えばよく、
被溶接材との面合わせ調整作業が不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る抵抗溶接装置の一実施形態を概念
的に示す要部拡大図である。

【図２】図１に示した抵抗溶接装置の使用態様を概念的
に示した図である。

【図３】図１に示した抵抗溶接装置の全体を概念的に示
した平面図である。

【図４】図３における IV−IV 線断面図である。

【図５】図３における V−V 線断面図である。

【図６】図５における矢視 VI 図である。

【図７】（ａ）は図１に示した抵抗溶接装置において溶
接点数に対する電極の先端径の変化の割合および電極の
摩耗深さの関係を表した図、（ｂ）は従来の抵抗溶接装
置において溶接点数に対する電極の先端径の変化の割合
および電極の摩耗深さの関係を表した図である。

【図８】各種銅合金の引張強さと導電率との関係を表し
た図である。

【図９】各種銅合金の材料特性を表した図表である。

【図１０】本発明に係る抵抗溶接装置の変形例を概念的
に示した要部拡大図である。

【図１１】本発明に係る抵抗溶接装置の変形例を概念的
に示した要部拡大図である。

【図１２】本発明に係る抵抗溶接装置の変形例を概念的
に示した要部拡大図である。

【図１３】従来の抵抗溶接装置の要部を概念的に示した
図である。

【符号の説明】

３８…電極チップ ３８ｃ…部分球凸状部 ３９，１３９，２３９，３３９…バック電極 ３９ａ，１３９ａ，２３９ａ…一端面 ３９ｂ，１３９ｂ，２３９ｂ，３０１ｂ…部分球凹状部 １３９ｃ，２３９ｃ…平坦部 ３０１…当接部 Ｄ…ドアパネル Ｄi …インナパネル部品 Ｄo …アウタパネル部品

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接材の一方の表面と一方の電極とを
   互いに当接させた後に、該被溶接材の他方の表面におけ
   る前記一方の電極に対応する部位に他方の電極を当接さ
   せ、これら電極を通じて前記被溶接材に溶接電流および
   圧力を加える抵抗溶接装置において、前記一方の電極の
   少なくとも前記被溶接材の一方の表面に当接する部位
   に、前記他方の電極と同等以上の導電率を有し、かつ該
   他方の電極よりも機械的強度の高い材質によって成形し
   た当接部を設けることを特徴とする抵抗溶接装置。
2. 【請求項２】 前記他方の電極をクロム系の銅合金によ
   って成形するとともに、前記一方の電極の当接部を銀系
   の銅合金によって成形したことを特徴とする請求項１記
   載の抵抗溶接装置。
3. 【請求項３】 前記一方の電極の当接部を銀析出型の銅
   合金によって成形したことを特徴とする請求項２記載の
   抵抗溶接装置。
4. 【請求項４】 前記他方の電極の先端部に球状の凸部を
   形成するとともに、前記一方の電極における前記凸部に
   対向する部位に該凸部に対応した球状の凹部を形成した
   ことを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接装置。