JPWO2013172202A1 - スイッチ用電極及びそれを用いた抵抗溶接装置、スポット溶接装置及びスポット溶接方法 - Google Patents

Abstract

繰り返し大きな電流量の電流を遮断したとしても抵抗値の変化が少ないことから、継続して使用し続けたとしても安定した量の電流を流すことができるスイッチ用電極を提供すべく、本発明では、第１スイッチ用電極チップ（２１）及び第２スイッチ用電極チップ（２２）から構成され、前記第１スイッチ用電極チップ（２１）及び前記第２スイッチ用電極チップ（２２）を面接触させることで通電し、且つ離間させることで通電を遮断するスイッチに用いられるスイッチ用電極であり、前記第１スイッチ用電極チップ（２１）及び前記第２スイッチ用電極チップ（２２）が互いに接触する接触面のうち少なくとも一方が、凹凸を有する平面である構成とした。

Description

本発明は、スイッチ用電極及びそのスイッチ用電極を用いた抵抗溶接装置に関する。詳しくは、一対の電極から構成され、これら一対の電極同士を面接触させることで通電し、且つ離間させることで通電を遮断するスイッチに用いられるスイッチ用電極及びそのスイッチ用電極を用いた抵抗溶接装置に関する。
また、本発明は、スポット溶接装置及びスポット溶接方法に関する。詳しくは、厚みが最小である板材を最外に配置して形成したワークに対して溶接を行うスポット溶接装置及びスポット溶接方法に関する。

従来、複数の板材を重ね合わせたワークの接合にスポット溶接（「抵抗溶接」とも呼ぶ）が利用されている。スポット溶接では、重ね合わせたワークを一対の電極チップで挟んで加圧し、所定以上の加圧力を維持した状態で電極チップ間に電流を流す。すると、通電により発生するジュール熱でワーク材が溶融し、電極チップ間の板材の界面に板材の溶融物であるナゲットが生成される。その後、加圧状態を維持しつつ通電を停止することにより、ナゲットが冷却固化して板材が溶接される。

このようなスポット溶接では、３枚以上の板材を重ね合わせて溶接を行う場合もあるが、この場合、板材の厚みが一定であるとは限らない。むしろ、板材の厚みは一定でないことの方が一般的である。例えば、自動車に用いる金属板の分野等では厚くて硬い金属板を複数枚積層した上に、更に、薄くて柔らかい金属板を外側に重ね合わせたワークが用いられる。このようなワークでは、外側に位置する最も厚みの薄い板材（以下、「最薄板材」と呼ぶことがある）とそれに隣接する板材との間の界面がワークの外側近傍に位置することになる。そのため、ワークの中央付近を中心にナゲットを生成するように溶接を行った場合、最薄板材と隣接する板材との間にまでナゲットが十分に成長せず、最薄板材と隣接する板材とを満足に接合することができないことがある。

このような問題点を解決するため、近年、ワークを挟持する一対の電極チップに加え、最薄板材に当接する補助電極チップを設けたスポット溶接装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。このようなスポット溶接装置では、最薄板材に溶接電極チップ及び補助電極チップを当接させ、これら電極チップの間に電流を流すことで、ワークの外側近傍を加熱する。これにより、ワークの中央付近から外側近傍まで加熱することができ、最薄板材を含むワークを適切に溶接することができる。

また、抵抗溶接（「スポット溶接」と同義である）において、電流を一定の割合で分流させるだけでなく、分流させていた電流の一方をスイッチによって遮断することもある。例えば、上で述べたスポット溶接装置に適用した場合、ワークを挟持する一対の電極チップの間及び溶接電極チップと補助電極チップとの間で通電を行っている途中で、溶接電極チップと補助電極チップとの間の通電をスイッチで遮断することによって、抵抗溶接を施している最中に溶接部の形成される位置を変えることもできる。スイッチとしては、単純に２つの電極を接触させることで通電し、離間させることで電流を遮断するスイッチを用いることができる。

ところで、抵抗溶接では大きな電流を流すため、電流を遮断する際に、スイッチの電極表面にスパークが発生しやすく、スパークが発生するたびにスイッチの電極表面が傷ついてしまう。電極表面が傷つくと電極同士の接触面積が変化することからスイッチの抵抗値も変化してしまい、安定した電流が流れないという問題がある。スパークの発生を防止するために、スパーク防止機構を設けることもできるが、抵抗溶接を行うような大きな電流では、スパーク防止機構で完全にスパークの発生を抑えることは難しい。

そこで、電極表面の磨耗を防ぐために、電極の表面に対して銀めっき層を形成するとともに、銀めっき層に対し黒鉛粉体を高速噴射し、概噴射によって発生する熱により銀めっき層の表面を溶融し、同溶融された銀めっき層の表面に前記黒鉛粉体を積層させた黒鉛潤滑層を形成した電極が用いられている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１１−１９４４６４号公報 特開２０１２−１１３９８号公報 特開２００９−２４５６８４号公報

しかし、抵抗溶接の電流を遮断するためのスイッチ用電極を、スパークの発生による磨耗から守るために、めっき等で滑らかにした場合、電極表面を滑らかにすればするほど、電流の遮断を繰り返すことによる電極の抵抗値の変化は大きくなってしまう。つまり、電極表面にめっきを施す等して、使用を開始した初期における電極の抵抗値は引き下げることができるが、結局、何千回、何万回と繰り返し電流を遮断することによって電極表面が傷ついてしまうことを防ぐのは難しい。

また、補助電極チップを設けたスポット溶接装置であっても、溶接するワークの状態によっては最薄板材を適切に溶接できない場合がある。
例えば、ワークに対して電極チップが傾斜して当接していた場合には、垂直に当接していた場合と比べてナゲットが傾斜した状態で生成されてしまう。ナゲットが傾斜してしまうと、ワークの外側近傍に位置する最薄板材と隣接する板材との間の界面をナゲットが十分に覆うことができず、最薄板材を適切に溶接できなくなる。
また、ワーク内部に溶接箇所以外に板材同士が接触している箇所が存在すると、当該接触箇所にも電流が流れてしまい、補助電極チップに流れる電流が減少してしまう。その結果、最薄板材と隣接する板材との間の界面に十分なナゲットが生成されず、最薄板材を適切に溶接できなくなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、繰り返し大きな電流量の電流を遮断したとしても抵抗値の変化が少ないことから、継続して使用し続けたとしても安定した量の電流を流すことができるスイッチ用電極、及びそのスイッチ用電極を用いた抵抗溶接装置を提供することを目的とする（第１の目的）。
また、本発明は、ワークの外側に配置された最薄板材を適切に溶接するスポット溶接装置及びスポット溶接方法を提供することも目的とする（第２の目的）。

第１の目的を達成するため本発明は、一対の電極から構成され、これら一対の電極同士を面接触させることで通電し、且つ離間させることで通電を遮断するスイッチに用いられるスイッチ用電極を提供する。本発明に係るスイッチ用電極は、前記一対の電極（例えば、後述の第１スイッチ用電極チップ２１及び第２スイッチ用電極チップ２２）同士が接触する面のうち少なくとも一方が、凹凸を有する平面であることを特徴とする。

従来、スパークの発生等に起因した電極表面の傷や磨耗を防ぐために、電極表面にめっきを施す等の対応が取られてきた。本発明では、スイッチに用いる電極の電極同士を面で接触させ、その接触する面に凹凸加工を施す。
スパークの発生によって電極表面が傷つくことを許容し、逆に、電極同士が接触する面に凹凸加工を施すことで、スイッチによって電流を繰り返し遮断しても、スイッチ用電極同士の接触面積はほとんど変化することがなくなり、抵抗値の変化の少ない一対のスイッチ用電極を提供できる。

また、本発明は、前記平面の表面粗さ（Ｒａ）が６０〜１５０μｍであることが好ましい。

本発明のスイッチ用電極の、一対のスイッチ用電極同士が接触する面のうち、凹凸加工の施された面の表面粗さ（Ｒａ）を上記範囲内とすることで、電流を繰り返し遮断することによる、スイッチ用電極の抵抗値の変化を、より小さくすることができる。

また、本発明は、前記一対の電極同士の接触する面における接触面積比率が１０〜９０％であることが好ましい。

本発明のスイッチ用電極の、一対のスイッチ用電極同士が接触する面における接触面積比率を１０〜９０％とすることで、電流を繰り返し遮断することによる、スイッチ用電極の抵抗値の変化を、より小さくすることができる。

また、複数の板材（例えば、後述のＷ１、Ｗ２及びＷ３）を重ね合わせて形成されたワーク（例えば、後述のワークＷ）を抵抗溶接する抵抗溶接装置（例えば、後述のスポット溶接装置１）を提供する。この抵抗溶接装置は、前記ワークの一方の面に当接する第１溶接用電極（例えば、後述の溶接用電極チップ１２１）と、前記第１溶接用電極とは反対側から前記ワークに当接し、且つ前記第１溶接用電極とは逆の極性を有する第２溶接用電極（例えば、後述の主通電用電極チップ１３１）と、前記第１溶接用電極と同じ側から前記ワークに当接し、且つ前記第１溶接用電極とは逆の極性を有する補助電極（例えば、後述の補助通電用電極チップ１２２）と、前記第１溶接用電極、前記第２溶接用電極及び前記補助電極により前記ワークを挟持加圧した状態で、前記第１溶接用電極と前記第２溶接用電極との間に主電流を流すとともに、前記第１溶接用電極と前記補助電極との間に分岐電流を流し、前記分岐電流を本発明のスイッチ用電極を有するスイッチで遮断する通電手段（例えば、後述の制御装置１００、電源３０、スイッチ２０）と、を備えることを特徴とする。

前述した、繰り返し電流を遮断することによる抵抗値の変化の少ないスイッチ用電極を使用することによって、継続して使用し続けたとしても、安定して板材間を接合することのできる抵抗溶接装置を提供することができる。

また、第２の目的を達成するため本発明は、３枚以上の板材（例えば、後述の最薄板材Ｗ１，板材Ｗ２，板材Ｗ３）を重ね合わせたワーク（例えば、後述のワークＷ）であり、前記板材中、厚みが最小である最薄板材（例えば、後述の最薄板材Ｗ１）を最外に配置して形成したワークに対して溶接を行うためのスポット溶接装置を提供する。本発明に係るスポット溶接装置（例えば、後述のスポット溶接装置１）は、前記最薄板材に当接する溶接用電極（例えば、後述の溶接用電極チップ１２１）と、前記最薄板材に当接し、且つ前記溶接用電極とは逆の極性である補助通電用電極（例えば、後述の補助通電用電極チップ１２２）と、前記溶接用電極及び前記補助通電用電極とともに前記ワークを挟持し、且つ前記溶接用電極とは逆の極性である主通電用電極（例えば、後述の主通電用電極チップ１３１）と、前記補助通電用電極の状態（例えば、後述の当接角度又は補助電流の電流値）を検知し、検知した前記状態に応じて前記溶接用電極及び前記補助通電用電極の間を結ぶ電流経路に流れる電流を制御する補助電流制御手段（例えば、後述の制御装置１００）と、を備えることを特徴とする。

このように本発明に係るスポット溶接装置は、補助通電用電極に対して単に電流を流す従来のスポット溶接装置とは異なり、補助通電用電極の状態に応じて最薄板材を溶接するための補助通電用電極に対して流す電流を制御する。これにより、補助通電用電極の状態（即ち、ワークの状態）によって補助通電用電極に流れる電流を異ならせることができ、ワークの状態に関わらず最薄板材を適切に溶接することができる。

このとき、補助通電用電極の状態としては、前記溶接用電極及び前記補助通電用電極の前記最薄板材への当接角度（例えば、後述のワークＷに対する後述のスポット溶接ガン１０の当接角度θ）を用いることとしてもよい。
これにより、最薄板材に対して溶接用電極及び補助通電用電極が傾斜して当接していた場合に補助通電用電極に流れる電流を異ならせることができるため、従来、傾斜により最薄板材と隣接する板材との間の界面を十分に覆うことのできなかったナゲットを成長させることができ、最薄板材を適切に溶接することができる。ここで、溶接用電極及び補助通電用電極の最薄板材への当接角度は、例えば、溶接用電極が最薄板材に当接するために移動した移動量（例えば、後述のロッド１２の移動量）と補助通電用電極が最薄板材に当接するために移動した移動量（例えば、後述のロッド１２の移動量＋後述の移動手段の移動量）との差から算出することができる。

また、補助通電用電極の状態として、前記補助通電用電極に流れる電流の電流値を用いることとしてもよい。ここで、ワーク内部に溶接箇所以外に板材同士が接触している箇所が存在する場合には、溶接用電極から補助通電用電極に流れる電流が減少する。そこで、本発明のスポット溶接装置は、補助通電用電極の電流値を測定することで、ワーク内部の接触状態を検知することとしている。
これにより、外見からは判断できないワーク内部の接触状態に合わせて補助通電用電極への電流を制御することができ、最薄板材を適切に溶接することができる。

また、３枚以上の板材（例えば、後述の最薄板材Ｗ１，板材Ｗ２，板材Ｗ３）を重ね合わせたワーク（例えば、後述のワークＷ）であり、前記板材中、厚みが最小である最薄板材を最外に配置して形成したワークに対して溶接を行うためのスポット溶接方法を提供する。このスポット溶接方法は、前記ワークの、前記最薄板材に溶接電極（例えば、後述の溶接用電極チップ１２１）及び前記溶接用電極とは逆の極性である補助通電用電極（例えば、後述の補助通電用電極チップ１２２）を当接させ、前記最薄板材側とは逆側に前記溶接用電極とは逆の極性である主通電用電極（例えば、後述の主通電用電極チップ１３１）を当接させることで前記ワークを挟持する工程と、前記補助通電用電極の状態（例えば、後述の当接角度又は補助電流の電流値）を検知し、検知した前記状態に応じて前記溶接用電極及び前記補助通電用電極の間を結ぶ電流経路に流れる電流を制御する工程と、を有することを特徴とする。

このとき、補助通電用電極の状態として、前記溶接用電極及び前記補助通電用電極の前記最薄板材への当接角度を用いることとしてもよく、また、前記補助通電用電極に流れる電流の電流値を用いることとしてもよい。

このスポット溶接方法によれば、上記のスポット溶接装置の発明と同様の効果がある。

本発明によれば、繰り返し大きな電流量の電流を遮断し続けたとしても、そのスイッチに用いた電極の抵抗値の変化が少ないことから、継続して使用し続けたとしても安定した量の電流を流すことができるスイッチ用電極を提供できる。また、継続して使用し続けたとしても、安定して板材間を接合することのできる抵抗溶接装置を提供できる。
また、本発明によれば、ワークの外側に配置された最薄板材を適切に溶接することができる。

本発明の一実施形態に係る一組のスイッチ用電極を有するスイッチを用いたスポット溶接装置の構成を示す側面図である。 上記スポット溶接装置の電極部の構成を示す図である。 電流の遮断を繰り返すことによる、本発明に係るスイッチ用電極の抵抗値の変化を示す図である。 電流の遮断を繰り返すことによる、従来のスイッチ用電極の抵抗値の変化を示す図である。 本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置の構成を示す側面図である。 上記実施形態に係るスポット溶接装置の電極部の構成を示す図である。 上記実施形態に係るスポット溶接装置によるワークへの当接角度に応じた補助電流制御の概要を示す図である。 上記実施形態に係るスポット溶接装置による補助電流値に応じた補助電流制御の概要を示す図である。 上記実施形態に係るスポット溶接装置による補助電流制御の詳細を示す図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る一組のスイッチ用電極を有するスイッチを用いたスポット溶接装置の構成を示す側面図である。スポット溶接装置１は、ロボットアーム８０の先端に取り付けられた電動式のスポット溶接装置である。
スポット溶接装置１は、複数の板材Ｗ１（薄板）、Ｗ２（厚板）及びＷ３（厚板）を重ね合わせたワークＷを、後述する複数の電極で挟んで加圧し、この状態で電極間に通電することでワークＷを溶接するものである。

スポット溶接装置１は、ロボットアーム８０の先端に設けられた支持部９０により支持されたスポット溶接ガン１０と、このスポット溶接ガン１０を制御する制御装置１００と、を備える。

支持部９０は、支持ブラケット９１を含んで構成される。この支持ブラケット９１は、上板９１ａと、この上板９１ａに平行な下板９１ｂと、を備える。これら上板９１ａと下板９１ｂの間には、ガイドバー９２が橋架されている。

ガイドバー９２には、その軸方向に摺動自在な支持板９３が取り付けられている。支持板９３は、ロボットアーム８０側から上板９１ａ及び下板９１ｂに対して平行に延び、その先端側でスポット溶接ガン１０を支持する。支持板９３の基端側の上面には、筐体状の支持体９４が設けられている。上板９１ａと支持体９４の間には、ガイドバー９２に巻回された第１コイルスプリング９５が介装されている。同様に、下板９１ｂと支持板９３の間には、ガイドバー９２に巻回された第２コイルスプリング９６が介装されている。

スポット溶接ガン１０は、上記の支持板９３に支持されることで、支持部９０に対して相対的に昇降可能となっている。スポット溶接ガン１０は、溶接ガン本体１１と、溶接ガン本体１１の先端に設けられた溶接用電極部１５と、後述する電流源としての電源３０と、を備える。
溶接ガン本体１１は、その上部に設けられたサーボモータ１６と、このサーボモータ１６に連結された図示しない送りねじ機構と、備える。
溶接用電極部１５は、可動電極部１２０と、固定電極部１３０と、を含んで構成される。

可動電極部１２０は、溶接ガン本体１１の先端から下方に突出し、送りねじ機構に連結されたロッド１２の先端に支持されている。可動電極部１２０は、サーボモータ１６により送りねじ機構を介してロッド１２が上下動（図１のＡ２方向又はＡ１方向に移動）することで、後述する固定電極部１３０に対して進退可能となっている。
固定電極部１３０は、溶接ガン本体１１の先端に連結された連結部１４から下方に延びるＣ形ヨーク１３の先端に支持されている。
これら可動電極部１２０と固定電極部１３０は、ワークＷを挟んで対向配置される。可動電極部１２０は溶接用電極チップ１２１と補助通電用電極チップ１２２を備え、固定電極部１３０は主通電用電極チップ１３１とを備え、溶接用電極チップ１２１、補助通電用電極チップ１２２及び主通電用電極チップ１３１はワークＷを加圧、挟持する。

スイッチ２０は、第１スイッチ用電極チップ２１、第２スイッチ用電極チップ２２及びシリンダ機構２３を備えている。第１スイッチ用電極チップ２１は溶接ガン本体１１に取り付けられている。第２スイッチ用電極チップ２２にはシリンダ機構２３が取り付けられている。第１スイッチ用電極チップ２１は固定されているが、第２スイッチ用電極チップ２２はシリンダ機構２３によって上下に駆動可能になっている。第２スイッチ用電極チップ２２を駆動させて、第１スイッチ用電極チップ２１及び第２スイッチ用電極チップ２２を接触させることで通電を行い、第１スイッチ用電極チップ２１及び第２スイッチ用電極チップ２２を離間させることで電流を遮断する。

図２は、スポット溶接装置１の溶接用電極部１５の構成を示す図である。
可動電極部１２０の備える溶接用電極チップ１２１と補助通電用電極チップ１２２の先端面の高さ位置は、略同一となっている。
溶接用電極チップ１２１と補助通電用電極チップ１２２は、所定の間隔を設けて、ワークＷの面方向に沿って配置されている。これら電極チップは、円柱状であり、溶接用電極チップ１２１の先端はドーム状となっている。
固定電極部１３０の備える主通電用電極チップ１３１は、ワークＷを挟んで溶接用電極チップ１２１の対向に配置される。主通電用電極チップ１３１は、円柱状であり、その先端はドーム状となっている。

以上のような構成からなる溶接用電極部１５には、電源３０が接続される。具体的には図２に示すように、電源３０の正極が溶接用電極チップ１２１に接続され、その負極が主通電用電極チップ１３１及び補助通電用電極チップ１２２に接続される。

このため、電源３０から溶接用電極チップ１２１を経てワークＷに流入する溶接電流は、主通電用電極チップ１３１に向かう電流経路Ｄ１及び補助通電用電極チップ１２２に向かう電流経路Ｄ２に沿って流れ、それぞれ主通電用電極チップ１３１及び補助通電用電極チップ１２２を経て電源３０に戻る。

図２に示すように、電流経路Ｄ１と電流経路Ｄ２に沿って溶接電流が流れる結果、溶接用電極チップ１２１及び主通電用電極チップ１３１間の厚み方向の中でも、Ｗ２とＷ３の界面の電流密度よりも、Ｗ１とＷ２の界面の電流密度の方が高くなる。一般的に、薄板−厚板−厚板と重ね合わせたワークに抵抗溶接を施した場合、薄板−厚板側よりも厚板−厚板側のほうが板材の溶融熱が発生しやすい。しかし、図２のように電極を配置すれば、前述したように薄板−厚板側の電流密度が高くなるので、本来、抵抗溶接によって接合し難い薄板−厚板側を効率よく溶融し、接合することができる。

また、補助通電用電極チップ１２２と電源３０の負極の間にはスイッチ２０が設けられている。図２に示したワークＷに抵抗溶接を施す際、通電の初期では電流経路Ｄ１と電流経路Ｄ２に電流を分岐して流すことで、溶接用電極チップ１２１及び主通電用電極チップ１３１間の厚み方向の中でも、Ｗ１とＷ２の界面のナゲットＮ１を成長させる。ナゲットＮ１が十分に成長した後、スイッチ２０で電流を遮断することでワーク中を流れる電流の経路を電流経路Ｄ１のみにし、Ｗ２とＷ３の界面のナゲットＮ２の方を成長させる。スイッチ２０で電流を遮断することでナゲットＮ１及びナゲットＮ２をバランス良く成長させることができるので、接合強度に優れた接合部を得ることができる。電源３０及びスイッチ２０は制御装置１００によって制御される。なお、図２は抵抗溶接開始直後の状態を表しているので、ナゲットＮ１，Ｎ２はそれほど成長していない。

図１に戻って、サーボモータ１６は制御装置１００によって制御される。

次に、本実施形態に係るスポット溶接装置１の動作について説明する。
先ず、可動電極部１２０を固定電極部１３０に対して離間させた状態で、ロボットアーム８０及び支持部９０の動作により、ワークＷの溶接部位にスポット溶接ガン１０を移動させる。具体的には、固定電極部１３０の主通電用電極チップ１３１の先端面が、ワークＷの溶接部位の下面に当接する位置に、スポット溶接ガン１０を移動させる。

次いで、制御装置１００によりサーボモータ１６を制御して、送りねじ機構の作用で可動電極部１２０をワークＷに対して前進させる。すると、溶接用電極チップ１２１及び補助通電用電極チップ１２２の各先端面が、ワークＷの上面に当接する。

次いで、溶接用電極チップ１２１、補助通電用電極チップ１２２及び主通電用電極チップ１３１によってワークＷを加圧しつつ、制御装置１００により電源３０を制御して、溶接電流を供給する。すると、電流経路Ｄ１に沿って溶接用電極チップ１２１から主通電用電極チップ１３１に溶接電流が流れるとともに、電流経路Ｄ２に沿って溶接用電極チップ１２１から補助通電用電極チップ１２２に溶接電流が流れる。これにより、電流密度が高く入熱量が最も大きい溶接用電極チップ１２１及び主通電用電極チップ１３１間の厚み方向のＷ１とＷ２の界面において、ワーク材の溶融が最も促進されてナゲットＮ１が生成する。

そして、制御装置１００によりスイッチ２０を制御して、電流経路Ｄ２に沿って流れる溶接電流の供給を停止する。これにより、ワークＷの中を流れる電流が電流経路Ｄ１に沿って流れる溶接電流だけになるので、溶接用電極チップ１２１及び主通電用電極チップ１３１間の厚み方向のＷ２とＷ３の界面で入熱量が最も大きくなり、ナゲットＮ２が成長し、ワーク材の溶融が進行する。

その後、制御装置１００により電源３０を制御して、溶接電流の供給を停止する。これにより、ナゲットが冷却固化し、ワークＷが溶接される。

次に、スイッチ２０について説明する。
前述したように、スイッチ２０の第１スイッチ用電極チップ２１及び第２スイッチ用電極チップ２２が接触することで通電をし、離間することで電流を遮断する。スイッチ２０は、抵抗溶接で使用される大容量の電流を遮断することから、電極同士を離間する際にはスパークが発生してしまう。電流を遮断する際のスパークの発生は電極表面を傷つけ、磨耗させてしまうことから好ましくない。スパークの発生を防止するために、スパーク防止機構を設けることもできるが、抵抗溶接を行うような大きな電流では、スパーク防止機構で完全にスパークの発生を抑えることは難しい。また、電極表面にめっき等を施した場合でも、抵抗溶接装置に用いる場合のように何千回、何万回と繰り返し使用することで、電極表面が磨耗してしまう。逆に、初期の電極表面をなめらかにすればするほど初期のスイッチ用電極と、繰り返し使用した後のスイッチ用電極の抵抗値に大きな差がでてしまい、抵抗溶接をする際の電流量の設定が難しくなるという問題もある。抵抗溶接をする際の電流量の設定が難しいと、安定した品質の溶接されたワーク材の提供も難しくなってしまう。

本発明では、使用初期及び繰り返し使用した後におけるスイッチ用電極の抵抗値の差をできるだけ小さくするために、スイッチ用電極同士が面接触するようにし、電極同士の接触する面に凹凸加工を施すことで、電流遮断時におけるスパークの発生を許容することにした。つまり、最初から電極表面に凹凸加工を施しておけば、電流遮断時にスパークが発生して電極表面が傷ついたとしても、その傷によるスイッチ用電極同士の接触面積の増減を抑制できるので、スイッチ用電極の抵抗値への影響も小さい。

一対のスイッチ用電極同士が面接触するようにしたのは、電極同士が接触する面に、ある程度の面積があった方が電流遮断時のスパークによる、電極同士の接触面積の増減への影響が少ないからである。

スイッチ用電極の形状は、スイッチ用電極同士が面で接触すれば、特に限定されない。スイッチ用電極のうち、凹凸加工の施された面は平面であり、凹凸加工の施された平面と接触する面も平面である。

スイッチ用電極表面の凹凸加工は、一方のスイッチ用電極に施しても良いし、両方のスイッチ用電極に施しても良い。両方のスイッチ用電極に凹凸加工を施した方が、繰り返し電流の遮断を行うことによる、スイッチ用電極同士の接触面積の増減への影響が少ない傾向にある。

スイッチ用電極の表面の凹凸はブラスト処理や機械加工等によって設けることができるが、凹凸を設ける方法は特に限定されない。スイッチ用電極の素材としては導電性の素材であれば限定されないが、特にアルミナ分散銅が好ましい。

本発明のスイッチ用電極の、一対の電極同士が接触する面のうち、凹凸を有する平面の表面粗さ（Ｒａ）は、６０〜１５０μｍであることが好ましい。スイッチ用電極の平面の表面粗さ（Ｒａ）が６０μｍ未満だと、電流の遮断を繰り返し行うことによる電極同士の接触面積の変化が大きくなってしまう傾向にあり、１５０μｍよりも大きいと、スイッチ用電極の抵抗が大きくなってしまい、抵抗溶接を施す際の分岐電流が小さくなってしまう傾向にある。

なお、スイッチ用電極の平面の表面粗さ（Ｒａ）は、一般的に使用される表面粗さの測定装置を用いて測定することができる。

本発明のスイッチ用電極の、一対の電極同士の接触する面における接触面積比率は１０〜９０％であることが好ましい。スイッチ用電極の、一対の電極同士の接触する面における接触面積比率が９０％よりも大きいと、電流の遮断を繰り返し行うことによる電極同士の接触面積の変化が大きくなってしまう傾向にあり、１０％未満だと、スイッチ用電極の抵抗が大きくなってしまい、抵抗溶接を施す際の分岐電流が小さくなってしまう傾向にある。

接触面積比率が２１％である一対のスイッチ電極を用いて、２〜４ｋＡの電流の切断を繰り返し、接触面積比率の変化を調べたところ、３０，０００打点と９０，０００打点での接触面積比率はそれぞれ６５％と７３％になった。測定結果のばらつきを考慮すれば、スイッチ用電極の一対の電極同士の接触する面における接触面積比率を１０〜９０％にしておけば、電流の遮断を繰り返し行うことによる電極同士の接触面積の変化が小さくなる傾向にあることが分かる。

一対のスイッチ用電極同士の接触する面における接触面積比率は、感圧紙を用いて測定する。まず、感圧紙を、電流の通電中における通常の圧力で一対のスイッチ用電極に挟みこみ、その後、一対のスイッチ用電極を離間し、感圧紙の着色した部分の面積を測定する。一対のスイッチ用電極同士の接触する面の面積に対する、感圧紙の着色した部分の面積の比率が、一対のスイッチ用電極同士の接触する面における接触面積比率である。

次に、電流の遮断を繰り返すことによるスイッチ用電極の抵抗値への影響を、図３及び図４を用いて説明する。
図３は本発明の一対のスイッチ用電極を用いた例である。本発明の一対のスイッチ用電極の例として、直径１６ｍｍの円柱状の電極で、他方のスイッチ用電極と接する側が平面で、且つ、他方のスイッチ用電極と接触する面がブラスト処理によって、表面粗さ（Ｒａ）が６０μｍ、電極同士の接触する面における接触面積比率が２１％に調整されている電極が一対用いられている。電極の素材はアルミナ分散銅であり、２〜４ｋＡの電流の切断を繰り返した。

図３から明らかなように、本発明の一組のスイッチ用電極は、電流の遮断を繰り返すことによる抵抗値の変化がほとんどない。

一方、図４は従来のスイッチ用電極を用いた例である。従来のスイッチ用電極として、直径１６ｍｍの円柱状の電極で、他方のスイッチ用電極と接する側が平坦な電極及び直径１６ｍｍの円柱状の電極で、他方のスイッチ用電極と接する側がドーム状の電極（電極を側面から観察した時の電極先端はＲ１００の曲線となっている）の一対の電極が用いられている。電極の素材はアルミナ分散銅であり、２〜４ｋＡの電流の切断を繰り返した。

図４から明らかなように、従来のスイッチ用電極は、電流の遮断に使用を開始した直後に、急激に抵抗値が下がり、電流の遮断を繰り返すことで、抵抗値も安定した値になってくる。これは、電流の遮断を繰り返し行うことによって、他方のスイッチ用電極と接する側がドーム状の電極の先端が削れて、スイッチ用電極の電極同士の接触する面の面積が大きくなってしまったことによると考えられる。

上記実施形態では、本発明の一対のスイッチ用電極をスポット溶接装置に用いる場合について説明したが、本発明の一対のスイッチ用電極の用途はこれに限られるものではなく、スポット溶接ではない抵抗溶接を行う際に用いられる抵抗溶接装置にも用いることができるし、電流を開閉するあらゆるスイッチ及びそのスイッチを含む装置に用いることができる。
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

［第２実施形態］
続いて、本発明の別実施形態について、図５〜図９を参照して説明する。

［スポット溶接装置１の構成］
図５は、本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置の構成を示す側面図である。本実施形態に係るスポット溶接装置１は、ロボットアーム８０の先端に取り付けられた電動式のスポット溶接装置である。
スポット溶接装置１は、複数の板材を重ね合わせたワークＷを、後述する複数の電極で挟んで加圧し、この状態で電極間に通電することでワークＷを溶接する。なお、本実施形態のスポット溶接装置１は、３枚以上の板材により形成され、且つ最も外側に最薄板材が配置されたワークＷの溶接に好適に用いられる。このようなワークＷの一例として、本実施形態では、上方から最薄板材Ｗ１、板材Ｗ２（厚板）及び板材Ｗ３（厚板）を配置したワークＷを用いることとしている。

スポット溶接装置１は、ロボットアーム８０の先端に設けられた支持部９０により支持されたスポット溶接ガン１０と、このスポット溶接ガン１０を制御する制御装置１００と、を備える。

支持部９０は、支持ブラケット９１を含んで構成される。この支持ブラケット９１は、上板９１ａと、この上板９１ａに平行な下板９１ｂと、を備える。これら上板９１ａと下板９１ｂの間には、ガイドバー９２が橋架されている。

ガイドバー９２には、その軸方向に摺動自在な支持板９３が取り付けられている。支持板９３は、ロボットアーム８０側から上板９１ａ及び下板９１ｂに対して平行に延び、その先端側でスポット溶接ガン１０を支持する。支持板９３の基端側の上面には、筐体状の支持体９４が設けられている。上板９１ａと支持体９４の間には、ガイドバー９２に巻回された第１コイルスプリング９５が介装されている。同様に、下板９１ｂと支持板９３の間には、ガイドバー９２に巻回された第２コイルスプリング９６が介装されている。

スポット溶接ガン１０は、上記の支持板９３に支持されることで、支持部９０に対して相対的に昇降可能となっている。スポット溶接ガン１０は、溶接ガン本体１１と、溶接ガン本体１１の先端に設けられた溶接用電極部１５と、溶接用電極部１５に対して電流を供給する電流源３０Ａ（図６参照）と、を備える。
溶接ガン本体１１は、その上部に設けられたサーボモータ１６と、このサーボモータ１６に連結された図示しない送りねじ機構と、備える。
溶接用電極部１５は、可動電極部１２０と、固定電極部１３０と、を含んで構成される。

可動電極部１２０は、溶接ガン本体１１の先端から下方に突出し、送りねじ機構に連結されたロッド１２の先端に支持されている。可動電極部１２０は、サーボモータ１６により送りねじ機構を介してロッド１２が上下動（図５のＡ２方向又はＡ１方向に移動）することで、後述する固定電極部１３０に対して進退可能となっている。なお、ロッド１２の移動量は、制御装置１００に供給され、後述する補助電流制御に用いられる。
固定電極部１３０は、溶接ガン本体１１の先端に連結された連結部１４から下方に延びるＣ形ヨーク１３の先端に支持されている。
これら可動電極部１２０と固定電極部１３０とは、ワークＷを挟んで対向配置され、ワークＷと接触させて通電させることにより、最薄板材Ｗ１、板材Ｗ２及び板材Ｗ３間に溶接部（以下、「ナゲットＮ」と呼ぶ）を形成する。

図６は、スポット溶接装置１の溶接用電極部１５の構成を示す図である。
可動電極部１２０は、溶接用電極チップ１２１と、この溶接用電極チップ１２１との間で通電する補助通電用電極チップ１２２と、を備える。
溶接用電極チップ１２１及び補助通電用電極チップ１２２は、先端部がドーム状の円柱形状であり、所定の間隔を設けてワークＷの面方向に沿って配置される。また、これら電極チップの先端部は、略同一の高さ位置でワークＷの上側表面に向けて配置され、ロッド１２（図５参照）の上下動に応じてワークＷの上側表面を押圧する。

なお、図示は省略するものの、補助通電用電極チップ１２２には、エアシリンダ等で構成される移動手段が設けられており、ロッド１２とは独立して上下動可能に構成される。また、補助通電用電極チップ１２２には、レーザ変位計等で構成される移動量測定手段が設けられており、移動手段による上下動の移動量を測定可能に構成される。また、補助通電用電極チップ１２２には、電流計が設けられており、溶接用電極チップ１２１から流れる電流の値を測定可能に構成される。なお、移動量測定手段により測定された移動量及び電流計により測定された電流値は、制御装置１００に供給され、後述する補助電流制御に用いられる。

固定電極部１３０は、溶接用電極チップ１２１との間で通電する主通電用電極チップ１３１を備える。
主通電用電極チップ１３１は、先端部がドーム状の円柱形状である。主通電用電極チップ１３１の先端部は、ワークＷの下側表面に向けて配置され、ロッド１２（図５参照）の上下動に応じて可動電極部１２０が上下動することでワークＷの下側表面を押圧する。

以上のような構成からなる可動電極部１２０及び固定電極部１３０には、電流源３０Ａが接続される。具体的には、溶接用電極チップ１２１は、電流源３０Ａの正極に接続され、補助通電用電極チップ１２２及び主通電用電極チップ１３１は、電流源３０Ａの負極に接続される。
なお、電流源３０Ａは、図示しない電源と可変抵抗とを備え、各電極チップ間に電流を供給する。
そのため、電流源３０Ａから溶接用電極チップ１２１を経てワークＷに流入する電流は、電流経路Ｄ１に沿って流れ、主通電用電極チップ１３１を経て電流源３０Ａに戻る。このような電流経路Ｄ１を流れる電流（以下、「主電流」と呼ぶことがある）は、ワークＷの厚み方向中心付近を加熱することで当該加熱部分を中心にナゲットＮを生成し、ワークＷを溶接する。
また、電流源３０Ａから溶接用電極チップ１２１を経てワークＷに流入する電流は、電流経路Ｄ２，Ｄ３に沿って流れ、補助通電用電極チップ１２２を経て電流源３０Ａに戻る。このような電流経路Ｄ２，Ｄ３を流れる電流（以下、「補助電流」と呼ぶことがある）は、主としてワークＷの最外側に配置された最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２の間を加熱することで、最外側の最薄板材Ｗ１を溶接するために用いられる。即ち、最も外側に最薄板材Ｗ１を配置した場合には、最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２の界面がワークＷの厚み方向中心付近ではなく外側近傍に位置することになり、中心付近にナゲットＮを生成する主電流だけでは最薄板材Ｗ１を溶接できないことがある。そこで、補助通電用電極チップ１２２を用いて外側の最薄板材Ｗ１を適切に溶接することとしている。

なお、図６では、補助通電用電極チップ１２２を２つ設けることとしているが、これに限られるものではなく、外側の最薄板材Ｗ１を溶接可能であれば、１つのみとしてもよく、また、３つ以上設けることとしてもよい。また、後述するように、補助通電用電極チップ１２２には、溶接用電極チップ１２１との間の電気的な接続を解除するスイッチや、溶接用電極チップ１２１から流れる補助電流を変化させる可変抵抗等を備えることとしてもよい。

図５に戻って、制御装置１００は、サーボモータ１６及び電流源３０Ａを制御する。また、後述するように、制御装置１００は、補助通電用電極チップ１２２の状態を測定し、その測定結果に応じて補助通電用電極チップ１２２及び電流源３０Ａを制御する。なお、補助通電用電極チップ１２２の状態とは、移動量測定手段により測定された移動量や電流計により測定された電流値を含むものとする。

［スポット溶接装置１の基本動作］
次に、本実施形態に係るスポット溶接装置１の基本的な動作について説明する。
先ず、可動電極部１２０を固定電極部１３０に対して離間させた状態で、ロボットアーム８０及び支持部９０の動作により、ワークＷの溶接部位にスポット溶接ガン１０を移動させる。具体的には、固定電極部１３０の主通電用電極チップ１３１の先端部が、ワークＷの溶接部位の下側表面に当接する位置に、スポット溶接ガン１０を移動させる。

次いで、制御装置１００は、サーボモータ１６を制御して、送りねじ機構の作用で可動電極部１２０をワークＷに対して前進させる。すると、溶接用電極チップ１２１及び補助通電用電極チップ１２２の各先端部がワークＷの上側表面に当接する。このとき、ワークＷに対してスポット溶接ガン１０が傾斜している場合には、溶接用電極チップ１２１及び補助通電用電極チップ１２２の両先端部が適切にワークＷの上側表面に当接しないため、制御装置１００は、補助通電用電極チップ１２２に設けた移動手段をサーボモータ１６とは独立して制御する。これにより、ワークＷに対してスポット溶接ガン１０が傾斜している場合であっても、各電極チップの先端部をワークＷの上側表面に確実に当接させることができる。

制御装置１００は、各電極チップの先端部がワークＷの表面に当接した状態で可動電極部１２０をワークＷに対して更に前進させる。すると、各電極チップの先端部によりワークＷが加圧され、ワークＷを形成する板材間の隙間が詰められ電気的に接続される。

次いで、制御装置１００は、各電極チップの先端部による加圧を維持しつつ、電流源３０Ａを制御して、電流を供給する。すると、電流経路Ｄ１に沿って溶接用電極チップ１２１から主通電用電極チップ１３１に主電流が流れるとともに、電流経路Ｄ２，Ｄ３に沿って溶接用電極チップ１２１から補助通電用電極チップ１２２に補助電流が流れる。これにより、ワークＷの厚み方向の中央部から厚み方向上方部にかけて、ワーク材の溶融が促進されてナゲットＮが生成される。

その後、制御装置１００は、電流源３０Ａを制御して、電流の供給を停止する。なお、補助電流による外側の最薄板材Ｗ１と板材Ｗ２との間の溶接は、主電流による溶接よりも短時間で済むため、制御装置１００は、補助電流を主電流に先駆けて停止することとしてもよい。具体的には、制御装置１００は、補助通電用電極チップ１２２に設けられたスイッチを切ることで、溶接用電極チップ１２１と補助通電用電極チップ１２２との間の通電状態を解除し、補助電流を停止する。
次いで、制御装置１００は、サーボモータ１６を制御して、送りねじ機構の作用で可動電極部１２０をワークＷに対して後退させる。これにより、ナゲットが冷却固化し、ワークＷが溶接される。

［スポット溶接装置１の動作概要］
次に、本実施形態に係るスポット溶接装置１の特徴的な動作の概要を図７及び図８を参照して説明する。

＜ワークＷへの当接角度に応じた補助電流制御＞
本実施形態のスポット溶接装置１は、ワークＷに対してスポット溶接ガン１０が傾斜して当接している場合に、当接角度に応じて溶接用電極チップ１２１から補助通電用電極チップ１２２に流れる補助電流を制御する。このワークＷへの当接角度に応じた補助電流の制御の概要を図７に示す。

図７（１）を参照して、ワークＷに対してスポット溶接ガン１０が垂直に当接している場合、溶接用電極チップ１２１から主通電用電極チップ１３１及び補助通電用電極チップ１２２に対して適切に電流が流れる結果、最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２の界面を覆うようにナゲットＮが生成される。図７（１）では、最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２の界面に領域Ｌ１の大きさを持つナゲットＮが生成されている。
ところが、ワークＷに対してスポット溶接ガン１０が傾斜して当接している場合には、最薄板材Ｗ１を溶接するために十分なナゲットＮが生成されない。即ち、スポット溶接ガン１０の傾斜に伴いナゲットＮが傾斜してしまう結果、図７（２）に示すように、最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２の界面を領域Ｌ１よりも小さい領域Ｌ２で覆うナゲットＮしか生成することができず、最も上側に配置された最薄板材Ｗ１を適切に溶接することができない。
なお、このようにナゲットＮが傾斜してしまうのは、溶接用電極チップ１２１及び主通電用電極チップ１３１のワークＷとの当接部分Ｐが中心軸Ｃからずれてしまうためと考えられる。即ち、ワークＷの当接部分Ｐは電極チップとの当接により冷却されることになるが、この冷却部分が中心軸Ｃからずれる結果、生成されるナゲットＮが中心軸Ｃと非対称となり傾斜することになる。

そこで、本実施形態のスポット溶接装置１は、図７（３）（Ａ）に示すようにスポット溶接ガン１０の当接角度θに応じて補助電流を制御することとしている。ここで、スポット溶接ガン１０の当接角度θは、補助通電用電極チップ１２２がロッド１２（溶接用電極チップ１２１）と独立して移動した移動量から算出することができる。そのため、制御装置１００は、ロッド１２（溶接用電極チップ１２１）と独立して移動した補助通電用電極チップ１２２の移動量に応じて補助通電用電極チップ１２２に対する電流を制御する。より詳細には、ロッド１２の移動に対してマイナス方向（図５におけるＡ２方向）に移動した補助通電用電極チップ１２２に対しては、通常よりも高い電流値の補助電流を通電し、ロッド１２の移動に対してプラス方向（図５におけるＡ１方向）に移動した補助通電用電極チップ１２２に対しては、通常よりも低い電流値の補助電流を通電する。
なお、図７（３）は、補助通電用電極チップ１２２を２つ設けた場合を例にとり図示しているが、補助通電用電極チップ１２２を１つ又は３つ以上設けた場合についても同様に、制御装置１００は、補助通電用電極チップ１２２の移動量に応じて補助通電用電極チップ１２２に対する補助電流を制御する。

これにより、傾斜している補助通電用電極チップ１２２側の最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２界面に多くの補助電流が流れるため、ナゲットＮが十分に成長する。即ち、図７（２）において最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２の界面を十分に覆うことのできなかったナゲットＮが、図７（３）（Ｂ）に示すように、領域Ｌ３という広い範囲で最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２の界面を覆うナゲットＮにまで成長する。その結果、ワークＷに対してスポット溶接ガン１０が傾斜して当接した場合であっても、外側に配置された最薄板材Ｗ１を適切に溶接することができる。

＜補助電流値に応じた補助電流制御＞
通常、ワークＷを形成する最薄板材Ｗ１，板材Ｗ２，板材Ｗ３は、可動電極部１２０及び固定電極部１３０に挟持され加圧される結果、溶接箇所が接触し電気的に接続される。しかしながら、ワークＷの中には溶接箇所だけでなく他の箇所でも最薄板材Ｗ１，板材Ｗ２，板材Ｗ３が接触しているものがある。このようなワークＷでは、可動電極部１２０及び固定電極部１３０の加圧により当該接触箇所を介して各電極チップ間が電気的に接続されることになり、予期せぬ電流経路が形成される。このような予期せぬ電流経路が形成されると、電流源３０Ａから供給される電流が当該電流経路にも流れてしまい、ワークＷの溶接のために予定している電流経路を流れる電流値が減少してしまう。
そこで、本実施形態のスポット溶接装置１は、各電極チップ間、特に溶接用電極チップ１２１と補助通電用電極チップ１２２との間を流れる補助電流値に応じて、補助電流を制御する。この補助電流値に応じた補助電流の制御の概要を図８に示す。なお、図８では、補助通電用電極チップ１２２を１つ設けた場合を例にとり図示しているが、補助通電用電極チップ１２２を２つ以上設けた場合についても同様に、制御装置１００は、補助電流値に応じて補助電流を制御する。

図８（１）を参照して、ワークＷが可動電極部１２０及び固定電極部１３０の加圧により溶接箇所でのみ接触する場合（以下、「正常接触」と呼ぶことがある）、各電極チップ間には溶接のために予定している電流経路、即ち溶接用電極チップ１２１と主通電用電極チップ１３１との間の電流経路Ｄ１、及び溶接用電極チップ１２１と補助通電用電極チップ１２２との間の電流経路Ｄ２が形成される。このようにワークＷが正常接触している状態では、電流源３０Ａから供給される電流は、電流経路Ｄ１，Ｄ２に流れることになる。図８（１）では、電流源３０Ａから供給される８ＫＡの電流のうち、５ＫＡの主電流が溶接用電極チップ１２１から主通電用電極チップ１３１への電流経路Ｄ１に流れ、３ＫＡの補助電流が溶接用電極チップ１２１から補助通電用電極チップ１２２への電流経路Ｄ２に流れている。このような主電流及び補助電流がワークＷに流れることで、ワークＷが適切に溶接される。

図８（２）を参照して、ワークＷに溶接箇所以外の接触箇所がある場合（以下、「異常接触」と呼ぶことがある）、各電極チップ間には溶接のために予定している電流経路に加え、当該異常接触箇所を流れる電流経路が形成される。図８（２）では、板材Ｗ２，Ｗ３間において異常接触箇所Ｑが存在する結果、溶接用電極チップ１２１から異常接触箇所Ｑを通り主通電用電極チップ１３１に流れる電流経路Ｄ４が形成されている。異常接触箇所Ｑを通る電流経路Ｄ４が形成されると、電流源３０Ａから供給される電流は、当該電流経路Ｄ４にも流れてしまい、本来溶接のために予定している電流経路Ｄ１，Ｄ２に流れる電流の電流値が減少してしまう。図８（２）では、電流源３０Ａから供給される８ＫＡの電流のうち、２ＫＡの電流が異常接触箇所Ｑを通る電流経路Ｄ４に流れてしまう結果、電流経路Ｄ２には本来予定している３ＫＡの補助電流ではなく１ＫＡの補助電流しか流れていない。その結果、最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２の界面に十分な補助電流が流れず、最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２の間を適切に溶接することができない。
また、異常接触箇所Ｑが溶接箇所の近傍にある場合には、溶接用電極チップ１２１と主通電用電極チップ１３１との間の電流経路が広くなってしまい（電流経路Ｄ１が電流経路Ｄ１＋Ｄ４になってしまい）、当該電流経路の抵抗が低くなってしまう。その結果、当該電流経路に十分なジュール熱を発生させることができず、ワークＷを適切に溶接することができない。

そこで、本実施形態のスポット溶接装置１は、図８（３）（Ａ）に示すように補助通電用電極チップ１２２に流れる電流の電流値に応じて補助電流を制御することとしている。詳細については後述するが、図８（３）（Ａ）では、異常接触箇所Ｑを通る電流経路Ｄ４が形成されることにより減少した補助電流の電流値（１ＫＡ）が本来予定している電流値（３ＫＡ）となるように電流源３０Ａから供給される電流値を制御することとしている。即ち、制御装置１００は、電流源３０Ａの可変抵抗を低くし、電流源３０Ａから供給される電流の総電流値を８ＫＡから１１ＫＡに上げることで、補助通電用電極チップ１２２に流れる補助電流の電流値を上げることとしている。

これにより、異常接触箇所Ｑが存在しているワークＷであっても、最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２の界面に多くの補助電流が流れ、また、溶接用電極チップ１２１と主通電用電極チップ１３１との間にも通常よりも多くの主電流が流れるため、ナゲットＮが十分に成長する。即ち、図８（２）において十分に成長することのなかったナゲットＮが、図８（３）（Ｂ）に示すようにワークＷを溶接するために十分な大きさのナゲットＮに成長する。その結果、外見からは判断できないワークＷ内部の接触状態に関わらず、溶接結果を常に一定化することができる。

［補助電流制御の詳細］
以上、図７及び図８に示すように本実施形態に係るスポット溶接装置１は、補助通電用電極チップ１２２の状態、即ち補助通電用電極チップ１２２のワークＷへの当接角度や補助通電用電極チップ１２２に流れる補助電流の電流値に応じて、補助電流を制御することでワークＷを適切に溶接する。
続いて、図９を参照して、補助通電用電極チップ１２２の状態に応じた補助電流制御の詳細について説明する。ここで、ワークＷを溶接するためのナゲットＮはジュール熱により生成されるため、本実施形態では、補助電流の電流値（図９（１）（２））及び／又は補助電流の供給時間（図９（３））を制御することで、補助電流制御を行うこととしている。なお、以下に示す補助電流制御は一例に過ぎず、本発明は、補助通電用電極チップ１２２の状態に応じて外側の最薄板材Ｗ１に対する溶接を適切に行うことのできる他の制御に適用可能である。

図９（１）を参照して、スポット溶接装置１は、補助通電用電極チップ１２２を用いた溶接が不十分である場合、補助通電用電極チップ１２２に流れる補助電流の電流値を上げることでワークＷを適切に溶接する。より詳細には、スポット溶接装置１の制御装置１００は、補助通電用電極チップ１２２内の可変抵抗を制御することで補助通電用電極チップ１２２に対して高い電流値の補助電流を供給する。
図９（１）（Ａ）を参照して、補助通電用電極チップ１２２がワークＷに対して傾斜した状態で当接している場合について説明する。初めに、制御装置１００は、ロッド１２とは独立して移動する補助通電用電極チップ１２２の移動量を算出し、当該移動がマイナス方向であるかプラス方向であるかを特定する。続いて、制御装置１００は、マイナス方向に移動した補助通電用電極チップ１２２内の可変抵抗を低くし、当該補助通電用電極チップ１２２に流れる補助電流の電流値を高くする一方で、プラス方向に移動した補助通電用電極チップ１２２内の可変抵抗を高くし、補助通電用電極チップ１２２に流れる補助電流の電流値を低くする。これにより、補助通電用電極チップ１２２に流れる補助電流の電流値を当接角度に応じて制御することができ、外側に配置された最薄板材Ｗ１を適切に溶接することができる。
次に、図９（１）（Ｂ）を参照して、ワークＷに異常接触箇所が存在する場合について説明する。初めに、制御装置１００は、補助通電用電極チップ１２２に流れる補助電流の電流値を取得し、正常値（例えば３ＫＡ）以下であるか否かを判定する。このとき、補助電流の電流値が正常値以下である場合には、制御装置１００は、ワークＷに異常接触箇所が存在すると判断し、補助通電用電極チップ１２２に流れる補助電流を高くする。即ち、制御装置１００は、当該補助通電用電極チップ１２２内の可変抵抗を低くし、補助通電用電極チップ１２２に補助電流が流れ易くする。これにより、ワークＷに異常接触箇所が存在する場合であっても外側に配置された最薄板材Ｗ１を適切に溶接することができる。
なお、詳細な説明は省略するが、外側の最薄板材Ｗ１を溶接するのに十分な時間だけ補助通電用電極チップ１２２に補助電流を流した後には、制御装置１００は、当該補助通電用電極チップ１２２への通電を停止する。これにより、主通電用電極チップ１３１に流れる主電流の電流値が高くなるため、外側の最薄板材Ｗ１だけでなくワークＷ全体を適切に溶接することができる。

続いて、図９（２）を参照して、補助電流の電流値の上昇は、補助通電用電極チップ１２２内の可変抵抗の制御に限らず、電流源３０Ａから供給される電流を上昇させることでも実現することができる。そこで、スポット溶接装置１の制御装置１００は、電流源３０Ａ内の可変抵抗を制御することで補助通電用電極チップ１２２に対して高い電流値の補助電流を供給することとしてもよい。
図９（２）（Ａ）を参照して、補助通電用電極チップ１２２がワークＷに対して傾斜した状態で当接している場合について説明する。ワークＷに傾斜して当接している場合、制御装置１００は、電流源３０Ａ内の可変抵抗を制御し、各電極チップ間を結ぶ電流経路を流れる電流の総電流値を上昇させる。これにより、各電極チップ間を結ぶ電流経路には、通常よりも高い値の電流が流れることになり、傾斜の結果溶接しにくい外側の最薄板材Ｗ１を適切に溶接することができる。このとき、制御装置１００は、当接角度に応じて補助通電用電極チップ１２２への通電を停止するタイミングを異ならせることとしてもよい。即ち、ロッド１２に対してプラス方向に移動した補助通電用電極チップ１２２に対する通電を先に停止し、その後、ロッド１２に対してマイナス方向に移動した補助通電用電極チップ１２２に対する通電を所定時間行った後、当該補助通電用電極チップ１２２に対する通電を停止することとしてもよい。
次に、図９（２）（Ｂ）を参照して、ワークＷに異常接触箇所が存在する場合について説明する。制御装置１００は、補助通電用電極チップ１２２に流れる補助電流の電流値が正常値以下である場合には、電流源３０Ａ内の可変抵抗を制御し、各電極チップ間を結ぶ電流経路を流れる電流の総電流値を上昇させる。これにより、異常接触箇所に流れてしまう分減少する補助電流の電流値を補うことができ、外側に配置された最薄板材Ｗ１を適切に溶接することができる。

続いて、図９（３）を参照して、補助通電用電極チップ１２２を用いた溶接が不十分である場合、スポット溶接装置１は、補助通電用電極チップ１２２への補助電流の通電時間を制御することでワークＷを適切に溶接する。より詳細には、スポット溶接装置１の制御装置１００は、補助通電用電極チップ１２２内のスイッチを制御することで補助通電用電極チップ１２２への通電時間を制御する。
図９（３）（Ａ）を参照して、補助通電用電極チップ１２２がワークＷに対して傾斜した状態で当接している場合について説明する。ロッド１２に対してマイナス方向に移動した補助通電用電極チップ１２２に対しては、十分なジュール熱を確保すべく通常よりも長時間にわたり補助電流を通電する必要がある。そこで、制御装置１００は、補助通電用電極チップ１２２への通電を開始した後、ロッド１２に対してプラス方向に移動した補助通電用電極チップ１２２内のスイッチを先に切り、その後、所定時間経過した後にロッド１２に対してマイナス方向に移動した補助通電用電極チップ１２２内のスイッチを切る。これにより、傾斜して当接した結果、最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２の界面のうちナゲットＮを生成しにくいマイナス方向の補助通電用電極チップ１２２側に長時間補助電流を供給することができ、外側の最薄板材Ｗ１を適切に溶接することができる。
次に、図９（３）（Ｂ）を参照して、ワークＷに異常接触箇所が存在する場合について説明する。制御装置１００は、補助通電用電極チップ１２２に流れる補助電流の電流値が正常値以下である場合には、通常よりも遅く補助通電用電極チップ１２２内のスイッチを切る。即ち、制御装置１００は、最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２の界面に十分なナゲットＮを生成するために必要な時間だけ補助通電用電極チップ１２２に対して補助電流を通電した後に当該通電を停止する。これにより、異常接触箇所に流れてしまう分減少する補助電流を補うことができ、外側に配置された最薄板材Ｗ１を適切に溶接することができる。

以上、本実施形態に係るスポット溶接装置１について説明した。このようなスポット溶接装置１によれば、補助通電用電極チップ１２２の状態を測定することでワークＷの状態を特定することとしている。即ち、補助通電用電極チップ１２２がロッド１２（溶接用電極チップ１２１）とは独立して移動した移動量からワークＷへの当接角度を特定し、また、補助通電用電極チップ１２２を流れる補助電流の電流値からワークＷに異常接触箇所が存在するか否かを特定する。そして、スポット溶接装置１では、ワークＷの状態を特定すると、特定したワークＷの状態に応じて補助通電用電極チップ１２２に供給する補助電流を制御する。これにより、ワークＷの状態に関わらず、最薄板材Ｗ１を適切に溶接することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

例えば、補助電流制御の詳細として、上記実施形態では、補助通電用電極チップ１２２の可変抵抗を制御する抵抗制御（図９（１））、電流源３０Ａの可変抵抗を制御する電流制御（図９（２））、及び補助通電用電極チップ１２２のスイッチを制御する切タイミング制御（図９（３））について説明したが、補助電流制御として、これら制御のうちの１つのみを適用することとしてもよく、また、複数を組み合わせて適用することとしてもよい。
このとき、組み合わせて適用するとは、補助通電用電極チップ１２２のスイッチを切る前後において電流値を異ならせることを含むものである。即ち、例えば、電流制御と切タイミング制御とを組み合わせる場合には、補助通電用電極チップ１２２のスイッチを切る前と後とで総電流値が同じであることとしてもよく、また、スイッチを切る前の方が総電流値が高くなることとしてもよく、また、スイッチを切った後の方が総電流値が高くなることとしてもよい。

また、上記実施形態では、スポット溶接ガン１０がワークＷへ傾斜して当接している状態での補助電流制御、及びワークＷに異常接触箇所がある状態での補助電流制御を個別に説明しているが、本発明は、それぞれの状態が重畳した場合にも適用可能である。即ち、本発明は、スポット溶接ガン１０がワークＷへ傾斜して当接しており、且つワークＷに異常接触箇所がある場合であっても適用可能である。

また、上記実施形態では、ワークＷへのスポット溶接ガン１０の当接角度を、溶接用電極チップ１２１の移動量（即ち、ロッド１２の移動量）と補助通電用電極チップ１２２の移動量（即ち、ロッド１２の移動量及び移動手段の移動量の和）との差に基づいて算出することとしているが、これに限られるものではない。例えば、補助通電用電極チップ１２２を複数設けることとしている場合には、溶接用電極チップ１２１の移動量を用いることなく、それぞれの補助通電用電極チップ１２２の移動量の差からワークＷへのスポット溶接ガン１０の当接角度を算出することとしてもよい。
また、各電極チップの移動量を用いることなく、その他の情報を用いてワークＷへのスポット溶接ガン１０の当接角度を算出することとしてもよい。一例として、当接時のスポット溶接ガン１０及び／又はワークＷを撮影した画像データを用いて、ワークＷへのスポット溶接ガン１０の当接角度を算出することとしてもよい。

１…スポット溶接装置
１０…スポット溶接ガン
２０…スイッチ（通電手段）
２１…第１スイッチ用電極チップ
２２…第２スイッチ用電極チップ
３０…電源（通電手段）
３０Ａ…電流源
１００…制御装置（通電手段、補助電流制御手段）
１２…ロッド
１２０Ａ…可動電極部
１２１…溶接用電極チップ（第１溶接用電極、溶接用電極）
１２２…補助通電用電極チップ（補助電極、補助通電用電極）
１３…Ｃ形ヨーク
１３０Ａ…固定電極部
１３１…主通電用電極チップ（第２溶接用電極、主通電用電極）
Ｗ…ワーク

Claims (10)

1. 一対の電極から構成され、これら一対の電極同士を面接触させることで通電し、且つ離間させることで通電を遮断するスイッチに用いられるスイッチ用電極であって、
   前記一対の電極同士が接触する面のうち少なくとも一方が、凹凸を有する平面であることを特徴とするスイッチ用電極。
2. 前記平面の表面粗さ（Ｒａ）が６０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ用電極。
3. 前記一対の電極同士の接触する面における接触面積比率が１０〜９０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチ用電極。
4. 複数の板材を重ね合わせて形成されたワークを抵抗溶接する抵抗溶接装置であって、
   前記ワークの一方の面に当接する第１溶接用電極と、
   前記第１溶接用電極とは反対側から前記ワークに当接し、且つ前記第１溶接用電極とは逆の極性を有する第２溶接用電極と、
   前記第１溶接用電極と同じ側から前記ワークに当接し、且つ前記第１溶接用電極とは逆の極性を有する補助電極と、
   前記第１溶接用電極、前記第２溶接用電極及び前記補助電極により前記ワークを挟持加圧した状態で、前記第１溶接用電極と前記第２溶接用電極との間に主電流を流すとともに、前記第１溶接用電極と前記補助電極との間に分岐電流を流し、前記分岐電流を請求項１〜３のいずれかに記載のスイッチ用電極を有するスイッチで遮断する通電手段と、を備えることを特徴とする抵抗溶接装置。
5. ３枚以上の板材を重ね合わせたワークであり、前記板材中、厚みが最小である最薄板材を最外に配置して形成したワークに対して溶接を行うためのスポット溶接装置であって、
   前記最薄板材に当接する溶接用電極と、
   前記最薄板材に当接し、且つ前記溶接用電極とは逆の極性である補助通電用電極と、
   前記溶接用電極及び前記補助通電用電極とともに前記ワークを挟持し、且つ前記溶接用電極とは逆の極性である主通電用電極と、
   前記補助通電用電極の状態を検知し、検知した前記状態に応じて前記溶接用電極及び前記補助通電用電極の間を結ぶ電流経路に流れる電流を制御する補助電流制御手段と、
   を備えることを特徴とするスポット溶接装置。
6. 前記補助電流制御手段は、前記溶接用電極及び前記補助通電用電極の前記最薄板材への当接角度に応じて前記電流経路に流れる電流を制御する、
   ことを特徴とする請求項５に記載のスポット溶接装置。
7. 前記補助電流制御手段は、前記補助通電用電極に流れる電流の電流値に応じて前記電流経路に流れる電流を制御する、
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載のスポット溶接装置。
8. ３枚以上の板材を重ね合わせたワークであり、前記板材中、厚みが最小である最薄板材を最外に配置して形成したワークに対して溶接を行うためのスポット溶接方法であって、
   前記ワークの、前記最薄板材に溶接用電極及び前記溶接用電極とは逆の極性である補助通電用電極を当接させ、前記最薄板材側とは逆側に前記溶接用電極とは逆の極性である主通電用電極を当接させることで前記ワークを挟持する工程と、
   前記補助通電用電極の状態を検知し、検知した前記状態に応じて前記溶接用電極及び前記補助通電用電極の間を結ぶ電流経路に流れる電流を制御する工程と、
   を有することを特徴とするスポット溶接方法。
9. 前記電流を制御する工程は、前記溶接用電極及び前記補助通電用電極の前記最薄板材への当接角度に応じて前記電流経路に流れる電流を制御する、
   ことを特徴とする請求項８に記載のスポット溶接方法。
10. 前記電流を制御する工程は、前記補助通電用電極に流れる電流の電流値に応じて前記電流経路に流れる電流を制御する、
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載のスポット溶接方法。

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