JPWO2015033537A1

JPWO2015033537A1 - インダイレクトスポット溶接装置

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Publication number: JPWO2015033537A1
Application number: JP2014551362A
Authority: JP
Inventors: 松下　宗生; 宗生松下; 池田　倫正; 倫正池田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2034-08-27
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Abstract

インダイレクトスポット溶接において、特に、重ね合わせた金属板を一方向からのみ溶接電極により加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態になっている部位の溶接を行う際でも、溶接電極の加圧力を的確に制御して、満足な強度を有するスポット溶接部を安定して得ることができるインダイレクトスポット溶接装置であって、金属板に対する溶接電極の加圧力に関して、加圧力誤差±１０％の範囲内で制御できる加圧力安定領域の下限を７０〜２００Ｎ、上限を８００〜２０００Ｎの範囲とし、かつ溶接電極を金属板に押し当てる際に現れる加圧力のオーバーシュートＯＳ（％）＝（ＰＬ−ＡＬ）／ＡＬ×１００を１０％以下に制御するインダイレクトスポット溶接装置。ただし、ＰＬは、オーバーシュート域の加圧力ピーク値（Ｎ）、ＡＬは電極加圧時の加圧力平均値（Ｎ）である。

Description

本発明は、少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材（被溶接部材）に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には前記溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、前記溶接電極と前記給電端子との間で通電して溶接を行うインダイレクトスポット溶接装置に関するものである。

自動車ボディーや自動車部品の溶接に際しては、従来から抵抗スポット溶接、その中でも、主にダイレクトスポット溶接が使用されてきた。しかし、最近では、シリーズスポット溶接やインダイレクトスポット溶接等も使用されるようになっている。

上記した３種類のスポット溶接の特徴を、図１を用いて説明する。

いずれのスポット溶接も、重ね合わせた少なくとも２枚の金属板を溶接により接合する点では変わりはない。

図１（ａ）は、ダイレクトスポット溶接方法を示したものである。この溶接は、同図に示すとおり、重ね合わせた２枚の金属板１、２を挟んでその上下から一対の電極３、４を加圧しつつ電流を流す。それにより、金属板１、２の抵抗発熱を利用して、点状の溶接部（ナゲット）５を得る方法である。電極３、４は、加圧制御装置６、７および電流制御装置８を備えており、これらによって加圧力と通電する電流値が制御できる仕組みになっている。

図１（ｂ）は、シリーズスポット溶接方法を示したものである。この溶接は、同図に示すとおり、重ね合わせた２枚の金属板１１、１２に対し、離れた位置で、同一面側（同一方向）から一対の電極１３、１４を加圧しつつ電流を流す。それにより、点状の溶接部（ナゲット）１５−１、１５−２を得る方法である。

図１（ｃ）は、インダイレクトスポット溶接方法を示したものである。この溶接は、同図に示すとおり、重ね合わせた２枚の金属板２１、２２に対し、一方の金属板２１には電極２３を加圧しながら押し当て、他方の金属板２２には離れた位置で給電端子２４を取り付け、これらの間で通電する。それにより、金属板２１、２２に点状の溶接部（ナゲット）２５を形成する方法である。

上記した３種類の溶接方法のうち、スペース的に余裕があり、金属板を上下から挟むスペースが得られる場合には、ダイレクトスポット溶接方法が用いられる。しかし、実際の溶接に際しては、十分なスペースがなかったり、閉断面構造で金属板を上下から挟むことができない場合も多い。このような場合には、シリーズスポット溶接方法やインダイレクトスポット溶接方法が用いられる。

しかしながら、シリーズスポット溶接方法やインダイレクトスポット溶接方法を上記のような用途に使用する際には、重ね合わせた金属板は一方向からのみ電極により加圧され、その反対側は支持の無い中空の状態になっている。従って、金属板を両側から電極で挟持するダイレクトスポット溶接方法のように溶接部に局部的に高い加圧力を与えることができない。また、通電中に電極が金属板に沈み込んでいくため、電極−金属板、金属板−金属板間の接触状態が変化する。このような理由により、重ね合わせた金属板間で電流の通電経路が安定せず、溶融接合部が形成されにくいという問題があった。

上記の問題を解決するものとして、本発明者らは先に、特許文献１において、「少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電して溶接を行うインダイレクトスポット溶接方法において、電極の加圧力および通電する電流値に関して、通電開始から２つの時間帯ｔ_１，ｔ_２に区分し、最初の時間帯ｔ_１では、加圧力Ｆ_１で加圧しかつ電流値Ｃ_１で通電したのち、次の時間帯ｔ_２では、Ｆ_１よりも低い加圧力Ｆ_２で加圧しかつＣ_１よりも高い電流値Ｃ_２で通電することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。」という、２段階制御になるインダイレクトスポット溶接方法を開示した。

また、本発明者らは、特許文献１に開示のインダイレクトスポット溶接方法に関して、重ね合わせた金属板の総板厚をＴ（ｍｍ）とし、通電開始から２つの時間帯ｔ_１，ｔ_２に区分される最初の時間帯ｔ_１の加圧力Ｆ_１、電流値Ｃ_１、次の時間帯ｔ_２の加圧力Ｆ_２、電流値Ｃ_２をそれぞれ下記式（２．１）〜（２．４）のように限定することにより、より効果的に実施することができることを見出し、特許文献２において開示した。
記
１．２Ｆ_２≦Ｆ_１≦５Ｆ_２・・・（２．１）
０．２５Ｃ_２≦Ｃ_１≦０．８５Ｃ_２・・・（２．２）
３５Ｔ^２．３≦Ｆ_２≦１７０Ｔ^１．９・・・（２．３）
２Ｔ^０．５≦Ｃ_２≦５．５Ｔ^０．９・・・（２．４）

さらに、本発明者らは、上記の技術を進展させたものとして、２段階制御から３段階制御になる「少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電して溶接を行うインダイレクトスポット溶接方法において、電極の加圧力および通電する電流値に関して、通電開始から３つの時間帯ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３に区分し、最初の時間帯ｔ_１では、加圧力Ｆ_１で加圧しかつ電流値Ｃ_１で通電し、次の時間帯ｔ_２では、Ｆ_１よりも低い加圧力Ｆ_２で加圧しかつＣ_１よりも高い電流値Ｃ_２で通電し、さらに次の時間帯ｔ_３では、Ｆ_２と同じかまたはＦ_２よりも低い加圧力Ｆ_３で加圧しかつＣ_２よりも高い電流値Ｃ_３で通電することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。」を開発し、特許文献３において開示した。

また、本発明者らは、特許文献４に開示のインダイレクトスポット溶接方法に関して、重ね合わせた金属板の総板厚をＴ（ｍｍ）とし、通電開始から３つの時間帯ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３に区分される最初の時間帯ｔ_１の加圧力Ｆ_１、電流値Ｃ_１、次の時間帯ｔ_２の加圧力Ｆ_２、電流値Ｃ_２、さらに次の時間帯ｔ_３の加圧力Ｆ_３、電流値Ｃ_３をそれぞれ下記式（４．１）〜（４．６）のように限定することにより、より効果的に実施することができることを見出し、特許文献４において開示した。
記
１．２Ｆ_２≦Ｆ_１≦３Ｆ_２・・・（４．１）
０．２５Ｃ_２≦Ｃ_１≦０．９Ｃ_２・・・（４．２）
Ｆ_３≦Ｆ_２≦３Ｆ_３・・・（４．３）
０．５Ｃ_３≦Ｃ_２≦０．９Ｃ_３・・・（４．４）
３０Ｔ^２．１≦Ｆ_３≦１７０Ｔ^１．９・・・（４．５）
２Ｔ^０．５≦Ｃ_３≦５．５Ｔ^０．９・・・（４．６）

特許文献１、３にあるような、インダイレクトスポット溶接方法における溶接中の電流の制御に関しては、例えば、特許文献５に記載の各サイクル毎に電流制御できる抵抗スポット溶接制御装置を用いることで可能となる。特許文献２、４に開示の電流値の範囲は、通常の溶接装置で満たすことができる。

一方で、特許文献１、３にあるような、インダイレクトスポット溶接方法における溶接中の加圧力の制御に関しては、例えば特許文献６に開示のような、溶接通電時にリアルタイムで任意のタイミングで加圧力を制御する手段を設けたスポット溶接機を用いることにより達成可能と考えられる。そして、市販のサーボモータ加圧式の抵抗スポット溶接制御装置にはこのような機能を有するものが存在する。

しかしながら、前記の通常の抵抗スポット溶接制御装置（特許文献５、特許文献６、市販）は、電極加圧力を比較的高い値に設定することを前提に設計されている。よって、インダイレクトスポット溶接方法において好適な比較的低い加圧力の範囲で、設定加圧力を安定的に達成できるとは限らない。さらに、特許文献２、４に開示のインダイレクトスポット溶接方法においては、溶接中の加圧力を高精度に制御する必要がある。

これに対して、特許文献７においては、「基台上にワークを受けるバックバーを設けると共に、基台に固定の支持枠に、可動電極チップをバックバーに向けて下動させてワークを加圧する駆動ユニットを搭載し、ワークのインダイレクト溶接を行うようにした定置式溶接装置であって、駆動ユニットを、サーボモータを駆動源とする電動式駆動ユニットで構成するものにおいて、駆動ユニットは、運動変換機構を内蔵するケーシングを有し、ケーシング上にサーボモータが取付けられ、サーボモータの回転で運動変換機構を介して上下動されるロッドがケーシングの下方に突出し、ロッドの下端にチップホルダを介して可動電極チップが取付けられ、駆動ユニットをケーシングにおいて支持枠に上下動自在に、且つ、コイルスプリング等から成る付勢手段により下方に付勢して支持させることを特徴とする定置式インダイレクト溶接装置」に関して開示されている。

このインダイレクト溶接装置によれば、駆動ユニットを電動式としたことにより、加圧力のきめ細かな制御が可能となる。且つ通電によりワークの溶け込みを生じたとき、電動式駆動ユニット自体では可動電極チップの動作遅れが生じても、付勢手段の付勢力により可動電極チップはワークの溶け込みに追従して応答性良く動く。その結果スパッタの飛散が防止される。

しかしながら、特許文献７に開示のインダイレクト溶接装置は、基台上にワークを受けるバックバーを設けることを前提としている。可動電極の反対側が支持の無い中空の状態になっている場合のインダイレクト溶接に関しては何ら記載が無い。

さらに、特許文献７においては、サーボモータによる駆動ユニットとコイルスプリングから成る付勢手段を併設することで、加圧力のきめ細かな制御が可能となり、ワークの溶け込みを生じたとき、付勢手段の付勢力により可動電極チップが応答性良く動くとされている。しかし、このインダイレクト溶接装置は溶接中に加圧力を一定に保つ場合を前提としていると考えられる。特許文献１〜４に開示のように溶接中の加圧力を変更する場合には、サーボモータを駆動させ加圧力を制御する際に、コイルスプリングの反力と釣り合うまでサーボモータを駆動させなければならない。よって、十分な応答性が得られないばかりでなく、サーボモータを駆動させたときの慣性によりコイルスプリングが反復運動を起こし、減衰するまで安定した加圧力が得られないと考えられる。これらの点に関しては、その解決手段について特許文献７には何ら記載されていない。

特開２０１０−１９４６０９号公報特開２０１２−０３５２７８号公報特開２０１１−１９４４５９号公報特開２０１２−９１２０３号公報特開昭６３−２７３５７４号公報特開平７−１３２３８２号公報特許第４２０９５７０号公報

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものである。そして、少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には前記溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、前記溶接電極と前記給電端子との間で通電して溶接を行うインダイレクトスポット溶接に関する。特に、重ね合わせた金属板を一方向からのみ溶接電極により加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態になっている部位の溶接を行う際でも、溶接電極の加圧力を的確に制御して、満足な強度を有するスポット溶接部（スポット溶接継手）を安定して得ることができるインダイレクトスポット溶接装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下の（ａ）〜（ｄ）に述べる知見を得た。

（ａ）重ね合わせた金属板を一方向からのみ電極で加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態でインダイレクトスポット溶接を行う場合、両側から電極で挟むダイレクトスポット溶接のように高い電極加圧力を与えることができない。よって、低い加圧力の範囲において正確な加圧力の出力を安定的に達成する必要がある。その安定的に出力する必要がある加圧力の範囲は、下限が７０〜２００Ｎ、上限が８００〜２０００Ｎであり、この加圧力の範囲において誤差±１０％の範囲内（＋１０％〜−１０％）で制御する必要がある。

（ｂ）溶接電極を金属板に押し当てる際に、電極の当接速度が高すぎると、加圧力のオーバーシュートが生じる。その際に過大な加圧力が瞬間的に溶接部に負荷される。特に、電極の反対側は支持の無い中空の状態でインダイレクトスポット溶接を行う場合には、溶接部の変形が顕著となり、溶接に影響を及ぼす。このオーバーシュートを式（１）のＯＳで表し、このＯＳを１０％以下での制御を可能とすることが有効である。
ＯＳ（％）＝（ＰＬ−ＡＬ）／ＡＬ×１００・・・（１）
ただし、ＰＬは、オーバーシュート域の加圧力ピーク値（Ｎ）、ＡＬは電極加圧時の加圧力平均値（Ｎ）である。

（ｃ）上記（ａ）、（ｂ）を満足するインダイレクトスポット溶接装置の構成として、電極を直線方向に移動させて被溶接部材を加圧する駆動ユニットを搭載し、サーボモータを駆動源とする。そして、上記の加圧力の下限（７０〜２００Ｎ）のとき、サーボモータの出力が定格出力に対して３０％以上となり、かつ溶接電極を金属板に押し当てる際の当接速度を１ｍｍ／ｓ以上３０ｍｍ／ｓ以下とすることができる駆動ユニットを有することが好適である。

（ｄ）さらに、特許文献１〜４に開示の溶接中の加圧力を制御する場合において、高精度な制御を達成するためには、サーボモータを駆動源として被溶接部材を加圧する駆動ユニットは、コイルスプリングなどの弾性体を介さず、十分な剛性を有するブラケット等でロボットに固定されていることが好ましい。さらには、サーボモータの出力を電極加圧力に変換する際に、駆動ユニットの摺動抵抗を十分に小さくすることが望まれる。

本発明は、上記の知見に立脚するものであり、以下の特徴を有している。

［１］少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には前記溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、前記溶接電極と前記給電端子との間で通電して溶接を行うインダイレクトスポット溶接装置において、金属板に対する溶接電極の加圧力に関して、加圧力誤差±１０％の範囲内で制御できる加圧力安定領域の下限を７０〜２００Ｎ、上限を８００〜２０００Ｎの範囲とし、かつ溶接電極を金属板に押し当てる際に現れる加圧力のオーバーシュートを式（１）のＯＳで表し、このＯＳを１０％以下に制御するインダイレクトスポット溶接装置。
ＯＳ（％）＝（ＰＬ−ＡＬ）×１００／ＡＬ・・・（１）
ただし、ＰＬは、オーバーシュート域の加圧力ピーク値（Ｎ）、ＡＬは電極加圧時の加圧力平均値（Ｎ）である。

［２］溶接電極を直線方向に移動させて被溶接部材を加圧する駆動ユニットを搭載し、該駆動ユニットはサーボモータを駆動源とし、加圧力が前記加圧力安定領域の下限のときに、サーボモータの出力が定格出力に対して３０％以上となり、かつ溶接電極を金属板に押し当てる際の当接速度が１ｍｍ／ｓ以上３０ｍｍ／ｓ以下になる前記［１］に記載のインダイレクトスポット溶接装置。

本発明においては、従来のインダイレクトスポット溶接では難しいとされた、比較的低い加圧力の範囲で、加圧力を安定的に設定することができる。したがって、特に、重ね合わせた金属板を一方向からのみ溶接電極により加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態になっている部位にインダイレクトスポット溶接を行う際でも、溶接電極の加圧力を的確に制御して、満足な強度を有するスポット溶接部（スポット溶接継手）を安定して得ることができる。

図１（ａ）はダイレクトスポット溶接方法、図１（ｂ）はシリーズスポット溶接方法、図１（ｃ）はインダイレクトスポット溶接方法の溶接要領の説明図である。図２は本発明の一実施形態におけるインダイレクトスポット溶接装置の駆動ユニットを示す図である。図３は本発明の一実施形態におけるインダイレクトスポット溶接装置を示す図である。図４は実施例３において用いたインダイレクトスポット溶接装置を示す図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図２は、本発明の一実施形態におけるインダイレクトスポット溶接装置（インダイレクトスポット溶接ロボット装置）に搭載される駆動ユニットの一例を示す図である。

本発明の一実施形態では、サーボモータを駆動源として被溶接部材を加圧する駆動ユニットを搭載した、インダイレクトスポット溶接ロボット装置とする必要がある。図２に示すように、駆動ユニット３０は、運動変換機構を内蔵するケーシング３２を有し、ケーシング３２を介して、サーボモータ３１の回転運動が直進運動ロッド３３による直線運動に変換され、溶接電極３４（２３）で被溶接部材を加圧する装置構成である。ここで、駆動ユニット３０は、コイルスプリングなどの弾性体を介さず、十分な剛性を有するブラケット３５等で溶接ロボットに固定されていることが好ましい。さらには、サーボモータ３１の出力を加圧力に変換する際に、駆動ユニット３０の摺動抵抗を十分に小さくすることが望まれる。なお、ケーシング３２に内蔵される運動変換機構はボールねじ構造とすることができる。また、図２において、３６は給電ケーブル、３７はシャント（バイパス線）である。

そして、駆動ユニット３０は、加圧力について、下限が７０〜２００Ｎの範囲、上限が８００〜２０００Ｎの範囲において、誤差±１０％の範囲（＋１０％〜−１０％）で制御可能である必要がある。さらには、加圧力が上記の下限（７０〜２００Ｎ）のとき、サーボモータ３１の出力が定格出力の３０％以上となることが望まれる。通常、サーボモータ３１は定格出力に対して、３０〜３００％の範囲で安定的に作動すると考えられるので、定格出力に対して３０％のとき加圧力が７０〜２００Ｎの範囲となり、定格出力に対して３００％のとき加圧力が８００〜２０００Ｎの範囲となればよい。

言い換えれば、サーボモータ３１の加圧力安定領域の下限が７０〜２００Ｎを上回ると、被溶接部材の総板厚が薄い場合にインダイレクトスポット溶接の適正加圧力範囲を満たさなくなる。一方で、サーボモータ３１の加圧力安定領域の上限が８００〜２０００Ｎを下回ると、被溶接部材の総板厚が厚い場合に、インダイレクトスポット溶接の適正加圧力範囲を満たさなくなる。ちなみに、ここでは、被溶接部材の総板厚は１．０〜６．０ｍｍを想定している。

また、図４（後述）に示されるよう、溶接電極３４を金属板２１（上鋼板２１ａ）に押し当てる際に、溶接電極３４の当接速度が高すぎると、加圧力のオーバーシュートを生じる。このオーバーシュートの際に過大な加圧力が瞬間的に溶接部２５に負荷されるため、特に溶接電極３４の反対側は支持の無い中空の状態でインダイレクトスポット溶接を行う場合には、溶接部２５の変形が顕著となり、溶接に影響を及ぼす。

そこで、このオーバーシュートを式（１）のＯＳで表し、このＯＳを１０％以下になるように制御することが有効である。
ＯＳ（％）＝（ＰＬ−ＡＬ）／ＡＬ×１００・・・（１）
ただし、ＰＬはオーバーシュート域の加圧力ピーク値（Ｎ）、ＡＬは電極加圧時の加圧力平均値（Ｎ）である。

ここで、式（１）のＯＳを１０％以下とするには、溶接電極３４を金属板２１に押し当てる際の当接速度を３０ｍｍ／ｓ以下とすることが望まれる。例えば、空圧シリンダーを駆動源とした駆動ユニットの場合は、溶接電極３４の移動速度を可変制御できない。このため、当接速度に合わせて移動速度を設定すると、溶接電極３４の移動に時間を要するため全体の作業時間に影響し施工能率を損なう恐れがある。一方、この実施形態のように、サーボモータ３１を駆動源とした駆動ユニット３０の場合は、溶接電極３４の移動速度を可変制御することができる。したがって、溶接電極３４が被溶接部材に当接する際にのみ移動速度（当接速度）を３０ｍｍ／ｓ以下とすればよく、良好な施工能率を維持することが可能であり、生産性の面からも有効である。

一方、当接速度が１ｍｍ／ｓを下回ると、溶接電極を被溶接部材に当接する際の時間が長くなり過ぎるため、施工能率を大きく阻害する。よって、当接速度は１ｍｍ／ｓ以上であることが望ましい。

次に、図３は、本発明の一実施形態におけるインダイレクトスポット溶接装置（インダイレクトスポット溶接ロボット装置）の一例を示すものである。

図３に示すように、このインダイレクトスポット溶接装置（インダイレクトスポット溶接ロボット装置）４０は、上述の駆動ユニット３０を多関節ロボット４６に装着することで、自在に溶接位置を変更することができる。これにより、自動車部品、自動車車体などの溶接において汎用的に使用することができる。また、用途に応じて、多関節以外のロボットを適宜選択することができる。

そして、溶接電流に関しては、交流電源４１から電流制御装置４２（８）、１次ケーブル４３、トランス４４を介して、設定された溶接電流へ整流される。さらに、溶接電流は２次ケーブル４５を通じて、一方は駆動ユニット３０の先端に取付けられた溶接電極３４、他方は金属板２２に取付けられる給電端子２４へ供給される。

なお、インダイレクトスポット溶接においては、上述の２次ケーブル４５から構成される回路が長くなる。よって、２次側回路に流れる電気はインピーダンスを可能な限り低くするために直流であることが望ましい。すなわち、抵抗スポット溶接の電流制御装置の形式には、単相交流、インバータ交流、インバータ直流等があるが、インバータ直流形式の電流制御装置を選択することが望ましい。さらに、各サイクル毎に電流制御できる抵抗スポット溶接制御装置を用いることで、溶接中の電流の適切な制御が可能である。

加えて、図３に示すように、この実施形態におけるインダイレクトスポット溶接装置４０においては、被溶接部材（金属板２１、２２）に対して、溶接電極３４の反対側は支持の無い中空の状態とすることができる。溶接電極３４の反対側で被溶接部材（金属板２１、２２）を支持する支持治具４７に、特許文献７のようなバックバー等を取付ける必要はない。

このようにして、この実施形態においては、従来のインダイレクトスポット溶接では難しいとされた、比較的低い加圧力の範囲で、加圧力を安定的に設定することができる。したがって、特に、重ね合わせた金属板２１、２２を一方向からのみ溶接電極３４により加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態になっている部位のインダイレクトスポット溶接を行う際でも、必要とされる電極加圧力の範囲（下限：７０〜２００Ｎ、上限：８００〜２０００Ｎ）で、電極加圧の初期の段階から正確な加圧力を安定的に出力することができる。さらに特許文献１〜４のように溶接中に加圧力を変更する場合においても、溶接電極２３の加圧力を高精度に制御することができ、満足な強度を有するスポット溶接部（スポット溶接継手）を安定して得ることができる。

本発明の実施例１について述べる。

この実施例１では、図３に示したインダイレクトスポット溶接装置に搭載される、図２に示した形式の駆動ユニットを対象にして、表１のような仕様で設計された各駆動ユニット（駆動ユニット１〜５）の性能を調査した。

なお、表１において、加圧力下限とは定格出力に対して３０％のときの加圧力、加圧力上限とは定格出力に対して３００％のときの加圧力とした。

そして、ここでは、加圧力下限が７０〜２００Ｎ、加圧力上限が８００〜２０００Ｎを満足している駆動ユニット１〜４を発明例Ａ〜Ｄとし、満足していない駆動ユニット５を比較例Ａとしている。

表１に示す駆動ユニット１〜５について、溶接電流を通電させない状態で、電極当接速度を２０ｍｍ／ｓにして、設定加圧力を２００Ｎと８００Ｎとしたときの加圧力を１０回測定し、その際の最小値と、最小値の設定値からの誤差、最大値と、最大値の設定値からの誤差を求めた。その結果を表２に示す。

表２に示すように、最小値の設定値からの誤差、最大値の設定値からの誤差に関しては、設定加圧力２００Ｎのとき、駆動ユニット１〜４（発明例Ａ〜Ｄ）のいずれも、誤差±１０％の範囲内であり、誤差が少なかった。一方、駆動ユニット５（比較例Ａ）では、誤差±１０％の範囲を超え、ばらつきが顕著となった。なお、加圧力８００Ｎのときは、全ての駆動ユニット（駆動ユニット１〜５）において、誤差±１０％の範囲内であった。

本発明の実施例２について述べる。

この実施例２では、上記の表１、２に示した駆動ユニット２を用いて、設定加圧力を２００と８００Ｎとして、電極当接速度を１０〜８０ｍｍ／ｓに変化させた。そして、溶接電極を金属板に押し当てる際に現れる加圧力のオーバーシュートを前述の式（１）のＯＳで評価した。その結果を表３に示す。

なお、ここでは、電極当接速度を１０ｍｍ／ｓ、２０ｍｍ／ｓ、３０ｍｍ／ｓとした場合をそれぞれ発明例ａ、発明例ｂ、発明例ｃとし、電極当接速度を４０ｍｍ／ｓ、６０ｍｍ／ｓ、８０ｍｍ／ｓとした場合をそれぞれ比較例ａ、比較例ｂ、比較例ｃとした。

表３に示すように、加圧力２００Ｎのとき、当接速度が３０ｍｍ／ｓ以下である発明例ａ〜ｃでは、ＯＳを１０％以下とすることができた。一方、当接速度が３０ｍｍ／ｓを超えている比較例ａ〜ｃでは、ＯＳが１０％を超え、特に、当接速度８０ｍｍ／ｓでは、ＯＳは１７１％に達した。なお、加圧力８００Ｎのときは、当接速度１０〜８０ｍｍ／ｓ（発明例ａ〜ｃ、比較例ａ〜ｃ）において、ＯＳは１０％以下となった。

本発明の実施例３について述べる。

この実施例３では、図３に示したインダイレクトスポット溶接装置４０を用いて、図４に示すようにして、鋼板（上鋼板２１ａ、下鋼板２２ａ）のインダイレクトスポット溶接を行った。

その際、駆動ユニットは、上記の表１、２に示した駆動ユニット１、３、５を使用し、電流制御装置８は、直流インバータ形式の電流制御装置を使用した。また、溶接電極３４は、クロム銅合金を材質とし、先端に曲率半径４０ｍｍの一様な曲率を持つ形状のものを使用した。

そして、上鋼板２１ａとして、板厚が０．７ｍｍで、表４に示す化学成分を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる引張強さ２７０ＭＰａ以上のＳＰＣ２７０鋼板を、また、下鋼板２２ａとして、板厚が１．２ｍｍで、同じく表４に示す化学成分を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる引張強さ２７０ＭＰａ以上のＳＰＣ２７０鋼板を、それぞれ図４に示すような凹形状の金属製支持治具４７ａの上に配置した。支持間隔Ｌを３０ｍｍとし、金属製支持治具４７ａの下部に給電端子２４としてのアース電極２４ａを取付けた。その後、上方から溶接電極３４で加圧し、インダイレクトスポット溶接を行った。なお、溶接電極３４の当接速度は、３０ｍｍ／ｓおよび５０ｍｍ／ｓとした。

また、溶接条件（加圧力Ｆ、電流値Ｃ）は、表５に示すようにした。表５中、溶接条件１は加圧力Ｆ、電流値Ｃを通電開始から終了まで一定で実施した場合、溶接条件２は時間帯を第１段、第２段に分け、加圧力Ｆは第２段では第１段より低くし、かつ電流値Ｃは第２段では第１段より高くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を同時に制御した場合である。

そして、表６に示すように、実施条件として、駆動ユニットとして表１、２において発明例Ａ、Ｃとした駆動ユニット１、３を用いるとともに、電極２３の当接速度を３０ｍｍ／ｓとした場合を発明例１〜４とした。これに対して、駆動ユニットとして表１、２において比較例Ａとした駆動ユニット５を用いた場合を比較例１、２、４とした。また、溶接電極３４の当接速度を５０ｍｍ／ｓとした場合を比較例３、４とした。

その上で、表６に示した各実施条件（発明例１〜４、比較例１〜４）について、それぞれ１０点のスポット溶接をしたときのそれぞれの溶接継手のナゲット径の平均値、最小値と最小値の平均値からの誤差、最大値と最大値の平均値からの誤差、および外観不具合の発生率について調べた。その結果を表６に示す。

なお、表６では、ナゲット径は、溶接部を中心で切断した断面において、上鋼板２１ａと下鋼板２２ａの間で形成される溶融部の重ね線上での長さとした。また、外観不具合に関しては、溶接電極３４と上鋼板２１ａ間で溶接部が溶融飛散して起こる表面えぐれの発生を示している。

ちなみに、ナゲット径が３．０ｍｍ以上であれば、溶融した状態で形成された碁石形の好適なナゲットと判断でき、満足な強度を有する溶接部といえる。また、ナゲット径の最小値、最大値の平均値からの誤差が±１５％の範囲内であれば、安定的に溶接が可能と考えることができる。

表６に示すように、発明例１〜４においては、ナゲット径の平均値が全て３．０ｍｍ以上となり、満足な強度を有する溶接部といえる。さらに、ナゲット径の最小値、最大値の平均値からの誤差が±１５％の範囲内となり、安定的に溶接が可能であると考えることができる。外観不具合も発生していない。

一方、比較例１、２においては、ナゲット径の平均値が全て３．０ｍｍ以上となったが、ナゲット径の最小値、最大値の平均値からの誤差のいずれかが±１５％の範囲を超えているため、安定的な溶接ができていない。外観不具合も発生している。また、比較例３においては、ナゲット径の最小値、最大値の平均値からの誤差が±１５％の範囲内となったが、ナゲット径の平均値が３．０ｍｍより小さくなったため、満足な強度を有する溶接部を得ることができていない。また、比較例４においては、ナゲット径の平均値が３．０ｍｍより小さくなり、さらにナゲット径の最小値、最大値の平均値からの誤差が±１５％の範囲を超えているため、満足な強度を有する溶接部を得ることができなかったとともに、安定的な溶接もできていない。

本発明によれば、少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電して溶接を行うインダイレクトスポット溶接に関して、ダイレクトスポット溶接と比較して低いとされる適正加圧力範囲内で、設定加圧力を安定的に達成し、かつ溶接電極を金属板に押し当てる際に現れる加圧力のオーバーシュートを抑制することにより、満足な強度を有する溶接部を安定して得ることができるインダイレクトスポット溶接装置を提供することができる。

１金属板
２金属板
３溶接電極
４溶接電極
５溶接部（ナゲット）
６加圧制御装置
７加圧制御装置
８電流制御装置
１１金属板
１２金属板
１３溶接電極
１４溶接電極
１５−１溶接部（ナゲット）
１５−２溶接部（ナゲット）
２１金属板
２１ａ上鋼板
２２金属板
２２ａ下鋼板
２３溶接電極
２４給電端子
２４ａアース電極
２５溶接部（ナゲット）
３０駆動ユニット
３１サーボモータ
３２ケーシング
３３直進運動ロッド
３４溶接電極
３５ブラケット
３６給電ケーブル
３７シャント
４０インダイレクトスポット溶接装置
４１交流電源
４２電流制御装置
４３１次ケーブル
４４トランス
４５２次ケーブル
４６多関節ロボット
４７支持治具
４７ａ金属製支持治具

Claims

少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には前記溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、前記溶接電極と前記給電端子との間で通電して溶接を行うインダイレクトスポット溶接装置において、金属板に対する溶接電極の加圧力に関して、加圧力誤差±１０％の範囲内で制御できる加圧力安定領域の下限を７０〜２００Ｎ、上限を８００〜２０００Ｎの範囲とし、かつ溶接電極を金属板に押し当てる際に現れる加圧力のオーバーシュートを式（１）のＯＳで表し、このＯＳを１０％以下に制御するインダイレクトスポット溶接装置。
ＯＳ（％）＝（ＰＬ−ＡＬ）／ＡＬ×１００・・・（１）
ただし、ＰＬは、オーバーシュート域の加圧力ピーク値（Ｎ）、ＡＬは電極加圧時の加圧力平均値（Ｎ）である。
溶接電極を直線方向に移動させて被溶接部材を加圧する駆動ユニットを搭載し、該駆動ユニットはサーボモータを駆動源とし、加圧力が前記加圧力安定領域の下限のときに、サーボモータの出力が定格出力に対して３０％以上となり、かつ溶接電極を金属板に押し当てる際の当接速度が１ｍｍ／ｓ以上３０ｍｍ／ｓ以下になる請求項１に記載のインダイレクトスポット溶接装置。