JPWO2016208610A1

JPWO2016208610A1 - スポット溶接方法及びその装置

Info

Publication number: JPWO2016208610A1
Application number: JP2017524937A
Authority: JP
Inventors: 浩美和; 洋平寺垣内
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2036-06-22
Also published as: GB2557069B; MX2018000087A; CN107708909B; GB201801322D0; CN107708909A; CA2990778C; US20180185952A1; JP6339292B2; MY177658A; TW201713440A; WO2016208610A1; US10646950B2; GB2557069A; CA2990778A1; BR112017027987A2

Abstract

厚肉の金属板（６０、６２）、薄肉の金属板（６４、６６）からなる積層体（３２）に対して溶接電流を流す間、金属板（６６）に当接した上チップ（３０）による積層体（３２）に対する第１の加圧力（Ｆ１）と、金属板（６０）に当接した下チップ（２６）による積層体（３２）に対する第２の加圧力（Ｆ２）とを相対的に変化させる。具体的には、溶接初期の第１工程時にはＦ１＜Ｆ２、溶接中期の第２工程時にはＦ１＝Ｆ２、溶接後期の第３工程時にはＦ１＞Ｆ２とする。

Description

本発明は、少なくとも３個のワークを積層して形成される積層体に対してスポット溶接を行うスポット溶接方法及びその装置に関する。

自動車車体屋根部のいわゆるモヒカンルーフは、例えば、図５Ａに示す積層体１が溶接によって一体化されることで形成されている。すなわち、積層体１は、ハイテン鋼からなり互いの厚みが略同等である２枚の厚肉ワーク２、３と、軟鋼からなり互いの厚みが略同等である２枚の薄肉ワーク４、５とが積層されてなる。２枚の厚肉ワーク２、３は車室側に臨むインナ材であり、一方、２枚の薄肉ワーク４、５は車外に臨むアウタ材である。特に、最上の薄肉ワーク４、５は、ユーザによって視認される。

積層体１の溶接は、複数箇所にナゲット６を形成するスポット溶接によって行われる。すなわち、２枚の厚肉ワーク２、３と２枚の薄肉ワーク４、５が下方からこの順序で積層され、積層体１が形成される。そして、この積層体１が上チップ７と下チップ８で挟持される。この際、上チップ７は最上の薄肉ワーク５に当接し、下チップ８は最下の厚肉ワーク２に当接する。そして、上チップ７による加圧力Ｆ１と、下チップ８による加圧力Ｆ２が同等に設定される。

この状態で、例えば、上チップ７から下チップ８に向かう溶接電流が流される。ここで、厚肉ワーク２、３は薄肉ワーク４、５に比して電気抵抗が大きいので、通電によって生じる発熱量が薄肉ワーク４、５よりも大きくなる。従って、ナゲット６は、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、積層体１中の厚肉ワーク２、３の間で優先的に成長する。このため、図５Ｄに示すように、ナゲット６が薄肉ワーク４、５同士の接触面まで成長せず、該薄肉ワーク４、５同士が一体化されない懸念がある。

本出願人は、特開２０１４−１８４４６１号公報において、この懸念を払拭し得、しかも、隣接するワーク同士の間にスパッタが発生することを回避可能なスポット溶接方法及びその装置を提案している。

特開２０１４−１８４４６１号公報記載の技術は、上チップの近傍に、上チップとは逆の極性の補助電極を配置するものである。すなわち、積層体に対し、上チップと同時に補助電極を薄肉ワークに当接させる。

ところで、積層体の大きさや形状によっては、補助電極を当接させるスペースを確保することが困難な場合がある。また、補助電極を設けることで、スポット溶接装置が比較的大型となる。

本発明の主たる目的は、補助電極を用いる必要がないスポット溶接方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、積層体中のワーク同士の接触面近傍にナゲットを十分に成長させることが可能なスポット溶接方法を提供することにある。

本発明のまた別の目的は、上記したスポット溶接方法を実施するためのスポット溶接装置を提供することにある。

本発明の一実施形態によれば、少なくとも３個のワークを積層してなり、且つ最外の２個のワークが、厚みが互いに相違する薄肉ワーク及び厚肉ワークである積層体を第１溶接チップ及び第２溶接チップで挟持するとともに、前記第１溶接チップと前記第２溶接チップの間で溶接電流を流してスポット溶接を行うスポット溶接方法であって、
位置決め固定された前記積層体に対して前記溶接電流を流す間、
前記薄肉ワークに当接した前記第１溶接チップによる前記積層体に対する第１の加圧力を、前記厚肉ワークに当接した前記第２溶接チップによる前記積層体に対する第２の加圧力よりも小さくするとともに、前記積層体を形成する２個のワーク同士の間に、該２個のワーク同士を一体化するナゲットを生じさせる第１工程と、
前記第１の加圧力と前記第２の加圧力を等しくするとともに、前記ナゲットを、前記厚肉ワーク側に向かって成長させる第２工程と、
前記第１の加圧力を前記第２の加圧力よりも大きくするとともに、前記ナゲットを、前記厚肉ワークと、該厚肉ワークに隣接するワークとが一体化するまで成長させる第３工程と、
を行うスポット溶接方法が提供される。

本発明の別の一実施形態によれば、少なくとも３個のワークを積層してなり、且つ最外の２個のワークが、厚みが互いに相違する薄肉ワーク及び厚肉ワークである積層体を位置決め固定する位置決め固定手段と、
前記積層体を挟持して溶接電流を流す第１溶接チップ及び第２溶接チップを含む溶接ガンと、
前記薄肉ワークに当接した前記第１溶接チップによる前記積層体に対する第１の加圧力と、前記厚肉ワークに当接した前記第２溶接チップによる前記積層体に対する第２の加圧力とを検出する加圧力検出手段と、
前記加圧力検出手段による検出値に基づいて前記第１の加圧力と、前記第２の加圧力とを制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記積層体を形成する２個のワーク同士の間に、該２個のワーク同士を一体化するナゲットを生じさせるとき、前記第１の加圧力を前記第２の加圧力よりも小さくし、
前記ナゲットを、前記厚肉ワーク側に向かって成長させるとき、前記第１の加圧力と前記第２の加圧力を等しくし、
前記ナゲットを、前記厚肉ワークと、該厚肉ワークに隣接するワークとが一体化するまで成長させるとき、前記第１の加圧力を前記第２の加圧力よりも大きくする制御を行うスポット溶接装置が提供される。

このように、本発明では、溶接初期（第１工程）、溶接中期（第２工程）及び溶接後期（第３工程）のそれぞれにおいて、第１の加圧力と第２の加圧力の相対的な大小を変化させるようにしている。従って、積層体を形成するワーク同士の間の接触抵抗が変化する。

ナゲットの成長は、接触抵抗が大きな箇所で促進される。従って、上記のように接触抵抗を変化させることにより、溶接初期、溶接中期、溶接後期の各々で、ナゲットが優先的に成長する方向を相違させることができる。このため、第１工程にて、第１の加圧力と第２の加圧力を何ら変化させないときにはナゲットが成長し難い箇所にナゲットを先ず生じさせ、次に、第２工程及び第３工程にて、第１の加圧力と第２の加圧力を何ら変化させないときにはナゲットが成長し易い箇所にナゲットを成長させることにより、全てのワークを一体化するナゲットを形成することができる。

従って、本発明によれば、補助電極を用いることなく、全てのワークが接合されて一体化した接合品を得ることができる。このため、スポット溶接を行うスペースが狭小であっても、接合強度に優れた接合品を得ることが容易である。

しかも、補助電極を設ける必要がないので、スポット溶接装置の構成が簡素となる。この分、小型化を図ることも容易である。

第１の加圧力及び第２の加圧力を相対的に変化させるには、例えば、第１溶接チップ及び第２溶接チップを有する溶接ガンを積層体に対して変位させるようにすればよい。なお、溶接ガンがロボットに支持されているときには、ロボットの動作によって、溶接ガンを積層体に対して変位させることも可能である。

又は、第２溶接チップを厚肉ワークに指向する方向又は離間する方向に変位させるようにしてもよい。この場合においても、第１の加圧力及び第２の加圧力を相対的に変化させることができる。

以上のように、本発明によれば、溶接初期、溶接中期及び溶接後期のそれぞれにおいて、第１溶接チップの積層体に対する第１の加圧力と、第２溶接チップの積層体に対する第２の加圧力の相対的な大小を変化させるようにしている。このために積層体を形成するワーク同士の間の接触抵抗が変化するので、溶接初期、溶接中期、溶接後期の各々で、ナゲットが優先的に成長する方向を相違させることができる。

従って、第１の加圧力と第２の加圧力を何ら変化させないときにはナゲットが成長し難い箇所にナゲットを先ず生じさせ、次に、第１の加圧力と第２の加圧力を何ら変化させないときにはナゲットが成長し易い箇所に向かってナゲットを成長させるという制御が可能となる。その結果、補助電極を用いることなく、全てのワークがナゲットによって一体化され、優れた接合強度を示す接合品が得られる。

しかも、補助電極を設ける必要がないので、スポット溶接装置の構成の簡素化及び小型化を図ることができる。

上記の目的、特徴及び利点は、添付した図面を参照して説明される以下の実施の形態の説明から容易に諒解されるであろう。

図１は、本発明の第１実施形態に係るスポット溶接装置の要部概略側面図である。図２Ａ〜図２Ｄは、本発明の実施の形態に係るスポット溶接方法でのナゲットの成長過程を示すフロー図である。図３は、本発明の第２実施形態に係るスポット溶接装置の要部概略側面図である。図４は、本発明の第３実施形態に係るスポット溶接装置の要部概略側面図である。図５Ａ〜図５Ｄは、従来技術に係るスポット溶接方法でのナゲットの成長過程を示すフロー図である。

以下、本発明に係るスポット溶接方法につき、これを実施するスポット溶接装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、第１実施形態に係るスポット溶接装置１０の要部拡大図である。このスポット溶接装置１０は、アーム１２を有する図示しないロボットと、アーム１２を構成する手首部１６に支持された溶接ガン１８とを有する。

溶接ガン１８は、中空のガン支持ブラケット２０を介して手首部１６に取付けられる。この場合、溶接ガン１８は、ガン本体２２に連結された略Ｃ字形状の固定アーム２４を具備する、いわゆるＣ型のものである。この固定アーム２４の下方先端には第２溶接チップとしての下チップ２６が設けられ、該下チップ２６は、ガン本体２２に指向して延在している。この下チップ２６は、位置決め固定された固定電極チップである。

ガン本体２２には、第１サーボモータ及び第１ボールネジ機構（いずれも図示せず）が収容されている。第１サーボモータは、第１ボールネジ機構を構成する第１ボールネジを回転動作させるためのものである。そして、第１ボールネジが回転動作することに追従し、連結ロッド２８の先端部に設けられて下チップ２６に対向する上チップ３０（第１溶接チップ）が、図１における上下方向、すなわち、矢印Ｙ２方向又は矢印Ｙ１方向に変位する。このように、上チップ３０は、下チップ２６に対して相対的に接近又は離間が可能な可動電極チップである。

前記下チップ２６及び前記上チップ３０は、これら下チップ２６及び上チップ３０の間に溶接対象である積層体３２を挟持し、且つ該積層体３２に対して通電を行うものである。なお、第１実施形態においては、下チップ２６は、手首部１６内に収容された電源（図示せず）の負極に電気的に接続されており、一方、上チップ３０は前記電源の正極に電気的に接続されている。すなわち、第１実施形態では、上チップ３０から下チップ２６に向かって溶接電流が流れる。後述する第２実施形態及び第３実施形態においても同様である。

連結ロッド２８における上チップ３０の近傍には、図示しない第１力センサが埋設される。同様に、固定アーム２４における下チップ２６の近傍には、図示しない第２力センサが埋設される。第１力センサ及び第２力センサは、それぞれ、信号線３４ａ、３４ｂを介して溶接タイマ３６（加圧力検出手段）に電気的に接続されている。

ガン支持ブラケット２０には、第２サーボモータ３８を含む第２ボールネジ機構４０が設けられる。第２ボールネジ機構４０を構成する第２ボールネジ４２は、第２サーボモータ３８の作用下に回転動作する。

ここで、ガン支持ブラケット２０は３個の側壁を有する中空体であり、その中の１個の側壁に前記手首部１６が連結される。また、残余の２個の側壁には、互いに対向する内面にガイドレール４３が設けられる。なお、図１においては、紙面手前側の側壁を切り欠き、紙面奥側の側壁の内面に形成されたガイドレール４３のみを示している。

ナット４４の、ガイドレール４３を臨む側壁には、ガイドレール４３が係合する案内溝４５が形成される。さらに、ナット４４に貫通形成されたネジ穴には第２ボールネジ４２が螺合される。従って、ナット４４は、第２ボールネジ４２が回転することに伴い、案内溝４５に係合したガイドレール４３に案内されながら図１中の矢印Ｙ２方向又は矢印Ｙ１方向に変位する。

ナット４４には、ガン本体２２が支持される。従って、ガン本体２２及び固定アーム２４は、ナット４４が矢印Ｙ２方向又は矢印Ｙ１方向に変位することに追従し、下チップ２６及び上チップ３０ごと、ナット４４と同一方向に変位する。

スポット溶接装置１０は、さらに、位置決め固定手段としてのクランパ４６を備える。該クランパ４６は、積層体３２を挟んで保持する一対の爪部４８ａ、４８ｂを有する。この爪部４８ａ、４８ｂでの保持により、積層体３２が位置決め固定される。

以上の構成において、第１サーボモータは、信号線３４ｃ、３４ｄを介してロボットコントローラ５０に電気的に接続される。また、前記溶接タイマ３６には、信号線３４ｅを介してロボットコントローラ５０が電気的に接続され、これらロボットコントローラ５０と溶接タイマ３６により、制御手段が構成される。すなわち、溶接タイマ３６は、加圧力検出手段と制御手段を兼ねる。該溶接タイマ３６には、さらに、信号線３４ｆ、３４ｇを介して第２サーボモータ３８が電気的に接続されるとともに、信号線３４ｈを介して前記電源が電気的に接続される。

溶接対象である積層体３２につき若干説明すると、この場合、積層体３２は、４枚の金属板６０、６２、６４、６６が下方からこの順序で積層されることによって構成される。この中の金属板６０、６２の厚みは、例えば、約０．８ｍｍ〜約２ｍｍに設定される。一方、金属板６４、６６の厚みは、金属板６０、６２に比して小寸法に設定され、例えば、約０．５ｍｍ〜約０．７ｍｍ程度である。すなわち、金属板６０、６２は厚肉ワークであり、金属板６４、６６は薄肉ワークである。結局、下チップ２６には厚肉ワークである金属板６０が対向し、上チップ３０には薄肉ワークである金属板６６が対向する。

金属板６０、６２は、例えば、いわゆるハイテン鋼であるＪＡＣ５９０、ＪＡＣ７８０又はＪＡＣ９８０（いずれも日本鉄鋼連盟規格に規定される高性能高張力鋼板）からなる高抵抗ワークである。また、金属板６４、６６は、例えば、いわゆる軟鋼であるＪＡＣ２７０（日本鉄鋼連盟規格に規定される高性能絞り加工用鋼板）からなる低抵抗ワークである。金属板６０、６２同士は同一金属種であってもよいし、異種金属種であってもよい。同様に、金属板６４、６６同士も同一金属種であってもよいし、異種金属種であってもよい。

第１実施形態に係るスポット溶接装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、第１実施形態に係るスポット溶接方法との関係で説明する。

積層体３２に対してスポット溶接を行う際、換言すれば、金属板６０、６２、６４、６６を接合して一体化する際には、先ず、積層体３２がクランパ４６の爪部４８ａ、４８ｂによって保持され、位置決め固定される。そして、次に、前記ロボットのアーム１２が適宜動作し、下チップ２６と上チップ３０の間に積層体３２が配置されるように前記手首部１６、すなわち、溶接ガン１８を移動させる。この時点で、下チップ２６が金属板６０に当接する。

次に、ロボットコントローラ５０は、信号線３４ｅを介して指令信号を前記第１サーボモータに発信する。この指令信号を受信した第１サーボモータが付勢されるとともに、前記第１ボールネジが回転動作を開始する。これにより、上チップ３０が積層体３２に対して接近するように、矢印Ｙ１方向に向かって降下する。その結果、下チップ２６と上チップ３０の間に積層体３２が挟持される。

ここで、前記第１力センサは、上チップ３０による金属板６６（積層体３２）に対する第１の加圧力Ｆ１を検出する。また、前記第２力センサは、下チップ２６による金属板６０（積層体３２）に対する第２の加圧力Ｆ２を検出する。各々の検出値は、信号線３４ａ、３４ｂを介して溶接タイマ３６に信号として送信される。

溶接タイマ３６は、第１の加圧力Ｆ１と第２の加圧力Ｆ２を比較する。そして、溶接初期の第１工程では、図２Ａに示すように、第１の加圧力Ｆ１が第２の加圧力Ｆ２よりも小さく設定される（Ｆ１＜Ｆ２）。具体的には、溶接タイマ３６は、信号線３４ｆを介する指令信号によって第２サーボモータ３８を付勢することで、第２ボールネジ４２を回転動作させる。これにより、ナット４４をガイドレール４３で案内しながら矢印Ｙ２方向に若干変位させ、ガン本体２２及び固定アーム２４を矢印Ｙ２方向に追従変位させる。

この追従変位に伴って、下チップ２６及び上チップ３０が矢印Ｙ２方向に若干変位する。すなわち、下チップ２６が金属板６０に向かって一層接近する方向に変位し、且つ上チップ３０が金属板６６から一層離間する方向に変位する。従って、金属板６０に対する下チップ２６の第２の加圧力Ｆ２が増加する一方で、金属板６６に対する上チップ３０の第１の加圧力Ｆ１が低減する。

なお、第１の加圧力Ｆ１及び第２の加圧力Ｆ２は、溶接タイマ３６から信号線３４ｇを介して第２サーボモータ３８にフィードバックされる。また、積層体３２がクランパ４６の爪部４８ａ、４８ｂで挟まれることによって位置決め固定されているため、第１の加圧力Ｆ１及び第２の加圧力Ｆ２が上記のように変化しても、積層体３２が変位することはない。

第１の加圧力Ｆ１と第２の加圧力Ｆ２の差が予め設定された所定値となると、第２サーボモータ３８が滅勢される。ガン本体２２及び固定アーム２４、ひいては下チップ２６及び上チップ３０は、この滅勢時の位置を保つ。

溶接タイマ３６は、さらに、信号線３４ｈを介して前記電源に通電開始の制御信号を発信する。これにより、上チップ３０から下チップ２６に向かう方向に溶接電流が流れ始める。上記したように、上チップ３０、下チップ２６の各々が電源の正極、負極に接続されているからである。溶接電流は、これ以降、スポット溶接が終了するまで継続して流される。

ここで、金属板６０、６２は、厚みが大きい分、金属板６４、６６に比して高抵抗である。また、第１の加圧力Ｆ１が第２の加圧力Ｆ２に比して小さい。以上のような理由が相俟って、金属板６２、６４間の接触抵抗が、金属板６０、６２間、金属板６４、６６間の各接触抵抗よりも大きくなる。従って、金属板６２、６４間におけるジュール熱の発生量（発熱量）が、積層体３２中で最大となる。

このため、第１工程では、図２Ａに示すように、金属板６２と金属板６４の間が優先的に加熱され、十分に温度上昇して溶融し始める。これにより、金属板６２、６４間に溶融部（液相）としてのナゲット７０が形成される。すなわち、金属板６２、６４同士が一体化される。

ナゲット７０が形成されると、該ナゲット７０が軟質であるため、金属板６２、６４が互いに若干接近する。従って、第１の加圧力Ｆ１及び第２の加圧力Ｆ２が低減する。この状態で溶接電流が継続して流されることで、ナゲット７０が成長する。図２Ｂに示すように、ナゲット７０は、接触抵抗が大きい金属板６４、６６間に向かう方向に優先的に成長し、該金属板６４、６６間を溶融して一体化する。

このようにしてナゲット７０が成長することに伴い、第１の加圧力Ｆ１及び第２の加圧力Ｆ２が一層低減する。このことが第１力センサ及び第２力センサによって検出されると、ロボットコントローラ５０は、「金属板６２、６４、６６に跨るナゲット７０が形成された」と認識する。

次に、ロボットコントローラ５０は、「第１の加圧力Ｆ１と第２の加圧力Ｆ２を同等（Ｆ１＝Ｆ２）にする」という指令信号を、信号線３４ｆを介して第２サーボモータ３８に発信する。この指令信号を受けた第２サーボモータ３８は、第２ボールネジ４２を第１工程とは逆方向に回転動作させる。これによりナット４４を矢印Ｙ１方向に若干変位させ、ガン本体２２及び固定アーム２４、ひいては上チップ３０及び下チップ２６を、矢印Ｙ１方向に追従変位させる。

この場合、下チップ２６が金属板６０から離間する方向に変位し、且つ上チップ３０が金属板６６に接近する方向に変位する。従って、金属板６６に対する上チップ３０の第１の加圧力Ｆ１が増加する一方で、金属板６０に対する下チップ２６の第２の加圧力Ｆ２が低減する。

第１の加圧力Ｆ１と第２の加圧力Ｆ２が等しくなると、第２サーボモータ３８が滅勢される。下チップ２６及び上チップ３０は、この滅勢時の位置を保つ。この状況下で溶接電流が継続的に流されることにより、第２工程が実施されて溶接中期に移行する。

第１の加圧力Ｆ１と第２の加圧力Ｆ２とが等しいので、第１の加圧力Ｆ１を第２の加圧力Ｆ２よりも小さくした第１工程時に比して、金属板６０、６２間の接触面積が小さくなる。このため、金属板６０、６２間の接触抵抗が第１工程時に比して大きくなり、その結果、金属板６０、６２間の発熱量が増加する。

その一方で、金属板６２、６４間、及び金属板６４、６６間の接触抵抗は、第１工程時に比して小さくなる。第２工程では、第１工程時よりも第１の加圧力Ｆ１が大きくなっているからである。従って、ナゲット７０が上チップ３０側に向かって成長することは困難である。以上のような理由から、ナゲット７０は、図２Ｃに示すように、金属板６０側に向かって優先的に成長するようになる。すなわち、ナゲット７０が金属板６０、６２の接触面近傍まで成長する。

なお、図２Ｃでは、金属板６０、６２の接触面が溶融された状態を示しているが、第２の工程では、金属板６０、６２間を溶融して一体化する必要は特にない。換言すれば、ナゲット７０が金属板６０、６２の接触面まで到達していない段階で、第２工程を終了するようにしてもよい。

このようにしてナゲット７０が成長することに伴い、第１の加圧力Ｆ１及び第２の加圧力Ｆ２が一層低減する。このことが第１力センサ及び第２力センサによって検出されると、ロボットコントローラ５０は、「金属板６２、６４、６６に跨ったナゲット７０が十分に成長した」と認識する。

次に、ロボットコントローラ５０は、「第１の加圧力Ｆ１を第２の加圧力Ｆ２よりも大きく（Ｆ１＞Ｆ２）する」という指令信号を、信号線３４ｆを介して第２サーボモータ３８に発信する。この指令信号を受けた第２サーボモータ３８は、第２ボールネジ４２を第２工程と同一方向に回転動作させる。これによりナット４４を矢印Ｙ１方向に若干変位させ、ガン本体２２及び固定アーム２４、ひいては上チップ３０及び下チップ２６を、矢印Ｙ１方向に追従変位させる。

この場合、下チップ２６が金属板６０から一層離間する方向に変位し、且つ上チップ３０が金属板６６に一層接近する方向に変位する。従って、金属板６６に対する上チップ３０の第１の加圧力Ｆ１がさらに増加するとともに、金属板６０に対する下チップ２６の第２の加圧力Ｆ２がさらに低減して、Ｆ１＝Ｆ２からＦ１＞Ｆ２に変化する。

第１の加圧力Ｆ１が第２の加圧力Ｆ２よりも大きくなると、第２サーボモータ３８が滅勢される。下チップ２６及び上チップ３０は、この滅勢時の位置を保つ。この状況下で溶接電流が継続的に流されることにより、第３工程が実施されて溶接後期に移行する。

第１の加圧力Ｆ１が第２の加圧力Ｆ２よりも大きいので、第１の加圧力Ｆ１と第２の加圧力Ｆ２を等しくした第２工程時に比して、金属板６０、６２間の接触面積が一層小さくなる。このため、金属板６０、６２間の接触抵抗が第１工程及び第２工程時に比して大きくなり、その結果、金属板６０、６２間の発熱量が増加する。

従って、図２Ｄに示すように、ナゲット７０が優先的に金属板６０側に向かい、金属板６０、６２間の接触面を含むように成長する。結局、ナゲット７０は、これら金属板６０、６２を一体化する。以上により、金属板６０、６２、６４、６６がナゲット７０を介して一体化される。

所定時間が経過した後、溶接電流を停止して第３工程を終了するとともに、上チップ３０を金属板６４から離間させる。第１工程の開始から第３工程の終了までに要する時間は、典型的には１秒以内である。

このようにして通電が停止されることに伴い、金属板６０、６２、６４、６６の発熱も終了する。時間の経過とともにナゲット７０が冷却固化して固相となり、このナゲット７０を介して金属板６０、６２、６４、６６が一体的に接合された接合品が得られるに至る。

以上のように、第１実施形態によれば、下チップ２６及び上チップ３０の加圧力Ｆ１、Ｆ２を変化させることにより、補助電極を用いることなく、金属板６０、６２、６４、６６の全ワークに跨るナゲット７０を成長させることができる。従って、スポット溶接を行うスペースが狭小であり、このために補助電極を用いることが困難であっても、接合強度が大きな接合品を得ることができる。

しかも、補助電極を設ける必要がないので、スポット溶接装置１０の構成が複雑化したり、大型化したりすることを回避することができる。

なお、第２力センサは、図１に破線で示すように、下チップ２６に設けるようにしてもよい。

次に、第２実施形態につき説明する。なお、図１及び図２Ａ〜図２Ｄに示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３は、第２実施形態に係るスポット溶接装置８０の要部拡大図である。このスポット溶接装置８０では、ロボットと、アーム１２を構成する手首部１６に、溶接ガン８２のガン本体２２が直接支持されている。

溶接ガン８２は、固定アーム２４を具備するＣ型ガンである。この固定アーム２４の下方先端には、サーボモータに内蔵された電動シリンダ８４を介して下チップ２６が保持されている。すなわち、第２実施形態において、下チップ２６は、電動シリンダ８４の作用下に上チップ３０に対して接近又は離間する方向に変位可能な可動電極チップである。

一方、上チップ３０は、ガン本体２２に収容された前記第１サーボモータの作用下に前記第１ボールネジが回転動作することに追従し、下チップ２６に対して接近又は離間する方向に変位する。すなわち、上チップ３０は、第１実施形態と同様に可動電極チップである。

第２実施形態に係るスポット溶接装置８０を用いてのスポット溶接は、以下のようにして実施される。

はじめに、積層体３２がクランパ４６によって保持され、位置決め固定される。そして、次に、前記ロボットのアーム１２が適宜動作し、下チップ２６と上チップ３０の間に積層体３２が配置されるように溶接ガン８２を移動させる。

この時点で、下チップ２６を金属板６０に当接させるようにしてもよい。下チップ２６が金属板６０に当接していないときには、溶接タイマ３６が信号線３４ｆを介する指令信号によって電動シリンダ８４を付勢し、該電動シリンダ８４の作用下に下チップ２６を矢印Ｙ２方向に変位させる。その結果、下チップ２６が金属板６０に当接する。

又は、溶接ガン８２を移動させたとき、上チップ３０を金属板６６に当接させるようにしてもよい。上チップ３０が金属板６６に当接していないときには、溶接タイマ３６が信号線３４ｃを介する指令信号によって第１ボールネジを付勢し、該第１ボールネジの作用下に上チップ３０を矢印Ｙ１方向に変位させる。その結果、上チップ３０が金属板６６に当接する。

以上の当接により、下チップ２６と上チップ３０の間に積層体３２が挟持される。下チップ２６の金属板６０への当接と、上チップ３０の金属板６６への当接は、いずれが先であってもよいし、同時であってもよい。

以降は、第１実施形態と同様にして第１の加圧力Ｆ１、第２の加圧力Ｆ２が制御される。すなわち、第１工程では、図２Ａに示すように、第１の加圧力Ｆ１が第２の加圧力Ｆ２よりも小さく設定される（Ｆ１＜Ｆ２）。

ここで、第１の加圧力Ｆ１を第２の加圧力Ｆ２に比して小さくするべく、溶接タイマ３６は、信号線３４ｆを介する指令信号によって電動シリンダ８４を付勢し、これにより下チップ２６を矢印Ｙ２方向に若干変位させる。すなわち、下チップ２６が金属板６０に向かって一層接近する方向に変位する。その結果として、第２の加圧力Ｆ２を第１の加圧力Ｆ１よりも大きくすることができる。

第１の加圧力Ｆ１と第２の加圧力Ｆ２の差が予め設定された所定値となると、電動シリンダ８４が滅勢される。下チップ２６は、この滅勢時の位置を保つ。また、上チップ３０は、金属板６６に当接したときの位置を保ち、このため、第１の加圧力Ｆ１も維持される。

以上の動作を実施することに代替し、下チップ２６と上チップ３０で積層体３２を挟持した時点で、Ｆ１＜Ｆ２となるように下チップ２６を金属板６０に当接させるとともに、上チップ３０を金属板６６に当接させるようにしてもよい。

この状態で、溶接タイマ３６から、前記電源に通電開始の制御信号が発信される。これにより、上チップ３０から下チップ２６に向かう方向に溶接電流が流れ、スポット溶接が開始される。第１工程では、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、金属板６２、６４間に溶融部（液相）としてのナゲット７０が形成され、これら金属板６２、６４同士が一体化される。

ナゲット７０が金属板６２、６４、６６に跨るように成長すると、ロボットコントローラ５０は、「Ｆ１＝Ｆ２にする」という指令信号を、信号線３４ｆを介して電動シリンダ８４に発信する。この指令信号を受けた電動シリンダ８４は、下チップ２６を、金属板６０から離間する方向（矢印Ｙ１方向）に若干変位させる。従って、金属板６６に対する上チップ３０の第１の加圧力Ｆ１が保たれる一方で、金属板６０に対する下チップ２６の第２の加圧力Ｆ２が、第１の加圧力Ｆ１と同等となるまで低減する。

第１の加圧力Ｆ１と第２の加圧力Ｆ２が等しくなると、電動シリンダ８４が滅勢される。この状況下で溶接電流が継続的に流されることにより、第２工程が実施される。その結果、図２Ｃに示すように、ナゲット７０が優先的に金属板６６に向かうように成長する。

金属板６２、６４、６６に跨ったナゲット７０が十分に成長したことに伴って第１の加圧力Ｆ１及び第２の加圧力Ｆ２が低減したことが第１力センサ及び第２力センサによって検出されると、ロボットコントローラ５０は、「Ｆ１＞Ｆ２にする」という指令信号を、信号線３４ｆを介して電動シリンダ８４に発信する。この指令信号を受けた電動シリンダ８４は、下チップ２６を矢印Ｙ１方向に若干変位させる。このため、金属板６６に対する上チップ３０の第１の加圧力Ｆ１が保たれる一方で、金属板６０に対する下チップ２６の第２の加圧力Ｆ２が低減して第１の加圧力Ｆ１よりも小さくなる。すなわち、Ｆ１＝Ｆ２からＦ１＞Ｆ２に変化する。

第１の加圧力Ｆ１が第２の加圧力Ｆ２よりも大きくなると、電動シリンダ８４が滅勢される。この状況下で溶接電流が継続的に流されることにより、第３工程が実施される。

第１の加圧力Ｆ１が第２の加圧力Ｆ２よりも大きいので、金属板６０、６２間の発熱量が増加する。従って、図２Ｄに示すように、ナゲット７０が優先的に金属板６０、６２間に向かって成長し、その結果、金属板６０、６２、６４、６６がナゲット７０を介して一体化される。

所定時間が経過した後、溶接電流を停止して第３工程を終了するとともに、上チップ３０を金属板６４から離間させる。その後、ナゲット７０が冷却固化して固相となり、金属板６０、６２、６４、６６が一体的に接合された接合品が得られるに至る。

このように、第２実施形態においても、下チップ２６及び上チップ３０の加圧力Ｆ１、Ｆ２を相対的に変化させることが可能である。従って、スポット溶接を行うスペースが狭小であり、このために補助電極を用いることができないときであっても、金属板６０、６２、６４、６６の全ワークに跨るナゲット７０を成長させることができる。勿論、接合品は、接合強度に優れたものとなる。

なお、第２力センサは、図３に破線で示すように、下チップ２６に設けるようにしてもよい。

次に、第３実施形態につき説明する。なお、図１〜図３に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４は、第３実施形態に係るスポット溶接装置９０の要部拡大図である。このスポット溶接装置９０では、ロボットと、アーム１２を構成する手首部１６に、溶接ガン９２のガン本体２２が直接支持されている。

溶接ガン９２は、固定アーム２４を具備するＣ型ガンである。この固定アーム２４の下方先端には、下チップ２６が設けられている。すなわち、第３実施形態では、下チップ２６は位置決め固定された固定電極チップである。

一方、上チップ３０は、ガン本体２２に収容された前記第１サーボモータの作用下に前記第１ボールネジが回転動作することに追従し、下チップ２６に対して接近又は離間する方向に変位する。すなわち、上チップ３０は、第１実施形態及び第２実施形態と同様に可動電極チップである。

第３実施形態に係るスポット溶接装置９０を用いてのスポット溶接は、以下のようにして実施される。

はじめに、積層体３２がクランパ４６によって保持され、位置決め固定される。そして、次に、前記ロボットのアーム１２が適宜動作し、下チップ２６と上チップ３０の間に積層体３２が配置されるように溶接ガン９２を移動させる。この時点で、下チップ２６が金属板６０に当接する。

次に、ロボットコントローラ５０は、信号線３４ｃを介して指令信号を前記第１サーボモータに発信する。この指令信号を受信した第１サーボモータが付勢されるとともに、前記第１ボールネジが回転動作を開始する。これにより、上チップ３０が積層体３２に対して接近するように、矢印Ｙ１方向に向かって降下する。その結果、下チップ２６と上チップ３０の間に積層体３２が挟持される。

以降は、第１実施形態及び第２実施形態と同様にして第１の加圧力Ｆ１、第２の加圧力Ｆ２が制御される。すなわち、第１工程では、第１の加圧力Ｆ１を第２の加圧力Ｆ２に比して小さくするべく、アーム１２ないし手首部１６が動作し、これにより、下チップ２６を金属板６０に向かって一層接近する方向に変位させると同時に、上チップ３０を金属板６６から一層離間する方向に変位させる。その結果、第２の加圧力Ｆ２が増加する一方で、金属板６６に対する上チップ３０の第１の加圧力Ｆ１が低減する。すなわち、Ｆ１＜Ｆ２となる。

第１の加圧力Ｆ１と第２の加圧力Ｆ２の差が予め設定された所定値となると、アーム１２ないし手首部１６の動作が停止する。下チップ２６及び上チップ３０は、この動作停止時の位置を保つ。

ナゲット７０が金属板６２、６４、６６に跨るように成長すると、ロボットコントローラ５０は、「Ｆ１＝Ｆ２にする」という指令信号を、信号線３４ｆを介してロボットに発信する。この指令信号を受けたロボットは、アーム１２ないし手首部１６を動作させ、下チップ２６を、金属板６０から離間する方向（矢印Ｙ１方向）に若干変位させるとともに、上チップ３０を、金属板６６に接近する方向（矢印Ｙ１方向）に若干変位させる。従って、金属板６６に対する上チップ３０の第１の加圧力Ｆ１が増加する一方で、金属板６０に対する下チップ２６の第２の加圧力Ｆ２が低減し、Ｆ１＝Ｆ２となる。

第１の加圧力Ｆ１と第２の加圧力Ｆ２が等しくなると、アーム１２ないし手首部１６が動作停止する。この状況下で溶接電流が継続的に流されることにより、第２工程が実施される。その結果、図２Ｃに示すように、ナゲット７０が金属板６６に優先的に向かうように成長する。

金属板６２、６４、６６に跨ったナゲット７０が十分に成長したことに伴って第１の加圧力Ｆ１及び第２の加圧力Ｆ２が低減したことが第１力センサ及び第２力センサによって検出されると、ロボットコントローラ５０は、「Ｆ１＞Ｆ２にする」という指令信号をロボットに発信する。この指令信号を受けたロボットは、アーム１２ないし手首部１６を動作させ、下チップ２６を、金属板６０から離間する方向（矢印Ｙ１方向）に一層変位させるとともに、上チップ３０を、金属板６６に接近する方向（矢印Ｙ１方向）に一層変位させる。このため、金属板６６に対する上チップ３０の第１の加圧力Ｆ１が増加する一方で、金属板６０に対する下チップ２６の第２の加圧力Ｆ２が低減し、Ｆ１＞Ｆ２となる。

第１の加圧力Ｆ１が第２の加圧力Ｆ２よりも大きくなると、アーム１２ないし手首部１６が動作停止する。この状況下で溶接電流が継続的に流されることにより、第３工程が実施される。

所定時間が経過した後、溶接電流を停止して第３工程を終了するとともに、上チップ３０を金属板６４から離間させる。その後、ナゲット７０が冷却固化して固相となり、金属板６０、６２、６４、６６が一体的に接合された接合品が得られる。

以上の通り、第３実施形態においても、下チップ２６及び上チップ３０の加圧力Ｆ１、Ｆ２を変化させることが可能である。従って、補助電極を用いることなく金属板６０、６２、６４、６６の全ワークに跨るナゲット７０を成長させることができる。接合品が接合強度に優れたものとなることは勿論である。

なお、第２力センサは、図４に破線で示すように、下チップ２６に設けるようにしてもよい。

本発明は、上記した第１〜第３実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、溶接電流を、下チップ２６から上チップ３０に向かって流すようにしてもよい。

また、第１〜第３実施形態では、ハイテン鋼からなる２枚の金属板６０、６２上に、軟鋼からなる２枚の金属板６４、６６を重畳するようにしているが、本発明は、３枚以上の金属板を積層するとともに、最外の２枚の金属板の一方が薄肉ワーク、残余の一方が厚肉ワークであるときに適用可能である。

さらに、サーボモータを含むボールネジ機構に代替し、リニアダイレクトモータや圧電アクチュエータ、シリンダ等を採用するようにしてもよい。

Claims

少なくとも３個のワーク（６０、６２、６４、６６）を積層してなり、且つ最外の２個のワーク（６０、６６）が、厚みが互いに相違する薄肉ワーク（６６）及び厚肉ワーク（６０）である積層体（３２）を第１溶接チップ（３０）及び第２溶接チップ（２６）で挟持するとともに、前記第１溶接チップ（３０）と前記第２溶接チップ（２６）の間で溶接電流を流してスポット溶接を行うスポット溶接方法であって、
位置決め固定された前記積層体（３２）に対して前記溶接電流を流す間、
前記薄肉ワーク（６６）に当接した前記第１溶接チップ（３０）による前記積層体（３２）に対する第１の加圧力（Ｆ１）を、前記厚肉ワーク（６０）に当接した前記第２溶接チップ（２６）による前記積層体（３２）に対する第２の加圧力（Ｆ２）よりも小さくするとともに、前記積層体（３２）を形成する２個のワーク（６２、６４）同士の間に、該２個のワーク（６２、６４）同士を一体化するナゲット（７０）を生じさせる第１工程と、
前記第１の加圧力（Ｆ１）と前記第２の加圧力（Ｆ２）を等しくするとともに、前記ナゲット（７０）を、前記厚肉ワーク（６０）側に向かって成長させる第２工程と、
前記第１の加圧力（Ｆ１）を前記第２の加圧力（Ｆ２）よりも大きくするとともに、前記ナゲット（７０）を、前記厚肉ワーク（６０）と、該厚肉ワーク（６０）に隣接するワーク（６２）とが一体化するまで成長させる第３工程と、
を行うことを特徴とするスポット溶接方法。
請求項１記載のスポット溶接方法において、前記第１溶接チップ（３０）及び前記第２溶接チップ（２６）を有する溶接ガン（１８）を前記積層体（３２）に対して変位させることで、前記第１の加圧力（Ｆ１）及び前記第２の加圧力（Ｆ２）を相対的に変化させることを特徴とするスポット溶接方法。
請求項１記載のスポット溶接方法において、前記第２溶接チップ（２６）を前記厚肉ワーク（６０）に指向する方向又は離間する方向に変位させることで、前記第１の加圧力（Ｆ１）及び前記第２の加圧力（Ｆ２）を相対的に変化させることを特徴とするスポット溶接方法。
少なくとも３個のワーク（６０、６２、６４、６６）を積層してなり、且つ最外の２個のワーク（６０、６６）が、厚みが互いに相違する薄肉ワーク（６６）及び厚肉ワーク（６０）である積層体（３２）を位置決め固定する位置決め固定手段（４６）と、
前記積層体（３２）を挟持して溶接電流を流す第１溶接チップ（３０）及び第２溶接チップ（２６）を含む溶接ガン（１８）と、
前記薄肉ワーク（６６）に当接した前記第１溶接チップ（３０）による前記積層体（３２）に対する第１の加圧力（Ｆ１）と、前記厚肉ワーク（６０）に当接した前記第２溶接チップ（２６）による前記積層体（３２）に対する第２の加圧力（Ｆ２）とを検出する加圧力検出手段（３６）と、
前記加圧力検出手段（３６）による検出値に基づいて前記第１の加圧力（Ｆ１）と、前記第２の加圧力（Ｆ２）とを制御する制御手段（５０）と、
を有し、
前記制御手段（５０）は、前記積層体（３２）を形成する２個のワーク（６２、６４）同士の間に、該２個のワーク（６２、６４）同士を一体化するナゲット（７０）を生じさせるとき、前記第１の加圧力（Ｆ１）を前記第２の加圧力（Ｆ２）よりも小さくし、
前記ナゲット（７０）を、前記厚肉ワーク（６０）側に向かって成長させるとき、前記第１の加圧力（Ｆ１）と前記第２の加圧力（Ｆ２）を等しくし、
前記ナゲット（７０）を、前記厚肉ワーク（６０）と、該厚肉ワーク（６０）に隣接するワーク（６２）とが一体化するまで成長させるとき、前記第１の加圧力（Ｆ１）を前記第２の加圧力（Ｆ２）よりも大きくする制御を行うことを特徴とするスポット溶接装置（１０）。
請求項４記載のスポット溶接装置（１０）において、前記制御手段（５０）の制御作用下に、前記溶接ガン（１８）を前記積層体（３２）に対して変位させることで、前記第１の加圧力（Ｆ１）及び前記第２の加圧力（Ｆ２）を相対的に変化させることを特徴とするスポット溶接装置（１０）。
請求項５記載のスポット溶接装置（１０）において、前記溶接ガン（１８）を支持するロボットをさらに有し、前記制御手段（５０）の制御作用下に、前記ロボットが動作して前記溶接ガン（１８）を前記積層体（３２）に対して変位させることを特徴とするスポット溶接装置（１０）。
請求項４記載のスポット溶接装置（１０）において、前記制御手段（５０）の制御作用下に、前記第２溶接チップ（２６）を前記厚肉ワーク（６０）に指向する方向又は離間する方向に変位させることで、前記第１の加圧力（Ｆ１）及び前記第２の加圧力（Ｆ２）を相対的に変化させることを特徴とするスポット溶接装置（１０）。