JP5758667B2

JP5758667B2 - スポット溶接装置

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Description

本発明は、剛性の異なる厚板と薄板を重ね合わせた板組みの被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接装置に関する。

一般に、重ね合わされた鋼板等の板材の接合には、一対の溶接電極間で挟み加圧力を与えながら両電極間に大電流を一定時間通電し、接合部をほぼ溶融温度まで上げて接合するスポット溶接が広く行われている。

スポット溶接にあたり、両溶接電極により付与される加圧力及び通電時間が一定の場合には、ナゲット径は電流の増加に従って徐々に増加するが、電流値が過大になると発熱量が多くなり板材間に溶融金属が飛散する散りの発生原因となる。即ち、散りは接合部の過熱による溶融金属の爆飛現象で、ナゲットに空孔、割れ等が発生して、ナゲットの形状や金属組織に不連続部を生じ、接合部における板厚の減少と共に著しい強度低下の要因となる。反対に電流が過少の場合にはナゲットが小さくなり十分な接合強度が得られない。また、加圧力が小さいときには板材間の接触面積が少なくなり、電流密度が高くなり過熱による散り発生原因となる。一方、加圧力が大き過ぎると接合部の接触面積が大きくなり電流密度が低下して発熱量が減少する。この結果、ナゲットが小さくなり溶接強度が低下する。

ここで、図１３（ａ）に示すように、剛性の低い薄肉の板材である薄板１０１、薄板１０１より厚肉の板材、即ち剛性が高い第１厚板１０２、第２厚板１０３の３枚を重ね合わせた被溶接部材１００をスポット溶接する場合には、薄板１０１と第１厚板１０２の間及び第１厚板１０２と第２厚板１０３の間が隙間がなく密着した状態で、可動側電極１１１と固定側電極１１２により被溶接部材１００を挟んで電源１１３により通電すると、可動側電極１１１と固定側電極１１２間の通電経路における電流密度がほぼ均一となり薄板１０１から第２厚板１０３に亘って良好なナゲットが形成されて、必要な溶接強度を得ることができる。

しかし、実際には、可動側電極１１１と固定側電極１１２によって被溶接部材１００を挟んで加圧したときに、剛性の低い薄板１０１と第１厚板１０２が上方に撓んで、薄板１０１と第１厚板１０２の間及び第１厚板１０２と第２厚板１０３との間に隙間が生じる。

この場合、可動側電極１１１と薄板１０１間の接触面積は薄板１０１の撓みにより大きくなるのに対して、薄板１０１と第１厚板１０２間及び第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接合部の接触面積は隙間により小さくなる。

このため、可動側電極１１１と固定側電極１１２間の電流密度が薄板１０１側に対して第２厚板１０３側が高くなり、薄板１０１と第１厚板１０２間よりも第１厚板１０２と第２厚板１０３間の方が局部的な発熱量が多くなる。

その結果、図１３（ａ）に示すように、先ず第１厚板１０２と第２厚板１０３との接合部にナゲット１０５が形成され、次第にナゲット１０５が大きくなりやがて図１３（ｂ）に示すように薄板１０１と第１厚板１０２間が溶着される。しかし、この薄板１０１と第１厚板１０２との間の溶け込み量が小さく溶接強度が不安定で、薄板１０１が剥離することが懸念され、かつ溶接品質にバラツキがある。この不具合は、特に第１厚板１０２及び第２厚板１０３が厚いほど第１厚板１０２と薄板１０１との間にナゲット１０５が到達しにくく、顕著である。

また、同様に薄板１０１と第１厚板１０２間の溶け込み量が小さく溶接強度が不安定となる原因としては、薄板１０１が薄いため、可動側電極１１１の接触により熱が可動側電極１１１に奪われ、薄板１０１側の温度が上がらず、ナゲット１０５が形成されにくいこともある。

この対策として、例えば特許文献１に開示されるスポット溶接方法がある。このスポット溶接方法は、図１４に示すように、薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３を重ね合わせた被溶接部材１００をスポット溶接するときに、薄板１０１側に位置する可動側電極１２５の加圧力ＦＵを、第２厚板１０３側に位置する固定側電極１２４の加圧力ＦＬより小さくすることで、薄板１０１と第１厚板１０２との接合部の接触抵抗が大きくなると共に第１厚板１０２と第２厚板１０３との接合部の接触抵抗が小さくなり、可動側電極１２５と固定側電極１２４間に通電したときに、薄板１０１と第１厚板１０２との接合部における発熱量を増加させることができ、薄板１０１と第１厚板１０２の溶接強度を高めることができる。

この方法の実施に用いられるスポット溶接ガンの構成は、図１５に示すように、溶接ロボット１１５の手首部１１６にスポット溶接装置１２０が搭載され、溶接ロボット１１５は、クランパ１１８によって支持された被溶接部材１００の各打点位置にスポット溶接ガン１２０を移動し、被溶接部材１００のスポット溶接を行う。

スポット溶接ガン１２０は、手首部１１６に取り付けられたガン支持ブラケット１１７に固定されたリニアガイド１２１によって上下動自在に支持されたベース部１２２を備え、このベース部１２２には下方に延びるＣ形ヨーク１２３が設けられ、このＣ形ヨーク１２３の下端先端に固定側電極１２４が設けられる。

また、ベース部１２２の上端には、サーボモータ等の加圧アクチュエータ１２６が搭載され、加圧アクチュエータ１２６により上下動するロッド１２７の下端に固定側電極１２４と対向して可動側電極１２５が取り付けられる。ガン支持ブラケット１１７の上端にサーボモータ１２８が搭載され、サーボモータ１２８の作動によりボールねじ機構を介してベース部１２２が上下動する。

ここで、図示しないコントローラに予め記憶されているティーチングデータに従って、薄板１０１側に位置する可動側電極１２５による加圧力ＦＵを固定側電極１２４による加圧力ＦＬよりも小さくする（ＦＵ＜ＦＬ）。

このように可動側電極１２５による加圧力ＦＵを固定側電極１２４による加圧力ＦＬより小さく（ＦＵ＜ＦＬ）するために、コントローラは、先ず、サーボモータ１２８によりベース部１２２を上昇させて固定側電極１２４を被溶接部材１００の下面に当接させると共に、加圧アクチュエータ１２６により可動側電極１２５を下降させて被溶接部材１００の上面に当接させる。この場合、加圧アクチュエータ１２６の加圧力が可動側電極１２５と、ベース部１２２及びＣ形ヨーク１２３を介して固定側電極１２４とに均等に作用する

次に、サーボモータ１２８によりベース部１２２を押し上げる。このベース部１２２の押し上げにより、固定側電極１２４の加圧力ＦＬがベース部１２２の押し上げ分だけ増加し、可動側電極１２５による加圧力ＦＵが固定側電極１２４による加圧力ＦＬより小さくなる（ＦＵ＜ＦＬ）。

その結果、可動側電極１２５と固定側電極１２４との間に通電したときに、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における電流密度が高くなり発熱量が第１厚板１０２と第２厚板１０３の接合部における発熱量に対して相対的に増加する。これにより、薄板１０１から第２厚板１０３に亘って偏りのない良好なナゲットが形成され溶接強度を確保できる。

特開２００３−２５１４６９号公報

上記特許文献１によると、クランパ１１８によって支持された被溶接部材１００の各打点位置にスポット溶接ガン１２０を移動し、被溶接部材１００の第２厚板１０３側に固定側電極１２４を当接させると共に可動側電極１２５を薄板１０１に当接させ、更にベース部１２２を押し上げて固定側電極１２４の加圧力ＦＬより可動側電極１２５側の加圧力ＦＵを小さくすることで、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の電流密度が高くなり、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における発熱量が確保でき、溶け込み量が増大して溶接強度が増加する。

しかし、クランパ１１８によりクランプ保持された被溶接部材１００を固定側電極１２４と可動側電極１２５によって挟持加圧した状態でベース部１２２を移動して固定側電極１２４の加圧力ＦＬより可動側電極１２５による加圧力ＦＵを小さくするには、被溶接部材１００をクランプ保持するクランパ１１８に大きな負荷が要求される。一方、クランプ１１８による被溶接部材１００のクランプ位置と溶接位置、即ち溶接打点位置が大きく離間した状態では、被溶接部材１００が撓み変形して固定側電極１２４による加圧力ＦＬと可動側電極１２５による加圧力ＦＵにバラツキが生じて安定した薄板１０１と第１厚板１０２との間の接触抵抗及び第１厚板１０２と第２厚板１０３との間の接触抵抗の確保が困難であり、被溶接部材１００の接合部における電流密度にバラツキが生じてスポット溶接の品質低下が懸念される。また、溶接加圧時の反力で移動し得るようにロボットの手首とベース部との間にイコライジング機能を備えたスポット溶接ガンでは使用できず、使用するスポット溶接ガンが制限される。

従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、剛性の異なる厚板と薄板を重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接する場合において安定した溶接品質が得られるスポット溶接装置を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に記載の発明によるスポット溶接装置は、薄肉の板材である薄板、該薄板より剛性の大きい厚肉の板材である第１厚板、第２厚板を順に重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接装置において、ベース部と、該ベース部に支持された受部と、該ベース部に支持されて互いに対向して接離方向に移動する第１溶接電極及び第２溶接電極とを備え、上記薄板に当接する上記第２溶接電極及び該第２溶接電極に隣接して上記薄板に当接する上記受部と上記第２厚板に当接する上記第１溶接電極によって上記被溶接部材を挟持すると共に第１溶接電極によって加圧付与し、該挟持加圧状態で上記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電してスポット溶接し、上記薄板に当接する上記第１溶接電極及び該第１溶接電極に隣接して上記薄板に当接する上記受部と上記第２厚板に当接する上記第２溶接電極によって上記被溶接部材を挟持すると共に第２溶接電極によって加圧付与し、該挟持加圧状態で上記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電してスポット溶接することを特徴とする。

これによれば、薄板に当接する第２溶接電極及び受部と第２厚板に当接する第１溶接電極によって被溶接部材を挟持し、かつ第１溶接電極によって加圧付与することで、第１溶接電極による加圧力が被溶接部材の第２厚板に付与され、第２溶接電極による加圧力及び受部による加圧力が薄板に付与されて薄板側に位置する第２溶接電極による加圧力が第２厚板側に位置する第１溶接電極による加圧力より小さくなる。これにより、第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電したとき、相対的に薄板と第２厚板の接合部の電流密度が高くなり、薄板から第２厚板に亘って溶け込み量の偏りのない良好なナゲットが形成される。同様に薄板に当接する第１溶接電極及び受部と第２厚板に当接する第２溶接電極によって被溶接部材を挟持し、かつ第２溶接電極によって加圧付与することで、第２溶接電極による加圧力が被溶接部材の第２厚板に付与され、第１溶接電極による加圧力及び受部による加圧力が薄板に付与されて薄板側に位置する第１溶接電極による加圧力が第２厚板側に位置する第２溶接電極による加圧力より小さくなり、第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電したとき、相対的に薄板と第２厚板の接合部の電流密度が高くなり、薄板から第２厚板に亘って溶け込み量の偏りのない良好なナゲットが形成されて被溶接部材に対する溶接品質が向上する。

更に薄板、第１厚板、第２厚板の配置が異なる被溶接部材の相互間、例えば下から順に薄板、第１厚板、第２厚板が重なる３枚重ねの被溶接部材と、上から順に薄板、第１厚板、第２厚板が重なる３枚重ねの被溶接部材とを連続してスポット溶接する際にも溶接装置の姿勢変更範囲を小さくすることができる。

上記目的を達成する請求項２に記載の発明によるスポット溶接装置は、薄板、該薄板より剛性の大きい第１厚板、第２厚板を順に重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接装置において、ベース部と、該ベース部に支持された受部と、上記ベース部に支持された第１加圧アクチュエータによって退避位置と第１加圧位置と第２加圧位置とに移動する第１溶接電極と、上記ベース部に支持された第２加圧アクチュエータによって上記第１溶接電極と対向して退避位置と第１加圧位置と第２加圧位置とに移動する第２溶接電極とを備え、上記第１加圧位置の第２溶接電極及び該第２溶接電極に隣接して上記薄板に当接する上記受部と上記第１加圧位置の上記第１溶接電極とによって上記被溶接部材を挟持すると共に第１溶接電極によって加圧付与し、該挟持加圧状態で上記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電してスポット溶接し、上記第２加圧位置の第１溶接電極及び該第１溶接電極に隣接して上記薄板に当接する上記受部と上記第２加圧位置の上記第２溶接電極とによって上記被溶接部材を挟持すると共に第２溶接電極によって加圧付与し、該挟持加圧状態で上記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電してスポット溶接することを特徴とする。

これによれば、薄板に当接する第１加圧位置における第２溶接電極及び受部と第２厚板に当接する第１加圧位置における第１溶接電極によって被溶接部材を挟持し、かつ第１加圧位置に第１溶接電極によって加圧付与することで、第１加圧位置の第１溶接電極による加圧力が被溶接部材の第２厚板に付与され、第２溶接電極による加圧力及び受部による加圧力が薄板に付与されて薄板側に位置する第２溶接電極による加圧力が第２厚板側に位置する第１溶接電極による加圧力より小さくなる。これにより、第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電したとき、相対的に薄板と第２厚板の接合部の電流密度が高くなり、薄板から第２厚板に亘って溶け込み量の偏りのない良好なナゲットが形成される。同様に薄板に当接する第２加圧位置の第１溶接電極及び受部と第２厚板に当接する第２加圧位置の第２溶接電極によって被溶接部材を挟持し、かつ第２加圧位置の第２溶接電極によって加圧付与することで、第２溶接電極による加圧力が被溶接部材の第２厚板に付与され、第１溶接電極による加圧力及び受部による加圧力が薄板に付与されて薄板側に位置する第１溶接電極による加圧力が第２厚板側に位置する第２溶接電極による加圧力より小さくなり、第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電したとき、相対的に薄板と第２厚板の接合部の電流密度が高くなり、薄板から第２厚板に亘って溶け込み量の偏りのない良好なナゲットが形成されて被溶接部材に対する溶接品質が向上する。

本発明によると、薄板に当接する第２溶接電極及び受部と第２厚板に当接する第１溶接電極によって被溶接部材を挟持し、第１溶接電極によって加圧付与することで、薄板側に位置する第２溶接電極による加圧力が第２厚板側に位置する第１溶接電極による加圧力より小さくなる。これにより、第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電したとき、薄板から第２厚板に亘って溶け込み量の偏りのない良好なナゲットが形成される。同様に薄板に当接する第１溶接電極及び受部と第２厚板に当接する第２溶接電極によって被溶接部材を挟持し、かつ第２溶接電極によって加圧付与することで、薄板側に位置する第１溶接電極による加圧力が第２厚板側に位置する第２溶接電極による加圧力より小さくなり、第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電したとき、薄板から第２厚板に亘って溶け込み量の偏りのない良好なナゲットが形成されて被溶接部材に対する溶接品質が向上する。

実施の形態におけるスポット溶接装置の構成図である。要部を示す図１のＩＩ矢視図である。スポット溶接装置の作動説明図である。図３の要部断面作動説明図である。スポット溶接装置の作動説明図である。図５の要部断面作動説明図である。スポット溶接装置の模擬的に示す作動説明図である。スポット溶接装置の作動説明図である。図８の要部断面作動説明図である。スポット溶接装置の作動説明図である。図１０の要部断面作動説明図である。スポット溶接装置の模擬的に示す作動説明図である。従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１２を参照して説明する。

図１はスポット溶接装置の構成図、図２は要部を示す図１のＩＩ矢視図である。このスポット溶接装置の説明にあたり、便宜上図１における上方及び下方をスポット溶接装置における上方及び下方と称する。

スポット溶接装置１の説明に先立って、被溶接部材１００について図２を参照して説明する。被溶接部材１００は、重ね合わされた２枚の厚板の一方に薄板を重ね合わせた、例えば順に剛性の低い薄肉の板材である薄板１０１、薄板１０１より板厚が大きく剛性が高い厚肉の板材である第１厚板１０２及び第２厚板１０３が重ね合わされた３枚重ねの板組によって構成される。

スポット溶接装置１は、図１及び図２に示すように、例えば多関節型ロボット等の溶接ロボットのアーム先端部に取り付けられる手首部にイコライザユニット２を介在して支持され、溶接ロボットによって三次元方向に移動可能に構成される。そして、溶接ロボットは、図示しないクランパ等によって所定の位置に保持された被溶接部材１００の予め設定された各打点位置、即ち溶接部にスポット溶接装置１を順次移動して被溶接部材１００にスポット溶接を行う。

スポット溶接装置１は、溶接ロボットの手首部にイコライザユニット２を介して取り付けられる装置取付ブラケット４及び装置取付ブラケット４に一体的に取り付けられるガンブラケット５からなるベース部３を備える。装置取付ブラケッ４はイコライザユニット２に連結される矩形平板状の取付基部４Ａ及び取付基部４Ａの両側から下方に折曲して対向する一対のガン取付部４Ｂを有する断面コ字状に形成される。

装置取付ブラケット４の各ガン取付部４Ｂにそれぞれ対向してガンブラケット５が取り付けられる。各ガンブラケット５は、ガン取付部４Ｂに取り付けられる矩形板状で延在するブラケット本体６及びブラケット本体６から下方に延在する固定アーム支持部７が一体形成された略Ｔ字板状に形成される。

対向するガンブラケット５に固定アーム１０、第１加圧アクチュエータ２０、第２加圧アクチュエータ３０及び溶接トランス４０が取付支持される。

固定アーム１０は、基端１１ａが各ガンブラケット５の固定アーム支持部７の端部に掛け渡されて結合されて下方に延在する断面略コ字形の固定アーム本体１１及び固定アーム本体１１の先端から折曲して延在する支持部１２を有する略Ｌ字状であって、支持部１２の先端部１２ａに上下方向に延在する中心軸心を有する筒状で上端１３ａ及び下端１３ｂの両端が支持部１２から突出する受部１３が形成される。

第１加圧アクチュエータ２０は、シリンダ装置或いはサーボモータ、本実施の形態ではサーボモータ２１及びボールネジ送り機構等によって構成された直動部２２を有し、サーボモータ２１の作動によって直動部２２のロッド２３が昇降動する。直動部２２のロッド２３の下端に第１電極アーム２４が設けられ、第１電極アーム２４の先端に固定アーム１０の受部１３の中心軸心と同軸上に第１溶接電極２５が取り付けられる。これにより第１溶接電極２５は、その頂端２５ａが第１加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により受部１３の上端１３ａから上方に離反する上昇移動端の退避位置と、被溶接部材１００を受部１３の上端１３ａと協働して挟持すると共に被溶接部材１００に加圧力を付与する第１加圧位置と、受部１３内を貫通して頂端２５ａが受部１３の下端１３ｂの位置に達する第２加圧位置との間で移動する。

第２加圧アクチュエータ３０は、シリンダ装置或いはサーボモータ、本実施の形態ではサーボモータ３１及びボールネジ送り機構等によって構成された直動部３２を有し、サーボモータ３１の作動によって直動部３２のロッド３３を昇降動させる。直動部３２のロッド３３の下端に直線状の基部３４Ａ及び基部３４Ａの下端に折曲形成された電極保持部３４Ｂを有するＬ字形の第２電極アーム３４が設けられ、第２電極アーム３４の電極保持部３４Ｂに固定アーム１０の受部１３の中心軸心と同軸上に頂端３５ａが位置する第２溶接電極３５が取り付けられる。また、ガンブラケット５の固定アーム支持部７に、第２電極アーム３４の基部３４Ａに摺接して第２電極アーム３４の移動をガイドする電極アーム摺動部３６が設けられる。

これにより第２溶接電極３５が第２加圧アクチュエータ３０のサーボモータ３１の作動により受部１３の下端１３ａから下方に離反する下降移動端の退避位置と、被溶接部材１００を受部１３の下端１３ｂ及び第２加圧位置における第１溶接電極２５と協働して挟持すると共に被溶接部材１００に加圧力を付与する第２加圧位置と、受部１３内を貫通して受部１３の上端１３ｂの位置に達して受部１３の上端１３ａ及び第１加圧位置における第１溶接電極２５と協働して被溶接部材１００を挟持する第１加圧位置との間で移動する。

電源となる溶接トランス４０の出力端子４１がバスバ４３及び第１電極アーム２４等を介して第１溶接電極２５に通電可能に接続され、出力端子４２がバスバ４４及び第２電極アーム３４等を介して第２溶接電極３５に通電可能に接続される。

また、図示しない溶接ロボットコントローラＲＣには、溶接ロボットのティーチングデータが格納され、ティーチングデータには、被溶接部材１００の各溶接打点位置を順次スポット溶接するための作動プログラム及び各溶接打点、即ち溶接位置におけるスポット溶接装置１の位置及び姿勢が含まれる。図示しない溶接装置コントローラＷＣには溶接装置１の作動プログラム及び第１加圧アクチュエータ２０、第２加圧アクチュエータ３０及び溶接トランス４０の作動制御が含まれる。

次ぎに、スポット溶接装置１の作動を説明する。この説明にあたり説明の便宜上、スポット溶接すべき被溶接部材１００が下から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた３枚重ねの板組によって構成された被溶接部材１００をスポット溶接する第１溶接工程を図３乃至図７の作動説明図を参照して説明し、続いて被溶接部材１００が上から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた３枚重ねの板組によって構成された被溶接部材１００をスポット溶接する第２溶接工程を図８乃至図１２の作動説明図を参照して説明する。

下から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた被溶接部材１００のスポット溶接に第１溶接工程において、予め設定された作動プログラムに従い、第１溶接電極２５が上昇移動端の待避位置に保持され、第２溶接電電極３５が第１加圧位置、即ち第２溶接電極３５の頂端３５ａが受部１３の上端１３ａと対応する位置まで第２アクチュエータ３０のサーボモータ３１を回転制御して移動させる。

この第１溶接電極２５が待避位置で第２溶接電極３５が第１加圧位置に保持された第１溶接電極２５と第２溶接電極３５が離反した状態で、溶接ロボットコントローラＲＣは溶接ロボットを作動し、予め設定されたプログラムに従いスポット溶接装置１を被溶接部材１００の打点位置に移動し、図３に示すように固定アーム１０に設けられた受部１３の上端１３ａ及び第２溶接電極３５の頂端３５ａを被溶接部材１００の下面、即ち薄板１０１に下方から当接した状態に位置決めする。

このスポット溶接装置１が溶接位置に位置決めされた状態では、図４に示すように被溶接部材１００の薄板１０１の下面に第２溶接電極３５の先端３５ａ及び第２溶接電極３５の先端３５ａに近接して環状に受部１３の上端１３ａが接触する一方、第１溶接電極２５の先端２５ａが第２厚板１０３と間隙を有して対向する。

次に、図５及び図７に示すように、受部１３の上端１３ａ及び第２溶接電極３５の頂端３５ａが被溶接部材１００の薄板１０１に当接した状態で第１加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により第１溶接電極２５を退避位置から第１加圧位置方向に移動させて第２厚板１０３に圧接させて第２溶接電極３５の頂端３５ａと第１溶接電極２５の頂端２５ａとの間で被溶接部材１００の溶接部を挟持すると共に加圧付与する。

この被溶接部材１００の薄板１０１に第２溶接電極３５の頂端３５ａ及び受部１３が当接した状態で第１溶接電極２５により第２厚板１０３に加圧力を付与した状態では、図７に模擬的に作動説明図を示すように第１加圧アクチュエータ２０による加圧力が第１電極アーム２４等を介して第１溶接電極２５から第２厚板１０３に上方から付与され、かつベース部３及び第２電極アーム３４等を介して第２溶接電極３５から薄板１０１に下方から加圧力されると共に第２溶接電極３５に隣接して固定アーム１０を介して受部１３から薄板１０１に下方から加圧力が付与される。

この場合、第１加圧アクチュエータ２０による加圧力が第１電極アーム２４等を介して第１溶接電極２５に作用し、かつベース部３及び第２電極アーム３４を介して第２溶接電極３５に作用すると共に固定アーム１０を介して受部１３に作用し、第２厚板１０３に作用する第１溶接電極２５による加圧力ＦＵと薄板１０１に作用する第２溶接電極３５による加圧力ＦＬ及び受部１３による加圧力Ｆαの総和が等しくなる（ＦＵ＝ＦＬ＋Ｆα）。

これにより、被溶接部材１００は、第２厚板１０３側に上方から作用する第１溶接電極２５から加圧力ＦＵと、薄板３５側に下方から作用する第２溶接電極３５からの加圧力ＦＬ及び受部１３からの加圧力Ｆαによって安定した状態で挟持保持される。

一方、被溶接部材１００の溶接部には、第１溶接電極２５から第２厚板１０３に加圧力ＦＵが付与され、薄板１０１に第２溶接電極３５から加圧力ＦＬが付与されると共に受部１３から加圧力Ｆαが付与され、第２溶接電極３５から薄板１０１に作用する加圧力ＦＬとして第１溶接電極２５による加圧力ＦＵから受部１３による加圧力Ｆαを減じた大きさの加圧力が付与される（ＦＬ＝ＦＵ−Ｆα）。

この薄板１０１側に位置する第２溶接電極３５の加圧力ＦＬを第２厚板１０３側に位置する第１溶接電極２５の加圧力ＦＵより小さく（ＦＬ＜ＦＵ）することで、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における接触圧力が、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の溶接部における接触圧力より小さくなり、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の接触抵抗が大きくなると共に、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接触抵抗が小さくなる。

ここで、仮に固定アーム１０による受部１３を備えない場合には、第２溶接電極３５に被溶接部材１００の薄板１０１に当接した状態で第１加圧アクチュエータ２０の作動により第１溶接電極２５を第２厚板１０３に圧接させて第２溶接電極３５と第１溶接電極２５との間で被溶接部材１００の溶接部を挟持すると共に加圧付与すると、第１加圧アクチュエータ２０の加圧力が第１溶接電極２５と第２電極アーム３４等を介して第２溶接電極３５とに均等に作用し、第１溶接電極２５により第２厚板１０３に付与される加圧力ＦＵと第２溶接電極３５により薄板１０１に付与される加圧力ＦＬが均等に付与される。

次に、第１溶接電極２５と第２溶接電極３５及び受部１３とで被溶接部材１００を挟持加圧して薄板１０１側に位置する第２溶接電極３５の加圧力ＦＬを第２厚板１０３側に位置する第１溶接電極２５の加圧力ＦＵより小さくした状態で、溶接トランス４０から第１溶接電極２５と第２溶接電極３５との間に所定時間通電して溶接する。この第１溶接電極２５と第２溶接電極３５との間に通電した時に、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の接合部における接触抵抗が大きく電流密度が高くなると共に、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接触抵抗が小さく保持される。これにより、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における発熱量が第１厚板１０２と第２厚板１０３の接合部における発熱量に対して相対的に増加して、薄板１０１から第２厚板１０３に亘って電流密度の偏りのない良好なナゲットが形成され、薄板１０１の溶接強度が確保できる。

この溶接が完了した後、第１加圧アクチュエータ２０の作動により第１溶接電極２５を第１加圧位置から退避位置に移動させて、第１溶接電極２５と第２溶接電極３５及び受部１３とによる被溶接部材１００の挟持を開放する。

次に、上から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた３枚重ねの板組によって構成された被溶接部材１００をスポット溶接する第２溶接工程を図８乃至図１２の作動説明図を参照して説明する。

上から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた被溶接部材１００をスポット溶接するにあたり、予め設定された作動プログラムに従い、第２溶接電極３５が下降移動端の待避位置に保持され、第１溶接電極２５が第２加圧位置、即ち第１溶接電極２５の頂端２５ａが受部１３の下端１３ｂと対応する位置まで第１加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１を回転制御して移動させる。

この第２溶接電極３５が待避位置で第１溶接電極２５が第２加圧位置に保持されて第１溶接電極２５と第２溶接電極３５が離反した状態で溶接ロボットを作動し、予め設定されたプログラムに従いスポット溶接装置１を被溶接部材１００の打点位置に移動し、図８に示すように固定アーム１０に設けられた受部１３の下端１３ｂ及び第１溶接電極２５の頂端２５ａを被溶接部材１００の上面、即ち薄板１０１に上方から当接した状態に位置決めする。

このスポット溶接装置１が溶接位置に位置決めされた状態では、図９に示すように被溶接部材１００の薄板１０１の上面に第１溶接電極２５の先端２５ａ及び第１溶接電極２５の先端２５ａに近接して環状に受部１３の下端１３ｂが接触する一方、第２溶接電極３５の先端３５ａが第２厚板１０３と間隙を有して対向する。

次に、図１０及び図１１に示すように、受部１３の下端１３ｂ及び第１溶接電極２５が被溶接部材１００の薄板１０１に当接した状態で第２加圧アクチュエータ３０のサーボモータ３１の作動により第２溶接電極３５を退避位置から第２加圧位置方向に移動させて第２厚板１０３に圧接させて第１溶接電極２５の頂端２５ａと第２溶接電極３５の頂端３５ａとの間で被溶接部材１００の溶接部を挟持すると共に加圧付与する。

このように被溶接部材１００の薄板１０１に第１溶接電極２５の頂端２５ａ及び受部１３の下端１３ｂが当接した状態で第２溶接電極３５により第２厚板１０３に加圧力を付与した状態では、図１２に模擬的に作動説明図を示すように第２加圧アクチュエータ３０による加圧力が第２電極アーム３４等を介して第２溶接電極３５から第２厚板１０３に下方から付与され、かつベース部３及び第１電極アーム２４等を介して第１溶接電極２５から薄板１０１に上方から加圧されると共に第１溶接電極２５に隣接して固定アーム１０を介して受部１３から薄板１０１に上方から加圧力が付与される。

この場合、第２加圧アクチュエータ３０による加圧力が第２電極アーム３４等を介して第２溶接電極３５に作用し、かつベース部３及び第１電極アーム２４を介して第１溶接電極２５に作用すると共に固定アーム１０を介して受部１３に作用し、第２厚板１０３に作用する第２溶接電極３５による加圧力ＦＬと薄板１０１に作用する第１溶接電極２５による加圧力ＦＵ及び受部１３による加圧力Ｆαの総和が等しくなる（ＦＬ＝ＦＵ＋Ｆα）。

これにより、被溶接部材１００は、第２厚板１０３側に下方から作用する第２溶接電極３５から加圧力ＦＬと、薄板３５側に上方から作用する第１溶接電極２５からの加圧力ＦＵ及び受部１３からの加圧力Ｆαによって安定した状態で挟持保持される。

一方、被溶接部材１００の溶接部には、第２溶接電極３５から第２厚板１０３に加圧力ＦＬが付与され、第１溶接電極２５から薄板１０１に加圧力ＦＵとして第２溶接電極３５による加圧力ＦＬから受部１３による加圧力Ｆαを減じた大きさの加圧力が付与される（ＦＵ＝ＦＬ−Ｆα）

この薄板１０１側に位置する第１溶接電極２５の加圧力ＦＵを第２厚板１０３側に位置する第２溶接電極３５の加圧力ＦＬより小さく（ＦＵ＜ＦＬ）することで、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における接触圧力が、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の溶接部における接触圧力より小さくなり、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の接触抵抗が大きくなると共に、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接触抵抗が小さくなる。

次に、第２溶接電極３５と第１溶接電極２５及び受部１３とで被溶接部材１００を挟持加圧して薄板１０１側に位置する第１溶接電極２５の加圧力ＦＵを第２厚板１０３側に位置する第２溶接電極３５の加圧力ＦＬより小さくした状態で、溶接トランス４０から第１溶接電極２５と第２溶接電極３５との間に所定時間通電して溶接する。この第１溶接電極２５と第２溶接電極３５との間に通電した時に、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の接合部における接触抵抗が大きく電流密度が高くなると共に、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接触抵抗が小さく保持される。これにより、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における発熱量が第１厚板１０２と第２厚板１０３の接合部における発熱量に対して相対的に増加して、薄板１０１から第２厚板１０３に亘って電流密度の偏りのない良好なナゲットが形成され、薄板１０１の溶接強度が確保できる。

この溶接が完了した後、第２加圧アクチュエータ３０の作動により第２溶接電極３５を第２加圧位置から退避位置に移動させて、第１溶接電極２５と第２溶接電極３５及び受部１３とによる被溶接部材１００の挟持を開放する。

次に、溶接ロボット１を作動して、スポット溶接装置１０を被溶接部材１００の打点位置から退避させ、次の被溶接部材１００の打点位置に移動する。

このように構成された本実施の形態によると、剛性の低い薄板１０１、この薄板１０１より剛性の高い第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた３枚重ねの板組によって構成された被溶接部材１００をスポット溶接するスポット溶接装置１が、ベース部３に固定アーム１０を介して設けられた受部１３と、第１加圧アクチュエータ２０によって退避位置、第１加圧位置、第２加圧位置を移動する第１溶接電極２５と、第２加圧アクチュエータ３０によって退避位置、第２加圧位置、第１加圧位置の間で移動可能な第２溶接電極３５備え、第１加圧位置の第２溶接電極３５及び受部１３と、第２溶接電極３５と対向する第１加圧位置の第１溶接電極２５とによって被溶接部材１００を挟持と共に薄板１０１に第２溶接電極３５によって加圧力ＦＬを付与すると共に受部１３によって加圧力Ｆαを付与し、第２厚板１０３に第１溶接電極２５によって加圧力ＦＵを付与することで、薄板１０１と第１厚板１０２間の接触圧力が第１厚板１０２と第３厚板１０３の接触圧力より小さく制御され、第１溶接電極２５と第２溶接電極３５を通電したときに薄板１０１と第１厚板１０２の接合部の電流密度が第１厚板１０２と第２厚板１０３の接合部の電流密度に対して相対的に高くなるため、薄板１０１から第２厚板１０３に亘って大きく溶け込んだ偏りのない良好なナゲットが形成され、薄板１０１の溶接強度を確保できる。同様に第２加圧位置の第１溶接電極２５及び受部１３と、第２加圧位置の第２溶接電極３５とによって被溶接部材１００を挟持すると共に薄板１０１に第１溶接電極２５によって加圧力ＦＵを付与すると共に受部１３によって加圧力Ｆαを付与し、第２厚板１０３に第２溶接電極３５によって加圧力ＦＬを付与することで、薄板１０１と第１厚板１０２間の接触圧力が第１厚板１０２と第３厚板１０３の接触圧力より小さく制御され、第１溶接電極２５と第２溶接電極３５を通電したときに薄板１０１から第２厚板１０３に亘って大きく溶け込んだ偏りのない良好なナゲットが形成され薄板１０１の溶接強度を確保でき、安定した溶接品質が得られる。これにより薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３の配置が異なる被溶接部材１００の相互間、例えば下から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重なる３枚重ねの被溶接部材１００と、上から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重なる３枚重ねの被溶接部材１００とを連続してスポット溶接する際にも溶接装置１の姿勢変更範囲を小さくすることができる。

なお、本発明は上記実施に形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、第１加圧アクチュエータ２０及び第２加圧アクチュエータ３０としてサーボモータ２１、３１を使用したがエアシリンダを使用することも、直動部２２、３２としてボールネジ送り機構を使用したが他のギヤ機構等により構成することができる。

また、受部１３として上端１３ａ及び下端１３ｂを有する筒状に形成したが、被溶接部材１００の形状等に応じて半割筒状や、固定アーム１０の支持部１２から突出する半円弧状の突状等に変更可能である。

また、被溶接部材１００は３枚重ねに限らず、剛性の異なる厚板と薄板を重ね合わせたものであれば、４枚以上を重ねたものであってもよい。

１スポット溶接装置
３ベース部
１０固定アーム
１３受部
２０第１加圧アクチュエータ
２４第１電極アーム
２５第１溶接電極
３０第２加圧アクチュエータ
３４第２電極アーム
３５第２溶接電極
１００被溶接部材
１０１薄板（薄肉の板材）
１０２第１厚板（厚肉の板材）
１０３第２厚板（厚肉の板材）

Claims

薄板、該薄板より剛性の大きい第１厚板、第２厚板を順に重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接装置において、
ベース部と、
該ベース部に支持された受部と、
該ベース部に支持されて互いに対向して接離方向に移動する第１溶接電極及び第２溶接電極とを備え、
上記薄板に当接する上記第２溶接電極及び該第２溶接電極に隣接して上記薄板に当接する上記受部と上記第２厚板に当接する上記第１溶接電極によって上記被溶接部材を挟持すると共に第１溶接電極によって加圧付与し、該挟持加圧状態で上記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電してスポット溶接し、
上記薄板に当接する上記第１溶接電極及び該第１溶接電極に隣接して上記薄板に当接する上記受部と上記第２厚板に当接する上記第２溶接電極によって上記被溶接部材を挟持すると共に第２溶接電極によって加圧付与し、該挟持加圧状態で上記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電してスポット溶接することを特徴とするスポット溶接装置。
薄板、該薄板より剛性の大きい第１厚板、第２厚板を順に重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接装置において、
ベース部と、
該ベース部に支持された受部と、
上記ベース部に支持された第１加圧アクチュエータによって退避位置と第１加圧位置と第２加圧位置とに移動する第１溶接電極と、
上記ベース部に支持された第２加圧アクチュエータによって上記第１溶接電極と対向して退避位置と第１加圧位置と第２加圧位置とに移動する第２溶接電極とを備え、
上記第１加圧位置の第２溶接電極及び該第２溶接電極に隣接して上記薄板に当接する上記受部と上記第１加圧位置の上記第１溶接電極とによって上記被溶接部材を挟持すると共に第１溶接電極によって加圧付与し、該挟持加圧状態で上記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電してスポット溶接し、
上記第２加圧位置の第１溶接電極及び該第１溶接電極に隣接して上記薄板に当接する上記受部と上記第２加圧位置の上記第２溶接電極とによって上記被溶接部材を挟持すると共に第２溶接電極によって加圧付与し、該挟持加圧状態で上記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電してスポット溶接することを特徴とするスポット溶接装置。