JP6414805B2 - スポット溶接装置及びスポット溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、平板と網目構造板とのスポット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。

２枚の鋼板を接合する場合等には、スポット溶接を行っている。そして、２枚の鋼板を一対の電極によって挟持し、一対の電極間に流れる電流によって、２枚の鋼板を溶融させて接合している。
例えば、特許文献１の抵抗スポット溶接方法においては、２枚以上の厚板と薄板とを重ね合わせた板組みを、一対の電極によって挟み加圧力を与えながら抵抗スポット溶接をすることが開示されている。また、特許文献１においては、加圧力が設定した値まで達した後、低電流での予備通電を開始し、重ね合わせた全ての板同士が接した時に本通電を開始することが開示されている。

また、例えば、特許文献２のメッキ鋼材とアルミ系材との抵抗溶接方法においては、メッキ鋼材とアルミ系材との間にクラッド材を挟み込み、メッキ鋼材の当接面及びクラッド材の当接面の少なくとも一方に凹凸を形成して、メッキ鋼材とクラッド材との間に形成される通電面積を減少させることが開示されている。そして、メッキ鋼材とクラッド材との間に高密度に電流を流通させている。

特開２００８−２９００９８号公報 特許第３１２６５８７号公報

しかしながら、従来のスポット溶接方法及び抵抗溶接方法においては、表面凹凸及び孔が規則的に複数形成された網目構造板と平板とを溶接する際の工夫はなされていない。この場合には、網目構造板と平板とを固定電極と可動電極との間に挟持して、スポット溶接を行う際に、可動電極が網目構造板における複数の凸部に接触するとともに、固定電極が広い面積で平板に接触する。そして、固定電極と可動電極との間に電流を流すときには、可動電極の中心部分に接触する凸部に電流が流れるだけでなく、可動電極の中心部分の周囲に接触する凸部にも電流が流れる。そのため、電流が、可動電極及び固定電極の中心部分だけでなく、周囲の部分にも流れ、各電極の中心部分付近の電流が弱まってしまう。
また、各電極の中心部分付近の電流を強めるために、電流の絶対値を大きくすると、特に薄い平板の溶接を行う場合には、この平板が過剰に溶融して、穴あき等が生じるおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、電流の絶対値を大きくすることなく、網目構造板と平板とのスポット溶接を強固に行うことができるスポット溶接装置及びスポット溶接方法を提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、表面凹凸及び孔が規則的に複数形成された網目構造板と平板とを重ねて、該網目構造板及び該平板を、該平板の側に配置された固定電極と、上記網目構造板の側に配置された可動電極との間に挟み込むとともに、上記固定電極と上記可動電極との間に通電して、上記網目構造板と上記平板とのスポット溶接を行う装置であって、
上記固定電極は、ベース電極部と、該ベース電極部の中心部分から、該ベース電極部の外形よりも小さな外形で突出する突出電極部とを有しており、
上記可動電極の先端の外形は、上記突出電極部の先端の外形よりも小さく、かつ上記表面凹凸における複数の凸部に同時に接触する大きさを有しており、
上記固定電極と上記可動電極との間に上記網目構造板及び上記平板を挟み込んだときに、上記可動電極に同時に接触する複数の上記凸部を、平坦状になるまで押し潰すよう構成されていることを特徴とするスポット溶接装置にある。

本発明の他の態様は、表面凹凸及び孔が規則的に複数形成された網目構造板と平板とを重ねて、該網目構造板及び該平板を、該平板の側に配置された固定電極と、上記網目構造板の側に配置された可動電極との間に挟み込むとともに、上記固定電極と上記可動電極との間に通電して、上記網目構造板と上記平板とのスポット溶接を行う方法であって、
上記固定電極は、ベース電極部と、該ベース電極部の中心部分から、該ベース電極部の外形よりも小さな外形で突出する突出電極部とを有しており、
上記可動電極の先端の外形は、上記固定電極の先端の外形よりも小さくしてあり、
上記固定電極と上記可動電極との間に上記網目構造板及び上記平板を挟み込み、上記可動電極の先端を上記表面凹凸における複数の凸部に同時に接触させ、上記固定電極と上記可動電極との間に通電する電流値を徐々に増加させて、上記可動電極によって該可動電極に同時に接触する上記複数の凸部を、平坦状になるまで押し潰した後、上記電流値を所定の値に維持して、上記網目構造板と上記平板とを溶接することを特徴とするスポット溶接方法にある。

上記スポット溶接装置においては、表面凹凸及び孔が規則的に複数形成された網目構造板と平板とを溶接する際の工夫をしている。
具体的には、ベース電極部及び突出電極部を有する固定電極と、突出電極部の先端の外形よりも小さい先端の外形を有する可動電極とを用いる。可動電極は、網目構造板の表面凹凸における複数の凸部に同時に接触する大きさに形成されている。

固定電極及び可動電極を用いてスポット溶接を行うに当たっては、網目構造板と平板とを固定電極と可動電極との間に挟持する。そして、固定電極の中心部分に突出する突出電極部が平板に接触する。これにより、固定電極の中心部分だけが平板に接触し、固定電極の周囲の部分が平板から離れる。また、可動電極が、網目構造板の表面凹凸における複数の凸部に同時に接触して、可動電極によって複数の凸部が押し潰される。

このとき、スポット溶接を行うための電流は、固定電極の中心部分だけに流れ、突出電極部が設けられていない部分である、固定電極の周囲の部分には流れない。これにより、可動電極及び固定電極の中心部分に流れる電流を強めることができる。
それ故、上記スポット溶接装置によれば、電流の絶対値を大きくすることなく、網目構造板と平板とのスポット溶接を強固に行うことができる。

また、上記スポット溶接方法においては、網目構造板と平板とを固定電極と可動電極との間に挟持する際に、固定電極と可動電極との間に通電する電流値を、徐々に増加させた後、所定の値に維持する。そして、通電の電流値を徐々に増加させるときに、網目構造板の表面凹凸における複数の凸部が押し潰される。このとき、通電によって複数の凸部が加熱され、複数の凸部が軟化されるため、小さな加圧力で複数の凸部を押し潰すことができる。また、通電の電流値が所定の値になるまで上昇したときには、押し潰された複数の凸部と平板とが溶融して接合される。

それ故、上記スポット溶接方法によれば、網目構造板の表面凹凸における複数の凸部を、少ないばらつきでできるだけ均一に押し潰すことができ、網目構造板と平板との接合強度のばらつきを少なくすることができる。その他、スポット溶接方法においても、スポット溶接装置と同様の作用効果を得ることができる。

実施例にかかる、スポット溶接装置を示す説明図。 実施例にかかる、スポット溶接装置における固定電極及び可動電極の周辺を示す説明図。 実施例にかかる、網目構造板を示す平面図。 実施例にかかる、固定電極と可動電極との間に通電する電流値を示すグラフ。 実施例にかかる、固定電極と可動電極との間に、網目構造板及び平板を挟持する状態を示す説明図。 実施例にかかる、固定電極と可動電極との間において、網目構造板における複数の凸部が押し潰された状態を示す説明図。

上述したスポット溶接装置における好ましい実施の形態について説明する。
上記スポット溶接装置においては、上記固定電極と上記可動電極との間に上記網目構造板及び上記平板を挟み込み、上記固定電極と上記可動電極との間に通電する電流値を徐々に増加させて、上記可動電極によって上記表面凹凸における複数の凸部を押し潰した後、上記電流値を所定の値に維持して、上記網目構造板と上記平板とを溶接するよう構成されていてもよい。
この構成によれば、上記スポット溶接方法と同様に、網目構造板の表面凹凸における複数の凸部を、少ないばらつきでできるだけ均一に押し潰すことができ、網目構造板と平板との接合強度のばらつきを少なくすることができる。

以下に、スポット溶接装置及びスポット溶接方法にかかる実施例について、図面を参照して説明する。
本例のスポット溶接装置１は、図１、図２に示すように、表面凹凸５１及び孔５３が規則的に複数形成された網目構造板５と平板６とを重ね、網目構造板５及び平板６を、平板６の側に配置された固定電極３と、網目構造板５の側に配置された可動電極４との間に挟み込むとともに、固定電極３と可動電極４との間に通電して、網目構造板５と平板６とのスポット溶接を行うものである。固定電極３は、ベース電極部３１と、ベース電極部３１の中心部分から、ベース電極部３１の外形よりも小さな外形で突出する突出電極部３２とを有している。可動電極４の先端４１１の外形は、突出電極部３２の先端３２１の外形よりも小さく、かつ表面凹凸５１における複数の凸部５２に同時に接触する大きさを有している。

以下に、本例のスポット溶接装置１及びスポット溶接方法について、図１〜図６を参照して詳説する。
スポット溶接装置１は、固定電極３及び可動電極４が取り付けられたスポット溶接ガン２と、スポット電圧を発生させるための電源１１及びトランス１２を有している。固定電極３は、スポット溶接ガン２の下側電極として固定されており、可動電極４は、スポット溶接ガン２の上側電極としてシリンダー等のアクチュエータ２３によって昇降可能である。

本例の網目構造板５と平板６との接合部品は、燃料電池のセパレータとして用いられる。図３に示すように、網目構造板５はエキスパンド板であり、多数の表面凹凸５１は、凸部５２における、板面の一方向Ｘに向けて開口している。網目構造板５における表面凹凸５１は、平板素材をプレス加工等によって折曲変形させて形成されている。
また、平板６の厚みは、網目構造板５の厚みよりも薄い。平板６は、網目構造板５を補強するために、網目構造板５の一対の端部に接合される。

図２に示すように、固定電極３のベース電極部３１には、おねじ部３３が設けられており、固定電極３は、スポット溶接ガン２の固定側端部２１に対して着脱可能に取り付けられている。ベース電極部３１の外周には、六角レンチ等が係合可能な六角形状が形成されている。突出電極部３２は、円柱形状を有しており、ベース電極部３１の中心と同一軸線上に設けられている。本例の突出電極部３２は、直径がφ３ｍｍの円柱形状に形成されている。突出電極部３２はφ２〜４ｍｍの円柱形状に形成することができる。

可動電極４は、円柱形状を有しており、固定電極３の突出電極部３２に対向する先端側部分４１が、後端側部分４２よりも縮径して形成されている。可動電極４は、スポット溶接ガン２の可動側端部２２に対して着脱可能に取り付けられている。本例の可動電極４の先端側部分４１は、直径がφ１．５ｍｍに形成されている。可動電極４の先端側部分４１の直径はφ１〜２ｍｍとすることができる。可動電極４の先端側部分４１の先端４１１は、網目構造板５の表面凹凸５１における、２〜５個の凸部５２に同時に接触する大きさに形成されている。

固定電極３及び可動電極４は、通電によって発熱する他に、通電後に冷やされて、スポット溶接が行われた部分を冷却する働きを有している。この冷却の能力を高めるためには、固定電極３及び可動電極４の体積を大きくしておくことが望ましい。そこで、本例の可動電極４は、ベース電極部３１に小さな外形の突出電極部３２を形成する一方、ベース電極部３１の外形は大きく維持して、スポット溶接が行われた部分を冷却する能力を確保している。

図４に示すように、スポット溶接装置１は、固定電極３と可動電極４との間に網目構造板５及び平板６を挟み込む際に、固定電極３と可動電極４との間に通電する電流値Ｉを、徐々に増加させた後、所定の値Ｉ１に維持するよう構成されている。同図は、横軸に、時間ｔをとり、縦軸に、固定電極３と可動電極４との間に通電する電流値Ｉをとって、電流値Ｉを変化させる状態を示す。そして、通電の電流値Ｉを徐々に増加させるときに、網目構造板５の表面凹凸５１における複数の凸部５２が押し潰される。このとき、通電によって複数の凸部５２が加熱され、複数の凸部５２が軟化されるため、小さな加圧力で複数の凸部５２を押し潰すことができる。また、通電の電流値Ｉが所定の値Ｉ１になるまで上昇したときには、押し潰された複数の凸部５２と平板６とが溶融して接合される。

本例のスポット溶接装置１を用いてスポット溶接を行うに当たっては、網目構造板５と平板６とを、平板６を下側にして固定電極３の突出電極部３２の上に配置する。そして、図５に示すように、アクチュエータ２３によって可動電極４を下降させ、可動電極４の先端４１１と、固定電極３の突出電極部３２の先端３２１との間に網目構造板５及び平板６を挟持する。このとき、固定電極３の中心部分に突出する突出電極部３２が平板６に接触する。これにより、固定電極３の中心部分だけが平板６に接触し、固定電極３の周囲の部分が平板６から離れる。また、図６に示すように、可動電極４が、網目構造板５の表面凹凸５１における２〜５個の凸部５２に同時に接触して、可動電極４によって２〜５個の凸部５２が押し潰される。

このとき、スポット溶接を行うための電流は、固定電極３の中心部分だけに流れ、突出電極部３２が設けられていない部分である、固定電極３の周囲の部分には流れない。これにより、可動電極４及び固定電極３の中心部分に流れる電流を強めることができる。
それ故、本例のスポット溶接装置１及びスポット溶接方法によれば、電流の絶対値を大きくすることなく、網目構造板５と平板６とのスポット溶接を強固に行うことができる。

また、固定電極３と可動電極４との間に通電する電流値Ｉを、徐々に増加させた後、所定の値に維持することにより、網目構造板５の表面凹凸５１における複数の凸部５２を、少ないばらつきでできるだけ均一に押し潰すことができる。そのため、網目構造板５と平板６との接合強度のばらつきを少なくすることができる。

１ スポット溶接装置
２ スポット溶接ガン
３ 固定電極
３１ ベース電極部
３２ 突出電極部
４ 可動電極
５ 網目構造板
５１ 表面凹凸
５２ 凸部
５３ 孔
６ 平板

Claims (5)

1. 表面凹凸及び孔が規則的に複数形成された網目構造板と平板とを重ねて、該網目構造板及び該平板を、該平板の側に配置された固定電極と、上記網目構造板の側に配置された可動電極との間に挟み込むとともに、上記固定電極と上記可動電極との間に通電して、上記網目構造板と上記平板とのスポット溶接を行う装置であって、
   上記固定電極は、ベース電極部と、該ベース電極部の中心部分から、該ベース電極部の外形よりも小さな外形で突出する突出電極部とを有しており、
   上記可動電極の先端の外形は、上記突出電極部の先端の外形よりも小さく、かつ上記表面凹凸における複数の凸部に同時に接触する大きさを有しており、
   上記固定電極と上記可動電極との間に上記網目構造板及び上記平板を挟み込んだときに、上記可動電極に同時に接触する複数の上記凸部を、平坦状になるまで押し潰すよう構成されていることを特徴とするスポット溶接装置。
2. 上記網目構造板は、折曲変形された平板素材によって形成され、かつ複数の上記孔が、上記網目構造板の板面に沿った一方向に向けて開口しているものであり、
   上記固定電極と上記可動電極との間に上記網目構造板及び上記平板を挟み込んだときに、上記可動電極に同時に接触する複数の上記凸部における孔がなくなるまで複数の該凸部を押し潰すよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。
3. 上記固定電極と上記可動電極との間に上記網目構造板及び上記平板を挟み込み、上記固定電極と上記可動電極との間に通電する電流値を徐々に増加させて、上記可動電極によって上記表面凹凸における複数の凸部を押し潰した後、上記電流値を所定の値に維持して、上記網目構造板と上記平板とを溶接するよう構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスポット溶接装置。
4. 表面凹凸及び孔が規則的に複数形成された網目構造板と平板とを重ねて、該網目構造板及び該平板を、該平板の側に配置された固定電極と、上記網目構造板の側に配置された可動電極との間に挟み込むとともに、上記固定電極と上記可動電極との間に通電して、上記網目構造板と上記平板とのスポット溶接を行う方法であって、
   上記固定電極は、ベース電極部と、該ベース電極部の中心部分から、該ベース電極部の外形よりも小さな外形で突出する突出電極部とを有しており、
   上記可動電極の先端の外形は、上記固定電極の先端の外形よりも小さくしてあり、
   上記固定電極と上記可動電極との間に上記網目構造板及び上記平板を挟み込み、上記可動電極の先端を上記表面凹凸における複数の凸部に同時に接触させ、上記固定電極と上記可動電極との間に通電する電流値を徐々に増加させて、上記可動電極によって該可動電極に同時に接触する上記複数の凸部を、平坦状になるまで押し潰した後、上記電流値を所定の値に維持して、上記網目構造板と上記平板とを溶接することを特徴とするスポット溶接方法。
5. 上記網目構造板は、折曲変形された平板素材によって形成され、かつ複数の上記孔が、上記網目構造板の板面に沿った一方向に向けて開口しているものであり、
   上記固定電極と上記可動電極との間に上記網目構造板及び上記平板を挟み込んだときに、上記可動電極に同時に接触する複数の上記凸部における孔がなくなるまで複数の該凸部を押し潰すことを特徴とする請求項４に記載のスポット溶接方法。

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