JP5880301B2

JP5880301B2 - スポット溶接の接合方法

Info

Publication number: JP5880301B2
Application number: JP2012135422A
Authority: JP
Inventors: 橋本　幹夫; 橋本　　幹夫
Original assignee: Nidec Sankyo CMI Corp
Current assignee: Nidec Material Corp
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2032-06-15
Also published as: JP2014000576A

Description

本発明は、同一線上に間隔を置いて対向配置された電極間に、重ね合わせた被溶接部材を配置した後、当該電極によって当該被溶接部材を圧着するとともに、当該電極に電流を流して接合するスポット溶接の接合方法に関するものである。

一般に、スポット溶接は、図２に示すように、同一線上に間隔を置いて配設された電極２間に、重ね合わせた２枚の母材（被溶接材料）１を配置し、当該電極２により当該被溶接部材１を圧着しながら電流を流し、その抵抗熱により圧着部分の金属を溶融して接合するものである。このスポット溶接は、電気抵抗を利用した溶接であることから、抵抗溶接ともいわれる。

また、このスポット溶接は、比較的薄い板（薄板板金）の接合も可能なため、３枚以上の板金を一度に接合することもできる。したがって、様々なものの接合に用いられている。特に、自動車のボディを製造する際に多用されている。このような自動車のボディの製造に用いる場合、溶接を行う部分をガン、電気を供給する装置を溶接電源（あるいは単に溶接機）と呼ぶ。そして、スポット溶接のガンは大きなものが多く、通常は産業用ロボットに取り付けて使用される。

ところで、抵抗溶接であるスポット溶接は、被溶接部材同士が重なる面の平面度が悪いと接触面に空間が生じ、溶接箇所に電流が集中せず上手く溶接することができないため、溶接不具合が発生してしまう。この溶接不具合の対策として、例えば、図３に示すように、被溶接部材１同士が重なり合う面の一方の面の溶接箇所に、凸部を設けて溶接する方法が一般的に用いられている。この方法は、溶接箇所の接触を安定させ、当該溶接箇所に電流を集中させることによって、被溶接部材１の溶接体積を均一にして、溶接状態を安定させることができる。なお、凸部４は、上パンチと、この上パンチとの対向面に凹部が設けられた下パンチとの間に被溶接部材１を配置して、当該上パンチにより被溶接部材１の一方側を押圧することによって、当該被溶接部材１が塑性変形し、他方側が上記凹部に押し込まれて形成される。

ところが、上記方法は、重ね合わせる２枚の被溶接部材１の板厚寸法に、殆ど差がない場合には有効であるが、重ね合わせる２枚の被溶接部材１の一方の板厚寸法が、他方の板厚寸法の３倍以上ある場合には、熱容量の差から板厚寸法の小さい被溶接部材の方が先に大きく溶けてしまうことになり、溶接不具合が発生してしまうという問題がある。また、異なる板厚寸法の被溶接部材同士を重ね合わせて溶接する場合、溶接機の条件設定が難しく、生産性が低下してしまうという問題もある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、被溶接部材を重ね合わせて溶接する際に、各々の被溶接部材の板厚寸法が異なっていた場合でも、良好な溶接を行うことができるスポット溶接の接合方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、同一線上に間隔を置いて対向配置された電極間に、ステンレスを含めた鋼板からなる第１の被溶接部材と、厚さ寸法が上記第１の被溶接部材の厚さ寸法の１／３以下のステンレスを含めた鋼板からなる第２の被溶接部材とを重ね合わせて配置した後、当該電極によって当該第１および第２の被溶接部材を圧着するとともに、当該電極に電流を流して接合するスポット溶接の接合方法において、上記第２の被溶接部材の表面と上記電極の間に、ステンレスを含めた鋼板からなり、上記第１の被溶接部材との板厚寸法の差に相当する厚さ寸法を有するとともに上記電極の径寸法よりも大径の円形平板状のダミー部材を配設した後に、上記電極によって上記第１および第２の被溶接部材ならびに上記ダミー部材を圧着して、当該電極を流すことにより上記第１および第２の被溶接部材ならびに上記ダミー部材を溶融させて、当該第１の被溶接部材と第２の被溶接部材および当該第２の被溶接部材とダミー部材を接合することを特徴とするものである。

請求項１に記載の本発明によれば、第１の被溶接部材と、これより板厚寸法の小さい第２の被溶接部材を重ね合わせてスポット溶接する際、当該第２の被溶接部材の表面と電極との間に、上記第１の被溶接部材との板厚寸法の差に相当する厚さ寸法を有する平板状のダミー部材を配設した後、これらを電極間に配置して圧着し、当該電極に電流を流して圧着部の電気抵抗による発熱により、当該圧着部を溶融させて接合するため、重ね合わせる被溶接部材が異なる板厚寸法であっても、上記ダミー部材により板厚寸法の差が相殺され、溶接箇所の熱容量を同じにすることができ、板厚寸法の小さい上記第２の被溶接部材が先に大きく溶けてしまう不具合をなくすことができるとともに、溶接箇所の熱容量を同じにすることにより、溶接機の条件設定を容易に行うことができる。これにより、溶接不具合を低減して、歩留まりを改善するとともに、生産性を向上させることができる。

また、上記第２の被溶接部材に、上記ダミー部材を配設することによって、当該ダミー部材も共に溶融されて当該第２の被溶接部材に溶接されるため、溶接部分の強度も向上させることができ、品質の安定した製品を得ることができる。

特に、上記第２の被溶接部材の厚さ寸法が、上記第１の被溶接部材の板厚寸法の１／３以下であるため、上記ダミー部材を配設することにより、溶接不具合を軽減し、効率的にスポット溶接を行うことができる。

本発明の一実施形態のスポット溶接の接合方法を模した概略図である。従来の一般的なスポット溶接の接合方法を模した概略図である。従来の異なる板厚寸法の被溶接部材のスポット溶接の接合方法を模した概略図である。第１の被溶接部材に設ける凸部の形成方法を模した概略図である。サーモスイッチのエレメントの製造方法を模した概略図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態のスポット溶接の接合方法に用いられる溶接装置は、同一線上に間隔を置いて対向配置されるとともに、一方が他方に対して進退自在に可動し、かつ重ね合わせた被溶接部材１およびダミー部材３を圧着可能な電極２を備えて概略構成されている。

ここで、被溶接部材１は、ステンレスを含めた鋼板からなる第１の被溶接部材１ｂと、ステンレスを含めた鋼板からなり、第１の被溶接部材１ｂよりも板厚寸法の小さい第２の被溶接部材１ａから構成されている。さらに、第２の被溶接部材１ａは、その板厚寸法が、第１の被溶接部材１ｂの板厚寸法の１／３以下である。なお、各々の被溶接部材１ａ、１ｂは、ステンレスを含む鋼板を用いるが、銅板の場合には、熱の逃げが大きく、当該銅板を溶融温度まで上げるためには、かなりの電流を流す必要があるため、スポット溶接には不向きな金属板である。

また、ダミー部材３は、ステンレスを含めた鋼板からなるとともに、円形平板状に形成されている。このダミー部材３は、その径寸法が電極２の径寸法よりも大きく形成されている。また、ダミー部材３は、第２の被溶接部材１ａと重ね合わせた際に、第１の被溶接部材１ｂとの板厚寸法の差を相殺する厚さ寸法に形成されている。

このため、第１の被溶接部材１ｂと第２の被溶接部材１ａとを効率的にスポット溶接することができる。なお、板厚寸法の差が僅かな場合には、ダミー部材３を配設することなく、スポット溶接を行うことにより、無駄なコストを省き効率的に溶接することができる。

さらに、第１の被溶接部材１ｂは、第２の被溶接部材１ａとの当接面に、凸部４が一体に設けられている。この凸部４は、同一線上に間隔を置いて対向配置された電極２により溶接される箇所に設けられている。この凸部４は、図４に示すように、上パンチ５と、この上パンチ５との対向面に凹部６ａが設けられた下パンチ６との間に、第１の被溶接部材１ｂを配置し、上パンチ５により第１の被溶接部材１ｂの一方側を押圧することによって、この第１の被溶接部材１ｂが塑性変形し、他方側が凹部６ａ内に押し込まれて形成される。

また、凸部４を形成する際に、上パンチ５の押し込み量は、凸部プレスストロークにより調整して設定される。このため、素材の厚さは上パンチ５のパンチ径の範囲で薄くなる。なお、一般的な軟鋼系の鋼板は、板厚の２０％以下の押し込み量を設定する。

以上の構成によるスポット溶接の装置を用いて、第１の被溶接部材１ｂと、これよりも板厚寸法の小さい第２の被溶接部材１ａとを重ね合わせてスポット溶接する接合方法について説明する。
なお、本実施形態において、第１の被溶接部材１ｂと、これよりも板厚寸法の小さい第２の被溶接部材１ａとをスポット溶接によって接合する方法を図５に示すサーモスイッチのエレメント１０を用いて説明する。

また、図５に示すように、サーモスイッチのエレメント１０は、有底円筒状のケーシング（第１の被溶接部材１ｂ）８と、有底円筒状の下ダイヤフラム（第２の被溶接部材１ａ）７と、有底円筒状の上ダイヤフラム９とから概略構成されている。また、ケーシング８および下ダイヤフラム７は、底部に同形状の貫通孔が設けられている。さらに、下ダイヤフラム７の板厚寸法が、ケーシング８の板厚寸法の１／３以下に形成されている。

そして、まずケーシング８内に、下ダイヤフラム７の底部側を下にして挿入する。この際、ケーシング８の底部に設けられた上記貫通孔と、下ダイヤフラム７の底部に設けられた上記貫通孔とが同心上に配置される。

次いで、ダミー部材３を下ダイヤフラム７の底面に配置する。このダミー部材３は、円形平板状に形成され、中心にケーシング８の底部および下ダイヤフラム７の底部に設けられた上記貫通孔と同形状の孔部が形成れている。また、当該ダミー部材３は、下ダイヤフラム７と重ね合わせた際に、ケーシング８の板厚寸法との差を相殺する厚さ寸法に形成されている。

さらに、ダミー部材３の上記孔部は、下ダイヤフラム７の上記貫通孔と同心上に配置される。また、ケーシング８の下ダイヤフラム７との当接面には、ダミー部材３を配置した際、このダミー部材３の円周方向の溶接箇所に複数の凸部４が設けられている。

そして、同一線上に間隔を置いて対向配置された電極２間に、ケーシング８に形成された凸部４の位置を当該電極２に合わせ、重ね合わせたダミー部材３、下ダイヤフラム７、ケーシング８を配置する。

次に、上方に位置する一方の電極２を、他方の電極２側に近接させるとともに、この電極２間において、重ね合わせたダミー部材３、下ダイヤフラム７、ケーシング８を圧着し、当該電極２に電流を流す。これにより、ダミー部材３、下ダイヤフラム７、ケーシング８の各々の圧着部分が電気抵抗により生じた熱によって溶融し、ダミー部材３と下ダイヤフラム７、および下ダイヤフラム７とケーシング８が接合される。

その際、下ダイヤフラム７に、この下ダイヤフラム７とケーシング８との厚さ寸法の差に相当する板厚寸法を有するダミー部材３が配設されているため、下ダイヤフラム７とケーシング８との溶接箇所の熱容量を同じにすることができ、板厚寸法の小さい下ダイヤフラム７が先に大きく溶けてしまう不具合をなくすことができるとともに、上記溶接箇所の熱容量を同じにすることにより、溶接機の条件設定を容易に行うことができる。これにより、溶接不具合を低減して、歩留まりを改善するとともに、生産性を向上させることができる。また、ダミー部材３も共に溶接されるため、溶接部分の強度も向上させることができる。

また、ケーシング９の下ダイヤフラム７との間に、凸部４が設けられているため、溶接する接合部の接触を安定させて、電極２に通電された電流を当該接合部に集中させることができ、安定した溶接を行うことができる。

そして、上ダイヤフラム９をケーシング８に圧入するとともに、この上ダイヤフラム９と、下ダイヤフラム７とをレーザー溶接によって接合し、ケーシング８を封止する。このサーモスイッチのエレメント１０を圧力センサなどに用いて低圧を検知する場合、ダイヤフラムの板厚寸法を小さくする必要があるため、本発明のスポット溶接の接合方法を用いることにより、簡便に対応することができる。

また、板厚寸法の小さいダイヤフラムを用いた場合、上ダイヤフラム９に歪みゲージを取り付けることによって、微小圧力センサとして利用することができる。さらに、水圧による板厚寸法を小さくしたダイヤフラムの変位を利用することにより、水位センサとして利用することもできる。

異なる板厚寸法の被溶接部材を重ね合わせてスポット溶接する場合に用いることができる。

１被溶接部材
１ａ第２の被溶接部材
１ｂ第１の被溶接部材
２電極
３ダミー部材
４凸部

Claims

同一線上に間隔を置いて対向配置された電極間に、ステンレスを含めた鋼板からなる第１の被溶接部材と、厚さ寸法が上記第１の被溶接部材の厚さ寸法の１／３以下のステンレスを含めた鋼板からなる第２の被溶接部材とを重ね合わせて配置した後、当該電極によって当該第１および第２の被溶接部材を圧着するとともに、当該電極に電流を流して接合するスポット溶接の接合方法において、
上記第２の被溶接部材の表面と上記電極の間に、ステンレスを含めた鋼板からなり、上記第１の被溶接部材との板厚寸法の差に相当する厚さ寸法を有するとともに上記電極の径寸法よりも大径の円形平板状のダミー部材を配設した後に、上記電極によって上記第１および第２の被溶接部材ならびに上記ダミー部材を圧着して、当該電極を流すことにより上記第１および第２の被溶接部材ならびに上記ダミー部材を溶融させて、当該第１の被溶接部材と第２の被溶接部材および当該第２の被溶接部材とダミー部材を接合することを特徴とするスポット溶接の接合方法。