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技術 スポット溶接方法

出願人 本田技研工業株式会社
発明者 伊賀上光隆青木裕志柴田薫
出願日 2012年4月5日 (8年2ヶ月経過) 出願番号 2012-086564
公開日 2013年10月24日 (6年8ヶ月経過) 公開番号 2013-215748
状態 特許登録済
技術分野 スポット溶接
主要キーワード 加圧制御装置 先端面積 超音波透過率 通電制御装置 説明的断面図 金属製板材 電極チップ間 超音波送受信器
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年10月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

電極チップ金属製板材に対する接触又は金属製板材同士の接触の状態によらず、優れた品質ナゲットを形成することができるスポット溶接方法を提供する。

解決手段

本発明のスポット溶接方法は、金属製板材1a,1bを1対の電極チップ2a,2bで挟持し、通電することにより金属製板材1a,1bの接触界面にナゲット3を形成する。電極チップ2aに超音波送受信器3を設け、金属製板材1a,1bに超音波発振し、反射波から電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積又は金属製板材1a,1b同士の接触面積を検出し、接触面積に応じて電極チップ2a,2b間に通電する電流値を制御する。

概要

背景

従来、積層された複数枚金属製板材を1対の電極チップで挟持し、該1対の電極チップ間通電して該金属製板材の接触界面に抵抗発熱を発生させることにより、該接触界面にナゲットを形成させるスポット溶接が知られている。前記ナゲットは、前記抵抗発熱により前記接触界面近傍の該金属製板材を溶融させることにより形成される。

前記スポット溶接では、前記金属製板材を溶融させる際に、前記電極チップの加圧力が大きいとスパッタスパークが発生することがある。そこで、前記スパッタやスパークの発生を回避するために、前記電極チップに超音波送受信器を設け、前記接触界面に向けて超音波発振することにより、前記金属製板材の溶融状態監視することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。

このようにするときには、前記金属製板材の溶融状態に応じて前記電極チップの加圧力を制御することにより、前記スパッタやスパークの発生を回避することができる。

概要

電極チップの金属製板材に対する接触又は金属製板材同士の接触の状態によらず、優れた品質のナゲットを形成することができるスポット溶接方法を提供する。本発明のスポット溶接方法は、金属製板材1a,1bを1対の電極チップ2a,2bで挟持し、通電することにより金属製板材1a,1bの接触界面にナゲット3を形成する。電極チップ2aに超音波送受信器3を設け、金属製板材1a,1bに超音波を発振し、反射波から電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積又は金属製板材1a,1b同士の接触面積を検出し、接触面積に応じて電極チップ2a,2b間に通電する電流値を制御する。

目的

本発明は、前記不都合を解消して、電極チップの金属製板材に対する接触又は金属製板材同士の接触の状態によらず、優れた品質のナゲットを形成することができるスポット溶接方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

積層された複数枚金属製板材を1対の電極チップで挟持し、該1対の電極チップ間通電することにより、該複数枚の金属製板材の接触界面にナゲットを形成するスポット溶接方法において、該電極チップに超音波送受信器を設け、該超音波送受信器から該複数枚の金属製板材に超音波発振し、受信された反射波から該電極チップの該金属製板材に対する接触面積又は該金属製板材同士の接触面積を検出し、該接触面積に応じて該1対の電極チップ間に通電する電流値を制御することを特徴とするスポット溶接方法。

請求項2

請求項1記載のスポット溶接方法において、前記電極チップの前記金属製板材に対する接触面積と、該金属製板材同士の接触面積とを比較し、小さい方の接触面積に応じて該1対の電極チップ間に通電する電流値を制御することを特徴とするスポット溶接方法。

請求項3

請求項1又は請求項2記載のスポット溶接方法において、前記電極チップの前記金属製板材に対する接触面積が、該金属製板材同士の接触面積より小さいときに、該1対の電極チップ間に溶接のための電流印加する前に、予め該電流より弱い電流を印加することを特徴とするスポット溶接方法。

請求項4

請求項1又は請求項2記載のスポット溶接方法において、前記金属製板材同士の接触面積が、前記電極チップの該金属製板材に対する接触面積より小さいときに、該1対の電極チップの加圧力を増加することを特徴とするスポット溶接方法。

技術分野

0001

本発明は、スポット溶接方法に関する。

背景技術

0002

従来、積層された複数枚金属製板材を1対の電極チップで挟持し、該1対の電極チップ間通電して該金属製板材の接触界面に抵抗発熱を発生させることにより、該接触界面にナゲットを形成させるスポット溶接が知られている。前記ナゲットは、前記抵抗発熱により前記接触界面近傍の該金属製板材を溶融させることにより形成される。

0003

前記スポット溶接では、前記金属製板材を溶融させる際に、前記電極チップの加圧力が大きいとスパッタスパークが発生することがある。そこで、前記スパッタやスパークの発生を回避するために、前記電極チップに超音波送受信器を設け、前記接触界面に向けて超音波発振することにより、前記金属製板材の溶融状態監視することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。

0004

このようにするときには、前記金属製板材の溶融状態に応じて前記電極チップの加圧力を制御することにより、前記スパッタやスパークの発生を回避することができる。

先行技術

0005

特開2011−200868号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、スポット溶接では、電流密度が過大になったときにもスパッタが発生するという不都合がある。前記電流密度が過大になる例としては、電極チップの金属製板材に対する接触面積よりも金属製板材同士の接触面積が小さい場合、電極チップが金属製板材に対し斜めに接触している場合、電極チップが金属製板材に対し片当たりしている場合等が考えられる。

0007

また、スポット溶接では、前記電極チップが磨耗するなどして、金属製板材に対する接触面積が大きくなると、電流密度が低くなり、優れた品質のナゲットを形成することができないことがあるという不都合がある。

0008

そこで、本発明は、前記不都合を解消して、電極チップの金属製板材に対する接触又は金属製板材同士の接触の状態によらず、優れた品質のナゲットを形成することができるスポット溶接方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

かかる目的を達成するために、本発明のスポット溶接方法は、積層された複数枚の金属製板材を1対の電極チップで挟持し、該1対の電極チップ間に通電することにより、該複数枚の金属製板材の接触界面にナゲットを形成するスポット溶接方法において、該電極チップに超音波送受信器を設け、該超音波送受信器から該複数枚の金属製板材に超音波を発振し、受信された反射波から該電極チップの該金属製板材に対する接触面積又は該金属製板材同士の接触面積を検出し、該接触面積に応じて該1対の電極チップ間に通電する電流値を制御することを特徴とする。

0010

本発明のスポット溶接方法では、前記電極チップに設けられた超音波送受信器から前記複数枚の金属製板材に超音波を発振し、反射波を受信することにより、該電極チップの該金属製板材に対する接触面積又は該金属製板材同士の接触面積を検出する。そして、検出された接触面積に応じて該1対の電極チップ間に通電する電流値を制御することにより、前記接触面積の大小に拘わらず電流密度を一定としてスポット溶接を安定して行うことができ、優れた品質のナゲットを形成することができる。

0011

また、本発明のスポット溶接方法では、前記電極チップの前記金属製板材に対する接触面積と、該金属製板材同士の接触面積とを比較し、小さい方の接触面積に応じて該1対の電極チップ間に通電する電流値を制御することが好ましい。前記1対の電極チップ間に通電する場合、電流密度は、前記電極チップの前記金属製板材に対する接触面積と、該金属製板材同士の接触面積との小さい方の面積により決定される。従って、前記いずれかの接触面積のうち、小さい方の接触面積に応じて該1対の電極チップ間に通電する電流値を制御することにより、電流密度を一定としてスポット溶接をさらに安定して行うことができ、さらに優れた品質のナゲットを形成することができる。

0012

ここで、前記電極チップの前記金属製板材に対する接触面積が、該金属製板材同士の接触面積より小さいときには、前記1対の電極チップ間に溶接のための電流印加する前に、予め該電流より弱い電流を印加することが好ましい。前記金属製板材は、通電することにより軟化するので、前記溶接のための電流を印加する前に、予め該電流より弱い電流を印加することにより、前記電極チップの前記金属製板材に対する接触面積を増大させて、該金属製板材同士の接触面積に近づけることができる。

0013

この結果、前記電極チップと前記金属製板材との接触界面における電流密度を、該金属製板材同士の接触界面における電流密度に近づけることができ、電流密度を一定としてスポット溶接をより一層安定して行うことができ、より一層優れた品質のナゲットを形成することができる。

0014

また、前記金属製板材同士の接触面積が、前記電極チップの該金属製板材に対する接触面積より小さいときには、該1対の電極チップの加圧力を増加することが好ましい。前記金属製板材は、前記1対の電極チップの加圧力を増加することにより、該金属製板材同士の接触面積を増大させて、該電極チップの該金属製板材に対する接触面積に近づけることができる。

0015

この結果、前記金属製板材同士の接触界面における電流密度を、前記電極チップと該金属製板材との接触界面における電流密度に近づけることができ、電流密度を一定としてスポット溶接をより一層安定して行うことができ、より一層優れた品質のナゲットを形成することができる。

図面の簡単な説明

0016

本実施形態の第1の態様のスポット溶接方法を示す説明的断面図
本実施形態のスポット溶接方法の第1の態様において、超音波送受信器により受信される超音波の波形を示すグラフ
本実施形態の第2の態様のスポット溶接方法を示す説明的断面図。
本実施形態のスポット溶接方法の第2の態様において、超音波送受信器により受信される超音波の波形を示すグラフ。

実施例

0017

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

0018

まず、本実施形態の第1の態様について説明する。

0019

本実施形態のスポット溶接方法は、図1に示す装置により実施することができる。図1に示すスポット溶接装置は、積層された2枚の金属製板材1a,1bに当接される電極チップ2a,2bを備え、電極チップ2aには超音波送受信器3が内蔵されている。超音波送受信器3は、主制御装置4に接続されている。

0020

主制御装置4は、超音波送受信器3を制御し、超音波送受信器3が受信した超音波の解析を行う。また、主制御装置4は、通電制御装置5を介して電極チップ2a,2bに通電される電流を制御すると共に、加圧制御装置6を介して電極チップ2a,2bに対する加圧力を制御する。

0021

本実施形態のスポット溶接方法は、まず、積層された2枚の金属製板材1a,1bを1対の電極チップ2a,2bで挟持する。ここで、第1の態様では、金属製板材1a,1bは、両者の接触界面に間隙ができないように積層され、電極チップ2a,2bはその軸が金属製板材1a,1bに対して垂直になるようにされており、加圧制御装置6により金属製板材1a,1bに圧接されている。

0022

次に、通電制御装置5により電極チップ2a,2b間に通電することにより、金属製板材1a,1bの接触界面にナゲット7を形成する。ここで、図1に示すように、金属製板材1a,1bが、両者の接触界面に間隙ができないように積層されているときには、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触界面における電流密度がそのまま金属製板材1a,1b間の接触界面における電流密度となる。従って、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積に対して通電される電流により、ナゲット7の品質が決定される。

0023

そこで、本態様では、主制御装置4が、超音波送受信器3から金属製板材1a,1bの接触界面に向けて超音波を発振し、受信された反射波を解析することにより、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積を検出する。そして、前記接触面積に応じて、通電制御装置5により電極チップ2a,2b間に通電する電流値を制御する。前記電流値の制御は、具体的には、前記接触面積に対し、単位面積当たりの電流値(電流密度)が一定になるようにする。

0024

次に、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積を検出する方法について説明する。まず、電極チップ2aが金属製板材1aに接触していない場合には、超音波送受信器3から発振された超音波は、電極チップ2aの先端部において全反射される。前記全反射は、金属からなる電極チップ2aを伝達媒体としていた超音波が、電極チップ2aの先端部で空気に接触したときに、伝達媒体の密度が急激に変化することによる。このとき、超音波送受信器3により受信される超音波の波形を図2(a)に示す。図2(a)において、Aは、前記全反射したときの超音波の振幅である。

0025

次に、電極チップ2aが金属製板材1aに接触しているときには、超音波送受信器3から発振された超音波は、電極チップ2aと金属製板材1aとの接触界面において、その一部が金属製板材1aに伝達され、残部が反射する。前記超音波の一部が金属製板材1aに伝達されるのは、電極チップ2aと金属製板材1aとが共に金属からなり、両者の接触界面における伝達媒体の密度の変化が少ないことによる。このとき、超音波送受信器3により受信される超音波の波形を図2(b)に示す。

0026

図2(b)における超音波の振幅X1は、図2(a)における全反射した超音波の振幅Aよりも小さくなっており、このとき主制御装置4は、前記超音波が金属製板材1aに伝達される割合を示す超音波透過率を、次式(1)で求めることができる。

0027

超音波透過率=(1−X1/A) ・・・(1)
また、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積は、前記超音波透過率と、電極チップ2aの先端面積との積で表すことができる。そこで、電極チップ2aの半径をr、円周率をπとすると、前記接触面積は、次式(2)で求めることができる。

0028

接触面積=(1−X1/A)×πr2 ・・・(2)
そこで、本実施形態のスポット溶接方法では、前述のようにして、主制御装置4が電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積を検出し、該接触面積に対し単位面積当たりの電流値が一定になるように、通電制御装置5により電極チップ2a,2b間に通電する電流値を制御する。この結果、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積の大小に拘わらず、電流密度を一定にすることができ、前記スポット溶接を安定して行うことができ、優れた品質のナゲット7を形成することができる。

0029

次に、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積が小さいと、超音波送受信器3から発振された超音波は、金属製板材1aに伝達される部分が小さくなり、反射する部分が大きくなる。この結果、超音波送受信器3により受信される超音波の波形は、図2(c)に示すように、振幅X2がX1よりも大きくなる。

0030

このとき、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積は、(2)式の場合と同様にして、次式(3)で求めることができる。

0031

接触面積=(1−X2/A)×πr2 ・・・(3)
この場合、超音波送受信器3により受信される超音波の波形の振幅がX1の場合と同様に、接触面積に対し単位面積当たりの電流値が一定になるように、通電制御装置5により電極チップ2a,2b間に通電する電流値を制御してもよい。しかし、この場合には、予め通電制御装置5により、スポット溶接のために電極チップ2a,2b間に通電する前記電流値より弱い電流を印加することが好ましい。

0032

このようにすると、前記弱い電流により金属製板材1aが軟化し、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積が増加する。そこで、前記接触面積の増加を主制御装置4により監視し、該接触面積が所要の大きさとなったところで、通電制御装置5により、電極チップ2a,2b間に通電する電流を、スポット溶接のための電流値に切り替えることにより、優れた品質のナゲット7を形成することができる。

0033

次に、本実施形態の第2の態様について説明する。第2の態様では、図3に示すように、積層された2枚の金属製板材1a,1bの間に間隙8がある。このときには、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積に対し、金属製板材1a,1bの接触面積の方が小さくなる。

0034

そこで、本態様では、主制御装置4が、超音波送受信器3から金属製板材1a,1bの接触界面に向けて超音波を発振し、受信された反射波を解析することにより、金属製板材1a,1bの接触面積を検出する。そして、前記接触面積に対し、単位面積当たりの電流値(電流密度)が一定になるように、通電制御装置5により、電極チップ2a,2b間に通電する電流値を制御する。

0035

次に、金属製板材1a,1bの接触面積を検出する方法について説明する。

0036

図3に示す態様では、超音波送受信器3から発振された超音波は、電極チップ2aと金属製板材1aとの接触界面において、その一部が金属製板材1aに伝達され、残部が反射するとともに、間隙8においても反射波が発生する。このとき、超音波送受信器3により受信される超音波の波形を図4に示す。

0037

図4における超音波の振幅X1は、電極チップ2aと金属製板材1aとの接触界面における反射波の振幅であり、振幅Y1は間隙8における反射波の振幅である。そこで、主制御装置4は、このとき前記超音波が金属製板材1aに伝達される割合を示す超音波透過率を、次式(4)で求めることができる。Aは式(1)〜(3)の場合と同義であり、全反射した超音波の振幅である。

0038

超音波透過率=(1−(X1+Y1)/A) ・・・(4)
また、金属製板材1a,1bの接触面積は、前記超音波透過率と、電極チップ2aの先端面積との積で表すことができる。そこで、電極チップ2aの半径をr、円周率をπとすると、前記接触面積は、次式(5)で求めることができる。

0039

接触面積=(1−(X1+Y1)/A)×πr2 ・・・(5)
そこで、本実施形態のスポット溶接方法では、前述のようにして、主制御装置4が金属製板材1a,1bの接触面積を検出し、該接触面積に対し単位面積当たりの電流値が一定になるように、通電制御装置5により、電極チップ2a,2b間に通電する電流値を制御する。この結果、金属製板材1a,1bの接触面積の大小に拘わらず、電流密度を一定にすることができ、前記スポット溶接を安定して行うことができ、優れた品質のナゲット7を形成することができる。

0040

また、この場合には、加圧制御装置6により、電極チップ2a,2bによる加圧力を増加することが好ましい。このようにすると、前記加圧力の増加により、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積が増加する。そこで、前記接触面積の増加を主制御装置4により監視し、該接触面積が所要の大きさとなったところで、通電制御装置5により、電極チップ2a,2b間に通電する電流を、スポット溶接のための電流値に切り替えることにより、優れた品質のナゲット7を形成することができる。

0041

1a,1b…金属製板材、 2a,2b…電極チップ、 3…超音波送受信器、 7…ナゲット、 8…間隙。

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