特開 2023-147941 溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023147941

(43)【公開日】2023-10-13

(54)【発明の名称】溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 11/30 20060101AFI20231005BHJP

   B23K 11/11 20060101ALI20231005BHJP

   B23K 11/20 20060101ALN20231005BHJP

【ＦＩ】

B23K11/30

B23K11/11 540

B23K11/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022055731

(22)【出願日】2022-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100103078

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(74)【代理人】

【識別番号】100130650

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 泰光

(74)【代理人】

【識別番号】100168099

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 伸太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(74)【代理人】

【識別番号】100200609

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 智和

(72)【発明者】

【氏名】今本 和伸

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】浅井 雄一

(72)【発明者】

【氏名】森田 智也

【テーマコード（参考）】

4E165

【Ｆターム（参考）】

4E165AA32

4E165AB02

4E165BB02

4E165BB12

4E165BB25

(57)【要約】      （修正有）

【課題】接合強度を維持した異種板材の重ね合わせ接合を簡便に行うことができる溶接方法を提供する。
【解決手段】互いに対向する一対の溶接電極３，４で複数枚の異種板状被溶接物を重ね合わせ状態で加圧挟持し、両溶接電極３，４間に溶接電流を通電して行う溶接方法であって、上記溶接電流の通電期間の少なくとも一部を含む所定の期間、一対の溶接電極３，４の少なくとも一方を回転させる。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに対向する一対の溶接電極で複数枚の異種板状被溶接物を重ね合わせ状態で加圧挟持し、両溶接電極間に溶接電流を通電して行う溶接方法であって、
上記溶接電流の通電期間の少なくとも一部を含む所定の期間、上記一対の溶接電極の少なくとも一方を回転させることを特徴とする、溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接方法に関し、詳しくは、対向する一対の電極間に複数枚の板状被溶接物を重ね合わせた状態で加圧挟持し、一対の電極間に通電することにより複数枚の板状被溶接物を接合する溶接方法に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の溶接法は、スポット溶接法と呼ばれ、例えば特許文献１に示されているように、相互に対向する一対の溶接電極を備えた溶接ガンを用いて行われ、従来、鋼鈑どうしの重ね合わせ接合に好適に用いられてきた。

【0003】

近年、例えば車両製造の分野において、軽量化等の要請から、異種材料の板材を重ね合わせ、接合する場合がある。例えば、鋼鈑とアルミニウム合金板との重ね合わせた接合にあたり、従来一般的なスポット溶接法を用いると、界面に脆い金属間化合物が形成され、安定した接合強度を維持することができないという問題がある。

【0004】

鋼鈑とアルミニウム合金板を必要な接合強度を得ながら接合する方法として、例えばレーザ溶接法があるが、レーザ溶接法を用いる場合、レーザ発振のための特別な設備と莫大な電力が必要となり、コストダウンの要請に応えることができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４－３０６０９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、接合強度を維持した異種板材の重ね合わせ接合を簡便に行うことができる溶接方法を提供することをその課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

【0008】

すなわち、本発明によって提供される溶接方法は、互いに対向する一対の溶接電極で複数枚の異種板状被溶接物を重ね合わせ状態で加圧挟持し、両溶接電極間に溶接電流を通電して行う溶接方法であって、上記溶接電流の通電期間の少なくとも一部を含む所定の期間、上記一対の溶接電極の少なくとも一方を回転させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る溶接方法によれば、溶接電流の通電により異種板状被溶接物の界面付近に生じた溶融物ないし半溶融物と金属間化合物が溶接電極の回転により攪拌され、金属間化合物の脆さによる影響をなくし、または少なくした接合部が形成される。これにより、スポット溶接法のための簡便な設備を使用しつつ、コスト安く、必要な溶接強度を維持した異種板状被溶接物の重ね合わせ接合を行うことができる。

【0010】

本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明方法を実施するための溶接装置の概略構成図である。

【図2】上部電極の正面図である。

【図3】上部電極の底面図である。

【図4】下部電極の縦断面図である。

【図5】下部電極の平面図（図４のV-V方向矢視図）である。

【図6】下部電極の他の形態を示す平面図である。

【図7】本発明方法の作用説明図である。

【図8】本発明方法の作用説明図である。

【図9】本発明方法の作用説明図である。

【図10】本発明方法の作用説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

【0013】

図１～図４は、本発明に係る溶接方法を実施するためのスポット溶接機１の概要を示す。

【0014】

図１に示すように、スポット溶接機１は、ロボット（図示せず）により３次元位置制御される溶接ガン２を有する。溶接ガン２は、上部電極３と、下部電極４とを有する。これら上部電極３と下部電極４は、同一軸線Ｌ上に対向配置され、上部電極３は、シリンダ２１等の加圧アクチュエータによって軸線Ｌ方向に進退させられるようになっているとともに、回転機構３１により、軸線Ｌ周りに回転駆動可能となっており、下部電極４は、回転機構４１により軸線Ｌ周りに回転駆動可能となっている。上部電極３の回転駆動方向は、下部電極４の回転駆動方向と逆方向とされている。これにより、スポット溶接機１は、上部電極３を進出させることにより下部電極４との間に複数枚の被溶接板の重ね合わせ体５（図７、図８）を所定の圧力で挟持したうえで、両電極３，４間に所定の溶接電流を通電するとともに、上部電極３と下部電極４のいずれか一方または両方を上記軸線Ｌ周りに回転させることができる。

【0015】

図に示す実施形態では、上部電極３の先端形態と下部電極４の先端形態が異なっている。これは、図７に示すように、上部電極３側（上側）に鋼鈑５１を、下部電極４側（下側）にアルミニウム合金板５２を重ね合わせてこれらを溶接することを想定してそれに適した先端形態としたものである。

【0016】

具体的には、上部電極３の先端形態は、図２、図３によく表れているように、略円錐形をした先端面３２の法面３３に螺旋放射状に延びる複数の凸条３４を形成した形態を有する。法面３３の傾斜角θは、例えば１５．５°とされる。

【0017】

一方、下部電極４の先端形状は、図４、図５によく表れているように、外径を上部電極３の外径よりもやや大とするとともに、外周近くに軸線方向に突出するなだらかな凸部４２を有し、中央部に上記外周近くの凸部４２よりも突出量が小さいなだらかな凸部４３を有した形状である。外周近くの凸部４２は、図５に示すように、環状の凸部４２としてもよいし、図６に示すように、周方向に離隔した、複数の凸部４２としてもよい。

【0018】

なお、この実施形態の場合、上部電極３と下部電極４の極性は、好適には上部電極を－（マイナス）極、下部電極を＋（プラス）極とされる。

【0019】

次に、図７～図１０を参照し、本発明に係る溶接方法の一形態について説明する。

【0020】

上部電極３と下部電極４との間に、上位に鋼鈑５１を、下位にアルミニウム合金板５２を位置させた重ね合わせ体５を配置し（図７）、上部電極３を下動させて両電極３，４間に重ね合わせ体５を挟持し、上部電極３を一定圧力で鋼鈑５１の表面に押圧していく（図８）。すると、当該上部電極３の円錐状の先端面３２が鋼鈑５１の表面にめり込んでいき（同時に下部電極４の外周近くの凸部４２もアルミニウム合金板５２の下部表面にめり込む）、所定のタイミングで上部電極３と下部電極４との間に溶接電流を通電すると、重ね合わせ体５の厚み方向の内部に溶融部６が生じ、この溶融部６は重ね合わせ体５の全厚み方向に成長していく（図９）。本実施形態では、下位に位置するアルミニウム合金板５２のほうが上位に位置する鋼鈑５１よりも放熱性に優れていることと、下部電極４の周辺近くの凸部４２から上部電極３の円錐状の先端面３２の頂部に向かって電子路Ｅが収束気味となることとが相まって、溶融部６は鋼鈑５１の厚み方向内部から重ね合わせ体５の全厚み方向に成長していく。そしてこのとき、鋼鈑５１とアルミニウム合金板５２の界面に脆さを有する金属間化合物７が生成される。

【0021】

次いで、溶融部６が成長して鋼鈑５１の表面が熱で赤化し、半溶融状態となった時点で、上部電極３を軸線Ｌ周りに回転させる（図１０）。すると、この回転力が溶融部６の内部に及んでこの溶融部６は上記金属間化合物７とともに螺旋状にねじり攪拌される。これにより金属間化合物７は分散させられ、その脆さによる影響をなくし、または少なくした接合部６ａが形成される。これにより、スポット溶接法のための簡便な設備を使用しつつ、コスト安く、必要な溶接強度を維持した鋼鈑５１とアルミニウム合金板５２の重ね合わせ接合を行うことができる。本実施形態においては、上部電極３の先端面３２を円錐形とするとともに、法面に放射状の凸条３４が設けられているので、上部電極３の回転力が効果的に伝えられ、溶融部６のねじり攪拌を効果的に行いうる。

【0022】

上記した溶接方法において、上部電極３を回転させる期間は、溶接電流の通電期間内に開始されるが、通電期間内に終了してもよいし、通電期間終了後しばらく回転を継続してもよい。

【0023】

また、上記した溶接方法では、上部電極３のみを回転させたが、上部電極３と下部電極４の両方を回転させてもよい。この場合、上部電極３と下部電極４の回転方向は相互に逆方向とされる。

【0024】

もちろん、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、本発明の範囲に含まれる。

【0025】

例えば、上記実施形態では、鋼鈑５１とアルミニウム合金板５２とを重ね合わせ接合したが、本発明方法は、鋼鈑と導電性樹脂板、アルミニウム合金板と導電性樹脂板といった、各種の異種板材間接合に適用することができる。

【符号の説明】

【0026】

Ｌ 軸線
Ｅ 電子路
１ スポット溶接機
２ 溶接ガン
２１ シリンダ
３ 上部電極
３１ 回転機構
３２ 先端面
３３ 法面
３４ 凸条
４ 下部電極
４１ 回転機構
４２ 凸部（外周近く）
４３ 凸部（中心）
５ 重ね合わせ体
５１ 鋼鈑
５２ アルミニウム合金板
６ 溶融部
６ａ 接合部
７ 金属間化合物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】