本发明涉及点焊的改良技术。

已经有各种焊接方法得到实际应用。其中，点焊由于可以迅速接合薄板，所以在汽车的车体制造中被广泛采用。
点焊法是电阻焊接方法的一种，利用一对电极夹持被焊材料，一面加压一面通电，由此在金属板之间产生熔融部，通过使该熔融部凝固，将金属板彼此接合在一起。
但是，在点焊中，在焊接时火花向周围飞散，产生被称为飞溅的现象。这种飞溅现象被推测为由于短时间内在极小的面积上集中大电流进行熔融，膨胀作用和熔核生长之间的平衡被破坏，造成熔融金属的一部分飞散。这样，所投入的电能的一部分形成浪费，并且产生焊接熔核的形状不稳定的问题。
作为这种飞溅的对策，公知有在电极形状上下功夫的技术(例如，参照专利文献1)。
[专利文献1]日本特开平11-342477号公报(图3)根据附图说明专利文献1。
图21是说明现有技术的基本原理的图，使下部电极101形成为凸状，使上部电极102形成为凹状，在一对电极101、102之间，将钢板103和铝板104重叠配置，并连接直流电源105以向一对电极101、102通电。由于上部电极102为凹状，上面的铝板104局部向上鼓起，在板103、104之间产生间隙106。即使产生飞溅，也能够把该飞溅封闭在间隙106中(参照专利文献1第0017段)。
专利文献1如其权利要求1所述，是以接合铝和钢那样熔点不同的板为目的的发明。
因此，不适合钢板与钢板的接合。
并且，由于把飞溅封闭在间隙中，所以焊接结构看起来不完美。但是，如果产生飞溅，则导致焊接熔核不稳定，使强度降低。

本发明的课题是提供一种可以良好地防止产生飞溅的电阻焊接技术。
本发明之一的电阻焊接用电极在叠合金属板作为被焊材料、并通过在利用一对电极压接该被焊材料的状态下向所述电极通电来焊接所述被焊材料时使用，其特征在于，该电阻焊接用电极的至少一个电极的前端面为凹面。
本发明之二的电阻焊接用电极在叠合金属板作为被焊材料、并通过在利用一对电极压接该被焊材料的状态下向所述电极通电来焊接所述被焊材料时使用，其特征在于，该电阻焊接用电极的至少一个电极的前端面为凹面，在该凹面上具有使焊接电流分流的槽。
本发明之三的电阻焊接用电极在叠合金属板作为被焊材料、并通过在利用一对电极压接该被焊材料的状态下向所述电极通电来焊接所述被焊材料时使用，其特征在于，该电阻焊接用电极的一个电极的前端面为凹面，在该凹面上具有使焊接电流分流的槽，另一个电极的前端面为凸状。
本发明之四的电阻焊接用电极，其特征在于，所述槽是通过所述凹面的底部中心的放射槽。
本发明之五的电阻焊接方法，其特征在于，包括如下的步骤：准备由前端面为凹面的一个电极和前端为凸状的另一个电极构成的一对电极、把一个电极相对地按压在另一个电极上的按压单元、向所述电极提供焊接电流的供电单元、金属板叠合而成的被焊材料；利用一对电极夹持所述被焊材料，使被焊材料塑性变形；向电极间施加预定的按压并通电，从而实施焊接。
本发明之六的电阻焊接方法，其特征在于，包括如下的步骤：准备由前端面为凹面且在凹面上具有放射槽的一个电极和前端为凸状的另一个电极构成的一对电极、把一个电极相对按压在另一个电极上的按压单元、向所述电极提供焊接电流的供电单元、金属板叠合而成的被焊材料；利用一对电极夹持所述被焊材料，使被焊材料塑性变形；向电极间施加预定的按压并通电，从而实施焊接，其中，在利用所述槽使焊接电流分流的同时进行焊接。
本发明之七的焊接结构，其特征在于，包括：金属板叠合而成的被焊材料；接合该被焊材料的焊接熔核；在所述被焊材料的一个外表面上、在与焊接熔核对应的部位突起的凸部。
本发明之八的焊接结构，其特征在于，包括：金属板叠合而成的被焊材料；接合该被焊材料的焊接熔核；在所述被焊材料的一个外表面上、在与焊接熔核对应的部位突起的凸部；从该凸部进一步突起的凸筋部。
在本发明之一中，在电极前端设置凹面。通过使电极的前端形成为凹面，从电极侧看来，可以使叠合的被焊材料之间形成大面积的接触面。
另一方面，在以往的点焊中，从电极侧看来，在被焊材料之间形成点状接触面。点状接触面的接触面积较小，电流集中在该较小的接触面上，所以产生飞溅。
在本发明中，可以利用大面积的接触面抑制电流的过度集中，所以不会产生飞溅，能够提高焊接强度。
在本发明之二中，在电极的前端设置凹面，并且在凹面上设置槽。
在以往的点焊中，在一对电极之间产生一处熔融部并生长，形成焊接熔核，但在该过程中产生飞溅。
在本发明中，利用槽对焊接电极进行分流，所以在一对电极之间产生多处熔融部并生长，并且生长为一体，形成焊接熔核。因此，不会产生飞溅，能够提高焊接强度。
在本发明之三中，和本发明之二相同，通过槽对焊接电极进行分流，所以在一对电极之间产生多处熔融部并生长，并且生长为一体，形成焊接熔核。因此，不会产生飞溅，能够提高焊接强度。
在本发明之四中，槽形成为通过凹面中心的放射槽。如果是放射槽，则能够对称地划分曲面，能够使焊接电流更加均匀地分流。
在本发明之五中，在焊接步骤之前追加了对被焊材料进行塑性加工的步骤。通过实施塑性加工，可以提高金属板之间的紧密接触性，所以在连续的焊点之间，板与板之间不会产生间隙，特别对提高由多个焊点构成的焊接结构的焊接强度非常有效。
另外，采用前端为凹面的电极实施焊接。通过使电极的前端形成为凹面，从电极侧看来，可以在叠合的被焊材料之间形成大面积的接触面。如果是大面积的接触面，则可以扩大接触面积。通过这种较大的接触面可以抑制电流的过度集中，所以不会产生飞溅，能够提高焊接强度。
在本发明之六中，在焊接步骤之前追加了对被焊材料进行塑性加工的步骤。通过实施塑性加工，可以提高金属板之间的紧密接触性，所以在连续的焊点之间，板与板之间不会产生间隙，特别对提高由多个焊点构成的焊接结构的焊接强度非常有效。
另外，采用前端为凹面并且在该凹面上具有槽的电极实施焊接。可以通过槽对焊接电极进行分流，所以与本发明之五相比更加有效地提高焊接强度，并且不会产生飞溅。
在本发明之七中，在焊接结构上，除焊接熔核外，在被焊材料的一个外表面上、在对应焊接熔核的部位形成凸部。该凸部发挥提高刚性的作用，有助于焊接结构的焊接部以及其周边的强度提高和冲击吸收性的提高。
在本发明之八中，在焊接结构上，除焊接熔核外，在被焊材料的一个外表面上、在对应焊接熔核的部位形成凸部，在该凸部还形成凸筋部。凸部发挥提高刚性的作用。此外，凸筋部发挥加强筋的作用，有助于焊接结构的焊接部以及其周边的强度提高和冲击吸收性的提高。
因此，本发明之七和之八的焊接结构是比以往的点焊结构强度更大的部件。结果，能够容易地实现焊接结构的薄壁化、紧凑化、轻量化和高刚性化。

图1是本发明的电阻焊接装置的原理图。
图2是本发明的下部电极的详细图。
图3是本发明的电阻焊接方法的步骤图。
图4是利用本发明的电阻焊接方法制造的焊接结构的立体图。
图5是为了焊接实验而准备的电极的形状图。
图6是用于测量剪切强度的试验片的立体图。
图7是用于测量十字强度的试验片和试验夹具的立体图。
图8是图7的作用说明图。
图9是比较例1和实施例1～5的剪切强度比较图。
图10是比较例1和实施例1～5的十字强度比较图。
图11是比较例2和实施例6～10的剪切强度比较图。
图12是比较例2和实施例6～10的十字强度比较图。
图13是本发明的电极的变更实施例图。
图14是加压力测量法的原理图。
图15是所测量的加压力的曲线图。
图16是接触面积的示意图。
图17是焊接熔核的比较图。
图18是所得到的焊接结构的立体图。
图19是图18的主要部分剖面图。
图20是本发明的电极的其他变更实施例图。
图21是说明现有技术的基本原理的图。

以下，参照附图说明实施本发明的最佳方式。
另外，图13(b)、(c)用于说明本发明之一，图2和图20用于说明本发明之二和三，图2和图20(b)用于说明本发明之四，图14用于说明本发明之五，图3用于说明本发明之六，图18用于说明本发明之七，图4用于说明本发明之八。
图1是本发明的电阻焊接装置的原理图，电阻焊接装置10由以下部分构成：可以安装在机器人的臂上的コ形架11；固定在该コ形架11上的作为一个电极的下部电极12；安装在コ形架11上并且可以在图中上下移动的作为另一个电极的上部电极13；向着下部电极12按压该上部电极13的按压单元15；向一对电极12、13供电的供电单元16。
上部电极13是前端为凸状的普通电极。与此相对，下部电极12是前端为凹面的特殊电极。详细说明下部电极12的形状。
图2是本发明的下部电极的详细图。
(b)是剖面图，下部电极12的特征是，前端面(在图中为上面)是球面形状的凹面17，在该凹面17上具有对焊接电流进行分流的槽18。
(a)是俯视图，槽18是通过凹面17的中心19的十字槽。由于该槽18的存在，凹面17被划分为4个弧面21…(…表示多个。以下相同)。
由于槽18通过中心19向外直线延伸，所以称为放射槽。通过中心19的放射槽如I、Y、十、*那样，槽的数量可以任意选择。
槽18的主要目的是对焊接电流进行分流，其剖面可以是矩形槽、U形槽、V形槽等任意形状。
图3是本发明的电阻焊接方法的步骤图。
在(a)中，在下部电极12上叠放两个金属板23、24。并且，强力按压上部电极13。
按照(b)所示，金属板23、24沿着凹面17产生塑性变形。
在(c)中，开始通电时，电流分为弧面21a和弧面21b而流过。结果，产生多个(在本示例中为4个)熔融部25a、25b。
随着通电的进行，如(d)所示，熔融部25a、25b生长并合并，形成熔融部25。
熔融部25a、25b、25是由于金属板的电阻乘以电流值的平方得到的焦耳热超过金属的熔点而产生的。因此，熔融部25成为局部高温。
但是，由于金属板23、24与温度成比例地膨胀，所以在以往的点焊中熔融部受到约束，熔融部25形成高压，如假想线所示的箭头y那样产生飞溅，并认为是熔融部25的一部分飞散。
这一点，在本实施例中，利用凹凸的塑性变形，密封高压化的熔融部，可以抑制熔融部的飞散。此外，在带有槽的情况下，如(d)所示，可以使金属板23在槽18中鼓起。槽18发挥所谓膨胀分散作用。
利用该作用，通电初期的多个熔融部流动并相互成为一体，缓和熔融部的高压化。
在(e)中，伴随焊接结束，使上部电极13上升。在金属板23、24之间，金属板23的一部分在槽18中伸出。结果，熔融部25(参照(d))不会产生使其破裂的高压，可以在不破裂的情况下凝固，成为焊接熔核26。
对以上步骤整理如下。
如图1、2和3(a)所示，其特征在于，包括如下步骤：准备由前端面为凹面17并且在凹面17上具有放射槽18的一个电极12、和前端为凸状的另一个电极13构成的一对电极，把一个电极12相对按压在另一方电极13上的按压单元15，向所述电极12、13提供焊接电流的供电单元16，金属板23、24叠合而成的被焊材料；利用一对电极12、13夹持所述被焊材料，使金属板23、24塑性变形(参照图3(a)、(b))；和向电极12、13间施加预定按压并通电，从而实施焊接(参照图3(c)、(d))，在利用所述槽对焊接电流进行分流的同时进行焊接。
图4是利用本发明的电阻焊接方法制造的焊接结构的立体图，示出了焊接结构30可以在金属板23的外表面形成凸部31，并且从该凸部31进一步突起十字形的凸筋部32。
即，焊接结构30的特征是，由以下部分构成：金属板23、24叠合而成的被焊材料；接合该被焊材料的焊接熔核26(图3(e)所示)；在被焊材料的一个外表面上而且在对应焊接熔核的部位突起的凸筋部32。
考虑两个金属板23、24的弯曲强度，在偏离弯曲中心的部位存在筋时，截面系数和截面二次矩增大。
在本发明中，可以在充分偏离两个金属板23、24的接合面的位置上形成十字的凸筋部32，所以能够提高焊接部的弯曲强度和拉伸强度及刚性。
(实验例)以下叙述本发明的实验例。另外，本发明不限于实验例。在实验之前，说明实验用的电极和试验片的形状。
图5是为了焊接实验而准备的电极的形状图。
(a)所示的上部电极13在直径16mm的圆棒下部形成半径8mm的半球，下部电极12也在直径16mm的圆棒上部形成半径8mm的半球，相当于普通的一对电极。
(b)所示的上部电极13在直径16mm的圆棒下部形成半径20mm的球面。下部电极12在直径16mm的圆棒上部形成边缘部直径为10mm、半径为30mm的球状凹部，在其底部形成十字槽。
(c)所示的上部电极13在直径16mm的圆棒下部形成半径25mm的球面。下部电极12在直径16mm的圆棒上部形成边缘部直径为10mm、半径为30mm的球状凹部，在其底部形成十字槽。
(d)所示的上部电极13在直径16mm的圆棒下部形成半径8mm的半球，在该半球上再形成边缘部直径为10mm、半径为15mm的球面。
下部电极12在直径16mm的圆棒上部形成边缘部直径为10mm、半径为30mm的球状凹部，在其底部形成十字槽。
(e)所示的上部电极13在直径16mm的圆棒下部形成半径8mm的半球，在该半球上再形成边缘部直径为10mm、半径为20mm的球面。
下部电极12在直径16mm的圆棒上部形成边缘部直径为10mm、半径为20mm的球状凹部，在其底部形成十字槽。
(f)所示的上部电极13在直径16mm的圆棒下部形成半径15mm的球面。
下部电极12在直径16mm的圆棒上部形成边缘部直径为10mm、半径为20mm的球状凹部，在其底部形成十字槽。
图6是用于测量剪切强度的试验片的立体图，试验片35是在将40mm宽的金属板23、24搭接40mm的状态下进行焊接，并通过焊接熔核26接合而得到的。按照空心箭头所示进行拉伸，把焊接熔核26剪切破坏时的力定义为“剪切强度”。
一般情况下，剪切强度是将力除以截面积而得到的值，但由于不能确定焊接熔核26的截面积，所以在点焊中为了方便起见，把剪切力称为剪切强度。
图7是用于测量十字强度的试验片和试验夹具的立体图，试验片37是将50mm宽的金属板23、24交叉，对其交点实施焊接，并通过焊接熔核26接合而得到的。
试验夹具40由以下部分构成：具有把持片41的宽50mm的下部板42；具有把持片43的宽50mm的下部板44；50mm×50mm的压片45～48；固定螺钉49…。
把金属板23放在下部板42上，把压片45、46放在该金属板23上，利用固定螺钉49…把这些压片45、46连接在下部板42上。
然后，把上部板44放在试验片37的金属板24上，使压片47、48接触该金属板24的下表面，利用固定螺钉49…把这些压片47、48连接在上部板44上。
图8是图7的作用说明图。
在(a)中，向下拉把持片41，向上拉把持片43。当增加拉伸力时，焊接熔核26破碎。
(b)表示由于焊接熔核26破碎，金属板23和金属板24上下分开的状态。
由于压片45～48不干涉焊接熔核26，所以能够准确求出使焊接熔核26破碎时的力。由于以十字形试验片为对象，所以把此时的破碎力称为“十字强度”。为了方便起见而把力称为强度的理由如上所述。
使用以上所述的电极，制造多个剪切强度测量用试验片35…和十字强度测量用试验片37…。其焊接条件、测量强度如下所述。
○比较例1、实施例1～实施例5：·金属板的种类：270N钢·金属板的厚度：1.6mm
·焊接时的加压力：400kgf·焊接电流：参见表。
表1一览地表示比较例1和实施例1～实施例5中使用的电极形状(参照图5)、焊接电流、由试验片得到的剪切强度、十字强度。
用图表来表示该剪切强度、十字强度。
表1
图9是比较例1和实施例1～5的剪切强度比较图，可以确认出与比较例1相比，实施例1～5的强度提高了10～30％。
因此，在利用270N钢实施点焊时，通过采用本发明的电极，可以确认剪切强度的大幅增加。
图10是比较例1和实施例1～5的十字强度比较图，可以确认与比较例1相比，实施例1～5的强度提高了10～20％。
因此，在利用270N钢实施点焊时，通过采用本发明的电极，可以确认十字强度的大幅增加。
○比较例2、实施例6～实施例10：·金属板的种类：600N钢·金属板的厚度：1.6mm·焊接时的加压力：400kgf·焊接电流：参见表。
表2一览地表示比较例2和实施例6～实施例10中使用的电极形状(参照图5)、焊接电流、由试验片得到的剪切强度、十字强度。
用图表来表示该剪切强度、十字强度。
表2
图11是比较例2和实施例6～10的剪切强度比较图，可以确认与比较例2相比，实施例6～10的强度提高了约20％。
因此，在利用600N钢实施点焊时，通过采用本发明的电极，可以确认剪切强度的大幅增加。
图12是比较例2和实施例6～10的十字强度比较图，实施例6～9的十字强度小于比较例2，实施例10和比较例2相同。
600N钢被认为对于焊接条件的变化比较敏感，需要通过调整电极形状、加压力、焊接电流诸因素来提高十字强度。
说明变更实施例和其实验。
图13是本发明的电极的变更实施例图。
(a)表示为了比较实验而准备的比较例3的下部电极12B、上部电极13B，下部电极12B和上部电极13B为形状相同的部件，形成为电极直径为16mm、前端中央直径为6mm、曲率半径为40mm的缓凸面，并通过曲率半径为8mm的圆角对该缓慢凸面的边缘进行了倒角。即，比较例3中的电极12B、13B是以往公知的普通电极。
(b)表示本发明的实施例11的下部电极12、上部电极13。上部电极13是和(a)所示上部电极13B形状相同的部件。下部电极12是电极直径为16mm、前端中央直径为6mm、曲率半径为20mm的凹面17的电极。
(c)是(b)所示的下部电极12的立体图，可知在前端中央设有凹面17。
图14是加压力测量法的原理图，在金属板23和金属板24之间夹着感压薄片51，利用下部电极12和上部电极13进行加压。
金属板23、24是1.6mm厚的600N钢板。
感压薄片51可以是感压纸，根据被施加的压力而形成不同的颜色。因此，可以通过颜色计测加压力。
图15是所测量的加压力的曲线图，横轴表示距电极中心的距离(右侧表示正，左侧表示负)，纵轴表示加压力。
利用较细的实线表示的比较例3、即图13(a)的电极12B、13B的加压力分布为，顶部的宽度d1较小，扩展宽度d2不足10mm。由比较例3可知，在偏离中心5mm以上的部位，加压力为“0”。
利用较粗的实线表示的实施例11、即图13(b)的电极12、13的加压力分布为，顶部的宽度D1较大，扩展宽度D2约为20mm。由实施例11可知，直到偏离中心10mm的部位，加压作用都有效。
图16是接触面积的示意图，是根据图15作成的示意图。
(a)表示比较例3的接触面52B，接触面52B的直径d3较小。
(b)表示实施例11的接触面52，接触面52的直径D3非常大。
图17是焊接熔核的比较图，使用比较例3和实施例11的电极，在加压力1kN、焊接电流7kA的条件下实施了焊接，观察其焊接熔核的断面。
(a)表示比较例3的焊接熔核26B的断面，尺寸d4为2.85mm。
(b)表示实施例11的焊接熔核26的断面，尺寸D4为4.43mm。
焊接强度可以利用在图中表里方向延伸的焊接熔核26B或26的截面积来评价。截面积在比较例3中视为2.852，在实施例11中视为4.432。这样，根据实施例11的焊接强度/比较例3的焊接强度＝4.432/2.852＝2.4的计算，如果采用实施例11，则可以得到比较例3的2.4倍的焊接强度。
即，实施例11的电阻焊接用电极12、13是在将金属板23、24叠合作为被焊材料，通过在利用一对电极压接该被焊材料的状态下向电极通电来焊接被焊材料时使用的电阻焊接用电极，其特征在于，该电阻焊接用电极12、13的至少一个电极的前端面为凹面17(参照图13(b)、(c))。
并且，实施例11如以上说明的那样，可以提高焊接强度。这被认为是由于能够通过大面积的接触面(参照图16(b)的符号52)来抑制电流的过度集中。
图18是所得到的焊接结构的立体图，焊接结构30表示在金属板23的外表面突起了凸部31。
图19是图18的主要部分剖面图，焊接结构30的特征是由以下部分构成：金属板23、24叠合而成的被焊材料；接合该被焊材料的焊接熔核26；在被焊材料的一个外表面突起的凸部31。
在考虑两个金属板23、24的弯曲强度的情况下，如果在偏离弯曲中心的部位存在凸部31，则截面系数和截面二次矩增大。
在本发明中，可以在充分偏离两个金属板23、24的接合面的位置上形成凸部31，所以能够提高焊接部的弯曲强度和拉伸强度及刚性。
下面，说明其他变更实施例。
图20是本发明的电极的其他变更实施例图。
(a)表示为了实验而准备的实施例12的下部电极12、上部电极13，上部电极13形成为电极直径为16mm、前端中央直径为6mm、曲率半径为40mm的缓凸面，并利用曲率半径为8mm的圆角对该缓凸面的边缘进行了倒角。
下部电极12形成为电极直径为16mm、前端中央直径6mm、曲率半径20mm的凹面17，并且还设有多个槽18。
(b)是下部电极12的立体图，表示设有从凹部中心19呈放射状延伸的8个槽18。
使用以上电极进行了飞溅产生实验。另外，为了比较，也对实施例11(参照图13(b))中使用的电极进行了实验。
○实验1和实验2：·金属板的种类：600N钢·金属板的厚度：1.6mm·焊接时的加压力：参见表·焊接电流：10.5kA。
表3×：产生飞溅○：没有产生飞溅
在实验1中，使用图13(b)的电极，设电流为10.5kA，分阶段地改变加压力进行焊接实验，结果在1kN和2kN时产生了飞溅。原因是加压力不足。因此，在把加压力增加到2.9kN时，抑制了飞溅的产生。
在实验2中，使用图20(a)的电极，设电流为10.5kA，分阶段地改变加压力进行焊接实验，结果在1kN时产生了飞溅。因此，在把加压力增加到2kN时，抑制了飞溅的产生。
实验1的下部电极是没有槽的电极，实验2的下部电极是有槽的电极，所以可以说通过设置槽，能够将所需的加压力从2.9kN降低到2kN。
○实验3和实验4：·金属板的种类：600N钢·金属板的厚度：1.6mm·焊接时的加压力：3.9kN·焊接电流：参见表。
表4×：产生飞溅○：没有产生飞溅
在实验3中，使用图13(b)的电极，设加压力为3.9kN，分阶段地改变焊接电流进行焊接实验，结果在11kA和11.5kA时没有产生飞溅，但在12kA时产生了飞溅。
在实验4中，使用图20(a)的电极，设加压力为3.9kN，分阶段地改变焊接电流进行焊接实验，结果一直到12kA也没有产生飞溅。
实验3的下部电极是没有槽的电极，实验4的下部电极是有槽的电极，所以可以说通过设置槽，能够将焊接电流从11.5kA提高到12kA。
在金属板的焊接中，焊接电流越小越能够节约电能，并且能够抑制焊接部产生受热变形，能够减小焊接后的变形。并且，所需的加压力越小，越能够实现焊接装置的小型、轻量化。
因此，如果对前端具有凹部的电极附加槽，可以实现小焊接电流和低加压力的双赢效果。
另外，金属板是以叠放两个为基准，但当然可以叠放3个或3个以上。
本发明适合于点焊用电极及点焊方法。