JP2000301342A - スタッド溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融後のスタッドを母材に圧接さ
せる際に必要以上の強い押圧力によって生じる溶接不良
を解消するため、溶融後のスタッドを母材に圧接させる
ときの圧接力を調整するスタッド溶接機を提供する。 【解決手段】 スタッド溶接機１は、スタッド６
を保持するスタッド保持部７とスタッドを母材に圧接し
たり母材から離したりする駆動部１０を有する溶接ガン
２と、スタッドと母材の間に所定の電力を供給するよう
に溶接ガンに接続された電源（３）とスタッドと母材の
間にアークを形成するように電源及び駆動部を制御する
とともに、アークの継続によってスタッド先端部分と母
材部分を溶融した後、溶融後のスタッド部分を溶融後の
母材部分に圧接するように駆動部を制御するコントロー
ラ（３）とを備えている。溶接ガン２には、駆動部１０
とスタッド保持部７との間に、溶融後のスタッド部分を
溶融後の母材部分に圧接する際の反動を緩衝する緩衝装
置１４が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スタッド溶接機に関
し、特に、スタッドを母材に圧接した後母材から離して
アークを形成し、スタッド先端と母材を溶融した後溶融
スタッド部分を溶融母材部分に圧接してスタッドを母材
に溶着するスタッド溶接機に関する。

【０００２】

【従来の技術】スタッドを保持するスタッド保持手段と
スタッドを母材に圧接したり母材から離したりするよう
に保持手段を移動させる駆動手段とを有する溶接ガン
と、スタッドと母材の間に所定の電力を供給するように
溶接ガンに接続された電源と、母材から離したスタッド
と母材の間にアークを形成するように電源及び前記駆動
手段を制御するとともに、前記アークの継続によってス
タッド先端部分と母材部分を溶融した後、溶融後のスタ
ッド部分を溶融後の母材部分に圧接するように前記駆動
手段を制御するコントローラとをを備えたスタッド溶接
機はよく知られている。このスタッド溶接機は車体等に
スタッドを溶接するのによく使用され、溶着後のスタッ
ドには、クリップ等が取付けられて、このクリップによ
り種々の部材が車体等の被取付部材に取付けられる。

【０００３】従来のスタッド溶接機において、スタッド
を母材に圧接するためスタッド保持部材を下方に押すば
ねが溶接ガンに設けられている。そして、このばねの力
に打ち勝つ力を有するソレノイド（すなわち電磁石）が
溶接ガンに設けられ、そのソレノイドを付勢して、パイ
ロットアーク及びそれに続くメインアークを発生するよ
うに、スタッドを所定高さリフトして、スタッドを母材
から離す。メインアークの継続によってスタッドの先端
部分及び対向する母材部分が溶融された後、ソレノイド
が消勢されると、ばねの力によってスタッドが母材に圧
接され、溶融されたスタッド及び母材部分が相互に溶着
するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来のスタッド
溶接機において、溶融後のスタッドを母材に圧接する際
には、ばねの力は圧接不足を回避するため大きめにされ
ている。このため、溶融スタッドが溶融母材部分に圧接
されると、両者の溶融部分の金属が飛散して溶融金属が
少なくなり、溶接不良を生じることがあった。また、圧
接時の衝撃でスタッドがバウンドして溶接部が乖離した
り、溶接部に巣穴が形成されたりして、溶接不良を生じ
ることもある。更に、強い圧接力が母材の耐力を越える
と、母材の変形と母材の強度の低下を招く惧れもあっ
た。

【０００５】従って、本発明の目的は、溶融後のスタッ
ドを母材に圧接させる際に必要以上の強い押圧力によっ
て生じる溶接不良を解消するため、溶融後のスタッドを
母材に圧接させるときの圧接力を調整するスタッド溶接
機を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明によれば、スタッドを保持するスタッド保持
手段とスタッドを母材に圧接したり母材から離したりす
るように保持手段を移動させる駆動手段とを有する溶接
ガンと、スタッドと母材の間に所定の電力を供給するよ
うに溶接ガンに接続された電源と、母材から離したスタ
ッドと母材の間にアークを形成するように電源及び駆動
手段を制御するとともに、アークの継続によってスタッ
ド先端部分と母材部分を溶融した後、溶融後のスタッド
部分を溶融後の母材部分に圧接するように駆動手段を制
御するコントローラとを備えたスタッド溶接機であっ
て、溶接ガンには、駆動手段とスタッド保持手段との間
に、溶融後のスタッド部分を溶融後の母材部分に圧接す
る際の反動を緩衝する緩衝手段が設けられていることを
特徴するスタッド溶接機が提供される。その緩衝手段に
よって、溶融後のスタッドの圧接時において、溶融部分
の金属の飛散を防止することができるので、溶融金属の
不足に伴う溶接不良を防止でき、溶融スタッドのバウン
ドが防止できるので、溶接部の乖離や溶接部の巣穴等の
溶接不良を防止でき、更に、母材の変形や母材の強度の
低下を阻止できる。

【０００７】前記緩衝手段は、エアシリンダ及びピスト
ンと、エアシリンダへ調整した圧力のエアを供給するレ
ギュレータとを包含し、該緩衝手段は、溶融後のスタッ
ド部分が溶融後の母材部分に圧接されるとき、レギュレ
ータからのエアがエアシリンダへ供給されるように、前
記コントローラによって制御されるのが好ましい。前記
緩衝手段は、エアシリンダとレギュレータとの間に設け
られたバルブを包含し、該バルブは、アークの形成前に
はレギュレータへ入力される加圧エアをそのままエアシ
リンダに供給し且つスタッドを母材から離してアークを
形成した後にはレギュレータから出力される圧力調整後
のエアをエアシリンダに供給するように、コントローラ
によって制御されるのが好ましい。前記バルブは、ソレ
ノイドバルブであり、レギュレータへ入力される加圧エ
アをそのままエアシリンダに供給する第１位置と、レギ
ュレータから出力される圧力調整後のエアをエアシリン
ダに供給する第２位置とをとる２位置バルブであるのが
好ましい。前記レギュレータは、入力される加圧エアを
調整して１つの固定レベルの圧力のエアを出力するもの
であってもよく、これとは別に、制御入力信号の変化に
よって出力のエア圧力を変化させる比例制御弁を包含す
るものであってもよい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るス
タッド溶接機１の全体構成図を示している。図１におい
て、本発明に係るスタッド溶接機１は、スタッドと母材
との間にアーク放電を行って、スタッドと母材とを部分
的に溶融してその部分を溶着するものであり、溶接ガン
２と、溶接ガン２を動作させる電源及びコントローラ部
３とから成る。溶接ガン２は、内部に種々の構成要素を
収容するハウジング５と、ハウジング５から延びて先端
にスタッド６を保持するスタッド保持部７とを備えてい
る。ハウジング５の中には、上部に、スタッド保持部７
を移動させて、保持したスタッド６を母材９に接触させ
て圧接させたり母材９から離すようにリフトする駆動部
１０が設けられている。この駆動部１０は、図示の実施
例では、固定コイル１１と可動アーマチュア１３とから
なるリニアモータによって構成されている。なお、駆動
部１０は、スタッド６を母材９に接触させて圧接させた
り母材９から離すようにリフトできる限り、図示の構成
に限らず、任意の駆動手段でよい。

【０００９】ハウジング５の下部には、スタッド保持部
７に、該スタッド保持部７を保持するように連結され
た、本発明に係る緩衝装置１４が配置されている。この
緩衝装置１４は、ユニットとして形成され、ハウジング
５の内側に上下にスライド可能に保持されている。ハウ
ジング５の内側には、緩衝装置１４がハウジング５の軸
線回りには回転しないが軸線方向には滑らかに移動でき
るように案内するガイドベアリング１５が形成されてい
る。ハウジング５に内側の、上部の駆動部１０と下部の
緩衝装置１４との間には、スタッド保持部７を母材側に
常時付勢するコイルばね１７が設けられて、駆動部１０
の非動作時には、緩衝装置１４を介して、スタッド保持
部７（ひいてはスタッド６）を母材９の方向へ押してい
る。ハウジング５の下部の側面には、母材９の側へ延び
る脚部１８が固定されている。この脚部１８は、スタッ
ド溶接ガン２全体を母材９に近づけるように移動させた
とき、その移動を制限する。スタッド６をスタッド保持
部７に保持し且つ駆動部１０を動作させない状態で、ス
タッド溶接ガン２の全体を、脚部１８の先端を母材９に
接面するまで母材９に移動させると、コイルばね１７の
力によってスタッド６が母材９に適正な力で圧接され
る。この圧接後、溶接動作が開始される。

【００１０】電源及びコントローラ部３には、スタッド
溶接ガン２のスタッド保持部７に保持したスタッド６と
母材９との間にアークを形成するための溶接用電力を供
給する電源（図示せず）が設けられている。この電源か
ら延びる一方の電線は、ケーブル１９の中に収容され
て、スタッド６を保持するスタッド保持部７に接続され
るように、スタッド溶接ガン２に入力されている。他方
の電線２１は、母材９に接続されている。電源及びコン
トローラ部３には、コントローラ（図示せず）が設けら
れ、このコントローラは、母材９に圧接したスタッド６
を駆動部１０のコイル１１に電流を供給して母材９から
離すように引上げて、その引上げの開始時に、スタッド
と母材９との間に小電流のパイロットアークを形成し、
引上げを続行しつつ大電流のメインアークを形成し、所
定の時間に駆動部１０の電流の供給を停止して溶融スタ
ッド６を母材９の溶融部分に圧接するように、スタッド
溶接ガンを制御する。なお、電源及びコントローラ部３
のコントローラからは、駆動部１０のコイル１１に電流
を供給する一対のリード線２２がスタッド溶接ガン２の
駆動部１０に入力されている。更に、緩衝装置１４に
は、ケーブル１９を通してコントローラから制御信号が
入力されており、後述のように、緩衝装置１４の動作を
制御している。

【００１１】本発明に係る緩衝装置１４について、図２
も参照して説明する。緩衝装置１４は、上記のように、
駆動部１０とスタッド保持部７との間に設けられる。緩
衝装置１４は、スタッド６と母材９との間のメインアー
クの継続によって溶融した後のスタッド６の先端部分
を、溶融後の母材部分に、コイルばね１７によって圧接
する際の反動を緩衝する。図２において、緩衝装置１４
は、エアシリンダ２３とこのエアシリンダ２３に設けら
れるピストン２５と、エアシリンダ２３へ調整した圧力
のエアを供給するレギュレータ２６とを包含する。な
お、図２おいて、ピストンロッド２７が、スタッド保持
部７のスタッド６に直接当接するように示されている
が、図示の便宜上であり、ピストン２５が、スタッド６
の圧接時の反動を受取る限り、ピストンロッド２７は、
スタッド６に直接当接してもよいし、スタッド保持部７
に連結されてスタッド６に間接的に連結されていてもよ
い。

【００１２】エアシリンダ２３とレギュレータ２６との
間には、ソレノイドバルブ２９が設けられている。この
ソレノイドバルブ２９は、レギュレータ２６へ入力され
る加圧エアをそのままエアシリンダに供給する第１位置
と、レギュレータ２６から出力される圧力調整後のエア
をエアシリンダに供給する第２位置とをとる２位置バル
ブであり、通常時には、ばね３０によって前記の第１位
置にあり、ソレノイドへの制御信号によって、前記の第
２位置に移動する。ソレノイドバルブ２９への制御信号
は、電源及びコントローラ部３のコントローラ３１から
信号線３３を通して送られる。本実施例においては、信
号線３３は、図１のケーブル１９を通して送られる。ま
た、本実施例において、コントローラ３１は、溶接動作
の開始時には、ソレノイドバルブ２９が図２に図示の第
１位置にあるように、制御信号を送らず、メインアーク
の形成時又はその継続によってスタッド６が溶融した後
には制御信号を送って、前記第２位置に移動させる。

【００１３】レギュレータ２６には、入力通路３４を通
して、例えばエアコンプレッサ等から加圧エアが入力さ
れる。この加圧エアは、また、バイパス通路３５を経由
してソレノイドバルブ２９の第１の入力に送られる。レ
ギュレータ２６に送られた加圧エアは、内部で、入力加
圧エアより低いが一定の固定レベル圧力のエアに調整さ
れる。調整後の加圧エアは、出力通路３７を経由してソ
レノイドバルブ２９の第２の入力に送られる。ソレノイ
ドバルブ２９の出力は、エアシリンダ２３に送られる。
ソレノイドバルブ２９の位置によって、エアシリンダ２
３の上部チャンバー３８には、未調整の加圧エア（第１
位置のとき）か、あるいは、調整後の加圧エア（第２位
置のとき）を送る。レギュレータ２６において調整され
るエアの圧力レベルは、スタッド６がコイルばね１７に
よって圧接される際のピストンロッド２７及びピストン
２５に伝達される反動に、エアシリンダ２３のエアチャ
ンバー３８の加圧エアが対抗できるように選択される。

【００１４】図３は、緩衝装置の代替例を示している。
図３の緩衝装置は、図２のレギュレータ２６を変更した
例を示している。他の部分は、図２の構成と同じである
ので説明を省略する。図３のレギュレータ３９は、制御
入力信号の変化によって出力のエア圧力を変化させる比
例制御弁４１を包含している。比例制御弁４１には、ラ
イン４２を通してコントローラ３１からエア圧力制御信
号が送られ、この信号によって、出力通路３７に出力さ
れるエアの圧力が定められる。この出力エア圧力は、コ
ントローラ３１から、任意に設定することができ、図２
の固定圧力レベルのレギュレータより適用範囲がひろく
できる利点がある。

【００１５】かかる構成で成るスタッド溶接機１を用い
て、スタッド６を母材９に溶接する操作手順を説明す
る。先ず、スタッド６をスタッド溶接ガン２のスタッド
保持部７に保持させる。次に、スタッド溶接ガン２の全
体を、スタッド６の先端が母材９に接するように移動さ
せる。この移動は、ハウジング５の下部から延びる脚部
１８の先端が母材９に当接するまで続けられ、当接後そ
の状態を保持する。電源及びコントローラ部３のコント
ローラ３１からソレノイドバルブ２９には信号が送られ
ていないので、ソレノイドバルブ２９は、図２（又は図
３）に示す第１位置にあり、エアシリンダ２３の上部チ
ャンバー３８には、入力の加圧エアがそのまま送られて
いる。このため、脚部１８が母材９に当接する状態にあ
ると、スタッド６の先端は母材９に強く圧接している。

【００１６】次に、電源及びコントローラ部３のコント
ローラ３１から、緩衝装置１４のソレノイドバルブ２９
に信号が送られ、ソレノイドバルブ２９が第２位置にな
り、エアシリンダ２３のチャンバー３８には、レギュレ
ータ２６からの調整後の加圧エアが送られる。コントロ
ーラによって、電源からスタッド６と母材９の間に小電
流が供給されながら、駆動部１０のコイル１１に電流が
供給され、コイルばね１７の押圧力に打ち勝って、スタ
ッド保持部７が緩衝装置１４とともに引上げられる、こ
れによって、スタッド６が母材９から徐々に引上げら
れ、スタッド６と母材９との間に細いアークすなわちパ
イロットアークが形成される。コントローラは、パイロ
ットアークの形成に続いて電源からの電流を大きくし
て、パイロットアークをメインアークに成長させ、スタ
ッドの先端部及び母材部分を加熱し溶融する。なお、駆
動部１０のコイル１１への電流は供給され続けているの
で、スタッド６は一定高さリフトされた状態に保持され
る。

【００１７】適当な時間経過すると、メインアークによ
って、スタッド６の先端部分と母材９の部分が溶融す
る。コントローラは、前記の適当な時間が経過すると、
駆動部１０のコイル１１への電流の供給を停止する。こ
れによって、駆動部１０の引上げ力が無くなり、コイル
ばね１７の付勢力によって、緩衝装置１４とスタッド保
持部７とが急激に下降し、スタッド保持部７に保持され
たスタッド６の溶融した先端が、母材９の溶融部分に圧
接される。この圧接時に、スタッド６には母材９からの
反力が加わり、この反力は、スタッド保持部７を介して
緩衝装置１４に加わる。緩衝装置１４のエアシリンダ３
８には、レギュレータ２６（又は３９）からの調整後の
エアが供給されている。前記のスタッドへの反力は、ピ
ストンロッド２７を介してピストン２５に伝達され、エ
アシリンダ２３のチャンバー３８の加圧エアによって受
けられて、その反力を相殺または減少させることができ
る。すなわち、緩衝装置１４によって、溶融後のスタッ
ド６の先端部分を溶融後の母材９の部分に圧接する際の
反動を緩衝することができる。

【００１８】上記のように、緩衝装置１４によって、溶
融後のスタッド６を溶融した母材９の部分に反動なく圧
接することができるので、反動に伴う溶融部分の金属の
飛散がなくなり、圧接時のスタッドのバウンドがなくな
り、母材へのスタッドの必要以上の強い圧接力が不要に
なる。従って、溶融金属の飛散やスタッドのバウンドや
必要以上の強い圧接力による従来に見られた溶接不良を
防止できる。溶融スタッド６を母材９に適当な時間圧接
しつつ、電源からの溶接電流を切断し、適当な時間の経
過後、スタッド溶接ガン２の全体を母材９から離すよう
に移動させる。このとき、スタッド６は母材９に溶接さ
れて、スタッド保持部７から離れる。コントローラは、
緩衝装置１４のソレノイドバルブ２９への電流も切る。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、緩衝手段によって、溶
融後のスタッド部分が溶融後の母材部分に圧接する際の
反動を緩衝するので、溶融後のスタッドの圧接時におい
て、溶融部分の金属の飛散を防止することができ、溶融
金属の不足に伴う溶接不良を防止でき、溶融スタッドの
バウンドが防止できるので、溶接部の乖離や溶接部の巣
穴等の溶接不良を防止でき、更に、必要以上の圧接力が
不要になり、母材の変形や母材の強度の低下を阻止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスタッド溶接機の構成図である。

【図２】本発明に係るスタッド溶接機の１実施例に係る
緩衝装置の構成図である。

【図３】本発明に係るスタッド溶接機の他の実施例に係
る緩衝装置の構成図である。

【符号の説明】

１ スタッド溶接機 ２ 溶接ガン ３ 電源及びコントローラ部 ５ ハウジング ６ スタッド ７ スタッド保持部 ９ 母材 １０ 駆動部 １１ コイル １３ アーマチュア １４ 緩衝装置 １７ コイルばね １８ 脚部 ２３ エアシリンダ ２５ ピストン ２６ レギュレータ ２７ ピストンロッド ２９ ソレノイドバルブ ３１ コントローラ ３９ レギュレータ ４１ 比例制御弁

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スタッドを保持するスタッド保持手段と
   スタッドを母材に圧接したり母材から離したりするよう
   に前記保持手段を移動させる駆動手段とを有する溶接ガ
   ンと、スタッドと母材の間に所定の電力を供給するよう
   に溶接ガンに接続された電源と、母材から離したスタッ
   ドと母材の間にアークを形成するように電源及び前記駆
   動手段を制御するとともに、前記アークの継続によって
   スタッド先端部分と母材部分を溶融した後、溶融後のス
   タッド部分を溶融後の母材部分に圧接するように前記駆
   動手段を制御するコントローラとを備えたスタッド溶接
   機において、 前記溶接ガンには、前記駆動手段と前記スタッド保持手
   段との間に、溶融後のスタッド部分を溶融後の母材部分
   に圧接する際の反動を緩衝する緩衝手段が設けられてい
   ることを特徴するスタッド溶接機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のスタッド溶接機におい
   て、前記緩衝手段は、エアシリンダ及びピストンと、前
   記エアシリンダへ調整した圧力のエアを供給するレギュ
   レータとを包含し、該緩衝手段は、前記溶融後のスタッ
   ド部分が溶融後の母材部分に圧接されるとき、前記レギ
   ュレータからのエアが前記シリンダへ供給されるよう
   に、前記コントローラによって制御されることを特徴と
   するスタッド溶接機。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のスタッド溶接機におい
   て、前記緩衝手段は、前記エアシリンダと前記レギュレ
   ータとの間に設けられたバルブを包含し、該バルブは、
   前記アークの形成前にはレギュレータへ入力される加圧
   エアをそのままエアシリンダに供給し且つスタッドを母
   材から離してアークを形成した後にはレギュレータから
   出力される圧力調整後のエアをエアシリンダに供給する
   ように、前記コントローラによって制御されることを特
   徴とするスタッド溶接機。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のスタッド溶接機におい
   て、前記バルブは、ソレノイドバルブであり、レギュレ
   ータへ入力される加圧エアをそのままエアシリンダに供
   給する第１位置と、レギュレータから出力される圧力調
   整後のエアをエアシリンダに供給する第２位置とをとる
   ２位置バルブであることを特徴とするスタッド溶接機。
5. 【請求項５】 請求項２〜４のいずれか１項に記載のス
   タッド溶接機において、前記レギュレータは、入力され
   る加圧エアを調整して１つの固定レベルの圧力のエアを
   出力することを特徴とするスタッド溶接機。
6. 【請求項６】 請求項２〜４のいずれか１項に記載のス
   タッド溶接機において、前記レギュレータは、制御入力
   信号の変化によって出力のエア圧力を変化させる比例制
   御弁を包含することを特徴とするスタッド溶接機。