JP2007075860A - スポット溶接機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は圧延鋼板その他金属材をはさんでスポット溶接する上下の電極のうち下部の電極をテ−ブル状に構成したスポット溶接機を提案する。
【解決手段】溶接すべき被溶接材を板状の下部電極１２０との間で挾んで加圧通電して溶接する上部電極１３０を先端の溶接チップ１３１とシャンクとホルダとからなる棒状の溶接ガンから構成すると共に、この溶接ガンをてことして利用して先端の溶接チップ１３１により加圧通電するよう、構成されるスポット溶接機１００において、溶接ガン１３０を横方向に移動自在に構成する一方、板状の下部電極１２０の少なくとも１つの側面に表面に合成樹脂の繊維材１６１を植毛してなる植毛板１６０を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明はスポット溶接機に係り、詳しくは、溶接すべき被溶接材を板状の下部電極との間で挾んで加圧通電して溶接する上部電極を先端の溶接チップとシャンクとホルダとからなる棒状の溶接ガンから構成すると共に、この溶接ガンをてことして利用して先端の溶接チップにより加圧通電するよう、構成されるスポット溶接機に係る。

一般に、金属加工、なかでも板金加工において、溶接すべき金属板などの金属材を重ね合わせて通電し、この通電によって生じる抵抗熱を熱源として加熱すると同時に加圧力を与えて抵抗溶接する抵抗溶接機が用いられ、それによって、箱や枠などの金属構造物がつくられている。この抵抗溶接機のうちで一般的なものがスポット溶接機である。

このスポット溶接機は自動車ボディの製造などに多く用いられる大型のものから、板金加工などに用いる小型の定置式のものまで提案されている。前者には技術的な改善がみられ、自動車ボディの製造などの分野の専用機として開発されているが、後者の小ロッド多種の工作物の分野に適用されるのは主として定置型スポット溶接機といわれるもので、この溶接機は改善されることなく数十年にわたって同構造のものが使用されている。

定置型スポット溶接機は２枚の金属材を重ね合わせ、これらを上下から上下一対の電極ではさみ加圧通電する型式の溶接機であり、ほとんどが手動式の溶接機である。この溶接機は上方から下降して２枚の金属材に加圧力を加えて溶接する上部電極と下部電極はともに棒状として構成され、加圧力と電流量を高めるために加圧通電面積を絞り、棒状の下部電極に対し上部電極に上方の加圧機構によって下向きの加圧力を加えて溶接する型式のものである。

この定置型スポット溶接機は自動車ボディなどの製造ラインの一部として組込まれる大型スポット溶接機と原理的には同じであるが、自動車ボディ部材の搬送や溶接治具などの開発がほとんどなされていないため手動で操作されている。

すなわち、枠や箱などのように、内部に溶接すべきところがあってその溶接部が外側から直接加圧できないものや、多品種小ロッドのものの溶接では、ライン化は困難であり、その都度溶接機まで搬送して作業員が手でもって溶接が行なわれている。

とくに、複雑な形状の構造物では内部を溶接することが多く、このときは、上側から上部の棒状電極を下向きに下降させて溶接することになるが、このような電極操作は困難である。また、上下の電極の先端の溶接チップは高電流、高加圧を得るためには絞った形状のものであって、このように絞ったスポットなどによる加圧であると、板金加工などでは溶接部には溶接きずやあとなどが残り、これを除去する作業が板金加工の重要な仕事の一つに数えられている。

このところ、本発明者らは、先に、小ロッドで複雑な形状の構造であっても、また、内部に溶接すべき溶接部があるような構造物であっても、個々の溶接部に応じて溶接姿勢を選択して溶接でき、溶接にともなう加工、組立てなどの作業も達成できるスポット溶接機を提案した。（特許第３４４５６３６号明細書参照）

このスポット溶接機１は、図４に示すとおりであって、下部の電極２は平坦な導電性の板状材から成るテ−ブル式電極として構成し、この上で被溶接物や金属材などの加工、組立もでき、さらに、テ−ブル式電極上におかれた金属材に対し、伸縮自在の支持ビ−ム４および支持ア−ム５により支持される上部電極３を下向きに下降させて溶接する装置である。

この装置であると、下部電極が板状で作業面であるとともに、その全域にわたって通電されて電極としての機能も果し、どこに被溶接材や工作物をおいても溶接でき、さらに、テ−ブル式電極には多量の冷却水が流通でき、冷却能力がきわめて大きく溶接跡も残らない。
特許第３４４５６３６号明細書

しかし、この装置では、上部電極により下向きの加圧力を加えるとともに大電流を流すことになり、その下向きの加圧力を加える加圧機構や溶接電源およびその配線、さらに冷却水の供給系配管がどうしても上部電極の上に設けることになる。このため、上部電極とこれら装置機構を保持するために大型化し、改善、集約化が望まれている。

さらに、下部電極もテ−ブル式としてそれを作業面としても利用する構造であるから、そのスペ−スを大きくとることになり、なかでも、高価な銅や特殊な銅合金（例えばクロム銅）が多量に必要になって、経済コストの上昇、重量化などの問題があり、この面ての改善が望まれている。

すなわち、本発明に係るスポット溶接機は溶接すべき被溶接材を板状の下部電極との間で挾んで加圧通電して溶接する上部電極を先端の溶接チップとシャンクとホルダとからなる棒状の溶接ガンから構成すると共に、この溶接ガンをてことして利用して先端の溶接チップにより加圧通電するよう、構成されるスポット溶接機において、溶接ガンを横方向に移動自在に構成する一方、板状の下部電極の少なくとも１つの側面に表面に合成樹脂の繊維材を植毛してなる植毛板を設けて成ることを特徴とする。

依って、てことして使用する溶接ガンを伸縮自在の支持ビ−ムなどで支持する必要がなく、これにともなって冷却水配管、加圧シリンダ、通電ケ−ブルなども支持ビ−ムで支持する必要がない。さらに、無効分流による影響も最小限におさえることができ、構造をコンパクトに構成できる。

そこで、これら手段たる構成ならびにその作用について、図面によって具体的に説明すると、つぎのとおりである。

なお、図１は本発明の一つの実施例に係るスポット溶接機の斜視図である。

図２は図１に示すスポット溶接機における板状のテ−ブル式電極の一つの例の平面図である。

図３は図２に示すテ−ブル式電極に取付けた植毛板の一つの例の側面図である。

図４は先に提案したテ−ブル式溶接機を側面からみた説明図である。

まず、図１においては、符号１００は一般的に本発明の一つの実施例に係るスポット溶接機が示されている。図１、図２および図３においては、符号１１０は溶接機のハウジング、１２０は下部の板状のテ−ブル式電極、１３０は上部の溶接ガン、１３１は溶接チップ、１４０は支持ブロック、１４１は枢支点、１５０は通電棒をそれぞれ示している。

この溶接機１００によって被溶接物を溶接するときは、被溶接物作物はテ−ブル式電極１２０の上におかれ、その被溶接物に対し溶接チップ１３１によって下向きに所望の加圧力が加えられるとともに通電棒１５０を介して通電され、所望のところの溶接部（図示せず）が抵抗溶接される。

なお、被溶接物は板状材であっても、板状材を組立てた金属函や枠体などの構造物であっても、テ−ブル式電極１２０の上に置かれ、所定のところを溶接しながら組立てることもできる。

要するに、金属函などをつくるときにも、オフラインで組立てる必要がなく、テ−ブル式電極１２０の上でその加工や組立てを行ない、必要が生じたときに溶接を行なうことができ、テ−ブル式電極１２０は作業台としても使用できる。

したがって、テ−ブル式電極１２０は平坦でかつなるべく広い導電性板状材、例えば銅又はその合金板から構成し、それに溶接電源の一方の電極が接続される。

すなわち、テ−ブル式電極１２０は平坦な表面のいずれのところも一つの電極として働き、全表面又は少なくとも中央部を含めてほとんどの部を銅又はそれらの合金材から構成し、しかし、溶接時の加圧などに耐える十分な強度が確保できるように構成するとともに、内部に全体にわたって冷却通路を形成し、冷却能力を高める。

以上のとおり、本発明に係るスポット溶接機１００は、上下一対の電極のうちで下方に相当する下部電極を成すテ−ブル式電極１２０として構成するのにも拘らず、溶接時の加圧力や電流量を集中して高めてご石状の溶接部、つまりナゲットを形成するために、上部の電極１３０は棒状の溶接ガンとして構成する。要するに、このテ−ブル式スポット溶接機１００は本発明者らがかねてから提案している型式の溶接機に属し、これは従来のスポット溶接機のように棒状のスポット電極として構成し、それによって点状のナゲットを形成するものとは異なっているのに拘らず、スポット溶接又は点溶接が達成できるものである。

テ−ブル式電極１２０の表面は全面にわたって通電されている。被溶接物がおかれるところはどこでも一方の電極として利用でき、これをスポット電極として利用できるのは、上部の電極１３０の先端に取付けた溶接チップ１３１が点状又はスポット状であるからである。

すなわち、先端の溶接チップ１３１は溶接ガン１３０の先端に着脱自在に保持され、この溶接ガン１３０は下部の電極を成すテ−ブル式電極１２０上において横向き姿勢をとるように配置される。

この溶接ガン１３０には溶接チップ１３１まで冷却水の供給経路が設けられて先端部分における被溶接材などの溶着を防止するほか、後にのべる通り、溶接時にてことして利用して溶接チップ１３１への加圧力を高める。すなわち、溶接ガン１３０は支持ブロック１４０によって横向き姿勢で保持される。

溶接ガン１３０は支持ブロック１４０で支持し横向き姿勢に保持され、このままで横方向に移動自在に構成されている。このように構成すると、通電棒１５０によって通電される一方、上向きに突き上げると、その力は方向を変えて溶接チップ１３１に作用し、加圧できる。

溶接ガン１３０は横向き姿勢のままで被溶接物に対し横方向、具体的には、図１では矢印方向、つまり、テ−ブル式電極１２０に対し接近できるよう、構成する。なお、この移動機構はいずれにも構成できる。

例えば、図１に示すとおり、テ−ブル式電極１２０に連絡させてハウジング１１０をセットし、ハウジング１１０の上に支持ブロック１４０を設ける。支持ブロック１４０内には通電棒１５０を昇降自在に配置し、通電棒１５０の昇降により溶接ガン（上部電極１３０）が枢支点１４１を中心として矢印方向に回転できるように構成する。また、支持ブロック１４０は支承する溶接ガン１３０とともに水平方向又は平面方向に回転できるよう構成し、後に示すとおり、溶接時に先端の溶接チップ１３１を平面方向に回転させて位置決めできるように構成する。なお、このような操作は溶接ガン１３０の後端ハンドル１３２により手動で行なうこともできるし、平面上のｘ、ｙ軸を定めてコンピュ−タや数値制御により移動できるように構成することもできる。

溶接ガン１３０を例えば図１の紙面に沿って左方に移動させると、平たくいうと、前進させると、先端部の溶接チップ１３１は金属函や枠体などの構造物の内部にまで侵入させることができ、従来例のスポット溶接機の上下の電極の垂直移動経路に相当する上下方向が閉じられている構造の工作物Ｗであっても、内部にある溶接部を支障なく溶接できる。

横向き姿勢に保持された溶接ガン１３０の先端部と後端部の間で支承する点１４１は枢支軸として構成し、これを支点として溶接ガン１３０は回転し、この溶接ガン１３０がてこであり、このてこの支点が枢支点１４１、溶接チップが作用点、通電棒１５０の当接点が荷重点となり、てこ機構が構成できる。

このため、溶接ガン１３０に上向きに通電棒１５０により上向き力を作用させると、この力は増幅されて先端部の溶接チップ１３１には下向きの加圧力として方向を変えて伝達できるとともに、通電棒１５０を介して送られる電流が溶接チップ１３１を介して被溶接材に流れ、スポット溶接される。枢支点１４１の溶接ガン１３０における相対的位置は所望に応じて調整することができ、この位置を変えると、通電棒１５０による上向き力は調整して溶接チップ１３１により作用させることができる。

以上のとおり、溶接すべき被溶接材を溶接チップとシャンクとホルダとからなる棒状の溶接ガン１３０とテ−ブル式電極１２０との間で挾んで加圧通電して溶接するスポット溶接機であって、溶接ガン１３０をてことして利用して加圧通電するところに一つの特徴があるが、図１、図２および図３に示すとおり、この板状のテ−ブル式電極１２０の少なくとも１つの側面に、表面に合成樹脂の繊維材１６１が植毛又は起毛してなる植毛板１６０を設け、被溶接材が円滑にテ−ブル式電極１２０の表面を滑動させて位置決めができ、さらに、無効分流が起こり易いといわれる板厚の厚い被溶接材や熱導率がきわめて高いアルミニウム材やその合金材、さらに、低融点金属、例えばＺｎなどで表面被覆される表面被覆鋼板などの溶接も支障なく溶接できる。

また、合成樹脂の繊維材１７１には研磨材（図示せず）を含浸又は含ませあるいは散布させておくこともできる。

一般にいって、スポット溶接というと、主として、圧延鋼板の接合手段であって、アルミニウムおよびその合金材、およびＺｎめっき鋼板などの溶接は圧延鋼板に較べてややむづかしいといわれている。この理由は、スポット溶接が少なくとも２枚またはそれ以上の被溶接材を重ねて、上下電極で挾み、加圧、通電して溶接し、ナゲットを形成して溶接する接合手段であることに由来している。

一方、スポット溶接は、ア−ク溶接のように溶加材などが必要としない上に抵抗溶接のうちでも数秒で一つのスポット溶接ができること、一度溶接条件を設定すると全く素人の人やロボットでも容易に溶接ができること、安定した溶接ナゲットや継手強度が得られることから、自動車等の量生産方式における接合手段に用いられるほか、広く一般の所謂板金加工の接合手段としても用いられ、むづかしいといわれるアルミニウム材、表面被覆鋼板、そのほかに化成処理鋼板の接合にも適用しようとしている。

しかし、スポット溶接で用いられる棒状のクロム銅電極の寿命は圧延鋼板では１００００打点以上といわれているが、これに較べると、アルミニウム材やアルミニウム合金材、さらにＺｎめっき鋼板のスポット溶接ではクロム銅電極の寿命が大巾に短かくなり、ドレッシングのしん度が高くなるとともに、それに要する時間も長くなる。

すなわち、電極寿命は、ドレッシング毎に連続して所定の要求性能の溶接部が得られる打点数である。この打点数をこえてスポットを打つと、打ったナゲットの径や引張せん断強さが規定以下の値になる。この打点数をこえると、電極先端には電極と被溶接材との合金層ができ、それが溶接部に転写されて外観が損なわれる所謂ピックアップが発生し、ピックアップにより、電極が被溶接材に溶着してとれなくなるが、この打点数がアルミニウム材やＺｎめっき鋼板はきわめて低い。

このところから、アルミニウム材またはアルミニウム合金材やＺｎめっき鋼板のような材料には、高電導性のインサ−ト材を介装する溶接法も提案されている。

しかし、この方法は、２つの被溶接材間に介在するインサ−ト材が高電導性であるため、溶接熱は速やかに抜熱できることもあって、被溶接材との接触部の温度上昇は抑えられ、被溶接材の板厚方向の溶込みを浅くでき、溶接裏面の割れの発生が防止できる。

しかしながら、現実的にいって一つの溶接毎にインサ−ト材を介装することはきわめてむづかしく、介装そのものを自動化するのには大掛りな治具装置も必要になる。

要するに、ＺｎやＺｎ合金等のめっき鋼板やアルミニウム材およびアルミニウム合金材などであると、圧延鋼板と相違して、スポット溶接するときに電極とめっき鋼板との間で発生する溶接熱によって融点の低いＺｎやＺｎ合金が先に溶けだして電極と溶着することに起因している。また、電極が銅または銅合金から成ることもあって、これらの溶融金属が銅などと合金化して、電極先端や被溶接材表面に付着し、溶接部の圧こん（つまり、溶接跡）が汚され、一方、合金又は合金層は被溶接材の溶融表面に移行し電極が消耗することに起因している。

このところから、本発明に係るスポット溶接機では、先にのべたとおり、被溶接材をはさむ上部および下部の溶接電極１３０、１２０のうちで、棒状の上部電極１３０に対し下部電極１２０をその表面に平坦で導電性をもつテ−ブル状のものとして構成して、下部の溶接電極１２０の冷却能力を大巾にアップして被溶接材を電極との間の温度を低下させる。

すなわち、下部の溶接電極１２０をテ−ブル状に構成すると、テ−ブル状溶接電極はその広い全面にわたって冷却通路が形成され、従来例の棒状のものに較べ冷却能力が大巾に高められる。平たくいうと、一対の上下の溶接電極１３０、１２０のうちで少なくとも下部の溶接電極１２０の電極構造の改善をはかると、溶接電極の冷却能力を大巾に高めて溶接中のアルミニウム材やめっき鋼板中の低融点金属の溶融やそれに起因するピックアップなどを防止して電極寿命を延長し、ドレッシングなどを最小限にとどめることができる。

また、テ−ブル状電極として平坦でかつ広い表面を形成しても、その表面の何れのところでも通電され、対応する上部の溶接電極１３０における先端の溶接チップ１３１が絞られた点（又はスポット）とし構成されるため、加圧されたときには、その加圧力を支承する部位はいずれのところも点、つまり局部であり、その部分により点溶極（スポット溶極）が達成される。

しかしながら、被溶接材によっては数個又は数個の溶接部を順次に形成する場合もあり、この場合には近接する溶接部に電流が分流し、所謂無効分流が生じ易い。さらに、テ−ブル式電極１２０の表面は平坦に形成されている。このため、その上に被溶接材をのせると、被溶接材はテ−ブル式電極１２０の接触面との間で静電気などが働き、これにより被溶接材を移動させようとしても移動できなくなる。このところから、図１に示すとおり、少なくとも表面が銅又はその合金から成るテ−ブル式電極１２０の少なくとも１つの側面に植毛板１６０を設け、この植毛板１６０は表面には、図２および図３に示すとおり、合成樹脂の繊維材１６１が植毛又は起毛されて構成される。

このように構成すると、テ−ブル式電極１２０の周りには植毛板１６０が取付けられて拡大し、その上には大型の被溶接材であってものせることができ、移動のときには植毛板１６０表面の繊維材１６１が潤滑性に優れる合成樹脂から成るために、被溶接材は摺動でき、これに対応させて溶接ガン１３０を平面方向で旋回又は移動させると、所望に応じて溶接できる。

更に詳しく説明すると、テ−ブル式電極１２０は周囲の植毛板１６０とともに被溶接材を支えるためにテ−ブル式電極１２０はいたづらに拡大させる必要なく経済的であり、重量的に大巾に軽減できる。次に、被溶接材を支えるのは一部が銅又はその合金のテ−ブル式電極１２０であるのに反し、他部は絶縁性の合成樹脂である。このため、テ−ブル式電極１２０上で溶接されても、植毛板１６０上で絶縁されているところから、ほとんど無効分流は起らない。

すなわち、無効分流が論じられるのはほとんど棒状電極を用いたスポット溶接であり、必然的に相対する電極間で電流の一部が迂回して起こる。これに対し、テ−ブル式電極であると、表面がことごとく電極として働くため、どうしても随所に無効分流が生じ易い。無効分流はコロナボンドの生成に寄与する面があるが、下部電極１２０はテ−ブル状のためこのような寄与はほとんどなく少ないのが望ましい。この点、被溶接材の支持が相当植毛板１６０で行なわれ、絶縁材から成っているため、せいぜい分流が起こるのはテ−ブル式電極に限られ、さらにこの電極は全面にわたって冷却されることもあって、無効分流を最小限にくい止めることができる。

以上のとおり、本発明に係るスポット溶接機は下部電極をテ−ブル式電極として構成するものであるから、広く一般に板金加工により製造される函や容器、さらに配電盤などの溶接に使用できる。

本発明の一つの実施例に係るスポット溶接機の斜視図である。 図１に示すスポット溶接機における板状のテ−ブル式電極の一つの例の平面図である。 図２に示すテ−ブル式電極に取付けた植毛板の一つの例の側面図である。 先に提案したテ−ブル式溶接機を側面からみた説明図である。

符号の説明

１００ スポット溶接機
１１０ ハウジング
１２０ 下部のテ−ブル式電極
１３０ 溶接ガン
１３１ 溶接チップ
１４０ 支持ブロック
１４１ 枢支点
１５０ 通電棒
１６０ 植毛板

Claims (6)

1. 溶接すべき被溶接材を板状の下部電極との間で挾んで加圧通電して溶接する上部電極を先端の溶接チップとシャンクとホルダとからなる棒状の溶接ガンから構成すると共に、この溶接ガンをてことして利用して先端の溶接チップにより加圧通電するよう、構成されるスポット溶接機において、
   前記溶接ガンを横方向に移動自在に構成する一方、前記板状の下部電極の少なくとも１つの側面に表面に合成樹脂の繊維材を植毛してなる植毛板を設けて成ることを特徴とするスポット溶接機。
2. 前記合成樹脂の繊維材に研磨材を含浸させて成ることを特徴とする請求項１記載のスポット溶接機。
3. 前記板状の下部電極の２つの隣接側面に前記植毛板を設けて成ることを特徴とする請求項１又は２記載のスポット溶接機。
4. 前記上部電極からなる前記溶接ガンの後端部を上向きに突き上げて通電させる通電棒を設けて成ることを特徴とする請求項１記載のスポット溶接機。
5. 前記通電棒を銅又は銅合金から構成することを特徴とする請求項４記載のスポット溶接機。
6. 前記上部電極からなる前記溶接ガンを支持台上において横方向に回転自在に支持して成ることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のスポット溶接機。
   

Images