JP2007125559A - スポット溶接機 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明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横向き姿勢において加圧機構としててこを利用して被溶接材を加圧通電して溶接できるスポット溶接機を提案する。
【解決手段】表面のいずれのところも下部電極として働くテ−ブル式電極１２０との間で被溶接材Ｗをはさんで加圧通電する上部電極を構成する横向き姿勢の溶接ガン１３０をてことして被溶接材Ｗに加圧力をかけ通電するスポット溶接機１００であって、溶接ガン１３０の後端に設けた通電面１４２と、この通電面１４２に間欠的に当接する電極ヘッド１１０と、この電極ヘッド１１０が球面対偶部を介して上端に取付けられる通電ロッド１５０と、この通電ロッド１５０の下にバッファ部材２００とを設ける。
【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横向き姿勢においててこを加圧機構として利用して被溶接材を加圧通電して溶接できるスポット溶接機であって、この溶接ガンの後端をてことして利用するときの力点のほかに、溶接電流通電時の接点としても利用し、構造的なコンパクト化および合理化をはかった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溶接するところから、抵抗溶接といわれ、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であり、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としては大型の自動車ボディ専用溶接機などと同等であるが、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３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−ブル式電極あるいはシ−ト式電極としていわれるものとして構成し、この上で金属材などの被溶接材Ｗの加工、組立もできる。さらに、テ−ブル式電極２上におかれた金属材Ｗ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の溶接ガンの先端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２の板状シ−トの表面が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、溶接面として働く表面全体にわたって多量の冷却水が流通できることから、冷却能力がきわめて大きく溶接跡も残らない。さらに、溶接時の加圧力は溶接ガン３をてことして用いて加圧でき、加圧力を高めることができて好ましい。
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表面のいずれのところも下部電極として働くテ−ブル式電極との間で被溶接材をはさんで加圧通電する上部電極を構成する横向き姿勢の溶接ガンをてことして被溶接材に加圧力をかけ通電するスポット溶接機において、溶接ガンの後端に設けた通電面と、この通電面に間欠的に当接する電極ヘッドと、この電極ヘッドが球面対偶部を介して上端に取付けられる通電ロッドと、この通電ロッドを上下に昇降させるリフティング装置と、このリフティング装置と通電棒との間に介在させるバッファ部材とを具えて成ることを特徴とする。

依って、溶接機としては加圧機構としててことして利用しかつ下部電極を板状として構成するほか、溶接ガンの後端はてことして利用するときは力点、溶接電流の通電のときの通電点と利用するため、伸縮自在の支持ビ−ムなどで支持する必要がない。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。このようなところから、構造がきわめてコンパクトになり、究極には製品としての経済性を高めることができる。

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正面図である。

図２は図１に示すスポット溶接機の電極ヘッドの一つの例の断面図である。

図３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および図２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、１１０は電極ヘッド、１２０は表面のいずれのところも下部電極として働く板状のテ−ブル式電極、１３０は先端に溶接チップ１３１が設けられ後端に支持ブロック１４０が連結され横向き姿勢で上部電極として働く溶接ガンを示している。符号１４１は溶接ガン１３０を回転自在に支持する枢支点、すなわち溶接ガン１３０の回転中心を示し、１５０は通電棒、１６０は支持板、１７０はリフティング装置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Ｗはテ−ブル式電極１２０の上におかれ、その被溶接物Ｗに対し溶接ガン１３０をてことして作動させて溶接チップ１３１によって下向きに所望の加圧力が加えられ、この加圧力は後記の如く、通電棒１５０を介して与えられ、間欠的に通電され、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Ｗ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（図示せず）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。しかし、このような構造のテ−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であって、構造的には従来例のスポット溶接機とは異なっているのに拘らず、下部電極１２０が板状のテ−ブル式として構成するのにも拘らず、溶接部が点の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。

また、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って配置され、溶接ガン１３０が単に通電経路として使用されるほかに、後述のように、溶接ガン１３０をその後端を力点、先端の溶接チップ１３１とするてことして利用して高い加圧力を加えることができる。

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。

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、このままで枢支点１４１で回転自在に構成されている。このように構成すると、通電棒１５０を昇降させて通電ブロック１１０を上向きに突き上げ、通電ブロック１１０と通電棒１５０を間欠的に当接し、上向きに突き上げたときに通電棒１５０からの溶接電流は通電ブロック１１０を経て溶接ガン１３０の先端の溶接チップ１３１に作用して加熱溶融される一方、溶接チップ１３１によって被溶接物Ｗは加圧され、抵抗溶接される。

以上のとおり、本発明に係るスポット溶接機１００は表面のいずれのところでも下部電極として作用するテ−ブル状の板状電極１２０との間で被溶接材を上部電極として働く溶接ガン１３０の溶接チップ１３１ではさみ、この溶接ガン１３０を枢支点１３１で回転自在に構成し、これをてことして用いて、はさまれる被溶接材Ｗに加圧力をかけ通電してスポット溶接する。

このようにてことして用いて加圧する溶接ガン１３０において溶接ガン本体を支持する支持ブロック１４０の後端の一部を切欠いてその切欠き部の接触面に通電面１４２を形成する。

すなわち、図１に示す例では支持ブロック１４０内に溶接ガン１３０が装着され、図示は省略するが支持ブロック１４０の軸心に沿って溶接ガン１３０が装通されている。このような構造においては支持ブロック１４０の一部を切欠いた切欠き面を通電面１４２とし、この通電面１４２から溶接ガン１３０に給電できるよう構成する。

通電面１４２の形状は電流ロスなく給電できれば何れの形状にも構成できるが、製作上からして通常フラット、平坦に構成する。更に詳しく説明すると、溶接ガン１３０をてことして用いて加圧する場合は、先端の溶接チップ１３１は支持ブロック１４０を回転自在に支持する枢支点１４１を中心として回転して下降する。このため、溶接チップ１３１の下降軌跡は直線状でなく円弧状を成し、どうしても厳密にいうと、被溶接材Ｗに対し溶接チップ１３１が僅かな勾配をもって斜めに当ることになり、後端の通電面１４２も水平でなく、溶接ガン１３０の回転度合に応じて水平レベルに対し僅かづつ傾斜する。後記のように通電ロッド１５０やその先端の電極ヘッド１１０の接触抵抗が変化しこれが大きな電流ロスとなる。

このところから電極ヘッド１１０は図２に示す球面対偶部１９０を介して通電棒１５０に接続されており、このため、通電面１４２が平坦であると、それが連続的にその傾斜を変えてもそれに電極ヘッド１１０が追従し易く、当り面も大きくとることができる。

また、支持ブロック１４０後端の通電面１４２は力点として通電ロッド１５０によって上向き力が作用するが、通電ロッド１５０の先端に電極ヘッド１１０を取付け、この電極ヘッド１１０と通電ロッド１５０との間に球面対偶部１９０に介在させ、さらに、この通電ロッド１５０を上下に昇降自在に構成するために、長尺の板状部材１６０を具えるリフティング装置１７０を設ける一方、このリフティング装置１７０と通電ロッド１５０との間にバッファ部材２００を介在させる。

上記のとおり、本発明に係るスポット溶接機１００は、横向き姿勢でてことして用いる溶接ガン１３０にその後端の通電面１４２を力点として上向きの力を通電ロッド１５０によって与え、通電面１４２と電極ヘッド１１０との接触によって溶接電流を供給する構造に構成されている。この構造においては、溶接中通電面１４２と電極ヘッド１１０は常に変化なく一定の条件で接触し、溶接中の電流供給が変化がなくその間の接触抵抗が小さく略々一定であることが必要である。

一方、先に説明したように、溶接ガン１３０をてことして用いる加圧機構はてこという倍力機構を利用しているため、加圧力を高めることができ、圧接の一つといわれる抵接ではきわめて好ましい。しかし、この反面、てこを用いるということは、加圧のときにどうしても溶接ガン１３０の先端の溶接チップ１３１は枢支点１４１を中心として回転することになり、溶接チップ１３１の加圧動作は被溶接材Ｗに対し垂直でなく斜めに傾くことになり、この動作により溶接ガン１３０には曲げや戻りの荷重がかかり、それにより後端の通電面１４２の位置が変動し、直接通電ロッド１５０で突き上げたのでは電流の供給量が変化し、電流ロスがきわめて大きくなる。

このところから、通電面１４２に間欠的に当接する電極ヘッド１１０には例えば図２に示すとおりの球面対偶部１９０を介在させる。さらに通電ロッド１５０にはバッファ部材２００を取付ける。球面対偶部１９０は図２に示すように、球状体１１１をそのソケット部を成すように電極ヘッドのレ−ス面１１２にはめ合わせたものである。この構造であると、電極ヘッド１１０のレ−ス面１１２は常に球状体１１１の周りを移動し、三次元的に自由な位置がとれるよう構成されている。

また、バッファ部材２００は、単に通電ロッド１５０の上昇を緩衝するものでなく、溶接電源の一つの極と接続し、バッファ部材２００を介して溶接電流を供給できるように構成する。

すなわち、図１に示す例は、導電性の銅板を重ねてＵ字状に折り曲げてＵ字状コイル２０１として構成し、ばね性を持たせると同時に導電通路として構成したものであり、さらに、Ｕ字状コイル２０１の間に絶縁性合成樹脂（例えばフッ素樹脂）のバッファ体２０２を介装したものである。この構造であると、下から板状部材１６０によって上向きに加圧したときに、通電面１４２との不均一さなどによって反力が生じてもそれを吸収でき、通電面１４２への当りをやわらげることができる。

また、球面対偶部１９０は、図２に示すとおり、通常の玉軸受と略々同じ構造を示すが、玉軸受は玉そのものが転動体でその周囲にレ−ス面をもっている。これに対し、球面対偶部１９０は球状体１１１が通電棒又は通電ロッド１５０の一部として一体に構成されソケット部が電極ヘッド１１０と一体に構成されている。このため、溶接ガン１３０に過大な戻りや曲げが作用しても、それに伴って電極ヘッド１１０が移動し、常に電極ヘッド１１０と支持ブロック１４０の通電面１４２とは変動することなく接触しており、その間の電気抵抗が変ることなく通電でき、電流ロスを最小限におさえることができる。

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の改善に係るものであって、この改善により上部電極として用いられる溶接ガンの平行移動機構のコンパクト化が達成できる。この溶接機は軽量で小型化されるものであるから、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。さらに、大きな溶接電流を必要とされる厚板などの構造物の溶接であっても、電流ロスを少なく溶接できるため、利用分野を大巾に拡大できる。

本発明の一つの実施例に係るスポット溶接機の正面図である。 図１に示すスポット溶接機の電極ヘッドの一つの例の断面図である。 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 本発明に係るスポット溶接機
１１０ 電極ヘッド
１２０ テ−ブル式電極
１３０ 溶接ガン
１４０ 支持ブロック
１５０ 通電棒
１７０ リフティング装置
１９０ 球面対偶部
２００ バッファ部材

Claims (6)

1. 表面のいずれのところも下部電極として働くテ−ブル式電極との間で被溶接材をはさんで加圧通電する上部電極を構成する横向き姿勢の溶接ガンをてことして前記被溶接材に加圧力をかけ通電するスポット溶接機において、
   前記溶接ガンの後端に設けた通電面と、
   この通電面に間欠的に当接する電極ヘッドと、
   この電極ヘッドが球面対偶部を介して上端に取付けられる通電ロッドと、
   この通電ロッドを上下に昇降させるリフティング装置と、
   このリフティング装置と前記通電棒との間に介在させるバッファ部材と
   を具えて成ることを特徴とするスポット溶接機。
2. 前記通電面をフラットな平面とすることを特徴とする請求項１記載のスポット溶接機。
3. 前記電極ヘッドの当り面をフラットな平面とすることを特徴とする請求項１記載のスポット溶接機。
4. 前記球面対偶部を前記通電棒と一体化した球状部とその周りに走行し前記電極ヘッドと一体化したソケット部とから構成することを特徴とする請求項１記載のスポット溶接機。
5. 前記バッファ部材を少なくとも２枚の導電板をＵ字状に形成したＵ字状コイルから構成することを特徴とする請求項１記載のスポット溶接機。
6. 前記Ｕ字状コイルに合成樹脂又はゴムの弾性材を介装して成ることを特徴とする請求項１又は５記載のスポット溶接機。
   

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