JP2007229802A - 抵抗溶接機の加圧方法及び加圧機構 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧力の制御範囲が広く、元圧以上の加圧力を被溶接物に加えることが可能で、溶接途中での加圧力の制御も可能な抵抗溶接機の加圧方法及び機構を提供する。
【解決手段】対向する固定電極３５と加圧電極１８を有し、加圧電極１８はエア源に接続されるエアシリンダー１３によって固定電極３５に被溶接物５５を介して押圧される抵抗溶接機の加圧方法及び機構であって、エアシリンダー１３は、加圧電極１８に連結される第１のピストン１１の他に第２のピストン１２を備え、第２のピストン１２を電動モータ１５を動力とする直線移動手段２０によって、第１のピストン１１によって加圧電極１８を押圧する時に、第１のピストン１１に近づけて、第１及び第２のピストン１１、１２間のエアの圧力をエア源の圧力より高め、固定電極３５に対する加圧電極１８の押圧力を増す。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定電極と加圧電極の間に挟持した対象物に通電して溶接を行う抵抗溶接機（スポット溶接機、プロジェクション溶接機、及びシーム溶接機を含む）の加圧方法及び加圧機構に関する。

例えば、特許文献１に記載されているように抵抗溶接機の一例であるスポット溶接機は、下部の固定電極と、上部の加圧電極との間に被溶接物を配置し、加圧電極をエアシリンダーで押し下げ、固定電極と加圧電極で被溶接物を加圧した状態で通電し溶接を行っている。
また、特許文献２にはこのエアシリンダーの代わりに電動モータの回転動力を直線運動に変換して加圧電極を加圧することが知られている。

特開平１０−１２８５４７号公報 特開２０００−２１８３７９号公報

しかしながら、電極を加圧するのにエアシリンダーを用いた場合、例えば、その内径が２００ｍｍの場合、エア元圧が４ｋｇ／ｃｍ²の場合には約１２００ｋｇとなり、これより小さい加圧力はエア圧を調整することによって可能であるが、更に高い圧力を得ることは不可能であった。ここで、最初からエアシリンダーの直径を大きくした場合、例えば、その内径を３００ｍｍとした場合、エア元圧が４ｋｇ／ｃｍ²で２８００ｋｇの加圧力を得ることになるが、１０００ｋｇ以下の低い圧力で溶接を行おうとするとエア圧を下げる必要があり、エア圧を下げると加圧動作が安定しないという問題があった。
一方、エアシリンダーの代わりに電動モータを使用するタイプの溶接機においても、広い加圧範囲でかつ高速動作を行おうとすると大型の電動モータが必要となり、これに伴って各部の構造も大型となって機器のイナシャも大きくなり、加圧力の細かい制御が困難であるという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、低い加圧力であっても高い加圧力であっても動作が安定し、しかもエア源の元圧以上の加圧力を被溶接物に加えることが可能で、溶接途中での加圧力の制御も可能な抵抗溶接機の加圧方法及び加圧機構を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る抵抗溶接機の加圧方法は、対向する固定電極と加圧電極を有し、該加圧電極はエア源に接続されるエアシリンダーによって前記固定電極に被溶接物を介して押圧される抵抗溶接機の加圧方法であって、
前記エアシリンダーは、前記加圧電極に連結される第１のピストンの他に第２のピストンを備え、該第２のピストンを電動モータを動力とする直線移動手段によって、前記第１のピストンによって前記加圧電極を押圧する時に、前記第１のピストンに近づけて前記第１及び第２のピストン間のエアの圧力を前記エア源の圧力より高め、前記固定電極に対する前記加圧電極の押圧力を増す。

第１の発明に係る抵抗溶接機の加圧方法において、前記第１のピストンに背圧をかけた状態で、前記電動モータによって前記第１、第２のピストンの間のエアの圧力を前記エア源の圧力より高めた後、前記第１のピストンの背圧を解放して、前記第１のピストンによって前記加圧電極を押圧することも可能である。これによって、加圧力を２段階に調整できる。この状態で、前記第１のピストンの背圧の解放は、前記第１、第２のピストン間のエアの圧力が予め設定された所定高圧となって前記固定電極と前記加圧電極との間に通電が行われるとき又は該通電後直ちに行うようにすることもできる。これによって、被溶接物に加圧力を与えて通電し、更に溶接後、溶接部の鍛圧処理を行うことができる。

第２の発明に係る抵抗溶接機の加圧機構は、対向する固定電極と加圧電極を有し、該固定電極と該加圧電極との間に被溶接物を挟持して溶接を行う抵抗溶接機の加圧機構であって、
前記加圧電極に連結される第１のピストン及び該第１のピストンとは独立して対向配置される第２のピストンを有するエアシリンダーと、該エアシリンダーの前記第２のピストンの移動をねじ機構（直線移動手段の一例）を介して行う電動モータと、前記エアシリンダーの前記第１及び第２のピストンの間及び前記第１のピストンの背圧側に供給するエアの切替えを行う切替えバルブ群と、該切替えバルブ群及び前記電動モータの制御を行う制御部とを有し、前記第１、第２のピストンの間に供給されたエアの圧力を、前記電動モータを駆動して、前記第２のピストンを前記第１のピストンに近づけ、前記エアシリンダーに供給されるエア源の圧力より大きくする。

第２の発明に係る抵抗溶接機の加圧機構において、前記第１、第２のピストンの間のエアの供給は、前記第２のピストンのピストンロッドを介して行うことも可能である。これによって、エアの供給部の構造が簡略化し、動作が確実となる。

第１の発明に係る抵抗溶接機の加圧方法及び第２の発明に係る抵抗溶接機の加圧機構においては、エアシリンダー内に第１、第２のピストンを備え、第２のピストンを電動モータによって押圧するようにしているので、第１、第２のピストン間のエアの圧力をエア源の元圧より高めることができ、より大きな加圧力を得ることができる。
また、電動モータをエアシリンダーと組み合わせることによって、被溶接物に低い加圧力から高い加圧力まで安定して供給できる。

特に、第１の発明に係る抵抗溶接機の加圧方法において、第１のピストンに背圧をかけた状態で、電動モータによって第１、第２のピストンの間のエアの圧力をエア源の圧力より高めた後、第１のピストンの背圧を解放して、第１のピストンによって加圧電極を押圧することによって、被溶接物に加える押圧力を途中から変えて、エアシリンダーとエア源の元圧によって発生する加圧力より更に大きな加圧力を加えることができる。そして、第１のピストンの背圧の解放は、第１、第２のピストン間のエアの圧力が予め設定された所定高圧となって固定電極と加圧電極との間に通電が行われるとき又は該通電後直ちに行うことによって、被溶接部の溶接後の鍛圧を行うことができる。

そして、第２の発明に係る抵抗溶接機の加圧機構において、第１、第２のピストンの間のエアの供給は、第２のピストンのピストンロッドを介して行うことによって、機器構成の簡略化が図れる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る抵抗溶接機の加圧機構及び加圧方法の全体説明図、図２は同抵抗溶接機の加圧方法に使用するエアシリンダーの断面図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る抵抗溶接機の加圧機構１０は、下側及び上側に対向してそれぞれ配置される第１、第２のピストン１１、１２を備えるエアシリンダー１３と、このエアシリンダー１３のエア制御を行う切替えバルブ群１４と、エアシリンダー１３の上側の第２のピストン１２にねじ機構（直線移動手段の一例）２０を介して連結される電動モータ１５と、切替えバルブ群１４と電動モータ１５のオンオフを行う図示しない制御部（通常、プログラマブルコントローラ）とを有する。以下、これらについて詳細に説明する。

図１、図２に示すように、エアシリンダー１３の第１のピストン１１は、加圧ロッド１６、上部電極ホルダー１７を介して加圧電極（上部電極）１８に連結され、第１のピストン１１の昇降に伴って、加圧電極１８が昇降するようになっている。なお、加圧ロッド１６から上部電極ホルダー１７への連結はスプリング（例えば、皿バネ）を介して連結する場合もある。
また、エアシリンダー１３の第２のピストン１２にはピストンロッド１９及びねじ機構２０を介して電動モータ１５に連結され、電動モータ１５の正回転によって第２のピストン１２が下降し、電動モータ１５の逆回転によって第２のピストン１２が上昇する構造となっている。即ち、前記ねじ機構２０は、図２に示すように、カップリング２１を介して伝えられた電動モータ１５の回転動力によって回転する雌ねじと、この雌ねじの回転によって上下動する雄ねじ２２とを有している。雄ねじ２２の下端部にはピストンロッド１９がスラスト継手２３を介して連結され、雄ねじ２２の昇降力のみをピストンロッド１９に伝えて、電動モータ１５の回転によって第２のピストン１２が上下する構造となっている。
なお、ピストン１２の上限及び下限はそれぞれリミットスイッチ２４、２５が検知している。

エアシリンダー１３の下金物２６には、第１のピストン１１と下金物２６との間の部屋（背圧室）２７を外部に連結する第１の空気口２８を有し、エアシリンダー１３の上金物２９には、第２のピストン１２と上金物２９との間に形成される部屋３０を外部に連通させる貫通孔３１を有している。第１、第２のピストン１１、１２の間に形成される部屋（加圧室）３２は、ピストンロッド１９内に形成されたエア通路３３に連通する第２の空気口３４に連結されている。

加圧電極１８と対向して配置される固定電極（下部電極）３５は、下部電極ホルダー３６に固定され、更に下部電極ホルダー３６はねじ機構に連結された電動モータ３７によって昇降可能となって、固定電極３５の高さ位置を調整できるようになっている。なお、この実施の形態では固定電極３５は昇降調整可能となっているが、電動モータ３７及びねじ機構を省略し、即ち固定電極３５を支持する下部電極ホルダー３６を溶接機本体のフレームに固定配置することもできる。図１において、３５ａ、３５ｂは固定電極３５の上限位置及び下限位置を決めるリミットスイッチを示す。

次に、抵抗溶接機の加圧機構１０のエアシリンダー１３に圧縮エアを供給する切替えバルブ群１４について説明する。
図１に示すように、切替えバルブ群１４は元圧が４ｋｇ／ｃｍ²のエア供給源（エア源）３８にストップバルブ３９、エアフィルター４０を介して接続され、第１、第２の電磁弁４１、４２に減圧弁４３、４４を介して接続されている。この実施の形態では減圧弁４３、４４の出力圧力はそれぞれ４ｋｇ／ｃｍ²にセットされているが、パイロット圧減圧弁４５、４６を調整して４ｋｇ／ｃｍ²以下の任意の圧力に設定することができる。

第１の電磁弁４１はスロットバルブ４８、第３の電磁弁４９を介して第１、第２のピストン１１、１２の間に形成される部屋３２にエアを供給し、第２の電磁弁４２は第４の電磁弁５０を介して第１のピストン１１の背圧側、即ちピストン１１と下金物２６との間に形成される部屋２７にエアを供給できる構造となっている。そして、部屋３２と部屋２７は第５の電磁弁５１を介して連通可能となっていると共に、部屋２７には第６の電磁弁５２が連結されて内部に溜まったエアを外部に解放できる構造となっている。

また、第３の電磁弁４９とエアシリンダー１３との連結管路５３には圧力計（圧力スイッチ）ＰＳ１が設けられ、第４の電磁弁５０とエアシリンダー１３との連結管路５４には圧力計（圧力スイッチ）ＰＳ２が設けられ、それぞれ部屋３２、２７の圧力を検知できるようになっている。
連結管路５３、５４には、それぞれ、設定圧１０ｋｇ／ｃｍ²の安全用のリリーフ弁５５、５６が設けられている。

続いて、この加圧機構１０を用いた本発明の一実施の形態に係る抵抗溶接機の加圧方法について表１を参照しながら説明する。なお、このプログラムは図示しない制御部に予め記憶されているが、制御部は周知であるので、詳しい説明を省略する。ここで、減圧弁４３、４４ではエア源の元圧４ｋｇ／ｃｍ²に二次側圧力が維持され、エアシリンダー１３の内径は２００ｍｍ、加圧ロッド１６の径は４０ｍｍとする。
初期状態では第１〜第６の電磁弁４１、４２、４９〜５２、電動モータ１５は全てオフの状態にあり、この状態では部屋２７にエアが供給されているので、第１、第２のピストン１１、１２は上限位置にある。従って、第１のピストン１１に連結されている加圧電極１８は上限位置にある（以上、第１のステップ）。

この状態で、第１の電磁弁４１、第５の電磁弁５１をオンにすると、部屋２７、３２に
４ｋｇ／ｃｍ²のエアが供給され、部屋３２の断面積（Ｓ１）が部屋２７の有効断面積（Ｓ２）より加圧ロッド１６の断面積（Ｓ３）分だけ大きい（即ち、Ｓ１−Ｓ２＝Ｓ３）ので、第１のピストン１１は下降し、これに伴い加圧電極１８は下降し、固定電極３５と加圧電極１８との間に位置する被溶接物５７を挟持する。
なお、固定電極３５は電動モータ３７を回転させることによって所定高さに固定されているものとする（以上、第２のステップ）。

次に、第１の電磁弁４１をオフにし、第３〜第５の電磁弁４９〜５１をオンにし、電動モータ１５を正転すると、第２のピストン１２が下降する。これに伴い、第１、第２のピストン１１、１２の間の部屋３２は圧縮されるので、圧力が上昇するが、部屋３２及び部屋２７は第５の電磁弁５１で連通しているので、部屋３２及び部屋２７の圧力Ｐ１が同時に上昇する。この状態では被溶接物５７の加圧力Ｆ１は、Ｐ１×Ｓ３となる（以上、第３のステップ）。

次に、第５の電磁弁５１をオフにすると、部屋２７の圧力はＰ１を維持するが、電動モータ１５の加圧によって第２のピストン１２は更に下降し、部屋３２の圧力はＰ１からＰ２に高まる（以上、第４のステップ）。
そして、部屋３２の圧力Ｐ２が所定の圧力（この実施の形態では８．４ｋｇ／ｃｍ²）になったことを圧力計ＰＳ１で検知し、加圧電極１８と固定電極３５との間に所定の電流を流して被溶接物５７を溶接する。この時の加圧力は（Ｐ２×Ｓ１−Ｐ１×Ｓ２）となる（以上、第５のステップ）。

この後（即ち、通電が完了した後）、第６の電磁弁５２を開くと、部屋２７の圧縮エアが解放されるので、被溶接物５７の加圧力がＰ２×Ｓ１（この実施の形態では、Ｐ２は８．４ｋｇ／ｃｍ²で、Ｐ２×Ｓ１は２６００ｋｇ）となり、通電後の被溶接物５７の鍛圧を行うことができる。この状態では電動モータ１５は圧力Ｐ２を検知して止まっており、第６の電磁弁５２の動作のみで鍛圧動作を行えるので、電動モータ１５の動作に関係なく溶接完了後の高速鍛圧を実現できる。また、鍛圧に必要な加圧力をＰ２×Ｓ１から計算して、Ｐ２の圧力を設定し、次に溶接時の加圧力（Ｐ２×Ｓ１−Ｐ１×Ｓ２）からＰ１を設定することになる（以上、第６のステップ）。
この後、第１〜第６の電磁弁４１、４２、４９〜５２をオフにして、電動モータ１５を高速逆転して加圧電極１８を急速上昇させる（以上、第７のステップ）。

以上の実施の形態は溶接後の鍛圧処理を行う場合の例について説明したが、通常の溶接を行う場合には、第３〜第６の電磁弁４９〜５２、及び電動モータ１５は使用しないで（即ち、オフの状態）にして、第１、第２の電磁弁４１、４２の動作でスポット溶接を行うことができる。この場合の加圧力は最大Ｓ１×元圧（Ｐ）となる。
また、元圧（Ｐ）より高い加圧力で溶接を行う場合には、上記した第６のステップで通電してもよいが、例えば、部屋２７を大気解放、部屋３２に元圧（Ｐ）を入れた状態で、電動モータ１５を正転して部屋３２内の圧力を高め、所定の圧力になったことを圧力計ＰＳ１で検知して通電することもできる。

前記実施の形態は、スポット溶接についてのみ説明したが、例えば、プロジェクション溶接機、シーム溶接機等にも本発明は適用可能である。
特に、本発明に係る抵抗溶接機の加圧方法においては、電動モータとねじ機構による加圧方法に比較して途中に圧縮性空気が充填される部屋３２を介してエア源より高い圧力で被溶接物が加圧されるので、安定した加圧動作を行うことができる。

本発明の一実施の形態に係る抵抗溶接機の加圧機構及び加圧方法の全体説明図である。 同抵抗溶接機の加圧方法に使用するエアシリンダーの断面図である。

符号の説明

１０：抵抗溶接機の加圧機構、１１：第１のピストン、１２：第２のピストン、１３：エアシリンダー、１４：切替えバルブ群、１５：電動モータ、１６：加圧ロッド、１７：上部電極ホルダー、１８：加圧電極、１９：ピストンロッド、２０：ねじ機構、２１：カップリング、２２：雄ねじ、２３：スラスト継手、２４、２５：リミットスイッチ、２６：下金物、２７：部屋、２８：第１の空気口、２９：上金物、３０：部屋、３１：貫通孔、３２：部屋、３３：エア通路、３４：第２の空気口、３５：固定電極、３５ａ、３５ｂ：リミットスイッチ、３６：下部電極ホルダー、３７：電動モータ、３８：エア供給源、３９：ストップバルブ、４０：エアフィルター、４１：第１の電磁弁、４２：第２の電磁弁、４３、４４：減圧弁、４５、４６：パイロット減圧弁、４８：スロットバルブ、４９：第３の電磁弁、５０：第４の電磁弁、５１：第５の電磁弁、５２：第６の電磁弁、５３、５４：連結管路、５５、５６：リリーフ弁、５７：被溶接物

Claims (5)

1. 対向する固定電極と加圧電極を有し、該加圧電極はエア源に接続されるエアシリンダーによって前記固定電極に被溶接物を介して押圧される抵抗溶接機の加圧方法であって、
   前記エアシリンダーは、前記加圧電極に連結される第１のピストンの他に第２のピストンを備え、該第２のピストンを電動モータを動力とする直線移動手段によって、前記第１のピストンによって前記加圧電極を押圧する時に、前記第１のピストンに近づけて前記第１及び第２のピストン間のエアの圧力を前記エア源の圧力より高め、前記固定電極に対する前記加圧電極の押圧力を増すことを特徴とする抵抗溶接機の加圧方法。
2. 請求項１記載の抵抗溶接機の加圧方法において、前記第１のピストンに背圧をかけた状態で、前記電動モータによって前記第１、第２のピストンの間のエアの圧力を前記エア源の圧力より高めた後、前記第１のピストンの背圧を解放して、前記第１のピストンによって前記加圧電極を押圧することを特徴とする抵抗溶接機の加圧方法。
3. 請求項２記載の抵抗溶接機の加圧方法において、前記第１のピストンの背圧の解放は、前記第１、第２のピストン間のエアの圧力が予め設定された所定高圧となって前記固定電極と前記加圧電極との間に通電が行われるとき又は該通電後直ちに行われることを特徴とする抵抗溶接機の加圧方法。
4. 対向する固定電極と加圧電極を有し、該固定電極と該加圧電極との間に被溶接物を挟持して溶接を行う抵抗溶接機の加圧機構であって、
   前記加圧電極に連結される第１のピストン及び該第１のピストンとは独立して対向配置される第２のピストンを有するエアシリンダーと、該エアシリンダーの前記第２のピストンの移動をねじ機構を介して行う電動モータと、前記エアシリンダーの前記第１及び第２のピストンの間及び前記第１のピストンの背圧側に供給するエアの切替えを行う切替えバルブ群と、該切替えバルブ群及び前記電動モータの制御を行う制御部とを有し、前記第１、第２のピストンの間に供給されたエアの圧力を、前記電動モータを駆動して、前記第２のピストンを前記第１のピストンに近づけ、前記エアシリンダーに供給されるエア源の圧力より大きくすることを特徴とする抵抗溶接機の加圧機構。
5. 請求項４記載の抵抗溶接機の加圧機構において、前記第１、第２のピストンの間のエアの供給は、前記第２のピストンのピストンロッドを介して行うことを特徴とする抵抗溶接機の加圧機構。

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