JP2007260747A

JP2007260747A - 抵抗溶接機の電極加圧機構

Info

Publication number: JP2007260747A
Application number: JP2006091759A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hisada; 康一久田
Original assignee: NAS Toa Co Ltd
Current assignee: NAS Toa Co Ltd
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】低加圧力から高加圧力まで適正な押し下げ代（即ち、縮み代、伸び代）を有して、加圧力を被溶接物に与えることができる抵抗溶接機の電極加圧機構を提供する。
【解決手段】加圧電極を弾性部材を介して押圧手段１３によって固定電極に向けて加圧し、固定電極と加圧電極との間に挟まれた被溶接物に加圧力を与える抵抗溶接機の電極加圧機構１０において、弾性部材はそれぞれ縮み代に対する加圧力が異なる複数種類のばね部材１５、１６を直列に配置したものからなり、弱加圧及び強加圧での被溶接物への押圧力に対する押し下げ代を確保した。
【選択図】図１

Description

本発明は、加圧電極の加圧力に対して広い範囲で加圧電極の押し下げ代を確保できる抵抗溶接機（スポット溶接機、プロジェクション溶接機、シーム溶接機をいう）の電極加圧機構に関する。

固定電極（通常、下部電極）と加圧電極（通常、上部電極）との間に被溶接物（ワーク）を配置し、空圧シリンダー（電動シリンダーの場合もある）によって固定電極上にある被溶接物を加圧電極で加圧した状態で、固定電極と加圧電極との間の被溶接物に通電する抵抗溶接機においては、空圧シリンダーのみで加圧を行うと、溶接時の加圧電極の追従性が悪いので、加圧ばね（コイルばね、皿ばね）を介して被溶接物を加圧することが一般に行われている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
ところが、１台の抵抗溶接機には１種類の加圧ばねしか用いられていないので、撓みａに対する加圧力Ｆは、Ｆ＝Ｅａ（Ｅはばね定数）となって荷重に対する撓みは決まってしまい、１台の抵抗溶接機においては、適正な加圧力の範囲は大凡決まっていた。

特開平１０−２４９５４０号公報（第２頁、図３、図４）特開２００２−２３９７４６号公報

しかしながら、被溶接物への加圧力は被溶接物の厚みや材料等で異なり、異なる加圧力の付与については空圧シリンダーの圧力を変えることや更に別の加圧機構を付加することで可能であるが、この場合、加圧ばねのばね定数が小さい（即ち、加圧ばねの縮み代に対する加圧力が小さい）と、大きな荷重に対して加圧ばねが撓みきってしまい、加圧ばねとして皿ばねを使用した場合には、皿ばねが割れる等の問題が発生していた。
ここで、加圧ばねのばね定数が大きいものを使用すると、低加圧では加圧力に対する縮み代（伸び代）が小さく、通電時の溶接部の微小変形に対応できず、溶接部からのスパッターが発生し易い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、低加圧力から高加圧力まで適正な押し下げ代（即ち、縮み代、伸び代、撓み代）を有して、加圧力を被溶接物に与えることができる抵抗溶接機の電極加圧機構を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る抵抗溶接機の電極加圧機構は、加圧電極を弾性部材を介して押圧手段によって固定電極に向けて加圧し、前記固定電極と前記加圧電極との間に挟まれた被溶接物に加圧力を与える抵抗溶接機の電極加圧機構において、
前記弾性部材はそれぞれ縮み代に対する加圧力が異なる複数種類のばね部材を直列に配置したものからなり、弱加圧及び強加圧での前記被溶接物への押圧力に対する押し下げ代を確保している。
これによって、弱加圧の場合にはばね定数の小さいばね部材が大きく撓み、強加圧の場合は、ばね定数の小さいばね部材の変形が完了し、ばね定数の大きいばね部材が撓むことになる。

本発明に係る抵抗溶接機の電極加圧機構において、前記押圧手段は空圧シリンダー単独、複数の空圧シリンダー、電動シリンダー、及び空圧シリンダーと電動シリンダーの組み合わせのいずれか１からなるものを使用するのが好ましい。
押圧手段として空圧シリンダーを用いる場合、圧力を変えることによって容易に押圧力を変えることができる。また、２以上の空圧シリンダーを用いて加圧力を変えるもの、空圧シリンダーと電動シリンダーを組み合わせて加圧力を変えるもの、電動シリンダーのみでその加圧力を変えるもの、いずれであっても本発明は適用される。

また、本発明に係る抵抗溶接機の電極加圧機構において、前記複数種類のばね部材として、高荷重用のばね部材と低荷重用のばね部材の少なくとも２種類が直列に連結されて用いられ、前記低荷重用のばね部材には、該低荷重用のばね部材に大荷重がかかるのを防止する負荷制限手段が設けられている。これによって、低荷重用のばね部材の割れや破損を防止できる。
なお、皿ばねを使用する場合には、同一の皿ばねを同じ向きに重ねると全体的な（即ち、ばね部材の）ばね定数（荷重／縮み代）を増大させることができるし、同一の皿ばねを向かい合わせて使用すると全体的なばね定数を小さくすることができる。従って、同一の皿ばねを組み合わせて高荷重用のばね部材と、低荷重用のばね部材を形成できる。

本発明に係る抵抗溶接機の電極加圧機構においては、弾性部材はそれぞれ縮み代に対する加圧力が異なる複数種類のばね部材を直列に配置したものからなり、弱加圧及び強加圧での被溶接物への押圧力に対する押し下げ代を確保しているので、加圧力の調整を低加圧（弱加圧）から高加圧（強加圧）まで変化させて溶接を行っても、加圧電極が溶接部に対応して動くので、溶接時の加圧不足によるスパッター等が減少し、安定した抵抗溶接が行える。

特に、複数種類のばね部材として、高荷重用のばね部材と低荷重用のばね部材の少なくとも２種類が直列に連結されて用いられ、低荷重用ばね部材には、低荷重用ばね部材に大荷重がかかるのを防止する負荷制限手段が設けられた場合には、低荷重用ばね部材、例えば皿ばねに過度な荷重がかかって破損等するのを防止できる。

更に、高荷重用のばね部材と低荷重用のばね部材を、それぞれ同一の皿ばねを組み合わせて形成した場合には、１種類の皿ばねで済み、しかも一種類の皿ばねであれば同一内径及び外径であるので、機器の構成が容易となる。

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電極加圧機構の主要部を示す断面図、図２は同電極加圧機構の部分拡大断面図である。

図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る抵抗溶接機（この実施の形態ではスポット溶接機）の電極加圧機構１０は、図示しない溶接機本体に取付ける固定フレーム１１と、固定フレーム１１の上部に支持部材１２を介して取付けられる空圧シリンダー（押圧手段の一例）１３と、空圧シリンダー１３のピストンロッド１４の下方に延長された部分に直列に取付けられた高荷重用のばね部材１５と低荷重用のばね部材１６と、これらを収納し下部には図示しない上部電極ホルダーが取付けられる加圧部材１７とを有している。この実施の形態では、高荷重用のばね部材１５と低荷重用のばね部材１６とで弾性部材を構成する。以下、これらについて詳しく説明する。

空圧シリンダー１３は、中央の筒体１８とこの上下に固着されている上ブロック１９及び下ブロック２０を有し、内部にピストン２１が設けられている。上ブロック１９及び下ブロック２０にはそれぞれエア給排口２２、２３が設けられ、図示しない電磁弁及び減圧弁を介してエア源に接続されている。ピストン２１には長尺のピストンロッド１４の上端部がねじによって固定されている。

加圧部材１７は筒状体からなって、上部にピストンロッド１４のガイド２４が固定され、このガイド２４より下の部分のピストンロッド１４は二段階に縮径して第１の縮径部２５と第２の縮径部２６とを有している。第１の縮径部２５にはストッパー上金具２７を介して高荷重用のばね部材１５が装着され、第２の縮径部２６には中間金具２８を介してカラー２９に装着された低荷重用のばね部材１６が装着されている。そして、低荷重用のばね部材１６の下部にはストッパー下金具３０が設けられ、ストッパー下金具３０の直下には座金３１を介してナット３２が螺着されている。このナット３２によって、ピストンロッド１４にストッパー上金具２７、高荷重用のばね部材１５、中間金具２８、低荷重用のばね部材１６、ストッパー下金具３０及び座金３１を締めつけ、高荷重用のばね部材１５と低荷重用のばね部材１６に予圧を与えている。

ストッパー上金具２７はピストンロッド１４の段部に装着され、高荷重用のばね部材１５の上端を押圧し、ストッパー下金具３０は低荷重用のばね部材１６の下端を載せてその荷重を荷重受け金具３４を介して段部が形成された加圧部材１７に荷重を伝えている。
中間金具２８は、図２に詳細を示すように、その上端には高荷重用のばね部材１５が載置され、その上側中央にはピストンロッド１４の第１の縮径部２５が嵌入する拡径穴部３６を有している。第１の縮径部２５と第２の縮径部２６の境界（即ち、段部）から拡径穴部３６の底まで距離をａとすると、この空間部３６ａが高荷重用のばね部材１５の縮み代（即ち、押し下げ代、撓み代）となる。

また、中間金具２８の外側上部及び下部にはブッシュ３７、３８が装着され、筒状体からなる加圧部材１７の内側を円滑に上下できるようになっている。中間金具２８の下側に低荷重用のばね部材１６の上端部が嵌入する円形窪み３９が形成され、低荷重用のばね部材１６の上端部が嵌入している。ピストンロッド１４の第２の縮径部２６には、低荷重用のばね部材１６に嵌入するカラー２９が装着され、低荷重用のばね部材１６のガイドをすると共に、中間金具２８の円形窪み３９との間に距離ｂの空間部４０を有し、この空間部４０が低荷重用のばね部材１６の縮み代（即ち、押し下げ代）となり、それ以上の荷重がかかって低荷重用のばね部材１６が縮むと、中間金具２８がカラー２９の上端に当接して、低荷重用のばね部材１６にそれ以上の荷重がかからないようになっている。このカラー２９と中間金具２８を有して、低荷重用のばね部材１６に大荷重がかかるのを防止する負荷制限手段が形成されている。

前記した高荷重用のばね部材１５及び低荷重用のばね部材１６は、それぞれ同一の皿ばね４１が積層されて形成されている。高荷重用のばね部材１５においては、同一方向を向いた４枚ずつの皿ばね４１が交互に向かい合って１０段、低荷重用のばね部材１６においては、同一方向を向いた２枚ずつの皿ばね４１が交互に向かってあって１２段設けられている。ここで、一般的に、皿ばね一枚のばね定数（撓みに対する荷重）をＫとすると、同一方向にｎ枚重ねた場合には、重ねた皿ばねの群のばね定数はｎＫとなり、このような皿ばねの群を向かい合わせてｍ段重ねた場合のばね部材Ｓのばね定数はｎＫ／ｍとなる。ばね部材Ｓに荷重Ｆがかかった場合の撓みｔは、ｍＦ／ｎＫとなり、同一方向に重ねる枚数が増えると荷重に対する撓みが小さくなり、交互に向かい合わせる皿ばねの群の数が増えると荷重に対する撓みは大きくなる。また、皿ばね１枚当たりの許容押し下げ代をｈとすると、ばね部材Ｓの許容最大加圧力ＧはｎｈＫとなる。従って、この実施の形態においては、以上のことと皿ばね４１のばね定数を考慮して、高荷重用のばね部材１５と低荷重用のばね部材１６の皿ばね４１の枚数及び配列を選定している。

この実施の形態においては、高荷重用のばね部材１５においてはｎ＝４、ｍ＝１０、低荷重用のばね部材１６においては、ｎ＝２、ｍ＝１２としているので、ばね定数の比は（高荷重用のばね部材）／（低荷重用のばね部材）＝２．４となる。許容最大加圧力の比は（高荷重用のばね部材）／（低荷重用のばね部材）＝２となり、空圧シリンダー１３による荷重をかけると、低荷重用のばね部材１６が許容限度になるので、前記した負荷制限手段を作動させて、低荷重用のばね部材１６にそれ以上の荷重がかからないようにし、この後、高荷重用のばね部材１５の押圧力で加圧部材１７を押圧することになる。

従って、この実施の形態においては、空圧シリンダー１３を作動させてピストン２１を下げると、加圧部材１７の下降と共に、上部電極ホルダー及びこれに取付けられている加圧電極が下がり、加圧電極がワークを挟んで固定電極に当接する。ここで、空圧シリンダー１３の加圧力が比較的小さい場合には、高荷重用のばね部材１５と低荷重用のばね部材１６が同時に縮み、弾性的にワークの溶接部が加圧される。ここで、加圧電極と固定電極との間に通電を行うと、溶接部が溶けて溶接されるがこの場合、溶接部からの反力が小さくなるので、加圧電極はこれに円滑に追従し、溶接部の急加熱膨張等に起因するスパッターリングを極力防止できる。

次に、ワークの材質、厚み又は電極の直径が異なる等で高い加圧力を必要とする場合には、空圧シリンダー１３のエア圧を増してピストン２１を高圧力で押し下げると、低荷重用のばね部材１６はその許容最大加圧力を超え、中間金具２８がカラー２９の上端に当接し、高荷重用のばね部材１５のみの撓みでワークに加圧力を加える。適当な加圧力がワークにかかった状態で、加圧電極と固定電極間に適正な電流を流すと溶接部が軟化し溶接が開始されるがこの場合も、高荷重用のばね部材１５の伸びによって加圧電極は弾力的に溶接部に追従するので、良好な溶接が可能となる。
なお、図１において４２は上部電極ホルダーの取付け座を、４３は取付け用ねじ孔を示す。

前記実施の形態においては、ばね部材は、高荷重用のばね部材と低荷重用のばね部材の２種類であったが、更に中荷重用のばね部材を直列に設ける場合も本発明は適用される。
前記実施の形態においては、加圧部材の押圧手段として、一段の空圧シリンダーを用いたが、押圧手段として、空圧シリンダーを複数段にして、その押圧力を段階的に増加させることができるもの、電動シリンダー、及び空圧シリンダーと電動シリンダーの組み合わたものを使用する場合も本発明は適用される。
また、前記実施の形態においては、スポット溶接機に本発明を適用した例を説明したが、シーム溶接機、プロジェクション溶接機であっても本発明は適用される。

本発明の一実施の形態に係る抵抗溶接機の電極加圧機構の主要部を示す断面図である。同電極加圧機構の部分拡大断面図である。

符号の説明

１０：抵抗溶接機の電極加圧機構、１１：固定フレーム、１２：支持部材、１３：空圧シリンダー、１４：ピストンロッド、１５、１６：ばね部材、１７：加圧部材、１８：筒体、１９：上ブロック、２０：下ブロック、２１：ピストン、２２、２３：エア給排口、２４：ガイド、２５：第１の縮径部、２６：第２の縮径部、２７：ストッパー上金具、２８：中間金具、２９：カラー、３０：ストッパー下金具、３１：座金、３２：ナット、３４：荷重受け金具、３６：拡径穴部、３６ａ：空間部、３７、３８：ブッシュ、３９：円形窪み、４０：空間部、４１：皿ばね、４２：上部電極ホルダーの取付け座、４３：取付け用ねじ孔

Claims

加圧電極を弾性部材を介して押圧手段によって固定電極に向けて加圧し、前記固定電極と前記加圧電極との間に挟まれた被溶接物に加圧力を与える抵抗溶接機の電極加圧機構において、
前記弾性部材はそれぞれ縮み代に対する加圧力が異なる複数種類のばね部材を直列に配置したものからなり、弱加圧及び強加圧での前記被溶接物への押圧力に対する押し下げ代を確保したことを特徴とする抵抗溶接機の電極加圧機構。
請求項１記載の抵抗溶接機の電極加圧機構において、前記押圧手段は空圧シリンダー単独、複数の空圧シリンダー、電動シリンダー、及び空圧シリンダーと電動シリンダーの組み合わせのいずれか１からなることを特徴とする抵抗溶接機の電極加圧機構。
請求項１及び２のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の電極加圧機構において、前記ばね部材として、高荷重用のばね部材と低荷重用のばね部材の少なくとも２種類が直列に連結されて用いられ、前記低荷重用のばね部材には、該低荷重用のばね部材に大荷重がかかるのを防止する負荷制限手段が設けられていることを特徴とする抵抗溶接機の電極加圧機構。
請求項３記載の抵抗溶接機の電極加圧機構において、前記高荷重用のばね部材と前記低荷重用のばね部材は、それぞれ同一の皿ばねを組み合わせて形成されていることを特徴とする抵抗溶接機の電極加圧機構。