JP2008036683A - 抵抗溶接ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極の追従性を向上させつつ加圧力を安定させることを目的とする。
【解決手段】一対の電極２２Ａ，２２Ｂと、一対の電極２２Ａ，２２Ｂを相対的に接近離隔移動自在に支持する電極保持機構３０と、一対の電極２２Ａ，２２Ｂを相対的に接近させてそれらの間に溶接対象ワークＷを挟込んで加圧するように一対の電極２２Ａ，２２Ｂを移動させるエアシリンダ４０とを備える。エアシリンダ４０として、静圧タイプのエアシリンダ４０を用いる。
【選択図】図３

Description

この発明は、自動車用ワイヤーハーネス、電気接続箱等において、電気回路部品等を抵抗溶接する技術に関する。

抵抗溶接は、一対の電極間に溶接対象ワークを挟込んで加圧した状態で溶接対象ワークに通電することで、溶接対象ワークを局部的に溶融させて接合を行う。

一対の電極に加圧力を加える手段としては、例えば、エアシリンダや電動モータ等が使用されている。

しかしながら、一般的なエアシリンダや電動モータを用いた構成では、溶接対象ワークの変形に対する電極の追従性が悪いという問題がある。つまり、抵抗溶接の途中では、溶接対象ワークは塑性変形し得る。しかしながら、一般的なエアシリンダや電動モータによる場合、電極が溶接対象ワークの変形に十分に追従できず、溶接対象ワークと電極との間で微視的な接触面積が小さくなってしまうことがる。そうすると、溶接対象ワークの一部で過度の通電や発熱現象が生じ、爆飛（散り）を生じさせてしまう恐れがある。

溶接対象ワークの変形に対する電極の追従性を向上させるため、特許文献１に開示のように、バネを用いて電極に対する加圧力を加えるという構成が考えられている。

本願発明に関連する先行技術としては、上記特許文献１以外に、特許文献２に記載のものがある。

特開平１−２２４１７０号公報 特開２００３−３３８８１号公報

しかしながら、電極を加圧するためにバネを用いた構成では、電極の位置（つまり、バネの伸び量）によって加圧力が変動してしまうというという問題がある。電極の位置によって加圧力が変動してしまうと、溶接対象ワークの変形度合に応じて加圧力が変動してしまうので、溶接品質が安定し難いという問題がある。

また、金属疲労等による劣化によっても、バネによる加圧力が変動してしまう恐れがあるので、この点からも溶接品質が安定し難いという問題を生じ得る。

そこで、本発明は、電極の追従性を向上させつつ加圧力を安定させることを目的とする。

上記課題を解決するため、この発明は、一対の電極間に溶接対象ワークを挟込んで抵抗溶接を行う抵抗溶接ヘッド装置であって、一対の電極と、前記一対の電極を相対的に接近離隔移動自在に支持する電極保持機構と、前記一対の電極を相対的に接近させてそれらの間に前記溶接対象ワークを挟込んで加圧するように前記一対の電極のうち少なくとも一方を移動させる電極駆動部と、を備え、前記電極駆動部は、静圧タイプ又は低摩擦タイプのエアシリンダとしたものである。

この場合、前記電極駆動部は、静圧タイプのエアシリンダであることがより好ましい。

また、前記電極保持機構は、単一のガイド部材と、前記一対の電極のうちの一方を支持すると共に前記ガイド部材に沿って移動自在にガイド支持された第１の電極支持部材と、前記一対の電極のうちの他方を支持すると共に前記ガイド部材に沿って移動自在にガイド支持された第２の電極支持部材と、を有する構成としてもよい。

この発明の抵抗溶接ヘッド装置によると、一対の電極を相対的に接近させてそれらの間に前記溶接対象ワークを挟込んで加圧するように前記一対の電極のうち少なくとも一方を移動させる電極駆動部は、静圧タイプ又は低摩擦タイプのエアシリンダであるため、溶接対象ワークの変形等に追従して電極を迅速に移動させつつ電極による加圧力を安定させることができる。

また、前記電極駆動部は、静圧タイプのエアシリンダであると、特に、溶接対象ワークの変形等に対する電極の追従性を優れたものにすることができる。

さらに、前記電極保持機構は、単一のガイド部材と、前記一対の電極のうちの一方を支持すると共に前記ガイド部材に沿って移動自在にガイド支持された第１の電極支持部材と、前記一対の電極のうちの他方を支持すると共に前記ガイド部材に沿って移動自在にガイド支持された第２の電極支持部材とを有する構成であると、溶接対象ワークの位置等にあわせて、一対の電極を移動させることができ、溶接対象ワークの変形を抑制できる。しかも、第１及び第２の電極支持部材は、単一のガイド部材に移動自在にガイド支持された部材であるため、電極を軽快に動かすことができるので、溶接対象ワークの変形等に対する追従性をより向上させることができる。

以下、この発明の実施形態に係る抵抗溶接ヘッド装置について説明する。

＜１．溶接対象ワーク＞
まず、本抵抗溶接ヘッド装置の加工対象となる溶接対象ワークの一例について説明する。図１は溶接対象ワークの一例を示す斜視図であり、図２は同溶接対象ワークを加工する状態を示す断面図である。

溶接対象ワークＷは、フレキシブルフラットケーブル１０（ＦＦＣ）の内部導体１４と端子１６である。

フレキシブルフラットケーブル１０は、間隔をあけて並列配置された複数の線状の内部導体１４（図１及び図２では１本のみ図示）を、一対の絶縁フィルム１２で挟込んで両絶縁フィルム１２，１２を接着剤や超音波接合等で接合した構成とされている。

そして、フレキシブルフラットケーブル１０のうち所望の内部導体１４に対応する所定位置において、一対の絶縁フィルム１２，１２が除去されて接合用窓１２ｈ，１２ｈが形成されている。この部分で、フレキシブルフラットケーブル１０の両面に接合用窓１２ｈ，１２ｈを通じて内部導体１４が露出している。

端子１６は、銅や銅合金等の導電性金属を細長い棒状に加工した部材であり、前記接合用窓１２ｈを通じて内部導体１４に接合される。この端子１６は、外部で他の配線材等に接続され、内部導体１４を当該他の配線材等に電気的に接続する役割を果す。

本抵抗溶接ヘッド装置は、例えば、上記内部導体１４と端子１６とを抵抗溶接する。

内部導体１４と端子１６との抵抗溶接は、次のようにしてなされる。すなわち、一方の接合用窓１２ｈを通じて内部導体１４と端子１６とを接触可能に重ね合せるように配設した状態で、一方の電極２２Ａを端子１６に押付けると共に、他方の電極２２Ｂを他方の接合用窓１２ｈを通じて内部導体１４に押付ける。この状態で、一対の電極２２Ａ，２２Ｂ間に所定の電圧を印加して内部導体１４及び端子１６に通電させる。すると、内部導体１４と端子１６とがそれらの接触部分で局部的に溶融して接合される。

ところで、上記のように抵抗溶接を行う場合、次のような問題が生じ得る。すなわち、上記抵抗溶接を行う際に、一方の接合用窓１２ｈを通じて内部導体１４と端子１６とを重ね合せるため、その周辺部において（図１の矢符Ａ参照）絶縁フィルム１２に物理的な応力が加わる。この状態で、抵抗溶接時による熱が加わると、絶縁フィルム１２に裂けが生じてしまう恐れがある。

上記問題を防止するためには、溶接時間を極めて短い時間に設定して（例えば、１０ｍｓ以下）、溶接に必要な大電流で溶接すればよい。つまり、短時間で抵抗溶接を行って、熱が絶縁フィルム１２に大きく伝わる前の段階で溶接を終了させるのである。

このように抵抗溶接を行う途中で、内部導体１４と端子１６とが再結晶温度領域まで上昇し、加圧力によって内部導体１４と端子１６とが過渡的に塑性変形する場合に、電極２２Ａ，２２Ｂがその変形に追従しかつ安定した加圧力を付与できるようにする必要性がある。変形に対する電極２２Ａ，２２Ｂの追従及び安定した加圧力を実現できないと、散り（爆飛）が発生する恐れがあるからである。

つまり、上記のように、周囲の部材への影響を回避しつつ、溶接対象ワークを抵抗溶接するためには、大電流かつ短溶接時間で抵抗溶接を行うことが要請される。そして、大電流かつ短溶接時間で抵抗溶接を行う際に、散り（爆飛）等を回避するためには、電極の追従性を向上させつつ加圧力を安定させることが重要となる。本抵抗溶接ヘッド装置は、そのような要請に応えた装置である。

＜２．抵抗溶接ヘッド装置＞
以下、抵抗溶接ヘッド装置について説明する。なお、本抵抗溶接ヘッド装置は、上記のように、大電流かつ短溶接時間で抵抗溶接を行うこと、具体的には、フレキシブルフラットケーブル１０の内部導体１４と端子１６との接合に適した装置である。もっとも、加工対象は、それに限定されず、電気回路部品等種々の溶接対象ワークを抵抗溶接するのに適用できる。

図３は抵抗溶接ヘッド装置を示す正面図であり、図４は抵抗溶接ヘッド装置を示す側面図であり、図５は抵抗溶接ヘッド装置の一対の電極間に溶接対象ワークＷを挟込んだ状態を示す正面図である。

この抵抗溶接ヘッド装置２０は、一対の電極２２Ａ，２２Ｂ間に溶接対象ワークＷを挟込んで抵抗溶接を行う装置であり、一対の電極２２Ａ，２２Ｂと、電極保持機構３０と、電極駆動部とを備えている。

一対の電極２２Ａ，２２Ｂは、導電性を有する長尺状部材であり、この先端部間に溶接対象ワークＷが挟込まれるようになっている。この電極２２Ａ，２２Ｂ間には、図示省略の電圧印加回路を通じて所定の電圧が印加される。

電極保持機構３０は、上記一対の電極２２Ａ，２２Ｂを相対的に接近離隔移動自在に支持する機構である。より具体的には、電極保持機構３０は、単一のガイド部材３２と、第１及び第２の電極支持部材３４Ａ，３４Ｂとを備えている。

ガイド部材３２は、略長方形板状のベースプレート３１の一主面に沿って取付けられており、両側部に凹溝を有する長尺部材に形成されている。

第１及び第２の電極支持部材３４Ａ，３４Ｂは、電極２２Ａ，２２Ｂを支持すると共に前記ガイド部材３２に沿って移動自在に支持された部材である。ここでは、第１及び第２の電極支持部材３４Ａ，３４Ｂは、ベースプレート３１に沿って移動自在に取付けられた可動部材３５Ａ，３５Ｂと、これら可動部材３５Ａ，３５Ｂと一体的に移動するように取付けられた取付板３６Ａ，３６Ｂ及び電極ホルダ３７Ａ，３７Ｂとを有している。

可動部材３５Ａ，３５Ｂは、上記ガイド部材３２の横断面形状に対応する凹部３５Ａａ，３５Ｂａを有する部材である（図４参照）。この可動部材３５Ａ，３５Ｂは、上記ガイド部材３２を凹部３５Ａａ，３５Ｂａに抜止め状に挿通させた状態で、ガイド部材３２に沿って移動自在に取付けられている。つまり、可動部材３５Ａ，３５Ｂは、ガイド部材３２に沿って接近離隔移動自在に取付けられている。これらのガイド部材３２及び可動部材３５Ａ，３５Ｂは、いわゆるリニアガイドによって構成されている。

取付板３６Ａ，３６Ｂは、それぞれ上記可動部材３５Ａ，３５Ｂの一主面に固定された略長方形板状部材である。

電極ホルダ３７Ａ，３７Ｂは、上記電極２２Ａ，２２Ｂを互いに対向させた一定姿勢で保持するための部材である。ここでは、電極ホルダ３７Ａ，３７Ｂは、少なくとも先端部が長尺状に形成された部材である。この電極ホルダ３７Ａ，３７Ｂの各先端部を取付板３６Ａ，３６Ｂの側方に（図３では下方に）並列状に延出させた姿勢で、電極ホルダ３７Ａ，３７Ｂの基端部が前記取付板３６Ａ，３６Ｂの一側部に取付固定されている。そして、電極ホルダ３７Ａ，３７Ｂの先端部に、電極２２Ａ，２２Ｂがその先端部を互いに内向きに対向させた姿勢で取付固定されている。

そして、上記可動部材３５Ａ，３５Ｂがガイド部材３２に沿って接近離隔移動するのに伴って、両電極２２Ａ，２２Ｂが接近離隔移動するようになっている。電極２２Ａ，２２Ｂが離隔した状態（図３参照）では、両電極２２Ａ，２２Ｂ間に溶接対象ワークＷを配設可能な状態となり、電極２２Ａ，２２Ｂが接近した状態（図５参照）では所定の加圧力下で両電極２２Ａ，２２Ｂ間に溶接対象ワークＷを挟込んで抵抗溶接加工可能な状態となる。

電極駆動部は、一対の電極２２Ａ，２２Ｂを相対的に接近させてそれらの間に溶接対象ワークＷを挟込んで加圧するように一対の電極２２Ａ，２２Ｂのうち少なくとも一方を移動させるように構成されている。ここでは、電極駆動部４０として、エアシリンダの一種である静圧タイプのエアシリンダ４０を用いている。静圧タイプのエアシリンダ４０は、シリンダ本体４２内でピストン４４を他から供給された空気の力で浮かせて、シリンダ本体４２とピストン４４との摩擦（特に始動摩擦）を小さくしたエアシリンダ４０である（図６及び図７参照）。例えば、シリンダ本体４２のボア内径とピストン４４のシール外径との間に設計上微小な隙間を設けて、シリンダ本体４２内に導入した空気を、シリンダ本体４２とピストン４４間を通って若干逃しながら加圧を行う構成である。

上記エアシリンダ４０のシリンダ本体４２は一方側の取付板３６Ａにブラケット３９Ａを介して固定されると共に、シリンダ本体４２から延出するピストンロッド４５がブラケット３９Ｂを介して他方側の取付板３６Ｂに固定されている。

また、上記シリンダ本体４２の内部空間であって上記ピストン４４によって区切られる両空間は、それぞれ図示省略の切替弁等を介してエアの供給源に接続されている。そして、適宜タイミングで、シリンダ本体４２の内部空間であってピストン４４によって区切られる両空間に選択的に所定圧でエアを供給することによって、ピストン４４がシリンダ本体４２内を移動する。そして、ピストンロッド４５を退避させるようにピストン４４を移動させることによって、両電極２２Ａ，２２Ｂが接近方向に移動する。これにより、両電極２２Ａ，２２Ｂ間に溶接対象ワークＷを所定圧力で挟み込むことができる。逆に、ピストンロッド４５を進出させるようにピストン４４を移動させることによって、両電極２２Ａ，２２Ｂが離隔方向に移動するようになる。これにより、両電極２２Ａ，２２Ｂ間に溶接対象ワークＷを配設したり、或は、両電極２２Ａ，２２Ｂ間から溶接対象ワークＷを取除けるようになる。

＜３．動作＞
以上のように構成された抵抗溶接ヘッド装置の動作について説明する。

まず、図６に示すように、エアシリンダ４０に所定圧でエアを供給してピストンロッド４５を退避駆動させて、電極２２Ａ，２２Ｂを接近移動させる。これにより、両電極２２Ａ，２２Ｂ間に溶接対象ワークＷが挟込まれる。この際の電極２２Ａ，２２Ｂによる加圧力は、供給されるエア圧に応じてほぼ一定である。また、この状態では、若干のエアがシリンダ本体４２とピストン４４間を通っており、ピストン４４は浮いた状態となっている。このため、ピストン４４とシリンダ本体４２間の摩擦は小さく、ピストン４４は軽快に動ける、つまり、エアシリンダ４０自体による内部抵抗は小さい状態となっている。

この状態で、電極２２Ａ，２２Ｂ間に抵抗溶接用の電圧を印加すると、溶接対象ワークＷは通電により局部的に溶融して溶接される。この途中で、図７に示すように、過渡的現象として溶接対象ワークＷの塑性変形等が生じると、エアシリンダ４０の加圧力により、一対の電極２２Ａ，２２Ｂは接近方向に移動する。この際、エアシリンダ４０自体による内部抵抗は小さいので、エアシリンダ４０は軽快に動作して素早く一対の電極２２Ａ，２２Ｂを接近方向に移動させる。このため、溶接対象ワークＷの塑性変形等に対して迅速に追従して電極２２Ａ，２２Ｂを移動させることができる。しかも、電極２２Ａ，２２Ｂはエアシリンダ４０により上記エア圧に応じたほぼ一定加圧力で加圧された状態なので、電極２２Ａ，２２Ｂによる加圧力も安定させることができる。

また、電極保持機構３０は、単一のガイド部材３２と、一方の電極２２Ａを支持すると共にガイド部材３２に沿って移動自在にガイド支持された第１の電極支持部材３４Ａと、他方の電極２２Ｂを支持すると共にガイド部材３２に沿って移動自在にガイド支持された第２の電極支持部材３４Ｂとを備えた構成であるため、溶接対象ワークＷの位置等にあわせて一対の電極２２Ａ，２２Ｂを移動させることができる。つまり、溶接対象ワークＷが離隔した一対の電極２２Ａ，２２Ｂの中央から外れた位置にある場合でも、一対の電極２２Ａ，２２Ｂを相対的に接近移動させつつ、溶接対象ワークＷをうまく一対の電極２２Ａ，２２Ｂ間に挟み込めるように一対の電極２２Ａ，２２Ｂを移動させることができる。

しかも、第１及び第２の電極支持部材３４Ａ，３４Ｂは、単一のガイド部材３２に移動自在にガイド支持された部材であるため、それらを簡易かつ軽量な構成としてそれらの慣性重量の影響を少なくすることができる。また、単一のガイド部材３２を用いているため、他の部材等との相互干渉も抑制され、この点からも移動抵抗を少なくできる。これにより、溶接対象ワークＷの塑性変形等に応じて電極２２Ａ，２２Ｂを軽快に動かして追従性を向上させることができる。

＜４．変形例＞
なお、本実施形態では、一対の電極２２Ａ，２２Ｂを両方移動させることができるようにすると共に、エアシリンダ４０により両電極２２Ａ，２２Ｂを動かすようにしているが、必ずしもその必要はない。一対の電極２２Ａ，２２Ｂのうち一方だけを移動できるようにし、それをエアシリンダ４０にて動かすようにしてもよい。要するに、一対の電極２２Ａ，２２Ｂが相対的に接近離隔移動可能に配設され、それらのうち少なくとも一方をエアシリンダ４０で動かすようにすればよい。

また、上記実施形態では、電極２２Ａ，２２Ｂを移動させる電極駆動部として、静圧タイプのエアシリンダ４０を用いたが、その他に、低摩擦タイプのエアシリンダを用いることもできる。低摩擦タイプのエアシリンダとは、シリンダ本体とピストンとの間の摺動部に、メタルシールや特殊ゴム等の低摩擦なシールを用いることで、シリンダ本体とピストンとの間の抵抗を小さく抑えるようにしたものである。

溶接対象ワークの一例を示す斜視図である。 溶接対象ワークを加工する状態を示す断面図である。 実施形態に係る抵抗溶接ヘッド装置を示す正面図である。 同上の抵抗溶接ヘッド装置を示す側面図である。 同上の抵抗溶接ヘッド装置の一対の電極間に溶接対象ワークＷを挟込んだ状態を示す正面図である。 電極チップ間に溶接対象ワークを挟込んだ初期状態を示す図である。 溶接対象ワークが変形して電極チップが追従する様子を示す図である。

符号の説明

２０ 抵抗溶接ヘッド装置
２２Ａ，２２Ｂ 電極
３０ 電極保持機構
３２ ガイド部材
３４Ａ，３４Ｂ 電極支持部材
４０ 静圧タイプのエアシリンダ
Ｗ 溶接対象ワーク

Claims (3)

1. 一対の電極間に溶接対象ワークを挟込んで抵抗溶接を行う抵抗溶接ヘッド装置であって、
   一対の電極と、
   前記一対の電極を相対的に接近離隔移動自在に支持する電極保持機構と、
   前記一対の電極を相対的に接近させてそれらの間に前記溶接対象ワークを挟込んで加圧するように前記一対の電極のうち少なくとも一方を移動させる電極駆動部と、
   を備え、
   前記電極駆動部は、静圧タイプ又は低摩擦タイプのエアシリンダである、抵抗溶接ヘッド装置。
2. 請求項１記載の抵抗溶接ヘッド装置であって、
   前記電極駆動部は、静圧タイプのエアシリンダである、抵抗溶接ヘッド装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の抵抗溶接ヘッド装置であって、
   前記電極保持機構は、
   単一のガイド部材と、
   前記一対の電極のうちの一方を支持すると共に前記ガイド部材に沿って移動自在にガイド支持された第１の電極支持部材と、
   前記一対の電極のうちの他方を支持すると共に前記ガイド部材に沿って移動自在にガイド支持された第２の電極支持部材と、
   を有する、抵抗溶接ヘッド装置。
   

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