JP2009056495A - スポット溶接電極 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明はスポット溶接電極に係り、なかでも、昇降する電極棒本体を把持する把持機構と、加圧する加圧機構とを一体化し、共通する高圧空気源により作動できるようにしたスポット溶接電極を提案する。
【解決手段】スポット溶接電源の一方の極に接続される電極棒本体（１０）をかこんで電極棒本体（１０）を空気圧により下降させてこの溶接チップにより被溶接材を加圧通電して溶接する加圧ピストン・シリンダ（２０）を設け、加圧ピストン・シリンダ機構（２０）におけるピストン（２１）にはその軸心に沿って電極棒本体（１０）が貫通する貫通孔（２１２）が設け、貫通孔（２１２）の内壁面に可撓性筒状体（３１）を嵌め合わせ、可撓性筒状体（３１）の外周面の少なくとも一部に高圧空気溜り凹所を形成して成る。
【選択図】図１

Description

この発明はスポット溶接電極に係り、なかでも、昇降する電極棒本体を把持する把持機構と、加圧する加圧機構とを一体化し、共通する高圧空気源により作動できるようにしたスポット溶接電極に係る。

先に、本発明者らは特許第２０８５６３０号に係るスポットガンは提案した。このスポットガンは図３、図４、図５に示されるものであって、銅板から成る下部電極（１１０）と、その上で箱などの被溶接物内の溶接打点に向けて下降させて加圧通電して溶接する棒状のスポットガンから成る上部電極（１２０）とから成るスポット溶接電極である。このスポット溶接機は、バランサ−ウェイト、金属ワイヤなどを利用した一種のつるべ機構によりスポットガンを上下に昇降させる昇降機構（１３０）（図３参照）と、溶接時にこのスポットガン（１２０）をその周囲から一対のロッカ−ア−ム（１４１）、（１４２）により把持し、併せて通電する把持並びに通電機構（１４０）（図４および図５参照）と、この一対のロッカ−ア−ム（１４１）、（１４２）により把持された通電状態で先端の溶接チップ（１２１）によって所定の加圧力を下向きに与える加圧機構（１５０）（図４参照）とから成っている。

この溶接機であると、溶接すべき被溶接物が鋼板などで組立てられた箱型のもので、内部に溶接打点があるものであっても、被溶接物は下部の銅板電極の上にセットしたままで内部の溶接打点を上部電極の昇降、加圧、通電させて連続的に順次に溶接できる。とくに、被溶接物が下部電極の上におかれたままで溶接できるという特長から、溶接打点と上部の棒状電極との相対位置を制御することにより、自動化やロボット化が達成できるという特長ももっている。

しかしながら、この溶接機における昇降機構（１３０）は、バランサ−ウェイトを利用した一種のつるべ機構から成っていることから、装置そのものが大型化し制御に多大の動力が必要となって、必ずしも自動化やロボット化には不向きである。また、一対のロッカ−ア−ム（１４１）、（１４２）によってスポットガン（１２０）の周囲から把持すると共に通電させることでは、高電圧のもとでは不向きである。通電が必ずしも円滑に遂行されにくい。

さらに、下向きの加圧力がスポットガン１２０の上部に配置される２つの加圧シリンダ（１２１）、（１２１）によって与えられる構造となっているために、大型化し、改善、つまりコンパクト化が望まれている。

すなわち、特許第２０８５６３０号明細書に示されるスポットガンは、図３に示されるとおり、下部電極（１１０）は、一種の作業面であり、銅板から構成され、その上に被加工物の箱状物を置いたままで溶接できる。溶接電源（１６０）の一方の極には下部電極（１１０）が接続され、支持支柱（１７０）並びにそれにより支持される支持ア−ム（１８０）を介してスポットガン（１２０）の上部電極が下部電極（１１０）上で自由に水平方向に移動できるように構成されている。

一方、支持支柱（１７０）によって支持されるスポットガン（１２０）は全体として棒状であって、先端に溶接チップ（１２１）を具えている。支持支柱（１７０）は銅パイプからなって、上端は支持ア−ム（１８０）の先端のスポットガン作動部（１９０）に取付けられている。

スポットガン作動部１９０は、支持ア−ム（１８０）の上に固定される基台（１９１）と、この基台（１９１）と平行な基板（１９２）とから成って、基板（１９２）と基台（１９１）との間に加圧シリンダ（１２１）、（１２１）が介設されている。

このため、加圧シリンダ（１２１）、（１２１）の作動によってスポットガン（１２０）は下向きに押され被溶接物は加圧通電されて溶接される。

すなわち、基台（１９１）は支持ア−ム（１８０）の先端上に固定され、その上にはエアシリンダ−からなる２つの加圧シリンダ（１２１）、（１２２）が２つ設置されている。また、スポットガン（１２０）の上部、換言するとスポットガン（１２０）の上端部に連結する支持支柱の周りに一対のロッカ−ア−ム（１４１）、（１４２）が設けられ、ロッカ−ア−ム（１４１）、（１４２）は支点（１４３）、（１４４）を支点とする一種のてこであり、このてこ力によって外周からスポットガン（１２０）は把持される。要するに、従来例のスポットガン（１２０）の支持機構は一対のロッカ−ア−ム（１４１）、（１４２）から成るロッカ−ア−ム機構である。

一対のロッカ−ア−ム（１４１）、（１４２）は回転軸（１４３）、（１４４）を支点として回転自在に構成され、この回転は水平シリンダ（１４５）の伸縮によって与えられ、それによりスポットガン（１２０）は把持される。

トランス（１６０）の一方の極からのケ−ブル（１６１）は各ロッカ−ア−ム（１４１）、（１４２）に接続しており、各ロッカ−ア−ム（１４１）、（１４２）は同時にスポットガン（１２０）に対する通電をオンオフする役目を果している。

また、スポットガン（１２０）には金属性の紐状のワイヤ−が取付けられ、それが垂直、水平などのプ−リを経て支持支柱（１７０）側に垂れ下り、ウェイトの連結した一種のつるべ機構によってスポットガン（１２０）は昇降されている。

このような構成のスポットガンによって溶接するときは、スポットガン（１２０）を溶接打点のところまで移動させ、とくに、スポットガン（１２０）を支持する支持ア−ム（１８０）を移動させ、先端の溶接チップは位置させられる。

ついで、各ロッカ−ア−ム（１４１）、（１４２）を作動させ、その先端を近接させ、スポットガン（１２０）の両側から押さえ込んで把持する。この把持に併せてスポットガン（１２０）は、各ロッカ−ア−ム（１４１）、（１４２）などを介してトランス（１６０）の一方の極に接続され、通電状態になる。

この把持通電状態で加圧シリンダ（１２１）、（１２２）を作動させると、スポットガン（１２０）はガイドに支持されながら下降し、先端の溶接チップによって被溶接物は加圧通電され溶接させる。

以上のとおりに構成される従来例は、つぎのとおりの欠点がある。
（ア）一対のロッカ−ア−ムによって把持通電するものであって、通電がことごとくロッカ−ア−ム先端の接触に依存するため、接触時に、高熱や火花をとばすこともあって、きわめて危険であること、
（イ）一対のロッカ−ア−ムが高圧空気によるシリンダで作動されるといっても、本質的にはてこを利用した機械的機構であり、装置として大型化すること、
（ウ）一対のロッカ−ア−ムによってスポットガンの把持と通電を同時に達成するため、これらの目的が、例えば溶接打点への位置決め加圧、通電による溶接電流や通電時間の調整というように相違するのにも拘らず、これらの目的を同時に達成することはきわめてむづかしいこと、
などの欠点がある。
特許第２０８５６３０号明細書

本発明は上記欠点の解決を目的とし、とくに、先端に溶接チップを具える電極棒本体を把持して位置決めする把持機構と、被溶接材を加圧、通電する加圧ピストン・シリンダ機構との一体化をはかり、同じ高圧空気を動力源として用いたスポット溶接電極を提案する。

すなわち、本発明はスポット溶接電源の一方の極に接続されかつ下端に溶接チップがセットされる電極棒本体をかこんで、電極棒本体を空気圧により下降させてこの溶接チップにより被溶接材を加圧通電して溶接する加圧ピストン・シリンダを設ける一方、この加圧ピストン・シリンダ機構におけるピストンにはその軸心に沿って電極棒本体が貫通する貫通孔が設けられ、この貫通孔の内壁面に絶縁性を具える可撓性筒状体を嵌め合わせ、さらに、この可撓性筒状体の外周面の少なくとも一部に高圧空気溜り凹所を形成し、この高圧空気溜り凹所に注入された高圧空気により可撓性筒状体を半径方向に膨突させて電極棒本体を把持して成ることを特徴とする。

以上の構成から、スポット溶接電源の一方の極に接続されかつ下端に溶接チップがセットされる電極棒本体をかこんで設けられる加圧ピストン・シリンダ機構におけるピストンそのものに軸心に沿って電極棒本体が貫通する貫通孔を具える筒状体として構成し、この筒状のピストンそのものを利用して電極棒本体の把持機構を構成するため、電極棒本体の把持と加圧とを一体化したユニットによって達成できる。

電極棒本体の把持機構は加圧ピストン・シリンダ機構の貫通孔の内壁面に絶縁性を具える可撓性筒状体を嵌め合わせ、この可撓性筒状体を半径方向に膨突させて電極棒本体を把持して成るよう構成する。このため、電極棒本体は高圧空気により周囲から把持できるところから、その把持は均一に行なわれ、この把持は高圧空気の開放によって解消できるところから、作業性が向上し、その制御も容易となり、溶接作業の自動化、ロボット化も容易に達成できる。

以下、添付する図１、図２を用いて本発明の一つの実施例に係るスポット電極について説明すると、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電極の縦断面図である。

図２は図１で矢視Ａ−Ａ方向により切断した横断面図である。

図３は比較のために提示した従来例のスポット溶接電極の原理図である。

図４はロッカ−ア−ム式把持装置の側面図である。

図５はロッカ−ア−ム式把持装置の平面図である。

まず、図１および図２においては図示を省略していますが、本発明に係るスポット電極は抵抗溶接一般に広く利用できるものである。しかし、これらの溶接機の中で好適な適用例は、一対の溶接電極のうちで上部の電極が棒状の電極から構成するのに反し、下部の電極が銅板などの板状電極（すなわち、テ−ブル電極）として構成される溶接機であるのが好ましい。

次に、このような溶接機において、一対の溶接電極には直流、交流のいずれのものも含めて、例えば、整流電源などのスポット溶接電源の２つの電極には上部の棒状電極と下部の板状電極に接続され、これら電極の間に被溶接材ははさまれて通電加圧されて点溶接、すなわち、スポット溶接される。また、上下に昇降する上部の電極棒は通常所謂シャンクやホルダなどの電極棒本体（１０）とその先端にセットされる溶接チップ（図示を省略）から成っている。

また、念のために説明すると、この構成の電極棒本体（１０）にはのちに説明する加圧ピストン・シリンダ機構（２０）としてピストン・シリンダ機構が設けられ、この機構のピストン（２１）の一部を利用して、一体に電極棒本体（１０）を把持する把持機構（３０）が設けられている。

すなわち、加圧ピストン・シリンダ機構（２０）はこの先端部にセットした電極チップを空気圧により下向きに引き出され、下部電極として働く板状電極上の被溶接材を加圧すると共に、把持機構（３０）により通電させてスポット溶接する。

また、電極棒本体（１０）は銅又はその合金材から成って、しかも、筒状に構成する。この理由は、電極棒そのものは通常棒状に構成するのが好ましいといわれるが、本発明では円筒状のパイプから構成し、その軸心に沿った軸孔に水冷ケ−ブルなどの冷却部を構成できる。つまり、筒状の電極棒本体であると、溶接機として必須の水冷ケ−ブルなど取付ける必要がなく、これらは電極棒本体（１０）の中に収納でき、電極構造として一体化をはかることができる。

また、加圧ピストン・シリンダ機構（２０）においてもそのピストン（２１）はその軸心に沿って電極棒本体（１０）が貫通するようにそのピストン（２１）に貫通孔（４０）が設けられる構造に構成される。すなわち、加圧ピストン・シリンダ機構（２０）はピストン（２１）とシリンダ（２２）とから成って、ピストン（２１）の先端に金属状のピストンヘッド（２１１）を具える点は内燃機関などにおけるピストン・シリンダ機構と同様に構成されている。

しかしながら、後記のとおり、ピストン（２１）の軸心を通って貫通孔（４０）が形成されている。この貫通孔（４０）内には一般にシャンク、ホルダといわれる電極棒本体（１０）が収納されるものである。さらに、先に説明したとおり、電極棒本体（１０）も導電性金属の銅から成る管状に構成され、その中には水冷ケ−ブルや導電ケ−ブルなどを挿通できる構造となっている。要するに、全体としてきわめてコンパクトな構造であって、外部に装備されていると危険でもある水冷ケ−ブルや導電ケ−ブルが外部に露出することなく作業性もよく安全性が高められる。

また、加圧ピストン・シリンダ機構（２０）におけるシリンダ（２２）も筒状のピストン（２１）のおおってその内部にピストンヘッド（２１１）をはさんで高低下の圧力の異なる空気室が形成されるところも内燃機関などと同様に通常の往復動機構である。しかし、本発明においては、図１に示すように、往復動機構はその一部であってシリンダ（２２）の組合わせ部分であって、他の部分、つまり、シリンダ（２２）の組み合わされていない部分のピストン（２１）はそれを一部として、一方のスポット溶接電源の電極に接続される電極棒本体（１０）を把持機構（３０）とともに周りから把持するもので、加圧ピストン・シリンダ（２０）と把持機構（３０）との一体化も達成するものである。

更に説明すると、このように電極棒本体（１０）を空気圧により下降させて被溶接材（図示を省略）を所定の加圧力で加圧し通電させて抵抗発熱し、この条件で溶接する場合に、所定の加圧力を与える加圧ピストン・シリンダ機構（２０）はその動力源が空気圧であるところから、同じ動力源を用いる機構として把持機構（３０）を構成すると、共通の動力源によって把持機構（３０）も構成できる。電極構造としてみても両機構（２０）、（３０）は構造的に単一ユニットとして構成できる。このところは先に示した従来例（図３、図４および図５参照）に係るロッカ−ア−ム式把持機構と対比すれば明らかであり、とくに、電極棒本体（１０）への通電接続が溶接電源から接続されていれば達成できる。

また、一方において、把持機構（３０）そのものが空気圧を動力源とする場合には、溶接作業終了時には、動力源は常に大気圧より高い高圧空気であることから、把持機構（３０）への高圧空気の供給を停止し、それを開放するだけで把持状態が消失し、電極棒本体（１０）は手動でも又は別の昇降手段でも容易に昇降できる。

また、このように一体化をはかるのには、つぎのとおりに構成できる。

すなわち、加圧ピストン・シリンダ機構（２０）におけるピストン（２１）は筒状に構成され、その軸心に沿って電極棒本体（１０）が貫通する貫通孔（２１２）が設けられている。この貫通孔（２１２）の内壁面に絶縁性を具える可撓性筒状体（３１）を嵌め合わせる。可撓性筒状体（３１）の外周面の少なくとも一部に又はほぼ全表面に近く高圧空気溜り凹所（３２）を形成する。この高圧空気溜り凹所（３２）はその長さに応じて図１に示すとおり少なくとも２つ以上に分割して構成することもでき、分割した場合には、各分割凹所にそれぞれ高圧空気の注入口を設ける。また、可撓性筒状体（３１）は可撓性材料であればいずれのものからも構成できるが、好ましいのはウレタン、強化樹脂から構成し、とくに、高圧空気溜り凹所（３２）に注入された高圧空気によって可撓性筒状体（３１）が半径方向に膨突して電極棒本体（１０）を外周から均一に把持することが必要であり、併せて高圧空気を開放したときには元の状態に復元できることが必要である。

この面からみると、材質、形状を配慮すると、高圧空気溜り凹所（３２）は図示のように可撓性筒状体（３１）の表面をおおい、円形断面の円筒状又は環状くぼみから構成することもできるが、外周面上にくぼみを平均して形成し、それを互いに連絡させて形成することもできる。

また、可撓性筒状体（３１）と電極棒本体（１０）との間には仕切り環（３３）を介在させることもできる。この仕切り環（３３）は電極棒本体（１０）のみの昇降を円滑にすると同時にその間に間隙を調整するものであって、可撓性筒状体（３１）の変形を防止し、電極棒本体（１０）の外周からの把持の均一性を達成するものである。

上記のところは下部電極を板状のものとして構成した例を中心として説明したが、位置決め、加圧通電を必要とするスポット溶接機一般に適用できる。

本発明の一つの実施例に係るスポット溶接電極の縦断面図である。 図１で矢視Ａ−Ａ方向により切断した横断面図である。 比較のために提示した従来例のスポット溶接電極の原理図である。 ロッカ−ア−ム式把持装置の側面図である。 ロッカ−ア−ム式把持装置の平面図である。

符号の説明

１０ 電極棒本体
２０ 加圧ピストン・シリンダ機構
２１ ピストン
２２ シリンダ
３０ 把持機構
３１ 可撓性筒状体
３２ 高圧空気溜り凹所
３３ 仕切り環
２１１ ピストンヘッド
２１２ 貫通孔

Claims (5)

1. スポット溶接電源の一方の極に接続されかつ下端に溶接チップがセットされる電極棒本体をかこんで、前記電極棒本体を空気圧により下降させてこの溶接チップにより被溶接材を加圧通電して溶接する加圧ピストン・シリンダを設ける一方、この加圧ピストン・シリンダ機構におけるピストンにはその軸心に沿って前記電極棒本体が貫通する貫通孔が設けられ、この貫通孔の内壁面に絶縁性を具える可撓性筒状体を嵌め合わせ、さらに、この可撓性筒状体の外周面の少なくとも一部に高圧空気溜り凹所を形成し、この高圧空気溜り凹所に注入された高圧空気により前記可撓性筒状体を半径方向に膨突させて前記電極棒本体を把持して成ることを特徴とするスポット溶接電極。
2. 前記高圧空気溜り凹所を前記絶縁性可撓筒の外周に形成した円筒状又は環状くぼみ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電極。
3. 前記絶縁性可撓筒と前記電極棒本体との間に仕切り環を介在させ、この仕切り環により前記絶縁性可撓筒と前記電極棒本体との間に間隙を形成し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電極。
4. 前記絶縁性可撓筒をウレタンから成る筒状体から構成することを特徴とする請求項１、２又は３記載のスポット溶接電極。
5. 前記加圧ピストン・シリンダ機構におけるピストンの一部をピストンカバ−をおおい、この部分に金属状片を取付けて前記ピストンを高圧空気により作動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電極。

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