JP2010089114A - ウェルドナット溶接電極用センターピン - Google Patents

Abstract

【課題】センターピンの破損に起因する溶接不良を解決することができる、ウェルドナット溶接電極用センターピンを提供する。
【解決手段】ウェルドナット溶接用下部電極から突出し、ウェルドナットを保持するナット保持部材１１と、ナット保持部材１１の下方に隣接して配設され、ウェルドナット溶接用下部電極内に上下に摺動自在に配設される基部材１２と、基部材１２の内部に配設され、ナット保持部材１１を、基部材１２側に付勢しつつ、基部材１２に連結し、ナット保持部材１１を基部材１２の上端で保持するコイルスプリングとから構成される。ナット保持部材１１に過大な力が作用した場合であっても、ナット保持部材１１が基部材１２に対して傾き、ナット保持部材１１の破損が防止される。また、テーパー部１１ｅとテーパー面１２ｂを形成したので、ナット保持部材１１が自動的にセンタリングされる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ウェルドナット溶接する際に、ウェルドナットを保持するウェルドナット溶接用センターピンに関するものである。

従来から、ウェルドナットを溶接するには、特許文献１に示されるようなウェルドナット溶接装置が用いられている。このようなウェルドナット溶接装置に用いられるウェルドナット溶接用下部電極５０は、図６に示されるように、筒状の電極本体内５１内に、センターピン５２を上下方向摺動自在に配設した構造のものである。電極本体５１はベリリウム銅等の良電導体で構成されている。センターピン５２は、コイルスプリング５３で上方に付勢されている。センターピン５２の下端には、フランジ部５２ａが形成され、センターピン５２が、電極本体５１から脱落しないようになっている。

電極本体５１上にワーク６１を載せた状態で、ウェルドナット６２のネジ穴６２ａに、センターピン５２のナット保持部５２ｂを挿入させて、センターピン５２でウェルドナット６２を保持し、ウェルドナット溶接用下部電極５０と対向して配置された上部電極（図示せず）で、ウェルドナット６２を押さえると、センターピン５２が下方に摺動して、ウェルドナット６２のプロジェクション６２ｃがワーク６１と接触し、プロジェクション６２ｃに集中して電流が流れ、当該プロジェクション６２ｃが電気抵抗熱により溶融し、ワーク６１にウェルドナット６０が溶接されるようになっている。

ウェルドナット６２を上部電極で押さえて、プロジェクション６２ｃに通電させる際に、プロジェクション６２ｃ以外の部分に電流が流れることを防止するために、センターピン５２を、ＫＣＦ（ステンレス系の金属で、その表面にセラミックスによる絶縁被膜処理を施したもの）や、セラミックス等の絶縁物で構成している。

センターピン５２をセラミックスで構成した場合には、ウェルドナット６２を保持するナット保持部５２ｂが、溶接時の衝撃により欠けてしまい、ウェルドナット６２を保持することができず、溶接不良となってしまうという問題があった。また、溶接時の衝撃で、センターピン５２のフランジ部５２ａが欠けてしまうことがあり、センターピン５２が電極本体５１から、突出し、脱落してしまうという問題があった。

一方で、センターピン６２をＫＣＦで構成した場合には、繰り返しの溶接により、センターピン５２のナット保持部５２ｂが摩耗して、表面に形成された絶縁被膜が消失し、センターピン６２の絶縁性が保たれず、溶接不良となってしまうという問題があった。

特開２００３−８８９６０号公報

本発明は、上記問題を解決し、センターピンの破損に起因する溶接不良を解決することができる、ウェルドナット溶接電極用センターピンを提供する。

上記課題を解決するためになされた本発明は、請求項１に記載の発明は、ウェルドナット溶接用下部電極内に上下に摺動自在に配設され、その上部がウェルドナットのネジ穴内に挿通し、当該ウェルドナットを保持するウェルドナット溶接電極用センターピンにおいて、
ウェルドナット溶接用下部電極から突出する部分に形成されたナット保持部で、ウェルドナットを保持するナット保持部材と、
前記ナット保持部材の下方において、ウェルドナット溶接用下部電極内に上下に摺動自在に配設される基部材と、
前記ナット保持部材を、前記基部材側に付勢しつつ、前記基部材に連結し、前記ナット保持部材を前記基部材の上端で保持する付勢機構を有し、
前記ナット保持部材を、前記基部材の上端で、前記基部材に対して移動可能に構成したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ナット保持部材の下部に、下方に向かって徐々に外径が小さくなるテーパー部を形成し、
基部材の上端に、前記テーパー部に対応した形状のテーパー面を形成し、
前記テーパー部と前記テーパー面を合致させて、ナット保持部材を基部材のテーパー面に載置したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、ナット保持部材の下端に、その上端が連結されてナット保持部材を下向きに付勢するコイルスプリングを、基部材の内部に配設して、付勢機構を構成したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明は、ナット保持部材を、前記基部材側に付勢しつつ、前記基部材に連結し、前記ナット保持部材を前記基部材の上端で保持する付勢機構を有し、前記ナット保持部材を、前記基部材の上端で、前記基部材に対して移動可能に構成したので、溶接時にナット溶接部材に過大な力が作用した場合であっても、ナット保持部材は、瞬間的に、基部材に対して傾いて移動し、ナット保持部材に過大な応力が作用することがない。このためナット保持部材をセラミックスで構成しても、ナット保持部材が破損することがない。また、ナット保持部材をＫＣＦで構成しても、ナット保持部材の表面に形成されたセラミック被膜が破損することがない。その結果、センターピンの破損に起因する溶接不良を解決することが可能となった。
このように、センターピンを、ナット保持部と基部材とに分割して構成したので、ナット保持部材を、セラミックスやＫＣＦ等で構成して、センター-ピンの絶縁性を確保しつつ、基部材をステンレス鋼や、工具鋼等の靭性の高い金属で構成することにより、基部材の破損を防止し、溶接不良を解決することが可能となった。

請求項２に記載の発明は、ナット保持部材の下部に、下方に向かって徐々に外径が小さくなるテーパー部を形成し、基部材の上端に、前記テーパー部に対応した形状のテーパー面を形成し、前記テーパー部と前記テーパー面を合致させて、ナット保持部材を基部材のテーパー面に載置したので、溶接時にナット保持部材が、基部材に対して傾いた場合であっても、ナット保持部材は、付勢機構により基部材側に引っ張られ、ナット保持部材のテーパー部が、基部材のテーパー面を押圧し、ナット保持部材が、基部材の軸中心にセンタリングされるとともに、ネット保持部材が軸材に対して傾いていない正規の位置に復帰する。このため、ウェルドナットがワークの所望の位置からずれて、溶接されることを防止することが可能となった。

請求項３に記載の発明は、ナット保持部材の下端に、その上端が連結されてナット保持部材を下向きに付勢するコイルスプリングを、基部材の内部に配設して、付勢機構を構成したので、簡単な構造で、確実にナット保持部材を、基部材側に付勢させることが可能となり、また、確実に、ナット保持部材を基部材の上端で保持させることが可能となった。

以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。図１は本発明の実施の形態を示すウェルドナット溶接用センターピン１（以下センターピン１と略す）の説明図であり、図２はセンターピン１を構成する部品図である。図３にウェルドナット６２の断面図を示す。図１や図２に示されるように、本発明のセンターピン１は、ナット保持部材１１、基部材１２、コイルスプリング１３、スプリング保持部材１４とから構成されている。

図２に示されるように、ナット保持部材１１は、略砲弾形状をしていて、上側から下側に順に、尖鋭部１１ａ、ナット穴挿通部１１ｂ、ナット保持部１１ｃ、胴部１１ｄ、テーパー部１１ｅ、スプリング固着部１１ｆとなっていて、一体に形成されている。

ナット保持部材１１は、セラミックスや、ＫＣＦ（ステンレス系の金属で、その表面にセラミックスによる絶縁被膜処理を施したもの）で構成されている。なお、前記セラミックスには、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、アルミナ等のセラミックスが含まれる。

尖鋭部１１ａは、その先端に向かって徐々に外径が小さくなる尖鋭な形状となっている。このため、ウェルドナット６２のネジ穴６２ａに、確実にナット保持部材１１のナット穴挿通部１１ｂが挿通するようになっている。

ナット穴挿通部１１ｂは、円柱形状であり、尖鋭部１１ａと同軸に、尖鋭部１１ａの下端に接続している。ナット穴挿通部１１ｂの外径は、溶接するウェルドナット６２のネジ穴６２ａの内径よりも僅かに小さい寸法となっている。このため、ウェルドナット６２のネジ穴６２ａに、ナット穴挿通部１１ｂが挿通した状態で、ウェルドナット６２がナット保持部材１１に対して、ぐらつかないようになっている。（図４に示す）

ナット保持部１１ｃは、ナット穴挿通部１１ｂと同軸に、ナット穴挿通部１１ｂの下端に接続している。ナット保持部１１ｃは、ウェルドナット６２のネジ穴６２ａの下方に形成された当接部６２ａに対応する形状となっている。本実施形態では、ナット保持部１１ｃは、下方に向かって徐々に外径が大きくなる円錐台形状となっている。ナット穴挿通部１１ｂに、そのネジ穴６２ａが挿通されたウェルドナット６２の当接部６２ｂは、ナット保持部１１ｃと当接し、ウェルドナット６２が保持されるようになっている。ウェルドナット６２の当接部６２ｂが、ナット保持部１１ｃと当接すると、ウェルドナット６２がセンターピン１に対して、同軸にセンタリングされるようになっている。

胴部１１ｄは、円柱形状であり、ナット保持部１１ｃと同軸に、ナット保持部１１ｃの下端に接続している。

テーパー部１１ｅは、下方に向かって徐々に外径が小さくなる円錐台形状をしていて、胴部１１ｄと同軸に、胴部１１ｄの下端に接続している。

スプリング固着部１１ｆは、テーパー部１１ｅと同軸に、テーパー部１１ｅの下端に接続している。スプリング固着部１１ｆの外周面には、らせん溝が螺刻されている。

基部材１２は、ステンレス鋼や、工具鋼等の靭性の高い金属で構成されている。基部材１２は、筒状の本体１２ｅと、この本体の下端に一体となって形成されたフランジ部１２ｃとから構成されている。基部材１２には、その軸心を連通するスプリング収容穴１２ａが形成されている。

スプリング収容穴１２ａの上端には、上方に向かって徐々に外径が大きくなる形状のテーパー面１２ｂが形成されている。基部材１２ｂのテーパー面１２ｂは、ナット保持部材１１のテーパー部１１ｅの周面に対応した形状となっていて、両者のテーパー角は同一となっている。

フランジ部１２ｃの外径は、本体１２ｅの外径よりも大きくなっている。

スプリング収容穴１２ａの下端には、スプリング収容穴１２ａの内径よりも大きい内径のスプリング保持部材受容部１２ｄが形成されている。

スプリング保持部材１４は、円柱形状の頭部１４ａと、この頭部１４ａと同軸に接続するスプリング固着部１４ｂとが一体となって形成されている。スプリング固着部１４ｂの外周面には、らせん溝が螺刻されている。

図１に示されるように、ナット保持部材１１は、そのテーパー部１１ｄと、基部材１２のテーパー面１２ｂが合致した状態で、基部材１２上に載置されている。基部材１２のスプリング収容穴１２ａ内には、後述する付勢機構としてのコイルスプリング１３が収容されている。ナット保持部材１１のスプリング固着部１１ｆは、コイルスプリング１３の上端内に螺入され、コイルスプリング１３の上端に固着している。

基部材１２のスプリング保持部材受容部１２ｄ内には、スプリング保持部材１４が受容されている。スプリング保持部材１４のスプリング固着部１４ｂは、コイルスプリング１３の下端内に螺入し、コイルスプリング１４の下端を固着している。

このような構造により、付勢機構としてのコイルスプリング１３が、ナット保持部材１１と、スプリング保持部材１４を連結し、テーパー部１１ｄとテーパー面１２ｂが合致した状態で、ナット保持部材１１を下方に付勢している。このため、ナット保持部材１１と基部材１２の軸心が一致し、更に、ナット保持部材１１が基部材１２に対して傾かないようになっている。また、コイルスプリング１３が、ナット保持部材１１を、基部材１２内で下向き側に付勢し、ナット保持部材１１を基部材１２の上端で保持している。

図４にウェルドナット溶接用下部電極３０の断面図を示す。ウェルドナット溶接用下部電極３０は、電極本体３１、電極ホルダ３２、コイルスプリング３３、センターピン１とから構成されている。

電極本体３１は、ベリリウム銅や、クロム銅等の硬度の高い良電導体で構成されている。電極本体３１は、略円柱形状をしていて、その上面が平面となっている。電極本体３１の中心には、断面形状が円形状の摺動穴３１ｂが上下に連通形成されている。電極本体３１の下部は、他の部分よりも、外径が小さい取付部３１ｃとなっていて、外周面にネジ山が形成されている。摺動穴３１ｂの下部は、摺動穴３１ｂの内径よりも大きい内径のフランジ収納部３１ａとなっている。摺動穴３１ｂ内に、基部材１２の本体１２ｅが位置し、フランジ収納部３１ａ内には、基部材１２のフランジ部１２ｃが位置し、基部材１２が電極本体３１の摺動穴３１ｂ内に、上下に摺動自在に収納されている。このように、センターピン１は、電極本体３１の摺動穴３１ｂ内に、上下摺動自在に配設され、センターピン１のナット保持部１１は、電極本体３１の摺動穴３１ｂから上方に突出している。

電極ホルダ３２は、純銅や銅合金等の良電導体で構成されている。電極ホルダ３２には、上方に開放する開放穴３２ａが形成されている。開放穴３２ａの断面形状は円形状であり、上部にはネジ溝が螺刻され、取付部３２ｂとなっている。電極本体３１の取付部３１ｃを、電極取付穴３２ａの取付部３２ｂにねじ込んで、電極本体３１を電極ホルダ３２に取り付けている。

開放穴３２ａ内には、コイルスプリング３３が収納されている。コイルスプリング３３の下端は、開放穴３２ａの底面に載置されている。コイルスプリング３３の上端は、基部材１２のフランジ部１２ｃの下面と当接している。コイルスプリング３３により、センターピン１は、電極本体３１に対して上方に付勢されている。

電極ホルダ３２の側面には、開放穴３２ａの底部に連通するエア供給口３２ｃが形成されている。このエア供給口３２ｃから、ブローエアが供給されるようになっている。

電極ホルダ３２の下部は、下側に向かって徐々に外径が小さくなるテーパー面が形成されていて、取付部３２ｄとなっている。取付部３２ｄを、図示しないスポット溶接機のシャンクに差し込み、ウェルドナット溶接用下部電極３０をスポット溶接のシャンクに取り付けている。取付部３２ｄを介して、スポット溶接のシャンクから、電極本体３１に電流が供給されるようになっている。なお、取付部３２ｄの内部には、下方に開放する形状の冷却水用穴３２ｅが形成されている。

ワーク６１にウェルドナット６２を溶接する場合には、ワーク６１の下穴６１ａに、センターピン１の先端（ナット保持部材１１）を挿通させて、ワーク６１を電極本体３１の上面に載置する。次に、ウェルドナット６２のネジ穴６２ａに、ナット保持部材１１のナット穴挿通部１１ｂを挿通し、ウェルドナット６２をナット保持部材１１で保持させる。この状態では、ウェルドナット６２の当接部６２ｂが、ナット保持部材１１のナット保持部１１ｃと当接し、ウェルドナット６２がナット保持部材１１の軸中心に配設されて、センター出しが行われるようになっている。

この状態では、プロジェクション６２ｃは、ワーク６１から浮いた状態となっている。この状態で、上部電極（図示せず）でウェルドナット６２を押さえて、下側に加圧すると、センターピン１が、下側に摺動し、プロジェクション６２ｃがワーク６１と接触して、ウェルドナット６２とワーク６１とが通電し、プロジェクション６２ｃが溶融して、ウェルドナット６２がワーク６１に溶接される。この際にスパッタが発生するが、エア供給口３２ｃから供給されたブローエアが、センターピン１と摺動穴３１ｂの間を導通して排出され、スパッタを外部に吹き飛ばして、スパッタが、センターピン１や、電極本体３１に付着することを防止したり、スパッタが、摺動穴３１ｂの内部に入ること防止している。

溶接時にナット保持部材１１に過大な力が作用した場合であっても、図５に示されるように、ナット保持部材１１は、瞬間的に、基部材１２に対して傾き（移動し）、ナット保持部材１１に過大な応力が作用しないようになっている。このため、ナット保持部材１１をセラミックスで構成しても、ナット保持部材１１が破損することがない。また、ナット保持部材１１をＫＣＦで構成しても、ナット保持部材１１の表面に形成されたセラミック被膜が破損することがない。

図５に示されるように、ナット保持部材１１が、基部材１２に対して傾いた場合であっても、ナット保持部材１１は、コイルスプリング１３で下側に引っ張られ、ナット保持部材１１のテーパー部１１ｅが、基部材１２のテーパー面１２ｂを押圧し、ナット保持部材１１が、基部材１２の軸中心にセンタリングされるとともに、ネット保持部材１１が軸材１２に対して傾いていない正規の位置に復帰する。このため、ウェルドナット６２がワーク６１の所望の位置からずれて、溶接されることがない。

本発明では、基部材１２を、ステンレス鋼や、工具鋼等の靭性の高い金属で構成しているので、基部材１２のフランジ部１２ｃが、溶接により破損することがない。このため、また、溶接時の衝撃で、基部材１２のフランジ部１２ｃが欠け、センターピン１が、電極本体３１から脱落することがない。

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うウェルドナット溶接電極用センターピンもまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

本発明の実施の形態を示すウェルドナット溶接用センターピンの説明図である。 ウェルドナット溶接用センターピンを構成する部品図である。 ウェルドナットの断面図である。 ウェルドナット溶接用下部電極の断面図である。 溶接時のウェルドナット溶接用センターピンの挙動の説明図である。 従来のウェルドナット溶接用下部電極の断面図である。

符号の説明

１ ウェルドナット溶接電極用センターピン
１１ ナット保持部材
１１ａ 尖鋭部
１１ｂ ナット穴挿通部
１１ｃ ナット保持部
１１ｄ 胴部
１１ｅ テーパー部
１１ｆ スプリング固着部
１２ 基部材
１２ａ スプリング収容穴
１２ｂ テーパー面
１２ｃ フランジ部
１２ｄ スプリング保持部材受容部
１２ｅ 本体
１３ コイルスプリング
１４ スプリング保持部材
１４ａ 頭部
１４ｂ スプリング固着部
３０ ウェルドナット溶接用下部電極
３１ 電極本体
３１ａ フランジ収納部
３１ｂ 摺動穴
３１ｃ 取付部
３２ 電極ホルダ
３２ａ 開放穴
３２ｂ 取付部
３２ｃ エア供給口
３２ｄ 取付部
３２ｅ 冷却水用穴
５０ ウェルドナット溶接用下部電極
５１ 電極本体
５２ センターピン
５２ａ フランジ部
５２ｂ ナット保持部
５３ コイルスプリング
６１ ワーク
６１ａ 下穴
６２ ウェルドナット
６２ａ ネジ穴
６２ｃ プロジェクション

Claims (3)

1. ウェルドナット溶接用下部電極内に上下に摺動自在に配設され、その上部がウェルドナットのネジ穴内に挿通し、当該ウェルドナットを保持するウェルドナット溶接電極用センターピンにおいて、
   ウェルドナット溶接用下部電極から突出する部分に形成されたナット保持部で、ウェルドナットを保持するナット保持部材と、
   前記ナット保持部材の下方において、ウェルドナット溶接用下部電極内に上下に摺動自在に配設される基部材と、
   前記ナット保持部材を、前記基部材側に付勢しつつ、前記基部材に連結し、前記ナット保持部材を前記基部材の上端で保持する付勢機構を有し、
   前記ナット保持部材を、前記基部材の上端で、前記基部材に対して移動可能に構成したことを特徴とするウェルドナット溶接電極用センターピン。
2. ナット保持部材の下部に、下方に向かって徐々に外径が小さくなるテーパー部を形成し、
   基部材の上端に、前記テーパー部に対応した形状のテーパー面を形成し、
   前記テーパー部と前記テーパー面を合致させて、ナット保持部材を基部材のテーパー面に載置したことを特徴とする請求項１に記載のウェルドナット溶接用センターピン。
3. ナット保持部材の下端に、その上端が連結されてナット保持部材を下向きに付勢するコイルスプリングを、基部材の内部に配設して、付勢機構を構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウェルドナット溶接用センターピン。

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