JP2011031267A - Resistance welding apparatus, resistance welding method, and electrode used therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、抵抗溶接装置、抵抗溶接方法、及びこれらに用いる電極に関する。 The present invention relates to a resistance welding apparatus, a resistance welding method, and an electrode used for these.
抵抗溶接方法として、例えば図15(a)に示すように、2枚の金属板を重ねたワークWの一方の面に2本の電極101・102を接触させて通電する、いわゆる片側スポット溶接が知られている。この場合、電極101・102間には図15(b)に点線で示すような経路で電流が流れるため、各電極101・102とワークWとの接触部のうち、相手電極側部分の電流密度が高くなって高温となり(高温部をS1で示す)、その反対側の電流密度が低くなって低温となる(低温部をS2で示す)。ワークの温度が高くなりすぎると、ワーク表面が部分的に溶融してワーク表面に割れが発生する恐れがあり、ワークの温度が低すぎると、ワークが十分に軟化せず、接合されない恐れがある。このため、電極に流す電流値は、前記接触部の高温部S1で割れが発生しないように、且つ、前記接触部の低温部S2でワークが十分に接合されるように設定する必要がある。
As a resistance welding method, for example, as shown in FIG. 15 (a), so-called one-side spot welding is performed in which two
しかし、高張力鋼(ハイテン鋼)のように融点の高い材料を溶接する場合は、温度を少なくとも1000℃以上まで高める必要がある。このため、前記接触部の低温部S2が1000℃以上となるように電流値を大きくすると、高温部S1で割れが発生し、高温部S1で割れが発生しないように電流値を抑えると、低温部S2でワークが接合されないというジレンマが生じ、電流値を適切に設定することが極めて困難であった。 However, when welding a material having a high melting point such as high-tensile steel (high-tensile steel), it is necessary to increase the temperature to at least 1000 ° C. or higher. For this reason, when the current value is increased so that the low temperature portion S2 of the contact portion is 1000 ° C. or higher, cracking occurs in the high temperature portion S1, and if the current value is suppressed so that cracking does not occur in the high temperature portion S1, There was a dilemma that the workpieces were not joined at the part S2, and it was extremely difficult to set the current value appropriately.
例えば特許文献1には、図16(a)に示すように、筒状の外側電極201(第2の部分9)の内周に絶縁体202(電気的絶縁体8)を介して内側電極203(第1中央円筒形部分7)が同軸状に設けられた電極(以下、同軸電極と言う。)を有する溶接装置が示されている。このような同軸電極によれば、図16(b)に示すように、外側電極201と内側電極203との間における電流密度を周方向で均等に分布させることができるため、電極とワークとの接触部において、上記の高温部S1及び低温部S2のように温度差は形成されず、温度を均一化できる。従って、高張力鋼のような材料を溶接する場合であっても、ワークに割れを生じさせず、且つ、ワークを確実に接合することができる電流値を、比較的容易に設定することが可能となる。
For example, in
上記特許文献1の構成において、内側電極203と外側電極201との間で電流密度を周方向で均一にするためには、内側電極203及び外側電極201の先端部を確実にワークに接触させる必要がある。しかし、例えば内側電極203と外側電極201との先端部がずれていると、図17に示すように内側電極203がワークWから浮いたり、図18に示すように外側電極201がワークWから浮いたりする恐れがある。また、図19に示すようにワークWに微小な凹部Pがあったり、外側電極201の先端部に微小な凹部が形成されたり(図示省略)すると、外側電極201の先端部の一部がワークに接触しない恐れがある。
In the configuration of
また、同軸電極を用いて溶接を行う際には、同軸電極を所定の圧力でワークに押し付ける必要があるが、外側電極は通常の電極(図15参照)と比べて大径となるため、所定の面圧を確保するためには強い力でワークに押し付ける必要がある。このように電極をワークに強く押し付けると、ワークが撓んで、電極の先端部の一部がワークと非接触となる恐れがある。 Further, when welding is performed using the coaxial electrode, it is necessary to press the coaxial electrode against the workpiece with a predetermined pressure. However, since the outer electrode has a larger diameter than a normal electrode (see FIG. 15), a predetermined diameter is required. It is necessary to press against the work with a strong force in order to ensure the surface pressure. When the electrode is strongly pressed against the workpiece in this way, the workpiece is bent, and there is a possibility that a part of the tip portion of the electrode is not in contact with the workpiece.
以上のように、各電極とワークとの接触状態が悪化すると、各電極間の電流密度が不均一となり、同軸電極を採用したメリットが没却されることとなる。 As described above, when the contact state between each electrode and the workpiece deteriorates, the current density between the electrodes becomes non-uniform, and the merit of using the coaxial electrode is lost.
例えば、特許文献2に示されている溶接装置では、外側電極を内側電極に対して摺動自在とし、それぞれ別個に昇降可能とした構成が示されている。この溶接装置によれば、図17や図18に示すような場合には、内側電極と外側電極とを相対的に昇降させることで各電極をワークに接触させることができる。しかし、図19に示すように、外側電極の先端部の一部がワークに接触しないような場合には対応することができない。
For example, the welding apparatus shown in
本発明の解決すべき課題は、同軸電極を用いた抵抗溶接において、各電極(特に外側電極)の先端部をワークに確実に接触させることにより、高硬度材料であっても、割れを発生させることなく、且つ、確実に接合することにある。 The problem to be solved by the present invention is that, in resistance welding using a coaxial electrode, the tip of each electrode (especially the outer electrode) is reliably brought into contact with the workpiece, thereby causing cracks even in a high-hardness material. It is to join without fail.
前記課題を解決するために、本発明は、筒状に形成された外側電極と、外側電極の内周に同軸状に配され、外側電極に対して中心軸方向に相対移動可能な内側電極とを備え、内側電極及び外側電極の先端部をワークに接触させて通電することでワークの溶接を行う抵抗溶接装置であって、外側電極の先端部の肉厚を先端側へ向けて徐々に小さくしたことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an outer electrode formed in a cylindrical shape, an inner electrode that is coaxially arranged on the inner periphery of the outer electrode, and is relatively movable in the central axis direction with respect to the outer electrode. A resistance welding apparatus that welds the work by bringing the inner electrode and outer electrode tip portions into contact with the workpiece and energizing the workpiece, and gradually reducing the thickness of the outer electrode tip portion toward the tip side. It is characterized by that.
このように、外側電極の先端部の肉厚を先端側へ向けて徐々に小さくすることで、外側電極の先端部の面積が小さくなるため、ワークとの当接部における面圧を高めることができ、外側電極の先端部をワークに食い込ませることが可能となる。これにより、ワークの表面や外側電極の先端部に微小な凹部が形成されている場合でも、外側電極をワークに食い込ませることによりその凹部が吸収され、外側電極の先端部を確実にワークに接触させることができる。また、外側電極の先端部の面積が小さくなることで、外側電極とワークとの接触部における面圧を高めることができるため、電極をワークに押し付ける力を小さくすることができる。これにより、電極の押し付け力でワークが変形することで電極の先端部の一部がワークと非接触となる事態を回避できる。 In this way, by gradually reducing the thickness of the tip portion of the outer electrode toward the tip side, the area of the tip portion of the outer electrode is reduced, so that the surface pressure at the contact portion with the workpiece can be increased. This makes it possible to bite the tip of the outer electrode into the workpiece. As a result, even when a minute recess is formed on the surface of the workpiece or the tip of the outer electrode, the recess is absorbed by biting the outer electrode into the workpiece, and the tip of the outer electrode is securely in contact with the workpiece. Can be made. Moreover, since the surface pressure in the contact part of an outer electrode and a workpiece | work can be raised because the area of the front-end | tip part of an outer electrode becomes small, the force which presses an electrode to a workpiece | work can be made small. Accordingly, it is possible to avoid a situation in which a part of the tip of the electrode is not in contact with the work due to the work being deformed by the pressing force of the electrode.
すなわち、本発明は、筒状に形成された外側電極と、外側電極の内周に同軸状に配され、外側電極に対して中心軸方向に相対移動可能な内側電極とを有する抵抗溶接装置で溶接を行う方法であって、外側電極の先端部をワークに当接させて食い込ませると共に、内側電極の先端部をワークに当接させ、この状態で内側電極と外側電極との間で通電することにより溶接を行う溶接方法として特徴づけることもできる。 That is, the present invention is a resistance welding apparatus having an outer electrode formed in a cylindrical shape and an inner electrode that is coaxially arranged on the inner periphery of the outer electrode and is relatively movable in the central axis direction with respect to the outer electrode. In this method, welding is performed by bringing the tip of the outer electrode into contact with the work and causing the tip of the inner electrode to come into contact with the work. In this state, electricity is passed between the inner electrode and the outer electrode. Thus, it can be characterized as a welding method for performing welding.
また、上記の抵抗溶接装置において、筒状の外側電極の先端部に、ワークと接触しない非接触部を積極的に設ければ、外側電極とワークとの接触面積をさらに小さくすることができ、外側電極をより一層ワークに食い込みやすくすることができる。このとき、外側電極とワークとが接触する接触部と、両者が接触しない非接触部とを周方向等間隔に設けることで、内側電極と外側電極との間における電流密度を周方向で均等に分布させることができる。 In the resistance welding apparatus, if the non-contact portion that does not contact the workpiece is positively provided at the tip of the cylindrical outer electrode, the contact area between the outer electrode and the workpiece can be further reduced. The outer electrode can be further easily bite into the workpiece. At this time, by providing a contact portion where the outer electrode and the workpiece are in contact with each other and a non-contact portion where they are not in contact with each other at equal intervals in the circumferential direction, the current density between the inner electrode and the outer electrode is equalized in the circumferential direction Can be distributed.
以上のように、本発明によれば、外側電極の全面をワークに確実に接触させることができるため、高硬度材料であっても、割れを発生させることなく、且つ、確実に溶接することができる。 As described above, according to the present invention, since the entire surface of the outer electrode can be reliably brought into contact with the workpiece, even a high-hardness material can be reliably welded without causing cracks. it can.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の第1実施形態に係る抵抗溶接装置は、図1に示すように、筒状の外側電極10、及び外側電極10の内周に配された内側電極20を有する同軸電極30と、同軸電極30を支持する支持部40と、支持部40に対して外側電極10を軸方向に移動させるための外側電極移動手段(本実施形態ではスプリング50)と、支持部40に対して内側電極20を軸方向に移動させるための内側電極移動手段(本実施形態ではシリンダ60)と、支持部40を介して同軸電極30全体を中心軸方向に移動させる同軸電極移動手段(本実施形態では昇降機70)とを備える。外側電極10及び内側電極20は、図2に示すように、コイル81を介して電源80に接続される。外側電極10と内側電極20との径方向間には、円筒状の絶縁部材90が配される。尚、本実施形態では、同軸電極30の中心軸方向を鉛直方向とし、同軸電極30を降下させて外側電極10及び内側電極20の先端部をワークWの上面に当接させる場合を示す。
As shown in FIG. 1, the resistance welding apparatus according to the first embodiment of the present invention is coaxial with a cylindrical
外側電極10は、金属材料(例えばCr−Cu合金)で略円筒形状に形成され、先端部を下方に向けて配される。外側電極10の先端部11は、図2に示すように、先端側(下方)へ向けて徐々に肉厚が小さくなっており、本実施形態では軸方向断面で下向きに膨らんだ円弧状を成している。外側電極10には、図3及び図4に示すように、先端部11から基端側(上方)に延びた切り欠き部12が、円周方向等間隔の複数箇所(図示例では6箇所)に形成される。本実施形態では、切り欠き部12の円周方向幅L1は、隣り合う切り欠き部12間の円周方向間隔L2よりも小さくなるように設定される(図4参照)。
The
外側電極移動手段としてのスプリング50は、図2に示すように、外側電極10の上端部と支持部40との軸方向間に圧縮状態で配され、これにより外側電極10が常に下向きに付勢される。また、外側電極10の下方への移動は、支持部40に設けられた保持部41で規制される。具体的には、外側電極10の上端部に外径へ突出した係止部13が形成され、保持部41の下端部に内径向きの突出部42が形成され、これらの係止部13と突出部42とが軸方向で係合することで、この係合部より下方への外側電極10の移動が規制される。
As shown in FIG. 2, the
内側電極20は、金属材料(例えばCr−Cu合金)で中実に形成され、外側電極10の内周面に固定された円筒形状の絶縁部材90の内周に挿入される。内側電極20は外側電極10に対して軸方向に相対移動可能に設けられ、本実施形態では、内側電極20は絶縁部材90に対して摺動可能に設けられる。内側電極20の先端部(下端部)21は、図5に示すように先細り形状とされ、詳しくは、先端部に形成された平坦面22と、平坦面22から上方へ向けて外径を徐々に大きくした円すい面23とが形成される。円すい面23の頂角αは100〜170度の範囲内に設定され、例えば140度に設定される。
The
内側電極移動手段としてのシリンダ60は、図1に示すように支持部40に取付けられ、シリンダ60内の圧力を高めると、支持部40に対して内側電極20が下方に押し出される。
The
以下、上記構成の抵抗溶接装置による溶接方法の一例を説明する。 Hereinafter, an example of a welding method using the resistance welding apparatus having the above configuration will be described.
まず、図1に示すように、内側電極20の先端部を外側電極10の先端部よりも下方に突出させた状態とし、この状態で同軸電極30全体を昇降機70により降下させ、図6に示すように、内側電極20の先端部21をワークWの上面に当接させる。続けて同軸電極30を降下させると、内側電極20がシリンダ60内部の圧力に抗して相対的に後退する(実際は、内側電極20がワークWに当接して静止した状態で、シリンダ60等が降下する)。このとき、内側電極20の先端部21はシリンダ60内部の圧力によりワークWに押し付けられている。
First, as shown in FIG. 1, the tip of the
さらに同軸電極30を降下させると、図7に示すように、外側電極10の先端部11がワークWに当接し、スプリング50の弾性力に抗して外側電極10が支持部40に近づく側に相対的に移動する(実際は、外側電極10及び内側電極20がワークWに当接して静止した状態で、支持部40等が降下する)。
When the
このとき、外側電極10をワークWに押し付ける力は、スプリング50が圧縮されるにつれて、スプリング50の弾性係数に従って大きくなる。上記のように、外側電極10の先端部11の肉厚が下方に向けて小さくなっているため、外側電極10とワークWとの当接部における接触面積を小さくすることができる。特に、本実施形態のように、先端部11を断面円弧状に形成すれば、図8に示すように、外側電極10とワークWとを軸方向断面で点接触(接触点をTで示す)させることができるため、両者の接触面積が非常に小さくなる。さらに、本実施形態では、外側電極10の先端部11に切り欠き部12を設けているため(図2参照)、外側電極10とワークWとの接触面積がより一層小さくなる。このように、外側電極10とワークWとの接触面積を小さくすることにより、両者の接触部における面圧が高まる。このため、外側電極10がスプリング50の弾性反力でワークWに押し付けられると、図9に示すように、外側電極10の先端部11をワークWに僅かに食い込ませることが可能となる。従って、ワークWの表面や外側電極10の先端部11に微妙な凹部が形成されている場合でも、外側電極10をワークWへ食い込ませることにより凹部を吸収して、外側電極10とワークWとを確実に接触させることができる。また、外側電極10とワークWとの面圧が高まることにより、外側電極10を下方に押し込む力(本実施形態ではスプリング50の弾性反力)が比較的小さくても足りるため、外側電極10の押し付け力によるワークWの変形を防止できる。
At this time, the force pressing the
以上により、外側電極10及び内側電極20のワークWへの当接が完了する。このとき、外側電極10はスプリング50の弾性反力によりワークWに押し付けられ、内側電極20はシリンダ60内の圧力によりワークWに押し付けられている。
Thus, the contact of the
この状態で外側電極10と内側電極20との間に通電することにより、溶接が行われる。上記のように、外側電極10及び内側電極20が確実にワークWに当接しているため、電流密度を周方向で均一化することができる。本実施形態では、外側電極10とワークWとの面圧を高めるために外側電極10に切り欠き部12を設けているが、この切り欠き部12を周方向等間隔に設けているため、すなわち、外側電極10の先端部に、ワークに接触する接触部(断面円弧状曲面)とワークに接触しない非接触部(切り欠き部12)とを周方向等間隔に設けているため、電流密度を周方向で均等に分布させることができる。
In this state, welding is performed by energizing between the
ところで、同軸電極30を用いて溶接すると、内側電極20とワークWとの接触部でスパッタが発生することがある。このスパッタが外側電極10の内周面に付着し、溶接中にワークW上に落下すると、通電を阻害する恐れがある。本実施形態では、外側電極10に切り欠き部12を形成しているため、外側電極10の内周で発生したスパッタが切り欠き部12を抜けて外部に抜けるため、外側電極10の内周面に付着するスパッタの量が低減され、通電を阻害する恐れを減じることができる。
By the way, when welding is performed using the
本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を示す。 The present invention is not limited to the above embodiment. Hereinafter, other embodiments of the present invention will be described.
上記の第1実施形態では、昇降機70により同軸電極30を降下させて内側電極20をワークWに当接させているが、これに限られない。例えば、下記の第2実施形態に示すように、シリンダ60の押し出しにより内側電極20をワークWに当接させてもよい。
In the first embodiment described above, the
具体的には、まず、図10に示すように、シリンダ60を後退させて内側電極20の先端部21を外側電極10の先端部11よりも上方に配置した状態で、昇降機70により同軸電極30を降下させる。そして、図11に示すように、外側電極10の先端部11をワークWに当接させ、スプリング50の弾性反力により先端部11をワークWに食い込ませる(図9参照)。その後、昇降機70を停止させ、シリンダ60で内側電極20を下方に押し出すことにより、内側電極20の先端部21をワークWに当接させる(図7参照)。
Specifically, first, as shown in FIG. 10, the
第1実施形態(図5〜図7参照)のように、昇降機70の降下により内側電極20をワークWに当接させると、昇降機70をゆっくり降下させることで、内側電極20をワークWにソフトに当接させることができる。これにより、内側電極20が当接する際にワークWに加わる衝撃が低減されるため、通電開始前におけるワークWの変形を抑えることができ、外観不良を回避されと共に、通電状態を良好にして溶接品質の向上を図ることができる。
As in the first embodiment (see FIGS. 5 to 7), when the
一方、第2実施形態(図10〜図11参照)のように、シリンダ60の押し出しで内側電極20をワークWに当接させる場合は、内側電極20がシリンダ60の圧力で一気に押し出されるため、ワークWが分厚い場合など、ワークWの変形の恐れが少ない場合に採用することができる。この場合、シリンダ60の押し出しによる内側電極20の衝撃により、ワークWを構成する2枚の金属板の間に形成された隙間を詰めることも考えられる。
On the other hand, as in the second embodiment (see FIGS. 10 to 11), when the
また、ワークWの金属板の間に隙間が形成されている場合、以下のような第3実施形態を採用することも可能である。すなわち、図12に示すように、内側電極20を外側電極10よりも上方に後退させた状態とし、この状態で同軸電極30を降下させ、外側電極10をワークWに当接させる。そして、さらに同軸電極30を降下させると、図13に示すようにスプリング50が圧縮され、このスプリング50の弾性反力により外側電極10が下方に付勢され、上側の板W1を押し下げる。これにより、上側の板W1と下側の板W2との間の隙間を埋めて両者が接触する。その後、図14に示すように、内側電極20をシリンダ(図示省略)で下方に押し出してワークWに当接させ、電極間に通電して溶接を行う。このように、外側電極10でワークWに形成されている隙間を埋めることで、溶接が行われる内側電極20の直下でワークWの板W1・W2を平面同士で接触させることができるため、良好な状態で溶接を行うことができる。尚、内側電極20のワークWへの当接方法は、上記のようにシリンダの押し出しにより行っても良いし、あるいは、スプリング50の圧縮により内側電極20を外側電極10に対して相対的に降下させることで行ってもよい。
Moreover, when the clearance gap is formed between the metal plates of the workpiece | work W, it is also possible to employ | adopt the following 3rd Embodiment. That is, as shown in FIG. 12, the
上記の第1〜第3実施形態の何れを採用するかは、昇降機70の降下やシリンダ60の押し出しのタイミングを設定することで簡単に変更することができるため、ワークWの材質や溶接品の用途に応じて、適宜使い分けを行えばよい。
Which one of the first to third embodiments is adopted can be easily changed by setting the lowering of the
また、上記の実施形態では、外側電極10の先端部11の形状が、軸方向断面で半円弧形状を成している場合を示しているが、肉厚が先端側へ向けて徐々に小さくなってさえいればこれに限定されず、例えば楕円弧状や台形状の軸方向断面を有する形状としてもよい(図示省略)。
Moreover, although the shape of the front-end | tip
また、上記では、外側電極移動手段としてスプリング50が設けられ、内側電極移動手段としてシリンダ60が設けられているが、これに限らず、例えば、外側電極移動手段としてシリンダを設けても良い。この場合、シリンダ内の圧力を調整することで、外側電極10のワークWへの当接圧力を調整することができる。
In the above description, the
10 外側電極
11 先端部
12 切り欠き部
20 内側電極
30 同軸電極
40 支持部
50 スプリング
60 シリンダ
70 昇降機
80 電源
90 絶縁部材
DESCRIPTION OF
Claims (4)
外側電極の先端部の肉厚を、先端側へ向けて徐々に小さくしたことを特徴とする抵抗溶接装置。 A cylindrical outer electrode and an inner electrode coaxially arranged on the inner periphery of the outer electrode and movable relative to the outer electrode in the central axis direction. A resistance welding device that performs welding by contacting a work and energizing,
A resistance welding apparatus characterized in that the thickness of the tip of the outer electrode is gradually reduced toward the tip.
外側電極の先端部をワークに当接させて食い込ませると共に、内側電極の先端部をワークに当接させ、この状態で内側電極と外側電極との間で通電することにより溶接を行う抵抗溶接方法。 This is a method of welding with a resistance welding apparatus having a cylindrical outer electrode and an inner electrode coaxially arranged on the inner periphery of the outer electrode and movable relative to the outer electrode in the central axis direction. And
A resistance welding method for performing welding by bringing the tip of the outer electrode into contact with the work and causing the tip of the inner electrode to come into contact with the work and energizing the inner electrode and the outer electrode in this state. .
先端部の肉厚を、先端側へ向けて徐々に小さくしたことを特徴とする外側電極。 In the outer electrode formed in a cylindrical shape, the tip is brought into contact with the workpiece, and the workpiece is welded by energizing between the inner electrode arranged coaxially on the inner periphery,
An outer electrode, wherein the thickness of the tip is gradually reduced toward the tip.
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