JP2014217874A - 溶接電流値調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汎用性が高く、効率的な溶接を可能とする溶接電流値調整装置を提供すること。
【解決手段】抵抗溶接の電流値を調整する溶接電流値調整装置２１において、銅体３６１とステンレス体３６２とが交互に電気的に接続されて一体化され、その一端近傍が電流経路Ｄ２の一端に電気的に接続された抵抗体３６と、抵抗体３６における銅体３６１とステンレス体３６２の並び方向に変位可能であるとともに、抵抗体３６の並び方向の異なる位置に当接又は離間可能に設けられ、電流経路Ｄ２の他端に電気的に接続された第１スイッチ用電極チップ３７と、を備え、第１スイッチ用電極チップ３７が、抵抗体３６の並び方向の異なる位置に当接することで、抵抗溶接の電流値を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接電流値調整装置に関する。詳しくは、抵抗溶接の電流値を調整する溶接電流値調整装置に関する。

従来、溶接電流値を変更可能なスポット溶接機が知られている（例えば、特許文献１参照）。このスポット溶接機は、多工程の溶接条件に応じてそれぞれの溶接電流値が設定される各工程の可変抵抗器と、各工程の溶接用可動電極を操作する足踏みスイッチと、足踏みスイッチの操作に連動して各工程の可変抵抗器を順次切換える切換えスイッチと、を備える。このスポット溶接機によれば、１台で多工程の溶接が可能であるため、従来のように各工程に溶接機を配備する必要がなく、所要スペース及び設備費が軽減される。

実開平４−１０４２８２号公報

しかしながら特許文献１のスポット溶接機では、溶接電流値の切換えにチャンネル切換え方式や足踏み操作方式が採用されているため、装置が大型化するうえ、操作が煩雑である。そのため、汎用性が低く、効率的な溶接ができない。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、汎用性が高く、効率的な溶接を可能とする溶接電流値調整装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、抵抗溶接の電流値を調整する溶接電流値調整装置（例えば、後述の溶接電流値調整装置２１）において、電気抵抗の低い導電体（例えば、後述の銅体３６１）と電気抵抗の高い導電体（例えば、後述のステンレス体３６２）とが交互に電気的に接続されて一体化され、その一端近傍が溶接電流経路（例えば、後述の電流経路Ｄ２）の一端に電気的に接続された通電部材（例えば、後述の抵抗体３６）と、前記通電部材における前記電気抵抗の低い導電体と前記電気抵抗の高い導電体の並び方向に変位可能であるとともに、前記通電部材の前記並び方向の異なる位置に当接又は離間可能に設けられ、前記溶接電流経路の他端に電気的に接続された接続手段（例えば、後述の第１スイッチ用電極チップ３７）と、を備え、前記接続手段が、前記通電部材の前記並び方向の異なる位置に当接することで、抵抗溶接の電流値を調整することを特徴とする。

本発明では、電気抵抗の低い導電体と高い導電体とを交互に電気的に接続して一体化し、その一端近傍を溶接電流経路の一端に電気的に接続した通電部材を設ける。また、この通電部材における各導電体の並び方向の異なる位置に、溶接電流経路の他端に電気的に接続した接続手段を当接することで、抵抗溶接の電流値を調整する。
本発明によれば、通電部材に対する接続手段の当接位置を変更することで、抵抗溶接の電流値を容易に調整できる。そのため、ナゲットの形成領域を、板組み（積層枚数、板材料等）に応じて容易に変更できる。例えば、複数の板組みにより構成された１台の車両部材を溶接する場合や、複数種の車両部材を溶接する場合であっても、所望の位置にナゲットを形成できるため、確実に溶接できる。従って、本発明によれば、汎用性が高く、効率的な溶接を可能とする溶接電流値調整装置を提供できる。

本発明によれば、汎用性が高く、効率的な溶接を可能とする溶接電流値調整装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置の構成を示す側面図である。 上記実施形態に係るスポット溶接装置の電極部及び溶接電流値調整装置の構成を示す図である。 上記実施形態に係るスポット溶接装置の溶接用可変抵抗装置の動作の概要を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置１の構成を示す側面図である。本実施形態に係るスポット溶接装置１は、ロボットアーム８０の先端に取り付けられた電動式のスポット溶接装置である。
スポット溶接装置１は、複数の板材を重ね合わせたワークＷを、後述する複数の電極で挟んで加圧し、この状態で電極間に通電することでワークＷを溶接する。なお、本実施形態のスポット溶接装置１は、３枚以上の板材により形成され、且つ最も外側に最薄板材が配置されたワークＷの溶接に好適に用いられる。このようなワークＷの一例として、本実施形態では、上方から最薄板材Ｗ１、板材Ｗ２（厚板）及び板材Ｗ３（厚板）を配置したワークＷを用いる。

スポット溶接装置１は、ロボットアーム８０の先端に設けられた支持部９０により支持されたスポット溶接ガン１０と、このスポット溶接ガン１０を制御する制御装置１００と、を備える。

支持部９０は、支持ブラケット９１を含んで構成される。この支持ブラケット９１は、上板９１ａと、この上板９１ａに平行な下板９１ｂと、を備える。これら上板９１ａと下板９１ｂの間には、ガイドバー９２が橋架されている。

ガイドバー９２には、その軸方向に摺動自在な支持板９３が取り付けられている。支持板９３は、ロボットアーム８０側から上板９１ａ及び下板９１ｂに対して平行に延び、その先端側でスポット溶接ガン１０を支持する。支持板９３の基端側の上面には、筐体状の支持体９４が設けられている。上板９１ａと支持体９４の間には、ガイドバー９２に巻回された第１コイルスプリング９５が介装されている。同様に、下板９１ｂと支持板９３の間には、ガイドバー９２に巻回された第２コイルスプリング９６が介装されている。

スポット溶接ガン１０は、上記の支持板９３に支持されることで、支持部９０に対して相対的に昇降可能となっている。スポット溶接ガン１０は、溶接ガン本体１１と、溶接ガン本体１１の先端に設けられた電極部１５と、電極部１５に対して電流を供給する電流源２０（図２参照）と、電極部１５に対する電流を調整する溶接電流値調整装置２１（図２参照）と、を備える。
溶接ガン本体１１は、その上部に設けられたサーボモータ１６と、このサーボモータ１６に連結された図示しない送りねじ機構と、備える。
電極部１５は、可動電極部１２０と、固定電極部１３０と、を含んで構成される。

可動電極部１２０は、溶接ガン本体１１の先端から下方に突出し、送りねじ機構に連結されたロッド１２の先端に支持されている。可動電極部１２０は、サーボモータ１６により送りねじ機構を介してロッド１２が上下動（図１のＡ２方向又はＡ１方向に移動）することで、後述する固定電極部１３０に対して進退可能となっている。なお、ロッド１２の移動量は、制御装置１００に供給され、後述する補助電流制御に用いられる。
固定電極部１３０は、溶接ガン本体１１の先端に連結された連結部１４から下方に延びるＣ形ヨーク１３の先端に支持されている。
これら可動電極部１２０と固定電極部１３０とは、ワークＷを挟んで対向配置され、ワークＷと接触させた状態で通電させることにより、最薄板材Ｗ１、板材Ｗ２及び板材Ｗ３間に溶接部（以下、「ナゲットＮ」という。）を形成する。

図２は、スポット溶接装置１の電極部１５及び溶接電流値調整装置２１の構成を示す図である。
可動電極部１２０は、溶接用電極チップ１２１と、この溶接用電極チップ１２１との間で通電する２つの補助通電用電極チップ１２２，１２２と、これら補助通電用電極チップ１２２，１２２をワークＷに対して進退可能とする駆動機構１２３，１２３と、を備える。
溶接用電極チップ１２１及び補助通電用電極チップ１２２，１２２は、先端部がドーム状の円柱形状であり、所定の間隔を設けてワークＷの面方向に沿って配置される。また、これら電極チップの先端部は、略同一の高さ位置でワークＷの上側表面に向けて配置され、ロッド１２（図１参照）の上下動に応じてワークＷの上側表面を押圧する。

駆動機構１２３，１２３はそれぞれ、エアシリンダで構成される。補助通電用電極チップ１２２，１２２は、これら駆動機構１２３，１２３により、溶接用電極チップ１２１とは独立してワークＷに対して進退可能となっている。また、補助通電用電極チップ１２２，１２２には、レーザ変位計等で構成される移動量測定手段が設けられており、移動手段による上下動の移動量が測定可能となっている。さらには、補助通電用電極チップ１２２，１２２には、電流計が設けられており、溶接用電極チップ１２１から流れる電流の値を測定可能となっている。なお、移動量測定手段により測定された移動量及び電流計により測定された電流値は、制御装置１００に供給され、後述する補助電流の制御に用いられる。

固定電極部１３０は、溶接用電極チップ１２１との間で通電する主通電用電極チップ１３１を備える。
主通電用電極チップ１３１は、先端部がドーム状の円柱形状である。主通電用電極チップ１３１の先端部は、ワークＷの下側表面に向けて配置され、ロッド１２（図１参照）の上下動に応じて可動電極部１２０が上下動することでワークＷの下側表面を押圧する。

溶接電流値調整装置２１は、オンス銅板２２と、溶接用可変抵抗装置３０と、分流スイッチ４０と、を備える。
オンス銅板２２は、Ｕ字状に湾曲した銅製の板状部材であり、一端が２つの補助通電用電極チップ１２２，１２２の基端側に電気的に接続され、他端が後述する溶接用可変抵抗装置３０に電気的に接続される。

溶接用可変抵抗装置３０は、ガイド導体３１と、可撓性導体３２と、アクチュエータ３３と、アクチュエータ３３を支持する支持導体３４と、アクチュエータ３５と、抵抗体３６と、第１スイッチ用電極チップ３７と、を備える。

ガイド導体３１は、Ｌ字状に屈曲した導体であり、一端がオンス銅板２２に電気的に接続され、他端が可撓性導体３２に電気的に接続される。

可撓性導体３２は、可撓性を有し変形可能な導体であり、ガイド導体３１の他端側に沿って配置される。より具体的には、可撓性導体３２は、一端がガイド導体３１の他端側に電気的に接続され、他端が支持導体３４に電気的に接続される。

アクチュエータ３３は、第１スイッチ用電極チップ３７を、抵抗体３６に対して進退可能とする。これにより、第１スイッチ用電極チップ３７は、抵抗体に対して当接又は離間可能となっている。

支持導体３４は、Ｌ字状に屈曲した導体であり、第１スイッチ用電極チップ３７及びアクチュエータ３３を支持する。支持導体３４は、一端が可撓性導体３２の他端に電気的に接続され、他端が第１スイッチ用電極チップ３７に電気的に接続される。

アクチュエータ３５は、ロッド３５ａの先端が支持導体３４の一端側に連結される。アクチュエータ３５は、ロッド３５ａを進退させることで、第１スイッチ用電極チップ３７及びアクチュエータ３３を支持する支持導体３４を、抵抗体３６に沿って移動（図２では上下動）させる。

抵抗体３６は、電気抵抗の低い銅体３６１と、電気抵抗の高いステンレス体３６２とが、複数交互に電気的に接続されて一体化された導電性の棒状体である。抵抗体３６の一端は、分流スイッチ４０に電気的に接続される。抵抗体３６は、所定の高さを有する直方体状の銅体３６１，３６１間に、銅体３６１よりも高さに低い直方体状のステンレス体３６２が介在している。これにより、抵抗体３６の一端側から、銅体３６１及びステンレス体３６２の並び方向の異なる位置までの抵抗値が変化するように構成されている。

第１スイッチ用電極チップ３７は、アクチュエータ３３により、抵抗体３６に対して進退することで、抵抗体３６と当接又は離間可能となっている。また、第１スイッチ用電極チップ３７は、アクチュエータ３５のロッド３５ａを進退させることで、抵抗体３６における銅体３６１及びステンレス体３６２の並び方向（図２では上下方向）に変位可能となっている。

分流スイッチ４０は、第２スイッチ用電極チップ４１と、電極板４２と、シリンダ機構４３と、を備える。この分流スイッチ４０のＯＮ／ＯＦＦにより、分流が実行／停止される。

第２スイッチ用電極チップ４１は、シリンダ機構４３のロッド４３ａの先端に連結され、抵抗体３６の一端と導体４４を介して電気的に接続される。

電極板４２は、導電性部材であり、電流源２０に電気的に接続される。この電極板４２に対しては、シリンダ機構４３により第２スイッチ用電極チップ４１が進退して当接又は離間可能となっている。

シリンダ機構４３は、ロッド４３ａを進退させることで、第２スイッチ用電極チップ４１を電極板４２に当接又は離間させる。第２スイッチ用電極チップ４１が電極板４２に当接することで通電され、第２スイッチ用電極チップ４１が電極板４２から離間することで電流が遮断される。

以上の構成からなる可動電極部１２０及び固定電極部１３０には、電流源２０が接続される。具体的には、溶接用電極チップ１２１は、電流源２０の正極に接続され、補助通電用電極チップ１２２及び主通電用電極チップ１３１は、電流源２０の負極に接続される。電流源２０は、図示しない電源を有し、各電極チップ間に電流を供給する。

従って、電流源２０から溶接用電極チップ１２１を経てワークＷに流入する電流は、電流経路Ｄ１に沿って流れ、主通電用電極チップ１３１を経て電流源２０に戻る。このような電流経路Ｄ１を流れる電流（以下、「主電流」という。）は、ワークＷの厚み方向中心付近を加熱することで、当該加熱部分を中心にナゲットＮを生成し、ワークＷを溶接する。

また、電流源２０から溶接用電極チップ１２１を経てワークＷに流入する電流は、電流経路Ｄ２に沿って流れ、補助通電用電極チップ１２２，１２２から溶接電流値調整装置２１を経て、電流源２０に戻る。このような電流経路Ｄ２を流れる電流（以下、「補助電流」という。）は、主としてワークＷの最外側に配置された最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２の間を加熱することで、最外側の最薄板材Ｗ１を溶接するために用いられる。即ち、最も外側に最薄板材Ｗ１を配置した場合には、最薄板材Ｗ１及び板材Ｗ２の界面がワークＷの厚み方向中心付近ではなく外側近傍に位置することになり、中心付近にナゲットＮを生成する主電流だけでは最薄板材Ｗ１を溶接できないことがある。これに対して本実施形態では、補助通電用電極チップ１２２，１２２を用いることで、外側の最薄板材Ｗ１を適切に溶接可能となっている。

補助通電用電極チップ１２２，１２２と電流源２０の負極の間には、上述の分流スイッチ４０が設けられる。図２に示したワークＷに抵抗溶接を施す際、通電の初期では電流経路Ｄ１と電流経路Ｄ２に電流を分岐して流すことで、溶接用電極チップ１２１及び主通電用電極チップ１３１間の厚み方向の中でも、最薄板材Ｗ１と板材Ｗ２の界面のナゲットＮを成長させる。ナゲットＮが十分に成長した後、分流スイッチ４０で電流を遮断することでワークＷ中を流れる電流の経路を電流経路Ｄ１のみにし、板材Ｗ２と板材Ｗ３の界面のナゲットＮの方を成長させる。分流スイッチ４０で電流を遮断することで、ナゲットＮをバランス良く成長させ、ワークＷに接合強度に優れた接合部を得ることができる。電流源２０及び分流スイッチ４０は制御装置１００によって制御される。

なお、図２では、補助通電用電極チップ１２２，１２２を２つ設けることとしているが、これに限られるものではなく、外側の最薄板材Ｗ１を溶接可能であれば、１つのみとしてもよく、また、３つ以上設けることとしてもよい。

図１に戻って、制御装置１００は、サーボモータ１６及び電流源２０を制御する。また、後述するように、制御装置１００は、補助通電用電極チップ１２２，１２２の状態を測定し、その測定結果に応じて補助通電用電極チップ１２２，１２２及び電流源２０を制御する。なお、補助通電用電極チップ１２２，１２２の状態とは、移動量測定手段により測定された移動量や電流計により測定された電流値を含むものとする。

次に、本実施形態に係るスポット溶接装置１の動作について説明する。
以下、本実施形態に係るスポット溶接装置１が、例えば、複数の板組み（積層枚数、板材料等）により構成された車両部材に対して、一工程で複数のスポット溶接（抵抗溶接）を実施する場合について説明する。この車両部材では、複数の板組みが存在するため、複数のスポット溶接箇所においてナゲットＮの形成領域を変更させる必要が生じる。複数のスポット溶接は、板組み（積層枚数、板材料等）に応じて、電流経路Ｄ２に沿って溶接用電極チップ１２１から補助通電用電極チップ１２２，１２２に流れる補助電流値を変更する。

図３は、本実施形態に係るスポット溶接装置１の溶接用可変抵抗装置３０の動作の概要を示す図である。
図３に示すように、溶接用可変抵抗装置３０のアクチュエータ３５を駆動し、溶接を実施するスポット溶接箇所に応じた、抵抗体３６の銅体３６１及びステンレス体３６２の並び方向の位置に、第１スイッチ用電極チップ３７が当接するようにロッド３５ａを進退させる。さらに、アクチュエータ３３を駆動して第１スイッチ用電極チップ３７を抵抗体３６に当接させる。このとき、アクチュエータ３３により第１スイッチ用電極チップ３７が抵抗体３６に圧接されることで、接触抵抗が低減される。第１スイッチ用電極チップ３７を抵抗体３６に当接させる位置は、抵抗体３６のうち銅体３６１の部分である。
なお、抵抗体３６に対する第１スイッチ用電極チップ３７の当接位置は、溶接を実施しようとするスポット溶接箇所の板組みに適した電流値が得られるように、予め実験等により求めておく。

そして、可動電極部１２０を固定電極部１３０に対して離間させた状態で、ロボットアーム８０及び支持部９０の動作により、ワークＷの溶接部位にスポット溶接ガン１０を移動させる。具体的には、固定電極部１３０の主通電用電極チップ１３１の先端部が、ワークＷの溶接部位の下側表面に当接する位置に、スポット溶接ガン１０を移動させる。

次いで、制御装置１００は、サーボモータ１６を制御して、送りねじ機構の作用で可動電極部１２０をワークＷに対して前進させる。すると、溶接用電極チップ１２１及び補助通電用電極チップ１２２，１２２の各先端部がワークＷの上側表面に当接する。このとき、ワークＷに対してスポット溶接ガン１０が傾斜している場合には、溶接用電極チップ１２１及び補助通電用電極チップ１２２，１２２の両先端部が適切にワークＷの上側表面に当接しないため、制御装置１００は、補助通電用電極チップ１２２，１２２を駆動する駆動機構１２３，１２３を、サーボモータ１６とは独立して制御する。これにより、ワークＷに対してスポット溶接ガン１０が傾斜している場合であっても、各電極チップの先端部をワークＷの上側表面に確実に当接させることができる。

制御装置１００は、各電極チップの先端部がワークＷの表面に当接した状態で可動電極部１２０をワークＷに対してさらに前進させる。すると、各電極チップの先端部によりワークＷが加圧され、ワークＷを形成する板材間の隙間が詰められ電気的に接続される。

次いで、図２に示すように、制御装置１００は、各電極チップの先端部による加圧を維持しつつ、電流源２０を制御して、電流を供給する。このとき、分流スイッチ４０は、通電状態にしておく。すると、電流経路Ｄ１に沿って溶接用電極チップ１２１から主通電用電極チップ１３１に主電流が流れるとともに、電流経路Ｄ２に沿って溶接用電極チップ１２１から補助通電用電極チップ１２２，１２２に補助電流が流れる。これにより、ワークＷの厚み方向の中央部から厚み方向上方部にかけて、ワーク材の溶融が促進されて最薄板材Ｗ１と板材Ｗ２の界面のナゲットＮが生成される。

そして、制御装置１００により分流スイッチ４０を制御して、電流経路Ｄ２に沿って流れる補助電流の供給を停止する。これにより、ワークＷの中を流れる電流が電流経路Ｄ１に沿って流れる主電流だけになるので、溶接用電極チップ１２１及び主通電用電極チップ１３１間の厚み方向のＷ２とＷ３の界面で入熱量が最も大きくなり、板材Ｗ２と板材Ｗ３の界面のナゲットＮが成長し、ワーク材の溶融が進行する。

その後、制御装置１００は、電流源２０を制御して、電流の供給を停止する。
次いで、制御装置１００は、サーボモータ１６を制御して、送りねじ機構の作用で可動電極部１２０をワークＷに対して後退させる。これにより、ナゲットが冷却固化し、ワークＷが溶接される。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、電気抵抗の低い銅体３６１と電気抵抗の高いステンレス体３６２とを交互に電気的に接続して一体化し、その一端近傍を溶接電流経路Ｄ２の一端に電気的に接続した通電部材としての抵抗体３６を設けた。また、この抵抗体３６における各導電体の並び方向の異なる位置に、溶接電流経路Ｄ２の他端に電気的に接続した第１スイッチ用電極チップ３７を当接することで、抵抗溶接の電流値を調整した。
本実施形態によれば、抵抗体３６に対する第１スイッチ用電極チップ３７の当接位置を変更することで、抵抗溶接の電流値を容易に調整できる。そのため、ナゲットの形成領域を、板組み（積層枚数、板材料等）に応じて容易に変更できる。例えば、複数の板組みにより構成された１台の車両部材を溶接する場合や、複数種の車両部材を溶接する場合であっても、所望の位置にナゲットを形成できるため、確実に溶接できる。従って、本実施形態によれば、汎用性が高く、効率的な溶接を可能とする溶接電流値調整装置２１を提供できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

上記実施形態では、溶接用可変抵抗装置３０を補助通電用電極チップ１２２，１２２と電流源２０との間に設けたが、これに限定されない。例えば、溶接用可変抵抗装置３０を電流源２０と溶接用電極チップ１２１との間に設けてもよい。
また、上記実施形態では、補助通電用電極チップ１２２，１２２を備え、分流を実行可能なスポット溶接装置１に溶接電流値調整装置２１を適用したが、これに限定されない。補助通電用電極チップを備えていない従来公知のスポット溶接装置にも適用可能である。

２１…溶接電流値調整装置
３６…抵抗体（通電部材）
３６１…銅体（電気抵抗の低い導電体）
３６２…ステンレス体（電気抵抗の高い導電体）
３７…第１スイッチ用電極チップ（接続手段）
Ｄ２…電流経路（溶接電流経路）

Claims (1)

1. 抵抗溶接の電流値を調整する溶接電流値調整装置において、
   電気抵抗の低い導電体と電気抵抗の高い導電体とが交互に電気的に接続されて一体化され、その一端近傍が溶接電流経路の一端に電気的に接続された通電部材と、
   前記通電部材における前記電気抵抗の低い導電体と前記電気抵抗の高い導電体の並び方向に変位可能であるとともに、前記通電部材の前記並び方向の異なる位置に当接又は離間可能に設けられ、前記溶接電流経路の他端に電気的に接続された接続手段と、を備え、
   前記接続手段が、前記通電部材の前記並び方向の異なる位置に当接することで、抵抗溶接の電流値を調整することを特徴とする溶接電流値調整装置。

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