JP3226182U - スポット溶接ガン用電極及びスポット溶接ガン - Google Patents

Abstract

【課題】スポット溶接において、スポット溶接ガン用電極と金属板が垂直となる関係を実現し、溶接の品質の低下を抑制することができるスポット溶接ガン用電極を提供する。【解決手段】スポット溶接ガン用電極１０は、第１の電極用シャンク１１と、第２の電極用シャンク１２と、第１の電極用シャンク１１の第１端に設けられ、フラット面１４ａを有する電極チップ１４と、第１の電極用シャンク１１の第２端と第２の電極用シャンク１２を接続し、弾性変形可能な接続部材１３と、を備える。冷却水を流すための流路Ｔが、第１の電極用シャンク１１と、接続部材１３と、第２の電極用シャンク１２それぞれの内部を貫通するように設けられている。【選択図】図５

Description

本考案は、スポット溶接機のスポット溶接ガン用電極及びスポット溶接ガンに関する。

スポット溶接機は、一対の電極間に複数の金属板を挟み、加圧しながら電気抵抗を利用して金属板を溶接する装置である。スポット溶接機において実際に溶接を行う部分であるスポット溶接ガンはスポット溶接機の主要部分であり、種々のタイプのものが提案されている。特許文献１は、一方の電極の基部材に螺合した筒状ソケット内部に鍔付きロッドを挿入し、この鍔付きロッドの基端に設けた凸球面座を設け、基部材の受面に当接させている。鍔付きロッドの凸球面座の揺動中心が、鍔付きロッドの略中央近くに位置しており、鍔付きロッドの先端部に設けた電極チップの原位置からのシフト量を抑えることができる。

実開昭６０−７４８７１号公報のマイクロフィルム

スポット溶接においては、スポット溶接ガン用電極の軸と、鋼板等の金属板とのなす角度をできるだけ垂直に保つことにより、溶接の品質を保つことが重要である。また、電極そのものについては、過剰な温度上昇を防止するため、冷却水等を用いて溶接中に冷却状態を維持する必要がある。このような電極の姿勢状態及び冷却状態の双方を適切に維持する技術は、未だ提示されていない。

本考案は、金属板に対する姿勢を適切に維持するとともに、冷却をも可能としたスポット溶接ガン用電極及びスポット溶接ガンに関する。

本考案のスポット溶接ガン用電極は、第１の電極用シャンクと、第２の電極用シャンクと、前記第１の電極用シャンクの第１端に設けられ、フラット面を有する電極チップと、 前記第１の電極用シャンクの第２端と前記第２の電極用シャンクを接続し、弾性変形可能な接続部材と、を備え、冷却水を流すための流路が、前記第１の電極用シャンクと、前記接続部材と、前記第２の電極用シャンクそれぞれの内部を貫通するように設けられている。

本考案のスポット溶接ガン用電極に係る好ましい実施形態として、例えば前記第１の電極用シャンクと前記第２の電極用シャンクを電気的に接続する導線が、前記接続部材の外側に設けられている。

本考案のスポット溶接ガン用電極に係る好ましい実施形態として、例えば前記接続部材は金属製のブロックにより形成され、当該金属製のブロックには、弾性変形を促す切り欠きが設けられている。

本考案のスポット溶接ガン用電極に係る好ましい実施形態として、例えば前記流路は、前記第２の電極用シャンクから前記電極チップに向けて冷却水を流す往路と、前記電極チップから前記第２の電極用シャンクに向けて冷却水を流す復路を含み、前記復路は、前記第１の電極用シャンクと、前記接続部材と、前記第２の電極用シャンクそれぞれの内部を貫通する内部空間により形成され、前記往路は、前記内部空間に配置され、前記第１の電極用シャンクと、前記接続部材と、前記第２の電極用シャンクを貫通する一体のパイプにより形成される。

また、本考案のスポット溶接ガンは、上述のスポット溶接ガン用電極を有する。

本考案によれば、スポット溶接ガン用電極が、被接合体である鋼板等の金属板に傾斜した状態で接触しても、弾性変形可能な接続部材が、先端に設けられた電極チップからの力を受けて弾性変形することで、スポット溶接ガン用電極と金属板が垂直となる関係を実現し、さらにこの関係を維持することができる。したがって、溶接の品質の低下を抑制することができる。

図１は、本考案の実施形態に係るスポット溶接ガンの側面図である。 図２は、本発明の実施形態に係るスポット溶接ガン用電極の斜視図である。 図３は、図２の断面を示す断面図である。 図４は、図３のＳ領域の拡大図である。 図５は、本発明の実施形態に係るスポット溶接ガン用電極の断面図である。 図６Ａは、スポット溶接の際にスポット溶接ガン用電極が金属板に対し傾いた状態を示す図である。 図６Ｂは、スポット溶接の際にスポット溶接ガン用電極が金属板に対し垂直になった状態を示す図である。

本考案に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

図１は、本考案の実施形態に係るスポット溶接ガンの側面図を示す。スポット溶接ガン１は、スポット溶接機において、実際にスポット溶接を行う主要部分である。スポット溶接ガン１は、平面視で略Ｃ型の形状を呈するフレーム５と、フレーム５の一端に設けられた加圧シリンダ３と、当該加圧シリンダ３及びフレーム５の他端に設けられた２つの基台７と、２つの基台７のそれぞれに設けられた可動側のスポット溶接ガン用電極１０Ａ（スポット溶接ガン用電極１０）と固定側のスポット溶接ガン用電極１０Ｂ（スポット溶接ガン用電極１０）を備える。スポット溶接ガン用電極１０Ａとスポット溶接ガン用電極１０Ｂは、同軸上において対向するように配置されている。ただし、スポット溶接ガンの具体的な形状は特に限定されない。

スポット溶接を行う場合、重ね合わせた複数（図では２枚）の被接合体である鋼板等の金属板Ｍをスポット溶接ガン用電極１０Ａとスポット溶接ガン用電極１０Ｂの間に挿入し、金属板Ｍをスポット溶接ガン用電極１０Ｂに当接させた状態で、加圧シリンダ３によりスポット溶接ガン用電極１０Ａを進出させ、金属板Ｍを二つの電極の間に挟み込む。この状態で、加圧しながら二つの電極間に通電を行い、スポット溶接を行う。本実施形態では、スポット溶接ガン用電極１０Ａとスポット溶接ガン用電極１０Ｂは、全く同じ形式のものを用いている。

図２は、スポット溶接ガン用電極１０の斜視図を示し、図３は、図２の断面を示す断面図を示す。スポット溶接ガン用電極１０は、第１の電極用シャンク１１と、第２の電極用シャンク１２と、電極チップ１４と、接続部材１３と、導線１５と、リング２３と、を備える。

第１の電極用シャンク１１、第２の電極用シャンク１２は、例えば真鍮のような金属（合金）により構成されており、導電性を有する。本実施形態では、第１の電極用シャンク１１と第２の電極用シャンク１２は、全く同じ形式のものを用いている。また、電極チップ１４は、スポット溶接ガン用電極１０の先端であって、第１の電極用シャンク１１の第１端に設けられており、金属板Ｍに直接当接する部材である。接続部材１３は、電極チップ１４が設けられた第１の電極用シャンク１１の第１端と逆側の第２端と、第２の電極用シャンク１２を接続する部材である。接続部材１３は、スポット溶接ガン用電極１０に所定の荷重が加わった際においても、破壊を免れる程度の剛性を有する一方で、荷重の作用により弾性変形可能な性質を有している。本実施形態では、接続部材１３は鋼鉄のような金属製の円筒形ブロックにより形成され、このブロックには弾性変形を促すための切り欠き１３ａが設けられている。

金属製（例えば銅等）の導線１５は、第１の電極用シャンク１１、第２の電極用シャンク１２のそれぞれの外周に取り付けられた金属製（例えば銅等）のリング２３に接続されている。接続部材１３が金属製であっても、その導電性が十分でない場合（スポット溶接には大電流が必要）、第１の電極用シャンク１１と第２の電極用シャンク１２との間に十分な電気的接続を確保することは困難である。このため、導線１５が接続部材１３の外側を迂回するように設けられ、第１の電極用シャンク１１と第２の電極用シャンク１２とを電気的に接続する。図視しないスポット溶接機の本体から加圧シリンダ３、基台７を経由して供給された電流は、第２の電極用シャンク１２→導線１５→第１の電極用シャンク１１→電極チップ１４の順に流れ、金属板Ｍまで到達する。

図４は、図３のＳ領域の拡大図を示す。図５は、本発明の実施形態に係るスポット溶接ガン用電極１０の断面図を示す。スポット溶接ガン用電極１０は電流のみならず、スポット溶接ガン用電極１０自体、特に先端の電極チップ１４を冷却する冷却水を流すための構造を有している。すなわち、図５に示すように、冷却水を流すための流路Ｔが、第１の電極用シャンク１１と、接続部材１３と、第２の電極用シャンク１２それぞれの内部を貫通するように設けられている。

流路Ｔは、スポット溶接機の本体から供給された冷却水を電極チップ１４に流すための往路Ｔ１と、電極チップ１４を冷却した冷却水をスポット溶接機の本体に戻すための復路Ｔ２を含む。復路Ｔ２は、第１の電極用シャンク１１と、接続部材１３と、第２の電極用シャンク１２それぞれの内部を貫通する内部空間Ｈにより形成される。第１の電極用シャンク１１及び第２の電極用シャンク１２は、その中心部分が長手方向に沿って中空になるようにくり抜かれており、くり抜かれた部分が内部空間Ｈを形成する。接続部材１３も同様に、その中心部分が長手方向に沿って中空になるようにくり抜かれている。ただし、図４に示すように、くり抜かれた部分の上下端では、第１の電極用シャンク１１及び第２の電極用シャンク１２のそれぞれと螺合するホース継手２０、及びホース継手２０に接続されたホース２１がくり抜かれた部分に配置されており、ホース継手２０及びホース２１の内部が、内部空間Ｈを形成する。

往路Ｔ１は、内部空間Ｈに配置され、第１の電極用シャンク１１と、接続部材１３と、第２の電極用シャンク１２を貫通する一体のパイプ２５により形成される。なお、パイプ２５は、図３において省略されているが、図４の一点鎖線又は図５に示すように、内部空間Ｈの中心軸上に配置され、例えば樹脂等によって形成された円筒長尺状の部材である。

図５の「冷却水ＩＮ」の矢印で示すように、スポット溶接機の本体から供給された冷却水は、第２の電極用シャンク１２から、接続部材１３、第１の電極用シャンク１１を経由するようにパイプ２５の中を流れ、電極チップ１４に到達する。電極チップ１４に到達し、温度が上昇した冷却水は、「冷却水ＯＵＴ」の矢印で示すように、第１の電極用シャンク１１、接続部材１３、第２の電極用シャンク１２を経由するように、パイプ２５の外側の内部空間Ｈの中を流れ、スポット溶接機の本体に戻り、再び冷却される。このようにして、冷却水はスポット溶接機の本体と電極を循環し、常に一定温度以下に冷却された冷却水が電極チップ１４に供給されるため、スポット溶接ガン用電極１０、特に電極チップ１４の温度上昇を抑制することができ、スポット溶接の接合効率を向上させることができる。なお、スポット溶接用の電流は、図５の「通電経路」の矢印に従って、スポット溶接機の本体から加圧シリンダ３及び基台７を経由して供給され、第２の電極用シャンク１２→導線１５→第１の電極用シャンク１１→電極チップ１４の順に流れ、金属板Ｍまで到達する。

電極チップ１４は、金属板Ｍに直接当接する平坦なフラット面１４ａを有する。スポット溶接ガン用電極１０Ａ及びスポット溶接ガン用電極１０Ｂが、金属板Ｍに対し垂直の関係を維持することができる場合、各電極の電極チップ１４のフラット面１４ａが金属板Ｍに面接触する。この結果、金属板Ｍとフラット面１４ａとの間で滑りが生じにくく、安定的なスポット溶接を行うことが可能となる。なお、平坦なフラット面１４ａは、電極チップ１４の先端部における少なくとも一部に存在していればよく、図５に示すような、電極チップ１４における金属板Ｍに対向する面のすべてがフラットな面を有するのはもちろんのこと、電極チップ１４の先端部のみがフラットな面を有し、その周囲の部分が曲率を有する形状であっても構わない。

図６Ａは、実際のスポット溶接の場面において、スポット溶接ガン用電極１０と金属板Ｍが取り得る状態を示す図である。スポット溶接ガン用電極１０Ａとスポット溶接ガン用電極１０Ｂが互いに接近し、それぞれが当接点Ｐ１，Ｐ２において金属板Ｍに当接することに伴い、各電極には荷重Ｆが印加される。理想状態においては、２つの電極が接近する方向であって、２つの電極の長手方向に沿った軸Ｙ１，Ｙ２に対して垂直な面Ｘに対し、金属板Ｍが平行に配置される。しかしながら、常に金属板Ｍの配置の精度を正確に保つことは困難であり、図示のように、例えば金属板Ｍが面Ｘから所定の角度θ（例えば５°程度）傾いて配置される場合が生じ得る。すなわち、２つのスポット溶接ガン用電極１０が金属板Ｍに対し、垂直方向から傾いた状態をとっている。

そして、本実施形態のスポット溶接ガン用電極１０ではない従来タイプ、すなわち上述した弾性変形可能な接続部材１３が設けられていないスポット溶接ガン用電極を用い、このような状態のままスポット溶接を行うと、電極チップ１４のフラット面１４ａが金属板Ｍに適切に接触していないため、一定品質のスポット溶接を得ることが難しくなる。品質劣化の一例として、例えばＬＭＥ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｍｅｔａｌ Ｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ；液体金属脆化）割れのような欠陥を生じるおそれがある。

続いて図６Ｂは、本実施形態のスポット溶接ガン用電極１０の作用を説明するための図である。本実施形態のスポット溶接ガン用電極１０Ａ及びスポット溶接ガン用電極１０Ｂにおいては、上述した弾性変形可能な接続部材１３が設けられている。このため、２つの電極の先端である電極チップ１４から発生する荷重Ｆの作用により、それぞれの接続部材１３が弾性変形し、当接点Ｐ１，Ｐ２を中心として、電極チップ１４が矢印Ｒ方向に回転する。この結果、金属板Ｍが移動しなくても、二つの電極の長手方向に沿った軸Ｙ１，Ｙ２は、金属板Ｍに対し垂直に交わる状態となり、スポット溶接ガン用電極１０Ａ及びスポット溶接ガン用電極１０Ｂは、金属板Ｍに対し垂直方向から接する状態を維持することができる。この結果、スポット溶接ガン用電極１０Ａ及びスポット溶接ガン用電極１０Ｂのそれぞれのフラット面１４ａが、金属板Ｍに対し適切に面接触することになり、安定的なスポット溶接を行うことが可能となる。

なお、図６Ｂの破線で示した通り、上記変形に伴い、スポット溶接ガン用電極１０Ａ及びスポット溶接ガン用電極１０Ｂのそれぞれの長手方向に沿った軸Ｙ１，Ｙ２の間には、少しのずれが生じ得る。しかしながら、このようなずれはわずかなものであり、図６Ａの状態に比べて、良好なスポット溶接を実現することができる。

上述した通り、スポット溶接ガン用電極１０が被接合体である鋼板等の金属板Ｍに傾斜した状態で当接しても、弾性変形可能な接続部材１３が、先端に設けられた電極チップ１４からの力を受けて弾性変形し、電極の長手方向に沿った軸と金属板Ｍが垂直となる関係を実現し、さらにこの関係を容易に維持することができる。したがって、スポット溶接の品質の低下を抑制することができる。

また、もし電極チップ１４の金属板Ｍに接する面が湾曲面により形成されている場合、この湾曲面と金属板Ｍの間で滑りが生じやすく、溶接が不安定になり得ると考えられる。しかしながら本実施形態では、金属板Ｍに接する面が平坦なフラット面１４ａにより形成されており、金属板Ｍとフラット面１４ａとの間で滑りが生じにくく、電極チップ１４から発生する荷重を、確実に接続部材１３に伝達することが可能となる。この結果、接続部材１３の変形を促し、図６Ｂに示した状態を容易に実現するとともに、この状態を安定的に維持することができる。

また、冷却水が流路Ｔを通じて電極の先端近傍、すなわち電極チップ１４まで流れるため、溶接時に電極を効率的に冷却することができ、接合効率を向上させることができる。

本実施形態において流路Ｔは、電極の内部空間Ｈにより形成される復路Ｔ２と、内部空間Ｈに配置されたパイプ２５により形成される往路Ｔ１を含む。よって、簡易かつコンパクトな構成により、冷却水の循環を実現している。しかしながら、冷却水の流路Ｔはこのような構成に限定されるものではなく、他の手段によって冷却してもよい。

また、第１の電極用シャンク１１と第２の電極用シャンク１２を電気的に接続する導線１５を、接続部材１３の外側に設けることにより、たとえ接続部材１３が弾性変形しても、電極への通電を円滑に行うことが可能となる。

本実施形態では、接続部材１３は鋼鉄のような金属製の円筒形ブロックにより形成され、このブロックには弾性変形を促す切り欠き１３ａが設けられている。しかしながら、接続部材１３の具体的な形状、構造、材料等は特に限定されない。例えば接続部材１３を十分な剛性と導電性を両立させた材料で形成してもよく、このような場合は、導線１５の線径を細くしたり、又は導線１５自体を省略することができる。

本実施形態の切り欠き１３ａは、接続部材１３の周方向かつ長手方向に伸びるように、例えば螺旋状に形成されている。ただし、接続部材１３の弾性変形を促すことができるのであれば、その具体的な態様は特に限定されない。また、バネ等の部材を設け、弾性変形を実現してもよい。なお、接続部材１３に少量の電流が流れることにより、接続部材１３が溶解し、切り欠き１３ａが埋められてしまう事態が生じ得るが、このような事態を防止するため、切り欠き１３ａに樹脂、ゴム等の非導電性材料を埋め込んでもよい。

なお、本考案は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１ スポット溶接ガン
１０ スポット溶接ガン用電極
１１ 第１の電極用シャンク
１２ 第２の電極用シャンク
１３ 接続部材
１３ａ 切り欠き
１４ 電極チップ
１４ａ フラット面
１５ 導線
２０ ホース継手
２１ ホース
２３ リング
２５ パイプ
Ｔ 流路
Ｔ１ 往路
Ｔ２ 復路
Ｈ 内部空間

Claims (5)

1. 第１の電極用シャンクと、
   第２の電極用シャンクと、
   前記第１の電極用シャンクの第１端に設けられ、フラット面を有する電極チップと、
   前記第１の電極用シャンクの第２端と前記第２の電極用シャンクを接続し、弾性変形可能な接続部材と、を備え、
   冷却水を流すための流路が、前記第１の電極用シャンクと、前記接続部材と、前記第２の電極用シャンクそれぞれの内部を貫通するように設けられている、
   スポット溶接ガン用電極。
2. 前記第１の電極用シャンクと前記第２の電極用シャンクを電気的に接続する導線が、前記接続部材の外側に設けられている、
   請求項１に記載のスポット溶接ガン用電極。
3. 前記接続部材は金属製のブロックにより形成され、当該金属製のブロックには、弾性変形を促す切り欠きが設けられている、
   請求項１又は２に記載のスポット溶接ガン用電極。
4. 前記流路は、前記第２の電極用シャンクから前記電極チップに向けて冷却水を流す往路と、前記電極チップから前記第２の電極用シャンクに向けて冷却水を流す復路を含み、
   前記復路は、前記第１の電極用シャンクと、前記接続部材と、前記第２の電極用シャンクそれぞれの内部を貫通する内部空間により形成され、
   前記往路は、前記内部空間に配置され、前記第１の電極用シャンクと、前記接続部材と、前記第２の電極用シャンクを貫通する一体のパイプにより形成される、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のスポット溶接ガン用電極。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のスポット溶接ガン用電極を有するスポット溶接ガン。

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