JP4419174B2 - スポット溶接機 - Google Patents

Description

本発明はスポット溶接機に係り、詳しくは、溶接すべき被溶接材を板状の下部電極との間で挾んで加圧通電して溶接する溶接ガンを上部電極として横向き姿勢で使用すると同時に、併せててことして利用して加圧するスポット溶接機である。なかでも、横向き姿勢の溶接ガンの後端部をてこの力点として利用するのにとどまらず、溶接ガンに通電する溶接電流のオンオフ接点として利用し、コンパクト化および合理化をはかった構造のスポット溶接機に関するものである。

一般に、金属加工、なかでも板金加工において、溶接すべき金属板などの金属材を重ね合わせて加圧した状態で通電し、この加圧通電によって生じる抵抗発熱を熱源として圧接融接するのを抵抗溶接といわれ、箱や枠などの金属構造物の溶接に用いられている。この抵抗溶接のうちでご石状の溶接部を形成するものがスポット溶接であり、この溶接に供せられるのがスポット溶接機である。

このスポット溶接機はロボット機構に組み合わされて溶接ロボットとして自動車ボディの製造などに多く用いる大型のもののほか、多品種小ロッドの板金加工などに用いる定置式といわれるものまで提案使用されている。前者には自動車ボディの製造などの分野の専用機としてロボット化の途を進んでいるのに対し、後者の小ロッド多品種の工作物の分野に適用される定置型スポット溶接機は改善されることなく数十年にわたって同構造のものが使用され、現在に至っている。

定置型スポット溶接機は２枚の金属材を重ね合わせ、これらを上下から上下一対の電極ではさみ加圧通電する型式の溶接機としては大型の自動車ボディ専用溶接機などと同等であるが、ほとんどが手動式の溶接機である。この溶接機は上方から下降して２枚の金属材に加圧力を加えて溶接する上部電極と下部電極はともに棒状として構成され、加圧力と電流量を高めるために加圧通電面積を絞り、棒状の下部電極に対し上部電極に上方の加圧機構によって下向きの加圧力を加えて溶接する型式のものである。

この定置型スポット溶接機は自動車ボディなどの製造ラインの一部として組込まれる大型スポット溶接機と原理的には同じ原理に支配されているが、自動車ボディなどと異なって溶接すべきものが構造、形状が多様であり、しかも小ロッドであるため手動で操作されている。

すなわち、枠や箱などのように、内部に溶接すべきところがあってその溶接部が外側から直接加圧できないものや、多品種小ロッドのものの溶接では、ライン化は困難であり、その都度溶接機まで搬送して作業員が手でもって溶接が行なわれている。

とくに、複雑な形状の構造物では内部を溶接することが多く、このときは、上側から上部の棒状電極を下向きに下降させて溶接することになるが、このような電極操作は困難である。また、上下の電極の先端の溶接チップは高電流、高加圧を得るためには絞った形状のものであって、このように絞ったスポットなどによる加圧であると、板金加工などでは溶接部には溶接きずやあとなどが残り、これを除去する作業が板金加工の重要な仕事の一つに数えられている。

このところ、本発明者らは、先に、小ロッドで複雑な形状の構造であっても、また、内部に溶接すべき溶接部があるような構造物であっても、個々の溶接部に応じて溶接姿勢を選択して溶接でき、溶接にともなう加工、組立てなどの作業も達成できるスポット溶接機を提案した。（特許第３４４５６３６号明細書参照）

このスポット溶接機１は、図４に示すとおりであって、下部の電極２は平坦な導電性の板状材から成るテ−ブル式電極あるいはシ−ト式電極としていわれるものとして構成し、この上で金属材などの被溶接材Ｗの加工、組立もできる。さらに、テ−ブル式電極２上におかれた金属材Ｗに対し、伸縮自在の支持ビ−ム４および支持ア−ム５により支持される上部電極３の溶接ガンの先端を下向きに下降させて溶接する装置である。

この装置であると、下部電極２の板状シ−トの表面が作業面であるとともに、その全域にわたって通電されて電極としての機能も果し、どこに被溶接材や工作物をおいても溶接でき、さらに、テ−ブル式電極には、溶接面として働く表面全体にわたって多量の冷却水が流通できることから、冷却能力がきわめて大きく溶接跡も残らない。さらに、溶接時の加圧力は溶接ガン３をてことして用いて加圧でき、加圧力を高めることができて好ましい。
特許第３４４５６３６号明細書

しかし、この装置では、上部電極により下向きの加圧力を加えるとともに大電流を流すことになり、その下向きの加圧力を加える加圧機構や溶接電源からの配線、さらに冷却水の供給系配管はどうしても上部電極の上又はその周辺に設けることになる。このため、上部電極は、これら周辺機器が設けることになって、大型化し、その改善、集約化が望まれている。

一方、下部電極は平坦な板状から成ることから、テ−ブル式ともいわれ、そのスペ−スを大きくとると高価な銅や特殊な銅合金（例えば、電極として知られるクロム銅）が多量に必要になる。経済コストの上昇、重量化などに問題があり、改善が望まれている。

すなわち、本発明に係るスポット溶接機は、板状の下部電極との間で被溶接材をはさんで加圧通電する上部電極を構成する溶接ガンを、横向き姿勢でてことして先端の溶接チップにより前記被溶接材に加圧力をかけ通電させるスポット溶接機において、溶接ガンの後端に取り付けた通電ブロックと、この通電ブロックの下面に設けた半球状受電凹所と、この半球状受電凹所に間欠的にあるいは常時当接する半球状ヘッド部と、この半球状ヘッド部を上端に有し、溶接電源の一方の極に接続され、しかも上昇により前記通電ブロックを上向きに突き上げて溶接ガンの先端の溶接チップにより被溶接材を加圧通電させる通電棒とを設けて成ることを特徴とする。

依って、溶接機としては加圧機構としててことして利用しかつ下部電極を板状として構成するほか、溶接ガンの後端はてことして利用するときは力点、溶接電流の通電のときの通電点と利用するため、伸縮自在の支持ビ−ムなどで支持する必要がない。これにともなって冷却水配管、加圧シリンダ、通電ケ−ブルなども支持ビ−ムで支持する必要がない。このようなところから、構造がきわめてコンパクトになり、究極には製品としての経済性を高めることができる。

そこで、これら手段たる構成ならびにその作用について、図面によって具体的に説明すると、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機の原理を示す説明図である。

図２は図１に示すスポット溶接機における通電ブロックの構造の一つの例の説明図である。

図３は図１に示すスポット溶接機における通電ブロックの構造の他の例の説明図である。

図４は先に提案したテ−ブル式溶接機を側面からみた説明図である。

まず、図１においては、符号１００は本発明の一つの実施例に係るスポット溶接機が原理的に示されている。図１においては、符号１１０は通電ブロック、１２０は下部電極として働く板状のテ−ブル式電極、１３０は上部電極として働く溶接ガン、１３１は溶接ガン１３０先端、又は下端に具える溶接チップ、１４０は支持ブロック、１４１は支持ブロック１４０の枢支点、１５０は通電棒をそれぞれ示している。

この溶接機１００によって被溶接物を溶接するときは、被溶接物Ｗはテ−ブル式電極１２０の上におかれ、その被溶接物Ｗに対し溶接ガン１３０をてことして作動させて溶接チップ１３１によって下向きに所望の加圧力が加えられ、この加圧力は後記の如く、通電棒１５０を介して与えられ、間欠的に通電され、所望のところの溶接部（図示せず）が抵抗溶接される。

なお、被溶接物Ｗは板状材であっても、板状材を組立てた金属函や枠体などの構造物であっても、テ−ブル式電極１２０の上に置かれ、所定のところを溶接しながら組立てることもできる。

要するに、金属函などをつくるときにも、オフラインで組立てる必要がなく、テ−ブル式電極１２０の上でその加工や組立てを行ない、必要が生じたときに溶接を行なうことができ、テ−ブル式電極１２０は作業台としても使用できる。

したがって、テ−ブル式電極１２０は平坦でかつなるべく広い導電性板状材、例えば銅又はその合金板から構成し、それに溶接電源（図示せず）の一方の電極が接続される。

すなわち、テ−ブル式電極１２０は平坦な表面のいずれのところも一つの電極として働き、全表面又は少なくとも中央部を含めてほとんどの部を銅又はそれらの合金材から構成し、しかし、溶接時の加圧などに耐える十分な強度が確保できるように構成するとともに、内部に全体にわたって冷却通路を形成し、冷却能力を高める。

以上のとおり、本発明に係るスポット溶接機１００は、上下一対の電極のうちで下方に相当する下部電極を成すテ−ブル式電極１２０として構成するのにも拘らず、溶接時の加圧力や電流量を集中して高めてご石状の溶接部、つまりナゲットを形成するために、上部の電極１３０は棒状の溶接ガンとして構成する。しかし、このような構造のテ−ブル式スポット溶接機１００は本発明者らがかねてから提案している型式の溶接機であって、構造的には従来例のスポット溶接機とは異なっているのに拘らず、下部電極１２０が板状のテ−ブル式として構成するのにも拘らず、溶接部が点の点溶接が達成できるものである。

テ−ブル式電極１２０の表面は全面にわたって通電されている。被溶接物がおかれるところはどこでも一方の電極として利用でき、これをスポット電極として利用できるのは、上部の電極１３０の先端に取付けた溶接チップ１３１が点状又はスポット状であるからである。

また、先端の溶接チップ１３１は溶接ガン１３０の先端に着脱自在に保持され、この溶接ガン１３０は下部の電極を成すテ−ブル式電極１２０上において横向き姿勢をとって配置され、溶接ガン１３０が単に通電経路として使用されるほかに、後述のように、溶接ガン１３０をその後端を力点、先端の溶接チップ１３１とするてことして利用して高い加圧力を加えることができる。

この溶接ガン１３０には溶接チップ１３１まで冷却水の供給経路が設けられて先端部分における被溶接材などの溶着を防止するほか、後にのべる通り、溶接時にてことして利用して溶接チップ１３１への加圧力を高める。

溶接ガン１３０は支持ブロック１４０で支持し横向き姿勢に保持され、このままで枢支点１４１で回転自在に構成されている。このように構成すると、通電棒１５０を昇降させて通電ブロック１１０を上向きに突き上げ、通電ブロック１１０と通電棒１５０を間欠的に当接し、上向きに突き上げたときに通電棒１５０からの溶接電流は通電ブロック１１０を経て溶接ガン１３０の先端の溶接チップ１３１に作用して加熱溶融される一方、溶接チップ１３１によって被溶接物Ｗは加圧され、抵抗溶接される。

以上のとおり、本発明に係るスポット溶接機１００は全面にわたって下部電極を成す板状電極１２０との間で被溶接材Ｗは横向き姿勢の溶接ガン１３０により挾まれ、この溶接ガン１３０をてことして被溶接材Ｗに加圧力をかけ通電するスポット溶接機であるが、この横向き姿勢の溶接ガン１３０の後端に通電ブロック１１０を取付け、この通電ブロック１１０を介して通電棒１５０からの溶接電流を通電させて溶接する。この際、従来例のスポット溶接機のように、溶接ガン１３０に直接給電ケ−ブル（図示せず）を接続して給電する構造のものに較べると、図１に示すスポット溶接機１００は、通電ブロック１１０と通電棒１５０が接触したときのみ給電される構造のために、接触抵抗の増大により電流ロスが増加し、接触部分が発熱し易く、この点が障害となる。

このところから、本発明に係るスポット溶接機では、この通電ブロック１１０の下面に、図２および図３に示すように、半球状の受電凹所１１１を設ける。受電凹所１１１に通電棒１５０の半球状ヘッド部１５１を嵌め合わせ、玉継手やボ−ルソケットジョイントに類似する作用、つまり、球面対偶として働かせる。すなわち、通電ブロック１１０の受電凹所１１１は半球状を成し、これに嵌め合わせられるヘッド部１５１と受電凹所１１１とはほとんど同じ曲率半径をもつ球面から構成するのが好ましいが、図２に示すように、ヘッド部１５１の曲率半径ｒ _２ に較べて半球状受電凹所ｒ _１ を大きく構成する。すなわち、受電凹所１１１とヘッド部１５１とは互いに球面対偶を成している。このところからすると、玉継手などで対偶をなす両球面などの曲率半径が一致しているように、受電凹所１１１とヘッド部１５１とはすき間なく嵌め合わされているのが好ましい。

しかし、本発明に係るスポット溶接機では、溶接ガン１３０を支持する支持ブロック１４０は枢支点１４１で回転し、溶接ブロック１３０と一体としててこであり、その先端の溶接チップ１３１によって加圧力を被溶接材Ｗに作用させるものである。溶接ガン１３０には大きな曲げ応力や捩り応力が溶接中に瞬間的に作用することをさけることができない。このため、通電ブロック１１０の受電凹所１１１に半球状ヘッド部１５１の食い込みが起こる。本質的には、球面対偶によって接触面積をなるべく大きくすることが必要である。しかし、上記のところの理由から両面の球面接触が不規則な線や点の接触になり、接触も線や点の接触となり、接触面積が小さくなる。このように接触面積が小さくなり、接触位置の変化が大きくなると、大きな電流が仲々流れにくくなる。とくに、８０００Ａや１００００Ａの大電流を必要とする抵抗溶接ではその目的を達成することがむづかしい。

このようなところから、本発明では、図２や図３に示すとおり、半球状受電凹所１１１の曲率半径ｒ_１を半球状ヘッド部１５１の曲率半径ｒ_２に較べて大きく構成する。捩りや曲げが生じ易い溶接ガン１３０に一体に通電ブロック１１０を設けても、受電凹所１１１に対し半球状ヘッド部１５１は常に接触し、電流ロスを最小限にとどめることができる。

また、このように大きくする場合にも、半球状受電凹所１１１の曲率半径ｒ_１ の大きさは、半球状ヘッド部１５１の曲率半径ｒ_２ 値に較べて、曲率半径ｒ _２ の値に対し１．５ｍｍを超えないことが好ましい。この理由は１．５ｍｍを超えると、接触が不良となって電流ロスが少なくとも５％程度になるからである。

また、半球状受電凹所１１１を必ずしも断面が真円などの円でなくとも、ＸＹ方向の一方向の断面がだ円状の球面に構成し、対応する半球状ヘッド部をその断面が真円になる球面に構成することもできる。このように構成すると、対偶を成す球面の大きさを大きくできる。

さらに、通電棒１５０を上向きに押上げるリフティング装置１７０を設けるが、図１に示すように、支持板１６０を介在させてリフティング装置１７０を設けるのが好ましい。平たくいうと、本発明はもともと先に提案したテ−ブル式溶接機の改善であって、その改善点は溶接ガン１３０の支持機構や平行移動機構などを除去することにある。換言すれば、これらを除去したにも拘らず、溶接ガン１３０を他の移動手段によって平行に移動できるように構成することである。この他の移動手段が支持板１６０を介在させ溶接ガン１３０を平行に移動させても、長い支持板１６０上の何れの位置でも通電できるように構成できる。

また、通電棒１５０は銅又は銅合金から構成し、これを溶接電源（図示せず）の一方の極に接続することもできる。このように構成すると、支持板１６０を溶接電源の一方に接続せず通電させることなく構成することができる。

また、溶接電流の供給をオンオフさせる通電棒１５０の昇降は電気的にも機械的手段で制御できるが、この昇降に当ってばね１８０などを早戻り機構として用いても達成でき、この早戻り機構としては何れの機構も用いることができる。

以上のとおり、本発明に係るスポット溶接機は下部電極をテ−ブル式電極として構成するものの改善に係るものであって、この改善により上部電極として用いられる溶接ガンの平行移動機構のコンパクト化が達成できる。この溶接機は軽量で小型化されるものであるから、広く一般に板金加工により製造される函や容器、さらに配電盤などの溶接に使用できる。さらに、大きな溶接電流を必要とされる厚板などの構造物の溶接であっても、電流ロスを少なく溶接できるため、利用分野を大巾に拡大できる。

本発明の一つの実施例に係るスポット溶接機の原理を示す説明図である。 図１に示すスポット溶接機における通電ブロックの構造の一つの例の説明図である。 図１に示すスポット溶接機における通電ブロックの構造の他の例の説明図である。 先に提案したテ−ブル式溶接機を側面からみた説明図である。

符号の説明

１００ スポット溶接機
１１０ 通電ブロック
１１１ 半球状受電凹所
１２０ 板状電極
１３０ 溶接ガン
１３１ 溶接チップ
１４０ 支持ブロック
１４１ 枢支点
１５０ 通電棒
１５１ 半球状ヘッド部
１６０ 支持板
１７０ リフティング装置
１８０ ばね（早戻り機構）

Claims (1)

1. 板状の下部電極との間で被溶接材をはさんで加圧通電する上部電極を構成する溶接ガンを、横向き姿勢でてことして先端の溶接チップにより前記被溶接材に加圧力をかけ通電させるスポット溶接機において、
   前記溶接ガンの後端に取り付けた通電ブロックと、この通電ブロックの下面に設けた半球状受電凹所と、この半球状受電凹所に間欠的にあるいは常時当接する半球状ヘッド部と、この半球状ヘッド部を上端に有し、溶接電源の一方の極に接続され、しかも上昇により前記通電ブロックを上向きに突き上げて前記溶接ガンの先端の溶接チップにより被溶接材を加圧通電させる通電棒と、前記通電棒を上向きに押し上げるリフティング装置と支持板とを設けてなることを特徴とするスポット溶接機。

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