JP4424755B1 - 溶接用下部電極装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置構成を簡素なものにして装置全体のコンパクト化を図ると同時に、ロッドのストローク位置の測定が正確に行われるようにする。
【解決手段】 電極ホルダ管３の上部に下部電極２を取り付け、電極ホルダ管３内部で昇降自在なロッド４を第１ロッド４ａと第２ロッド４ｂに２分割する。そして第２ロッド４ａの上端面に固定されるスプリング受座１４と絶縁アダプタ７との間に介装した圧縮スプリング５でロッド４を上方に付勢し、その付勢の補助として、加圧エアー供給管１５から供給する加圧エアーをスプリング受座１４の下面の受圧部で受け、ロッド４を上方に付勢する補助とする。また、第２ロッド４ｂの下方に磁気センサー１０を配設し、磁気センサー１０の検出子１７に第２ロッド４ｂの下端部を直結する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば板状ワークにナットやボルト等を溶接する際に上部電極装置と組み合わせて使用される簡素でシンプルな構成の溶接用下部電極装置に関する。

従来、板状ワークにナット等を溶接するため上部電極装置と組み合わせて使用される下部電極装置として、電極ホルダ筒内で昇降自在で且つ上方に付勢されるロッドの上部に位置決めピンを配設する一方、下部電極上に穴あき状の板状ワークやナット等を載置してそれぞれの穴を通して位置決めピンを上方に突出させ、上部電極を降下させてナット等を押圧することにより板状ワークとナット等を密着させ、このときのロッドの上下ストローク位置を検出することにより溶接時の不具合や、溶着状態の不具合等を検知するような技術が知られており、この際、ロッドを上方に付勢する手段として、シリンダ内でピストンを駆動するエアーシリンダユニット等が使用されることが多い。（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）
一方、位置決めピンだけを上方に付勢して溶接時のナット等の異常を検知するような技術も知られており（例えば、特許文献３参照。）、この技術では、下部電極内にスプリングを内装し、このスプリングで位置決めピンだけを上方に付勢している。

特開平７−１００６６０号広報 特開平９−２９５１６２号広報 特開平９−１０９５６号広報

ところで、上記のような技術において、ロッドを上方に付勢するための手段として、エアーシリンダユニットのような装置を採用すれば、装置が大型化すると同時に装置構成費用が嵩むという問題があった。一方、スプリング等によってロッドや位置決めピンを付勢すれば、装置構成が安価に済むものの、ロッドや位置決めピンが昇降ストロークを繰り返すたびにスプリングにかかる負担が大きくなってばね特性が変化するようになり、ストローク位置の検出に誤差がでて正確にストローク判定ができなくなるという問題があった。

そこで本発明は、装置構成を簡素なものにして装置全体のコンパクト化を図ると同時に、ロッドのストローク位置の測定が正確に行われるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、電極ホルダ管内部に配設され且つストローク機構の付勢手段によって上方に向けて付勢されるロッドと、このロッドの上部に配設される位置決めピンと、この位置決めピンを出没自在に挿通せしめることができる下部電極と、ロッドのストローク位置を検出するためのセンサーを備えた溶接用下部電極装置において、前記付勢手段として、ロッドを上方に付勢するスプリングと、このスプリングの付勢力を補助してロッドの受圧部を通してロッドを上方に付勢する加圧エアーから構成し、前記スプリングの上方に、該スプリングの一端側を支持するスプリング受座を設け、前記加圧エアーは、少なくとも前記電極ホルダ管内に異物が侵入するのを防止する機能と、スプリングの付勢力を補助する機能とを兼ね備えたものにするとともに、前記ロッドを、前記スプリング受座の部分を介して2分割し、且つ上方のロッドをスプリング受座上に載置しただけの構成とした。

ここで、ストローク機構とは、ロッドや位置決めピンを上方に付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力より大きい力で位置決めピンを上方から下方に押圧する上部電極とから構成され、下部電極上にセットされたワークに対して、上部電極が降下し、位置決めピンを押圧して位置決めピンやロッドを所定ストローク降下させ、電極間に通電して溶接が行われた後、上部電極が上昇し、それに連れて位置決めピンやロッドがスプリング力等によって復元上昇し、このような溶接サイクルが繰り返されるが、このストローク機構によって、ロッドや位置決めピンは上昇、降下のストロークを繰り返す。
この際、付勢手段として、スプリング力だけでなく、ロッドの受圧部にかかるエアー圧を補助として加えることにより、スプリングの耐久性を向上させることができる。なお、ロッドの受圧部としては、ロッドに対して上方に向けてエアー圧をかけることのできる箇所である。
なお、加圧エアーの機能として、少なくとも電極ホルダ管内に異物が侵入するのを阻止する機能と、スプリングの付勢力を補助する機能と持たせるようにし、必要に応じて下部電極周辺を冷却する冷却機能などを持たせるようにする。このように、単一の構造部によって多機能を発揮させるようにすれば装置の簡素化に寄与する。

なお、前記受圧部を、前記スプリングの一端側を支持するスプリング受座の下面か、または位置決めピンの下面に構成することができる。
この際、スプリング受座下面の径や、位置決めピン下面の径をロッドの径より大きくし、且つ位置決めピンの下面を受圧部とする場合には、位置決めピンとロッドとをネジ止め等によって一体化しておくようにするが、径を大きくするほど受圧面積が増えてスプリング力を補助する効果を大きくすることができる。

また、前記ロッドを、前記スプリング受座の部分を介して2分割し、且つ上方のロッドをスプリング受座上に載置しただけの構成にすることで、例えばロッド上端部の位置決めピン付近が損耗した場合でも、２分割した上部ロッドだけを交換すれば良く、下部側のロッドに手を加えなくても済むため、交換作業等が楽に行える。

また、本発明では、前記ロッドと電極ホルダ管の途中に、ロッドと電極ホルダ管に電気が流れるのを防ぐため、それぞれの絶縁材を配設するようにした。
ここで、ロッドや電極ホルダ管に絶縁材を配設しなければ、溶接時の電気がロッドと電極ホルダ管の間に自由に流れるようになり、金属が磁化されてゴミ等が吸着しやすくなって誤作動の原因となる。

また本発明では、前記センサーを、ロッドの下方部に配置し、該ロッドをセンサーの検出子に直結した。
このようなセンサーの種類等は任意であり、またロッドと検出子の直結方法等も任意であるが、このように、ロッドと検出子を直結すれば、簡素に構成でき、しかも、センサーをロッドの下方部に配置することで、装置が横方向に張り出すことなくコンパクトに纏めることができ構造が簡単になる。
なお、例えば磁性体に沿って検出子が摺動することで磁気値が変化するのを検出する磁気センサーなどを例にとった場合には、この磁気センサーの検出子やその摺動部分等に剛性を持たせることにより、ロッドを検出子に直結した際にロッドが軸回りに回転できないようにすれば、よりシンプルな構成にすることができて好適である。

また本発明では、前記センサーの検出子より上方のロッド部分に、ロッドの上昇位置を規制するストッパを設け、このストッパの上面部に、水や油等を溜めるための溝を設け、この溝に水や油等を排出する排出手段を連結するようにした。
ここで、ロッドの上昇位置を規制するストッパを設ける理由は、例えば下部電極を交換したり、ロッドを交換したりするような場合に、電極ホルダ筒にネジ止めされる下部電極を取り外そうとしてネジを緩めた場合に、スプリング力によりロッドや下部電極が上方に飛び出す恐れがある。そこで、ストッパにより、ロッドの上昇位置を規制することにより作業性を良好にする。また、センサーをロッドの下方部に配置すると、装置がコンパクトに纏まるが、油や水や異物等がロッドを伝わって下方に落下してくると、センサーの機能に悪影響を与える。このため、センサーより上方のロッド部分に、ストッパを設け、このストッパの上面に水や油等を溜めることのできる溝を設けてセンサーに悪影響を与えないようにする。

ロッドを上方に付勢する付勢手段として、スプリング力のみならず、電極ホルダ管内に異物等が侵入するのを防止するための加圧エアーを利用することにより、スプリングの耐久性を向上させることができ、延命化が図られ、しかも装置構成をシンプルなものとすることができる。この際、スプリング受座を介してロッドを２分割し、上方のロッドをスプリング受座上に載置しただけの構成にすれば、保守整備作業が楽に行える。また、エアー圧を受ける受圧部としてスプリング受座の下面か、位置決めピンの下面を利用すれば、一層シンプルで簡素な構成にすることができる。そして、ロッドと電極ホルダ管の途中にそれぞれの絶縁材を介装すれば、電食を防止することができ、また、ロッドの下方部にセンサーを配置し、センサーの検出子にロッドを直結することで、一層シンプルで簡素な構成にできる。そして、センサーより上方のロッド部分にストッパを設け、このストッパの上面に水や油等を受けて溜めることのできる溝を設ければ、センサーへの悪影響を避けることができる。

本発明に係る溶接用下部電極装置の全体図である。 溶接時の位置決めピンの位置を示す説明図である。

本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
本発明に係る溶接用下部電極装置は、装置構成を簡素なものにして装置全体のコンパクト化を図りながらも、溶接時の不具合等を正確に判定できるようにされ、ロッドのストローク機構の付勢手段としてエアーシリンダユニット等の部品を廃止してスプリングを配設し、電極ホルダ管内に異物等が侵入するのを防止するためのエアー圧を利用してスプリング力を補助することを特徴としている。

すなわち、本発明に係る溶接用下部電極装置１は、図１に示すように、下部電極２がネジ止めされる電極ホルダ管３と、この電極ホルダ管３の内部で昇降自在なロッド４と、このロッド４を上方に付勢するスプリング５を備えており、前記電極ホルダ管３の下端部には、電極ホルダ管３の内部に形成される不図示の冷却水通路に冷却水を供給するための給排水ユニット６が配設され、この給排水ユニット６の下方には電気的絶縁体からなる絶縁アダプタ７が配設されている。そして、この絶縁アダプタ７の下方には、プレート部材８を介してロッド４のストローク位置を検出する磁気センサー１０が配設されている。

また、前記ロッド４の上端部には、位置決めピン１２が配設され、この位置決めピン１２が、下部電極２に形成されるテーパ付き挿通孔２ｈを通して上方に出没自在にされている。この位置決めピン１２は、本実施例ではロッド４の上端部に載置しているだけのものであるが、ロッド４の上端部にネジ止め等によって固定してもよい。

前記ロッド４は、本実施例の場合、中間部の電気的絶縁材料からなるスプリング受座１４の部分で、上方の第１ロッド４ａと、下方の第２ロッド４ｂに２分割されている。そして、本実施例の場合、このスプリング受座１４は、任意の手段で下方の第２ロッド４ｂに固定されており、上方の第１ロッド４ａは、スプリング受座１４上に載置しただけのものとしている。勿論、ネジ止め等によって第１ロッド４ａと第２ロッド４ｂを一体化するようにしてもよい。
なお、本実施例では、ロッド４の中間部に配設したスプリング受座１４をロッド４側の絶縁材とし、電極ホルダ管３の下端部に配設した絶縁アダプタ７を、電極ホルダ管３側の絶縁材としている。

また、このスプリング受座１４と絶縁アダプタ７との間に、前記スプリング５が圧縮状態で配設されており、また、スプリング受座１４の径は、ロッド４の径より大きくすることにより、後述する加圧エアーを電極ホルダ管３内に供給した際、スプリング受座１４の下面が加圧エアーを受ける受圧部になるようにしている。

前記給排水ユニット６の側面には、電極ホルダ管３内部のスプリング５の中間部付近に開口する加圧エアー供給管１５が接続されており、この加圧エアー供給管１５から供給される加圧エアーを、電極ホルダ管３内に送り込むとともに、スプリング受座１４下面に対して上方に加圧エアーの圧力を加えることができるようにされている。

また、前記絶縁アダプタ７の第２ロッド４ａとの摺動面部にＯリング１６が配設されて、上方の第１、第２ロッド４ａ、４ｂを伝わって水や油やスパッタ等の異物が下方に落下するのを防止できるようにされている。

次に磁気センサー１０まわりの構造の細部について説明する。
この磁気センサー１０は、例えば検出子１７がスライド溝に沿って上下にスライドし、検出子１７のスライド位置によって磁気値が変化するのを測定して、スライド位置を求めるような方式の磁気センサーであり、第２ロッド４ｂの下端部を任意の締結構造により検出子１７に直結している。

この際、本実施例では、検出子１７や、検出子１７がスライドするスライド溝付近に剛性を持たせるとともに、検出子１７と第２ロッド４ｂとを結合するにあたり、第２ロッド４ｂが軸周りに回転しずらくなるような結合構造を採用することで、第２ロッド４ｂが軸周りに回転するのを防止できるようにしている。

また検出子７が結合される第２ロッド４の上部に、第２ロッド４ｂの上昇位置を規制するためのストッパ２０を設けている。これは、ストッパ２０がないと、例えば、下部電極２の交換とか、第１ロッド４ａの交換等を行う際、電極ホルダ管３の上端部にネジ止めされる下部電極２を外そうとしてネジを緩めると、スプリング５の力によって、途中から急に下部電極２や位置決めピン１２等が飛散して作業上好ましくないためである。このため、ストッパ２０を設けておけば、ストッパ２０がプレート８の下面に衝突するまでのストロークにスプリング５の復元が規制され、反発力を弱めることができるためである。

ところで、ストッパ２０の上面には、第２ロッド４を伝わって上から落下してくる水や油やスパッタ等の異物を受けて溜め込むことのできる溝２０ｍを設けるとともに、この溝２０ｍ内の水や油等を排出することのできる排出手段として排出パイプ２２を連結している。
このような水や油やスパッタ等の異物は、絶縁アダプタ７のＯリング１６等によって下方への落下が阻止されるのが通常であるが、繰り返して使用するうち、磨耗等によってＯリング１６が磨耗したり、絶縁アダプタ７のロッド摺動面が磨耗したりした場合に、特に効果的である。また、磁気センサー１０の検出子１７が摺動する部分に水や異物等が浸入すると、センサーとして正常な機能が発揮されないため、このような磁気センサー１０部分への異物等侵入は特に避けなければならない。

以上のような装置の作用等について図２に基づき説明する。
位置決めピン１２は、スプリング５の反発力や加圧エアーの助力などによって通常時は下部電極２の挿通孔２ｈを通して上方に突出しており、この位置決めピン１２に対して、図２（ａ）に示すように、上方からボルト挿通用の下穴が形成される鋼板等の板状ワークＷを位置決めピン１２に嵌め込むようにして下部電極２上に載置し、その後、その上からナットＮを位置決めピン１２に被せるようにセットする。
この際、ナットＮが正常の姿勢の場合、プロジェクション部ｐ（溶接によって溶解する部分）が下方に位置しており、プロジェクション部ｐと板状ワークＷとの間には、隙間が形成された状態になるようにしている。

次いで、図２（ｂ）に示すように、上方から上部電極２１が降下してきて、ナットＮの上面を下方に押圧しながらナットＮを板状ワークＷに押し付ける。このとき、スプリング５やエアー圧によって位置決めピン１２を上方に付勢している力は、上部電極２１がナットＮを下方に押圧する押圧力より弱くしているため、図２（ｂ）に示すように、ナットＮは押されて位置決めピン１２やロッド４とともに下方に降下し、ナットＮのプロジェクション部ｐが板状ワークＷに当接する。この際、位置決めピン１２の傘部が下部電極２のテーパ付き挿通孔２ｈのテーパ部から離脱するため、挿通孔２ｈと位置決めピン１２の間の隙間が空いた状態になり、電極ホルダ管３内に供給された加圧エアーは、上方に向けて流動した後、テーパ付き挿通孔２ｈの隙間から上方に吹き出しを始め、下部電極２周辺の冷却が行われる。

そして、このときの位置決めピン１２の位置を、下方の磁気センサー１０で測定し、基準点として設定するとともに、上部電極２１と下部電極２との間に通電し、図２（ｃ）に示すように、プロジェクション部ｐを溶解させてナットＮと板状ワークＷとを溶着する。このとき、スパッタ等が発生しても、下部電極２のテーパ付き挿通孔２ｈの隙間から加圧エアーが吹き出しているため、電極ホルダ管３内に異物等が侵入するのが抑制される。

そして、溶着が完了すると、上部電極１２による加圧を終了し、上部電極２１を上昇させると、第２ロッド４ｂや第１ロッド４ａが、スプリング５の反発力や受圧部（スプリング受座１４下面）への加圧エアーの上方への付勢力により位置決めピン１２が上昇し、位置決めピン１２の傘部が下部電極２のテーパ付き挿通孔２ｈのテーパ部を塞いで位置決めピン１２の上端部が下部電極２上に突出する。すなわち、溶接の１サイクルが完了し、その間にロッド４は１ストローク上下動する。

そして、このような溶接サイクルが何回も繰り返されるが、上部電極２１やスプリング５などの付勢力により構成されるストローク機構の上方への付勢手段が、スプリング５の反発力だけでなく、受圧部（スプリング受座１４下面）に対する加圧エアーの助力から構成されているため、スプリング５の耐久性を向上させることができ、しかも、例えば上部電極２１を交換するような場合に、上部電極２１を取り外すと、上部電極２１側の冷却水が上方から滴下し、下部電極２の挿通孔２ｈを通して電極ホルダ管３内に侵入しようとするが、位置決めピン１２が確実に上方に押圧されてテーパ付き挿通孔２ｈを封止しているため、水が浸入するのを防止する効果が高まる。また、装置全体がコンパクトに纏まっているため、設置場所等の制約を受けにくい。

また、スプリング５を補助する加圧エアーの受圧部として、スプリング受座１４を利用することで、スプリング受け機能と受圧機能を兼用させることができ、装置の簡素化に効果的である。

また、特に、第１ロッド４ａの上端部付近の位置決めピン１２との接触部分は、損耗等が生じ易いが、損耗した場合でも交換容易な第１ロッド４ａだけを交換すればよいため便利である。

また、ロッド４の中間部が、絶縁材であるスプリング受座１４で絶縁されととともに、電極ホルダ管３の下端部が絶縁材である絶縁アダプタ７で絶縁されているため、ロッド４から電極ホルダ管３、または電極ホルダ管３からロッド４にかけての電流が遮断され、磁化されにくくされている。

また、第２ロッド４ｂの下端部を磁気センサー１０に接続する際、検出子１７に直結すると同時に、軸周りに回転しずらくなるような結合構造を持たせることにより、一層装置の簡素化が図られている。

ところで、以上の実施形態においては、スプリング受座１４の下面だけを受圧部にしているが、例えば位置決めピン１２を第１ロッド４ａにネジ止め等で固定しているような場合、位置決めピン１２の下面の径を第１ロッド４ａの径より大きくすることにより、位置決めピン１２下面を受圧部にするようにしても良い。この場合、位置決めピン１２の下面と、スプリング受座１４の下面の両者とも受圧部としての機能を発揮するようになる。

なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば、ストロークを検知するセンサーとしては、アナログ、デジタルを問わず、また、磁気センサーだけでなく、光センサー、レーザーセンサー、抵抗センサー、パルスセンサー、プラズマセンサー、光電センサー、コイルセンサー等任意である。

簡素でシンプルな構成でありながら、ロッドのストローク位置を正確に測定できるため、今後のナット・ボルト付け溶接機等において広い普及が期待される。

１…溶接用下部電極装置、２…下部電極、３…電極ホルダ管、４ａ…第１ロッド、４ｂ…第２ロッド、５…スプリング、７…絶縁アダプタ、１０…磁気センサー、１２…位置決めピン、１４…スプリング受座、１５…加圧エアー供給管、１７…検出子、２０…ストッパ、２０ｍ…溝、２２…排出パイプ。

Claims (5)

1. 電極ホルダ管内部に配設され且つストローク機構の付勢手段によって上方に向けて付勢されるロッドと、このロッドの上部に配設される位置決めピンと、この位置決めピンを出没自在に挿通せしめることができる下部電極と、ロッドのストローク位置を検出するためのセンサーを備えた溶接用下部電極装置であって、前記付勢手段は、ロッドを上方に付勢するスプリングと、このスプリングの付勢力を補助してロッドの受圧部を通してロッドを上方に付勢する加圧エアーから構成され、前記スプリングの上方には、該スプリングの一端側を支持するスプリング受座が設けられ、前記加圧エアーは、少なくとも前記電極ホルダ管内に異物が侵入するのを防止する機能と、スプリングの付勢力を補助する機能とを兼ね備えるとともに、前記ロッドは、前記スプリング受座の部分を介して2分割され且つ上方のロッドはスプリング受座上に載置されただけの構成であることを特徴とする溶接用下部電極装置。
2. 前記受圧部は、前記スプリング受座の下面か、または位置決めピンの下面に構成されることを特徴とする請求項１に記載の溶接用下部電極装置。
3. 前記ロッドと電極ホルダ管の途中には、ロッドと電極ホルダ管に電気が流れるのを絶縁するそれぞれの絶縁材が配設されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶接用下部電極装置。
4. 前記センサーは、ロッドの下方部に配置され、該ロッドがセンサーの検出子に直結されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の溶接用下部電極装置。
5. 前記センサーの検出子より上方のロッド部分には、ロッドの上昇位置を規制するストッパが設けられ、このストッパの上面部には、水や油等を溜めるための溝が設けられ、この溝に水や油等を排出する排出手段が連結されることを特徴とする請求項４に記載の溶接用下部電極装置。
   

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