JP5162185B2

JP5162185B2 - スポット抵抗溶接機

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Publication number: JP5162185B2
Application number: JP2007215097A
Authority: JP
Inventors: 雅也山本; 紫乃喜森
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2027-08-21
Also published as: JP2009045657A

Description

本発明は、スポット抵抗溶接機に係り、特に、溶接時に被溶接物の表面に付着・堆積する酸化物の発生を抑制するスポット抵抗溶接機に関する。

従来、この種のスポット抵抗溶接方法としては、電極周囲にシールドガスを吹き付けて溶接性を向上させる技術がある（例えば、特許文献１参照）。この方法は、スポット抵抗溶接の電極に覆いをつけ、電極との空間にシールドガスを流すことによって、ステンレス鋼板などのスポット溶接時の表面の酸化による変色等を防止している。また、電極の覆いに更にシールドガスを溜め、整流して流すような整流フィルタを取付けた機構を有するものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１９７９７６号公報特開２０００−１９７９７７号公報

ところで、前記構造のスポット抵抗溶接機では、通常、スポット抵抗溶接法に用いる電極は、一般的に銅合金でできており、連続して打点していくことで溶接時に発生する高熱により電極先端が変形、破損していくため、溶接に必要な電流密度が確保できなくなって電極初期の溶接品質が得られなくなるのが一般である。従って、対象となる非溶接材料の材質、表面処理により差はあるものの、通常、数百打点〜数千打点ごとに電極を取外し、ドレッシングをしたものを再度取付けて使用する。また、電極をドレッシングするということは、その都度、新品電極に比べて長さが短くなっていくことになる。

前記のように、電極を着脱可能に支持するスポット抵抗溶接機に、電極の周囲にシールドガスを流すシールド装置を取付けた場合、電極交換時、かなりの手間がかかることになると共に、短くなった電極との位置関係を常に適正に保つことが困難になるという欠点がある。また、亜鉛メッキ鋼板のスポット抵抗溶接を行った場合は、溶接発熱により発生した酸化亜鉛粉が、電極および母材に付着していき、電極寿命の低下、母材の溶接・外観品質を低下させる原因となる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電極の着脱が容易であり、電極が短くなっても溶接品質が変わらないで安定しているスポット抵抗溶接機を提供することにある。また、電極および溶接部での酸化物の発生および電極、母材への付着を抑制できるスポット抵抗溶接機を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明の請求項１に記載の発明によるスポット抵抗溶接機は、相互に対接離反する一対の電極部で被溶接物を挟んで加圧したのち、電極部間に通電することにより該被溶接物を接合する溶接機であり、少なくとも一方の電極部の周囲空間を覆う筒状のシールド部材が設けられており、該シールド部材内部の周囲空間にシールドガスを供給するガス供給通路が備えられており、前記シールド部材は、電極部を支持固定する電極ホルダーに前記電極によって支持される固定シールド体と、該固定シールド体に被溶接物方向に移動可能に支持された移動シールド体とから構成され、該移動シールド体は固定シールド体から離反するように付勢され、前記被溶接物に弾接するように構成される。

そして、このスポット抵抗溶接機では、前記固定シールド体は、前記電極ホルダーと対向する側に部分的な切欠き状の段差部が形成され、該段差部の電極ホルダー対向面と、前記電極ホルダーの前記固定シールド体対向面との間にクサビ状の電極交換治具を挿入することで、前記電極を前記電極ホルダーから固定解除して取外しすることを特徴としている。

前記のごとく構成された本発明のスポット抵抗溶接機は、溶接によって電極部が消耗し短くなってもシールドガスを密封するシールド部材が被溶接物に対接して周囲空間を密封して酸素を排出できるため、溶接部の酸化を防止でき、電極部の焼損を抑制し、溶接の品質を安定させることができる。また、シールド部材は電極と共に電極ホルダーに共締めで固定されるため、電極の着脱が容易に行える。

このように構成されたスポット抵抗溶接機は、クサビ状の電極交換治具を用いて固定シールド体を取り外すと、同時に電極も電極ホルダーから外すことができ、電極の取外しや、ドレッシング後の電極の取り付けが容易に行える。

また、請求項２に記載の発明によるスポット抵抗溶接機は、前記移動シールド体は、被溶接物との対接面にガス排気口が均等な間隔で形成されていることを特徴としている。このように構成されたスポット抵抗溶接機によれば、電極の周囲空間に供給されたシールドガスは移動シールド体の下面と被溶接物との対接面から均等に排出されるため、周囲空間内の気体が効率よく排出され、酸素の残存がほとんど無くなり、溶接品質を高めることができる。

本発明のスポット抵抗溶接機は、溶着部がシールドされることにより、母材がステンレス材の場合は、表面の焼け跡の付着を抑制し、メッキ材の場合は、電極への酸化物の付着・蓄積が激減し、また母材表面の酸化物による汚れも激減させることができ、溶接品質を高めることができる。また、通常の電極交換作業と同様、電極交換治具を用いてワンタッチでシールド部材を取外し、取り付けを行うことができ、ドレッシング後の短くなった電極を取付けても、問題なくシールドおよび溶接が可能である。

以下、本発明に係るスポット抵抗溶接機の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るスポット抵抗溶接機の電極部の要部断面図、図２は、図１の電極部の電極ホルダーと電極とを示し、（ａ）は分解した状態を示す正面図、（ｂ）は結合した状態の正面図、図３は、図１の電極部の周囲空間を覆うシールド部材を示し、（ａ）は固定シールド体の斜視図、（ｂ）は移動シールド体の斜視図、図４は電極の電極交換治具を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

図１〜３において、スポット抵抗溶接機１は、ベース２に対して上下動可能のヘッド３を備えている。ベース２の上部には電極ホルダー１０Ａが固定され、この電極ホルダーに下方の電極１５Ａが固定されている。また、ヘッドの下部には電極ホルダー１０が固定され、この電極ホルダーに上方の電極１５が固定されている。そして、電極１５，１５Ａは相互に接近できると共に、離反できるように構成されている。

スポット抵抗溶接機１は、相互に対接離反する上下一対の電極１５，１５Ａで被溶接物を挟んで加圧したのち、電極１５，１５Ａ間に通電することにより該被溶接物を接合するように構成されている。すなわち、被溶接物である金属板材５，５を重ねて電極同士で加圧し、電極間に溶接電流を流してスポット状の溶着部（ナゲット）を形成し、両者を溶接接合するものである。

上下の電極ホルダー１０，１０Ａおよび電極１５，１５Ａは、略同一構成であり、上下反転した構成であるので、その一方の電極部について詳細に説明し、他方の電極部については符号に「Ａ」を付して説明を省略する。上方の電極部はヘッド３に固定される電極ホルダー１０と、この電極ホルダーに支持される電極１５と、本願の発明の特徴構成であるシールド部材２０とを備えている。

電極１５を支持固定する電極ホルダー１０は、基部１１と支持軸部１２とから構成され、上方の基部１１は上下動可能のヘッド３に固定され、下方の基部１１Ａはベース２に固定されている。そして、支持軸部１２の先端部は凸テーパ面１３に形成され、電極１５には支持軸部の凸テーパ面と同じ傾斜角度の凹テーパ面１６が形成されている。したがって、支持軸部１２の凸テーパ面１３を電極１５の凹テーパ面１６に圧入することで凸テーパ面と凹テーパ面とが密着して嵌合し、電極ホルダー１０に電極１５が固定される構造となっている。

電極１５は、クロム銅製であり、電極ホルダー１０の支持軸部１２より大きい外径の円柱状をしており、先端側が傾斜面で小径に形成されている。電極１５が電極ホルダー１０に連結固定された状態では、電極１５と電極ホルダー１０の基部１１との間に、図２（ｂ）に示す小径の段差部１４が形成される。そして、この段差部１４に電極１５の周囲空間Ｓを覆う筒状のシールド部材２０の固定シールド体２１が支持され、電極ホルダー１０に電極１５と共締めされる構成となっている。シールド部材２０は電極ホルダー１０に固定される固定シールド体２１と、この固定シールド体に被溶接物方向に移動可能に支持された移動シールド体２５とから構成されている。固定シールド体２１および移動シールド体２５は非導電性のエンジニアリングプラスチックで形成されている。

ここで、固定シールド体２１，２１Ａについて説明する。上方の固定シールド体２１は有底円筒状の筒状体を上下反転させた形状をしており、その下端に外方に突出する大径のフランジ部２２が形成されている。そして、筒状体の上部には貫通孔２３が形成され、この筒状体の上部両側部に平行対辺により部分的な切欠き状の２つの段差部２４，２４が形成されている。この段差部は、後述する電極交換治具が挿入されるスペースを構成する。すなわち、段差部２４，２４の電極ホルダー対向面である上面と、電極ホルダー１０の固定シールド体２１対向面である下面との間に電極交換治具を挿入できるスペースが形成されている。下方の電極ホルダー１０Ａと固定シールド体２１Ａの場合も同様に段差部２４により電極交換治具を挿入するスペースが形成される。貫通孔２３の直径は、電極ホルダー１０の支持軸部１２が挿入されるべく、支持軸の直径より僅かに大きく設定されている。また、段差部２４，２４を形成する平行対辺の幅は筒状体の外径より小さい幅ｗに形成されている。

移動シールド体２５，２５Ａは円筒状に形成され、上方の移動シールド体２５は上端部が内方に延出するフランジ部により小径の貫通孔２６が形成されており、下端は被溶接物に対接する平坦面２５ａとなっている。円筒状部分の内径は固定シールド体２１の大径のフランジ部２２より大きく設定されており、貫通孔２６の直径は固定シールド体２１の筒状部分の外径より大きく設定されている。そして、この移動シールド体２５の下方の平坦面２５ａには内周面と外周面とを連結する段差が４つ均等な間隔で形成され、平坦面と被溶接物とが対接しているとき、シールドガスの排気口２７として機能するものであり、ガス排気口２７から周囲空間Ｓ内のシールドガスが均等に排気される。

この構成により、固定シールド体２１は移動シールド体２５の下方開口より挿入でき、固定シールド体２１のフランジ部２２が移動シールド体２５の貫通孔２６に係合する構成となっている。すなわち、固定シールド体２１に移動シールド体２５が引っ掛かる構成となっている。そして、固定シールド体２１に移動シールド体２５が係合した状態では、移動シールド体２５の下端面は、電極１５より下方に突出している（図１参照）。

移動シールド体２５の上面と電極ホルダー１０の基部１１の下面との間には圧縮コイルばね２８が装着され、固定シールド体２１に対して移動シールド体２５を下方に付勢している。また、下方の圧縮ばね２８Ａは、移動シールド体２５Ａを上方に付勢している。この構成により、溶接時には移動シールド体２５，２５Ａは被溶接物５，５に弾接し、被溶接物と移動シールド体２５，２５Ａとが密着するように構成されている。

シールド部材２０を構成する移動シールド体２５の側面には、周囲空間Ｓに連通する通気パイプ２９ａが固定されており、この通気パイプ２９ａにガス供給ホース２９が連結されている。そして、ガス供給ホース２９の端部にはシールド部材２０の周囲空間にシールドガスを供給するガス供給源（図示せず）が接続されている。シールドガスの種類としては、二酸化炭素、窒素の他に、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが好ましく、その流量は、１リットル／分程度の量が好ましい。

ここで、電極ホルダー１０から電極１５を取り外す電極交換治具３０について図４を参照して説明する。電極交換治具３０は、金属製のクサビ状の板材から構成され、肉薄部から肉厚部に向けて切り込まれた切欠き部３１により、二股の挿入爪３２，３２が形成されている。二股の挿入爪の間隔Ｄは、固定シールド体２１の段差部２４，２４の幅ｗより僅かに大きく設定され、挿入爪の全幅は固定シールド体２１の筒状部の外径より大きく設定されている。したがって、この電極交換治具３０は、固定シールド体２１の段差部２４，２４に沿わせて、電極ホルダー１０，１０Ａの基部１１，１１Ａと固定シールド体２１，２１Ａとの間に、肉厚の薄い挿入爪３２，３２側から挿入することができる構成となっている。

前記の如く構成された本実施形態のスポット抵抗溶接機１の動作について、図５を参照して以下に説明する。被溶接物として２枚の金属板材５，５をスポット溶接して接合するときは、対向する電極部間に金属板材を重ねて配置する。そして、ヘッド３を下方に移動させて上下の電極間に金属板材を挟み、加圧する。このとき、電極より突出している移動シールド体は最初に金属板材に接触する。そして、ヘッド３の下降に伴い圧縮ばね２８，２８Ａは圧縮され、下方の移動シールド体２５Ａは下降し、上方の移動シールド体２５は上昇して、それぞれ金属板材を弾接して、隙間の無いように密着する。

このようにして、上下の電極１５，１５Ａで金属板材５，５を加圧した状態で、ガス供給ホース２９，２９を通して電極の周囲空間Ｓ，Ｓにシールドガスを供給する。シールドガスの流量は１リットル／分程度の量で十分シールドが可能である。供給されたシールドガスは移動シールド体２５，２５Ａの先端面に形成されたガス排気口２７から徐々に排出され、周囲空間Ｓ内の酸素が残留することがなくなる。その状態で加圧を保持したまま、電極１５，１５Ａ間に溶接電流を流すことで、２枚の金属板材５，５同士の接触面が抵抗発熱し、ナゲット５ａと呼ばれる溶着部が成長して溶接が完了する。

溶接中は、ナゲット５ａは母材の溶融温度にまで温度上昇するため、当然母材表面および電極も相当な温度上昇となる。そのため高温に熱された母材表面が大気中の酸素と反応して、母材がステンレス材の場合は、表面の焼け跡が付き易くなり、メッキ材の場合は、酸化物が表面に生成することになる。しかしながら、本実施形態では、この溶着時に、電極の周囲空間Ｓ，Ｓはシールドガスで満たされており、溶接中の電極および母材の発熱部周辺を大気から遮蔽するシールドガス雰囲気をつくることで、酸素が無い状態となっているため、前記の表面の焼け跡や、酸化物の生成を防ぐことができ、溶接の品質を高めることができる。すなわち、電極への酸化物の付着・蓄積が激減し、また母材表面の酸化物による汚れも激減させることができる。

スポット溶接完了後、ヘッド３を上方に移動して電極１５，１５Ａの加圧を解放すると、シールド部材２０，２０Ａの移動シールド体２５，２５Ａは圧縮ばね２８，２８Ａの復元力で元の状態に戻り、電極１５，１５Ａの先端より突出する。

電極１５，１５Ａはスポット溶接で一定の打点数を行うと交換する必要があるが、本実施形態のスポット抵抗溶接機では、電極を取り外して電極の先端を切削して形状を初期の状態に整えることにより再利用することができる。電極を何度も切削すると、新品時の長さから、段々短くなっていくが、本実施形態では短くなった電極を電極ホルダーに取付けても、移動シールド体が圧縮ばねにより被溶接物に弾接しているため、常に電極先端とシールド部材の移動シールド体の先端の位置関係は一定に保つことができる。この構成により、電極の長短にかかわらず、溶接品質が安定する。

つぎに、図６，７を参照して電極の取外し動作について説明する。スポット抵抗溶接機１を用いて被溶接物をスポット溶接し、その打点数が所定回数を超えると、電極１５，１５Ａが消耗し、溶接の品質が低下するおそれが増加する。その場合、電極１５，１５Ａを、電極交換治具３０を用いて取り外す。上下の電極の電極ホルダーからの取り外しは同じ操作で行うため、上方の電極１５の取り外しについて以下に説明する。

電極１５を電極ホルダー１０から外すときは、シールド部材２０を構成する固定シールド体２１の段差部２４，２４の平行対辺に沿って、電極交換治具３０の挿入爪３２，３２を肉薄の先端部から挿入する。このとき、固定シールド体２１の外周に位置する圧縮ばね２８は下方に密着させておくと好都合である。電極交換治具３０を挿入していくと、肉厚になるに伴って上面は電極ホルダー１０の基部１１に接触し、下面は段差部２４，２４の水平面に接触して停止する。

ここで、電極交換治具３０の肉厚の最も大きい端部を、ハンマー等で押圧すると、挿入爪３２，３２の上下面で電極ホルダーの基部１１と、固定シールド体２１の段差部２４，２４とを押し広げようとする圧力が作用する。この圧力により、電極ホルダーの支持軸部１２の凸テーパ面１３と電極１５の凹テーパ面１６との圧入が解かれ、電極１５と電極ホルダー１０の固定が解除され、電極ホルダー１０から電極１５を取り外すことができる。電極１５を外すと、段差部１４に小径部分の共締めされている固定シールド体２１がフリーの状態となり、シールド部材２０を容易に外すことができる。

取り外された電極１５は研磨等の処理により所望の形状に復元され、若干短くなることもあるが、再び電極ホルダー１０に取付けられる。電極１５を取付けるときは、固定シールド体２１と移動シールド体２５とを組み合わせた状態、すなわち、移動シールド体２５の下方開口より固定シールド体２１を挿入し、固定シールド体２１を上部に突出させた状態で貫通孔２３に支持軸部１２を挿入し、移動シールド体２５の下方から電極１５を支持軸部１２に外嵌する。そして、電極１５を下方からハンマー等で叩くと、電極の凹テーパ面１６と支持軸部１２の凸テーパ面とが密着して結合される。このように、電極１５の電極ホルダー１０への取付け、およびシールド部材２０の取付けが極めて容易に行える。なお、電極１５の電極ホルダー１０への取付けは、前記のハンマーによる叩き込みに限られるものでなく、スポットガンを通電せずに空打ちして電極を加圧し、電極ホルダーに嵌め込むようにしてもよい。

電極１５，１５Ａが研磨等で短くなっても、電極の周囲空間Ｓを覆うシールド部材２０の移動シールド体２５は所定の範囲で上下動が可能であり、被溶接物５，５に弾接することができるため、溶接時に供給されるシールドガスは電極の周囲空間Ｓを確実に充満され、周囲空間Ｓ内の酸素を排出するため、電極周辺での酸化物の付着・堆積を抑制することができる。この結果、溶接品質を高めることができ、表面の焼け跡の付着の抑制や、酸化物による汚れを減らすこともできる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、対向する電極の一方の電極の周囲空間をシールド部材で覆い、他方の電極の周囲空間はシールド部材で覆わない構成としても、従来のスポット抵抗溶接機と比較して溶接品質を向上させ、酸化物の発生を抑制することができる。

また、シールド部材の形状は、円柱状の電極に合わせて、筒状の形状としたが、この形状に限られるものでなく、角柱状や、半球状等、適宜の形状とすることもできる。さらに、電極交換治具のクサビ状の先端角度は、挿入される電極ホルダーとの間の部分的な切欠き状の段差部に合わせて適宜設定できることは勿論である。

本発明の活用例として、このスポット抵抗溶接機を用いて各種の金属からなる被溶接物のスポット溶接ができ、建築分野、機械分野の他、あらゆる分野の金属のスポット溶接の用途に適用できる。

本発明に係るスポット抵抗溶接機の一実施形態の電極部の要部断面図。図１の電極部の電極ホルダーと電極とを示し、（ａ）は分解した状態を示す正面図、（ｂ）は結合した状態の正面図。図１の電極部の周囲空間を覆うシールド部材を示し、（ａ）は固定シールド体の斜視図、（ｂ）は移動シールド体の斜視図。電極の電極交換治具を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。図１のスポット抵抗溶接機の動作を示す要部断面図。電極の電極交換治具の動作を示す要部平面図。電極の電極交換治具の動作を示す要部正面図。

符号の説明

１：スポット抵抗溶接機、２：ベース、３：ヘッド、５：金属板材（被溶接物）、１０，１０Ａ：電極ホルダー、１１，１１Ａ：基部、１２，１２Ａ：支持軸部、１３：凸テーパ面、１４：段差部、１５，１５Ａ:電極、１６：凹テーパ面、２０，２０Ａ：シールド部材、２１，２１Ａ：固定シールド体、２２：フランジ部、２３：貫通孔、２４：段差部（スペース）、２５，２５Ａ：移動シールド体、２５ａ：平坦面、２６：貫通孔、２７：ガス排気口、２８，２８Ａ：圧縮ばね、２９：ガス供給ホース、３０：電極交換治具、Ｓ：電極の周囲空間

Claims

相互に対接離反する一対の電極で被溶接物を挟んで加圧したのち、前記電極間に通電することにより該被溶接物を接合するスポット抵抗溶接機であって、
該スポット抵抗溶接機は、少なくとも一方の電極の周囲空間を覆う筒状のシールド部材が設けられており、該シールド部材内部の前記周囲空間にシールドガスを供給するガス供給通路が備えられており、
前記シールド部材は、前記電極を支持固定する電極ホルダーに前記電極によって支持される固定シールド体と、該固定シールド体に被溶接物方向に移動可能に支持された移動シールド体とから構成され、該移動シールド体は固定シールド体から離反するように付勢され、前記被溶接物に弾接するように構成され、
前記固定シールド体は、前記電極ホルダーと対向する側に部分的な切欠き状の段差部が形成され、該段差部の電極ホルダー対向面と、前記電極ホルダーの前記固定シールド体対向面との間にクサビ状の電極交換治具を挿入することで、前記電極を前記電極ホルダーから固定解除して取外しすることを特徴とするスポット抵抗溶接機。
前記移動シールド体は、前記被溶接物との弾接面にガス排気口が均等な間隔で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスポット抵抗溶接機。