JP5315127B2 - シーム溶接機 - Google Patents

Description

本発明は、回転駆動されるそれぞれ円板状の第１電極（例えば、下部電極）と第２電極（例えば、上部電極）との間に被溶接物（例えば、燃料タンク等）を挟んでその周囲を連続的に溶接するシーム溶接機に関する。

例えば、燃料タンクの周縁部を溶接する場合にはシーム溶接が用いられている。そして、特許文献１、２に開示されるように燃料タンクの周縁部が外部に露出しており、上部電極と下部電極に大径の同一直径（半径であっても同様、以下同じ）のものを使用して、溶接が行われている。

特開平６−４７５５７号公報 特開平９−３１４３５１号公報

しかしながら、自動二輪車等の燃料タンクのように、複雑な形状の場合、下部電極の直径が大きいと溶接ができないので、上部電極はそのままにして下部電極に小直径のものを使用し、場合によっては、下部電極の水冷は行っていない場合もある。
このように、上部電極と下部電極の直径の差があると、直径の小さい下部電極は損耗が激しく、その周速は上部電極に対して遅れ傾向にあり、従って、上部電極と下部電極の周速の差が大きくなって良好な溶接ができない。

このような問題を解決するために、１）下部電極と上部電極を差動減速機を用いて駆動し、上部電極にローラを押し付けてエンコーダで回転数を測定し、この測定値から操作盤上の表示器に速度を表示し、デジスイッチにより必要とする溶接速度を調整する方法Ａ、２）下部電極の駆動をパウダークラッチを介して行い、上部電極にローラを押し付けてエンコーダで回転数を測定し、この測定値から操作盤上の表示器に速度を表示し、デジスイッチにより必要とする溶接速度を調整する方法Ｂ、３）上部電極の上側に上部電極の上端までの距離を測定する測長器Ｘを、下部電極の下側に下部電極の下端までの距離を測定する測長器Ｙをそれぞれ設け、これらの測定値から上部電極と下部電極の直径を求め、設定した速度で上部電極と下部電極を別々に駆動する方法Ｃ、等が提案されていた。

しかしながら、差動減速機を用いる方法Ａの場合、電極回転のトルクが差動減速機のフリクション以上にかけられないため、スリップを起こし易いという問題がある。
また、パウダークラッチを用いる方法Ｂはパウダークラッチの調整が難しく、仮にバランス良く調整ができたとしても、下部電極の摩耗によってバランス調整が狂い易いという問題がある。
そして、上下の電極を別々に駆動する方法Ｃにおいては、電極の摩耗等些細な径変動で回転同期が崩れやすく、更には、測長器が電極の上下に付くため、自動二輪車の燃料タンクの溶接には適さないという問題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、第１電極（例えば、下部電極）と第２電極（例えば、上部電極）の直径を正確に測定し、第１電極及び第２電極を正確な速度で回転駆動できるシーム溶接機を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係るシーム溶接機は、所定位置に固定配置されて回転駆動される第１電極と、該第１電極に対し昇降して回転駆動される第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に被溶接物を介して溶接電流を流す電源部とを有するシーム溶接機において、
前記第２電極の位置を測定する距離計と、
前記第１電極を回転駆動させる第１の回転駆動手段と、
前記第２電極をクラッチを介して回転駆動する第２の回転駆動手段と、
前記第２電極の単位時間当たりの回転数Ｎを測定する回転計と、
前記距離計の出力、前記第１の回転駆動手段で正回転駆動された前記第１電極の単位時間当たりの回転数ｎ、前記第１電極で従動駆動された前記第２電極の回転数Ｎから、前記第１電極及び前記第２電極の直径を測定する制御手段とを有し、
前記第１電極及び前記第２電極を、該第１電極及び該第２電極の間を通過する前記被溶接物の溶接速度に合わせて駆動する。

なお、第１電極を回転する第１の回転駆動手段は、予め設定された速度で回転するサーボモータ又はパルスモータであってもよいし、ロータリエンコーダを内部又は外部に備えた通常のモータであってもよい。

即ち、例えば、固定配置された第１電極の中心高さ位置をＳとし、第１電極及び第２電極の半径をそれぞれｒ１、ｒ２とし、中心位置Ｓからｄの高さ位置に取付けられた距離計で測定された第２電極の高さｈ（即ち、距離計から第２電極の中心までの距離）は、ｒ１＋ｒ２＋ｈ＝ｄとなる。従って、ｒ１＋ｒ２＝ｄ−ｈ（＝Ｌ）となる。この関係と、第１電極を回転駆動した場合の第１電極及び第２電極の単位時間当たりの回転数ｎ、Ｎから、第１電極及び第２電極の正確な径を演算でき、次に、第１、第２の回転駆動手段を適正な回転数で回転することによって、第１電極及び第２電極の周速を一定（又は一定範囲）にすることができる。
なお、当然のことながら、距離計の目盛りを直接（ｒ１＋ｒ２）の値とする場合も本発明は適用される。

第２の発明に係るシーム溶接機は、第１の発明に係るシーム溶接機において、前記距離計で前記第２電極の半径ｒ２と前記第１電極の半径ｒ１の和Ｌを求め、前記第１電極及び前記第２電極の単位時間当たりの回転数ｎ、Ｎから、ｒ１＝Ｌ・Ｎ／（Ｎ＋ｎ）、ｒ２＝Ｌ・ｎ／（Ｎ＋ｎ）として該第１電極及び該第２電極の直径を求める。
これによって、第１電極及び第２電極の直径が求まるので、それぞれ第１の回転駆動手段及び第２の回転駆動手段を用いて、第１電極及び第２電極の電極の周速が一定になるように駆動できる。なお、第１電極及び第２電極の回転数ｎ、Ｎは、これらの回転計やパルスエンコーダ等からの出力であってもよい。

第３の発明に係るシーム溶接機は、第１、第２の発明に係るシーム溶接機において、前記クラッチは一方向クラッチであって、前記第２の回転駆動手段の正回転駆動に対して前記第２電極に動力が伝わる。従って、第１電極を駆動して第２電極を正回転駆動する場合には第２電極の回転は第２の回転駆動手段から切り離される。また、溶接中には、第１電極の周速を第２電極の周速より速くすることもできる。

なお、第３の発明に係るシーム溶接機において、前記第１電極の周速に対して前記第２電極の周速を８８％以上１００％未満の間に設定することもできる。これによって、第１電極の回転がそのまま第２電極に伝わっても、第２電極は第２の回転駆動手段とは独立して回転できるので、第２電極のスリップが生じにくい。

そして、第１〜第３の発明に係るシーム溶接機において、前記第１電極の直径は３５〜６５ｍｍの範囲にあり、前記第２電極の直径は１５０〜２３０ｍｍの範囲にあるのが好ましいが、本発明はこの寸法に限定されるものではない。

第１〜第３の発明に係るシーム溶接機においては、第１電極及び第２電極の直径を予め正確に測定し、その後、第１電極及び第２電極を第１、第２の回転駆動手段で駆動するので、第１電極及び第２電極を決めた速度で回転させることができる。

特に、第３の発明に係るシーム溶接機において、クラッチとして一方向クラッチを用いると、第１電極の回転によって第２電極を正方向に従動回転させることができ、更には、第１電極の回転を第２電極より速めることができるので、消耗の激しい第１電極の状況に応じて第１電極の回転速度を設定できる。

本発明の一実施の形態に係るシーム溶接機の側面図である。 同シーム溶接機の駆動部分の周りの説明図である。 同シーム溶接機の動作説明図である。

図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態に係るシーム溶接機１０は、架台１１の所定高さ位置に設けられた第１電極の一例である下部電極１２と、下部電極１２の上部に昇降可能に配置された第２電極の一例である上部電極１３と、これらを回転駆動する第１、第２の回転駆動手段１４、１５と、下部電極１２及び上部電極１３との間に被溶接物を介して溶接電流を通電する周知の電源部１６と、これらを制御する制御装置１７とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。

銅材からなる円板状の下部電極１２及び上部電極１３は、それぞれ軸受ハウジンク１８、１９、２０によって回動可能に支持される回転軸２１、２２の先部に交換可能に取り付けられている。回転軸２１には第１の歯車２４が設けられ、第１の歯車２１には、第１の回転駆動手段１４に減速機２５、自在継手２６、中間回転軸２７を介して第２の歯車２８が噛合している。なお、第１の回転駆動手段１４はサーボモータからなって、制御装置１７によって設定される単位時間当たりの回転数で回転駆動となっている。

一方、上側の回転軸２２には、第３の歯車３０が取付けられ、この第３の歯車３０は、中間回転軸３１に装着される第４の歯車３２が噛合し、中間回転軸３１は、自在継手３３、一方向クラッチ３４（クラッチの一例）、減速機３５を介して第２の回転駆動手段１５に連結されている。第４の歯車３２と同じ回転をする一方向クラッチ３４の外側ケースには、第５の歯車３７が設けられ、ロータリエンコーダ３８の出力軸に取り付けられた第６の歯車３９に噛合している。なお、この実施の形態では、第２の回転駆動手段１５もサーボモータからなって、制御装置１７によって設定される単位時間当たりの回転数で回転駆動となっている。

なお、一方向クラッチ３４は第２の回転駆動手段１５からの正回転（通常、時計回り方向）の回転動力が減速機３５を介して伝わると、その回転動力を上部電極１３に伝達でき、第２の回転駆動手段１５からの逆回転の回転動力は、上部電極１３に伝達しないようになっている。また、上部電極１３が下部電極１２に従動して正回転する場合は、一方向クラッチ３４で外側ケースが空転し、減速機３５及び第２の回転駆動手段１５に動力を伝えないようになっている。

上部電極１３を支持する軸受ハウジング２０は昇降ロッド４０の下端に取付けられ、上部にあるエアシリンダー４１で昇降駆動される昇降ロッド４０には、この昇降ロッド４０の上下動距離を測定する距離計４２が設けられている。この距離計４２によって、上部電極１３の移動距離（即ち、上部電極１３の高さ）を測定できる。下部電極１２の上下方向高さ位置（Ｓ）は一定であり、距離計４２の取付け位置は、下部電極１２から一定高さ位置（ｄ）にあるので、下降した上部電極１３の高さ位置が測定できれば、下部電極１２と上部電極１３の軸心間距離（ｒ１＋ｒ２＝Ｌ）は測定できることになる。但し、ｒ１は下部電極１２の半径、ｒ２は上部電極１３の半径である。なお、この距離計４２としては、周知のレーザー距離計、リニアスケール、マグネスケール等が使用できる。

一方、上部電極１３を下降させて下部電極１２と当接させた状態で、第１の回転駆動手段１４を、上部電極１３が正回転するように下部電極１２を回転駆動する。この場合、一方向クラッチ３４があるので、上部電極１３の回転は減速機３５には伝わらないが、回転計の一例であるロータリエンコーダー３８には伝わるので、上部電極１３の単位時間当たりの回転数Ｎが計測できる。また、下部電極１２の単位時間当たりの回転数ｎは、予め入力された回転数であるので既知であることになる。

一方、図３に示すように、下部電極１２と上部電極１３が当接した場合の半径（ｒ１、ｒ２）と回転数（ｎ、Ｎ）の関係は、ｎ・ｒ１＝Ｎ・ｒ２となる。また、ｒ１＋ｒ２＝Ｌ（既知）であるので、ｒ１＝Ｌ・Ｎ／（Ｎ＋ｎ）、ｒ２＝Ｌ・ｎ／（Ｎ＋ｎ）となってそれぞれの直径が正確に測定できる。従って、距離計４２の出力（ｈ）、下部電極１２の単位時間当たりの回転数ｎ、上部電極１３の単位時間当たりの回転数Ｎ、及び既知の下部電極１２の高さ（Ｓ）、距離計４２の下部電極１２からの高さ（ｄ）を入力して、制御装置１７内に予め入力されているプログラムを備えた制御手段によって演算し、下部電極１２及び上部電極１３の直径を表示する。なお、図３におけるＬは被溶接物の板厚を加えて表示している。

次に、下部電極１２及び上部電極１３の半径ｒ１、ｒ２が既知となるので、被溶接物にあった溶接速度を制御手段に入力すると、第１、第２の回転駆動手段１４、１５の回転数、又は回転駆動される下部電極１２及び上部電極１３の単位時間当たりの回転数（ｎ１、Ｎ１）を決めて、第１、第２の回転駆動手段１４、１５を回転駆動する。

この場合、下部電極１２の周速は（２π・ｒ１・ｎ１）となり、上部電極１３の周速は、（２π・ｒ２・Ｎ１）となる。この速度が溶接速度となるので、被溶接物に合わせて溶接条件から選定する（例えば、１〜３ｍ／ｍｉｎ）。ここで、下部電極１２及び上部電極１３の周速が一定となるようにするには、ｒ１・ｎ１＝ｒ２・Ｎ１となるように設定する。

ここで、上部電極１３の周速を下部電極１２の周速の８８％以上１００％未満との範囲に設定することもできる。この場合、下部電極１２の回転によって上部電極１３が従動回転される回転速度の方が速いことになるので、一方向クラッチ３４による第２の回転駆動手段１５からの動力は伝わらないことになり、円滑に上部電極１３は従動駆動される。そして、溶接時に外乱等によって、上部電極１３の周速が下部電極１２の周速より遅れようとすると、一方向クラッチ３４を介して第２の回転駆動手段１５から回転動力が伝わり、上部電極１３が円滑に回転する。

ここで、上部電極１３の周速が下部電極１４の周速の８８％未満である場合には、上部電極１３の回転駆動がない場合に近づき、被溶接物の送りが均一でなくなり、溶接速度が遅くなった箇所に溶接電流が集中し、溶接品質にバラツキが生じる。上部電極１３の周速が下部電極１２の周速の８８％以上である場合、上部電極１３の回転が被溶接物の搬送に加わるので、例えば、屈曲した被溶接物を溶接する場合のバラツキを小さくできる。

前記実施の形態においては、第１、第２の回転駆動手段として回転数を正確に制御できるサーボモータを用いたが、通常の交流又は直流モータをロータリエンコーダと組み合わせて使用し、一定の回転数とする制御を行う場合や、パルスモータを使って回転数を正確に制御する場合も本発明は適用される。
更には、前記実施の形態においては、上部電極１３を支持する昇降ロッド４０の移動距離を測定して、下部電極１２の半径ｒ１と上部電極１３半径ｒ２の和を求めているが、上部電極１３の頂部高さを距離センサーで測定して（ｒ１＋ｒ２）を求める場合も本発明は適用される。

前記実施の形態においては、被溶接物が二輪車の燃料タンクであったので、下部電極１２の直径は３５〜６５ｍｍの範囲にあり、上部電極１３の直径は１５０〜２３０ｍｍの範囲にあるものを使用したが、四輪車用の燃料タンクは、例えば、上下の電極に同一径のものを使用でき、この場合も本発明は適用される。
また、前記実施の形態においては、第１電極として下部電極を、第２電極として上部電極としているが、第１電極として上部電極を、第２電極として下部電極とすることもできる。
更に、前記実施の形態においては、第１電極及び第２電極は垂直配置したが、これらを水平配置又は斜めに配置する場合も本発明は適用される。

１０：シーム溶接機、１１：架台、１２：下部電極、１３：上部電極、１４：第１の回転駆動手段、１５：第２の回転駆動手段、１６：電源部、１７：制御装置、１８〜２０：軸受ハウジング、２１、２２：回転軸、２４：第１の歯車、２５：減速機、２６：自在継手、２７：中間回転軸、２８：第２の歯車、３０：第３の歯車、３１：中間回転軸、３２：第４の歯車、３３：自在継手、３４：一方向クラッチ、３５：減速機、３７：第５の歯車、３８：ロータリエンコーダ、３９：第６の歯車、４０：昇降ロッド、４１：エアシリンダー、４２：距離計

Claims (3)

1. 所定位置に固定配置されて回転駆動される第１電極と、該第１電極に対し昇降して回転駆動される第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に被溶接物を介して溶接電流を流す電源部とを有するシーム溶接機において、
   前記第２電極の位置を測定する距離計と、
   前記第１電極を回転駆動させる第１の回転駆動手段と、
   前記第２電極をクラッチを介して回転駆動する第２の回転駆動手段と、
   前記第２電極の単位時間当たりの回転数Ｎを測定する回転計と、
   前記距離計の出力、前記第１の回転駆動手段で正回転駆動された前記第１電極の単位時間当たりの回転数ｎ、前記第１電極で従動駆動された前記第２電極の回転数Ｎから、前記第１電極及び前記第２電極の直径を測定する制御手段とを有し、
   前記第１電極及び前記第２電極を、該第１電極及び該第２電極の間を通過する前記被溶接物の溶接速度に合わせて駆動することを特徴とするシーム溶接機。
2. 請求項１記載のシーム溶接機において、前記距離計で前記第２電極の半径ｒ２と前記第１電極の半径ｒ１の和Ｌを求め、前記第１電極及び前記第２電極の単位時間当たりの回転数ｎ、Ｎから、ｒ１＝Ｌ・Ｎ／（Ｎ＋ｎ）、ｒ２＝Ｌ・ｎ／（Ｎ＋ｎ）として該第１電極及び該第２電極の直径を求めることを特徴とするシーム溶接機。
3. 請求項１及び２のいずれか１記載のシーム溶接機において、前記クラッチは一方向クラッチであって、前記第２の回転駆動手段の正回転駆動に対して前記第２電極に動力が伝わることを特徴とするシーム溶接機。

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