JP5780398B2 - 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、平坦な板状電極の上で上部電極として働く横向き姿勢もしくは縦向き姿勢の溶接ガンを備え、主として枠型の大きな被溶接物をいずれかの溶接ガンで挟み、作業者が手動で連続的に溶接するスポット溶接機に関する。

従来から、各種金属板の結合には２枚の被溶接物を重ねて、上下電極で挟み、加圧、通電して溶接するスポット溶接が用いられ、中でも定置式スポット溶接機といわれる設備が広く使用されて来た。

しかし、この設備の欠点は、上下電極の位置が固定されているため、大型構造体の被溶接物を溶接するときの、作業の困難さである。数個所もの溶接打点を溶接する際の、被溶接物の移動の困難さ、電極と被溶接物の干渉を避けるための、電極の交換など、大変な重作業および、手間のかかる作業となっている。

そこで、困難な作業を簡便に出来る、平坦な板状電極を持ったテーブル型スポット溶接機や溶接ガンを、先々に発明考案し、提案してきた。（特許文献１〜３参照）

従来のスポット溶接機を図７に示す。これは先に発明し提案した特許文献２の図面と同様の溶接機である。本発明以前の従来のものであり、この図７に基づき説明する。

図７のように下電極である板状電極（３０）の上部に立設した横向き姿勢の溶接ガン（２）または縦向き姿勢の溶接ガン（３）を双方あるいは一方を装備しているものである。作業者はこの上電極として働く溶接ガンを使用し、枠型の大きな被溶接物の平面のスポット溶接個所を連続的に溶接する。

ところが、図７の従来のスポット溶接機には、以下の課題がある。

平面部のスポット溶接個所は連続的に作業できるが、図３に示すような折り曲げのある二体の被溶接物の縦面の突き合わせ部を溶接するときは、被溶接物を反転し、縦面を平面部に位置変えして溶接することとなるが簡単なことではない。被溶接物の受け部の専用電極を製作し、固定する必要があり、また、被溶接物の保持も容易でなく、大きな重い被溶接物を移動反転することと共に、作業者は大変な重作業でかつ手間のかかる作業を要することとなる。

そこで、側面の溶接方法としては、従来、ポータブルガンと称する溶接ガンを吊り下げる方式で作業をする方法がある。（特許文献４〜５参照）

このポータブルガンは大別して溶接トランスを分離したタイプ（特許文献６）と一体タイプ（特許文献７）とがあるが、それぞれ、次のような問題がある。

分離したタイプの場合は溶接トランスを他の場所へ設置している。そのため、ポータブルガンはコンパクトになる一方、溶接トランスから導電ケーブルを介してポータブルガンに通電する必要がある。溶接トランスの二次側のこの導電ケーブルは水冷ケーブルともいわれ、細い銅線の撚り線で構成され、ケーブルの中を冷却水が循環するので、４０ｍｍ程の径となり、重く、剛性の高いケーブルとなっている。そのため吊り下げたポータブルガンの操作が困難な作業となっている。また、経時的な繰り返しの使用により、ケーブルの銅線の断線が発生することもあり、導電ケーブルは消耗品となっている。

一体タイプの場合は溶接トランスと一体で構成されているため、ポータブルガンそのものが大きくなり、かなりの重量となる。その上、溶接トランスへの一次側の電線も必要で、やはり、吊ったポータブルガンの操作が困難な作業となっている。

そのため被溶接物の縦面の突き合わせ部の溶接用として、図７などに示す従来の溶接機（特許文献１〜３）に上記のポータブルガンを吊り下げる方式を採用し、受け電極の製作や移動反転の作業が削減できても、吊ったポータブルガンの操作が困難となる問題が残存する。

特公平７−１１０４２３号公報 特開２００２―２２４８４３号公報 特許第４４８７１７８号公報 特開２０１０―５８１５３号公報 特開平０９−２９４４８号公報 特開平０６−１４２９４０号公報 特開平０６−１９０５６３号公報

以上のような問題を解決して、大きな被溶接物の折り曲げた縦面に多数の溶接個所があっても、操作性が良く、効率の良い作業のできるスポット溶接機を提供することを課題とする。

本発明は次の構成により上記課題を解決する。
＜構成１＞
被溶接物を載置する板状電極と、前記板状電極の上方に立設した溶接ガンを備えたスポット溶接機において、
被溶接物の折り曲げ形状の縦面を溶接するＺ方向溶接ガンは、
Ｚ方向ガン本体部と、
Ｚ方向ガン本体部を支持するガンフレーム部と、
前記Ｚ方向ガン本体部と前記ガンフレーム部を横移動させる板状電極の端部に配置したガン走行部とで構成し、
前記Ｚ方向ガン本体部は、配設したエアシリンダの作動で溶接チップが前記被溶接物を狭持して加圧し、ガン部導電体からの通電を貫通軸、板バネの側圧を付加したスラスト電極、ガン先端導電体、及び複数個の絶縁体で構成し、前記ガン先端導電体に装着した前記溶接チップに通電することを特徴とするスポット溶接機。

＜構成２＞
前記ガンフレーム部は複数枚のブスバーと呼ばれる板状導電体を装着し、
この板状導電体と連結した二体の可撓性導電体は、
各々に配設されたエアシリンダの作動で前記ガン走行部の導電パイプと接離し、
前記ガンフレーム部は前記可撓性導電体と前記導電パイプが離間した状態で走行し、
溶接トランスから接続銅板を介し通電された溶接電流を、前記エアシリンダの作動により加圧しつつ当接して、前記導電パイプから前記可撓性導電体に投下することを特徴とする構成１記載のスポット溶接機。

＜構成３＞
前記ガン走行部は内部を冷却水が循環する二本の前記導電パイプと前記導電パイプに平行に配置したラックと、直動ガイドにより構成し、前記ガンフレーム部に装備した駆動モータの歯車で前期Ｚ方向ガン本体部と前記ガンフレーム部の横移動が自動化可能となり、
前記被溶接物のスポット溶接が連続してできることを特徴とする構成１記載のスポット溶接機。

本発明は平坦な板状電極とその上で溶接ガンを作業者が操作し、所定の溶接ガンで被溶接物を挟み、加圧通電して溶接するスポット溶接機であって、平面部の溶接個所は横向き姿勢の溶接ガンまたは縦向き姿勢の溶接ガンを支持アームで容易に移動および旋回し溶接する。更に、被溶接物の折り曲げ部などの縦面の溶接個所は、被溶接物を載置したまま、押しボタンの操作でＺ方向溶接ガンを自動で横移動し連続的に溶接できる作業効率の良い溶接が可能である。また、Ｚ方向溶接ガンはポータブルガンに必要な、消耗品である導電ケーブルや電気配線を無くすことができる。

本発明に係るスポット溶接機の実施例１を示す正面図である。 同実施例１の右側面図である。 スポット溶接する折り曲げのある大きな被溶接物の斜視図（ａ）と二体の被溶接物の突き合わせ部の断面図（ｂ）である。 実施例１のＺ方向ガン本体部（４）で（ａ）は斜視図、（ｂ）は図２右側面図におけるＺ方向ガン本体部（４）の拡大図、（ｃ）は通電の構成を示す（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｄ）はガン先端導電体（９）と溶接チップ（８）の冷却構造を示す断面図である。ある。 実施例１のガンフレーム部（５）の説明図である。 実施例１のガン走行部（６）の説明図である。 従来のスポット溶接機（５０）の実施例を示す正面図である。

図１〜図６は本発明に係るスポット溶接機の実施例であり、横向き姿勢または縦向き姿勢の溶接ガン（２，３）と同時に、二体の被溶接物の縦面をスポット溶接するＺ方向溶接ガン（３１）、すなわちＺ方向ガン本体部（４）、ガンフレーム部（５）、ガン走行部（６）を具備したスポット溶接機である。

添付する図を用いて実施例を説明すると、次のとおりである。

本発明のスポット溶接機（１）の実施例１を図１に正面図、図２に図１を横方向から見た右側面図を示す。
図１、図２に示すように、本発明のスポット溶接機（１）は、平面部および縦面部に溶接個所が多数ある図３の事例のような大きな被溶接物（Ｗ）を載置する板状電極（３０）の上方に立設された溶接ガン（２，３）と共にＺ方向溶接ガン（３１）を有する。Ｚ方向溶接ガン（３１）はＺ方向ガン本体部（４）、ガンフレーム部（５）、ガン走行部（６）で構成され、Ｚ方向ガン本体部（４）は被溶接物（Ｗ）の縦面にある多数のスポット溶接個所を連続的に溶接するものである。

具体的に本発明の溶接機の構成に従い、その作業の手順を説明すると、最初に、平面部および縦面部に溶接個所が多数ある図３に示すような大きな被溶接物（Ｗ）を板状電極（３０）上に載置する。

次に、作業者は設定した工程順に基づき指示された溶接ガンを操作するが、Ｚ方向溶接ガン（３１）で被溶接物（Ｗ）の縦面を溶接するときは、Ｚ方向ガン本体部（４）を被溶接物（Ｗ）の縦面の決められた溶接個所に移動させる。Ｚ方向ガン本体部（４）の横移動は操作盤（３４）（図示せず）の押しボタンで実施する。Ｚ方向ガン本体部（４）はガンフレーム部（５）と連結し、ガン走行部（６）に配置したラック（２０）とガンフレーム部（５）に装備した駆動モータ（１５）の歯車（２３）の作動により自動で左右に横移動できる。Ｚ方向溶接ガン（３１）はその重量を軽減するため溶接トランスを溶接機の後背部に設置し、複数の板状導電体（１４）経由で送付されてきた電流をスラスト電極（１１）、ガン先端導電体（９）の活用で溶接チップ（８）に送ることで、太く剛性の高い導電ケーブルや電気配線をなくし、そのため自動での横移動は容易となっている。ガン本体部（４）の通電構造は図４（ｃ）に示すように貫通軸（２６）で、薄い円筒形のスラスト電極（１１）、ガン先端導電体（９）などを一体化し、樹脂ワッシャーなどの絶縁体（２４、２５）で二つの極を分離し、更に、板バネ（１３）により側圧を付加することで、ガン部導電体（１０）からの通電性を向上させている。図4（ｃ）の実施例ではスラスト電極（１１）を4個で構成してガン先端導電体（９）やガン部導電体（１０）の側面に皿ネジで固定して各導電体の磨耗を防止し、かつ、回転の摺動性を向上させ、溶接チップ（８）の開閉による被溶接物（Ｗ）の把持での加圧と通電を確実にしている。

縦面のスポット溶接は、作業者が押しボタンの操作でＺ方向ガン本体部（４）の左右の位置を決め、溶接スイッチをＯＮに操作すると、Ｚ方向ガン本体部（４）のエアシリンダ（１２）が作動し、被溶接物（Ｗ）をＺ方向ガン本体部（４）の溶接チップ（８）で狭持し加圧すると、制御部に前もって登録された溶接条件の電流が投下され、溶接が１打点完了する。

被溶接物（Ｗ）への電流の経路は溶接機の後背部などに配置した溶接トランス（３３）の各々の電極と接続銅板（１７、１８）を介し接続した二本の導電パイプ（２２）から図５に示すようなオンス銅板と呼ばれる可撓性導電体（１９）を経由し数個の板状導電体（１４）、スラスト電極（１１）などを経由してガン先端導電体（９）に装着した対の溶接チップ（８）で狭持した被溶接物（Ｗ）へと流れスポット溶接が実施される。溶接チップ（８）は通常冷却水の循環で溶接時の発熱防止としているが、ここでも同様に、図４（d）に示すようにガン先端導電体（９）を介して溶接チップ（８）に冷却水を送って発熱防止としている。また、ここでの通電には、太く剛性の高い導電ケーブルや電気配線をなくし、そのため自動での横への移動は容易である。更に、二体の可撓性導電体（１９）には、各々のエアシリンダ（１６）が搭載され、ガン走行部（６）の導電パイプ（１６）と接離し、図５（ｂ）のように間隙Ｈが生じ可撓性導電体（１９）と導電パイプ（２２）が離間した状態で走行し、溶接電流の投下時にはエアシリンダ（１６）による加圧力が付加されつつ当接するよう構成している。また実施例1では図２，６で図示しているが、左右方向の移動に直動ガイド（２１）を利用し、円滑に横移動ができるようにしている。
次に、再度、作業者が押しボタンを操作し、前述の動作を繰り返し、縦面のスポット溶接を連続して実施し完了する。
実施例1では操作盤（３４）の押しボタン操作で駆動モータ（１５）の作動により自動で左右に移動できたが、制御部からの送信で数値制御による横移動の完全自動化も可能である。また、逆に駆動モータをなくし、作業者の手動によるＺ方向ガン本体部（４）の横移動も可能である。
また、平面部のスポット溶接は、従来と同様で作業者はいずれかの溶接ガン（２，３）を操作し、連続的にスポット溶接を実施する。

被溶接物（Ｗ）の多様な形状に対して、特に溶接する縦面と直角方向の側面に折り曲げのある形状では、スポット溶接する縦面とガン本体部（４）の挿入、つまりセット性の問題で、本発明の前述の内容のみで対応しきれないことが、多々発生すると考えられる。
そこで、図示はしていないが、以下のような対応策を講じれば、被溶接物（Ｗ）の多様な形状に対応でき、問題は解消される。

図３の事例のようにＺ方向ガン本体部が走行する方向の側面に折り曲げがない形状では、Ｚ方向ガン本体部（４）を単に横移動するのみで、スポット溶接する縦面はＺ方向ガン本体部（４）の二つの溶接チップ（８）に挟みこまれるので問題はない。しかし、側面に折り曲げのある形状ではＺ方向ガン本体部（４）が側面の折り曲げの外側にあると、折り曲げ部が障害となり、内側への横移動は困難であり、挿入できない。そこで、その対策として、Ｚ方向ガン本体部（４）が昇降する機構、あるいは、板状電極（３０）が昇降する機構、いずれかの方式を採り入れれば、被溶接物（Ｗ）の側面の折り曲げ部を避け、干渉することなく、Ｚ方向ガン本体部（４）を横移動することが可能であり、挿入の問題は解消される。本発明者等は先に特許文献３で板状電極（３０）が昇降する機構を提案している。
また、被溶接物（Ｗ）の種々の形状でスポット溶接する縦面位置が前後方向に数多く生じたときは、Ｚ方向ガン本体部（４）とスポット溶接する縦面位置が変動可能にならないと、一個所のみの固定では対応しきれない。そこで、この対応策として、Ｚ方向ガン本体部（４）を先端に結合したガンフレーム部（５）が前後に移動する機構を持つか、あるいは、板状電極（３０）が前後にスライドする機構を持つか、これもまた、いずれかの方式を採り入れれば、問題は解消される。
更に、製品つまり被溶接物（Ｗ）の大きさや形状に応じて、上記の各対応策を選択して装置の仕様を設定すれば良い。その上で、本発明に、その対応策を付加すれば、多様な被溶接物（Ｗ）の形状に対応できるスポット溶接機が完成する。

主に枠型の大きな被溶接物を平面部は横向き姿勢の溶接ガンまたは縦向き姿勢の溶接ガンで被溶接物を挟みスポット溶接するが、被溶接物の移動や反転をせずに、Ｚ方向の溶接ガンで縦面個所のスポット溶接が連続的にでき、被溶接物の反転移動などの重作業を必要としない作業者に優しい溶接機として活用できる。更に、Ｚ方向の溶接ガンは、ポータブルガンに必要な消耗品である導電ケーブルや電気配線を無くすことができる。

１ スポット溶接機
２ 横向き姿勢の溶接ガン
３ 縦向き姿勢の溶接ガン
４ Ｚ方向ガン本体部
５ ガンフレーム部
６ ガン走行部
７ 冷却水通路
８ 溶接チップ
９ ガン先端導電体
１０ ガン部導電体
１１ スラスト電極
１２ エアシリンダ
１４ 板状導電体
１５ 駆動モータ
１６ エアシリンダ
１７ 接続銅板
１８ 接続銅板
１９ 可撓性導電体（オンス銅板）
２０ ラック
２１ 直動ガイド
２２ 導電パイプ
２３ 歯車
２４ 絶縁体
２５ 絶縁体
２６ 貫通軸
２７ 支持アーム
２８ 導電ケーブル
３０ 板状電極
３１ Ｚ方向溶接ガン
３３ 溶接トランス
３４ 操作盤
４０ 支持ポスト
５０ 従来のスポット溶接機
Ｈ 間隙
Ｗ 被溶接物

Claims (3)

1. 被溶接物を載置する板状電極と、前記板状電極の上方に立設した溶接ガンを備えたスポット溶接機において、
   被溶接物の折り曲げ形状の縦面を溶接するＺ方向溶接ガンは、
   Ｚ方向ガン本体部と、
   Ｚ方向ガン本体部を支持するガンフレーム部と、
   前記Ｚ方向ガン本体部と前記ガンフレーム部を横移動させる板状電極の端部に配置したガン走行部とで構成し、
   前記Ｚ方向ガン本体部は、配設したエアシリンダの作動で溶接チップが前記被溶接物を狭持して加圧し、ガン部導電体からの通電を貫通軸、板バネの側圧を付加したスラスト電極、ガン先端導電体、及び複数個の絶縁体で構成し、前記ガン先端導電体に装着した前記溶接チップに通電する
   ことを特徴とするスポット溶接機。
2. 前記ガンフレーム部は複数枚の板状導電体を装着し、
   この板状導電体と連結した二体の可撓性導電体は、
   各々に配設されたエアシリンダの作動で前記ガン走行部の導電パイプと接離し、
   前記ガンフレーム部は前記可撓性導電体と前記導電パイプが離間した状態で走行し、
   溶接トランスから接続銅板を介し通電された溶接電流を、前記エアシリンダの作動により加圧しつつ当接して、前記導電パイプから前記可撓性導電体に投下することを特徴とする請求項１記載のスポット溶接機。
3. 前記ガン走行部は内部を冷却水が循環する二本の前記導電パイプと前記導電パイプに平行に配置したラックと、直動ガイドにより構成し、前記ガンフレーム部に装備した駆動モータの歯車でＺ方向ガン本体部と前記ガンフレーム部の横移動が自動化可能となり、
   前記被溶接物のスポット溶接が連続してできる
   ことを特徴とする請求項１記載のスポット溶接機。