JP6069647B2 - 抵抗溶接機用下部電極 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクションナットが裏返しに供給されたことを確実に検出することができる抵抗溶接機用下部電極に関するものである。

抵抗溶接は、上部電極と下部電極間に鋼板を挟んで加圧・通電し、鋼板に流れる電気抵抗熱により鋼板を溶かして溶接処理するものであり、従来から、自動車のボディの組立工場や家電製品の組立工場など、様々な分野で利用されている。例えば、自動車用ボディとして鋼板と裏面にプロジェクション溶接部を有するプロジェクションナットを溶接する場合、抵抗溶接機用の下部電極の構造としては、電極ホルダーに内蔵した昇降自在なガイドピンにより、前記鋼板およびプロジェクションナットを位置決め固定するものが公知である。

一方、前記プロジェクションナットは、ナットフィーダにより連続的に連続供給されるのが普通である。このプロジェクションナットは、プロジェクションを下側（鋼板側）にした正常な状態で供給されるのが原則であるが、時々、裏返しの状態で供給されることもあった。この場合、このまま溶接するとプロジェクション溶接部がないため、溶接電流が集中せず十分な溶融ができずに所定の溶接強度を確保できないという問題があった。そして、このような裏返しナットの供給による溶接不良は、後工程における組立不良や製品の強度不良を発生させるため、半製品の廃棄を引き起こし損害が大きくなるという問題があった。

そこで、例えば特許文献１に示されるように、ナットの供給不良を検出するために下部電極に位置検出器を組み込み、ガイドピンの下降位置を検知して供給不良の有無を検出するようにした下部電極が提案されている。
しかしながら、特許文献１に記載のものは、位置検出器として近接センサーを使用してガイドピンの下降量を検出するため、正確な位置検出ができないものであった。従って、ナットの供給不良やナットが斜めの状態で供給された場合等のように、正常な状態よりも大きく寸法が異なる場合は検出できるものの、裏返しナットの供給のように正常な状態と寸法差が小さい場合には検出することができないという問題があった。また、鋼板やプロジェクションナットには成形上の寸法誤差もあるため、この誤差も含めて正確に裏返しナットの供給を判別することは困難であった。

更には、前記下部電極はＣ型フレームの下フレームに保持されているが、加圧工程の際に下フレームが上方からの加圧力により下方側へ撓みを発生させることがあり、このため下部電極が地面と水平出しができない場合があった。この結果、下部電極のガイドピンに案内された鋼板が水平状態を保つことができず、十分な接着強度が得られないという問題があった。特に、プロジェクションを突設したナットの場合は、水平状態が確保されていないとプロジェクションの全数を、鋼板に完全に溶接することができず十分な溶接強度を得ることができないという問題もあった。

特開平９−２９６１６２号公報

本発明は上記のような問題点を解決して、プロジェクションナットが裏返しに供給されたことを確実に検出することができ、しかも鋼板やプロジェクションナットに成形上の寸法誤差があっても、その影響を受けることがなく検出することができ、また、Ｃ型フレームの撓みが発生するのを有効に防止することができる抵抗溶接機用下部電極を提供することを目的として完成されたものである。

上記課題を解決するためになされた本発明の抵抗溶接機用下部電極は、上部電極と下部電極とを備え、この上下電極間で鋼板とプロジェクションナットを溶接する抵抗溶接機における抵抗溶接機用下部電極であって、抵抗溶接機に固定配置される筒状の電極ホルダーを有し、この電極ホルダーには前記鋼板およびプロジェクションナットを位置決めする昇降自在なガイドピンと、このガイドピンにロッドを介して連結され、ガイドピンを常時上向きに付勢する押し上げ部材と、溶接時における上部電極の下降に伴う押し上げ部材の位置の変化量を検出するポテンショメータからなる位置検出器が内蔵されており、また、前記ロッドの端部は曲面形状となっていてガイドピンの下端面および押し上げ部材の上端面と点接触しており、前記位置検出器の計測値が閾値を超えた場合にプロジェクションナットが裏返しに供給されたと判断して不良信号を出力する不良検出器が接続されていることを特徴とするものである。

前記不良検出器は、プロジェクションナットが正常に供給された時に、上部電極を下降して鋼板とプロジェクションナットをクランプした状態をゼロ点として設定し、プロジェクションナットのプロジェクション高さの半分を閾値として、このゼロ点から上部電極を更に下降させ、押し上げ部材の位置が閾値を越えて下降した場合に不良信号を出力するよう構成されているものが好ましく、これを請求項２に係る発明とする。

また、電極ホルダーの下端部には、ステッキ状の棒部材が下方に向けて取付けられており、前記電極ホルダーと棒部材が一直線状に連結されているとともに、棒部材の下端が地面に接地されていることが好ましく、これを請求項３に係る発明とする。

請求項１に係る発明では、抵抗溶接機に固定配置される筒状の電極ホルダーを有し、この電極ホルダーには前記鋼板およびプロジェクションナットを位置決めする昇降自在なガイドピンと、このガイドピンにロッドを介して連結され、ガイドピンを常時上向きに付勢する押し上げ部材と、溶接時における上部電極の下降に伴う押し上げ部材の位置の変化量を検出する位置検出器が内蔵されており、前記位置検出器の計測値が閾値を超えた場合にプロジェクションナットが裏返しに供給されたと判断して不良信号を出力する不良検出器が接続されているので、プロジェクションナットが裏返しに供給されたことを確実に検出することが可能となる。
また、前記ロッドの端部は曲面形状となっており、ガイドピンの下端面および押し上げ部材の上端面と点接触しているので、ロッドがこじれたとしてもガイドピンおよび押し上げ部材に確実に当接することができる。

請求項２に係る発明では、不良検出器は、プロジェクションナットが正常に供給された時に、上部電極を下降して鋼板とプロジェクションナットをクランプした状態をゼロ点として設定し、プロジェクションナットのプロジェクション高さの半分を閾値として、このゼロ点から上部電極を更に下降させ、押し上げ部材の位置が閾値を越えて下降した場合に不良信号を出力するよう構成されているので、鋼板やプロジェクションナットに成形上の寸法誤差があっても、その影響を受けることがなく、プロジェクションナットが裏返しに供給されたことを確実に検出することができる。

請求項３に係る発明では、電極ホルダーの下端部には、ステッキ状の棒部材が下方に向けて取付けられており、前記電極ホルダーと棒部材が一直線状に連結されているとともに、棒部材の下端が地面に接地されているので、溶接時の加圧工程の際に下フレームが下方側へ撓むのが防止され鋼板は常に水平状態を保たれることとなり、溶接強度を高めることができ、またプロジェクションを突設したナットの場合は全てのプロジェクションを完全に溶接することが可能となる。

本発明の実施の形態を示す断面図である。 抵抗溶接機の概略を示す正面図である。 プロジェクションナットが正常に供給された場合を示す説明図である。 図３で、上部電極を下降した場合を示す説明図である。 プロジェクションナットが裏返し供給された 図５で、上部電極を下降した場合を示す説明図である。 閾値の説明図である。

以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
抵抗溶接機用の電極は、図２に示すように、溶接機本体２０に装着した真鍮製のＣ型フレーム２１の上フレーム２２に上部電極１が取り付けられ、一方、下フレーム２３に下部電極２が各々取り付けられて使用に供される。そして、これらの上部電極１と下部電極２の間に被溶接部材である鋼板Ｗ１およびプロジェクションナットＷ２をセットした後、上部電極１を加圧装置（図示せず）により下部電極２側へ加圧しつつ通電を行い溶接処理が行われる。本発明は、前記上下の電極のうち下部電極２に関するものである。

図１に示すように、真鍮からなる筒状の電極ホルダー３の上端部は、中央に孔部を設けた電極キャップ４で塞がれており、この孔内をセラミックス製のガイドピン５が昇降自在に内蔵されている。このガイドピン５は、上昇した状態で鋼板Ｗ１およびプロジェクションナットＷ２を所定位置に案内・位置決めするものであり、鋼板Ｗ１の搬入時などには邪魔にならない位置まで下降している。
前記電極ホルダー３の下部には、溶接処理時に発生する塵やスパッターを吹き飛ばすためのエアを注入するエア配管口６が設けられている。

前記ガイドピン５は、ロッド７を介して押し上げ部材８に連結されている。この押し上げ部材８は、スライド部材８ａと、その下部に延設される計測棒８ｂと、コイルスプリング８ｃで構成されており、コイルスプリング８ｃの弾発力によりスライド部材８ａが常時上向きに付勢されている。
また、前記ロッド７の上下端部は曲面形状とされており、ガイドピン４の下端面および押し上げ部材８の上端面と点接触する構造となっている。この結果、ロッド７が僅かに傾いてこじれたとしても、ガイドピン４および押し上げ部材８と確実に当接し、ガイドピン４の円滑な上下動を確保することができる。

電極ホルダー３の下方部には、溶接時における上部電極１の下降に伴う押し上げ部材８の位置の変化量を検出する位置検出器９が内蔵されている。
この位置検出器９としては、ポテンショメータが用いられ、押し上げ部材８の下部に延設される計測棒８ｂの位置を、電気的な抵抗値として検出することで正確に検出することができる。この位置検出器９で測定した計測値は、不良検出器１０に送信される。

前記不良検出器１０は、位置検出器９から得た計測値を、事前に設定してある閾値と比較し、計測値が閾値を超えた場合にプロジェクションナットが裏返しに供給されたと判断して不良信号を出力するものである。
閾値は、プロジェクションナットＷ２のプロジェクション（溶融部）高さの約半分を目安とする。従って、ナットの種類に応じて閾値を決めるが、一般的にはプロジェクション高さは約１ｍｍであるので、だいたい閾値は０．５ｍｍに設定できる。この閾値は、デジタル入力により簡単に行うことができる。

この不良検出器１０による不良信号の出力は、以下のようにして行われる。
スタート時において、プロジェクションナットＷ２がガイドピン４に正常に供給された時に、上部電極を下降して鋼板Ｗ１とプロジェクションナットＷ２をクランプした状態をゼロ点（原点）として設定しておく。次いで、プロジェクションナットＷ２が供給されると、上部電極１をゼロ点まで下降させる。次いで、ゼロ点から更に上部電極１を下降させ、この２回目のプレスによる押し上げ部材８の位置の変化量が閾値を越えて下降した場合に、不良信号を出力するようにする。

上記の不良信号を出力につき、図面を参照して説明する。
図３は、プロジェクションナットＷ２がガイドピン４に正常に供給された場合を示している。この場合は、ナットの下面に突設されたプロジェクションが下側となっている。
次いで、図４に示すように、上部電極１を下降して鋼板Ｗ１とプロジェクションナットＷ２を、下部電極２の電極キャップ４との間にクランプした状態とする。この位置をゼロ点（原点）として不良検出器１０に設定する。
本来であれば、プロジェクションナットＷ２が正常に供給され、かつ鋼板Ｗ１およびプロジェクションナットＷ２に寸法誤差がなければ、全てが密接した状態となり、この状態で加圧・通電すればプロジェクションを溶融して強固な溶接処理が行われることになるはずである。

しかし現実には、図５に示すように、プロジェクションナットＷ２が裏返しに供給される場合があり、その状態で上部電極１をゼロ点まで下降させると、図６に示すように、鋼板Ｗ１とプロジェクションナットＷ２の間には隙間が発生することとなる。このゼロ点の状態から、更に上部電極１を下降させ、この２回目のプレスを行った場合、押し上げ部材８の位置の変化量が閾値を越えても下降する場合は、プロジェクションナットＷ２が裏返しに供給されていると判断し、不良信号を出力させることで、正常か異常かの判別が可能となる。

ここで閾値を、図７に示すように、プロジェクションナットＷ２のプロジェクション高さの半分とするのは、プロジェクションナットＷ２の上面にはプロジェクションが突設されていない分だけ高さが低いので、その半分の長さを閾値の目安とした。
更に、鋼板Ｗ１およびプロジェクションナットＷ２には寸法誤差がある。そこで、プロジェクションナットＷ２が正常に供給された場合であっても、プロジェクション高さの半分以下の誤差であれば許容範囲とみて良品と判断するが、その範囲を超えている場合は寸法不良として扱うことにした。

前記電極ホルダー３の下端部には、ステッキ状の棒部材１１が下方に向けて取付けられており、前記電極ホルダー３と棒部材１１が一直線状に連結されているとともに、棒部材の下端が地面Ｇに接地されている。１２は、真鍮製のホルダーベース１２である。
これにより、鋼板Ｗ１とプロジェクションナットＷ２は下部電極２および棒部材１１からなる１本の支持棒によって真っ直ぐに支えられた状態となるため、上部電極１側から加圧されてもＣ型フレーム２１の下フレーム２３が下方側へ撓みを発生させることはない。この結果、下部電極２は常に地面Ｇと水平状態が保持されるので、均等に加圧されて規格通りの接着強度を有する溶接処理が行われることとなる。また、プロジェクションを突設したナットの場合は全てのプロジェクションを均等に溶接することが可能となる。

以上の説明からも明らかなように、本発明はプロジェクションナットが裏返しに供給されたことを確実に検出することができ、溶接不良を確実に防止できることとなる。また、Ｃ型フレームの撓みが発生するのを有効に防止して、十分な強度の溶接処理を保証することができることとなる。

１ 上部電極
２ 下部電極
３ 電極ホルダー
４ 電極キャップ
５ ガイドピン
６ エア配管口
７ ロッド
８ 押し上げ部材
８ａ スライド部材
８ｂ 計測棒
８ｃ コイルスプリング
９ 位置検出器
１０ 不良検出器
１１ 棒部材
１２ ホルダーベース
２０ 溶接機本体
２１ Ｃ型フレーム
２２ 上フレーム
２３ 下フレーム
Ｇ 地面
Ｗ１ 鋼板
Ｗ２ プロジェクションナット

Claims (3)

1. 上部電極と下部電極とを備え、この上下電極間で鋼板とプロジェクションナットを溶接する抵抗溶接機における抵抗溶接機用下部電極であって、抵抗溶接機に固定配置される筒状の電極ホルダーを有し、この電極ホルダーには前記鋼板およびプロジェクションナットを位置決めする昇降自在なガイドピンと、このガイドピンにロッドを介して連結され、ガイドピンを常時上向きに付勢する押し上げ部材と、溶接時における上部電極の下降に伴う押し上げ部材の位置の変化量を検出するポテンショメータからなる位置検出器が内蔵されており、また、前記ロッドの端部は曲面形状となっていてガイドピンの下端面および押し上げ部材の上端面と点接触しており、前記位置検出器の計測値が閾値を超えた場合にプロジェクションナットが裏返しに供給されたと判断して不良信号を出力する不良検出器が接続されていることを特徴とする抵抗溶接機用下部電極。
2. 不良検出器は、プロジェクションナットが正常に供給された時に、上部電極を下降して鋼板とプロジェクションナットをクランプした状態をゼロ点として設定し、プロジェクションナットのプロジェクション高さの半分を閾値として、このゼロ点から上部電極を更に下降させ、押し上げ部材の位置が閾値を越えて下降した場合に不良信号を出力するよう構成されている請求項１に記載の抵抗溶接機用下部電極。
3. 電極ホルダーの下端部には、ステッキ状の棒部材が下方に向けて取付けられており、前記電極ホルダーと棒部材が一直線状に連結されているとともに、棒部材の下端が地面に接地されている請求項１または２に記載の抵抗溶接機用下部電極。