JP6151758B2 - 電気抵抗溶接用電極 - Google Patents

Description

この発明は、部品を鋼板部品に溶接したり、複数の鋼板部品をスポット溶接したりする電気抵抗溶接用電極に関している。

特許第３８８５２１３号公報には、部品を保持筒にはめ込み、保持筒を進出させて相手方の鋼板部品に加圧すると、保持筒内部に配置した電極が相対的に部品を加圧し、引き続いて溶接電流を通電して、鋼板部品に溶接することが記載されている。

特許第３８８５２１３号公報

上記特許文献に記載されている技術においては、保持筒に差し込まれた部品と待機している電極との間隔が大きいので、溶接動作時には保持筒が押し込まれる長さが過長となり、１個の部品を溶接する溶接サイクルが長くなり、生産性の面で改善が望まれる。さらに、特許文献１記載の構成であると、部品を鋼板部品に溶接することはできるが、複数の鋼板部品をスポット溶接で一体化することができない。

本発明は、上記の問題点を解決するために提供されたもので、１つの電気抵抗溶接用電極により、部品を相手方の鋼板部品に溶接することと、複数の鋼板部品をスポット溶接で一体化することを目的とする。

請求項１記載の発明は、
絶縁材料で構成された絶縁筒内に断面円形の細長い部材で形成された電極が電極軸線方向に摺動可能な状態で挿入され、
電極の端面に形成されている押圧面が絶縁筒の端面に形成されている絶縁端面よりも後退した箇所に位置づけられていることにより、押圧面と絶縁筒の内面が収容凹部を形成するように構成し、
押圧面と絶縁端面によって設定される収容凹部の深さは、収容凹部に収容された部品が押圧面に密着した状態において絶縁端面から突出するように設定され、
収容凹部の深さを所定値に設定するために、押圧面に対する絶縁筒の進出距離を所定長さに設定するストッパ手段が設けられているとともに、絶縁筒に進出力を付与する付勢部材が設けられており、
溶接態様は、収容凹部に収容された部品を相手方の鋼板部品に溶接する部品溶接態様と、複数の鋼板部品を重合させて絶縁端面と押圧面が鋼板部品の表面を加圧した状態で鋼板部品を溶接するスポット溶接態様とされていることを特徴とする電気抵抗溶接用電極である。

例えば、プロジェクションナットのような部品が、押圧面と絶縁筒内面で形成された収容凹部内に、部品が押圧面に密着するとともに、部品の一部が絶縁筒の絶縁端面から突き出た状態で収容される。したがって、電気抵抗溶接用電極が鋼板部品に向かって進出すると、部品は鋼板部品に接触するのと同時に、押圧面と鋼板部品の間で挟み付けられ、その後、溶接電流が通電されて溶接がなされる。このように部品は押圧面と鋼板部品の間で確実に挟み付けられ、電極押圧面と部品との間の空間をつめるような動作がなくなり、溶接動作サイクル時間が短縮され、生産性向上にとって効果的である。

部品の一部が絶縁筒の絶縁端面から突き出た状態で鋼板部品に溶接されるので、溶接完了後においても、絶縁端面と鋼板部品の間に空間を存在させることができる。したがって、絶縁端面が最も高温の溶着箇所から離隔した状態になり、絶縁筒の端面部分の熱的損傷を防止することができる。

収容凹部の深さを所定値に設定するために、押圧面に対する絶縁筒の進出距離を所定長さに設定するストッパ手段が設けられているとともに、絶縁筒に進出力を付与する付勢部材が設けられている。このため、収容凹部の深さを正確に設定することができ、収容凹部に差し込まれた部品を確実に押圧面に密着させ、部品の一部を絶縁端面から突き出させることが確実に達成される。このような密着により、部品が鋼板部品に接触するのと同時に、部品は押圧面と鋼板部品の間で確実に挟み付けられ、部品の突出により、絶縁筒の端面部分の熱的損傷を防止することができる。

複数の重合された鋼板部品をスポット溶接で一体化する場合には、電気抵抗溶接用電極の進出によって、最初に絶縁筒の絶縁端面が鋼板部品の表面に密着し、ついで押圧面が鋼板部品に密着する。このように絶縁端面と押圧面が鋼板部品に加圧されながら溶接電流が通電されて、スポット溶接が完了する。押圧面に対応する箇所の鋼板部品に溶融がなされるが、絶縁端面への直接的な熱流が少量化される。したがって、絶縁端面に対する加熱が緩和され、絶縁筒の耐久性向上にとって有効である。また、絶縁端面が直接溶融部に接触するこをがないので、絶縁端面に対する熱的影響が軽減される。

上述のようにして、１つの電極による溶接態様を、部品溶接態様とスポット溶接態様とすることが確実に達成される。

電気抵抗溶接用電極の主な箇所の断面図である。 溶接態様を示す断面図である。

つぎに、本発明にかかる電気抵抗溶接用電極を実施するための形態を説明する。

図１および図２は、本発明の実施例を示す。

本願発明の電気抵抗溶接用電極は、可動電極として動作させたり、固定電極として動作させたりすることができる。この実施例では、可動電極として機能させる場合である。

最初に、部品について説明する。

本願発明の電気抵抗溶接用電極によって溶接される部品としては、プロジェクションナット、溶着用突起を備えた環状のワッシャなど種々なものがある。ここでは、プロジェクションナット５０である。これは、正方形の本体の中央にねじ孔が形成され、平たい上面と下面を有し、下面の四隅に溶着用突起５１が設けられている。以下の説明において、プロジェクションナットを単にナットと表現する場合もある。

つぎに、電気抵抗溶接用電極全体について説明する。

電気抵抗溶接用電極全体は、符号１で示されており、進退駆動手段（図示していない）で進退する取付け部材２に固定してある。

電極３は、クロム銅のような銅合金を断面円形の細長い部材に成形したものである。一方、絶縁筒４は、フェノール樹脂のような絶縁材料を円筒状に形成したものである。電極３が絶縁筒４内に電極軸線Ｏ−Ｏ方向に摺動可能な状態で挿入してある。

電極３には、大径部５、中径部６、小径部７が形成してあり、実際には、中径部６が絶縁筒４内に挿入してある。したがって、電気抵抗溶接用電極１は、上記絶縁筒４内に電極３が挿入された点が、主たる構成になっている。

つぎに、収容凹部について説明する。

電極３の小径部７の端面に押圧面８形成され、絶縁筒４の端面に絶縁端面９が形成されている。押圧面８は、絶縁端面９よりも後退した箇所に位置づけられており、このような位置関係によって、押圧面８と絶縁筒４の内面１０によって収容凹部１１が形成されている。

収容凹部１１の深さＤは、電極軸線Ｏ−Ｏの方向で定義されるもので、押圧面８と絶縁端面９の間隔で設定される。深さＤは、ナット１の上面が押圧面８に密着した状態において、ナット１の溶着用突起５１側が絶縁端面９から突出する値に設定してある。

換言すると、電極３よりも絶縁筒４が突き出た位置関係とされているものであり、このような位置関係を設定するために、ストッパ手段が設けてある。ストッパ手段は、電極３に対する絶縁筒４の最大突出量を設定する。これを実現する構造例としては、絶縁筒４に設けたガイド孔に電極側の突起部材を嵌め込んだ形式のものや、絶縁筒４に設けた突起部材を後述の保護筒に設けたガイド孔に嵌め込んだ形式のものなど、種々なものが採用できる。この実施例では、前者の形式である。

すなわち、絶縁筒４に電極軸線Ｏ−Ｏ方向に形成した長孔状のガイド孔１３に、中径部６に設けた突起部材１４を差し込んである。突起部材１４は、中径部６にねじ込んだボルトの頭部で構成されている。中径部６と小径部７の境界部と、絶縁筒４の内端面との間に、付勢部材である圧縮コイルスばね１５が挿入してある。この圧縮コイルスばね１５の張力によって、ガイド孔１３の上端部が突起部材１４に押し当てられ、これによって、収容凹部１１の深さＤが設定される。なお、付勢部材の機能として、圧縮コイルスばね１５に換えて、圧縮空気による押出し力を採用することも可能である。

上記説明から明らかなように、ストッパ手段は、ガイド孔１３、突起部材１４、圧縮コイルスばね１５などによって構成されている。

図１（Ｂ）は、同図（Ａ）のＢ−Ｂ断面であり、同図（Ｃ）は絶縁筒４を下から見た図である。また、同図（Ｄ）は、収容凹部１１の箇所を拡大した図である。

収容凹部１１に差し込まれたナット５０を収容凹部１１内に保持するために、永久磁石１６が絶縁筒４の先端近くに埋設してある。永久磁石１６は、ナット５０の上面が電極３の押圧面８に密着するようにするため、収容凹部１１の斜め上方にずらせて取り付けてあり、こうすうことにより、電極軸線Ｏ−Ｏに沿った上向き方向の吸引力がナット５０に付与される。

つぎに、空冷構造について説明する。

電極３の中心部に、供給ホース１７が接続された空気通路１８が設けられている。空気通路１８の先端部分に、斜め方向に伸びた噴射通路１９が接続され、押圧面８の近傍の小径部７の外周面に開口している。後述のように、電気抵抗溶接用電極１が加圧・通電をするときに、圧縮空気が供給ホース１７から供給され、噴射通路１９から噴射される。

絶縁端面９に排気溝１２が直径方向に形成され、収容凹部１１が絶縁筒４の外周側に連通している。噴射された空気は、小径部７の摺動間隙を通過して収容凹部１１へ吹き出し、溶着部分や絶縁筒４の先端部分の冷却がなされる。噴射通路１９は、斜め方向に少なくとも２本設けてあるので、小径部７の摺動間隙を円滑に流通し、上記冷却が広い領域において遂行される。

つぎに、その他の構成を説明する。

電気抵抗溶接用電極１と対をなす固定電極２１が設けられ、その上に鋼板部品が載置される。ナット５０が鋼板部品に溶接される場合には、１枚の鋼板部品２２が固定電極２１に載置される。一方、鋼板部品２２に他の鋼板部品２３がスポット溶接で溶接される場合には、鋼板部品２２の上に別の鋼板部品２３が重ねて載置される。重ねて載置される場合の枚数は３枚になることもあり、複数の鋼板部品が固定電極２１上に重合された状態で載置される。

小径部７の端面は平面状態で押圧面８とされているが、これに換えて図２（Ｃ）に示すように、球面２４とすることも可能である。

大径部５に、ステンレス鋼製の円筒部材で構成された保護筒２５が、固定ボルト２６を用いて固定されている。保護筒２５は、ガイド孔１３の下側までのびていて、鉄屑やスパッタなどの不純物がガイド孔１３に侵入しないようになっている。絶縁筒４は、保護筒２５内を摺動できるように挿入してある。

ナット５０や鋼板部品２３に対して、数多く押圧面８が加圧されると、その表面が摩耗したり損傷したりすることがある。そこで、交換用チップを小径部７の先端にねじ構造などで着脱できるようにすることが、望ましい。

つぎに、溶接態様について説明する。

図２（Ａ）は、ナット５０を鋼板部品２２溶接する、「部品溶接態様」を示す。収容凹部１１に差し込まれたナット５０は、永久磁石１６に吸引されてその上面が押圧面８に密着し、溶着用突起５１側が絶縁端面９から突出した状態になる。この状態で電気抵抗溶接用電極１が下降すると、電極３と絶縁筒４の相対位置に変化がないまま、溶着用突起５１が鋼板部品２２に加圧される。つまり、ナット５０は、押圧面８がナット上面に密着しているので、溶着用突起５１が鋼板部品２２に達するのと同時に、押圧面８と鋼板部品２２の間で強く挟み付けられる。なお、ナット５０を収容凹部１１に供給するのは、作業者が手作業で供給するか、部品供給装置の供給ロッドなどで行われる。

この挟み付けられた状態で溶接電流が通電されると、溶着用突起５１と鋼板部品２２が溶融して、溶着用突起５１の箇所が溶着する。この溶着の前後の時期に、冷却空気が噴射通路１９から噴射される。そして、溶着完了後において、空隙Ｃが存置される。このような空隙Ｃを確保できるように、収容凹部１１にナット５０を挿入したときの溶着用突起５１側の突出長さを、あらかじめ定めておく。このような突出長さは、溶着用突起５１の高さが溶融で消滅するので、さらにねじ孔方向のナット高さの一部が絶縁端面９から突き出るように設定しておく。こうすることによって、空隙Ｃが確保される。なお、溶着箇所は、黒く塗りつぶして図示され、符号２７で示されている。

噴射通路１９から噴出した冷却空気は、小径部７の摺動空隙を通過して収容凹部１１に吹き出て、空隙Ｃと排気溝１２から外部へ放出される。このような流れにおいて、溶着箇所２７の空冷がなされるとともに、スパッタなどが排気溝１２から外部へ排出される。

上記の部品溶接態様の完了後は、継続してナット溶接を行うか、または後述のスポット溶接態様に移行する。

図２（Ｂ）は、鋼板部品２２に他の鋼板部品２３をスポット溶接で溶接する「スポット溶接態様」を示す。収容凹部１１にはナット５０が挿入されない状態で電気抵抗溶接用電極１が下降すると、電極３と絶縁筒４の相対位置に変化がないまま、絶縁端面９が鋼板部品２３の表面に押し付けられる。この押し付けからさらに上記下降が進行することによって、電極３が圧縮コイルスばね１５を圧縮しながら押圧面８が鋼板部品２３の表面に接近し、収容凹部１１の空間がなくなって行く。その後、押圧面８も鋼板部品２３に加圧され、ついで溶接電流が通電されて、鋼板部品２３と鋼板部品２２の密着箇所に溶融が形成され、溶着が完了する。この溶着の前後の時期に、冷却空気が噴射通路１９から噴射される。なお、溶着箇所は、黒く塗りつぶして図示され、符号２８で示されている。

噴射通路１９から噴出した冷却空気は、小径部７の摺動空隙を通過して収容凹部１１に吹き出て、排気溝１２から排出される。さらに小径部７が進出して収容凹部１１の空間が消滅すると、押圧面８と絶縁端面９が鋼板部品２３に密着し、冷却空気は排気溝１２から排出される。このような流れにおいて、溶着箇所２８の空冷がなされるとともに、スパッタなどが排気溝１２から外部へ排出される。

上記のスポット溶接態様の完了後は、継続してスポット溶接を行うか、または上述のナット溶接態様に移行する。

以上に説明した実施例１の作用効果は、つぎのとおりである。

プロジェクションナット５０が押圧面８と絶縁筒内面１０で形成された収容凹部１１内に、ナット５０の上面が押圧面８に密着するとともに、ナット５０の溶着用突起５１側の一部が絶縁筒４の絶縁端面９から突き出た状態で収容される。したがって、電気抵抗溶接用電極１が鋼板部品２２に向かって進出すると、ナット５０は鋼板部品２２に接触するのと同時に、押圧面８と鋼板部品２２の間で挟み付けられ、その後、溶接電流が通電されて溶接がなされる。このようにナット５０は押圧面８と鋼板部品２２の間で確実に挟み付けられ、電極押圧面８とナット５０との間の空間をつめるような動作がなくなり、溶接動作サイクル時間が短縮され、生産性向上にとって効果的である。

ナット５０の一部が絶縁筒４の絶縁端面９から突き出た状態で鋼板部品２２に溶接されるので、溶接完了後においても、絶縁端面９と鋼板部品２２の間に空隙Ｃを存在させることができる。したがって、絶縁端面９が最も高温の溶着箇所２７から離隔した状態になり、絶縁筒４の端面部分の熱的損傷を防止することができる。

収容凹部１１の深さＤを所定値に設定するために、押圧面８に対する絶縁筒４の進出距離を所定長さＤに設定するストッパ手段が設けられているとともに、絶縁筒４に進出力を付与する圧縮コイルスばね（付勢部材）１５が設けられている。このため、収容凹部１１の深さＤを正確に設定することができ、収容凹部１１に差し込まれたナット５０を確実に押圧面８に密着させ、ナット５０の一部を絶縁端面９から突き出させることが確実に達成される。このような密着により、ナット５０が鋼板部品２２に接触するのと同時に、ナット５０は押圧面８と鋼板部品２２の間で確実に挟み付けられ、ナット５０の突出により、絶縁筒４の端面部分の熱的損傷を防止することができる。

複数の重合された鋼板部品２２、２３をスポット溶接で一体化する場合には、電気抵抗溶接用電極１の進出によって、最初に絶縁筒４の絶縁端面９が鋼板部品２３の表面に密着し、ついで押圧面８が鋼板部品２３に密着する。このように絶縁端面９と押圧面８が鋼板部品２３に加圧されながら溶接電流が通電されて、スポット溶接が完了する。押圧面８に対応する箇所の鋼板部品２２、２３に溶融がなされるが、絶縁端面９への直接的な熱流が少量化される。したがって、絶縁端面９に対する加熱が緩和され、絶縁筒４の耐久性向上にとって有効である。また、絶縁端面９が直接溶融部に接触することがないので、絶縁端面９に対する熱的影響が軽減される。

上述のようにして、１つの電極による溶接態様を、部品溶接態様とスポット溶接態様とすることが確実に達成される。

空気通路１８から斜め方向に分岐している噴射通路１９が、押圧面８の近傍の小径部７の外周面に開口している。これにより、噴射空気は小径部７の摺動間隙を勢いよく通過して、溶着箇所２７に吹き付けられ、金属溶融熱の熱伝達拡散を少なくすることができる。同様に、溶融箇所２８においては、小径部７の摺動間隙から、溶融箇所２８の外周部部分に空気が吹き付けられるので、金属溶融熱の熱伝達拡散を少なくすることができる。

電極３に固定された突起部材１４が、絶縁筒４に形成されたガイド孔１３に差し込んであり、このガイド孔１３を保護筒２５が覆っている。したがって、ガイド孔１３は完全に封鎖された状態になるので、鉄屑やスパッタなどの不純物が摺動箇所へ侵入することが防止できる。

また、圧縮コイルスばね１５が、中径部６と小径部７の境界部分の段構造部と、絶縁筒４の内端面の間に配置してある。そして、電極３に固定された突起部材１４が、絶縁筒４に形成されたガイド孔１３に差し込んである。これらの構成によって、電極３と絶縁筒４の差し込み構造部において、ストッパ手段が成立し、収容凹部１１の深さＤが確実に設定される。同時に、電気抵抗溶接用電極１の構造が簡素化され、寸法的にもスリム化される。

上述のように、本発明の電気抵抗溶接用電極によれば、１つの電気抵抗溶接用電極により、部品を相手方の鋼板部品に溶接することと、複数の鋼板部品をスポット溶接で一体化することが可能となる。したがって、自動車の車体溶接工程や、家庭電化製品の板金溶接工程などの広い産業分野で利用できる。

１ 電気抵抗溶接用電極
３ 電極
４ 絶縁筒
８ 押圧面
９ 絶縁端面
１０ 絶縁筒の内面
１１ 収容凹部
１３ ガイド孔
１４ 突起部材
１５ 圧縮コイルスばね
１６ 永久磁石
２１ 固定電極
２２ 鋼板部品
２３ 鋼板部品
２７ 溶着箇所
２８ 溶着箇所
５０ プロジェクションナット、部品
Ｄ 収容凹部の深さ
Ｃ 空隙

Claims (1)

1. 絶縁材料で構成された絶縁筒内に断面円形の細長い部材で形成された電極が電極軸線方向に摺動可能な状態で挿入され、
   電極の端面に形成されている押圧面が絶縁筒の端面に形成されている絶縁端面よりも後退した箇所に位置づけられていることにより、押圧面と絶縁筒の内面が収容凹部を形成するように構成し、
   押圧面と絶縁端面によって設定される収容凹部の深さは、収容凹部に収容された部品が押圧面に密着した状態において絶縁端面から突出するように設定され、
   収容凹部の深さを所定値に設定するために、押圧面に対する絶縁筒の進出距離を所定長さに設定するストッパ手段が設けられているとともに、絶縁筒に進出力を付与する付勢部材が設けられており、
   溶接態様は、収容凹部に収容された部品を相手方の鋼板部品に溶接する部品溶接態様と、複数の鋼板部品を重合させて絶縁端面と押圧面が鋼板部品の表面を加圧した状態で鋼板部品を溶接するスポット溶接態様とされていることを特徴とする電気抵抗溶接用電極。

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