JP6171185B2 - スポット溶接機の下部電極装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板とボルトを溶接するスポット溶接機において、軸部の長さが規格外のボルトがセットされた場合に、その不良を的確に検出することができるスポット溶接機の下部電極装置に関するものである。

従来から、鋼板にボルトを溶接したパネル等の自動車部品を製作するのにスポット溶接機が広く用いられている。このスポット溶接機は、鋼板の孔内にボルトの軸部を挿通した状態で上下電極間にセットして加圧・通電することにより、被溶接物である鋼板とボルトの抵抗熱を利用して溶融接着するものである。なお、前記ボルトは自動供給されて、自動的かつ連続的に溶接処理が行われるのが普通である。

このとき、規格通りのボルトのみが供給されていれば問題を生じることなく溶接処理されるが、例えば、軸部の長さが正規のものよりも短かいものや長いものが供給される場合がある。そのような規格外のボルトが供給されて、そのまま溶接処理が実行されると、鋼板から突出するボルトの軸部の長さが短かったり、長過ぎたりして不良品の自動車部品が提供されることになる。この結果、車両組み立て工程において、他部品との正確な係合ができず不良品となり、生産効率を著しく低下させるという問題を生じた。

一方、本件出願人は特許文献１〜３に示すように、鋼板へのナットのセット不良検出装置を開発し実用に供している。これら特許文献１〜３に記載したセット不良検出装置は、いずれも下部電極２の中心部を上下動する位置決め用センターピンの位置変位量を測定することでナットのセット不良の検出を行うものである。
しかしながら、特許文献１〜３に記載のセット不良検出装置では、センターピンをナットの孔部に挿通することで正確なセット状態か否かを測定するため、中心に孔部のないボルトに適用することはできなかった。従って、軸部の長さが規格外のボルトがセットされた場合に、その不良を的確に検出することができる電極装置の開発が必要であった。

特開２００６−２１２２６号公報 特開２０１１−１６１５０２号公報 特開２０１３−６１９２号公報

本発明は上記のような問題点を解決して、鋼板とボルトを溶接するスポット溶接機において、軸部の長さが規格外のボルトがセットされた場合に、その不良を的確に検出することができ、また、簡単な部品交換により軸部の長さが種々のボルトに対応させることができ、また、溶接処理時に塵やスパッタ等がボルトの軸部に付着するのを防止することができるスポット溶接機の下部電極装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するためになされた本発明のスポット溶接機の下部電極装置は、上部電極と下部電極の間に鋼板とボルトを挟持し、加圧・通電して溶接を行うようにしたスポット溶接機の下部電極装置であって、前記下部電極のストレートホルダー上端部には、ボルトの軸部を挿通する孔部を設けた電極ボディと、この電極ボディの下部で前記孔部に案内されて上下動する軸部載置部材を装着するとともに、この軸部載置部材を電極ボディの孔部内を上下動する小径筒部と、ストレートホルダー内を上下動する大径筒部からなり、前記小径筒部の長さの異なる軸部載置部材を選択することで、軸部の長さが多種類のボルトに対応できるように構成し、また、前記ストレートホルダー下端部には、前記軸部載置部材の移動量を検出するポテンショメータを直線状に連設して、ポテンショメータの検出用シャフトを軸部載置部材と直線状に配置し、前記電極ボディに正規のボルトをセットして加圧した時の位置を基準点とし、ポテンショメータの測定値が基準点から閾値を超えるか否かを判定することにより、セットされたボルトの良否を判定するようにしたことを特徴とするものである。

前記軸部載置部材は、スプリングにより弾発されて常に上方向に付勢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。

電極ボディの上面は、中央に孔部を設けた円板状のチップで覆われており、このチップがキャップにより固定されているものが好ましく、これを請求項３に係る発明とする。

前記ストレートホルダー内にはエア供給口より常時エアが流入されており、溶接時に軸部載置部材が下降した際、前記エアが電極ボディの孔部内に流出されて塵やスパッタを吹き飛ばし、ボルトの軸部に付着しないように構成されていることが好ましく、これを請求項４に係る発明とする。

請求項１に係る発明では、上部電極と下部電極の間に鋼板とボルトを挟持し、加圧・通電して溶接を行うようにしたスポット溶接機の下部電極装置であって、前記下部電極のストレートホルダー上端部には、ボルトの軸部を挿通する孔部を設けた電極ボディと、この電極ボディの下部で前記孔部に案内されて上下動する軸部載置部材を装着し、また、前記ストレートホルダー下端部には、前記軸部載置部材の移動量を検出するポテンショメータを直線状に連設して、ポテンショメータの検出用シャフトを軸部載置部材と直線状に配置し、前記電極ボディに正規のボルトをセットして加圧した時の位置を基準点とし、ポテンショメータの測定値が基準点から閾値を超えるか否かを判定するようにしたので、ボルト軸部の長さを高精度に測定でき、セットされたボルトの良否を的確に判定することができる。
また、前記軸部載置部材は、電極ボディの孔部内を上下動する小径筒部と、ストレートホルダー内を上下動する大径筒部からなり、前記小径筒部の長さの異なる軸部載置部材を選択することで、軸部の長さが多種類のボルトに対応できるように構成されているので、軸部載置部材を交換するだけで多種類のボルトに対応することができる。

請求項２に係る発明では、軸部載置部材は、スプリングにより弾発されて常に上方向に付勢されているので、常に軸部載置部材を正確な位置にセットして高精度な測定を可能としている。

請求項３に係る発明では、電極ボディの上面は、中央に孔部を設けた円板状のチップで覆われており、このチップがキャップにより固定されているので、溶接処理で摩耗が生じてもチップの交換のみで簡単、かつ安価に新品の状態に戻すことができる。

また、請求項４に係る発明では、ストレートホルダー内にはエア供給口より常時エアが流入されており、溶接時に軸部載置部材が下降した際、前記エアが電極ボディの孔部内に流出されて塵やスパッタを吹き飛ばし、ボルトの軸部に付着しないように構成されているので、溶接処理に伴い塵やスパッタがボルトの軸部に付着するのを防止でき、品質の高い溶接を保証することができる。

本発明の実施の形態を示す概略図である。 下部電極の要部を示す断面図である。 正規のボルトをセットした状態を示す下部電極の断面図である。 図３のボルトを加圧した状態を示す下部電極の断面図である。 軸部の長い不良ボルトをセットした状態を示す下部電極の断面図である。 図５のボルトを加圧した状態を示す下部電極の断面図である。 軸部の短い不良ボルトを加圧した状態を示す下部電極の断面図である。

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。
図１は、本発明に係るスポット溶接機の下部電極装置の概略説明図で、図中、１は下部電極、２は上部電極（図４を参照）であり、上部電極２と下部電極１の間に鋼板（Ｗ１）とボルト（Ｗ２）を挟持し、加圧・通電して溶接を行うものである。また、図において、３は下部電極１のストレートホルダー、４はポテンショメータ（後述する）のケース、５は下部電極支持用のステッキで、これらは直線状に連結されている。

前記ストレートホルダー３の上端部には、被溶接物であるボルト（Ｗ２）の軸部２１を挿通する孔部６ａを設けた電極ボディ６が装着されている。また、この電極ボディ６の下部には、前記孔部６ａに案内されて上下動する軸部載置部材７が装着されている。一方、前記ストレートホルダー３の下端部には、前記軸部載置部材７の移動量を検出するポテンショメータ８が連設されており、セットされたボルト（Ｗ２）の良否を判定するように構成されている。
この良否の判定は、前記電極ボディ６に正規のボルトをセットして加圧した時の位置を基準点とし、ポテンショメータ８の測定値がこの基準点から閾値を超えるか否かを判定することにより行う。

前記ポテンショメータ８としては、一般的な直動可変抵抗式のものを用いることができる。これは、検出用シャフト８ａの基端に銅や銅合金などの良導体で構成した接触子が取り付けられていて、この接触子が筐体内に並列に配列された２つの抵抗体を導通させ、そのときの分圧を測定して下降位置を検出するものであり、溶接時に発生する磁界の影響を受けることなく、正確に上下方向の位置を検出することができる。

前記検出用シャフト８ａの先端部は、スプリング９により弾発されて常に上方向に付勢されている。更に、検出用シャフト８ａの先端部は、ストレートホルダー３内に配置したロッド１０を介して軸部載置部材７の底面に連結されている。この結果、前記軸部載置部材７は、スプリング９により弾発されて常に上方向に付勢された状態となっている。なお、ロッド１０の先端は丸みを帯びた形状となっており、円滑な接触ができる構造となっている。

また、図２に示すように、前記軸部載置部材７は、電極ボディ６の孔部６ａ内を上下動する小径筒部７ａと、ストレートホルダー３内を上下動する大径筒部７ｂから構成されている。このような形状とすることにより、前記小径筒部７ａの長さの異なる軸部載置部材７を選択して、軸部２１の長さが異なる多種類のボルト（Ｗ２）に対応できる構成となっている。この点については後述する。
なお、図において、７ｃは小径筒部７ａと大径筒部７ｂの段部、１１は軸部載置部材７と電極ボディ６との気密性を保持するためのパッキンである。

前記電極ボディ６の上面は、中央に孔部を設けた円板状のチップ１２で覆われており、このチップ１２はキャップ１３により固定された構造となっている。これにより、溶接処理を繰り返してチップ１２の表面に摩耗が生じてもチップ１２の交換のみで簡単、かつ安価に新品の状態に戻すことができる。
また、電極ボディ６の孔部６ａ内には窒化珪素からなり絶縁性を有する筒状のスリーブ１４が嵌入されている。

また、図１において、１５は電気配線用のケーブルグランドであり、１６は不良検出手段である。
この不良検出手段１６は、被溶接物を正規の状態でセットして加圧したときの下部電極１の位置を基準点（ゼロ点）とした場合に、この基準点（ゼロ点）から所定の閾値を超えるか否かを判定し、ポテンショメータ８の測定値が基準点から閾値を超えるか否かを判定し、閾値を超えたときに不良信号を発するよう構成されている。この点については、後で説明する。

また、前記不良検出手段１６は、制御部（図示せず）に収納されている。この制御部には、その他、鋼板やボルト等の被溶接物の供給制御器や、電極を冷却する循環水の給制御器や、被溶接物を挟持し加圧・通電するタイミングを調整する制御器や、前記不良検出手段１６の不良信号を受信して不良品の排出を指示する制御器など各種の制御器が収納されている点は従来と同様である。

前記ストレートホルダー３内には、エア供給口１７より常時エアが流入されており、溶接時に軸部載置部材７が下降するとパッキン１１による気密性が解除され、前記エアが電極ボディ６の孔部内に流出されて塵やスパッタを吹き飛ばし、ボルトの軸部に付着しないように構成されている。
一方、溶接終了後は、軸部載置部材７がスプリング９により弾発されて上方向に付勢された状態となり、かつパッキン１１により軸部載置部材７と電極ボディ６との気密性が保持されることとなる。なお、１８はストレートホルダー３の下端部を密封して、前記エアが下部より流出するのを防止するためのパッキンである。

以下に、被溶接物のセット不良の検出工程について説明する。
図３は、鋼板（Ｗ１）と正規の軸部２１の長さを有するボルト（Ｗ２）を下部電極１にセットした状態を示している。この状態では、上部電極２は下降しておらず、また軸部載置部材７は上方向に付勢された状態となっており、ボルトの軸部２１が軸部載置部材７の先端に乗っているだけである。この状態で、ボルトの頭部が鋼板表面より所定の隙間ｄ（例えば、約４ｍｍ）が生じるように、小径筒部７ａの長さを特定した軸部載置部材７を用いる。

次に、図４に示すように、上部電極２を下降してボルトに接触させた後、更に隙間ｄ分だけ下降させボルトの頭部を加圧する。この状態では、ボルトの頭部と鋼板表面とが密着し、通電すれば両者は即座に溶接されることとなる。この上部電極２の下降に伴い、ロッド１０も隙間ｄ分だけ下降し、更に、ポテンショメータ８の検出用シャフト８ａの位置も所定位置まで下降することとなる。そして、この時の検出用シャフト８ａの位置を基準点（ゼロ点）としてセッティングする。

一方、軸部２１が正規の長さよりも長かったり、短かったりした場合に不良として識別するための閾値をセッティングする。この閾値は、鋼板のウネリや寸法誤差等を考慮して、例えば、約０．２〜０．５ｍｍ程度に設定するが、任意に設定できることは勿論である。即ち、ポテンショメータ８の測定値がプラスマイナスのいずれかに閾値を超えた場合は、軸部２１が正規の長さよりも長い、あるいは短いと判断し不良信号を出力する構成となっている。

図５は、正規の軸部２１よりもｈ（閾値よりも大きい値）だけ長いボルト（Ｗ２）を下部電極１にセットした状態を示している。この状態では、上部電極２は下降しておらず、また軸部載置部材７は上方向に付勢された状態となっており、ボルトの軸部２１が軸部載置部材７の先端に乗っているだけであるので、ボルトの頭部は鋼板表面より（ｄ＋ｈ）の長さ分だけ飛び出している。

次に、図６に示すように、上部電極２を下降してボルトに接触後、更にボルトの頭部と鋼板表面とが密着するまで上部電極２を下降する。この時の検出用シャフト８ａは基準点（ゼロ点）を通り越して、更にｈ分だけ下降することとなる。即ち、ポテンショメータ８の測定値はプラスｈ（閾値よりも大きい）となる。
この測定値は、不良検出手段１６で閾値と比較される。この場合は、ｈが閾値よりも大きい値であるので、閾値を超えるとして即座に不良信号が発信され、溶接処理は行われずに不良品の排出信号が発信されることとなる。

図７は、正規の軸部２１よりも短いボルト（Ｗ２）を下部電極１にセットした状態を示している。図示のものでは、軸部２１が短くて上部電極２は頭部に接触後、全く下降しないため、ポテンショメータ８の測定値はマイナスｄとなり、溶接処理は行われずに不良品の排出信号が発信されることとなる。また、上部電極２が頭部に接触後に僅かだけ下降した場合も、ポテンショメータ８の測定値はマイナス値が閾値よりもマイナス側に大きい値となるので、閾値を超えると判断し、排出信号が発信される。

このように、本発明では電極ボディに正規のボルトをセットして加圧した時の位置を基準点とし、ポテンショメータの測定値が基準点からプラスマイナスの一定幅の閾値を超えるか否かを判定することにより、セットされたボルトの良否を判定するようにしたので、ボルトの軸部が正規の長さよりも所定以上に長いものと短かいものの双方について、高精度に検出することができるという効果を奏する。
また、溶接時に軸部載置部材が下降した際、エアが電極ボディの孔部内に流出される構造となっているので、塵やスパッタが吹き飛ばされてボルトの軸部に付着することがなく、また、電極も冷却されて寿命を長くすることができる。更に、軸部載置部材を変更すれば種々の軸部長さのボルトに対応することができ、また上部のチップ交換のみ行えば電極を新品の状態に保持することができるという種々の効果を奏する。

１ 下部電極
２ 上部電極
３ ストレートホルダー
４ ケース
５ ステッキ
６ 電極ボディ
６ａ 孔部
７ 軸部載置部材
７ａ 小径筒部
７ｂ 大径筒部
７ｃ 段部
８ ポテンショメータ
８ａ 検出用シャフト
９ スプリング
１０ ロッド
１１ パッキン
１２ チップ
１３ キャップ
１４ スリーブ
１５ ケーブルグランド
１６ 不良検出手段
１７ エア供給口
１８ パッキン
２１ 軸部
ｄ 所定の隙間
Ｗ１ 鋼板
Ｗ２ ボルト

Claims (4)

1. 上部電極と下部電極の間に鋼板とボルトを挟持し、加圧・通電して溶接を行うようにしたスポット溶接機の下部電極装置であって、前記下部電極のストレートホルダー上端部には、ボルトの軸部を挿通する孔部を設けた電極ボディと、この電極ボディの下部で前記孔部に案内されて上下動する軸部載置部材を装着するとともに、この軸部載置部材を電極ボディの孔部内を上下動する小径筒部と、ストレートホルダー内を上下動する大径筒部からなり、前記小径筒部の長さの異なる軸部載置部材を選択することで、軸部の長さが多種類のボルトに対応できるように構成し、また、前記ストレートホルダー下端部には、前記軸部載置部材の移動量を検出するポテンショメータを直線状に連設して、ポテンショメータの検出用シャフトを軸部載置部材と直線状に配置し、前記電極ボディに正規のボルトをセットして加圧した時の位置を基準点とし、ポテンショメータの測定値が基準点から閾値を超えるか否かを判定することにより、セットされたボルトの良否を判定するようにしたことを特徴とするスポット溶接機の下部電極装置。
2. 軸部載置部材は、スプリングにより弾発されて常に上方向に付勢されている請求項１に記載のスポット溶接機の下部電極装置。
3. 電極ボディの上面は、中央に孔部を設けた円板状のチップで覆われており、このチップがキャップにより固定されている請求項１または２に記載のスポット溶接機の下部電極装置。
4. ストレートホルダー内にはエア供給口より常時エアが流入されており、溶接時に軸部載置部材が下降した際、前記エアが電極ボディの孔部内に流出されて塵やスパッタを吹き飛ばし、ボルトの軸部に付着しないように構成されている請求項１〜３のいずれかに記載のスポット溶接機の下部電極装置。