JP6718181B1

JP6718181B1 - 片側加熱装置

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Publication number: JP6718181B1
Application number: JP2019087258A
Authority: JP
Inventors: 善昭岩本; 修平佐伯
Original assignee: Dengensha Toa Co Ltd
Current assignee: Dengensha Toa Co Ltd
Priority date: 2019-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2039-05-07
Also published as: WO2020225927A1; EP3760361A1; EP3760361B1; US11498151B2; EP3760361A4; CA3077783A1; JP2020182956A; US20210138575A1; CA3077783C

Abstract

【課題】電極の接触部をワークに適正に接触させることができる片側加熱装置を提供する。【解決手段】片側からワークを加熱する一対の電極２Ａ，２Ｂを備えた片側加熱装置１であって、ベース部３と、ワークと一方向に連続又は断続して接触する接触部４を有した電極２Ａ，２Ｂと、電極２Ａ，２Ｂを固定する電極ホルダ５と、ベース部３と電極ホルダ５との間で設けられ、電極２Ａ，２Ｂがワークから受ける反力により、接触部４の延設方向と直交する軸線Ｏ１回りに電極ホルダ５を傾動させる四節リンク機構７と、を備え、四節リンク機構７は、電極ホルダ５側の第一節がベース部３側の第二節よりも短く、かつ第三節と第四節とが互いに等長に構成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、片側加熱装置に関する。

溶接装置の従来例として、特許文献１に記載のものが挙げられる。特許文献１には、下端に電極が取り付けられたガン取付ブロックを、アーチ状のガイドレールに沿って円弧状にスライドさせる技術が記載されている。ガン取付ブロックのスライド位置はモータの駆動により制御される。

特開昭６２−１５８５７７号公報

片側からワークを加熱する一対の電極を備えた片側加熱装置として、ワークと線状に接触する線接触部を有した電極を備えたものがある。この種の電極は、線接触部がワークの表面に対して斜めに当接すると、点接触となって加熱不良が生じやすい。特許文献１の技術は、モータの制御によって電極の位置を制御するものであり、電極の線接触部をワークに精度良く線接触させることが難しい。

電極がワークから受ける反力により電極の取付部を従動的に揺動させることで電極を回転させ、線接触部をワークの表面に線接触させる構造も知られている。しかしながら、従来のこの構造は、揺動中心すなわち電極の回転中心が電極から上方に離間しているため、線接触部の延設方向の回転変位が大きくなる。当該方向の回転変位が大きいと、線接触部の一端がワークの表面を滑らずに引っ掛かってしまい、点接触のままとなるおそれがある。

本発明は、このような問題を解決するためのものであり、電極の接触部をワークに適正に接触させることができる片側加熱装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、片側からワークを加熱する一対の電極を備えた片側加熱装置であって、ベース部と、前記ワークと一方向に連続又は断続して接触する接触部を有した前記一対の電極と、前記一対の電極を固定する電極ホルダと、前記ベース部と前記電極ホルダとの間で設けられ、前記電極が前記ワークから受ける反力により、前記一方向と直交する軸線回りに前記電極ホルダを傾動させる四節リンク機構と、を備え、前記四節リンク機構は、電極ホルダ側の第一節がベース部側の第二節よりも短く、かつ第三節と第四節とが互いに等長であることを特徴とする。

本発明によれば、次の作用・効果を奏する
接触部がワークの表面に対し斜めとなって接触部の一端が点接触で当接したとき、電極の回転中心は接触部の近傍に位置しているため、接触部の一端の変位はほぼ加圧方向である上下方向の変位のみとなる。これにより、接触部の一端がワークの表面に引っ掛かること無く、接触部とワークとが適正に接触する。

本発明によれば、電極の接触部をワークに適正に接触させることができる。

電極の外観斜視図である。ワークの表面に一対の電極を当てて加熱する様子を示した平面図である。ワークの表面に一対の電極を当てて加熱する様子を示した側断面図である。第１実施形態の片側加熱装置の正面図である。図４におけるV−V断面図である。第１実施形態の片側加熱装置の外観斜視図である。第１実施形態の四節リンク機構の作用説明図である。従来の電極の傾動機構の作用説明図である。第２実施形態の片側加熱装置の側面図である。第２実施形態の片側加熱装置の正面図である。図９におけるXI−XI断面図である。図１０におけるXII−XII断面図である。第２実施形態の片側加熱装置の外観斜視図である。第２実施形態のカム機構の作用説明図である。

以下、本発明の片側加熱装置について２つの実施形態を説明する。以下の説明で上下方向とは、ベース部が上方に位置し電極が下方に位置した状態での方向をいうものとする。

先ず、電極の形状例とワークの接合原理について説明する。本発明の片側加熱装置は、片側からワークを加熱する一対の電極を備えている。一対の電極は互いに同じ形状である。図１に電極の接触部の違いによる２つの形状例を挙げる。図１（ａ）に示す電極２Ａは、矩形状の平板形状を呈している。電極２Ａの下端には厚み方向に傾斜する傾斜面２０が形成されており、傾斜面２０の最下端がワークに接触する接触部４を構成する。接触部４は、一方向に沿って連続して形成されている。一方、図１（ｂ）に示す電極２Ａ_１は、接触部４が櫛型形状を呈している。つまり、接触部４が一方向に沿って断続して形成されている。

図２は、板状のワークＷ２の上に板状のワークＷ１を重ね、ワークＷ１の表面に一対の電極を当てて加熱する様子を示した平面図であり、図２（ａ）は図１（ａ）で示した電極２Ａの場合、図２（ｂ）は図１（ｂ）に示した櫛型の電極２Ａ_１の場合を示す。共に、一方の電極（それぞれ２Ａ，２Ａ_１とする）から他方の電極（それぞれ２Ｂ，２Ｂ_１とする）に電気が流れることで電極周りが加熱される。図２（ｂ）の櫛型の電極２Ａ_１，２Ｂ_１の場合、図２（ａ）に比して電極とワークの接触面積が小さくなるため、電流密度が高くなり、電極による吸熱が少なくなるため、ワークを加熱しやすくなるという利点がある。

図３は、ワークＷ２の上にワークＷ１を重ね、ワークＷ１の表面に一対の電極２Ａ，２Ｂを当てて加熱する様子を示した側断面図である。図３（ａ）は、ワークＷ１，Ｗ２が共に導体の場合、図３（ｂ）は、ワークＷ１が導体でワークＷ２が絶縁体の場合、図３（ｃ）は、ワークＷ１とワークＷ２の間に接着フィルムや熱硬化性樹脂系接着剤等の接着層Ｗ３を設けた場合を示す。

本発明の片側加熱装置は、導体から成るワークＷ１と導体又は絶縁体から成るワークＷ２を接合する装置であり、電極２Ａ,２ＢをワークＷ１に加圧し、図３（ａ）に示すように、電極２ＡからワークＷ１とワークＷ２を介して電極２Ｂに電気を流すことにより、又は図３（ｂ）に示すように電極２ＡからワークＷ１を介して電極２Ｂに電気を流すことにより、ジュール熱を発生させる装置である。これにより、片側加熱装置１は、図３（ａ）のように、ワークＷ１とワークＷ２とを直接接合する。または、片側加熱装置１は、図３（ｂ）のようにワークＷ１の加熱によりワークＷ２の表面を溶かすことでワークＷ１とワークＷ２とを接合する。さらに、片側加熱装置１は、図３（ｃ）に示すように、ワークＷ１とワークＷ２の間に接着層Ｗ３をインサートした場合の接合が可能となる。また、接着層Ｗ３としてワークＷ１とワークＷ２の間に熱硬化性樹脂系の接着剤を塗布した場合の接合における接着剤の硬化時間の短縮を可能とする。
なお、以上の作用は電極２Ａ_１，２Ｂ_１の場合も同様である。

以下、電極２Ａ，２Ｂを用いた場合について説明するが、本発明は電極２Ａ_１，２Ｂ_１であってもよい。
「第１実施形態」
図４〜図７を参照して第１実施形態を説明する。片側加熱装置１は、ベース部３と、ワークＷ１（図７）と一方向に連続して線状に接触する接触部４を有した一対の電極２Ａ，２Ｂと、一対の電極２Ａ，２Ｂを固定する電極ホルダ５と、四節リンク機構７と、を備えている。

「ベース部３」
ベース部３は、ベースプレート１１とシリンダ１２とロッドホルダ１３とを備えている。ベースプレート１１は、ロボットアーム等の駆動体に図示しないボルトにより締結される平板状の部材である。シリンダ１２は、ベースプレート１１にボルト１４で締結され、前後一対のシリンダ室が形成されたシリンダケース１５と、シリンダケース１５の下部に取り付けられるシリンダカバー１６と、各シリンダ室に配置され、下端がシリンダカバー１６から下方に突出した前後一対のピストンロッド１７とを備えている。２つのシリンダ室は互いに上部の連通空間１８で連通している。連通空間１８にはグリスが封入されている。

ロッドホルダ１３は、扁平直方体形状を呈しており、各ピストンロッド１７の下端にボルト１９で締結されている。２つのピストンロッド１７は、上下にストロークすることで、電極２Ａと電極２ＢとがワークＷ１に当接した際に両者の間で生じた上下方向の位置ずれを吸収する。

「電極２Ａ，２Ｂ、電極ホルダ５」
電極２Ａ，２Ｂは、図１（ａ）で示したように、矩形状の平板形状を呈しており、傾斜面２０の最下端に接触部４が形成されている。図４〜図７に戻り、電極ホルダ５は、ベースプレート１１と面平行な略平板状の部材であり、前後一対に配置されている。電極ホルダ５の下面には、電極取付座５Ａが突設されている。電極２Ａと電極２Ｂとは、接触部４が互いに近接するように対向配置されて、各電極取付座５Ａにボルト２１で締結されている。なお、２つの電極ホルダ５の間には、左右一対の回り止め部材３７が設けられている。この回り止め部材３７により、ピストンロッド１７の鉛直軸回りの回転、すなわち電極２Ａ，２Ｂの鉛直軸回りの回転が阻止される。

「四節リンク機構７」
四節リンク機構７は、ベース部３と電極ホルダ５との間で設けられ、電極２Ａ，２ＢがワークＷ１から受ける反力により、接触部４の延設方向と直交する軸線Ｏ１回りに電極ホルダ５を傾動させる。四節リンク機構７は、ベース部３側に設けられる第１リンクベース２２と、電極ホルダ５側に設けられる第２リンクベース２３と、一対のリンク２４Ａ，２４Ｂとを備えている。

ロッドホルダ１３の下面には、絶縁板２５を挟んで直方体形状の第１リンクベース２２がボルト２６により締結されている。第１リンクベース２２には、下部が開口したリンク収容室２７が形成されている。電極ホルダ５の上面には、直方体形状の第２リンクベース２３が設けられている。本実施形態では、第２リンクベース２３は電極ホルダ５と一体に成形されているが、別部材であってもよい。第２リンクベース２３には、第１リンクベース２２のリンク収容室２７に対向するように、上部および左右が開口したリンク収容室２８が形成されている。

第１リンクベース２２には、リンク収容室２７を前後方向に貫通する左右一対のリンク軸２９，３０が設けられている。第２リンクベース２３には、リンク収容室２８を前後方向に貫通する左右一対のリンク軸３１，３２が設けられている。一方のリンク２４Ａはリンク軸２９とリンク軸３１とに軸支され、他方のリンク２４Ｂはリンク軸３０とリンク軸３２とに軸支されている。なお、本実施形態では図４に示すように電極２Ａ，２Ｂの回転可能角度θは±２．５°程度である。

以上により、四節リンク機構７は、図７に示すように、電極ホルダ５側に設けられるリンク軸３１，３２間の第一節３３と、ベース部３側に設けられるリンク軸２９，３０間の第二節３４と、リンク軸２９，３１間の第三節３５と、リンク軸３０，３２間の第四節３６の４つの節を有する。四節リンク機構７は、第一節３３の長さが第二節３４の長さよりも短く、かつ第三節３５と第四節３６とが互いに等長の関係にある。電極２Ａ，２Ｂの傾動中心である軸線Ｏ１は、概ね接触部４の中央に位置している。

「付勢手段８」
図４において、片側加熱装置１は、電極ホルダ５を待機位置に付勢する付勢手段８を備えている。待機位置とは、電極ホルダ５の接触部４が反力を受けていない状態の位置であり、すなわち接触部４が左右方向に沿って延びる位置である。付勢手段８は、左右一対の板ばね３８Ａ，３８Ｂで構成されている。板ばね３８Ａ，３８Ｂは、上端がボルト３９で第１リンクベース２２の左右側面に締結されている。板ばね３８Ａ，３８Ｂの下端は自由端として、第２リンクベース２３の左右側面を挟むことで電極ホルダ５を待機位置に付勢する。

「作用」
図７は、本実施形態の四節リンク機構７に関する図面であり、電極２Ａ，２Ｂが、ワークＷ１の表面に当接した際の作用説明図である。図８は、比較例として、電極２Ａ，２Ｂの回転中心ｐが上方に離れて位置した従来構造の作用説明図である。図８において、接触部４がワークＷ１の表面に対し斜めとなって右端７０が点接触で当接すると、ワークＷ１からの反力により、電極２Ａ，２Ｂは仮想線の状態から実線の状態のように図における反時計回りに傾動しようとする。従来では回転中心ｐが接触部４から上方に離れて位置しているため、接触部４がワークＷ１と線状に接触するためには、ｘ軸方向に大きな変位量Ｘ１を要する。したがって、従来では、右端７０がワークＷ１の表面を滑らずに途中で引っ掛かり、接触部４の左端がワークＷ１の表面から浮いたままとなるおそれがあった。

これに対し、図７の四節リンク機構７によれば、右端７０がワークＷ１から反力を受けると、四節リンク機構７が板ばね３８Ａ（図１）の付勢力に抗して仮想線の状態から実線の状態のように動作する。このとき、リンク軸３１はリンク軸２９を回転中心として左側下方に向けて回転移動し、リンク軸３２はリンク軸３０を回転中心として左側上方に向けて回転移動する。これにより、第一節３３は、全体的に左側に変位しつつも、リンク軸３１の方がリンク軸３２よりも下方に変位した左下がりの状態、つまり第一節３３の下側が右側に向くように傾斜した状態となる。この第一節３３の下側が右側に向くように傾斜した状態になると、第一節３３と下方で平行関係にある接触部４は右側に変位しようとするが、第一節３３全体は左側に変位しているので接触部４も左側に変位しており、接触部４においては左右の変位が互いに相殺される。これにより、右端７０にｘ軸方向の変位はほとんど生じず、僅かなｙ軸方向（上下方向）の変位のみとなる。ｙ軸方向は加圧の向きであるから、右端７０がワークＷ１の表面に引っ掛かることが無く、接触部４がスムーズにワークＷ１と線状に接触する。

所定の加熱後、電極２Ａ，２ＢがワークＷ１から離れると、板ばね３８Ａ，３８Ｂの付勢力によって四節リンク機構７（図１）が動作して電極ホルダ５は待機位置に戻る。

以上のように、第１実施形態では、ベース部３と、接触部４を有した一対の電極２Ａ，２Ｂと、電極ホルダ５と、ベース部３と電極ホルダ５との間で設けられ、電極２Ａ，２ＢがワークＷ１から受ける反力により、接触部４の延設方向と直交する軸線Ｏ１回りに電極ホルダ２Ａ，２Ｂを傾動させる四節リンク機構７と、を備える構成とした。そして、四節リンク機構７は、電極ホルダ５側の第一節３３がベース部３側の第二節３４よりも短く、かつ第三節３５と第四節３６とが互いに等長であるものとした。
第１実施形態によれば、接触部４の一端がワークＷ１に点接触で当接したとき、電極２Ａ，２Ｂの傾動中心は接触部４の中央近傍に位置しているため、接触部４の一端の変位はほぼ上下方向の変位のみとなる。これにより、接触部４の一端がワークＷ１の表面に引っ掛かること無く、接触部４とワークＷ１とが適正に線状に接触する。

また、四節リンク機構７を用いることで、部品点数が少なく組み付け性に優れた構造となる。

電極ホルダ５を待機位置に付勢する付勢手段８を備えることで、電極２Ａ，２Ｂを容易に元の中立位置に戻すことができる。また、電極２Ａ，２Ｂを安定してワークＷ１に当接させることができる。

「第２実施形態」
図９〜図１４を参照して第２実施形態を説明する。
第２実施形態の片側加熱装置１は、ベース部３と、接触部４を有した一対の電極２Ａ，２Ｂと、一対の電極２Ａ，２Ｂを固定する電極ホルダ５と、カム機構９と、を備えている。

「ベース部３」
ベース部３の構成は第１実施形態と同じであるので、同一の符号を付してその説明は省略する。

「電極２Ａ，２Ｂ、電極ホルダ５」
電極２Ａ，２Ｂの構成も第１実施形態と同じであるので、同一の符号を付してその説明は省略する。電極ホルダ５の構成も、第１実施形態の第２リンクベース２３が形成されていない点を除いて第１実施形態と同じであるので、同一の符号を付してその説明は省略する。

「カム機構９」
カム機構９は、ベース部３と電極ホルダ５との間で設けられ、電極２Ａ，２ＢがワークＷ１から受ける反力により、接触部４の中央を通り接触部４の延設方向と直交する軸線Ｏ２回りに電極ホルダ２Ａ，２Ｂを傾動させる。カム機構９は、軸線Ｏ２回りの円弧面からなるカム面４０が形成されたカムプレート４１と、カム面４０に当接するローラフォロア４２Ａ，４２Ｂとを備えている。

ロッドホルダ１３の下面には、前後方向を板厚方向としたカムプレート４１がボルト４３により締結されている。カムプレート４１の下面には、接触部４の中央に位置する軸線Ｏ２回りの円弧面からなるカム面４０が形成されている。

電極ホルダ５の上面には絶縁板４４を挟んでナックル４５がボルト４６により締結されている。ナックル４５は略直方体形状を呈しており、上部および左右が開口したカム収容室４７が形成されている。ローラフォロア４２Ａ，４２Ｂは、カム収容室４７の下部寄りで前後方向に貫通する左右一対のカム軸４８，４９に回転自在に軸支されている。そして、カムプレート４１がカム収容室４７の上部に挿入されることで、カム面４０とローラフォロア４２Ａ，４２Ｂとが当接している。ローラフォロア４２Ａ，４２Ｂは、それぞれカム面４０の左端寄り、右端寄りに当接している。

カムプレート４１にナックル４５を重量支持させるため、カムプレート４１には軸線Ｏ２回りの円弧状の長孔５０が設けられている。一方、ナックル４５にはローラブラケット５１を介し、前後方向に延びるヒンジピン５２が設けられている。ヒンジピン５２には長孔５０内に位置するように軸受等のローラフォロア５３が回転自在に軸支されている。ナックル４５には、ローラブラケット５１の一部とヒンジピン５２の先端とを配置させる逃げ孔５４が形成されている。

以上により、ナックル４５はローラフォロア５３の下端が長孔５０の下部の孔面に当接することで重量支持されるとともに、ローラフォロア５３が円弧状の長孔５０内で軸線Ｏ２を中心に移動することで、ローラフォロア４２Ａ，４２Ｂはカム面４０上を問題なく転動する。

前後一対のナックル４５，４５間には、左右一対の回り止め部材５５が設けられている。この回り止め部材５５により、ピストンロッド１７の鉛直軸回りの回転、すなわち電極２Ａ，２Ｂの鉛直軸回りの回転が阻止される。

「付勢手段８」
第２実施形態の片側加熱装置１も、電極ホルダ５を待機位置に付勢する付勢手段８を備えている。第２実施形態の付勢手段８は、左右一対のコイルばね５６Ａ，５６Ｂで構成されている。ナックル４５の左右側面には、サイドカバー５７がボルト５８により締結されている。コイルばね５６Ａ，５６Ｂは、それぞれ一端がサイドカバー５７に取り付けられ、他端がカムプレート４１の左右側面に穿設されたばね収容穴５９に挿入されている。

第２実施形態の片側加熱装置１は以上の構成からなり、図１４に示すように、電極２Ａ，２Ｂの右端７０がワークＷ１から反力を受けると、ローラフォロア４２Ａ，４２Ｂがコイルばね５６Ｂ（図１１）の付勢力に抗して、仮想線の状態から実線の状態のようにカム面４０を左側に向けて転動することで、電極２Ａ，２Ｂが軸線Ｏ２回りに傾動する。軸線Ｏ２は接触部４の中央に位置しているため、右端７０にｘ軸方向の変位はほとんど生じず、僅かなｙ軸方向（上下方向）の変位のみとなる。ｙ軸方向は加圧の向きであるから、右端７０がワークＷ１の表面に引っ掛かることが無く、接触部４がスムーズにワークＷ１と線状に線接触する。

所定の加熱後、電極２Ａ，２ＢがワークＷ１から離れると、コイルばね５６Ａ，５６Ｂの付勢力によってローラフォロア４２Ａ,４２Ｂが元の位置に戻り、電極ホルダ５は待機位置に戻る。

以上のように、第２実施形態では、ベース部３と、接触部４を有した一対の電極２Ａ，２Ｂと、電極ホルダ５と、ベース部３と電極ホルダ５との間で設けられ、電極２Ａ，２ＢがワークＷ１から受ける反力により、接触部４の中央を通り接触部４の延設方向と直交する軸線Ｏ２回りに電極ホルダ２Ａ，２Ｂを傾動させるカム機構９と、を備える構成とした。そして、カム機構９は、軸線Ｏ２回りの円弧面からなるカム面４０が形成されたカムプレート４１と、カム面４０に当接するローラフォロア４２Ａ,４２Ｂとを備えるものとした。
第２実施形態によれば、接触部４の一端がワークＷ１に点接触で当接したとき、電極２Ａ，２Ｂの傾動中心は接触部４の中央に位置しているため、接触部４の一端の変位はほぼ上下方向の変位のみとなる。これにより、接触部４の一端がワークＷ１の表面に引っ掛かること無く、接触部４とワークＷ１とが適正に線状に接触する。

また、カム機構９を用いることで、組み付け性に優れた構造となる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明した。実施形態では、２つのピストンロッド１７を備えて電極２Ａ，２Ｂをそれぞれ単独で上下動可能とし、電極２Ａ、２Ｂのそれぞれに対応するように一対の四節リンク機構７またはカム機構９を設けたが、場合によっては、１つの四節リンク機構７またはカム機構９で電極２Ａ，２Ｂの調整をまとめて行うようにしてもよい。

１片側加熱装置
２Ａ，２Ｂ電極
３ベース部
４接触部
５電極ホルダ
７四節リンク機構
８付勢手段
９カム機構
２４Ａ，２４Ｂリンク
４０カム面
４１カムプレート
４２Ａ，４２Ｂローラフォロア
Ｗ１，Ｗ２ワーク

Claims

片側からワークを加熱する一対の電極を備えた片側加熱装置であって、
ベース部と、
前記ワークと一方向に連続又は断続して接触する接触部を有した前記一対の電極と、
前記一対の電極を固定する電極ホルダと、
前記ベース部と前記電極ホルダとの間で設けられ、前記電極が前記ワークから受ける反力により、前記一方向と直交する軸線回りに前記電極ホルダを傾動させる四節リンク機構と、
を備え、前記四節リンク機構は、電極ホルダ側の第一節がベース部側の第二節よりも短く、かつ第三節と第四節とが互いに等長であることを特徴とする片側加熱装置。
片側からワークを加熱する一対の電極を備えた片側加熱装置であって、
ベース部と、
前記ワークと一方向に連続又は断続して接触する接触部を有した前記一対の電極と、
前記一対の電極を固定する電極ホルダと、
前記ベース部と前記電極ホルダとの間で設けられ、前記電極が前記ワークから受ける反力により、前記接触部の中央を通り前記一方向と直交する軸線回りに前記電極ホルダを傾動させるカム機構と、
を備え、前記カム機構は、前記軸線回りの円弧面からなるカム面が形成されたカムプレートと、前記カム面に当接するローラフォロアとを備えることを特徴とする片側加熱装置。
前記電極ホルダを待機位置に付勢する付勢手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の片側加熱装置。