JP6931692B2 - 抵抗溶接装置における抵抗検出手段の接続構造と、抵抗溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層された複数個の金属製ワークに対して抵抗溶接を行う際の抵抗溶接装置における抵抗検出手段の接続構造と、抵抗溶接方法に関する。

抵抗溶接は、積層された複数個の金属製ワーク同士を接合する手法として広汎に採用されている。具体的には、抵抗溶接装置は第１電極と第２電極を備え、これら第１電極と第２電極の間に複数個の金属製ワークを挟むとともに、第１電極と第２電極によって金属製ワークを押圧する。この状態で、第１電極と第２電極の間に溶接電流を流す。この通電の際、金属製ワーク同士の抵抗に基づいて生じるジュール熱により、金属製ワーク同士が溶融する。

周知の通り、ジュール熱の値は、溶接電流や金属製ワーク同士の抵抗に基づいて算出される。そこで、抵抗溶接に先んじ、スパッタ等を発生させることなく金属製ワークを溶融させることが可能な範囲内となるようにジュール熱を調節するべく、積層された金属製ワークの抵抗が検出（測定）される。抵抗溶接時には、その検出値に基づいて設定された値の溶接電流が供給される。

抵抗の測定方法としては、特許文献１に記載されたものが知られている。この場合、先ず、第１電極と第２電極を直接接触させて両電極間の電気抵抗（オフセット抵抗値）を求める。次に、第１電極と第２電極の間に金属製ワークを挟み、この状態で、第１電極から第２電極までの電気抵抗（総抵抗値）を求める。そして、総抵抗値からオフセット抵抗値を差し引いて算出される値を、金属製ワークの抵抗値と評価する。

特開２００７−５０４４２号公報

面積が比較的大である広大な金属製ワークの略中央部に抵抗溶接を行う場合があり得る。このようなときには、第１電極を支持する第１支持部材と、第２電極を支持する第２支持部材とが長尺な抵抗溶接装置が用いられる。この場合において、金属製ワークを挟んだ両電極の間で測定された抵抗値に基づく値の溶接電流で抵抗溶接を行うと、金属製ワーク同士の間に十分な接合力が得られないことがある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、抵抗溶接時に必要な溶接電流の値を精確に設定することが可能な抵抗溶接装置における抵抗検出手段の接続構造と、金属製ワーク同士の間に十分な接合力が得られる抵抗溶接方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、積層された複数個の金属製ワークの中の一方の最外に位置する第１最外ワークに接触する第１電極と、他方の最外に位置する第２最外ワークに接触する第２電極と、前記複数個の金属製ワークを挟んだ前記第１電極と前記第２電極の間に溶接電流を流すための交流電源とを備える抵抗溶接装置における抵抗検出手段の接続構造であって、
前記抵抗検出手段は、第１検出端子及び第２検出端子を有し、
前記第１検出端子が前記第１電極に接続され、
且つ前記第２検出端子が前記第２最外ワークに接続される、抵抗溶接装置における抵抗検出手段の接続構造が提供される。

また、本発明の別の一実施形態によれば、積層された複数個の金属製ワークの中の一方の最外に位置する第１最外ワークに接触する第１電極と、他方の最外に位置する第２最外ワークに接触する第２電極と、前記複数個の金属製ワークを挟んだ前記第１電極と前記第２電極の間に溶接電流を流すための交流電源とを備える抵抗溶接装置によって抵抗溶接を行う抵抗溶接方法であって、
第１検出端子及び第２検出端子を有する抵抗検出手段の、前記第１検出端子を前記第１電極に接続し、且つ前記第２検出端子を前記第２最外ワークに接続する接続工程と、
前記第１検出端子と前記第２検出端子との間の抵抗を検出する抵抗検出工程と、
前記第１電極と前記第２電極の間に溶接電流を流して抵抗溶接を行う溶接工程と、
を有する抵抗溶接方法が提供される。

本発明によれば、抵抗溶接装置における抵抗検出手段の第１検出端子を、積層体中の一方の最外ワークに接触する第１電極に接続する一方、第２検出端子を、前記積層体中の他方であって第２電極が接触する最外ワークに接続するようにしている。そして、このように接続された第１検出端子と第２検出端子との間の抵抗を検出するとともに、溶接電流を、その検出値に応じた値に設定する。これにより、積層された金属製ワークの抵抗を精確に評価することが可能となり、且つ抵抗溶接時に必要な溶接電流の値を精確に設定することが可能となる。従って、抵抗溶接の間にスパッタが飛散することが回避される。また、接合部が十分な接合力を示す接合品が得られる。

抵抗溶接装置を構成する溶接ガンと金属製ワークとの間に、第１実施形態に係る接続構造を形成した状態を模式的に示す要部概略構成図である。 第１実施形態に係る接続構造が形成された金属製ワークと溶接ガンの概略平面図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、抵抗溶接装置と金属製ワークとの間に従来技術に係る接続構造を形成した状態を模式的に示す要部概略構成図である。 第１実施形態の変形例に係る接続構造を形成した状態を模式的に示す要部概略構成図である。 抵抗溶接装置と金属製ワークとの間に第２実施形態に係る接続構造を形成した状態を模式的に示す全体概略構成図である。 第２実施形態の変形例に係る接続構造を形成した状態を模式的に示す全体概略構成図である。

以下、本発明に係る抵抗溶接方法につき、それを行う際に設けられる抵抗検出手段の接続構造との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

第１実施形態に係る接続構造につき、図１を参照し、抵抗溶接装置を構成する可搬式Ｘ型溶接ガン（以下、単に「溶接ガン」とも表記する）１０との関係で説明する。溶接ガン１０は第１電極１２と第２電極１４を備え、これら第１電極１２、第２電極１４は、それぞれ、第１アーム部材１６（第１支持部材）、第２アーム部材１８（第２支持部材）の先端に設けられる。

具体的には、第１アーム部材１６、第２アーム部材１８は長尺な柱状形状をなし、互いに対向するように延在する。第１電極１２は、第１アーム部材１６の先端の、第２アーム部材１８を臨む端面に設けられる。一方、第２電極１４は、第２アーム部材１８の先端の、第１アーム部材１６を臨む端面に設けられる。

第２アーム部材１８の、第１アーム部材１６を臨む端面には、その基端（第２電極１４が設けられた先端と反対側の端部）に回動用シリンダ２０が設けられる。該回動用シリンダ２０を構成する回動用ロッド２２の先端は、第１アーム部材１６の、第２アーム部材１８を臨む端面に連結される。さらに、第１アーム部材１６において、回動用ロッド２２との連結部と第１電極１２との間には、回動用ロッド２２側に偏倚するようにして第１リンク部材２４が設けられる。第１リンク部材２４は、第２アーム部材１８に向かって延在する。

その一方で、第２アーム部材１８において、回動用シリンダ２０と第２電極１４との間には、第１リンク部材２４に向かって延在する第２リンク部材２６が設けられる。第１リンク部材２４と第２リンク部材２６には挿通孔（図示せず）がそれぞれ形成されており、互いに重なり合った挿通孔に連結ピン２８が挿通される。

この構成において、回動用ロッド２２が前進（図１において上昇）すると、第１アーム部材１６の基端が第２アーム部材１８の基端から離間するとともに、第１アーム部材１６の先端及び第１電極１２が第２アーム部材１８の先端及び第２電極１４に接近するように回動する。すなわち、溶接ガン１０が閉状態となる。これに対し、回動用ロッド２２が後退（図１において下降）すると、第１アーム部材１６の基端が第２アーム部材１８の基端に接近するとともに、第１アーム部材１６の先端及び第１電極１２が第２アーム部材１８の先端及び第２電極１４から離間するように回動し、溶接ガン１０が開状態となる。いずれの場合においても、回動中心は連結ピン２８である。

溶接ガン１０は、さらに、抵抗検出手段としての溶接タイマ３０と、溶接電流の値を設定する制御回路３２と交流電源３４を含んで構成される溶接電源３６とを備える。溶接タイマ３０と溶接電源３６は信号配線３８を介して電気的に接続され、溶接電源３６と第１電極１２、第２電極１４は制御配線４０ａ、４０ｂを介して電気的に接続される。また、溶接タイマ３０は、信号配線４２ａ、４２ｂの各先端に設けられた第１検出端子４４、第２検出端子４６を有する。

抵抗溶接によって接合される金属製ワークにつき概略説明する。図１には、３個の金属製ワーク（例えば、鋼製部材）の平坦部位を積層して形成された積層体５０が示されている。すなわち、積層体５０は、一方の最外に位置する第１最外ワーク５２と、他方の最外に位置する第２最外ワーク５４と、これら第１最外ワーク５２と第２最外ワーク５４の間に介装される中間ワーク５６とを含む。第１最外ワーク５２、中間ワーク５６及び第２最外ワーク５４はいずれも、金属からなる金属製ワークであり、ある程度の磁性を示す。

このような積層体５０が、第１電極１２と第２電極１４に挟まれる。第１最外ワーク５２には第１電極１２が接触するとともに、第２最外ワーク５４には第２電極１４が接触する。

第１実施形態に係る接続構造は、主には溶接タイマ３０、第１電極１２、第２最外ワーク５４の間で形成される。すなわち、溶接タイマ３０は、上記したように第１検出端子４４、第２検出端子４６を有する。この中の第１検出端子４４は第１電極１２に電気的に接続されるとともに、第２検出端子４６は、第２最外ワーク５４に電気的且つ物理的に接続される。

図２は、接続構造が形成された積層体５０と溶接ガン１０の概略平面図である。図２に示すように、第２検出端子４６は、第１アーム部材１６と、これに対向する第２アーム部材１８に重ならないように、第２最外ワーク５４の、第１アーム部材１６及び第２アーム部材１８からオフセットされた位置に接続される。換言すれば、第２検出端子４６は、第２最外ワーク５４の、第１アーム部材１６と第２アーム部材１８の間に介在する部位以外の部位に接続される。

第１実施形態に係る接続構造は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、抵抗溶接方法との関係で説明する。

溶接ガン１０を用いて抵抗溶接を行うに際しては、先ず、上記の接続構造を形成する接続工程を実施する。具体的には、溶接ガン１０を開状態とし、第１電極１２と第２電極１４の間に積層体５０を挿入する。この挿入の前（又は後）に、積層体５０中の第２最外ワーク５４に対し、第２検出端子４６を接続する。この場合の接続位置は、第１アーム部材１６及び第２アーム部材１８からオフセットされた位置である。また、第１電極１２と第２電極１４の間への積層体５０の挿入により、第２電極１４が第２最外ワーク５４に接触する（接続される）。なお、第１検出端子４４は、第１電極１２に対して予め電気的に接続されている。

上記の接続工程を行った後、溶接ガン１０を閉状態として抵抗検出工程を実施する。このために回動用シリンダ２０を付勢し、回動用ロッド２２を前進させる。この前進に伴い、第１アーム部材１６が連結ピン２８を回動中心として回動する。具体的には、第１アーム部材１６の基端が第２アーム部材１８の基端から離間する一方で、第１アーム部材１６の先端が第２アーム部材１８の先端に接近する。その結果、第１電極１２が第１最外ワーク５２に接触して該第１最外ワーク５２を押圧する。すなわち、積層体５０に押圧力が付与される。

この状態で、第１検出端子４４と第２検出端子４６との間の抵抗（以下、「端子間抵抗」とも表記する）を検出するための測定用電流が流される。端子間抵抗は、溶接タイマ３０によって検出される。

ここで、第１検出端子４４を第１電極１２に接続し、且つ第２検出端子４６を第２電極１４に接続する従来技術を図３Ａ及び図３Ｂにそれぞれ示す。いずれの場合においても、溶接タイマ３０内の電圧計は、積層体５０に対して並列接続される。

本発明者らは、鋭意検討により、従来技術に係る接続構造において、溶接タイマ３０によって検出される第１電極１２と第２電極１４との間の抵抗（電極間抵抗）が、図３Ａに示すように積層体５０の外縁部近傍を抵抗溶接する際と、図３Ｂに示すように積層体５０の中央部近傍を抵抗溶接する際とで相違するとの知見を得た。すなわち、積層体５０の外縁部では低抵抗であり、中央部に近接するにつれ（内部側となるにつれ）高抵抗となる。換言すれば、第１アーム部材１６と第２アーム部材１８の間に介在する部位の面積が大きくなるほど電極間抵抗が高くなる。この理由は、積層体５０の、第１アーム部材１６と第２アーム部材１８の間に介在する部位の磁性が電極間抵抗の値に影響を及ぼすためであると推察される。

そして、高抵抗となる内部側に対して抵抗溶接を行う際に、外縁部に対して抵抗溶接を行う際と同値の溶接電流を流すと、溶接電流が流れ難くなるために内部側で発生するジュール熱が外縁部側に比して小さくなる。このように溶接電流が低下することが、十分な接合力が得られない原因であると考えられる。

これに対し、第１実施形態に係る接続構造では、第２最外ワーク５４が、積層体５０と溶接タイマ３０で形成される電気回路の一部となる。すなわち、この電気回路では、測定用電流は、例えば、第１電極１２から溶接タイマ３０を経て、第２最外ワーク５４に流れる。従って、第２最外ワーク５４から溶接タイマ３０内の電圧計に測定用電流の分流が取り出される。

このため、積層体５０の磁性が電気回路に影響を及ぼすことが回避される。これにより電気回路内の状態変化に起因するインダクタンスの変化が抑制されるので、抵抗（インピーダンス）が変化することを抑制することができる。しかも、第２検出端子４６が、第２最外ワーク５４の、第１アーム部材１６、第２アーム部材１８からオフセットされた位置に接続されるので、端子間抵抗の値に磁性の影響が及び難い。以上のことが相俟って、第１実施形態によれば、端子間抵抗を精確に検出することができる。従って、積層体５０の精確な抵抗を評価することができる。

溶接タイマ３０は、検出された端子間抵抗を、信号配線３８を介する情報信号として制御回路３２に送る。この情報信号を受けた制御回路３２は、積層体５０に発生するジュール熱の値（熱量）が所定の範囲内となるように溶接電流の値を設定し、制御配線４０ａ、４０ｂを介して、第１電極１２及び第２電極１４に交流として供給する。これに伴い、溶接工程が進行する。

このように、溶接工程では、上記のようにして検出された端子間抵抗に対応した適切な値の溶接電流が供給される。従って、溶接箇所（ワーク同士の接触界面）において十分な大きさのナゲットが成長する。このため、接合部が十分な接合力を示す接合品が得られる。また、抵抗溶接の最中にスパッタが飛散することが回避される。

所定時間の通電（溶接工程）が終了した後、回動用シリンダ２０を付勢し、回動用ロッド２２を後退させる。この後退に伴い、第１アーム部材１６の先端及び第１電極１２が第２アーム部材１８の先端及び第２電極１４から離間する一方で、第１アーム部材１６の基端が第２アーム部材１８の基端に接近するように、第１アーム部材１６が連結ピン２８を回動中心として回動する。すなわち、溶接ガン１０が開状態となる。

積層体５０の別部位に対して抵抗溶接を行うには、当該別部位が第１電極１２と第２電極１４の間に介在するように、溶接ガン１０を積層体５０に対して相対的に移動させ、溶接ガン１０を閉状態とする。この当該別部位に対しても、上記と同値の溶接電流が流れる。端子間抵抗が磁性の影響を受けることなく精確に検出されることで積層体５０の抵抗が精確に評価されているので、この別部位を、スパッタの飛散を回避しながら、接合力に優れた接合部とすることができる。

図１に示した例では、該図１の上方に位置する電極を第１電極１２、下方に位置する電極を第２電極１４としているが、これとは逆に、図４に示すように、上方に位置する電極を第２電極１４、下方に位置する電極を第１電極１２としてもよい。なお、図４では、溶接電源３６や制御配線４０ａ、４０ｂ等の図示を省略している。前述の図３Ａ、図３Ｂ、後述の図５及び図６においても同様である。

この場合、最下方に位置する金属製ワークが第１最外ワーク５２、最上方に位置する金属製ワークが第２最外ワーク５４となる。そして、第１電極１２に第１検出端子４４、第２最外ワーク５４に第２検出端子６２を接続すればよい。ここで、この例では、クランプ形状の第２検出端子６２を採用している。また、この例においても、溶接電流は、第１電極１２及び第２電極１４に交流として供給される。

次に、図５を参照して第２実施形態に係る接続構造につき説明する。なお、図１〜図４に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

この場合、抵抗溶接装置７０は、溶接ガン１０と、積層体７２を保持する保持手段としての台座７４を含んで構成される。台座７４は、基台部７６と、該基台部７６の上面から突出した第１支柱部７８、少なくとも１個の第２支柱部８０とを有する絶縁体からなる。さらに、第１支柱部７８の上面には比較的小径の位置決め用ピン部８２が立設される。以上の構成において、第１支柱部７８の上面には、位置決め用ピン部８２を避けるようにして円環形状の第２検出端子８４が配設される。該第２検出端子８４が信号配線４２ｂを介して溶接タイマ３０に接続されていることは勿論である。なお、溶接タイマ３０の第１検出端子４４は、第１電極１２に対し、信号配線４２ａを介して予め電気的に接続されている。

一方、積層体７２には、第１最外ワーク５２の上面から中間ワーク５６を経て第２最外ワーク５４の下面に至るまで、位置決め用孔８６が貫通形成される。位置決め用孔８６には、前記位置決め用ピン部８２が通される。なお、第１支柱部７８の上面の縁部から縁部までの距離は、位置決め用孔８６の直径に比して長寸に設定されている。

抵抗溶接装置７０にて抵抗溶接を行う際には、積層体７２の位置決め用孔８６に位置決め用ピン部８２を通す。第１支柱部７８の上面の縁部から縁部までの距離が位置決め用孔８６の直径に比して長寸に設定されているので、第２最外ワーク５４が第１支柱部７８の上面に載置される。換言すれば、第２最外ワーク５４の一部位が、第２検出端子８４を介して第１支柱部７８の上面に接触する。また、第２最外ワーク５４の別部位が第２支柱部８０の上面に載置される。以上の載置により、積層体７２が台座７４に保持される。さらに、位置決め用孔８６に位置決め用ピン部８２が通されているので、積層体７２が位置ズレを起こすことが回避される。

第２最外ワーク５４の一部位が第１支柱部７８の上面に載置されると同時に、該部位が第２検出端子８４に接触する。これにより、第２最外ワーク５４に第２検出端子８４が電気的且つ物理的に接続される。この場合においても、第１実施形態と同様の電気回路が形成される。

以降は第１実施形態と同様にして、端子間抵抗の値に基づいて溶接電流の値が設定され、その値の溶接電流（交流）が第１電極１２及び第２電極１４に供給される。これにより、抵抗溶接が実施される。第２実施形態においても、第１実施形態と同様の電気回路が形成されるので、抵抗溶接の最中にスパッタが飛散することを回避しながら、溶接箇所である接合部が十分な接合力を示す接合品を得ることができる。

第２検出端子８４を、第１支柱部７８の上面に配設することに代替し、図６に示すように、１個の第２支柱部８０の上面に配設するようにしてもよい。この場合においても、第１支柱部７８の上面に第２検出端子８４を配設したときと同様に、端子間抵抗の値に基づいて溶接電流の値が設定される。

以上の第２実施形態の場合、積層体７２を台座７４に保持することに伴って接続構造が形成される。すなわち、第２検出端子８４を第２最外ワーク５４に接続する作業が不要である。このため、抵抗検出工程を効率よく実施することができる。また、第２検出端子８４を、第２最外ワーク５４の、第１アーム部材１６と第２アーム部材１８の間に介在する部位以外の部位に接続することが容易となるという利点もある。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、積層する金属製ワークの個数は複数個であればよい。すなわち、２個であってもよいし、４個以上であってもよい。いずれの場合においても、一方の最外に位置する金属製ワークに第１電極１２を接触させるとともに、他方の最外に位置する金属製ワークに第２電極１４を接触させればよい。そして、第１検出端子４４を第１電極１２に接続し、且つ第２検出端子４６を、第２電極１４が接触する最外ワークに接続する。

また、溶接ガンは、図１、図５及び図６に示したＸ型のものに限定されるものではなく、例えば、Ｃ型溶接ガン等、他の形状の溶接ガンであってもよい。

１０…可搬式Ｘ型溶接ガン １２…第１電極
１４…第２電極 １６…第１アーム部材
１８…第２アーム部材 ２０…回動用シリンダ
３０…溶接タイマ ３２…制御回路
３４…交流電源 ３６…溶接電源
４４…第１検出端子 ４６、６２、８４…第２検出端子
５０、７２…積層体 ５２…第１最外ワーク
５４…第２最外ワーク ５６…中間ワーク
７０…抵抗溶接装置 ７４…台座
７８…第１支柱部 ８０…第２支柱部
８２…位置決め用ピン部 ８６…位置決め用孔

Claims (7)

1. 積層された複数個の金属製ワークの中の一方の最外に位置する第１最外ワークに接触する第１電極と、他方の最外に位置する第２最外ワークに接触する第２電極と、前記複数個の金属製ワークを挟んだ前記第１電極と前記第２電極の間に溶接電流を流すための交流電源とを備える抵抗溶接装置における抵抗検出手段の接続構造であって、
   前記抵抗検出手段は、第１検出端子及び第２検出端子を有し、
   前記第１検出端子が前記第１電極に接続され、
   且つ前記第２検出端子が前記第２最外ワークに接続される、抵抗溶接装置における抵抗検出手段の接続構造。
2. 請求項１記載の接続構造において、前記抵抗溶接装置は、前記第１電極が設けられた第１支持部材と、前記第１支持部材に対向するとともに前記第２電極が設けられた第２支持部材とを備え、
   前記第２検出端子が、前記第２最外ワークの、前記第１支持部材と前記第２支持部材の間に介在する部位以外の部位に接続される、抵抗溶接装置における抵抗検出手段の接続構造。
3. 請求項１記載の接続構造において、前記複数個の金属製ワークが保持手段に保持されるとともに、前記第２検出端子が、前記保持手段の、前記第２最外ワークが接触する部位に配設される、抵抗溶接装置における抵抗検出手段の接続構造。
4. 積層された複数個の金属製ワークの中の一方の最外に位置する第１最外ワークに接触する第１電極と、他方の最外に位置する第２最外ワークに接触する第２電極と、前記複数個の金属製ワークを挟んだ前記第１電極と前記第２電極の間に溶接電流を流すための交流電源とを備える抵抗溶接装置によって抵抗溶接を行う抵抗溶接方法であって、
   第１検出端子及び第２検出端子を有する抵抗検出手段の、前記第１検出端子を前記第１電極に接続し、且つ前記第２検出端子を前記第２最外ワークに接続する接続工程と、
   前記第１検出端子と前記第２検出端子との間の抵抗を検出する抵抗検出工程と、
   前記第１電極と前記第２電極の間に溶接電流を流して抵抗溶接を行う溶接工程と、
   を有する抵抗溶接方法。
5. 請求項４記載の抵抗溶接方法において、前記溶接工程で、前記抵抗検出工程にて検出された抵抗の値に基づいて設定された値の溶接電流を流して抵抗溶接を行う抵抗溶接方法。
6. 請求項４又は５記載の抵抗溶接方法において、前記抵抗溶接装置が、前記第１電極が設けられた第１支持部材と、前記第１支持部材に対向するとともに前記第２電極が設けられた第２支持部材とを備えるものであるとき、前記第２検出端子を、前記第２最外ワークの、前記第１支持部材と前記第２支持部材の間に介在する部位以外の部位に接続する抵抗溶接方法。
7. 請求項４〜６のいずれか１項に記載の抵抗溶接方法において、前記複数個の金属製ワークが保持手段に保持されるとき、前記第２検出端子を、前記保持手段の、前記第２最外ワークが接触する部位に配設する抵抗溶接方法。

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