JP7017718B2 - 袋ナット用の電気抵抗溶接電極 - Google Patents

Description

この発明は、ナット本体にカバー部材が一体化されている袋ナットを溶接の対象とした電気抵抗溶接電極に関している。

特開２０００－５２０４９号公報に記載されている電気抵抗溶接電極は、固定電極のガイドピンに、ガイドピンが貫通した状態でテーパ孔付きのナットが支持され、可動電極が進出してそのガイドピンのテーパ部がナットのテーパ孔に合致し、その後、鋼板部品もナットに加圧された状態で溶接電流が通電される。本特許文献に記載されたナット溶接は、ナットをガイドピンが貫通することができるので、両電極のガイドピンを合致させて、両電極間で鋼板部品とナットを挟み付けて、ナットと下孔の同心化がなされている。

特開２０００－５２０４９号公報

しかし、ナット本体にカバー部材が一体化されている袋ナットの場合には、ガイドピンの貫通が不可能であるから、袋ナットを電極の受入孔に挿入して、袋ナットの外側面を保持するようにしなければならない。このような外側面保持を行う場合には、袋ナットが電極から落下しないように安定した保持を行うとともに、袋ナットと鋼板部品の下孔の同心化を図って、袋ナットと鋼板部品の相対位置を正確に求めることが重要となる。

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、可動電極の挿入孔に入った袋ナットのねじ孔と鋼板部品の下孔の同心化を、鋼板部品の下孔を貫通しているガイドピンにテーパ部を形成し、このテーパ部と袋ナットのテーパ孔の合致によって、上記同心化を確保することを目的とする。

請求項１記載の発明は、
ナット本体の片側の端面に溶着用突起が設けられ、他側の端面に円筒部を有するカバー部材が一体化され、ねじ孔の端部にテーパ孔が形成されている袋ナットが、鋼板部品に対する溶接の対象とされており、
可動電極の電極本体の端部に結合した加圧部材に、前記カバー部材の円筒部と前記ナット本体が挿入される受入孔が形成され、
前記電極本体内に摺動可能な状態で収容されたストッパ部材が、永久磁石が収容されている大径部と、永久磁石の吸引力で袋ナットのカバー部材に接触して吸引する小径部によって構成され、
前記ストッパ部材に押出し方向の弾力を作用させる圧縮コイルスプリングが設けられ、
袋ナットが前記小径部に吸引されている状態において、前記加圧部材の加圧面と袋ナットの被加圧面との間に隙間が形成され、
前記可動電極と対をなす固定電極に、載置された鋼板部品の下孔を貫通するガイドピンが設けられ、
前記ガイドピンに前記テーパ孔に合致するテーパ部が形成され、
前記ガイドピンに押出し方向の弾力を付与する圧縮コイルスプリングが設けられ、
前記固定電極における圧縮コイルスプリングの弾力は、前記可動電極における圧縮コイルスプリングの弾力よりも強く設定してあることを特徴とする袋ナット用の電気抵抗溶接電極である。

加圧部材の受入孔に挿入された袋ナットが可動電極とともに進出すると、袋ナットのテーパ孔が固定電極のガイドピンに形成されたテーパ部に合致して、袋ナットとガイドピンの相対位置が正確に求められる。このときには、鋼板部品の下孔とガイドピンの同軸性が正確に確保されているので、上記相対位置が高い精度で求められる。

ついで、可動電極がさらに進出すると、固定電極側の圧縮コイルスプリングの弾力が、可動電極側の圧縮コイルスプリング弾力よりも強く設定してあるので、ガイドピンは静止したままで、加圧部材の加圧面と袋ナットの被加圧面との間の隙間が消滅する。このときに、袋ナットは可動電極側の圧縮コイルスプリングを押し縮めながら、隙間と同じ長さにわたってストッパ部材を相対的に押し込み、テーパ孔とテーパ部の合致と、隙間の消滅が完了する。この状態では、溶着用突起と鋼板部品表面との間に空隙が残されている。

それからさらに可動電極が進出すると、この進出力は加圧部材から袋ナットを経て固定電極側の圧縮コイルスプリングに直接作用して、圧縮コイルスプリングを縮小させ、溶着用突起と鋼板部品表面との間の空隙が消滅する。

上記空隙が消滅した状態では、可動電極と固定電極の間で袋ナットと鋼板部品が挟み付けられて、高い精度の同軸性が確保されている。その後、溶接電流が通電されて溶接が完了する。

上述の一連の動作によって、袋ナットのねじ孔と鋼板部品の下孔の同心化を、鋼板部品の下孔を貫通しているガイドピンにテーパ部を形成し、このテーパ部と袋ナットのテーパ孔の合致によって、確保している。受入孔に挿入された袋ナットは、受入孔の直径方向に移動することが可能であるが、袋ナットのテーパ孔とガイドピンのテーパ部の合致によって、上記直径方向の移動を矯正して、袋ナットのねじ孔と鋼板部品の下孔との同心性が確保される。すなわち、袋ナットの外側面を可動電極側の受入孔で保持する場合における袋ナットの移動問題が解消される。そして、ガイドピンなどを貫通することができない、袋ナットの特質に対する問題点が解消される。

固定電極側の圧縮コイルスプリングの弾力が、可動電極側の圧縮コイルスプリング弾力よりも強く設定してあるので、袋ナットのテーパ孔がガイドピンのテーパ部に対して強く押し付けられ、袋ナットとガイドピンの同軸性が確保される。

電極本体内に摺動可能な状態で収容されたストッパ部材が、永久磁石が収容されている大径部と、永久磁石の吸引力で袋ナットのカバー部材に接触して吸引する小径部によって構成され、袋ナットが小径部に吸引されている状態において、加圧部材の加圧面と袋ナットの被加圧面との間に隙間が形成されている。つまり、袋ナットのカバー部材がストッパ部材の小径部に接触した状態で、加圧部材の加圧面と袋ナットの被加圧面との間に隙間が形成されている。このため、上記隙間の存在により、袋ナットのカバー部材が必ず小径部に接触するので、袋ナットは確実な磁石吸引力を受けて、可動電極に対する袋ナットの保持が安定したものとなり、袋ナットの自重や何等かの外力が作用しても、可動電極から落下するようなことがない。

電極全体と関連局部の断面図である。 電極の動作順序を示す断面図である。

つぎに、本発明の袋ナット用の電気抵抗溶接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。

最初に、可動電極について説明する。

クロム銅のような銅合金製導電性金属材料で作られた電極本体１は、円筒状の形状であり、断面円形とされている。この電極本体１は、可動電極であり、エアシリンダ（図示していない）などの進退駆動手段の結合部材２に、テーパ嵌合などで一体化されている。なお、電極本体や後述の加圧部材が主要な部材になって可動電極が構成されている。よって、可動電極の符号も「１」として記載している。

電極本体１は、結合部材２に結合されている円筒型の基部材３と、円筒型の接続部材４がねじ部５で一体化されている。電極本体１に、ここでは接続部材４に絶縁材料製で大径孔６と小径孔７が形成された円筒型のガイド筒８が挿入されている。加圧部材９が、電極本体１の端部にねじ部１０によって結合されている。この加圧部材９に貫通した状態の円形の受入孔１２が形成してあり、そこに後述の袋ナット２０が挿入される。加圧部材９の先端面が平坦な加圧面１１とされている。電極の中心軸線Ｏ－Ｏは、加圧面１１に直交している。なお、ガイド筒８の合成樹脂材料としては、耐熱、耐摩耗性にすぐれたものであればよく、ポリテトラフルオロエチレン（商品名＝テフロン・登録商標）を使用するのが望ましい。別の材料として、ポリアミド樹脂の中から、耐熱性、耐摩耗性にすぐれた合成樹脂を採用することも可能である。

つぎに、袋ナットについて説明する。

袋ナット２０は鉄製であり、ナット本体１３とカバー部材１６によって構成されている。ナット本体１３にねじ孔１４が形成され、片側の端面に溶着用突起１５が設けられている。溶着用突起１５は、同一円周上に１２０度間隔で３個設けてある。他側の端面にカバー部材１６が結合してある。カバー部材１６は、真っ直ぐな円筒部１７と、この円筒部１７に滑らかに連なっている球形部１８を有したもので、鋼板材料にプレス成型をしたものである。円筒部１７の端部がナット本体１３に溶接してある。

図１（Ｃ）に示すように、ナット本体１３の直径はカバー部材１６の直径よりもわずかに大きく形成してある。ナット本体１３の端部にフランジ状の拡径部が形成され、その表面が被加圧面１９とされている。なお、ナット本体１３は、六角形が一般的である。ここでは、被加圧面１９は傾斜面とされている。

ねじ孔１４の端部に、テーパ孔１４ｃが設けてある。

球形部１８の頂部に通孔２５が開けられている。この通孔２５は、袋ナット２０が溶接された鋼板部品３０を電着塗装の浴槽からつり上げたときに、塗料液を排出するために設けられている。

加圧部材９の受入孔１２の内径は、ナット本体１３の角部間方向の直径よりもわずかに大きくなっている。こうすることによって、袋ナット２０を受入孔１２に挿入したときに、袋ナット２０の直径方向の移動を少なくしてあり、中心軸線Ｏ－Ｏ方向の移動が許されている。

つぎに、ストッパ部材について説明する。

ストッパ部材２１は、永久磁石２２が収容されている断面円形の大径部２３と、永久磁石２２の吸引力で袋ナット２０を吸引するための断面円形の小径部２４によって構成されている。大径部２３は、断面円形の器状の形とされ、その中に永久磁石２２がはめ込んである。また、小径部２４は、断面円形の棒状とされ、大径部２３に溶接してある。大径部２３は、ガイド筒８の大径孔６に摺動可能な状態で挿入されており、小径部２４は、ガイド筒８の小径孔７に摺動可能な状態で挿入されている。大径部２３は、ステンレス鋼のような非磁性材料で構成してある。また、小径部２４は、軟鉄のような磁性材料で構成してある。

小径部２４に、その先端面にストッパ面２７が形成してある。永久磁石２２の吸引力が小径部２４を経てカバー部材１６に作用すると、球形部１８の頂部がこのストッパ面２７で受け止められる。

基部材３の内側に、カップ状の断熱・絶縁材３１が差し込んであり、断熱・絶縁材３１とストッパ部材２１の間に圧縮コイルスプリング３２が配置してある。圧縮コイルスプリング３２の張力によって、ストッパ部材２１の大径部２３の端面３３が、ガイド筒８の大径孔６の内端面３４に押し付けられている。この押し付けによって、ストッパ面２７の待機位置が設定される。上記断熱・絶縁材３１は、ポリテトラフルオロエチレン（商品名＝テフロン・登録商標）のような合成樹脂材で作られている。

可動電極１と同軸状態で、固定電極２９が配置され、その上に鋼板部品３０が載置してある。

袋ナット２０を受入孔１２に挿入する方法としては、作業者が手で受入孔１２に差し込んだり、駆動手段で動作する供給ロッドで差し込んだりする。

つぎに、固定電極２９について説明する。

上記可動電極１と対をなす固定電極２９は、クロム銅のような銅合金製導電性金属材料で作られた円筒状の電極本体３６に、進退式のガイドピン３７が組み付けられている。電極本体３６は、機枠などの静止部材３８に固定されている固定円筒３９に、キャップ円筒４０がねじ部４１を介して一体化されて構成されている。電極本体３６には、大径孔４２と小径孔４３と通孔４４が設けられている。

ガイドピン３７は通孔４４を貫通しており、合成樹脂製の摺動部材４５と一体化されている。摺動部材４５は、大径孔４２に摺動可能な状態で挿入されている。摺動部材４５とガイドピン３７の一体化は、摺動部材４５のモールド成型時に一体化したり、ねじ構造で一体化したりすることができる。ここでは後者のねじ構造である。摺動部材４５は、ポリテトラフルオロエチレン（商品名＝テフロン・登録商標）のような合成樹脂材料で構成するのが望ましい。別の材料として、ポリアミド樹脂の中から、耐熱性、耐摩耗性にすぐれた合成樹脂を採用することも可能である。

ガイドピン３７が摺動部材４５に挿入され、ガイドピン３７に設けたボルト４６を底部材４７に貫通し、ワッシャ４８とロックナット４９を締め込んで、一体化がなされている。大径孔４２の内底部に、絶縁シート５０がはめ込んである。

ワッシャ４８と絶縁シート５０の間に圧縮コイルスプリング５２が配置してある。圧縮コイルスプリング５２の張力は、ガイドピン３７を押し出す方向に作用し、摺動部材４５の可動端面５３が大径孔４２の静止内端面５４に押し付けられている。この押し付けによって、ストッパ面２７の待機位置が設定され、冷却空気の流通が封鎖されている。

固定電極２９側の圧縮コイルスプリング５２の弾力を、可動電極１側の圧縮コイルスプリング３２の弾力よりも強く設定してある。

電極本体３６に冷却空気の通気口５５が開けられている。ここから入った冷却空気は、摺動部材４５に設けた空気通路５６、可動端面５３と静止内端面５４の開閉部、ガイドピン３７と通孔４４の間の通気空隙５７を通過して、各部の冷却やスパッタの排除などを行う。空気通路５６は、摺動部材４５の外周面に設けた平面部分や溝によって構成されている。

つぎに、ガイドピンについて説明する。

ガイドピン３７は、ステンレス鋼やセラミック材料などの耐熱・耐摩耗性に優れた材料で作られている。図１（Ｃ）に示すように、ガイドピン３７は、小径ピン３７ａと、大径ピン３７ｂと、小径ピン３７ａと大径ピン３７ｂの間に形成したテーパ部３７ｃによって構成されている。可動電極１の進出で袋ナット２０が進出してくると、テーパ孔１４ｃがガイドピン３７のテーパ部３７ｃに合致して、袋ナット２０とガイドピン３７の同軸状態が形成される。このような同軸状態を確保するために、テーパ孔１４ｃとテーパ部３７ｃのテーパ角度を、同じかまたはほぼ同じにしてある。

鋼板部品３０に開けられた下孔３０ｂの内径は、ガイドピン３７の大径部３７ｂの直径よりも僅かに大きく設定してある。つまり、下孔３０ｂの内径とガイドピン３７の大径部３７ｂの径差を、できるだけ少なくすることによって、下孔３０ｂとガイドピン３７の偏心量を少なくして、両者の同軸性を高めている。

つぎに、動作を説明する。

図１（Ａ）に示すように、受入孔１２に挿入された袋ナット２０は、永久磁石２２の吸引力によって小径部２４に引きつけられる。これによって、カバー部材１６の球形部１８が小径部２４のストッパ面２７に吸着されている。この段階では、圧縮コイルスプリング３２は縮むことなく、加圧部材９の加圧面１１と、ナット本体１３の被加圧面１９の間に、隙間Ｌ１が確保されている。

図２（Ａ）に示すように、加圧部材９の受入孔１２に挿入された袋ナット２０が可動電極１とともに進出すると、袋ナット２０のテーパ孔１４ｃがガイドピン３７に形成されたテーパ部３７ｃに合致して、袋ナット２０とガイドピン３７の相対位置が正確に求められる。このときには、鋼板部品３０の下孔３０ｂとガイドピン３７の同軸性が正確に確保されているので、下孔３０ｂとナット本体１３のねじ孔１４の相対位置が高い精度で求められる。

ついで、図２（Ｂ）に示すように、可動電極１がさらに進出すると、固定電極２９側の圧縮コイルスプリング５２の弾力が、可動電極１側の圧縮コイルスプリング３２の弾力よりも強く設定してあるので、ガイドピン３７は静止したままで、加圧部材９の加圧面１１と袋ナット２０の被加圧面１９との間の隙間Ｌ１が消滅する。このときに、袋ナット２０は可動電極１側の圧縮コイルスプリング３２を押し縮めながら、隙間Ｌ１と同じ長さにわたってストッパ部材２１を相対的に押し込み、テーパ孔１４ｃとテーパ部３７ｃの合致と、隙間Ｌ１の消滅が完了する。この状態では、溶着用突起１５と鋼板部品３０の表面との間に空隙Ｌ２が残されている。

それからさらに可動電極１が進出すると、図２（Ｃ）に示すように、可動電極１の進出力は加圧部材９から袋ナット２０を経て固定電極２９側の圧縮コイルスプリング５２に直接作用して、圧縮コイルスプリング５２を縮小させ、溶着用突起１５と鋼板部品３０の表面との間の空隙Ｌ２が消滅する。

上記空隙Ｌ２が消滅した状態では、可動電極１と固定電極２９の間で袋ナット２０と鋼板部品３０が挟み付けられて、高い精度の同軸性が確保されている。その後、溶接電流が通電されて溶接が完了する。

以上に説明した実施例の作用効果は、つぎのとおりである。

上述の一連の動作によって、袋ナット２０のねじ孔１４と鋼板部品３０の下孔３０ｂの同心化を、鋼板部品３０の下孔３０ｂを貫通しているガイドピン３７にテーパ部３７ｃを形成し、このテーパ部３７ｃと袋ナット２０のテーパ孔１４ｃの合致によって、確保している。受入孔１２に挿入された袋ナット２０は、受入孔１２の直径方向に移動することが可能であるが、袋ナット２０のテーパ孔１４ｃとガイドピン３７のテーパ部３７ｃの合致によって、上記直径方向の移動を矯正して、袋ナット２０のねじ孔１４と鋼板部品３０の下孔３０ｂとの同心性が確保される。すなわち、袋ナット２０の外側面を可動電極１側の受入孔１２で保持する場合における袋ナット２０の移動問題が解消される。そして、ガイドピン３７などを貫通することができない、袋ナット２０の特質に対する問題点が解消される。

固定電極２９側の圧縮コイルスプリング５２の弾力が、可動電極１側の圧縮コイルスプリング３２の弾力よりも強く設定してあるので、袋ナット２０のテーパ孔１４ｃがガイドピン３７のテーパ部３７ｃに対して強く押し付けられ、袋ナット２０とガイドピン３７の同軸性が確保される。

電極本体１内に摺動可能な状態で収容されたストッパ部材２１が、永久磁石２２が収容されている大径部２３と、永久磁石２２の吸引力で袋ナット２０のカバー部材１６に接触して吸引する小径部２４によって構成され、袋ナット２０が小径部２４に吸引されている状態において、加圧部材９の加圧面１１と袋ナット２０の被加圧面１９との間に隙間Ｌ１が形成されている。つまり、袋ナット２０のカバー部材１６がストッパ部材２１の小径部２４に接触した状態で、加圧部材９の加圧面１１と袋ナット２０の被加圧面１との間に隙間Ｌ１が形成されている。このため、上記隙間Ｌ１の存在により、袋ナット２０のカバー部材１６が必ず小径部２４に接触するので、袋ナット２０は確実な磁石吸引力を受けて、可動電極１に対する袋ナット２０の保持が安定したものとなり、袋ナット２０の自重や何等かの外力が作用しても、可動電極１から落下するようなことがない。

上述のように、本発明の電極によれば、可動電極の挿入孔に入った袋ナットのねじ孔と鋼板部品の下孔の同心化を、鋼板部品の下孔を貫通しているガイドピンにテーパ部を形成し、このテーパ部と袋ナットのテーパ孔の合致によって、上記同心化を確保する。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 可動電極、電極本体
６ 大径孔
７ 小径孔
８ ガイド筒
９ 加圧部材
１１ 加圧面
１２ 受入孔
１３ ナット本体
１４ ねじ孔
１４ｃ テーパ孔
１５ 溶着用突起
１６ カバー部材
１７ 円筒部
１９ 被加圧面
２０ 袋ナット
２１ ストッパ部材
２２ 永久磁石
２３ 大径部
２４ 小径部
２７ ストッパ面
２９ 固定電極
３０ 鋼板部品
３０ｂ 下孔
３２ 圧縮コイルスプリング
３７ ガイドピン
３７ａ 小径ピン
３７ｂ 大径
３７ｃ テーパ部
５２ 圧縮コイルスプリング
Ｌ１ 隙間
Ｌ２ 空隙

Claims (1)

1. ナット本体の片側の端面に溶着用突起が設けられ、他側の端面に円筒部を有するカバー部材が一体化され、ねじ孔の端部にテーパ孔が形成されている袋ナットが、鋼板部品に対する溶接の対象とされており、
   可動電極の電極本体の端部に結合した加圧部材に、前記カバー部材の円筒部と前記ナット本体が挿入される受入孔が形成され、
   前記電極本体内に摺動可能な状態で収容されたストッパ部材が、永久磁石が収容されている大径部と、永久磁石の吸引力で袋ナットのカバー部材に接触して吸引する小径部によって構成され、
   前記ストッパ部材に押出し方向の弾力を作用させる圧縮コイルスプリングが設けられ、
   袋ナットが前記小径部に吸引されている状態において、前記加圧部材の加圧面と袋ナットの被加圧面との間に隙間が形成され、
   前記可動電極と対をなす固定電極に、載置された鋼板部品の下孔を貫通するガイドピンが設けられ、
   前記ガイドピンに前記テーパ孔に合致するテーパ部が形成され、
   前記ガイドピンに押出し方向の弾力を付与する圧縮コイルスプリングが設けられ、
   前記固定電極における圧縮コイルスプリングの弾力は、前記可動電極における圧縮コイルスプリングの弾力よりも強く設定してあることを特徴とする袋ナット用の電気抵抗溶接電極。

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