JP7022436B2 - 抵抗溶接装置 - Google Patents

Description

関連出願

本願は、日本国で２０１６年９月５日に出願した特願２０１６－１７２９５７の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

本発明は、一対の溶接電極間に被溶接物を挟んで加圧しながら抵抗溶接する抵抗溶接装置に関する。

従来から、一対の溶接電極間に金属の被溶接物を挟み、加圧しながら溶接電極に通電して抵抗溶接する抵抗溶接装置が知られている。一般にこの抵抗溶接は大電流を短時間流し、金属の抵抗発熱を利用してナゲット（合金層）を形成して溶融接合するもので、短時間で溶接するので、効率的に溶接できるとともに、材料に熱による影響を与えにくくできる。

例えば筒状の容器内に電池要素を収容する電池の製造時に、電池要素の端子と容器の内底面の被溶接物を溶接する必要がある。この場合に、上下一対の溶接電極間に上下方向に延びる中間電極を介在させ、当該中間電極を容器内に挿入して被溶接物の溶接を行なうことが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００９－２５２３５０号

しかし、上記従来の装置では、例えば１万アンペア（Ａ）のように特に大電流の通電が必要とされたり、生産効率の向上のために生産ラインの高速化や連続生産などが要請される場合があった。このような場合、当該大電流や高速化などにより、図７のように、溶接電極や中間電極における蓄熱によって溶接性能のバラツキや、電極の消耗度が大きくなってその劣化を招く場合があった。また、被溶接物が例えばアルミニウムのような金属の場合に、アルミニウムが溶融飛散して電極に付着することにより一層消耗度が大きくなる場合もあった。

このような場合、電極の寿命が短くなって電極交換の頻度が多くなり、かつその都度交換時間もかかるため、抵抗溶接における生産効率の向上が困難となるという問題があった。このため、電極交換の頻度を減少させて容易に生産効率を向上できる抵抗溶接装置が要望されている。

本発明は、上記課題を解決して、大電流の通電や生産ラインの高速化などが必要とされる場合であっても、電極交換の頻度を減少させて容易に生産効率を向上できる抵抗溶接装置を提供することを目的としている。

本発明に係る抵抗溶接装置は、上下移動自在に設けられ、被溶接物を挟んで通電により溶接する上下一対の溶接電極と、溶接時に前記上下の溶接電極を介して被溶接物を加圧する加圧ユニットとを有する装置本体を備えている。
前記装置本体は、前記上下の溶接電極間に配置されて、少なくとも上下の溶接電極のいずれか一方側に設けられた中間電極セットを有しており、前記中間電極セットは、中間電極セット治具とこれに対して着脱自在な中間電極とを備えた中間ユニットを複数有し、この複数の中間ユニットがそれぞれ前記上下の溶接電極と上下方向に一致する溶接位置に順次停止するように周方向に回動可能に配置されたロータリー式に構成される。前記溶接位置の前記中間ユニットの前記中間電極を介して、被溶接物が前記加圧ユニットで加圧されながら抵抗溶接される。

この構成によれば、複数の中間電極を順次使用して被溶接物を抵抗溶接するので、中間電極の数の分、使用頻度を下げることにより電極交換の頻度を下げることができ、また、中間電極は着脱自在なので、その交換時間も短縮でき、大電流の通電や生産ラインの高速化などが必要とされる場合であっても、容易に生産効率を向上することができる。

本発明では、前記中間電極セットは、複数の上下一対の中間ユニットを有しており、前記上下の溶接電極から給電された前記溶接位置の中間電極間に挟まれて被溶接物が抵抗溶接されるようにしてもよい。この場合、全て中間電極を介して被溶接物を抵抗溶接するので、より生産効率を向上できる。

また、前記中間ユニットの中間電極が前記溶接位置に停止された状態で、被溶接物の１個がまたは連続して２個以上が抵抗溶接されるようにしてもよい。この場合、被溶接物の種類や溶接状態による中間電極の劣化に応じて中間電極の使用状態を適正に選択できる。

本発明では、前記溶接電極の電極部と前記中間電極の給電面とが面接触して、前記溶接電極から前記中間電極へ給電されるものであり、前記中間電極の給電面の直径Ｄと前記中間電極の高さＨの寸法が、Ｄ／Ｈ≧１／１．２である。したがって、中間電極が若干傾いた状態でセットされても直ちに直立した状態に矯正されるので、中間電極は溶接電極と確実に面接触され、交換時間をより短縮できる。

好ましくは、前記中間電極セットは、前記中間電極を保持する前記中間電極セット治具の保持孔と、この保持孔に挿入される前記中間電極の被保持部とがそれぞれ同一のテーパ状に形成されており、前記中間電極の被保持部が前記中間電極セット治具の保持孔に挿入されて、前記中間電極セット治具に対する前記中間電極の芯出し調整がなされる。この場合、中間電極が自動的に調芯されて、調芯作業が簡単になって中間電極の交換時間をより短縮でき、生産効率を向上することができる。

好ましくは、各中間電極を少なくとも前記溶接位置にない溶接待機位置で強制冷却する冷却装置を有する。したがって、中間電極の蓄熱を防止して、蓄熱による溶接のばらつきおよび中間電極の劣化をより抑制できる。また、好ましくは、前記中間電極の電極部が着脱自在に設けられている。したがって、電極部の消耗時や別の材質の電極部の変更時に、電極部のみを容易に交換することができる。

請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品符号は同一部分を示す。
本発明の一実施形態に係る抵抗溶接装置を示す正面図である。 図１の抵抗溶接装置を示す側面図である。 本発明の抵抗溶接装置の一部拡大図である。 本発明の抵抗溶接装置の一部拡大図である。 本発明の抵抗溶接装置の一部拡大図である。 中間電極セット治具と中間電極を示す構成図である。 中間電極セット治具と中間電極を示す構成図である。 中間電極セット治具と中間電極を示す構成図である。 中間電極セット治具と中間電極を示す構成図である。 中間電極セット治具と中間電極を示す構成図である。 溶接電極と中間電極の接触状態を示す構成図である。 溶接時の発熱状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る抵抗溶接装置１を示す概略構成図である。本装置１は、大電流の通電、生産ラインの高速化などが必要な抵抗溶接に適している。例えば１万アンペア（Ａ）のような大電流通電、生産効率の向上のための生産ライン高速化によって、電極の蓄熱による溶接性能のバラツキが発生する場合や、電極の消耗度の増大、アルミニウムのような被溶接物の溶融飛散による電極付着を通じて電極の劣化を招く場合などに特に有効である。

本装置１は、架台２０上に固定された装置本体２と、架台２０内に配置されて装置全体を制御する制御部３と、装置本体２に例えば直流電力を供給する溶接電源部４とを備えている。この溶接電源部４で溶接電極に通電する電流値の設定がなされる。

図２に示すように、装置本体２は、上下方向に延びる第１の軸Ｙ１に沿って上下移動自在に設けられて、被溶接物Ｗを挟んで通電により溶接する上下一対の溶接電極５ａ、５ｂと、この上下溶接電極５ａ、５ｂをそれぞれ保持する上下電極フォルダ６ａ、６ｂと、上溶接電極５ａの上方に配置されて溶接時に上下溶接電極５ａ、５ｂを介して被溶接物を上下方向に加圧する加圧ユニット７とを備えている。また、装置本体２の上部には本装置１を操作する操作パネル８が配置されている。

上下溶接電極５ａ、５ｂ間には、中間電極セット１０が配置されており、この中間電極セット１０は、中間電極セット治具１１ａ、１１ｂとこれに対してそれぞれ着脱自在な中間電極１２ａ、１２ｂを備えた上下一対の中間ユニット１８ａ、１８ｂを複数有している。この複数の中間ユニット１８ａ、１８ｂは上下溶接電極５ａ、５ｂと上下方向に一致する溶接位置に順次停止するように周方向に回動可能に配置されたロータリー式に構成されている。中間電極セット１０は、前記第１の軸Ｙ１と平行に離間して上下方向に延びる第２の軸Ｙ２を中心に駆動モータ９により駆動されて回動する。上下中間電極１２ａ、１２ｂは溶接電源４のコネクタ４ａから上下電極フォルダ６ａ、６ｂを介して上下溶接電極５ａ、５ｂの電極部から通電される。

制御部３は、装置全体の制御のほかに、加圧ユニット７の加圧制御およびロータリー式の中間電極セット１０のロータリー制御などを行なう。操作パネル８には、操作に関するスイッチ部および設定部などが設けられ、操作内容を表示する表示器も設けられている。

図３Ｂ、図３Ｃのように、ロータリー式の中間電極セット１０は、例えば上下にそれぞれ６個の上下中間電極セット治具１１ａ、１１ｂおよび上下中間電極１２ａ、１２ｂを有しており、図３Ａのように第２の軸Ｙ２回りに矢印方向に水平に回動する。図２のように、上溶接電極５ａと下溶接電極５ｂ間の溶接位置に、複数の中間ユニット１８ａ、１８ｂの中間電極１２ａ、１２ｂのうちいずれか１つが回動停止して挟まれた被溶接物が溶接される。

図４Ａ、図４Ｂのように、中間電極１２ａ、１２ｂをそれぞれ保持する中間電極セット治具１１ａ、１１ｂの中央部の各保持孔１１ｄ、１１ｅはテーパ状の内面Ｔ１、Ｔ２を有しており、上下中間電極１２ａ、１２ｂは、それぞれ給電面１３および治具装着部１４をもつ給電用電極板１５と電極部１６とを有している。図４Ａのように、上中間電極１２ａは、治具装着部１４の下部に内面Ｔ１と同一テーパ状の面Ｔ１が形成されている。中間電極１２ａは、中間電極セット治具１１ａの中央部のテーパ状の保持孔１１ｄにガイドされて嵌り込んで固定される。中間電極１２ａは中間電極セット治具１１ａから上方向に脱離可能になっている。

図４Ｂのように、下中間電極１２ｂも、治具装着部１４はテーパ状の面Ｔ２を有しており、中間電極セット治具１１ａの中央部における内面Ｔ２と同一テーパ状の保持孔１１ｅに嵌り込んで固定される。中間電極１２ａは中間電極セット治具１１ａから上方向に脱離可能になっている。こうして、上下中間電極１２ａ、１２ｂの脱着が容易であり、中間電極セット１０は上下中間電極１２ａ、１２ｂを中間電極セット治具１１ａ、１１ｂに嵌め込むだけで位置決めでき、かつ上下中間電極１２ａ、１２ｂは上下溶接電極５ａ、５ｂと確実に面接触され、交換時間をより短縮できる。この例ではテーパ状の孔により位置決めしているが、これに代えて図示しない位置決め用ピンを使用してもよい。

図５Ａ～図５Ｃは、溶接電極と中間電極の接触状態を示す構成図である。図５Ａのように、上下溶接電極５ａ、５ｂの電極部は上下中間電極１２ａ、１２ｂの給電面１３と面接触する。図５Ｂのように上下中間電極１２ａ、１２ｂを、給電面１３の直径Ｄが大きく、高さＨを短くした場合、上下中間電極１２ａ、１２ｂが若干傾いた状態であっても、加圧時に溶接電極５と給電面１３が点αで当接すると、直立状態となって支点β間で給電面１３全体で接触しようとする矯正力が大きくなる。これに対して、図５Ｃのように、給電面１３の直径Ｄが小さく、高さＨを長くした場合、矯正力が小さくなる。中間電極１２ａ、１２ｂにおいて、給電面１３の直径Ｄと高さＨは、Ｄ／Ｈ≧１／１．２が好ましい。より好ましくはＤ／Ｈ≧１である。これにより、上下溶接電極５ａ、５ｂと上下中間電極１２ａ、１２ｂは確実に面接触することができ、また給電面１３の直径Ｄが大きいので大電流の通電も可能とする。

図６に示すように、上中間電極１２ａは、給電用電極板１５の孔１５ａに電極部１６が嵌め込まれ、固定用ねじ１７で固定される。電極部１６は給電用電極板１５の孔１５ａにより位置決めされる。下中間電極１２ｂも同様な構成を有する。これにより、電極部１６の消耗時や別の材質の電極部１６の変更時に、電極部１６のみを容易に交換することができる。

上記抵抗溶接装置１において、例えば図３ＡのＩ～ＩＩＩで１～３回目のように、各中間電極１２を順次溶接位置に停止させて、それぞれ異なる溶接物を１個ずつ溶接している。例えば１個の中間電極１２で１０００シュートを実施する場合、６個で６０００シュートを実施できる。この場合、中間電極１２の数だけ１個の中間電極１２の使用頻度が下がり、中間電極１２の数の分だけ連続した生産が可能となり、その交換頻度を下げることにより生産効率を向上することができる。

なお、中間ユニット１８の中間電極１２が前記溶接位置に停止された状態で、被溶接物の１個がまたは連続して２個以上が抵抗溶接されるようにしてもよい。また、中間ユニット１２を１個おき以上間欠させて溶接位置に停止させるようにしてもよい。こうして、被溶接物の種類や溶接状態による中間電極の劣化に応じて中間電極の使用状態を適正に選択できる。

また、中間電極１２の数の分だけ溶接間隔があき、その間、溶接に使用されていない中間電極の熱が発散されて溶接電極（中間電極）の蓄熱が抑制されるので、自然冷却でも溶接性能のバラツキ、溶接電極の熱による劣化を抑制することが可能となる。

さらに、例えば図示しない送風機のような冷却装置を設けて、溶接待機位置にない溶接待機位置の中間電極１２を強制的に冷却させてもよいし、中間電極１２を取り外した状態で冷却させるようにしてもよい。これにより、熱による劣化を抑制して電極交換の頻度をさらに下げることができる。

このように、本発明では、複数の中間電極１２を周方向に回動可能としたロータリー式の中間電極セット１０を有しているので、複数の中間電極１２を使用して被溶接物を抵抗溶接するから、中間電極１２の数の分、使用頻度を下げることにより電極交換の頻度を下げることができ、また、中間電極１２は着脱自在なので、その交換時間も短縮でき、大電流通電や生産ライン高速化などが必要とされる場合であっても、容易に生産効率を向上することができる。

なお、この実施形態では、図３Ａ、図３Ｂおよび図４Ａ、図４Ｂのように、上下溶接電極５ａ、５ｂ間に上下にそれぞれ６個の中間ユニット１８ａ、１８ｂを有しているが、この数に何ら限定されず６個未満でも７個以上でもよい。また、上溶接電極５ａの側だけに上中間ユニット１８ａを設けて下中間ユニット１８ｂを設けないようにしてもよいし、または下溶接電極５ｂの側だけに下中間ユニット１８ｂを設けて上中間ユニット１８ａを設けないようにしてもよい。この場合、前者では上中間ユニット１８ａの上中間電極１２ａと下溶接電極５ｂの間、後者では上溶接電極５ａと下中間ユニット１８ｂの下中間電極１２ｂの間で被溶接物が溶接される。

以上のとおり図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、添付の請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。

１：ロータリー式抵抗溶接装置
２：装置本体
３：制御部
４：溶接電源
５ａ、５ｂ：溶接電極（上、下）
７：加圧ユニット
１０：中間電極セット
１１（１１ａ、１１ｂ）：中間電極セット治具（上、下）
１２（１２ａ、１２ｂ）：中間電極（上、下）
１８（１８ａ、１８ｂ）：中間ユニット（上、下）
Ｗ：被溶接物

Claims (6)

1. 上下移動自在に設けられ、被溶接物を挟んで通電により溶接する上下一対の溶接電極と、溶接時に前記上下の溶接電極を介して被溶接物を加圧する加圧ユニットとを有する装置本体を備え、
   前記装置本体は、前記上下の溶接電極間に配置されて、少なくとも上下の溶接電極のいずれか一方側に設けられた中間電極セットを有しており、
   前記中間電極セットは、中間電極セット治具とこれに対して着脱自在な中間電極とを備えた中間ユニットを複数有し、この複数の中間ユニットが前記上下の溶接電極と上下方向に一致する溶接位置に順次停止するように周方向に回動可能に配置されたロータリー式に構成され、
   前記溶接位置における前記中間ユニットの中間電極を介して、被溶接物が前記加圧ユニットで加圧されながら抵抗溶接される、抵抗溶接装置であって、
   前記溶接電極の電極部と前記中間電極の給電面とが面接触して、前記溶接電極から前記中間電極へ給電されるものであり、
   前記中間電極の給電面の直径Ｄと前記中間電極の高さＨの寸法が、Ｄ／Ｈ≧１／１．２である、抵抗溶接装置。
2. 請求項１において、
   前記中間電極セットは、複数の上下一対の中間ユニットを有しており、前記上下の溶接電極から給電された前記溶接位置の上下の中間電極間に挟まれて被溶接物が抵抗溶接される、抵抗溶接装置。
3. 請求項１または２において、
   前記中間ユニットの中間電極が前記溶接位置に停止された状態で、被溶接物の１個がまたは連続して２個以上が抵抗溶接される、抵抗溶接装置。
4. 請求項１または２において、
   前記中間電極セットは、前記中間電極を保持する前記中間電極セット治具の保持孔と、この保持孔に挿入される前記中間電極の被保持部とがそれぞれ同一のテーパ状に形成されており、
   前記中間電極の被保持部が前記中間電極セット治具の保持孔に挿入されて、前記中間電極セット治具に対する前記中間電極の芯出し調整がなされる、抵抗溶接装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   各中間電極を少なくとも前記溶接位置にない溶接待機位置で強制冷却する冷却装置を有する、抵抗溶接装置。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   前記中間電極の電極部が着脱自在に設けられている、抵抗溶接装置。
   

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