JP7116125B2 - 接合装置及び接合方法 - Google Patents

Description

本開示は金属材料の接合に用いられる接合装置及び接合方法に関する。

自動車部品の製造分野等において、同種あるいは異種の金属材料を接合する方法が種々提案されている。この接合方法の一つとして、一方の金属部材に設けられた開口部に他方の金属部材を圧入しつつ通電することにより、発生したジュール熱で両部材を軟化させ塑性流動させることで固相接合する、いわゆるリングマッシュ（登録商標）の接合手法（以下、単に「リングマッシュ接合」という。）が知られている。

上述したリングマッシュ接合は、予め所定間隔を空けて配された一対の電極間に被接合物としての一対の金属部材を配設し、電極同士を近接する方向に移動させることで一対の金属部材間に加圧力を付加することを含む。このようなリングマッシュ接合においては、一連の接合工程を短時間に実行しつつ金属部材と電極あるいは金属部材同士が接触する際の衝撃をできるだけ小さくすることが、接合箇所の損傷の防止や接合長の正確なコントロールを行う上で重要である。この点を考慮して、電極を移動させる機構にその速度等が異なる２種類の流体圧シリンダを組み合わせることが提案されている（特許文献１参照。）。

特開２０１０－２０７９０３号公報

上記特許文献１において採用されている２種類の流体圧シリンダのうちの油圧シリンダは、動作速度が空気圧シリンダに比較して速く設定されているため、電極と被接合物とが接触していない状態における移動時間を短縮することができるものである。しかし、油圧シリンダは、作動流体に油を用いているため油漏れ及びそれに起因する火災のリスクがあり、その取扱いに注意を要するものである。加えて、油は温度によってその体積量が変位するため、油圧シリンダをその作動ストロークの中間位置で停止させようとした場合、当該中間位置に正確に停止させることが難しい。そのため、油圧シリンダの停止時における位置精度を高く維持するためには、油圧シリンダの停止位置をシリンダの端部位置に設定する必要があり、この停止位置を自由に調整することが実質的に困難である。

本開示は、上述した課題に鑑み、一連の接合工程に要する時間を抑えつつ、取り扱いが容易で停止位置の調整が可能な、接合装置及び接合方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の第１の態様に係る接合装置は、電源に接続されると共に複数の被接合物を挟持可能な第１及び第２の電極と、前記第１及び第２の電極の少なくとも一方に連結され、連結された前記第１及び第２の電極の少なくとも一方を前記第１及び第２の電極が互いに近接する前進方向に移動させるモータ駆動式の直動機構と、前記第１及び第２の電極の少なくとも一方に連結され、連結された前記第１及び第２の電極の少なくとも一方を前記前進方向に移動させる空気圧シリンダであって、前記空気圧シリンダによる前記前進方向の移動速度は、前記直動機構による前記前進方向の移動速度よりも遅い、前記空気圧シリンダと、前記直動機構の動作を規制する制動装置であって、前記空気圧シリンダにより前記被接合物に加圧力を付加した際に前記直動機構に作用する反力を受ける、前記制動装置と、を含むものである。

このように構成すると、電極を前進方向に移動させるための機構として、油圧シリンダではなく、モータ駆動式の直動機構と空気圧シリンダとが採用されることで、作動流体として油を用いる必要がなく、油漏れ等を考慮する必要のない、取り扱いの容易な接合装置を提供することができる。また、移動速度の比較的速いモータ駆動式の直動機構を採用することで、電極の移動時間を短縮でき、接合工程に要する時間を抑えることができる。これに関連して、制動装置を採用していることにより被接合物の加圧時に発生する反力が受け止められるため、当該反力によって直動機構が作動し、この直動装置に連結された電極が後退方向に移動することがなく、当該移動に起因して接合が不十分となるといった不具合が生じることがない。さらに、直動機構はモータによりその位置を制御できるため、直動機構に連結された電極を任意の位置で精度よく停止させることができる。これにより、被接合物の大きさ等に合わせて初期位置や接合終了位置を簡単に調整することができる。

本開示の第２の態様に係る接合装置は、上記本開示の第１の態様に係る接合装置において、前記空気圧シリンダは、その一端が前記第１及び第２の電極の一方に固定されたピストンロッドを含み、前記直動機構は、その一端が前記空気圧シリンダに固定された可動部を含む。

このように構成すると、第１の電極側に空気圧シリンダ及び直動機構が直列配置されるため、接合装置の可動部分を集約でき、メンテナンス性が向上する。

本開示の第３の態様に係る接合装置は、上記本開示の第１又は第２の態様に係る接合装置において、前記直動機構による作動ストロークは、前記空気圧シリンダの作動ストロークよりも長い。

このように構成すると、移動速度が相対的に速い直動機構により第１及び第２の電極の少なくとも一方を短時間で近接位置まで移動させた後、移動速度が相対的に遅い空気圧シリンダにより第１及び第２の電極の少なくとも一方と被接合物とをソフトに接触させ接合を開始することができる。これにより、１回の接合工程に要する時間を短縮することができると共に、工程中に被接合物の接合箇所に衝撃を与えることなく安定して接合作業を実行することができる。

本開示の第４の態様に係る接合方法は、電源に接続された第１及び第２の電極の間の領域に複数の被接合物を配置するステップと、前記第１及び第２の電極の少なくとも一方に連結されたモータ駆動式の直動機構を動作させることにより、連結された前記第１及び第２の電極の少なくとも一方を、前記第１及び第２の電極が互いに近接する前進方向に第１の距離だけ移動させるステップと、前記第１及び第２の電極の少なくとも一方が前記第１の距離だけ移動した後、前記直動機構の移動を規制するために、前記直動機構に設けられた制動装置を作動するステップと、前記第１及び第２の電極の少なくとも一方に連結された空気圧シリンダを動作させることにより、連結された前記第１及び第２の電極の少なくとも一方の、前記前進方向への移動を開始するステップと、前記第１及び第２の電極と前記被接合物とが接触した際に、前記第１及び第２の電極間に接合電流を供給するステップと、前記空気圧シリンダにより前記被接合物に加圧力を付加しつつ、前記第１及び第２の電極間に前記接合電流を供給することにより、前記被接合物を接合するステップと、を含むものである。

このように構成すると、電極の前進方向への移動のために油圧シリンダを用いないため、油漏れ等を考慮する必要のない、取り扱いの容易な接合方法を提供することができる。また、移動速度の比較的速いモータ駆動式の直動機構を用いて電極の移動の一部を行うため、電極の移動に要する総時間を短縮でき、接合工程に要する時間を抑えることができる。また、制動装置を動作させることにより被接合物の加圧時に発生する反力を受け止めることができるため、当該反力によって直動装置に連結された電極が後退方向に移動することがなく、当該移動に起因して接合するステップにおける接合が不十分となるといった不具合が生じることがない。さらに、直動機構はモータによりその位置を制御できるため、直動機構に連結された電極を任意の位置で精度よく停止させることができ、以って被接合物の大きさ等に合わせて初期位置や接合終了位置を簡単に調整することができる。

上述した構成を備えることにより、一連の接合工程に要する時間を抑えつつ、取り扱いが容易で停止位置の調整が可能な、接合装置及び接合方法を提供することができる。

本開示の一実施の形態に係る接合装置の模式図である。 本開示の一実施の形態に係る接合方法を示すフローチャートである。 本開示の一実施の形態に係る接合装置の可動領域における各構成要素の動作を説明するための動作説明図である。

以下、図面を参照して本開示を実施するための各実施の形態について説明する。なお、以下では本開示の目的を達成するための説明に必要な範囲を模式的に示し、本開示の該当部分の説明に必要な範囲を主に説明することとし、説明を省略する箇所については公知技術によるものとする。

図１は、本開示の一実施の形態に係る接合装置の模式図である。本実施の形態に係る接合装置１は、図１に示すように、支持フレーム１０と、第１及び第２の電極２１、２２と、直動機構３０と、空気圧シリンダ４０とを主に含むものであって良い。なお、本開示で用いられる「接合」との用語は、上述したリングマッシュ接合やプロジェクション接合、あるいは特許第５９９０３４３号に示されたような工法を用いた接合のような、被接合物を部分的に軟化させ塑性流動させて接合するものに加えて、一般的な抵抗溶接のような、被接合物を部分的に溶融させて接合するものをも含む。

支持フレーム１０は、接合装置１が備える各構成要素を支持するためのフレームである。この支持フレーム１０は、地面等に設置される略水平な載置台１１と、この載置台１１から上方に延在する複数本の固定支柱１２と、この複数本の固定支柱１２の上端部に取り付けられる略水平な下側支持台１３と、この下側支持台１３から上方に延在する複数本のガイド支柱１４と、このガイド支柱１４の上端部に取り付けられる略水平な上側支持台１５とを含むものであってよい。上記各構成のうち、載置台１１、複数本の固定支柱１２及び下側支持台１３によって区画された領域が第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２を接合するための作業領域ＷＡを形成する。また、下側支持台１３、複数本のガイド支柱１４及び上側支持台１５によって区画された領域が、第１の電極２１を動作させる際に直動機構３０及び空気圧シリンダ４０の動作が実行される可動領域ＭＡを形成する。

第１及び第２の電極２１、２２は、通電回路（電源）５０に接続されており、第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２にそれぞれが接触することで第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２に接合電流を供給可能な導電性の金属部材で構成されている。このうち、第１の電極２１は、後述する直動機構３０及び空気圧シリンダ４０に連結されて第２の電極２２に向かって近接する方向（図１中のＸ方向。以下、この方向を「前進方向」という。）及び離間する方向（図１中の－Ｘ方向。以下、この方向を「後退方向」という。）に動作可能に支持されている。この第１の電極２２の第１の被接合物Ｗ１に接触する面の反対側の面には、シャフト２３が固定されており、このシャフト２３の一端は、第２のジョイント部Ｊ２において空気圧シリンダのピストンロッド４２に同一軸線上で連結され固定されている。加えて、下側支持台１３の下部には略円筒状のガイド部材２４が固定されており、このガイド部材２４がシャフト２３の周囲を支持することで、シャフト２３の前進あるいは後退方向の移動がガイドされている。また、第２の電極２２は、載置台１１上に固定されている。本実施の形態においては、図１に示すように、初期状態では第２の電極２２上に第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２が互いの被接合箇所を当接した状態で重畳配置され、第１の電極２２は第１の被接合物Ｗ１に接触していない。

上述した第１及び第２の電極２１、２２に接続される通電回路５０は、商用交流電源又は交流発電機のような交流電源に接続される電源端子５１と、電源端子５１からの交流電力を直流に変換する直流電源回路５２と、複数の並列接続されたコンデンサを含むエネルギー蓄積用コンデンサ５３と、エネルギー蓄積用コンデンサ５３に蓄えられた電気エネルギーを一つ以上の大きなパルス状電流にして放電させる放電スイッチ又はインバータ回路を含むスイッチ回路５４と、１又は２ターンの巻数をもつ２次巻線及びこれよりも巻数が多い１次巻線を有する溶接トランス５５とを含むものであってよい。第１及び第２の電極２１、２２は、溶接トランス５５の２次巻線にそれぞれ接続される。また、第１及び第２の電極２１、２２間に供給される接合電流としてのパルス状電流には、例えば数万から数十万アンペアの電流ピーク値を有し、パルス幅は１０ミリ秒～１００ミリ秒であるものを採用することができる。

直動機構３０は、一部が上側支持台１５に取り付けられ、その可動部分が第１の電極２１に（空気圧シリンダ４０を介して）連結されることにより、第１の電極２１を前進方向及び後退方向に動作させるものである。本実施の形態においては、直動機構３０として、図１に示すように、モータ３１及びボールねじ機構３２からなるものを採用している。なお、この直動機構３０は、モータ駆動式のものであれば種々の直動機構を採用することができる。具体的には、ラックアンドピニオンや、リニアモータ等を採用することができる。ただし、コストの観点やバックラッシュを考慮する必要がないこと等から、ボールねじ機構３２が最も好ましい。

モータ３１は、少なくとも位置決め制御が可能な、例えばＡＣ又はＤＣサーボモータで構成することができる。このモータ３１は上側支持台１５に固定されており、その回転軸は、第１のジョイント部Ｊ１においてボールねじ機構３２のねじ軸３３に連結されている。なお、第１のジョイント部Ｊ１には、例えば周知のカップリングを採用することができるが、これに限定されない。加えて、本実施の形態においては、モータ３１の回転軸とねじ軸３３とが同軸上に配置されているが、このような配置にも限定されない。具体例としては、例えば第１のジョイント部Ｊ１にプーリ及びベルトを採用することで、モータ３１の回転軸とねじ軸３３とを異なる軸線上に配置してもよいし、第１のジョイント部Ｊ１に周知のかさ歯車を採用することで、モータ３１の回転軸とねじ軸３３の軸線が交差するようにモータ３１を配置してもよい。このようにモータ３１の回転軸とねじ軸３３とを同軸上に配置しない構成を採用した場合、モータ３１のレイアウトの自由度が向上し、接合装置１全体の高さを抑えることができる。

ボールねじ機構３２は、その一端部から所定長さにわたってネジ溝が刻設されたねじ軸３３と、このねじ軸３３のネジ溝に螺合するナット部（可動部）３４とを含むものである。ねじ軸３３のネジ溝が刻設されていない側の端部は、第１のジョイント部Ｊ１においてモータ３１の回転軸に連結されており、これにより、ねじ軸３３はモータ３１の回転動作に追従して回転する。また、ねじ軸３３のネジ溝が刻設された部分の長さは、直動機構３０に必要な最大作動ストロークに合わせて調整されている。ナット部３４は、ねじ軸３３の回転により、前進方向又は後退方向に動作する可動部分を構成するものであり、その外周囲の複数箇所には複数本の連結アーム３５の一端がそれぞれ固定されている。この複数本の連結アーム３５の他端は、空気圧シリンダ４０のシリンダ本体４１に固定されており、これにより、ナット部３４の動作に追従して空気圧シリンダ４０が動作する。

ところで、モータ３１は、ねじ軸３３を所定方向に回転する動力を提供することはできるものの、例えばねじ軸３３にモータ３１以外の外力によって回転力が加わった場合に、それに抗する力は実質的に有していない。そこで、本実施の形態に係る接合装置１においては、ねじ軸３３のネジ溝が刻設されていない側の任意の位置に、ねじ軸３３の動作を規制する制動装置３６が取り付けられている。この制動装置３６としては、例えば励磁作動形の電磁ブレーキ（あるいは電磁クラッチ）を採用することができる。電磁ブレーキからなる制動装置３６としては、周知の構造、例えば内部に誘導コイルを備えるステータと、誘導コイルの通電により作動するアーマチュアとを含むものを採用することができる。この場合には、ステータが上側支持台１５に固定され、アーマチュアに連結しているハブがねじ軸３３に固定され、ステータ内の誘導コイルに通電を行ってアーマチュアを動作させることにより、アーマチュアをステータに吸引・保持して、ねじ軸３３の動作（前進あるいは後退方向への動作及び回転動作）を規制する。なお、本実施の形態においては制動装置３６として電磁ブレーキを採用しているが、直動機構３０のうちの特にボールねじ機構３２の動作を規制することができるものであれば他の構成の制動装置を採用することもできる。

空気圧シリンダ４０は、内部に空気室が形成されたシリンダ本体４１と、一端部がシリンダ本体４１内の空気室を２つの圧力室Ｒ１、Ｒ２（図３参照。）に区画するピストン４５（図３参照。）に連結され、他端部が第２のジョイント部Ｊ２により第１の電極２１のシャフト２３に連結されたピストンロッド４２と、シリンダ本体４１に連通してシリンダ本体４１内への空気の供給及び排出を行うための第１及び第２の空気配管４３Ａ、４３Ｂと、を含むものとすることができる。また、この空気圧シリンダ４０は、その外周囲にスライダ４４が取り付けられており、このスライダ４４がガイド支柱１４に摺動自在に固定されていることで、空気圧シリンダ４０の前進あるいは後退方向の移動がガイドされている。なお、本実施の形態においては、ガイド支柱１４として２つの支持台１３、１５を連結支持する機能と上述したスライダ４４のガイドとしての機能との両方を備えているものを例示しているが、本開示はこれに限定されない。具体的には、２つの支持台１３、１５を連結支持する支柱とスライダ４４の移動のガイドとを別々の部材で構成することもできる。

ここで、空気圧シリンダ４０の作動ストロークＤ２（図３参照。）は比較的短い（例えば５～３０ｍｍ程度）ため、シリンダ本体４１の空気室の容積は比較的小さいものであって良く、例えば３０～５０リットル程度のものとすることができる。ただし、空気圧シリンダ４０は第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２を接合する際の加圧力Ｆ２（図３参照。）を発生させるものであるため、必要な加圧力が得られるよう、ピストンの作動方向に直交する方向の断面積は十分に確保される。さらに、第１の空気配管４３Ａは第１の圧力室Ｒ１に連通し、且つ図示しない圧縮空気供給源及び切換弁に接続されており、この第１の空気配管４３Ａを介して第１の圧力室Ｒ１内に給気が行われる。また、第２の空気配管４３Ｂは第２の圧力室Ｒ２に連通し、且つ図示しない圧縮空気供給源、吸引装置及び切換弁に接続されており、この第２の空気配管４３Ｂを介して第２の圧力室Ｒ２の給気及び排気が行われる。なお、図１においては、この第１及び第２の空気配管４３Ａ、４３Ｂをそれぞれ１本のみ示しているが、第１及び第２の空気配管４３Ａ、４３Ｂの本数は複数本であってもよい。例えば、第２の空気配管４３Ｂは給気に加えて排気も行うことから、給気用の配管と排気用の配管を別々に設けるようにしてもよい。

本実施の形態に係る接合装置１は、上述した構成、詳しくは第１及び第２の電極２１、２２を前進方向に移動させるための機構として、油圧シリンダではなく、モータ駆動式の直動機構３０と空気圧シリンダ４０とを用いるため、油漏れリスク等を考慮する必要がなくその取り扱いが容易であることに加え、油を使用しないため油の管理コストを削減でき、また、油の配管施工も不要となることにより装置製造を簡略化できるといった種々の効果を奏する。また、モータ駆動式の直動機構３０はその移動速度が空気圧シリンダ４０に比べて速いため、第１の電極２１の移動に要する時間を短縮でき、一連の接合工程に要する時間を抑えることができる。さらに、接合装置１においては、モータ駆動式の直動機構３０の可動部分（ボールねじ機構３２）がモータ以外の外力によって動作しないようにするために、制動装置３６を採用している。これにより、被接合物Ｗ１、Ｗ２の加圧時に発生する反力をこの制動装置３６で受けることができ、当該反力によってねじ軸３３が回転等されて第１の電極２１が後退方向に不用意に移動することがなく、この不用意な移動によって接合作業の際に必要な接合長が得られないといった不具合が生じることがない。さらにまた、直動機構３０はモータ３１によりその位置を制御しているため、モータ３１制御によって直動機構３０に連結された第１の電極２１を任意の位置で精度よく停止させることができる。これにより、被接合物Ｗ１、Ｗ２の大きさ等に合わせて接合工程における初期位置や接合終了位置といった停止位置を簡単に調整することができる。さらに、モータ駆動式の直動機構３０は油圧シリンダに比べて（熱エネルギーに変換されることによる）エネルギーロスが少ないことから、従来よりも接合装置１全体のエネルギー効率が向上する。以上の通り、本実施の形態に係る接合装置１によれば、一連の接合工程に要する時間を抑えつつ、その取扱いの容易で停止位置の調整をも可能な接合装置１を提供することができる。

上記の構成を備える接合装置１を用いて、第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２を接合する一連の方法について、以下に説明を行う。なお、本実施の形態の接合方法としては、例えばリングマッシュ接合によるものを採用することができる。これに関連して、接合される被接合物Ｗ１、Ｗ２には、一方の被接合物が他方の被接合物に設けられた穴内に圧入されるよう、その形状が予め加工されたものを採用することができる。なお、接合方法及び被接合物の形状については、上記のものに限定されない。また、第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２としては、同種の金属材料を採用することも、異種の金属材料を採用することもできる。

図２は、本開示の一実施の形態に係る接合方法を示すフローチャートである。また、図３は、本開示の一実施の形態に係る接合装置の可動領域における各構成要素の動作を説明するための動作説明図であって、図３（ａ）は、直動機構３０が動作を開始した状態を示し、図３（ｂ）は制動装置３６が作動し且つ空気圧シリンダ４０が動作を開始した状態を示し、図３（ｃ）は被接合物に加圧力を付加している状態を示したものである。以下に示す接合方法は、上述した接合装置１の図示しないコントローラ等に適用することができる。このコントローラは少なくとも接合装置１の制御を行うための、プロセッサ、メモリ及び各種インタフェース等を備えるコンピュータを含んでいてよく、以下に示す接合方法は、当該コンピュータにより実行可能なプログラムの形態で、あるいは当該プログラムを格納した非一時的なコンピュータ読取可能媒体の形態で適用することができる。

本実施の形態に係る接合方法は、図２に示すように、先ず直動機構３０を動作させて第１の電極２１を任意の初期位置に調整する（ステップＳ０１）。本開示の接合方法において、第１の電極２１の初期位置の調整を行うことができることは、特に留意すべき事項である。すなわち、本開示の接合装置１は、第１の電極２１を作動する構造としてモータ駆動式の直動機構３０を採用しているため、モータ制御により、直動機構３０の作動ストロークの中間位置であっても、周囲温度等にほとんど影響されることなく、精度よく停止させることができる。このように第１の電極２１の初期位置を調整可能であることは、例えば同一形状の被接合物Ｗ１、Ｗ２を繰り返し接合する場合等において、一連の接合工程と接合工程との間に初期位置に復帰するための時間を短縮することができ、作業の効率化を図ることができる。

ステップＳ０１において第１の電極２１の初期位置の調整が完了すると、次に第２の電極２２上に第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２を、その接合箇所同士が当接する位置関係で配置（セッティング）し、第２の被接合物Ｗ２を第２の電極２２に固定する（ステップＳ０２）。ステップＳ０１において調整された第１の電極２１の初期位置は、このステップＳ０２における第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２のセッティングに支障のない範囲で、第２の電極２２に近接した位置に調整される。これにより、直動機構３０によって第１の電極２１が移動される距離（第１の距離Ｄ１）を短くできる。なお、ステップＳ０２では、第２の電極２２側に第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２をセッティングしているが、第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２のセッティングの形態はこれに限定されない。例えば、第２の電極２２側に第２の被接合物Ｗ２を固定し、第１の電極２１側に第１の被接合物Ｗ１を固定することも可能である。

第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２のセッティングが完了すると、次に直動機構３０の作動を開始する（ステップＳ０３）。ここでいう直動機構３０の作動とは、図３（ａ）中に符号Ｍ１で示すように、モータ３１を動作させてボールねじ機構３２のねじ軸３３を回転させ、ナット部３４を前進方向に移動させるものである。上述したように、このときの直動機構３０による第１の電極２１の移動速度は、空気圧シリンダ４０による第１の電極２１の移動速度に比して十分に速いことが、一連の接合工程に要する時間を短縮するためには好ましい。なお、直動機構３０の作動中は第１及び第２の空気配管４３Ａ、４３Ｂが閉弁される、あるいは第２の空気配管４３Ｂからの給気のみが行われることにより、空気圧シリンダ４０は停止状態を維持している。

直動機構３０の作動が開始された後、第１の電極２１の前進方向への移動距離が予め設定された第１の距離Ｄ１に到達すると（ステップＳ０４でＹｅｓ）、モータ３１を停止して直動機構３０による第１の電極２１の移動を完了すると共に、図３（ｂ）中の符号Ｍ２で示すように、制動装置３６を作動してねじ軸３３の回転を規制する（ステップＳ０５）。第１の距離Ｄ１とは、初期位置から第１の電極２１と第１の被接合物Ｗ１とが接触する位置の直前位置との間の距離を指し、例えば５０ｍｍ～１００ｍｍ程度とすることができる。なお、第１の距離Ｄ１だけ前進方向に移動した後の第１の電極２１と第１の被接合物Ｗ１との間の距離は、例えば１～１０ｍｍ程度に調整される。本実施の形態に係る直動機構３０はモータ駆動式であるため、所望の停止位置に正確に停止させることができるため、第１の電極２１を第１の被接合物Ｗ１に接触する直前の位置までこの直動機構３０を用いて移動させることができる。

直動機構３０が停止され制動装置３６が作動されると、次に空気圧シリンダ４０の動作を開始する。空気圧シリンダ４０の初期の動作は、第１の電極２１と第１の被接合物Ｗ１とを衝撃を伴うことなくソフトに接触させるべく、第１の電極２１をごく低速で前進方向に移動させるものであることが好ましい。そこで、図３（ｂ）に示すように、先ず第１及び第２の圧力室Ｒ１、Ｒ２の両方に所定圧力にて給気ＩＡを行う（ステップＳ０６）。第１の圧力室Ｒ１への給気ＩＡの圧力と、第２の圧力室Ｒ２への給気ＩＡの圧力とは、第１の電極２１の移動速度に合わせて適宜調整することができる。例えば、第１及び第２の圧力室Ｒ１、Ｒ２への給気ＩＡの圧力を等しくすると、第１の圧力室Ｒ１側のピストン４５の面積が、第２の圧力室Ｒ２側のピストン４５の面積に比してピストンロッド４２の断面積分だけ大きいことから、ピストン４５は前進方向に比較的小さな力Ｆ１を受けピストンロッド４２をごく低速で移動させることができ好ましい。

ステップＳ０６により、ピストンロッド４２及びこのピストンロッド４２に連結された第１の電極２１がごく低速で前進方向に移動し、第１の電極２１と第１の被接合物Ｗ１とが接触すると（ステップＳ０７でＹｅｓ）、第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２の接合箇所の接合が開始される。詳しくは、通電回路５０のスイッチ回路５４を動作させて第１及び第２の電極２１、２２間にパルス状電流（接合電流）の供給を開始する（ステップＳ０８）。さらに、図３（ｃ）に示すように、第２の圧力室Ｒ２内を排気ＯＡしてピストン４５に前進方向に作用する比較的大きな力Ｆ２（＞Ｆ１）を作用させて、接合箇所の接合に必要な加圧力を確保する（ステップＳ０９）。この必要な加圧力Ｆ２を確保するために、第２の圧力室Ｒ２内を排気ＯＡするタイミングで、第１の圧力室Ｒ１への給気ＩＡの圧力を上昇させてもよい。なお、上述したステップＳ０８及びＳ０９の実施のタイミングは変更することも、同時とすることもできる。

上述したステップＳ０６以降の工程の実施に際し、制動装置３６が常に動作している状態にあることは、特に留意すべき事項である。このように制動装置３６がねじ軸３３の動作を規制していれば、例えばステップＳ０９において第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２間に前進方向に作用する所定の加圧力が付加された際、当該加圧力の反力が空気圧シリンダ４０及びボールねじ機構３２を介して第１のジョイント部Ｊ１及びモータ３１に伝達されるが、この反力を制動装置３６において受けることができる。したがって、空気圧シリンダ４０において生成された力Ｆ１、Ｆ２によって直動機構３０が後退方向へ移動してしまうことがなくなり、生成された加圧力を接合箇所に安定的に作用させることができる。

上述したステップＳ０８及びステップＳ０９により、第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２間に加圧力が付加されつつ接合電流が供給されることで、被接合物同士の接合作業が実行される。そして第１及び第２の被接合物Ｗ１、Ｗ２間の接合箇所が所望の接合長に到達すると、一連の接合工程を完了し（ステップＳ１０でＹｅｓ）、第１の電極２１を初期位置に戻して次の接合工程の開始まで待機する。

ここで、ステップＳ０３からステップＳ０５に至る間の直動機構３０のナット部３４の作動ストロークＤ１は、ステップＳ０５からステップＳ１０に至る間の空気圧シリンダ４０のピストン４５の作動ストロークＤ２よりも長くなるよう調整される。これにより、一連の接合工程中の第１の電極２１の移動の大部分が高速で動作可能な直動機構３０によって実現されることとなり、比較的低速な空気圧シリンダ４０による移動に要する時間を短くでき、上述した接合方法の高効率化に寄与する。

以上説明した通り、本実施の形態に係る接合方法によれば、第１の電極の前進方向への移動をモータ駆動式の直動機構３０と空気圧シリンダ４０により実現しているため、当該移動に油圧シリンダを用いた場合に生じる上述した種々の課題を考慮する必要のない、取り扱いの容易な接合方法を提供することができる。また、モータ駆動式の直動機構３０によりその第１の電極２１を所望の位置に正確に停止させることができるため、初期位置の調整や移動速度の速い直動機構３０の作動ストロークＤ１の割合の増加により、一連の接合工程に要する時間を抑えることができる。そして、モータ駆動式の直動機構３０のモータの駆動制御によって、直動機構３０に連結された第１の電極２１を任意の位置で精度よく停止させることができる。これにより、被接合物Ｗ１、Ｗ２の大きさ等に合わせて接合工程における初期位置や接合終了位置といった停止位置を簡単に調整することができる。

なお、上述した実施の形態においては、直動機構３０と空気圧シリンダ４０とを、第１の電極２１に直列に連結したものについて説明をした。このように直動機構３０と空気圧シリンダ４０とを一方の電極側に直列配置すれば、電極を移動させるための機構を一箇所に集約することができるため、メンテナンス性が向上して好ましいが、本開示はこれに限定されるものではない。具体的には、例えば直動機構３０と空気圧シリンダ４０との配置を入れ替えたり、空気圧シリンダ４０を載置台１１と第２の電極２２との間に配設したりすることも可能である。

本開示は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。そして、それらはすべて、本開示の技術思想に含まれるものである。

１ 接合装置
１０ 支持フレーム
１１ 載置台
１２ 固定支柱
１３ 下側支持台
１４ ガイド支柱
１５ 上側支持台
２１ 第１の電極
２２ 第２の電極
３０ 直動機構
３１ モータ
３２ ボールねじ機構
３３ ねじ軸
３４ ナット部（可動部）
３５ 連結アーム
３６ 制動装置
４０ 空気圧シリンダ
４１ シリンダ本体
４２ ピストンロッド
４３Ａ、４３Ｂ 第１及び第２の空気配管
４４ スライダ
４５ ピストン
５０ 通電回路（電源）
Ｄ１ 第１の距離（直動機構の作動ストローク）
Ｄ２ 空気圧シリンダの作動ストローク
ＩＡ 給気
ＯＡ 排気
Ｊ１ 第１のジョイント部
Ｊ２ 第２のジョイント部
Ｒ１ 第１の圧力室
Ｒ２ 第２の圧力室
ＭＡ 可動領域
ＷＡ 作業領域
Ｗ１ 第１の被接合物
Ｗ２ 第２の被接合物

Claims (4)

1. 電源に接続されると共に複数の被接合物を挟持可能な第１及び第２の電極と、
   前記第１及び第２の電極の少なくとも一方に連結され、連結された前記第１及び第２の電極の少なくとも一方を前記第１及び第２の電極が互いに近接する前進方向に移動させるモータ駆動式の直動機構と、
   前記第１及び第２の電極の少なくとも一方に連結され、連結された前記第１及び第２の電極の少なくとも一方を前記前進方向に移動させる空気圧シリンダであって、前記空気圧シリンダによる前記前進方向の移動速度は、前記直動機構による前記前進方向の移動速度よりも遅い、前記空気圧シリンダと、
   前記直動機構の動作を規制する制動装置であって、前記空気圧シリンダにより前記被接合物に加圧力を付加した際に前記直動機構に作用する反力を受ける、前記制動装置と、を備える、
   接合装置。
2. 前記空気圧シリンダは、その一端が前記第１及び第２の電極の一方に固定されたピストンロッドを備え、
   前記直動機構は、その一端が前記空気圧シリンダに固定された可動部を備える、
   請求項１に記載の接合装置。
3. 前記直動機構による作動ストロークは、前記空気圧シリンダの作動ストロークよりも長い、
   請求項１又は請求項２に記載の接合装置。
4. 電源に接続された第１及び第２の電極の間の領域に複数の被接合物を配置するステップと、
   前記第１及び第２の電極の少なくとも一方に連結されたモータ駆動式の直動機構を動作させることにより、連結された前記第１及び第２の電極の少なくとも一方を、前記第１及び第２の電極が互いに近接する前進方向に第１の距離だけ移動させるステップと、
   前記第１及び第２の電極の少なくとも一方が前記第１の距離だけ移動した後、前記直動機構の移動を規制するために、前記直動機構に設けられた制動装置を作動するステップと、
   前記第１及び第２の電極の少なくとも一方に連結された空気圧シリンダを動作させることにより、連結された前記第１及び第２の電極の少なくとも一方の、前記前進方向への移動を開始するステップと、
   前記第１及び第２の電極と前記被接合物とが接触した際に、前記第１及び第２の電極間に接合電流を供給するステップと、
   前記空気圧シリンダにより前記被接合物に加圧力を付加しつつ、前記第１及び第２の電極間に前記接合電流を供給することにより、前記被接合物を接合するステップと、を備える、
   接合方法。
   

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