JP7194400B1 - 溶接ガン及び抵抗溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極チップとシャンクホルダの先端部分との間の距離が長くなるシャンクでも溶接時に生じる熱を効率良く冷却することができる溶接ガン及び該溶接ガンを備える抵抗溶接装置を提供する。【解決手段】シャンクホルダ７１のシャンク１５に収容する部分のうち、防水用のシール８０を配設する箇所より先端側の第３部分７１ａを、シャンク１５の凹部１５ｃの内壁から離間するように小径に形成して、第３部分７１ａとシャンク１５の凹部１５ｃの内壁との間で円筒形の第１空間８１を形成し、この第１空間８１に対して、４個の連通路７１ｇ，７１ｈ，７１ｉ，７１ｊを通して第１流路７３の先端部分に繋ぐ。また、第３部分７１ａの先端部分に切り欠きを形成し、切り欠きにより得られる第２空間８２内にフレキシブルチューブ７４の先端が来るように配置する。また、切り欠きにて第２空間８２を第１空間８１に繋げる。【選択図】 図４

Description

本発明は、電極チップと、該電極チップを保持するシャンクと、該シャンクを保持するシャンクホルダと、を備えた溶接ガン及び該溶接ガンを備えた抵抗溶接装置に関する。

少なくとも２枚の金属製の被溶接部材を重ね合わせた状態で溶接箇所を電極で挟み、加圧を加えつつ電流を流し、溶接箇所に発生するジュール熱で被溶接部材同士を接続する抵抗溶接装置が知られている。

抵抗溶接装置には、略正方形の平坦な板状に形成され、装置本体の高さ方向に対して直角方向に配設されるテーブル電極と、テーブル電極の平面方向に移動可能であるとともに、テーブル電極の平面方向に対して直角方向に上下動可能である溶接ガンと、を備えたものがある（例えば特許文献１参考）。特許文献１に記載された抵抗溶接装置は、“水平ガン”と呼ばれる溶接ガンを有している。なお、特許文献１に記載の抵抗溶接装置は、本出願人によって提案されたものである。

水平ガンは、装置本体の高さ方向に対して直角方向（水平方向）に長く伸びる形状を成し、ガンブラケットで装置本体の高さ方向（垂直方向）に揺動自在に支持される。水平ガンは、電極チップと、該電極チップを保持するシャンクと、該シャンクを保持するシャンクホルダと、を備えている。シャンクホルダは、先端部分が折れ曲がったＬ字状を成し、内部には冷却水を通すための流路が形成されている。シャンクホルダの先端部分にはシャンクが装着される。シャンクには直線形状のものや屈曲形状のものがあり、直線形状のものは“ストレートシャンク”と呼ばれ、屈曲形状のものは“オフセットシャンク”と呼ばれる。オフセットシャンクは、主に狭い箇所で溶接を行う場合に用いられる。

図９は、従来の水平ガン１００の構造を示す縦断面図である。また、図１０は、図９のシャンク１０２の外観を示す平面図である。図９に示すように、シャンクホルダ１０１の内部には、シャンクホルダ１０１の長さ方向に沿って流路１０３が形成されている。流路１０３の断面は例えば円形である。流路１０３には冷却水を流すための樹脂製のフレキシブルチューブ１０４が内挿されており、その一端（先端）１０４ａがシャンクホルダ１０１の先端部１０１ａの近傍に達し、他端が図示せぬ冷却水循環装置（“チラー”と呼ばれる）に達している。なお、シャンクホルダ１０１の一端（先端）は開口しているので、冷却水が流失しないように栓１０５が設けられている。また、フレキシブルチューブ１０４は、例えば樹脂製である。

オフセットシャンク１０２は、略Ｌ字状に形成されており、シャンクホルダ１０１に装着するための第１装着部１０２ａと、電極チップ１０６を装着するための第２装着部１０２ｂとを有している。図１０に示すように、第１装着部１０２ａには、オフセットシャンク１０２をシャンクホルダ１０１の先端部分に装着するための貫通孔１０７と、シャンクホルダ１０１に装着する方向で、貫通孔１０７の一部と連通するスリット１０８とが形成されている。スリット１０８は、オフセットシャンク１０２の第１装着部１０２ａにおいてその上端から下端にかけて形成されている。

オフセットシャンク１０２のスリット１０８が形成された部分には、シャンクホルダ１０１に装着する方向に２個のネジ１１０（図９参照）が平行に配置されている。これらのネジ１１０は、オフセットシャンク１０２をシャクホルダ１０１に固定するためのものである。

オフセットシャンク１０２の第２装着部１０２ｂの貫通孔１０９は、電極チップ１０６の形状に合うように、下端側が幅広で、上端側が幅狭になったテーパ状に形成されている（図９参照）。

上述した構成の水平ガン１００において、図示せぬ冷却水循環装置からの冷却水は、フレキシブルチューブ１０４内を流れ、その先端部１０４ａに達した後、シャンクホルダ１０１の流路１０３内を流れて冷却水循環装置に戻って行く。このような経路で冷却水が循環することで、電極チップ１０６を含むオフセットシャンク１０２が冷却される。なお、電極チップ１０６は、シャンクに装着するタイプのものであるが、直接シャンクホルダに装着するタイプのものもある。

特許第６９６６０６０号公報

ところで、溶接を行うと、ある程度温度が低下してから次の溶接を行うようにしているため、溶接間隔の短縮化は作業効率の向上を図る点で重要である。しかしながら、シャンクの種類によっては溶接間隔にばらつきが生じ、例えば上述したオフセットシャンク１０２の場合、ストレートシャンクと比べて熱源と冷源との間（シャンクホルダ１０１の先端部分と電極チップ１０６との間）の距離が長くなる分、冷却効率が低下し、溶接間隔が長くなる。このような熱源と冷源との間の距離が長くなるシャンクでも冷却効率を高めることができれば、溶接間隔の短縮化が図れて作業効率の向上が期待できる。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、オフセットシャンクのような電極チップとシャンクホルダの先端部分との間の距離が長くなるシャンクでも溶接時に生じる熱を効率良く冷却することができる溶接ガン及び該溶接ガンを備える抵抗溶接装置を提供することを目的とする。

本発明の溶接ガンは、断面円形状を成し、内部に長さ方向に沿って冷却水通流用の第１流路が形成され、前記第１流路内には前記第１流路の径より小径のフレキシブルチューブが設けられたシャンクホルダと、前記シャンクホルダの先端部分を嵌挿可能な断面円形状の凹部が形成された第１部分と、前記第１部分の前記凹部の中心軸に対して略直角方向に沿って延設され、先端部分で電極チップを保持する第２部分とからなるシャンクと、を備え、前記シャンクホルダは、前記シャンクに収容される部分のうち、防水用のシールが配設される箇所より先端側の第３部分が前記シャンクの前記第１部分の前記凹部の内壁から離間するように小径に形成され、前記第１流路の先端が前記第３部分の前記シール側に位置し、前記第３部分と前記シャンクの前記凹部の内壁との間で形作られる円筒形の第１空間を前記第１流路の先端部分へ繋ぐ少なくとも１つの連通路が形成され、前記フレキシブルチューブの先端が前記第３部分の先端より前記シール側に位置し、前記第３部分の先端部分に切り欠きが形成され、該切り欠きにより得られる第２空間内に前記フレキシブルチューブの先端を位置させ、また前記切り欠きにて前記第２空間と前記第１空間とを繋げた。

上記構成によれば、シャンクホルダの先端側の第３部分とシャンクの第１部分の凹部の内壁との間に形作られる円筒形の第１空間に充満する冷却水によって効率良く冷却することができる。大きな空間である第１空間を持たない従来の溶接ガンよりも高い冷却能力が得られるので、シャンクホルダの先端部分と電極チップとの間（熱源と冷源との間）の距離がストレートシャンクより長くなるオフセットシャンクでも溶接時に生じる熱を効率良く冷却することができる。これにより、溶接間隔の短縮化が図れ、作業効率を向上できる。

本発明の抵抗溶接装置は、少なくとも２枚の金属製の被溶接部材を重ね合わせた状態で溶接箇所を電極で挟み、加圧を加えつつ電流を流し、溶接箇所に発生するジュール熱で被溶接部材同士を接続する抵抗溶接装置において、上記溶接ガンを備えた。

上記構成によれば、上記溶接ガンを備えたことで、溶接間隔の短縮化が図れ、作業効率を向上できる。

本発明によれば、オフセットシャンクのような電極チップとシャンクホルダの先端部分との間の距離が長くなるシャンクでも溶接時に生じる熱を効率良く冷却することができるので、溶接間隔の短縮化が図れ、作業効率を向上できる。

本実施形態に係る抵抗溶接装置の外観を示す側面図 図1の抵抗溶接装置の水平ガンの外観を示す側面図 図２の水平ガンのシャンクホルダ及びシャンクの構造を示す縦断面図 図３の部分拡大図 図３のシャンクの外観を示す平面図 図３のシャンクのＡ－Ａ線矢示断面図 図３のシャンクのＢ－Ｂ線矢示断面図 図1の抵抗溶接装置の水平ガンのシャンクホルダの先端部分における冷却水の流れを説明するための斜視図 従来の水平ガンの構造を示す示す縦断面図 図９のシャンクの外観を示す平面図

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る抵抗溶接装置１の外観を示す側面図である。同図において、本実施形態に係る抵抗溶接装置１は、支持ポスト４と、多関節構造のアーム５と、ガンブラケット６と、水平ガン（溶接ガン）７と、加圧シリンダ８と、給電ケーブル９と、テーブル電極１０と、溶接トランス１１と、テーブル駆動部１２と、シャンク１５と、を備える。

アーム５は、２つのアーム部５Ａ，５Ｂと、これらのアーム部５Ａ，５Ｂを支持ポスト４の立設方向に対して直角方向（水平方向）に回転自在に接続する回転軸５Ｃと、を備える。アーム５は、その基端部にある回転軸５Ｄにて支持ポスト４に支持される。アーム５は、アーム部５Ｂの先端部分でガンブラケット６を支持ポスト４の立設方向と同方向に支持する。ガンブラケット６は、その下端部で水平ガン７を支持ポスト４の立設方向と同方向に揺動自在に支持する。また、ガンブラケット６は、その上端部がアーム部５Ｂの先端部分に、支持ポスト４の立設方向と同方向に接続される。この場合、ガンブラケット６は、アーム部５Ｂの方向と同方向（水平方向）に回転自在になっている。

水平ガン７は、シャンクホルダ７１を有し、シャンクホルダ７１の先端部分にはシャンク１５が装着される。シャンク１５は、オフセットシャンクと呼ばれる屈曲形状のものである。なお、本実施形態に係る抵抗溶接装置１では、ストレートシャンクと呼ばれる直線形状のものでも勿論使用可能である。

図２は、本実施形態に係る抵抗溶接装置１の水平ガン７の外観を示す側面図である。同図に示すように、シャンクホルダ７１の先端部分にはシャンク１５が装着されており、シャンク１５には電極チップ１６が装着されている。なお、電極チップ１６は、テーブル電極１０と対を成す電極である。電極チップ１６とテーブル電極１０のうち一方が溶接トランス１１の一方の電極に接続され、他方が電源トランス１１の他方の電極に接続される。

なお、図２では２枚の金属製の被溶接物５０１，５０２を重ね合わせた状態で、これらを接合しようとしている状態を示している。被溶接物５０２は、変形した形状であるから、被溶接物５０１，５０２の奥まで電極チップ１６を持ってくいことが困難である。これに対し、オフセットタイプのシャンク１５は屈曲形状であるから、電極チップ１６を被溶接物５０１，５０２の奥まで送り込むことができる。

図１に戻り、加圧シリンダ８は、アーム部５Ｂの先端部分の上面側に配設されている。加圧シリンダ８は、溶接時に圧縮空気の供給を受けることで水平ガン７の後端部と接続されている鎖（チェーン、図示略）を引き上げて、水平ガン７の先端部側が下方（テーブル電極１０側）へ向かうように水平ガン７を回動させる。

テーブル電極１０は、導電性を有する金属材料（主に銅）からなる四角形の平面板状に形成されており、水平ガン７の下方に配設される。架台１２は、溶接作業に用いられる台であり、テーブル電極１０が載置される。溶接トランス１１は、水平ガン７に電力を供給するものであり、一方の電極がテーブル電極１０に接続され、他方の電極が給電ケーブル９に接続される。溶接トランス１１は、テーブル駆動部１２内に配設される。

次に、水平ガン７のシャンクホルダ７１及びシャンク１５の構造について説明する。
図３は、水平ガン７の先端部分の構造を示す縦断面図である。図４は、図３の部分拡大図である。図５はシャンク１５の外観を示す平面図である。

まずシャンク１５について説明する。図４に示すように、シャンク１５は、略Ｌ字状に形成されており、シャンクホルダ７１の先端部分に装着するための第１部分１５ａと、電極チップ１６を装着するための第２部分１５ｂと有する。シャンク１５の第１部分１５ａには、図５に示すように、シャンク１５をシャンクホルダ７１の先端部分に装着するための円形の凹部１５ｃと、シャンクホルダ７１への装着方向で、凹部１５ｃの一部と連通するスリット１５ｄとがそれぞれ形成されている。また、シャンク１５の第１部分１５ａの上部で、スリット１５ｄが形成された部分には、１個のネジ１７がシャンクホルダ７１への装着方向に対して直角方向に配置されている。ネジ１７は、シャンク１５をシャンクホルダ７１に固定するためのものである。ネジ１７を締め込むことでシャンク１５とシャンクホルダ７１が結合する。

シャンク１５の第１部分１５ａに形成された凹部１５ｃは、第１部分１５ａの下端直前に達する深さを有する。凹部１５ｃの径は、シャンクホルダ７１の先端部分を除く他の部分の径と略同径（極僅かに短い）となっている。シャンクホルダ７１の先端部分は、冷却水を溜め込むための空間を得るために、シャンクホルダ７１の他の部分より径が短くなっている。その詳細については後述する。

図５に示すように、シャンク１５の第２部分１５ｂには、電極チップ１６を装着するための貫通孔１５ｅが形成されている。貫通孔１５ｅは、図３又は図４に示すように、下端側が幅広で、上端側が幅狭になったテーパ状に形成されている。

図４において、シャンクホルダ７１は、断面円形状を成し、内部に長さ方向に沿って冷却水通流用の第１流路７３が形成されている。第１流路７３内には、第１流路７３の径より小径のフレキシブルチューブ７４が設けられている。また、シャンクホルダ７１は、シャンク１５に収容される部分のうち、防水用のシール８０が配設された箇所より先端側の第３部分７１ａが、シャンク１５の第１部分１５ａの凹部１５ｃの内壁から離間するように小径に形成されている。シャンクホルダ７１の長いほうの径の部分（大径部分）と短いほうの径の部分（小径部分）との接続部分７１ｃは、シャンクホルダ７１の大径部分から小径部分に行くに従って径が短くなるテーパ形状に形成されている。シャンクホルダ７１の大径部分の直近には、周方向に沿う環状の溝部７１ｄが形成されている。溝部７１ｄは断面凹状に形成されており、断面円形の環状のシール８０が挿入される。シール８０にはシリコンゴム等のゴム素材が用いられる。

シャンクホルダ７１の先端部分７１ａには、シャンクホルダ７１の先端に向かう方向に、４個の流路７１ｇ，７１ｈ，７１ｉ，７１j（流路７１jは、図４では見えていない）、２個の突起部７１ｅ，７１ｆの順で形成されている。

図６は、図３のＡ－Ａ線矢示断面図である。また、図７は、図３のＢ－Ｂ線矢示断面図である。また、図８は、シャンクホルダ７１の第３部分７１ａの外観を示す斜視図である。なお、図８に示すシャンクホルダ７１の第３部分７１ａは、図３又は図４の対応する部分と上下が逆になっている。

図６及び図８に示すように、突起部７１ｅ，７１ｆは、それぞれ断面半月状で、弦に相当する側が対向するように形成されている。突起部７１ｅと突起部７１ｆとの間には、フレキシブルチューブ７４を通すための孔７１ｋ（図８参照）が形成されている。孔７１ｋの径の大きさは、フレキシブルチューブ７４の外径より極僅かに小さくなっており、フレキシブルチューブ７４の圧入を可能にしている。なお、フレキシブルチューブ７４は冷却水を運ぶためのものである。

図７において、シャンクホルダ７１の第３部分７１ａに形成された４個の流路７１ｇ～７１ｊは、十字に並ぶように形成されている。４個の流路７１ｇ～７１ｊは、それぞれの一方の開口端が第１空間８１（図４参照）に繋がり、他方の開口端がシャンクホルダ７１内部の第１流路７３（図３参照）と繋がっている。シャンクホルダ７１の第３部分７１ａの先端部分には切り欠きが形成されており、この切り欠きにより得られる第２空間８２（即ち、突起部７１ｅと突起部７１ｆとで得られる空間）内にフレキシブルチューブ７４の先端部７４ａ（図４参照）が位置している。フレシキブルチューブ７４は、その先端部７４ａがシャンクホルダ７１の第３部分７１ａの先端よりシール８０側に位置している。第２空間８２は、シャンクホルダ７１の先端部分７１ａとシャンク１５との間で形作られる第１空間８１に繋がっている。

このような構造を採ったことで、図８に示すように、チューブ７４で運ばれてきた冷却水がチューブ７４の先端から流出し（矢印Ｙ１，Ｙ２）、その後、シャンクホルダ７１の第３部分７１ａとシャンク１５との間に形作られる第１空間８１から流路７１ｇ～７１ｊに流入し（矢印Ｙ３，Ｙ４）、これらの流路７１ｇ～７１ｊを通ってシャンクホルダ７１の流路７３に流入し、図示せぬ冷却水循環装置に戻って行く。このように冷却水が循環する。

シャンクホルダ７１の第３部分７１ａとシャンク１５との間で形作られる円筒形状の第１空間８１に冷却水が満たされて、広範囲でシャンク１５と接する。第１空間８１で広い吸熱面が得られることから、従来の溶接ガンよりも吸熱量が増し、溶接時に電極チップ１６と被溶接部材との間で発生する熱を効率よく吸収できる。なお、図９に示した従来のシャンクホルダ１０１とシャンク１０２は、これらの間に冷却水を通す構造ではなく、互いに接触させた構造を採るため、本発明と比べて冷却効果が低い。このように、大きな空間である第１空間８１を持たない従来の水平ガン１００よりも高い冷却能力が得られるので、シャンクホルダ７１の第３部分７１ａと電極チップ１６との間（熱源と冷源との間）の距離がストレートシャンクより長くなるオフセットシャンクでも、溶接時に生じる熱を効率良く冷却することができる。これにより、溶接間隔の短縮化が図れ、作業効率を向上できる。

次に、本実施形態に係る抵抗溶接装置１の使用例について説明する。
溶接を行うときは、テーブル電極１０上に２枚の鋼鈑５０１，５０２を重ね合わせて載置する。その後、鋼鈑５０１に水平ガン７の先端部分（電極チップ１６が装着された部分）を当てる。この状態で溶接を開始する操作を行うことで、加圧シリンダ８が作動を開始して水平ガン７の後端部分が引き上げられる。水平ガン７の後端部分が引き上げられることで、水平ガン７の先端部側が下方へ回動し、電極チップ１６が鋼鈑５０１に当接する。この場合、加圧力に応じた大きさで当接する。溶接を開始する操作が行われることで、加圧と同時に通電が行われて、鋼鈑５０１と鋼鈑５０２の溶接が行われる。

このように、本実施形態に係る抵抗溶接装置１の水平ガン７によれば、シャンクホルダ７１の径の小さい方の第３部分７１ａとシャンク１５の凹部１５ｃの壁面との間で形作られる円筒形の第１空間８１を通して冷却水を循環させるようにしたので、第１空間８１を持たない従来の水平ガンよりも高い冷却効率が得られる。これにより、シャンクホルダ７１の第３部分７１ａと電極チップ１６との間（即ち、熱源と冷源との間）の距離がストレートシャンクより長くなるオフセットシャンク（シャンク１５）においても、溶接時に生じる熱を効率良く冷却することができ、作業効率の向上が図れる。

なお、本発明を特定の実施形態を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本実施形態では、４個の流路７１ｇ～７１ｊを設けたが、これらの個数に限定はない。但し、冷却水を効率よく循環させる点では数が多いほうがよいが、物理的な制限があるため、そう多くは設けることができない。

本発明は、装置本体に対して水平方向に移動できる溶接ガンと、略正方形の平坦な板状に形成されたテーブル電極とを備えた抵抗溶接装置に好適である。

１ 抵抗溶接装置
４ 支持ポスト
５ アーム
５Ａ，５Ｂ アーム部
５Ｃ，５Ｄ 回転軸
６ ガンブラケット
７ 水平ガン
８ 加圧シリンダ
９ 給電ケーブル
１０ テーブル電極
１１ 溶接トランス
１２ テーブル駆動部
１５ シャンク
１５ａ 第１部分
１５ｂ 第２部分
１５ｃ 凹部
１５ｄ スリット
１５ｅ 貫通孔
１６ 電極チップ
１７ ネジ
７１ シャンクホルダ
７１ａ 第３部分
７１ｄ 溝部
７１ｇ，７１ｈ，７１ｉ，７１ｊ 流路
７１ｅ，７１ｆ 突起部
７１ｋ 孔
７３ 第１流路
７４ フレキシブルチューブ
８０ シール
８１ 第１空間
８２ 第２空間
５０１，５０２ 被溶接物

Claims (2)

1. 断面円形状を成し、内部に長さ方向に沿って冷却水通流用の第１流路（７３）が形成され、前記第１流路（７３）内には前記第１流路（７３）の径より小径のフレキシブルチューブ（７４）が設けられたシャンクホルダ（７１）と、
   前記シャンクホルダ（７１）の先端部分を嵌挿可能な断面円形状の凹部（１５ｃ）が形成された第１部分（１５ａ）と、前記第１部分（１５ａ）の前記凹部（１５ｃ）の中心軸に対して略直角方向に沿って延設され、先端部分で電極チップ（１６）を保持する第２部分（１５ｂ）とからなるシャンク（１５）と、
   を備え、
   前記シャンクホルダ（７１）は、
   前記シャンク（１５）に収容される部分のうち、防水用のシール（８０）が配設される箇所より先端側の第３部分（７１ａ）が前記シャンク（１５）の前記第１部分（１５ａ）の前記凹部（１５ｃ）の内壁から離間するように小径に形成され、
   前記第１流路（７３）の先端が前記第３部分（７１ａ）の前記シール（８０）側に位置し、
   前記第３部分（７１ａ）と前記シャンク（１５）の前記凹部（１５ｃ）の内壁との間で形作られる円筒形の第１空間（８１）を前記第１流路（７３）の先端部分へ繋ぐ少なくとも１つの連通路（７１ｇ，７１ｈ，７１ｉ，７１ｊ）が形成され、
   前記フレキシブルチューブ（７４）の先端が前記第３部分（７１ａ）の先端より前記シール（８０）側に位置し、
   前記第３部分（７１ａ）の先端部分に切り欠きが形成され、該切り欠きにより得られる第２空間（８２）内に前記フレキシブルチューブ（７４）の先端を位置させ、また前記切り欠きにて前記第２空間（８２）と前記第１空間（８１）とを繋げた、
   溶接ガン。
2. 少なくとも２枚の金属製の被溶接物を重ね合わせた状態で溶接箇所を電極で挟み、加圧を加えつつ電流を流し、溶接箇所に発生するジュール熱で被溶接物同士を接続する抵抗溶接装置において、請求項１に記載の溶接ガンを備えた抵抗溶接装置。
   
   

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