JP7304672B2 - 電極研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、スポット溶接用電極の研磨方法に関する。

スポット溶接用電極には、溶接時に大きな加圧力が加わると共に大電流が流れ、且つ高温に曝されるため、繰り返しの使用により電極の先端部が摩耗して扁平化したり、被溶接物の金属が付着したりする。これを放置すると溶接不良の原因となるため、定期的に電極の先端部を所定形状に整形（研磨）する必要がある。

例えば下記の特許文献１には、回転切削具の切削刃に電極の先端を押し付けることにより自動で研磨する電極研磨装置が示されている。切削刃の回転速度は、例えば、６０～４００ｒｐｍ程度に設定される（下記特許文献２の段落００３６では１７７ｒｐｍ、下記特許文献３の段落００３５では４００ｒｐｍ、下記特許文献４の段落００２２では、６０ｒｐｍ）。

特開２０１８－８９６３８号公報 特開２０１４－１００７２９号公報 特開２０１０－３６２３２号公報 特開平１１－９０６４７号公報

上記のように回転切削具で電極を切削することにより生じた切り屑は、遠心力により、回転切削具に設けられた排出溝を介して排出される。しかし、回転切削具で電極を研磨する際、切削刃に電極の切り屑が溶着することがある。このまま研磨を繰り返すことで、切削刃に溶着した切り屑を起点として切り屑がさらに成長し、排出溝内で切り屑が圧縮されて固まることで排出溝が塞がれて目詰まりを起こし、電極の研磨不良が生じるおそれがある。この場合、設備を停止して切り屑を除去する必要が生じ、最悪の場合は切削刃を交換する必要が生じるため、生産性の低下を招く。

例えば、切削刃にすくい角を設ければ切削性が向上するため、切削刃への切り屑の溶着を抑えることができる。しかし、切削刃にすくい角を設けると、切削刃が電極に食い込みやすくなって切り屑が大きく（厚く）なり、切削量が増えるため、排出溝の目詰まりや、電極寿命の短縮を招く。

以上の事情から、本発明は、電極の切削量を抑えながら、切削刃への電極の切り屑の溶着を抑えることができる電極の研磨方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記のように切削刃の形状（すくい角）を変更するのではなく、切削刃の回転速度を高めることで、切削刃への切り屑の溶着を防止できるのではないかと考えた。そこで、従来は高々４００ｒｐｍ程度であった切削刃の回転速度を、４５０ｒｐｍ以上として電極を研磨したところ、切削刃への切り屑の溶着が抑えられることが明らかになった。

上記の知見より、本発明は、駆動モータにより回転駆動される切削刃に電極を押し付けて研磨する方法であって、研磨中の前記回転切削具の回転数を４５０ｒｐｍ以上とすることを特徴とする電極研磨方法を提供する。

駆動モータには、通常、短時間（例えば５秒以内）運転領域および連続運転領域で使用できる回転速度及びトルクが、トルク－回転速度特性として決められている。自動車の製造工程で使用される駆動モータは連続運転領域で使用することが一般的であるが、電極研磨装置の駆動モータは、電極を研磨するときだけトルクが加わるため、実質的な駆動時間は比較的短い。従って、電極研磨装置の駆動モータは、短時間運転領域のトルク及び回転速度で使用することができる。これにより、切削に必要なトルクを維持しながら、回転数を上げることができるため、駆動モータのサイズ（出力）を大きくすることなく（すなわち、電極研磨装置を大型化することなく）、回転切削具の回転数を４５０ｒｐｍ以上まで高めることが可能となる。

上記の電極研磨方法は、回転駆動される回転切削具に電極の先端を押し付けて、電極の先端に回転切削具の刃部を食い込ませる刃食い込み工程と、電極の加圧力を刃食い込み工程よりも低くすると共に、回転切削具の回転数を刃食い込み工程よりも高くして、電極を切削する本切削工程とを有することができる。このように、低回転数・高加圧力の刃食い込み工程で回転切削具の刃部を電極の先端に食い込ませた後、高回転数・低加圧力の本切削工程で電極の先端を切削することで、本切削工程における切削抵抗を抑えることができる。通常、回転切削具の回転数を高くすると、切削部の温度が上昇して溶着が促進されると考えられる。これに対し、上記のような低加圧力の本切削工程において、研磨中の切り込み量を最小限にしつつ回転切削具の回転数を４５０ｒｐｍ以上とすることで、切削部の温度が低下するため、回転切削具への切り屑の溶着を防止できる。

上記のように、回転切削具の回転数を４５０ｒｐｍ以上とすることで、電極の切削量を増大することなく、回転切削具（切削刃）への切り屑の溶着を抑えることができる。

電極研磨装置の側面図である。 上記電極研磨装置に設けられる回転切削具の上面図である。 上記回転切削具の斜視図である。 上記回転切削具の断面図である。 上記電極研磨装置を用いた電極研磨方法における電極の加圧力および回転切削具の回転数を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態に係る電極研磨装置１は、図１に示すように、ダイレクトスポット溶接を行うＣ型ガンに設けられた一対の電極１１０、１２０を同時に研磨するものである。電極研磨装置１は、駆動モータ２と、減速機３と、回転切削具６を有するドレッサ本体４と、これらを支持する支柱５と、ドレッサ本体４の周囲を覆うカバー１０とを有する。電極１１０、１２０は、銅合金（例えば、クロム銅）で形成される。

駆動モータ２としては、回転数および回転方向を制御可能なサーボモータが使用される。駆動モータ２は、小型化を図るために、出力が１０００Ｗ以下、好ましくは８００Ｗ以下のものを使用することが望ましい。

減速機３としては、例えば、平行軸歯車減速機や遊星歯車減速機、あるいはこれらを組み合わせたものが使用される。電極１１０、１２０を切削可能なトルクを確保しながら駆動モータ２のサイズ（出力）を小さくするためには、減速機３の減速比を大きくすることが好ましく、例えば３以上、好ましくは５以上とされる。一方、回転切削具６の回転数を高くするためには、減速機３の減速比を小さくすることが好ましく、例えば１０以下、好ましくは８以下とされる。

ドレッサ本体４は、電極１１０、１２０の軸心を中心として回転する回転切削具６と、回転切削具６を回転自在に保持するケース１１とを有する。ケース１１には、電極１１０、１２０を挿入するための孔が設けられる。

回転切削具６は、例えば図２および図３に示すように、ホルダ７と、ホルダ７に保持された切削刃８とを有する。切削刃８は、超硬合金（例えば、炭化タングステンを主体とした焼結物）で形成される。各切削刃８の上下両側には、電極１１０、１２０の先端形状に対応する円弧状の凹面８ａが設けられ、各凹面８ａの縁に設けられた角部が、電極１１０、１２０を切削する刃部８ｂとなる。本実施形態では、円周方向複数箇所に刃部８ｂが設けられ、具体的には、一対の切削刃８が位相を１８０°異ならせて配される。

本実施形態では、切削刃８の刃部８ｂにすくい角や逃げ角は設けられておらず、刃部８ｂが直角に設けられる。これにより、各凹面８ａの回転方向両側の縁の角部を刃部８ｂとして使用することができる。すなわち、凹面８ａの一方の縁に設けられた刃部８ｂが磨耗等により使用できなくなった場合、切削刃８を上下反転させて取り付けることにより、凹面８ａの他方の縁に設けられた刃部８ｂを使用することができる。

ホルダ７は、一対の半割りホルダ７ａ，７ａで構成される。ホルダ７の上下両面には、電極１１０、１２０の先端が嵌合可能な凹面部７ｂと、切削屑をホルダ７の半径方向外方へ排出するための排出溝７ｃとが設けられる。排出溝７ｃは、各切削刃８の回転方向（図２の矢印Ａ方向）下流側に隣接している。切削刃８を半割りホルダ７ａ，７ａ間に挟持した状態で、半割りホルダ７ａ，７ａをボルト９で締付固定することにより、切削刃８がホルダ７に取り付けられる。尚、回転切削具６の構成は上記に限らず、電極１１０、１２０の先端形状に対応する円弧状の刃部を有するものであればよい。

駆動モータ２を駆動すると、その回転が減速機３を介して回転切削具６に伝達され、回転切削具６が回転する。この状態で、図４に示すように、一対の電極１１０、１２０で回転切削具６を上下から挟み込み、各電極１１０、１２０の先端を切削刃８の凹面８ａに押し付けることにより、各電極１１０、１２０の先端が切削刃８の刃部８ｂで切削されて所定形状に整形される。

具体的に、電極１１０、１２０の研磨は、（１）刃接触工程、（２）刃食い込み工程、（３）本切削工程、及び（４）仕上げ工程を経て行われる。これらの工程は、電極１１０、１２０の加圧力及び回転切削具６の回転数を制御しながら連続的に行われる。以下、図５を参照しながら各工程を詳しく説明する。

（１）刃接触工程
刃接触工程では、回転切削具６を比較的低速で回転させた状態で、各電極１１０、１２０を切削刃８に比較的低圧（例えば、０．５～０．７ｋＮ）で接触させる。このように、電極１１０、１２０を回転切削具６の切削刃８にソフトタッチさせることで、回転切削具６に加わるトルクが小さくなり、切削刃８の損傷を防止することができる。

（２）刃食い込み工程
刃食い込み工程では、回転切削具６の回転数を維持したまま、電極１１０、１２０の加圧力を高める（例えば、１～１．４ｋＮ）。このように、低回転数、高加圧力で電極１１０、１２０の先端を切削することにより、電極１１０、１２０の先端への切削刃８の食い込みが促進されるため、短時間で所定の食い込み量を達成することができる。このとき、回転切削具６のトルクが最も大きくなる。尚、回転切削具６の回転数は、刃接触工程と異ならせてもよく、例えば、刃接触工程よりも高くしてもよいが、後述する本切削工程における回転数よりも低く設定される。

（３）本切削工程
本切削工程では、電極１１０、１２０の加圧力を低くし、電極１１０、１２０と切削刃８との相対位置関係（電極１１０、１２０の加圧方向の位置関係）をほぼ維持しながら、回転切削具６を回転させる。本切削工程における電極１１０、１２０の加圧力は、例えば１ｋＮ以下、好ましくは０．８ｋＮ以下に設定される。このように、電極１１０、１２０の先端に切削刃８を積極的に食い込ませないことで、切削抵抗（回転切削具６のトルク）を抑えることができ、例えば、回転切削具６のトルクを２０Ｎ・ｍ以下、好ましくは１５Ｎ・ｍ以下にすることができる。この状態で回転切削具６の回転数を高めて高速で切削することにより、電極１１０、１２０の先端を、必要量のみ確実に、早く、且つきれいに切削することができる。

（４）仕上げ工程
仕上げ工程では、本切削工程よりも回転数を高くすると共に、加圧力を低くする。このように、低加圧力・高回転数で電極１１０、１２０の先端を切削することにより、本切削工程により生じたバリ等を除去して電極１１０、１２０の先端を滑らかに仕上げることができる。

以上の工程（１）～（４）を経ることで、電極１１０、１２０の研磨が完了する。上記の工程（１）～（４）のうち、少なくとも（３）の本切削工程では、回転切削具６の回転数が４５０ｒｐｍ以上、好ましくは６００ｒｐｍ以上、より好ましくは８００ｒｐｍ以上となるように、駆動モータ２の回転数が設定される。例えば、減速機３の減速比が６である場合、駆動モータ２の回転数は３０００ｒｐｍ以上に設定される。本実施形態では、上記の工程（１）～（４）の全てにおいて、回転切削具６の回転数が４５０ｒｐｍ以上に設定され、特に、本切削工程では回転切削具６の回転数が７００ｒｐｍ以上に設定される。

このように、電極１１０、１２０を積極的に切削する本切削工程において、回転切削具６の回転数を４５０ｒｐｍ以上まで高めることで、切削刃８への切り屑の溶着を抑えることができる。特に、本実施形態では、本切削工程において、電極１１０、１２０の加圧力を比較的低くして回転切削具６のトルクを２０Ｎ・ｍ以下に抑えた状態で、回転切削具６の回転数を４５０ｒｐｍ以上まで高めることで、切削刃８への切り屑の溶着がさらに抑えられる。

例えば自動車の溶接ラインでは、多数のスポット溶接装置（溶接ロボット）が密集して配され、各溶接ロボットの周囲のスペースは限られているため、上記のような電極研磨装置１の小型化が要求される。しかし、上記のような回転切削具６の回転数の条件を満たすために、電極研磨装置１にサイズ（出力）の大きい駆動モータ２を設けると、電極研磨装置１が大型化して上記のスペースに配置できない恐れがある。また、上記の回転切削具６の回転数の条件を満たすために、減速機３の減速比を小さくすると、回転切削具６のトルクが小さくなるため、電極１１０、１２０を切削することができない恐れがある。

そこで、本実施形態では、駆動モータ２を、短時間運転領域のトルク及び回転速度で回転駆動するようにした。電極研磨装置における駆動モータ２の連続駆動時間は比較的短いため、駆動モータ２を短時間運転領域のトルク及び回転速度で回転駆動しても支障はない。このとき、駆動モータ２に加わるトルクが大きく変動すると、瞬間的に短時間運転領域のトルクを超え、駆動モータ２が停止して切削不能となる恐れがある。本実施形態では、回転切削具６に複数の刃部８ｂを設け、これらの刃部８ｂで各電極１１０、１２０の先端部の円周方向複数箇所（本実施形態では２箇所）を同時に切削するため、研磨時のトルクが比較的安定する。これにより、駆動モータ２を短時間運転領域のトルク及び回転速度で駆動した場合でも、短時間運転領域のトルクを超えるトルクが駆動モータ２に加わって駆動モータ２が停止する事態を回避できる。

以上のように、駆動モータ２を、短時間運転領域のトルク及び回転速度で回転駆動することで、電極１１０、１２０の切削に必要なトルクを確保するために減速機３の減速比を大きくした場合でも、駆動モータ２を大型化することなく、回転切削具６の回転数を４５０ｒｐｍ以上まで高めることが可能となる。

電極１１０、１２０を回転切削具６で研磨している間、カバー１０の内部に設けられたエア吐出口（図示省略）から電極１１０、１２０の研磨箇所（先端部）に向けてエアが吹き付けられ、これにより、電極１１０、１２０から生じる切り屑が吹き飛ばされる。このとき、ドレッサ本体４の周囲がカバー１０で覆われていることで、エアで吹き飛ばされた切り屑が周囲に飛散することが防止される。そして、この切り屑は、カバー１０とドレッサ本体４との間の隙間を介して自重により降下し、チューブ１２を介して切り屑貯留部１３の内部に貯留される。

上記の電極研磨装置１には、カバー１０の内部のエアを吸引する吸引手段のように、切り屑をカバー１０の外部に積極的に排出する手段は設けられない。従って、切り屑が大きいと、カバー１０とドレッサ本体４との間の隙間やチューブ１２内の流路に切り屑が詰まってしまい、切り屑貯留部１３まで達しないおそれがある。上記のように、回転切削具６を高い回転数で回転させれば、電極１１０、１２０から生じる切り屑が細かくなる。これにより、切り屑がカバー１０内の隙間等に詰まりにくくなり、自重による落下で切り屑貯留部１３まで到達しやすくなるため、切り屑の回収効率が高められる。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、回転切削具６の回転速度および電極１１０、１２０の加圧力のパターンは図５に示すものに限られない。例えば、（１）刃接触工程や（４）仕上げ工程の一方または双方の工程を省略してもよい。あるいは、電極の加圧力および回転切削具の回転数の一方あるいは双方を一定とした状態で、電極の研磨を行ってもよい。

また、上記の実施形態では、同軸上に配されたダイレクトスポット溶接用の一対の電極１１０、１２０を同時に研磨する場合を示したが、一本の電極（例えば、インダイレクトスポット溶接用の電極）を研磨する研磨装置や、平行に並べた一対の電極（例えば、シリーズスポット溶接用の電極）を研磨する研磨装置に、本発明のカバーを適用することもできる。

１ 電極研磨装置
２ 駆動モータ
３ 減速機
４ ドレッサ本体
５ 支柱
６ 回転切削具
７ ホルダ
８ 切削刃
１０ カバー
１１０、１２０電極

Claims (3)

1. 駆動モータにより回転駆動される回転切削具にスポット溶接用電極を押し付けて研磨する方法であって、
   研磨中の前記回転切削具のトルクを２０Ｎ・ｍ以下とし、且つ、研磨中の前記回転切削具の回転数を４５０ｒｐｍ以上とすることを特徴とする電極研磨方法。
2. 前記駆動モータを、短時間運転領域のトルク及び回転速度で回転駆動する請求項１に記載の電極研磨方法。
3. 回転駆動される前記回転切削具に前記電極の先端を押し付けて、前記電極の先端に前記回転切削具の刃部を食い込ませる刃食い込み工程と、前記電極の加圧力を前記刃食い込み工程よりも低くすると共に、前記回転切削具の回転数を前記刃食い込み工程よりも高くして、前記電極を切削する本切削工程とを有し、
   前記本切削工程において、研磨中の前記回転切削具のトルクを２０Ｎ・ｍ以下とし、且つ、研磨中の前記回転切削具の回転数を４５０ｒｐｍ以上とする請求項１又は２に記載の電極研磨方法。

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