JP7329691B2 - 抵抗溶接機の電極加圧機構、抵抗溶接機および溶接方法並びに電磁開閉器の製造方法 - Google Patents

Description

本願は、抵抗溶接機の電極加圧機構、抵抗溶接機および溶接方法並びに電磁開閉器の製造方法に関するものである。

従来の抵抗溶接機の電極加圧機構では、溶接時の加圧電極の追従性を確保するために、縮み代に対する加圧力が異なる複数種類のばね部材を直列に配置し、弱加圧及び強加圧で被溶接物への押し圧力に対する押し下げ代を確保している。（例えば特許文献１）
また、別の抵抗溶接機の電極加圧機構では、溶接時の加圧電極の追従性を確保するために、後から外付け可能なホルダガイドに複数個の皿ばねを設け、この皿ばねのばね力によって被溶接物（ワーク）を加圧している。（例えば特許文献２）

特開２００７―２６０７４７号公報 特開平１０－２４９５４０号公報

しかしながら、上述の特許文献１における抵抗溶接機の電極加圧機構にあっては、被溶接物への加圧力の範囲が直列に配置したばね部材の構成で決まるため、加圧力の対応範囲が制限される問題点があった。なお、加圧力の対応範囲を広げるには、ばね数またはばね種類を追加して配置すれば対応範囲を拡大することは可能であるが、加圧機構が大型化する問題点もあった。さらに、被溶接物への加圧力は、直列に配したばね部材のたわみ量で決まるため、抵抗溶接機本体の加圧機構（例えば、空圧シリンダー）の圧力調整が必要となる問題点があった。

また、特許文献２における抵抗溶接機の電極加圧機構にあっては、配置するばね機構が後から取り付け可能であるため、被溶接物への加圧力の範囲が容易に調整可能ではあるが、特許文献１の抵抗溶接機と同様の問題点があった。また、抵抗溶接機本体の加圧機構の強加圧領域への対応が困難である問題点もあった。

本願は、上述のような課題を解決するための技術を開示するものであり、抵抗溶接機本体の加圧力によらず、ばねのたわみ量で被溶接物の加圧力を制御することができる抵抗溶接機の電極加圧機構を得ることを目的にしている。

本願に開示される抵抗溶接機の電極加圧機構は、抵抗溶接機本体の加圧機構により上部電極を上下させ、上部電極と下部電極との間に配置された一対のワークを加圧して溶接する抵抗溶接機の電極加圧機構であって、前記下部電極に設けられ、前記上部電極に接して前記抵抗溶接機本体による加圧力を受ける荷重受けを備えたことを特徴とするものである。

本願に開示される抵抗溶接機の電極加圧機構によれば、抵抗溶接機本体の加圧力を荷重受けで受け、上部電極に設けられた弾性部材のみにより一対のワークを加圧するため、抵抗溶接機本体の加圧力によらず、弾性部材の撓み量でワークへの加圧力を制御することが可能な抵抗溶接機を得ることができる。

実施の形態１に係る抵抗溶接機の電極加圧機構を示す要部断面図および要部平面図である。 実施の形態１に係る抵抗溶接機における溶接方法を説明するフローチャートである。 実施の形態１に係る抵抗溶接機の動作状態を示す断面図である。 実施の形態２に係る抵抗溶接機の電極加圧機構を示す要部断面図である。 実施の形態３に係る抵抗溶接機の電極加圧機構を示す要部断面図および要部平面図である。 実施の形態３に係る他の実施形態を示す要部平面図である。 実施の形態４に係る抵抗溶接機の電極加圧機構を示す要部平面図である。 実施の形態５に係る抵抗溶接機の要部構成を示す平面図および断面図である。 抵抗溶接機を用いて製造された実施の形態６に係る電磁開閉器を示す概要図である。

実施の形態１．
以下、本願に係る抵抗溶接機の電極加圧機構の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において、同一又は相当部分については同一符号を付している。
図１は、実施の形態１に係る抵抗溶接機の電極加圧機構を示す要部断面図で、図１（Ａ）は、側断面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＢ－Ｂ線に沿った断面図である。

＜抵抗溶接機の構成＞
図において、抵抗溶接機は、抵抗溶接機本体の電極加圧手段である空圧シリンダー（図示せず）による加圧力を受けるプラテン１と、プラテン１の直下に固定された上部電極２と、上部電極２の下部に弾性部材であるばね３を介して取り付けられた可動電極４とからなる可動部１０、および可動電極４に空間をあけて対向して配置された下部電極５と、下部電極５の上面両側に固着され、上部電極２の下降位置を規制する絶縁材からなる荷重受け６とからなる固定部２０が設けられている。
また、抵抗溶接機の可動電極４に対向する下部電極５の上面に、溶接される上ワーク３０と下ワーク３１とが重ねてセットされている。

ここで、上部電極２における荷重受け６に接する面と、可動電極４におけるワーク３０に接する面との距離Ｘは、荷重受け６における上部電極２に接する面と、ワーク３０における可動電極４に接する面との距離Ｙよりも大きく設定されている。
なお、可動電極４は、上部電極２に電気的に接続されるとともに、上部電極２に固定されたねじ（図示せず）によりばね３を締め付け、ばね３に与圧を与えるように構成されている。

＜抵抗溶接機の動作＞
このような抵抗溶接機により溶接物である上ワーク３０を被溶接物である下ワーク３１に溶接する方法について図２を用いて説明する。
まず、ステップＳＴ１において、下部電極５の上に下ワーク３１および上ワーク３０を重ねて配置する。次に、抵抗溶接機本体の電極加圧手段である空圧シリンダーを作動させて上部電極２を下降させ、可動電極４を上ワーク３０に当接させる（ステップＳＴ２）。
さらに、上部電極２を下降させて上部電極２を荷重受け６に当接させる（ステップＳＴ３）。

この時、図３に示すように、ばね３が撓むことによって可動電極４と下部電極５に挟まれたワーク３０，３１が適正な加圧力をもって押圧される。すなわち、上述の距離Ｘが距離Ｙよりも大きいため、抵抗溶接機本体の電極加圧手段である空圧シリンダーによる加圧力は、荷重受け６で受けることになり、ワーク３０，３１には、ばね３の撓み分の圧力のみが加えられる。
したがって、ばね３の撓み力を適正に設定することによってワーク３０，３１に適正な圧力を加えさせることができる。

次に、ステップＳＴ４において、上部電極２および下部電極５間に電流を流すと、上ワーク３０と下ワーク３１の接触部が接触抵抗により発熱することになり、接触部が溶融して両者を溶接することができる(ステップＳＴ４)。
最後に、上部電極２および可動電極（４）を上昇させ、ワーク３０，３１を取り出すことになる(ステップＳＴ５)。
なお、上ワーク３０と下ワーク３１の接触部が溶けることによって微小変形が発生することになるが、ばね３のばね力により可動電極４をワーク３０に追従させ、ワーク３０への加圧力を維持させることができるため、安定した溶接を行わせることができる。

＜効果の背景＞
一般的に、溶接時の加圧力は、ワーク３０，３１の材質、寸法および溶接時にワーク３０，３１と接する電極寸法の違いで加圧力の適正値が異なるため、調整が必要となり、この場合、抵抗溶接機本体の空圧シリンダーの圧力を変えることによって加圧力の調整が可能であるが、空圧シリンダーの内部構造の摩擦抵抗により、特にシリンダー圧力が低い領域では、シリンダーの動き出しのタイムラグが増大するため、加圧力の付与までに時間がかかり、溶接サイクルタイムが増大することになる。また、通電時の溶接部の微小変形に対応できず、電極の追従性が悪化するため、ワーク３０，３１への加圧力の低下により溶接部からスパッタが発生し、溶接品質が低下する恐れがある。さらに、抵抗溶接機の加圧力の適正範囲の対応を拡大するためには、設備の加圧機構の改造または新規抵抗溶接機の導入により可能であるが、設備投資が必要となる課題がある。

＜効果の説明＞
これに対し、上述の実施の形態１においては、抵抗溶接機本体の電極加圧手段である空圧シリンダーの加圧力を荷重受け６で受けるため、ワーク３０，３１への加圧力は、抵抗溶接機本体の電極加圧手段によらず、ばね３のみで制御することができる。このため、ワーク３０，３１の材質、厚み、ワーク３０，３１と接する可動電極４および下部電極５の面積が異なり、装置の加圧適正範囲外の加圧力を必要とする場合でもばね３の変更またはばね３のたわみ量をねじにより調整することができ、設備投資を抑制することができる。

また、ワーク３０，３１は、可動電極４をばね３で加圧することにより押圧されるため、通電時の溶接部の微小変形の対応は、ばね３で可動電極４のみを追従させればよく、プラテン１および上部電極２を追従させる必要がないため、慣性力が小さく加圧力の追従性を良好なものとすることができる。
さらに、荷重受け６で抵抗溶接機本体の加圧力を受けるため、ばね３に過度な荷重がかかることがなく、ばね３の破損を防止することができる。
したがって、安価で性能のよい抵抗溶接機の電極加圧機構を得ることが可能となる。
なお、上部電極２と下部電極５の平行度は、荷重受け６の高さにより調整できるため、調整が容易である。また、荷重受け６の配置は、左右２か所に限定されるものでなく、下部電極５の外周側に複数個バランスよく配置しても同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る抵抗溶接機の電極加圧機構を示す要部断面図である。
図において、可動電極４は、凹部を有する可動電極本体４ａと、この可動電極本体４ａの凹部にねじ（図示せず）により取り付けられ、ワーク３０に押圧される取り外し可能な交換電極４ｂとによって構成されている。ここで、可動電極本体４ａは、溶接時にワーク３０に接触しない大きさに設定されている。
このように構成することによって、電極表面に傷または汚れが発生した際、交換電極４ｂのみを取り外して交換することができるため、メンテナンス費用を抑えることができる。また、電極のすりへりにより溶接電極を交換する必要が生じた場合、ワーク３０と直接接する交換電極４ｂのみを交換すればよいため、経済的なものとすることができる。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３に係る抵抗溶接機の電極加圧機構を示す要部断面図である。
図において、可動電極４の４隅に設けられたばね３によって上部電極２によって連結されている。
このようにばね３を４隅に配置することによって、４本のばねで加圧力を付与するため、ばねの高さを抑え、可動電極４と下部電極５の距離を大きくとることが可能となり、高さのあるワーク３０，３１においても溶接が可能となる。また、ワーク３０，３１を加圧した時、可動電極４がワーク３０の当接面に追従し、ワーク３０の傾きまたは上下の電極間の平行度の影響を抑制させることができ、加圧力の不足および不均一化の低減により安定した溶接を行わせることができる。

なお、ばね３は、可動電極４の４隅の位置にそれぞれ設けるものではなく、複数本のばねを加圧時に各ばねの加圧力が均一になるようバランスよく配置すればよい。例えば、図６（Ａ）に示すように可動電極４が丸形状の場合は、ばねを等間隔の３点に配置し、また、図６（Ｂ）に示すように長方形電極の場合は、左右の２点に配置すればよい。

実施の形態４．
図７は、実施の形態４に係る抵抗溶接機の電極加圧機構の要部構成を示す平面図である。
上述の実施の形態１においては、荷重受け６を下部電極５の左右２か所に配置したが、図７に示すように下部電極５の上面の外周側３か所に配置してもよく、上部電極２と下部電極５の平行度の調整が容易となる同様の効果を得ることができる。
なお、上述の実施の形態においては、ばね３を用いてワーク３０，３１に接触圧力を加えるように構成したが、ゴムまたは弾性変形が可能な樹脂成型品などの弾性部材を用いても同様に構成することができる。

実施の形態５．
図８は、実施の形態５に係る抵抗溶接機の電極加圧機構の要部構成を示す平面図および断面図で、図８（Ｂ）に示すように、荷重受け６を、上部電極２側の絶縁性樹脂からなる荷重受け部６ａと、荷重受け部６ａを支持する金属材料からなる荷重受け部６ｂとによって構成し、上部電極２から荷重受け６を介して下部電極５に電流が流れることがないようにしている。
また、荷重受け部６ａと荷重受け部６ｂとの間にシムを挟むことによって、ばね３による加圧力の調整が可能となる。さらに、荷重受け部６ｂに縦弾性係数の高い金属を使用することが可能となり、変形量を小さく抑えることができ、加圧力管理をより向上させることができる。

実施の形態６．
図９は、上述のような抵抗溶接機を用いて製造された実施の形態６に係る電磁開閉器を示す概要図である。
図において、電磁開閉器１００には、上述の溶接方法により製造された一対のワークである磁気スペーサ１０１と可動鉄心１０２とが用いられている。ここで、可動鉄心１０２は、鉄系の磁性金属、例えば一般構造用圧延材であるＳＳ４００、磁気スペーサ１０１は、鉄系磁性金属と溶接が容易な非磁性金属であるステンレス材、特にＳＵＳ３０４などのオーステナイト系ステンレス材の薄板により構成されている。

また、電磁開閉器１００は、可動鉄心１０２を支持する絶縁物である樹脂成型品１０３と、樹脂成型品１０３に固定された可動接点１０４と、可動鉄心１０２を吸引する電磁石１０５と、可動鉄心１０２を電磁石１０５の固定鉄心１０５ａから遠ざけるように付勢されたばね１０６と、各部材を収納するとともに可動接点１０４に対向して固定接点１０７を固定するハウジング１０８とを備えて構成されている。

このような構成のもとで、電磁石１０５に通電されると、一対の駆動コイルにより磁束が形成され、この磁束は、電磁石１０５の一方の固定鉄心１０５ａから磁気スペーサ１０１および可動鉄心１０２を通して他方の固定鉄心１０５ａに戻る磁路を形成することになり、この磁束によってばね１０６の圧力に抗して可動鉄心１０２が固定鉄心１０５ａに吸引され、この結果、可動接点１０４が固定接点１０７に接触して電気回路が閉じられることになる。

次に、駆動コイルの電流が遮断されると、駆動コイルによる磁束の発生がなくなるが、可動鉄心１０２と固定鉄心１０５ａの間にエアギャップがない場合には、可動鉄心１０２及び固定鉄心１０５ａの素材が持つ保磁力によって、両者間に残留磁気が生じ、ばね１０６が吸引力に打ち勝つことができず電気回路の開路動作ができない恐れが生じる。
しかしながら、非磁性材からなる磁気スペーサ１０１を設けることによって、磁気スペーサ１０１が存在する部分は、磁気回路上では、エアギャップと同等とみなされるため、可動鉄心１０２および固定鉄心１０５ａの素材の保磁力を超えて両鉄心に逆磁界が印加され、残留磁束をほぼ零とする効果が得られる。この結果、ばね１０６により可動鉄心１０２を押し上げることが可能となり、可動鉄心１０２が固定鉄心１０５ａから離れて電気回路が開かれることになる。
以上のように、本願に開示された抵抗溶接機を用い、電磁開閉器の磁気スペーサ１０１および可動鉄心１０２を溶接して形成することによって、結果として安価で高性能な電磁開閉器を得ることができる。

なお、本願は、上述の実施の形態１に限定されるものではなく、更に、実施の形態１に記載された様々な特徴、態様、および機能は、特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、又は様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合又は省略する場合が含まれるものとする。

１：プラテン、２：上部電極、３：弾性部材（ばね）、４：可動電極、４ａ：可動電極本体、４ｂ：交換電極、５：下部電極、６：荷重受け、６ａ，６ｂ：荷重受け部、１０：可動部、２０：固定部、３０，３１：ワーク（溶接物）、１００：電磁開閉器、１０１：スペーサ、１０２：可動鉄心

Claims (12)

1. 抵抗溶接機本体の加圧機構により上部電極を上下させ、上部電極と下部電極との間に配置された一対のワークを加圧して溶接する抵抗溶接機の電極加圧機構であって、前記下部電極に設けられ、前記上部電極に接して前記抵抗溶接機本体による加圧力を受ける荷重受けを備えたことを特徴とする抵抗溶接機の電極加圧機構。
2. 前記上部電極に弾性部材を介して設けられ、加圧時に前記ワークに接する可動電極を備え、前記ワークの加圧力を前記弾性部材の加圧力で制御することを特徴とした請求項1に記載の抵抗溶接機の電極加圧機構。
3. 前記上部電極における前記荷重受けに接する面と、前記可動電極における前記ワークに接する面との距離は、前記荷重受けにおける前記上部電極に接する面と、前記ワークにおける前記可動電極に接する面との距離よりも大きくしたことを特徴とする請求項２に記載の抵抗溶接機の電極加圧機構。
4. 前記上部電極を移動させて前記荷重受けに接触する前に、前記可動電極が前記ワークに接して前記ワークを加圧することを特徴とした請求項２に記載の抵抗溶接機の電極加圧機構。
5. 前記可動電極を可動電極本体と前記可動電極本体に固着され、前記ワークに押圧される取り外し可能な交換電極とによって構成したことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の電極加圧機構。
6. 前記上部電極と前記可動電極との間に設けられた前記弾性部材を複数配置したことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の電極加圧機構。
7. 前記抵抗溶接機本体による加圧力を受ける前記荷重受けを前記下部電極の外周側に複数配置したことを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の電極加圧機構。
8. 前記荷重受けは、前記上部電極側の絶縁性樹脂からなる荷重受け部と、前記荷重受け部を支持する金属材料からなる荷重受け部とによって構成したことを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の電極加圧機構。
9. 前記弾性部材を、ばねで構成したことを特徴とする請求項２から８のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の電極加圧機構。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の電極加圧機構を備えた抵抗溶接機。
11. 請求項１０に記載の抵抗溶接機を用いた溶接方法であって、前記上部電極と前記下部電極との間に一対のワークをセットする第１のステップ、前記上部電極を移動させ、前記上部電極に設けられた可動電極を前記ワークに接触させる第２のステップ、前記上部電極をさらに移動させて前記上部電極を荷重受けに接触させ、前記一対のワークを加圧する第３のステップ、前記上部電極および前記下部電極間に通電させ、前記一対のワークを溶接する第４ステップを備えたことを特徴とする溶接方法。
12. 請求項１１に記載の溶接方法を用い、電磁開閉器の可動鉄心と非磁性金属からなるスペーサとを溶接するようにしたことを特徴とする電磁開閉器の製造方法。

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