JPH04279280A - スタッド溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スタッド溶接機に関し
、特に、スタッドを母材から最適にリフトしてアーク放
電を発生させ、その後最適にスタッドを母材に圧接して
、常時安定した溶接作業のできるスタッド溶接機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】母材に対して溶接面を接触できるように
スタッドを保持するコレットを有する溶接ガンと、スタ
ッドと母材の間に所定の電力を供給するように溶接ガン
に接続された電源と、スタッドと母材の間にパイロット
アークとその後のメインアークとを形成するように電源
を制御するとともに、スタッドを母材に対して所定の時
間に圧接するよう溶接ガンを制御する制御装置とから成
るスタッド溶接機はよく知られている。このスタッド溶
接機は車体等にスタッドを溶接するのによく使用され、
溶着後のスタッドには、クリップ等が取付けられて、こ
のクリップにより断熱材等が車体等に取付けられている
。

【０００３】従来のスタッド溶接機において、スタッド
を母材に圧接するためコレットを下方に押すばねが溶接
ガンに設けられている。そして、このばねの力に打ち勝
つ力を有するソレノイド（すなわち電磁石）が溶接ガン
に設けられ、このソレノイドを付勢して、パイロットア
ーク及びメインアークを発生するように、スタッドを所
定高さリフトする。メインアークによってスタッド及び
母材部分が溶融された後、ソレノイドが消勢されると、
ばねの力によってスタッドが母材に圧接され、溶融され
たスタッド及び母材部分が相互に溶着するようになって
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来のスタッド
溶接機において、ばねの力は一定であり、またソレノイ
ドのリフト力とストローク長さも一定であるので、母材
表面に凹凸があった場合、必要とするリフトの高さや圧
接のタイミングが変わる欠点があった。また、溶接ガン
を母材に垂直にした場合と斜めにした場合とでは、圧接
強さや圧接のタイミングが変わり、この変化にも応じら
れない。更に、ばね力の経年変化や、コレットの上下移
動における摺動部の抵抗力の変化にも対応できなかった
。このため、これらの変化によって、十分なアーク放電
が行われなかったり、タイミングや圧接力も合わなくな
って、溶接不良を生じていた。

【０００５】従って、本発明の目的は、溶接ガンのスタ
ッドのリフトのタイミングやリフト高さや圧接のタイミ
ングやその強度を、母材やスタッドや溶接ガンの姿勢等
に応じて適切に制御でき、長期の使用によっても制御の
適切さが維持されるスタッド溶接機を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明によれば、母材に対して溶接面を接触できる
ようにスタッドを保持するコレットを有する溶接ガンと
、スタッドと母材の間に所定の電力を供給するように溶
接ガンに接続された電源と、スタッドと母材の間にパイ
ロットアークとその後のメインアークとを形成するよう
に電源を制御するとともに、スタッドを母材に対して所
定の時間に圧接するよう溶接ガンを制御する制御装置と
から成るスタッド溶接機であって、スタッドをリフトし
たりスタッドを母材に圧接したりするように、コレット
を上下に移動させる駆動手段と、該駆動手段によって移
動させられたスタッドのリフト高さ及びリフト時間を検
出するセンサ手段とが設けられ、前記制御装置は、駆動
手段を付勢してスタッドを移動させ、センサ手段からの
信号を受けて、予め選択された設定値に従って、前記駆
動手段の付勢を制御し、スタッドと母材間にパイロット
アーク及びメインアークを形成し、その後スタッドを母
材に圧接してスタッド溶接を最適に成すことを特徴する
スタッド溶接機が提供される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１は、本発明のスタッド溶接機の
構成図を示している。図２の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及
び（Ｄ）の図形は、それぞれ横軸を時間軸として、（Ａ
）は溶接ガンへの電流波形を示し、（Ｂ）はスタッドの
リフト高さのパターンを示し、（Ｃ）はスタッドの上下
の移動速度を示し、（Ｄ）はスタッドが上下する際の加
速度を示している。

【０００８】先ず、図１において、本発明に係るスタッ
ド溶接機１は溶接ガン２と、溶接ガンを動作させる動作
回路部３とから成る。溶接ガン２のハウジング４の先端
には、不活性ガス等のための筒状シールド５が設けられ
、このシールドの内側にはスタッドを保持するコレット
６が設けられている。図において、スタッド７がコレッ
ト６に保持されている。シールド５の先端は母材８の所
定の個所にあてがわれている。コレット６の上部には、
スタッド７を給送するチューブ９が設けられてスタッド
７をコレット６に自動供給できるように構成されている
。また、ハウジングの上部には、溶接ガン２に電力を供
給したり溶接ガンの動作を制御したりするためのケーブ
ル用チューブ１０が設けられている。

【０００９】本発明においては、ハウジング４には、ス
タッド７をリフトしたりスタッドを母材８に圧接したり
するように、コレット６を上下に移動させる駆動手段と
してのモータ１２が設けられている。このモータ１２は
付勢されると、コレット６を上下に移動できればよく、
リニアモータ（部品数が少なく且つ制御が容易であるの
で好ましい）や回転式モータ（回転運動を直線運動に変
換してコレットを上下できるようにするギヤ手段を必要
とする）等の電気モータがその代表的なものであるが、
他のモータ、例えばエアモータや超音波モータ等の任意
のモータを使用できることはいうまでもない。また、制
御の観点からサーボモータであるのが好ましい。そして
、本発明においては、ハウジング４の内側に、２つのセ
ンサを収容するセンサボックス１３が設けられている。 第１のセンサは、モータによって移動させられた時間に
コレット６の高さを示す信号を発する。この第１センサ
は、コレットの上下の高さと時間を示す信号を発するの
で、スタッド７のリフトの高さ及び時間を検出するセン
サとなる。第１センサは、例えば機械的なエンコーダや
光学的なエンコーダ等とそのエンコーダの検出出力を電
気信号に変換する変換器とから構成することができる。 センサボックス１３には、コレットに保持されたスタッ
ドが母材に圧接される強さを検出する第２のセンサが設
けられている。

【００１０】動作回路部３には、溶接ガン２のコレット
６に保持されたスタッド７と母材８の間に所定の電力を
供給するようにライン１５を介して溶接ガンに接続され
た電源１６を備えている。また、動作回路部３には制御
装置１７が設けられ、前記の電源１６は、スタッドと母
材の間にパイロットアークとその後のメインアークとを
形成するように、制御装置１７によって制御される。

【００１１】本発明においては、制御装置１７は、電源
１６の制御だけでなく、ライン１８を介して溶接ガン２
のモータ１２の駆動を制御する。モータ１２が駆動され
るとスタッド７が上下に移動でき、この移動によってセ
ンサボックス１３の第１センサはコレットの上下の高さ
と時間を示す信号を発し、この信号はライン１９を介し
て制御装置１７にフィードバックされ、このフィードバ
ック信号を受けて、制御装置１７は予め選択された設定
値に従ってモータの付勢を制御し、スタッドと母材間に
パイロットアーク及びメインアークを形成し、その後ス
タッドを母材に圧接して、第２センサからの圧接強さ信
号を受けて最適な圧接強さに維持してスタッド溶接を最
適に成す。なお、この制御装置はマイクロコンピュータ
等を使用することによって簡単に実現できる。また、図
示しないが、制御装置１７には、パイロットアークの時
間やメインアークの時間を任意に設定できるボタンスイ
ッチ等や設定値を表示する表示器が設けられている。

【００１２】以下、図２も参照しながら、本発明に係る
制御装置の動作について説明する。先ず、制御装置１７
は、電源１６からパイロットアークのための小電流を溶
接ガン２に供給する（図２の（Ａ）波形参照）。そして
、ほぼ同時に、母材８に接していたスタッド７を、モー
タ１２の駆動によってリフトさせる（図２の（Ｂ）のパ
ターン参照）。スタッド７が母材８から一定高さリフト
されると、電源１６から大電流が供給され、メインアー
クがスタッドと母材間に発生して、スタッドの溶接面と
母材部分とが加熱されて次第に溶融されるようになる。 スタッドの溶接面及び母材が適正に溶融されると、モー
タ１２が徐々に逆転あるいは消勢されて、スタッド７が
母材８に圧接される。この圧接の際、第２センサによっ
てその圧接強さを所定の強さに維持することによって、
スタッド７を母材８に溶着する。なお、図２の（Ｂ）に
おいて示すリフトのパターンは、一般的には図示のよう
に台形を成すが、三角形を成すこともあり、圧接の瞬間
にはスタッド溶接面が母材面に軟着陸するようなパター
ンであってもよい（このように軟着陸するのが、溶融部
分の飛散がなく適切に溶接されるので望ましい）。

【００１３】本発明においては、スタッドを上下させる
のは、モータ１２であるので、リフトの高さやリフトの
時間、並びに図２の図形（Ｃ）及び（Ｄ）に図示のよう
にリフトの速度及び加速度を任意に定めることができ、
パイロットアークの時間やメインアークの時間、更には
圧接のタイミングや、圧接時の圧接の態様も任意に設定
できる。例えば、第１センサからの信号によって、リフ
トの高さやリフトの時間を確認でき、速度は、第１セン
サからのリフト高さ信号をリフト時間で微分すれば算出
でき、加速度も、その速度の時間微分で求められ、かか
る演算は制御装置（マイクロコンピュータ）によって成
される。また、アーク放電によってスタッドの溶接面と
母材部分を溶融した後、スタッドを母材に圧接するに際
して、スタッドが母材に軟着陸する（理想的には速度ゼ
ロでスタッドが母材に接する）ように速度（加速度）を
制御するのも簡単にできる。更に、スタッドを母材に接
した後の圧接の強さは第２センサからの信号を受けるこ
とによって検出でき、モータ１２を付勢してその圧接強
さを適切な値に維持する。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、モータ等の駆動手段に
よってスタッドを上下でき、溶融ガンの構成が簡単にな
り、リフトの高さやタイミングを常に適切な値に維持で
き、ばねやソレノイドを一切不要にするので、ばねの機
械的特性のばらつきや経年変化による溶接不良を防止で
き、圧接時における溶融部分の飛散の問題も解消でき、
しかも、モータと制御装置とセンサとによってサーボ制
御しているので、溶接条件の制御が極めて正確にでき、
スタッドのリフトも圧接も適切な強さで行えるので溶接
不良を最小限に抑えることができ、溶接ガンの向きによ
ってスタッドのリフトや圧接の時間や速度や加速度を適
切に調整でき、この点でも溶接不良を防止でき、圧接の
際の圧接強さやリフトのパターンも調整によって任意に
できるので、スパッタの飛散を防止するだけでなく、き
れいで強力な仕上がりの溶接を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスタッド溶接機の構成図である。

【図２】図１のスタッド溶接機の動作時の電流波形、リ
フトのパターン、速度パターン及び加速度パターンを示
す図である。

【符号の説明】

１　　スタッド溶接機 ２　　溶接ガン ３　　動作回路部 ４　　ハウジング ５　　シールド ６　　コレット ７　　スタッド ８　　母材 ９　　スタッド給送チューブ １２　　モータ １３　　センサボックス １６　　電源 １７　　制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　母材に対して溶接面を接触できるよう
   にスタッドを保持するコレットを有する溶接ガンと、ス
   タッドと母材の間に所定の電力を供給するように溶接ガ
   ンに接続された電源と、スタッドと母材の間にパイロッ
   トアークとその後のメインアークとを形成するように電
   源を制御するとともに、スタッドを母材に対して所定の
   時間に圧接するよう溶接ガンを制御する制御装置とから
   成るスタッド溶接機において、スタッドをリフトしたり
   スタッドを母材に圧接したりするように、コレットを上
   下に移動させる駆動手段と、該駆動手段によって移動さ
   せられたスタッドのリフト高さ及びリフト時間を検出す
   るセンサ手段とが設けられ、前記制御装置は、駆動手段
   を付勢してスタッドを移動させ、センサ手段からの信号
   を受けて、予め選択された設定値に従って、前記駆動手
   段の付勢を制御し、スタッドと母材間にパイロットアー
   ク及びメインアークを形成し、その後スタッドを母材に
   圧接してスタッド溶接を最適に成すことを特徴するスタ
   ッド溶接機。
2. 【請求項２】　　駆動手段はモータで構成され、コレッ
   トに保持されたスタッドが母材に圧接される強さを検出
   する第２のセンサ手段が設けられ、パイロットアークと
   その後のメインアークとを形成するスタッドのリフトの
   タイミング及びそのリフト高さは、予め設定値が選択さ
   れた制御装置からの駆動信号を受けたモータによって定
   められ、圧接のタイミング及び圧接時の母材への圧接強
   さも、予め別の設定値が選択された制御装置からの駆動
   信号を受けたモータによって定められ、圧接後の圧接強
   さが前記第２センサ手段によって検出されて所定の強さ
   にモータが付勢されることを特徴とする請求項１に記載
   のスタッド溶接機。