JPH06501885A - スタッド溶接方法と本方法を実施するための装置 - 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】 スタッド溶接方法と本方法を実施するための装置本発明は、特許請求の範囲第１ 項の上位概念に記載の方法に関する。

スタッド溶接には原理的に二つの方法が公知である。その一つは電流を通じ同時 に溶接しようとする母材に押し付けた先端を使用し（Ｉｒ先端アーク法，ｌｌ　 Ｓｐｉｔｚｚｊｎｄｕｎｇｓｖｅｒｆａｈｒｅｎ）　、高電流で充電しこの先端 から放電させる。この放電の際に利用できる時間が短いために，例えば溶接しよ うとする母材へのスタッドの押付けを更に加速して溶融池の中に深く押し込むこ とが不可能であり、従って専門書（　Ｂｅｔｔｅｒｍａｎｎ著”Ｂｏｌｚｅｎｓ ｃｈｗｅｉｊｔｅｃｈｎｉｋ”　（スタッド溶接技術）４頁参照）に記載のよう に直径が８ｍｍを超えるスタッドにはこの方法は適用できない。

一方？リフトアーク技術Ｊｌ　（Ｈｕｂｚｉｉｎｄｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ）に よれば確かに大きめの径のスタッドを溶接できるが、この方法はシールドガスの 雰囲気中で実施する必要があり、電力消費量が大きく、溶接時間が長く、溶接し ようとする箇所でのスタッドの発熱が激しいため、薄い板材にこのようなスタッ ドを溶接すると必ず少な《とも板の裏側に著しい変色が残る。これは多くの場合 好ましいことではない。

従来の方法では直径が８１を超えるスタッドを一　綺麗に、 一　シールドガスを使用せず、 一　短かい時間で 溶接することは不可能であることが判明したので、その解決、特に上記の条件が 強（要求される左官用こてのへら板に取手を溶接する問題の解決を本発明の課題 とした。

この課題の解決のために広範な研究を実施したが、その中で前述の問題の主原因 の一つは、溶接電流を通じた際にスタッドの溶融した末端がある程度母材から「 浮き上がるＪ傾向を有することであると言う、本発明に到達するための第一の知 見が得られた。この傾向は軸方向のみに力を加えた従来の押付は装置では抑える ことができない。即ち研究の結果、これは特に場合によっては非常に短い時間（ 先端アーク法では数ミリ秒以内）の溶接過程の間の中心ずれの問題であるという 知見に到達した。

この知見を基にした、本発明に到達する第二のステップが請求の範囲第１項に記 載の対策である。この対策により押付けが平行並びに対称の角度をなす複数の力 の成分により行われるため、中心ずれの起こる可能性は少な（、スタッド又は装 置の形状に起因した中心ずれの傾向がある場合でも、好ましくは請求の範囲第２ 項に記載の特徴によりこれを緩和することができる。この場合必要な調節を実施 するためには単に１回の試験溶接を行えばよい。ここで言う「別個の」調節とは 一方の圧力を調節した結果が必ずしももう一方の圧力の調節に等しくな（ともよ いことを意味する。

前述の説明から本発明は原理的にスタッド溶接の全ての方法に適用できることが 判明するが、本発明の基礎となる課題は請求の範囲第３項を適用することにより 最上の解決が得られる。

本発明の方法の利、屯を特によく利用した適用の一例は請求の範囲第４項の説得 性のある特徴により示されている。この場合溶接する前に取手を曲げておくのが 好ましく、そうすれば一方では曲げ加工が容易になり、又他方ではこの方法によ り溶接した箇所への大きな力の作用を避けることができる。

前述の中心ずれの問題は請求の範囲第５項の特徴により更によく解決される。

本発明の方法により全ての太さのスタッドの溶接の場合に優れた品質が得られる 利点があるが、特に断面の太さく即ち円形断面の場合には直径）が８ｍｍを超え るスタッドの場合に有利である。従来専門家はこの太さに対してはスタッド溶接 が原理的に不適当であると見なしていた。

請求の範囲第１項に記載した方法の押付けが全く充分であることは実証されてい るが、請求の範囲第７項の特徴により更によい結果が得られる。

本発明の装置は請求の範囲第８項記載の特徴を有する。

本発明の装置の有効なその他の実施態様は請求の範囲第９項と第１Ｏ項に記載し である。

スタッドを取り囲むホールダは押付は装置の少なくとも一つだけに取り付けてあ り、一方ホールダ割り型の開閉装置はこのホールダとは固く連結していないので 、溶接過程の際のスタッドの案内は押付は装置のみによって決められる。即ち割 り型の開放　−場合によっては閉鎖も　−適当に選定した連結部材を介して行わ れ、この連結部材はホールダに収めたスタッドの下降の動きを妨げない。

次に本発明の詳細を図面に示した実施例により説明する。ここで図１は本発明の 一つの実施例、図２はその形状又はスタツドホールダを示した展開斜視図、図３ は図１に示した配線図の変形例である。

図１に於いて左官用こてのへら板１と取手２とをスタッド溶接で接合する。この 取手２はへら板１に向いた先端３を有する。へら板１には少な（とも１個、好ま しくは２個の接地電極１５ａ（図では一点鎖線で示す）が接続している。この接 地電極１５ａはこれを所定の場所に固定し、これが紙面に直角に走る輸送路７に 沿って次々に送られるへらｔ＆　ｌの表面を擦るようにすることができる。溶接 中はこの接地電極１５ａに圧力を加える。

特に図２に示すように　−既に折り曲げ終わった取手２をその位置に保持するた めに、窪み又は溝６に取手２を収めるようにした２個の割り型４．５が設けであ る。この溝６は割り型の片方４又は５だけに設けてもよいが、その約半分をそれ ぞれ両方の割り型４．５に配置するのが好ましく、そうすれば両方の割り型４． ５の対称的な動きによって取手２を取り出すことができ、両方の割り型４．５は 図示した閉鎖の位置から開いた位置に相対的に勤（ことができる。原理的には割 り型の片方を固定し他方だけを可動にすることも可能ではあろうが、両方の割り 型４．５を離したり近づけたりできるようにすれば取手２の取り出しが容易にな るのでその方が好ましい。

両方の割り型４．５への取手２の挿入とこれからの取り出しを容易にするには、 ｊＩ６にある程度の遊びを設ける必要がある。この遊びによりへら板１に当てた 時に取手２は幾らか動くので、取手２をへら板１に載せた状態に於いてこれがそ の都度の望ましい位置を確実にとれるように溝６の形状を選定する必要がある。

本発明の方法は好ましくは大きめの直径或いは大きめの太さく断面が円形ではな い場合）のスタッド又は取手２に適用されるので、溝６も（両方の割り型４．５ を合わせて計って）好ましくは８ｍｍを超える断面太さを有することになる。

図１では割り型５の動き方だけを示し、割り型４の方は暗示するに止めたが、勿 論割り型４も割り型５と同じように動く。割り型５の動きはシリンダユニット８ により制御される。割り型４の方にも好ましい実施態様では当然同じようなユニ ットを配置する。場合によってはただ１個のユニット８を設けることも可能であ り、その場合にはこのユニットが制御した動きを、それ自体は公知の運動逆転歯 車装置により割り型４に伝えるようにする。

ピストンロッド９がシリンダユニット８より突き出していて、その先端には１個 の鉤又はディスク１ｏがあり、これが連結部材１２のスリット１１に高さ方向に 摺動できるように嵌まり込む。この連結方法により取手２は割り型４．５と共に へら板１に対して障害なく垂直に移動できる。割り型５の方はシリンダユニット ８により、この割り型５に取り付けた連結部材１０を介して、棒状の圧縮コイル ばねホールダ１４に配置した圧縮コイルばね１３の作用に抗して動がされる。図 ２に示すように、各圧縮コイルばねホールダ１４（一番簡単な場合は各割り型に ただ１個の圧縮コイルばねホールダを配置する）を割り型４．５の孔３４に挿入 し、圧縮コイルばねホールダ１４の両端にキャップ１４°をねじ込み、このロッ ド１４の両端でこのキャップにより圧縮コイルばね１３の一端を支え、その他端 はそれぞれの割り型５又は４に押し付けられるようにする。この割り型４．５の 少な（とも片方、好ましくは対称的に電流を通ずるためにその両方に電極１５を 接続する。

始動スイッチ１６を閉じると、磁石１７によりバルブ１８は、配管１９が排出口 に、配管２０が好ましくは空気圧の圧力源２１に連絡する、図１に示した位置を とる。この圧力源２１には相当する１個の圧力媒体ポンプ２１ｂだけでな（圧力 タンク又はアキュムレータ２１ａを設けるのが有利であり、この装備により　− ポンプ２１ｂを比較的小さくした場合にも　−必要量の圧力媒体、特に圧縮空気 を急速に供給することができる。

配管２０を圧力源２１に接続すれば、割り型４．５は図示した閉鎖の位置に来る 。この閉鎖自体はユニット８だけで勿論実施できるが、本例の場合には本来の型 締力は圧縮コイルばね１３により作られ、ユニット８のピストンはその後から作 用するので、型締力が常に正確に規定される。配管２０を省略し、配管１９を介 しての空気（又は他の流体）の排出の場合圧縮コイルばね１３だけを作用させる ようにすることも考久られる。

割り型４．５が図示した閉鎖の位置に達すると直ちに相当する発信器により次の ステップが自動的に開始される。この実施例ではシリンダユニット８にリード継 電器２２が設けてあり、これをユニット８のシリンダが操作する。この装置によ り磁石２３に電気が流れ、バルブ２４が図示の位置をとり、供給配管２５が配管 ２６と連絡し、本装置の中心軸Ａに対して対称の角度に配置された少なくとも２ 個の空気圧シリンダ２７に圧力がかかる。原理的には流体圧力を油圧媒体により 加えることもできるが、空気圧による弾性的圧力作用の方が好ましい。別の圧力 源を使用することも可能ではあるが、ユニット８にも同じ圧力源２１から供給す るのが好ましいことは明らかである。

ここで先ず空気圧シリンダ２７により加圧板２８を介して割り型４．５或いは取 手２に圧力が加わる。この取手はこての場合かなり太く何れにせよスタッド溶接 の普通の直径である８ｍｍより大きい。こうして取手２は溶接電流の放電の前に 溶接しようとするへら板１に対して充分位置決めして押し付けられる。この場合 一つには、加圧板２８がその上に作用するシリンダ２７の圧力成分３６を、従来 の心出し押付けの場合よりも更に有利に分布して一種のｒベースｊを形成し、溶 融池でのスタッド２の「浮き上がりｊを抑えるので、充分の位置決めが達成され る。

両方の空気圧シリンダ２７の圧力３６を別個に調節できれば更に好ましい。その 目的には、供給配管２６にそれぞれ１個の調節弁Ｖを設ければこれでシリンダ２ ７の圧力を調節できる。代案としてはシリンダ２７の中に空気圧に抗して作用す る、ばね圧調節可能のばねを配置して空気圧の方は一定に維持することも可能で ある。何れにせよ圧力成分３６の調節には各種の方法が考えられる。

場合によってはシリンダ２７のピストンの最も低い位置を検知するためにここに もう一つのリード継電器２９を設けることもできるが、このストロークはかなり 小さい（全ての取手の形状と寸法に同じ大きさの割り型を使用する場合は別とし て、シリンダ２７は型と取手の異なる寸法に合わせるためにある程度の長さの適 合ストロークだけ動けばよい）ので、図３を用いて後述するように、次のステッ プを継電器２９の代わりに時限素子により開始させる方が好ましい。

リード継電器２９（又は他の発信器）を操作して、好ましくは普通の「ばねピス トル、Ｑ３０により構成された１＠の押付は加速部材を配線３１を介して始動さ せる。このばねピストル３０はそのばねにより、ベクトル３７に相当して溶接の 前に既にスタッド２を軸方向に押し付ける。この場合これたけでは従来スタッド ２の斜め位置や中心ずれの可能性が残り、或いは太めの（且つ長めの）スタッド を溶接し得ることが妨げられた。スタッドを形成する取手２をへら板１に対して 加速し又は加圧するために、配線３１を介しての始動によって、溶接電流通電の 瞬間に更にもう一つの同様にベクトル３７の方向に作用する力が多くは磁気的経 路によってもたらされる。

この追加される力３７も種々の経路により伝達することができる。

これらの力（ばねの力＋励起された磁気ハンマ力）を同様に直接加圧板２８に作 用させ、そこから割り型４．５と取手２に伝えることも考えられる。しかしこの 例では加圧板２８の中心に孔２８°を設けて、ここにばねピストル３０を貫通さ せ、これが直接割り型４．５と取手２に作用するようにしである。

両方の割り型４．５との間には１個のフレーム３８が設けてあり、前記圧縮コイ ルばねホールダ１４がこのフレームを貫通し、又このフレームは１個の固定装置 、例えばねじ付きシャフト３９を備え、これで割り型４．５を１個の枠３２に固 定することができる。こうしてこの両方の割り型４．５を　−図１に示した場合 のように　−加圧板２８の中心の孔２８゛を通して枠３２を介してばねピストル ２８に取り付けるか、或いは直接加圧板２８に固定することが可能になる。後の 場合には加圧板には孔２８゛はない。

配線３１は更に、所要のエネルギーを用意するコンデンサを備えた電源３３に接 続しており、このコンデンサは配線３１から送られた信号により　（例えばスイ ッチ継電器を介して）放電される。その場合の回路は、ある程度の溶融池が形成 された時に取手２が磁気ハンマ３０の衝撃を受けるように設計されている。即ち 溶融の時定数と磁気ハンマの割り型４．５への打撃開始迄の時定数とがお互いに 合わせである。

溶接電流が放電する時に、装置も復帰する。それにはスイッチ１６を手動で再び 開くか、又はスイッチ１６を定時継電器として構成し所定の時間の経過後に開放 位置に戻るようにするか、或いは配線３１を介して遅延復帰指令を送る。バルブ １８と２４とは図示の位置から、供給配管と排出配管とを逆にした始めの位置に 戻る。こうして新たなサイクルが開始できる。

図２に割り型５の半分の溝６に挿入した取手２の形状の一例を一点鎖線で示した （半分の／ｊｌ！６の片方は割り型４に設けである）。又この図には電極１５の 取付けが示しである。図１では両方の電極１５が同じ配線に接続しているが、必 要があればそれぞれ別の配線から電流を供給する。取手を溶接後に曲げようとす ると、溶接箇所に望ましくない応力が加わることになるので、この場合取手には 前もって所要の曲げ加工が施しである。

図３では同じ機能の部品は同じ符号で示し、幾らか異なる機能の部品には１００ の数字を追加した。始動スイッチ１６は前述のように種々の構成が可能であるが 、ここでは単なる手動スイッチとして示しである。

このスイッチ１６を閉じると磁石１７が励磁され、この磁石がユニット８の制菌 用のバルブ１８を励起する（図１）。これと並列の配線には第一の遅延素子１２ ２が設けてあり、この素子を介して１個のモノフロップ３５が制御される。この モノフロップ３５は、先行押付け、磁気ハンマ３０の押付は加速、溶接電流の放 電を実施するのに充分な長さの時間だけ、バルブ２４の磁石２３（図１）が励磁 された状態を保つような時定数を有する。その後モノフロップ３５は始めの状態 に復帰し、バルブ２４ば、配管２６が排出配管３６に繋がり、シリンダ２７のそ れぞれのピストンが上方に移動するような位置に戻る。

前記の遅延素子１２２を介して更にもう１個の遅延素子１２９が制御され、これ は　−シリンダ２７による先行押付けの実施後に　−磁気ハンマ３０と電源３３ とを制御する。前述のようにこの電源３３自体も（非常に短い時定数の）１個の 遅延素子を有することができる。

上記の説明から明らかなように本来センサ２２と２９も、ここでは時定数を正確 には与えていないけれども時限素子としての機能を備えている。勿論図１と図３ に示した制御を組み合わせた形式も考えられ、その場合　−前に触れたように　 −特にセンサ２９を時限素子１２９で置き換えるのが好ましいが、時限素子１２ ２の代わりにはどうしてもリード継電器２２（又はこの目的に適した他の位置セ ンサのどれか）が使用される。更に色々な段階の自動化が可能であり、例えば取 手２をマガジンから全自動で金型４．５に挿入し、その他の制御部品の操作と開 始とを相当したサイクルで実施し、へら板１はコンベヤで輸送路７（紙面に直角 ）の上を順々に送るようにすることができる。このコンベヤの送り周期は、他の 工程に就いて記載したのと同様な方法で制御することができる。

図１に更に示したように、一方ではシリンダ２７、他方では磁気ハンマ３０の作 用する力のベクトル３６．３７はお互いに平行であるので、部品２７と３０との 取付けは簡単である。力を一様に分布する問題は加圧板２８により解決される。

この加圧板には必要があれば３個以上のシリンダを作用させることができ、同様 に複数の磁気ハンマ３ｏを配置することも可能ではあろうが、その場合には同期 化の問題が発生する。既に指摘したが、この磁気ハンマは省略することもできる 。

本発明の範囲に於ける、先行押付は装置２７のスタッド２を加圧する方法に就い て言えば、これは図１の（好ましい）実施態様では間接的に、即ち割り型４．５ を介して行われる。原理的には割り型４．５の代わりにスタッドを保持する掴み を設け、先行押付は装置２７又は押付は装置３０により直接スタッド２を加圧す ることも可能である。但し金敷プレート２８を中間に挿入していない場合である 。この方法は例えば真っ直ぐなスタッドに対しては実施可能であるが、前もって 曲げた取手では割り型４．５の使用が推奨に値する。

本発明をリフトアーク法に適用する場合には、シールドガス供給のための装置が 必要になる。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成５年４月１８日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．１個の平面（１）に溶接しようとする１個のスタッド（２）をその軸（Ａ） に沿って前記表面（１）に作用する一つの力（３６）により押し付けてから溶接 電流を通ずるスタッド溶接方法に於いて、押付けが軸（Ａ）の外側の少なくとも ２箇所でほぼ軸に平行に−好ましくは対称の角度で−作用する力の成分（３６） により行われることを特徴とする前記スタッド溶接方法。 ２．少なくとも２箇所に作用する圧力がそれぞれ別個に調節されることを特徴と する請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．先端アーク法が適用されることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に 記載の方法。 ４．製作しようとする１個のこて（１、２）の取手（２）をスタッドとして使用 し、これをこてのへらの面（１）に溶接するものとし、且つ前記取手（２）が好 ましくは溶接の前に曲げてあることを特徴とする前記請求の範囲の何れか１項に 記載の方法。 ５．前記取手（２）、特に直線以外の形状に成形された取手（２）が、これを取 り囲む型（４、５）の中で保持されていることを特徴とする前記請求の範囲の何 れか１項に記載の方法。 ６．スタッドとして８ｍｍよりも大きい断面太さのスタッドを使用することを特 徴とする前記請求の範囲の何れか１項に記載の方法。 ７．お互いに平行に軸の外側に作用する力の成分（３６）による押付けの前に又 は同時に軸方向に押付け力（３７）を加えるか、及び／又は前記平行の力の成分 （３６）に追加すべき軸方向の押付け力（３７）をほぼ溶接電流を通電する瞬間 に加えることを特徴とする前記請求の範囲の何れか１項に記載の方法。 ８．１個の溶接電流源（３３）を備え、溶接しようとする１個のスタッド（２） にこの電源から１個の始動スイッチ（１６又は２９）を介して電流を加えること ができ、更に前記スタッド（２）に作用する加圧力を溶接電流の通電の前に生成 するための１個の押付け装置を備えた、前記請求の範囲の何れか１項に記載のス タッド溶接方法を実施するための装置に於いて、前記押付け装置が一つの加圧力 （３６）を与える少なくとも２個のお互いに平行な圧力部材（２７）と好ましく はこれに追加して軸方向の押付け力（３７）を与える１個の第２の押付け装置と を備え、前記圧力部材（２７）は前記スタッド（２）を軸方向に負荷するための １個の加圧板（２８）を介して連結しており、更に各圧力部材（２７）の加圧力 （３６）調節用の１個の調節装置（Ｖ）を備えていることを特徴とする前記装置 。 ９．少なくとも１個の圧力部材（２７）が１個の圧力源（２１）と接続可能の、 流体圧、特に空気圧によるピストン・シリンダユニット（２７）として形成され 、且つ前記圧力源（２１）が１個の圧力タンク、アキュムレータ又は類似の装置 （２１ａ）を有することを特徴とする請求の範囲第８項記載の装置。 １０．少なくとも二つの部分から成り、前記スタッド（２）を相当する溝（６） により取り囲み、少なくとも一個の溶接電極（１５）と接続可能であり、押付け 装置の一つのみに取り付けられた型（４、５）を前記スタッド（２）のホールダ として備え、且つ次の特徴の少なくとも一つが実施されていることを特徴とする 請求の範囲第８項又は第９項に記載の装置。 ａ）型部品（４、５）を所定の力により前記スタッド（２）を取り囲んだ閉鎖状 態に締め付ける負荷装置（１３）を備え、この装置が少なくとも１個のばね、特 に圧縮コイルばね（１３）を有し、その際好ましくは１個の特に棒状の圧縮コイ ルばねホールダ（１４）が型部品（４又は５）を貫通しており、それぞれのばね （１３）は型部品とホールダの端部との間で圧縮されている。 ｂ）それぞれ１個の型部品（４、５）に接続した少なくとも２個の電極（１５） を備えている。 ｃ）型部品（４、５）の開閉用に、少なくとも１個の直線駆動装置、特にシリン ダ・ピストンユニット（８）を有する直線駆動装置を備え、好ましくはそれぞれ の型部品（４又は５）にこの装置が取り付けてあり、且つ好ましくは開放の方向 の直線駆動を前記負荷装置（１３）に抗して操作できる。 ｄ）１個のプログラム回路（１９−３３）を備え、この回路は先ず型（４、５） の閉鎖、次に圧力部材（２７）による押付け、場合によっては最後に溶接電流の 通電を実施することができる。 ｅ）型部品（４、５）により形成された溝（６）は両方合わせて８ｍｍを超える 断面深さを有する。