JPH082505B2

JPH082505B2 - 抵抗溶接機

Info

Publication number: JPH082505B2
Application number: JP3018332A
Authority: JP
Inventors: 雅彦白井
Original assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Current assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Priority date: 1991-01-17
Filing date: 1991-01-17
Publication date: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: JPH04237580A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、抵抗溶接機に係り、特
に小型精密部品のキャン・シール溶接に好適な抵抗溶接
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７および図８に、キャン・シール（Ｃ
ａｎＳｅａｌ）溶接の一加工例を示す。図７に示すよ
うに、素子２００およびリード線２０２，２０３を取り
付けた基板２０４に対してキャップ型の蓋２０６を上か
ら被せ、蓋２０６の環状鍔部２０６ａと基板２０４の周
縁部２０４ａとを溶接することにより、電子部品のキャ
ン・シール・パッケージが形成される。

【０００３】図８につき、このキャン・シール溶接を詳
細に説明する。蓋２０６の鍔部２０６ａは蓋本体から斜
下方向に周設されているため、溶接開始前、上部溶接電
極２０８と蓋鍔部２０６ａ、蓋鍔部２０６ａと基板周縁
部２０４ａは互いに部分的に接触している。このよう
に、溶接部の接触面積を小さくすることで、溶接開始時
の溶接電流を高密度にし、効率的にジュール熱を発生さ
せ、電源回路の負担を軽くすることができる。溶接が開
始されると、先ず、加圧機構（図示せず）により上部溶
接電極２０８、下部溶接電極２１０間に初期加圧力が加
えられ、一定時間後に初期加圧力から本来（正規）の溶
接加圧力に切り換えられ、所定のタイミングで電源回路
（図示せず）より溶接電圧が出力される。そうすると、
上部溶接電極２０８→蓋鍔部２０６ａ→基板周縁部２０
４ａ→下部溶接電極２１０の経路に溶接電流が流れ、抵
抗発熱によって蓋鍔部２０６ａと基板周縁部２０４ａと
が互いに溶接される。

【０００４】従来のこの種抵抗溶接機では、加圧機構に
おけるバネ手段として板バネか、もしくはコイルバネを
使用していた。また、正規の溶接加圧力へ切り換える時
刻と正規溶接加圧力の立ち上がり速度とから所定の加圧
力に達する見込の時刻を割り出し、その割り出した見込
時刻で通電を開始していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような小型電子
部品のキャン・シール溶接においては、チリが発生する
とパッケージ内の電子部品本体を損傷するおそれがある
ので、チリの発生を極力防止するよう高速・高精度な加
圧制御および通電開始制御が要求される。

【０００６】しかるに、従来の抵抗溶接機では、加圧機
構のバネ手段として板バネまたはコイルバネを使用する
ため、エアシリンダで発生された加圧力を溶接電極に迅
速に伝えるのが難しく、正規溶接加圧力の立ち上がり速
度が不十分であった。また、正規溶接加圧力への切換時
刻と正規溶接加圧力の立ち上がり速度とから通電開始の
タイミングを得る方式においては、加圧力立ち上がり速
度の変動、バラツキの影響を受けるため、適正なタイミ
ングで通電開始を行うことが難しかった。

【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、高速・高精度な加圧制御および通電開始制御を
行い、チリの発生を防止するようにした抵抗溶接機を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第１の抵抗溶接機は、一端側に溶接電極
が取り付けられる加圧用スライドシャフトと加圧シリン
ダとを同軸線上に配設し、前記加圧用スライドシャフト
の他端側と前記加圧シリンダとの間に樹脂スプリングを
配設し、前記樹脂スプリングを貫通するように前記加圧
用スライドシャフトの前記他端側に軸ずれ防止用スライ
ドシャフトを配設してなる構成とした。本発明の第２の
抵抗溶接機は、上記第１の抵抗溶接機において、前記加
圧シリンダと前記樹脂スプリングとの間に加圧力に対応
した電気信号を出力する圧力センサを配設してなる構成
とした。本発明の第３の抵抗溶接機は、上記第２の抵抗
溶接機において、前記圧力センサの出力信号を受け取
り、前記センサ出力信号によって表される加圧力が所期
加圧力から正規溶接加圧力に立ち上がる途中の所定値に
達した時に抵抗溶接の通電開始を指示する制御信号を発
生する手段を具備する構成とした。

【０００９】

【作用】加圧シリンダが作動してそのピストンロッドが
前進すると、樹脂スプリング、加圧用スライドシャフト
および溶接電極も同方向に移動し、やがて溶接電極が被
溶接材に当接する。さらにピストンロッドが前進する
と、樹脂スプリングが圧縮変形し、その圧縮変形によっ
て得られる弾性加圧力が加圧用スライドシャフト、溶接
電極を介して被溶接材に加えられる。樹脂スプリング
は、板バネやコイルバネ等と比較して格段に大きなバネ
係数を有するため、わずかな圧縮変形によって大きな圧
力を発生する。したがって、被溶接材に対する加圧力を
所望の値まで高速に立ち上げることが可能であり、また
被溶接材の溶接部が溶け込んだ際には樹脂スプリングの
弾性力で追込みの加圧を加えることができる。ただし、
樹脂スプリングは、体積を一定に保持したまま弾性変形
するため、軸方向に圧縮変形するときは、これと同時に
半径方向に膨張変形し、内部応力で軸ずれまたはねじれ
を起こしやすい。本発明のように加圧力を高速に立ち上
げる方式の抵抗溶接機においては、樹脂スプリングがわ
ずかでも軸ずれを起こすと、加圧シリンダからの加圧力
が正確に被溶接材に伝わらないだけでなく、樹脂スプリ
ングが疲労劣化しやすく、高速・高精度な加圧力伝達特
性が保証されなくなり、ひいては高速・高精度な加圧制
御が困難になるという問題がある。そこで、本発明で
は、樹脂スプリングを貫通するように加圧用スライドシ
ャフトの他端側に軸ずれ防止用スライドシャフトを配設
する。加圧シリンダからの加圧力で樹脂スプリングが軸
方向で圧縮変形するとき、軸ずれ防止用スライドシャフ
トが軸方向にスライドしつつ樹脂スプリングの支柱とし
て作用する。このような軸ずれ防止用スライドシャフト
の作用により、樹脂スプリングは軸ずれまたはねじれを
起こすことなく正確に軸方向に圧縮変形し、かつ半径方
向に膨張する。この結果、加圧シリンダからの加圧力が
正確・忠実に加圧用スライドシャフトに伝えられ、高速
・高精度な加圧制御が可能となる。

【００１０】また、加圧シリンダと溶接電極との間に圧
力センサをさらに配設した場合は、被溶接材に加えられ
る加圧力の値をリアルタイムに表す信号が圧力センサよ
り得られる。このセンサ出力信号を基に的確な加圧制御
あるいは通電制御を行うことができる。

【００１１】また、加圧力が上記のように高速に立ち上
がるときでも、圧力センサの出力信号はリアルタイムな
加圧力検出値を与えるので、センサ出力信号によって表
される加圧力が初期加圧力から正規溶接加圧力に立ち上
がる途中の所定値に達した時に抵抗溶接の通電開始を指
示する制御信号が発生されることで、加圧力が正規溶接
加圧力に達するや否や即座に抵抗溶接の通電を開始する
ことができる。

【００１２】

【実施例】以下、図１〜図６を参照して本発明の実施例
を説明する。図１および図２は、本発明の一実施例によ
るキャン・シール溶接機のヘッド部の詳細な構成を示す
一部断面正面図および側面図であり、図３はこのキャン
・シール溶接機の全体構造を示す略斜視図である。

【００１３】先ず、図３において、１０は固定台、１２
はヘッド部、１４はエアシリンダ、１６は溶接トランス
である。溶接トランス１６の出力端子１８，２０は、二
次導体２２，２４、二次導体接続ブロック２６，２８を
介して上部電極取付ブロック３０，下部電極取付ブロッ
ク３２にそれぞれ接続される。これら上部電極取付ブロ
ック３０，下部電極取付ブロック３２には、図８に示す
ような上部溶接電極２０８、下部溶接電極２１０がそれ
ぞれ取り付けられる。上部電極取付ブロック３０は、上
部プラテン受３４、シャフト受３６を介して加圧用スラ
イドシャフト３８に結合している。加圧用スライドシャ
フト３８は、ヘッド部１２内において、後述するウレタ
ン・スプリングおよびロードセルを介してエアシリンダ
１４のピストンロッドに結合している。これにより、エ
アシリンダ１４で発生された垂直下方向の加圧力は、加
圧用スライドシャフト３８を介して、上部電極取付ブロ
ック３０に取り付けられた上部溶接電極ひいては被溶接
材（図示せず）に加えられるようになっている。

【００１４】図１および図２において、加圧用スライド
シャフト３８は、中空シャフトからなり、ベアリングホ
ルダ４０に支持されたストロークベアリング４２に摺動
可能に支持され、垂直方向に移動可能となっている。加
圧用スライドシャフト３８の上端は、ボールベアリング
用フランジ４４、ウレタン・スプリング４６、スプリン
グ受４８、ロードセル受５０、ロードセル５２およびフ
ローティング・ジョイント５４を介してピストン・ロッ
ド５６の下端部に接続される。ただし、ロードセル５２
とフローティング・ジョイント５４との間は、非固定状
態で互いに対向している。エアシリンダ１４の加圧が解
除されているとき、つまりピストン・ロッド５６が後退
しているときは、図示のように、フローティング・ジョ
イント５４がロードセル５２から離れており、ロードセ
ル５２は無負荷状態となっている。これにより、ロード
セル５２は、必要時（加圧力測定時）のみ加圧され、高
精度な加圧力測定値を出力できるようになっている。

【００１５】ウレタン・スプリング４６を貫通して軸ず
れ防止用のボールスライド用シャフト５８が配設されて
いる。ウレタン・スプリング４６の上方に突出したシャ
フト４６の上端はスプリング受４８の下面に接続されて
いる。ウレタン・スプリング４６の下方に突出したシャ
フト５８の下端部はリニアプッシュ６０を介して加圧用
スライドシャフト３８内で摺動可能となっている。エア
シリンダ１４からの加圧力でウレタン・スプリング４６
は体積を一定に保持したまま弾性変形するため、軸方向
に圧縮変形すると同時に半径方向に膨張変形し、内部応
力で軸ずれまたはねじれを起こしやすい。本実施例のよ
うに加圧力を高速に立ち上げる抵抗溶接機においては、
ウレタン・スプリング４６がわずかでも軸ずれを起こす
と、エアシリンダ１４からの加圧力が正確に被溶接材に
伝わらないだけでなく、ウレタン・スプリング４６が疲
労劣化しやすいという問題もある。そこで、本実施例で
は、ウレタン・スプリング４６を貫通するように加圧用
スライドシャフト３８の上端側に軸ずれ防止用のボール
スライド用シャフト５８を配設している。エアシリンダ
１４からの加圧力でウレタン・スプリング４６が軸方向
で圧縮変形するとき、ボールスライド用シャフト５８が
軸方向にスライドしつつウレタン・スプリング４６の支
柱として作用する。このようなボールスライド用シャフ
ト５８の作用により、ウレタン・スプリング４６は軸ず
れまたはねじれを起こすことなく正確に軸方向で圧縮変
形する。この結果、エアシリンダ１４からの加圧力が正
確・忠実に加圧用スライドシャフト３８に伝えられ、こ
れによって高速・高精度な加圧制御および通電開始制御
が保証されるとともに、ウレタン・スプリング４６の耐
久性が保証される。

【００１６】なお、ボールベアリング用フランジ４４に
は、垂直フランジ６２を介してフローティング・ベース
板６４が水平に取り付けられ、このベース板６４はフロ
ーティング・ジョイント５４に対する上方向のストッパ
として機能する。さらに、図２に示されるように、ベー
ス板６４に回り止めガイド板６６が垂設され、スプリン
グ受４８に固着された回り止めピン６８がガイド板６６
に形成された垂直方向の切欠溝６６ａ内で垂直方向に案
内される。これにより、ウレタン・スプリング４６は垂
直方向にのみ移動可能となっている。７０はベース板で
ある。また、図１に示されるように、加圧用スライドシ
ャフト３８の下端部に隣接して、プラテン受３４にリニ
アシャフト７２が垂直に立設され、このリニアシャフト
７２は固定台１０側の垂直メタルホルダ７４に内設され
たブッシュ７６に案内される。これによって、加圧用ス
ライドシャフト３８およびそれに結合されたプラテン受
３４、上部電極取付ブロック３０等は、垂直方向にのみ
移動可能であり、回転移動しないようになっている。な
お、二次導体接続ブロック２６とプラテン受３４との間
に絶縁体７８が介在している。

【００１７】図４は、エアシリンダ１４を駆動するため
の空気圧回路の構成を示す。この空気圧回路８０におい
て、８２は圧縮空気圧源、８４はエアフィルタ、８６は
圧力スイッチ、８８はエアタンク、９０はレギュレー
タ、９２は圧力計、９４はチェックバルブ、９６，９８
は方向切換弁、１００、１０２，１０４はスピードコン
トローラ、１０６はコネクタ、１０８はエキゾーストク
リーナである。

【００１８】一対の方向切換弁９６，９８を設けている
のは、大きなシリンダ出力を得るとともに、移動停止機
能をもたせるためであって、第１の方向切換弁９６の負
荷ポート口Ａはスピードコントローラ１００，１０２を
介してエアシリンダ１４のヘッド側に接続され、第２の
方向切換弁９８の負荷ポート口Ｂはスピードコントロー
ラ１０４を介してエアシリンダ１４のロッド側に接続さ
れる。

【００１９】ピストンロッド５６を後退させるときは、
図示のように、第１の方向切換弁９６が排気口Ｒ1 に切
り換えられるとともに、第２の方向切換弁９８が圧力口
Ｐに切り換えられ、これによりエアシリンダ１４のヘッ
ド側はエキゾーストクリーナ１０８を介して大気圧に連
絡する一方、ロッド側はレギュレータ９０からの圧縮空
気を供給される。加圧力を発生させるためにピストンロ
ッド５６を前進させるときは、第１の方向切換弁９６が
圧力口Ｐに切り換えられるとともに第２の方向切換弁９
８が排気口Ｒ1 に切り換えられる。これにより、エアシ
リンダ１４のヘッド側にレギュレータ９０からの圧縮空
気が供給される一方で、ロッド側は大気圧に接続され
る。前進途中でピストンロッド５６の移動を停止させる
ときは、第２の方向切換弁９８が排気口Ｒ1 から圧力口
Ｐに切り換えられる。このような前進モード、後退モー
ド、停止モードの切換制御は、後述する制御部１１２に
よって行われる。

【００２０】図５は、本溶接機における制御システムの
構成を示す。設定入力部１１０は、キーボード等からな
り、加圧力、溶接電流、通電時間等の各種溶接条件につ
いて設定値を入力する。制御部１１２は、マイクロコン
ピュータからなり、設定入力部１１２より入力された設
定値にしたがって上記空気圧回路８０および溶接電源回
路１１４の動作を制御する。本実施例によれば、ロード
セル５２の出力信号が制御部１１２に与えられ、本溶接
加圧力の立ち上がり時にロードセル出力信号が所定の値
に達した時に、制御部１１２より通電開始の制御信号が
溶接電源回路１１４に与えられるようになっている。

【００２１】図６は、本実施例のキャン・シール溶接機
において被溶接材に加えられる加圧力の特性を示す。こ
の特性図につき本溶接機の動作を説明する。溶接シーケ
ンスが開始すると、先ず制御部１１２は空気圧回路８０
を前進モードに切り換える。これにより、エアシリンダ
１４のピストンロッド５６が前進（下降）し、ピストン
ロッド５６と一体的にロードセル５２、ウレタン・スプ
リング４６、加圧用スライドシャフト３８等も下降し、
やがて上部溶接電極（図示せず）が被溶接材（図示せ
ず）に当接して、加圧力が所定値（初期加圧力）Ｐ0 に
達すると、ロードセル５２の出力信号に応答して制御部
１１２が空気圧回路８０を停止モードに切り換える。こ
うして初期加圧力Ｐ0 が被溶接材に一定時間加えられ
る。この間、ウレタン・スプリング４６は加圧力Ｐ0 に
対応した分だけわずかに圧縮変形している。

【００２２】次に、正規の溶接加圧力Ｐ１を被溶接材に
加えるため、時刻ｔｓで、制御部１１２は空気圧回路８
０を停止モードから前進モードに切り換える。そうする
と、ピストンロッド５６からの加圧力によってウレタン
・スプリング４６はさらに垂直方向つまり軸方向で圧縮
変形し、その圧縮量に応じた加圧力が加圧用スライドシ
ャフト３８を通して被溶接材に加えられる。ウレタン・
スプリング４６は、樹脂スプリングであるため、軸方向
に少し圧縮変形するだけで大きな圧力を発生する。した
がって、被溶接材に加えられる加圧力は、極めて短い時
間で高速に初期加圧力Ｐ０から正規溶接加圧力Ｐ１へ立
ち上がる。なお、ウレタン・スプリング４６の圧縮に応
じてボールスライド用シャフト５８が加圧用スライドシ
ャフト３８の貫通孔内に沈み込む。上記のように、この
ボールスライド用シャフト５８の作用により、エアシリ
ンダ１４からの加圧力がウレタン・スプリング４６を介
して正確かつ忠実に加圧用スライドシャフト３８に伝え
られる。

【００２３】さて、加圧力が初期加圧力Ｐ0 から正規溶
接加圧力Ｐ1 に立ち上がる途中で所定の値Ｐk に達する
と、この時（時刻ｔk ）のロードセル５２の出力信号に
応動して制御部１１２は溶接電源回路１１４に通電を開
始させる。そして、所定時間後の時刻ｔe で溶接電源回
路１１４に通電を終了させ、しかる後時刻ｔf で空気圧
回路８０を後退モードに切り換える。

【００２４】このように、本実施例のキャン・シール溶
接機では、エアシリンダ１４からの加圧力にウレタン・
スプリング４６が高速応答してこれを迅速に加圧用スラ
イドシャフト３８に伝えるため、極めて高速の加圧力立
ち上がり速度を得ることができる。さらに、このように
高速に立ち上がる加圧力の値をロードセル５２がリアル
タイムに検出し、そのロードセル出力信号に基づいて制
御部１１２が通電を開始させるので、加圧力が所定値に
達した時点で直ちに溶接電流を溶接部に供給することが
できる。これにより、高速・高精度な加圧力制御、通電
開始制御が可能となり、バリの発生のない良好なキャン
・シール溶接を行うことができる。

【００２５】なお、上述した実施例では、被溶接材に対
して初期加圧力を一定時間加えた後に正規の溶接加圧力
に切り換えるようにしたが、初期加圧を省いて最初から
正規の溶接加圧力を加えることも可能である。また、本
発明は、キャン・シール溶接機に限るものではなく、高
速・高精度な加圧力制御、通電開始制御を必要とする種
々の形式の抵抗溶接機に適用可能である。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、上述したような構成を有する
ことにより、以下のような効果を奏する。本発明の第１の抵抗溶接機によれば、加圧シリンダの発
生した加圧力を樹脂スプリングを介して加圧用スライド
シャフト、溶接電極ひいては被溶接材に加えるようにす
るとともに、樹脂スプリングに軸ずれ防止用スライドシ
ャフトを貫通させて樹脂スプリングを軸ずれやねじれを
起こすことなく正しく軸方向で圧縮変形させるようにし
たので、加圧力を設定値まで高速・短時間で立ち上げる
ことができるとともに、樹脂スプリングを正確かつ安定
に動作させて、高速・高精度な加圧力伝達特性を保証
し、ひいては高速・高精度な加圧制御を保証することが
できる。本発明の第２の抵抗溶接機によれば、上記第１の抵抗溶
接機において、加圧シリンダと溶接電極との間に加圧力
に対応した電気信号を出力する圧力センサを配設し、こ
の圧力センサにより加圧力をリアルタイムに検出するよ
うにしたので、加圧力を高速に立ち上げるときでも高精
度な加圧制御および通電制御を可能とすることができ
る。本発明の第３の抵抗溶接機によれば、上記第２の抵抗溶
接機において、上記圧力センサの出力信号によって表さ
れる加圧力が初期加圧力から正規溶接加圧力に立ち上が
る途中の所定値に達した時に通電開始を指示する制御信
号を発生するようにしたので、加圧力が高速かつ短時間
で正規溶接加圧力に達するや否や即座に抵抗溶接の通電
を開始させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるキャン・シール溶接機
のヘッド部の詳細な構成を示す一部断面正面図である。

【図２】実施例の溶接機のヘッド部の詳細な構成を示す
略側面である。

【図３】実施例の溶接機の全体構造を示す略斜視図であ
る。

【図４】実施例の溶接機における加圧用エアシリンダを
駆動するための空気圧回路の構成を示す回路図である。

【図５】実施例の溶接機における制御システムの構成を
示すブロック図である。

【図６】実施例の溶接機における加圧力特性を示す図で
ある。

【図７】キャン・シール溶接の一加工例を示すための電
子部品の斜視図である。

【図８】キャン・シール溶接における溶接部の構成を示
す断面図である。

【符号の説明】

１２ヘッド部１４エアシリンダ３０上部電極取付ブロック３２下部電極取付ブロック３８加圧用スライドシャフト４６ウレタン・スプリング５２ロードセル５６ピストンロッド８０空気圧回路９０レギュレータ９６方向切換弁９８方向切換弁１１０設定入力部１１２制御部１１４溶接電源回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端側に溶接電極が取り付けられる加圧
用スライドシャフトと加圧シリンダとを同軸線上に配設
し、前記加圧用スライドシャフトの他端側と前記加圧シ
リンダとの間に樹脂スプリングを配設し、前記樹脂スプ
リングを貫通するように前記加圧用スライドシャフトの
前記他端側に軸ずれ防止用スライドシャフトを配設して
なることを特徴とする抵抗溶接機。
【請求項２】前記加圧シリンダと前記樹脂スプリング
との間に加圧力に対応した電気信号を出力する圧力セン
サを配設してなることを特徴とする請求項１に記載の抵
抗溶接機。
【請求項３】前記圧力センサの出力信号を受け取り、
前記センサ出力信号によって表される加圧力が初期加圧
力から正規溶接加圧力に立ち上がる途中の所定値に達し
た時に抵抗溶接の通電開始を指示する制御信号を発生す
る手段を具備したことを特徴とする請求項２に記載の抵
抗溶接機。