JPH11514584A - 抵抗溶接方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 抵抗溶接を行う方法であって、本方法においては溶接電極移動が少なくとも１つの作業ピストン−シリンダユニットによって行われ、溶接電極が溶接工程の開始前に準備完了位置に配置され、その準備完了位置において溶接電極が工作物にソフトに接触し、あるいは溶接電極と工作物との間に１０分の１ミリメートルの範囲の距離が存在し、後続の溶接工程の間に作業ピストン−シリンダユニットへの空気圧によるエネルギー供給が行われ、その場合に準備完了位置からの作業ピストン−シリンダユニットの最大可能なストロークが、プロジェクション溶接の場合には崩壊する突起の再セット距離の１から４０倍に、あるいはスポット溶接の場合には最初硬くて溶接工程の間にペースト状になる工作物への溶接電極の進入距離の１から１２０倍に、あるいはスポット溶接の場合に最初軟らかくて溶接工程の間にペースト状になる工作物への溶接電極の進入距離の１から６０倍に相当する。さらに、本発明はこの方法を実施する装置に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 抵抗溶接方法および装置 本発明は、溶接電極移動が少なくとも１つの作業ピストン−シリンダユニット によって行われる、抵抗溶接方法に関するものである。 本発明はさらに、溶接工程の間電極移動を実施する作業ピストン−シリンダユ ニットを有する抵抗溶接装置に関する。 抵抗溶接は一般に知られた方法であって、たとえば２枚の金属薄板が、少なく とも一方は移動することのできる少なくとも２つの電極によって圧接されて、溶 接電流による十分な電気的抵抗加熱によって工作物の継目箇所における溶融とそ れに続く硬化が行われることによって、互いに結合される。 その場合に抵抗溶接の品質は、電極と工作物との間の接触がどのくらい良好で あるかによって決定的に影響を受ける。というのは、接触抵抗とそれに伴って発 生される熱の分布は、この接触によって影響を受けるからである。 従ってまず、どのように電極を工作物の上に取り付けるが重要である。という のは、取り付ける動作が急速であると電極が激しくぶつかるので、押圧力がまず 振動し、溶接電流をオンにする前にこの振動の消えるのを待たなければならず、 それが作業速度を低下させて好ましくないからである。スポット溶接の場合には 、急激に取り付けると衝突エネルギーが管理されずに高くなり、それによって冷 間変形と電極の急速な摩耗がもたらされる。 プロジェクション溶接の場合には、急速に取り付けることによって溶接電流を オンにする前に突起が管理されずに冷間変形し、従って確実でない溶接結果がも たらされる。 これまで、減衰弁および絞り弁を付設することによって電極の取り付け速度を 制御する試みがなされている。ダブルストロークおよ び調節ストロークユニットの使用によって取り付け特性のある程度の改良が達成 されている。 しかし、電極と工作物との間の圧接力に責任を負う力は、溶接の開始時だけで なく、溶接の間も調達されなければならない。 その場合に重要なことは、溶接すべき材料が溶接の間に軟らかく、すなわちペ ーストのようになり、継目箇所で溶融することである。その場合に電極が十分急 速に再セットされない場合には、工作物と電極との間の力は、最悪の場合には電 極と工作物との間にもはや十分な電気的な力が存在しなくなるまで、減少してし まう。それによって極端に高い電流密度に直面して好ましくないスパッター形成 と早期のの電極摩耗がもたらされる。プロジェクション溶接の場合に電極が十分 急速に再セットされないと、特に一方の金属薄板に形成された突起と相手側金属 薄板との間の接触圧力が減少し、それによって軟化された突起の飛び散りあるい は溶接スポット内の孔形成がもたらされる恐れがある。 これまで知られている方法においては、溶接の間の電極の力は主としてシング ルストロークシリンダあるいは、通常空気的に操作されるダブルストロークまた は調節ストロークシリンダの作業ストロークによってもたらされる。 本発明の目的は、工作物の溶接を改良することにあり、その場合に特に溶接の 品質および／または溶接速度が向上されなければならない。その場合に溶接工程 の間の溶接電極の急速で正確な再セット動作が保証されなければならない。 この目的は、冒頭で挙げた種類の方法において、溶接電極が溶接工程の開始前 に準備完了位置にあって、その位置においては溶接電極が工作物にソフトに接触 し、あるいは溶接電極と工作物との間に１０分の１ミリメートルの範囲の距離が 存在し、それに続く溶接工程の間作業ピストン−シリンダユニットへの圧縮空気 によるエネルギー供給が行われ、その場合に準備完了位置からの作業ピストン− シリンダユニットの最大可能なストロークが、 −プロジェクション溶接の場合に、崩壊する突起の再セット距離の１から４０ 倍、または、 −スポット溶接の場合に、最初は硬くて溶接工程の間にペースト状になる工作 物への溶接電極の進入距離の１から１２０倍、または −スポット溶接の場合に、最初は軟らかくて溶接工程の間にペースト状になる 工作物への溶接電極の進入距離の１から６０倍に、相当することによって達成さ れる。 さらにこの目標は、冒頭で挙げた種類の装置においては、作業ピストン−シリ ンダユニットの最大可能なストロークが、 −プロジェクション溶接の場合に、崩壊する突起の再セット距離の１から４０ 倍、または、 −スポット溶接の場合に、最初硬くて溶接工程の間にペースト状になる工作物 への溶接電極の進入距離の１から１２０倍、または −スポット溶接の場合に、最初軟らかくて溶接工程の間にペースト状になる工 作物への溶接電極の進入距離の１から６０倍に、相当することによって達成され る。 本発明に基づく方法においても、本発明に基づく装置においても、 −準備完了位置からの作業ピストン−シリンダユニットの最大可能なストロー クが、プロジェクション溶接の場合に、崩壊する突起の再セット距離の１から２ ０倍、特に１から１０倍、好ましくは１から５倍に相当する場合、ないしは、 −準備完了位置からの作業ピストン−シリンダユニットの最大可能なストロー クが、スポット溶接の場合に、最初は硬くて溶接工程の間にペースト状になる工 作物への溶接電極の進入距離の１から６０倍、特に１から３０倍、好ましくは１ から２０倍に相当する場合、ないし、 −準備完了位置からの作業ピストン−シリンダユニットの最大可 能なストロークが、スポット溶接の場合に、最初軟らかくて溶接工程の間にペー スト状になる工作物への溶接電極の進入距離の１から３０倍、特に１から２５倍 、好ましくは１から１０倍に相当する場合、 に利点が得られる。 本発明の枠内において、従来知られている装置においてはシングルストローク 、ダブルストロークまたは調節ストロークシリンダの最大可能なストローク長さ が大きく寸法決めされているので、溶接工程の間に作業ピストンの上方の比較的 大きな空気体積がシリンダ室へ流入して圧縮され、そしてさらに比較的大きな圧 縮された空気体積を作業ピストンの下方のシリンダ室から逃がさなければならな いことが認識された。それによって生じる長い空気の流れる時間が溶接工程の間 の電極の再セット特性に極めて悪い影響を与える。 本発明によれば、圧縮空気を供給される作業ピストン−シリンダユニットの、 準備完了位置からの最大可能なストロークは大体において、スポット溶接の場合 にペースト状の工作物にスポット溶接電極が進入するため、および／またはプロ ジェクション溶接の場合には崩壊する突起の再セット距離のために必要な、溶接 電極の作業ストロークのみに相当するので、作業ピストンとそれに伴って溶接電 極を工作物の方向へ移動させるためには、極めて小さい作業ピストン−シリンダ 体積に圧縮空気を供給するだけで済む。同時に作業ピストンの下方の極めてわず かな体積だけを作業シリンダから排除するだけで済む。 これは従来知られている方法よりも少ない時間しか必要としないので、作業ピ ストン−シリンダユニット内で必要な溶接電極押圧力に要する圧力比が極めて迅 速に調節される。さらに、圧力を供給される体積の膨張が小さいので、体積が大 きい場合よりも少ない圧縮効果をもたらせば済み、それが電極のパワー作用を改 良させる。 電極が準備完了位置において工作物にソフトに接触し、あるいは 工作物との間に１０分の１ないし１００分の１ミリメートルの範囲の距離を有す ることに基づいて、作業ピストン−シリンダユニットに圧縮空気を供給した後は 、電極移動は知覚できない。たとえばそれぞれ２ｍｍの板厚を有する２枚の金属 薄板がプロジェクション溶接される場合には、そのためにピストンの上方の体積 を圧縮された圧縮空気によって充填しなければならず、それによって溶接工程の 開始時に工作物は電極によって圧縮される。上述の同様な溶接課題（マルチプロ ジェクション溶接も）のために適当に寸法決めすることによって、作業ピストン とそれに付属するシリンダー天井部との間の距離は約１ｍｍにしかならない。 このわずかな距離によってもたらされる比較的小さい体積は、極めて短い時間 内で圧縮された圧縮空気によって充填することができるので、作業ピストン−シ リンダユニットの操作から数ミリ秒経過しただけですでに溶接電流をオンにする ことができる。このことはさらに、比較的大きな空気流入断面積とそれによって もたらされる圧縮空気のための良好な流れ速度によって支援される。 溶接電流のオンに続いて、上述の板厚において約１ｍｍの高さを有する突起の 溶融が行われ、かつそのときから初めて見ることのできる電極移動が開始され、 それは突起（約１ｍｍ）の復帰変形後に終了する。 溶接スポットを硬化させるために、電極圧力が短い時間の間維持される。従っ て溶接工程全体については、ピストン距離が約１ｍｍである場合に全体で約２ｍ ｍの高さを有するピストンの上方の体積を充填しなければならず、それは極めて 短い時間内で行われ、従って電極の迅速な再セットが可能である。 ピストンの上方の急速な圧力構築とそれに伴ってもたらされる理論的な電極パ ワーを十分に利用することができるようにするためには、作業ピストン−シリン ダユニットにエネルギーを供給する際にピストンの下方にある圧縮された空気体 積も迅速に逃がすことがで きなければならない。 このことは本発明によれば、最大可能なストロークができるだけ小さい、特に 極めて小さいことによって達成される。可能な機械の反りを考慮して、このスト ロークは上述の例においては約２ｍｍとなる。ここでも大きく設計されている空 気流出横断面を通して圧縮空気が比較的小さい体積から極めて迅速に逃げ、電極 パワーが迅速に完全に有効になる。 作業ピストン−シリンダユニットへのエネルギー供給後ミリ秒以内で溶接電流 がオンにされるという事実によって、溶接前の突起の管理されない冷間変形が排 除される。この利点は、後に続く電極の急速な再セットに関連して、アルミニウ ム及び同様の成型上軟らかい材料をプロジェクション溶接する場合に特に効果的 に作用する。 好ましくは、溶接電極は抵抗溶接の終了後に作業ピストン−シリンダユニット に空気圧を供給することによって準備完了位置へ戻される。 しかし他の方法では、溶接電極の戻し移動は、ばね力によって行うことも可能 である。 作業ピストン−シリンダユニットを交互に移動させるための圧縮空気の制御は 、２つの種類の復帰について、好ましくは適当な切換え弁によって実施される。 好ましくは作業ピストン−シリンダユニットは予備ストローク装置の後段に接 続され、その予備ストローク装置によって溶接電極を工作物から離れた初期位置 から工作物に接する準備完了位置へ移動させることができる。 予備ストローク装置は選択的に空気圧、油圧、電動、手動の筋力によって、あ るいはその他の種類の運動学によって操作することができる。 溶接電極の位置と移動方向に関して、予備ストローク装置と作業ピストン−シ リンダユニットの互いの結合を異なる対応で行うこと ができる。 さらに、予備ストローク装置を作業ピストン−シリンダユニットから分離して 、工作物に関して、作業ピストン−シリンダユニットの反対側に配置することも 可能である。その場合には初期位置から準備完了位置への予備ストローク移動は 、相手側電極によって実施される。次に、本発明による作業ピストン−シリンダ ユニットにエネルギーを供給することによって抵抗溶接が行われる。 予備ストローク装置と作業ピストン−シリンダユニットの間の連携作用は、機 械シーケンス制御のプログラムを予め適切に選択することによって、可変に設計 されている。溶接課題を優先的に実施すべき場合には、溶接の終了後に工作物が 機械から取り出される。それによって各作業サイクルにおいて作業ピストン−シ リンダユニットの復帰と共に予備ストローク装置も初期位置へ戻される。 予備ストローク装置を使用する場合には、作業ピストン−シリンダユニットを 予備ストローク装置と溶接電極との間に配置することができる。同様に、予備ス トローク装置を作業ピストン−シリンダユニットと溶接電極との間に配置するこ とも可能である。 さらに、所定の使用場合において、たとえば溶接トングを手動で案内する場合 に、電極が作業ピストン−シリンダユニットによって、そして相手側電極が予備 ストローク装置によってエネルギーを供給されると効果的である。 しかし再度述べるが、予備ストローク装置を完全に省くことも可能であって、 その場合には、予め溶接電極間の距離を調節した後に、工作物が側方から上方の 溶接電極の下方へ移動される。その場合には抵抗溶接は、本発明による作業ピス トン−シリンダユニットにエネルギーを供給することによって行われる。 従来使用されていた方法に対する他の利点は、駆動種類が「シリーズスポット 溶接」である場合に得られる。この一般に知られた抵抗溶接方法においては、た とえば２枚の金属薄板が密接に相前後 して配置すべき溶接スポットによって互いに結合される。それぞれ溶接が実施さ れた後に電極が工作物から１０分の１ミリメートルの範囲で持ち上げられて、工 作物が所望のスポット間隔だけさらに移動されて、次の溶接が実施される。この 工程が、最後の溶接スポットの実施まで連続的に遂行される。 本発明に基づく方法を使用することによって、シリーズスポット溶接の場合に 工作物の挿入後に予備ストローク装置によって溶接電極が初期位置から準備完了 位置へ移動される。それに続く溶接工程において最後の溶接スポットまで作業ピ ストン−シリンダユニットのみがサイクル駆動され、溶接工程の終了後に初めて 予備ストローク装置が溶接電極を初期位置へ復帰移動させる。作業ピストン−シ リンダユニットの小さく設計された体積によって絶え間のない通気と排気がそれ ぞれ極めて短い時間で行われ、それによって高い溶接速度ないし迅速に連続する スポット溶接が得られる。 本発明によれば、準備完了位置における溶接電極と工作物との距離は可変であ って、溶接開始前に適宜調節される。その場合に、電極が工作物にソフトに接触 すること、ないしは電極と工作物との間の間隔が、たとえばシリーズスポット溶 接の場合に必要とされるように、１０分の１または１００分の１ミリメートルの 範囲にあると、効果的である。このように調節した場合には、電極は初期位置か ら準備完了位置へ移動する際にほぼ衝撃および衝突なしで工作物上へセットされ る。 マルチプロジェクション溶接の場合に利点として得られるのは、電極が初期位 置から準備完了位置へ移動するのに伴って大面積の電極が工作物上に載置される ことにより突起が１０分の１ミリメートルの範囲の所望の寸法だけ押圧されるこ とである。それによって、突起を刻印する際に避けることのできない高さの許容 誤差が補償され、それに続く溶接工程のために個々の突起と相手側電極との間の 電気的な抵抗が等しくされる。それによって溶接結果が改良され る。 溶接工程の際に電極を迅速に再セットすることによって、本発明による方法は 存在するほぼすべての種類の抵抗溶接にとって効果的である。 本発明により改良された再セット特性は、金属被覆を有するスチール薄板と非 鉄金属のスポット溶接およびプロジェクション溶接の場合にも効果的である。と いうのは、その場合に力結合が欠けていると工作物表面の過熱がもたらされるか らである。 特に強調すべきことは、本発明によれば、特にアルミニウム、アルミニウム合 金など成型上軟らかい工作物を、それらは固体からペースト状ないし液状の状態 への移行が極めて短い時間内で行われる材料であるが、プロジェクション溶接す ることができることである。この物理的特性は、溶接の間の溶接電極の特に急速 な再セットを前提とする。その場合に、従来のように突起を増大された強度と特 殊な形状でアルミニウム薄板へ刻印することは必要とされず、スチール溶接の場 合に一般的な丸い突起で十分である。 さらに、ピストンの両側の作業ピストン−シリンダユニットの空気体積が小さ いことによって、圧力が変化した場合に所望の電極パワー変化が極めて迅速に、 たとえばミリ秒の範囲で生じる、という利点が得られる。 圧力変化は、一般に行われている圧力プログラム抵抗溶接の技術によって実施 することができる。この方法はさらに、多くの抵抗溶接の場合に、特にアルミニ ウムのプロジェクション溶接およびスポット溶接の場合に利点をもたらす。好ま しくは溶接工程の最後に電極パワーが増大される、圧力プログラムまたは電流圧 力プログラムによって、溶接スポット内の孔の形成が阻止される。 本発明に基づく抵抗溶接装置は、たとえばＣ形のスタンド機械、門形機械、マ ルチシリンダ溶接装置、ハサミ形またはＣ形の手動案内される溶接トング、ハサ ミ形またはＣ形のロボット案内される溶 接トング、そしてまたそれぞれ他の抵抗溶接装置とすることができる。抵抗溶接 装置には、従来技術に基づいて異なる種類の電流を搭載することができる。 その場合に好ましい実施形態においては、作業ピストン−シリンダユニットは 、付属のシリンダ天井部とシリンダ底とを有する、それ自体閉鎖されたクラシッ クなシリンダとして形成されている。それによって特に、予備ストローク装置の 位置によって定められる各準備完了位置において、同じ作業ストロークが提供さ れる。 作業ピストン−シリンダユニットのピストンの、両側に供給されている空気体 積（シリンダ天井部側とシリンダ底側）に対するシールと、シリンダ底の内部に おけるピストンロッドのシールも、選択的にスライドシールによって、あるいは ゴムなどの材料からなるメンブレンによって行うことができる。 本発明により作業ピストン−シリンダユニットの最大可能なストロークが極め て小さいことによって、ピストンとピストンロッドをメンブレンによってシール する場合に、従来部分的に使用されているロールメンブレンシリンダの場合より も、シリンダ機能がずっと確実であって、メンブレンの摩耗が少ない。 予備ストローク装置は、本発明の好ましい実施形態においては、電動機によっ てエネルギーを供給可能な、予備ストローク方向に延びるスピンドルと、このス ピンドルによって移動される、作業ピストン−シリンダユニットと結合されたね じ部材とを有する。この予備ストローク装置によれば、溶接電極が所望の準備完 了位置へ達するまで電動機が操作されることによって、溶接電極の準備完了位置 を簡単な方法で調節することができる。 それによって、たとえば数値制御によって、準備完了位置における工作物と電 極との間隔を特に快適に調節することが可能になる。 本発明による装置はさらに、ダブルまたはマルチピストン装置として形成され た少なくとも１つのピストン−シリンダユニットを有 することができる。このようにして電極パワーが増大される。その場合に作業ピ ストン−シリンダユニットがダブルまたはマルチピストン装置として形成されて いる場合には、各作業ピストン−シリンダユニットの最大可能なストロークは本 発明に従って形成されている。 本発明の他の好ましい実施形態が、従属請求項に記載されている。 次に、図面を用いて本発明の実施例を説明する。図面において、 図１は、本発明に抵抗溶接方法に従って駆動することのできる、ダブルストロ ークシリンダを示すものであり、 図２は、本発明に基づく抵抗溶接装置のための、本発明による電極パワーユニ ットを示すものである。 図１には、本発明に基づく方法を実施するための電極パワーユニット１０がそ の初期位置の近傍で概略的に図示されており、その初期位置においては接続プレ ート４４に固定すべき溶接電極（図示せず）は、溶接すべき工作物（図示せず） からほぼ完全に引き戻されている。 電極パワーユニット１０はハウジング１４を有し、その中において共通の軸Ａ −Ａ上に予備ストロークシリンダ孔１６と作業シリンダ孔１８が設けられている 。 予備ストロークシリンダ孔１６内には予備ストロークピストンフランジ２２’ を有する予備ストロークピストン２２の工作物とは反対の側と、工作物側が閉鎖 された中空の予備ストロークピストンロッド２２”が密封されて滑り移動可能に 配置されている。調節スピンドル２４の工作物側に拡幅して形成された、工作物 方向への予備ストロークピストン動作を制限するストッパー２６が、予備ストロ ークフランジ２２’を通してピストンロッド２２”内へ進入する。ストッパー２ ６は、位置決めのために圧力密の通過部２８を介して調節スピンドル２４と結合 されている。 ハウジング１４内で予備ストロークピストンフランジ２２”の上方には、ハウ ジング１４の内部を圧力流体弁３２を介して圧力流体源（図示せず）、たとえば 圧縮空気源と結合するために、圧縮空気のように圧力下にある流体を通過させる 通過部３０が設けられている。圧力流体の圧力は、ピストンの直径が予め設定さ れている場合に、所望の力が得られるように、選択されている。そのために、通 常の直径においては、たとえば１から６バールの圧力が必要である。 予備ストロークピストンロッド２２”の工作物に面した側は初期位置において 、作業シリンダ孔１８内で密封されて滑り移動可能に配置された作業ピストン３ ４上に取り付けられており、作業ピストンの下側には作業ピストンロッド３４’ が固定されている。 作業ピストン３４の上方、そして予備ストロークピストン２２が完全に下降し た場合でもまだ予備ストロークピストンフランジ２２’の下端縁の下方には、圧 縮空気用の他の通過開口部３８が設けられており、それを介して第２の弁４０が 圧縮空気を作業シリンダ１８内へ導入することができる。 ハウジング１４の側方には、軸Ａ−Ａに対して同軸のガイド孔４２が設けられ ており、その中にガイドロッド４２’が滑り移動可能に収容されており、そのガ イドロッドは結合プレート４４を介してハウジング１４から張り出しているピス トンロッド３４’と結合されており、それによって作業ピストン３４の回動が防 止される。 電極パワーユニット１０は、本発明によれば次のように駆動される。 まず、予備ストロークピストンストッパー２６の調節スピンドル２４において 次のように、すなわち、作業ピストン３４および溶接電極を備えた作業ピストン ロッド３４’を工作物の方向へ移動させるために、予備ストロークピストン２２ の予備ストロークピストンフランジ２２’の上方に圧縮空気弁３２と圧縮空気流 入開口部３０ を介して圧縮流体が供給された場合に、溶接電極が溶接すべき工作物へ密着する ように移動されるように、調節される。 その場合に準備完了位置は本発明によれば、調節スピンドル２４およびそれに 伴ってストッパー２６を調節することによって、作業ピストン３４が作業シリン ダ１９内でさらに、必要とされる溶接電極の作業ストロークにほぼ相当する、し かし好ましくは同時に溶接電極がセットされた場合に少なくともまだ作業ピスト ン３４が作業シリンダ１８の内部の境界に当接しない大きさのストロークだけ移 動できるように、正確に選択される。 ストッパーを本発明に基づいて調節した後に、予備ストローク装置が弁３２の 該当する開口部を通して初期位置から準備完了位置へ移動される。 溶接電極を準備完了位置からさらに工作物の方向へ移動させるために、その後 第２の弁４０と通過開口部３８を介して圧縮空気が作業シリンダ１８内へ導入さ れる。極めて小さい作業シリンダ体積のみに圧縮空気が充填され、小さい行程を 移動するだけなので、電極移動は極めて迅速に行われる。 電極が溶接すべき工作物に押圧された後に、電流が所定の溶接時間の間、ない しは所定数のパワーシステム周期の間オンにされる。溶接電流によって軟化され た工作物材料は電極パワーの元で撓み、それによって電極がわずかに移動される 。それによって、作業ピストン３４がその作業シリンダ１８内でさらに工作物方 向へ移動され、それが溶接電極を工作物へ押圧する押圧力の一時的な減少をもた らす。というのは、撓んだ工作物に追従する作業ピストン３４がまず空気を押し 出さなければならず、さらに作業ピストン３４の上方で体積が増大し、従って作 業ピストン３４内を支配している圧力が少なくとも、圧力源から圧縮空気がさら に流れるまでは減少されるからである。これが行われた場合に初めて、電極パワ ーが再びその初期値に等しくなる。 このことは、従来技術においても本発明の場合にも存在する問題である。もち ろん、本発明によれば作業ピストン３４の下方には極めて小さいストロークに相 当するわずなか体積しか存在せず、従って本発明によれば再セットに必要なこの 工程は、従来の電極パワーユニットを駆動する場合よりもずっと急速に遂行され 、それによって上述の問題は本発明によれば実質的に除かれる。 溶接電流が所定の時間工作物を流れた後に、オフされる。工作物を溶接箇所の 硬化ないし冷却の間圧接するために、好ましくは電極はさらに所定の持続時間工 作物上に保持される。 その後溶接電極を準備完了位置へ復帰移動させることができる。そのためにま ず第２の弁４０がオンにされる。その後作業ピストン３４に通過開口部３８’を 介して工作物から離れる方向へ圧縮空気を供給し、あるいはたとえば押圧ばねに よって移動させることができる。同時に作業ピストンの上方の圧縮空気が逃げる 。 工作物上で多数の溶接箇所を次々と溶接しようとする場合には、たとえば「シ リーズスポット溶接」の駆動種類において、工作物を準備完了位置にある溶接電 極の下方へ移動させて、その後電極が新しい溶接工程のために始動される。その 場合に作業シリンダ内で作業ピストンがわずかなストロークしか移動する必要が なく、急速な圧力構築が可能であることによって、極めて高い連続ステップが可 能である。 本発明による原理は、図１に示す電極パワーユニットによって実現することが できるが、本発明による駆動を改良するために、変更も可能である。すなわち、 予備ストロークピストンロッド２２”をたとえば側方の予備ストロークシリンダ ー壁に密接するまで延ばすことができる。予備ストロークピストンロッド２２” と予備ストロークシリンダ壁との間の体積は作業シリンダ１８と連通しているの で、満たすべき作業シリンダ体積はさらに減少され、再セット特性が改良される 。 本発明に基づく他の装置が図２に図示されており、そこでは同様な部分には図 １ににおいて示されたものと同一の参照符号が使用されている。 図２によれば、本発明による電極パワーユニット１１０は、第１のハウジング １１３ａを有する予備ストローク装置１０６と、第１のハウジングから分離され た第２のハウジング１１４ｂを有する後段に接続された作業ピストンシリンダユ ニット１０８を有する。ハウジング１１４ａと１１４ｂは、それぞれシリンダ天 井部、シリンダジャケットおよびシリンダー底を有する。 予備ストローク装置のハウジング１１４ａ内には予備ストロークシリンダ室１ １６が設けられており、その中に予備シリンダーピストン１２２が移動軸Ｂ−Ｂ に沿って大きな予備ストローク区間にわたって滑るように移動するために密閉さ れて収容されている。予備ストロークピストン１２２は、移動軸Ｂ−Ｂの方向の 両側にハウジング１１４ａから導出されたピストンロッド１２２’に固定されて いる。 ハウジング１１４ａ内のピストン１２２の上方と下方に圧力流体通過部１３０ と１３０’が設けられており、それらは圧力流体交代弁１３２を介して、圧縮空 気源のような圧力流体源と選択的に接続されている。予備ストローク装置の直径 と流体の圧力は、必要な電極パワーが得られるように、互いに同調されている。 予備ストロークピストンロッド１２２’の溶接電極（図示せず）とは反対の側 に、予備ストロークシリンダ１１６内での予備ストロークピストン移動を大まか に制限するための調節可能なカウンター部材１２４ａが設けられている。 予備ストロークピストンロッド１２２’には軸Ｂ−Ｂに沿って延びる孔が形成 されており、その孔を通してカウンター部材１４２ｂによって反転可能な微調節 スピンドル１２４がピストンロッド１２２’の工作物側の端部（図２の下方）の 上方まで案内されてい る。微調節スピンドル１２４の工作物側の端部には、作業ピストン−シリンダユ ニットのハウジング１１４ｂが固定されている。 ハウジング１１４ｂ内には、作業ピストン１３４を収容するためのシリンダー 室１１８が設けられており、作業ピストンはその中で軸Ｂ−Ｂに沿って短いスト ロークにわたって滑り移動できるように密封して移動される。作業ピストン１３ ４は、たとえば転がり軸受または滑り軸受を通して工作物の方向へ張り出す作業 ピストンロッド１３４’に固定されている。作業ピストン１３４の工作物とは反 対側の終端位置において、ないしは準備完了位置において、作業ピストン１３４ と作業シリンダ１１８との間には小さい空気分配間隙１１８’が設けられている 。 ハウジング１１４ｂの外側において作業ピストンロッド１３４’には好ましく は結合プレート１４４が取り付けられており、この結合プレートは作業ピストン １３４をガイド孔１４２内で案内されるガイドロッド１４２’と結合する。ガイ ドロッド１４２’は、結合プレート１４４と結合された（図示されていない）電 極の回動を阻止する。 ハウジング１１４ｂ内には圧縮空気供給および排出導管１３８と１３８’が設 けられており、それらは圧縮空気交代弁１４０を介して作業ピストン１３４に両 方向から選択的に、圧縮空気源からの圧縮空気を供給することができる。作業ピ ストン１３４の直径と圧縮空気圧は、必要な電極パワーのために互いに合せられ る。作業ピストン１３４ないしは付属の作業シリンダ室１１８の直径は、好まし くは予備ストロークピストン装置１０６の対応する部材の直径よりも小さい。 この装置において重要なことは、シリンダ室１１８の直径が定められている場 合に、作業ピストン１３４の上方および下方の体積をできるだけ小さく抑えるこ とである。このことは、作業ピストン１３４の最大可能なストロークを小さく抑 えることによって達成さ れる。すなわち、たとえば準備完了位置において作業シリンダ１１８内の作業ピ ストン１３４に工作物の方向には約２ｍｍのストロークのみ、そして工作物から 離れる方向には約１ｍｍの空気分配間隙１１８’のみが与えられ、それに比較し て最大可能な予備ストロークは、たとえば数１０ｍｍから数百ｍｍの範囲を有す ることが可能なようにすることができる。 図２に示す本発明による電極パワーユニット１１０は、次のように駆動される 。 まず、カウンター部材１２４ａにおいて所望の予備ストロークが大まかに調節 される。 その後、溶接電極を予備ストローク移動によってその初期位置から大まかに調 節された準備完了位置へ移動させるために、圧力交代弁１３２を介して圧縮空気 が工作物から隔たった圧縮空気開口部の上方へ供給され、その場合に予備ストロ ークシリンダ１１６内の予備ストロークピストン１２２の下方にまだ存在する空 気が通過開口部１３０’を通して排除される。 溶接電極が大まかに調節された準備完了位置にある場合に、微調節スピンドル １２４ｂにおいて所望の準備完了位置を正確に調節することができ、その準備完 了位置においては溶接電極が工作物の上に密接して配置され、ないしは工作物に ソフトに接触する。 微調節スピンドル１２４ｂは、たとえばアルミニウムまたはその合金のマルチ プロジェクション溶接の場合、特にラウンドプロジェクション溶接の場合に、電 極をセットする際に突起が予備ストローク動作によってミリメートル未満の範囲 で所望に冷間変形されるように、調節することもできる。 次に、切り換え可能な弁１４０を然るべく駆動することによって、溶接電極が 工作物に圧接されるまで、作業ピストン１３４に溶接すべき工作物の方向にエネ ルギーが供給されてる。その場合にシリンダ体積の充填と排気は、極めて短い時 間で行われる。 次に、予め設定された溶接電流がオンにされる。それによって溶接すべき材料 が軟化された場合に、電極が作業ピストン１３４と共に再セットされる。 その場合に作業シリンダ圧縮空気供給および排出導管の大きな横断面と小さい 作業シリンダ体積によって、極めて正確な追従が可能になる。体積が小さいこと により作業シリンダ１１８’内に含まれる気体量の圧縮性がわずかしかないこと も、それを支援する。 溶接が終了して、保持時間がが経過した後に、作業ピストン−シリンダユニッ ト１０８に付設された圧力弁１４０が切り換えられて、二重に作用する作業ピス トン１３４が圧縮空気によって工作物から離れるように移動される。 たとえば「シリーズスポット溶接」の駆動種類の場合のように、同じ工作物に おいて他の溶接を行おうとする場合には、準備完了位置において次の溶接箇所が 溶接電極の下方へ移動され、溶接工程が繰り返される。所望の数の溶接が終了し た後に、溶接電極はまず作業ピストンリターンストロークによって準備完了位置 へ戻され、その後予備ストローク弁１３２の切り換えによって初期位置へ引き戻 される。 本発明に基づく装置によって、セットする際の溶接電極のバウンドを大幅に防 止することができる。さらに再セット特性は、アルミニウムまたはアルミニウム 合金のラウンドプロジェクション溶接も可能であるように、改良される。さらに 、「シリーズスポット溶接」の駆動種類において、従来技術に基づく装置の場合 よりもほぼ１桁速いストローク連続が得られる。 図示の電極パワーユニット１１０においては作業ピストン−シリンダユニット １０８のハウジング１１４ｂは微調節スピンドル１２４を介して予備ストローク 装置１０６と結合されているが、他の種類の連続接続も可能である。すなわち、 たとえば作業ピストン１３４を予備ストローク装置１０６と結合することができ 、その場 合には溶接電極は移動されるハウジング１１４ｂに固定される。 さらに図示の作業ピストン−シリンダユニット１０８の後段に、他の１つある いは複数の電極パワーを増大させるこの種のユニットを接続することができる。 その場合に重要なことは、作業ピストン−シリンダユニット１０８内で可能なス トロークとそれに伴って対応する体積をできるだけ小さく抑えることである。 例として説明した電極パワーユニット１１０は圧縮空気で作動される予備スト ローク装置を有するが、その代わりにたとえば、上述の作業ピストン−シリンダ ユニットを油圧で操作すること、あるいは電動機によって回転されるスピンドル 上で移動可能な、予備ストローク装置のねじ部材に取り付けることも可能である 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＧ，ＢＲ，Ｃ Ａ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＪＰ，ＫＲ，ＬＴ ，ＬＶ，ＭＸ，ＮＯ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＴＲ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．溶接電極移動が少なくとも１つの作業ピストン−シリンダユニットによって 行われる、抵抗溶接方法において、 溶接電極が溶接工程の開始前に準備完了位置にあって、その準備完了位置に おいては溶接電極が工作物にソフトに接触し、あるいは溶接電極と工作物との間 に１０分の１ミリメートルの範囲の距離が存在し、 後続の溶接工程の間、作業ピストン−シリンダユニットへの圧縮空気の供給 が行われ、その場合に作業ピストン−シリンダユニットの準備完了位置からの最 大可能なストロークが、 −プロジェクション溶接の場合には、崩壊する突起の再セット距離の１から ４０倍に、あるいは、 −スポット溶接の場合には、最初硬くて溶接工程の間にペースト状になる工 作物への溶接電極の進入距離の１から１２０倍に、あるいは、 −スポット溶接の場合に、最初軟らかくて溶接工程の間にペースト状になる 工作物への進入距離の１から６０倍に、 相当することを特徴とする抵抗溶接方法。 ２．プロジェクション溶接の場合に、準備完了位置からの、作業ピストン−シリ ンダユニットの最大可能なストロークが、崩壊する突起の再セット距離の１から ２０倍、特に１から１０倍、好ましくは１から５倍に相当することを特徴とする 請求項１に記載の方法。 ３．スポット溶接の場合に、準備完了位置からの、作業ピストン−シリンダユニ ットの最大可能なストロークが、最初硬くて溶接工程の間にペースト状になる工 作物への溶接電極の進入距離の１から６０倍、特に１から３０倍、好ましくは１ から２０倍に相当することを特徴とする請求項１に記載の方法。 ４．スポット溶接の場合に、準備完了位置からの、作業ピストンシリンダ−ユニ ットの最大可能なストロークが、最初軟らかくて溶接工 程の間にペースト状になる工作物への溶接電極の進入距離の１から３０倍、特に １から１５倍、好ましくは１から１０倍に相当することを特徴とする請求項１に 記載の方法。 ５．溶接電極移動が予備ストローク装置とその後段に接続された作業ピストン− シリンダユニットによって行われ、その場合に溶接電極が予備ストローク装置に よって工作物から離れた初期位置から工作物に接する準備完了位置へ移動される ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。 ６．溶接電極が抵抗溶接の終了後に作業ピストン−シリンダユニットへ圧縮空気 を供給することによって準備完了位置へ戻されることを特徴とする請求項１から ５までのいずれか１項に記載の方法。 ７．溶接電極が抵抗溶接の終了後にばね力によって準備完了位置へ戻されること を特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。 ８．作業ピストン−シリンダユニットのための圧縮空気の制御が、切換え弁を介 して行われることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法 。 ９．予備ストローク装置の操作が、筋力による操作を含めて任意の運動学的な原 理に従って行われることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載 の方法。 １０．予備ストローク装置が、空気圧によって操作されることを特徴とする請求 項９に記載の方法。 １１．予備ストローク装置が、油圧によって操作されることを特徴とする請求項 ９に記載の方法。 １２．予備ストローク装置が、電動機によってエネルギーを供給されることを特 徴とする請求項９に記載の方法。 １３．電極が作業ピストン−シリンダユニットによって、そして相手側電極が予 備ストローク装置によってエネルギーを供給され、初期位置から準備完了位置へ の予備ストローク動作が相手側電極によっ て実施され、次に抵抗溶接が作業ピストン−シリンダユニットへのエネルギー供 給によって行われることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記 載の方法。 １４．適切なプログラムを予め選択することによって、各溶接工程が実施された 後に電極が初期位置へ戻されることを特徴とする請求項１から１３までのいずれ か１項に記載の方法。 １５．駆動種類が「シリーズスポット溶接」である場合に、それぞれ個々の溶接 工程が実施された後に電極が準備完了位置へ戻されて、工作物が適切に移動され た後に、作業ピストン−シリンダユニットにエネルギーを供給することによって 前記位置からそれぞれ個々のスポット溶接工程が実施されることを特徴とする請 求項１から１４までのいずれか１項に記載の方法。 １６．準備完了位置における電極と工作物との距離が、溶接装置を調節する際に 調節装置によって調節されることを特徴とする請求項１から１５までのいずれか １項に記載の方法。 １７．準備完了位置において予め電極を工作物にソフトに接触させ、ないしは電 極と工作物との間の１０分の１ミリメートルの範囲の距離が調節され、それによ って初期位置から準備完了位置へ移動させる際に電極が工作物上にほぼ衝撃およ び衝突なしにセットされることを特徴とする請求項１から１６までのいずれか１ 項に記載の方法。 １８．マルチプロジェクション溶接の場合に初期位置から準備完了位置への電極 の移動に伴って溶接電極が工作物上に載せられることによって、実際の溶接工程 の前に突起が１０分の１ミリメートルの範囲で均一に押圧され、ないしは変形さ れて、個々の突起と相手側金属薄板との間の電気的な抵抗が等しくされることを 特徴とする請求項１から１７までのいずれか１項に記載の方法。 １９．アルミニウム、アルミニウム合金など成型的に軟らかい工作物がプロジェ クション溶接され、その場合に予めスチール溶接の場合 に使用される通常の仕様の突起、好ましくは丸突起が工作物へ刻印されることを 特徴とする請求項１から１８までのいずれか１項に記載の方法。 ２０．溶接工程の間に電極移動を実施する作業ピストン−シリンダユニットを備 えた抵抗溶接装置において、 作業ピストン−シリンダユニット（１０８）の最大可能なストロークが、 −プロジェクション溶接の場合には、崩壊する突起の再セット距離の１から ４０倍に、または、 −スポット溶接の場合には、最初硬くて溶接工程の間にペースト状になる工 作物への溶接電極の進入距離の１から１２０倍に、あるいは、 −スポット溶接の場合に、最初軟らかくて溶接工程の間にペースト状になる 工作物への溶接電極の進入距離の１から６０倍に、 相当することを特徴とする抵抗溶接装置。 ２１．プロジェクション溶接の場合に、作業ピストン−シリンダユニット（１０ ８）の最大可能なストロークが、崩壊する突起の１から２０倍、特に１から１０ 倍、好ましくは１から５倍に相当することを特徴とする請求項２０に記載の装置 。 ２２．スポット溶接の場合に、作業ピストン−シリンダユニット（１０９）の最 大可能なストロークが、最初硬くて溶接工程の間にペースト状になる工作物への 溶接電極の進入距離の１から６０倍、特に１から３０倍、好ましくは１から２０ 倍に相当することを特徴とする請求項２０に記載の装置。 ２３．スポット溶接の場合に、作業ピストン−シリンダユニット（１０８）の最 大可能なストロークが、最初軟らかくて溶接工程の間にペースト状になる工作物 への溶接電極の進入距離の１から３０倍、特に１から１５倍、好ましくは１から １０倍に相当することを特徴とする請求項２０に記載の装置。 ２４．作業ピストン−シリンダユニット（１０８）が予備ストローク装置（１０ ６）の後段に接続されており、溶接電極が前記予備ストローク装置によって工作 物から離れた初期位置から工作物に接する準備完了位置へ移動可能であることを 特徴とする請求項２０から２３までのいずれか１項に記載の装置。 ２５．作業ピストン−シリンダユニット（１０８）が、二重に作用するシリンダ として形成されていることを特徴とする請求項２０から２４までのいずれか１項 に記載の装置。 ２６．作業ピストン−シリンダユニットのピストンの、両側に供給されている空 気体積（シリンダ天井側とシリンダ底側）に対するシールと、シリンダ底の内部 におけるピストンロッドのシールが選択的にスライドシールによって、あるいは ゴムなどの材料からなるメンブレンによって実現されていることを特徴とする請 求項２０から２５までのいずれか１項に記載の装置。 ２７．作業ピストン−シリンダユニット（１０８）が空気圧によってエネルギー を供給されることを特徴とする請求項２０から２６までのいずれか１項に記載の 装置。 ２８．溶接電極に、少なくとも抵抗溶接の終了後に、ばね力によってエネルギー が供給されることを特徴とする請求項２０から２７までのいずれか１項に記載の 装置。 ２９．作業ピストン−シリンダユニット（１０８）に少なくとも１つの切換え弁 （１４０）を介して圧縮空気が供給されることを特徴とする請求項２０から２８ までのいずれか１項に記載の装置。 ３０．特に予備ストロークピストン−シリンダユニットとして形成された予備ス トローク装置（１０６）が、空気圧によってエネルギーを供給されることを特徴 とする請求項２０から２９までのいずれか１項に記載の装置。 ３１．予備ストローク装置（１０６）に、予備ストローク移動を制限するための 固定の、または調節可能なストッパー（１２４ａ、１２ ４ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項２０から３０までのいずれか１ 項に記載の装置。 ３２．予備ストローク装置に、特に予備ストロークシリンダ内の予備ストローク ピストンの位置に関係なく行われる、工作物と準備完了位置へ移動された溶接電 極との間の距離の微調節を行うための微調節装置（１２４）が設けられているこ とを特徴とする請求項２０から３１までのいずれか１項に記載の装置。 ３３．微調節装置（１２４）が、予備ストローク装置と結合された、反転可能な 調節スピンドルを有し、その調節スピンドルが作業ピストン−シリンダユニット （１０８）と結合され、かつこの作業ピストン−シリンダユニットと一緒に移動 できるように形成されていることを特徴とする請求項３２に記載の装置。 ３４．電極パワーを増大させるために、少なくとも１つのピストン−シリンダユ ニットがダブルまたはマルチピストン装置として形成されていることを特徴とす る請求項２０から３３までのいずれか１項に記載の装置。 ３５．予備ストローク装置が、油圧操作される予備ストロークピストン−シリン ダユニットを有することを特徴とする請求項２０から３４までのいずれか１項に 記載の装置。 ３６．予備ストローク装置が、電動機によってエネルギーを供給可能な、予備ス トローク方向に延びるスピンドルと、このスピンドルによって移動される、作業 ピストン−シリンダユニットと結合されたねじ部材とを有することを特徴とする 請求項２０から３４までのいずれか１項に記載の装置。 ３７．作業ピストン−シリンダユニット（１０８）が予備ストローク装置と溶接 電極との間に配置されており、あるいは 予備ストローク装置が作業ピストン−シリンダユニット（１０８）と溶接電 極との間に配置されていることを特徴とする請求項２０から３６までのいずれか １項に記載の装置。 ３８．電極が作業ピストン−シリンダユニットによって、そして相手側電極が予 備ストローク装置によってエネルギーを供給されることを特徴とする請求項２０ から３７までのいずれか１項に記載の装置。 ３９．少なくとも１つのピストン−シリンダユニット（１０６、１０８）のピス トンロッド（１２２’、１３４’）が、転がり軸受または滑り軸受内で案内され ていることを特徴とする請求項２０から３８までのいずれか１項に記載の装置。 ４０．抵抗スポット溶接、抵抗プロジェクション溶接または抵抗突合わせ溶接に 、請求項１から１９までのいずれか１項の方法あるいは請求項２０から３９まで のいずれか１項に記載の抵抗溶接装置を使用する使用方法。 ４１．アルミニウム、アルミニウム合金など成型上軟らかい材料からなる工作物 をプロジェクション溶接するために請求項１から１９までのいずれか１項に記載 の方法または請求項２０から３９までのいずれか１項に記載の抵抗溶接装置を使 用する使用方法であって、その場合にスチール溶接の場合に使用される通常の仕 様の突起、好ましくは丸突起が工作物に刻印されている、使用方法。