WO2023139670A1 - 電極チップ整形治具及び電極チップ整形装置 - Google Patents
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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Definitions
- the present invention provides an electrode tip shaping jig and an electrode tip shaping apparatus for shaping and regenerating an electrode tip that has been swollen and deformed by electric resistance welding into a regular shape. More specifically, the extension of the tip of the electrode tip along the outer peripheral surface of the electrode tip from the base end side of the electrode tip (hereinafter referred to as a scarf piece) is prevented from being formed in the radial direction, and the alloy layer formed on the tip surface is formed to a predetermined thickness.
- the present invention relates to an electrode tip shaping jig and an electrode tip shaping device for shaping the electrode tip into a regular shape while leaving the electrode tip with a .
- the term “shaping” means shaping the deformed portion into a regular shape by stretching it, unlike the concept of polishing and shaping the bulging deformed portion of the electrode tip into a regular shape by grinding or cutting.
- the "regular shape” originally means the shape of the electrode tip when not in use, but the electrode tip shaped in the present invention has a slightly shorter length in the axial direction and an alloy layer with a predetermined layer thickness remains on the tip surface, and the shape does not completely match the shape of the unused electrode tip.
- the tip of the electrode tip bulges (increases in diameter) and wears due to pressure contact with the workpiece, and the metal of the base material of the tip evaporates and wears due to sputtering.
- an alloy layer of copper which is the base material of the electrode tip, and the work material or its plating material is formed on the front end face of the electrode tip.
- the alloy layer has a higher electrical resistance than the copper or copper alloy that is the base material of the electrode tip, and the welding current cannot be effectively applied to the work to form a high-quality weld nugget for welding, resulting in a problem of poor welding quality.
- the bulging deformed portion of the electrode tip is polished (cut) by an electrode polishing machine to restore the normal shape.
- the present applicant proposed an electrode tip shaping jig disclosed in Patent Document 1 in order to solve the above-described drawbacks of the conventional electrode tip polishing apparatus.
- the electrode tip shaping jig rotates as an electric motor is driven, and presses the respective outer peripheral surface forming projections against the outer peripheral surface of the tip of the electrode tip to press and stretch the bulging deformed portion to shape it into a regular shape.
- part of the distal end portion is pushed out around the outer periphery on the opposite side (base end side of the electrode tip) by the outer peripheral surface forming protrusion that presses against the outer peripheral surface of the distal end portion of the electrode tip, generating a scarf piece that becomes rotational resistance and causes a problem that the shaping work cannot be performed efficiently.
- the scarf piece when the scarf piece is formed, the scarf piece acts as a rotational resistance, and the shaping work cannot be performed efficiently. Therefore, it is necessary to interrupt the shaping work to cut off and remove the scarf.
- weld nugget in order to form a good quality weld nugget between the works, it is desirable to form the weld nugget so as to extend from the outer peripheral part to the central part by increasing the current applied to the outer peripheral side with respect to the current applied to the central part of the tip surface of the electrode tip at the initial stage of current application.
- the problem to be solved is that the conventional shaping jig presses one shaping protrusion to the entire outer peripheral surface of the distal end portion, so that the rotation resistance of the electrode tip shaping jig increases and the shaping work cannot be performed efficiently.
- a scarf piece is formed as a residual portion of the straightening, which acts as a rotational resistance, and the electrode tip cannot be efficiently regenerated.
- the shaping work must be interrupted in order to cut off and remove the formed scarf piece, resulting in poor shaping work efficiency.
- the electrode tip shaping jig according to claim 1 comprises: a shaping chamber having a recessed cup-shaped inner peripheral surface into which a tip end of an electrode tip can be inserted; a notch portion in which the outer peripheral side of the shaping chamber is notched except for a partial bottom surface of the shaping chamber; A tip surface shaping portion, which extends in a radial direction and is pressed against the tip surface of the electrode tip and scrapes off a part of the alloy layer formed on the tip surface, shaping the tip surface shaping region on the tip surface into a planar shape, a curved surface shape, or a combination thereof; When the tip surface of the electrode tip reaches the bottom surface of the shaping chamber, the alloy layer generated on the tip surface is scraped off so that the alloy layer remains with a required layer thickness, and the tip surface is flattened, curved, or combined.
- the most important feature is that the electrode tip is shaped into a regular shape by cutting the excessively stretched portion.
- An electrode tip shaping apparatus comprising: a rotary disc provided with a boss detachably mounted in a state where the electrode tip shaping jig according to any one of claims 1 to 5 is detachably attached at the center thereof; a holder for rotatably supporting the rotary disc; an electric motor connected to the rotary disc for rotating the rotary disc; An electrode tip whose tip portion is deformed by electric resistance welding and an alloy layer is formed on the tip surface is inserted, and the corresponding shaping portions are pressed against each of the assumed shaping regions on at least the tip side and the base end side of the tip portion of the electrode tip, and the corresponding shaping portions are pressed and stretched and shaped in the respective directions of the proximal side and the tip side.
- the most important feature of the electrode tip is that the electrode tip is shaped into a regular shape by cutting the outer periphery of the tip with a cutting blade that presses against the outer periphery of the tip by pressing and extending the tip face into one of a flat surface, a curved surface, and a combination of these while scraping off the electrode tip.
- the corresponding shaping sections are pressed in sequence and stretched and shaped in the respective directions of the proximal side and the distal side, and when the distal surface of the electrode tip reaches the bottom of the shaping chamber, the alloy layer generated on the distal surface by the distal surface shaping section that presses against the distal surface is scraped off so that the alloy layer remains with a required layer thickness.
- the most important feature is that the electrode tip is shaped into a regular shape by cutting the outer periphery of the distal end with a cutting blade that presses against the outer periphery.
- the present invention by providing a plurality of shaping sections corresponding to a plurality of expected shaping areas on the outer peripheral surface of the distal end portion of the electrode tip, it is possible to efficiently perform shaping work while avoiding an increase in rotational resistance.
- FIG. 1 It is a partially exploded perspective view showing an outline of an electrode tip shaping device. 1. It is the front view which looked at the electrode tip reproduction
- Each of the electrode tips 7 and 9 is formed with a boss that can be inserted into an attachment shaft (not shown) provided on the attachment arm, and is made of copper (Cu), copper-chromium alloy (Cr-Cu), or the like, which has low electrical resistance and is easily plastically deformable. shown).
- chip discharge holes 31 extending in the axial direction of the electrode tip shaping jig 11 and penetrating through the partition between them.
- the solid line indicates a state in which the tip end portions of the electrode tips 7 and 9 are crushed to have a large diameter or is partially worn, and the normal shape is indicated by a dashed line.
- an alloy layer with low hardness (BCr-Zn layer) and an alloy layer with high hardness (YCr-Zn layer, Fe-Zn layer) are formed from the tip surface side.
- the shaping action by the first and second shaping sections 33 and 35 has been described separately for convenience of explanation, but in reality, the shaping work is performed by acting in a complex manner at the boundaries of the regions of the distal end portions of the electrode tips 7 and 9.
- the welding current applied to the work via the electrode tips 7 and 9 has a current distribution such that a large current flows outside the tip surface shaping region c where the alloy layer remains.
- the workpiece is first heated at a location corresponding to the outer peripheral side of the tip surface, and then is heated and melted from a location corresponding to the tip surface shaping region c, that is, from the outside toward the center, and a uniform high-quality weld nugget in a uniform heating state and size is formed and welded.
- the shaping regions are assumed to be formed on the distal end side and the proximal end side of the distal end portions of the electrode tips 7 and 9, respectively, and the corresponding shaping portions are provided respectively.
- Electrode tip regeneration device 7/9 Electrode tip 11 Electrode tip shaping jig 13 Rotating plate 15 Fixed plate 17 Holder 18 Electric motor 19 Main body 21 Guide shaft 23 Compression spring 25/27 Shaping chamber 29 Notch 29a Notch surface 29b Locking recess 29c Screw hole 31 Chip discharge hole 33 First shaping part 35 Second shaping part 37 Tip face shaping part 39 Cutting blade 3 9a Blade portion 39b Locked portion 39c Through hole 39d Screw
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Abstract
【課題】電極チップの先端部を押延ばして正規形状に整形する際に、スカーフ片が形成されるのを回避しながら整形することができ、整形作業を効率化する。電極チップの先端面に生成した合金層を所要の厚みで残した状態で整形し、整形された電極チップで電気抵抗溶接する際には、良好な溶接ナゲットを効率的に形成して溶接する。 【解決手段】整形室内に対する進入に伴って電極チップの先端部に設定された各整形領域に対し、対応する整形部を順次圧接して押延ばし整形する。整形室底面に電極チップの先端面が到達した際に、先端面に圧接する先端面整形部により先端面に生成された合金層を所要の層厚で残存するように削り落として先端面を押延ばし整形する。また、先端外周縁に圧接する切削加工刃により切削して電極チップを正規形状に整形する。
Description
本発明は、電気抵抗溶接により膨出変形した電極チップを正規形状に整形して再生する電極チップ整形治具及び電極チップ整形装置、詳しくは電極チップ先端部の押延ばしに伴って先端部基端側から電極チップの基端側に向かって外周面に沿った状態で突出する押延ばし残片（以下、本発明において押延ばし残片をスカーフ片と称する。）が放射方向へ延出するように形成されるのを防止すると共に先端面に生成される合金層を所定の厚さで残存させながら正規形状に整形する電極チップ整形治具及び電極チップ整形装置に関する。
なお、本発明において「整形」とは、電極チップの膨出変形部分を研磨したり、切削したりして正規形状に整形する研磨整形概念とは相違し、変形部分を押延ばして正規形状に整形することを意味する。また、本発明において「正規形状」とは本来は未使用時の電極チップ形状を意味するが、本願発明で整形された電極チップは、軸線方向長さが多少、短くなると共に先端面に所定層厚の合金層が残存し、未使用の電極チップと形状的には完全に一致せず、近似する形状になるが、本願発明において使用する整形後の「正規形状」は、上記した近似する形状をも含むものとする。
溶接ガンに装着されて電気抵抗溶接に使用する電極チップとしては、被溶接材（ワーク）に対する圧接によりワークに余分な傷が付くのを防止すると共にワークに対して大電流を有効かつ安定的に通電させる必要から電気抵抗が低く、かつ塑性変形し易い銅や銅合金等を使用している。
このため、溶接作業回数が多くなるに従ってワークに対する圧接により電極チップの先端部が膨出変形（大径化）や摩耗したり、スパッタによりチップ母材の金属が蒸発して消耗したりしている。また、電極チップの先端面には、電極チップ母材である銅とワーク材若しくはその鍍金材の合金層が形成されている。
電極チップの先端部が変形した場合にあっては、先端面の中央近傍が凹状になる傾向があり、このように変形した電極チップを使用して引き続き電気抵抗溶接を行うと、先端が変形していない電極チップを使用する場合に比べて大電流が必要になるだけではなく、電極チップ先端面の周縁部に大電流が流れて中心部が完全に溶融していないリング状の溶接ナゲットが形成されることになり、高品質に電気抵抗溶接できない問題が生じている。
また、電極チップの先端面に合金層が形成された状態で電気抵抗溶接を行うと、上記合金層は電極チップ母材である銅又は銅合金に比べて電気抵抗が高く、ワークに対して溶接電流を有効に印加して高品質の溶接ナゲットを形成して溶接することができず、溶接品質が悪くなる問題が生じている。
上記問題を解決するため、従来は電極研磨装置により電極チップの膨出変形部分を研磨（切削）して正規形状に戻していたが、研磨作業により電極チップ自体の長さが短くなって溶接寿命が短くなって溶接コストが増大したり、電極チップの交換頻度が多くなって手間と時間がかかる問題を生じている。
本出願人は、上記した従来の電極チップ研磨装置による欠点を解決するため、特許文献１に示す電極チップ整形治具を提案した。該電極チップ整形治具は、電動モータの駆動に伴って回転しながら電極チップの先端部外周面に対してそれぞれの外周面成形突部を圧接して膨出変形部分を押延ばして正規形状に整形した後に、回転する先端面整形突部により押延ばされた変形部分を電極チップの先端面に盛付けて平面状に押延ばして正規形状に整形可能にしている。
しかし、上記した電極チップ整形治具により電極チップを正規形状になるように整形する際には、１つの整形突部を先端部外周面の全体に圧接させて行うため、電極チップ整形治具の回転抵抗が増大して整形作業を効率的に行えない問題を生じている。
また、電極チップの先端部外周面に圧接する外周面成形突部により先端部の一部が先端と反対側（電極チップの基端側）の外周周りに押し出されてスカーフ片が発生して回転抵抗になり、整形作業を効率的に行えない問題を生じている。
即ち、スカーフ片が形成された際には、該スカーフ片が回転抵抗になり、整形作業を効率的に行えなくなるため、整形作業を中断して切離除去する必要があり、その作業に手間と時間がかかって整形作業効率が悪くなる問題を有している。
なお、このスカーフ片が形成されたままであっても、高トルクの電動モータを使用して電極チップ整形治具を回転させることにより解決することができるが、電極チップ再生装置が大型化及び高コスト化する問題を有している。
更に、ワーク相互間に良質の溶接ナゲットを形成するには、電流印加初期時に電極チップ先端面の中央部に印加される電流に対して外周側に印加される電流を多くなるようにして外周部から中央部に亘るように溶接ナゲットを形成することが望ましい。
上記要求を実現するには、電極チップの先端面の中央部に抵抗層としての合金層を多少、残るように再生する必要があるが、上記した電極チップ整形治具にあっては、電極チップの先端面に形成された合金層の大部分を研磨（切削）して除去してしまうため、再生後の電極チップにあっては、試し打ちした後に電気抵抗溶接を行う必要があり、溶接作業効率を悪くする問題が生じている。
解決しようとする問題点は、従来の整形治具は１つの整形突部を先端部外周面の全体に圧接させて行うため、電極チップ整形治具の回転抵抗が増大して整形作業を効率的に行えない点にある。
また、電極チップの先端部を押延ばして正規形状に整形する際に、押延ばし残部としてのスカーフ片が形成されて回転抵抗になり、電極チップを効率的に再生できない点にある。
更に、形成されたスカーフ片を切離して除去するには、整形作業を中断しなければならず、整形作業効率が悪くなる点にある。
また更に、整形作業時に電極チップの先端面に生成した合金層の大部分が除去されるため、整形された電極チップで電気抵抗溶接する際には、直ちに溶接作業を行うことができず、溶接作業効率が悪くなる点にある。
請求項１に係る電極チップ整形治具は、電極チップの先端部が進入可能なカップ凹状の内周面を有した整形室と、上記整形室の一部底面を除いて外周側が切り欠かれた切欠き部と、電極チップの先端部に想定される少なくとも基端側及び先端側の整形領域にそれぞれ対応する整形室の内周面に設けられ、対応する整形領域に圧接して変形部分をそれぞれの側へ押延ばす少なくとも２つ以上の整形部と、上記整形室の底面にて放射方向へ延出して設けられ、電極チップ先端面に圧接して先端面に生成した合金層の一部を削り落としながら先端面における先端面整形領域を平面状、湾曲面状及びこれらの複合面状のいずれかに整形する先端面整形部と、上記切欠き部の切欠き面に設けられ、整形室に進入した電極チップの少なくとも先端部外周における押延ばし余剰部分を切削する切削加工刃と、を備え、整形室内に対する進入に伴って電極チップの先端部に想定される各整形領域に対してそれぞれの整形部を順次圧接して変形部分を基端側及び先端側へ押延ばし整形し、電極チップの先端面が整形室底面に到達した際に、先端面に圧接する先端面整形部により該先端面に生成された合金層を、該合金層が所要の層厚で残存するように削り落としながら先端面を平面、湾曲面及びこれらの複合面のいずれかに押延ばし整形し、少なくとも先端側外周に圧接する切削加工刃により先端側外周における押延ばし余剰部分を切削して電極チップを正規形状に整形することを最も主要な特徴とする。
請求項７の電極チップ整形装置は、中心部に請求項１乃至５のいずれかに記載の電極チップ整形治具が回り止めされた状態で着脱可能に装着されるボスが設けられた回転盤と、上記回転盤を回転可能に軸支するホルダと、回転盤に連結されて回転させる電動モータと、上記ホルダを上記電極チップ整形治具の軸線と一致する方向へ移動可能に支持するガイド軸と、を備え、電動モータの駆動に伴って回転する電極チップ整形治具の整形室内に対し、電気抵抗溶接により先端部が変形し、先端面に合金層が生成された電極チップを進入させて電極チップにおける先端部の少なくとも先端側及び基端側に想定される各整形領域に対し、対応する整形部を順次圧接して基端側及び先端側のそれぞれの方向へ押延ばして整形し、整形室底面に電極チップの先端面が到達した際に、先端面に圧接する先端面整形部により該先端面に生成された合金層を、該合金層が所要の層厚で残存するように削り落としながら先端面を平面、湾曲面及びこれらの複合面のいずれかに押延ばし整形すると共に先端外周に圧接する切削加工刃により該先端外周を切削して電極チップを正規形状に整形することを最も主要な特徴とする。
請求項８の電極チップ整形装置は、中心部に請求項６に記載の電極チップ整形治具が回り止めされた状態で着脱可能に装着されるボスが設けられた回転盤と、上記回転盤を回転可能に軸支するホルダと、回転盤に連結されて回転させる電動モータと、
上記ホルダを上記電極チップ整形治具の軸線と一致する方向へ移動可能に支持するガイド軸と、ガイド軸に支持されたホルダを該ガイド軸の軸線方向中間部に位置するように付勢する弾性部材と、を備え、電動モータの駆動に伴って回転する電極チップ整形治具の各整形室内に対し、電気抵抗溶接により先端部が変形し、先端面に合金層が生成された互いに相対する一対の電極チップを互いの軸線を一致させた状態で進入させて各電極チップにおける先端部の少なくとも先端側及び基端側に想定される各整形領域に対し、対応する整形部を順次圧接して基端側及び先端側のそれぞれの方向へ押延ばして整形し、整形室底面に電極チップの先端面が到達した際に、先端面に圧接する先端面整形部により該先端面に生成された合金層を、該合金層が所要の層厚で残存するように削り落としながら先端面を平面、湾曲面及びこれらの複合面のいずれかに押延ばし整形すると共に先端外周に圧接する切削加工刃により該先端外周を切削して電極チップを正規形状に整形することを最も主要な特徴とする。
上記ホルダを上記電極チップ整形治具の軸線と一致する方向へ移動可能に支持するガイド軸と、ガイド軸に支持されたホルダを該ガイド軸の軸線方向中間部に位置するように付勢する弾性部材と、を備え、電動モータの駆動に伴って回転する電極チップ整形治具の各整形室内に対し、電気抵抗溶接により先端部が変形し、先端面に合金層が生成された互いに相対する一対の電極チップを互いの軸線を一致させた状態で進入させて各電極チップにおける先端部の少なくとも先端側及び基端側に想定される各整形領域に対し、対応する整形部を順次圧接して基端側及び先端側のそれぞれの方向へ押延ばして整形し、整形室底面に電極チップの先端面が到達した際に、先端面に圧接する先端面整形部により該先端面に生成された合金層を、該合金層が所要の層厚で残存するように削り落としながら先端面を平面、湾曲面及びこれらの複合面のいずれかに押延ばし整形すると共に先端外周に圧接する切削加工刃により該先端外周を切削して電極チップを正規形状に整形することを最も主要な特徴とする。
本発明は、電極チップの先端部外周面に想定される複数の整形領域に対応して複数の整形部を設けることにより回転抵抗が増大するのを回避しながら整形作業を効率的に行うことができる。
また、電極チップの先端部を整形する際に、スカーフ片が形成されて回転抵抗になるのを回避しながら整形することができ、整形作業を効率化することができる。
更に、電極チップの先端面に生成した合金層を所要の厚みで残した状態で整形することにより溶接作業を直ちに実行することができ、溶接作業を効率化することができる。
整形室内に対する進入に伴って電極チップの先端部に想定される各整形領域に対してそれぞれの整形部を順次圧接して変形部分を基端側及び先端側へ押延ばし整形し、電極チップの先端面が整形室底面に到達した際に、先端面に圧接する先端面整形部により該先端面に生成された合金層を、該合金層が所要の層厚で残存するように削り落としながら先端面を平面、湾曲面及びこれらの複合面のいずれかに押延ばし整形し、少なくとも先端側外周に圧接する切削加工刃により先端側外周における押延ばし余剰部分を切削して電極チップを正規形状に整形することを最良の実施形態とする。
以下、本発明の実施例を図に従って説明する。
図１及び図２に示すように電極チップ整形装置1は、例えば従来公知の所謂溶接ロボットと称される多関節型電気抵抗溶接機（図示せず）のアーム（図示せず）先端部に設けられた溶接ガン（図示せず）の移動原点位置（待機位置）に配置される。上記溶接ガンのフレームには一対の取付けアームが適宜の間隔をおいて相対して互いに近づく方向及び遠ざかる方向へ移動可能に設けられ、各取付けアームには電極チップ７・９が、互いの軸線が一致して相対し、かつ交換可能に取り付けられる。
図１及び図２に示すように電極チップ整形装置1は、例えば従来公知の所謂溶接ロボットと称される多関節型電気抵抗溶接機（図示せず）のアーム（図示せず）先端部に設けられた溶接ガン（図示せず）の移動原点位置（待機位置）に配置される。上記溶接ガンのフレームには一対の取付けアームが適宜の間隔をおいて相対して互いに近づく方向及び遠ざかる方向へ移動可能に設けられ、各取付けアームには電極チップ７・９が、互いの軸線が一致して相対し、かつ交換可能に取り付けられる。
これら電極チップ７・９は、例えば一方の取付けアームに連結されたエアーシリンダーや数値制御可能なサーボモータ等に連結された送りネジ機構により互いに近づく方向及び遠ざかる方向へ移動され、両者間に位置する、例えば重ね合された複数枚の亜鉛メッキ鋼板等のワーク（何れも図示せず。ワークに付いては、上記亜鉛メッキ鋼板に限定されるものではない。）の表裏面に所定の圧力で圧接して印加される溶接電流により電気抵抗溶接する。
各電極チップ７・９は、上記取付けアームに設けられた取付け軸（図示せず）に挿嵌可能なボスが形成され、電気抵抗が低く、塑性変形し易い銅（Cu）や銅-クロム合金（Cr-Cu）等で、図７に示すように未使用状態においては、所要の軸線長さで、先端部外周が所要の外径で先端に向かって徐々に小径化する湾曲状に延出し、先端面がほぼ平面又は所定曲率の湾曲面（図７は先端面が平面の場合を示す。）に形成される。
該電極チップ７・９は、電気抵抗溶接回数が所定数に達した際には、図８に示すようにワークに対する圧接により先端部が膨出変形して大径化していると共にその先端面には電極チップ７・９の金属成分とワークの金属成分の合金層（例えばワークが亜鉛鋼板の場合には、YＣr－Zn層、BCr-Zn層、Fe-Zn層であるが、ワークの金属材質及び表面に鍍金された金属材質により合金層成分が決定される。）が生成される。該合金層は、電極チップ７・９の母材である銅又は銅合金と比べて電気抵抗が高い。
上記電極チップ整形装置１は、電気抵抗溶接が所定回数に達した際に移動原点位置に移動した溶接ガンに取付けられた電極チップ７・９における先端部の膨出変形部分を押延ばして正規形状に整形して再生する装置である。該電極チップ整形装置１は、電極チップ７・９の中心軸線に一致する軸線を有して回転可能に支持される電極チップ整形治具１１と、取付け穴内に電極チップ整形治具１１が回り止めされて着脱可能に挿嵌されると共にホルダ１７に設けられた電動モータ１８に連結されて回転される回転盤１３と、回転盤１３の上面及び下面にねじ止めされて挿嵌された電極チップ整形治具１１を抜け止めする固定盤１５と、回転盤１３を回転可能に軸支し、該回転盤１３の上下外周縁を覆い、電動モータ１８が設けられるホルダ１７により構成される。
上記ホルダ１７の基端部は、本体１９に設けられた少なくとも一対のガイド軸２１に軸線方向へ移動可能に軸支され、上記基端部を挟んで各ガイド軸２１に装着された圧縮ばね２３の弾性力によりガイド軸２１の軸線方向中間部に位置するように付勢される。
図３乃至図６に示すように上記電極チップ整形治具１１は、超硬合金（高速度鋼）やセラミックス等で、回転盤1３の取付け穴１３ａに対して回り止め可能に挿嵌される多角柱形状（図は六角柱形状を示すが、該形状に限定されるものではない。）に形成され、その上部及び下部には相対する電極チップ７・９の先端部が進入可能な内径（電極チップ７・９の外径より大きい内径）のカップ状の整形室２５・２７（以下の説明においては、上下の整形室が上下ミラー対称であるため、上方の整形室に付いてのみ説明し、下方の整形室に付いての説明を省略する。）が軸線方向に対してミラー対称に設けられる。また、上記電極チップ整形治具１１は電動モータの回転駆動に伴って、例えば図示する時計方向へ回転される。
上記電極チップ整形治具１１の一部外周には各整形室２５・２７の底面中心から偏心した位置から外周に亘り、底面中央部を残して所定の角度で開口した切欠き部２９が形成される。該切欠き部２９における回転方向上手側に位置する切欠き面２９ａの中央部（各整形室２５・２７の隔壁箇所）には、係止凹部２９ｂが形成され、該係止凹部２９ｂにはねじ穴２９ｃが形成される。
また、上記切欠き部２７と反対側の整形室２５・２７の内周面には、該電極チップ整形治具１１の軸線方向に延びて両者間の隔壁を貫通する切削屑排出孔３１が形成される。
切削屑排出孔３１の回転方向上手側に応じた整形室２５・２７の内周面には、第１整形部３３が、その稜線の曲率半径が先端側整形領域ａの曲率半径に一致するように形成され、先端部が膨出変形した電極チップ７・９を整形する際に、上記先端側整形領域ａに圧接して膨出した変形部分を先端面側へ押延ばして整形する。
切削屑排出孔３１の回転方向下手側に応じた整形室２５・２７の内周面には、第２整形部３５が、その稜線の曲率半径が基端側整形領域ｂの曲率半径に一致するように形成され、膨出変形した電極チップ７・９を整形する際に、上記基端側整形領域ｂに圧接して膨出した変形部分を基端側へ押延ばして整形する。
上記切欠き部２７が形成されていない整形室２５・２７の底面には、先端面整形部３７が回転中心から偏位した箇所にて放射方向へ湾曲して延出するように形成される。先端面整形部３７は、上面が正規形状の電極チップ７・９における先端面の湾曲面又は平面に対応する湾曲状又は平面状に形成され、整形室２５・２７内に進入する電極チップ７・９の先端面に圧接し、例えばワークが亜鉛鋼板の場合には、電気抵抗溶接作業により先端面に生成したクロム－亜鉛（YＣr－Zn層、BCr-Zn層）、鉄―亜鉛合金（Fe-Zn層）等の内、硬度が高い合金層（YＣr－Zn層、Fe-Zn層）を削り落として硬度が低い合金層（BCr-Zn層）のみが残るようにしながら先端面を所要の湾曲面又は平面に整形する。
上記切欠き部２９の切欠き面２９ａには、切削加工刃３９が、その刃部３９ａの回転方向下手側端面が電極チップ整形治具１１の中心線に沿うようにねじ止めされる。該切削加工刃３９は、例えば高速度鋼、超硬合金、セラミックス等により形成され、内周面側に正規形状の電極チップ７・９における先端面の一部を除いた先端部形状に一致する刃部３９ａを備え、上記切欠き面２９ａに相対する面の中央部に設けられた被係止部３９ｂを係止凹部２９ｂに係止した後に、透孔３９ｃ内に挿入されるねじ３９ｄをねじ穴２９ｃにねじ止めして固定される。
該切削加工刃３９は、整形室２５・２７内に進入した電極チップ７・９の先端面が先端面整形部３７に当接して正規形状に整形するタイミングより若干遅延したタイミングで、主に第１整形部３３により先端部側に押延ばされた余剰部分や先端面の合金層の一部を切削してスカーフ片の発生を防止する。
次に、上記のように構成される電極チップ整形治具１１による電極チップ７・９の整形作用を説明する。なお、説明の便宜上、図９乃至図１２は上方に位置する整形室２５による電極チップ７の整形作用を示すが、下方の整形室２７よる電極チップ９の整形作用に付いても同様であるため、図示を省略する。
電気抵抗溶接機の溶接ガンに装着される電極チップ７・９は、電気抵抗溶接に伴ってワークに対する圧接や電気抵抗溶接時の熱等により、図７に示す正規形状の電極チップ７・９に比べて電極チップ７・９の先端部が押し潰されて膨出変形（大径化）したり、ワークに対する圧接や金属スパッタによる金属蒸発により先端面が磨耗や溶融したりして変形している。（図８参照）
なお、図８においては電極チップ７・９の先端部が押し潰されて大径化したり、一部が磨耗したりした状態を実線で、また正規形状を一点鎖線で示す。また、所定回数の電気抵抗溶接を実行した電極チップ７・９の先端面には、ワークが亜鉛鋼板の場合においては先端面側から硬度が低い合金層（BCr-Zn層）及び硬度が高い合金層（YＣr－Zn層、Fe-Zn層）が生成される。
なお、上記合金層は、ワークの金属材質や該ワークの表面に鍍金された金属材質により決定されるもので、上記合金層に限定されるものではない。
上記のように膨出して変形した電極チップ７・９はワークに対する接触面積が変化し、ワークに対する圧接力が不均一になったり、ワークに印加される電流値を一定にすることが困難になり、ワーク間に形成される溶接ナゲットを均一で、かつ高品質に形成することができず、電気抵抗溶接品質が悪くなっている。これを解決するため、膨出変形した電極チップ７・９の先端部を図７に示す正規形状に近い形状に整形する必要がある。
電極チップ７・９の整形作業は、例えば溶接回数が所定回数に達したとき、１個のワークに対する複数ショットの溶接作業が終了したとき、所要個数のワークの溶接作業が終了したとき或いは次のワークが所要の溶接位置に搬入されるまでの間等の状況下で溶接ガン３を移動原点位置に戻した待機時に行われる。
電動モータ１８の回転駆動に伴って図示する時計方向へ回転する電極チップ整形治具１１の各整形室２５・２７内に対し、待機位置にて相互の軸線が一致するように移動した電極チップ７・９を互いに近づく方向へ所定の移動量で移動制御して進入させると、電極チップ７・９における先端部外周面の先端側整形領域ａに圧接する第１整形部３３により膨出した変形部分を先端側へ押延ばして整形する。（図９参照）
この時、他の第２整形部３５、先端面整形部３７及び切削加工刃３９は、進入する電極チップ７・９の先端部外周に対して非当接状態になり、電極チップ整形治具１１の回転抵抗になるのを回避している。
次に、各整形室２５・２７内に対して電極チップ７・９の先端部が更に進入されると、先端部外周面の基端側整形領域ｂに圧接する第２整形部３５により変形部分を基端側へ押延ばして整形する。（図１０参照）
この時、他の第１整形部３３、先端面整形部３７及び切削加工刃３９は、進入する電極チップ７・９の先端部外周面に対して非当接状態になり、電極チップ整形治具１１の回転抵抗になるのを回避している。
なお、上記第１及び第２整形部３３・３５による整形作用は、説明の便宜上、個別に説明したが、実際においては電極チップ７・９における先端部の各領域の境界部分においては複合的に作用して整形作業を行うことになる。
そして更に整形室２５・２７内に対して電極チップ７・９を、その先端面が先端面整形部３７に圧接するように進入させると、先端面に圧接する先端面整形部３７により、電気抵抗溶接時に先端面に生成されたクロム－亜鉛（YＣr－Zn層、BCr-Zn層）、鉄―亜鉛合金（Fe-Zn層）等の内、比較的硬度が高い合金層（YＣr－Zn層、Fe-Zn層）を削り落とす一方、比較的硬度が低い合金層（BCr-Zn層）が所定の層厚（０．０５～０．１５ｍｍ）で残存するよう削り取りながら平面状、湾曲面状及びこれらの複合面状のいずれかに整形する。（図１１及び図１２参照）
上記第１及び第２整形部３３・３５及び先端面整形部３７による電極チップ７・９先端部の整形時においては、押延ばされる一部の余剰部分が電極チップ整形治具１１の回転に伴って基端側へ押延ばされたスカーフ片が発生することになる。特に、先端部整形部３７により先端面の外周側へ押延ばされる余剰部分は、スカーフ片になり易い傾向がある。
上記第１及び第２整形部３３・３５及び先端面整形部３７により押延ばされる一部の余剰部分は、図１３及び図１４（切削加工刃により切削される外周部分を太線により塗り潰して示す。）に示すように電極チップ整形治具１１の整形室２５・２７内に進入する電極チップ７・９先端部の外周面に近接又は接触する切削加工刃３９により切削されて切欠き部２９を介して外部へ排出されることによりスカーフ片の発生を回避し、電極チップ７・９を正規形状に近似する形状に整形可能にしている。
また、先端面整形部３７により付着生成した合金層が所定の層厚で平面状、湾曲状及びこれらの複合面状に整形された電極チップ７・９の先端面は、その外周側に接触する切削加工刃３９により残存する合金層が切削される。これにより電極チップ７・９における先端面の先端面整形領域ｃには、その中心から所定範囲（先端面直径の１／４～１／２）にて所定の層厚の合金層が残存した状態で整形される。
なお、切削加工刃３９は、電極チップ７・９の先端部外周に対して先端面整形領域ｃより外側の先端面、先端側整形領域ａ及び基端側整形領域ｂにおける先端側整形領域ａ寄りの一部に近接又は接触して切削し、基端側整形領域ｂの基端側には近接又は接触しないことになるが、上記した箇所において切削作用することにより押延ばされた余剰部分の大部分を切削することによりスカーフ片の発生を回避している。
また、電極チップ７・９の先端部（先端面及び先端面外周を含む。）に対して第１及び第２整形部３３・３５、先端面整形部３７が圧接する際には、電極チップ７・９における先端部の膨出部分が押延ばされながら一部が削り取られる。その際の切削屑は、上記した切削屑排出孔３１内に滞留されたり、切欠き部２９を介して外部へ排出されたりして整形加工時の障害（電極チップ整形治具１１の回転抵抗）になるのを回避している。
上記のように先端面における先端面整形領域ｃに所定層厚の合金層が残存した状態で正規形状に整形された電極チップ７・９にあっては、電極チップ７・９における先端面整形領域ｃに残存する合金層が抵抗層になる。残存する合金層は、上記したように先端面整形部３７及び切削加工刃３９により所定の層厚及び所定の面積で残存するように整形される。
このため、ワークを電気抵抗溶接する際においては、電極チップ７・９を介してワークに印加される溶接電流は、合金層が残存する先端面整形領域ｃに比べてその外側に大電流が流れるように電流分布が形成される。
これによりワークは、先ずは先端面外周側に応じた個所が加熱された後に先端面整形領域ｃに応じた個所、即ち外側から中心部に向かうように加熱されて溶融することになり、均一な加熱状態及び大きさでムラのない高品質な溶接ナゲットが形成されて溶接されることになる。
本実施例は、電極チップ７・９の先端部に想定される整形領域に応じて対応する第１及び第２整形部を順次、圧接させて整形することにより整形時の回転抵抗が増大するのを防止し、整形作業を効率的に行うことができる。
電極チップ７・９の先端面に圧接する先端面整形部３７により該先端面に生成された合金層の内、硬度が高い合金層を削り落とす一方、硬度が低い合金層を所要の層厚で残存させながら平面状又は湾曲状に整形することができ、整形された電極チップ７・９を使用して電気抵抗溶接する際には、溶接開始時からワークに良質の溶接ナゲットを形成して高品質に溶接することができる。
電極チップ７・９の先端外周縁に圧接する切削加工刃３９により先端面の外縁部を含む先端外周縁を切削し、整形時にスカーフ片が形成されるのを防止し、整形作業を効率的に行うことができる。
上記説明は、電極チップ整形治具１１の軸線方向両側にそれぞれの整形室１９・２１をそれぞれ設けて相対する一対の電極チップ７・９を同時に整形する電極チップ整形装置１、電極チップ整形治具１１としたが、電極チップ整形治具に１個の整形室を設け、電極チップを１つずつ整形して再生する電極チップ再生装置、電極チップ整形治具としてもよい。
上記説明においては、電極チップ７・９先端部の先端側及び基端側にそれぞれ整形領域を想定して対応する整形部をそれぞれ設けたが、電極チップ７・９先端部に相対される整形領域としては、上記以外にも、例えば先端側と基端側の中間部に想定し、該中間部に対応する整形室２５・７の内周面に別の整形部を設けてもよい。
１ 電極チップ再生装置
７・９ 電極チップ
１１ 電極チップ整形治具
１３ 回転盤
１５ 固定盤
１７ ホルダ
１８ 電動モータ
１９ 本体
２１ ガイド軸
２３ 圧縮ばね
２５・２７ 整形室
２９ 切欠き部
２９ａ 切欠き面
２９ｂ 係止凹部
２９ｃ ねじ穴
３１ 切削屑排出孔
３３ 第１整形部
３５ 第２整形部
３７ 先端面整形部
３９ 切削加工刃
３９ａ 刃部
３９ｂ 被係止部
３９ｃ 透孔
３９ｄ ねじ
７・９ 電極チップ
１１ 電極チップ整形治具
１３ 回転盤
１５ 固定盤
１７ ホルダ
１８ 電動モータ
１９ 本体
２１ ガイド軸
２３ 圧縮ばね
２５・２７ 整形室
２９ 切欠き部
２９ａ 切欠き面
２９ｂ 係止凹部
２９ｃ ねじ穴
３１ 切削屑排出孔
３３ 第１整形部
３５ 第２整形部
３７ 先端面整形部
３９ 切削加工刃
３９ａ 刃部
３９ｂ 被係止部
３９ｃ 透孔
３９ｄ ねじ
Claims (8)
- 電気抵抗溶接により先端部が膨出変形し、先端面に合金層が生成された電極チップを、先端面が平面及び所要曲率の湾曲面のいずれかで、該先端面から基端側に向かって徐々に大径化する湾曲外周面を備えた正規形状に整形する電極チップ整形治具にあって、
電極チップの先端部が進入可能なカップ凹状の内周面を有した整形室と、
上記整形室の一部底面を除いて外周側が切り欠かれた切欠き部と、
電極チップの先端部に想定される少なくとも基端側及び先端側の整形領域にそれぞれ対応する整形室の内周面に設けられ、対応する整形領域に圧接して変形部分をそれぞれの側へ押延ばす少なくとも２つ以上の整形部と、
上記整形室の底面にて放射方向へ延出して設けられ、電極チップ先端面に圧接して先端面に生成した合金層の一部を削り落としながら先端面における先端面整形領域を平面状、湾曲面状及びこれらの複合面状のいずれかに整形する先端面整形部と、
上記切欠き部の切欠き面に設けられ、整形室に進入した電極チップの少なくとも先端部外周における押延ばし余剰部分を切削する切削加工刃と、
を備え、
整形室内に対する進入に伴って電極チップの先端部に想定される各整形領域に対してそれぞれの整形部を順次圧接して変形部分を基端側及び先端側へ押延ばし整形し、電極チップの先端面が整形室底面に到達した際に、先端面に圧接する先端面整形部により該先端面に生成された合金層を、該合金層が所要の層厚で残存するように削り落としながら先端面を平面、湾曲面及びこれらの複合面のいずれかに押延ばし整形し、少なくとも先端側外周に圧接する切削加工刃により先端側外周における押延ばし余剰部分を切削して電極チップを正規形状に整形する電極チップ整形治具。 - 請求項１において、
電極チップの先端部に設定される整形領域は、少なくとも先端側整形領域及び基端側整形領域とし、これらの各整形領域に対応して整形室の内周面に設けられたそれぞれの整形部により基端側及び先端側へ押延ばして整形可能にした電極チップ整形治具。 - 請求項１において、
少なくとも各整形部及び切削加工刃は、電極チップ先端部に１つの整形部又は切削加工刃が圧接する際には、他の整形部又は切削加工刃が電極チップに対して非当接になるようにした電極チップ整形治具。 - 請求項１において、
先端面整形部は、電極チップの先端面を合金層が残存した平面状、湾曲状及びこれらの複合面状のいずれかに整形すると共に切削加工刃は、先端面に残存する合金層の外周縁を含む電極チップの先端外周部を切削して整形する電極チップ整形治具。 - 請求項１において、
先端面整形部は、整形室の底面において中心から偏位した位置にて放射方向へ湾曲して延出する電極チップ整形治具。 - 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
２つの整形室をミラー対称に配置し、対向する一対の電極チップを整形可能にした電極チップ整形治具。 - 中心部に請求項１乃至５のいずれかに記載の電極チップ整形治具が回り止めされた状態で着脱可能に装着されるボスが設けられた回転盤と、
上記回転盤を回転可能に軸支するホルダと、
回転盤に連結されて回転させる電動モータと、
上記ホルダを上記電極チップ整形治具の軸線と一致する方向へ移動可能に支持するガイド軸と、
を備え、
電動モータの駆動に伴って回転する電極チップ整形治具の整形室内に対し、電気抵抗溶接により先端部が変形し、先端面に合金層が生成された電極チップを進入させて電極チップにおける先端部の少なくとも先端側及び基端側に想定される各整形領域に対し、対応する整形部を順次圧接して基端側及び先端側のそれぞれの方向へ押延ばして整形し、整形室底面に電極チップの先端面が到達した際に、先端面に圧接する先端面整形部により該先端面に生成された合金層を、該合金層が所要の層厚で残存するように削り落としながら先端面を平面、湾曲面及びこれらの複合面のいずれかに押延ばし整形すると共に先端外周に圧接する切削加工刃により該先端外周を切削して電極チップを正規形状に整形する電極チップ整形装置。 - 中心部に請求項６に記載の電極チップ整形治具が回り止めされた状態で着脱可能に装着されるボスが設けられた回転盤と、
上記回転盤を回転可能に軸支するホルダと、
回転盤に連結されて回転させる電動モータと、
上記ホルダを上記電極チップ整形治具の軸線と一致する方向へ移動可能に支持するガイド軸と、
ガイド軸に支持されたホルダを該ガイド軸の軸線方向中間部に位置するように付勢する弾性部材と、
を備え、
電動モータの駆動に伴って回転する電極チップ整形治具の各整形室内に対し、電気抵抗溶接により先端部が変形し、先端面に合金層が生成された互いに相対する一対の電極チップを互いの軸線を一致させた状態で進入させて各電極チップにおける先端部の少なくとも先端側及び基端側に想定される各整形領域に対し、対応する整形部を順次圧接して基端側及び先端側のそれぞれの方向へ押延ばして整形し、整形室底面に電極チップの先端面が到達した際に、先端面に圧接する先端面整形部により該先端面に生成された合金層を、該合金層が所要の層厚で残存するように削り落としながら先端面を平面、湾曲面及びこれらの複合面のいずれかに押延ばし整形すると共に先端外周に圧接する切削加工刃により該先端外周を切削して電極チップを正規形状に整形する電極チップ整形装置。
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| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2022506824 Country of ref document: JP |
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| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
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