JP4273185B2 - プロジェクション溶接の電極 - Google Patents

Description

この発明は、プロジェクション溶接の電極に関するもので、電極の受入孔内にボルトのような軸状の部品を挿入して溶接を行うような分野で利用される。

図１は、本発明の実施の形態を示す図であるが、この図を使って従来技術の説明をする。参照数字１で概括的に指してある電極１の取付け部分には冷却水が導かれる冷却孔１３が明けられ、ここに流入してきた冷却水は矢線のように折り返した流れとなる。溶接時の熱が直接伝えられる端蓋１０は、冷却孔１３から最も離れた箇所に位置している。また、本体６の内部には合成樹脂製の非金属材料で作られたガイド筒１２が挿入されている。

上述のように、電極のなかで最も高温となる端蓋１０が冷却孔１３から大幅に離隔していると、冷却作用が端蓋１０に対して十分に効かない。端蓋１０が高温下におかれると、溶接時の加圧により部品のフランジ４が端蓋１０の表面に食い込む現象が発生し、端蓋１０にフランジ４の形をした窪みが形成される。したがって、端蓋１０の耐久性が低下し、端蓋１０の交換サイクルが短くなり、交換のために生産ラインの停止回数が著しく増大し、生産性の低下や交換部品の費用が不経済なこととなる。

また、ガイド筒１２は、合成樹脂等の非金属材料でできているので、熱的に十分な冷却が要求される。

さらに、電極の受入孔内に進入させられたプロジェクションボルト等の軸状部品を、電気的な方法で検出して、そこに部品が正常に存在することを確認することは、種々な方法が知られているが、これをより的確な手法で実現する必要がある。

問題を解決するための手段

請求項１記載の発明は、金属製の本体と、本体の端部に取り付けられた、通孔を有する金属製の端蓋と、前記端蓋の通孔と連通する部品の受入孔を有し、前記本体内に収容された絶縁材料製のガイド筒とからなり、前記ガイド筒を冷却する流体の冷却通路がガイド筒に形成され、前記冷却通路は、前記ガイド筒の外周に形成された円周方向に延在する環状溝の形態で配置されているとともに、前記流体の入口と出口が設けられ、前記環状溝は、ガイド筒の軸方向長さの中央から端蓋に近付けた箇所に配置してあり、前記ガイド筒が大径部と小径部とからなる貫通孔を有し、大径部に磁石を内包した容器が摺動可能に収容され、小径部に鉄製のガイドピンが摺動可能に収容され、前記容器の磁石が露出した端部を前記ガイドピンと接合し、前記容器の他方の端部に圧縮コイルスプリングを作用させ、前記小径部を前記受入孔とし、前記冷却通路を環状溝の形態で形成することによりガイド筒に薄肉部が形成され、この薄肉部は環状溝と容器の間に存在していることを特徴とするプロジェクション溶接の電極である。

本発明の一の実施の形態によれば、プロジェクション溶接の電極は、円筒状の形をした金属製の本体の端部に通孔を有する金属製の端蓋が取り付けられ、前記本体内に絶縁材料製のガイド筒が配置され、このガイド筒の端部に部品の受入孔が前記端蓋の通孔と連通した状態で形成され、前記ガイド筒を冷却する流体の冷却通路がガイド筒に形成されている。部品が磁石によってガ イドピンに吸着されたまま相手方部材に押し付けられると、圧縮コイルスプリングの張力に抗して容器が大径部内を摺動し、これによって部品が端蓋の表面に密着する。このように、容器が大径部内を摺動するとともにガイドピンに部品が吸着された状態で通電性が確保され、部品が相手方部材に対して加圧通電がなされる。

発明の効果

このため、ガイド筒を冷却する冷却通路は端蓋により近い箇所に配置されることとなるので、端蓋が受けた溶接熱はより積極的に冷却通路へ伝熱され、端蓋の異常高温が防止されて、端蓋表面の窪み現象が大幅に減少する。

さらに、ガイド筒に伝達された溶接熱も冷却通路へ効果的に伝熱されて冷却され、合成樹脂等の非金属製のガイド筒の熱的劣化等が防止される。

請求項２記載の発明は、前記容器とガイドピンは、ガイドピンが磁石に密着した状態で溶接してある請求項１記載のプロジェクション溶接の電極である。

したがって、部品は磁石の磁力によって、ガイドピンに強く吸着される。

請求項３記載の発明は、前記流体が水である請求項１または２記載のプロジェクション溶接の電極である。

本体の円周方向に延在する環状溝内を冷却水が流通することによって十分な冷却効果が得られる。とくに、円周方向の冷却通路であるから、端蓋から伝わってくる熱は必ずこの冷却通路を通過することになり、ここで効果的に熱が奪われて確実な冷却が実行される。

請求項４記載の発明は、前記ガイド筒と本体との間に冷却水の封止をおこなうＯリングが配置してある請求項３記載のプロジェクション溶接の電極である。

これにより、冷却水の封止が行われる。

請求項５記載の発明は、前記ガイド筒内に磁石が挿入され、前記端蓋の通孔からガイド筒の受入孔に挿入された部品が磁石に吸引されて部品の電極への保持がなされる請求項１ないし４のいずれかに記載のプロジェクション溶接の電極である。

このため、電極がどのような方向に向いていても、受入孔に挿入された部品が不用意に抜け落ちることがなく、正確な溶接動作が得られる。

請求項６記載の発明は、部品検出のための検出電流が少なくとも前記磁石、前記部品、前記端蓋および本体を流れるように構成した請求項１ないし５のいずれかに記載のプロジェクション溶接の電極である。

このため、部品は端蓋の通孔内面にも接触しているので、検出電流は少なくとも磁石、部品、端蓋および本体を流れ、部品の有無を確実に検出できる。

請求項７記載の発明は、前記圧縮コイルスプリングの前記容器と反対側の端部を受ける座金に電線を接続し、座金と本体との間に絶縁カップを介在させ、座金、圧縮コイルスプリング、容器、ガイドピン、部品、端蓋、本体といった経路で通電回路を構成させた請求項１ないし６のいずれかに記載のプロジェクション溶接の電極である。

絶縁カップを介在させることにより、冷却水の漏洩による本体側への短絡回路の成立を回避し、座金、圧縮コイルスプリング、容器、ガイドピン、部品、端蓋、本体による通電経路が形成され、短絡による誤動作を防止することができる。

請求項８記載の発明は、本体内に圧搾空気を吹き込むための、互いに連通したエア配管とドレン抜き穴を設けた請求項１ないし７のいずれかに記載のプロジェクション溶接の電極である。

エア配管から圧搾空気を吹き込むと、内部に溜まった水などがドレン抜き穴から排出される。電極内部に水などが浸入すると、検知回路の短絡を招くおそれがあるが、上記の水排出により短絡の問題が回避できる。

前記流体が空気であって、本体に設けた入口から供給され、ガイド筒内に形成した空気通路と、ガイド筒と端蓋との間のすきまと、端蓋の通孔を通って外部に排出される、電極である。

入口から流入した空気は空気通路とすきまを経て通孔から放出され、これによりガイド筒や端蓋の冷却が効果的に果たされる。

つぎに、本発明のプロジェクション溶接の電極を実施するための最良の形態を説明する。

まず、図１の実施例について説明する。

ここでの部品２はプロジェクションボルトであり、軸部３、フランジ部４および溶着用の突起５から構成されている。電極１の本体６は、ねじ部９で分解可能に結合したクロム銅製の溶接側部材７と同じくクロム銅製の固定側部材８とで構成されている。溶接側部材７の先端にはベリリウム銅製の端蓋１０がねじ部１１で取り外し可能に結合されている。なお、符号１０ａは端蓋１０の貫通孔１９に装着した絶縁筒を指す。既述のとおり固定側部材８は端部に冷却孔１３を備えている。

本体６は断面が円形であり、その内部には円筒形のガイド筒１２が挿入されている。ガイド筒１２は、たとえばベークライト、ポリアミド、ＰＴＦＥ等の絶縁性材料で構成されている。ガイド筒１２は、大径部１７と小径部１８とからなる貫通孔を有する。大径部１７内には磁石の容器１４が摺動可能に収容され、小径部１８には鉄製のガイドピン１６が摺動可能に収容されている。容器１４には磁石（永久磁石）１５を埋設してあり、容器１４とガイドピン１６は、ガイドピン１６が磁石１５と密着した状態で溶接してある。小径部１８は部品２の軸部３の受入孔（以下、小径部１８のことを受入孔１８とも呼ぶ。）としての役割を果たし、端蓋１０の通孔１９がこの受入孔１８と合致（連通）させてある。通孔１９の内径は軸部３の外径よりもわずかに大きく設定してあり、軸部３が通孔１９の内面に接触するように寸法が設定されている。

固定側部材８はガイド筒１２の貫通孔（１７）と連通する孔を有し、その底部に導通用の座金２１を収容した絶縁材料（たとえばＰＴＦＥ）製の絶縁カップ２０をはめ込んである。座金２１と容器１４との間に圧縮コイルスプリング２２が介在し、その弾力によって容器１４を図の下向きに、座金２１を図の上向きに押している。座金２１には電線２３が接続され、絶縁管２４内を通って外部に導き出されている。もう一方の電線２５は本体６（固定側部材８）に接続されている。これらの電線２３，２５は検知装置４８に繋がっている。

ボルト２を受入孔１８に供給する手段としてはいろいろあるが、ここでは矢線２６、２７、２８で示すようなスクエアーモーションをする供給ロッド２９を例示した。供給ロッド２９の端部には先端側に開放させられた凹部３０が形成され、ここにフランジ４が受け入れられるもので、ボルト２を保持するために磁石３１が凹部３０の底部に埋設されている。

冷却用の流体が通過する冷却通路３２が本体６の円周方向に延在している。図１の実施例の場合、冷却通路３２はガイド筒１２の外周に形成された環状溝３３によって提供される。環状溝３３は、ガイド筒１２の軸方向長さのほぼ中央付近に位置付けられている。正確には環状溝３３は、図１および図４に示すように、ガイド筒１２の軸方向長さの中央から端蓋１０に近付けた箇所に配置してある。また、冷却通路３２を環状溝３３の形態で形成することによりガイド筒１２に薄肉部が形成されている。そして、この薄肉部は環状溝３３と容器１４の間に存在している。溶接側部材７に入口管３４と出口管３５が取り付けられ、環状溝３３に冷却水を供給し、また、排出するようになっている。符号３９は、ガイド筒１２と本体６との間で冷却水の封止を行うためのＯリングを指している。また、ガイド筒１２の座金２１側の端部に近い箇所には、円周方向のシール溝４０が形成され、その中に接着剤４１が充填してある。こうすることにより、万一、冷却水がＯリング３９を通過したとしても、それがすきまを通って大径部１７から座金２１にまで達するのを確実に防止する。座金２１から圧縮コイルスプリング２２を経て固定側部材８へ通電するような短絡回路が成立してしまうと、ボルト２が受入孔１８に正しく挿入されていないのに挿入されているかのような誤作動を招くことになるからである。

以上に説明した実施例の作動について説明する。

凹部３０にて部品２を保持した供給ロッド２９が矢線２６，２７で示す動きをしてボルト２の軸部３が通孔１９から受入孔１８内に挿入され、続いて供給ロッド２９は矢線２８の方向に復帰する。ボルト２は磁石１５の磁力によってガイドピン１６に強く吸着される。この吸着によって、電線２３から座金２１、圧縮コイルスプリング２２、容器１４（磁石１５）、ガイドピン１６、ボルト２、通孔１９の内面、本体６を通って電線２５に至る通電経路が成立し、このような通電がなされることによって、ボルト２が受入孔１８内に存在していることが検知される。

もし、ボルト２が受入孔１８内に存在していなかったり、あるいは受入孔１８の奥部まで正常に進入していなかったりすると、ボルト２とガイドピン１６との電気的接触が成立しないので、前述の通電経路が形成されず、したがって、部品存在の検知信号が発せられない。この検知信号が出されないことをトリガーにして、電極のストローク作動を行わせないようにするのである。

ボルト２がガイドピン１６に吸着されたままフランジ４が相手方部材たとえば鋼板部品（図示せず）に押し付けられると、圧縮コイルスプリング２２に抗して磁石１５（容器１４）が大径部１７内を摺動し、これによってフランジ４が端蓋１０の表面に密着し、引き続き溶接電流の通電がなされて突起５が相手方部材に溶着させられるのである。

冷却水が溝３３内を通過することにより、フランジ４から端蓋１０、溶接側部材７を経てガイド筒１２に伝わった熱は、環状溝３３を流れる冷却水で冷却され、ガイド筒１２が過熱状態にならず、合成樹脂の劣化等が防止される。さらに、端蓋１０に近い箇所に環状溝３３が位置しているので、溶接時の熱は効果的に冷却され、端蓋１０の端面に窪みができにくくなり、端蓋１０の耐久性が向上し、前述のようなライン停止や交換部品の費用節減に有効である。すなわち、冷却通路３２によって端蓋１０とガイド筒１２の両方を効果的に冷却する。

図２は、実施例２を示す。

すなわち、溶接側部材７の外側に外筒３６を配置し、これに図１のものと同様な冷却通路３２（環状溝３３）を形成した変形例を示す。それ以外の構成は図１の実施例と同じであり、同じ機能の部材は同じ符号で指してある。冷却作用も図１の実施例と同じである。

図３は、実施例３を示す。

すなわち、冷却流体が空気であり、ここでは、ガイド筒１２に形成した空気通路３７、ガイド筒１２と端蓋１０との間のすきま３８、通孔１９が冷却通路を構成する。入口管３４から流入した空気は空気通路３７とすきま３８を経て通孔１９から放出され、これによりガイド筒１２や端蓋１０の冷却が果たされる。それ以外の構成は、図１の実施例と同じであり、同じ機能の部材は同じ符号で指してある。冷却作用も図１の実施例と同じである。

図４および図５は、実施例４を示す。

すなわち、基本構成は図１の電極を上下反転させたものに相当するが、さらに、エア配管４２とドレン抜き穴４４を設けてある。絶縁カップ２０の底部と座金２１には貫通穴を設けてあり、本体６（固定側部材８）に形成した凹所４６が絶縁カップ２０の貫通穴とドレン抜き穴４４とを連通させる。したがって、エア配管４２とドレン抜き穴４４は互いに連通している。エア配管４２から圧搾空気を吹き込むと、内部に溜まった水などがドレン抜き穴４４から排出される。電極内部に水などが浸入すると、検知回路の短絡を招くおそれがある。電極に水がかかる原因としては、作業者が不注意で水をこぼしたりするほか、上部電極の冷却水が原因となることがあり得る。すなわち、図示は省略したが、図４に示す電極１を下部電極とすると、その上方に上部電極が位置する。その上部電極がたとえば図１に示すような水冷式の冷却通路を有する場合、上部電極の本体を分解すると、冷却通路内の水が落下して下部電極にかかることになる。

本発明の実施例を示す電極の縦断面図である。 冷却通路の変形例を示す部分的な縦断面図である。 本発明の他の実施例を示す部分的な縦断面図である。 本発明のさらに他の実施例を示す電極の縦断面図である。 図４の電極の側面図である。

符号の説明

２ 部品
６ 本体
１０ 端蓋
１２ ガイド筒
１４ 容器
１５ 磁石（永久磁石）
１６ ガイドピン
１７ 大径部
１８ 小径部、受入孔
１９ 通孔
２１ 座金
２２ 圧縮コイルスプリング
２３ 電線
３２ 冷却通路
３３ 環状溝
３４ 入口管
３５ 出口管
３９ Ｏリング
４２ エア配管
４４ ドレン抜き

Claims (8)

1. 金属製の本体と、
   本体の端部に取り付けられた、通孔を有する金属製の端蓋と、
   前記端蓋の通孔と連通する部品の受入孔を有し、前記本体内に収容された絶縁材料製のガイド筒とからなり、
   前記ガイド筒を冷却する流体の冷却通路がガイド筒に形成され、
   前記冷却通路は、前記ガイド筒の外周に形成された円周方向に延在する環状溝の形態で配置されているとともに、前記流体の入口と出口が設けられ、
   前記環状溝は、ガイド筒の軸方向長さの中央から端蓋に近付けた箇所に配置してあり、
   前記ガイド筒が大径部と小径部とからなる貫通孔を有し、大径部に磁石を内包した容器が摺動可能に収容され、小径部に鉄製のガイドピンが摺動可能に収容され、前記容器の磁石が露出した端部を前記ガイドピンと接合し、前記容器の他方の端部に圧縮コイルスプリングを作用させ、前記小径部を前記受入孔とし、
   前記冷却通路を環状溝の形態で形成することによりガイド筒に薄肉部が形成され、この薄肉部は環状溝と容器の間に存在していることを特徴とするプロジェクション溶接の電極。
2. 前記容器とガイドピンは、ガイドピンが磁石に密着した状態で溶接してある請求項１記載のプロジェクション溶接の電極。
3. 前記流体が水である請求項１または２記載のプロジェクション溶接の電極。
4. 前記ガイド筒と本体との間に冷却水の封止をおこなうＯリングが配置してある請求項３記載のプロジェクション溶接の電極。
5. 前記ガイド筒内に磁石が挿入され、前記端蓋の通孔からガイド筒の受入孔に挿入された部品が磁石に吸引されて部品の電極への保持がなされる請求項１ないし４のいずれかに記載のプロジェクション溶接の電極。
6. 部品検出のための検出電流が少なくとも前記磁石、前記部品、前記端蓋および本体を流れるように構成した請求項１ないし５のいずれかに記載のプロジェクション溶接の電極。
7. 前記圧縮コイルスプリングの前記容器と反対側の端部を受ける座金に電線を接続し、座金と本体との間に絶縁カップを介在させ、座金、圧縮コイルスプリング、容器、ガイドピン、部品、端蓋、本体といった経路で通電回路を構成させた請求項１ないし６のいずれかに記載のプロジェクション溶接の電極。
8. 本体内に圧搾空気を吹き込むための、互いに連通したエア配管とドレン抜き穴を設けた請求項１ないし７のいずれかに記載のプロジェクション溶接の電極。

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