JP5221749B2 - 抵抗溶接装置および抵抗溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は抵抗溶接装置および抵抗溶接方法に係り、とくに被溶接物の片側面から２つの電極を被溶接物に接触させて電流を通ずることにより溶接を行なう抵抗溶接装置および抵抗溶接方法に関する。

被溶接物の片側面からしか被溶接材に近づくことができない場合、抵抗溶接を行うには、片側面に２つの電極を並べて置き、同時に接触させて通電する方法が使われている。このような片側面からの抵抗溶接の対象は、電池端子、フープ材の端部留め、銘板取り付けなどがある。

従来、被溶接材の片側面から行う抵抗溶接においては、２つの電極の先端の位置は被溶接面に対して常に平行な位置にある必要があり、溶接時に２つの電極が同時に被溶接材を押圧する時以外に個別に動かないように、相対位置が固定された電極が用いられていた。

そのため、図１の概念図に示すように、図示していない方法で棒状の電極１００ａおよび１００ｂを電極ホルダー４０ａおよび４０ｂによって、お互いに平行で、被溶接物小片５２の溶接面に対して垂直になるようにして、２つの電極の溶接方向の先端の位置が揃うように調整をして、固定している。

その状態で、２つの電極ホルダー４０を載せたベース６０を被溶接物小片５２の溶接面に対して、図１に示すように、垂直に下降して、電極１００を被溶接物小片５２に押圧して溶接電流を流して、溶接を行う。溶接が終わった後、図１に示すように、垂直に上昇して溶接面より離れる。

片側面からしかアクセス出来ない溶接対象を、並んだ電極で溶接するとき、従来の通常の抵抗溶接機では、２つの電極の先端が不均一に消耗して、先端部の位置がずれて、押圧力が不均衡になり、被溶接物との電気的な接触状態が変わるため、溶接の不具合がしばしば発生する。

そのため、安定な溶接を実現するには、２つの電極の先端の位置が、溶接面に対して常に平行を保つように頻繁に調整しなくてはならなかった。

この問題を解決するために、２つの電極を個別に位置決めする方法も使われている（特許文献１）。
特許文献１に開示された技術は、２次電池のタブをセルに固着するために、マイクロスポット抵抗溶接をおこなう抵抗溶接装置および抵抗溶接方法に関するものである。

このように、機械要素を複雑に積み重ねて構成しており、必要なスペースも大きくなり、製作や保守のコストも高くなっている。

特開２００１−３００７４１号公報

本発明は、片側面から抵抗溶接をする溶接装置であって、複雑な機構を省いて、簡素な構造で、２つの電極の先端が被溶接物に電気的に安定に接触して、良好な品質の溶接を行うことのできる溶接装置と溶接方法を提供することを課題としている。

本発明は、片面抵抗溶接機において、
電極を被溶接面に対して傾斜して配置してあり、
該電極は押圧方向に曲げ弾性を有しており、
該電極が被溶接物に押圧されるとき、撓むことによって安定に被溶接物と接触し、
該電極の不均一な消耗が存在しても電気的接触不良を起こさないことを特徴とする片側面抵抗溶接機と溶接方法である。

また本発明は、片側面型抵抗溶接機において、
電極を弾性材を介して支持しており、
該電極が被溶接物に押圧されるとき、該弾性材が撓むことによって、該電極が安定に被溶接物と接触し、
該電極の不均一な消耗が存在しても電気的接触不良を起こさないことを特徴とする片側面抵抗溶接機と溶接方法である。

簡便な構造で、電極の相互の位置の調整を不要とする抵抗溶接装置を提供できる。

片側面型の抵抗溶接機の概念図 電極モジュールの図 握り部で覆われた電極モジュールの図 電極モジュールを手持ちで抵抗溶接する作業の説明図 電極の構造と作用を説明する図 電極モジュールを自動で昇降して抵抗溶接する作業の見取り図 弾性材を備えた電極モジュールの図

以下に図２〜４、および図６をもって、第１の実施例を説明する。
図２（Ａ）は、本発明による片側面型の抵抗溶接機の電極モジュール１０の正面図である。図２（Ｂ）は側面図である。図２（Ｃ）はリミットスイッチを取り付けた場合の側面図である。図において符号の添え字ａ、ｂは左右または裏表の区別を表している。以下同じ。

電極１００は幅広の板状をない、被溶接物に接触する側の端の幅が細くなっている。電極１００の先が細くなっている端の反対側の端に、給電のための端子１０２として使われるボルトとナットが設置してある。２つの電極１００が、狭い隙間を保持し、動かぬように、２枚の連接材１０１に挟まれ、ネジ１０３によって固定されて、一体となって電極モジュール１０を構成している。

電極１００は幅広の板状をなし、被溶接物に接触する側の端の幅が細くなっている。電極１００の先が細くなっている端の反対側の端に、給電のための端子１０２として使われるボルトとナットが設置してある。２つの電極１００が、狭い隙間を保持し、動かぬように、２枚の連接材１０１に挟まれ、ネジ１０３によって固定されて、一体となって電極モジュール１０を構成している。

電極１００の材質はクロム銅である。電極１００は弾性が有って、厚み方向（紙面に垂直な方向）に一定範囲の力をかけると撓み、力を除くと元に戻る。

図２（Ｃ）に示すように、電極モジュール１０にはリミットスイッチを装備する事もできる。連接材１０１に適宜な方法で固定した延長材１０６の先端に、電極１００に対向する位置にリミットスイッチ１０７が取り付けられる。図２（Ｃ）の右側には、円内の拡大図を示してある。リミットスイッチ１０７の配線は省略してある。

延長材１０６は強固な材料で作られており、力がかかっても変形しにくい。電極モジュール１０の姿勢を固定して、図の左側から力がかかる時、電極１００が左側に撓んで、リミットスイッチ１０７が押されて回路がオンまたはオフとなる。

このリミットスイッチ１０７の動作信号を自動運転における動作確認などに使うことができる。

図３は握り部で覆われた電極モジュールを示す図である。図３（Ａ）は正面図であり、図３（Ｂ）は側面図である。図３には、電極モジュール１０において電極１００の端子のある側のおおよそ半分が握り部２０で覆われた状態を示してある。握り部２０は絶縁材で作られており、作業者が握り部２０を持っても、電圧のかかる電極１００には触れないようになっている。握り部２０の材質は、プラスチック、ゴムなどである。

図３（Ｂ）を参照して、握り部２０の構造を詳細に説明する。握り部２０は中空の筒であり、その中に電極モジュール１０の全体が挿入されている。握り部２０の内側で、握り部２０と連結材１０１aの後端は、回転連結部２０３で連結されている。従って、電極モジュール１０は回転連結部２０３の軸の周りで首振り運動ができる。

回転連結部２０３で連結されている側と反対の側において、握り部２０と連結材１０１ｂの先端の間にスプリング２０１が固定されている。また、握り部２０の内側の同じ側にリミットスイッチ２０２が固定されている。リミットスイッチ２０２の配線は省略されているが、握り部２０の右側から出て、溶接電源回路の制御部に接続されている。

電極モジュール１０に外から力がかかっていない時は、図３（Ｂ）に示されているように、電極１００の長手方向は、握り部２０の長手方向と平行しており、連接材１０１ｂは、リミットスイッチ２０２のレバーを押していない。このときリミットスイッチ２０２はオフである。

作業者が握り部２０を持って、電極１００を傾斜させた姿勢で被溶接部物に押し当てて、図３（Ｂ）に矢印で示される方向に力をかけると、電極モジュール１０は回転連結部２０３の軸の周りで左回りに回って、スプリング２０１を圧縮する。力が一定の値に達すると、連結材１０１ａがリミットスイッチ２０２のレバーを押して、回路をオンにする。

次に、図４を参照して、上に説明した、握り部２０で覆われた電極モジュール１０を作業者が手に持って溶接するときの動作を説明する。
図４は電極モジュールを手持ちで抵抗溶接を行う作業の説明図である。作業者の手は図示していない。電源ケーブル３０によって、電極モジュール１０と図示しない溶接電源回路が接続される。溶接に際して、被溶接材母体５１の上に被溶接材小片５２が載置される。作業者が握り部２０を手に持って、電極１００を傾斜させ、垂直から測った角度を４０度から６０度の間の適当な角度として、溶接材小片５２の上に電極１００を下ろす。

２つの電極１００が等しく溶接材小片５２に当たっていることを確かめた後、溶接材小片５２を適当な力に達するまで押圧すると、リミットスイッチ２０２がオンになり、電源回路の制御部が働いて、電源ケーブル３０を通じて図示しない電源回路から一定の溶接電流が流れる。２つの電極から溶接材小片５２ならびに溶接材母体５１を通る溶接電流が流れて、熱が発生して溶接が行われる。その後、電極モジュール１０を持ち上げて、電極１００が被溶接物小片５２から離れると作業が終了する。

上に示した溶接が行われる過程で、被溶接物に強く押圧され、また溶接の熱を受ける電極１００の先端は、摩耗や溶融によって消耗する。通常の抵抗溶接機においては、電極の先端が偏って消耗すると、被溶接物との接触状態が２つの電極が異なる状態になり、消耗の少ない方の電極だけが被溶接物小片５２に接触するので、溶接の不具合が発生する。

それに対して、本発明の場合、２つの電極が、偏って消耗しても溶接の不具合が発生しない。このような特長を持った本発明の電極の構造と作用について、さらに図５を参照して説明する。図５は電極の構造と作用を説明する図である。図５（Ａ）は、電極が偏って消耗したときの状況を側面から見た図である。図５（Ｂ）は、正面から見た図である。２つの電極の消耗の差はｇで示されている。消耗の差は、わかり易くするために、大きさが誇張されて描かれている。

図５（Ａ）に、紙面で矢印の根本の位置に示すように、電極１００が上方に離れていて、被溶接物小片５２に接触していない状況が示されている。このとき、外部から力がかかっていないので、電極１００ａと電極１００ｂは、それぞれ真っ直ぐにのびている。図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、電極１００aは電極１００ｂより垂直方向に測ってｇだけ消耗が少ない。

電極モジュールが矢印の方向に下降して、まず消耗の少ない電極１００ａの先端が被溶接物小片５２に接触して、撓みはじめる。そして、さらに下降すると、撓みは大きくなって行き、紙面上で図５（Ａ）の矢印の矢先の位置に示すように、電極１００ａ及び１００ｂの先端の垂直方向の差が無くなるまで電極１００ａの撓みが大きくなり、電極１００ｂの先端も被溶接物小片５２に接触する。

このように、電極１００ａならびに電極１００ｂの先端は、消耗の差が有って長さが違っていても、両方とも正しく被溶接物小片５２に接触するので、電気的接触不良が無くなり、溶接は正しく行われて、不具合が発生しない。したがって頻繁に電極先端の位置を調整する必要が無くなる。

電極を被溶接物に押圧するとき、適正な押圧力において適正な撓み量を得るためには、電極の傾斜や厚みを適当に選定する必要がある。電極１００の傾斜は、一概に決定できないが、被溶接物に垂直な位置から測って４０度から６０度が適正である。

以上により、２つの電極の相互の位置の調整を不要とする抵抗溶接装置が提供できた。

図６を参照して、第２の実施例の動作を説明する。図６は、電極モジュール１０を自動で昇降して抵抗溶接する作業の見取り図である。
溶接機の電極自動昇降機構および溶接電源などは、シーケンサーなどを使った適宜な方法で自動運転されるが詳細な説明は省略する。また電極ホルダーを除いて、溶接機の他の機構は図示していない。

電極モジュール１０を電極ホルダー４０に、適宜な方法で堅固に固定する。また電極ホルダー４０は図示しない空圧シリンダーの軸の先端に堅固に固定されており、空圧シリンダーの伸縮に応じて、下降上昇する構造となっている。従って電極モジュール１０は図に示した傾斜姿勢のまま、上下にしか動かない。
電極の端子１０２は溶接電源回路に接続される。

通常の抵抗溶接装置では、電極１００は図１をもって説明したように、被溶接材の溶接面に対して垂直に昇降し、電極１００の取付け向きは昇降方向に平行で、被溶接材に対して垂直に取り付けられている。

本発明の電極モジュールは、図６に示すように、電極ホルダー４０によって、被溶接材小片５１および被溶接材母体５２に対して傾斜して取り付けられ、傾斜の角度は、電極１００の角度を溶接面から測って、４０度から６０度の間の適当な角度となっている。

溶接に際して、被溶接材母体５１の上に被溶接材小片５２が載置される。電極モジュール１０は、図６に実線で示したように、電極１００の先端部が被溶接材小片５２に突き当たる位置まで下降する。その位置で空圧シリンダーによって一定の押圧力で被溶接材小片５２を押圧する。

この時、図２（Ｃ）で示したリミットスイッチ付きの電極モジュール１０を使えば、リミットスイッチの動作によって、電極１００が撓んだことを検出できるので、適切な位置で空圧シリンダーの下降を停止することができる。

その状態で、電源ケーブル３０を通じて図示しない電源回路から溶接電流を流す。被溶接物小片５２と被溶接材母体５１の２つの電極１００ａならびに電極１００ｂに挟まれた部分にパルス電流が流れて昇温し、被溶接材母体５１と被溶接材小片５２の間で溶け合って、溶接が行われる。
溶接が終わると、電極モジュール１０は上昇して、被溶接物小片５２から離れる。

電極１００ａ、ｂの消耗に偏りがある場合の問題と、それに対する本発明の効果は第１の実施例と同じであるので、省略する。

以上により、２つの電極の相互の位置の調整を不要とする抵抗溶接装置が提供できた。

以下に図７を参照して、第３の実施例を説明する。
図７は第３の実施例の弾性材を備えた電極モジュールの図である。図７（Ａ）は正面図であり、図７（Ｂ）は側面図である。電極１００ａおよび電極１００ｂは、それぞれ弾性材１０４ａおよび弾性材１０４ｂに、固定ボルト１０５で固定されている。固定ボルト１０５のうち、左右の１本ずつは電源用端子としても使われる。

弾性材１０４ａおよび弾性材１０４ｂは２枚の連接材１０１に挟まれてネジ１０３で固定されている。このようにして、電極１００および弾性材１０４および連接材１０１は一体化されている。

電極１００は幅広の板状で、被溶接物に接触する先端の幅が細くなっている。２つの電極１００ａと１００ｂは、狭い隙間を保持し、動かぬように、２枚の連接材１０１に挟まれ、ねじ１０３によって固定されて、１つに組み合わされて電極モジュール１０を形成している。

この電極モジュール１０は第１の実施例で示した電極モジュール１０と同様な溶接作業で使用することが可能であり、左右の電極の消耗量が偏ったときの効果も同様に発揮する。加えて、この電極モジュール１０においては、次のような有利な点がある。すなわち、電極１００が弾性材１０４を介して連接材１０１につながっているので、電極１００を被溶接物に押し当てるときに発生する撓みの量が弾性材１０４の弾性率によって調整可能である。

実施例１で示した電極モジュールでは、電極自身の材料の弾性率に撓みの量が依存するので、電極モジュールの設計の自由度に制約があるが、本実施例においては、電極１００を被溶接物に押し当てるに適切なたわみ量になるように、弾性材１０４の材質や寸法を選ぶことができるので設計の自由度があるという利点がある。

片側面型の抵抗溶接機の電極に利用できて、電極の保守の手間を省き、安定な品質で溶接を可能とする。

１０ 電極モジュール
１００ 電極
１０１ 連接材
１０２ 端子
１０３ ネジ
１０４ 弾性材
１０５ 固定ボルト
１０６ 延長材
１０７ リミットスイッチ
２０ 握り部
２０１ スプリング
２０２ リミットスイッチ
２０３ 回転連結部
３０ 電源ケーブル
４０ 電極ホルダー
５１ 下側溶接材
５２ 上側溶接材
６０ ベース

Claims (4)

1. 片面抵抗溶接機において、
   ２つの電極は平行して並んで一体化されており、
   ２つの該電極を押圧方向に対して、２つの該電極の先端が被溶接物に近づくように傾斜して配置してあり、
   ２つの該電極は該押圧方向に曲げ弾性を有しており、
   ２つの該電極が該被溶接物に押圧されるとき、それぞれが独立して撓むことによって、それぞれが安定的に該被溶接物と接触し、
   ２つの該電極間に不均一な消耗が存在しても電気的接触不良を起こさないことを特徴とする片面抵抗溶接機。
2. 片面抵抗溶接機において、
   ２つの電極は平行して並んで一体化されており、
   ２つの該電極を押圧方向に対して、２つの該電極の先端が被溶接物に近づくように傾斜して配置してあり、
   ２つの該電極は該押圧方向に曲げ弾性を有しており、
   ２つの該電極が該被溶接物に押圧されるとき、それぞれが独立して撓むことによって、それぞれが安定的に該被溶接物と接触し、
   ２つの該電極間に不均一な消耗が存在しても電気的接触不良を起こさないことを特徴とする
   片面抵抗溶接方法。
3. 片面型抵抗溶接機において、
   ２つの電極を２つの弾性材によって、それぞれ支持してあり、
   ２つの該弾性材は、それぞれ一枚の板ばねで構成され、該電極と該弾性材は、該電極の幅広面と該弾性材の幅広面がそれぞれ面接触する様態で直列に連結されて一体化され、かつ２つの該弾性材の該電極と連結された端と反対側の端は、絶縁材を介して結合され、
   一体化された該電極と該弾性材は、押圧方向に対して、２つの該電極の先端が被溶接物に近づくように傾斜して配置されてあり、
   ２つの該電極が被溶接物に押圧されるとき、２つの該弾性材がそれぞれ独立して撓むことによって２つの該電極が安定的に該被溶接物と接触し、
   ２つの該電極間に不均一な消耗が存在しても電気的接触不良を起こさないことを特徴とする片面抵抗溶接機。
4. 片面型抵抗溶接機において、
   ２つの電極を２つの弾性材によって、それぞれ支持してあり、
   ２つの該弾性材は、それぞれ一枚の板ばねで構成され、該電極と該弾性材は、該電極の幅広面と該弾性材の幅広面がそれぞれ面接触する様態で直列に連結されて一体化され、かつ２つの該弾性材の該電極と連結された端と反対側の端は、絶縁材を介して結合され、
   一体化された該電極と該弾性材は、押圧方向に対して、２つの該電極の先端が被溶接物に近づくように傾斜して配置されてあり、
   ２つの該電極が被溶接物に押圧されるとき、２つの該弾性材がそれぞれ独立して撓むことによって２つの該電極が安定的に該被溶接物と接触し、
   ２つの該電極間に不均一な消耗が存在しても電気的接触不良を起こさないことを特徴とする片面抵抗溶接方法。