(57)【要約】【課題】インダイレクトスポット溶接用の溶接電極の状態を研磨後に検査することが可能な溶接電極の研磨方法を提供する。【解決手段】溶接電極の研磨方法は、溶接電極４の中間部８に含まれる電極材料を、回転する研磨具１０によって中間部８から溶接電極４の先端部７へと移動させる研磨工程と、先端部７の状態をセンサ１８により検出する検査工程と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダイレクトスポット溶接に使用される溶接電極の研磨方法において、
前記溶接電極は、本体部と、被溶接部材に接触する先端部と、前記本体部と前記先端部との間に位置する中間部と、を備え、
前記中間部に含まれる電極材料を、回転する研磨具によって前記中間部から前記先端部へと移動させる研磨工程と、前記先端部の状態をセンサにより検出する検査工程と、を備えることを特徴とする溶接電極の研磨方法。
【請求項２】
インダイレクトスポット溶接に使用される溶接電極の研磨装置において、
前記溶接電極は、本体部と、被溶接部材に接触する先端部と、前記本体部と前記先端部との間に位置する中間部と、を備え、
前記中間部に含まれる電極材料を、前記中間部から前記先端部へと移動させる研磨具と、前記先端部の状態を検出するセンサと、を備えることを特徴とする溶接電極の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インダイレクトスポット溶接に使用される溶接電極の研磨方法及び研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の組立工程では、金属板からなる複数の部品をスポット溶接によって接合することにより、車体が組み立てられる。スポット溶接としては、複数の金属板を一対の溶接電極で挟み込んで通電するダイレクトスポット溶接が多く用いられる。しかし、部品の形状によっては、複数の金属板を一対の溶接電極で挟み込むことができず、ダイレクトスポット溶接を適用できる部位に制約がある。また、スポット溶接の他の例として、一対の溶接電極を複数の金属板に一方側から押し当てて通電することにより、二箇所を同時に溶接するシリーズスポット溶接がある。しかし、シリーズスポット溶接に関しても、隣接した二点の溶接点が必要となるため、溶接できる場所に制約がある。
【０００３】
上記のような制約を受けないスポット溶接として、インダイレクトスポット溶接がある。インダイレクトスポット溶接では、複数の金属板の接合予定部を一方側から溶接電極で加圧すると共に、接合予定部と異なる部位にアース電極を当接させた状態で、両電極間に通電することによって溶接する。このようなインダイレクトスポット溶接では、適用する部位の構造的制約が少なく、設計の自由度を拡大することができる。
【０００４】
スポット溶接時において、溶接電極は、通電され、かつ、高温高圧下の状態に置かれるため、繰り返しの溶接により、溶接電極の先端部が摩耗して扁平化し、当該先端部に金属片等が付着して合金化する。特に、金属板の表面に亜鉛メッキが施されている場合には、当該亜鉛メッキが溶接電極（銅）と合金化して堆積・剥離を繰り返すことで、当該溶接電極が変形することになる。このような状態の溶接電極を使用し続けると、溶接不良の原因となるため、先端部を切削や研磨等により定期的に整形する必要がある。整形に係る技術として、例えば特許文献１には、刃（カッタ）が設けられたカッタホルダを回転させ、この刃に溶接電極の先端部を押し付けて切削する電極研磨装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−８９６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、電極研磨装置によって溶接電極の先端部を研磨して再生した場合、当該先端部が溶接に適した所期の形状となっているか否かを検査する必要がある。特にインダイレクトスポット溶接では、溶接電極の先端部の形状が溶接品質に与える影響が大きいため、研磨後の先端部の状態を精度良く検査することが望まれる。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、インダイレクトスポット溶接用の溶接電極の状態を研磨後に検査することが可能な溶接電極の研磨方法及び研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、インダイレクトスポット溶接に使用される溶接電極の研磨方法において、前記溶接電極は、本体部と、被溶接部材に接触する先端部と、前記本体部と前記先端部との間に位置する中間部と、を備え、前記中間部に含まれる電極材料を、回転する研磨具によって前記中間部から前記先端部へと移動させる研磨工程と、前記先端部の状態をセンサにより検出する検査工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、インダイレクトスポット溶接に使用される溶接電極の研磨装置において、前記溶接電極は、本体部と、被溶接部材に接触する先端部と、前記本体部と前記先端部との間に位置する中間部と、を備え、前記中間部に含まれる電極材料を、前記中間部から前記先端部へと移動させる研磨具と、前記先端部の状態を検出するセンサと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、研磨工程において、中間部に含まれる金属材料を研磨具によって中間部から先端部へと移動させることで、摩耗した先端部を再生できる。本発明では、この再生された先端部の状態をセンサにより検出することで、当該先端部の良否を検査することが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、インダイレクトスポット溶接用の溶接電極の状態を研磨後に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】インダイレクトスポット溶接の実施態様を示す断面図である。
【図２】溶接電極の側面図である。
【図３】第一実施形態に係る研磨装置の断面図である。
【図４】研磨具の平面図である。
【図５】制御装置のブロック図である。
【図６】研磨工程を示す要部拡大断面図である。
【図７】検査工程を示す要部拡大断面図である。
【図８】第二実施形態に係る研磨装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１乃至図７は本発明を実施するための第一実施形態を示す。
【００１４】
図１は、自動車の車体の組立工程において行われるインダイレクトスポット溶接により車体の骨格部品Ｗを溶接する態様を例示する。この骨格部品Ｗは、図１の紙面直交方向に延びるフレーム状の部品である。骨格部品Ｗは、略平板状の第一の金属板１と、断面ハット形状の第二の金属板２と、第一の金属板１と第二の金属板２との間に配された断面ハット形状の第三の金属板３とを備える。
【００１５】
第一の金属板１と、第二の金属板２のフランジ部２ａとは、ダイレクトスポット溶接によって予め溶接された既溶接点Ｑ１を介して接合されている。第二の金属板２の底部２ｂと、第三の金属板３のフランジ部３ａとは、ダイレクトスポット溶接によって予め溶接された既溶接点Ｑ２を介して接合されている。
【００１６】
本実施形態では、第三の金属板３の天板部３ｂと第一の金属板１とが、インダイレクトスポット溶接方法による溶接対象（被溶接部材）として例示される。インダイレクトスポット溶接では、第一の金属板１と第三の金属板３の天板部３ｂとの接合予定部Ｐを、厚さ方向一方側（図中上側）から溶接電極４で加圧すると共に、骨格部品Ｗの接合予定部Ｐと異なる部位にアース電極５を当接させた状態で、両電極４，５間に通電することにより、接合予定部Ｐを溶接する。各電極４，５は、何れも導電性の高い材料、例えばＣｕ系金属で形成される。なお、図示例では、第二の金属板２の底部２ｂに下方からアース電極５を当接させている。
【００１７】
このインダイレクトスポット溶接では、上記の溶接電極４及びアース電極５を有するインダイレクトスポット溶接装置と、インダイレクトスポット溶接装置に接続され、溶接電極４の加圧力及び両電極４，５間の電流値を制御する制御装置とを備えた設備で行われる。インダイレクトスポット溶接装置は、溶接電極４を軸線方向に駆動して第一の金属板１及び第三の金属板３を加圧する加圧手段を備える。加圧手段としては、エアシリンダや電動シリンダを使用することができ、本実施形態ではエアシリンダが使用される。
【００１８】
図２に示すように、溶接電極４は、本体部６と、第一の金属板１に接触する先端部７と、本体部６と先端部７との間に位置する中間部８とを備える。
【００１９】
本体部６は、円柱状に構成されている。先端部７は、接合予定部Ｐを加圧する押圧部として機能する。先端部７の端面は、円形の平坦面とされている。先端部７の端面の幅Ｗ１（直径）は、例えば１ｍｍとされるが、この寸法に限定されるものではない。中間部８からの先端部７の突出高さ（長さ）Ｈ１は、例えば１．８ｍｍに設定されるが、この寸法に限定されるものではない。中間部８は、本体部６から先端部７に向かうにつれて先細り状となる曲面（凸状の曲面）により構成される。
【００２０】
図３乃至図５は、本発明に係る研磨方法に使用される研磨装置９を示す。研磨装置９は、研磨具１０と、検査部１１と、研磨具１０及び検査部１１を制御する制御装置１２とを主に備える。
【００２１】
研磨具１０は、モータ等からなる駆動装置１３によって回転駆動される。研磨具１０は、両端部が開口するとともに一端部から他端部に向かうにつれてその内径及び外径が徐々に減少するテーパ状の筒状体（円筒体）により構成される。
【００２２】
図３及び図４に示すように、研磨具１０は、一端部に形成される第一開口部１４と、他端部に形成される第二開口部１５と、中間部８に含まれる電極材料を、第二開口部１５を介して先端部７へと移動させる案内部１６と、研磨粉を排出する排出口１７と、を備える。
【００２３】
第一開口部１４は、溶接電極４を研磨具１０の内側に挿入するための挿入口として機能する。第一開口部１４は、円形状の縁部を有しており、その開口面積は、第二開口部１５の開口面積よりも大きい。第一開口部１４の口径は、溶接電極４に係る本体部６の外径よりも大きい。
【００２４】
第二開口部１５は、第一開口部１４から挿入された溶接電極４の先端部７を露出させるための案内口部として機能する。第二開口部１５は、円形状の縁部を有しており、その口径は、第二開口部１５の口径よりも小さく、溶接電極４の先端部７の幅Ｗ１よりも大きい。
【００２５】
図３及び図４に示すように、案内部１６は、研磨具１０の内周面１０ａから半径方向内方に突出している。より具体的には、案内部１６は、第一開口部１４から第二開口部１５にわたって、研磨具１０の軸心（筒心）方向に沿って形成される突条部である。案内部１６の頂部１６ａは、円弧状の湾曲面を有する。本実施形態では、四本の案内部１６が形成された研磨具１０を例示するが、案内部１６の数はこれに限らず、溶接電極４の形状、寸法に応じて適宜設定できる。
【００２６】
図３に示すように、研磨具１０の内周面１０ａは、第一開口部１４から第二開口部１５に向かうにつれて、その内径が徐々に減少するテーパ面又は湾曲面（凹曲面）として構成される。また、案内部１６は、第一開口部１４から第二開口部１５にわたり、一定の突出高さ（長さ）Ｈ２を有する（図４参照）。第一開口部１４の近傍における第一の位置Ｐ１における案内部１６の頂部１６ａと研磨具１０の中心軸Ｏとの第一の距離（半径）Ｄ１と、第二開口部１５の近傍における第二の位置Ｐ２における案内部１６の頂部１６ａと中心軸Ｏとの第二の距離（半径）Ｄ２とを比較すると、Ｄ１＞Ｄ２となっている。すなわち、案内部１６は、第一開口部１４から第二開口部に向かうにつれて、半径方向における中心軸Ｏとの距離が徐々に減少する湾曲形状に構成されている。
【００２７】
上記の案内部１６の構成により、研磨具１０が一定速度で回転している場合（図４において回転方向を符号Ｒで示す）において、第一の位置Ｐ１における案内部１６の第一周速度Ｖ１と、第二の位置Ｐ２における案内部１６の第二周速度Ｖ２とを比較すると、Ｖ１＜Ｖ２となる。すなわち、案内部１６は、第一開口部１４から第二開口部１５に向かうにつれて周速度が増加するように構成される。このため、第一開口部１４の位置における案内部１６の周速度が最も小さく、第二開口部１５の位置における案内部１６の周速度が最も大きくなる。
【００２８】
排出口１７は、第二開口部１５の周囲に設けられ、研磨具１０の内周面１０ａから外周面１０ｂまで貫通する複数の孔により構成される。案内部１６の作用により中間部８の電極材料は、削り取られることなく先端部７へと流動するが、その一部が微量ながら研磨粉として中間部８から剥離する。排出口１７は、この微量の研磨粉を通過させて研磨具１０の外部へと排出する。
【００２９】
検査部１１は、溶接電極４の先端部７に接触可能なセンサ１８を備える。センサ１８は、導電体（例えばＣｕ系金属）により棒状に構成されている。センサ１８は、リニアサーボモータ等の駆動装置１９により、直線的に往復移動可能に構成されている。
【００３０】
駆動装置１９は、研磨具１０から所定距離離れた基準位置（待機位置）からセンサ１８を進出させて研磨具１０に装着されている溶接電極４の先端部７に接触させ、その位置からセンサ１８を再び基準位置へと後退させる。駆動装置１９は、センサ１８が溶接電極４の先端部７に接触した場合に、当該接触を検出してセンサ１８を停止させることができる。駆動装置１９は、センサ１８が基準位置から溶接電極４の先端部７に接触した場合の移動距離を測定できる。
【００３１】
制御装置１２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、モニタ、入力インタフェース（キーボード、マウス等）といった各種ハードウェアを実装するコンピュータ（例えばＰＣ、制御盤等）を含む。
【００３２】
図５に示すように、制御装置１２は、ＣＰＵ等により構成される演算処理部２０と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等により構成される記憶部２１と、研磨具１０を制御する研磨制御部２２と、検査部１１を制御する検査制御部２３とを備える。これらの各要素２０〜２３はバスにより相互に接続されている。
【００３３】
演算処理部２０は、記憶部２１に保存されるデータ及びプログラム、検査部１１により取得されたデータ等に基づいて、研磨具１０及び検査部１１の制御に必要な各種の演算を実行する。演算処理部２０は、研磨装置９によって研磨された溶接電極４における先端部７の状態の良否を判定する判定部２４を備える。判定部２４は、記憶部２１に保存されている基準値に基づいて、先端部７の状態の良否を判定する。
【００３４】
記憶部２１は、研磨具１０及び検査部１１の制御に必要とされるデータ及びプログラム、検査部１１により取得されたデータ等を保存する。研磨制御部２２は、研磨具１０の駆動装置１３に接続されており、演算処理部２０からの制御信号を当該駆動装置１３に送信する。検査制御部２３は、検査部１１のセンサ１８及び駆動装置１９に接続されており、演算処理部２０からの制御信号を検査部１１に送信し、あるいは検査部１１により取得されたデータを受信する。検査制御部２３は、センサ１８に流れる電流を測定可能な電流測定部２５を備える。電流測定部２５は、センサ１８に電気的に接続されている。電流測定部２５は、センサ１８が溶接電極４に接触して通電された場合に、その電流を測定する。
【００３５】
以下、溶接電極４を上記構成の研磨装置９により研磨する方法について説明する。溶接電極４は、溶接の繰り返しにより、先端部７の端面が合金化するとともに摩耗し、図２において二点鎖線で示すように扁平化する。本方法は、摩耗した溶接電極４の先端部７を研磨具１０によって再生させる工程（研磨工程）と、研磨工程後に溶接電極４の状態を検査部１１によって検査する工程（検査工程）とを備える。
【００３６】
研磨工程では、摩耗した溶接電極４が研磨具１０に装着される。溶接電極４は、研磨具１０の第一開口部１４に挿入される。第一開口部１４から挿入された溶接電極４は、その先端部７が第二開口部１５から突出（露出）した状態で研磨具１０に取り付けられる。溶接電極４が研磨具１０に取り付けられた状態において、研磨具１０の内周面１０ａは溶接電極４の中間部８に接触せず、研磨具１０の案内部１６のみが当該中間部８の表面に接触（圧接）することになる。その後、研磨装置９は、研磨具１０を回転させて溶接電極４の研磨を開始する。研磨工程の実行中において、検査部１１のセンサ１８は溶接電極４に接触しないように、研磨具１０から離れた基準位置で待機している。
【００３７】
図６に示すように、研磨工程において、案内部１６は、研磨具１０の回転によって、中間部８に接触（圧接）しつつ摺動することで、当該中間部８の表面に含まれる電極材料を、周速度の小さい第一開口部１４側から周速度の大きい第二開口部１５側へと移動（塑性流動）させることができる（図６において電極材料の流動の方向を矢印で示す）。
【００３８】
案内部１６の作用によって第一開口部１４まで流動した電極材料は、第二開口部１５から流出して先端部７側へと寄せられる。研磨具１０は、第二開口部１５から流出した電極材料を先端部７へと移動させる。先端部７は、移動してきた電極材料によって盛り上がり、図６において実線で示す扁平状態から二点鎖線で示す状態へと整形（再生）される。研磨工程の実行中において、案内部１６が溶接電極４の中間部８の表面と摺動することで、微小な研磨粉が発生する。研磨粉は、排出口１７によって排出される。
【００３９】
所定時間の経過後、制御装置１２は、研磨装置９の駆動装置１３に制御信号を送信し、研磨具１０を停止させる。その後、制御装置１２によって検査工程が行われる。
【００４０】
図７に示すように、検査工程では、基準位置で待機しているセンサ１８が研磨具１０に向かって進出し、溶接電極４の先端部７に接触する。センサ１８が先端部７に接触すると、駆動装置１９は、センサ１８を停止させ、当該センサ１８の移動距離を測定する。駆動装置１９は、測定した移動距離に係るデータを制御装置１２の検査制御部２３に送信する。
【００４１】
制御装置１２の演算処理部２０は、検査制御部２３が受信した移動距離に係る測定データに基づいて溶接電極４の先端部７の突出高さ（長さ）を算出する。演算処理部２０は、算出された突出高さの値に基づいて、先端部７の状態についての良否の判定を行う。演算処理部２０の判定部２４は、記憶部２１に保存されている突出高さＨ１の基準値と、算出した突出高さとを比較し、基準値以上である場合には良、基準値未満の場合には不良と判定する。
【００４２】
なお、本実施形態では、研磨具１０の第二開口部１５の縁部から先端部７の端面までの距離を、先端部７の突出高さと見做して基準値との比較を行ってもよい。また、制御装置１２は、先端部７の突出高さを算出することなく、センサ１８の移動距離に係る測定データと、所定の基準値との比較によって先端部７の状態（突出高さ）の良否判定を行うことができる。
【００４３】
検査工程では、センサ１８が溶接電極４の先端部７に接触している状態において、インダイレクトスポット溶接装置により溶接電極４に溶接用の電圧又は検査用の電圧が印加される。このとき、制御装置１２の検査制御部２３は、センサ１８に流れる電流を電流測定部２５によって測定する。演算処理部２０は、測定された電流値に基づいて、溶接電極４の先端部７の状態について良否の判定を行う。演算処理部２０の判定部２４は、電流値の測定データと、記憶部２１に保存されている基準値と比較し、基準値以上である場合には良、基準値未満の場合には不良と判定する。
【００４４】
上記の判定の結果、判定部２４により不良と判定された場合、制御装置１２は、検査部１１の駆動装置１９に制御信号を送信し、センサ１８を後退させて待機位置に移動させる。その後、制御装置１２は、研磨具１０の駆動装置１３に制御信号を送信し、研磨具１０を回転させて研磨工程を再び実行する。判定結果が良である場合、溶接電極４は、研磨具１０から取り外される。
【００４５】
本実施形態では、溶接電極４の先端部７の突出高さと、センサ１８を介して測定された電流値とによって当該先端部７の状態の良否を判定しているが、突出高さと電流値の一方のみによって良否を判定してもよい。
【００４６】
以上説明した本実施形態に係る研磨方法及び研磨装置によれば、研磨工程において、中間部８の表面に含まれる電極材料を研磨具１０により先端部７に移動（流動）させることで、先端部７を再生することができる。また、検査工程において、研磨された先端部７の状態（突出高さ、電流）を検査部１１のセンサ１８によって検出することで、溶接電極４の研磨状態の良否を検査することが可能になる。
【００４７】
図８は、本発明の第二実施形態を示す。上記した第一実施形態に係る研磨装置９では、検査部１１が接触式のセンサ１８により構成されていたが、本実施形態に係る検査部１１は、非接触式のセンサ１８により構成される。センサ１８は、例えばレーザ光Ｌを放射可能なレーザ距離センサにより構成されるが、この構成に限定されるものではない。センサ１８は、研磨具１０に装着された溶接電極４に接触しないように、研磨具１０から離れた位置に配される。
【００４８】
本実施形態では、検査工程において、センサ１８と溶接電極４の先端部７の端面との距離のみが測定される。測定された距離に係るデータは、制御装置１２によって先端部７の突出高さに換算され、基準値と比較される。これに限らず、測定された距離に係るデータを換算することなく、基準値との比較により、先端部７の研磨状態の良否が判定され得る。
【００４９】
なお、本実施形態では、排出口１７から排出された研磨粉がセンサ１８に付着しないように、検査部１１側から研磨具１０に向かってブロア等による送風を行い、研磨具１０の内部を陽圧にすることが望ましい。これにより、検査部１１に研磨粉が付着することを効果的に防止できる。
【００５０】
本実施形態における検査部１１以外の構成要素については、第一実施形態と同じである。本実施形態において第一実施形態と共通する構成要素には、共通の符号を付している。
【００５１】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５２】
上記の実施形態では、研磨具１０に排出口１７を形成した例を示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、研磨具１０に排出口１７を形成することなく、研磨具１０の下方にブロア等の送風機を配置し、当該送風機から第二開口部１５を介して研磨具１０の内部に送風し、研磨具１０内の研磨粉を第一開口部１４から排出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１            第一の金属板（被溶接部材）
４            溶接電極
６            溶接電極の本体部
７            溶接電極の先端部
８            溶接電極の中間部
９            研磨装置
１０            研磨具
１８            センサ
【図１】
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【図２】
2020163438.tif 000004
【図３】
2020163438.tif 000005
【図４】
2020163438.tif 000006
【図５】
2020163438.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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