(57)【要約】【課題】溶接電極を被溶接物に接触させるまでの時間を短縮でき、しかもその溶接電極を被溶接物にソフトに接触させることができる溶接装置を提供すること。【解決手段】互いに直列に結合された油圧式シリンダ１７と空圧式シリンダ２３とを備え、それらシリンダの一方を固定すると共に、他方のシリンダを一方のシリンダのピストンロッドに固定し、他方のシリンダのピストンロッドに溶接電極９を固定し、空圧式シリンダ２３は油圧式シリンダ１７に比べてストロークが短く、油圧式シリンダ１７は、溶接電極９と被溶接物との間隔が所定の距離に至るまで、油圧ピストンロッド１７Ａを前進させて溶接電極９を前進させ、空圧式シリンダ２３は、溶接電極９と被溶接物とが接触すると、空圧ピストンロッド２３Ａを通して加圧力を被溶接物に与えることを特徴とする溶接装置。【選択図】図１
2010207903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の溶接電極と第２の溶接電極との間に溶接電流を流す電源を備え、一対の前記溶接電極の間に複数の被溶接物を挟んで前記電源から前記被溶接物に通電して溶接する溶接装置において、
固定物に固定されている油圧式シリンダと、
前記油圧式シリンダの油圧ピストンロッドに固定されて、前記油圧ピストンロッドの前進又は後退に伴って一緒に前進又は後退する空圧式シリンダと、
を備え、
前記空圧式シリンダは、前記油圧式シリンダに比べて、前記前進又は後退の方向の長さが短い構造であって、前記油圧ピストンロッドの前進速度よりも遅い速度で前進する空圧ピストンロッドを有し、
前記第２の溶接電極又は前記第１の溶接電極は、前記空圧式シリンダの空圧ピストンロッドに固定されており、
前記油圧式シリンダは、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物との間隔が所定の距離に接近するまで、前記油圧ピストンロッドを前進させて前記空圧式シリンダ及び前記空圧ピストンロッドに固定された前記第２の溶接電極又は前記第１の溶接電極を前進させ、
前記空圧式シリンダは、前記溶接電極と前記被溶接物とが接触すると、前記空圧ピストンロッドを通して加圧力を前記被溶接物に与え、
前記空圧式シリンダが前記被溶接物に加圧力をかけているときに、前記電源は一対の前記溶接電極の間に溶接電流を流して前記被溶接物を溶接することを特徴とする溶接装置。
【請求項２】
第１の溶接電極と第２の溶接電極との間に溶接電流を流す電源を備え、一対の前記溶接電極の間に複数の被溶接物を挟んで前記電源から前記被溶接物に通電して溶接する溶接装置において、
固定物に固定されている空圧式シリンダと、
前記空圧式シリンダの空圧ピストンロッドに固定されて、前記空圧ピストンロッドの前進又は後退に伴って一緒に前進又は後退する油圧式シリンダと、
を備え、
前記空圧式シリンダは、前記油圧式シリンダに比べて、前記前進又は後退の方向の長さが短い構造であって、前記油圧式シリンダの油圧ピストンロッドの前進速度よりも遅い速度で前進する空圧ピストンロッドを有し、
前記第２の溶接電極又は前記第１の溶接電極は、前記油圧ピストンロッドに固定されており、
前記油圧式シリンダは、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物との間隔が所定の距離に接近するまで、前記油圧ピストンロッドを前進させ、
前記空圧式シリンダは、前記空圧ピストンロッドを前進させて前記油圧式シリンダ及び前記油圧ピストンロッドに固定された前記第２の溶接電極又は前記第１の溶接電極を前進させ、前記溶接電極と前記被溶接物とが接触すると、前記空圧ピストンロッドと前記油圧式シリンダとを通して加圧力を前記被溶接物に与え、
前記空圧式シリンダが前記被溶接物に加圧力をかけているときに、前記電源は一対の前記溶接電極の間に溶接電流を流して前記被溶接物を溶接することを特徴とする溶接装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記油圧ピストンロッドの最大ストロークが、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物との間の最大距離の８割以上であり、かつ前記空圧ピストンロッドの最大ストロークが前記最大距離の２割以下であることを特徴とする溶接装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
前記空圧式シリンダはピストンにより隔てられた第１の圧力室と第２の圧力室とを有し、
前記第１の圧力室に接続された第１のパイプに比べて、前記第２の圧力室に接続された第２のパイプは前記第１のパイプよりも、単位時間当たりの空気通流量が大きくなっており、前記空圧式シリンダが前記被溶接物にかかる加圧力を急速に増大させるときには、前記第２のパイプは急速に前記第２の圧力室から圧縮空気を排気することを特徴とする溶接装置。
【請求項５】
第１の溶接電極と第２の溶接電極との間に溶接電流を流す電源を備え、一対の前記溶接電極の間に複数の被溶接物を挟んで前記電源から前記被溶接物に通電して溶接する溶接装置において、
固定物に固定されている油圧式シリンダと、
別の固定物に固定されている空圧式シリンダと、
を備え、
前記空圧式シリンダの空圧ピストンロッドには前記第１の溶接電極が固定され、
前記油圧式シリンダの油圧ピストンロッドには前記第２の溶接電極が固定され、
前記空圧式シリンダは、前記油圧式シリンダに比べて、前記前進又は後退の方向の長さが短い構造であって、前記油圧ピストンロッドの前進速度よりも遅い速度で前進する空圧ピストンロッドを有し、
前記油圧式シリンダは、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物との間隔が所定の距離に接近するまで、前記油圧ピストンロッドを前進させて前記第２の溶接電極を前進させ、
前記空圧式シリンダは、前記空圧ピストンロッドを前進させて前記第１の溶接電極を前進させ、前記溶接電極と前記被溶接物とが接触すると、前記空圧ピストンロッドを通して加圧力を前記被溶接物に与え、
前記空圧式シリンダが前記被溶接物に加圧力をかけているときに、前記電源は一対の前記溶接電極の間に溶接電流を流して前記被溶接物を溶接することを特徴とする溶接装置。
【請求項６】
固定物に固定されている油圧式シリンダの油圧ピストンロッドの前進及び該油圧ピストンロッドに固定された空圧式シリンダの空圧ピストンロッドの前進によって、一対の溶接電極の間に挟まれた複数の被溶接物に加圧力をかけた状態で一対の前記溶接電極の間に通電を開始して前記被溶接物を溶接する溶接方法であって、
前記油圧ピストンロッドを前進させて前記空圧式シリンダ及び前記空圧ピストンロッドに固定された一方の前記溶接電極を前進させ、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物とが接触する前に前記油圧ピストンロッドの前進を停止させ、
前記油圧ピストンロッドの前進動作の停止前又は停止後に、前記空圧ピストンロッドを前記油圧ピストンロッドの前進速度に比べて遅い速度で前進させて、一方の前記溶接電極を前進させて初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物とを接触させ、
前記溶接電極と前記被溶接物とが接触した後、前記空圧式シリンダが前記被溶接物にかかる加圧力を増大させ、
前記空圧式シリンダが前記被溶接物にかかる加圧力を増大させている期間中に、一対の前記溶接電極の間に溶接電流を流して前記被溶接物を溶接し、
その後、前記油圧ピストンロッド及び前記空圧ピストンロッドを後退させ、前記空圧ピストンロッドに固定された一方の前記溶接電極を後退させることを特徴とする溶接方法。
【請求項７】
固定物に固定されている空圧式シリンダの空圧ピストンロッドの前進及び該空圧ピストンロッドに固定された油圧式シリンダの油圧ピストンロッドの前進によって、一対の溶接電極の間に挟まれた複数の被溶接物に加圧力をかけた状態で一対の前記溶接電極の間に通電を開始して前記被溶接物を溶接する溶接方法であって、
前記油圧ピストンロッドを前進させて該油圧ピストンロッドに固定された一方の前記溶接電極を前進させ、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物とが接触する前に前記油圧ピストンロッドの前進を停止させ、
前記油圧ピストンロッドの前進動作の停止前又は停止後に、前記空圧ピストンロッドを前記油圧ピストンロッドの前進速度に比べて遅い速度で前進させて、前記油圧式シリンダ及び一方の前記溶接電極を前進させて前記溶接電極と前記被溶接物とを接触させ、
前記溶接電極と前記被溶接物とが接触した後、前記空圧式シリンダが前記被溶接物にかかる加圧力を増大させ、
前記空圧式シリンダが前記被溶接物にかかる加圧力を増大させている期間中に、一対の前記溶接電極の間に溶接電流を流して前記被溶接物を溶接し、
その後、前記油圧ピストンロッド及び前記空圧ピストンロッドを後退させ、一方の前記溶接電極を後退させることを特徴とする溶接方法。
【請求項８】
別々の固定物に固定されている油圧式シリンダと空圧式シリンダのそれぞれの油圧ピストンロッドと空圧ピストンロッドの前進によって、一対の溶接電極の間に挟まれた複数の被溶接物に加圧力をかけた状態で一対の前記溶接電極の間に通電を開始して前記被溶接物を溶接する溶接方法であって、
前記油圧ピストンロッドを前進させて該油圧ピストンロッドに固定されている一方の前記溶接電極を前進させ、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物とが接触する前に前記油圧ピストンロッドの前進を停止させ、
前記油圧ピストンロッドの前進動作の停止前又は停止後に、前記空圧ピストンロッドを前記油圧ピストンロッドの前進速度に比べて遅い速度で前進させて、前記空圧ピストンロッドに固定されている他方の前記溶接電極を前進させて、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物とを接触させ、
前記溶接電極と前記被溶接物とが接触した後、前記空圧式シリンダが前記被溶接物にかかる加圧力を増大させ、
前記空圧式シリンダが前記被溶接物にかかる加圧力を増大させている期間中に、一対の前記溶接電極の間に溶接電流を流して前記被溶接物を溶接し、
その後、前記油圧ピストンロッド及び前記空圧ピストンロッドを後退させ、双方の前記溶接電極を後退させることを特徴とする溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シリンダの組合せによって溶接電極を前進又は後退させる機構を有する溶接装置及び溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
同種の金属材料同士や、あるいは鉄系材料と銅材料などの異種金属同士を接合する方法が種々提案されている。その溶接方法の一つとして、コンデンサに充電した電荷を瞬時に放電して被溶接物にピーク値の大きな電流を流すことにより、短時間で抵抗溶接又は拡散接合するコンデンサ式溶接が広く知られている。特に、異種金属材料からなる被溶接物同士を拡散接合する場合には、短時間の間にピーク値の大きな溶接電流を流すと共に、その溶接電流の通電によって被溶接物が塑性流動化する際に溶接電極が高速で応答して被溶接物間を加圧し、被溶接物の塑性流動化した部分を高速で沈み込みを行うのが好ましいとされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、同種の金属材料同士又は異種金属同士を接合するリングマッシュ溶接も知られている（例えば、特許文献２参照）。この方法によれば、一方の被溶接物に形成された穴の近傍の塑性流動化された部分に、他方の被溶接物の一部分を塑性流動化させて押し込むことにより、比較的容易に溶接強度及び溶接外観の優れた溶接物を得ることができる。このリングマッシュ溶接においても、被溶接物が塑性流動化する際に溶接電極が高速で応答して被溶接物間を加圧し、一方の被溶接物の塑性流動化した部分を他方の被溶接物の穴部分に高速で沈み込ませるのが好ましいとされている。
【０００４】
従来、溶接装置の加圧機構として用いられていたのは油圧式シリンダ又は空圧式シリンダであるが、油圧式シリンダは溶接時の応答性という面では空圧式シリンダに劣り、また、空圧式シリンダは、その圧力容器（シリンダケーシング）の容積の大きさが所定値以上になると法規制を受け、また、設計圧力をＰ、圧力容器の容積をＶとするとき、それらの積であるＰＶ値が所定以上の容器では、更に厳しい法規制を受けることになる。したがって、従来の場合には、油圧式シリンダ又は空気圧力を利用して即応性を向上させた空油圧式シリンダ（例えば、特許文献３参照）が用いられている場合が多い。空圧式シリンダが用いられるのは、加圧力が小さいためにその圧力容器が法規制を受けない小さな容積にできる場合、あるいは被溶接物の高さが小さくて溶接電極間の最大距離が狭く、空圧式シリンダの長さ、換言すればストロークが小さく、圧力容器が法規制を受けない程度の小さな容積の場合などである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１９０５６９号公報
【特許文献２】特開２００４−０１７０４８号公報
【特許文献３】特開平０５−２７２５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前掲特許文献３で開示された空油圧式シリンダを用いた場合、溶接電極の前進及び後退運動の速度は向上するが、溶接電極が被溶接物に接触する際の衝撃が大きいので、緩やかに接触させようとすると、溶接電極の前進速度を制限しなければならず、また、溶接電極が被溶接物に接触した後の応答性を空圧式シリンダほど向上させることは難しい。つまり、溶接時に被溶接物の溶接箇所が塑性流動化又は溶融するとき、制御などの面から空油圧式シリンダが被溶接物の溶接箇所の塑性流動化又は溶融に追従して高速応答することができないという問題があった。このために、特に前述した異種金属の拡散接合、あるいはリングマッシュ溶接などでは、十分な溶接品質を得ることができないという問題があった。
【０００７】
したがって、本発明は前述の問題点を解決するために、別々の油圧式シリンダと空圧式シリンダとを直列関係に結合し、油圧式シリンダが主として溶接電極の前進距離、後退距離を分担し、空圧式シリンダが主として溶接電極へ加圧力をかける働きを行うようにする。このようにすることによって、被溶接物の高さが大きくても、油圧式シリンダの油圧ピストンロッドによる溶接電極の前進運動の速度を制限することなく最大ストロークまで前進させ、また、空圧式シリンダの空圧ピストンロッドが短い距離を低速で前進することにより、溶接電極が被溶接物に接触する際の衝撃を小さくし、ソフトに接触させることができ、しかも被溶接物の塑性流動化又は溶融に追従して溶接電極を高速応答させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、固定物に固定されている油圧式シリンダと、前記油圧式シリンダの油圧ピストンロッドに固定されて、前記油圧ピストンロッドの前進又は後退に伴って一緒に前進又は後退する空圧式シリンダとを備え、前記空圧式シリンダは、前記油圧式シリンダに比べて、前記前進又は後退の方向の長さが短い構造であって、前記油圧ピストンロッドの前進速度よりも遅い速度で前進する空圧ピストンロッドを有し、第２の溶接電極又は第１の溶接電極は、前記空圧式シリンダの空圧ピストンロッドに固定されており、前記油圧式シリンダは、初期には被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物との間隔が所定の距離に接近するまで、前記空圧ピストンロッドに固定された前記第１又は第２の溶接電極を前進させ、前記空圧式シリンダは、前記溶接電極と前記被溶接物とが接触すると、前記空圧ピストンロッドを通して加圧力を前記被溶接物に与え、前記空圧式シリンダが前記被溶接物に加圧力をかけているとき、一対の前記溶接電極間に溶接電流を流して溶接を行う。
【０００９】
したがって、前記第１の発明によれば、油圧ピストンロッドは予め決められた最大ストロークを前進、後退するだけであるので、高速度で動作させることができ、しかも短い距離を空圧ピストンロッドがゆっくり前進して溶接電極と被溶接物とを接触させているので、短時間で溶接電極を前進させることが可能でありながら、被溶接物に衝撃を与えることなく溶接電極を被溶接物にソフトに接触させることができる。また、別々の油圧式シリンダと空圧式シリンダとを直列に結合しているので、前進方向に垂直な面の断面積を双方の圧力容器とも任意に設計することが可能である。
【００１０】
第２の発明は、第１の溶接電極と第２の溶接電極との間に溶接電流を流す電源を備え、一対の前記溶接電極の間に複数の被溶接物を挟んで前記電源から前記被溶接物に通電して溶接する溶接装置において、固定物に固定されている空圧式シリンダと、前記空圧式シリンダの空圧ピストンロッドに固定されて、前記空圧ピストンロッドの前進又は後退に伴って一緒に前進又は後退する油圧式シリンダとを備え、前記空圧式シリンダは、前記油圧式シリンダに比べて、前記前進又は後退の方向の長さが短い構造であって、前記油圧式シリンダの油圧ピストンロッドの前進速度よりも遅い速度で前進する空圧ピストンロッドを有し、前記第２の溶接電極又は前記第１の溶接電極は、前記油圧ピストンロッドに固定されており、前記油圧式シリンダは、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物との間隔が所定の距離に接近するまで、前記油圧ピストンロッドを前進させ、前記空圧式シリンダは、前記空圧ピストンロッドを前進させて前記油圧式シリンダ及び前記油圧ピストンロッドに固定された前記第２の溶接電極又は前記第１の溶接電極を前進させ、前記溶接電極と前記被溶接物とが接触すると、前記空圧ピストンロッドと前記油圧式シリンダとを通して加圧力を前記被溶接物に与え、前記空圧式シリンダが前記被溶接物に加圧力をかけているときに、前記電源は一対の前記溶接電極の間に溶接電流を流して前記被溶接物を溶接を行う。したがって、第２の発明によれば、前記第１の発明と同じ効果を得ることができると共に、直径の大きな圧力容器になる可能性が高い空圧式シリンダを固定し、油圧式シリンダを前進、後退させるので、横ぶれを小さくでき、全体的に構成を簡略化でき、低コスト化ができる。
【００１１】
第３の発明は、前記第１の発明又は前記第２の発明において、前記油圧ピストンロッドの最大ストロークが、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物との間の最大距離の８割以上であり、かつ前記空圧ピストンロッドの最大ストロークが前記最大距離の２割以下であるので、空圧式シリンダを小内容積化することができる。したがって、油圧ピストンロッドを高速度で動作させ、空圧ピストンロッドを低速度で前進させることができるので、短時間で溶接電極を前進させることが可能でありながら、被溶接物に衝撃を与えることなく溶接電極を被溶接物にソフトに接触させることができる。
【００１２】
第４の発明は、前記第１の発明ないし前記第３の発明のいずれかにおいて、前記空圧式シリンダはピストンにより隔てられた第１の圧力室と第２の圧力室とを有し、前記第１の圧力室に接続された第１のパイプに比べて、前記第２の圧力室に接続された第２のパイプは前記第１のパイプよりも、単位時間当たりの空気通流量が大きくなっており、前記空圧式シリンダが前記被溶接物にかかる加圧力を急速に増大させるときには、前記第２のパイプは急速に前記第２の圧力室から圧縮空気を排気する。前記第２のパイプは急速に第２の圧力室から圧縮空気を排気できる構造になっているので、溶接の際に空圧式シリンダが被溶接物にかかる加圧力を急速に増大させことができる。
【００１３】
第５の発明は、第１の溶接電極と第２の溶接電極との間に溶接電流を流す電源を備え、一対の前記溶接電極の間に複数の被溶接物を挟んで前記電源から前記被溶接物に通電して溶接する溶接装置において、固定物に固定されている油圧式シリンダと、別の固定物に固定されている空圧式シリンダとを備え、前記空圧式シリンダの空圧ピストンロッドには前記第１の溶接電極が固定され、前記油圧式シリンダの油圧ピストンロッドには前記第２の溶接電極が固定され、
前記空圧式シリンダは、前記油圧式シリンダに比べて、前記前進又は後退の方向の長さが短い構造であって、前記油圧ピストンロッドの前進速度よりも遅い速度で前進する空圧ピストンロッドを有し、前記油圧式シリンダは、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物との間隔が所定の距離に接近するまで、前記油圧ピストンロッドを前進させて前記第２の溶接電極を前進させ、前記空圧式シリンダは、前記空圧ピストンロッドを前進させて前記第１の溶接電極を前進させ、前記溶接電極と前記被溶接物とが接触すると、前記空圧ピストンロッドを通して加圧力を前記被溶接物に与え、前記空圧式シリンダが前記被溶接物に加圧力をかけているときに、前記電源は一対の前記溶接電極の間に溶接電流を流して前記被溶接物を溶接している。したがって、空圧式シリンダと油圧式シリンダとを互いに直列に結合する必要が無く、溶接電極の横ぶれを小さくできる。
【００１４】
第６の発明は、固定物に固定されている油圧式シリンダの油圧ピストンロッドの前進及び該油圧ピストンロッドに固定された空圧式シリンダの空圧ピストンロッドの前進によって、一対の溶接電極の間に挟まれた複数の被溶接物に加圧力をかけた状態で一対の前記溶接電極の間に通電を開始して前記被溶接物を溶接する溶接方法であって、前記油圧ピストンロッドを前進させて前記空圧式シリンダ及び前記空圧ピストンロッドに固定された一方の前記溶接電極を前進させ、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物とが接触する前に前記油圧ピストンロッドの前進を停止させ、前記油圧ピストンロッドの前進動作の停止前又は停止後に、前記空圧ピストンロッドを前記油圧ピストンロッドの前進速度に比べて遅い速度で前進させて、一方の前記溶接電極を前進させて初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物とを接触させ、前記溶接電極と前記被溶接物とが接触した後、前記空圧式シリンダが前記被溶接物にかかる加圧力を増大させ、前記空圧式シリンダが前記被溶接物にかかる加圧力を増大させている期間中に、一対の前記溶接電極の間に溶接電流を流して前記被溶接物を溶接し、その後、前記油圧ピストンロッド及び前記空圧ピストンロッドを後退させ、前記空圧ピストンロッドに固定された一方の前記溶接電極を後退させているので、前記第１の発明と同等な効果を得ることができる。
【００１５】
第７の発明は、固定物に固定されている空圧式シリンダの空圧ピストンロッドの前進及び該空圧ピストンロッドに固定された油圧式シリンダの油圧ピストンロッドの前進によって、一対の溶接電極の間に挟まれた複数の被溶接物に加圧力をかけた状態で一対の前記溶接電極の間に通電を開始して前記被溶接物を溶接する溶接方法であって、前記油圧ピストンロッドを前進させて該油圧ピストンロッドに固定された一方の前記溶接電極を前進させ、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物とが接触する前に前記油圧ピストンロッドの前進を停止させ、前記油圧ピストンロッドの前進動作の停止前又は停止後に、前記空圧ピストンロッドを前記油圧ピストンロッドの前進速度に比べて遅い速度で前進させて、前記油圧式シリンダ及び一方の前記溶接電極を前進させて前記溶接電極と前記被溶接物とを接触させ、前記溶接電極と前記被溶接物とが接触した後、前記空圧式シリンダが前記被溶接物にかかる加圧力を増大させ、前記空圧式シリンダが前記被溶接物にかかる加圧力を増大させている期間中に、一対の前記溶接電極の間に溶接電流を流して前記被溶接物を溶接し、その後、前記油圧ピストンロッド及び前記空圧ピストンロッドを後退させ、一方の前記溶接電極を後退させているので、前記第２の発明と同様な効果を得ることができる。
【００１６】
第８の発明は、別々の固定物に固定されている油圧式シリンダと空圧式シリンダのそれぞれの油圧ピストンロッドと空圧ピストンロッドの前進によって、一対の溶接電極の間に挟まれた複数の被溶接物に加圧力をかけた状態で一対の前記溶接電極の間に通電を開始して前記被溶接物を溶接する溶接方法であって、前記油圧ピストンロッドを前進させて該油圧ピストンロッドに固定されている一方の前記溶接電極を前進させ、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物とが接触する前に前記油圧ピストンロッドの前進を停止させ、前記油圧ピストンロッドの前進動作の停止前又は停止後に、前記空圧ピストンロッドを前記油圧ピストンロッドの前進速度に比べて遅い速度で前進させて、前記空圧ピストンロッドに固定されている他方の前記溶接電極を前進させて、初期には前記被溶接物から離れた位置にある前記溶接電極と前記被溶接物とを接触させ、前記溶接電極と前記被溶接物とが接触した後、前記空圧式シリンダが前記被溶接物にかかる加圧力を増大させ、前記空圧式シリンダが前記被溶接物にかかる加圧力を増大させている期間中に、一対の前記溶接電極の間に溶接電流を流して前記被溶接物を溶接し、その後、前記油圧ピストンロッド及び前記空圧ピストンロッドを後退させ、双方の前記溶接電極を後退させているので、前記第５の発明と同様な効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被溶接物の高さが大きい場合、すなわち溶接電極の前進距離、後退距離が大きな場合でも適用できると共に、繰り返し溶接する場合の１回１回の溶接に要する時間（溶接タクトタイム）を短縮することができ、メンテナンスを簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１に係る溶接装置及び溶接方法を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例１に係る溶接装置に用いられるシリンダ部分及び関連部分を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例１に係る溶接装置及び溶接方法を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
【図４】本発明の実施例２に係る溶接装置の一部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
[実施例１]
図１ないし図３によって本発明に係る溶接の実施例１について説明する。図１は実施例１に係る溶接装置を示す図である。図２は、油圧式シリンダと空圧式シリンダの概要及び動作の一例を説明するための図である。図３は本発明に係る溶接の実施例１を説明するためのタイムチャートである。先ず、ここで用いる溶接という用語は鋼板同士などの一般的な抵抗溶接、プロジェクション溶接、一方の被溶接物の塑性流動化した部分を他方の被溶接物の塑性流動化した穴部分に高速で沈み込ませるリングマッシュ溶接、あるいは接合が難しいとされている銅材料とアルミニウム材料などのような異種金属の拡散接合を含むものとする。また、油圧式シリンダには、一般的な油圧式シリンダの他に、空圧も利用する空油圧式シリンダも含むものとする。
【００２０】
図示しない床などに据付けられる第１のベース部材１に支持機構３が固定されている。支持機構３は、種々の構造のものが考えられるが、一例として第１のベース部材１に垂直に立てられ、固定されている４本の支持柱などからなる。図１では、手前側に位置する２本の支持柱３Ａ、３Ｂのみが図示されている。これら支持柱は互いに平行である。なお、支持柱は好ましくは４本又は３本であるが、２本以上であればよい。又は他の構造であっても構わない。第１のベース部材１の上には第１の溶接電極７を保持するための電極本体５が固定され、その上に第１の溶接電極７が固定されている。
【００２１】
第１の溶接電極７には第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とが配置される。第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とはプロジェクションが形成された任意の形状の同種の金属材料又は異種の金属材料、あるいは銅又はアルミニウムのような高導電金属材料などであってもよい。また、第１の被溶接物Ｗ１が所定の径を有する穴を有し、溶接時に第２の被溶接物Ｗ２の塑性流動化した一部分が塑性流動化した前記穴に圧入される形状のものであっても良い。第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２は上述に限定されるものではない。第１の溶接電極７と対となる第２の溶接電極９については後述する。
【００２２】
支持機構３の上端部には第２のベース部材１１が取り付けられ、固定されている。第２のベース部材１１の上面から図面上方に延びる柱状部材１３が固定されている。柱状部材１３は好ましくは互いに平行な４本又は３本の円柱であるが、２本以上であればよい。図１では、手前側の２本の柱状部材１３Ａ、１３Ｂが図示されているだけである。柱状部材１３の上端部には支持部材１５が取り付けられ、固定されている。実施例１では、第２の溶接電極９の前進、後退の距離が長いので、油圧式シリンダ１７が必要とされ、支持部材１５の上面の中央に油圧式シリンダ１７が取り付けられ、固定されている。油圧式シリンダ１７は一般的な構造の油圧式シリンダであり、図示しないピストンの中央部から垂直下方向に延びる油圧ピストンロッド１７Ａを有する。油圧式シリンダ１７の油圧ピストンロッド１７Ａの最大の前進、後退の距離（最大ストローク）は、望ましくは第２の溶接電極９が初期の停止位置から第２の被溶接物Ｗ２に接触するまでの最大距離の８割以上に相当する長さに等しい。この場合には、油圧ピストンロッド１７Ａを高速で前進させても第２の溶接電極９が第２の被溶接物Ｗ２に衝突することは皆無であり、しかも第２の溶接電極９を第２の被溶接物Ｗ２の比較的近い位置まで前進させることができる。
【００２３】
油圧式シリンダ１７には流体を通流させるパイプ１９、２１が接続されている。油圧ピストンロッド１７Ａは、支持部材１５の中央に設けられた中央穴１５Ａを通して支持部材１５の下方向まで延びている。また、油圧ピストンロッド１７Ａの先端部は空圧式シリンダ２３の容器上端面の中央部に取り付けられ、しっかりと固定されている。したがって、油圧ピストンロッド１７Ａの前進、後退に伴って空圧式シリンダ２３そのものが前進、後退を行う。この実施例１の空圧式シリンダ２３は法規制を受けない容積、圧力のものであり、一例として内容積が０．０４ｍ３（４０リットル）未満で、前記ＰＶ値が０．０２以下の容器からなり、法規制を受ける場合と比べて大幅に装置の小型化が図られている。
【００２４】
なお、この実施例１では支持部材１５の上面の中央に油圧式シリンダ１７が取り付けられ、固定されているが、基本的には油圧式シリンダ１７そのものが動かないように所定の位置に固定されていれば良い。したがって、油圧式シリンダ１７はこの溶接装置の不図示の近傍の壁に固定、あるいは近傍の別の機器、又は近傍に別に設けられた支持柱などに固定されていても良い。この場合には、支持部材１５は油圧式シリンダ１７を支持する必要が無いので、板状のものでなくともよく、複数の柱状部材１３の上端部を互いに固定し合う働きを行う棒状のものを組み合わせた構造のものなどであってもよい。
【００２５】
空圧式シリンダ２３は、油圧式シリンダ１７の油圧ピストンロッド１７Ａの中心点を通り、垂直方向に延びる中心軸線Ｘ−Ｙ上に中心のある空圧ピストンロッド２３Ａを備える。ここでは、区別するために、油圧式シリンダ１７のピストンロッドを油圧ピストンロッド１７Ａと言い、空圧式シリンダ２３のピストンロッドを空圧ピストンロッド２３Ａと言う。また、油圧ピストンロッド１７Ａ及び空圧ピストンロッド２３Ａの前進とは、第２の溶接電極を第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２方向へ近づける方向への動きであり、油圧ピストンロッド１７Ａ及び空圧ピストンロッド２３Ａの後退とは第２の電極を被溶接物Ｗ１、Ｗ２から遠ざける方向への動きである。換言すれば、本発明では、油圧ピストンロッド、空圧ピストンロッドが伸びて長くなって行く場合を前進、没入して短くなって行く場合を後退という。
【００２６】
前述したように、油圧ピストンロッド１７Ａの最大ストロークが、第２の溶接電極９が初期の停止位置から第２の被溶接物Ｗ２に接触するまでの距離（最大距離という。）の８割以上の場合には、空圧ピストンロッド２３Ａの最大ストロークは第２の溶接電極９が初期の停止位置から第２の被溶接物Ｗ２に接触するまでの前記最大距離の２割以下でよいことになる。
【００２７】
空圧式シリンダ２３の側壁部分はぶれ防止部材２５に固定され、ぶれ防止部材２５は柱状部材１３を滑りながら、あるいは不図示の一般的な転がりベアリングなどを介して前進、後退するようになっており、空圧式シリンダ２３の横ぶれ、つまり中心軸線Ｘ−Ｙに直角な方向の振れを防ぐ働きを行う。空圧式シリンダ２３には気体を通流させる可撓性のパイプ２７、２９が接続されている。可撓性のパイプ２７、２９は空圧式シリンダ２３の前進、後退に対応できる可撓性を有する。
【００２８】
図２を用いて、油圧式シリンダ１７と空圧式シリンダ２３などの構成についてもう少し詳しく説明する。油圧式シリンダ１７はピストン１７Ｂにより隔壁されている第１の圧力室１７Ｃと第２の圧力室１７Ｄとを有する。パイプ１９は第１の圧力室１７Ｃへ、また、パイプ２１は第２の圧力室１７Ｄに通じている。パイプ１９、２１の途中には一般的な構成の切換弁３１Ａ、３１Ｂがそれぞれ備えられている。
【００２９】
空圧式シリンダ２３はピストン２３Ｂで隔壁されている第１の圧力室２３Ｃと第２の圧力室２３Ｄとを有する。可撓性のパイプ２７は第１の圧力室２３Ｃに通じている。可撓性のパイプ２９は第１の可撓性のパイプ２９Ａ、第２の可撓性のパイプ２９Ｂ、第３の可撓性のパイプ２９Ｃからなり、第２の圧力室２３Ｄに通じている。動作については後で詳述するが、可撓性のパイプ２９を可撓性のパイプ２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃで構成したのは、主として第２の圧力室２３Ｄの気圧を急速に減圧可能にするためである。しかし、可撓性のパイプ２９が短時間当たりの排気量が大きな径のパイプであれば、パイプ２９は単一の可撓性のパイプから構成されていても良い。４本の可撓性のパイプ２７、２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃの途中には一般的な構造の切換弁３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆがそれぞれ備えられている。
【００３０】
本発明の実施例１では、空圧式シリンダ２３は油圧式シリンダ１７に比べて、中心軸線Ｘ−Ｙ方向の長さが短い構造になっており、したがって空圧ピストンロッド２３Ａの前進、後退距離、つまりストロークは油圧ピストンロッド１７Ａのストロークよりも短く設定されている。一例を挙げると、油圧ピストンロッド１７Ａの最大ストロークが１００ｍｍのとき、空圧ピストンロッド２３Ａの最大ストロークは１０ｍｍである。本発明では、油圧式シリンダ１７は空圧式シリンダ２３及び第２の溶接電極９を前進、後退、つまり輸送する働きを行い、空圧式シリンダ２３は主に溶接時に必要な鍛圧（溶接時に被溶接物に加えられる加圧力）を与える役割を行う。
【００３１】
したがって、前述したＰＶ値を所定値以下、例えば０．０２以下に抑えると共に、容積を４０リットル未満に制限した上で、溶接時に必要な鍛圧を満足するためには、空圧式シリンダ２３は、その中心軸線Ｘ−Ｙに垂直な方向の断面積が油圧式シリンダ１７に比べて大きくなり、その分、中心軸線Ｘ−Ｙ方向の長さ、つまりストロークを短くしなければならない。このことは鍛圧が大きくなればなるほど顕著になる。前述したように、油圧ピストンロッド１７Ａの最大ストロークが前記最大距離（第２の溶接電極９が初期の停止位置から第２の被溶接物Ｗ２に接触するまでの距離）の８割以上であれば、空圧ピストンロッド２３Ａの最大の前進距離は前記最大距離の２割以下でよいので、前記条件に適う。
【００３２】
そして、空圧ピストンロッド２３Ａの前進距離は短くて済むので、第２の溶接電極９を低速度で前進させて第２の被溶接物Ｗ２にソフトに接触させても、その所要時間は短くて済む。本発明では、別々の油圧式シリンダ１７と空圧式シリンダ２３とを直列に結合しているので、法規制を受けない程度のＰＶ値、小容積の空圧式シリンダ２３によって、第２の溶接電極９の前進距離、後退距離が大きな場合でも、繰り返し溶接する場合の１回１回の溶接に要する時間を短縮することができると共に、第２の溶接電極９を被溶接物Ｗ２にソフトに接触させることができる。また、法規制を受けない場合には当然にメンテナンスなども簡単になる。
【００３３】
図１に戻って説明を続けると、空圧式シリンダ２３の空圧ピストンロッド２３Ａの先端部分には固定部材３３によって補助ロッド３５が固定されている。補助ロッド３５は、空圧ピストンロッド２３Ａそのものが必要とされる長さのものであれば不要であるが、第２の溶接電極９と被溶接物Ｗ２との距離が大きい場合などにロッドの長さを調整するために固定されている。補助ロッド３５の中心点は中心軸線Ｘ−Ｙ上に位置し、空圧ピストンロッド２３Ａ及び油圧ピストンロッド１７Ａに、中心軸線Ｘ−Ｙ方向以外の不要な力が加わらないようになっている。補助ロッド３５は第２のベース部材１１の穴１１Ａを通して下方向に延びており、補助ロッド３５の先端には第２の溶接電極９が取り付けられ、固定されている。ここでは、補助ロッド３５を含めて空圧ピストンロッド２３Ａとする。
【００３４】
第２のベース部材１１には、補助ロッド３５をガイドするガイド部材３７が固定されている。ガイド部材３７は補助ロッド３５の外面に軽く接触して、補助ロッド３５の前進、後退時に補助ロッド３５が横ぶれしないようにガイドするものである。ぶれ防止部材２５で空圧式シリンダ２３の横ぶれを防ぎ、かつ補助ロッド３５をガイド部材３７で横ぶれしないようにガイドしているので、空圧式シリンダ２３の空圧ピストンロッド２３Ａの加圧動作により第２の溶接電極９が第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２に与える加圧力の方向は、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２の接合面に対して高精度に直角の方向となる。このことは溶接品質を向上させる一因となっている。以上は、溶接装置の機構部分について主に説明したが、次に電源部分について説明する。
【００３５】
第１の溶接電極７には給電導体４１の一端が接続され、前進運動及び後退運動を行う第２の溶接電極９にはフレキシブル給電導体４３の一端が接続されている。給電導体４１の他端とフレキシブル給電導体４３の他端とに溶接用トランス４５の２次巻線４５Ｂが接続され、これに磁気的に結合された１次巻線４５Ａにはインバータ回路又は半導体スイッチ回路のような放電回路４７が接続されている。放電回路４７にはエネルギー蓄積用コンデンサ４９とそのコンデンサ４９を充電する充電回路５１とが接続されている。充電回路５１は交流電源端子５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃからの三相交流電力を直流に変換してエネルギー蓄積用コンデンサ４９を充電する。エネルギー蓄積用コンデンサ４９は、溶接電流の大きさに対応する個数の電解コンデンサが並列接続されたものである。電源部分は本件出願人が出願している公知のものでもよいので、特に詳しくは説明しない。なお、溶接条件により、入力電源は三相交流電源に代えて単相交流電源などでも勿論よい。
【００３６】
次に、図３も用いてこの溶接装置の動作について説明する。図１は初期の位置にあり、第１の溶接電極７と第２の溶接電極９との間の間隔が最大距離になっている。この状態で、不図示の自動供給機構、又は作業者によって第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２が第１の溶接電極７上に供給される。図３（Ｂ）に中心軸線Ｘ−Ｙ方向での油圧ピストンロッド１７Ａの先端の動作位置の変化を示す。図示しない自動供給機構が元の位置の方向に後退し始めるか、もしくは作業者により不図示の起動スイッチがオンになると、図３（Ｂ）に示すように時刻ｔ０で、図２の切換弁３１Ａと３１Ｂとが動作を開始し、不図示の油圧タンクから切換弁３１Ａ及びパイプ１９を通して流体（油）が第１の圧力室１７Ｃに供給されると同時に、第２の圧力室１７Ｄの流体がパイプ２１及び切換弁３１Ｂを通して不図示の油タンクに戻される。
【００３７】
これに伴い、図３（Ｂ）の傾斜線ｂ１で示すように、油圧ピストンロッド１７Ａは予め決められた時間、所定の速度で前進（図１、図２では第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２方向に伸びて行く。）する。油圧ピストンロッド１７Ａが前進するのに伴い、当然に空圧式シリンダ２３そのものも前進する。したがって、空圧式シリンダ２３の空圧ピストンロッド２３Ａが動かない状態でも、第２の溶接電極９は油圧ピストンロッド１７Ａの最大ストロークだけ前進する。油圧ピストンロッド１７Ａが最大ストロークだけ前進する時刻ｔ１で切換弁３１Ａ及び切換弁３１Ｂは流体を遮断し、第１の圧力室１７Ｃと第２の圧力室１７Ｄの圧力をそのまま保持する。これに伴い、図３（Ｂ）の直線ｂ２で示すように油圧ピストンロッド１７Ａが最大ストロークだけ前進した位置で停止し、その位置を保持する。この状態では、第２の溶接電極９は第２の被溶接物Ｗ２に接触せず、第２の溶接電極９と第２の被溶接物Ｗ２との間は予め決められた距離、例えば７ｍｍ程度は確実に離れている。このように、油圧ピストンロッド１７Ａは最大ストロークだけ前進しても、第２の溶接電極９が第２の被溶接物Ｗ２に接触せず、ストロークの制御が不要であるので、高速で前進することができる。
【００３８】
次に、同様に図３（Ｃ）に空圧ピストンロッド２３Ａの先端の動作位置の変化を示す。時刻ｔ１の直後の時間ｔ２までは空圧式シリンダ２３の第２の圧力室２３Ｄだけに圧縮空気が供給されているので、空圧式シリンダ２３の空圧ピストンロッド２３Ａは前進を行わず、図３（Ｃ）の直線ｃ１で示すように停止状態にある。このとき、空圧式シリンダ２３の第１の圧力室２３Ｃと第２の圧力室２３Ｄとは、例えば、溶接時に第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２にかけられる加圧力（鍛圧）のピーク値近傍の値に保持されているのが望ましい。時刻ｔ２で、切換弁３１Ｃ及び可撓性のパイプ２７を通して不図示の圧縮空気供給源から圧縮空気が空圧式シリンダ２３の第１の圧力室２３Ｃに供給される。
【００３９】
このとき、一例として空圧式シリンダ２３の第２の圧力室２３Ｄは、切換弁３１Ｄ〜３１Ｆの内の少なくとも１個の切換弁を通して不図示の圧縮空気供給源に接続されており、空圧式シリンダ２３の第２の圧力室２３Ｄの圧力は一定の値に保持されている。したがって、空圧式シリンダ２３のピストン２３Ｂ及び空圧ピストンロッド２３Ａは、図３（Ｃ）の直線ｃ２で示すように、第１の圧力室２３Ｃの圧力Ｐ１と第２の圧力室２３Ｄの圧力Ｐ２との差（Ｐ１−Ｐ２）によって前進する。
【００４０】
したがって、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）の増加の割合を調整することによって所望の速度で空圧ピストンロッド２３Ａを前進させることができるので、第２の溶接電極９は第２の被溶接物Ｗ２に不要な衝撃を与えることなくソフトに接触することができる。空圧式シリンダ２３の空圧ピストンロッド２３Ａの前進距離（ストローク）は油圧式シリンダ１７の油圧ピストンロッド１７Ａに比べて短いので、空圧ピストンロッド２３Ａを低速度で前進させても、その所要時間を短い時間に抑えることができる。空圧ピストンロッド２３Ａが前進するとき、ガイド部材３７が空圧ピストンロッド２３Ａに結合されている補助ロッド３５の横ぶれを防いでいるので、第２の溶接電極９は第２の被溶接物Ｗ２に高精度で垂直方向の加圧力を与えることができる。このことは溶接品質を向上させる一因ともなる。
【００４１】
前述の一例では、空圧式シリンダ２３の空圧ピストンロッド２３Ａは実施例１での最大ストロークが１０ｍｍの場合は、７ｍｍ程度前進し、図３（Ｃ）に示すように、時刻ｔ３で第２の溶接電極９は第２の被溶接物Ｗ２に接触して停止し、時刻ｔ４までその停止位置を保持する。これに伴い、図３（Ｃ）の直線ｃ３で示すように、時刻ｔ３〜ｔ４の期間、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２には図３（Ａ）の直線ａ１で示すような、前記圧力差（Ｐ１−Ｐ２）と、第２の溶接電極９、空圧ピストンロッド２３Ａ、ピストン２３Ｂ、固定部材３３、及び補助ロッド３５の重さに相当する加圧力とを加えた加圧力が印加される。この期間（時刻ｔ３〜ｔ４）の加圧力は、第１の溶接電極７と第１の被溶接物Ｗ１との間の接触状態、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との接触状態、第２の被溶接物Ｗ２と第２の溶接電極９との接触状態を安定させ、溶接品質の向上に寄与する。
【００４２】
次に、図３（Ｄ）に示すように、時刻ｔ４で鍛圧印加信号Ｓが発せられると、切換弁３１Ｄ〜３１Ｆは排気側に切り替えられ、空圧式シリンダ２３の第２の圧力室２３Ｄの圧力は急速に減圧される。このとき、空圧式シリンダ２３の第１の圧力室２３Ｃは切換弁３１Ｃ及び可撓性のパイプ２７を通して不図示の圧縮空気供給源に接続されている。したがって、空圧式シリンダ２３のピストン２３Ｂは、急速に増大する前進方向（図１、図２では下方向）の力を受けるので、被溶接物Ｗ１、Ｗ２には図３（Ａ）の直線ａ２で示すような急激に増大する鍛圧を受ける。
【００４３】
他方、エネルギー蓄積用コンデンサ４９は遅くとも時刻ｔ４までに充電回路５１により所望の電圧まで充電され、所定の電気エネルギーを蓄えている。時刻ｔ４の直後又は設定時間の後の時刻ｔ５で、充電回路５１が所定のスイッチング動作を行うことによって、溶接用トランス４５の１次巻線４５Ａ、２次巻線４５Ｂ、第１の溶接電極７及び第２の溶接電極９を通して第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２に、図３（Ｅ）に示すような溶接電流Ｉｗが流れる。前述のリングマッシュ溶接の場合、あるいは第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２がアルミニウム材料、又はアルミニウム材料に比べて導電率と溶融温度とが高い銅材料の場合、又は第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２の一方がアルミニウム材料で、他方が銅材料からなる場合などでは、溶接電流Ｉｗはパルス状の溶接電流、例えば２０ｍｓ程度以下、好ましくは１０ｍｓ程度以下のパルス幅を持つピーク値の大きな電流、例えばピーク値が数千アンペアから数百万アンペアの電流である。特に図示しないが、この実施例１の溶接装置は、好ましくはこのようなパルス幅の狭い急峻なパルス状電流が第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２との間に流れることができるように、給電導体４１、４３、溶接用トランス１４及び放電回路４７など、エネルギー蓄積用コンデンサ４９の放電電流が流れる通電路はインダクタンスを最小にする構造になっている。
【００４４】
第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２にかかる鍛圧が急激に増大している過程で、溶接電流Ｉｗが第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２を流れ、それらの溶接箇所が塑性流動化し始めると、急激に増大しつつある大きな鍛圧により、塑性流動化しつつある溶接箇所は沈み込むために、リングマッシュ溶接、あるいは異種金属の溶接、又は非常に高い導線率を有する金属の溶接であっても、溶接品質の高い溶接結果を得ることができる。
【００４５】
この点について詳しく説明すると、例えば溶接電流Ｉｗが２０ｍｓ程度以下の狭いパルス幅をもつピーク値の大きな単一のパルス状電流である場合には、溶接箇所の発熱が短時間で急激に増大し、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２の溶接箇所の四囲に逃げる熱を少なく抑えることができるので、周囲を変色、変形させずに溶接箇所を短時間で塑性流動化させることができる。このことと併せて、空圧式シリンダ２３の第２の圧力室２３Ｄの排気速度を向上させることにより、鍛圧の増大速度を高め、鍛圧が急激に増大している過程で、溶接箇所を塑性流動化させ、その塑性流動化した部分をその塑性流動化に高速で応答して沈み込ませているので、溶接箇所が好ましい状態で溶接される。つまり、リングマッシュ溶接、あるいは異種金属の溶接、又は非常に高い導電率を有する金属の溶接であっても、溶接箇所の周囲が変色や変形することがなく、溶接強度を高めるなど溶接品質を向上させることができる。なお、このとき、厳密に言えば、空圧ピストンロッド２３Ａは少し前進するが、第２の溶接電極９を第２の被溶接物Ｗ２に接触させるまで前進する距離に比べて小さいので、図３（Ｃ）では無視している。
【００４６】
そして溶接を安定化させ、溶接品質を確実なものにするために、図３（Ａ）の直線ａ３で示すように、鍛圧は時刻ｔ６までほぼ一定に保持され、ほぼ同時に時刻ｔ６で油圧式シリンダ１７の油圧ピストンロッド１７Ａ及び空圧式シリンダ２３の空圧ピストンロッド２３Ａが後退を始める。このとき、空圧式シリンダ２３は好ましくは、第１の圧力室２３Ｃの内部圧力を大気圧に戻しながら、第２の圧力室２３Ｄの内部圧力を高めることによって空圧ピストンロッド２３Ａを後退させる。油圧式シリンダ１７の油圧ピストンロッド１７Ａは所定の最大ストロークだけ後退し、次の溶接に備える。
【００４７】
実施例１の溶接装置及び溶接方法は、前述したように鋼板など一般的な金属材料のプロジェクション溶接などの抵抗溶接にも適用できる。この場合には、必要に応じて、図３（Ａ）の直線ａ３で示すように、鍛圧がほぼ一定（直線ａ３）に保持されている期間に、溶接電流Ｉｗを通電しても良い。また、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２が内部まで浸炭焼入れ処理されている高炭素鋼からなる場合には、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２にかかる加圧力がほぼ一定に保持されている期間の長さを管理し、その間に焼き戻しするための電流を流しても良い。
【００４８】
この処理を行うとき、加圧力をそのまま保持するか、あるいは油圧式シリンダ１７をそのままに保持し、空圧式シリンダ２３の空圧ピストンロッド２３Ａを後退させて、一旦、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２にかかっている加圧力を除去してもよい。そして再度、前述したように切換弁などを制御して、空圧ピストンロッド２３Ａを前進させ、所定の加圧力を第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２にかけた状態で前記焼き戻し用の電流を流しても良い。この場合には、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２にかかっている加圧力を一旦除去した後に加圧力を与える所要時間を短縮化できる。なお、必要に応じて、パルス状の溶接電流Ｉｗ、焼き戻しのためのパルス状電流は二つ以上であってもよい。
【００４９】
実施例１では、油圧式シリンダ１７の油圧ピストンロッド１７Ａの前進が停止した直後に、空圧式シリンダ２３の空圧ピストンロッド２３Ａが前進を開始したが、油圧ピストンロッド１７Ａの前進の停止と同時に、又は停止する直前に空圧ピストンロッド２３Ａが前進を開始してもよい。また、油圧ピストンロッド１７Ａの後退及び空圧ピストンロッド２３Ａの後退のタイミングは同時でなくとも構わない。空圧ピストンロッド２３Ａの前進のタイミングは、油圧ピストンロッド１７Ａの前進の停止時に、第２の溶接電極９が第２の被溶接物Ｗ２に接触しない範囲で行えばよい。また、溶接の種類または被溶接物の材質などに応じて、図２に示した切換弁３１Ｄ〜３１Ｆの排気のタイミング時間を制御することにより、図３（Ａ）の直線ａ２で示す加圧力の勾配を調整することが可能である。
【００５０】
［実施例２］
図４により本発明の実施例２について説明する。実施例２では、空圧式シリンダを所定位置に固定し、油圧式シリンダを空圧ピストンロッドに固定し、第２の溶接電極を油圧ピストンロッドに固定している。したがって、図４は溶接装置の全体を示さず、図１の溶接装置を変更した主な部分について図示している。図４において、図１で示した記号と同一の記号は同じ名称の部材を示すものとする。
【００５１】
支持部材１５の上面の中央に空圧式シリンダ２３が固定されている。空圧式シリンダ２３は、図示しないが、例えばその鍔部などがボルトなどによって支持部材１５にしっかりと固定されている。空圧式シリンダ２３の概略は図２に示したような構造のものであるが、第１の圧力室２３Ｃに接続されるパイプ２７、第２の圧力室２３Ｄに接続されるパイプ２９は可撓性のものである必要は無い。この実施例２でも、パイプ２９は排気容量を大きくするために、複数本のパイプ又は直径の大きなパイプからなる。空圧式シリンダ２３の空圧ピストンロッド２３Ａは支持部材１５の中央穴１５Ａを通して前記前進の方向に延びている。
【００５２】
空圧ピストンロッド２３Ａの先端部に油圧式シリンダ１７そのものが固定されている。空圧ピストンロッド２３Ａの中心点を通って前記前進の方向に延びる中心軸線Ｘ−Ｙ上に、油圧ピストンロッド１７Ａの中心点が存在するように、油圧式シリンダ１７を空圧ピストンロッド２３Ａに固定する。油圧ピストンロッド１７Ａは第２のベース部材１１の中央穴１１Ａを通して前記前進の方向に延びている。油圧ピストンロッド１７Ａの先端部に第２の溶接電極９が任意の固定方法で取り付けられている。第２の溶接電極９はその中心点が中心軸線Ｘ−Ｙ上にほぼ位置するように取付けられている。
【００５３】
油圧式シリンダ１７における図２に示した第１の圧力室１７Ｃには、流体を通流させる可撓性のパイプ１９が接続され、第２の圧力室１７Ｄには流体を流通させる可撓性のパイプ２１が接続されている。なお、パイプ１９、２１は可撓性が無くても油圧式シリンダ１７の前進運動、後退運動に全く悪影響を与えない。油圧ピストンロッド１７Ａは、ガイド部材３７により横ぶれすることが無いようにガイドされて前進、後退を行う。この実施例２でも、油圧式シリンダ１７は空圧式シリンダ２３に比べて前進、後退のストロークが長いが、直径が小さく、かつ圧力変化が小さいので、横ぶれは小さい。したがって、ガイド部材３７の働きだけで油圧ピストンロッド１７Ａを横ぶれすることなく前進、後退させることができる。図１では空圧式シリンダ２３をぶれ防止部材２５で支持しながら前進、後退させたが、実施例２では油圧式シリンダ１７をぶれ防止部材で支えていない。したがって、構造を簡素化、小型化、低コスト化することが可能である。しかし必要があれば、図１と同様にして油圧式シリンダ１７をぶれ防止部材で支えても良い。
【００５４】
動作については、実施例１のものとほぼ同様であるので、簡単に説明する。先ず、油圧式シリンダ１７の油圧ピストンロッド１７Ａが所定の最大ストロークだけ高速で前進して停止する。これによって、第２の溶接電極９が第２の被溶接物Ｗ２から僅かな所定距離だけ離れた位置まで前進し、停止する。次に、空圧式シリンダ２３の空圧ピストンロッド２３Ａが低速度で前進し、油圧式シリンダ１７及び第２の溶接電極９を低速度で前進させて第２の被溶接物Ｗ２にソフトに接触させ、先ず鍛圧に比べてかなり小さな加圧力を被溶接物間に与える。次に、空圧式シリンダ２３が油圧式シリンダ１７を介して急速に増大する加圧力を被溶接物に加え、その状態で溶接電流を通電して被溶接物同士を溶接する。溶接後、油圧式シリンダ１７及び空圧式シリンダ２３はそれぞれ油圧ピストンロッド１７Ａ、空圧ピストンロッド２３Ａを後退させて、第２の溶接電極９を第２の被溶接物Ｗ２から離す。
【００５５】
この実施例２でも、油圧ピストンロッド１７Ａが調整することなく最大ストロークだけ前進することによって第２の溶接電極９を第２の被溶接物Ｗ２に近い所定位置まで前進させ、空圧ピストンロッド２３Ａは短い距離を前進するだけで第２の被溶接物Ｗ２に接触するので、油圧ピストンロッド１７Ａを高速で前進させることができ、第２の溶接電極９が第２の被溶接物Ｗ２に接触するまでに要する時間を短縮することができ、しかも、空圧ピストンロッド２３Ａを低速度で前進させることによって、第２の溶接電極９を第２の被溶接物Ｗ２にソフトに接触させることができる。また、空圧式シリンダ２３によって被溶接物に急速に増大する加圧力をかけている期間にパルス状の溶接電流を通電することによって、従来溶接方法では良好な溶接品質を得るのが困難であった前述のリングマッシュ溶接、異種金属材料同士の溶接、あるいは高導電性の金属材料の溶接などにおいても、溶接外観、強度などの溶接品質を向上させることができる。
【００５６】
なお、以上の実施例１と実施例２では好ましい例としてコンデンサ式の溶接装置について説明したが、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２が鋼板などの場合には、溶接電流のパルス幅が前述のように狭い急峻な波形の電流である必要は無い。したがって、コンデンサ式の溶接装置でなく、インバータ回路で溶接電流波形を適当な波形に制御し得る溶接電源であっても構わない。また、実施例１、２では上方に位置する第２の溶接電極９を前進、後退する構造としたが、下側に位置する第１の溶接電極７を前進、後退させる構造としてもよい。
【００５７】
この場合の一例について、図１に示した実施例１に対応して簡単に説明すると、第１のベース部材１の上に油圧式シリンダ１７が固定され、垂直上方向に向いた油圧ピストンロッド１７Ａに空圧式シリンダ２３が固定され、垂直上方向に向いた空圧ピストンロッド２３Ａに第１の溶接電極７が固定される。第１の溶接電極７は油圧ピストンロッド１７Ａ又は空圧ピストンロッド２３Ａの前進又は後退によって一緒に移動できるようになっている。この場合、第２の溶接電極９は所定位置に固定されているのが一般的であるが、下記のように第１の溶接電極７と第２の溶接電極９の双方を逆方向に前進、後退させる構成（不図示）であっても良い。
【００５８】
これについて図１又は図４に示した実施例１、実施例２に対応して説明すると、油圧式シリンダ１７又は空圧式シリンダ２３が支持部材１５に固定され、垂直下方向に延びる油圧ピストンロッド１７Ａ又は空圧ピストンロッド２３Ａに第２の溶接電極９が固定される。そして、空圧式シリンダ２３又は油圧式シリンダ１７が第１のベース部材１の上に固定され、垂直上方向に向いた空圧ピストンロッド２３Ａ又は油圧ピストンロッド１７Ａに第１の溶接電極７が固定されてもよい。この場合には、第１の溶接電極７と第２の溶接電極９とが互いに逆方向に前進、後退を行い、油圧ピストンロッド１７Ａに固定された第２の溶接電極９又は第１の溶接電極７が長い距離を前進、後退し、空圧ピストンロッド２３Ａに固定された第１の溶接電極７又は第２の溶接電極９が短い距離を前進、後退する。
【００５９】
この場合にも、第２の溶接電極９と被溶接物Ｗ２とが所定の間隔になるまで、油圧ピストンロッド１７Ａが第２の溶接電極９を降下又は第１の溶接電極７を上昇させ、その後、空圧ピストンロッド２３Ａが第１の溶接電極７を上昇又は第２の溶接電極９を降下させて、第２の溶接電極９と被溶接物Ｗ２とをソフトに接触させる。この場合には、双方の溶接電極を動かすのでこの点では構成が複雑になるという問題はあるが、油圧式シリンダ１７と空圧式シリンダ２３とが直接直列に接続されておらず、双方のシリンダ共に固定であるので、横ぶれせず、したがって、横ぶれ防止対策を省略できるという効果がある。
【００６０】
また、被溶接物によっては、前記溶接電極のいずれか一方又は双方が水平方向に前進、後退可能な構造にし、不図示の溶接台の上に配置された被溶接物を左右両側から加圧して溶接するようにしても勿論よい。この場合も前記実施例１と同様に、固定された油圧式シリンダ１７の水平方向に延びる油圧ピストンロッド１７Ａに空圧式シリンダ２３が固定され、水平方向に向いた空圧ピストンロッド２３Ａに第２の溶接電極９が固定される。又は、実施例２と同様に、固定された空圧式シリンダ２３の水平方向に延びる空圧ピストンロッド２３Ａに油圧式シリンダ１７が固定され、水平方向に向いた油圧ピストンロッド１７Ａに第２の溶接電極９が固定されてもよい。また、第１の溶接電極７が同様にして前進、後退する構成であってもよい。この場合も、油圧ピストンロッド１７Ａの最大ストロークは長いから、横方向と縦方向へのぶれを防止するために、油圧ピストンロッド１７Ａをぶれ防止部材で水平方向にガイドするのが好ましい。
【００６１】
更にまた、第１の溶接電極７が油圧ピストンロッド１７Ａ又は空圧ピストンロッド２３Ａに固定され、第２の溶接電極９が空圧ピストンロッド２３Ａ又は油圧ピストンロッド１７Ａに固定されてもよい。この場合には、第１の溶接電極７及び第２の溶接電極９は動く距離は異なるものの、双方とも前進、後退する。なお、これらの場合にも前述したように、油圧ピストンロッド１７Ａの最大ストロークが、第２の溶接電極９が初期の停止位置から第２の被溶接物Ｗ２に接触するまでの距離（最大距離という。）の８割以上で、空圧ピストンロッド２３Ａの最大ストロークは第２の溶接電極９が初期の停止位置から第２の被溶接物Ｗ２に接触するまでの前記最大距離の２割以下であることが望ましい。
【００６２】
さらに、上記の請求項の他に、本発明の一例として、空圧式シリンダ又はその空圧ピストンロッドをガイドして横ぶれを防止する手段を備えているので、被溶接物同士の溶接面に互いに垂直方向の加圧力を与えることができるために、より一層、溶接品質を向上させることができる。
【００６３】
また、本発明の一例として、油圧ピストンロッドが前進又は後退するときに油圧ピストンロッドの横ぶれを防ぐためのぶれ防止部材を、油圧ピストンロッドに沿って備えているので、溶接物同士の溶接面に互いに垂直方向の加圧力を与えることができるために、より一層、溶接品質を向上させることができる。
【００６４】
また、本発明の一例として、空圧式シリンダの圧力容器の内容積が０．０４ｍ３未満と小さいので、特別な検査などが不要であり、メンテナンスも容易である。
【００６５】
また、本発明の一例として、空圧式シリンダが被溶接物にかける圧力を急速に増大させている期間に、一対の溶接電極の間に溶接電流を流すので、被溶接物の溶接箇所の塑性流動化又は溶融に即応して沈み込ませることができ、したがって、同種金属などの一般的な溶接は勿論のこと、従来、高い溶接品質を得るのが難しいとされている異種金属材料の溶接、前述のリングマッシュ溶接なども可能で、かつ溶接品質を向上させることができる。
【００６６】
また、本発明の一例として、空圧式シリンダはピストンにより隔てられた第１の圧力室と第２の圧力室とを有し、前記第１の圧力室に接続された第１のパイプに比べて、前記第２の圧力室に接続された第２のパイプは前記第１のパイプよりも、単位時間当たりの空気通流量が大きくなっており、前記溶接電極と前記被溶接物とが接触するまで、前記第２の圧力室の排気をせずに前記第１の圧力室に空気を供給して、前記油圧ピストンロッドの前進速度に比べて遅い速度で、前記空圧ピストンロッドを前進させて、前記溶接電極と前記被溶接物とを低速度で接触させ、前記溶接電極と前記被溶接物とが接触した後には、前記空圧式シリンダ内の排気を高速で行って前記空圧ピストンロッドの前進方向の力を急速に大きくすることにより、前記被溶接物にかかる加圧力を急速に増大させている。したがって、被溶接物に衝撃を与えることなく溶接電極と被溶接物とをソフトに接触させることができるのにもかかわらず、溶接時に急速に増大する加圧力を被溶接物に印加することができ、溶接電極の動作の即応性を向上させることができる。
【００６７】
また、本発明の一例として、溶接後、前記加圧力を前記被溶接物に与えたままで、又は前記空圧ピストンロッドを一旦後退させた後、再び前進させて所定の加圧力を再び前記被溶接物に与え、前記所定の加圧力を前記被溶接物に与えた状態で再び電流を流して、焼き戻し処理を行うので、短時間で溶接電極の前進、後退がでるだけでなく、良好な焼き戻しができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
鋼板などの一般的な金属材料からなる被溶接物同士、又は銅又はアルミニウム材料のような高導電性金属材料からなる被溶接物同士、あるいはそれらの異種金属材料からなる被溶接物同士の抵抗溶接、拡散接合、リングマッシュ溶接など各種の溶接に適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
Ｗ１・・・第１の被溶接物
Ｗ２・・・第２の被溶接物
１・・・第１のベース部材
３・・・支持機構
３Ａ、３Ｂ・・・支持柱
５・・・電極本体
７・・・第１の溶接電極
９・・・第２の溶接電極
１１・・・第２のベース部材
１３・・・柱状部材
１３Ａ、１３Ｂ・・・柱状部材
１５・・・支持部材
１５Ａ・・・支持部材１５の中央穴
１７・・・油圧式シリンダ
１７Ａ・・・油圧ピストンロッド
１７Ｂ・・・ピストン
１７Ｃ・・・第１の圧力室
１７Ｄ・・・第２の圧力室
１９、２１・・・パイプ
２３・・・空圧式シリンダ
２３Ａ・・・空圧ピストンロッド
２３Ｂ・・・ピストン
２３Ｃ・・・第１の圧力室
２３Ｄ・・・第２の圧力室
２５・・・ぶれ防止部材
２７・・・パイプ
２９、２９Ａ〜２９Ｃ・・・パイプ
３１Ａ〜３１Ｆ・・切換弁
３３・・・固定部材
３５・・・補助ロッド
３７・・・ガイド部材
４１・・・給電導体
４３・・・フレキシブル給電導体
４５・・・溶接用トランス
４５Ａ・・・１次巻線
４５Ｂ・・・２次巻線
４７・・・放電回路
４９・・・エネルギー蓄積用コンデンサ
５１・・・充電回路
５３Ａ〜５３Ｃ・・・交流電源端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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