(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
径に比べて長いロッド状の第一の被溶接物と第二の被溶接物とを抵抗溶接を行う抵抗溶接装置において、
溶接時に加えられる圧力に耐え得る機械的強度を有するベース機構と、
Ｘ方向とＹ 方向に前記第二の被溶接物を移動させることが可能なＸ、Ｙ方向駆動機構と、
前記第二の被溶接物を支承し、直動ガイド機構を介して前記Ｘ、Ｙ方向駆動機構の一部分に結合される支承機構と、
前記Ｘ、Ｙ方向駆動機構と前記支承機構との間に備えられて、外部から圧力が加わらない状態では前記支承機構を前記ベース機構から浮かせ、前記支承機構の上下運動を可能にするスプリング機構と、
前記第一の被溶接物を支承し得る第一の溶接電極と、
該第一の溶接電極と共働して前記第一の被溶接物と前記第二の被溶接物との接合面に溶接電流を流し得る第二の溶接電極とを備え、
前記第一の溶接電極の長手方向の途中に、前記第一の被溶接物を把持して位置決めを行う位置決め機構を有し、該位置決め機構が前記第一の溶接電極と一緒に動くように備えられていることを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項２】
請求項１において、前記溶接電流の通流時に少なくとも第一の溶接電極が前記被溶接物に加える加圧力を前記溶接電流が実質的にゼロになった以降も保持し、前記第一の被溶接物と第二の被溶接物の溶接部の温度が変態点程度まで低下したとき単一のパルス状電流を流して焼き戻しを行った後、前記第一の溶接電極の加圧力を開放することを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項３】
径に比べて長いロッド状の第一の被溶接物と第二の被溶接物との間に溶接電流を流して抵抗溶接を行う第一の溶接電極と第二の溶接電極とを有する抵抗溶接装置において、
前記第一の溶接電極の長手方向の途中に、前記第一の被溶接物を把持して位置決めを行う位置決め機構を備え、
該位置決め機構は、前記第一の溶接電極の途中の開孔から前記長手空洞内の設定位置まで延びる第一の位置決め部材と、前記第一の溶接電極の長手方向壁の途中に設けられた開口を通して前進、後退して選択的に前記ロッド状の第一の被溶接物を前記第一の位置決め部材と共働して把持することにより位置決めを行う第二の位置決め部材とからなることを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項４】
径に比べて長いロッド状の第一の被溶接物と第二の被溶接物との間に溶接電流を流して抵抗溶接を行う第一の溶接電極と第二の溶接電極とを有する抵抗溶接方法において、
前記第一の溶接電極の長手方向の途中に、前記第一の被溶接物を把持して位置決めを行う位置決め機構を備え、
前記位置決め機構が前記第一の被溶接物を把持し、位置決め状態を保持したまま前記第一の溶接電極と一緒に下降すると共に、
Ｘ方向とＹ 方向に前記第二の被溶接物を自由に移動させることが可能なＸ、Ｙ 方向駆動機構が、前記第一の被溶接物と前記第二の被溶接物とを合致させるように駆動し、
前記第一の被溶接物と前記第二の被溶接物との接合部に単一の大きなパルス状溶接電流を流して、前記第一の被溶接物 と前記第二の被溶接物とを溶接する抵抗溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、二つの被溶接物を抵抗溶接、特に自動車エンジンのロータとシャフトなどをインダイレクト溶接するのに適した抵抗溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロータとシャフトとをインダイレクト溶接する抵抗溶接電極構造について記述した例として、特開平3-57570 号公報がある。これは、シャフトに対するロータの同軸度を高めるために溶接電極をダイセット構造にしたところに特徴があり、シャフト用溶接電極をガイドポストに沿って上下運動させることにより、溶接電極の左右の振れを非常に小さくすることができ、したがってそれら溶接電極のそれぞれに支承されたシャフトとロータとの同軸度を高めることができた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インダイレクト溶接方式で、ダイセット構造の溶接電極をもった抵抗溶接装置においては、溶接時に上方と下方の双方から加圧力を加える機構が必要となる。そして、下方から加圧力を加える機構が、上方から加圧力を安定して受けとめるためには、上方からの加圧力のほぼ２倍程度の加圧力を与える機構である必要がある。例えば、溶接時における上方からの加圧力が約3 トンの場合には、下方からの加圧力は6トン程度でなければならず、非常に大きな加圧機構が必要になり、装置が大型化するばかりでなく、コストの高いものになってしまうという欠点がある。
【０００４】
したがって、この発明では溶接電極をダイセット構造とせずに被溶接物同士の同軸精度を維持し、下方から加圧力を付与することなく溶接を行う抵抗溶接装置及び方法を提供することを主目的とする。
【０００５】
【問題を解決するための手段】
前述のような課題を解決するため、第一の発明では、径に比べて長いロッド状の第一の被溶接物と第二の被溶接物とを抵抗溶接を行う抵抗溶接装置において、溶接時に加えられる圧力に耐え得る機械的強度を有するベース機構と、Ｘ方向とＹ 方向に前記第二の被溶接物を移動させることが可能なＸ、Ｙ方向駆動機構と、前記第二の被溶接物を支承し、直動ガイド機構を介して前記Ｘ、Ｙ方向駆動機構の一部分に結合される支承機構と、前記Ｘ、Ｙ方向駆動機構と前記支承機構との間に備えられて、外部から圧力が加わらない状態では前記支承機構を前記ベース機構から浮かせ、前記支承機構の上下運動を可能にするスプリング機構と、前記第一の被溶接物を支承し得る第一の溶接電極と、該第一の溶接電極と共働して前記第一の被溶接物と前記第二の被溶接物との接合面に溶接電流を流し得る第二の溶接電極とを備え、前記第一の溶接電極の長手方向の途中に、前記第一の被溶接物を把持して位置決めを行う位置決め機構を有し、該位置決め機構が前記第一の溶接電極と一緒に動くように備えられていることを特徴とする抵抗溶接装置を提供する。
【０００６】
前述のような課題を解決するため、第二の発明では、第一の発明において、前記溶接電流の通流時に少なくとも第一の溶接電極が前記被溶接物に加える加圧力を前記溶接電流が実質的にゼロになった以降も保持し、前記第一の被溶接物と第二の被溶接物の溶接部の温度が変態点程度まで低下したとき単一のパルス状電流を流して焼き戻しを行った後、前記第一の溶接電極の加圧力を開放することを特徴とする抵抗溶接装置を提供する。
【０００７】
前述のような課題を解決するため、第三の発明では、径に比べて長いロッド状の第一の被溶接物と第二の被溶接物との間に溶接電流を流して抵抗溶接を行う第一の溶接電極と第二の溶接電極とを有する抵抗溶接装置において、前記第一の溶接電極の長手方向の途中に、前記第一の被溶接物を把持して位置決めを行う位置決め機構を備え、該位置決め機構は、前記第一の溶接電極の途中の開孔から前記長手空洞内の設定位置まで延びる第一の位置決め部材と、前記第一の溶接電極の長手方向壁の途中に設けられた開口を通して前進、後退して選択的に前記ロッド状の第一の被溶接物を前記第一の位置決め部材と共働して把持することにより位置決めを行う第二の位置決め部材とからなることを特徴とする抵抗溶接装置を提供する。
【０００８】
前述のような課題を解決するため、第４の発明では、径に比べて長いロッド状の第一の被溶接物と第二の被溶接物との間に溶接電流を流して抵抗溶接を行う第一の溶接電極と第二の溶接電極とを有する抵抗溶接方法において、前記第一の溶接電極の長手方向の途中に、前記第一の被溶接物を把持して位置決めを行う位置決め機構を備え、前記位置決め機構が前記第一の被溶接物を把持し、位置決め状態を保持したまま前記第一の溶接電極と一緒に下降すると共に、Ｘ方向とＹ方向に前記第二の被溶接物を自由に移動させることが可能なＸ、Ｙ 方向駆動機構が、前記第一の被溶接物と前記第二の被溶接物とを合致させるように駆動し、前記第一の被溶接物と前記第二の被溶接物との接合部に単一の大きなパルス状溶接電流を流して、前記第一の被溶接物と前記第二の被溶接物とを溶接する抵抗溶接方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態及び実施例】
先ず図1及び図2により本発明にかかる抵抗溶接装置の一実施例を説明する。図1及び図2において、第一の溶接電極１はシャフトのような第一の被溶接物3 の先端部分を除いて受け入れることのできる長手空洞1aを有し、溶接電流を供給すると共に、図示していない加圧機構により、溶接時には下方の加圧力を与える。
【００１０】
第一の溶接電極1 の長手方向の途中には位置決め機構2が配置されている。位置決め機構2 は、第一の溶接電極1 と一緒に動くように設けられており、第一の溶接電極1 の途中に固定されて長手空洞1a内まで延びる固定位置決め部材2aと、第一の溶接電極1 の長手方向壁の途中に設けられた開口1bを通して前進、後退してロッド状の第一の被溶接物1 の位置決めを、固定位置決め部材2aと共働して選択的に行う可動位置決め部材2bとからなる。
【００１１】
固定位置決め部材2aの先端部は、第一の溶接電極1の長手空洞1a内に挿入されるロッド状の第一の被溶接物3 に２点で当接するようV 字状溝2a1を有する。可動位置決め部材2bは、例えばシリンダ装置であり、シリンダ本体2b1から延びて前進、後退を行うシリンダロッド2b2 の先端側にそのロッドよりも径の大きな円柱状部材2b3 が取り付けられおり、その円柱状部材2b3 の先端平坦面と固定位置決め部材2aのV 字状溝2a1 とでロッド状の第一の被溶接物3を把持できるようになっている。
【００１２】
第一の被溶接物3 は、例えば自動車エンジンのタービンのシャフトであり、その先端は第一の溶接電極1 の長手空洞1aの径よりも大きな径を持つ大径部分3aになっており、その大径部分の上端面が第一の溶接電極1 の平坦な下端面に当接するまで、第一の溶接電極1 の長手空洞1a内に挿入される。
【００１３】
第一の被溶接物3 と溶接されるロータのような第二の被溶接物4は、第一の被溶接物3 の溶接面よりも大きな溶接面4aを有し、その溶接面にはプロジェクションとして作用する環状突起4bが形成されている。そして、第二の被溶接物4は支承台5 上にてコレットチャック機構6により選択的に把持、開放される。コレットチャック機構6 は通常のものであり、中心静止部材6aと、これに対してある角度の範囲で斜め方向( 矢印方向) に運動を行うことにより拡縮径動作を行って第二の被溶接物4 を選択的に把持、開放するコレットチャク爪6bと、
コレットチャク爪6bをそのように動作させる締付け・開放部材6cとからなる。
【００１４】
第二の溶接電極7 は二つの電極部分7a、7bからなり、図示していない駆動装置により左右方向及び上下方向、又は斜め方向に運動できるようになっている。溶接時には、二つの電極部分7a、7bの下平坦面が第二の被溶接物4 の溶接面4aに加圧力を与えると共に、それぞれの先端面7a1 と7b1 が僅かな間隔をおいて向き合い、第一の被溶接物3 の大径部分3aに接触することがないよう、大径部分3aの径よりも幾分大きな径の仮想穴を画成する。
【００１５】
通常、コレットチャック機構6 のベース部材6aは金属材料からなるので、電気絶縁材料からなる絶縁板8 を介して支持台9 の上に設置され、コレットチャック機構6 に溶接電流の一部分が流れるのを防ぐようになっている。支持台9 は円柱状の支柱部材10により支えられており、支柱部材10の外面には直動ガイド機構として直動ベアリング部材11の内輪( 図示せず) が固定されており、直動ベアリング部材11の外輪( 図示せず) はX,Y 方向駆動機構12の一部分に固定されている。
【００１６】
直動ガイド機構11又は支柱部材10の外壁を囲むようにスプリング部材13が配置されており、スプリング部材13は支持台9 の下面とX,Y 方向駆動機構12の一部分との間にあって、第二の被溶接物4 、コレットチャック機構6、支柱部材10などの重量の和に打ち勝つ弾性力をもっている。したがって、支柱部材10の下端に固定された受け台14は、加圧力を受けていないときにはベース機構15の上面から浮くようになっている。直動ガイド機構11は支柱部材10の上下運動が滑らかに行えるのを助ける働きを行う。
【００１７】
X,Y方向駆動機構12は、ベース機構15の上面に設置されたX 方向駆動部材12A と、その上に設けられてX方向駆動部材12A と一緒に運動する受け部材12Bと、受け部材12B の上に設置されて、平面上においてX方向とは直角なY方向に運動するY 方向駆動部材12C と、それら駆動部材をマニュアルで操作又は自動的に駆動する操作・駆動機構12D からなる。X 方向駆動部材12A はベース機構15の上面に敷設されたX 方向レール12A1と、そのX 方向レール12A1を滑動するX 方向スライダ部材12A2とからなる。Y 方向駆動部材12C も同様に、Y 方向に延びるY 方向レール12C1と、Y 方向レール12C1を滑動するY 方向スライダ部材12C2とからなる。
【００１８】
したがって、前述のように加圧力を受けていないときには支柱部材10及びその下の受け台14はベース機構15の上面から浮いているので、また支持台9の下面がY 方向スライダ部材12C2の上面から離れているので、支柱部材10及びそれに支承された第二の被溶接物4はX,Y 方向駆動機構12により容易にX 方向又はY 方向に運動できる。
【００１９】
操作・駆動機構12D はマニュアル操作の場合には、X方向、Y 方向それぞれのハンドル(図示せず) を回すことによりX 方向駆動部材12A とY 方向駆動部材12C を駆動する通常のものである。また、自動的に駆動を行う場合には、図示していない画像処理装置において、光学的に第二の被溶接物4 の円周上の等間隔の点を、例えば12点(30 °間隔) あるいは18点(20 °間隔) で検出して仮想の平均中心点を求め、その平均中心点に第一の被溶接物3 の中心点が合致するように、サーボモータを駆動することにより、高精度の位置合わせを自動的に行える。
【００２０】
図 3はこの抵抗溶接装置の簡単な溶接回路を示し、Reは交流電源PSからの交流電力を制御された直流電力に変換する電力制御型の整流回路であり、一般にサイリスタとダイオードを組み合わせた回路構成のものからなる。コンデンサC は必要とされる容量によって複数並列接続されており、整流回路Reからの直流電力で充電される。コンデンサCに充電されたエネルギーは放電用制御型スイッチSWを閉じることにより、溶接トランスTを通して非常に短時間の間にそのほとんどが放電され、第一、第二の被溶接物W1、W2を通して第一、第二の溶接電極E1、E2間を大きな電流が流れる。ここで、第一、第二の被溶接物W1、W2はそれぞれ図 1、図 2の被溶接物3 、4 に、また第一、第二の溶接電極E1、E2は溶接電極1 、7 に対応する。
【００２１】
次に、溶接時の動作について説明を行う。先ず、第一の溶接電極1 は上限まで上昇しており、第二の溶接電極7の二つの電極部分7a、7bはそれぞれ設定位置まで右方向、左方向に移動して静止している。さらに、コレットチャク爪6bも開いた状態、つまり拡径状態にある。
【００２２】
このような静止状態において、第一の溶接電極1 の長手空洞1a内に第一の被溶接物3 を挿入し、その大径部3aの上端面が第一の溶接電極1 の下端面に当接した時点で、位置決め機構2を動作させて可動位置決め部材2bを前進させ、図示のように固定位置決め部材2aと共働して第一の被溶接物3 を把持し、位置決め状態を保持する。このとき固定位置決め部材2aが邪魔になって円滑に第一の溶接電極1を挿入できない場合には、固定位置決め部材2aの下面を傾斜面とすれば良い。一方、第二の被溶接物4 を支承台5 上に載置し、コレットチャク機構6を作動させて、図示のように第二の被溶接物4 をコレットチャク爪6bに把持させる。
【００２３】
この状態では前述したように、スプリング部材13の反発力により支柱部材10の下面に固定された受け台14はベース機構15の上面から離れており、また支持台9 の下面がY 方向スライダ部材12C2の上面から離れている。この状態で、操作・駆動機構12D を動作させ、X,Y 方向駆動機構12を駆動して支柱部材10をX 方向,Y方向に動かして第一の被溶接物3 の中心点に第二の被溶接物4の中心点を合致させる。その合致した位置でX,Y 方向駆動機構12を停止させ、動かないようラッチする。
【００２４】
しかる後、可動位置決め部材2bと固定位置決め部材2aとが共働して第一の被溶接物3 を把持した状態を保持しながら、第一の溶接電極1を下降させ、第一の被溶接物3 の溶接面を第二の被溶接物4の環状突起4bに当接させる。その一方で、図示していない駆動機構で第二の溶接電極7 の二つの部分7a,7b を互いに水平方向に前進させて近づけ、図 1に示すように二つの部分7a,7bの相対する対向面が第一の被溶接物3 の大径部3aに接触せずに僅かな所定間隔離れた位置で水平方向の運動を停止させる。次に、二つの部分7a,7b を下降させてそれら二つの部分7a,7bを第二の被溶接物4 の溶接面4aに当接させ、図示していない加圧機構でもって適当な加圧力を与えて、第二の溶接電極7 と第二の被溶接物4 の溶接面4aとの間の接触抵抗を小さくする。
【００２５】
それと同時に、図示していない加圧機構でもって、第一の溶接電極1 に、第二の溶接電極7 に加えた加圧力よりも大きな下方向の加圧力（鍛圧）を加える。これに伴い、スプリング部材13は収縮してそれら加圧力は支柱部材10、受け台14などを通してベース機構15に加えられる。この時点で、位置合わせ機構2を動作させてその可動位置決め部材2bを後退させても、第一の被溶接物3は動かないので全く問題がない。
【００２６】
この状態で、図 3に示す放電用制御型スイッチSWを閉じることにより、コンデンサC に充電されたエネルギーは一気に放電され、第一の溶接電極1 から第一の被溶接物3 と第二の被溶接物4 との接合部を通して第二の溶接電極7 に単一の大きなパルス状溶接電流が流れ、第一の被溶接物3 と第二の被溶接物4 の溶接が行われる。
【００２７】
この状態では被溶接物3 、4 の溶接部に焼き入れが行われ、金属材料によっては脆くなっているおそれがあるので、必要に応じて焼き戻しを行うために、再度、第一の被溶接物3 と第二の被溶接物4 との接合部を通して電流を流す。この焼き戻しは、パルス状溶接電流よりも小さな、例えば7-8 割り程度の大きさで実質的な時間幅が50ミリ秒程度以下の単一のパルス状電流を、溶接部の温度が変態点程度まで低下したときに流すことにより行われる。この焼き戻しを行う際に重要なことは、第一の溶接電極1 、第二の溶接電極7 の加圧状態をそのまま保持することであり、これにより溶接電極1 と被溶接物3 との当接面、及び溶接電極7 と被溶接物4 との当接面がそれぞれ十分に馴染んでいるので、良好な焼き戻しを50ミリ秒程度以下の短かい時間で行える。ここで実質的な時間幅とは、電流値がそのピーク値の10% 以上のレベルにある時間をいう。
【００２８】
このような溶接及び焼き戻し工程が終了すると、直ちに第一の溶接電極1 は上昇させられ、第二の溶接電極7も一旦上方向に上がった後に水平方向に後退させられ、またコレットチャック機構6 も拡径動作を行う。その後、溶接された第一の被溶接物3 と第二の被溶接物4 を取り出し、溶接工程の1サイクルが完了する。
【００２９】
なお、以上述べた実施例において、被溶接物の金属材料によっては焼き戻し工程を省略することができ、また第二の溶接電極7 を省略し、絶縁板8 を削除して、電流が支承台5 、コレットチャック機構6
の中心静止部材6a、支持台9 、支柱部材10、受け台14を通してベース機構15に流れるようにしても良い。また、第二の被溶接物4 が立方体、直方体又は円筒体などのような安定した形状のものの場合にはコレットチャック機構も省略可能である。さらにまた、位置決め機構2 は1 回の溶接が完了するまで第一の被溶接物3 を把持していても良く、ストッパ機構で位置を固定できる構造とする場合にはその固定位置決め部材2aを可動のものにすることも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明では、溶接電極をダイセット構造とせずに、しかも下方から加圧力を付与することなく被溶接物同士の同軸精度を維持しながら溶接を行う抵抗溶接装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1 】  本発明に係る抵抗溶接装置の一実施例を示す図である。
【図2 】  図１に示した抵抗溶接装置の一部分を示す図である。
【図3 】  本発明が適用される電気回路の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
1 ・・・第一の溶接電極                ２・・・位置決め機構
3 ・・・第一の被溶接物                4・・・第二の被溶接物
5 ・・・支承台                        6 ・・・コレットチャック機構
7 ・・・第二の溶接電極                8 ・・・絶縁板
9 ・・・支持台
10・・・支柱部材
11・・・直動ガイド機構
12・・・X,Y 方向駆動機構
13・・・スプリング部材                14・・・受け台
15・・・ベース機構
【図１】
0003644831.tif 000002
【図２】
0003644831.tif 000003
【図３】
0003644831.tif 000004