(57)【要約】【課題】スタッド溶接ガンにおいて、溶接チップの先端部の位置と押圧力を調整不要にして、容易に短時間でスタッド溶接ができるようにする。【解決手段】スタッド溶接ガン１に、加圧スプリング５で付勢されるチップホルダー６を設ける。チップホルダー６にチャック16を介して溶接チップ２を取り付ける。板面に溶接チップ２を当て、スタッド溶接ガン１を押し付けると、加圧スプリング５の弾力により、ほぼ一定の力が溶接チップ２に加えられる。チップホルダー６のストロークは３cm以上あるので、平らな板面から３cmぐらい凹んだ板面まで、ほぼ同じ力で溶接チップ２を板面に押し付けることができる。円筒状金属のアースパイプ３の先端の小口部分を板面に接触させて接地する。アースパイプ３の先端部が板面に当たった状態で、トリガー14を引けば、溶接チップ２が板面に溶接される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタッド部材である溶接チップを保持するチャックと、前記チャックを連結するとともに正極側電気コードに接続されるチップホルダーと、前記チップホルダーを付勢する加圧スプリングと、接地側電気コードが接続されるアース元パイプと、前記チップホルダーと前記アース元パイプを絶縁する絶縁パイプと、前記アース元パイプに接続される円筒状金属のアースパイプと、溶接指示信号を出すためのスイッチとを具備することを特徴とするスタッド溶接ガン。
【請求項２】
前記チップホルダーは、３ｃｍ以上のストロークがあり、その間の押圧力の変化が１.５倍以内であることを特徴とする請求項１記載のスタッド溶接ガン。
【請求項３】
前記アースパイプが前記アース元パイプに接続される側にはねじが切られており、前記アースパイプの先端側には３または４箇所の切り欠きが設けられており、前記アースパイプの先端側の小口部分は軸に垂直な平面であることを特徴とする請求項１記載のスタッド溶接ガン。
【請求項４】
前記チャックは、長さ調節手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のスタッド溶接ガン。
【請求項５】
前記溶接チップの材質は、ステンレス鋼と鉄と銅と黄銅と真鍮とアルミニウムのうちのいずれか１つであり、いずれの材質の溶接チップでもスポット溶接法で溶接を行うことを特徴とする請求項１記載のスタッド溶接ガン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタッド溶接ガンに関し、特に、車両の鈑金修理加工などにおいて、板面にスタッドを立てるために使用する手持作業用のスタッド溶接ガンに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の板金作業等では、凹みが生じた板面を引き出して平らにする。凹みが生じた板面の塗装を剥離して、ワッシャやボルトなどのスタッド用チップをスポット溶接して、スタッドを立てる。板面引き出し用の工具（プーラ）を使用して、スタッドを引いて凹んだ板面を引き出して平らにする。
【０００３】
スタッドを板面に立てるには、スタッド用チップを先端に装着する電極棒を備えた手持型のスポット溶接機（スタッド溶接ガン）が使用されている。スタッド溶接ガンでは、作業板面にマイナス電極を接続し、スタッド用チップにプラス電極を接続して電流を流す。補修するドアなどの縁部の塗料を剥離し、マイナス電極を接続する。スタッド用チップと板面との間の接触抵抗によるジュール熱を利用して、スタッド用チップを板面に溶接する。板面にマイナス電極を接続する方法としては、クリップ法とクランプ法がある。クリップ法では、通常、ワニ口クリップ形状のアース端子が使用されている。クランプ法では、板面にアース板を重ねてクランプ固定し、アース側の電極棒を固定接続する。
【０００４】
クリップ法でもクランプ法でも、アース端子を取り付ける位置が、板面の外周部分に限られてしまう。アース端子を接続する板面の部分の塗装を剥離して研磨する必要があり、修理後に再塗装する必要もある。修理位置とアース位置が離れていると、その間の電気抵抗により電流が弱まるし、修理部分以外の塗装部分がジュール熱で変色してしまう。この問題を避けるために、スタッドを溶接する位置の近くにアース端子を設けたスタッド溶接ガンが、例えば特許文献１〜３において提案された。
【０００５】
スタッドの材質には、鋼や鉄やステンレスやアルミニウムや銅や黄銅や真鍮などがある。スタッドの材質に応じたスタッド溶接装置が用いられている。スタッドボルト溶接は、材質により溶接ガンの仕様を変えている。鉄とステンレスのスタッドの場合は、コンタクト方式（スポット溶接法）を採用している。鉄製や黄銅や銅等のスタッドでは、スタッドを母材に圧接した状態で放電させて溶接が行われる。アルミニウムやチタン製のスタッドの場合には、抵抗溶接（圧接溶接）では溶接できないので、ギャップ方式（アーク溶接法）を採用している。スタッドを母材から離した状態で放電させ、同時にスタッドを母材に圧接させることにより溶接が行われる。鉄とアルミニウムの両方のスタッドを溶接できる溶接ガンの例としては、特許文献４に開示されたものがある。
【０００６】
特許文献１に開示された「スタッド溶接装置」は、母材に確実に溶接することができ、かつ作業者への安全性を高め、溶接電源部を携帯可能に小型軽量化し、作業能率を高めたものである。図７に示すように、ガンの先端に、チャックと、その軸線に平行で軸線を中心とする円周上に等間隔で突設された３本の脚棒と、その円周内に突設されたアース棒を備える。各脚棒の先端を母材に当接したとき、チャックの軸線が母材に対して垂直に維持され、かつ丸棒の両端を尖鋭化したスタッド及びアース棒が母材に圧接される。アース棒とスタッドと各脚棒を結ぶ信号回路が母材により閉回路となったことを検出したのち、ガンのトリガーを引くことにより、溶接電流が流れる。ガンと溶接電源部を結ぶ溶接導線とアース導線を、同一ケーブル内に収納した。
【０００７】
特許文献２に開示された「遠隔操作可能な銃の助けによりスタッドを遠隔溶接する装置」は、スタッドの溶接の際、電気的絶縁を確保するための操作を不要とするとともに、クランプの対称的な配置が難しい面への溶接を可能とするものである。図８に示すように、遠隔操作を簡単にするため、銃に取り付けられた電気的アースを有している。これは、溶接面とのコンタクトを良くするため、溶接されるスタッドの片側に弾性的に取り付けられている。この装置は、溶接ステーションに接続される開始ペダルを有する。このペダルは、銃の遠隔操作を可能とする。放射線の危険が高い領域で溶接を行うことが可能であるため、特に、原子力分野に好適である。
【０００８】
特許文献３に開示された「アース電極付スライドハンマー」は、要修理箇所以外の部分の塗装作業を不要にするものである。図９に示すように、スライドハンマーの前面にアース電極を設ける。スライドハンマーとアース電極間を絶縁状態とする。アース電極を、スタッド溶植機本体のアース電極側に、アースケーブルで接続する。アースケーブルを接続したスタッド溶植ガンを、溶植ケーブルの先端に装着する。常に絶縁状態を確保することで、ショート発生の危険性を完全に防止する。スタッド溶植チップとアース電極を近接位置に配置することで、要修理箇所に接地可能となる。クリップ電極のための別の塗装剥離箇所を設けずに、アースを接続することができる。
【０００９】
特許文献４に開示された「鉄製及びアルミニウム製スタッド兼用スタッド溶接装置」は、鉄製スタッドとアルミニウム製スタッドとの両方に兼用できるスタッド溶接装置である。溶接エネルギを蓄えるコンデンサの放電回路に、鉄製スタッド用スイッチング素子とアルミニウム製スタッド用スイッチング素子とを、切替えスイッチにより択一的に接続する。鉄製スタッド溶接時には、コンデンサからインダクタンスを介して放電させる。
【特許文献１】特開平10-216947号公報
【特許文献２】特開平5-57449号公報
【特許文献３】特開平2002-361428号公報
【特許文献４】特開平5-208274号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、従来のスタッド溶接ガンでは、溶接チップを最適な力で板面に押圧することが困難であった。スタッドを一定の押圧力で母材に押し当てるためのスプリングを備えた溶接ガンがあるが、溶接チップの長さや溶接部の深さなどに応じて、溶接チップの先端部の位置と押圧力を、毎回最適値に調節する必要があり、熟練度と時間を必要とした。
【００１１】
また、アース電極を溶接対象の板面に適切に接触させることが困難であった。アース棒で接地する構造では、点接触となるので接触抵抗が大きく、アース棒が溶着することもあり、接地部に損傷が発生しやすい。また、面で接地する構造では、接地面を確保するために、広い面積の塗膜を除去する必要があり、作業に無駄が多いという問題がある。
【００１２】
さらに、スタッドボルトの材質に応じて溶接ガンの仕様を変える必要があり、異なる材質のスタッドを１つの溶接ガンで溶接できないという問題がある。従来の兼用型の溶接ガンでも、アルミスタッドの溶接にはギャップ方式を採用しているので、ギャップ発生時にわずかな衝撃が発生して、溶接位置に狂いが生じる場合がある。アルミ溶接の条件はシビアであり、加圧力とストロークとスピードと電圧のタイミングが重要である。加圧力が強いと、ボルト先端の突起(ナーベル）が潰れて溶融しない。ギャップ方式では、一旦、母材から引き上げた後、母材に打ち付ける様な方法で溶接するので、引き上げるストロークが重要である。一旦引き上げた後、母材に打ち込むスピードも重要である。これらのタイミングが少しでも狂うと、スパークミスが発生して溶接できない。電圧（出力）は電源本体の問題であるので、ガンには関係ない。基本的に、スタッド溶接は、フラットな面への溶接を前提条件にしているので、歪の有る母材には溶接できない。
【００１３】
本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、スタッド溶接ガンにおいて、溶接チップの先端部の位置と押圧力を調整不要にして、容易に短時間でスタッド溶接ができるようにすることである。また、他の目的は、小面積の塗膜を除去するだけで、必要な接地面積を確保でき、接地部に損傷を与えることなく接地できるアース電極を実現することである。さらに他の目的は、異なる材質のスタッドを、１台の溶接ガンで簡単正確に溶接できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明では、スタッド溶接ガンを、スタッド部材である溶接チップを保持するチャックと、チャックを連結するとともに正極側電気コードに接続されるチップホルダーと、チップホルダーを付勢する加圧スプリングと、接地側電気コードが接続されるアース元パイプと、チップホルダーとアース元パイプを絶縁する絶縁パイプと、アース元パイプに接続される円筒状金属のアースパイプと、溶接指示信号を出すためのスイッチとを具備する構成とした。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように構成したことにより、溶接チップの先端部の位置と押圧力を調整することなく、容易に短時間でスタッド溶接ができる。また、小面積の塗膜を除去するだけで、必要な接地面積を確保でき、接地部に損傷を与えることなく接地してスタッド溶接できる。さらに、アルミスタッドもコンタクト方式により、位置の狂い無く溶接できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図６を参照しながら詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
本発明の実施例は、電源のプラス側に接続され、ほぼ一定の弾力と十分長いストロークを持つチップホルダーで、チャックを介して溶接チップを保持し、電源の接地側に接続されたアースパイプで板面の接地を行い、スイッチで溶接指示信号を出すスタッド溶接ガンである。
【００１８】
図１は、本発明の実施例におけるスタッド溶接ガンの概念図である。図２は、スタッド溶接ガンの変形例の概念図である。コードの取り出し位置が異なる例である。図３は、スタッド溶接ガンのチップホルダーの概念図である。図４は、アースパイプの概念図である。図１〜図４において、スタッド溶接ガン１は、コンデンサ放電を利用して、スタッド溶接を行う手持型スポット溶接機である。溶接チップ２は、板面に溶接してスタッドを形成するためのチップ部材である。アースパイプ（アルミ用）３は、アルミ板に、短いアルミチップをスタッド溶接する際に用いる接地用電極部材である。アースパイプ（スチール用）４は、鋼板に、長いスチールチップをスタッド溶接する際に用いる接地用電極部材である。いずれか一方のアースパイプを用いる。加圧スプリング５は、溶接チップを板面に押し付けるためのバネである。チップホルダー６は、先端部にチャックを取り付けて、溶接チップを保持する手段である。
【００１９】
絶縁パイプ７は、チップホルダーとアース元パイプを絶縁する部材である。アース板８は、アース元パイプにアース電極からの電線を接続する部材である。コード押えゴム９は、コードを固定する部材である。二芯コード10は、溶接電力を供給する電線である。二芯コード11は、トリガー信号を伝える電線である。二芯コードは、図示していない電源制御装置に接続されている。アース元パイプ12は、アースパイプからのアース電流を、アース板を介して電線に伝える部材である。スイッチ13は、溶接電流を印加するタイミング信号を発生するためのマイクロスイッチである。トリガー14は、スイッチを操作するための部材である。グリップ15は、スタッド溶接ガンの把持部分である。チャック16は、板面に溶接してスタッドを形成するためのチップ部材である溶接チップを保持する手段である。チャックは、溶接チップごとに異なる。
【００２０】
図５は、スタッド溶接ガンに用いるチャックの概念図である。図６は、スタッド溶接ガンでワッシャと波線を溶接した状態を示す概念図である。
【００２１】
上記のように構成された本発明の実施例におけるスタッド溶接ガンの動作を説明する。最初に、図１と図２を参照しながら、スタッド溶接ガンの機能の概要を説明する。スタッド溶接ガン１は、コンデンサ放電を利用して、スタッド溶接を行う手持型スポット溶接機である。スタッド溶接ガン１は、鉄板や鋼板やアルミ板に、鋼やアルミの溶接チップ２を溶接して、スタッドを形成することができる。溶接チップ２の形状は、ボルト、ワッシャ、波線（ウェーブワイヤー）、パネルピンなどである。溶接チップ２の材質は、ステンレス鋼と鉄と銅と黄銅と真鍮とアルミニウムのうちのいずれか１つである。いずれの材質の溶接チップでもスポット溶接法で溶接を行う。アルミニウムの溶接チップの場合は、接触抵抗を大きくするために、先端部を細くする。こうすることにより、アルミニウムでも鉄やステンレスと同様に、コンデンサ放電を利用して、スポット溶接を行うことができる。溶接部の酸化を防止するために、必要に応じて不活性ガスの雰囲気で溶接部を包み込むようにする。
【００２２】
溶接チップ２を保持する機構と接地を行う部材を一体化した構造のスタッド溶接ガンであり、溶接位置の直近の板面を接地するためのアースパイプ３を備えている。溶接チップ２をチャック16に装着し、アースパイプ３の先端を板面に当てた状態で、スタッド溶接ガン１のトリガー14を引くと、溶接チップ２の先端と板面間に瞬間的に溶接電流が流れて、溶接チップ２の先端と板面の接点の周りが溶融し、圧接力により溶接チップ２は板面に溶着される。
【００２３】
次に、図１と図２を参照しながら、チップホルダー６の構造と機能を説明する。チップホルダー６は、加圧スプリング５により、ほぼ一定の弾力で付勢されており、力をかけるとスタッド溶接ガン１の内部に引っ込むように構成されている。チップホルダー６の先端部に、溶接チップ２の形状に応じたチャック16を装着し、そのチャック16に溶接チップ２を取り付ける。スタッド溶接ガン１を板面に押し付けることにより、加圧スプリング５を介して溶接チップ２が板面に押し付けられる。スタッド溶接ガン１を板面に押し付けたとき、チャック16に保持された溶接チップ２は、チャック16の後方に設けられた加圧スプリング５により、板面に対して適当な圧力で接触するようになっている。
【００２４】
アース元パイプ12とチップホルダー６は、絶縁パイプ７を介して同心状に連結されている。チップホルダー６には、溶接電流を供給する正極側の電気コードが接続されている。電気コードはグリップ15の中を通り、グリップ15の端部から引き出されて、図示していないコンデンサ放電型スタッド溶接用電源に接続されている。また、グリップ15には、制御用信号線を介して溶接電源を制御するスイッチ13が設けられている。このスイッチ13は、トリガー14で操作する。
【００２５】
図３を参照しながら、チップホルダーの動きを説明する。図３（ａ）に示すように、チップホルダー６の先端には、チャック16を取り付けるチャック取付部がある。チャック取付部の後ろは、少し細くなっており、加圧スプリング５が通されるようになっている。チップホルダー６のチャック取付部の後端部に加圧スプリング５が当接して、チップホルダー６を先端方向に押す。チップホルダー６の最後端部には、ねじが切ってあり、正電極からの導線がナットで固定されるようになっている。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように、チップホルダー６を加圧スプリング５に挿入して、アース元パイプ12と絶縁パイプ７の内側に通す。加圧スプリング５の後端部は、絶縁パイプ７に当接して、スタッド溶接ガン１がバネ力を受け止めるようになっている。加圧スプリング５を少し圧縮した状態で、後端部に導線をナットで固定する。チャック16に溶接チップ２を装着し、アースパイプをセットして、電源に接続すれば、準備完了状態になる。スタッドを立てる板面に溶接チップ２を当て、スタッド溶接ガン１を押し付けると、図３（ｃ）に示すように、チップホルダー６が引っ込む。チップホルダー６のストロークは３cm以上あり、その間の押圧力の変化は1.5倍以内であり、1.2倍以内が好適である。アースパイプ３の先端部が板面に当たった状態で、トリガーを引けば、溶接チップ２が板面に溶接される。溶接チップ２が板面に当たる力は、加圧スプリング５の弾力による力であり、ほぼ一定の力が加えられる。チップホルダー６のストロークは３cm以上あるので、板面が平らでも、３cmぐらい凹んでいても、ほぼ同じ力で溶接チップ２を板面に押し付けることができる。
【００２７】
次に、図４を参照しながら、アースパイプ３の構造と機能を説明する。アースパイプ３は、チャック16の軸線と同軸の金属製のパイプである。円筒の先端の円周部分の一部を切り欠く。図４の例では、３箇所に切り欠きを設けてある。切り欠きは４箇所でもよい。反対側は、ねじになっている。アースパイプ３の先端の小口部分には、作業板面に当接させて接地する接地面が、軸に垂直な面として形成されている。この接地面は、塗料等を剥離して導通するようにした板面の地金部分に当接させる部分である。アースパイプ３を、アース元パイプ12の先端にねじ込んで接続する。円筒の先端の小口部分を、板面に接触させて接地する。１平方cm程度の面積を接触させて接地できるので、接触抵抗を小さくできる。先端が円筒状であるので、最小の面積で接地することができる。先端部を切り欠いているので、溶接チップの先端と板面の接触位置を目視で確認することができる。円筒の先端部を均等に板面に接触させることで、板面に対して溶接チップを垂直に立てることができる。
【００２８】
次に、図５を参照しながら、チャックの構造と機能を説明する。図５（ａ）に示すボルト用チャックは、ボルトを溶接チップとして溶接する際に用いるチャックである。先端部が４分割されており、Ｏリングでボルトを締め付けて保持するようになっている。後端部は、チップホルダーの先端部の丸穴に挿入する丸棒になっている。丸棒部分の端部に、長さ調節用のボルトをねじ込むためのねじが切ってある。長さ調節用のボルトを適当な長さにねじ込んで、ナットで固定することで、ボルトの先端の位置を調節することができる。したがって、ボルトの先端が板面を押す力が適度な大きさとなるように調節することができる。
【００２９】
図５（ｂ）に示すワッシャ用チャックは、ワッシャを溶接チップとして溶接する際に用いるチャックである。先端部にワッシャを縦方向にかけて、磁石で保持するようになっている。図５（ｃ）に示す波線用チャックは、波線（ウェーブワイヤー）を溶接チップとして溶接する際に用いるチャックである。先端部に、波線の太さに対応する凹部が設けてある。板面に線状の凹みができた場合などに用いる。この場合に用いるアースパイプ３は、切り欠きが４箇所のものである。
【００３０】
溶接チップの溶接手順を説明する。チャック16に溶接チップを取り付け、アースパイプ３を、アース元パイプ12にねじ込んで取り付ける。グリップ15を手で持って、溶接チップの先端を板面に当てる。スタッド溶接ガン１を、アースパイプ３の先端が板面に当たるまで押し付けて接地する。スイッチ13を操作して、図示していないコンデンサ放電型スタッド溶接用電源から、コードとチップホルダー６とチャック16を介して、溶接チップから板面に溶接電流を流す。溶接電源がコンデンサ放電型であるため、16000Ａ程度の溶接電流が短時間に溶接チップから板面に流れる。板面と溶接チップの先端部との間に接触抵抗があるので、溶接電流が溶接チップから板面に流れる際のジュール熱によって、板面の一部と溶接チップの先端部が溶融する。溶融した溶接チップの先端は、確実に板面の溶融した部分の中心に押し付けられ、溶接チップは板面に強固に溶着される。ワッシャを溶接チップとして溶接した場合は、図６（ａ）に示すように、ワッシャが板面に垂直に溶接される。波線を溶接チップとして溶接した場合は、図６（ｂ）に示すように、波線が板面に垂直に溶接される。
【００３１】
上記のように、本発明の実施例では、スタッド溶接ガンを、電源のプラス側に接続され、ほぼ一定の弾力と十分長いストロークを持つチップホルダーで、チャックを介して溶接チップを保持し、電源の接地側に接続されたアースパイプで板面の接地を行い、スイッチで溶接指示信号を出す構成としたので、スプリングによって、作業板面に溶接チップを適正な力で当接させることができる。また、小さい面積の塗膜を除去するだけで、必要な接地面積を確保でき、接地部に損傷を与えることなく接地できる。アースパイプにより、溶接チップを作業板面に対して垂直に保持して、溶接チップの溶着部を確実に溶着することができる。補修箇所以外のアース接続箇所の塗装剥離作業が不要であるので、作業性を高めることができる。さらに、アルミスタッドもコンタクト方式により、位置の狂い無く溶接できる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のスタッド溶接ガンは、自動車ボディ修理用のスタッド溶接ガンとして最適である。さらに、建築関係では、ダクト断熱工事や換気装置工事や防音材固定工事に利用できる。車両関係では、モールやマークや計器の取付けに利用できる。事務機関係では、キャビネットや机や椅子や金庫などの製造修理に利用できる。家庭機器関係では、厨房機器や電気製品の製造修理に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例におけるスタッド溶接ガンの概念図である。
【図２】本発明の実施例におけるスタッド溶接ガンの変形例の概念図である。
【図３】本発明の実施例におけるスタッド溶接ガンのチップホルダーの概念図である。
【図４】本発明の実施例におけるスタッド溶接ガンに用いるアースパイプの概念図である。
【図５】本発明の実施例におけるスタッド溶接ガンに用いるチャックの概念図である。
【図６】本発明の実施例におけるスタッド溶接ガンでワッシャと波線を溶接した状態を示す概念図である。
【図７】従来のスタッド溶接ガンの概念図である。
【図８】スタッドを遠隔溶接する従来のスタッド溶接ガンの概念図である。
【図９】従来のアース電極付スライドハンマーの概念図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  スタッド溶接ガン
２  溶接チップ
３  アースパイプ（アルミ用）
４  アースパイプ（スチール用）
５  加圧スプリング
６  チップホルダー
７  絶縁パイプ
８  アース板
９  コード押えゴム
10  二芯コード（電力用）
11  二芯コード（信号用）
12  アース元パイプ
13  スイッチ
14  トリガー
15  グリップ
16  チャック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006346710.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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