(57)【要約】【課題】  通電中の加圧力を高い精度で測定することと、溶接電極の加圧接触する位置がずれても加圧力を正確に測定すること。【解決手段】  通電加圧センサ２２は、柄２８の先端部に縦断面コ字状の導電性ブロックまたはボディ３０を取り付けている。このブロック３０は、ギャップＧを介して相対向する両端部の外表面（上面および下面）に電極受け用の凹所３２ａ，３２ｂを有している。コ字形ブロック３０の上辺部の頂面には、図３に一点鎖線で示す中心線Ｃを挟んでその両側にブロック長手方向の歪みに感応するＸ方向ひずみセンサ３４およびブロック幅方向の歪みに感応するＹ方向ひずみセンサ３６がそれぞれ一対（３４Ｌ，３４Ｒ），（３６Ｌ，３６Ｒ）貼り付けられている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗溶接機の溶接電極間で通電を可能としつつ加圧力を測定するための通電加圧センサであって、
ギャップを介して互いに対向する両端部に第１および第２の溶接電極をそれぞれ受けるための第１および第２の電極受け部を設け、前記第１および第２の溶接電極からの前記加圧力に応じて胴部が弾性変形し、通電時に前記第１の電極受け部と前記第２の電極受け部との間で前記胴部を通って電流が流れる導電性のブロックと、
前記導電性ブロックの胴部において前記第１の電極受け部と前記第２の電極受け部との間で電流の最も流れやすいルートから外れた傍らの位置に貼り付けられた１個または複数個のひずみゲージと
を有する通電加圧センサ。
【請求項２】
前記ひずみゲージが、当該貼付位置で前記導電性ブロックの胴部の長手方向のひずみに感応する第１のゲージと、当該貼付位置で前記導電性ブロックの胴部の幅方向のひずみに感応する第２のゲージとを含む請求項１に記載の通電加圧センサ。
【請求項３】
前記導電性ブロックの胴部において、前記ひずみゲージが前記電流ルートの左右両側に設けられる請求項１または請求項２に記載の通電加圧センサ。
【請求項４】
前記第１および第２のゲージが前記電流ルートの左右両側にそれぞれ１個ずつ設けられる請求項３に記載の通電加圧センサ。
【請求項５】
前記電流ルートに対して前記第１のゲージが前記第２のゲージよりも外側に設けられる請求項４に記載の通電加圧センサ。
【請求項６】
前記ひずみゲージがホイートストンブリッジ回路を構成する請求項１〜５のいずれか一項に記載の通電加圧センサ。
【請求項７】
前記導電性ブロックが縦断面コ字状に形成され、その上辺部の頂面に前記ひずみゲージが貼り付けられる請求項１〜６のいずれか一項に記載の通電加圧センサ。
【請求項８】
前記導電性ブロックが縦断面コ字状に形成され、その下辺部の下面に前記ひずみゲージが貼り付けられる請求項１〜６のいずれか一項に記載の通電加圧センサ。
【請求項９】
前記導電性ブロックに電流検出用のトロイダルコイルが装着される請求項１〜８のいずれか一項に記載の通電加圧センサ。
【請求項１０】
前記導電性ブロックの材質が銅または銅合金である請求項１〜９のいずれか一項に記載の通電加圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接用の加圧力を測定するための装置に係り、特に溶接電極間で通電を可能としつつ加圧力を測定するための通電加圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗溶接において、加圧力は、溶接電流、通電時間とともに溶接結果を左右する三大溶接条件の１つとされている。一般に、抵抗溶接機は、被溶接材の溶接箇所または溶接部に溶接電極を加圧接触させ、溶接電極を介して溶接部に加圧力を与えるとともに電流を流し、通電終了後に溶接部の表面を冷却するようにしている。したがって、抵抗溶接用の加圧力を測定するには被溶接材の代わりに荷重センサに溶接電極を直接加圧接触させるのが好ましく、通電中の加圧力を測定するには荷重センサが溶接電流を流せるほどの導電性および電流容量を有するのが好ましい。通電加圧センサは、抵抗溶接用の大電流を流せる導電性と加圧力測定機能とを兼ね備えた荷重センサである。
【０００３】
従来の通電加圧センサは、縦断面コ字状に形成された銅または銅合金からなる弾性変形可能な導電性のブロックを有し、この導電性ブロックの両端部でギャップを狭める方向に溶接電極からの加圧力を受けて、コ字形中間部または胴部を弾性変形させるとともに、両溶接電極の間で電流がコ字形胴部を迂回して流れるようになっている。そして、導電性ブロックのコ字形胴部の外表面において中心線上の位置つまり電流通路の直近位置に、相直交する２つの方向の変位にそれぞれ感応する一対のひずみゲージを貼り付けており、これらのひずみゲージによりコ字形中間部の変形を電気信号に変換するようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の通電加圧センサは、加圧力測定精度の信頼性が低い。特に、通電時に導電性ブロックで発生する熱歪みの影響をまともに受けやすい。すなわち、通電時には、導電性ブロック内が電流通路に沿ってジュール熱により熱膨張する。従来の通電加圧センサにおいては、ひずみゲージが溶接電極から受ける加圧の歪みだけでなく導電性ブロック内の抵抗発熱による熱膨張の歪みにも感応しやすく、加圧力測定値が実際の値よりも増える方向にずれやすいという問題がある。また、導電性ブロックの両端部に対して溶接電極の加圧接触する位置がずれたときも加圧力測定値に誤差が生じやすいという問題もある。
【０００５】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、通電中の加圧力を高い精度で測定できる信頼性の高い通電加圧センサを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の別の目的は、溶接電極の加圧接触する位置がずれても加圧力を正確に測定できる信頼性の高い通電加圧センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の通電加圧センサは、抵抗溶接機の溶接電極間で通電を可能としつつ加圧力を測定するための通電加圧センサであって、ギャップを介して互いに対向する両端部に第１および第２の溶接電極をそれぞれ受けるための第１および第２の電極受け部を設け、前記第１および第２の溶接電極からの前記加圧力に応じて胴部が弾性変形し、通電時に前記胴部が前記第１の電極受け部と前記第２の電極受け部との間で電流を流す導電性のブロックと、前記導電性ブロックの胴部において前記第１の電極受け部と前記第２の電極受け部とり間で電流の最も流れやすいルートから外れた傍らの位置に貼り付けられた１個または複数個のひずみゲージとを有する。
【０００８】
上記構成においては、各ひずみセンサがたとえば銅または銅合金からなる導電性ブロックの胴部において電流の最も流れやすいルートから傍らに外れた位置に貼り付けられているので、通電時にブロック内の電流ルートでジュール熱による熱膨張の歪みが発生しても、その熱膨張の歪みは電流通路から遠い位置に配置されている各ひずみセンサには殆ど及ばないか、少ししか及ばない。このため、各ひずみセンサは、溶接電極から受ける加圧力で生じるブロック内の歪みに専ら感応して、加圧力を高い精度で測定することができる。
【０００９】
本発明の好適な一態様によれば、ひずみゲージが、当該貼付位置で導電性ブロックの胴部の長手方向のひずみに感応する第１のゲージと、当該貼付位置で導電性ブロックの胴部の幅方向のひずみに感応する第２のゲージとを含む。この場合、第１および第２のゲージがそれぞれ上記電流ルートの左右両側に１個ずつ設けられるのが好ましい。かかる構成においては、溶接電極が電極受け部の設定位置から外れても、溶接電極からの偏荷重を補償して加圧力を高い精度で測定することができる。なお、ひずみゲージでホイートストンブリッジ回路を組んで、溶接電極からの加圧力を表す電気信号を生成してよい。
【００１０】
また、本発明の通電加圧センサにおいては、溶接電極からの加圧力に対しブロック胴部の長手方向で生じる歪みの方がブロック胴部の幅方向で生じる歪みよりも大きい。このため、第１のゲージが第２のゲージよりも高感度で加圧力に感応する。本発明の好適な一態様によれば、導電性ブロックの胴部において上記最短ルートに対して第１のゲージを第２のゲージよりも外側に設けることにより、通電時の加圧力測定においてに電流による発熱の影響を一層効果的に少なくすることができる。
【００１１】
本発明において、導電性ブロックは任意の形状が可能であり、ひずみゲージは導電性ブロックの任意の面に貼り付けられてよい。本発明の好適な一態様によれば、導電性ブロックが縦断面コ字状に形成され、その上辺部の頂面あるいは下辺部の下面にひずみゲージが貼り付けられる。また、本発明においては、導電性ブロックの任意の箇所に電流検出用のトロイダルコイルを装着することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の通電加圧センサによれば、上記のような構成および作用により、通電中の加圧力を高い精度で測定することが可能であり、さらには溶接電極の加圧接触する位置がずれても加圧力を正確に測定することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１４】
図１および図２に、本発明の一実施形態における通電加圧センサの外観および使用態様を示す。図３および図４は、実施形態における通電加圧センサの要部の構成を示す平面図および縦断面図である。
【００１５】
図示の抵抗溶接機１０はダイレクトスポット溶接機であり、鉛直方向で上下に向かい合う一対の溶接電極１２，１４を備えている。上部溶接電極１２は、たとえば空圧シリンダを有する加圧機構１６により上部電極支持アーム１８を介して昇降移動するようになっている。下部溶接電極１４は、下部電極支持アーム２０を介して本体に固定されている。両溶接電極１２，１４は、溶接電源（図示せず）に電気的に接続されており、より詳細には溶接トランスの二次側端子に電気的に接続されている。
【００１６】
この実施形態による通電加圧センサ２２を用いて抵抗溶接機１０における通電時の加圧力および電流を測定するには、被溶接物（図示せず）に代えて通電加圧センサ２２を両溶接電極１２，１４の間に挿入し、実際に抵抗溶接を行うときと全く同じ溶接条件およびシーケンスで抵抗溶接機１０を動作させる。すなわち、加圧機構１６により両溶接電極１２，１４を介して実際の抵抗溶接時に加える加圧力と同じ大きさの加圧力を通電加圧センサ２２に印加し、溶接電源により両溶接電極１２，１４を介して実際の抵抗溶接時に流す溶接電流と同じ大きさの電流を通電加圧センサ２２に流す。通電加圧センサ２２で得られる加圧力検出信号および電流検出信号は電気ケーブル２４を介してモニタ装置本体２６に送られ、モニタ装置本体２６の表示部に加圧力および電流の測定値がそれぞれ表示されるようになっている。
【００１７】
図２、図３、図４に示すように、通電加圧センサ２２は、柄２８の先端部に縦断面コ字状（またはＵ状）のブロックまたはボディ３０を取り付けている。このブロック３０は、導電率および熱伝導率の高い金属たとえば銅または銅合金からなり、ギャップＧを介して相対向する両端部の外表面（上面および下面）に電極受け用の凹所３２ａ，３２ｂを有している。両凹所３２ａ，３２ｂは、ブロック３０の胴部幅方向（Ｙ方向）における中心部に形成されている。
【００１８】
コ字形ブロック３０の上辺部の頂面には、図３に一点鎖線で示す中心線Ｃを挟んでその両側にＸ方向ひずみセンサ３４およびＹ方向ひずみセンサ３６がそれぞれ一対（３４Ｌ，３４Ｒ），（３６Ｌ，３６Ｒ）貼り付けられている。ここで、中心線Ｃは、ブロック３０の胴部幅方向（Ｙ方向）における各中心点を通って胴部長手方向（Ｘ方向）に延びる線である。各ひずみセンサはたとえば金属抵抗線からなり、Ｘ方向ひずみセンサ３４Ｌ，３４ＲはＸ方向の歪みに感応し、Ｙ方向ひずみセンサ３６Ｌ，３６ＲはＹ方向の歪みに感応するようになっている。
【００１９】
コ字形ブロック３０において、溶接電極１２，１４から加圧力を受けたときの歪みは、Ｘ方向（胴部長手方向）の方がＹ方向（胴部幅方向）よりもはるかに大きい。したがって、Ｘ方向ひずみセンサ３４Ｌ，３４Ｒの方がＹ方向ひずみセンサ３６Ｌ，３６Ｒよりも高い感度で電極加圧力に感応する。この実施形態では、コ字形ブロック３０の上辺部の頂面に、中心線Ｃからみて、Ｘ方向ひずみセンサ３４Ｌ，３４ＲをＹ方向ひずみセンサ３６Ｌ，３６Ｒよりも外側に配置している。
【００２０】
図５に示すように、これら４個のひずみセンサ（３４Ｌ，３４Ｒ）、（３６Ｌ，３６Ｒ）はホイートストンブリッジ回路を構成している。溶接電極１２，１４からの加圧力を受けて両端部のギャップＧが狭まるようにコ字形ブロック３０が変形すると、加圧力の大きさに応じて、Ｘ方向ひずみセンサ３４Ｌ，３４Ｒの抵抗値は正方向に大きく変化する。一方、Ｙ方向ひずみセンサ３６Ｌ，３６Ｒの抵抗値は少ししか変化しない。これにより、ホイートストンブリッジ回路の出力電圧ｖが加圧力の大きさに応じて変化し、加圧力検出信号が得られる。
【００２１】
上記のように、この実施形態では、コ字形ブロック３０の上辺部の頂面においてＸ方向ひずみセンサ３４およびＹ方向ひずみセンサ３６のいずれも中心線Ｃから傍らに外れた位置に貼り付けられている。通電時には、図３および図４に示すように、ブロック３０の上部電極受け凹所３２ａと下部電極受け凹所３２ｂとの間で電流の大部分はブロック内の中心ルートを通って流れる。ここで、中心ルートは中心線Ｃに沿って延びるルートである。
【００２２】
このように、各ひずみセンサ３４，３６がコ字形ブロック３０内の電流ルートから傍らに外れた位置、つまりコ字形ブロック３０の上辺部の頂面において中心線Ｃから傍らに外れた位置に貼り付けられているので、通電時にブロック中間部内の電流ルートでジュール熱による熱膨張の歪みが発生しても、その熱膨張の歪みは電流通路から遠い位置に配置されている各ひずみセンサ３４、３６には殆ど及ばないか、少ししか及ばない。このため、各ひずみセンサ３４、３６は、溶接電極１２，１４から受ける加圧力で生じるブロック内の歪みに専ら感応して、加圧力を高い精度で測定することができる。特に、この実施形態では、ブロック３０の胴部長手方向（Ｘ方向）の歪みに感応するＸ方向ひずみセンサ３４Ｌ，３４Ｒをブロック３０の胴部幅方向（Ｙ方向）の歪みに感応するＹ方向ひずみセンサ３６Ｌ，３６Ｒよりも外側（コ字形ブロック３０の上辺部の縁部）に配置しているので、通電時の加圧力測定において電流から受ける影響をより一層効果的に少なくすることができる。
【００２３】
この点、従来の通電加圧センサにおいては、図３の一点鎖線４０で示すように中心線Ｃ上の位置、つまりブロック中間部内の中心ルートまたは電流通路の直近位置にひずみセンサを配置する構成であるため、通電時に発生する熱膨張の歪みがまともにひずみセンサに及びやすく、加圧力の測定精度に影響（誤差）が出ていた。
【００２４】
図６に、この実施形態の通電加圧センサ２２によって得られる加圧力の波形（実線４２）を比較例によって得られる加圧力の波形（一点鎖線４４）と対比して示す。図中、時間軸上のｔ1は加圧開始時点、ｔ2は通電開始時点、ｔ3は通電終了時点、ｔ4はモニタ時点、ｔ5は加圧終了時点であり、ＴW（ｔ1〜ｔ5）は通電時間である。ここで、比較例とは、ブロック３０のコ字形中間部の中心線Ｃ上の仮想線で示す位置４０（図３）にＸ方向ひずみセンサ３４およびＹ方向ひずみセンサ３６を貼り付けた場合である。
【００２５】
図示のように、通電時間ＴW中はジュール熱の熱膨張による歪みが発生し、ひずみセンサ３４，３６による加圧力の測定値に熱膨張の歪みの影響が出るが、その度合いが実施例と比較例とで著しい違いがある。一例として、通電直前の加圧力測定値を基準（１００％）として、通電中の変動率が比較例では３３．３％であるのに対して実施例は１３．４％まで改善できることが確認されており、通電終了から３秒後のモニタ時点ｔ4における変動率が比較例では１２．５％であるのに対して実施例は２．４％まで改善できることが確認されている。
【００２６】
さらに、この実施形態では、コ字形ブロック３０の上辺部の頂面においてＸ方向ひずみセンサ３４およびＹ方向ひずみセンサ３６のいずれも中心線Ｃを挟んでその左右両側に一対（３４Ｌ，３４Ｒ），（３６Ｌ，３６Ｒ）貼り付けられている。かかる構成によれば、上部溶接電極１２が上部電極受け凹所３２ａ内で加圧接触する位置が中心線Ｃ上の設定位置から外れた場合であっても、あるいは下部溶接電極１４が下部電極受け凹所３２ｂ内で加圧接触する位置が中心線Ｃの設定位置から外れた場合であっても、偏荷重を補償して加圧力を高い精度で測定することができる。
【００２７】
すなわち、図３において上部溶接電極１２がたとえば中心線Ｃより左側のひずみセンサ（３４Ｌ，３６Ｌ）寄りにずれると、左側のひずみセンサ（３４Ｌ，３６Ｌ）の変形または抵抗値変化が相対的に増えるぶん、右側のひずみセンサ（３４Ｒ，３６Ｒ）の変形または抵抗値変化が相対的に減って、結果的にはホイートストンブリッジ回路（図５）において両者の増減（誤差）が相殺される。上部溶接電極１２が中心線Ｃより右側のひずみセンサ（３４Ｒ，３６Ｒ）寄りにずれたときも同様の作用が奏され、下部溶接電極１４が中心線Ｃより左側または右側にずれたときも同様の作用が奏される。
【００２８】
上記のように偏荷重を補償できる作用は得られないが、コ字形ブロック３０の上辺部の頂面においてＸ方向ひずみセンサ３４およびＹ方向ひずみセンサ３６を中心線Ｃの片側にそれぞれ１個だけ貼り付ける構成も可能である。その場合、ホイートストンブリッジ回路（図５）においてひずみセンサ３４，３６以外の回路素子を固定抵抗で構成すればよい。
【００２９】
なお、図２に示すように、ブロック３０の下辺部にはトロイダルコイル４６が装着されている。通電時には、電流の微分波形を表す電気信号がトロイダルコイル４６の出力端子より出力される。このトロイダルコイル４６の出力信号もケーブル２４を介してモニタ装置本体２６へ送られる。このようなトロイダルコイルまたは電流センサをブロック３０の任意の箇所に装着することが可能であり、たとえばブロック３０の上辺部に装着することも可能である。また、ひずみセンサ３４，３６をブロック３０の上辺部の頂面以外の面に貼り付ける構成も可能である。たとえば、ブロック３０の下辺部の下面に、図３と同様のレイアウトで中心線Ｃの左右両側にひずみセンサ（３４Ｌ，３６Ｌ），（３４Ｒ，３６Ｒ）を貼り付ける構成も可能である。あるいは、感度は多少低下するが、ブロック３０の上辺部の内側面（下面）もしくは下辺部の内側面（上面）にひずみセンサ（３４Ｌ，３６Ｌ），（３４Ｒ，３６Ｒ）を貼り付ける構成も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態における通電加圧センサの外観および使用態様を示す側面図である。
【図２】図１の要部を示す斜視図である。
【図３】実施形態の通電加圧センサにおけるひずみセンサの貼り付け位置を示す平面図である。
【図４】実施形態の通電加圧センサにおける通電時の電流通路を示す縦断面図である。
【図５】実施形態の通電加圧センサにおいてひずみセンサにより形成されるホイートストンブリッジ回路を示す回路図である。
【図６】実施形態の通電加圧センサによって得られる加圧力測定値の波形を比較例によって得られる加圧力測定値の波形と対比して示す波形図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０    抵抗溶接機
１２    上部溶接電極
１４    下部溶接電極
１６    加圧機構
２２    通電加圧センサ
３０    導電性ブロック
３２ａ    上部電極受け用凹所
３２ｂ    下部電極受け用凹所
３４（３４Ｌ，３４Ｒ）    Ｘ方向ひずみゲージ
３６（３６Ｌ，３６Ｒ）    Ｙ方向ひずみゲージ
４６    トロイダルコイル
【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】
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