(57)【要約】  可動の抵抗溶接ヘッド（１）は、駆動装置（２）の空気圧式のシリンダ（７）又はコイルばね（４）と、溶接ヘッド（１）の電極（３）との間に配置される力センサ（７）を備える。ひずみゲージ式力ピックアップ（７）のこの配置は、各溶接時に直接的な力伝達経路内で溶接力を測定し記録することを可能にし、これにより工程管理を支援する。同時に、電極と被加工物支持体収容部との間での力センサ（７）の手間のかかる配置の必要はなくなる。この設計は、工程を過度に長い間中断することのないように、実際の運転における種々異なる使用のための溶接力の管理及び調節のための簡単かつ迅速な測定を可能にする。コイルばね（４）は、電極（３）が被加工物に当接している限り、空気圧式のシリンダ（２）からの電極（３）の切り離しを可能にする。さらにコイルばね（４）は、電極（３）の沈み込み運動を制御する。直線的な構造は、力のモーメントを回避し、これにより電極の摩耗を低減する。
2013542078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ヘッド（１）であって、
力センサ（７）を備え、
駆動装置（２）と、弾性部材（４）と、前記力センサ（７）と、可動に支承される電極（３）とが一直線上に配置されており、前記駆動装置（２）又は前記弾性部材（４）から前記電極（３）に作用する力の作用線（５）が、前記力センサ（７）及び前記電極（３）の中心を通るように延びている溶接ヘッド（１）において、
前記溶接ヘッド（１）は、調節部材、特に調節ナット（７３）を備え、該調節部材は、前記駆動装置（２）に固定的に結合されてはいるが、該駆動装置（２）に対して相対的に位置調節可能であるとともに、前記弾性部材（４）の圧縮された状態で、該弾性部材（４）のガイドシャフト（７５）に固定的に結合されたストッパ部材、特にストッパピン（７２）と当接可能であり、これにより前記弾性部材（４）が前記圧縮された状態に固定可能であることを特徴とする溶接ヘッド。
【請求項２】
前記弾性部材（４）は、前記駆動装置（２）と前記力センサ（７）との間に配置されている、請求項１記載の溶接ヘッド。
【請求項３】
前記調節部材は、Ｏリングにより回動を防止されている調節ナット（７３）である、請求項１又は２記載の溶接ヘッド。
【請求項４】
前記弾性部材（４）は、ばね、特にコイルばねである、請求項１から３までのいずれか１項記載の溶接ヘッド。
【請求項５】
前記駆動装置（２）は、少なくとも１つの空気圧式のシリンダ（２０）を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の溶接ヘッド。
【請求項６】
前記空気圧式のシリンダ（２０）の伸長中、前記電極（３）が被加工物（６）に載着されるまで、該電極（３）を所定の電極ストローク（Ｅ）の分だけ送るように形成され、
前記空気圧式のシリンダ（２０）の伸長中、前記電極（３）が被加工物（６）に載着された後、前記弾性部材（４）を所定のばね変位量（Ｆ）の分だけ圧縮するように形成され、該ばね変位量（Ｆ）は、シリンダストローク（Ｚ）と前記電極ストローク（Ｅ）との差をなし、前記弾性部材（４）のプリロードとともに、被加工物（６）に及ぼされる溶接力を規定し、
溶接工程中、前記電極（３）を沈み込み量（Ｎ）の分だけ前記弾性部材（４）により送るように形成され、前記弾性部材（４）の圧縮は、沈み込み量（Ｎ）の分だけ減じられる、
請求項５記載の溶接ヘッド。
【請求項７】
前記空気圧式のシリンダ（２０）の伸長中、前記弾性部材（４）の圧縮が起こらないことを検出するセンサ（８）を備え、該センサ（８）は、被加工物（６）が存在しないことを検出可能である、請求項６記載の溶接ヘッド。
【請求項８】
前記電極（３）の沈み込み量（Ｎ）を測定するために配置されたゲージ（９）を備える、請求項６又は７記載の溶接ヘッド。
【請求項９】
前記電極（３）は、両側に配置された２つの電極ガイド（３０）、特にボールガイド間に可動に案内されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の溶接ヘッド。
【請求項１０】
冷却水案内部を備える、請求項１から９までのいずれか１項記載の溶接ヘッド。
【請求項１１】
前記力センサ（７）は、ひずみゲージを備えるロードセルである、請求項１から１０までのいずれか１項記載の溶接ヘッド。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項に応じて設計されている溶接ヘッド（１）の、溶接、特に抵抗溶接、抵抗加圧溶接若しくは抵抗スポット溶接、ろう接、特に抵抗ろう付け、又は熱間リベット締めのための使用。
【請求項１３】
請求項１から１１までのいずれか１項記載の溶接ヘッド（１）の製造方法であって、該溶接ヘッド（１）の駆動装置（２）は、少なくとも１つの空気圧式のシリンダ（２０）を有し、
前記空気圧式のシリンダ（２０）の伸長中、電極（３）が被加工物（６）に載着されるまで、該電極（３）を所定の電極ストローク（Ｅ）の分だけ送り、
前記空気圧式のシリンダ（２０）の伸長中、前記電極（３）が被加工物（６）に載着された後、弾性部材（４）を所定のばね変位量（Ｆ）の分だけ圧縮し、このとき、前記ばね変位量（Ｆ）は、シリンダストローク（Ｚ）と前記電極ストローク（Ｅ）との差をなし、これにより前記溶接ヘッド（１）を第２の組み立て状態（６２）に移行させ、
前記駆動装置（２）に固定的に結合されてはいるが、該駆動装置（２）に対して相対的に位置調節可能である調節部材、特に調節ナット（７３）を、前記弾性部材（４）のガイドシャフト（７５）に固定的に結合されたストッパ部材、特にストッパピン（７２）と当接させて、前記弾性部材（４）を圧縮された状態に固定し、これにより前記溶接ヘッド（１）を第３の組み立て状態（６３）に移行させ、
前記空気圧式のシリンダ（２０）を短縮させ、これにより前記溶接ヘッド（１）を第４の組み立て状態（６４）に移行させ、該第４の組み立て状態（６４）において力センサ（７）を前記溶接ヘッドに装入し、
前記空気圧式のシリンダ（２０）を再度伸長させ、前記電極（３）を再度被加工物（６）に載着させた後、前記調節部材を元の位置に戻す、
ことを特徴とする、溶接ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接、抵抗ろう付け又は熱間リベット締めを実施する溶接ヘッドであって、結合したい被加工物を、抵抗加熱によって、かつそれと同時に接合部（溶接の場合はいわゆる溶接部）に対して圧力（溶接力）を加えながら、素材結合（ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）式に又はろうを介して互いに結合する溶接ヘッドに関する。
【０００２】
抵抗溶接では、電流を流すことによって、２つの導電性の被加工物を、溶融するまで加熱する。溶融物は、電流を流した後、固化して１つの溶接結合部を形成する。この場合、内的な結合の形成は、場合によっては、電流を流している最中及び電流を流した後の押し付けによって助成される（抵抗加圧溶接あるいは抵抗圧接）。抵抗溶接は、一般に、溶加材の供給なしに実施される。抵抗溶接の特殊な形態である抵抗スポット溶接は、例えばボデーや車両の製造時に鋼板を結合するために使用される。しかし、抵抗スポット溶接は、アルミニウムその他の金属を溶接するためにも役立ち、例えばキャパシタ、コイル及びモータ巻線の接続部、又はリレー及び線路の保護スイッチのための接点セットの製造時にも用いられる。抵抗スポット溶接は、最短の時間で、高いエネルギを電流の形で被加工物の小さな面積に集中させ得るという利点を提供する。このとき、空気圧式又は電気機械式に加えられる高い圧力の供給下で、解離不能な結合が生じる。
【０００３】
抵抗ろう付けでは、電流を流すことによりろう付け部に熱を発生させる。抵抗ろう付けは、不同材料の部品、例えば高い熱伝導性を有する金属薄板に小部品をろう付けするために適している。その際、ろう付け部は、電気抵抗を形成し、直接加熱される。
【０００４】
上述の利用分野のために、複数の溶接ヘッドが公知である。これらの溶接ヘッドは、対向電極に向かって可動に支承されている電極を支持している。接合したい被加工物は、まず、両電極間に位置決めされ、次に溶接ヘッドの電極を動かすことによって対向電極に押し付けられる。結合プロセス中、必要なプロセス温度及び溶接力により、材料の軟化が起こる。材料の軟化は、被加工物に加えられる電極の圧力により、溶接ヘッドのいわゆる沈み込み（Ｎａｃｈｓｅｔｚｅｎ）に至る。
【０００５】
従来技術において、駆動装置と、可動に支承されている電極とを備える溶接ヘッドが公知である（「Ｍｉｋｒｏｓｃｈｗｅｉｓｓｋｏｐｆ  ｍｉｔ  ｅｉｎｓｔｅｌｌｂａｒｅｒ  Ｅｌｅｋｔｒｏｄｅｎｋｒａｆｔ（２０１０年９月２８日の時点でｗｗｗ．ｉｓｏｍａｔｉｃ．ｃｏｍ／ｈｔｍｌ／Ｄｅｕｔｓｈ／ｋｓｋ．ｈｔｍのアドレスにてインターネット上で入手可能。）」参照）。この場合、溶接力は０．７〜２００Ｎに設定可能である。
【０００６】
駆動装置と、可動に支承されている電極とを備える溶接ヘッドは、刊行物「Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｆｏｒｃｅ  Ｗｅｌｄ  Ｈｅａｄ  ｂｙ  ＭａｃＧｒｅｇｏｒ（２０１０年１０月５日の時点でｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍａｃｇｒｅｇｏｒｓｙｓｔｅｍｓ．ｃｏｍ／ｆｉｌｅｓ／ｄｏｗｎｌｏａｄｓ／Ｃｏｎｓｔａｎｔ％２０Ｆｏｒｃｅ％２０Ｗｅｌｄ％２０Ｈｅａｄ．ｐｄｆのアドレスにてインターネット上で入手可能。）」においても公知である。
【０００７】
従来技術において、溶接力、すなわち電極により被加工物に及ぼされる圧力の設定及び管理は、間接的に、駆動装置の空気圧式のシリンダに設けられた減圧器によって行われる。択一的には、力センサが、電極と被加工物支持体収容部との間に、溶接力を測定するために配置される。しかし、測定のこの直接的な態様は、各々の使用毎に種々異なっており、コストあるいは手間を要する。
【０００８】
それゆえ本発明の課題は、溶接力の測定を簡単化かつ／又は改善する、力センサを備える溶接ヘッドを提供することである。
【０００９】
この課題は、溶接ヘッドであって、力センサを備え、駆動装置と、弾性部材と、力センサと、可動に支承される電極とが一直線上に配置されており、駆動装置又は弾性部材から電極に作用する力の作用線が、力センサ及び電極の中心を通るように延びている溶接ヘッドにより解決される。本発明に係る溶接ヘッドは、調節部材、特に調節ナットを備え、調節部材は、駆動装置に固定的に結合あるいは拘束されてはいるが、駆動装置に対して相対的に位置調節可能であるとともに、弾性部材の圧縮された状態で、弾性部材のガイドシャフトに固定的に結合されたストッパ部材、特にストッパピンと当接可能であり、これにより弾性部材が圧縮された状態に固定可能であることを特徴とする。
【００１０】
つまり、溶接ヘッドは、調節部材とストッパ部材との協働により、弾性部材が圧縮された状態に固定されていて、それゆえに力センサが溶接ヘッド内に装入可能であるか、又は溶接ヘッドから取り外し可能である組み立て状態へと移行可能である。このことは、力センサの簡単かつ迅速な組み付け及び取り外しを可能にする。
【００１１】
本発明に係る溶接ヘッドは、工程能力を記録したいという、組み立て技術において高まる要求を充足する。この場合、まさに一定の溶接力のパラメータは、大きな意味を有している。ある特定の使用時、溶接力は、溶接毎に測定され、記録されねばならない。この場合、この溶接ヘッドの設計は、各溶接時に直接的な力伝達経路内で溶接力を測定し記録することを可能にする。このことは、工程管理を支援する。同時に、電極と被加工物支持体収容部との間での、力センサの手間のかかる配置の必要はなくなる。
【００１２】
溶接ヘッドは、工程を過度に長い間中断することがないように、実際の運転における種々異なる使用のための溶接力の管理及び調節のための簡単かつ迅速な測定を可能にする。さらに、工程監視のために、各溶接時の溶接力の直接的な測定も可能である。さらに、それどころか、溶接中の溶接力の変動さえも検出可能である。非定常の確認測定も可能である。
【００１３】
駆動装置、弾性部材及び電極の直線状の配置は、駆動装置と接合部との間又は弾性部材と接合部との間に力のモーメントが発生し得ないので、電極の沈み込み特性を最適化する。力のモーメントは、電極のガイドにおける摩擦の増加を招き、比較的高い慣性、ひいては溶接ヘッドの比較的悪い沈み込み特性を惹起する。これに対して、本発明に係る溶接ヘッドは、接合部の直接的な近傍において実現されている、沈み込み特性の最適に設計された制御を可能にする。これにより、この設計の重要な利点は、駆動装置から弾性部材を介した電極までのダイレクトな力伝達経路である。この場合、弾性部材は、沈み込み制御のために役立つ。溶接力の作用線は、電極の中心を電極に沿って延びているので、被加工物に対する相対運動は発生しない。このことは、高い再現性及び電極の低摩耗を生じる。
【００１４】
さらに、この設計は、溶接ヘッドのコンパクトな構造形式を可能にする。これにより、一部機械化された人間工学的な解決手段も可能である。さらに、溶接ヘッドの組み付け位置は任意である。また、溶接ヘッドは、簡単に絶縁される。さらに、コンパクトな構造形式は、このリソースを使用するプラットフォームコンセプトの枠内でのベースコンセプトとしての溶接ヘッドの使用を可能にする。また、溶接ヘッドは、可動の電極により、材料が流れる種々異なるシステム、例えばスライダ収容部、回転テーブル又は被加工物支持体等のために使用可能である。
【００１５】
好ましい態様において、弾性部材は、駆動装置と力センサとの間に配置されている。
【００１６】
つまり、力センサは、直接、弾性部材、例えば圧縮ばねと、電極との間に装入され、これにより、直接、弾性部材と電極との間の力伝達経路内に位置している。それゆえ、力センサは、実際に加えられる溶接力を、直接、介在する部材あるいは要素を介した迂回なしに測定する。この場合、力センサは、定常的に溶接ヘッド内にとどまるか、又は簡単に組み付けられ、取り外されることができる。力センサの代わりにスペーサ部材を備える、既に使用中の状態にある溶接ヘッドは、簡単にシステムアップ可能である。
【００１７】
この態様を基礎とする別の態様において、調節部材は、Ｏリングにより回動を防止されている調節ナットである。
【００１８】
別の好ましい態様において、力センサは、ひずみゲージ（ＤＭＳ：Ｄｅｈｎｕｎｇｓｍｅｓｓｓｔｒｅｉｆｅｎ）を備えるロードセルである。これは、ひずみゲージ式力ピックアップとも称呼される。本態様は、ロードセルのモジュール構造により力センサの簡単な組み付け及び取り外しを助成する。
【００１９】
少なくとも１つの空気圧式のシリンダを有する駆動装置を有する溶接ヘッドの製造方法では、空気圧式のシリンダの伸長中、電極が被加工物に載着されるまで、電極を所定の電極ストロークの分だけ送る。空気圧式のシリンダの伸長中、電極が被加工物に載着された後、弾性部材を所定のばね変位量の分だけ圧縮し、このとき、ばね変位量は、シリンダストロークと電極ストロークとの差をなし、これにより溶接ヘッドを第２の組み立て状態に移行させる。駆動装置に固定的に結合されてはいるが、駆動装置に対して相対的に位置調節可能である調節部材、特に調節ナットを、弾性部材のガイドシャフトに固定的に結合されたストッパ部材、特にストッパピンと当接させて、弾性部材を圧縮された状態に固定する。これにより溶接ヘッドを第３の組み立て状態に移行させる。空気圧式のシリンダを短縮させ、これにより溶接ヘッドを第４の組み立て状態に移行させ、第４の組み立て状態において力センサを溶接ヘッドに装入する。次に、空気圧式のシリンダを再度伸長させ、電極を再度被加工物に載着させた後、調節部材を元の位置に戻す。
【００２０】
本発明に係る製造方法は、力センサの簡単かつ迅速な組み付けを可能にする。
【００２１】
別の好ましい態様において、溶接ヘッドは、圧力が駆動装置から電極に加えられることにより、電極が被加工物に当接しない限り、電極を駆動装置に対して同期的に運動させるようになっている。さらに、電極が被加工物に当接している限り、溶接ヘッドは、駆動装置から電極を切り離し、弾性部材によって電極を駆動装置に対して相対的に運動させるようになっている。
【００２２】
この場合、結合したい被加工物に対する圧力は、駆動装置によって溶接ヘッドの可動の電極に直接加えられる。弾性部材のばね作用も、直接的な経路で電極に作用する。しかし、駆動装置と弾性部材との力伝達経路は、沈み込み挙動時には切り離されている。これにより、弾性部材のばね力は、駆動装置の力から機械的に切り離されている。このことは、抵抗溶接の再現可能な高い品質に至り、最も高い要求が課される非鉄金属溶接も実施可能とする。弾性部材による電極に対する駆動装置の切り離しは、摩擦損失を低減し、再現性を向上させる。
【００２３】
別の好ましい態様において、溶接ヘッドの弾性部材は、圧縮ばね、特にコイルばねであり、溶接力を電極に伝達するために配置され、被加工物に対する電極の沈み込み運動を制御するために設計されている。
【００２４】
圧縮ばねは、荷重を加えると撓み、除荷するとその元の形状に戻る、つまり弾性復帰する構成部材である。圧縮ばねの復元力は、フックの法則にしたがって、圧縮ばねが作用する力方向とは逆向きの力作用点の移動量に対して比例する。
【００２５】
上述の態様は、圧縮ばねが沈み込み量を制御し、同時にプロセス時間中の溶接力をほぼ一定に維持するという利点を提供する。これにより、圧縮ばねは、溶接中の電極の最適な沈み込み特性を可能にする。それゆえ、溶接ヘッドは、最も高い要求が課される非鉄金属溶接のために使用可能である。
【００２６】
別の好ましい態様において、溶接ヘッドの駆動装置は、少なくとも１つの空気圧式のシリンダにより実現されている。この態様を基礎とする別の態様において、溶接ヘッドは、空気圧式のシリンダの伸長中、電極が被加工物に載着されるまで、電極を所定の電極ストロークの分だけ送るように形成されている。さらに、溶接ヘッドは、空気圧式のシリンダの伸長中、電極が被加工物に載着された後、弾性部材を所定のばね変位量の分だけ圧縮するように形成されており、ばね変位量は、シリンダストロークと電極ストロークとの差をなし、弾性部材のプリロードとともに、被加工物に及ぼされる溶接力を規定する。次に、溶接ヘッドは、溶接工程中、電極を沈み込み量の分だけ弾性部材により送るように形成されており、このとき、弾性部材の圧縮は、沈み込み量の分だけ減じられる。
【００２７】
この態様は、電極及び駆動装置の前述の切り離しの詳細を説明している。前述の利点は、相応に当てはまる。
【００２８】
この態様を基礎とする別の態様において、溶接ヘッドは、空気圧式のシリンダの伸長中、弾性部材の圧縮が起こらないことを検出するように形成されたセンサを備える。これにより、被加工物が存在しないことが検出可能である。この場合、センサの信号は、溶接のために被加工物が存在しているか否かを管理することができるので、溶接工程の開始信号としても使用可能である。
【００２９】
別の好ましい態様において、溶接ヘッドは、電極の沈み込み量を測定するために配置されたゲージ（Ｍｅｓｓｔａｓｔｅｒ）を備える。この場合、ゲージは、溶接中の電極の沈み込み量を測定する。この場合、ゲージが溶接工程全体にわたって連続的に作動可能であると有利である。このことは、より確実な工程管理につながる。この場合、沈み込み量は、直接ばね変位量から求めることが可能である。
【００３０】
別の好ましい態様において、溶接ヘッドの電極は、両側に配置された２つの電極ガイド、特にボールガイド間に可動に案内されている。
【００３１】
この場合、電極ガイドは電極平面内にペア状に配置される。この場合、溶接力は、電極の中心を通して導かれる。このことは、電極ガイド内の摩擦が低減されるという利点を提供する。このことは、溶接ヘッドの慣性も低減し、全体として溶接時の電極のより良好な沈み込み特性につながる。この場合も、前述の力伝達経路あるいは力の作用線が、電極と一直線上に位置し、かつ電極ガイドとも一直線上に位置すると有利である。さらにこの設計は、可動の電極を収容する電極ホルダが小さな質量を有するにすぎないという利点を提供する。このことは、低い慣性質量及び高い電極加速度につながる。ボールガイドは、電極ガイドにおける摩擦係数を付加的に下げることが可能であるという特別な利点を提供する。全体として、これにより、溶接ヘッドの動特性が助成される。
【００３２】
本発明の別の好ましい態様において、溶接ヘッドは、電極を冷却するために形成されている冷却水案内部を有している。これにより、一定の温度関係が実現可能である。
【００３３】
溶接ヘッドは、溶接、特に抵抗溶接、抵抗加圧溶接若しくは抵抗スポット溶接、ろう接、特に抵抗ろう付け、又は熱間リベット締めのために適している。このことは、溶接ヘッドが、方法に置換することにより、種々異なる結合技術のためのリソースとして利用可能であるという利点を提供する。
【００３４】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】溶接ヘッドの４つの運転状態を示す図である。
【図２】各構成部材を分解した状態で溶接ヘッドを示す図である。
【図３Ａ】溶接ヘッドを断面した正面図である。
【図３Ｂ】溶接ヘッドの側面図である。
【図３Ｃ】溶接ヘッドの平面図である。
【図４Ａ】力センサを組み付けるための溶接ヘッドの第２の組み立て状態を示す図である。
【図４Ｂ】力センサを組み付けるための溶接ヘッドの第３の組み立て状態を示す図である。
【図４Ｃ】力センサを組み付けるための溶接ヘッドの第４の組み立て状態を示す図である。
【００３６】
図１は、溶接ヘッド１を第１の運転状態１１、第２の運転状態１２、第３の運転状態１３及び第４の運転状態１４で示している。溶接ヘッド１は、それぞれ、駆動装置２、電極３、弾性部材４、センサ８、ゲージ９及び電極ガイド３０から構成されている。駆動装置２、弾性部材４及び電極３は、１つの作用線５上に配置されている。溶接ヘッド１の下には、それぞれ、互いに溶接されるべき２つの被加工物６が図示されている。駆動装置２は、２つの終端位置検出部（Ｅｎｄｌａｇｅｎａｂｆｒａｇｅ）４０を有している。センサ８の詳細な配置は、後述する別の図面から看取可能である。弾性部材４は、図１では圧縮ばね、具体的にはコイルばねとして示されている。駆動装置２は、例えば単数又は複数の空気圧式のシリンダを有している。空気圧式のシリンダは、図１には詳細には示されていない。駆動装置２は、駆動力を作用線５に沿って発現し、垂線に沿って、溶接ヘッド１の図１に可視のその他の部材あるいは要素、特に弾性部材４及び電極３に伝達する。電極３の電気めっきによる被覆は、電極３の腐食を防止し、接触抵抗の変化を回避する。
【００３７】
さらに図１は、弾性部材４と電極３との間に配置されている力センサ７を示している。これにより力センサ７は、駆動装置２と、弾性部材４と、電極３との間の直接的な力伝達経路内に位置している。ストッパピン７２は、弾性部材４のガイドシャフト７５に結合されている。ストッパピン７２は、Ｏリングを介した回動防止手段により駆動装置２の延長部あるいは駆動装置２の空気圧式のシリンダの延長部に固定的に取り付けられているあるいは拘束されている調節ナット７３と協働して、力センサ７の簡単な組み付け及び取り外しを可能にする。この協働については下で詳細に説明する。力センサ７の代わりに、スペーサ部材を取り付けてもよい。このスペーサ部材は、後の時点で力センサ７に置き換えられる。
【００３８】
力センサ（力ピックアップともいう）は、力センサに作用する力を測定する。例えば、管形あるいはセル形の力センサは、力センサの金属体の変形をひずみゲージによって測定する。ひずみゲージの電気抵抗は、変形に伴って変化する。
【００３９】
ガイドシャフト７５に取り付けられている第２の調節ナット７４は、弾性部材４のプリロードを調節するために役立つ。
【００４０】
第１の運転状態１１で、溶接ヘッド１は基本位置にある。以下、駆動装置２が空気圧式のシリンダによって実現されていることを前提とし、空気圧式のシリンダは、第１の運転状態１１で短縮している。この場合、空気圧式のシリンダは、作用線５に沿って駆動装置２内に存在する。図１には、空気圧式のシリンダの延長線上に、スペーサスリーブ２１が示されている。スペーサスリーブ２１は、空気圧式のシリンダが短縮している第１の運転状態１１における空気圧式のシリンダのシリンダストロークＺを制限する。スペーサスリーブ２１により、空気圧式のシリンダのシリンダストロークＺは、可変に調節可能である。シリンダストロークＺを変更するには、スペーサスリーブ２１が、適当な寸法を有するスペーサスリーブと交換されればよい。弾性部材４には、第１の運転状態１１でプリロードがかけられている。
【００４１】
第２の運転状態１２で、空気圧式のシリンダは、完全に伸長しており、このとき、シリンダストロークＺを経ている。電極３は、第１の運転状態１１から第２の運転状態１２への移行時、電極ストロークＥを経て、被加工物６上に載着されている。空気圧式のシリンダが全シリンダストロークＺの分だけ伸長する前に、電極３は被加工物６に既に載着されてしまうので、弾性部材４は、既に第１の運転状態１１で付勢されているプリロードに加えて、さらにばね変位量Ｆの分だけ圧縮される。ばね変位量Ｆも、図１に示されている。したがって、弾性部材４は、第２の運転状態１２でより強く圧縮されている。電極３は、今や、溶接力でもって被加工物６を押圧している。
【００４２】
溶接力は、この場合、弾性部材４のプリロードとばね変位量Ｆとから生じる。溶接力は、２４０〜１４００Ｎの間で可変に調節可能である。調節は、場合によっては第２の運転状態１２で実施される。このために、弾性部材４のプリロードＶ（図３Ａに図示）は、例えば１．８〜８．５ｍｍの間で調節される。ばね変位量Ｆは、例えば１〜３ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍに調節される。設計次第では、溶接力、ばね変位量Ｆ及びプリロードＶの、上記値とは異なる限界値及び基準値を設定することもできる。
【００４３】
シリンダストロークＺは、電極ストロークＥとばね変位量Ｆとからなる。ゲージ９は、誘導式のピックアップとして形成されており、溶接工程中、電極３の沈み込みを測定する。
【００４４】
溶接工程は、第２の運転状態１２と第３の運転状態１３との間で実施され、第３の運転状態１３では既に完了している。溶接工程中、電極３は、沈み込み量Ｎの分だけ被加工物６内に沈み込む。相応に、弾性部材４の圧縮は、前述のばね変位量から、沈み込み量Ｎの分だけ減少する。
【００４５】
第４の運転状態１４は、空気圧式のシリンダがシリンダストロークＺの分だけ完全に伸長している場合を示しているが、被加工物６が存在しないので、電極３は空走する。つまり、この場合、ばね変位量Ｆの弾性部材４の圧縮は起こらない。すなわち、第４の運転状態１４では荷重が弾性部材４に加えられていない。このことは、センサ８によって検出可能であり、被加工物が溶接のために存在しているか否かを管理するために役立つ。
【００４６】
総括すると、電極３は、被加工物６に当接しない限り、駆動装置２に対して同期的にあるいは空気圧式のシリンダの運動に対して同期的に運動する。電極３が被加工物６に当接すると直ちに、電極３は、駆動装置２から切り離され、空気圧式のシリンダの運動に対して相対的に運動する。この動作は、弾性部材４によって可能となる。
【００４７】
図２は、再度、駆動装置２、電極３及び弾性部材４を有する溶接ヘッド１を示している。駆動装置２、電極３及び弾性部材４は、再度、作用線５上に配置されている。付加的に、センサ８、スペーサスリーブ２１、空気圧式のシリンダ２０及び電極ガイド３０も図示されている。列挙した部材は、上述のものと同じ機能を有している。図２は、列挙した部材の組み立ての詳細を示している。
【００４８】
さらに図２は、弾性部材４と電極３との間に配置されている力センサ７を示している。これにより力センサ７は、駆動装置２と、弾性部材４と、電極３との間の直接的な力伝達経路内に位置している。ストッパピン７２は、弾性部材４のガイドシャフト７５に結合されている。ストッパピン７２は、Ｏリングを介した回動防止手段により駆動装置２の延長部に固定的に取り付けられている調節ナット７３と協働して、力センサ７の簡単な組み付け及び取り外しを可能にする。この協働ついては下で詳細に説明する。
【００４９】
ガイドシャフト７５に取り付けられている第２の調節ナット７４は、弾性部材４のプリロードを調節するために役立つ。
【００５０】
図３Ａは、溶接ヘッド１の断面図を含む溶接ヘッド１の正面図を示している。再度、作用線５上に直線状に配置されている駆動装置２、電極３及び弾性部材４が示されている。さらに、スペーサスリーブ２１及び電極ガイド３０も良好に看取可能である。図３Ａには、シリンダストロークＺ、ばね変位量Ｆ及び電極ストロークＥに加え、弾性部材４を予め付勢するプリロードＶも示されている。列挙した部材は、上述のものと同じ機能を有している。
【００５１】
さらに図３Ａは、弾性部材４と電極３との間に配置されている力センサ７を示している。これにより力センサ７は、駆動装置２と、弾性部材４と、電極３との間の直接的な力伝達経路内に位置している。ストッパピン７２は、弾性部材４のガイドシャフト７５に結合されている。ストッパピン７２は、Ｏリングを介した回動防止手段により駆動装置２の延長部に固定的に取り付けられている調節ナット７３と協働して、力センサ７の簡単な組み付け及び取り外しを可能にする。この協働については下で詳細に説明する。
【００５２】
ガイドシャフト７５に取り付けられている第２の調節ナット７４は、弾性部材４のプリロードＶを調節するために役立つ。
【００５３】
図３Ｂは、溶接ヘッド１の側面図である。再度、作用線５上に直線状に配置されている駆動装置２、弾性部材４及び電極３の他に、図３Ｂは、スペーサスリーブ２１、センサ８及び電圧測定線路５０のための端子も示している。この場合、電圧測定線路５０のための端子は、電極間の電圧降下を測定するために役立つ。その他の部材は、上述のものと同じ機能を有している。
【００５４】
さらに図３Ｂは、弾性部材４と電極３との間に配置されている力センサ７を示している。これにより力センサ７は、駆動装置２と、弾性部材４と、電極３との間の直接的な力伝達経路内に位置している。ストッパピン７２は、弾性部材４のガイドシャフト７５に結合されている。ストッパピン７２は、Ｏリングを介した回動防止手段により駆動装置２の延長部に固定的に取り付けられている調節ナット７３と協働して、力センサ７の簡単な組み付け及び取り外しを可能にする。この協働については下で詳細に説明する。
【００５５】
ガイドシャフト７５に取り付けられている第２の調節ナット７４は、弾性部材４のプリロードを調節するために役立つ。
【００５６】
図３Ｃは、溶接ヘッド１の平面図である。図３Ｃは、溶接ヘッド１の一部を断面した状態で示しており、特に電極３及び駆動装置２が看取可能である。
【００５７】
以下に、力センサを溶接ヘッド内に組み付ける一実施の形態について説明する。本実施の形態は、少なくとも大部分、インチング運転（Ｔｉｐｐ−Ｂｅｔｒｉｅｂ）で実施される。本実施の形態は、図１に示した第４の運転状態１４に相当する、図示しない任意選択的な第１の組み立て状態で開始する。この第１の組み立て状態において、図１に示した調節ナット７３と、ストッパピン７２との間の間隔は、１ｍｍである。
【００５８】
図４Ａは、力センサを組み付けるための溶接ヘッド１の第２の組み立て状態６２を示している。駆動装置２、弾性部材４及び電極３の他に、弾性部材４と電極３との間に配置されているスペーサ部材７１が示されている。ストッパピン７２は、弾性部材４のガイドシャフト７５に結合されている。調節ナット７３は、Ｏリングを介した回動防止手段により駆動装置２の延長部に固定的に取り付けられている。第２の調節ナット７４は、ガイドシャフト７５に取り付けられている。
【００５９】
第２の組み立て状態６２を実現するために、電極３は、駆動装置２の空気圧式のシリンダの伸長中、被加工物６に載着されるまで前進させられる。弾性部材４は、空気圧式のシリンダの伸長中、電極３が被加工物６に載着された後、ばね変位量Ｆの分だけ圧縮される。弾性部材４の圧縮に基づいて、調節ナット７３とストッパピン７２との間の間隔Ｄは、１ｍｍ＋ばね変位量Ｆに拡大する。
【００６０】
ストッパピン７２に対して調節ナット７３を回動させることで、今や、図４Ｂに示す第３の組み立て状態６３が達成される。図４Ｂの符号は、この場合、図４Ａに示したものと同じ部材を示している。ストッパピン７２に対する調節ナット７３の回動は、弾性部材４がもはやばね変位量Ｆの分弛緩することができないようにする。相応に、間隔Ｄはゼロに減少する。
【００６１】
空気圧式のシリンダの短縮により、溶接ヘッド１は、今や、図４Ｃに示す第４の組み立て状態６４に移行される。図４Ｃの符号は、この場合、図４Ａに示したものと同じ部材を示している。第４の組み立て状態６４において、弾性部材４とスペーサ部材７１との間の力伝達経路は、開放されている。それゆえスペーサ部材７１は、溶接ヘッド１から簡単に取り除かれ、力センサ７に置き換えることが可能である。
【００６２】
図示しない第５の組み立て状態において、空気圧シリンダは再度伸長させられる。このとき、電極３は、再度、被加工物６に載着される。その後、調節ナット７３は、回動されて元の位置に戻される。これにより、弾性部材４と力センサ７との間の力伝達経路は、後の運転のために再度閉鎖されている。
【００６３】
これにより、ストッパピン７２に対する調節ナット７３の対応配置あるいは形状結合は、インチング運転中、弾性部材４と電極３との間の力伝達経路の簡単な遮断、ひいては力センサ７の簡単な組み付けを可能にする。本実施の形態とは異なり、既に組み付けられた力センサを取り外したり、交換したりしてもよい。
【００６４】
上述の実施の形態、変化態様及び実施例は、互いに自由に組み合わされる。
【図１】
2013542078.tif 000003
【図２】
2013542078.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
2013542078.tif 000008
【図４Ｂ】
2013542078.tif 000009
【図４Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年8月1日(2013.8.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ヘッド（１）であって、
力センサ（７）を備え、
駆動装置（２）と、弾性部材（４）と、前記力センサ（７）と、可動に支承される電極（３）とが一直線上に配置されており、前記駆動装置（２）又は前記弾性部材（４）から前記電極（３）に作用する力の作用線（５）が、前記力センサ（７）及び前記電極（３）の中心を通るように延びている溶接ヘッド（１）において、
前記溶接ヘッド（１）は、調節部材を備え、該調節部材は、前記駆動装置（２）に固定的に結合されてはいるが、該駆動装置（２）に対して相対的に位置調節可能であるとともに、前記弾性部材（４）の圧縮された状態で、該弾性部材（４）のガイドシャフト（７５）に固定的に結合されたストッパ部材と当接可能であり、これにより前記弾性部材（４）が前記圧縮された状態に固定可能であることを特徴とする溶接ヘッド。
【請求項２】
前記調節部材は、調節ナット（７３）であり、前記ストッパ部材は、ストッパピン（７２）である、請求項１記載の溶接ヘッド。
【請求項３】
前記弾性部材（４）は、前記駆動装置（２）と前記力センサ（７）との間に配置されている、請求項１又は２記載の溶接ヘッド。
【請求項４】
前記調節部材は、Ｏリングにより回動を防止されている調節ナット（７３）である、請求項１から３までのいずれか１項記載の溶接ヘッド。
【請求項５】
前記弾性部材（４）は、ばねである、請求項１から４までのいずれか１項記載の溶接ヘッド。
【請求項６】
前記ばねは、コイルばねである、請求項５記載の溶接ヘッド。
【請求項７】
前記駆動装置（２）は、少なくとも１つの空気圧式のシリンダ（２０）を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の溶接ヘッド。
【請求項８】
前記空気圧式のシリンダ（２０）の伸長中、前記電極（３）が被加工物（６）に載着されるまで、該電極（３）を所定の電極ストローク（Ｅ）の分だけ送るように形成され、
前記空気圧式のシリンダ（２０）の伸長中、前記電極（３）が被加工物（６）に載着された後、前記弾性部材（４）を所定のばね変位量（Ｆ）の分だけ圧縮するように形成され、該ばね変位量（Ｆ）は、シリンダストローク（Ｚ）と前記電極ストローク（Ｅ）との差をなし、前記弾性部材（４）のプリロードとともに、被加工物（６）に及ぼされる溶接力を規定し、
溶接工程中、前記電極（３）を沈み込み量（Ｎ）の分だけ前記弾性部材（４）により送るように形成され、前記弾性部材（４）の圧縮は、沈み込み量（Ｎ）の分だけ減じられる、
請求項７記載の溶接ヘッド。
【請求項９】
前記空気圧式のシリンダ（２０）の伸長中、前記弾性部材（４）の圧縮が起こらないことを検出するセンサ（８）を備え、該センサ（８）は、被加工物（６）が存在しないことを検出可能である、請求項８記載の溶接ヘッド。
【請求項１０】
前記電極（３）の沈み込み量（Ｎ）を測定するために配置されたゲージ（９）を備える、請求項８又は９記載の溶接ヘッド。
【請求項１１】
前記電極（３）は、両側に配置された２つの電極ガイド（３０）間に可動に案内されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の溶接ヘッド。
【請求項１２】
冷却水案内部を備える、請求項１から１１までのいずれか１項記載の溶接ヘッド。
【請求項１３】
前記力センサ（７）は、ひずみゲージを備えるロードセルである、請求項１から１２までのいずれか１項記載の溶接ヘッド。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか１項に応じて設計されている溶接ヘッド（１）の、溶接又は熱間リベット締めのための使用。
【請求項１５】
前記溶接は、抵抗溶接、抵抗加圧溶接若しくは抵抗スポット溶接、ろう接、又は抵抗ろう付けである、請求項１４記載の使用。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか１項記載の溶接ヘッド（１）の製造方法であって、該溶接ヘッド（１）の駆動装置（２）は、少なくとも１つの空気圧式のシリンダ（２０）を有し、
前記空気圧式のシリンダ（２０）の伸長中、電極（３）が被加工物（６）に載着されるまで、該電極（３）を所定の電極ストローク（Ｅ）の分だけ送り、
前記空気圧式のシリンダ（２０）の伸長中、前記電極（３）が被加工物（６）に載着された後、弾性部材（４）を所定のばね変位量（Ｆ）の分だけ圧縮し、このとき、前記ばね変位量（Ｆ）は、シリンダストローク（Ｚ）と前記電極ストローク（Ｅ）との差をなし、これにより前記溶接ヘッド（１）を第２の組み立て状態（６２）に移行させ、
前記駆動装置（２）に固定的に結合されてはいるが、該駆動装置（２）に対して相対的に位置調節可能である調節部材を、前記弾性部材（４）のガイドシャフト（７５）に固定的に結合されたストッパ部材と当接させて、前記弾性部材（４）を圧縮された状態に固定し、これにより前記溶接ヘッド（１）を第３の組み立て状態（６３）に移行させ、
前記空気圧式のシリンダ（２０）を短縮させ、これにより前記溶接ヘッド（１）を第４の組み立て状態（６４）に移行させ、該第４の組み立て状態（６４）において力センサ（７）を前記溶接ヘッドに装入し、
前記空気圧式のシリンダ（２０）を再度伸長させ、前記電極（３）を再度被加工物（６）に載着させた後、前記調節部材を元の位置に戻す、
ことを特徴とする、溶接ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
前記調節部材は、調節ナット（７３）であり、前記ストッパ部材は、ストッパピン（７２）である、請求項１６記載の製造方法。
【国際調査報告】
2013542078.tif 000011
2013542078.tif 000012
2013542078.tif 000013
2013542078.tif 000014