(57)【要約】【課題】筒状ワークに他の金属部品をプロジェクション溶接する場合に，従来のチャック方式の電極装置ではテーパ状の加圧面と係合するクサビ面でのスライドを把握力に変換するため電極の消耗が速く，ワーク径の変化にチャックの対応がむつかしいという課題があった。【解決手段】筒状ワークの軸心線に対し求心乃至遠心方向へ相対向して同時に動く複数のチャックジョー３を備え，各チャックジョーには溶接トランスの二次端子に接続された電極ベース１１が絶縁して取り付けられ，電極ベースには夫々電極ホルダ１３が取り付けられ，各々の電極ホルダには電極チップ１４が着脱可能に取り付けられ，チャックジョーは一つのアクチュエータ４で求心乃至遠心方向に駆動され，それによって筒状ワークの外径又は内径の壁面に対し複数の電極チップが直角且つ同時に押し付けられることを条件とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状ワークに突起部を形成し，この突起部に相手方金属部品を重ね合わせ，前記突起部を重ね合わせた接合部を電極間で加圧し溶接電流を流して加熱溶融するプロジェクション溶接装置において，相対向する一対の電極装置のうち，少なく一方の円筒ワークを保持する電極装置に，前記筒状ワークの軸心線に対し求心乃至遠心方向へ相対向して同時に動く複数のチャックジョーを備え，前記各チャックジョーには溶接トランスの二次端子に接続された電極ベースが絶縁して取り付けられ，前記電極ベースには夫々電極ホルダが取り付けられ，前記各々の電極ホルダには電極チップが着脱可能に取り付けられ，前記チャックジョーは一つのアクチュエータで前記求心乃至遠心方向に駆動され，それによって前記筒状ワークの外径又は内径の壁面に対し複数の電極チップが直角且つ同時に押し付けられることを条件とするプロジェクション溶接用電極装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において，前記筒状ワークの内径に嵌入されるガイドピンを設け，前記ガイドピンには前記ワークを位置決めするための段差を設け，前記段差は筒状ワークの内径に挿入される小径部分と，前記挿入したワークの開口部の下端面が当接する大径部分とから構成され，前記段差によって前記ワークの溶接基準位置が設定されるようにしたことを条件とするプロジェクション溶接用電極装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明に属する利用分野】
本発明は，円筒ワークにプロジェクション（突起部）を形成し，この突起部によって溶接電流を点状又は線状部分に集中して流し加熱溶融して接合するプロジェクション溶接装置に関し，さらに限定すれば，上記筒状ワークの外径に適合する複数の電極チップを前記ワークの求心方向に同時に移動させてワーク位置決めに必要なクランプ機能と溶接に必要な給電機能を兼ね備えた筒状ワークのプロジェクション溶接用電極装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示すように筒状ワークＷ１の開口端面に相手方金属板Ｗ２（プレス加工金属片を含む）をプロジェクション溶接する場合，中空ワークの外径又は内径に複数の電極を押し当てて相対するワーク間の相対位置を確定する場合の位置決め用クランプ機能とワーク相互間の溶接に必要な通電路を形成する給電機能を兼ね備えたクランプ電極装置が従来知られている。
【０００３】
従来技術の筒状ワークのクランプ兼給電装置は，たとえば，特許第２５３５２８４号，特許第２６１３７３８号公報に開示されているように，先端に導線部材からなるチャック部を取り付けたチャックロッドと，このロッドの軸心線上でチャック部と同心的に重なり，ピストン運動でチャック部のワーク保持と開放時の開閉動作を行うチャックホルダを持ったチャック駆動用ガイドユニットが知られている。
【０００４】
この種の装置の概要は図６及び図７に示すように，可動側電極及び固定側電極の各チャック７０に，複数条のすり割り７４を形成してスプリング力が作用するようになし，その外周にチャックホルダ７１の内面に設けられたテーパ状の加圧面７２と係合するクサビ面７３を設け，このクサビ面に作用する前記アクチュエータの推力の分力を各チャックの軸心に対し直角方向に作用させて被溶接物をチャックの内面で締め付けられるようにしたものである。この従来の例は電極を兼ねたチャック７０が筒状ワークＷ１の外径を押し付けて把握するものである。
【０００５】
また特公昭６３−９９１６号公報に記載された電極装置は，筒状ワークの内径に電極を兼ねたチャックが，チャックホルダの内面に設けられたテーパ状の加圧面と係合するクサビ面を設け，このクサビ面に作用する前記アクチュエータの推力の分力を各チャックの軸心に対し直角方向に作用させて被溶接物をチャックで締め付けられるようにしたものである。
【０００６】
すなわち，筒状の内径に筒状ワークの第１被溶接物の内壁に複数の第２被溶接物を抵抗溶接する装置において，テーパ部を有する第１の電極，該電極のテーパ部と係合し得るテーパ面を夫々有する複数の補助電極，及び前記第１被溶接物の外壁側に配置される第２の電極を備え，前記第１の電極をそのテーパ部側から前記筒状の第１被溶接物のほぼ中心軸線に沿って挿入することによって，前記補助電極を介して前記複数の第２被溶接物に加圧力を与え抵抗溶接するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来，筒状ワークの先端に他の金属板をプロジェクション溶接する場合に，前述したようなコレクトチャックを使用する場合が多い。この種の従来のコレクトチャックは求心の高精度を保つと同時に溶接電流を流すことを可能としたものであるが，この種の電極チャック装置はチャックストロークが半径で０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とかなり少なくワーク形状によっては実施不可能となることがある。
【０００８】
また従来のコレクトチャック方式はテーパ状の加圧面と係合するクサビ面でのスライドをチャックのクランプ力に変換するため電極の消耗が速く，しかも被溶接物の径が変るとその都度チャック自体も変更しなければならず，ワーク径の変化にチャックの対応がむつかしい。つまりこのようなコレクトチャック方式は高いテーパ加工精度が要求されるほか構造が複雑で円筒形のワークしか対応がむずかしく，ワークの形状が変更または変化すると構造的に新規な設計が必要となる。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】
本発明は上記の問題を解決するものである。その具体的手段は，筒状ワークに突起部を形成し，この突起部に相手方金属部品を重ね合わせ，前記突起部を重ね合わせた接合部を電極間で加圧し溶接電流を流して加熱溶融するプロジェクション溶接装置において，相対向する一対の電極装置のうち，少なく一方の円筒ワークを保持する電極装置に，前記筒状ワークの軸心線に対し求心乃至遠心方向へ相対向して同時に動く複数のチャックジョーを備え，前記各チャックジョーには溶接トランスの二次端子に接続された電極ベースが絶縁して取り付けられ，前記電極ベースには夫々電極ホルダが取り付けられ，前記各々の電極ホルダには電極チップが着脱可能に取り付けられ，前記チャックジョーは一つのアクチュエータで前記求心乃至遠心方向に駆動され，それによって前記筒状ワークの外径又は内径の壁面に対し複数の電極チップが直角且つ同時に押し付けられることを条件とするプロジェクション溶接用電極装置を提供する。
【００１０】
次に，前記筒状ワークの内径に嵌入されるガイドピンを設け，前記ガイドピンには前記ワークを位置決めするための段差を設け，前記段差は筒状ワークの内径に挿入される小径部分と，挿入したワークの開口部の下端面が当接する大径部分とから構成され，前記段差によって前記ワークの溶接基準位置が設定されるようにしたことを条件とするプロジェクション溶接用電極装置を提供する。
【００１１】
次に，前記筒状ワークと相手金属板との溶接時の加圧力を検出し，その検出値と予め設定した加圧力の値とを比較して溶接状態が正常か異常かを監視するための加圧力センサたとえばロードセルが当該電極装置に取り付けられていることを条件とするプロジェクション溶接用電極装置を提供する。
【００１２】
次に，前記チャックジョーはチャック本体内に内蔵された一台のアクチュエータによるスライド部の直線運動を，クランクレバーを介して筒状ワークの軸心線に対し半径方向に動きを変換するようにしたことを条件とするプロジェクション溶接用電極装置を提供する。
【００１３】
次に，前記前記電極チップは筒状ワークの軸心線に対し同心円上に１２０度の等間隔で三方向に分割され，前記三分割の電極チップは前記円筒ワークの外径と適合する給電面を持ち，且つ前記夫々の電極ホルダに着脱自在に取り付けたことを条件とするプロジェクション溶接用電極装置を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の方法を実施すためのプロジェクション溶接用電極装置の実施例を示す平面図である。図２は同じく側面図である。図３は前記電極装置のチャックジョーを駆動する機構の原理を示す。図４は電極チップにより筒状ワークをクランプした状態を示す平面図である。
【００１５】
図５は被溶接物の断面を示す。一方の被溶接物は断面形状が円形，多角形，円錐形，楕円形，段付き形などの筒状ワーク又は棒状ワーク類も含まれる。ここでは最適な実施例として低合金鋼製の筒状ワークＷ１を使用する。
【００１６】
もう一方のワークはフランジＷ２で軟鋼製の部品とするが，部品形状は問わない。突起形状Ｐは同図に示すように筒状ワークの開口端面に形成されたリングプロジェクション（円筒状チューブの上部開口端を外側方向と内側方向に傾斜してカットした突起形状）のような連続した線状のものか又は凹凸のような点状のほかノコギリの歯のような波状のものでもよい。突起の形状，寸法はワーク形状，板厚，材質等のほか，溶接条件により種々形状・寸法も変化する。
【００１７】
図１及び図２において，プロジェクション溶接機の全体図は省略したが本体上腕と下腕に相対向する一対の電極装置が配置される。図１は相対する一方の下側の電極装置１で，本発明を使用して構成された一例である。上側の上部電極２（図２参照）は一般に下側電極装置１を固定側とした場合に，加圧用アクチュエータには一般にエアシリンダか又はサーボモータ等により図１の紙面に対し垂直方向（電極チップ）に向かって上下動する。
【００１８】
下側の電極装置１へのワークセットと加圧溶接と溶接後のワーク取り出し完了までの一連のプロセスは，シーケンスプログラム制御により自動的に行うか，あるいは手動で行う。
【００１９】
筒状ワークＷ１を保持する下側の電極装置１は，チャックジョー３が円筒ワークと同心円上に１２０度毎に等間隔に三方向に分離して配置されている。三方向からの複数のチャックジョー３は筒状ワークの内向（求心方向）に同時に移動する方式のもので，チャックジョー３の駆動源は，電極装置１の下側に配置された一つのチャック用アクチュエータ４たとえば流体圧シリンダにより行われる。複数のチャックジョー３はシリンダピストンによる直線運動を前記ワークの求心方向に直角に変換する機構５に連結されている。
【００２０】
なお，チャックジョー３の配置数は上記実施例に示す三方向の分離形態に限らず，ワーク形状・寸法により任意の角度（方向）に分離して配置することが可能である。
【００２１】
この場合，前記変換機構５はチャック本体ケース８の内側に配置されており，たとえばヒンジ６を中心に回動する略Ｌ字型のクランクレバー７が各々のチャックジョー３の個数に応じて取り付けられている。前記レバー７の上端７ａはガイド部Ｇに摺動可能に水平方向に支持されたチャックジョー３に連結され，また前記レバー７の下端７ｂは前記アクチュエータ４によりガイドレール９に沿って上下に移動するスライド部１０に夫々連結されている。
【００２２】
こうすれば，前記アクチュエータ４でスライド部１０を上下動することにより前記複数の前記レバー７がヒンジ６を中心に一斉に回動することで，複数のチャックジョー３を前記ワークの軸心線に対し半径方向に三方からガイド部Ｇに沿って直角に且つ同時に移動することができる。
【００２３】
前記各チャックジョー３の上には図３に示すように電極ベース１１が絶縁板１２を介してボルトＢ１により取り付けられている。前記電極ベース１１には夫々電極ホルダ１３がボルトＢ２により着脱可能に取り付けられている。
【００２４】
前記各電極ホルダ１３の先端には複数（三分割）の割り電極チップ１４が夫々取り付けられている。これらの電極チップ１４は図３，図４に示すように消耗品として取り外し交換がし易いようにボルトＢ３によって取り付けられている。
【００２５】
各電極チップ１４は筒状ワークＷ１の押し付け面に対し曲率半径に適合した湾曲状のクランプ給電面１５を有しており，前記各々の電極チップ１４が三方向（矢印）からのクランプ力で前記ワーク外径の壁面に密接し自動的に方向を求心に向けてクランプすることでワークの求心位置決めが簡単にできる構成になっている。
【００２６】
電源トランス（図省略）の一方の極性端子は上部電極側に接続され，もう一方の極性端子は三方向に分離した夫々の電極ベース１１側に接続されている。この場合，電源トランス側に接続される二次導体と電極ベース１１との間は，各チャックジョー３の動きに対応できるように柔軟性のある二次銅板２０を介して接続されている。
【００２７】
本発明の電極装置の中心部には鉄製のガイドピン１６が挿入されており，前記ガイドピン１６の下端部は溶接機の下腕２１にボルトＢ４で取り付けられている。このガイドピン１６は筒状ワークＷ１のセッテイングを確実にするためと位置決め精度を得るために筒状ワークＷ１の内径に嵌入される。
【００２８】
前記ガイドピン１６の先端は筒状ワークの規定の溶接基準位置よりわずかに低く設定され，筒状ワークの内径に挿入される小径部分１７と，挿入したワークの開口部の下端面と当接する大径部分１８とが一体的に構成され，小径部分１７と大径部分１８により形成される段差は筒状ワークｗ１の下端面と直角に当接したところで筒状ワークＷ１の溶接基準位置ｅが簡単に設定できる。また前記ガイドピン１６は上部電極２の加圧時の過重を受けることで突起部を過剰に潰さないためと過重によるワーク形状の変形を防ぐことができる。
【００２９】
本発明の装置において前記筒状ワークと相手金属板との溶接時の加圧力によるチャック本体ケース全体のたわみ量を含む過重を受けて検出するためのロードセル２２が前記筒状ワークの軸心線上の下腕２１と固定板２３との間に組み込まれている。この場合，前記ロードセル２２はプロジェクション溶接時の加圧力によって下腕２１が電極装置１と共に溶接機本体側のリニアガイドユニット２４を移動する。この変位が所定値に達したか否かで溶接品質を確認する。
【００３０】
図３の前記チャック用アクチュエータ４は流体圧シリンダによる油圧・エア式加圧又は電動モータにボールねじとスクリューナットを組み合わせた電動式加圧に代えることもできる。
【００３１】
以下，本発明による動作を図１〜図３に基づいて説明する。
図１〜図３は下側の電極装置１に配置された電極チップ１４が筒状ワークＷ１を三方からクランプした状態にある。
【００３２】
まず，ワークセッテング前の状態に戻すには，クランプ状態にある電極装置１のチャック用アクチェータ４を逆動作し，スライド部１０がガイドレール９を上昇することでクランクレバー７がヒンジ６を支点に回転しチャックジョー３をガイド部Ｇに沿って左方に移動し，三方の電極チップ１４をガイドピン１６から同時に離反してクランプから開放した状態に戻す。
【００３３】
電極チップ１４を開放した後，筒状ワークＷ１をガイドピン１６の上から挿入し，筒状ワークＷ１の開口部の下端面がガイドピンの段差に突き当たったところで，筒状ワークの溶接基準位置ｅが設定される。
【００３４】
筒状ワークＷ１をセットした後，前記アクチュエータ４のクランプ側にエアが供給されスライド部１０を下降すると，クランクレバー７がヒンジ６を中心に回動し，チャックジョー３を三方向より一斉に筒状ワークＷ１の求心側に移動させる。これによって図４に示すように各電極チップ１４のクランプ給電面１５が筒状ワークＷ１の外径に対し矢印方向から同心円を囲むように押し付けて筒状ワークの位置決めが行われる。
【００３５】
次いで，下側の電極装置１に保持された筒状ワークＷ１の開口部の上端面に相手方フランジＷ２をセッテイングする。この場合，フランジＷ２のセッテイングはロボットまたはパーツフィーダ等で機械的に自動で供給するか，または手動で行う。
【００３６】
フランジＷ２が所定位置にセットされると，直ちにこれを自動的に検出して上側電極装置１の加圧用アクチュエータを動作し，上部電極２がフランジ側に下降し筒状ワークＷ１の上端にフランジを押し付け所定の加圧力がかかったとき，この加圧力をロードセルが検出し，通電信号を制御装置に発して電源トランスからの電力を蓄積する正負充電回路によって溶接に必要な電圧値までコンデンサに蓄積された電力を正負充電回路の制御動作によって正負間の上下電極間に溶接電流が供給され筒状ワークＷ１とフランジＷ２のリング状の接触部が集中的に加熱溶融され，いわゆるプロジェクション溶接が行われる。
【００３７】
かくして溶接が終わると，上部電極２，チャックジョー３を逆動作し，電極クランプ状態から溶接後の筒状ワークＷ１が開放されると，溶接物と新たな筒状ワークとの出し入れが行われ，次の溶接プロセスに備える。
【００３８】
以上に説明した本実施例では，筒状ワークのプロジェクション溶接用の下側電極装置について言及したが，本発明の思想はクランプ電極を円筒ワークの外径に押し当てる場合以外の，他の実施例として，たとえばガイドピンを電極に変えて，その電極を縦方向に分割し，その分割して形成した分割電極片を円筒ワークの内側に挿入し，その分割電極をチャックジョーでワーク軸心方向から遠心方向に同時に動くようにすれば，円筒状ワーク内径の押し付け面に対し電極チップのクランプ給電面をワーク内側から直角且つ同時に押し付けることもできる。
【００３９】
また，本実施例ではプロジェクション溶接用電極装置について説明したが，アプセット溶接，スポット溶接，シーム溶接など他の抵抗溶接機のクランプ電極装置にも本発明思想の技術的範囲内で実施可能であることはいうまでもない。
【００４０】
なお，本発明の被溶接対象物は円筒状のワークに限定されるものではなく，前述した棒状又は断面多角形，その他図８に示すような段付き円筒形ワークも対象となる。この場合の電極チップ及び給電面の形状は相手ワークの形状に合わせた種々変化したものになる。
【００４１】
【発明の効果】
以上で説明したように本発明装置によれば，筒状ワークの先端に他の金属板をプロジェクション溶接する場合に，従来のコレクトチャックと対比し，複数のチャックジョーを筒状ワークの軸心方向に相対向して直角且つ同時に動かして複数の電極チップを前記筒状ワークの外径又は内径の壁面に対し直角且つ同時に押し付けて接合部を加圧溶接するので，筒状ワークの求心位置決めがきわめて簡単且つ高精度で保持することができる。また電極チャックのストロークが大きくワーク形状変化にも容易に対応できる。
【００４２】
また本発明装置によれば，従来のコレクトチャック方式に比べてテーパ状のクサビ面でのスライドをクランプ圧力に変換するのではなく，複数のチャクジョーはシリンダ等による直線方向の推力を前記筒状ワークの軸心線に対し求心方向に同時に且つ直角にクランプ圧力が多方向から均一に働くように構成されたものであるからクランプ圧力による電極の摩耗や通電によるヘタリが発生しても電極消耗部分は小さく電極チップのみで済み，同時に電極チップの交換が格段に容易となり，従来のチャック全体の交換はもはや不要となり電極寿命延長が図れる。これによりイニシャル／ランニングコストを大幅に低減する。
【００４３】
また円筒ワークの溶接基準位置の位置決めを本発明の電極装置に設けたガイドピンの段差で簡単且つ正確に行うことができる。また電極構造をユニット式に小型に設計することが可能になる。
【００４４】
また本発明装置は従来の割り円錐チャックやスライドチャック等と対比し電極ストロークを大きくとれるのでワーク径の変化にも自由度をもって対応することができ，従来の新規な構造設計は不要となる。つまり筒状ワークの径が変った場合の交換部品が小さく交換が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法・装置の実施例を示す下側電極装置の平面図である。
【図２】同側面図である。
【図３】本発明装置の動作・構成例を示す概略図である。
【図４】本発明装置の電極チップにより三方向（矢印）から筒状ワークを同時にクランプした状態を示す平面図である。
【図５】被溶接物の外観と筒状ワークの突起形状を示す図である。
【図６】従来のチャック方式の電極装置を概略的に示す断面図で，テーパ状の加圧面と係合するクサビ面でのスライドを把握力に変換する電極チャックを示す。
【図７】従来のチャック方式の電極装置を概略的に示す平面図である。
【図８】被溶接物の段付き形状とクランプ方向（矢印）を示す説明図である。
【符号の説明】
１  電極装置    ２  上部電極    ３  チャックジョー
４  チャック用アクチュエータ（流体圧シリンダ）  ５  変換機構
６  ヒンジ      ７  クランクレバー    ８  チャック本体ケース
９  ガイドレール    １０  スライド部    １１  電極ベース
１２  絶縁板    １３  電極ホルダ    １４  電極チップ    １５  給電面
１６  ガイドピン    １７  小径部分    １８  大径部分
１９  二次導体    ２０  二次銅板    ２１  下腕  ２２  ロードセル
２３  固定板      ２４  ガイドユニット
Ｗ１  円筒ワーク  Ｗ２  フランジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004330195.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004330195.tif 000007
【図６】
2004330195.tif 000008
【図７】
2004330195.tif 000009
【図８】
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