(57)【要約】　　　（修正有）【課題】シリーズ溶接機において電流と加圧力を同時に測定するための治具および方法の提供【解決手段】電流加圧力同時測定を行うとき、加圧用の駆動部２０は、電極支持部１４を下降させて、両溶接電極１６，１８をワーク支持部２２の上にセットされている治具２４の導電板５０に当てて加圧力を加える。そうすると、治具２４のロードセル４６より加圧力検出信号ＳＦが出力され、この信号ＳＦはケーブル２５を介して抵抗溶接測定装置３２に送られる。一方、溶接電源２６は、溶接トランス２８を介して交流電圧を両溶接電極１６，１８間に供給する。両電極１６，１８の間には治具２４の導電板５０による導電路が形成され、二次側回路で電流Ｉが流れる。電流センサ４４より電流Ｉを表す電流検出信号ＳＩが出力され、この信号ＳＩはケーブル４５を介して抵抗溶接測定装置３２へ送られる。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧力を受ける方向に対してほぼ垂直な主面を有するロードセルと、
一対の電極を並列に受けるため前記ロードセルの主面の上に絶縁材を介して取り付けられた板状の導電材と、
前記導電材を前記ロードセルに電気的に分離して固定する固定手段と
を具備する電流加圧力同時測定用治具。
【請求項２】
前記固定手段が、前記ロードセルの外周面と対向する１つまたは複数のネジ穴を有し、前記導電材の周縁部に係止する絶縁材からなるホルダと、前記ネジ穴に螺合して前記ロードセルの外周面に先端を押し付ける止ネジとを含む請求項１に記載の電流加圧力同時測定用治具。
【請求項３】
前記導電材の表面に、前記電極に対する位置合わせのための１つまたは複数の同心円が描かれている請求項１または２に記載の電流加圧力同時測定用治具。
【請求項４】
シリーズ溶接機において電流と加圧力とを同時に測定するための方法であって、
一対の溶接電極と対向する支持台の上に請求項１〜３のいずれかの治具を前記導電材が上を向くようにして載置するステップと、
前記一対の溶接電極を前記導電材に当てて加圧手段により加圧力を加えるステップと、
溶接電源により前記一対の溶接電極の間を前記導電材を介して通電させるステップと、
前記治具のロードセルより出力される第１の電気信号に基づいて前記加圧力の測定値を求めるステップと、
前記溶接機に取り付けた電流センサより出力される第２の電気信号に基づいて前記溶接電極を流れる電流の測定値を求めるステップと
を有する電流加圧力同時測定方法。
【請求項５】
前記電流の測定値および前記加圧力の測定値をそれぞれ波形の形態で１つの画面上に同時に表示するステップを有する請求項４に記載の電流加圧力同時測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリーズ溶接機において電流と加圧力を同時に測定するための方法およびこの測定方法に用いて好適な治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、抵抗溶接において、１回の溶接通電で２箇所同時に溶接するアプリケーションにはシリーズ溶接機が用いられている。シリーズ溶接機では、溶接ヘッドに一対の溶接電極を並列に取り付け、被溶接材に対してそれら一対の溶接電極を所定の間隔を置いて同一方向から並列に当てて加圧・通電し、それら電極の加圧箇所（２箇所）に溶接ナゲットを同時に形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
抵抗溶接において、加圧力、電流および通電時間は３大要素または条件とされており、各条件の値もさることながら、条件間の関係、特に加圧力と電流のタイミング関係が重要である。たとえば、抵抗溶接では、溶接電極を被溶接材に当てて加圧力を設定値まで増大させてから通電を開始させるようにしており、加圧開始から通電開始までの遅れ時間（スクイズ時間）を必要最小限に設定するのが好ましい。こうしたことは、恰も溶接通電を行うように抵抗溶接機を模擬的に動作させ、加圧力と電流を同時に測定またはモニタすることにより、簡単かつ確実に最適化することができる。
【０００４】
しかしながら、従来、シリーズ溶接においては、加圧力および電流の同時測定を行うためのツールや技法がなく、したがって加圧力を測定するときは通電を止めなければならず、加圧力の波形と電流の波形を同時にモニタリングすることはできなかった。
【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、並列型の電極を通電させながら加圧力を測定するための治具を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の別の目的は、シリーズ溶接機において電流と加圧力を同時に測定するための方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の電流加圧力同時測定用治具は、加圧力を受ける方向に対してほぼ垂直な主面を有するロードセルと、一対の電極を並列に受けるため前記ロードセルの主面の上に絶縁材を介して載せられた板状の導電材と、前記導電材を前記ロードセルに固定する固定手段とを具備する。
【０００８】
上記の構成においては、一対の電極を導電材に並列に当てて加圧力を加えると、その加圧力が導電材および絶縁シートを介してロードセルに与えられ、ロードセルより加圧力の値を示す電気信号が得られる。そして、かかる加圧状態の下で電源部より電極間に電圧を供給すると、電極間が導電材を介して通電し、電流が流れる。導電材とロードセルとは絶縁シートによって電気的に分離つまり絶縁されているため、ロードセル側に電流が流れるおそれはなく、ロードセルの安全性と電流測定の信頼性が保証される。
【０００９】
本発明の電流加圧力同時測定用治具において、好ましい一形態は、固定手段が、ロードセルの外周面と対向する１つまたは複数のネジ穴を有し、導電材の周縁部に係止する絶縁材からなるホルダと、各ネジ穴に螺合してロードセルの外周面に先端を押し付ける止ネジとを含む構成である。かかる構成によれば、簡易かつ安価で、分解・組立ておよび部品交換の簡単な治具が得られる。
【００１０】
また、導電材の表面に１つまたは複数の同心円を描いてもよい。かかる同心円をメルクマールにして、治具と両電極との間の位置合わせ、つまり両電極の導電材に当たる位置がロードセルの中心軸線に対してほぼ点対称となるような位置合わせを、容易に行うことができる。
【００１１】
本発明の電流加圧力同時測定方法は、シリーズ溶接機において電流と加圧力とを同時に測定するための方法であって、一対の溶接電極と対向する支持台の上に本発明の治具を前記導電材が上を向くようにして載置する工程と、前記一対の溶接電極を前記導電材に当てて加圧手段により加圧力を加える工程と、溶接電源により前記一対の溶接電極の間を前記導電材を介して通電させる工程と、前記治具のロードセルより出力される第１の電気信号に基づいて前記加圧力を測定する工程と、前記溶接機に取り付けた電流センサより出力される第２の電気信号に基づいて前記溶接電極を流れる電流を測定する工程とを有する。
【００１２】
本発明の方法においては、被溶接材に代えて本発明の治具に溶接電極を当てて、恰も溶接通電を行うように、加圧手段により加圧力を加え、溶接電源により電極間を通電させる。上記のように、本発明の治具は、導電材にて電極間の通電を可能にしつつ、ロードセルにて加圧力を安全に検出することができる。こうして、ロードセルからの加圧力検出信号（第１の電気信号）と電流センサからの電流検出信号（第２の電気信号）とが同時に得られ、加圧力と電流の同時測定を行うことができる。好ましくは、電流の測定値と加圧力の測定値をそれぞれ波形の形態で１つの画面上に同時に表示してよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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に、シリーズ溶接機における本発明の一実施形態を示す。このシリーズ溶接機１０は、シリーズスポット溶接用のもので、溶接機本体１２に昇降移動可能に設けた電極支持部１４の先端部に一対のロッド形溶接電極１６，１８を並列に取り付けている。溶接機本体１２には、電極支持部１４を昇降駆動するための駆動部２０が搭載されるとともに、溶接電極１６，１８側からの加圧力を受け止める固定のテーブルまたはワーク支持台２２が設けられている。このワーク支持台２２の上には、抵抗溶接のための本来の通電を行うときは被溶接材（図示せず）が載置され、電流加圧力同時測定のためのテスト通電を行うときはこの実施形態による治具２４が載置される。この治具２４の構成および作用は、後に詳しく説明する。
【００１５】
溶接電極１６，１８は溶接電源部に電気的に接続されている。溶接電源部は、単相交流式、直流インバータ式、交流波形インバータ式、トランジスタ式、コンデンサ式等のいずれであってもよい。たとえば単相交流式の場合、図示の溶接電源２６は、サイリスタからなるコンタクタ（図示せず）を有し、点弧角の制御された商用周波数の交流電圧を溶接トランス２８を介して溶接電極１６，１８に供給する。交流波形インバータ式の場合は、溶接電源２６は、三相全波整流回路およびインバータ（図示せず）を有し、三相の商用交流電圧（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を三相全波整流回路により直流電圧に変換（整流）し、インバータにより高周波スイッチングしながら所望の二次側交流周波数で極性を切り換える。
【００１６】
この実施形態では、電流および加圧力の同時測定を実施するために携帯型の抵抗溶接測定装置３２を用いる。この抵抗溶接測定装置３２は、片手で握れる掌サイズの筐体３４を有している。この筐体３４の操作パネルには、上半部に小型のフラットパネルディスプレイ３６が設けられ、下半部にキーボード３８が設けられている。また、筐体３４の頂面にはプラグ・ソケット４０，４２が設けられている。一方のプラグ・ソケット４０には、シリーズ溶接機１０の二次導体３０（一次導体も可能）に取り付けられた電流センサ４４たとえばカレント・トランスからのケーブル４５の端子が接続される。他方のプラグ・ソケット４２には、治具２４からのケーブル２５の端子が接続される。筐体３４内には、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）やメモリ等を搭載した回路基板や電源バッテリ（図示せず）が収容されている。
【００１７】
図２および図３に、この実施形態における治具２４の構成を示す。図２の（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ平面図、一部断面側面図であり、図３は分解斜視図である。この治具２４は、ロードセル４６、絶縁シート４８、導電板５０およびホルダ５２を一体に組み合わせたものである。
【００１８】
ロードセル４６は、たとえばステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる円盤形の本体４６ａに把手４６ｂを取り付けている。本体４６ａの主面４６ｃは一面平坦に形成され、裏面の中心部には円柱形の感圧用突部またはセルボタン４６ｄが設けられている。本体４６ａの中には歪みゲージ４７（図５）が内蔵されており、軸方向または法線方向で主面４６ｃとセルボタン４６ｄとの間に加圧力が加えられると、セルボタン４６ｄ側の面が加圧力に応じて弾性変形して、その歪みまたは変形量を表す電気信号（加圧力検出信号）が該歪みゲージ（４７）よりケーブル２５に出力されるようになっている。
【００１９】
ロードセル４６の主面４６ａの上には円形の絶縁シート４８を介して円形の導電板５０が載置または被着される。絶縁シート４８は、好ましくはゴム系または繊維系等の可撓性の割れにくい絶縁材からなり、たとえば０．３５ｍｍの厚みを有してよい。導電板５０は、好ましくは電極が溶着し難い導電材たとえば銅またはアルミニウム等からなり、たとえば１ｍｍの厚みを有してよい。
【００２０】
上記のようにロードセル４６の主面４６ａ上に絶縁シート４８および導電板５０を載せてから、図３に示すように、ホルダ５２を上から被せる。このホルダ５２は、絶縁材たとえば樹脂からなり、リング状の側壁部５２ａと、この側壁部５２ａの上端部より半径方向内側に突出するフランジ状の係止部５２ｂとを有する。リング状側壁部５２ａは、ロードセル４６および絶縁シート４８、導電板５０がすっぽり入り、係止部５２ｂが導電板５０の周縁部に係止できるような大きさ（径）に選ばれる。側壁部５２ａには周回方向に一定の間隔を置いて複数個たとえば３個のネジ穴５２ｃが形成されている。各ネジ穴５２ｃに止ネジ５４を螺合させて（ねじ込んで）、止ネジ５４の先端をロードセル４６の外周面に押し付けることで、ホルダ５２をロードセル４６に固定し、ひいてはホルダ５２を介して、つまりホルダ５２の係止部５２ｂで保持するようにして絶縁シート４８および導電板５０をロードセル４６に一体に固定することができる。
【００２１】
なお、図４に示すように、導電板５０の表面にロードセル４６の中心軸線を中心点とする１つまたは複数の同心円５６を描いてもよい。後述するように、電流加圧力同時測定においては溶接電極１６，１８の先端を導電板５０の表面に当てる。その際、同心円５６をメルクマールにすることで、溶接電極１６，１８と治具２４との間の位置合わせ、つまり両電極１６，１８の導電板５０に当たる位置がロードセル４６の中心軸線に対してほぼ点対称となるような位置合わせを、容易に行うことができる。また、本実施例では描いた図形が同心円であったが、四角形などの多角形を描いてもよい。また、図形ではなく中心点だけを描いても位置合わせが容易になる。
【００２２】
このように、この実施形態の治具２４は、一般のロードセル４６にホルダ５２を介して絶縁シート４８および導電板５０を着脱可能に装着してなり、簡易かつ安価な構成であり、分解、組立ておよび部品交換も簡単に行うことができる。
【００２３】
次に、図１、図５および図６を参照してこの実施形態の作用を説明する。
【００２４】
このシリーズ溶接機１０において、電流加圧力同時測定を行うときは、図１に示すように、ワーク支持台２２に治具２４を導電板５０が上を向く姿勢でセットして、駆動制御部（図示せず）に起動信号を入れる。
【００２５】
そうすると、先ず駆動部２０が加圧動作を開始し、電極支持部１４を下降させて、両溶接電極１６，１８をワーク支持台２２上の治具２４に当てて加圧力を加える。図１および図５に示すように、両電極１６，１８は、治具２４の上面つまり導電板５０の表面に電極先端にて当接し、駆動部２０からの加圧力Ｆを２等分して、つまりＦ／２ずつ導電板５０および絶縁シート４８を介してロードセル４６に加える。ロードセル４６は、下面側のセルボタン４６ｄにてワーク支持台２２から加圧力Ｆに等しい反作用の力Ｆ’を受ける。こうして、駆動部２０より両電極１６，１８を通じて与えられる加圧力Ｆに応じてロードセル４６はボタン４６ｄ側の面で凹むようにして弾性変形する。そして、ロードセル４６に内蔵されている歪みゲージ４７が、その変形量を表す電気信号を加圧力検出信号ＳＦとして出力する。このロードセル４６からの加圧力検出信号ＳＦはケーブル２５を介して抵抗溶接測定装置３２に送られる。
【００２６】
一方、駆動制御部に起動信号を入れてから所定の遅延時間経過後に溶接電源２６が給電動作を開始し、溶接トランス２８を介して交流電圧を両溶接電極１６，１８間に供給する。すると、両電極１６，１８の間には治具２４の導電板５０による導電路が形成されているため、溶接トランス２８の二次側回路が通電して電流Ｉが流れる。図５に示すように、絶縁シート４８の介在により導電板５０はロードセル４６から電気的に分離されているため、導電板５０を流れる電流Ｉは一方の電極（たとえば１６）から他方の電極（１８）へ全部抜け、ロードセル４６側へ分流するようなことはない。こうして溶接トランス２８の二次側回路で電流Ｉが流れると、電流センサ４４より電流Ｉを表す電気信号（電流検出信号）ＳＩが出力され、この電流検出信号ＳＩはケーブル４５を介して抵抗溶接測定装置３２へ送られる。
【００２７】
抵抗溶接測定装置３２は、内蔵のマイクロプロセッサにより、ロードセル４６からの加圧力検出信号ＳＦおよび電流センサ４４からの電流検出信号ＳＩに基づいて電流測定および加圧力測定の演算処理を行い、瞬時値（波形）、実効値、平均値、ピーク値等の測定値を求め、測定値データをメモリに蓄積する。そして、ユーザより指示された種類の測定値をフラットパネルディスプレイ３６に表示したり、あるいはプリンタに出力して印字したり、さらにはパソコン（ＰＣ）へデータを送信したりする。
【００２８】
一例として、図６に、加圧力Ｆおよび電流Ｉのそれぞれの波形をディスプレイ３６上に同時表示する例を示す。図示省略するが、各パラメータ（時間、加圧力、電流）のスケールも画面上に表示されてよい。
【００２９】
上記のように、この実施形態では、溶接機本体１２のワーク支持台２２上に被溶接材に換えて治具２４をセットし、恰も溶接通電を行うようにシリーズ溶接機１０を模擬的に動作させ、加圧力と電流を同時に測定またはモニタすることができる。ユーザは、加圧力および電流のそれぞれの測定値や両者間のタイミング関係等を読み取ることで、溶接条件の最適化を簡単かつ確実に行うことができる。
【００３０】
図７に、この実施形態のシリーズ溶接機１０における溶接部の具体的構成例を示す。図７の（Ａ）は正面図、図７の（Ｂ）は側面図である。
【００３１】
溶接機本体１０には、垂直ガイドレール部６０にスライドガイド６２を介して側面コ字形のヘッド本体６４が垂直方向に摺動可能に取り付けられている。このヘッド本体６４の組立て体は電極支持部材１４（図１）を構成する。より詳細には、ヘッド本体６４には、両電極１６，１８にそれぞれ対応する一対の圧縮コイルバネ６６，６８および加圧用スライドシャフト７０，７２が垂直方向で同軸上に取り付けられている。コイルバネ６６，６８の上端部はバネガイド７４，７６に結合され、コイルバネ６６，６８の下端部はバネ受け板７８，８０を介して真下の加圧用スライドシャフト７０，７２に結合されている。バネガイド７４，７６はヘッド本体６４の上部水平板６４ａに下から貫通して螺着されており、ボルト先端部にバネ圧調整用の回転ツマミ８２，８４が固着されている。加圧用スライドシャフト７０，７２は、ヘッド本体６４の下部水平板６４ｂに垂直に貫通して固定された筒状のリニアベアリング７３，７５に摺動可能に支持されている。加圧用スライドシャフト７０と平行に回り止め用のスライドシャフト８６も設けられている。この回り止め用スライドシャフト８６はヘッド本体６４の下部水平板６４ｂに垂直に貫通して固定された別のリニアベアリング８７に摺動可能に支持されており、シャフトの上端部はバネ受け板７８に固着されている。同様に、加圧用スライドシャフト７２と平行に回り止め用のスライドシャフト（図示せず）も設けられている。
【００３２】
両スライドシャフト７０，７２の下端部に上部電極ホルダ８８，９０が固着され、これらの上部電極ホルダ８８，９０に上部電極１６，１８が垂直下向きで着脱可能に取り付けられる。上部電極ホルダ８８，９０には銅バーまたはケーブル等の二次導体（図示せず）が電気的に接続されている。
【００３３】
溶接機本体１０の上部には駆動部２０（図１）のエアシリンダ９２が垂直方向逆さに固定取付されており、このエアシリンダ９２のピストンロッド９４はヘッド本体６４の上部水平板６４ａに固着されている。エアシリンダ９２が作動して、ピストンロッド９４が前進するときはヘッド本体６４が下降移動し、ピストンロッド９４が後退するときはヘッド本体６４が上昇移動するようになっている。
【００３４】
ヘッド本体６４には、加圧用コイルバネ６６，６８の圧縮変位量が設定値に達したときに所定の電気信号を発生するためのバネ変位量検出手段としてたとえばマイクロスイッチやフォトマイクロ等の検出センサ９６，９８が取り付けられている。図示の構成例において、検出センサとしての各マイクロスイッチ９６，９８は、定常時はそのアクチエータがバネ受け板７８，８０の下面によって押し付けられるようにして、つまりオフ状態の姿勢でヘッド本体６４の下部水平板６４ｂに取付されている。加圧動作が行われる際には、バネ受け板７８，８０がヘッド本体６４に対して相対的に所定の高さだけ浮いた時、つまり加圧用コイルバネ６６，６８の圧縮変位量が設定値に達した時に、マイクロスイッチ９６，９８のアクチエータを起動して、マイクロスイッチ９６，９８よりオン信号またはタイミング信号ＭＳが発生されるようになっている。このタイミング信号ＭＳは、駆動制御部１００へ与えられる。
【００３５】
駆動制御部１００は、エアシリンダ９２を制御するための空気圧回路（図示せず）や制御回路等を有している。駆動制御部１００には、起動用のフット（足踏み）スイッチ１０２や溶接電源２６（図１）等も接続されている。
【００３６】
上記した図７のシリーズ溶接機の構成は一例であり、本発明は任意の構成または方式のシリーズ溶接機に適用可能である。たとえば、加圧用の駆動部２０を電気モータで構成するようなシリーズ溶接機でもよく、電極１６，１８をローラ型の電極に置き換えてシーム溶接を行うようなシリーズ溶接機でもよい。また、２本の電極の間隔を狭くし、ナゲットを１箇所形成するパラレルギャップ溶接にも本発明が適用できることはいうまでもない。さらに、シリーズ溶接機と実質的に等価な構成で熱カシメまたはヒュージング加工を行う接合装置においても、本発明の治具を用いて電流および加圧力の同時測定を行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電流加圧力同時測定用治具によれば、並列型の電極を通電させながら加圧力を測定することができる。
【００３８】
また、本発明の電流加圧力同時測定方法によれば、シリーズ溶接機において電流と加圧力を同時に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリーズ溶接機における本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】実施形態における電流加圧力同時測定用治具の構成を示す図である。
【図３】実施形態における電流加圧力同時測定用治具の構成を示す図である。
【図４】実施形態において治具の上面に電極位置合わせ用の同心円を描く構成を示す図である。
【図５】実施形態における治具の作用を示す図である。
【図６】実施形態における電流波形および加圧力波形を同時表示するディスプレイ画面の一例を示す図である。
【図７】実施形態におけるシリーズ溶接機の具体的構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０　　シリーズ溶接機
１２　　溶接機本体
１４　　電極支持部
１６，１８　　溶接電極
２０　　駆動部
２２　　ワーク支持部
２４　　電流加圧力同時測定用治具
２６　　溶接電源
２８　　溶接トランス
３２　　抵抗溶接測定装置
４４　　電流センサ
４６　　ロードセル
４８　　絶縁シート
５０　　導電板
５２　　ホルダ
５２ｃ　　ネジ穴
５４　　止ネジ
【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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【図７】
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