(57)【要約】【課題】溶接通電時に生じる電動加圧力の立ち上がり遅れや応答遅れを，即応性ばねを用いて機械的に防ぎ溶接不良を防止することを課題とする。【解決手段】少なくとも一方の被溶接物に突起を有する被溶接物を，もう一方の被溶接物を重ね合わせ，その重ね合わせて形成した被溶接部を電極間で挟み付け，前記電極間に溶接に必要な加圧力と溶接電流を供給し，前記突起を集中的に加熱溶融して接合するプロジェクション溶接方法において，前記加圧力を電動モータで制御し，通電初期の加熱溶融時に生じる電動加圧力不足を補うための即応性ばねを電極部または電極可動部位に配置し，しかも前記即応性ばねは通電初期の時系列的に振動する即応性ばね力の変位波形が，溶接条件に必要な設定加圧力と同等またはそれ以上で振動するように設定したことを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の被溶接物に突起を有する被溶接物を，もう一方の被溶接物を重ね合わせ，その重ね合わせて形成した被溶接部を電極間で挟み付け，前記電極間に溶接に必要な加圧力と溶接電流を供給し，前記突起を集中的に加熱溶融して接合するプロジェクション溶接方法において，前記加圧力を電動モータで制御し，通電初期の加熱溶融時に生じる電動加圧力不足を補うための即応性ばねを電極部または電極可動部位に配置し，しかも前記即応性ばねは通電初期の時系列的に振動する即応性ばね力の変位波形が，溶接条件に必要な設定加圧力と同等またはそれ以上で振動するように設定したことを特徴とする電動加圧式プロジェクション溶接方法。
【請求項２】
少なくとも一方の被溶接物に突起を有する被溶接物同士を重ね合わせ，その重ね合わせて形成した被溶接部を電極間で挟み付け，前記電極間に溶接に必要な加圧力と溶接電流を供給し，前記突起を集中的に加熱溶融して接合するプロジェクション溶接方法において，前記加圧力を電動モータで制御し，通電初期の加熱溶融時に瞬間的に生じる電動加圧力の減衰をなくすための即応性ばねを電極部または電極可動部位に配置して前記突起に作用する即応性ばね力を必要とする場合に，前記即応性ばねは溶接条件に必要な設定加圧力に対し，次の範囲を条件とする。
設定加圧力の９５％≦即応性ばね力≦溶接機最大加圧力
それによって，前記電動モータ制御による電気的な加圧立ち上がり遅れ，すなわち通電初期の電動加圧力の減衰を機械的に補正することを特徴とする電動加圧式プロジェクション溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明に属する利用分野】
本発明は，加圧駆動源に電動モータを利用した電動加圧式プロジェクション溶接方法に関する。さらに詳しくは，溶接通電初期に生じる電動加圧力の立ち上がり遅れや過大加圧を，ある限定されたばね（スプリング）を用いて機械的に防ぐことで溶接品質向上と溶接設備の低廉化に資することを目的とする電動加圧方式抵抗スポット及びプロジェクション溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように抵抗プロジェクション溶接は少なくとも一方の金属板に突起（プロジェクション）を形成し，その突起を相手板に重ね合わせ，その重ね合わせた二枚の金属板を電極間で挟みつけて電極間に溶接に必要な加圧力と溶接電流を与えて突起を集中的に加熱溶融して接合するものである。
【０００３】
プロジェクション溶接ではプロジェクション溶接ナットまたはプロジェクション溶接ボルト等を相手板に供給し溶接する場合，溶接中の電流で突起が軟化した瞬間に電極の動く即応性不足が生じないよう電極加圧力の追随性を必要とする。従来から溶接時の電極加圧力の即応性不足を改善するためにコイルばねや皿ばね，ゴム等の即応性を得るための弾性材を，例えば溶接部に近い電極部や電極可動部等に配置した抵抗溶接機，または各種溶接ガンが知られている。
【０００４】
前述した即応性ばね等を配置した従来のこの種の溶接機の公知例を挙げれば，例えば特公昭４３−２８６７号公報「溶接ガン」，実公昭５９−１９５８３号公報「抵抗溶接機の加圧ヘッド」，実公昭６３−２５０２８号公報「溶接機」などが先行技術として知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここに挙げた従来のプロジェクション溶接機の場合は溶接時の電極即応性不足をスプリング等の弾性材を介して補うようになっているが，その実，従来から使用されてきた即応性ばねはプロジェクション溶接機の剛性や電極が動く可動部質量または高精度が要求される可動部の設計上の変化によって即応性ばね力の設定が極めて難しく一般的には可動部の軽量化や加圧力調整など経験則によって即応性ばね力の大きさを選択しているのが実状である。
【０００６】
なお，加圧機構部にコイルばねや皿ばねなどの弾性材による撓み部分を設けて電動加圧力の制御が容易にかつ正確にできるようにした電動加圧式溶接機が知られているが，これらの装置に装着された弾性体はその使用目的が上記の突起に作用する加圧力の即応性とは関係なく，本発明の課題解決の対象から外れるものである（例えば，特開平５−２８５６６５号公報，特開平９−２３５６２号公報，特許第２８１６５０１号など）。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために，本発明では少なくとも一方の被溶接物に突起を有する被溶接物を，もう一方の被溶接物を重ね合わせ，その重ね合わせて形成した被溶接部を電極間で挟み付け，前記電極間に溶接に必要な加圧力と溶接電流を供給し，前記突起を集中的に加熱溶融して接合するプロジェクション溶接方法において，前記加圧力を電動モータで制御し，通電初期の加熱溶融時に生じる電動加圧力不足を補うための即応性ばねを電極部または電極可動部位に配置し，しかも前記即応性ばねは通電初期の時系列的に振動する即応性ばね力の変位波形が，溶接条件に必要な設定加圧力と同等またはそれ以上で振動するように設定したことを特徴とする電動加圧式プロジェクション溶接方法を提供する。
【０００８】
また，もう一つの発明は，少なくとも一方の被溶接物に突起を有する被溶接物同士を重ね合わせ，その重ね合わせて形成した被溶接部を電極間で挟み付け，前記電極間に溶接に必要な加圧力と溶接電流を供給し，前記突起を集中的に加熱溶融して接合するプロジェクション溶接方法において，前記加圧力を電動モータで制御し，通電初期の加熱溶融時に瞬間的に生じる電動加圧力の減衰をなくすための即応性ばねを電極部または電極可動部位に配置して前記突起に作用する即応性ばね力を必要とする場合に，前記即応性ばねは溶接条件に必要な設定加圧力に対し，次の範囲を条件とする。
設定加圧力の９５％≦即応性ばね力≦溶接機最大加圧力
それによって，前記電動モータによる電気的な加圧立ち上がり遅れ，すなわち通電初期の電動加圧力の減衰を機械的に補正することを特徴とする電動加圧式プロジェクション溶接方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は電動加圧装置２に含まれる加圧ラム３に即応性ばね（圧縮ばね）４を組み込んだ電動加圧式プロジェクション溶接機の構造を示す原理図である。この場合，電動加圧装置２はＣフレームの本体１にサーボモータ５の出力軸にカップリング６を介して連動するボールスクリュー７と，そのボールスクリュー７に組み込まれたボールナット８に連結部材９が固定されている。
【００１０】
そして前記連結部材９と前記本体に固定されたラムガイド１０内で摺動可能に案内・支持された加圧カム３とが僅かな遊動間隔をもって連結されている。加圧カム３の内部に内蔵された即応性ばね４は前記連結部材９の下側で圧縮され，その反力によって，溶接時の電流で突起が軟化した瞬間に，前記加圧ラム３が敏感に動いて即応性加圧力を上部電極に追従させる構成になっている。この構成及び機構は従来一般に知られているところであり，また溶接用制御装置についても詳細は略す。
【００１１】
加圧ラム３または電極可動部には上部電極１１の変位量を検出するための位置センサ１２が接続され，また下部電極１３側には加圧力センサ１４が接続されている。また溶接トランス１５と前記上部電極１１と下部電極１３との間をつなぐ正負間の二次導体１６には溶接電流を検出するための電流計１７が接続され，これら各種のセンサにより時系列的に検出されたデータはレコーダ１８に取り込まれ波形表示される。
【００１２】
図２及び図３は本発明の溶接方法を実施するための即応性ばね４を選定する場合の良否を実験により対比したグラフで，プロジェクション溶接時の通電初期に時系列的に移動する電極加圧力の変位波形の振動状態と，電極変位量および溶接電流との関連を捉えた波形図である。
【００１３】
図２において，溶接条件に必要な加圧力を設定基準とし，通電初期の時系列的に振動する即応性ばね力の変位波形を，少なくとも前記設定基準と同等またはそれ以上で振動するように即応性ばね４を設定した場合である。これを見ると，通電初期１〜２サイクルの溶接電流で突起が軟化・溶融した瞬間に上部電極が即応性ばねの圧縮ばね力で追随下降し，同時に設定加圧に移行している状態がわかる。
【００１４】
つまりこの実験では即応性ばね４の最大ばね力Ｆｓを設定加圧力Ａ１より大きくした場合に，通電初期の即応性ばね力の波形振動が設定加圧力Ａ１の位置で細かく振幅している。
【００１５】
これに対し，図３の実験例では即応性ばねの最大ばね力Ｆｓを設定加圧力Ａ２より小さくした場合で，このグラフからわかるように，サーボモータ５による加圧立ち上り位置で過大加圧力が発生し，しかも通電した瞬間に加圧力の変位波形が設定加圧力Ａ２の位置から最大ばね力Ｆｓの位置へ大きく下降し，変位波形の振動は大きくばらつき，即応力不足が生じる。つまりこのような条件のもとで突起が通電初期の電流で軟化した瞬間に即応性不足によって溶接部に散りが発生し溶接欠陥をともなう。
【００１６】
図２と図３で対比して示したように，即応性ばね４の圧縮ばね力を溶接条件に必要な設定加圧力とほぼ同等またはそれ以上に選定することで，サーボモータ５の加圧立ち上り時間遅れや通電初期の即応性加圧力不足が補われることになり散り発生を防止し溶接品質を保証することができる。
【００１７】
次に図４は本発明の他の実施例を示すもので，即応性ばね力とサーボモータ５の加圧速度の変化により通電初期の電極加圧力の立ち上り速度を短縮した場合の，通電初期の電極加圧力の波形振動と，電極変位量および電流波形との関連を示した波形図である。
【００１８】
この場合，図２と同様に即応性ばねのばね力を溶接条件に必要な設定加圧力とほぼ同等またはそれ以上のばね力を有するものを選定した条件のもとで，サーボモータの加圧速度をあげることにより，図２に示す電極加圧力の立ち上り時間Ｂ１よりもＢ３のごとく立ち上り時間を短くすることができる。同時に電極加圧力の波形振動も設定加圧力の位置で維持されている。これにより溶接時間を短縮し生産効率をあげることができる。
【００１９】
図５，図６は本発明の方法に基づいた即応性のばね力を変化させた条件での実験結果による溶接条件範囲の大小を比較したグラフである。
図５は即応性ばね力９．５ｋＮを基準に設定加圧力を変化した場合の溶接条件範囲の変化を示したもので，次の実験値により実施した。
（実験値）
１）電極加圧力設定範囲：４〜１９ｋＮ
２）即応性ばね力：    ９．５ｋＮ
３）溶接電流設定範囲：１０ｋＡ〜４０ｋＡ
４）通電時間：５サイクル
５）被溶接物：プロジェクション溶接ナット（Ｍ１２四角ナット），鋼板
この実験では溶接着きはじめと，溶接強度２０ｋＮ以上，溶接ナットのねじ孔精度，電極溶着から溶接条件巾を判断した。
【００２０】
図６は前記即応性ばね力を１８ｋＮに代えて設定加圧力を段階的に変化させて実験した場合の溶接条件範囲の推移を表したものである。実験値は即応性ばね力１８ｋＮ以外は上記の実験値と同じである。これによると図６の縦軸の加圧力設定範囲１１．５ｋＮ〜１９ｋＮの間の溶接結果と図５の上記設定加圧力の結果とでは図６で示す結果の方が歴然と溶接ナットの溶接変形や電極の溶着が減少し溶接条件巾が広がっている。
【００２１】
すなわち電動加圧によるプロジェクション溶接においては即応性ばねは溶接条件に必要な設定加圧力に対し少なくとも９５％，又はそれ以上（溶接機最大加圧力範囲内）の圧縮ばね力を選択することで，溶接強度と溶接条件範囲（Ｃ１，Ｃ２の斜線部分）が図５よりも図６のほうが広がりをみせている。
【００２２】
次に図７，図８は本発明にかかる即応性ばねに代わる他の実施例を示すものである。
図７の場合は加圧ラム３に即応性を得るためにエアクッションをコイルスプリングに代えて組み込んだものである。この場合，加圧ラム３の中に設けた空気ばね（ゴム）２０などの弾性体に圧縮空気を補充することによって，通電初期の電流で突起が軟化した瞬間に電極が追随し即応性加圧力が得られるようにした例である。
【００２３】
図８は加圧ラムの内部を空気シリンダ方式の空気ばねとする他の例である。この場合，前記ラムに形成された内部シリンダの下側を空気タンク２１として構成し，その反対側（上側）のシリンダ室２２を低加圧として差圧を設け，溶接時の適切なタイミングで低加圧側を急速排気弁２３の動作により急速排気することで鍛圧させることも可能になる。
【００２４】
なお，本発明の方法はプロジェクション溶接機に限らず，スポット溶接ガン，各種抵抗溶接機にも容易に転用できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上で説明したように，本発明の請求項１の方法は，通電初期の時系列的に振動する即応性ばね力の変位波形を測定し，前記通電初期の即応性ばね力の波形が，少なくとも必要な加圧力の設定基準と同等またはそれ以上で振動する条件であれば，プロジェクション溶接機の剛性や電極が動く可動部質量に関係なく，適切な即応性ばね力を容易に選定することができる。したがって，従来のように，即応性ばね力の大きさの選定作業や加圧力調整などの経験則によってばね力を設定していた問題から開放される。
【００２６】
本発明の請求項２の方法によれば，プロジェクション溶接に必要な加圧力をサーボモータで制御し，通電初期の加熱溶融時に瞬間的に生じる電動加圧力の減衰をなくすための即応性ばねを電極部または電極可動部位に配置して前記突起に作用する即応性ばね力を，溶接条件に必要な設定加圧力に対し，設定加圧力の９５％≦即応性ばね力≦溶接機最大加圧力の条件範囲としたことによって，前記サーボモータ制御による電気的な加圧立ち上がり遅れやサーボモータのオーバシュート（過大加圧）を解決するだけでなく，通電初期の電動即応力の減衰を機械的に補正することことができる。また本発明は，電動加圧式プロジェクション溶接機に付加する簡単な構造で安価に製作することができ，プロジェクション溶接部の強度低下を防止することができる。このことは高強度鋼などのスポット溶接において散りが発生し板厚が薄くなった分を追従させるのにも効果があるのは当然である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動加圧式プロジェクション溶接機に即応性ばねを組み込んだ構造を示す原理図である。
【図２】本発明の溶接方法を実施するための例であって，即応性ばねの最大ばね力Ｆｓを設定加圧力Ａ２より大きくした場合のプロジェクション溶接時の通電初期に時系列的に移動する電極加圧力の変位波形の振動状態と，電極変位量および溶接電流との関連を捉えた波形図である。
【図３】本発明の方法により即応性ばねの最大ばね力Ｆｓを設定加圧力Ａ２より小さくした場合の通電初期の電極加圧力の波形振動と，電極変位量および電流波形との関連を示した波形図である。
【図４】本発明の他の実施例を示すもので，即応性ばね力とサーボモータの加圧速度の変化により通電初期の電極加圧力の立ち上り速度を短縮した場合の，通電初期の電極加圧力の波形振動と，電極変位量および電流波形との関連を示した波形図である。
【図５】本発明の方法により即応性ばね力を９．５ｋＮに代えて設定加圧力及び溶接電流を段階的に変化させて実験した場合の溶接条件範囲の推移を表したものである。
【図６】本発明の方法により即応性ばね力を１８ｋＮに代えて設定加圧力及び溶接電流を段階的に変化させて実験した場合の溶接条件範囲の推移を表したものである。
【図７】本発明の方法を実施するための他の実施例であって，前記加圧ラムに即応性を得るためにエアクッションをコイルスプリングに代えて組み込んだものである。
【図８】本発明の方法を実施するための他の実施例であって，前記加圧ラムの内部を空気シリンダ方式の空気ばね構造とした例である
【符号の説明】
１  Ｃフレーム本体
２  電動加圧装置
３  加圧ラム
４  即応性ばね
５  サーボモータ
６  カップリング
７  ボールスクリュー
８  ボールナット
９  連結部材
１０  ラムガイド
１１  上部電極
１２  位置センサ
１３  下部電極
１４  加圧力センサ
１５  溶接トランス
１６  二次導体
１７  電流計
１８  レコーダ
２０  空気ゴム
２１  空気タンク
２２  シリンダ
２３  急速排気弁
【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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【図８】
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