(57)【要約】【課題】  ヒートバランスの悪い第１の被溶接物と第２の被溶接物との接合でも、溶接強度を一様に向上させ、溶接品質を改善すること。【解決手段】  第１の被溶接物と第２の被溶接物との突き合わせ面に、最終値まで次第に増大する弾性的加圧力を与えるスプリング加圧機構と、このスプリング加圧機構の弾性的加圧力に、その弾性的加圧力に比べて急激に増大する機械的加圧力を重畳する機械的加圧機構とを備え、弾性的加圧力が増大している過程で溶接電流を流すことを特徴とする電気接合装置。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の被溶接物を把持する第１の溶接電極と、第２の被溶接物を把持する第２の溶接電極と、これら第１の被溶接物と第２の被溶接物との間に溶接電流を流して溶接を行う溶接用電源とを備えている電気溶接装置において、
前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物との突き合わせ面に、次第に増大する第１の加圧力を発生するスプリング加圧機構と、
前記第１の加圧力の変化に比べて急激に増大する第２の加圧力を発生する機械的加圧機構とを備え、
前記スプリング加圧機構による第１の加圧力と前記機械的加圧機構による第２の加圧力とが重畳されてなる加圧力を前記第１の被溶接物と第２の被溶接物との間に印加することを特徴とする電気溶接装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の加圧力が増大している過程で、前記溶接電流を通電させることを特徴とする電気溶接装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記スプリング加圧機構と前記機械的加圧機構とは、前記第１、第２の溶接電極のいずれか一方の溶接電極と一緒にベース部材に搭載され、該ベース部材は他方の溶接電極の方向に対して進退移動できるようになっていることを特徴とする電気溶接装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
前記溶接電流は、エネルギー蓄積コンデンサに蓄えられた電荷を放電することによって、前記第１の加圧力が増大している期間に通電する、急峻な電流波形を有することを特徴とする電気溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接物同士間に適切な加圧力を印加した状態で溶接電流を流して抵抗溶接を行う電気溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロン用陰極本体であるエンドハットに、陰極リードの先端面を突き合わせ、加圧した状態で溶接電流を流し、抵抗溶接する方法が知られている。そして、単にエンドハットに陰極リードの先端面を突き合わせるだけでは、所望の溶接結果が得られず、歩留まりが低下するので、歩留まりを低下させないために、陰極リードの先端部分を先細り化させ、その先細り化させた先端面をエンドハットに突き合わせて抵抗溶接する方法（例えば、特許文献１参照）がある。また、エンドハットに溝状凹部を設け、その凹部に陰極リードの先端部分を突き合わせて溶接する方法（例えば、特許文献２参照）がある。ここで、エンドハットと陰極リードとはモリブデン材料からなる場合が多く、モリブデンは金属としては比較的抵抗が大きいために、下記のような問題がある。
【特許文献１】特開２０００−２６３２３９号公報
【特許文献２】特開２０００−１７３４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１による溶接方法の場合には、エンドハットの平面に陰極リードの先細り化させた先端面を突き合わせており、エンドハットは体積が大きいために発熱はそれほど大きくなく、熱伝導による放熱は比較的良好であるが、その点、陰極リードの径は小さく、その断面積は小さいので、電気抵抗が大きくなり、したがって、発熱は大きく、表面積が小さいので、放熱はあまり良くない。このことによってエンドハットと陰極リードとの突き合わせ面でのヒートバランス（熱均衡）が悪くなり、エンドハットの突き合わせ箇所の金属材料は溶融せず、陰極リードの先端部分だけが溶融することによって、溶接が行われることになる。
【０００４】
一般に、抵抗溶接では、双方の被溶接部材が突き合わせ面で溶融し、溶融した材料が混じり合ってナゲットを形成するのが、十分な溶接強度を得る面からは好ましい。したがって、特許文献１による溶接方法では、本発明者が希望する一様なレベルの溶接強度を得ることはできないという問題がある。
【０００５】
特許文献２による溶接方法の場合には、エンドハットと陰極リードとの突き合わせ面に溝状凹部を有しているものの、陰極リードの先端面はエンドハットそのものの平坦面に接触しているので、やはり特許文献１の方法の場合と同様なことが言え、エンドハットは熱伝導による放熱が大きく、その点、陰極リードの径は小さく、放熱は低いので、ヒートバランスが悪くなる。したがって、特許文献２による溶接方法でも、本発明者が希望するレベルの一様な溶接強度を得ることはできないという問題がある。
【０００６】
特に、陰極リードとなるモリブデンは高価なので、近年においては装置のコストダウンの関係から、陰極リードの径を小さくし、細くする傾向がある（例えば、１．５φ→１．３φ→１．０φ→０．８φ）。陰極リードの直径が１．５ｍｍから１．３ｍｍ、１．０ｍｍ、０．８ｍｍと細くなるにつれて、エンドハットと陰極リードとの突き合わせ面におけるヒートバランスがますます悪くなり、抵抗溶接は難しくなる。
【０００７】
したがって、本発明は、ヒートバランスの悪い第１の被溶接物と第２の被溶接物との接合強度を安定に向上させることを主目的とし、二次的には一般的な被溶接物同士の溶接品質を更に改善することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、上記問題を解決するために、第１の被溶接物を把持する第１の溶接電極と、第２の被溶接物を把持する第２の溶接電極と、これら第１の被溶接物と第２の被溶接物との間に溶接電流を流して溶接を行う溶接用電源とを備えている電気溶接装置において、前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物との突き合わせ面に、次第に増大する第１の加圧力を発生するスプリング加圧機構と、前記第１の加圧力の変化に比べて急激に増大する第２の加圧力を発生する機械的加圧機構とを備え、前記スプリング加圧機構による第１の加圧力と前記機械的加圧機構による第２の加圧力とが重畳されてなる加圧力を前記第１の被溶接物と第２の被溶接物との間に印加することを特徴とする電気溶接装置を提供するこものである。
【０００９】
請求項１の発明によれば、第１の被溶接物と第２の被溶接物とを突き合わせて抵抗溶接するときの溶接強度を向上させることができる。
【００１０】
請求項２の発明は、上記問題を解決するために、請求項１において、前記第１の加圧力が増大している過程で、前記溶接電流を通電させることを特徴とする電気溶接装置を提供するものである。
【００１１】
請求項２の発明によれば、第１の被溶接物と第２の被溶接物とを突き合わせて抵抗溶接するときの溶接強度を一様に向上させ、溶接品質を改善することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、上記問題を解決するために、請求項１又は請求項２において、前記スプリング加圧機構と前記機械的加圧機構とは、前記第１、第２の溶接電極のいずれか一方の溶接電極と一緒にベース部材に搭載され、該ベース部材は他方の溶接電極の方向に対して進退移動できるようになっていることを特徴とする電気溶接装置を提供するものである。
【００１３】
請求項３の発明によれば、スプリング加圧機構と機械的加圧機構とを一緒に移動させているので、第１の加圧力の印加タイミングと第２の加圧力の印加タイミングとを容易、かつ正確に調整することが可能である。
【００１４】
請求項４の発明は、上記問題を解決するために、請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記溶接電流は、エネルギー蓄積コンデンサに蓄えられた電荷を放電することによって、前記第１の加圧力が増大している期間に通電する、急峻な電流波形を有することを特徴とする電気溶接装置を提供するものである。
【００１５】
請求項４の発明によれば、第１の加圧力の変化がある傾斜で増加しているときに溶接電流の大部分を流すことができ、このことがより一層溶接強度を向上させる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、第１の被溶接物と第２の被溶接物とを突き合わせて抵抗溶接するときの溶接強度を一様に向上させ、溶接品質を改善することができる電気溶接装置を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、溶接電流の通流による被溶接金属の軟化又は溶融に伴う沈み込みに瞬時の遅れもなく加圧力の変化を追従させるために、ある傾斜で増大する第１の加圧力とこれの変化よりも急激に増大する第２の加圧力とを重畳した加圧力を用い、第１の加圧力が増大している過程で溶接電流を通電させることによって、接合部の溶接強度を一様に向上させ、溶接品質を改善している。
【００１８】
先ず、本発明を実施するための最良の形態を示す実施例１について説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１ないし図５は本発明にかかる電気溶接装置１００の一実施例を説明するための図であり、図１は電気溶接装置１００が始動した段階を示し、図２はそれぞれの溶接電極に被溶接物をクランプさせた段階を示し、図３は被溶接物同士を突き合わせた段階を示し、図４はスプリング加圧機構により第１の加圧力がかけられた段階を示し、図５は第１の加圧力にこれよりも急激に増大する第２の加圧力が重畳された状態を示す。
【００２０】
先ず、これらの図面を用いて装置の構造について説明を行い、次に、動作について説明する。
【００２１】
第１の溶接電極１の先端部分は、第１のコレットチャック機構２になっている。かかる第１のコレットチャック機構２は周知であるので、詳しく説明しないが、一般的には三分割された拡縮部３と、拡縮部３を拡径又は縮径するために後退運動又は前進運動する進退部材４とからなる。進退部材４が後退（図面左側に移動）するときに、拡縮部３が拡径され、その拡径された電極部分に第１の被溶接物Ｗ１を装着し、しかる後に進退部材４が前進（図面右側に移動）することによって、拡縮部３が縮径され、第１の被溶接物Ｗ１を把持する。
第１の溶接電極１のロッド部分１’は、外力により直動が可能なベース部材１０の２箇所の支持部１１、１２で前進後退できるように支持されている。支持部１１、１２には不図示のベアリングが設けられており、ロッド部分１’が自在に図面左右方向に動けるようになっている。第１の溶接電極１のロッド部分１’には、その端部にストッパ部材５が固定され、ベース部材１０の支持部１１、１２の間に設けられた固定のつば部６が備えられ、またロッド部分１’に沿って図面左右方向に動ける環状部材７が配置されている。
【００２２】
つば部６と環状部材７との間にスプリング部材２０が備えられている。スプリング部材２０の空芯部分をロッド部分１’が通っている。つば部６と環状部材７とスプリング部材２０とは、スプリング加圧機構を構成する。外力によるスプリング部材２０の伸縮によって、環状部材７はロッド部分１’に沿って図面左右方向に動く。
【００２３】
ベース部材１０には、エアシリンダのような直線的に動作する直線駆動機構３０が備えられている。不図示のエア供給制御装置によって、直線駆動装置３０の直動部材３１が前進するときに、第１の溶接電極１のロッド部分１’のストッパ部材５を図面右方向に押し、ロッド部分１’はスプリング部材２０のスプリング力に抗して図面の右方向に前進する。この実施例では、直線駆動装置３０が機械的加圧機構を構成し、スプリング機構の第１の加圧力に第２の加圧機構の加圧力を重畳する。
【００２４】
ベース部材１０はスライド機構４０上に固定されており、図面左右方向に自由自在に動けるようになっている。ベース部材１０は駆動機構５０によって図面の左右方向に駆動される。駆動機構５０は、ベース部材１０の側面部に備えられているリンク部１１に一端がリンクされる駆動ロッド部材５１とカム部材５２とからなる。駆動ロッド部材５１の他端は基部６０に回転自在にリンクされ、その中間部分にはカム部材５２と係合する突起部５３が設けられている。
【００２５】
第２の溶接電極７１の先端部分は、第１のコレットチャック機構２と同様な第２のコレットチャック機構７２になっており、詳しく説明しないが、多くの場合、三分割された拡縮部７３と、拡縮部７３を拡径又は縮径するために後退又は前進する進退部材７４とからなる。進退部材７４が後退（図面右側に移動）するときに、拡縮部７３が拡径され、その拡径された電極部分に第２の被溶接物であるリードピンＷ２を装着し、しかる後に進退部材７４が前進（図面左側に移動）することによって、拡縮部７３が縮径され、リードピンＷ２を把持する。第２の溶接電極７１は固定されている。
【００２６】
次に、第１の溶接電極１と第２の溶接電極７１との間に溶接電流を供給する一般的な回路構成のコンデンサ蓄勢式抵抗溶接回路の概要を示す図６と、動作波形を示す図７とを参照しながら動作説明を行う。
【００２７】
図６において、入力端子８１、８２の交流電力は全波整流回路８３によって直流に変換され、エネルギー蓄積用電解コンデンサ８４を充電する。エネルギー蓄積用電解コンデンサ８４に蓄えられた電荷は、サイリスタのような半導体スイッチからなる放電用スイッチ８５を閉じることによって、溶接トランス８６の１次巻線８７を通して短時間で放出される。これに伴い、１又は２ターン程度の巻数の２次巻線８８の一方の端子Ｔ１に接続されている第１の溶接電極１と、他方の端子Ｔ２に接続されている第２の溶接電極７１との間に、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物であるリードピンＷ２とを通して急峻で大きな溶接電流が流れ、非常に短時間で溶接が行われる。
【００２８】
この溶接を行う前に、図１に示すように図示していないカム駆動装置によってカム５２を回転させて、第１の溶接電極１を第２の溶接電極７１から引き離し、ほぼ所定の間隔で停止させておく。その間に、図２に示すように、第１の溶接電極１の第１のコレットチャック機構２に第１の被溶接物Ｗ１を把持させ、ほぼ同時に第２の溶接電極７１の第２のコレットチャック機構７２にリードピンＷ２を把持させる（図７（ａ））。このときの第１のコレットチャック機構２と第２のチャック機構７２の動作は、前述のとおりであるので説明を省略する。第１の溶接電極１の第１のコレットチャック機構２への第１の被溶接物Ｗ１の供給、及び第２の溶接電極７１の第２のコレットチャック機構７２へのリードピンＷ２の供給は、図示していない部品供給装置によって自動的に行われる。作業者の手作業によっても勿論良い。
【００２９】
引き続きカム５２の回転動作で、駆動ロッド部材５１が基部６０を中心に反時計方向に動き、図３に示すように、ベース部材１０をスライド機構４０の働きで図面右方向に移動させる。その移動に伴い、時刻ｔ１で第１の被溶接物Ｗ１とリードピンＷ２とが突き合わされる。また時刻ｔ１で、スプリング加圧機構の第１の加圧力Ｐ１が第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物との間に作用し始める。
【００３０】
更にカム５２の回転動作によって、ベース部材１０がほぼ一定速度で図面右方向に移動するのに伴い、図４に示すように被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物との間のスプリング加圧機構の第１の加圧力Ｐ１がほぼ直線的に増大する（図７（ｅ））。このとき、スプリング加圧機構の第１の加圧力が増大する傾斜は、ベース部材１０の図面右方向への移動速度によって決められる。
【００３１】
ベース部材１０の移動に伴って、ベース部材１０に搭載されている直線駆動装置３０も図面右方向へ一緒に移動する。そして、図５に示すように、時刻ｔ１とほぼ同時に又は直後の時刻ｔ２で、駆動信号が与えられ、直線駆動装置３０の直動部材３１が前進し（図７（ｄ））て、第１の溶接電極１のロッド部分１’のストッパ部５を図面右側方向に押し、瞬時に増大する第２の加圧力Ｐ２をスプリング加圧機構の第１の加圧力Ｐ１に重畳する（図７（ｃ））。
【００３２】
したがって、第１の被溶接物Ｗ１とリードピンＷ２との間には、図７（ｃ）に示すような波形の加圧力が印加される。続いて、時刻ｔ２の後の時刻ｔ３で放電信号が与えられ、放電用スイッチ８５が閉じ、エネルギー蓄積用電解コンデンサ８４の電荷が放電され、急峻な波形の溶接電流が流れる。この溶接電流ｉの通流によって、第１の被溶接物Ｗ１とリードピンＷ２との突き合わせ面での金属材料が軟化、溶融している時点では、第１の加圧力と第２の加圧力との和の加圧力（Ｐ１＋Ｐ２）が働き、瞬間的に第１の被溶接物Ｗ１にリードピンＷ２を押しこむ形になり、このことが一様に接合強度を向上させ、溶接品質を改善する。
【００３３】
特に、第１の加圧力が所定の傾斜で増大している過程で、溶接電流ｉを通電させることが重要であり、これによって軟化又は溶融した金属材料の沈み込みに応じて、瞬時的な遅れもなく被溶接物の軟化又は溶融した金属材料を押し込む形になるので、一様に接合強度を向上させ、溶接品質を改善する。
【００３４】
ここで、直線駆動装置３０は機械的な動作を行うので、電気的動作に比べて遅れ時間が生じる。この遅れ時間を考慮して、放電信号が発生される時刻ｔ３が決められる。つまり、放電信号によってエネルギー蓄積用電解コンデンサ８４の電荷が放電され、急峻に増大する溶接電流ｉが第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とを通電し始める時刻ｔ３には、スプリング加圧機構による第１の加圧力Ｐ１と直線駆動装置３０による第２の加圧力Ｐ２とが印加されるようにしている。実際上、溶接電流が流れ始めるまでに直線駆動装置３０による第２の加圧力Ｐ２が第１の加圧力Ｐ１に重畳されるのが好ましい。あるいは、第２の加圧力Ｐ２が先に印加された状態で、適当なタイミングで第１の加圧力Ｐ１が重畳されても勿論よい。
【００３５】
そして、溶接電流ｉの終了後の時刻ｔ４でベース部材１０が停止し、スプリング加圧機構の第１の加圧力Ｐ１は一定になり（図７（ｅ））、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との突き合わせ面での加圧力も一定になる。そして、時刻ｔ５で放電信号が消滅し、図６の放電用スイッチ８５は開き、エネルギー蓄積用コンデンサ８４の放電は終了し、充電が開始される。エネルギー蓄積用コンデンサ８４の放電は、例えば、その充電電圧の９０％程度まで放電された時点で、放電用スイッチ８５が開かれて終了される。この放電終了のタイミングは設定可能になっている。
【００３６】
第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との軟化・溶融した金属材料が固化する時点以降の時刻ｔ６で、直線駆動装置３０の直動部材３１が高速で後退し、第１の溶接電極１のロッド部分１’のストッパ部５を開放する（図７（ｄ））。また、カム部材５２の回転動作によって、時刻ｔ６で駆動ロッド部材５１が反時計方向に回転し、第１の溶接電極１のロッド部分１’は図面左側方向に戻る（図７（ｆ）。これに伴い、第１の溶接電極１のロッド部分１’はスプリング部材２０の第１の加圧力Ｐ１から開放される（図７（ｅ）。スプリング部材２０の第１の加圧力Ｐ１の終了は、その増大時に比べて急傾斜で降下するように、直線駆動装置３０の直動部材３１は図面左側に高速で後退する。
【００３７】
そして、第１のコレットチャック機構２と第２のコレットチャック機構７２とは拡径動作を行い、それぞれ被溶接物Ｗ１、Ｗ２を開放し、図示しない部品取り出し機構によって溶接物が取り出されると、各部材は図１に示すようなポジションに戻る。その後、前述したような動作が繰り返される。
【００３８】
この実施例によれば、第１の加圧力Ｐ１が所定の傾斜で増大している過程で、溶接電流ｉを通流させているので、この溶接電流ｉによって軟化又は溶融した金属材料の沈み込みに応じて、瞬時的な遅れもなく被溶接物の金属材料を押し込むことができる。したがって、一様に接合強度を向上させ、溶接品質を改善することができる。
【００３９】
特にこの実施例では、エネルギー蓄積コンデンサに蓄えた電荷を数ｍｓ〜数十ｍｓという短い期間で放電することによって通流する小さい時間幅でピーク値の大きな溶接電流との組み合わせているので、第１の加圧力Ｐ１がある傾斜で増大している過程で溶接電流の大部分を流すことができ、このことによって前述の効果が得られるのである。
【００４０】
以上の実施例では、第１の被溶接物Ｗ１がマグネトロン部品のエンドハット、第２の被溶接物Ｗ２がその陰極リードである場合を想定して説明してきたが、リードピン以外のアルミニウム製のパイプなど、通常の他の被溶接物にも同様にこの実施例を適用できる。特に、アルミニウム同士、又は異種金属の溶接など、被溶接物の溶融金属を瞬時の遅れもなく押し込む必要がある場合には、この実施例は有効である。
【００４１】
以上の実施例では第１の溶接電極と第２の溶接電極とを水平方向に配置したが、縦方向に配置し、これら溶接電極を相対的に縦方向に移動できるような構造でも勿論良い。
【００４２】
ベース部材の駆動機構としてカム機構を用いたが、図示しないモータとその回転運動を直線運動に変換する歯車とピニオンラックとを組み合わせた直線駆動機構、あるいは油圧シリンダ装置又はエアシリンダ装置などであっても勿論良い。
【００４３】
また、実施例では、一方の溶接電極だけが移動できるようになっているが、双方の溶接電極が不図示の直線駆動装置によって移動できるような構造でもよい。更に、スプリング部材２０などによるスプリング加圧機構は、実施例１のように第１の溶接電極１側に備えられ、直線駆動機構３０による機械的加圧機構は、第２の溶接電極７１側に備えられていても良い。この場合も第１の加圧力Ｐ１と第２の加圧力Ｐ２とを印加するタイミングは、前述のとおりである。
【００４４】
なお、第１、第２の被溶接物については、必要があれば双方又は片方にプロジェクションを形成することによって、より品質の高い溶接結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例である電気接合装置１００の第１の動作段階を示す図である。
【図２】本発明の一実施例である電気接合装置１００の第２の動作段階を示す図である。
【図３】本発明の一実施例である電気接合装置１００の第３の動作段階を示す図である。
【図４】本発明の一実施例である電気接合装置１００の第４の動作段階を示す図である。
【図５】本発明の一実施例である電気接合装置１００の第５の動作段階を示す図である。
【図６】本発明の一実施例である電気接合装置１００の電気回路を示す図である。
【図７】本発明の一実施例である電気接合装置１００の各部材の動作波形を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…第１の溶接電極、
２…第１のコレットチャック機構、
３…拡縮部、
４…進退部材、
５…ストッパ部材、
６…つば部材、
７…環状部材、
１０…ベース部材、
１１…支持部、
１２…支持部、
２０…スプリング部材、
３０…直線駆動装置、
３１…直動部材、
４０…スライド機構、
５０…駆動機構、
５１…駆動ロッド部材、
５２…カム部材、
５３…突起部、
６０…基部、
７１…第１の溶接電極、
７２…第２のコレットチャック機構、
７３…拡縮部、
７４…進退部材、
８４…エネルギー蓄積用コンデンサ、
８５…放電用スイッチ、
８６…溶接トランス。
【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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