(57)【要約】【課題】この発明は被溶接物をはさんでスポット溶接する上下部の電極のうちの板状電極として構成される下部電極の表面を通電性を損なわずに強化して表面の手入れなどの作業を大巾に軽減するスポット溶接機を提案する。【解決手段】上下から被溶接物Ｗをはさんでスポット溶接する上部および下部電極２０、１０のうちの一方の下部電極１０を少なくとも表面が導電性材料からなる板状電極から構成する一方、この板状電極の表面に塑性加工により加工硬化させた加工硬化層１１を具え、板状電極１０の内部に平面方向に冷却水を流通させる冷却水通路１２を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下から被溶接物をはさんでスポット溶接する上部および下部電極のうちの一方の下部電極を少なくとも表面が導電性材料からなる板状電極から構成する一方、この板状電極の表面に塑性加工により加工硬化させた加工硬化層を具え、前記板状電極の内部に平面方向に冷却水を流通させる冷却水通路を設けることを特徴とするスポット溶接機。
【請求項２】
前記加工硬化層を前記板状電極の表面にその一部として一体に設けることを特徴とする請求項１記載のスポット溶接機。
【請求項３】
前記加工硬化層を前記板状電極を交換自在に設けることを特徴とする請求項１記載のスポット溶接機。
【請求項４】
前記加工硬化層をショットピ−ニングにより加工硬化させて形成することを特徴とする請求項１記載のスポット溶接機。
【請求項５】
前記板状電極および／又は前記加工硬化層を銅またはその合金材から構成することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のスポット溶接機。
【請求項６】
前記板状電極および／または前記加工硬化層を０．１〜０．３銀を含む銅合金材から構成することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のスポット溶接機。
【請求項７】
前記板状電極および／または前記加工硬化層を０．５〜２．０クロムを含む銅合金材から構成することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のスポット溶接機。
【請求項８】
前記流通回路を前記板状電極の一つの側面から穿孔した縦通路と他の側面から穿孔した横通路とから構成し、これら縦および通路を交鎖させて構成することを特徴とする請求項１記載のスポット溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はスポット溶接機に係り、なかでも、下部電極として構成される板状電極の上で上部電極として構成される溶接ガンにより、上下から被溶接物をはさんでスポット溶接するスポット溶接機であって、この板状電極の表面を塑性加工によって加工硬化層を形成することによって表面を強化する一方、しかも、この板状電極の内部にはほとんど全面にわたって冷却できる冷却水通路を形成して冷却能力の増大を行ない、溶接時の加熱によっての加工硬化層の戻りを除去したスポット溶接機に係る。
【背景技術】
【０００２】
溶接すべき金属板や金属箱又は金属枠など（以下、被溶接材という）を重ね合わせ、この部分を加圧通電して接合するのが抵抗溶接である。抵抗溶接の中で溶接部が点又はスポットであるのがスポット溶接で、最っとも広く用いられている。また、抵抗溶接の熱源は重ね合わせ部分の通電によって生じる抵抗熱又はジュ−ル熱であり、溶接熱源としては、熱源温度が不安定な面があるが、ア−ク溶接などの融接と異なってビ−ド部分が残らず、溶接棒を用いないため、自動車ボディの接合や板金加工の分野では、スポット溶接に用いられている。
【０００３】
すなわち、スポット溶接などの抵抗溶接は溶接熱源は被溶接物間に発生するジュ−ル熱である。このジュ−ル熱は被溶接物の物性に左右されるといっても、溶接条件を左右する溶接電流や溶接時間、さらに溶接時の加圧力を制御調和させると、熱源温度も制御できることから、有益な溶接法である。
【０００４】
このようなところから、スポット溶接は自動車ボディを含めて数多くの分野で利用され、その用途に応じて種々の型式の溶接機が実用化されている。しかし、いずれの用途に適用する場合でも、スポット溶接機は被溶接物に強大な電流と加圧力を与えることが必要である。したがって、スポット溶接機はこの溶接条件を調和させる構造になっており、ほとんど定置型といわれる加圧方式がとられ、プレス機器と同様に加圧する構造になっている。
【０００５】
すなわち、スポット溶接の原理は、重ね合わされた２枚の被溶接物を上下の電極の間ではさみ、各電極の先端に取付けた溶接チップによってはさみ込んだ領域、つまり、スポット又は点の被溶接部を加圧通電して溶接するものである。
【０００６】
この接合原理からして、直上加圧式のスポット溶接機は、上下の電極で対向する端部には溶接チップが設けられ、上部電極を下部電極に向けて下降させ被溶接物の被溶接部を局部的に加圧して溶接するという、プレス機器と同様な構造をとっている。下部電極は上部電極による加圧力を直接受けることになるため、強固に支持装置で支持される。上部電極は下部電極の上に設けられ、下部電極に向って下降し、高い加圧力が加えられるよう構成される。このため、通常、上下の電極はプレス機器のように加圧装置や支持装置と一体に構成され、この一体化されたスポット溶接機が一定の場所に据付けられて使用され、この意味からも定置式と云われている。
【０００７】
定置式溶接機で溶接するときには、被溶接物を据付けられた溶接機のところまで移動させて保持し、そこで溶接すべきところ、すなわち、被溶接点を順次に溶接する。平たくいうと、被溶接物を溶接機の設置場所まで移動させ、そのところで被溶接物を作業員などが保持しながら被溶接点のところを順次に送って溶接する。このため、大型の被溶接物、例えば自動車ボディや大型金属箱であると、その運搬や被溶接点の順次の送りおよび移動位置での保持は大変な重筋作業となる。とくに、組立作業や治具設備が合理化されている自動車ボディの組立作業を除くと、このところがほとんどの板金加工では共通して解決されない問題点になっている。
【０００８】
この点を改善するものとして、定置型スポット溶接機に代ってポ−タブル型のスポット溶接機も提案されている。すなわち、ポ−タブル型は上下の電極を溶接電源その他の溶接機本体から分離して持ち運びできるように構成し、この間をフレキシブルな導電ケ−ブルで接続している。この溶接機は、上下の電極を自由に移動できるが、これら電極がプレス機器のような加圧機構によって加圧できるよう構成されていないため、大きな加圧力が加えることができない。このため、圧接としての特徴が十分にいかせないところが弱点であって、強固な溶接継手の形成には不適当である。さらに、上下の電極が導電ケ−ブルで接続され、導電ケ−ブルはきわめて長くなるため、通電の間の電磁誘導により大きなリアクタンスが生じ、電流量を大きくできない欠点があって、強固な接合強度が要求される被溶接物には不適当である。
【０００９】
要するに、可搬式として構成した上部電極には一体として機械的な加圧機構を設けることができないため、溶接時の加圧力が制限され所定の強度の溶接継手が得られないほか、この面からも溶接継手の強度が高められない。
【００１０】
このようなところから、本発明者らは、先に、特願平５−１３９５４３号（特許第３４４５６３６号）明細書に示す構造のスポット溶接機を提案した。
【００１１】
このスポット溶接機は、上下から被溶接物をはさんで加圧通電してスポット溶接する上下一対の電極において上部電極は先端に溶接チップを具える棒状の溶接ガンとして構成する一方、下部電極は従来例の如く棒状に構成することなく板状の導電性材料から成る板状電極から構成する溶接機である。この溶接機は下部電極として働く板状電極の表面のいずれのところでも電極として働くことができるため、上部電極として働く溶接ガン先端の溶接チップによって加圧されるところが下部の点弧電極となり、このところの局部的な通電によってスポット溶接が達成できる。このところは板状電極のいずれのところも電極として働くことができるため、板状電極の上で置いたままで被溶接物は移動させることなく溶接できることになる。
【００１２】
また、板状電極の下部電極に対し、上部電極として働く溶接ガンは板状電極上で自由に移動できる構造をとっている。横向き姿勢で用いる溶接ガンは、その中間点で支持ポストを介して回転自在に支持され、てこ方式によって後端に加えた上向きの引張り力によって先端の溶接チップが下向きに旋回され、被溶接物に高い加圧力を加えることができる構造に構成され、溶接ガンは支持ポストとともに板状電極の全面にわたって自由に平面移動できる構造に構成されている。このため、板状電極上に置いたままの被溶接物上の各被溶接点のところに上部電極として働く溶接ガンを順次に移動させて被溶接点のところに位置決めすると、連続的に溶接できる。
【００１３】
また、この溶接機であると、支持ポストには横向き姿勢の溶接ガンの後端に上向きの引張り力を加えるためにエア−シリンダなどの加圧機構を支持ポストに塔載すると、プレス機器と同様な方式をとって加圧させることもでき、先端の溶接チップによって加えられる加圧力はてこの倍力機構の原理を利用して高めることもでき、電流を通し易いアルミニウム合金材なども溶接できる。
【００１４】
しかしながら、このように表面がきわめて広い板状電極として上部電極を構成する場合には、電極の表面全体が溶接時に通電されている状態になりその上に被溶接物が置かれ、板状の電極において溶接するところ、つまり溶接点のみが局部的に高い加圧力で加圧され、とくに、電気特性、例えば透電率又は導電性にすぐれる銅やその合金から構成されることもあって加圧力により表面がくぼみ、その部分が電極面としての性能が劣化する。つまり、表面の凹凸により被溶接物をはさんで溶接するときに被溶接物の接触度合が変化し、均一に加熱通電して溶接ができないし、さらに、溶接の際に被溶接材との間で合金した合金化物や溶接時の付着物が板状の電極の表面に残り、これらが次の溶接の際の被溶接材に付着してこの除去に手間がかかる。
【００１５】
平たくいうと、板状の電極の表面は常に全面にわたって平坦で、しかも、合金化物、異物その他の付着物が全くないことが必要で、このためには、どうしても、使用頻度にもよるが毎週表面を全体にわたって研摩あるいは必要に応じて研削する必要がある。この作業は手間と時間がかかり、銅または合金材は鋼材などに比べると柔かいといっても問題点として残されている。また、板状の電極を純銅といわれるものの代りに小量のクロムやその析出硬化成分を含む強固な銅合金を用いても、それは板状のものであるため、高価になって経済的な面からも好ましくないし、これら銅合金は純銅といわれるものに較べると、透電率や熱伝導率が低くなる。
【特許文献１】特願平５−１３９５４３号（特許第３４４５６３６号）明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は上記欠点を解決することを目的とし、具体的には、下部電極として板状に構成される板状電極の表面にショットピ−ニング、グリットブラスチングなどにより塑性加工による加工硬化層を形成して板状電極表面の強化、なかでもつかれ強さの増大をはかる一方、板状電極の表面を冷却するために全面に平均的に分布する冷却通路を設けて板状電極の表形成した加工硬化層の戻りを最小限にとどめるスポット溶接機を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
まず、本発明は、先に本発明者らが提案したスポット溶接機と同等の技術分野に属するものであって、これら上部および下部電極のうちの下部電極を少なくとも表面が導電性材料からなる板状電極から構成するものである。
【００１８】
次に、この板状電極を銅又は銅合金材から構成し、表面に塑性加工により加工硬化させた加工硬化層を設ける一方、板状電極の内部に冷却水が流通し冷却する冷却水通路を板状電極のほとんど全面又は大部分にわたって冷却できるように設けることを特徴としている。
【００１９】
また、この加工硬化層は板状電極の表面の少なくとも一部に設けることができ、さらに、加工硬化層は板状電極と一体に設けることが好ましいが、加工硬化層は板状電極から分離して交換できるように設けることもできる。
【００２０】
また、加工硬化層はショットピ−ニングにより板状電極の表面を硬化させ、一体に形成することができる。
【００２１】
また、板状電極は表面の加工硬化層とともに銅またはその合金材から構成することができる。
【００２２】
また、板状電極は表面の加工硬化層とともに０．１〜０．３銀を含む銅合金材から構成することができる。
【００２３】
また、板状電極は表面の加工硬化層とともに０．５〜２．０クロムを含む銅合金材から構成することができる。
【００２４】
また、板状電極のすみずみに形成される冷却水の流通回路は板状電極の一つの側面から穿孔した縦通路と他の側面から穿孔した横通路とから構成し、これら縦および横の通路を交鎖させ、一つの側から供給された冷却水を縦および横の通路を経て流動させて板状電極の表面を冷却するように、構成することができる。
【発明の効果】
【００２５】
まず、本発明は、上部および下部電極のうちの下部電極を少なくとも表面が導電性材料からなる板状電極から構成し、この板状電極を銅又は銅合金材から構成し、表面に塑性加工により加工硬化させた加工硬化層を設ける一方、板状電極の内部に冷却水が流通し冷却する冷却水通路を板状電極のほとんど全面又は大部分にわたって冷却できるように設けられている。このため、板状電極の表面は通電性などを損なわず表面が強化されるほか、溶接時に高温にさらされても、強化された表面が軟化されて戻ることがなく、ほとんど手入れすることなく、連続的にスポット溶接できる。
【００２６】
また、加工硬化層はショットピ−ニングにより板状電極の表面を硬化させ、一体に形成できるため、加工硬化能の高い銅またはその合金材の特性を有効に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
そこで、上記のところの手段たる構成ならびにその作用について図面に示すところを通じてさらに具体的に示すと、つぎのとおりである。
【００２８】
なお、図１は本発明の一つの実施例に係るスポット溶接機の構造の一部を示す説明図である。
【００２９】
図２は図１に示すスポット溶接機における下部電極の構造の一部を示す説明図である。
【００３０】
図３は図１および図２に示すスポット溶接機の板状電極における冷却水通路の説明図である。
【００３１】
まず、図１において、符号１００は本発明の一つの実施例に係るスポット溶接機を示し、このスポット溶接機１００において符号１０は板状電極から成る下部電極、２０は棒状の溶接ガンから成る上部電極を示す。この上部電極２０は、図１に示す通り、上下方向に昇降し、下部の板状電極２０との間で被溶接物Ｗをはさんで点接触によりスポット溶接されるものとして構成される。これに対し、下部電極１０は図１および図２に示す通り板状に構成され、この板状電極は平坦な板状の導電性材料、なかでも、銅やその合金から構成される。
【００３２】
すなわち、上部電極２０は下部電極１０との間で被溶接物Ｗをはさんでスポット溶接するものであって、上部電極２０は板状の溶接ガンとして構成され、先端の溶接チップ２１とともに昇降自在に構成される一方、下部電極１０は平坦な導電性板状材から構成され、この板状電極の表面は全体にわたって電極として用いられるよう構成されている。溶接のときには、下部電極として働く板状電極１０上に被溶接物Ｗが置かれ、その表面は全面にわたって通電されているため、被溶接物Ｗはそのまま移動させることなく、所望の被溶接点のところを溶接チップ２１の先端と板状電極１０との間ではさみ、所望の被溶接点は点弧状にスポット溶接する。
【００３３】
次に、以上のとおり構成される下部電極１０の表面に、図１および図３に示すように、塑性加工により加工硬化させた加工硬化層１１を形成するとともに、板状電極１０の内部に平面方向に冷却水を流通させる冷却水通路１２を設け、溶接時の加熱による加工硬化層１１の戻りを抑制し、加工硬化層１１の硬さ、強度を保持する。
【００３４】
すなわち、先にのべたとおり、下部電極として働く板状電極１０は面積の広い板状として構成され、上部電極として働く溶接ガン２０として構成され、それには先端を絞った溶接チップ２１が組み合わされているが、これら上部および下部の電極は銅又は銅合金からつくられている。この銅や銅合金の結晶は鉄、鋼その他の金属材料と同様に立方格子から成っている。
【００３５】
また、銅は、アルミニウムなどとともに面心立方格子から成って、鉄、タングステンなどの体心立方格子に較べてすべり易いことから、銅、アルミニウムなどはきわめて加工し易い特徴をもっている。したがって、銅や銅合金に外力を加えると、結晶格子の一部に生じた転移がすべり面に沿って順次に伝わり、結晶格子の金属原子が移動し、とくに銅の面心格子では原子は非常にすべり移動し易いため、加工がし易いといわれている。
【００３６】
ところが、銅はこのように展ばしたり加工し易いが、外力がこの容易にすべる領域をこえるまで加工すると、転移又はすべりが結晶格子内に集積することもあって、外力を加えてもこの転移にじゃまされて、すべりが発生しにくくなり、硬くなる。加工硬化が生じ、この硬化の程度がきわめて高いのが銅の特徴である。
【００３７】
このような銅の加工硬化による特性を利用し、板状電極１０の表面の強化をはかり、併せて広い面積をもつ板状電極１０を冷し、この大きな冷却能力によって戻りの防止をはかる。
【００３８】
更にくわしくのべると、金属材料に外力がすべり面に沿ったせん断力が加えられ、それに応じてすべりが生じて変形する。これを加えられる外力と変形度合、つまりせん断ひずみとの関係からみると、３つの段階があって、各段階がそれぞれはっきりとあらわれるのが銅の特徴である。とくに、第２段階は外力が加えられるとそれに応じて硬さも上昇し直線状に硬化する領域といわれているが、この第２段階がはっきりとあらわれるのが銅の特徴である。（なお、鋼材について知られる応力−ひずみ線図ではほとんど第２段階があらわれない。このため、銅又はその合金材に対し外力を加えて塑性加工すると、強度および硬さが大巾にアップし、このところを利用すると、銅や銅合金の強度や性質が大巾にアップする。この加工硬化性が例えば３００℃以上の高温でも戻りがなく十分に利用するために銅合金、例えば共晶型のＡｇ−Ｃｕ合金、Ｃｒ−Ｃｕ合金なども開発されている。さらに、高温において合金成分を析出させこの析出物によって格子のすべりを防止するものも提案されている。しかしながら、このような合金は、純銅といわれるタッピッチ銅、無酸素銅に較べると、価格が高く、電気的性質、熱的性率が低下し、とくに導電率や熱伝導率は、純銅といわれるタッピッチ銅などに較べると、その８０％以下、Ｂｅ−Ｃｕ合金などは２０％以下まで低下し、導電性や熱伝導性が大巾に損なわれる。このようなところにおいて、面積が広く大容量の板状電極１０をタッピッチ銅や無酸化銅などで構成し、その表面に塑性加工による加工硬化層１１を形成し、板状電極１０の熱的、電気的性質を損なわずに表面の硬化、機械的強さの向上をはかる。
【００３９】
また、表面のみを塑性加工する手段としてはショットピ−ニング、グリットブラスチングなどが好ましい。すなわち、ショットピ−ニングは径０．１５〜４ｍｍ程度のショットといわれる球形やとがった角のない形状の金属小粒子を高速度で表面に打ちつけて表面の皮膜がある程度除去されて光沢が生じるほどまで加工すると、電気的や熱的性質はほとんど損なわずに、硬さや機械的強度（つかれ強さ）は３倍、とくに４倍それ以上まで上昇させることができる。
【００４０】
次に、以上の通り、板状電極１０の表面を構成するとともに、板状電極１０の内部には冷却水が流通する冷却水通路１２を設け、板状電極１０の表面が全体にわたって冷却できるよう構成する。換言するならば、冷却水通路１２は面積又は容量の大きい板状電極１０の内部に設けられ、上部電極２０の溶接チップ２１と較べると、大巾に冷却能力を高めることができる。
【００４１】
この構造であると、上部電極２０から通電加熱状態の板状電極１０にきわめて高い加圧力が加えられても、十分にそれを支持し、さらに、溶接熱は大容量の冷却水通路１２によって抜熱されて加工硬化層１１は焼戻されて軟化することがない。
【００４２】
また、内部の冷却水通路１２は、図２および図３に示すように、板状電極１０の側方から穿孔して平面方向に伸びる横通路１２１と、この横通路と交鎖して組み合わされる縦通路１２２とから構成する。このように組み合わせると、板状電極１０を全体にわたって冷却水が循環でき、その一部として形成される加工硬化層１１は冷却水通路１２により直接冷却できるため、溶接時の加熱により軟化することがない。
【００４３】
ちなみに、図２および図３に示すように厚さ１５ｍｍの板状電極１０を構成し、この上で２枚の鋼板を重ねて連続的に４０〜１００打点をスポット溶接し、このときの板状電極１０の表面の加工硬化層１１の温度の変化をしらべたところ、ほとんどが手がふれても危険のない程度であって、表面温度計の温度変化も３０度内外であり、表面温度１２０℃をこえることがなく加工硬化層１１が戻りにより軟化されることがなかった。
【００４４】
なお、このときに、ショットとしては硬さ（ロックウェルＣ硬度４０程度）の鋳造粒子を用い、１１００ｒｐｍ回転の遠心力を用いて投射し、板状電極の表面が光沢が生じる程度までピ−ニングして加工硬化層１１を形成した。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のとおり、本発明は一方の下部電極が板状電極、他方の上部電極が棒状溶接ガンから成るスポット溶接機であることから、板状電極上で被溶接材を移動させることなく溶接でき、広く板金加工を中心とする溶接作業で用いることができる。さらに、板状電極上には加工硬化層が形成されているために板状電極には高い加圧力を加えることができ、高い加圧力を必要とする被溶接材も溶接できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一つの実施例に係るスポット溶接機の構造の一部を示す説明図である。
【図２】図１に示すスポット溶接機における下部電極の構造の一部を示す説明図である。
【図３】図１および図２に示すスポット溶接機の板状電極における冷却水通路の説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  下部電極
１１  加工硬化層
２０  上部電極
２１  溶接チップ
１００  スポット溶接機
Ｗ  被溶接物
【図１】
2005342737.tif 000003
【図２】
2005342737.tif 000004
【図３】
2005342737.tif 000005