(57)【要約】      （修正有）【課題】可動電極の下降ストロークのスピードを速めても安全性向上が図れる抵抗溶接機を提供する。【解決手段】加圧装置に含む小径シリンダ２２のピストン２３には大小シリンダと同心上に径の異なる両ロッド２４，２５を設け，小径シリンダ２２を作動することにより，小径ピストンの面積の差圧でピストンがわずかな力で加圧方向に押され，大径シリンダ６のピストンに連結された可動ラム５と共に，可動電極が後退位置からワークに当接するまでの可動電極の移動範囲内に溶接加圧点から後退側に僅かなリニア検出領域を設け，そのリニア検出領域内で低加圧から溶接加圧への切り換え位置を任意に設定ができ，可動電極の起動開始から切り換え位置までの所定時間を越えたとき，センサ２７が検出して可動電極を停止又は開放を実行する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の可動電極を移動して他方の固定電極間でワークを挟みつけて必要な加圧力を発生させて通電して溶接する加圧式抵抗溶接機であって，エアー源から前記可動電極の加圧力を調整するためのエアー供給回路に配置された電極加圧用の大径シリンダと，前記大径シリンダに連結された低加圧用の小径シリンダとを有し，前記小径シリンダのエアー供給回路には第1電磁弁（SOL1）が，また前記大径シリンダのエアー供給回路には第2電磁弁（SOL2）がそれぞれ接続され，前記小径シリンダのピストンには前記大小シリンダと同心上に径の異なる両ロッドを設け，前記第１電磁弁を作動することにより，前記小径ピストンの面積の差圧でピストンがわずかな力で下方向に押され，前記大径シリンダのピストンに連結された可動ラムと共に，前記可動電極が後退位置からワークに当接するまでの前記可動電極の移動範囲内に溶接加圧点から後退側に僅かなリニア検出領域を設けて，そのリニア検出領域内で低加圧から本加圧への切り換え位置を任意に設定できるようにし，前記可動電極の起動開始から前記設定された切り換え位置に至るまでに所定時間以上経過したとき，これを変位センサで検出し，前記センサから発せられる出力信号で前記可動電極を停止及び／又は開放させるようにしたことを条件とする抵抗溶接機。
【請求項２】
請求項１において，前記リニア検出領域内での低加圧から本加圧への切り換え位置を溶接制御装置にて任意に設定できるようにしたことを条件とする抵抗溶接機。
【請求項３】
請求項１において，前記リニア検出領域内にて可動電極のワーク到達時点の位置情報から電極の磨耗量の変位を計測し，低加圧から本加圧への切り換え位置（固定電極からの距離）を常に設定値と一致させる，自動補正機能を有する抵抗溶接機。
【請求項４】
請求項１において，前記リニア検出領域内にて溶接開始前の可動電極の位置情報と通電中および通電後の可動電極の位置情報をもとに溶接毎にワークの溶け込み量を計測しモニタ表示する機能および溶け込み量が設定可能な基準値への到達有無を判定表示する機能を有する抵抗溶接機。
【請求項５】
請求項１において、前記リニア検出領域内にて可動電極のワーク到達時点の位置情報からナット等の被溶接部品の厚みおよび高さを計測し，設定可能な欠品判定基準位置と比較することにより，被溶接部品の有無の自動判定機能を有する抵抗溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，定置式スポット溶接機，溶接ガン及びプロジェクション溶接機等の電極を直線駆動する加圧装置に関し，さらに限定して言えば，スポット溶接する場合に，ワークと電極間との間に異物を挟み込んだときの安全を確保するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，スポット溶接機等に知られた安全装置には，たとえば本件出願人が先に出願公開した発明がある。この先行技術は可動電極がワークを加圧する寸前の所定位置で可動電極の変位量をセンサで検出して，検出した変位量が異常と判定したとき，わずかな時間を経て可動電極を電極加圧用シリンダの戻り側に開放するという加圧装置である（特許文献１）。
【０００３】
他には，電極間の異物の挟み込みを検出すると共に可動電極側を開放方向に移動する回避を行う抵抗溶接機の加圧制御方法が公開されている。
この種の従来の発明方法は下部電極の上に配置されたパネルワークにナットを溶接するために上部電極がナットに接近し溶接開始予定位置に達したときに，上部電極と下部電極との間の通電の有無を通電認識装置で確認し，制御部は溶接開始予定位置において通電が確認された場合，上部電極と下部電極間に異物がないものと判断し，上部電極による加圧を継続し溶接処理を実施する。導通が確認できない場合，上部電極,下部電極との間に異物挟み込みが生じたと判断し，電極沈み込み機構の動作中に上部電極の加圧方向の移動を停止すると共に，逆方向に移動させて，異物の挟み込みの検出と回避動作を行う（特許文献２）。
【０００４】
しかしながら特許文献１の装置では，部品点数の掛からない簡易な安全装置としては優れているが，加圧シリンダの自重下降のため電極下降時のスピードを速くしたい場合の対応が難しいとされてきた。
【０００５】
また特許文献２の方法では，一対の電極間にワークを挟持して溶接を行う場合に電極間に異物等を挟み込んでいるか否かの判断を，一対の電極間の通電による導通を確認するための通電導通確認装置（センサ）用の通電検出回路を電極間に設ける点及び電極の動作中に供給される駆動力に反して電極の加圧方向の移動を一時的に抑制する手段つまり電極沈み込み機構を電極部に備える必要があり電極構造及び制御が複雑となる。
【特許文献１】特開２００２―３５９５４号公報
【特許文献２】特開２００２−２０５１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は，抵抗溶接機の電極加圧用の大径シリンダと低加圧用の小径シリンダとが連結された複合シリンダを加圧ユニットに使用し，小径シリンダのピストンの差圧で加圧することで可動電極がワークにタッチするまでの下降スピードを速くし，しかも低加圧の過重を小さくすること及び低加圧から本加圧（溶接加圧）への切り換え位置を任意に設定でき，さらに溶接起動開始位置から切り換え位置に至るまでの所定時間以上経過したとき，ワークと上下電極間に異物を挟み込んだと判断し，直ちに可動側電極の加圧方向への移動を停止すると共に電極開放又は外部に警報することで，上記従来の課題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで，本発明は上記目的を達成するために次のような技術的手段を講じてある。すなわち，請求項１の発明は，少なくとも一方の可動電極を移動して他方の固定電極間でワークを挟みつけて必要な加圧力を発生させて通電して溶接する加圧式抵抗溶接機であって，エアー源から前記可動電極の加圧力を調整するためのエアー供給回路に配置された電極加圧用の大径シリンダと，前記大径シリンダに連結された低加圧用の小径シリンダとを有し，前記小径シリンダのエアー供給回路には第1電磁弁（SOL1）が，また前記大径シリンダのエアー供給回路には第2電磁弁（SOL2）がそれぞれ接続され，前記小径シリンダのピストンには前記大小シリンダと同心上に径の異なる両ロッドを設け，前記第１電磁弁を作動することにより，前記小径ピストンの面積の差圧でピストンがわずかな力で下方向に押され，前記大径シリンダのピストンに連結された可動ラムと共に，前記可動電極が後退位置からワークに当接するまでの前記可動電極の移動範囲内に溶接加圧点から後退側に僅かなリニア検出領域を設けて，そのリニア検出領域内で低加圧から本加圧への切り換え位置を任意に設定できるようにし，前記可動電極の起動開始から前記設定された切り換え位置に至るまでに所定時間以上経過したとき，これを変位センサで検出し，前記センサから発せられる出力信号で前記可動電極を停止及び／又は開放させるようにしたことを条件とする。
【０００８】
次に，請求項２の発明は，前記リニア検出領域内での低加圧から本加圧への切り換えポイントを溶接制御装置にて任意に設定できるようにしたことを条件とする。
【０００９】
請求項３の発明は，前記リニア検出領域内にて可動電極のワーク到達時点の位置情報から電極の磨耗量の変位を計測し，低加圧から本加圧への切り換え位置（固定電極からの距離）を常に設定値と一致させる，自動補正機能を有する。
【００１０】
請求項４の発明は，前記リニア検出領域内にて溶接開始前の可動電極の位置情報と通電中および通電後の可動電極の位置情報をもとに溶接によるワークの溶け込み量を計測しモニタ表示する機能および溶け込み量が設定可能な基準値への到達有無を判定表示する機能を有する。
【００１１】
請求項５の発明は，前記リニア検出領域内にて可動電極のワーク到達時点の位置情報からナット等の被溶接部品の厚みおよび高さを計測し，設定可能な欠品判定基準位置と比較することにより，被溶接部品の有無の自動判定機能を有する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば，前記可動電極が後退位置からワークに当接するまでの前記可動電極の移動範囲内に溶接加圧点から後退側に僅かなリニア検出領域を設けて，そのリニア検出領域内で低加圧から本加圧への切り換え位置を任意に設定できるようにし，前記可動電極の起動開始から前記切り換え位置までの所定時間を越えたとき，これを変位センサが検出し，前記センサから発せられる出力信号で前記可動電極を停止及び／又は開放させるように構成したことで，一対の電極間にワークを挟持して溶接を行う場合に電極間に異物等を挟み込んでいるか否かの判断を見る特許文献２の発明と比較し，一対の電極間の通電による導通を確認するための通電検出回路及び電極の動作中に供給される駆動力に反して電極の加圧方向の移動を一時的に抑制する手段つまり電極沈み込み機構等を電極部に設ける必要がなく電極構造及び制御が簡単となる。
【００１３】
請求項２の発明によれば，前記センサの出力を溶接制御装置に取り込むことができ，リニア検出領域内での低加圧から本加圧への切り換えポイントを溶接制御装置にて任意に設定できるようにしたことで，切り換えポイントのデジタル設定が溶接制御装置の操作パネル上で，つまり溶接条件設定と同一レベルで電気式に設定を行うことができる。溶接制御装置からの電極の磨耗量による加圧基準点Qの変化に応じてリニアゲージのリニア検出位置を補正することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば，電極の磨耗に従って生ずる異物の混入判定位置Ｓ（加圧切り換え位置）のずれを自動的に補正することで，手動での補正のための設定値変更が必要なくなり便利性が高まり，かつ適切な異物の混入判定位置を常に確保できるため安全性が高まる。
【００１５】
請求項４の発明によれば，溶接によるワークの溶け込み量をモニタ表示，および設定が可能な溶け込み量基準値に到達したか否かを判定表示することで，使用者に対して溶接の成否を判定する情報を提供可能とする。
【００１６】
請求項５の発明によれば，被溶接部品の欠品を使用者に通知することで，不良製品の発生防止を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施例は定置式抵抗スポット溶接機の加圧装置に使用した場合であって，圧縮エアー等の膨張エネルギーにより電極を直線駆動する流体圧シリンダの安全装置に有用とされる。
【実施例１】
【００１８】
図１は定置式抵抗スポット溶接機の外観図である。図２は実施例１の加圧装置と変位センサの一部のみ拡大して示したものである。図３は本発明のローフォースシーケンス動作を示すシーケンス・チャート図である。図４は本発明装置の溶接制御装置の機能ユニットと加圧ユニットの空圧配管系統の接続回路を示す。
【００１９】
図１において本体１の前面に上腕２と下腕３が配置されている。上腕の先端にはガイドケース4が固着されている。前記ガイドケース4の上面には加圧ユニットが固定されている。加圧ユニットは電極加圧用の大径シリンダ６と低加圧用の小径シリンダ２２が連結されたものである。前記ガイドケース４内の可動ラム５は前記大小シリンダ６の動作で上下動する。前記可動ラム５の先端には上部導体７を介して可動電極８が支持されている。一方，下腕３には上記可動電極８と相対向する固定電極９が下部導体１０を介して支持されている。本体内に収納された溶接トランス（図省略）は可動銅板１１及び導電部材１２に接続される。
【００２０】
図６は本発明装置の可動電極の加圧初期の動作速度を補助的に上げるための実施例を示すもので，小径シリンダの内部にスピリングを挿入した構造の一部を示す拡大断面図である。同図において，前記小径シリンダ２２の加圧室Ｃ側に弾性部材，たとえばスプリング３０が両ロッド２４の外周を取り巻くように設けられており，スプリング力は常時ピストン２３を押し上げる方向に付勢されている。これによって小シリンダ２２の加圧側に圧縮エアー供給が切り換わる瞬間にピストン２２を押し下げて可動電極８の加圧初期の動作速度を補助的に上げることができる構造になっている。
【００２１】
溶接制御装置１３は定置式スポット溶接機のシーケンスプログラム及びコントローラ１４により機械的及び電気的な動作を時間制御するもので溶接機本体に設置されている。
【００２２】
図４において，スポット溶接機の加圧力を発生する大径シリンダ６のエアー供給回路には，エアー源１５から前記可動電極の加圧力を調整するためのエアー減圧弁１６等が一次側に配置され，さらに前記エアー供給回路に接続された第2電磁弁（SOL２）の二次側が前記大径シリンダ６の加圧室Aに接続されている。
【００２３】
一方，低加圧用の小径シリンダ２２の戻り室Bと加圧室Ｃのエアー供給回路には前記第1電磁弁（SOL1）が接続されている。前記小径シリンダ２２の戻り室Ｂには前記エアー減圧弁１６のエアー供給回路からエアー減圧弁１７を介して接続されている。
【００２４】
本発明の加圧ユニットは，電極加圧用の大径シリンダ６と低加圧用の小径シリンダ２２を連結したもので，大径シリンダ６は第２電磁弁（ＳＯＬ２）により加圧され，小径シリンダ２２は第１電磁弁（ＳＯＬ1）により低加圧下降と開放が行われる。エアー源はボトムに直結され，第１電磁弁（ＳＯＬ1）を経由しヘッドに繋がれている。低加圧用の小径シリンダ２２は小径ピストン２３両端に径の異なる両ロッド２４、２５をもち，前記小径ピストン２３の上側の面積を下側よりわずかに大きくしている。
【００２５】
図２に示す実施例においては，加圧装置の全ストロークは７０ｍｍとし，起動開始点Oから可動電極８が移動し固定電極９と正常に接触するまでの位置，つまり加圧基準点Qまでのストロークを５５ｍｍと設定した場合，加圧基準点Qから後退側へ被溶接物の板厚を含む移動距離Ｐまでの１５ｍｍ程度をローフォース（低加圧）制御範囲とする。さらに加圧基準点Qから溶接後のナゲット膨張による可動電極の押し込み量と電極チップの消耗量を勘案した移動距離Rまでを１５ｍｍ加えたＰ−Ｒ間の移動範囲，つまり３０ｍｍ間隔をリニア検出領域として，その全範囲を監視するものである。
【００２６】
この実施例の場合，変位センサ２７（ＲＧ１）は直線的な動きを監視するためのデジタル式変位量検出手段（以下  商品名：リニアゲージと称する）である。ここでのリニアゲージ２７はスピンドル２８の機械可動部が所定量移動又は所定角度回転する毎にパルス発生器から１パルスを発生し，その発生したパルスを移動方向に応じて現在位置カウントにカウントアップまたはダウンさせ，その現在位置カウンタの計数値を機械可動部の現在位置として表示するインクリメンタル方式ものである。
【００２７】
前記リニアゲージ２７は加圧ユニットの外側に取り付けられ，ユニットカバー２９で覆われている。前記リニアゲージ２７は大径シリンダ６と連結された小径シリンダ２２から外部に突き出た両ロッド２４の変位量を検出するよう設置されている。前記リニアゲージの監視限界点は電極間に異物が挟み込まれたときの損害を最小限に防げる位置，たとえば低加圧と本加圧の切り換えポイントとして可動電極８が加圧基準点Qから６ｍｍ程度後退位置に設定して置くことで，可動電極が６ｍｍの限界点を設定時間内に通過すれば正常に加圧用バルブを動作させて実質的な溶接に入るが，可動電極が６ｍｍの検出ゾーンの限界点を通過するまでの時間が一定時間をオーバーしたときは電極間に異物を挟み込んだものとして判断し，直ちに可動電極を開放する動作を開始させる構成になっている。
【００２８】
図４に示す前記溶接制御装置１３には，加圧力，溶接電流値,通電時間などの溶接条件設定部，基準値記憶部，演算部などを組み込んだもので，溶接機の機械的，電気的な溶接シーケンス制御を実行するタイマユニットのほか，リニアゲージ２７からのパルス信号を入力し変位量に変換して検出するカウンタユニットが内蔵され，そのカウンタユニットのパルス入力ドライバの出力段に前記リニアゲージ２７が接続されている。
【００２９】
また溶接制御装置１３にはストローク用小シリンダの第１電磁弁（ＳＯＬ1）及び主加圧用大シリンダの第２電磁弁（ＳＯＬ２）のＯＮ，ＯＦＦを切り換える入出力信号を制御して２段加圧制御を行うためのI／Oユニットが内蔵されている。
【００３０】
溶接制御装置１３にはリニアゲージ２７によって毎回溶接打点ごとに電極加圧基準点Qを検出し，可動電極及び固定電極の磨耗量を検出して徐々に消耗変化していく加圧基準点に対して６ｍｍの限界点を電極ストローク量の調整により補正する機能および電極チップ先端のドレッシング時期や新しい電極チップの交換時期を適宜に検出できる機能を有している。
【００３１】
次に，本発明の加圧装置のローフォースシーケンス動作を図３のシーケンス・チャート図に基づいて動作を説明する。
【００３２】
開放した電極の下側の固定電極にパネルワークをセットし，そのパネルワークの溶接位置に相手方の溶接ナットまたは溶接ボルトをセットした後，当該溶接機の足踏みスイッチ(起動スイッチ)を踏むと，第１電磁弁（ＳＯＬ1）が作動しエアーがピストン２３の両側（戻り室Ｂと加圧室Ｃ）に供給される。
【００３３】
小径シリンダ２２のピストン２３はわずかに下方向に押され，可動電極８は大径シリンダ６の可動ラム，その他アームサポート，丸アーム等の自重を加え下降する。この下降に対抗して，ボトムに供給されるエアーコントロール（バランスエアー）でピストン２３の下側から押し上げる方向に圧がかかることにより，速度がありながら低加圧での下降となる。可動電極８がストローク４０ｍｍまで低圧で下降する。
【００３４】
可動電極が４０ｍｍ下降すると，両ロッド２４の外部先端に固定されたドグ２６がリニアゲージ２７のスピンドル２８の先端に加圧基準点Ｑから１５ｍｍ手前から当接しこれを押し込み，そのスピンドル２８がスクイズ設定時間内にリニア検出領域の限界点６ｍｍを（ＯＮする）ところまで通過するかどうかを，リニアゲージ２７の位置出力変化により検出する。このスクイズ時間により前記可動電極８が正常に動作しているのを確認する。そして可動電極８が所定時間内に正常にワークに当接したときは第２電磁弁（ＳＯＬ２）が作動し大径シリンダ６の加圧室Ａにエアーが送られ溶接に必要な加圧力を立ち上げる本加圧となる。
【００３５】
引き続き，電極が加圧した状態で通電開始前のリニアゲージ２７の現位置が直線的に計測され，溶接電流が電極間に供給され，通電終了後に，現在のリニアゲージ２７の位置出力がリアルタイムで計測される。リニアゲージ２７からの相補インクリメント出力は逐一溶接制御装置１３に取り込まれ，通電前の位置との差分を溶接中にも溶融軟化した溶接部の押し込み量としてモニタ回路に記憶されて（表示させて）溶接部の品質確認を行う。
【００３６】
万一，上記スクイズ時間内で可動電極８の下降端で異物が挟み込まれると，その異物の厚みによりリニアゲージ２７が抵抗を受け可動電極８の異常変位量として検出しＯＦＦのままとなる。起動開始してからリニア検出領域Ｐ−Ｑ内に設定した限界点６ｍｍを一定時間以上（起動投入後１〜２秒）経過してもリニアゲージ２７がＯＮしない場合は，何らかの障害物により加圧方向の移動が抵抗を受け停止状態か遅らせたかであるため，第１電磁弁（ＳＯＬ1）はＯＦＦとなり障害物が取り除けるように小径シリンダ２２の戻り室Ｂにエアーが供給され加圧ヘッドを戻し可動電極８を直ちに開放する。
【００３７】
このように，誤って電極間に指等が挟まれたとき，リニアゲージ２７は可動電極８のリニア検出領域を通過する所定時間がオーバーすることで異常と判断してＯＮしない。これによって，起動時から一定時間１秒ないし２秒を経過した後，第1電磁弁（ＳＯＬ1）をＯＦＦし，可動電極８を直ちに上昇し開放する。
【００３８】
また図５に示す実施例によれば，電極が加圧完了した状態での通電開始前のリニアゲージ２７の現在位置を計測し，加圧基準点Ｑに対して欠品判定点Ｔを設定することにより，被溶接部品の欠品を検出することが可能となる。
【００３９】
被溶接部品が正しく置かれている場合，可動電極８は加圧完了時点で正常時完了位置Ｕに停止するが，被溶接部品が無い場合は異常時完了位置Ｖまで進む。これらの停止位置はリニアゲージ２７にて計測可能である。欠品判定点Ｔを正常時完了位置Ｕと異常時完了位置Ｖ間の適切な位置を溶接制御装置１３に設定（記憶）しておくことで，溶接制御装置はリニアゲージ２７からの位置情報と設定値を比較することで，使用者に対して被溶接部品の有無を明示できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の実施例では定置式抵抗溶接機の加圧装置の安全システムについて説明したがロボットに搭載されるCタイプ又はXタイプの溶接ガン，シーム溶接機，アプセット溶接機のほか，溶接機分野以外にも金型プレス機のような金属塑性加工に要する加圧装置の機械可動部等の安全性向上にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明を抵抗スポット溶接機の加圧装置に使用した実施例を示す溶接機全体の正面図である。
【図２】本発明の実施例の加圧装置とリニアゲージの実施形態を示す拡大図である。
【図３】本発明の実施例の溶接シーケンス・チャート図である。
【図４】本発明の実施例にかかる加圧系統のエアー供給回路図である。
【図５】本発明の実施例で被溶接部品の欠品を検出する場合の説明図である。
【図６】本発明装置の可動電極の加圧初期の動作速度を補助的に上げるための実施例を示すもので，小径シリンダの内部にスピリングを挿入した構造の一部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  溶接機本体    ２  上腕    ３  下腕    ４  ガイドケ―ス    
５  可動ラム    ６  大径シリンダ    ７  上部導体    ８  可動電極
９  固定電極    １０  下部導体    １１  可動銅板    
１２  導電部材    １３  溶接制御装置    １４コントローラ    
２２小径シリンダ    ２３  ピストン    ２４，２５両ロッド  ２６  ドグ
２７  リニアゲージ  ２８  スピンドル    ２９  ユニットカバー 
３０  スプリング
【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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