(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗溶接用の電極と、
前記電極の温度を測定する温度測定手段と
前記電極の周囲を覆い、前記電極に噴きつける気体の流入口を持つ保護手段と、
複数の種類の前記気体のうち任意の気体を選択する気体切替手段と,を有し、前記電極に噴きつける気体を切り換える判断を前記温度測定手段の測定温度に基づいておこなう事を特徴とする抵抗溶接機用溶接ヘッド。
【請求項２】
前記電極に噴きつける気体を切り換える判断をおこなう前記電極の測定温度は、電極の材料の窒化温度未満または酸化温度未満であることを特徴とする請求項１に記載の抵抗溶接機用溶接ヘッド。
【請求項３】
前記電極に噴きつける気体の一方をアルゴン又はヘリウム、他方を窒素とし、溶接後の電極の測定温度が電極材質の窒化温度未満になるまでアルゴン又はヘリウムを噴きつけ、電極の測定温度が電極材質の窒化温度未満で窒素に切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の抵抗溶接機用溶接ヘッド。
【請求項４】
前記電極に噴きつける気体の一方をアルゴン又はヘリウム又は窒素、他方を圧縮空気とし、溶接後の電極の測定温度が電極材質の酸化温度未満になるまでアルゴン又はヘリウム又は窒素を噴きつけ、電極の測定温度が電極材質の酸化温度未満で圧縮空気に切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の抵抗溶接機用溶接ヘッド。
【請求項５】
前記電極に噴きつける気体をアルゴン又はヘリウムと、窒素と、圧縮空気との３種類とし、溶接後の電極の測定温度が電極材質の窒化温度未満になるまでアルゴン又はヘリウムを吹き付け、電極の測定温度が電極材質の窒化温度未満で窒素に切り替え、電極の測定温度が電極材質の酸化温度未満になるまで窒素を吹き付け、電極の測定温度が電極材質の酸化温度未満で圧縮空気に切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の抵抗溶接機用溶接ヘッド。
【請求項６】
抵抗溶接機の溶接方法において、
１）窒化又は酸化を抑制する気体を電極に向けて噴射するステップと
２）前記気体を噴射しながら、前記電極へ供給する電力を制御して溶接を行うステップと
３）溶接後に前記気体を噴射しながら、電極温度の測定値が電極を構成する部材の窒化又は酸化温度より低下した時に気体切替手段にて噴射する気体を圧縮空気又は窒素に変更するステップ
を持つ抵抗溶接機の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は抵抗溶接機用溶接ヘッドおよび溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗溶接において、被溶接物が純銅もしくは銀（もしくは、それらに微量の異種金属を添加したもの）など固有抵抗が低く熱伝導率が大きい場合、溶接電極はＭｏ（ＩＡＣＳ３１％）やＷ（ＩＡＣＳ３０％）など、抵抗溶接電極材としては相対的に固有抵抗が大きく熱伝導率の小さいものが使用される。Ｆｅ、Ｎｉ，ステンレスなど  純銅もしくは銀（もしくは、それらに微量の異種金属を添加したもの）と比較して固有抵抗が大きく熱伝率の低い材料を抵抗溶接する場合には、Ｃｒ−Ｃｕ（ＩＡＣＳ８０％）などが使用される。
近年、電装部品などの高電流化にともない、抵抗値の低下や、熱伝導性を改善するために、従来の相対的に低電流時に使用されきている真鍮などに変わり、純銅（もしくは純銅に微量な他元素を添加したもの）が使用されるようになり、ＭｏやＷが赤熱する条件下での使用が必要とされる。電極が高温になると空気中では酸化、窒素雰囲気中では窒化が進み、電極の寿命が著しく低下するので、酸化消耗（スケールアウト）が進まないように電極を周辺雰囲気から保護し、積極的に冷却する必要がある。
【０００３】
例えばモリブデンは室温でわずかに酸化（変色）し、約３００℃で酸化し始め、約５００℃以上でＭｏＯ３を形成し急激に酸化する。また窒素雰囲気中においては６００℃以上で脆化が認められ、約１５００℃以上で窒化物を形成し、水蒸気の存在においては、約７００℃で酸化を始める。
タングステンは室温でわずかに酸化（変色）し、約４００〜５００℃で酸化し始め、約７００℃以上でＷＯ３を形成し急激に酸化する。窒素雰囲気中においては、約２３００℃以上で窒化物を形成し、水蒸気存在に対しては、赤熱状態ですみやかに酸化する。
【０００４】
このため従来より  電極先端近傍にノズルを設け、通電する少し前からアルゴンまたはヘリウムなどのガスを噴きつけて、電極周囲の酸素又は窒素の滞留を抑制し、電極が高温になっても変質しないように保護している。
噴きつけたガスは接合終了後の電極の冷却にも利用されている。通常、連続的に溶接を行う場合には、電極を冷却するためにフォルダを水冷にするなどの処置を施したとしても、蓄熱により溶接通電開始時の電極の温度が上昇しているため、初期設定と同じ通電量や通電時間では過大な溶けになるので、打点数ごとに通電量や通電時間を適宜減らすなどの複雑な条件設定が必要となる．噴きつけたガスの冷却効果を利用することにより溶接通電開始時の電極の温度上昇を抑えることができ、溶接条件を簡素化できる。
【０００５】
又、噴きつけたガスの拡散を防ぐ方法として特許文献１のような電極の周囲を遮蔽する提案もある。
【０００６】
更に熱溶着装置の例ではあるが冷却エアの供給・停止を発熱部の温度で制御する特許文献２のような提案もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１３７０７８（図１）
【特許文献２】特開２００４−９０５５８（６頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら今までの方式では接合前にアルゴン・ヘリウム等のガスの放出を開始し、接合後に電極が十分冷却するまでの余裕をみてガスを一定時間噴き続ける必要があり、高価なガスに無駄が生じていた。又、電極が十分冷却するまでの余裕を見るためタクトタイムが長くなっていた
【０００９】
特許文献２の様に電極の温度でガスの噴きつけを制御しても、高価なアルゴン・ヘリウム等のガスを電極材質の酸化温度未満になるまで噴き続ける必要がある。
【００１０】
本発明はこれら高価なガスを効率よく使用し、接合単価および接合時間の低減を実現する抵抗溶接ヘッドおよび溶接方法の提案を行う。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の抵抗溶接機用溶接ヘッドは抵抗溶接用の電極と、前記電極の温度を測定する温度測定手段と、前記電極の周囲を覆い、前記電極に噴きつける気体の流入口を持つ保護手段と、複数の種類の気体のうち任意の気体を選択する気体切替手段と、を有し、前記電極に噴きつける気体を切り換える判断を前記温度測定手段の測定温度に基づいておこなう事を特徴とする。
【００１３】
また、前記電極に噴きつける気体を切り換える判断をおこなう前記電極の測定温度は、電極の材料の窒化温度または酸化温度であることを特徴とする。
つまり溶接後の高温状態の電極を電極の材質の窒化温度または酸化温度までは窒化または酸化を抑制する効果のあるガスで冷却し、電極の温度が電極の材質の窒化温度未満または酸化温度未満に下がってから窒素または圧縮空気等安価なガスに切り換えて冷却をおこなう。
【００１４】
通常、窒化を抑制するガスとしてアルゴンまたはヘリウムガスが使用されているので、膣化を抑制する場合は、噴きつける気体を一方はアルゴン又はヘリウム、他方を窒素とし、溶接後の電極温度が電極材質の窒化温度未満になるまでアルゴン又はヘリウムを噴きつけ、電極材質の窒化温度未満で窒素に切り替える。
【００１５】
さらに酸化を抑制する場合は、噴きつける気体を一方はアルゴン又はヘリウム又は窒素、他方を圧縮空気とし、溶接後の電極温度が電極材質の酸化温度未満になるまでアルゴン又はヘリウム又は窒素を吹き付け、電極材質の酸化温度未満で圧縮空気に切り替えることを特徴とする。
【００１６】
さらに噴きつける気体をアルゴン又はヘリウムと、窒素と、圧縮空気との３種類とし、溶接後の電極温度が電極材質の窒化温度未満になるまでアルゴン又はヘリウムを吹き付け、電極の材質の窒化温度未満で窒素に切り替え、電極温度が電極材質の酸化温度未満になるまで窒素を吹き付け、電極温度が電極材質の酸化温度未満になったら圧縮空気に切り替えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は抵抗溶接機を用いた溶接方法において、
１）窒化又は酸化を抑制する気体を電極に向けて噴射するステップと
２）前記気体を噴射しながら、前記電極へ供給する電力を制御して溶接を行うステップと
３）溶接後に前記気体を噴射しながら、電極温度の測定値が電極を構成する部材の窒化又は酸化温度より低下した時に気体切替手段にて噴射する気体を圧縮空気又は窒素に変更するステップを持つ抵抗溶接機を用いた溶接方法を特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
高価なガスを効率よく使用し、接合単価および接合時間の低減を実現する抵抗溶接機用溶接ヘッドおよび溶接方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の一形態に係る気体切り換えにバブルを用いた溶接ヘッドの構成図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係る気体切り換えに複数のソレノイドバルブ等からなる気体種類切替部を用いた溶接ヘッドの構成図である。
【図３】図２の形態にスピードコントローラー等の流入調整部を追加した溶接ヘッドの構成図である。
【図４】図３の形態の気体種類切替部と流入調整部を保護ヘッドごとに独立に配置した溶接ヘッドの構成図である。
【図５】図４の形態の溶接ヘッドで気体種類を３種類にした時の溶接ヘッドの構成図である。
【図６】本発明の接合方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に図面を参照しながら、本発明の実施の一形態について説明する。図１は本発明の実施の一形態に係る抵抗溶接機の溶接ヘッドの構成の一例を示した図である。
温度測定手段である熱電対温度計等の温度計１７を付けた電極１２は保護手段である保護カバー１１に覆われている。保護カバー１１には保護カバー１１内部に気体を導くための吸入口１８を複数設けている。吸入口１８は気体のＯＮ／ＯＦＦを図示しない制御部からの信号でおこなうバルブ１４（ａ），１４（ｂ）とチューブでつながれ、バルブ１４（ａ），１４（ｂ）は各々種類の異なる気体（気体１５、気体１６）を供給されている。仮に気体１５を窒化を抑制する比較的高価なヘリウム又はアルゴンガス、気体１６を安価な窒素ガスとする。
【００２１】
接合時はまず１４（ｂ）をＯＦＦ、１４（ａ）をＯＮにして、保護カバー１１内を気体１５で充満させる。気体１５が保護カバー１１よりあふれ出る程度の時間を置き、図示しない移動手段により電極１２間に被接合物を移動させる。次に電極１２を図示しない移動手段により被接合物に接触させた後通電をし、溶接をおこなう。
【００２２】
溶接の制御方法は定電流制御，定電力制御、溶接熱制御等がある。溶接熱制御の場合の温度測定に温度計１７を使用しても良いし他の方法で測定しても良い。
【００２３】
被接合物が銅系金属で厚さがある場合、長時間通電することになり電極１２は熱伝導率が低いことから発熱は大きく、電極１２の温度は５００〜２千数百℃になり赤熱現象を起こすほど高温になる。このため溶接が修了して通電を停止した後も冷却のためガスを噴きつける必要がある。
【００２４】
気体１５での冷却中、温度計１７の測定値を観測し、前記測定値が電極１２の素材の窒化温度より降下した後にバルブ１４（ｂ）を開いて気体１６の噴きつけを開始し、バルブ１４（ａ）を閉じて気体１５の噴きつけを停止し、冷却するガスを気体１６に切り替える。
【００２５】
例えば電極１２の素材がタングステンの場合は約２３００℃以上、モリブデンの場合は約６００℃以上で窒化するので温度計１７の測定値が窒化しない温度、すなわちタングステンの場合は約２２００℃に、モリブデンの場合は約５００℃に降下したら気体１５から気体１６への切り換えを実施する。
【００２６】
また気体１５をヘリウム又はアルゴンガス又は窒素、気体１６を酸素を含む通常の圧縮空気とした場合は電極１２の素材がタングステンの場合は約４００℃以上、モリブデンの場合は約３００℃以上で酸化するので温度計１７の測定値が酸化しない温度、すなわちタングステンの場合は約３００℃に、モリブデンの場合は約２００℃に降下したら気体１５から気体１６への切り換えを実施する。
【００２７】
更に温度計１７の測定値を監視して電極１２の温度が十分に降下した後、気体の噴きつけを停止して、接合動作を終了する。
【００２８】
また、図１では保護カバー１１に気体に応じた数の注入口を設けているが、これでは動作部の多いヘッド周辺の配管が煩雑になる。このため被接合物の移動に制限が発生したり、接触の危険もある。図２にこれらを改善した形態を示す。気体の種類数あった保護カバー１１の流入口１８を１箇所にして、バルブ１４（ａ），１４（ｂ）を削除し、代わりに気体切替手段である気体種類切替器１９を追加した態様である。気体種類切替器１９は複数のソレノイドバルブの組み合わせ等からなり、図示しない制御部からの信号により気体の選択と出力／停止の制御を行う。図２では２種類の気体の選択を行う。
【００２９】
本接合ヘッドは２個の電極１２を一つのペアとして使用するが、通常電極の配置は上下に向かい合わせて取り付けられる。この時、使用するガスの気体密度（比重）によっては上下の保護カバー１１内のガスの充填具合が異なり、噴出し量が同量だと片側の保護カバー内のガスが先にあふれる等、充填量・充填時間にむらが生じる。図３では保護カバー１１と気体種類切替器１９の間にガスの流量を調整するスピードコントローラー等の流入調整部１３を設け、ここで上下の保護カバー１１内のガスがバランスよく充填されるように調整する。
【００３０】
二つの保護カバー１１内の充填量調整のみでなく、ガスの種類でも充填量を変更したい場合は、図４に示す様に保護カバー毎に気体種類切替器１９を設け、流入調整部１３を気体種類切替器各々の入力部に設ければ良い。
【００３１】
上に示した例は２種類の気体を切り替える制御であるが、本発明は気体の種類数は定めない。例えば図５に示すように気体種類を３種類にして気体１５をヘリウムまたはアルゴン、気体１６を窒素、気体２０を圧縮空気とした時は、電極１２の素材がタングステンの場合は約２３００℃以上、モリブデンの場合は約６００℃以上で窒化するので温度計１７の測定値が窒化しない温度、すなわちタングステンの場合は約２２００℃程度に、モリブデンの場合は約５００℃程度に降下したら気体１５から気体１６への切り換える。次に電極１２の素材がタングステンの場合は約４００℃以上、モリブデンの場合は約３００℃以上で酸化するので温度計１７の測定値が酸化しない温度、すなわちタングステンの場合は約３００℃程度に、モリブデンの場合は約２００℃程度に降下したら気体１６から気体２０への切り換えを実施する。
【００３２】
図５に示す溶接ヘッドを用いた抵抗溶接機の溶接方法の一例を、図６を用いて説明する。前記溶接ヘッドは抵抗溶接用の電極と、前記電極の温度を測定する温度測定手段と前記電極の周囲を覆い、前記電極に噴きつける気体の流入口を持つ保護手段と、複数の種類の気体のうち任意の気体を選択する気体切替手段と、を有する。
事前の動作は説明せず、被溶接物が溶接可能な状態で前記電極と接触した後からの説明を行う。
まず気体１５であるヘリウム又はアルゴンガスの噴きつけを開始する（Ｓ６０１）。
上記気体１５が保護手段内に充満した後に電極への通電を開始し、温度測定手段の情報により電極の温度を所定の時間内、所定の温度になるように制御し、被溶接物の接合を行う（Ｓ６０２、Ｓ６０３）。
次に温度測定手段からの温度情報を監視し、電極の温度が電極材質の窒化温度を下回るまでヘリウム又はアルゴンガスで冷却を行う（Ｓ６０４、Ｓ６０５）。
電極の温度が電極材質の窒化温度未満になったら、気体切替手段で気体１５の噴きつけを停止し、気体１６である窒素ガスの噴きつけを開始する（Ｓ６０６）。
次に温度測定手段からの温度情報を監視し、電極の温度が電極材質の酸化温度を下回るまで窒素ガスで冷却を行う（Ｓ６０７、Ｓ６０８）。
電極の温度が電極材質の酸化温度未満になったら、気体切替手段で気体１６の噴きつけを停止し、気体２０である圧縮空気の噴きつけを開始する（Ｓ６０９）。
次に温度測定手段からの温度情報を監視し、電極の温度が所定の温度を下回るまで圧縮空気で冷却を行い、その後気体切替手段で圧縮空気の噴きつけを停止する。（Ｓ６１０、Ｓ６１１、Ｓ１０２）。
上記の方法により高価なガスの無駄を省きながら、電極の劣化を防ぐことが可能となる。
【符号の説明】
【００３３】
１１：保護カバー
１２：電極
１５，１６，２０：気体
１７：温度計
１９：気体種類切替器
【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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