(57)【要約】【課題】表チリを発生させることなく、より大きな溶接電流の供給を行うことができる抵抗溶接装置及び方法を提供する。【解決手段】抵抗溶接装置は、溶接対象部分を挟んで配置される正極及び負極を有する２つの電極対１０、２０と、各電極対にそれぞれ電流を供給する２つのトランス３０、４０とを備える。２つの電極対１０、２０は、各々正極と負極の間に溶接対象部分を挟んで配置されたとき、一方の電極対１０の正極１１及び負極１２が、それぞれ他方の電極対２０の負極２２及び正極２１に対向すると共に、正極１１、２１同士及び負極１２、２２同士が絶縁部材５０を介して隣接するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ねられた溶接対象物を挟んで配置される正極及び負極を有する２つの電極対と、各電極対にそれぞれ溶接電流を供給する２つの電流源とを備え、
前記２つの電極対は、各電極対の正極と負極の間に前記溶接対象物を挟んで配置されたとき、該２つの正極同士及び負極同士がそれぞれ絶縁部材を介して隣接すると共に、一方の電極対の正極が他方の電極対の負極に対向し、他方の電極対の正極が該一方の電極対の負極に対向することを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項２】
重ねられた溶接対象物を挟むようにして、正極及び負極を有する２つの電極対を配置し、各電極対にそれぞれ２つの電流源から溶接電流を供給することにより該溶接対象物の抵抗溶接を行う抵抗溶接方法であって、
前記２つの電極対は、各電極対の正極と負極の間に前記溶接対象物を挟んで配置されたとき、該２つ正極同士及び負極同士がそれぞれ絶縁部材を介して隣接すると共に、一方の電極対の正極が他方の電極対の負極に対向し、他方の電極対の正極が該一方の電極の負極に対向することを特徴とする抵抗溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極対を介して溶接電流を供給することにより抵抗溶接を行う抵抗溶接装置及び抵抗溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、抵抗溶接の一種として、溶接対象となる材料に対してローラ電極で加圧と通電を行い、ローラ電極を回転させながら連続的に溶接を行うようにしたシーム溶接が知られている。例えば、特許文献１には、溶接電源としてインバータ電源を採用することにより小型軽量化を図り、ロボットで操作するのに適したシーム溶接装置が記載されている。
【０００３】
このシーム溶接装置においては、商用三相交流を整流器により直流に変換し、これをインバータで高周波交流に変換し、さらに溶接トランスの二次側で整流器により直流電流に変換し、ローラ電極に供給するようにしている。これによれば、トランスを軽量小型のものとし、通常のロボット用スポットガンと同様のイメージで、溶接ヘッドをロボットにより自由に操作することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平６−２３６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなシーム溶接装置において加工時間を短縮するためには、ローラ電極の回転速度を増大させる必要がある。その際、溶接に必要な入熱量を確保するために、ローラ電極に供給する溶接電流も併せて増大させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、従来のシーム溶接装置によれば、溶接電流を増大させると、ローラ電極と材料との接触部分における入熱量が大きくなり、表チリ（外チリ）が発生しやすい状況となる。
【０００７】
本発明の目的は、このような従来技術の課題に鑑み、表チリを発生させることなく、より大きな溶接電流の供給を行うことができる抵抗溶接装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、重ねられた溶接対象物を挟んで配置される正極及び負極を有する２つの電極対と、各電極対にそれぞれ溶接電流を供給する２つの電流源とを備える抵抗溶接装置であって、前記２つの電極対は、各電極対の正極と負極の間に前記溶接対象物を挟んで配置されたとき、該２つの正極同士及び負極同士がそれぞれ絶縁部材を介して隣接すると共に、一方の電極対の正極が他方の電極対の負極に対向し、他方の電極対の正極が該一方の電極対の負極に対向することを特徴とする。
【０００９】
この構成において、各電極対が上述のように溶接対象物を挟むようにして配置され、各電極対に対して各電流源からそれぞれ溶接電流の供給が行われると、一方の電流源から供給される電流は該一方の電流源に戻り、他方の電流源から供給される電流は該他方の電流源に戻る。したがって、該一方の電流源からの電流は一方の電極対の正極から該一方の電極対の負極へ向かって流れ、該他方の電流源からの電流は他方の電極対の正極から該他方の電極対の負極へ向かって流れる。
【００１０】
これにより、各電流源からの電流が、各電極対の中央部でクロスし、該中央部における電流密度が増大する。すなわち、重ねられた溶接対象物の厚さ方向における両側よりも中央部分の方が、電流密度が大きくなる。これにより、単位体積当たりの入熱量は、従来とは異なり、溶接対象物の両側よりも中央部分の方が大きくなる。
【００１１】
したがって、本発明によれば、表チリを発生させることなく、より大きな溶接電流を供給することができる。これにより、溶接の高速化を図りながら、良好な溶接を行うことができる。
【００１２】
本発明に係る抵抗溶接方法は、重ねられた溶接対象物を挟むようにして、正極及び負極を有する２つの電極対を配置し、各電極対にそれぞれ２つの電流源から溶接電流を供給することにより該溶接対象物の抵抗溶接を行う抵抗溶接方法であって、前記２つの電極対は、各電極対の正極と負極の間に前記溶接対象物を挟んで配置されたとき、該２つ正極同士及び負極同士がそれぞれ絶縁部材を介して隣接すると共に、一方の電極対の正極が他方の電極対の負極に対向し、他方の電極対の正極が該一方の電極の負極に対向することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、上述の抵抗溶接装置の場合と同様に、表チリを発生させることなく、より大きな溶接電流を供給し、溶接の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るシーム溶接装置の要部を示す断面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１の装置において、溶接電流がワークを流れる様子を示す図である。
【図４】異なる２つのトランスから送出される溶接電流はそれぞれ同一のトランスに戻るという第１の仮説が正しいことを検証するための回路を示す図である。
【図５】図４の回路において、第１の仮説が正しい場合に流れる電流を示す図である。
【図６】図４の回路において、第２の仮説が正しい場合に流れる電流を示す図である。
【図７】図４の回路において、通電を行って各ケーブルにおける電流値を測定した結果を示す図である。
【図８】図４の回路において、別の電流値による通電を行って各ケーブルにおける電流値を測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るシーム溶接装置の要部を示す断面図であり、図２は、図１のII−II線断面図である。
【００１６】
このシーム溶接装置は、図１に示すように、ワークＷの溶接対象部分を押圧しながら該溶接対象部分に溶接電流を流すためのローラ電極対１０及びローラ電極対２０と、ローラ電極対１０及びローラ電極対２０にそれぞれ溶接電流の供給を行う電流源としてのトランス３０及びトランス４０とを備える。ワークＷは２つ又は３つ以上の溶接対象物を重ねたものである。
【００１７】
ローラ電極対１０は、ワークＷの溶接対象部分を挟むようにして配置されるローラ型の正極１１及び負極１２を備える。ローラ電極対２０は、ワークＷの溶接対象部分を挟むようにして配置されるローラ型の正極２１及び負極２２を備える。
【００１８】
ただし、ローラ電極対１０及びローラ電極対２０は、溶接対象部分を挟んで配置されたとき、正極１１及び２１同士が絶縁部材５０を介して隣接し、負極１２及び２２同士が絶縁部材５０を介して隣接し、かつローラ電極対１０の正極１１はローラ電極対２０の負極２２と対向し、ローラ電極対２０の正極２１はローラ電極対１０の負極１２と対向するように構成される。
【００１９】
正極１１及び２１は、一体的に回転し得るように、給電ユニット６０により支持される。負極１２及び２２は、一体的に回転し得るように、給電ユニット７０により支持される。
【００２０】
給電ユニット６０は、正極１１及び２１に電流を供給するための通電シャフト６１と、通電シャフト６１を、ボールベアリング６２を介して回転可能に支持するハウジング６３と、通電シャフト６１を介して正極１１及び２１への給電を行うための給電接続部６４及び６５とを備える。給電接続部６４はトランス３０の正極に接続され、給電接続部６５はトランス４０の正極に接続される。
【００２１】
通電シャフト６１は、絶縁部材５０により相互に絶縁されたシャフト部分６１ａ及び６１ｂを備える。シャフト部分６１ａは、基端側において、導電性充填剤を介し、給電接続部６４に電気的に接続され、先端は正極１１に固定される。これにより、給電接続部６４から正極１１への通電が可能となっている。
【００２２】
シャフト部分６１ａの先端側は、基端側よりも径が小さい小径部６６となっている。小径部６６の周りに絶縁部材５０を介してシャフト部分６１ｂが存在する。シャフト部分６１ｂは、給電接続部６５に対し導電性充填剤を介して電気的に接続され、先端は正極２１に固定される。これにより、給電接続部６５から正極２１への通電が可能となっている。ただし、この給電接続部６５から正極２１への通電経路は、上述の給電接続部６４から正極１１への通電経路とは、絶縁部材５０等により、電気的に絶縁されている。
【００２３】
図１及び図２に示すように、シャフト部分６１ａには、正極１１に至る管路６７が設けられている。管路６７は、図示していない冷却水の供給源に接続される。これにより、正極１１は冷却水で冷却されるようになっている。シャフト部分６１ｂにも同様の管路６８が設けられており、正極２１が冷却水により冷却されるようになっている。
【００２４】
図１に示すように、給電ユニット７０は、負極２２及び負極１２に電流を供給するための通電シャフト７１と、通電シャフト７１を、ボールベアリング７２を介して回転可能に支持するハウジング７３と、通電シャフト７１を介して負極２２及び１２への給電を行うための給電接続部７４及び７５とを備える。給電接続部７４はトランス４０の負極に接続され、給電接続部７５はトランス３０の負極に接続される。
【００２５】
通電シャフト７１は、絶縁部材５０により相互に絶縁されたシャフト部分７１ａ及び７１ｂを備える。シャフト部分７１ａは、基端側において、導電性充填剤を介し、給電接続部７４に電気的に接続し、先端は負極２２に固定されている。これにより、給電接続部７４から負極２２への通電が可能となっている。
【００２６】
シャフト部分７１ａの先端側は、基端側よりも径が小さい小径部７６となっている。小径部７６の周りに絶縁部材５０を介してシャフト部分７１ｂが存在する。シャフト部分７１ｂは、導電性充填剤を介し、給電接続部７５に電気的に接続し、先端は負極１２に固定される。これにより、給電接続部７５から負極１２への通電が可能となっている。ただし、この給電接続部７５から負極１２への通電経路は、上述の給電接続部７４から負極２２への通電経路とは、絶縁部材５０等により、電気的に絶縁されている。
【００２７】
シャフト部分７１ａには、負極２２に至る管路７７が設けられている。管路７７は、図示していない冷却水の供給源に接続される。これにより、負極２２は冷却水により冷却されるようになっている。シャフト部分７１ｂにも同様の管路７８が設けられており、負極１２が冷却水により冷却されるようになっている。
【００２８】
この構成において、ワークＷについてのシーム溶接を行う際には、ローラ電極対１０及び２０の正極１１及び２１と、負極１２及び２２との間にワークＷの溶接対象部分が配置される。そして、正極１１及び２１と負極１２及び２２とで溶接対象部分が押圧されながら、図示していないモータにより、通電シャフト６１及び７１を介して正極１１、２１及び負極１２、２２が回転される。
【００２９】
その際、正極１１及び２１は一体的に一方向に回転し、負極１２及び２２はこれとは逆方向に一体的に回転する。また、この回転に同期して、ワークＷが溶接方向に沿って送られる。
【００３０】
これに並行し、ローラ電極対１０の正極１１及び負極１２にはトランス３０の正極及び負極がそれぞれ接続され、ローラ電極対２０の正極２１及び負極２２にはトランス４０の正極及び負極がそれぞれ接続される。これにより、トランス３０からは、正極１１及び負極１２を介して溶接対象部分に溶接電流が供給され、トランス４０からは、正極２１及び負極２２を介して溶接対象部分に溶接電流が供給される。
【００３１】
溶接電流の供給は、ローラ電極対１０及びローラ電極対２０が順次接触する溶接対象部分に対し、順次行われる。溶接電流が供給された溶接対象部分は、溶接電流によるジュール熱で溶融し、再度固化することにより溶接される。このようにして、溶接対象部分は、順次溶接されてゆく。なお、この間、正極１１、２１及び負極２２、１２は、管路６７、６８、７７、７８を介して供給される冷却水により適宜冷却される。
【００３２】
図３はこのとき、溶接電流がワークＷの溶接対象部分を流れる様子を示す。同図のように、トランス３０から正極１１を経てワークＷに流入する電流は、矢印１で示されるように、負極１２を経てトランス３０に戻る。また、トランス４０から正極２１を経てワークＷに流入する電流は、矢印２で示されるように、負極２２を経てトランス４０に戻る。この点については、図４〜図８を用いて後述する。
【００３３】
これにより、トランス３０からの電流とトランス４０からの電流とが、正極１１、２１及び負極１２、２２の中央部でクロスし、該中央部における電流密度が増大する。これにより、単位体積当たりの入熱量は、ワークＷの両側よりも中央部分の方が大きくなる。このため、ワークＷの中央部分において溶融が生じ、良好なナゲットが形成される。
【００３４】
すなわち、従来は、ローラ電極とワークとの接触部分における入熱量が高いため、溶接電流を増大させると、電極近傍で溶融が生じやすく、表チリが発生するおそれがある。これに対し、本実施形態では、単位体積当たりの入熱量が、電極近傍よりもワークＷの中央部分のほうが高いので、表チリを生じさせることなく、溶接電流を増大させ、良好な溶接を行うことができる。
【００３５】
図４は、上述のように、トランス３０から流出する電流はトランス３０に戻り、トランス４０から流出する電流はトランス４０に戻ることを検証するための回路を示す。この回路においては、スポット溶接用の２つの電極対１００及び２００と、電極対１００に電流を供給するトランス３００と、電極対２００に電流を供給するトランス４００とを備える。電極対１００は正極１０１及び負極１０２を備え、電極対２００は正極２０１及び負極２０２を備える。
【００３６】
正極１０１及び負極１０２間は絶縁部材８５により絶縁され、正極２０１及び負極２０２間は絶縁部材８６により絶縁される。正極１０１及び負極１０２はケーブル９１により接続され、正極１０１及び負極２０２はケーブル９２により接続され、正極２０１及び負極２０２はケーブル９３により接続され、正極２０１及び負極１０２はケーブル９４により接続される。各ケーブル９１〜９４はキックレスケーブルで構成される。
【００３７】
この回路において、ケーブル９１は図３における正極１１及び負極１２間の経路に対応し、ケーブル９２は図３における正極１１及び負極２２間の経路に対応し、ケーブル９３は図３における正極２１及び負極２２間の経路に対応し、ケーブル９４は図３における正極２１及び負極１２間の経路に対応する。
【００３８】
この構成において、トランス３００から流出する電流はトランス３００に戻り、トランス４００から流出する電流はトランス４００に戻るという第１の仮説と、トランス３００から流出する電流はトランス４００にも戻り、トランス４００から流出する電流はトランス３００にも戻るという第２の仮説が考えられる。上述の本実施形態の効果は、第１の仮説に基づいている。
【００３９】
図４のように、ケーブル９１〜９４の抵抗値をそれぞれＲ１〜Ｒ４とし、トランス３００及び４００から供給される電流をそれぞれＩ１及びＩ２とする。このとき、第１の仮説が正しい場合、図５に示すように、トランス３００から供給される電流Ｉ１のうちの一部Ｉａは、ケーブル９１を経てトランス３００に戻る。他の部分Ｉｂは、ケーブル９２、９３及び９４をこの順で経由して、トランス３００に戻る。トランス４００から供給される電流Ｉ２のうちの一部Ｉｃは、ケーブル９３を経てトランス４００に戻る。他の部分Ｉｄは、ケーブル９４、９１及び９２をこの順で経由して、トランス４００に戻る。
【００４０】
このとき、ケーブル９１〜９４を流れる電流をそれぞれＩα〜Ｉδとすれば、電流Ｉα〜Ｉδの理論値は、Ｉα＝Ｉａ−Ｉｄ、Ｉβ＝Ｉｂ＋Ｉｄ、Ｉγ＝Ｉｃ−Ｉｂ、Ｉδ＝Ｉｂ＋Ｉｄ、Ｉａ＝Ｉ１（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）／ΣＲ、Ｉｂ＝Ｉ１・Ｒ１／ΣＲ、Ｉｃ＝Ｉ２・（Ｒ４＋Ｒ１＋Ｒ２）／ΣＲ、Ｉｄ＝Ｉ２・Ｒ３／ΣＲとなる。ただし、ΣＲ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４である。
【００４１】
一方、第２の仮説が正しい場合、図６のように、トランス３００から供給される電流Ｉ１のうちの一部Ｉｅは、ケーブル９１を介してトランス３００に戻る。他の部分Ｉｆはケーブル９２を経てトランス４００に戻る。トランス４００から供給される電流Ｉ２のうちの一部Ｉｇは、ケーブル９３を経てトランス４００に戻る。他の部分Ｉｈはケーブル９４を経てトランス３００に戻る。
【００４２】
このとき、ケーブル９１〜９４を流れる電流Ｉα〜Ｉδの理論値は、Ｉα＝Ｉｅ＝Ｉ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）、Ｉβ＝Ｉｆ＝Ｉ１・Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）、Ｉγ＝Ｉｇ＝Ｉ２・Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）、Ｉδ＝Ｉｈ＝Ｉ２・Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４）となる。
【００４３】
図７及び図８は、この構成において、トランス３００及び４００により通電を行ってケーブル９１〜９４における電流値を測定した結果を示す。図７では、トランス３００から２ｋＡの電流を供給し、トランス４００から５ｋＡの電流を供給した場合の結果を示している。図８では、トランス３００から５ｋＡの溶接電流を供給し、トランス４００から２ｋＡの溶接電流を供給した場合の結果を示している。
【００４４】
トランス３００及び４００からの通電時間はいずれも３０ｃｙｃ（０．６秒）とした。ただし、トランス３００及び４００からの通電期間Ｔ１及びＴ２は相互にずらしており、トランス３００からの通電を開始した後、図７の場合にあっては０．１秒程度、図８の場合にあっては０．２秒程度経過してからトランス４００からの通電を開始した。なお、このときの抵抗Ｒ１〜Ｒ４の実測値はそれぞれ、３１３μΩ、３９５μΩ、３１１μΩ、及び４０３μΩであった。
【００４５】
図７及び図８中の曲線ａ１〜ａ４はそれぞれ、ケーブル９１〜９４における電流の実測値を示すグラフ曲線である。ラインｂ１〜ｂ４はそれぞれ、第１の仮説を正しいとした場合のケーブル９１〜９４における電流の理論値を示す。ラインｃ１〜ｃ４はそれぞれ、第２の仮説を正しいとした場合のケーブル９１〜９４における電流の理論値を示す。
【００４６】
図７及び図８のいずれの場合においても、曲線ａ１〜ａ４で示される電流の実測値は、ラインｃ１〜ｃ４で示される理論値よりも、ラインｂ１〜ｂ４で示される理論値の方に非常に近いことがわかる。すなわち、図７及び図８は、トランス３００から流出する電流はトランス３００に戻り、トランス４００から流出する電流はトランス４００に戻るという第１の仮説が正しいことを現わしている。
【００４７】
ただし、実際に溶接を行う場合には、図５における電流Ｉｂ及びＩｄが流れるような電流の経路は生じないので、図３において矢印１及び２で示すように、正極１１からワークＷに流入する電流は負極１２の方に向かって流れ、正極２１から流入する電流は負極２２の方向に流れる。この結果、上述のように、電流密度は、ワークＷの両側よりも中央部分のほうが高くなる。
【００４８】
以上のように、本実施形態では、電極対としてローラ電極対１０及び２０を設け、溶接電流を供給するトランスとして、ローラ電極対１０及び２０にそれぞれ溶接電流の供給を行うトランス３０及び４０を設け、ローラ電極対１０及び２０を、同極性の電極同士が絶縁部材５０を介して隣接し、かつローラ電極対１０の正極１１はローラ電極対２０の負極２２と対向し、ローラ電極対２０の正極２１はローラ電極対１０の負極１２と対向するように構成している。
【００４９】
これにより、溶接時における単位体積あたりの入熱量が、ワークＷの両側よりも中央部分のほうが多くなるようにすることができる。これにより、ワークＷの中央部分に適切なナゲットを形成して良好な溶接を実現するとともに、表チリの発生を生じさせることなく溶接電流を増大させ、溶接の高速化を図ることができる。
【００５０】
なお、本発明は上述実施形態に限定されることなく、適宜変形して実施することができる。例えば、上述においては、本発明をシーム溶接装置に適用した場合について説明したが、これに限らず、スポット溶接装置に対して本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０，２０…電極対、１１，２１…正極、１２，２２…負極、５０…絶縁部材、３０，４０…トランス、Ｗ…ワーク（溶接対象物）。
【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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