(57)【要約】【課題】金属板に加える電極の加圧力を簡易かつ正確に管理する、スポット溶接電極の管理法を提供する。【解決手段】テーパ嵌合したシャンク２１とチップ２２とからなる一対の電極２０ａ，２０ｂで被溶接材を挟んで加圧してスポット溶接を行うにあたり、シャンク２１とチップ２２との隙間Ｄに基づいて一対の電極２０ａ，２０ｂによる加圧力Ｆを管理する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーパ嵌合したシャンクとチップとからなる一対の電極で被溶接材を挟んで加圧してスポット溶接を行うにあたり、
前記シャンクと前記チップとの隙間に基づいて前記一対の電極による加圧力を管理するスポット溶接電極の加圧力管理方法。
【請求項２】
前記隙間に隙間調整部材を配し、前記隙間調整部材と、前記チップとの隙間の有無に基づいて前記加圧力を管理する請求項１に記載のスポット溶接の加圧力管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接電極の加圧力管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に重ね合わせた複数枚の金属板の接合には、スポット溶接が用いられることがある。スポット溶接は、溶接ガンと呼ばれる溶接機本体に、例えば鉄板などの複数枚の金属板を一対の電極で挟み、加圧通電することにより、ナゲットと呼ばれる溶接部を得る溶接方法である。一対の電極は、固定された一方の電極に向けて他方の電極を移動させることにより、被溶接材である金属板を規定の加圧力で加圧する。
【０００３】
溶接時には、溶接される金属板の厚みに応じて、通電する電流値、加圧力、通電時間といった条件を設定して、規定の大きさのナゲットを形成する。規定の大きさのナゲットを形成するためには、溶接時の各条件を管理する必要があり、特に電極による加圧力を規定の許容範囲内とする必要がある。
【０００４】
金属板に対する電極の加圧力が低い場合には、金属板間に隙間が生じ、溶接時に溶けた金属の一部が火花として隙間から飛び出してしまう。また、加圧力が強い場合には、特に薄い金属板の場合には、金属板の表面が凹んでしまうため、加圧する電極との接触面積が増大することにより通電時の電流密度が下がり、金属板が規定温度まで発熱しない。このように、電極の加圧力が規定の許容範囲内でない場合には、規定の大きさのナゲットが形成できないという問題が発生する。
【０００５】
そこで、電極の加圧をサーボモータで行い、サーボモータに与える駆動力を制御することで加圧力を管理することが行われている。しかしながら、例えば、電極を支えるアーム部の撓みなどにより、実際に金属板に加えられる加圧力は低下するため、サーボモータの設定値と実際の加圧力とは一致しない。そのため、サーボモータに与える駆動力を管理しても、電極の加圧力を正確に管理できないという問題があった。
【０００６】
そのため、溶接ガンにおける電極の加圧力について、例えば特許文献１に示す圧力センサのような加圧力計を用いて、直接加圧力を測定することが提案されている。具体的には、図６に示すように、一対の電極１００ａ，１００ｂで加圧計２００を挟んで加圧することにより、電極による加圧力を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−０６４１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
テーパ嵌合したシャンク１０１とチップ１０２とからなる一対の電極１００ａ，１００ｂは、所定回数の溶接毎に新たなチップ１０２に交換する必要がある。電極１００ａ，１００ｂによる加圧力は、チップ１０２の交換の度に測定することが好ましいため、加圧力を測定する頻度が多くなり、特に溶接ガンの数が多い場合には、測定作業が頻繁に発生する。そのため、特許文献１に示すような、加圧計２００（図６参照）を用いて加圧力を直接測定する方法では、測定に工数がかかるため、手間がかかる。そのため、簡易な加圧力の測定方法が求められている。
【０００９】
そこで、本発明においては、上記の問題に鑑みて、金属板に加える電極の加圧力を簡易に管理する、スポット溶接電極の加圧力管理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のスポット溶接電極の加圧力管理方法は、テーパ嵌合したシャンクとチップとからなる一対の電極で被溶接材を挟んで加圧してスポット溶接を行うにあたり、シャンクとチップとの隙間に基づいて一対の電極による加圧力を管理することを特徴とする。
【００１１】
上記の方法においては、テーパ嵌合したシャンクとチップとの隙間は、加圧力と相関関係があるため、この隙間で加圧力を管理することができる。そのため、加圧計を用なくとも、簡易的に加圧力を検知することができる。
【００１２】
また、隙間に隙間調整部材を配し、隙間調整部材と、チップとの隙間の有無に基づいて加圧力を管理してもよい。
【００１３】
シャンクとチップとの隙間は小さいため、一対の電極の加圧力による隙間の変化を確認しにくい場合がある。このとき、最大加圧力（加圧力の許容範囲の最大値）を加えた際のシャンクとチップとの隙間に等しい厚みの隙間調整部材（例えばワッシャー）を予め装着しておくことで、加圧力が許容範囲を超えた場合に、隙間調整部材とチップとの隙間がなくなるため、隙間の有無によって一対の電極による加圧力を容易に管理することができる。また、一対の電極によって最小加圧力（加圧力の許容範囲の最小値）を加えた際に、チップに当接する位置となるように、隙間調整部材を、シャンクに装着しておくことで、隙間調整部材とチップと隙間の有無によって一対の電極による加圧力を容易に管理することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明にかかるスポット溶接電極の加圧力管理方法によれば、金属板に加える電極の加圧力を簡易に管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかるスポット溶接電極の加圧力管理方法に用いられるスポット溶接ガンの側面図である。
【図２】電極の拡大図である。図２（ａ）は、電極を構成する部材を示し、同図（ｂ）は、これらを組み付けた状態を示す。
【図３】シャンクとチップとの隙間と、加圧力との関係を示すグラフである。
【図４】（ａ）は、シャンクとチップとを適正な加圧力で加圧した状態を示し、同図（ｂ）は、加圧力が過大である状態を示す。
【図５】ワッシャー装着の他の実施形態を示す図である。同図（ａ）は、適正な加圧力に達していない状態を示し、同図（ｂ）は、適正な加圧力で加圧した状態を示す。
【図６】従来の電極の加圧力測定方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付の図面に基づいて、本発明のスポット溶接電極の加圧力管理方法について説明する。
【００１７】
本発明のスポット溶接電極の加圧力管理方法に用いられるスポット溶接ガン１は、図１に示すように、溶接機本体１０、一対の電極としての可動電極２０ａおよび固定電極２０ｂ、可動電極２０ａを駆動する駆動部３０、電極２０ａ，２０ｂ間に通電する溶接電流を形成する溶接トランス４０により構成されている。
【００１８】
溶接機本体１０は、剛性を有する金属からなり、固定電極２０ｂ、駆動部３０、溶接トランス４０が取り付けられている。また、図示はしないが、溶接機本体１０には、各電極２０ａ，２０ｂに給電するケーブルや電極２０ａ，２０ｂを冷却する冷却水を供給する給水管が内装されている。溶接機本体１０は、固定した状態で使用してもよく、移動自在なロボットアームの先端に取り付けて使用してもよい。
【００１９】
可動電極２０ａは、可動アーム２５に取り付けられており、可動アーム２５は、駆動部３０に連結されている。後述するように、駆動部３０の駆動により、可動アーム２５を介して可動電極２０ａが上下方向に移動可能である。また、固定電極２０ｂは、溶接機本体１０に固定されている。なお、各電極２０ａ，２０ｂの詳細な構成については後述する。
【００２０】
駆動部３０は、溶接機本体１０に取り付けられ、図示しないサーボモータが内装されている。駆動部３０は、サーボモータの回転を上下運動に変換する図示しない変換部を介して、可動アーム２５が連結される。サーボモータの回転数を制御することで、可動アーム２５の位置が制御される。それにより、可動アーム２５に取り付けられる可動電極２０ａは、被溶接材である金属板に適切な加圧力を与えることができる。
【００２１】
溶接トランス４０は、溶接機本体１０に取り付けられ、図示しない電源に接続されて、溶接に必要な電流を形成する。また、電源ケーブル４１により電極２０ａ，２０ｂと接続されることにより、必要な値の電流を供給する。
【００２２】
続いて、図１に基づいて、スポット溶接ガン１の動作について説明する。
【００２３】
溶接を行う際には、複数枚の金属板からなる被溶接材をスポット溶接ガン１の可動電極２０ａと固定電極２０ｂとの間にセットする。図示しないスイッチをＯＮにすることにより、駆動部３０のサーボモータが駆動され、可動電極２０ａが被溶接材に向かって移動する。これにより、可動電極２０ａと固定電極２０ｂは、被溶接材を適正な加圧力で加圧する。また、溶接トランス４０から適正な値の電流が電極２０ａ，２０ｂに供給され、加圧と同時に被溶接材に電流が印加されることにより溶接が行われる。
【００２４】
図２に基づいて、スポット溶接ガン１において用いられる電極２０ａ，２０ｂについて詳細に説明する。図２（ａ）は電極２０ａ，２０ｂを構成する部材を示し、図２（ｂ）はこれらを組み付けた状態を示す。なお、以下の説明は、可動電極２０ａと固定電極２０ｂについては同じであるため、固定電極２０ｂについて説明を行う。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、固定電極２０ｂは、シャンク２１と、シャンク２１の先端に装着されるチップ２２とから構成される。
【００２６】
シャンク２１は、銅または銅合金からなる円筒形の部材である。シャンク２１の先端には、先端に向けて径が小さくなるように傾斜するテーパ面２１ａおよびシャンク２１の径方向に平坦な端面２１ｂが形成されている。後述するように、テーパ面２１ａにチップ２２が装着される。また、シャンク２１の内部には、図示はしないが、シャンク２１およびチップ２２を冷却するための冷却水を供給する給水管が通され、給水管の外側を通って冷却水が排出される。
【００２７】
チップ２２は、銅または銅合金からなる円筒形の部材である。チップ２２の一端は、凸曲面状に加工されており、他端は、穴部２２ａおよび平坦部２２ｂが設けられている。穴部２２ａの内面は、奥に向けて径が小さくなるように傾斜するテーパ形状をしている。
【００２８】
シャンク２１に形成したテーパ面２１ａと、チップ２２の穴部２２ａの傾斜角度は、同じ角度ではなく、チップ２２の穴部２２ａに形成されたテーパ形状の傾斜が緩やかになるように形成されている。傾斜角度の差は、傾斜角度の１０分の１程度であることが好ましい。なお、図面においては、シャンク２１およびチップ２２におけるテーパ部の傾斜角度を誇張して示している。
【００２９】
図２（ｂ）に示すように、シャンク２１とチップ２２とは、テーパ嵌合している。具体的には、シャンク２１のテーパ面２１ａを、チップ２２の穴部２２ａに圧入することにより、チップ２２がシャンク２１に対して嵌合保持される。また、シャンク２１とチップ２２との間は、加圧方向（図中上下方向）の隙間Ｄが形成される。本実施形態では、シャンク２１の端面２１ｂとチップ２２の平坦部２２ｂとの間に隙間Ｄが形成される。
【００３０】
ここで、一対の電極２０ａ，２０ｂによる加圧力（Ｆで示す）と、電極２０ａ，２０ｂのシャンク２１とチップ２２との間の隙間Ｄの大きさとの関係のグラフを図３に示す。グラフの横軸は一対の電極２０ａ，２０ｂによる加圧力Ｆであり、縦軸は隙間Ｄである。電極２０ａ，２０ｂによる各加圧力Ｆにおける隙間Ｄを測定してプロットすることによりグラフを作成した。
【００３１】
図３に示すように、電極２０ａ，２０ｂにかかる加圧力Ｆが大きくなるにつれて、隙間Ｄが小さくなる。このように、加圧力Ｆと隙間Ｄとの間には相関関係がある。そのため、シャンク２１とチップ２２との隙間Ｄを検知することにより、電極２０ａ，２０ｂにかかる加圧力Ｆを求めることができる。
【００３２】
ここで、電極２０ａ，２０ｂが、被溶接材を加圧する際には、被溶接材である金属の種類に応じて、電極２０ａ，２０ｂによる加圧力の許容範囲の上限値である最大加圧力Ｆａが設定される。最大加圧力Ｆａ以上の過大な加圧力で電極２０ａ，２０ｂを加圧すると、被溶接材である金属板の表面が凹み、電極２０ａ，２０ｂとの接触面積が増大するため好ましくない。そこで、図３のグラフにおいて、最大加圧力Ｆａにおけるシャンク２１とチップ２２との隙間を最小隙間Ｄｍとしたとき、シャンク２１とチップ２２が最小隙間Ｄｍ以下であるかどうかを検知することで、電極２０ａ，２０ｂが最大加圧力Ｆａ以下であるかどうかを検知することができる。
【００３３】
また、隙間の発生による溶接時の火花を防止するために、電極２０ａ，２０ｂによる加圧力の許容範囲の下限値である最小加圧力Ｆｍも、被溶接材の金属の種類に応じて同様に設定される。図３のグラフにおいて、最小加圧力Ｆｍにおけるシャンク２１とチップ２２との隙間を最大隙間Ｄａとして、シャンク２１とチップ２２が最大隙間Ｄａ以上であるかどうかを検知することで、電極２０ａ，２０ｂが最小加圧力Ｆｍ以下であるかどうかを検知することができる。
【００３４】
なお、図３に示すグラフより、例えば、電極２０ａ，２０ｂによる最適な加圧力Ｆｓで加圧した際の、シャンク２１とチップ２との最適隙間Ｄｓを予め求めておき、実際に検知したシャンク２１とチップ２２との隙間Ｄと最適隙間Ｄｓとの差が規定範囲内であるかどうかを判断することにより、電極２０ａ，２０ｂによる加圧力Ｆが規定の許容範囲内であるかどうかを管理してもよい。
【００３５】
以上により、シャンク２１とチップ２２との隙間Ｄに基づいて、一対の電極２０ａ，２０ｂによる加圧力Ｆを管理することができる。具体的には、まず、一対の電極２０ａ，２０ｂに関するシャンク２１とチップ２２との隙間Ｄと、加圧力Ｆとの相関関係を取得する。例えば、一対の電極２０ａ，２０ｂ同一形状の電極を用いて、溶接を複数回行い、そのときの隙間Ｄと加圧力Ｆとをプロットすることで、上記の相関関係が得られる。そして、毎日の作業終了時や、作業開始前、また、チップ２２を交換した後などに電極２０ａ，２０ｂのシャンク２１とチップ２２との隙間Ｄを確認することにより、簡易的に一対の電極２０ａ，２０ｂによる加圧力Ｆを管理することができる。すなわち、Ｄ＜Ｄｍであれば、加圧力Ｆは最大加圧力Ｆａを超えており、Ｄ＞Ｄａであれば、最小加圧力Ｆｍに達していない。なお、チップ２２を交換した場合には、加圧動作を一回行った後に、シャンク２１とチップ２２との隙間Ｄを確認することが好ましい。また、隙間Ｄは、例えば図示しない測定装置で測定してもよく、あるいは、シャンク２１に目盛りを付してもよい。
【００３６】
本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、電極２０ａ，２０ｂが最大加圧力Ｆａを超えていないかどうかを検知するために、シャンク２１とチップ２２との隙間Ｄに、最小隙間Ｄｍ加圧方向の厚みを有する、隙間調整部材としてのワッシャー２３を装着してもよい。図４に、固定電極２０ｂにワッシャー２３を装着して組み付けた状態の電極２０ａ，２０ｂの図を示す。図４（ａ）は、シャンク２１とチップ２２とを適正な加圧力で加圧した状態を示し、図４（ｂ）は、過大な加圧力で加圧した状態を示す。
【００３７】
ワッシャー２３は、シャンク２１やチップ２２と同様に、銅または銅合金からなる環状の平板の部材であり、中央に孔部２３ａを有する。ワッシャー２３の外径は、シャンク２１と同径であり、孔部２３ａの直径は、シャンク２１のテーパ面２１ａの最大径よりも僅かに大きい。また、ワッシャー２３の厚みは、電極の最大加圧力Ｆａに基づいて設定され、シャンク２１とチップ２２との最小隙間Ｄｍに設定される。
【００３８】
図４（ａ）に示すように、電極２０ａ，２０ｂが適正な加圧力で加圧された状態では、加圧力Ｆは最大加圧力Ｆａを超えないため（図３参照）、ワッシャー２３とチップ２２の平坦部２２ｂとの間は、隙間αがあいている（図４（ａ）参照）。
【００３９】
しかしながら、最大加圧力Ｆａ以上の加圧力Ｆで加圧された状態では、図４（ｂ）に示すように、ワッシャー２３とチップ２２の平坦部２２ｂとの隙間αがなくなってしまう。そのため、隙間αの有無を目視することにより、電極２０ａ，２０ｂの加圧力Ｆが最大加圧力Ｆａを超えているかどうかを簡易に確認することができる。なお、隙間αがなくなった状態では、実際にどれだけの力が加わっているのかは検知できないが、最大加圧力Ｆａ以上の力が加わっていることは明確であるため、圧力センサを用いて実際の加圧力を測定し、サーボモータを調整するなど適宜対応することができる。
【００４０】
本発明のさらに他の実施形態として、例えば、電極２０ａ，２０ｂが最小加圧力Ｆｍに達しているかどうかを検知するために、隙間調整部材としてのワッシャー２３を、電極２０ａ，２０ｂによって最小加圧力を加えた際に、チップ２２に当接する位置となるように、シャンク２１とチップ２２との隙間Ｄに装着してもよい。図５に、固定電極２０ｂにワッシャー２３を装着して組み付けた状態の電極２０ａ，２０ｂを示す。図５（ａ）は、適正な加圧力に達していない状態を示し、図５（ｂ）は、適正な加圧力で加圧した状態を示す。なお、この際には、ワッシャー２３の孔部２３ａの直径は、ワッシャー２３の装着位置におけるテーパ面２１ａの直径と等しくなるように設定する。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、電極２０ａ，２０ｂによる加圧力Ｆが、最小加圧力Ｆｍに達しないときには、シャンク２１とチップ２２との隙間は最大隙間Ｄａ以上あいており、ワッシャー２３とチップ２２の平坦部２２ｂとの間は、隙間βが形成される（図５（ａ）参照）。
【００４２】
しかしながら、最小加圧力Ｆｍ以上の加圧力Ｆで加圧された状態では、図５（ｂ）に示すように、シャンク２１とチップ２２との隙間はＤａとなり、ワッシャー２３とチップ２２とが当接し、隙間βがなくなる。そのため、隙間βの有無を目視することにより、電極２０ａ，２０ｂの加圧力Ｆが最小加圧力Ｆｍに達しているかどうかを簡易に確認することができる。また、ワッシャー２３とシャンク２１の端面２１ｂとの間には、隙間αがあいているため、ワッシャー２３の厚みをＤｍとしておけば、上記の実施形態と同様に、最大加圧力Ｆａ以上の力が加わったかどうかを検知することができる。なお、最大加圧力Ｆａ以上の力が加わった場合は、隙間αがなくなることは上記と同様である（図４（ｂ）参照）。
【００４３】
上記実施形態においては、ワッシャー２３を固定電極２０ｂ側に設けたが、これに限ることはなく、可動電極２０ａ側に設けてもよく、両方に設けてもよい。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４５】
２０ａ    可動電極
２０ｂ    固定電極
２１      シャンク
２２      チップ
Ｄ        隙間
Ｆ        加圧力
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013139040.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013139040.tif 000007
【図６】
2013139040.tif 000008