(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタッドを保持するスタッド保持手段とスタッドを母材に圧接したり母材から離したりするように前記保持手段を移動させる駆動手段とを有する溶接ガンと、スタッドと母材の間に所定の電力を供給するように溶接ガンに接続された電源と、母材から離したスタッドと母材の間にアークを形成するように電源及び前記駆動手段を制御するとともに、前記アークの継続によってスタッド先端部分と母材部分を溶融した後、溶融後のスタッド部分を溶融後の母材部分に圧接するように前記駆動手段を制御するコントローラとを備えたスタッド溶接機において、
前記溶接ガンには、前記駆動手段と前記スタッド保持手段との間に、溶融後のスタッド部分を溶融後の母材部分に圧接する際の反動を緩衝する緩衝手段が設けられ、
前記緩衝手段は、エアシリンダ及びピストンと、前記エアシリンダへ調整した圧力のエアを供給するレギュレータとを包含し、該緩衝手段は、前記溶融後のスタッド部分が溶融後の母材部分に圧接されるとき、前記レギュレータからのエアが前記シリンダへ供給されるように、前記コントローラによって制御され、
前記緩衝手段は、更に、前記エアシリンダと前記レギュレータとの間に設けられたバルブを包含し、該バルブは、前記アークの形成前にはレギュレータへ入力される加圧エアをそのままエアシリンダに供給し且つスタッドを母材から離してアークを形成した後にはレギュレータから出力される圧力調整後のエアをエアシリンダに供給するように、前記コントローラによって制御される、
ことを特徴するスタッド溶接機。
【請求項２】
請求項１に記載のスタッド溶接機において、前記バルブは、ソレノイドバルブであり、レギュレータへ入力される加圧エアをそのままエアシリンダに供給する第１位置と、レギュレータから出力される圧力調整後のエアをエアシリンダに供給する第２位置とをとる２位置バルブであることを特徴とするスタッド溶接機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスタッド溶接機において、前記レギュレータは、入力される加圧エアを調整して１つの固定レベルの圧力のエアを出力することを特徴とするスタッド溶接機。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のスタッド溶接機において、前記レギュレータは、制御入力信号の変化によって出力のエア圧力を変化させる比例制御弁を包含することを特徴とするスタッド溶接機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スタッド溶接機に関し、特に、スタッドを母材に圧接した後母材から離してアークを形成し、スタッド先端と母材を溶融した後溶融スタッド部分を溶融母材部分に圧接してスタッドを母材に溶着するスタッド溶接機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スタッドを保持するスタッド保持手段とスタッドを母材に圧接したり母材から離したりするように保持手段を移動させる駆動手段とを有する溶接ガンと、スタッドと母材の間に所定の電力を供給するように溶接ガンに接続された電源と、母材から離したスタッドと母材の間にアークを形成するように電源及び前記駆動手段を制御するとともに、前記アークの継続によってスタッド先端部分と母材部分を溶融した後、溶融後のスタッド部分を溶融後の母材部分に圧接するように前記駆動手段を制御するコントローラとをを備えたスタッド溶接機はよく知られている。このスタッド溶接機は車体等にスタッドを溶接するのによく使用され、溶着後のスタッドには、クリップ等が取付けられて、このクリップにより種々の部材が車体等の被取付部材に取付けられる。
【０００３】
従来のスタッド溶接機において、スタッドを母材に圧接するためスタッド保持部材を下方に押すばねが溶接ガンに設けられている。そして、このばねの力に打ち勝つ力を有するソレノイド（すなわち電磁石）が溶接ガンに設けられ、そのソレノイドを付勢して、パイロットアーク及びそれに続くメインアークを発生するように、スタッドを所定高さリフトして、スタッドを母材から離す。メインアークの継続によってスタッドの先端部分及び対向する母材部分が溶融された後、ソレノイドが消勢されると、ばねの力によってスタッドが母材に圧接され、溶融されたスタッド及び母材部分が相互に溶着するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来のスタッド溶接機において、溶融後のスタッドを母材に圧接する際には、ばねの力は圧接不足を回避するため大きめにされている。このため、溶融スタッドが溶融母材部分に圧接されると、両者の溶融部分の金属が飛散して溶融金属が少なくなり、溶接不良を生じることがあった。また、圧接時の衝撃でスタッドがバウンドして溶接部が乖離したり、溶接部に巣穴が形成されたりして、溶接不良を生じることもある。更に、強い圧接力が母材の耐力を越えると、母材の変形と母材の強度の低下を招く惧れもあった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、溶融後のスタッドを母材に圧接させる際に必要以上の強い押圧力によって生じる溶接不良を解消するため、溶融後のスタッドを母材に圧接させるときの圧接力を調整するスタッド溶接機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明によれば、スタッドを保持するスタッド保持手段とスタッドを母材に圧接したり母材から離したりするように保持手段を移動させる駆動手段とを有する溶接ガンと、スタッドと母材の間に所定の電力を供給するように溶接ガンに接続された電源と、母材から離したスタッドと母材の間にアークを形成するように電源及び駆動手段を制御するとともに、アークの継続によってスタッド先端部分と母材部分を溶融した後、溶融後のスタッド部分を溶融後の母材部分に圧接するように駆動手段を制御するコントローラとを備えたスタッド溶接機であって、溶接ガンには、駆動手段とスタッド保持手段との間に、溶融後のスタッド部分を溶融後の母材部分に圧接する際の反動を緩衝する緩衝手段が設けられ、緩衝手段は、エアシリンダ及びピストンと、エアシリンダへ調整した圧力のエアを供給するレギュレータとを包含し、該緩衝手段は、溶融後のスタッド部分が溶融後の母材部分に圧接されるとき、レギュレータからのエアがシリンダへ供給されるように、コントローラによって制御され、緩衝手段は、更に、エアシリンダとレギュレータとの間に設けられたバルブを包含し、該バルブは、アークの形成前にはレギュレータへ入力される加圧エアをそのままエアシリンダに供給し且つスタッドを母材から離してアークを形成した後にはレギュレータから出力される圧力調整後のエアをエアシリンダに供給するように、コントローラによって制御される、ことを特徴するスタッド溶接機が提供される。
その緩衝手段によって、溶融後のスタッドの圧接時において、溶融部分の金属の飛散を防止することができるので、溶融金属の不足に伴う溶接不良を防止でき、溶融スタッドのバウンドが防止できるので、溶接部の乖離や溶接部の巣穴等の溶接不良を防止でき、更に、母材の変形や母材の強度の低下を阻止できる。
【０００７】
前記バルブは、ソレノイドバルブであり、レギュレータへ入力される加圧エアをそのままエアシリンダに供給する第１位置と、レギュレータから出力される圧力調整後のエアをエアシリンダに供給する第２位置とをとる２位置バルブであるのが好ましい。前記レギュレータは、入力される加圧エアを調整して１つの固定レベルの圧力のエアを出力するものであってもよく、これとは別に、制御入力信号の変化によって出力のエア圧力を変化させる比例制御弁を包含するものであってもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るスタッド溶接機１の全体構成図を示している。図１において、本発明に係るスタッド溶接機１は、スタッドと母材との間にアーク放電を行って、スタッドと母材とを部分的に溶融してその部分を溶着するものであり、溶接ガン２と、溶接ガン２を動作させる電源及びコントローラ部３とから成る。溶接ガン２は、内部に種々の構成要素を収容するハウジング５と、ハウジング５から延びて先端にスタッド６を保持するスタッド保持部７とを備えている。ハウジング５の中には、上部に、スタッド保持部７を移動させて、保持したスタッド６を母材９に接触させて圧接させたり母材９から離すようにリフトする駆動部１０が設けられている。この駆動部１０は、図示の実施例では、固定コイル１１と可動アーマチュア１３とからなるリニアモータによって構成されている。なお、駆動部１０は、スタッド６を母材９に接触させて圧接させたり母材９から離すようにリフトできる限り、図示の構成に限らず、任意の駆動手段でよい。
【０００９】
ハウジング５の下部には、スタッド保持部７に、該スタッド保持部７を保持するように連結された、本発明に係る緩衝装置１４が配置されている。この緩衝装置１４は、ユニットとして形成され、ハウジング５の内側に上下にスライド可能に保持されている。ハウジング５の内側には、緩衝装置１４がハウジング５の軸線回りには回転しないが軸線方向には滑らかに移動できるように案内するガイドベアリング１５が形成されている。ハウジング５に内側の、上部の駆動部１０と下部の緩衝装置１４との間には、スタッド保持部７を母材側に常時付勢するコイルばね１７が設けられて、駆動部１０の非動作時には、緩衝装置１４を介して、スタッド保持部７（ひいてはスタッド６）を母材９の方向へ押している。ハウジング５の下部の側面には、母材９の側へ延びる脚部１８が固定されている。この脚部１８は、スタッド溶接ガン２全体を母材９に近づけるように移動させたとき、その移動を制限する。スタッド６をスタッド保持部７に保持し且つ駆動部１０を動作させない状態で、スタッド溶接ガン２の全体を、脚部１８の先端を母材９に接面するまで母材９に移動させると、コイルばね１７の力によってスタッド６が母材９に適正な力で圧接される。この圧接後、溶接動作が開始される。
【００１０】
電源及びコントローラ部３には、スタッド溶接ガン２のスタッド保持部７に保持したスタッド６と母材９との間にアークを形成するための溶接用電力を供給する電源（図示せず）が設けられている。この電源から延びる一方の電線は、ケーブル１９の中に収容されて、スタッド６を保持するスタッド保持部７に接続されるように、スタッド溶接ガン２に入力されている。他方の電線２１は、母材９に接続されている。電源及びコントローラ部３には、コントローラ（図示せず）が設けられ、このコントローラは、母材９に圧接したスタッド６を駆動部１０のコイル１１に電流を供給して母材９から離すように引上げて、その引上げの開始時に、スタッドと母材９との間に小電流のパイロットアークを形成し、引上げを続行しつつ大電流のメインアークを形成し、所定の時間に駆動部１０の電流の供給を停止して溶融スタッド６を母材９の溶融部分に圧接するように、スタッド溶接ガンを制御する。なお、電源及びコントローラ部３のコントローラからは、駆動部１０のコイル１１に電流を供給する一対のリード線２２がスタッド溶接ガン２の駆動部１０に入力されている。更に、緩衝装置１４には、ケーブル１９を通してコントローラから制御信号が入力されており、後述のように、緩衝装置１４の動作を制御している。
【００１１】
本発明に係る緩衝装置１４について、図２も参照して説明する。緩衝装置１４は、上記のように、駆動部１０とスタッド保持部７との間に設けられる。緩衝装置１４は、スタッド６と母材９との間のメインアークの継続によって溶融した後のスタッド６の先端部分を、溶融後の母材部分に、コイルばね１７によって圧接する際の反動を緩衝する。図２において、緩衝装置１４は、エアシリンダ２３とこのエアシリンダ２３に設けられるピストン２５と、エアシリンダ２３へ調整した圧力のエアを供給するレギュレータ２６とを包含する。なお、図２おいて、ピストンロッド２７が、スタッド保持部７のスタッド６に直接当接するように示されているが、図示の便宜上であり、ピストン２５が、スタッド６の圧接時の反動を受取る限り、ピストンロッド２７は、スタッド６に直接当接してもよいし、スタッド保持部７に連結されてスタッド６に間接的に連結されていてもよい。
【００１２】
エアシリンダ２３とレギュレータ２６との間には、ソレノイドバルブ２９が設けられている。このソレノイドバルブ２９は、レギュレータ２６へ入力される加圧エアをそのままエアシリンダに供給する第１位置と、レギュレータ２６から出力される圧力調整後のエアをエアシリンダに供給する第２位置とをとる２位置バルブであり、通常時には、ばね３０によって前記の第１位置にあり、ソレノイドへの制御信号によって、前記の第２位置に移動する。ソレノイドバルブ２９への制御信号は、電源及びコントローラ部３のコントローラ３１から信号線３３を通して送られる。本実施例においては、信号線３３は、図１のケーブル１９を通して送られる。また、本実施例において、コントローラ３１は、溶接動作の開始時には、ソレノイドバルブ２９が図２に図示の第１位置にあるように、制御信号を送らず、メインアークの形成時又はその継続によってスタッド６が溶融した後には制御信号を送って、前記第２位置に移動させる。
【００１３】
レギュレータ２６には、入力通路３４を通して、例えばエアコンプレッサ等から加圧エアが入力される。この加圧エアは、また、バイパス通路３５を経由してソレノイドバルブ２９の第１の入力に送られる。レギュレータ２６に送られた加圧エアは、内部で、入力加圧エアより低いが一定の固定レベル圧力のエアに調整される。調整後の加圧エアは、出力通路３７を経由してソレノイドバルブ２９の第２の入力に送られる。ソレノイドバルブ２９の出力は、エアシリンダ２３に送られる。ソレノイドバルブ２９の位置によって、エアシリンダ２３の上部チャンバー３８には、未調整の加圧エア（第１位置のとき）か、あるいは、調整後の加圧エア（第２位置のとき）を送る。レギュレータ２６において調整されるエアの圧力レベルは、スタッド６がコイルばね１７によって圧接される際のピストンロッド２７及びピストン２５に伝達される反動に、エアシリンダ２３のエアチャンバー３８の加圧エアが対抗できるように選択される。
【００１４】
図３は、緩衝装置の代替例を示している。図３の緩衝装置は、図２のレギュレータ２６を変更した例を示している。他の部分は、図２の構成と同じであるので説明を省略する。図３のレギュレータ３９は、制御入力信号の変化によって出力のエア圧力を変化させる比例制御弁４１を包含している。比例制御弁４１には、ライン４２を通してコントローラ３１からエア圧力制御信号が送られ、この信号によって、出力通路３７に出力されるエアの圧力が定められる。この出力エア圧力は、コントローラ３１から、任意に設定することができ、図２の固定圧力レベルのレギュレータより適用範囲がひろくできる利点がある。
【００１５】
かかる構成で成るスタッド溶接機１を用いて、スタッド６を母材９に溶接する操作手順を説明する。先ず、スタッド６をスタッド溶接ガン２のスタッド保持部７に保持させる。次に、スタッド溶接ガン２の全体を、スタッド６の先端が母材９に接するように移動させる。この移動は、ハウジング５の下部から延びる脚部１８の先端が母材９に当接するまで続けられ、当接後その状態を保持する。電源及びコントローラ部３のコントローラ３１からソレノイドバルブ２９には信号が送られていないので、ソレノイドバルブ２９は、図２（又は図３）に示す第１位置にあり、エアシリンダ２３の上部チャンバー３８には、入力の加圧エアがそのまま送られている。このため、脚部１８が母材９に当接する状態にあると、スタッド６の先端は母材９に強く圧接している。
【００１６】
次に、電源及びコントローラ部３のコントローラ３１から、緩衝装置１４のソレノイドバルブ２９に信号が送られ、ソレノイドバルブ２９が第２位置になり、エアシリンダ２３のチャンバー３８には、レギュレータ２６からの調整後の加圧エアが送られる。コントローラによって、電源からスタッド６と母材９の間に小電流が供給されながら、駆動部１０のコイル１１に電流が供給され、コイルばね１７の押圧力に打ち勝って、スタッド保持部７が緩衝装置１４とともに引上げられる、これによって、スタッド６が母材９から徐々に引上げられ、スタッド６と母材９との間に細いアークすなわちパイロットアークが形成される。コントローラは、パイロットアークの形成に続いて電源からの電流を大きくして、パイロットアークをメインアークに成長させ、スタッドの先端部及び母材部分を加熱し溶融する。なお、駆動部１０のコイル１１への電流は供給され続けているので、スタッド６は一定高さリフトされた状態に保持される。
【００１７】
適当な時間経過すると、メインアークによって、スタッド６の先端部分と母材９の部分が溶融する。コントローラは、前記の適当な時間が経過すると、駆動部１０のコイル１１への電流の供給を停止する。これによって、駆動部１０の引上げ力が無くなり、コイルばね１７の付勢力によって、緩衝装置１４とスタッド保持部７とが急激に下降し、スタッド保持部７に保持されたスタッド６の溶融した先端が、母材９の溶融部分に圧接される。この圧接時に、スタッド６には母材９からの反力が加わり、この反力は、スタッド保持部７を介して緩衝装置１４に加わる。緩衝装置１４のエアシリンダ３８には、レギュレータ２６（又は３９）からの調整後のエアが供給されている。前記のスタッドへの反力は、ピストンロッド２７を介してピストン２５に伝達され、エアシリンダ２３のチャンバー３８の加圧エアによって受けられて、その反力を相殺または減少させることができる。すなわち、緩衝装置１４によって、溶融後のスタッド６の先端部分を溶融後の母材９の部分に圧接する際の反動を緩衝することができる。
【００１８】
上記のように、緩衝装置１４によって、溶融後のスタッド６を溶融した母材９の部分に反動なく圧接することができるので、反動に伴う溶融部分の金属の飛散がなくなり、圧接時のスタッドのバウンドがなくなり、母材へのスタッドの必要以上の強い圧接力が不要になる。従って、溶融金属の飛散やスタッドのバウンドや必要以上の強い圧接力による従来に見られた溶接不良を防止できる。溶融スタッド６を母材９に適当な時間圧接しつつ、電源からの溶接電流を切断し、適当な時間の経過後、スタッド溶接ガン２の全体を母材９から離すように移動させる。このとき、スタッド６は母材９に溶接されて、スタッド保持部７から離れる。コントローラは、緩衝装置１４のソレノイドバルブ２９への電流も切る。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、緩衝手段によって、溶融後のスタッド部分が溶融後の母材部分に圧接する際の反動を緩衝するので、溶融後のスタッドの圧接時において、溶融部分の金属の飛散を防止することができ、溶融金属の不足に伴う溶接不良を防止でき、溶融スタッドのバウンドが防止できるので、溶接部の乖離や溶接部の巣穴等の溶接不良を防止でき、更に、必要以上の圧接力が不要になり、母材の変形や母材の強度の低下を阻止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスタッド溶接機の構成図である。
【図２】本発明に係るスタッド溶接機の１実施例に係る緩衝装置の構成図である。
【図３】本発明に係るスタッド溶接機の他の実施例に係る緩衝装置の構成図である。
【符号の説明】
１  スタッド溶接機
２  溶接ガン
３  電源及びコントローラ部
５  ハウジング
６  スタッド
７  スタッド保持部
９  母材
１０  駆動部
１１  コイル
１３  アーマチュア
１４  緩衝装置
１７  コイルばね
１８  脚部
２３  エアシリンダ
２５  ピストン
２６  レギュレータ
２７  ピストンロッド
２９  ソレノイドバルブ
３１  コントローラ
３９  レギュレータ
４１  比例制御弁
【図１】
0004011231.tif 000002
【図２】
0004011231.tif 000003
【図３】
0004011231.tif 000004