JP2009241108A

JP2009241108A - 通電加圧センサ

Info

Publication number: JP2009241108A
Application number: JP2008091252A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Ishizuka; 征和石塚
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】抵抗溶接機の溶接電極からの加圧力を直接受けて加圧力を測定でき、同時に電流および電圧も同時に測定することのできる通電加圧センサを提供すること。
【解決手段】溶接電極２、３から通電を受けると電気を流すとともに溶接電極２、３から加圧力を受けると弾性変形してギャップＧが変動される通電ブロック１９と、当該通電ブロック１９のギャップＧ内に装着されて溶接電極２、３からの加圧力を直に受けて加圧力を測定する圧力センサ２５とを有し、通電ブロック１９のギャップＧの抵抗値をＲ１とし、通電ブロック１９と圧力センサ２５との間の抵抗値をＲ２としたとき、Ｒ１＜Ｒ２である通電加圧センサである。
【選択図】図１

Description

本発明は、抵抗溶接機の通電時における加圧力を測定するための通電加圧センサに係り、特に溶接電極間で通電を可能としつつ加圧力を測定するための通電加圧センサに関する。

一般に、抵抗溶接機は、被溶接材の溶接箇所または溶接部に溶接電極を加圧接触させ、溶接電極を介して溶接部に加圧力を与えるとともに電流を流し、通電終了後に溶接部の表面を冷却するようにしている。

この抵抗溶接において、加圧力は、溶接電流、通電時間とともに溶接結果を左右する三大溶接条件の１つとされている。そのため、加圧力を正確に測定することが望まれており、抵抗溶接用の加圧力を測定するには被溶接材の代わりに圧力センサに溶接電極を直接加圧接触させることが好ましい。

ところが、通常の圧力センサは外側を金属性のケースによって覆われているために、当該圧力センサを溶接電極の間に挟んで圧力を測定している際に、誤って溶接電流を流してしまうと、金属製のケースに通電されてしまう。仮に当該金属がステンレス等の電気的抵抗が高い金属の場合には、当該金属が発熱して破損してしまという不都合があった。

そのため従来においては、加圧力計は溶接電流を流さない事を前提に作られていて、加圧力のみを測定していた。

加圧力計は、溶接における電流や電圧を測定する測定装置に組み込まれた状態で使用されることが多いのであるが、測定装置全体では電流・電圧が測定できるようになっていても、加圧力を測定するときには通電することができなかった。

そこで、本出願人は、電流および電圧の測定と同時に加圧力も測定することができ、溶接に必要な３要素を同時に測定することができる通電加圧センサを提案した。この通電加圧センサは、加圧力によって弾性変形する導電性のブロックを備え、この導電性のブロックのうちの電流が最も流れやすいルートから外れた位置に歪みゲージを設けた構成を有している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３１５０６８号公報

前記特許文献１に記載の通電加圧センサは、抵抗溶接機の溶接電極からの加圧力を歪ゲージに間接的に受けて測定するものであるために、抵抗溶接機の溶接電極からの加圧力を直接受けて加圧力を測定できる通電加圧センサが要望されていた。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、抵抗溶接機の溶接電極からの加圧力を直接受けて加圧力を測定でき、同時に電流および電圧も同時に測定することのできる通電加圧センサを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明の通電加圧センサは、抵抗溶接機の溶接電極間で通電を可能としつつ加圧力を測定するための通電加圧センサであって、前記溶接電極から通電を受けると電気を流すとともに前記溶接電極から加圧力を受けると弾性変形してギャップが変動される通電ブロックと、当該通電ブロックの前記ギャップ内に装着されて前記溶接電極からの加圧力を直に受けて加圧力を測定する圧力センサとを有し、前記通電ブロックの前記ギャップ間の抵抗値をＲ１とし、前記通電ブロックと前記圧力センサとの間の抵抗値をＲ２としたとき、
Ｒ１＜Ｒ２
であることを特徴とする。

本発明の通電加圧センサにおいて、ギャップ間の抵抗値Ｒ１とは、すなわち通電ブロックの抵抗値である。一方、通電ブロックと圧力センサとの間の抵抗値Ｒ２とは、圧力センサが通電ブロックに接触する部分の抵抗値である。測定時に抵抗溶接機の溶接電極によって通電ブロックを挟持して加圧力を付与し通電すると、電流は抵抗値が低い方に流れる。本発明の通電加圧センサでにおいては、抵抗値Ｒ１＜抵抗値Ｒ２の関係に構成されているので、電流は通電ブロック内を流れ、圧力センサには流れることがなくなる。これにより、通電による圧力センサの加熱を防止でき、圧力センサは破壊することなく保護される。その結果、通電ブロックのみを流れる電流および電圧を測定することにより両者の測定が可能となり、同時に、圧力センサには溶接電極からの加圧力が直接付与されるので、直に付与された当該加圧力の正確に測定することが可能となる。

また、本発明の通電加圧センサでは、抵抗値の違いによって通電ブロックと圧力センサとの間で電流が流れることを防止している。そのため、通電ブロックと圧力センサの間には電気的な絶縁体を設ける必要がなく、通電加圧センサを薄く小型に形成することができる。

また、本発明の通電加圧センサにおいては、前記通電ブロックは上方部材と下方部材とを有し、前記上方部材と前記下方部材とは、一端が互いに電気的に結合され他端が開放されて前記ギャップを形成し、前記圧力センサは、その測定軸が前記溶接電極の加圧方向に沿って配設されていることが望ましい。上方部材と下方部材の間に形成されたギャップに圧力センサを設け、その圧力センサの測定軸が溶接電極の加圧方向に沿っているので、抵抗溶接機の加圧力を圧力センサによって直接的に測定することができる。

なお、本発明態様において、通電ブロックの上方部材と下方部材は、通電加圧センサ本体に対して、例えばねじ等によって着脱可能に取り付けることができる。こうすれば、通電ブロックが磨耗等した際に容易に交換することができる。

また、本発明の通電加圧センサにおいて、前記通電ブロックは第１の金属を用いて形成され、前記圧力センサの少なくとも前記通電ブロックに接触する部分は前記第１の金属に比べて誘電率が低い第２の金属を用いて形成されていることが望ましい。

本発明態様によれば、測定時において電流は電気が流れやすい第１の金属によって形成されている通電ブロックのみを流れこととなる。また、少なくとも前記通電ブロックに接触する部分は前記第１の金属に比べて誘電率が低い第２の金属を用いて形成されているので、測定時において前記通電ブロックの前記ギャップ内に配設された圧力センサには電流が流れることがない。これにより、実際の溶接時に付与される加圧力並びに電圧および電流を確実に測定することができる。

また、本発明の通電加圧センサにおいては、前記第１の金属は導電率ＩＡＣＳが５５％以上であり、前記第２の金属は導電率ＩＡＣＳが３０％以下であることを特徴とする。

このように構成することにより、本発明によれば、測定時において電流は第１の金属によって形成されている通電ブロックのみを流れ、少なくとも前記通電ブロックに接触する部分が前記第１の金属に比べて誘電率が１５％以上も低い第２の金属を用いて形成されている圧力センサには電流が流れることがない。これにより、より確実に実際の溶接時に付与される加圧力並びに電圧および電流を確実に測定することができる。

また、本発明の通電加圧センサにおいては、前記第１の金属としては、導電率ＩＡＣＳの高い無酸素銅、タフピッチ銅、りん脱酸銅、クローム銅、アルミまたは快削銅を用いるとよく、前記第２の金属としては、導電率ＩＡＣＳの低いステンレス鋼、鉄または黄銅を用いるとよい。

これらの金属を用いることにより、確実に誘電率の差のある第１の金属と第２の金属とを用いて通電ブロックおよび圧力センサを形成することができ、抵抗溶接機の溶接電極からの加圧力を直接受けて加圧力を測定できると同時に電流および電圧も測定することができる。

また、本発明の通電加圧センサでにおいては、前記通電ブロックの一端と前記圧力センサとの間であって前記上方部材と前記下方部材の少なくとも一方には、前記上方部材又は前記下方部材を弾性変形し易くするための溝が設けられていることが望ましい。

こうすれば、通電ブロックは小さい加圧力で容易に弾性変形することができるので、小型の抵抗溶接機の加圧力測定が可能である。また、溝の形状や位置等を適宜調節することにより、通電ブロックの上方部材および下方部材の可撓性の度合いを調整することができる。その結果、当該上方部材および下方部材が撓み変形しやすいことにより圧力センサによる圧力の測定の精度を上げることができ、更に当該上方部材および下方部材の小型化を図ることができ、これにより装置全体の小型化を図ることができる。

このように本発明の通電加圧センサは構成され作用するものであるから、抵抗溶接機の溶接電極からの加圧力を直接受けて加圧力を測定でき、同時に電流および電圧も測定することのできる等の優れた効果を奏する。

次に、本発明の実施の形態を図１から図７を用いて説明する。

図１は本発明の一実施形態における通電加圧センサを用いた測定システムの全体を示す。図２から図４は、本実施形態における通電加圧センサの要部の構成を示し、図５は圧力センサの１実施形態を示す。図６および図７は、本実施形態における測定状態を示す。

図１において、図示の抵抗溶接機１はダイレクトスポット溶接機であり、鉛直方向で上下に向かい合う一対の溶接電極２、３を備えている。上部溶接電極２は、例えば空気圧シリンダを有する加圧機構４により上部電極支持アーム５を介して昇降移動するようになっている。下部溶接電極３は、下部電極支持アーム６を介して溶接機本体に固定されている。両溶接電極２、３は、溶接電源７から溶接トランス８および両電極支持アーム５、６を介して溶接電流が供給されるように接続されている。また、両電極支持アーム５、６には、溶接電圧を測定するために溶接チェッカー９がケーブル１０、１１によって接続されている。また、一方の電極支持アーム５と溶接トランス８を接続するケーブルには溶接電流を測定するためのトロイダルコイル１２が巻かけられており、このトロイダルコイル１２はケーブル１３をもって溶接チェッカー９と接続されている。

本実施形態の通電加圧センサ１５は、把持用ハンドル１６にスプリングコイル１７を介して接続されている測定ヘッド１８を両溶接電極２、３の間に介在させて溶接時の加圧力、電流、電圧を同時に測定するように形成されている。

この測定ヘッド１８は、図３に示すように、スプリングコイル１７の先端部に全体として縦断面コ字状（またはＵ状）の通電ブロック１９を取り付け、当該通電ブロック１９に圧力センサ２５を取付けている。

通電ブロック１９は、スプリングコイル１７の先端部に固着される略平板状の中央部材２０ｃと、当該中央部材２０ｃの先端部（図２において右端部）の上下面にそれぞれ基端部をボルト２１によって固着された上方部材２０ａおよび下方部材２０ｂとをもって形成されている。中央部材２０ｃから片持ち梁状に突出している上方部材２０ａおよび下方部材２０ｂの先端部には両部材２０ａ、２０ｂが弾性変形することにより距離が変位するギャップＧ（図６参照）が形成されている。また、上方部材２０ａおよび下方部材２０ｂの基端部の近傍には、それぞれを弾性変形し易くするために各部材の延出方向（図２において左から右方向）に直交する方向に溝２２を適当数設けている。

本実施形態でにおいては、上方部材２０ａと下方部材２０ｂの上下面にそれぞれ１本ずつの溝２２を設けている。そしてそれらの溝２２の配置位置は、上方部材２０ａおよび下方部材２０ｂの延出方向において互い違いの位置となっている。なお、溝２２の互い違いの間隔や、数は、本実施形態の構成に限定されるものではなく、上方部材２０ａおよび下方部材２０ｂに求められる弾性変形具合やサイズの制限等に応じて適宜に選択することができる。例えば、上方部材２０ａおよび下方部材２０ｂの上下面のいずれか一方の面のみに溝２２を設ける構成としてもよい。また、各面に設ける溝２２の数は、１本でもよいし複数本でもよい。

また、上方部材２０ａおよび下方部材２０ｂの互いに対向している下面および上面に圧力センサ２５を定位させるための凹所３０を設けてもよい。この凹所３０は、圧力センサ２５の形状に合わせて形成することができ、本実施形態では平面的に見て円形に形成されている。なお、凹所３０の形状は圧力センサ２５を所定の位置に定位することができる形状であればよい。

通電ブロック１９全体は電気の流れやすい第１の金属によって形成されている。この電気の流れやすい第１の金属としては、導電率ＩＡＣＳの高いもの、例えば、無酸素銅（９７％以上）、タフピッチ銅（９７％以上）、りん脱酸銅（８６％）、クローム銅（７０％以上）、アルミ（５９〜６０％）、快削銅（８５〜９３％）等の導電率ＩＡＣＳが５５％以上のものが挙げられる。第１の金属の導電率ＩＡＣＳが５５％より低いと、後述する第２の金属との間において電気の流れやすさに差を設けることができない。本実施形態においては、上方部材２０ａ、下方部材２０ｂおよび中央部材２０ｃの全体をクローム銅を用いて形成している。更に、通電ブロック１９は、溶接条件に応じた最大通電電流を流すことができる断面積を備えるように形成されている。具体的には、通電ブロック１９において通電電流は、例えば、まず上方部材２０ａの開放端部から流入し、上方部材２０ａの基端部に向かい、続いて中央部材２０ｃ内を下方部材２０ｂに向けて流れ、続いて下方部材２０ｂの基端部にから開放端部に向けて流れるか、またはこの逆向きに流れる。この通電ブロック１９における最大通電電流は電流の流れる方向に直交する通電ブロック１９の断面積の大きさによるものである。本実施形態においては、上方部材２０ａおよび下方部材２０ｂのそれぞれの上下面に形成した溝２２の間を接続している上方部材２０ａおよび下方部材２０ｂを形成する第１の金属の有効断面積の大きさによって最大通電電流の大きさが求められる。

圧力センサ２５は、図５に示すように、金属製の偏平円形状の外ケース２６より接触子２７を突出入自在に設け、外ケース２６の内部にひずみゲージ等の圧力検出素子（図示せず）が設けられており、測定データをケーブル２８をもって図１の溶接チェッカー９まで出力するように形成されている。この接触子２７は測定軸となり、両溶接電極２、３の加圧方向、即ち上方部材２０ａおよび下方部材２０ｂの対向方向に沿って突出入自在に配設されている。更に、図５のケーブル２８は、図１のスプリングコイル１７を通り、把持用ハンドル１６内に設けられている各種制御用の基板（図示せず）に接続され、その基板よりケーブル２９をもって溶接チェッカー９まで出力するように形成されている。

本実施形態においては、図７に示すように、通電ブロック１９のギャップＧ間の抵抗値をＲ１とし、通電ブロック１９と圧力センサ２５との間の抵抗値をＲ２とし、その関係を、Ｒ１＜Ｒ２としている。こうすることにより、通電ブロック１９と圧力センサ２５とで電流の流れ易さに差を設けている。この差を実現するための具体的な構成は以下の通りである。図５の外ケース２６は、少なくとも通電ブロック１９（図３参照）との接触部が第１の金属に比べて電気の流れにくい第２の金属によって形成されている。この電気の流れにくい第２の金属としては、導電率ＩＡＣＳの低いもの、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、１３％）、鉄（１０％）、黄銅（２７％）等の導電率ＩＡＣＳが３０％以下のものが挙げられる。第２の金属の導電率ＩＡＣＳが３０％より高いと、前述したる第１の金属との間において電気の流れやすさに差を設けることができない。本実施形態においては、外ケース２６および接触子２７の全体をステンレス鋼を用いて形成している。

次に、本実施形態の作用を説明する。

本実施形態による通電加圧センサ１５を用いて抵抗溶接機１における通電時の加圧力、電流および電圧を測定するには、被溶接物（図示せず）に代えて通電加圧センサ１５を両溶接電極２、３の間に挿入し、実際に抵抗溶接を行うときと全く同じ溶接条件およびシーケンスで抵抗溶接機１を動作させる。すなわち、加圧機構４により両溶接電極２、３を介して実際の抵抗溶接時に加える加圧力と同じ大きさの加圧力を通電加圧センサ１５に印加し、溶接電源７により両溶接電極２、３を介して実際の抵抗溶接時に流す溶接電流と同じ大きさの電流を通電加圧センサ１５に流す。

本実施形態においては、図６に示すように、通電ブロック１９の中央部材２０ｃの先端部の上下面に固着された上方部材２０ａおよび下方部材２０ｂの間に形成されているギャップＧに圧力センサ２５が介装されており、両溶接電極２、３によって付与される加圧力が直接圧力センサ２５の接触子２７の軸方向に付与される。これにより圧力センサ２５の外ケース２６（図５参照）内に装着されている歪みゲージ（図示せず）に両溶接電極２、３によって付与される加圧力が直接付与されて測定されることとなる。本実施形態においては、圧力センサ２５によって測定された加圧力検出信号はケーブル２８、２９を通して図１の溶接チェッカー９に出力され、図示しない表示部に圧力の測定値が表示される。

この圧力測定と同時に、本実施形態においては、図７に示すように、両溶接電極２、３に電気を通電すると、電流Ｉは電気が流れやすい第１の金属によって形成されている通電ブロック１９の上方部材２０ａ、中央部材２０ｃおよび下方部材２０ｂのみを通って流れ、通電ブロック１９との接触部が電気の流れにくい第２の金属で形成されている圧力センサ２５には電流が流れることがない。このようにして通電ブロック１９のみを流れる電流Ｉがトロイダルコイル１２によって測定されてケーブル１３を通して溶接チェッカー９に出力され、図示しない表示部に電流Ｉの測定値が表示される。更に、両溶接電極２、３に印加された電圧はケーブル１０、１１を通して溶接チェッカー９に出力され、図示しない表示部に電圧の測定値が表示される。この通電時において、圧力センサ２５は通電されないことにより破壊されることなく保護されるので、電流を流しながら圧力測定を確実に実行することができる。

このように本実施形態によれば、抵抗溶接機１の溶接電極２、３からの加圧力を直接受けて加圧力を測定でき、同時に電流および電圧も測定することができる。

更に、本実施形態においては、通電ブロック１９の上方部材２０ａ、中央部材２０ｃおよび下方部材２０ｂの全体を弾性変形し易いクローム銅を用いるとともに、上方部材２０ａおよび下方部材２０ｂの上下面に溝２２を設けて片持ち梁状の両部材２０ａ、２０ｂを更に弾性変形し易く形成しているので、上方部材２０ａおよび下方部材２０ｂが中央部材２０ｃから片持ち梁状に張り出す長さを短く形成しても加圧力を十分に測定できる程度に両部材２０ａ、２０ｂが弾性変形することとなり、ひいては通電ブロック１９及び装置全体の小型化を図ることができる。

本発明によって装置全体の小型化を図ることができることにより、小型の溶接ヘッドに用いることができ、小さな加圧力についても確実に測定することができ、軽くて扱い易いものとなる。例えば、本発明による通電加圧センサ１５の測定ヘッド１８の主要部となる通電ブロック１９の大きさは約３０ｍｍ×１３ｍｍ×４２ｍｍ大の直方体まで小型化でき、従来例の約３．４％（体積比）まで小型化することができる。また、測定可能な加圧力の大きさについては、本発明の通電加圧センサ１５は１９．６Ｎ〜９８０Ｎであるのに対し、従来例は１９６Ｎ〜９８００Ｎであり、本発明は小さい加圧力から大きい加圧力まで測定可能であるが、従来例は測定可能な加圧力の最小値が本発明に比較して大きく、小加圧力の測定には利用できないものである。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて変更することができる。

本発明の通電加圧センサの１実施形態を用いた溶接システムを示すブロック図本発明の通電加圧センサの要部を示す平面図本発明の通電加圧センサの要部を示す正面図図２の右側面平面図本発明の通電加圧センサに用いられる圧力センサの１例を示す斜視図本発明の通電加圧センサの加圧状態を示す正面図本発明の通電加圧センサの通電状態を示す正面図

符号の説明

１基板
２有機ＥＬ素子
３接着剤
４封止部材
１１樹脂硬化装置
１３接着剤塗布ユニット
１４レーザ光源ユニット
１５スキャンユニット
１６コントロールユニット

Claims

抵抗溶接機の溶接電極間で通電を可能としつつ加圧力を測定するための通電加圧センサであって、
前記溶接電極から通電を受けると電流を流すとともに前記溶接電極から加圧力を受けると弾性変形してギャップが変動される通電ブロックと、当該通電ブロックの前記ギャップ内に装着されて前記溶接電極からの加圧力を直に受けて加圧力を測定する圧力センサとを有し、
前記通電ブロックの前記ギャップ間の抵抗値をＲ１とし、前記通電ブロックと前記圧力センサとの間の抵抗値をＲ２としたとき、
Ｒ１＜Ｒ２
であることを特徴とする通電加圧センサ。
前記通電ブロックは上方部材と下方部材とを有し、
前記上方部材と前記下方部材とは、一端が互いに電気的に結合され他端が開放されて前記ギャップを形成し、
前記圧力センサは、その測定軸が前記溶接電極の加圧方向に沿って配設されている
ことを特徴とする請求項１記載の通電加圧センサ。
前記通電ブロックは第１の金属を用いて形成され、
前記圧力センサの少なくとも前記通電ブロックに接触する部分は前記第１の金属に比べて誘電率が低い第２の金属を用いて形成されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の通電加圧センサ。
前記第１の金属は導電率ＩＡＣＳが５５％以上であり、
前記第２の金属は導電率ＩＡＣＳが３０％以下である
ことを特徴とする請求項３記載の通電加圧センサ。
前記第１の金属は、無酸素銅、タフピッチ銅、りん脱酸銅、クローム銅、アルミまたは快削銅であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の通電加圧センサ。
前記第２の金属は、ステンレス鋼、鉄または黄銅であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の通電加圧センサ。
前記通電ブロックの一端と前記圧力センサとの間であって前記上方部材と前記下方部材の少なくとも一方には、前記上方部材又は前記下方部材を弾性変形し易くするための溝が設けられている
ことを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１つに記載の通電加圧センサ。