特開 2024-8505 固相抵抗スポット接合装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024008505

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】固相抵抗スポット接合装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/00 20060101AFI20240112BHJP

【ＦＩ】

B23K20/00 340

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022110435

(22)【出願日】2022-07-08

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高本 敬司

【テーマコード（参考）】

4E167

【Ｆターム（参考）】

4E167AA02

4E167AA06

4E167AA29

4E167BB05

(57)【要約】

【課題】ロードセルによる加圧軸の加圧力の測定精度を向上させる。
【解決手段】固相抵抗スポット接合装置は、駆動源３０と、接合ユニット１０と、ロードセル７０とを備える。接合ユニット１０は、重ね合わされた複数の被接合物２を軸方向から塑性変形可能に押圧する加圧軸１００を有し、駆動源３０によって軸方向に駆動される。ロードセル７０は、軸方向において駆動源３０と加圧軸１００との間に配置され、軸方向の加圧力を測定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動源と、
重ね合わされた複数の被接合物を軸方向から塑性変形可能に押圧する加圧軸を有し、前記駆動源によって前記軸方向に駆動される接合ユニットと、
前記軸方向において前記駆動源と前記加圧軸との間に配置され、前記軸方向の加圧力を測定するロードセルとを備える、固相抵抗スポット接合装置。

【請求項2】

前記ロードセルは、前記接合ユニットに直接接続されている、請求項１に記載の固相抵抗スポット接合装置。

【請求項3】

前記接合ユニットは、前記軸方向において前記加圧軸の駆動源側に位置して前記加圧軸を支持する交換可能なホルダをさらに含み、
前記ロードセルは、前記ホルダに直接接続されている、請求項１または請求項２に記載の固相抵抗スポット接合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固相抵抗スポット接合装置に関する。

【背景技術】

【0002】

固相抵抗スポット接合装置を開示した先行技術文献として、国際公開第２０２１／１８２４４４号(特許文献１)がある。特許文献１に記載された固相抵抗スポット接合装置は、中心加圧軸と、銅電極とを備える。中心加圧軸は、接合温度における金属板材の降伏強度以上の外部応力を金属板材に印加する。銅電極は、金属板材に電流を通電して金属板材を加熱する。金属板材は、通電により形成された軟化領域が外部応力の印加により局所変形することによって、固相状態のまま接合される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２１／１８２４４４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された固相抵抗スポット接合装置において、駆動源に備え付けられたロードセルによって加圧軸の加圧力を測定する場合がある。固相抵抗スポット接合装置では、高い加圧力により被接合物を加圧することによって、駆動源周辺の構成部材が歪みやすいなどの外因が発生するため、当該外因の影響を受けて駆動源に設けられたロードセルによる加圧軸の加圧力の測定精度が低下する可能性がある。

【0005】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ロードセルによる加圧軸の加圧力の測定精度を向上させることができる、固相抵抗スポット接合装置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】

【0006】

本発明に基づく固相抵抗スポット接合装置は、駆動源と、接合ユニットと、ロードセルとを備える。接合ユニットは、重ね合わされた複数の被接合物を軸方向から塑性変形可能に押圧する加圧軸を有し、駆動源によって上記軸方向に駆動される。ロードセルは、上記軸方向において駆動源と加圧軸との間に配置され、上記軸方向の加圧力を測定する。

【0007】

この場合、ロードセルを加圧軸の近傍に設置することにより、駆動源に設けられたロードセルによって加圧軸の加圧力を測定する場合と比較して、ロードセルの測定精度に対する固相抵抗スポット接合装置の構成部材の歪みなどの影響を小さくすることができるため、ロードセルによる加圧軸の加圧力の測定精度を向上させることができる。

【0008】

本発明の一形態においては、ロードセルは、接合ユニットに直接接続されている。

【0009】

この場合、駆動源側から被接合物の接合位置へ近づけることによって、ロードセルの測定精度に対する固相抵抗スポット接合装置の構成部材の歪みなどの影響をより小さくすることができる。

【0010】

本発明の一形態においては、接合ユニットは、上記軸方向において加圧軸の駆動源側に位置して加圧軸を支持する交換可能なホルダをさらに含む。ロードセルは、ホルダに直接接続されている。

【0011】

この場合、ロードセルを接合ユニットの構成のうちの交換可能部品の直上に配置して、ロードセルを被接合物の接合位置に近づけることによって、ロードセルの測定精度に対する固相抵抗スポット接合装置の構成部材の歪みなどの影響をより小さくすることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ロードセルによる加圧軸の加圧力の測定精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施の形態に係る固相抵抗スポット接合装置の構成を示す正面図である。

【図2】本発明の一実施の形態に係る固相抵抗スポット接合装置の接合ユニット周辺の構成を示す断面図である。

【図3】本発明の一実施の形態に係る固相抵抗スポット接合装置により被接合物が接合される前の装置の状態を示す断面図である。

【図4】本発明の一実施の形態に係る固相抵抗スポット接合装置により被接合物が接合された直後の装置の状態を示す断面図である。

【図5】本発明の一実施の形態の変形例に係る固相抵抗スポット接合装置の構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の一実施の形態に係る固相抵抗スポット接合装置について図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

【0015】

なお、図面においては、加圧軸の軸方向に直交かつ接続導体の延在方向に平行な方向をＸ方向とする。また、加圧軸の軸方向をＹ方向とする。さらに、加圧軸の軸方向および接続導体の延在方向に直交する方向をＺ方向とする。

【0016】

図１は、本発明の一実施の形態に係る固相抵抗スポット接合装置の構成を示す正面図である。図２は、本発明の一実施の形態に係る固相抵抗スポット接合装置の接合ユニット周辺の構成を示す断面図である。図３は、本発明の一実施の形態に係る固相抵抗スポット接合装置により被接合物が接合される前の装置の状態を示す断面図である。

【0017】

図１～図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る固相抵抗スポット接合装置１は、重ね合わされた複数の被接合物２に電流を通電させることによって複数の被接合物２に軟化領域を形成させつつ、当該軟化領域を塑性変形させて複数の被接合物２同士を固相状態のまま接合する装置である。

【0018】

固相抵抗スポット接合装置１により接合される被接合物２は、たとえばハイテン材などの鋼板である。なお、被接合物２は、鋼板に限定されず、アルミニウム板などであってもよいし、鋼板とアルミニウム板との異種材料であってもよい。

【0019】

固相抵抗スポット接合装置１は、接合ユニットとしての第１接合ユニット１０および第２接合ユニット２０と、駆動源３０と、電源部４０と、ロードセル７０とを備える。

【0020】

第１接合ユニット１０は、複数の被接合物２を塑性変形可能に押圧し、かつ複数の被接合物２に電圧を印加するためのユニットである。第１接合ユニット１０は、駆動源３０によって軸方向(Ｙ方向)に駆動される。

【0021】

図３に示すように、本発明の一実施の形態における第１接合ユニット１０は、加圧軸１００と、ホルダ１０３と、電極１１０と、ベース部材１２０と、弾性部材１５０と、板状部材１７０と、接続導体１８０と、配線部材１９０とを備える。本実施の形態の第１接合ユニット１０は、Ｙ方向の移動量を測定するリニアエンコーダ６０をさらに備える。なお、リニアエンコーダ６０は、本実施の形態の固相抵抗スポット接合装置１において必須の構成ではない。

【0022】

加圧軸１００は、Ｙ方向に延在する円柱部材である。加圧軸１００の材質は、たとえばタングステンカーバイドである。ただし、加圧軸１００の材質は、被接合物２に対して必要な押圧力を印加することができれば、特に限定されず、工具鋼、耐熱鋼またはセラミックスなどであってもよい。

【0023】

加圧軸１００は、先端１０１および後端１０２を有する。先端１０１は、複数の被接合物２のうちの第１接合ユニット１０側に位置する被接合物２ａと接触する部分である。後端１０２は、テーパ形状を有している。

【0024】

加圧軸１００は、重ね合わされた複数の被接合物２を軸方向(Ｙ方向)から塑性変形可能に押圧する。具体的には、本実施の形態の加圧軸１００は、駆動源３０の駆動によって３０～５０ｋＮの押圧力により複数の被接合物２を押圧する。

【0025】

ホルダ１０３は、軸方向(Ｙ方向)において加圧軸１００の駆動源３０側に位置して加圧軸１００を支持する。ホルダ１０３は、交換可能に構成されている。ホルダ１０３は、加圧軸１００側に内周面を有し、加圧軸１００の後端１０２と係合している。

【0026】

電極１１０は、加圧軸１００とともに駆動源３０によって駆動される。電極１１０は、加圧軸１００に隙間を開けつつ加圧軸１００の周りに配置されている。本実施の形態における電極１１０は、Ｙ方向から見て、円筒形状を有している。

【0027】

電極１１０は、導電性を有している。電極１１０は、たとえば銅により構成されている。電極１１０は、複数の被接合物２に電圧を印加する。電極１１０は、複数の被接合物２への電圧の印加によって、複数の被接合物２に３５００～１００００Ａの電流を通電させて複数の被接合物２を加熱する。

【0028】

ベース部材１２０は、導電性を有し、軸方向(Ｙ方向)に延在している。ベース部材１２０は、たとえば銅により構成されている。

【0029】

弾性部材１５０は、電極１１０を複数の被接合物２に向かって付勢する。本実施の形態においては、電極１１０は、ベース部材１２０を介して弾性部材１５０の付勢によって、たとえば１～２ｋＮの押圧力により複数の被接合物２を押圧する。

【0030】

板状部材１７０は、導電性を有し、ベース部材１２０の周面に接続されている。接続導体１８０は、第１接合ユニット１０のうちの駆動源３０側に固定されている。接続導体１８０の一端が電源部４０側と接続されている。配線部材１９０は、板状部材１７０および接続導体１８０を電気的に接続する。配線部材１９０は、たとえば銅線によって構成されている。

【0031】

図１および図２に示すように、第２接合ユニット２０は、第１接合ユニット１０とともに複数の被接合物２を押圧し、かつ複数の被接合物２に電圧を印加するためのユニットである。第２接合ユニット２０は、固相抵抗スポット接合装置１の筐体に固定されている。

【0032】

本実施の形態における第２接合ユニット２０は、第１接合ユニット１０に対してＸＺ平面を基準として面対称に、第１接合ユニット１０と同じ構成を有している。なお、第２接合ユニット２０は、この構成に限定されず、たとえば弾性部材１５０が設けられていない構成であってもよい。

【0033】

駆動源３０は、第１接合ユニット１０をＹ方向に駆動させる。本実施の形態における駆動源３０は、たとえば、サーボプレス機である。

【0034】

電源部４０は、第１接合ユニット１０および第２接合ユニット２０に電圧を印加する。電源部４０は、電源側導体４１を有する。電源側導体４１が第１接合ユニット１０および第２接合ユニット２０の各々の接続導体１８０に接続されている。

【0035】

電源部４０から供給される電流は、電源側導体４１、接続導体１８０、配線部材１９０、板状部材１７０、ベース部材１２０および電極１１０の順に電流が流れて、被接合物２に電流が流れる。

【0036】

図２および図３に示すように、ロードセル７０は、軸方向(Ｙ方向)の加圧力を測定する。本実施の形態においては、ロードセル７０は、第１接合ユニット１０のうちの加圧軸１００の加圧力を測定する。

【0037】

ロードセル７０は、軸方向(Ｙ方向)において駆動源３０と加圧軸１００との間に配置されている。具体的には、ロードセル７０は、第１接合ユニット１０に直接接続されている。

【0038】

本実施の形態におけるロードセル７０は、たとえば、コラム型である。なお、ロードセル７０は、加圧軸１００の加圧力に耐えることができれば、コラム型に限定されない。

【0039】

以下、固相抵抗スポット接合装置１による被接合物２の固相点接合について説明する。図４は、本発明の一実施の形態に係る固相抵抗スポット接合装置により被接合物が接合された直後の装置の状態を示す断面図である。

【0040】

固相抵抗スポット接合装置１の被接合物２の固相点接合の動作としては、まず、図１～図３に示すように、駆動源３０が第１接合ユニット１０を駆動させることによって、複数の被接合物２のうちの第１接合ユニット１０の電極１１０側に位置する被接合物２ａに電極１１０を当接させる。また、複数の被接合物２のうちの被接合物２ｂには、第２接合ユニット２０の電極１１０が当接する。

【0041】

次に、電極１１０から複数の被接合物２に電圧を印加する。被接合物２同士が密着して接触抵抗が低くなった接触表面が通電経路になって、当該通電経路に電流が流れる。これにより、複数の被接合物２が加熱されて、複数の被接合物２の間に軟化領域Ｒが形成される。

【0042】

次に、図４に示すように、駆動源３０が第１接合ユニット１０をさらに駆動させることによって、加圧軸１００により被接合物２同士の間の軟化領域Ｒを塑性変形させる。この際、電極１１０は、ベース部材１２０を介して弾性部材１５０によって付勢されているため、第１接合ユニット１０において加圧軸１００から独立して駆動し、弾性部材１５０の付勢力によって複数の被接合物２を押圧する。

【0043】

電極１１０から被接合物２に通電されつつ加圧軸１００により押圧されることによって、被接合物２の軟化領域Ｒが塑性変形する。被接合物２は、軟化領域Ｒ以外の位置において被接合物２ａ，２ｂ同士の間に隙間をあけつつ塑性変形する。軟化領域Ｒの塑性変形によって、軟化領域Ｒにおいて新生面が形成される。この新生面同士が当接することによって、被接合物２ａ，２ｂ同士が固相点接合される。

【0044】

上述した固相点接合の動作において、ロードセル７０は、加圧軸１００の加圧力を印加する駆動源３０から押圧される。ロードセル７０は、駆動源３０に配置する場合と比較して、被接合物２の接合位置から近い位置に配置されていることによって、加圧軸１００の被接合物２への加圧力とロードセル７０にかかる加圧力とを略同じにすることができる。ロードセル７０により加圧軸１００の加圧力を測定して、駆動源３０の図示しない制御部へ測定値をフィードバックすることによって、駆動源３０の高精度の位置制御などを行なうことができる。

【0045】

本発明の一実施の形態に係る固相抵抗スポット接合装置１においては、ロードセル７０を加圧軸１００の近傍に設置することにより、駆動源３０に設けられたロードセル７０によって加圧軸１００の加圧力を測定する場合と比較して、ロードセル７０の測定精度に対する固相抵抗スポット接合装置１の構成部材の歪みなどの影響を小さくすることができるため、ロードセル７０による加圧軸１００の加圧力の測定精度を向上させることができる。

【0046】

本発明の一実施の形態に係る固相抵抗スポット接合装置１においては、ロードセル７０を第１接合ユニット１０の直上に配置して、ロードセル７０を駆動源３０側から被接合物２の接合位置へ近づけることによって、ロードセル７０の測定精度に対する固相抵抗スポット接合装置１の構成部材の歪みなどの影響をより小さくすることができる。

【0047】

以下、本発明の一実施の形態の変形例に係る固相抵抗スポット接合装置について図を参照して説明する。本変形例に係る固相抵抗スポット接合装置は、第１接合ユニットおよびロードセルの構成が本発明の一実施の形態に係る固相抵抗スポット接合装置１と異なるため、本発明の一実施の形態に係る固相抵抗スポット接合装置１と同様である構成については説明を繰り返さない。

【0048】

図５は、本発明の一実施の形態の変形例に係る固相抵抗スポット接合装置の構成を示す断面図である。図５に示すように、本変形例に係る固相抵抗スポット接合装置１Ａは、第１接合ユニット１０Ａと、ロードセル７０Ａとを備える。

【0049】

本変形例における第１接合ユニット１０Ａは、加圧軸１００と、ホルダ１０３と、接続導体１８０とを含む。

【0050】

ロードセル７０Ａは、Ｙ方向においてホルダ１０３と接続導体１８０との間に配置されている。ロードセル７０Ａは、ホルダ１０３に直接接続されている。ロードセル７０Ａは、たとえばボルト締結などの固定方法によってホルダ１０３に直接接続されている。

【0051】

第１接合ユニット１０Ａにおいて、加圧軸１００およびホルダ１０３は、固相抵抗スポット接合装置１Ａの使用により交換される頻度が高い。ロードセル７０Ａは、加圧軸１００およびホルダ１０３に比べて、交換頻度が低い。本実施の形態におけるロードセル７０Ａの配置は、ロードセル７０Ａを取り外すことなく加圧軸１００およびホルダ１０３などの交換頻度が高い部品を交換することができ、かつ、ロードセル７０Ａを被接合物２の接合位置に近づけることができる配置となる。

【0052】

本発明の一実施の形態の変形例に係る固相抵抗スポット接合装置１Ａにおいては、ロードセル７０Ａを第１接合ユニット１０Ａの構成のうちの交換可能部品の直上に配置して、ロードセル７０Ａを被接合物２の接合位置に近づけることによって、ロードセル７０Ａの測定精度に対する固相抵抗スポット接合装置１Ａの構成部材の歪みなどの影響をより小さくすることができる。

【0053】

なお、上述した実施の形態においては、１対の電極を一方向に配置し、１対の電極によって被接合物を挟持する、いわゆるダイレクト方式の接合方法について説明したが、本願発明はダイレクト方式に限定されない。本願発明は、インダイレクト方式あるいはシリーズ方式などの他の抵抗接合方式についても適用することができる。

【0054】

また、上述した実施の形態においては、定置式の固相抵抗スポット接合装置について説明したが、この構成に限定されない。本願発明は、たとえばロボットなどの先端に取り付けるガンタイプの接合装置においても適用することができる。

【0055】

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本開示の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではない。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。上述した実施の形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0056】

１，１Ａ 固相抵抗スポット接合装置、２，２ａ，２ｂ 被接合物、１０，１０Ａ 第１接合ユニット、３０ 駆動源、７０，７０Ａ ロードセル、１００ 加圧軸、１０３ ホルダ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】