JP2011206808A - 溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波溶接装置においてホーンの移動速度を高めてもワークにダメージ等を与えることなく、しかも、取り扱うワークの種類が変更されても容易に対応でき、溶接時に材料が変形した場合でも常に一定の圧力をかけることができ、多品種のワークに対応できるようにする。
【解決手段】超音波溶接装置１のホーン１４を移動させるための駆動部をステッピングモータ７とボールネジ部８の組み合わせとし、ボールネジ部８とホーン１４の間にエア緩衝器１３を設けることで、ホーン１４の移動速度や移動量やワークに対する加圧力調整が容易に行われるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば超音波溶接装置やスポット溶接装置のように、ワークに加圧力をかけながら溶接する溶接装置に関する。

従来、例えば超音波溶接やスポット溶接のようにワークをホーンとアンビル、または一対の電極で挟み込み、ワークに一定の圧力をかけながら超音波振動や大電流などを与えて溶接する溶接技術において、ホーンや一方側の電極（ワーク当接部材）をワークに向けて接近・離脱移動させたりワークを加圧したりする際にエアシリンダを使用することが広く行われており（例えば、特許文献１参照。）、この際、ワーク当接部材を含むユニット全体の接近・離脱移動をカム機構で行い、ワーク当接部材による加圧をエアシリンダで行うような技術（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）や、加圧をスプリングの圧力で行うような技術（例えば、特許文献４参照。）や、錘によるてこの作用を利用しワークを加圧するような技術（例えば、特許文献５参照。）も知られている。

特開平１１−２００２４号公報 特開平１１−２８７６７号公報 特開２００３−１２７２３４号公報 特開２００１−１０５１６０号公報 特開２００８−１０３７号公報

ところが、従来のエアシリンダを用いてワーク当接部材の接近・離脱移動や加圧を行う方式では、例えば、接近・離脱ストロークが大きいにも拘らずワークに過大な力を加えるのが適切でない場合等においては、接近速度を上げることができないため溶接するまでの移動時間がかかって作業効率が悪いという問題があった。また、ワークを加圧する際、スプリング力やてこの力を利用する技術は、溶接中のワークが変形し、厚みが変位するような場合、加圧力が変化し易く、溶接品質が安定しないととともに、加圧力を変化させるためにはスプリングや錘を取り換えなければならないため、多品種のワークを取り扱う際には不便であった。

そこで本発明は、ワークに向けて接近・離脱自在で且つワークに加圧力をかけるためのワーク当接部材の移動速度を高めてもワークにダメージ等を与えることなく、しかも、取り扱うワークの種類が変更されても容易に対応することができ、さらに、溶接時に材料が変形した場合でも常に一定の圧力をかけることができて溶接品質を一定に保持できるようにするとともに、ワークに対する加圧力を変化させることができるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、受け部材上にワークを載置し、このワークに向けて駆動手段で駆動されるワーク当接部材を接近・当接させ、このワーク当接部材でワークを加圧しながら溶着するようにした溶接装置において、前記駆動手段とワーク当接部材との間、または前記受け部材とこの受け部材が取り付けられる取付部材との間にエア緩衝器を介在させるようにした。

すなわち、例えば超音波溶接においては、受け部材としてのアンビル上にワークを載置し、このワークに向けてワーク当接部材としてのホーンを移動させて接近・当接させ、ホーンを介してワークを加圧しながら溶接し、スポット溶接においては、受け部材としての一方側の電極と、ワーク当接部材としての他方側の電極によってワークを挟み込み、駆動手段等によってワーク当接部材を介してワークを加圧しながら溶接するが、この際、駆動手段とワーク当接部材との間、または受け部材と受け部材が取り付けられる取付部材との間にエア緩衝器を介在させることで、ワーク当接部材がワークに接触するときの衝撃を緩和することができ、ワーク当接部材を高速で移動させることができる。また、溶接中ワークが変形した場合でも、その変位をエア緩衝器が吸収するため、ワーク当接部材によるワークへの加圧がより安定する。

なお、この際のエア緩衝器としては、空気の弾性力を利用して衝撃を緩和するような機器であり、例えばワークに向けてワーク当接部材をストローク移動させる際、ストローク量に応じて密封空間部内にエアを導入して衝撃緩和効果を得るだけのようなタイプのものが適用可能である。

また、前記駆動手段をパルス制御式モータとボールネジの組み合わせにすれば、ワーク当接部材の移動速度や移動ストロークを簡単に調整できるようになり、例えばワーク当接部材とワークの距離が離れているような場合には、ワーク当接部材を高速で移動させ、近づいた場合には低速に切り換えるような制御が簡単に行えるとともに、エア緩衝器を駆動部とワーク当接部材の間に配置するような場合には、エア緩衝器と組み合わせることで、ワークに対するワーク当接部材の加圧力を容易に調整できるようになり、多品種のワークの溶接に簡単に対応させることができるようになる。すなわち、加圧力を高めたい場合には、供給エア圧を高く設定し、加圧力を弱めたい場合には、供給エア圧を低く設定すればよい。また加圧力を強めたい場合には、ワーク当接部材の移動ストローク制御値を大きめに設定し、加圧力を弱めたい場合には、ワーク当接部材の移動ストローク制御値を小さめに設定すればよい。

受け部材とワーク当接部材によってワークを挟み込み、ワーク当接部材でワークを加圧しながら溶接するような溶接装置において、駆動手段とワーク当接部材との間、または受け部材とこの受け部材が取り付けられる取付部材との間にエア緩衝器を介在させることで、ワーク当接部材がワークに接触するときの衝撃を緩和することができ、ワーク当接部材を高速で移動させることができるとともに、溶接中ワークが変形した場合でも、ワークへの加圧を一定に保持でき溶接品質を高めることができる。また、駆動手段をパルス制御式モータとボールネジの組み合わせにすれば、ワーク当接部材の移動速度を簡単にしかも精密に調整できるようになり、しかも、例えば、エア緩衝器を駆動部とワーク当接部材との間に配置するような場合には、ワークに対する加圧力調整が可能となって、取り扱うワークの種類が変更されても容易に対応できるようになる。

本発明に係る溶接装置を超音波溶接機として適用した場合の一例を示す全体図である。 本発明に適用されるエア緩衝器の一例を示す説明図である。

本発明に係る溶接装置の一例について添付した図面に基づき説明する。
本発明に係る溶接装置は、ワークに向けて接近・離脱自在で且つワークに加圧力をかけるためのワーク当接部材の移動速度を高めてもワークにダメージ等を与えることなく、しかも、取り扱うワークの種類が変更されても容易に対応することができ、さらに、溶接時に材料が変形した場合でも常に一定の圧力をかけることで溶接品質を高めることができるようにされ、本実施例では、超音波溶接装置に適用されている。

そして、本溶接装置は、導体の弱い厚みが薄い導体、または幅の狭い導体に特に有効であり、例えば、回転コネクタの導体（厚み３５ミクロン、幅１．６ｍｍ程度の銅箔）と端子（銅製）を接合する際に使用され、この導体は、樹脂に被覆されたフラットケーブルで溶接部分のみの被覆が除去されて導体が露出し、溶接部分の周囲は樹脂モールドで囲われたものであり、この部分に端子が重ね合わせられて溶着されている。この際、導体部分は破断しやすいが、本願発明の溶接装置は、これを破断させずに確実に溶着できるようにされている。

すなわち、図１に示すように、本溶接装置１は、基台２の一方側寄りに立設される支持台３と、基台２の他方側寄りに水平移動可能に設けられたスライド台４を備えており、このスライド台４上には、アンビル６が取り付けられるアンビル取付部材５が固定されるとともに、前記支持台３の上部には、駆動手段としてのパルス制御式のステッピングモータ７がモータ軸を縦方向にして取り付けられ、このステッピングモータ７から下方に延出するモータ軸にはボールネジ部８が設けられている。そして、このボールネジ部８の下端部は、支持台３から前方に張り出す軸受け部材９によって軸受けされている。

また、ボールネジ部８の中間部には、雌ネジ部材１１が螺合しており、この雌ネジ部材１１には、下方に延びる連結部材１２を介してエア緩衝器１３が接続され、このエア緩衝器１３の下方には、ワークに接触して超音波振動を与えるワーク当接部材としてのホーン１４が接続されている。

このため、ステッピングモータ７を作動させてボールネジ部８を回転させると、雌ネジ部材１１や連結部材１２やエア緩衝器１３などを介してホーン１４が昇降し、アンビル６上に載置したワークに対してホーン１４の先端部が接近・当接及び離脱自在になるようにしている。
また、前記スライド台４は、図１の紙面垂直方向にスライド自在にされ、例えばアンビル６上の紙面垂直方向に向けて所定間隔置きに複数のワークをセットしておき、ホーン１４の下方に対応するワークの溶接が完了すると順次スライド台４をスライドさせて次のワークをホーン１４の下方に移動させてゆくことで、すべてのワークに対して効率良く溶接作業が行われるようにしている。

エア緩衝器１３は、空気の弾性力を利用して衝撃を緩和するようなものが適用可能であり、本実施例では、ブリヂストン社製の空気バネ（製品名２Ｍ２Ａ）を使用している。このエア緩衝1３は、図２に示すようにホーン１４の降下に連れて密閉空間部１６内に空気が流れ込んで緩衝効果を発揮するようにされており、ホーン１４が一定の位置まで降下すると、その後は均一な圧力でワークを加圧できるようにされている。

以上のような溶接装置１における動作制御の一例について説明する。
アンビル６上に、ワークとして回転コネクタの導体（銅箔）と銅製の端子を重ねてセットし、駆動源としてステッピングモータ７を作動させ、ボールネジ部８を介してホーン１４を降下させる。この際、最初の降下ストロークは、６０ｍｍ／ｓ程度の高速送りで移動させ、ホーン１４がワークに接触する前に２０ｍｍ／ｓ程度の低速にして移動させ、最終的にエア緩衝器１３の作用によってホーン１４がワークに接触する際、ワークが損傷しないようにするとともに、ホーン１４の下死点が検知されるとステッピングモータ７の作動が停止する。この状態で、エア緩衝器１３によってワークに対する加圧力が一定に保持される。

そして、ホーン１４を通してワークに超音波振動を与えることでワークを溶接するが、この際、ワークが変形していく場合でも、厚み方向の変位はエア緩衝器１３によって吸収され、ワークに対する加圧力は一定に保持されるため、溶接品質が良好となる。
溶接が完了すると、モータ７が作動してホーン１４が上昇し、ホーン１４の上死点が検知されると、モータ７の駆動が停止する。そして、スライド台４がスライドして次のワークが下方に来ると、同じ手順が繰り返される。

以上のような要領で、ホーン１４の移動速度を高速に設定してもエア緩衝器１３の作用によってワークに対するダメージが抑制され、従来であればホーン１４を移動させるためのタクトタイムに２．２５秒／ｃｈ程度要していたものを、１秒／ｃｈ程度に短縮できるようになり、しかも、溶接時の材料変形による厚み方向の変位をエア緩衝器１３で吸収できるためワークに対する加圧力を一定に保持することができ、溶接品質を良好にすることができる。
また、ホーン１４を移動させるためステッピングモータ７とボールネジ部８の組み合わせにしているため、移動速度を容易に変換できるとともに、正確に移動制御することができる。

また、エア緩衝器１３の取付け位置を、ホーン１４とボールネジ部８の間にしている場合には、供給エア圧の設定により加圧力を調整できる。また、ホーン１４の降下ストローク制御値を調整することによって、ワークに対する加圧力を簡単に調整することができる。すなわち、加圧力を強めたい場合には、供給エア圧を高く設定し、加圧力を弱めたい場合には、供給エア圧を低く設定すればよい。また、加圧力を強めたい場合には、ステッピングモータ７やボールネジ部６によるホーン１４の降下ストローク制御値を多めにし、加圧力を弱めたい場合には、ホーン１４の降下ストローク制御値を小さめにする。

なお、以上の実施例では、エア緩衝器１３をステッピングモータ７やボールネジ部８とホーン１４の間に設けているが、アンビル６とアンビル取付部材５の間に設けるようにしてもよい。
また、本実施例では、溶接装置として超音波溶接機の場合を例にとって説明したが、超音波溶接機のほか、スポット溶接などにも適用可能である。

超音波溶接装置とかスポット溶接装置などのようにワークを加圧しながら溶接する装置において、タクトタイムの短縮が図られると同時に、溶接品質を向上させることができるため広い範囲での普及が期待される。

１…溶接装置、７…ステッピングモータ、８…ボールネジ部、１３…エア緩衝器、１４…ホーン。

Claims (2)

1. 受け部材上にワークを載置し、このワークに向けて駆動手段で駆動されるワーク当接部材を接近・当接させ、このワーク当接部材でワークを加圧しながら溶着するようにした溶接装置であって、前記駆動手段とワーク当接部材との間、または前記受け部材とこの受け部材が取り付けられる取付部材との間にエア緩衝器を介在させることを特徴とする溶接装置。
2. 前記駆動手段をパルス制御式モータとボールネジの組み合わせにすることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。

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