JPH07185826A - クランプ装置および該装置を用いたスポット溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スパッタ等の火花の散りが起こり難いよう
に、溶接中に加圧力を自在にかつ応答性高く制御するこ
とのできるスポット溶接機を提供する。 【構成】 被溶接物を挟むために電極を大きくストロー
クさせる機能と、溶接電流の通電に際して電極を加圧す
る機能とを分離し、一方の電極１２０を溶接位置に向け
てストロークさせるための空気圧シリンダ１１２と、そ
の後他方の電極１３８を加圧させるための空気圧シリン
ダ１２２とを設ける。まず電極をただ単に移動させると
きには小さな力でよいので、ストローク用シリンダ１１
２はそのシリンダ面積が小さいもので足り、従って省空
気に資することができる。また、加圧用シリンダはその
ストローク，容積が著しく小さいもので足り、従って極
めて大きな応答速度が得られるので、スポット溶接時に
おける通電電流値と同時に下部シリンダ１２２による加
圧力の制御がオンライン・実時間で可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クランプ装置および該
装置を用いたスポット溶接機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スポット溶接を行う際に、その溶接に大
きな影響を与える主な要因は、通電電流値、通電時間お
よび加圧力の三つであるといわれているが、従来のスポ
ット溶接機では、溶接電極を加圧するのに用いられる空
気圧アクチュエータのストロークが大きく、従って応答
速度が著しく遅くて、通電中に加圧力を自在に制御する
ことは困難であるため、通電中の加圧力は一定値に維持
されており、通電電流値と通電時間の二つが自在に制御
されている。従って、通電中の加圧力は殆ど一定である
ため、スパッタ等の火花の散りが起こり易く、また、ア
クチュエータとして空気圧シリンダを用いている場合、
ストロークの大きな空気圧シリンダで電極を駆動し必要
な加圧力を発生させるため、ある程度の高い供給圧力を
必要とし、そのストロークに対応して空気消費量が大き
くなるなどの問題があるのが実情である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、スポット溶
接の通電中に加圧力を大きくして溶接物を押え込む（ク
ランプを強くする）とスパッタ等の火花の散りが起きに
くくなること、加圧力を調整すると接触抵抗の値もある
範囲で調整できて電気消費量の面からより能率が良いこ
と、また、溶接電極を大きくストロークさせるときは小
さな力で足り、一方では対になっている溶接電極が溶接
物を挟み込んで溶接を行う際には溶接電極間に大きな加
圧力を作用させるのが好ましいことに着目してなされた
ものである。

【０００４】また、本発明は、スポット溶接機の加圧機
構に流体圧アクチュエータを適用する場合、その構成要
素たる案内弁やシリンダなどの応答速度（固有振動数）
がシリンダ容積の平方根に反比例することから、シリン
ダストロークを著しく小さくし、シリンダ容積を著しく
減少させると極めて大きな応答速度が得られ、スポット
溶接時における通電電流値と同時に加圧力の制御をオン
ライン・実時間で行い得ること、またシリンダ室の同じ
圧力変化（シリンダの力変化）を生じるのに必要な流体
の量はシリンダ容積に比例するので、シリンダ容積を著
しく減少させると作動流体の量（空気を用いる場合には
空気消費量）も著しく減少することになり加圧力制御に
要する作動流体量を著しく減少させることが可能となる
という考察に基づいてなされたものである。

【０００５】本発明は、以上を技術課題として捉えてな
されたもので、近接対向可能な一対の要素を具備し、そ
れらを近接対向してクランプする位置に相対移動させる
のに空気圧アクチュエータを用いるクランプ装置にあっ
て、クランプ装置の空気消費量を低減することを目的と
する。

【０００６】また、本発明は、スパッタ等の火花の散り
が起こり難いように溶接中に加圧力を自在に、かつ応答
性および精度高く制御することのできるスポット溶接機
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明クラ
ンプ装置は、近接対向可能で、当該近接対向状態におい
て物体をクランプする一対の要素の少なくとも一方を、
前記近接対向する所定の位置に向けて移動させる空気圧
アクチュエータ形態の第１駆動手段と、前記一対の要素
が近接対向したときに、それらの前記移動方向とは逆方
向への変位を阻止する阻止手段と、当該所定の位置にお
いて前記一対の要素の少なくとも一方を、前記第１駆動
手段によって移動を行わせる力より大なる力をもって、
他方に向けて加圧する方向に付勢する第２駆動手段と、
を具えたことを特徴とする。

【０００８】また、本発明は、かかるクランプ装置にあ
って、前記一対の要素の一方を前記第１駆動手段によっ
て駆動される要素とし、当該要素の前記所定の位置から
の前記変位を阻止するとともに、前記一対の要素の他方
を前記第２駆動手段によって駆動するようにした。

【０００９】または、本発明は、前記一対の要素の一方
を前記第１駆動手段によって駆動される要素とし、他方
を固定された要素として前記所定の位置からの前記変位
を阻止するとともに、前記位置所定のにおいて前記一方
の要素を前記第２駆動手段に結合させるようにした。

【００１０】さらに、本発明は、以上の装置にあって、
前記第２駆動手段を、空気圧シリンダを有する空気圧ア
クチュエータで構成した。

【００１１】また、本発明スポット溶接機は、以上のい
ずれかの形態のクランプ装置を具え、前記物体を被溶接
物とし、前記一対の要素を、溶接電流を通電するための
電極としたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明によれば、近接対向可能な一対の要素を
具備し、それらを近接対向してクランプする位置にクラ
ンプ装置を用いてストロークさせるとともに、近接対向
時に相互に加圧させる動作を要するクランプ装置におい
て、要素を大きくストロークさせる機能と、加圧する機
能とを分離したことにより、要素をただ単に移動させる
ときには小さな力でよいので、ストロークを行う空気圧
シリンダのシリンダ面積を大幅に減らすことが可能とな
り、従って省空気に資することができる。

【００１３】また、そのクランプ装置を適用したスポッ
ト溶接機にあっては、スポット溶接の通電中に加圧力を
大きくして溶接物を押え込むことが可能となり、スパッ
タ等の火花の散りが起きにくくなるとともに、加圧力を
調整して接触抵抗の値もある範囲で調整することが可能
となり、電力消費量の低減化を図ることができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

【００１５】（実施例１）まず本発明の第１実施例とし
て、前記一対の要素を溶接電極の対とし、その一方を前
記第１駆動手段によって駆動される電極として、当該電
極の前記所定の位置からの前記変位を阻止するととも
に、前記一対の要素の他方、すなわち他方の電極を前記
第２駆動手段によって駆動するようにした実施例につい
て、具体的に説明する。

【００１６】図１は当該実施例のスポット溶接機の概略
構成を示す側面図、図２はその主要部であるクランプ装
置の断面構成等を示す模式図、図３はさらにその第２駆
動手段側の要部を拡大して示す模式的断面図である。

【００１７】まず図１を用いて本実施例装置の概略構成
を説明するに、定置型スポット溶接機とした本体１０２
の上部梁１０８には、被溶接物を介在させる際の障害と
ならない位置に一対の電極を相対的に離隔させるととも
に、当該設定後には一対の電極を近接対向させるために
比較的大きなストロークを要する第１駆動手段としての
シリンダ１１２が固定されている。そのロッド先端に
は、変圧器１０４から二次導体１０５ａを介して溶接電
流が通電され、また一方では適宜の冷却媒体（冷却水な
ど）で冷却される上部冷却ブロックが設けられている。
１１６はブロック１１４に取り付けられた上部アームで
あり、上部電極ホルダ１１８を適切に位置設定可能に保
持している。１２０はそのホルダ１１８に取り付けられ
た一方の要素としての上部電極チップである。また、１
０６は制御装置であり、図４の主要部を設けることがで
きる。

【００１８】一方、本体１００の下部梁１１０には、シ
リンダ１２２が上部電極チップ１２０の移動を行わせる
力より大なる力をもって他方の要素を上方（電極チップ
１２０に向かう方向）に加圧するように付勢する第２駆
動手段としてのシリンダ部１２２が固定されている。そ
してこのシリンダ部１２２の可動部には、下部冷却ブロ
ック１３４が取り付けられている。

【００１９】下部冷却ブロック１３４は上部電極ホルダ
１１８に対向する下部電極ホルダ１３６を保持してい
る。そして、１３８はそのホルダ１３６に取り付けられ
た他方の要素としての下部電極チップである。なお、下
部冷却ブロック１３４には図示しない適宜の冷却媒体通
路（例えば冷却水を流すための液路）が設けられてい
て、変圧器１０４から二次導体１０５ｂを介して供給さ
れる溶接電流の通電に伴う発熱を冷却できるようになっ
ている。

【００２０】次に、以上の各部の詳細な構成を図２およ
び図３を用いて説明する。まず図２において、シリンダ
１１２内はピストン１５８によってシリンダ室１５２お
よび１５４に区画されており、ピストン１５８にはシリ
ンダ１６６の軸方向（ストローク方向）に延在するロッ
ド１６６が設けられている。シリンダ室１５４を外れた
ロッド１６６の部分の周囲には、変位阻止手段としての
ブレーキシュー１６２が設けられており、さらにその周
囲に設けられたシール１６０の外側にあるブレーキ室１
５６に導入される圧縮空気の作用に応じて径方向に変位
し、ロッド１６６の変位を阻止する。

【００２１】１５２は電磁弁形態の方向制御弁であり、
電気信号であるパイロット信号の入力に応じてブロック
ａまたはｃに切り替わり、圧縮空気供給口１４６をシリ
ンダ室１５２に連通させる一方、シリンダ室１５４を大
気連通口１５０に開放し、または圧縮空気供給口１４６
をシリンダ室１５４に連通させる一方、シリンダ室１５
４を大気連通口１５０に開放する。また、それらパイロ
ット信号の非入力時には、ばねの作用により各部経路を
遮断するｂ位置に保持される。１４４は電磁弁形態の方
向制御弁であり、電気信号であるパイロット信号の入力
に応じてブロックｅに切り替わり、圧縮空気供給口１４
８をブレーキ室１５６に連通させ、また、そのパイロッ
ト信号の非入力時にはブレーキ室１５６を大気連通口１
５０ａに開放する。なお、これら方向制御弁は、パイロ
ットエアの供給に応じて作動するエアオペレートタイプ
のものとしてもよい。このことは後述する各実施例にお
いても同様である。

【００２２】一方、シリンダ１２２は、下部梁１１０に
固定されたシリンダヘッド１２４と、電極チップ１２０
に面する側に設けられたヘッド１２６と、これらヘッド
に挟持固定されたダイアフラム１２８と、そのダイアフ
ラム１２８に取り付けられたピストンディスク１３０と
を有している。さらに、そのディスク１３０と一体に固
着された下部ロッド１３０ａに下部冷却ブロック１３４
が取り付けられている。そして、下部冷却ブロック１３
４は、治具１４０ａ〜１４０ｃによって支持されている
エデンばね１４０に保持されて、図中の上下方向にのみ
変位が規制されており、摩擦なしに上下に運動できるよ
うになっている。

【００２３】さらに、空気圧制御弁１６８から通路１７
２、１７２ａ、１７２ｂおよび１７２ｃを介して、極め
て小さな容積のシリンダ室１７４に少量の作動空気が導
入／排出されることにより、シリンダ室１７４内の空気
圧を素早く変化させることができ、ピストンディスク１
３０に作用する力を素早く変化させ、もって被溶接物を
挟持する力を迅速かつ自在に変化させることができる。
また、ダイアフラム１２８はその受圧面積が大きく、従
って上部シリンダ１１２より大なる力をもって電極チッ
プ１３８を図中上方に付勢することができる。

【００２４】加えて、ピストンディスク１３０の受圧面
側の中央部には短ロッド１３０ｃを突設し、さらにその
先端部には略球状のセンタリングボール１３０ｂを設け
てある。また、空気通路１７２ａ〜１７２ｃおよびシリ
ンダ室１７４を形成している部材１８０の上面中央部に
は穴部１８０ｂを設け、ここにセンタリングボール１３
０ｂが着座するようになっている。これにより、下部シ
リンダ部１２２を組み立てる際のピストンディスク１３
０のセンタリングが容易となる。また短ロッド１３０ｃ
先端を球状としたことによって、穴部１３０ｂへの挿入
も容易となり、さらにはピストンディスク１３０の変位
時に傾斜が生じても、これを許容して円滑な運動を担保
することができる。

【００２５】図４は以上の構成のスポット溶接機の制御
系の構成例を示す。ここで、１は制御手段としてのＣＰ
Ｕであり、図５について後述する処理手順等に従って各
部を制御する。３はその処理手順に対応したプログラム
その他の固定データを格納したＲＯＭである。５はＣＰ
Ｕ１が制御の過程で作業用に用いるワークエリアのほ
か、各種データの一時格納等に用いるエリア等が設けら
れるＲＡＭである。７はＣＰＵ１に対して諸動作条件、
例えば各部空気圧や溶接時の電流値その他所要の条件を
設定するためのコンソールである。

【００２６】１１は上部シリンダが動作して上下電極チ
ップ１２０，１３８が被溶接物を挟持したことを検知す
るための挟持センサであり、シリンダ室１５２の室内圧
力を検出することで挟持状態の検知を行うものとするこ
とができる。また、適宜の部位に配置された光センサ，
機械式の接触センサその他適宜の形態も可とする。さら
に、変圧器１０４に微少な電圧を発生させ、電極チップ
１２０、１３８が被溶接物と接触したときに流れる微少
電流を検知して当該挟持を検出するものであってもよ
い。１３はブレーキシュー１６２によるロッド１６６の
変位阻止状態すなわちロック状態を検出するためのロッ
クセンサであり、ブレーキ室１５６の室内圧力を検出す
ることでロック状態の検知を行うものとすることができ
る。また、圧電素子その他適宜の形態も可とする。さら
に、ブレーキ室１５６に圧縮空気を導入してからロック
が確保されるまでの所定時間後に信号を発生するタイマ
としてもよい。

【００２７】２１は本例では定置型であるスポット溶接
機に対し、電極チップ間の位置に被溶接物を設定しまた
は除去させるための移送装置、２３はそのドライバであ
る。もっとも、操作者が手動でその操作を行うのであれ
ばそれらの配設は不要である。２５および２７は、それ
ぞれ、方向制御弁１４２および１４４にパイロット信号
を送出して弁位置の切り替えを行わせるためのドライバ
である。３１、３３および１６８は、それぞれ上部シリ
ンダ１１２のシリンダ室１５２，１５４、ブレーキ室１
５６および下部シリンダ１２２のシリンダ室１７４に供
給される圧縮空気の圧力を、電気信号に応じて調整する
ための圧力調整部であり、空電制御弁の形態を可とす
る。また、３５は変圧器１０４を制御して溶接電流値や
周波数を調節するためのドライバである。

【００２８】図５は以上の構成による溶接処理手順の一
例を示し、本手順は次のステップにて実施される。 Ｓ１：まず、移送装置２１を用いて、または手操作に
て、十分に離隔している電極チップ１２０，１３８間に
被溶接物を位置づけ、溶接箇所を下部電極チップ１３８
上に設置する。 Ｓ２：次に、方向制御弁１４２を弁位置ｃから弁位置ａ
に切り替えると、弁ポートを通じて供給圧口１４６とス
トロークシリンダ上室１５２とが連通し、一方ストロー
クシリンダ下室１５４と大気圧口１５０とが連通する。
これによりストロークシリンダ１１２のピストン１５８
は下向きの力を受け、下方に動いていき、両ロッド１６
６および１３０ａの先端についている上下の電極チップ
１２０と１３８とが被溶接物を挟み込む。 Ｓ３：被溶接物を上下電極チップ１２０および１３８が
挟み込んだことを挟持センサが検出し、信号を出す。 Ｓ４：この信号によって電磁弁１４４の位置がｄからｅ
に切り替わり、ブレーキ室１５６が供給圧口１４８に連
接し、ブレーキ室の空気圧が上昇して、ブレーキシュー
１６２がストロークシリンダのロッド１６６をロックす
る（これで上部電極は動かなくなる）。 Ｓ５：ロック状態の完了をロックセンサが検出し、ロッ
ク信号を出す。 Ｓ６：ロック信号によって電空圧力制御弁１６８（電空
比例弁や、電気空気圧サーボ弁等）が作動開始し、通路
１７２、１７２ａ、１７２ｂおよび１７２ｃを通じて作
動空気が下部シリンダ室１７４に流入し、その室内圧が
制御され、ダイアフラム１２８並びにピストンディスク
１３０およびセンタリングボール１３０ｂの表面に作用
する圧力により下部電極チップ１３８への加圧力制御が
始まる。

【００２９】以上で通電可能となり、 Ｓ７：溶接電流を流し、その通電中に電流値と加圧力と
を自在に制御する。 Ｓ８：通電を停止する。 Ｓ９：通電停止後、下部シリンダ室１７４から圧力を抜
くと同時に電磁弁１４４の弁位置をｅからｄに切り替え
て、ブレーキ室１５６の内圧を抜き、ブレーキシューが
ストロークシリンダのロッド１６６を押えつける力をな
くしてロッド１６６をアンロックする。 Ｓ１０：電磁弁１４２の弁位置をａからｃに切り替え
て、ストロークシリンダのピストン１５８を元の位置に
戻す。

【００３０】これで、スポット溶接の一サイクルは完了
となる。

【００３１】以上の実施例によれば、スポット溶接機に
要求される機能、すなわち被溶接物を電極間に介在させ
るために電極を大きくストロークさせる機能と、溶接電
流の通電に際して電極を加圧する機能とを分離したこと
により、まず溶接電極をただ単に移動させるときには小
さな力でよいので、同じ供給圧に対して、従来の空気圧
シリンダに比べて上部シリンダ１１２のシリンダ面積を
大幅に減らすことが可能となり、従って省空気に資する
ことができる。また、シリンダストロークを著しく小さ
くしシリンダ容積を著しく減少させると極めて大きな応
答速度が得られるので、スポット溶接時における通電電
流値と同時に下部シリンダ１２２による加圧力の制御が
オンライン・実時間で可能となり、さらにシリンダ室の
同じ圧力変化（シリンダの力変化）を生じるのに必要な
空気量は該シリンダ容積に比例するので、下部シリンダ
容積を著しく減少させると空気消費量も著しく減少する
ことになり、加圧力制御に要する空気量を著しく減少さ
せることが可能となる。

【００３２】また、スポット溶接の通電中に加圧力を大
きくして溶接物を押え込むことが可能となり、スパッタ
等の火花の散りが起きにくくなるとともに、加圧力を調
整して接触抵抗の値もある範囲で調整することが可能と
なり、電気消費量の低減化を図ることができる。さら
に、ストロークさせる機構と加圧する機構とを分離しか
つ分散配置したことにより、両者の構造ひいてはスポッ
ト溶接機の構造が簡単となり、低廉化に資することがで
きる。また、ロック機構付きシリンダは既製品の中から
選択し、加工容易な加圧シリンダのみを製作することで
実現できる。

【００３３】なお、以上の実施例においては、加圧機構
をダイアフラムを有する空気圧シリンダで構成したが、
油圧シリンダや電気的なアクチュエータ等を用いて構成
してもよい。このことは、以下に述べる実施例において
も同様である。

【００３４】また、電極ホルダを図中左右方向に移動す
ることができるようになし、もって種々寸法を有する被
溶接物に対応できるようにしてもよい。この場合におい
て、上部電極ホルダ１１６側に関しては、上部アームを
上部冷却ブロックに対して摺動可能に保持させればよ
い。あるいは、通常工作機械や座標測定装置で実施され
ているように、上部梁１０８を本体１０２に対して水平
方向に移動できるようにし、あるいはまた上部梁が支持
する部材（本例に即して言えばシリンダ１１２）を水平
方向に移動可能に上部梁１０８に支持させればよい。こ
れに対し、下部電極ホルダ１３６側に関しては、例えば
図６に示すような構成を採用することができる。

【００３５】図６の構成おいては、下部梁１１０に十字
ばね支え１３３を固定し、この十字ばね支え１３３に十
字ばね１３３ａ，１３３ｂ各一端をばね押さえ１３３ｄ
によって固定してある。十字ばねの各他端は十字ばね支
え１３３と対をなす十字ばね支え１３３ｃのばね押さえ
１３０ｄに固定されている。そして、下部冷却ブロック
１３４は十字ばね支え１３３ｃに固定されており、十字
ばねの交差部分を中心に回動できるようになっている。
一方、下部冷却ブロック１３４には下部アーム１３７が
挿通されて固定されており、その左右位置は調節できる
ようになっている。また、下部アーム１３７には電極ホ
ルダ１３６が設けられており、この電極ホルダ１３６に
電極チップ１３８が取り付けられている。

【００３６】下部アーム１３７の図中右端の平孔１３１
ａにはロッドピン１３１が上下方向にがたがなく嵌合し
ており、両者はなめらかに左右方向に相対運動ができる
ようになっている。ロッドピン１３１は下部ピストンロ
ッド１３０ａに固定されており、シリンダ室１７４の圧
力に対応した力が加圧シリンダディスク（ピストン）に
作用すると、下部シリンダロッド１３０ａ，ロッドピン
１３１を介して下部アーム１３７に回動力が付与され、
その左端にある下部電極ホルダ１３６，下部電極チップ
１３８が上方に付勢されて加圧が行われる。

【００３７】加圧シリンダについては、図３に示したも
のと同様の構成であるのでその説明は省略するが、図示
の構造はあくまでも説明のためのものであって、他の部
分と図示のごとき寸法関係が定められているのではな
い。

【００３８】なお、以上の例においては、各構造を下部
梁１１０の上面側に配置したが、下面側に配置してもよ
い。これによれば、下部梁１１０の上面を簡素化でき
る。また、この場合において、発熱防止に効果があるの
であれば、二次導体１４０は上面側に配置すればよい。 （実施例２）次に本発明の第２実施例として、前記一対
の要素を溶接電極の対とし、その一方を前記第１駆動手
段によって駆動される電極、他方を固定された電極とし
て当該電極の前記所定の位置からの前記変位を阻止する
とともに、前記一方の電極を前記第２駆動手段に結合さ
せるようにした実施例について、具体的に説明する。

【００３９】図７は当該実施例のスポット溶接機の概略
構成を示す側面図、図８はその主要部であるクランプ装
置の断面構成等を示す模式図、図９はさらにそのロック
機構の詳細を示す横断面図である。

【００４０】ここで、定置型スポット溶接機とした本体
３０２の上部梁３０８には、ストローク・加圧力一体型
シリンダ３１２が固定されている。そのロッド先端に
は、変圧器３０４から二次導体３０５ａを介して溶接電
流が通電され、また一方では適宜の冷却媒体（冷却水な
ど）で冷却される上部冷却ブロックが設けられている。
３１６はブロック３１４に取り付けられた上部アームで
あり、上部電極ホルダ３１８を適切に位置設定可能に保
持している。３２０はそのホルダ３１８に取り付けられ
た一方の要素としての上部電極チップである。また、３
０６は制御装置である。

【００４１】一方、本体３０２の下部梁３１０には、下
部冷却ブロック１３４が固定されている。下部冷却ブロ
ック３３４は上部電極ホルダ３１８に対向する下部電極
ホルダ３３６を保持している。そして、３３８はそのホ
ルダ３３６に取り付けられた他方の要素としての下部電
極チップである。なお、下部冷却ブロック３３４には図
示しない適宜の冷却媒体通路（例えば冷却水を流すため
の液路）が設けられていて、変圧器３０４から二次導体
３０５ｂを介して供給される溶接電流の通電に伴う発熱
を冷却できるようになっている。

【００４２】本例では、上記第１実施例と異なり、上部
電極チップ３２０に関して第１および第２の駆動手段を
設け、すなわちシリンダ３１２に関連してストローク機
構および加圧機構を一体化しているが、その制御系は図
４に示したものとほぼ同様のものを採用でき、また溶接
処理も図５に示したものとほぼ同様の手順にて実行でき
る。以下では、実施例１と異なるもしくは同等に構成で
きる各部の詳細な構成に触れつつ、図７〜図９を用いて
本実施例でのスポット溶接の処理について説明する。

【００４３】本処理は、次のステップにて実施できる。 １：まず、移送装置を用いて、または手操作にて、十分
に離隔している電極チップ３２０，３３８間に被溶接物
を位置づけ、溶接箇所を下部電極チップ３２８上に設置
する。 ２：次に、電磁弁３４２を弁位置ｃから弁位置ａに切り
替える。その結果、弁ポートを通じて供給圧口３４６と
ストロークシリンダ上室３５２とが連通し、一方、スト
ロークシリンダ下室３５４と大気圧口３５０とが連通し
て、ストロークシリンダ３１２のピストン３５８は下向
きの力を受け、下方に動いていき、ピストンロッド３６
６の先端についている上部電極チップ３２０と下部電極
チップ３３８が溶接物を挟み込む。 ３：被溶接物を上下電極チップ３２０および３３８が挟
み込んだことを挟持センサが検出し、信号を出す。 ４：ばね３６２ａはスペーサ３６２ｃとシュー押しディ
スク３６２ｂ（シューの半径方向の動きを規制する部
品）の間にあって、シュー押しディスク、ブレーキシュ
ー、および加圧ピストンを上に押し上げていて、電空圧
力制御弁３６８がｆの位置を取り続けているときはシリ
ンダ室３７４は大気圧３５０ａとなっているので、加圧
力シリンダのピストン３６１は上に行ききっている。 ５：この状態で、挟持検出信号によって電磁弁３４４の
位置がｄからｅに切り替わり、ブレーキ室３５６が供給
圧口３４８に連通し、ブレーキ室の空気圧が上昇して、
シール３６０を介してブレーキシュー３６２をピストン
ロッド３６６に押し付けてブレーキシューとピストンロ
ッドは一体（ロック状態）となる。このロック状態をロ
ックセンサが検出し、ロック信号を出す。 ６：ロック信号によって電空圧力制御弁３６８（電空圧
力比例弁や電空圧力サーボ弁等）が作動開始し、通路３
７４ａを通じて作動空気がシリンダ室３７４に流入し、
その室内圧が制御され、ピストン３６１に作用する圧力
によりブレーキシュー３６２、ピストンロッド３６６を
介して下部電極チップ３３８への加圧力制御が始まる。
この時点で、加圧シリンダピストン３６１は上に行きき
っているので、下向き可能移動量が最大となっている。
ストローク時には、通常弱い加圧力に設定して行うが、
溶接に際しては高い加圧力を発生しなければならないか
ら、本実施例の場合加圧シリンダピストン３６１を下向
きに変位させる必要があり、この加圧シリンダはそれが
可能となっている。なお、故障等で加圧シリンダが作動
しないときは、ストロークシリンダに高い供給圧力３４
６を導入すればよい。

【００４４】以上で通電可能となり、 ７：溶接電流を流し、その通電中に電流値と加圧力とを
自在に制御する。 ８：通電を停止する。 ９：通電停止後、加圧シリンダ室３７４から圧力を抜き
くと同時に電磁弁３４４の弁位置をｅからｄに切り替え
て、ブレーキ室３５６の内圧を抜き、ブレーキシューが
ピストンロッド３６６を押えつける力をなくしてロッド
３６６をアンロックする。

【００４５】セグメント（図９では４個）になっている
ブレーキシュー３６２は、各々の隣合うブレーキシュー
３６２の間にセットしたシュー反発ばね３６２ａによっ
てピストンロッド３６６から離れる方向の力をうけ、両
者の間に隙間ができ、ピストン３５８が加圧することな
くただ移動するときは、徒らな摩耗を避け、かつ摺動摩
擦を減らすようになっている。この隙間は、シュー押し
ディスク３６２ｂによって規制され微小量に留まる。な
お、図８の場合は、Ｏリング３６２ｂの弾力を利用して
各ブレーキシュー３６２をピストンロッド３６６から離
すようにしてある。また、本例のロック機構は、前述第
１実施例および後述第３実施例にも採用できるものであ
る。 １０：電磁弁３４２の弁位置をａからｃに切り替えて、
ピストン３５８を元の位置に戻す。

【００４６】これで、スポット溶接の一サイクルは完了
となる。そして、本実施例によっても、前述第１実施例
とほぼ同様の効果を達成することができる。また、本例
ではストロークさせる機構と加圧する機構とを一体化し
たことにより、装置の小型化を達成できるとともに、機
構のガタを低減できる。 （実施例３）次に本発明の第３実施例として、前記一対
の要素を溶接電極の対としたポータブルタイプまたはロ
ボットアームに取り付けられるタイプの可搬型スポット
溶接機について説明する。

【００４７】図１０は当該実施例のスポット溶接機の概
略構成を示す側面図、図１１はその主要部であるクラン
プ装置の断面構成等を示す模式図である。

【００４８】上部腕５０８と下部腕５１０の間に、上部
ピン５０７と下部ピン５０７ａとによってストローク・
加圧シリンダ５１２が各ピンの回りに回動可能に軸支さ
れており、上部腕５０８および下部腕５１０の図中両右
端には、それぞれ電線，セパレータ，水冷腔等を内蔵す
るキックレスケーブルの取付金具５０５ａおよび５０５
ｂが設けられて、不図示の変圧器等から電流等が供給さ
れるようになっている。また、上部腕５０８および下部
腕５１０の図中両左端には、それぞれ、溶接電流が流れ
かつ冷却水等で冷却される上部冷却ブロック５１４およ
び５３４が取り付けられており、さらにそれぞれのブロ
ックは、上部電極ホルダ（電極桿）５１８および下部電
極ホルダ５３６を介して、それぞれ、上部電極チップ５
２０および下部電極チップ５３８を保持している。

【００４９】ここで、上部腕５０８と下部腕５１０と
は、ピン５０９によって結合しており、そのピン５０９
の回りに相対的に有限角度回動できるようになってい
る。

【００５０】加圧シリンダ部５２２は、実施例１で用い
たシリンダ１２２とほぼ同様の構成であり、ダイアフラ
ム５２８と、そのダイアフラム５２８に取り付けられた
ピストンディスク５３０とを有している。そして、方向
制御弁５６８から通路５７２、５７２ａおよび５７２ｃ
を介して、極めて小さな容積のシリンダ室５７４に少量
の作動空気が導入／排出されることにより、シリンダ室
５７４内の空気圧を素早く変化させることができ、ピス
トンディスク５３０に作用する力を素早く変化させ、も
って被溶接物を挟持する力を迅速かつ自在に変化させる
ことができる。また、ダイアフラム５２８はその受圧面
積が大きく、従って図中下方にあるストロークシリンダ
部より大なる力をもって電極チップ５３８を図１０中上
方に付勢することができる。

【００５１】加えて、ピストンディスク５３０の受圧面
側の中央部には短ロッドを突設し、さらにその先端部に
は略球状のセンタリングボール５３０ｂを設けてある。
また、空気通路およびシリンダ室５７４を形成している
部材の上面中央部には穴部を設け、ここにセンタリング
ボール５３０ｂが着座するようになっている。これによ
り、上記実施例１と同様、シリンダ部５２２を組み立て
る際のピストンディスク５３０のセンタリングや、穴部
１３０ｂへの挿入も容易となり、さらには腕の変位時に
傾斜が生じても、これを許容して円滑な運動を担保する
ことができる。

【００５２】本例においても、その制御系は図４に示し
たものとほぼ同様のものを採用でき、また溶接処理も図
５に示したものとほぼ同様の手順にて実行できる。以下
では、実施例１と異なるもしくは同等に構成できる各部
の詳細な構成に触れつつ、図１０および図１１を用いて
本実施例でのスポット溶接の処理について説明する。

【００５３】本処理は、次のステップにて実施できる。 １：まず、移送装置等を用いて、十分に離隔している電
極チップ５２０，５３８間に被溶接物を位置づける。ロ
ボットアームに図１０の装置を取り付ける場合、 移送
装置はそのロボットアームを含むものとすることができ
る。 ２：次に、電磁弁５４２を弁位置ｃから弁位置ａに切り
替える。その結果、弁ポートを通じて供給圧口５４６と
ストロークシリンダ上室５５２とが連通し、一方ストロ
ークシリンダ下室５５４と大気圧口５５０とが連通し
て、ストロークシリンダのピストン５５８は下向きの力
を受け、下方に動いていき、両シリンダロッド５３０ａ
と５６６が上部腕５０８と下部腕５１０を押し、その両
腕の先端についている上下の電極チップ５２０と５３８
とが被溶接物を挟み込む。 ３：被溶接物を上下電極チップ５２０および５３８が挟
み込んだことを挟持センサが検出し、挟み信号を出す。 ４：ストロークシリンダのピストン５５８が下向きに力
を発生しているとき、電空圧力制御弁５６８がｆの位置
を取り続けているときはシリンダ室５７４は大気圧５５
０ｂとなっているので、加圧力シリンダのピストン５６
１は下に行ききっている。 ５：この状態で、挟持信号によって電磁弁５４４の位置
がｄからｅに切り替わり、 ブレーキ室５５６が供給圧
口５４８に連通し、ブレーキ室の空気圧が上昇して、
シール５６０を介してブレーキシュー５６２がストロー
クシリンダのロッド５ ６６を押さえつけてロックする
（これでストロークシリンダのロッド５６６は 動かな
くなる）。このロックをロックセンサが検出し、ロック
信号を出す。 ６：ロック信号によって電空圧力制御弁５６８（電空比
例弁や、電気空気圧サーボ弁など）が作動開始し、通路
５７２、５７２ａ〜５７２ｃを通じて作動空気が加圧シ
リンダ室５７４に流入し、その室内圧が制御され、ダイ
アフラム５２８並びにピストンディスク５３０に作用す
る圧力により上下腕５０８と５１０とが押し上げられ、
ピン５０９を中心とした回転力を発生し、上下両電極チ
ップ５２０および５３８を加圧する加圧力制御が始ま
る。ストローク時には、通常弱い加圧力に設定して行う
が、溶接に際しては高い加圧力を発生しなければならな
いから、本実施例のような構成の場合加圧ピストンロッ
ド５３０ａを上向きに変位させる必要があるが、この加
圧シリンダではそれが可能となっている。なお、故障等
で加圧シリンダが作動しないときは、ストロークシリン
ダに高い供給圧力５４６を導入すればよい。

【００５４】以上で通電可能となり、 ７：溶接電流を流し、その通電中に電流値と加圧力とを
自在に制御する。 ８：通電を停止する。 ９：通電停止後、加圧シリンダ室５７４から圧力を抜き
くと同時に電磁弁５４４の弁位置をｅからｄに切り替え
て、ブレーキ室５５６の内圧を抜き、ブレーキシューが
ストロークシリンダのロッド５６６を押えつける力をな
くしてロッド５６６をアンロックする。

【００５５】図９と同様セグメントになっているブレー
キシュー３６２は、各々の隣合うブレーキシュー３６２
の間にセットしたシュー反発ばね３６２ａによってピス
トンロッド５６６から離れる方向の力を受け、両者の間
に隙間ができ、ピストン５５８が加圧することなく、た
だ移動するときは、徒らな摩耗を減らし、かつ摺動摩擦
を減らすようになっている。この隙間は、中間ヘッド５
６１と下部ヘッド５６１ａにつけてあるくぼみの印籠部
によって規制され微小量である。なお本例の場合Ｏリン
グ５６２ｂの弾力を利用して各ブレーキシュー５６２を
ピストンロッド５６６から離すようにしてある。 １０：電磁弁５４２の弁位置をａからｃに切り替えて、
ストロークシリンダのピストン５５８を元の位置に戻
す。

【００５６】これで、スポット溶接の一サイクルは完了
となる。そして、本実施例によっても、前述第１実施例
とほぼ同様の効果を達成することができる。なお、本例
はストロークさせる機構と加圧する機構とを分離しかつ
合体配置した構成を採用しているが、実施例２のごとく
一体型の構造を採用してもよい。

【００５７】なお、本発明は、以上述べた諸実施例に限
られることなく、本発明の基本的思想を逸脱しない範囲
で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。例え
ば、スポット溶接機として種々形態のものを用いること
ができるし、またクランプ装置の適用対象としてはスポ
ット溶接機に限られないのは勿論である。例えば、本発
明クランプ装置は、物体をクランプして搬送する装置
や、物体に刻印を施す装置等にも適用できるものであ
る。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
近接対向可能な一対の要素を具備し、それらを近接対向
してクランプする位置にクランプ装置を用いてストロー
クさせるとともに、近接対向時に相互に加圧させる動作
を要するクランプ装置において、要素を大きくストロー
クさせる機能と、加圧する機能とを分離したことによ
り、要素をただ単に移動させるときには小さな力でよい
ので、ストロークを行う空気圧シリンダのシリンダ面積
を大幅に減らすことが可能となり、従って省空気に資す
ることができる。

【００５９】また、そのクランプ装置を適用したスポッ
ト溶接機にあっては、スポット溶接の通電中に加圧力を
大きくして溶接物を押え込むことが可能となり、スパッ
タ等の火花の散りが起きにくくなるとともに、加圧力を
調整して接触抵抗の値もある範囲で調整することが可能
となり、電力消費量の低減化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるスポット溶接機の概
略構成を示す側面図である。

【図２】図１の主要部であるクランプ装置の断面構成等
を示す模式図である。

【図３】第１実施例の第２駆動手段側の要部を拡大して
示す模式的断面図である。

【図４】第１実施例のスポット溶接機の制御系の構成例
を示すブロック図である。

【図５】第１実施例の溶接処理手順の一例を示すフロー
チャートである。

【図６】第１実施例における下部シリンダ部の構成の変
形例を示す側面図である。

【図７】本発明の第２実施例によるスポット溶接機の概
略構成を示す側面図である。

【図８】図７の主要部であるクランプ装置の断面構成等
を示す模式図である。

【図９】図８におけるロック機構の詳細を示す横断面図
である。

【図１０】本発明の第３実施例によるスポット溶接機の
概略構成を示す側面図である。

【図１１】図１０の主要部であるクランプ装置の断面構
成等を示す模式図である。

【符号の説明】

１０２、３０２ 溶接機本体 １０４、３０４ 溶接変圧器 １０５ａ、１０５ｂ、３０５ａ、３０５ｂ、５０５ａ、
５０５ｂ 二次導体 １０６、３０６ 制御装置 １０８、３０８ 上部梁 １１０、３１０ 下部梁 １１２、３１２、５１２ シリンダ １１４、１３４、３１４、３３４、５１４、５３４ 冷
却ブロック １１８、１３６、３１８、３３６、５１８、５３６ 電
極ホールダ １２０、１３８、３２０、３３８、５２０、５３８ 電
極チップ １２２、５２２ 加圧シリンダ １２８、５２８ ダイアフラム １３０、５３０ ピストンディスク １３０ａ 下部ロッド １３０ｂ センタリングボール １４０、５４０ エデンばね １４２、３４２、５４２ 方向制御弁（３位置電磁弁） １４４、３４４、３６８、５４４、５６８ 方向制御弁
（２位置電磁弁） １４６、１４８、３４６、３４８、５４６、５４８ 供
給圧口 １５０、１５０ａ、３５０、３５０ａ、５５０、５５０
ａ 大気圧口 １５２、３５２、５５２ シリンダ上室 １５４、３５４、５５４ シリンダ下室 １５６、３５６、５５６ ブレーキ室 １５８、３５８、５５８ シリンダピストン １６２、３６２、５６２ ブレーキシュー １６６、３６６、５６６ ピストンロッド １６８ 電気空気圧制御弁 １７２、１７２ａ〜１７２ｃ、５７２、５７２ａ〜５７
２ｃ 空気通路 １７４、５７４ 下部シリンダ室 １７５、５７５ ダイアフラム押え

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 近接対向可能で、当該近接対向状態にお
   いて物体をクランプする一対の要素の少なくとも一方
   を、前記近接対向する所定の位置に向けて移動させる空
   気圧アクチュエータ形態の第１駆動手段と、 前記一対の要素が近接対向したときに、それらの前記移
   動方向とは逆方向への変位を阻止する阻止手段と、 当該所定の位置において前記一対の要素の少なくとも一
   方を、前記第１駆動手段によって移動を行わせる力より
   大なる力をもって、他方に向けて加圧する方向に付勢す
   る第２駆動手段と、 を具えたことを特徴とするクランプ装置。
2. 【請求項２】前記一対の要素の一方を前記第１駆動手段
   によって駆動される要素とし、当該要素の前記所定の位
   置からの前記変位を阻止するとともに、前記一対の要素
   の他方を前記第２駆動手段によって駆動するようにした
   ことを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
3. 【請求項３】前記一対の要素の一方を前記第１駆動手段
   によって駆動される要素とし、他方を固定された要素と
   して前記所定の位置からの前記変位を阻止するととも
   に、前記所定の位置において前記一方の要素を前記第２
   駆動手段に結合させるようにしたことを特徴とする請求
   項１に記載のクランプ装置。
4. 【請求項４】前記第２駆動手段を、空気圧シリンダを有
   する空気圧アクチュエータで構成したことを特徴とする
   請求項１ないし３のいずれかに記載のクランプ装置。
5. 【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載のクラ
   ンプ装置を具え、前記物体を被溶接物とし、前記一対の
   要素を、溶接電流を通電するための電極としたことを特
   徴とするスポット溶接機。