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JP5332509B2 - 抵抗溶接機 - Google Patents

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Description

本発明は、ワイヤー等の線材の抵抗溶接に用いられる抵抗溶接機に関する。
従来から、基板上に置かれた溶接材料に、一対の電極を圧接させると共に、この溶接材料に通電させて、通電により生じる抵抗熱によって溶接材料を基板上に溶接する抵抗溶接機が知られている。この種の抵抗溶接機は、例えば、基板上に形成された複数の電極ランドを、ワイヤー等の線材で結線させる際に用いられる（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
ここで、一般的な抵抗溶接機の構成及びその動作例について、図７（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。抵抗溶接機１０１は、一対の溶接用の電極１０２ａ，１０２ｂと、これら電極１０２ａ，１０２ｂの先端側に線材１０３を搬送するガイド部１０８と、電極１０２ｂとガイド部１０８との間に設けられて線材１０３を切断する切断刃１０２ｃとを備える。なお、以下の説明では、配線基板１０４ａ，１０４ｂ上に形成された電極ランド１０５ａ，１０５ｂを線材１０３で結線させる例を挙げる。
抵抗溶接機１０１は、溶接用電極１０２ａ，１０２ｂの先端部を、電極ランド１０５ａ上に搬送された線材１０３に圧接させると共に、この線材１０３に通電させることにより、線材１０３を電極ランド１０５ａ上に溶接する（図７（ａ））。次に、抵抗溶接機１０１は、溶接用電極１０２ａ，１０２ｂを電極ランド１０５ｂの方へ移動させると共に、ガイド部１０８に内装されたローラを駆動させて、所定長さの線材１０３を電極１０２ａ，１０２ｂの先端側に供給する（図７（ｂ））。続いて、電極ランド１０５ａへの溶接と同様に、電極ランド１０５ｂ上の線材１０３に圧接及び通電させて、線材１０３を電極ランド１０５ｂ上に溶接する。また、溶接が完了すると、線材１０３は切断刃１０２ｃによって切断される（図７（ｃ））。
また、上述したような切断刃１０２ｃに代えて、溶接用の電極とは別個に設けられた溶断用電極を用いて線材を切断する抵抗溶接機が知られている（例えば、特許文献３参照）。この種の抵抗溶接機は、上記溶断用電極に加えて、溶接用の固定式電極と可動式電極とを備え、溶接用の固定式及び可動式電極で線材を挟んで抵抗溶接を行うと共に、溶断用電極及び上記固定式電極で線材を挟むことにより、線材を溶断するものである。
特開平１−２４９２７７号公報 特開平７−３７９２２号公報 特開平４−２２４０８３号公報
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に示された抵抗溶接機において、例えば、銅リボン材といった比較的硬質な線材や、厚い又は太い溶接材料は、上述したような切断刃による切断が困難である。また、そのような溶接材料を切断するには、頑丈な切断刃や、切断刃に強い力を付与する大型の駆動機構が必要になる。しかし、そのような切断刃や大型の駆動機構を溶接用の電極に併設させると、冶具周りが大きくなってしまうので、微細実装に適した抵抗溶接機を実現することができない。
また、特許文献３に示された抵抗溶接機は、溶接用の可動式電極及び固定式電極が溶接材料を挟んで離れているため、また、可動式電極及び溶断用電極の夫々を個別に動作させるための駆動機構を要するので、冶具周りが大きくなり、微細実装には適していない。
本発明は、上記課題を解決するものであり、切断刃を用いることなく、溶接材料を切断することができ、しかも冶具周りがコンパクトで微細実装に適した抵抗溶接機を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、一対の電極を溶接材料に圧接させて、該溶接材料に通電することによって抵抗溶接を行う抵抗溶接機であって、前記一対の電極に併設され、該一対の電極の一方と前記溶接材料を介して接離可能に構成された溶断用電極を備え、前記一対の電極の一方又は前記溶断用電極の少なくともいずれかは、該一対の電極の一方と前記溶断用電極とが前記溶接材料を介して接触する際において前記溶接材料と接触する部分に突起部が設けられており、前記接触部分で前記溶接材料を挟んで圧接し、かつ、接触した前記溶接材料を介して前記一対の電極の一方と前記溶断用電極との間で通
電させ、前記溶接材料を切断するものである。
請求項２の発明は、請求項１に記載の抵抗溶接機において、前記突起部は、溶接材料との接触角度が可変となるように構成されているものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の抵抗溶接機において、前記溶断用電極は、前記溶接材料の搬送路となるガイド部が形成されているものである。
請求項１の発明によれば、電極の一方及び溶断用電極で溶接材料を挟み込んで抵抗過熱するので、例えば、切断刃では切断し難いような溶接材料でも容易に溶断することができる。また、一対の電極及び溶断用電極を併設したコンパクトな冶具周りを実現することができ、微細実装に適した抵抗溶接機が得られる。
また、請求項１の発明によれば、突起部が溶接材料に線接触し、溶接材料の接触部に電流が集中するので、効率的な抵抗過熱による溶断が可能になる。
請求項２の発明によれば、溶接材料の形状に応じて突起部と溶接材料との接触角度を適宜に変化せることにより、実質的に突起部が溶接材料と接触できる領域が広くなるので、様々な形状の溶接材料に通電させ、それを溶断することができる。
請求項３の発明によれば、ガイド部によって線材等の接合材料の姿勢が安定化するので、一対の電極上に安定して接合材料を搬送でき、高精度の溶接及び溶断が可能になる。
本発明の第１の実施形態に係る抵抗溶接機について、図１を参照して説明する。本実施形態の抵抗溶接機１は、一対の溶接用の電極２ａ，２ｂを備え、これら電極２ａ，２ｂの先端部を溶接材料（ここでは線材３とする）に圧接させると共に、この線材３に通電するものである。電極２ａ，２ｂによって圧接された線材３には、通電による抵抗熱が生じ、この抵抗熱によって線材３は配線基板４上に形成された電極ランド５に溶接される。また、抵抗溶接機１は、溶接用の電極２ａ，２ｂに併設され、一方の電極（図示の例では電極２ｂ）と線材３を介して接離可能に構成された溶断用電極２ｃを備える。
また、抵抗溶接機１は、電極２ａ，２ｂ及び溶断用電極２ｃを装着するための電極ホルダ（図示せず）と、電極ホルダを介して電極２ａ，２ｂ及び溶断用電極２ｃに給電する電源部（図示せず）と、配線基板４が配置される基台６と、電極２ａ，２ｂ及び溶断用電極２ｃを装着した電極ホルダを基台６上の任意の位置に移動させるアーム（図示せず）と、電極２ａ，２ｂ及び溶断用電極２ｃへの給電及び上記アームの動作等を制御するマイコン等から成る制御部（図示せず）とを備える。
電極２ａ，２ｂは、例えば、高温劣化の少ないモリブデン(Ｍｏ)やタングステン（Ｗ）等によって略直方体形状に、好ましくは、電極ホルダに接続される基端部よりも線材３と接する先端部の方が先細りとなる形状に形成される。電極２ａ，２ｂは、電源部からの給電を受けて電極２ａ，２ｂ間で電位差を有しており、それらの先端部が線材３に圧接されることにより、線材３に通電することができる。好ましくは、図示したように、一方の電極２ｂは線材３を介して溶断用電極２ｃと接触する部分に突起部７ｂが設けられている。
溶断用電極２ｃは、上記電極２ａ，２ｂと同様に、例えば、モリブデン(Ｍｏ)やタングステン（Ｗ）等により略直方体形状に形成される。線材３は電極２ｂと溶断用電極２ｃとの間から電極２ａ，２ｂの先端部へ供給される。また、電極ホルダには、溶接用の一方の電極（電極２ｂ）と溶断用電極２ｃとの相対距離を可変とする駆動機構が備えられる。この駆動機構の動作は、上記アーム等と同様に、抵抗溶接機１に備えられた制御部により制御される。
線材３には、例えば、その表面が金（Au）や錫（Sn）等でめっきされた銅線等が用いられる。なお、本実施形態の抵抗溶接機１は、ここで説明する線材３に限らず、例えば、リボン材等の溶接にも用いることができる。抵抗溶接機１は、線材３を収納するワイヤホルダ（図示せず）と、溶断用電極２ｃに併設されたクランパ（図示せず）とを備える。すなわち、線材３は、溶接時にクランパによってワイヤホルダから引き出されると共に、電極２ｂと溶断用電極２ｃとの隙間から電極２ａ，２ｂの先端部に搬送される。本実施形態では、電極２ｂと溶断用電極２ｃとの隙間は、実質的に線材３の搬送路（ガイド部）として機能する。
配線基板４には、ガラスエポキシ基板等の汎用のプリント配線基板（ＰＥＢ）が用いられ、配線基板４の表面は、金（Au）めっきや半田レベラー処理等されていてもよい。基台６は溶接時に配線基板４を安定的に保持するものである。電極２ａ，２ｂは、基台６上の任意の位置に配置された単数又は複数の配線基板４に線材３を溶接及び結線できるように、３次元的に可動とされる。結線経路は、例えば、配線基板４の三次元ＣＡＤデータ等から予め作成され、制御部はこの結線経路に基づいてアームを駆動させて、電極２ａ，２ｂを配線基板４上の所定の電極ランド５へ移動させる。
次に、抵抗溶接機１の動作について、図２（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。ここでは、配線基板４ａ，４ｂ上に形成された電極ランド５ａ，５ｂを線材３で結線させる例を挙げる。なお、基台６の図示は省略した。抵抗溶接機１は、電極ランド５ａに配置された線材３に、溶接用の電極２ａ，２ｂの先端部を圧接させる。これにより、電極２ｂから線材３を通って電極２ａへ電流が流れる。このとき、線材３には通電による抵抗熱が生じ、この抵抗熱によって線材３は電極ランド５ａに溶接される（図２（ａ））。なお、図面においては、便宜上、電極２ａを−（マイナス）、電極２ｂを＋（プラス）とした例を示すが、線材３を介して電気的に接続される電極２ａ，２ｂ間に電位差が生じれば抵抗溶接は可能であるので、例えば、電極２ａがプラス、電極２ｂがマイナスであってもよい。
次に、抵抗溶接機１は、電極２ａ，２ｂを電極ランド５ｂの方へ移動させる（図２（ｂ））。このとき、溶断用電極２ｃに併設されたワイヤクランプが、溶接用の電極２ａ，２ｂの移動距離に応じた長さの線材３を供給する。続いて、電極ランド５ａへの溶接と同様に、電極ランド５ｂに電極２ａ，２ｂの先端部を線材３に圧接させると共に通電させて、線材３を電極ランド５ｂ上に溶接する（図２（ｃ））。
溶接完了後、抵抗溶接機１は、溶断用電極２ｃが線材３を介して電極２ｂと接するように溶断用電極２ｃを移動させると共に、電極２ｂと溶断用電極２ｃと間で通電させる。このとき、アームを駆動させて、電極２ａ，２ｂを線材３と接触しない位置に、例えば、圧接位置よりも僅かに上方へ移動させる。または、電極２ａ，２ｂ間の電位差よりも、電極２ｂと溶断用電極２ｃとの間の電位差が大きくなるように、各電極間に印加される電圧を制御する。そうすると、線材３のうち電極２ｂ及び溶断用電極２ｃに挟まれた領域には通電による抵抗熱が生じ、また、溶断用電極２ｃが線材３を電極２ｂ側へ圧接することにより、線材３は溶断される（図２（ｄ））。以上の動作により、電極ランド５ａ，５ｂは線材３によって結線される。
本実施形態の抵抗溶接機１によれば、溶接用の電極２ｂと溶断用電極２ｃとで線材３（溶接材料）を挟み込んで抵抗過熱するので、切断刃では切断し難いような溶接材料でも容易に切断（溶断）することができる。また、このとき、溶断用電極２ｃが線材３を圧接する力は、切断刃を用いる場合よりも小さな力で線材３を溶断することができる。すなわち、電極２ｂと溶断用電極２ｃとの相対距離を可変とする駆動機構には、電極ホルダに内装できるような小型モータ等を適用することができる。そのため、溶接用の電極２ａ，２ｂ及び溶断用電極２ｃを併設したコンパクトな冶具周り実現することができ、微細実装に適した抵抗溶接機１が得られる。
また、図示したように、電極２ｂに突起部７ｂが形成されていると、突起部７ｂが線材３と線接触し、線材３の接触部に電流が集中するので、効率的な抵抗過熱による線材３の溶断が可能になる。また、線材３に付与される圧接力も集中するので、溶断用電極２ｃを圧接させる力が小さくても、線材３を切断することができる。
ここで、電極に形成された突起部の変形例について説明する。突起部は、電極２ｂではなく、溶断用電極２ｃに形成されていてもよい（図３（ａ）に示す突起部７ｃ）。また、電極２ｂ及び溶断用電極２ｃの両方に突起部７ｂ，７ｃが設けられていてもよい（図３（ｂ））。更に、突起部の形状は、上記図面で示したように、その鉛直断面が半円形（図４（ａ））であるものに限らず、例えば、四角形（図４（ｂ））又は三角形（図４（ｃ）（ｄ））となるものであってもよい。こうすれば、溶接材料の形状や材質特性等に応じた効果的な通電が可能になる。なお、ここでは溶断用電極２ｃの突起部７ｃのみを図示するが、電極２ｂの突起部７ｂについても同様である。
次に、本発明の第２の実施形態に係る抵抗溶接機について、図５を参照して説明する。本実施形態の抵抗溶接機１は、線材３（溶接材料）との接触角度が可変となるように構成された突起部７０を備えたものである。その他の構成は上述した第１の実施形態の抵抗溶接機１と同様である。なお、ここでは溶断用電極２ｃに突起部７０が設けられた例を図示する。
この突起部７ｃは、例えば、線材３と接する溶断用電極２ｃの一面に取付部７１が設けられ、この取付部７１の突出方向に垂直な方向には回転軸が形成されていて、突起部７ｃが回転軸に係止されることにより実現される。また、この回転軸自体が取付部７１の突出方向を軸とするように回転自在に構成されていてもよい。
線材３（溶接材料）の形状（特に厚さ）によっては、溶接材料が完全に溶断される前に電極２ｂと溶断用電極２ｃとが接触してしまうことがある。そうすると、溶接材料に十分に通電できなくなり、抵抗過熱による溶断を完了できなくなる虞がある。これに対して、本実施形態の抵抗溶接機１によれば、溶接材料の形状に応じて突起部７０と溶接材料との接触角度が適宜に変わり、実質的に突起部７０が溶接材料と接触できる領域が広くなる。そのため、本実施形態の抵抗溶接機１は、様々な形状の溶接材料に通電及びそれを溶断することができる。なお、この可動式の突起部７０は、電極２ｂに、又は電極２ｂ及び溶断用電極２ｃの両方に設けられていてもよく、その形状は上記図４（ａ）〜（ｄ）で示した形状であってもよい。
次に、本発明の第３の実施形態に係る抵抗溶接機について、図６を参照して説明する。本実施形態の抵抗溶接機１は、溶断用電極２ｃに線材３の搬送路となるガイド部８が形成されているものである。その他の構成は上述した第１及び第２の実施形態の抵抗溶接機１と同様である。
このガイド部８は、例えば、溶断用電極２ｃの内部が中空になるよう形成される（図６）、又は溶断用電極２ｃに溝構造を設ける等により実現される。また、このガイド部８は、少なくとも線材３と接触し得る箇所、図示した例では、中空に形成された内側面８１には絶縁部材が用いられる。絶縁部材としては、例えば、セラミックスの溶射皮膜等が用いられる。
本実施形態の抵抗溶接機１によれば、ガイド部８によって線材３の姿勢が安定化するので、電極２ａ，２ｂ上に安定して線材３を搬送でき、高精度の溶接及び溶断が可能になる。特に、本実施形態の抵抗溶接機１は、溶接材料として軟質な線材３が用いられるときに好適である。
なお、本発明は、併設された複数の電極のうち、少なくとも２本の電極を溶接用とし、この溶接用電極と接離可能に構成された少なくとも１本の電極を溶断用電極とした構成であれば、上述した実施形態に限らず、種々の変形が可能である。例えば、一対の溶接用電極を所定の間隔で離間させて配置して、これらの間に線材が搬送されるように構成すると共に、これら一対の電極間に溶断用電極が配置されてもよい。
本発明の第１の実施形態に係る抵抗溶接機の側断面図。 （ａ）〜（ｄ）は同抵抗溶接機の動作を説明する側断面図。 （ａ）（ｂ）は同抵抗溶接機の電極又は溶断用電極に設けられた突起部を説明する側断面図。 （ａ）〜（ｄ）は同突起部の形状を説明する一部側断面斜視図。 本発明の第２の実施形態に係る抵抗溶接機の突起部の形状を説明する一部側断面斜視図。 本発明の第３の実施形態に係る抵抗溶接機の側断面図。 従来の抵抗溶接機の構成及び動作を説明する側断面図。
符号の説明
１ 抵抗溶接機
２ａ 電極
２ｂ 電極
２ｃ 溶断用電極
３ 線材（溶接材料）
７ｂ 突起部
７ｃ 突起部
７０ 可動式の突起部
８ ガイド部

Claims (3)

  1. 一対の電極を溶接材料に圧接させて、該溶接材料に通電することによって抵抗溶接を行う抵抗溶接機であって、
    前記一対の電極に併設され、該一対の電極の一方と前記溶接材料を介して接離可能に構成された溶断用電極を備え、
    前記一対の電極の一方又は前記溶断用電極の少なくともいずれかは、該一対の電極の一方と前記溶断用電極とが前記溶接材料を介して接触する際において前記溶接材料と接触する部分に突起部が設けられており、
    前記接触部分で前記溶接材料を挟んで圧接し、かつ、接触した前記溶接材料を介して前記一対の電極の一方と前記溶断用電極との間で通電させ、前記溶接材料を切断することを特徴とする抵抗溶接機。
  2. 前記突起部は、溶接材料との接触角度が可変となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の抵抗溶接機。
  3. 前記溶断用電極は、前記溶接材料の搬送路となるガイド部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の抵抗溶接機。
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