JP2001300724A - アーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄板を含む重ね継手を精度良く、かつ低コス
トにアーク溶接できるようにする。 【解決手段】 重ね継手のすみ肉部Ｃをアーク溶接する
にあたり、溶接ワイヤ９の先端を一方の薄板Ｐ₁に接触
させた後、溶接ワイヤ９をすみ肉部Ｃを超える位置まで
移動させて双方の薄板Ｐ₁、Ｐ₂と非接触にし、その後、
溶接ワイヤ９をすみ肉部Ｃ側に移動させ、上記一方の薄
板Ｐ₁の端面に溶接ワイヤ９を接触させて溶接を開始す
る。溶接ワイヤ９を薄板Ｐ₁に接触させる際には、溶接
ワイヤ９の先端を上記薄板Ｐ₁の表面に接近させた後、
弾性力を利用して溶接ワイヤ９先端を突き出し、溶接ワ
イヤ９の先端が薄板Ｐ₁に接触したところで溶接ワイヤ
９をロックする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、重ね継手のすみ肉
部をアーク溶接するための方法、および当該アーク溶接
方法の実施に特に好適なアーク溶接機のワイヤ突出し量
管理機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】二部材を重ねた重ね継手をロボットを用
いてアーク溶接する際には、その溶接位置を正確に割出
す必要がある。図６は、一般的な溶接位置割出し方法の
一例で、まずトーチ３をＡ位置からＢ位置に移動させて
溶接ワイヤ９の先端を一方の部材Ｐ₁に接触させ、次に
トーチ３をＡ位置に戻し、さらにＡ位置からＣ位置に移
動させて溶接ワイヤ９の先端を他方の部材Ｐ₂に接触さ
せ、ＢおよびＣ位置の検出結果から溶接位置Ｄを割出す
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車ボデ
ーの組立ライン等においては、図７に示すように、厚さ
０．５〜２ｍｍ程度の薄板Ｐ₁、Ｐ₂同士を重ね合わて溶
接する工程が多く含まれる。この場合の溶接はスポット
溶接により行うのが一般的であるが、スポット溶接では
溶接部の両側に電極を配置しなければならないため、電
極スペースが確保できない等の事情がある場合、これを
一方側の電極のみで足りるアーク溶接に置き換えたいと
いう要望が多くなっている。アーク溶接では、図７中の
すみ肉部Ｃを溶接することとなるが、この場合、図６と
同様の割出し方法では、Ｂ位置において薄板Ｐ₁の端面
精度にばらつきがある場合等には溶接ワイヤの先端を当
該端面に確実に接触させることが難しくなり、溶接位置
の割出しが困難となる。

【０００４】そこで、本発明は、薄板を含む重ね継手を
精度良く、かつ低コストにアーク溶接できるようにする
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的の達成のため、
本発明にかかるアーク溶接方法は、重ね継手のすみ肉部
をアーク溶接するにあたり、溶接ワイヤの先端を一方の
母材に接触させた後、溶接ワイヤをすみ肉部を超える位
置まで移動させて双方の母材と非接触にし、その後、溶
接ワイヤをすみ肉部側に移動させ、上記一方の母材の端
面に溶接ワイヤを接触させて溶接を開始するものであ
る。

【０００６】この溶接方法において、溶接ワイヤの先端
を一方の母材に接触させるに際しては、溶接ワイヤの先
端を上記薄板の表面に接近させた後、弾性力を利用して
溶接ワイヤ先端を突き出し、溶接ワイヤの先端が薄板に
接触したところで溶接ワイヤをロックするようにするの
が望ましい。

【０００７】上記溶接方法の実施に際しては、突出し量
管理機構で、トーチ先端からのワイヤの突出し量を管理
するのが望ましい。このワイヤ突出し量管理機構は、重
ね継手のすみ肉部をアーク溶接するに際し、トーチから
の溶接ワイヤの突出し量を管理するための機構であっ
て、弾性力を蓄積しながら溶接ワイヤを変位させた後、
溶接ワイヤを蓄積した弾性力で復帰移動させることによ
り、溶接ワイヤの先端を母材側に突き出して母材に接触
させる突出し手段と、突出し手段よりも溶接ワイヤの先
端側で溶接ワイヤをロックおよびアンロックするワイヤ
ロック装置とを具備し、上記突出し手段によるワイヤの
突き出しにより溶接ワイヤの先端が母材と接触した後、
ワイヤロック装置で溶接ワイヤをロックするものであ
る。

【０００８】この場合、上記弾性力は、溶接ワイヤ自体
の弾性力と弾性部材の弾性変形とにより与えることがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１に、本発明にかかるアーク溶
接方法の一実施形態を示す。図示のようにこのアーク溶
接方法の適用対象は重ね継手で、二枚の薄板状母材
Ｐ₁、Ｐ₂を重ね合わせてできたすみ肉部Ｃを溶接するも
のである。図面では、双方の母材Ｐ₁、Ｐ₂を薄板として
いるが、本発明の適用対象としては、少なくともトーチ
３側の母材Ｐ₁が薄板（０．５〜２ｍｍ程度）であれば
足り、反トーチ３側の母材Ｐ₂の形状は任意で例えば厚
肉状やブロック状であっても構わない。

【００１０】図１中の破線は、溶接ワイヤ９先端の移動
軌跡〜を表しており、この軌跡に沿うようトーチ３
をロボットで操作することによって溶接の開始位置が割
出される。以下、この割出し手順を具体的に説明する。

【００１１】先ず、トーチ３を操作して溶接ワイヤ９の
先端をトーチ３側の母材Ｐ₁表面に接触させる。次にト
ーチ３を母材Ｐ₁から離反する方向（図面では上方）に
移動させてワイヤ先端を母材Ｐ₁表面から浮上させ
（）、次にトーチ３を母材Ｐ₁表面と平行方向に移動
させてワイヤ先端をすみ肉部Ｃを超える位置に移し、溶
接ワイヤ９を両母材Ｐ₁、Ｐ₂に対して非接触とする
（）。次に、トーチ３を他方の母材Ｐ₂（トーチ３と
反対側の部材）に接近する方向（図面では下方）に移動
させ（）、その後、トーチ３をすみ肉部Ｃ側に移動さ
せて溶接ワイヤ９を上記トーチ３側の母材Ｐ₁の端面に
接触させる（）。これにより溶接位置の割出しが完了
するので、この状態を保持しながらアークを発生させ、
溶接を開始する。溶接中のトーチ３の姿勢は、図示のよ
うに母材Ｐ₁、Ｐ₂表面に対して直交する方向（図面では
垂直方向）とするのが望ましいが、トーチ３をワイヤ先
端を中心に他方の母材Ｐ₂側に僅かに傾けておいてもよ
い。

【００１２】この溶接位置割出し工程では、ワイヤ先端
が他方の母材Ｐ₂と非接触となるよう、具体的には図中
のａ、ｂ、ｔの各値につき、少なくともａ＜ｂ＜ａ＋ｔ
を満足できるようロボットが制御されるが、この程度の
精度レベルを達成することは現状のロボットシステムに
おいても十分に可能である。従って、薄板を含む重ね継
手であっても溶接位置を正確に割出すことができ、精度
の良いアーク溶接が可能となる。

【００１３】なお、この工程においては、溶接ワイヤ９
が母材Ｐ₁、Ｐ₂と接触したか否かを検出する検出手段が
必要となる。この検出手段の種類は特に問わないが、電
気的導通状態の有無を検出するタッチセンサが低コスト
で信頼性も高いので望ましい。

【００１４】ところで、この溶接位置割出し工程では、
の前段階で溶接ワイヤ９の先端をトーチ３側の母材Ｐ
₁表面に接触させる際に、溶接ワイヤ９のトーチ３から
の突出し量φを如何にして安定させるかが問題となる。
すなわち、突出し量φにばらつきがあると、ワイヤ先端
を母材Ｐ₁表面に接触させることができず、Ａの値にく
るいを生じて正確な溶接位置の割出しが困難となる。

【００１５】その一方、溶接ワイヤ９はトーチ３内で多
少の余裕（遊び）を持って配置されるため、この遊びの
伸縮の影響でトーチ３からの突出し量は不安定化する傾
向にあり、突出し量φを精度良く管理することは難し
い。突出し量の管理手段として、例えばサーボモータ等
で随時遊びを巻き取るような構成も考えられるが、モー
タ制御は一般に慣性が大きいため、溶接ワイヤを過不足
なく巻き取るのは難しい。

【００１６】以上の問題点に鑑み、本発明にかかるアー
ク溶接機は、ワイヤ突出し量φを安定化させるための管
理機構として、以下の構造を具備する。

【００１７】図２は、ロボットアーム１の先端に取付け
られたトーチ３の概略構造を例示する。当該図面におい
て、トーチ３は、筒状のハウジング５の先端にこれより
細い筒状部７を取付けた構造で、ハウジング５および筒
状部７の内部には、図示しない巻き取り装置から繰り出
した溶接ワイヤ９が挿通されている。溶接ワイヤ９の先
端は筒状部７の端部から突出している。

【００１８】本発明にかかる突出し量管理機構は、ワイ
ヤロック装置１１、突出し手段１２、およびこれらの駆
動装置１３を主要部とするもので、これら主要部は何れ
もトーチ３に取付けられている。ワイヤロック装置１１
は、突出し手段１２よりも溶接ワイヤ９の先端側に配置
され、図示例では、ワイヤロック装置１１を筒状部７に
取付けた場合を例示している。

【００１９】ワイヤロック装置１１は、溶接ワイヤ９の
ロックとアンロックを切替え可能としたもので、図１で
は、筒状部７の孔内に往復移動可能に収容したロック部
材１５と筒状部７側の受け面１７との間に溶接ワイヤ９
を通過させた構造を例示している。この場合、ロック部
材１５を受け面１７に押し当てることにより、受け面１
７との間に挟持された溶接ワイヤ９がロックされ、ロッ
ク部材１５を受け面１７から離反させることにより、溶
接ワイヤ９が繰り出しフリーのアンロック状態となる。

【００２０】突出し手段１２は、溶接ワイヤ９を、弾性
力を利用してソフトに突き出すものである。図示例の突
出し手段１２は、互いに対向させた押圧部材１９と受け
部材２１とを有し、この押圧部材１９と受け部材２１と
の間を溶接ワイヤ９が緩やかな円弧を描きながら通過し
ている。本実施形態において、押圧部材１９の受け部材
２１との対向面１９ａは凸曲面状、受け部材２１の押圧
部材１９との対向面２１ａは凹曲面状をなし、凸曲面１
９ａの曲率は凹曲面２１ａの曲率よりも僅かに小さい。
押圧部材１９には案内部材２３が装着されており、この
案内部材２３を駆動装置１３で溶接ワイヤ９の送り方向
と略直交する方向に往復移動させることにより、押圧部
材１９が受け部材２１側に接近・離反する。受け部材２
１は、一または複数の弾性部材２５（例えばバネ）を介
してハウジング５に弾性的に支持されている。

【００２１】駆動装置１３はワイヤロック装置１１およ
び突出し手段１２を駆動するもので、本実施形態では両
者１１、１２を共通の駆動源（シリンダ２７）で駆動す
る場合を例示している。図示例のシリンダ２７は両側ロ
ッド式複動型の例えばエアシリンダで、一方のピストン
ロッド２７ａにカム部材２９が装着されている。カム部
材２９は、ロック部材１５に設けられた例えば球面状の
案内部１５ａを案内するもので、シリンダ２７の作動方
向と平行な平面部２９ａと、これに対して傾斜したテー
パ部２９ｂとを備えている。他方のピストンロッド２７
ｂの端部は、上記案内部材２３に形成されたテーパ面２
３ａ上を移動可能の例えば球面状に形成される。

【００２２】以下、上記突出し量管理機構による突出し
量φの管理手順を説明する。

【００２３】先ず、ロボットを起動し、溶接ワイヤ９の
先端をトーチ３側の母材Ｐ₁に接近させる。この状態で
シリンダ２７を起動し、他方のピストンロッド２７ｂを
進出（一方のピストンロッド２７ａは縮退）させると、
ピストンロッド２７ｂの先端球面部が案内部材２３のテ
ーパ面２３ａに接触する。さらにピストンロッド２７ｂ
を進出させると、テーパ面２３ａの案内作用により、押
圧部材１９が受け部材２１側に移動して受け部材２１に
押し当たるため、押圧部材１９と受け部材２１との間で
溶接ワイヤ９が拘束される。この時、押圧部材１９の押
しこみ力で弾性部材２５が圧縮され、受け部材２１が外
径側（円弧状ワイヤ９の外径側）に変位し、同時に押圧
部材１９と受け部材２１との間で拘束された溶接ワイヤ
９が外径側にその曲率半径を小さくしながら変位する。
一方、ワイヤロック装置１１側では、ロック部材１５の
案内部１５ａがカム部材２９の平面部２９ａ上を摺動す
るため、ロック部材１５は受け面１７から離れた位置に
保持され、従って、ワイヤロック装置１１はアンロック
状態となる。図２は、以上のようにワイヤロック装置１
１がアンロック状態となり、ワイヤ９が突出し手段１２
によって外径側に変位した状態を示している。なお、こ
のように溶接ワイヤ９を変位させた後に、ロボットを起
動し、溶接ワイヤ９の先端をトーチ３側の母材Ｐ₁に接
近させても良い。

【００２４】次に、シリンダ２７を逆駆動し、他方のピ
ストンロッド２７ｂを縮退させると（一方のピストンロ
ッド２７ａを進出させると）、ピストンロッド２７ｂの
軸端がテーパ面２３ａから離れるため、弾性部材２５に
蓄勢された弾性力、さらには溶接ワイヤ９自体の弾性力
により受け部材２１、溶接ワイヤ９、および押圧部材１
９が初期位置に弾性的に復帰する（この時、押圧部材１
９と受け部材２１との間では溶接ワイヤ９に拘束力が働
かず、アンロック状態となる）。このように溶接ワイヤ
９が弾性復帰すると、図３に示すように、溶接ワイヤ９
の円弧部分の長さが復帰前（破線で示す）よりも短くな
るため、溶接ワイヤ９の過剰分の一部がワイヤ先端側に
移行し、溶接ワイヤ９の先端がゆっくりと突き出して、
トーチ３側の母材Ｐ₁にソフトタッチする（突出幅をδ
で表す）。この溶接ワイヤ９の突き出しをスムーズに行
うため、ワイヤロック装置１１は上記アンロック状態に
保持される。

【００２５】その後、シリンダ２７の逆起動を継続する
と、ロック部材１５の案内部１５ａがカム部材２９のテ
ーパ面２９ｂによって案内され、ロック部材１５が受け
面１７側に移動し、ロック部材１５と受け面１７との間
で溶接ワイヤ９が拘束されてワイヤロック装置１１がロ
ック状態に切り替わる。このようにワイヤ先端が母材Ｐ
₁に接触した状態でワイヤロック装置１１によってロッ
クされるため、ワイヤ９の突出し量φは一定値に保た
れ、以後、ロボットアーム１を操作しても溶接ワイヤ９
の突出し量φは安定して保持される。

【００２６】以上の工程が終了した後、図１に示す溶接
位置割出し工程〜を経てすみ肉部Ｃの溶接を開始す
る。

【００２７】上記ワイヤ突出し量管理機構によれば、ト
ーチ３の停止位置が一定である限り、溶接ワイヤ９の突
出し量φは一定値に安定して保持される。従って、その
後の溶接作業でも溶接開始位置がずれることはなく、精
度の良い溶接が行える。特に本発明では、溶接ワイヤ９
の突き出しをワイヤ自体の弾性力や別に設けた弾性部材
２５の弾性力を利用して緩やかに行うので、ワイヤ先端
を母材Ｐ₁にソフトタッチさせることができ、急激な突
き出しによるワイヤの座屈等を防止して適度な突出し量
φを過不足なく確保することができる。弾性力を与える
手段としては、溶接ワイヤ９の弾性変形による弾性力の
みでも構わないが、本実施形態では作動安定性を高める
ため、さらに別途弾性部材２５を付加し、この弾性部材
２５の弾性力を溶接ワイヤ９の弾性力と併用するように
している。もちろん、溶接条件等によっては、溶接ワイ
ヤ９の弾性力のみを利用しても構わない。

【００２８】図４（ａ）は、突出し手段１２において、
溶接ワイヤ９の送り方向を安定化させるため、押圧部材
１９の凸曲面１９ａにワイヤ送り方向に沿ってワイヤ収
容用の溝３１を形成したものである。この場合、ワイヤ
９の繰り出しがスムーズに行えるよう、ボルト等からな
るアジャスタ３０で凸曲面１９ａと凹曲面２１ａとの間
の距離を適正値に管理できるようにするのが望ましい。
同図（ｂ）は、同様に溝３１を凸曲面１９ａに形成した
もので、凸曲面１９ａと凹曲面２１ａとが密着した際に
も、ワイヤ９がスムーズに繰り出されるようにワイヤ９
と溝３１との間の遊びを大きくしている。図４（ａ）
（ｂ）と同様の溝３１を凸曲面１９ａと受け部材２１の
凹曲面２１ａの双方に形成してもよく、また、同様の溝
３１は、ワイヤロック装置１１のロック部材１５、ある
いは受け面１７の何れか一方または双方にも形成するこ
とができる。

【００２９】図４の構造では、溶接ワイヤ９が変位位置
（図２）から初期位置（図３）に戻る際に溶接ワイヤ９
が押圧部材１９の凸曲面１９ａに設けた溝３１から外れ
る場合がある。図５は、これを防止するもので、この実
施形態では、押圧部材１９を中央部１９１とその送り方
向両側の端部１９２、１９３とに分割し、それぞれの凸
曲面１９１ａ〜１９３ａに溝３１を設けている。両端部
１９２、１９３は中央部１９１にバネ等の弾性部材３３
を介して弾性的に支持されている。この場合、溶接ワイ
ヤ９を外径側に変位させる際には、押圧部材１９の前進
に伴って弾性部材３３が弾圧されて弾性力が蓄積され
る。一方、初期位置への復帰時には弾性部材３３の弾性
力により、端部１９２、１９３が受け部材２１側に相対
変位するため（破線で示す）、溶接ワイヤ９が溝３１か
ら外れることはない。

【００３０】なお、以上の構造は例示にすぎず、例えば
ワイヤロック装置１１は、溶接ワイヤ９のロックとアン
ロックを任意に切替え可能である限り、任意の構造を採
用することができる。また、突出し手段１２も溶接ワイ
ヤを弾性的に突き出すものであればその構造は図２に示
すものに限定されない。また、駆動装置１３もロック装
置１１と突出し手段１２を個別に駆動できる限り任意の
構造を採用することができ、図示のように共通の駆動源
２７で駆動する他、両装置１１、１２を独立した駆動源
（シリンダ等）で駆動してもよい。

【００３１】また、本実施形態では、押圧部材１９と受
け部材２１との間で溶接ワイヤ９をカーブさせている
が、これをストレートにしても構わない。

【００３２】

【発明の効果】このように、本発明にかかるアーク溶接
方法によれば、すみ肉部における薄板状母材の端面精度
にばらつきがある場合でも、溶接位置を正確に割出すこ
とができ、従って、重ね継手（特に一方の母材が薄板で
ある場合）を確実に精度良くアーク溶接することが可能
となる。

【００３３】この場合、上述のワイヤ突出し量管理機構
を用いることにより、突出し量が安定化されるので、溶
接位置の割出しを精度よく行うことができ、溶接品質が
高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるアーク溶接方法を概略図示する
断面図である。

【図２】本発明にかかる突出し量管理機構の断面図であ
る。

【図３】上記突出し量管理機構の動作を示す断面図であ
る。

【図４】突出し手段の断面図である（ワイヤ送り方向と
直交方向）。

【図５】突出し手段の断面図である（ワイヤ送り方向と
平行）。

【図６】従来のアーク溶接方法を示す断面図である。

【図７】重ね継手の断面図である。

【符号の説明】

１ ロボットアーム ３ トーチ ９ 溶接ワイヤ １１ ワイヤロック装置 １２ 突出し手段 １３ 駆動装置 １９ 押圧部材 ２１ 受け部材 ２５ 弾性部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重ね継手のすみ肉部をアーク溶接する方
   法であって、 溶接ワイヤの先端を一方の母材に接触させた後、溶接ワ
   イヤをすみ肉部を超える位置まで移動させて双方の母材
   と非接触にし、その後、溶接ワイヤをすみ肉部側に移動
   させ、上記一方の母材の端面に溶接ワイヤを接触させて
   溶接を開始することを特徴とするアーク溶接方法。