JP2005059031A - 溶接装置 - Google Patents

Abstract

【目的】溶接治具を軽量化するとともに、ワークを均一に保持して熱引けを良好にして溶接作業を容易とし、かつ溶接治具の汎用性を高める。
【構成】燃料タンク１を構成する薄板プレスされた容器状の上側ワーク２Ａと下側ワーク３Ａを合わせて、溶接するときに使用する溶接治具のうち上側ワーク２Ａを支持する上固定治具１０を、横フレーム１３と縦フレーム１４を格子状に形成し、これら横フレーム１３，縦フレーム１４の適所に複数の固定部材１５を取付ける。固定部材１５はバネにより固定足５５を上側ワーク２Ａの表面へ押し付け、これにより上側ワーク２Ａを上固定治具１０へ浮動支持する。下側ワーク３Ａを支持した下固定治具２０を上固定治具１０へ取付けて一体化し、この状態における上固定治具１０の上部取付座１６を溶接ロボットへ支持させ、自由に姿勢を変化させて溶接する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、自動2輪車用燃料タンク等の薄板プレス成形品を対象とする溶接に好適な溶接装置に関する。

燃料タンクを製造するとき、燃料タンクを例えば上下に半割したものとなるように薄板プレス成形し、略Ｕ字形に湾曲している一方の半割ワークをその曲面形状に合わせた内面形状を持つ受け治具や支持アームで保持し、これに他方の半割ワークを合わせ、それぞれの突き合わせ部を押さえ治具で挟み込んで溶接作業を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。
実公昭６３−３１８３３号公報

前記従来例におけるワーク保持の場合は、プレス成形後のスプリングバック等による表面形状誤差があるため、受け治具や支持アームで保持した際、溶接箇所の合わせ部に誤差による隙間が生じないようにする必要がある。

また、受け治具や支持アームの内面が直接広範囲にワークと接する際、ワークから空気中への溶接熱放熱面積が少なくなったり、受け治具や支持アームとワークとの接触面に熱がこもりやすくなると、ワークの熱歪みによる変形を助長させ、溶接軌道の不安定化や溶接部に亀裂を発生させる可能性がある。したがって、治具設計や溶接工程に注意を要した。

さらに、受け治具や支持アームの内面が直接ワークを保持するため、溶接によりワークに熱歪みが発生すると、変形応力の逃げ場が無くなって、応力集中によるしわや亀裂がワークに発生する可能性がある。したがって、治具設計や溶接工程に注意を要した。

そのうえ、従来の燃料タンク溶接治具は燃料タンクが複雑な曲面を有する場合、ワーク形状に対応ための部材追加等により治具が重くなる場合があり、例えば、自動ロボットを使用時には、最大積載量の関係で治具に重量制限があるので、治具重量を軽くすることが望まれていた。
そこで本願発明は、溶接時におけるワークの保持を容易にできるように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は、曲面を有する金属成形品のワークへ別部材を溶接するため、前記ワークを固定保持するワーク保持治具を備えた溶接装置において、前記ワーク保持治具は、前記ワークの外形に略沿った形状のフレームと、このフレームから内側に突き出して前記ワークを保持する固定足を備えかつこの固定足と前記フレームとの距離を調整可能とした複数の固定部材と、を備えることを特徴とする。

請求項２は上記請求項１において、前記固定部材は、前記固定足を前記フレームへ弾力付勢する弾性部材を備えるものを含むことを特徴とする。

請求項３は上記請求項２において、前記固定部材のうち、溶接による熱歪み等によって発生するワークの変形量が大きい部位を支持するものほど、前記弾性部材の弾力を小さくすることを特徴とする。

請求項４は上記請求項２又は３において、前記固定部材のうち少なくとも１つ以上は、前記固定足が前記弾性部材を介さずに前記ワークを保持することを特徴とする。

請求項５は上記請求項１〜４のいずれかにおいて、前記固定部材は、前記固定足が前記ワークの被保持面に合わせて角度調整可能であることを特徴とする。

請求項６は上記請求項１〜５のいずれかにおいて、前記フレームは、板部材や棒材等を肋骨状に組み上げて構成したものであることを特徴とする。

請求項７は上記請求項１〜６のいずれかにおいて、前記ワークは、下向きに開放された開口部を有する燃料タンクの容器状薄板プレス成形部品であり、前記別部材は、燃料タンクの下側を構成する薄板プレス成形部品であることを特徴とする。

請求項１によれば、以下の作用効果がある。
（１）ワークの表面の形状誤差に合わせて、フレームと複数の固定足部との距離を調節できるので、ワークの適切な位置決めが可能となる。
（２）フレームとワークが直接密着することなく、複数の固定足がワークを保持するため、ワークから空気中への溶接熱放熱面積を大きく設定することが可能となる。
（３）ワークの外形に略沿った形状のフレームから内側に突き出した複数の固定足を適切な間隔で配置することにより、ワークと固定部材接触による熱だまり箇所を分散させることができ、溶接軌道の不安定化や溶接部の亀裂発生を減少させることができる。

請求項２によれば、弾性部材を有する固定部材は、フレームと固定足の間に弾性部材を介したため、ワークを浮動支持することができ、溶接によりワークに熱歪みが発生しても、変形応力を逃がすことができるので、応力集中による溶接中の溶接合わせ箇所のずれが減少する。このため、溶接軌道の不安定化や溶接部の亀裂発生を防ぐことができる。

請求項３によれば、溶接による熱歪み等によって発生するワークの変形量が大きい部位を支持する固定部材ほど、弾性部材の弾力を小さくすることにより、変形応力を緩和できる。また、ワークの熱歪みの小さい部位を支持する固定部材における弾性部材の弾力を大きくすることにより、ワークに対する保持力や位置決め精度を確保できる。

請求項４によれば、ワークの熱歪みが少なく、表面形状精度の良い部位を保持する固定部材に弾性部材を使用しないことにより、ワークの位置決め精度をより向上させることができる。

請求項５によれば、以下の作用効果がある。
（１）フレーム形状を複雑にすることなく、固定部材の固定足をワークの被保持面形状に合わせて角度調整して密着させることができる。
（２）ワークの被保持面に形状誤差や熱歪みによる変形が起こっても、固定部材の固定足をワークの被保持面に密着させることができる。
（３）基本形状が異なるワークにも、ある程度まで１種類のワーク保持治具で対応可能となり、汎用性が増す。

請求項６によれば、ワーク保持治具を比較的軽量に作ることができるので、治具組替え等の作業性が向上する。また、治具設置台を３次元的に可動にするとともに、ワーク保持治具に重量制限のある自動溶接ロボット等にも対応させやすくなる。

請求項７によれば、燃料タンクを例えば上下分割して薄板プレス成形のワークを作るとき、上側ワークは複雑な曲面形状を持つことが多く、燃料タンクにおける外形部のほとんどを占めるため大きな容器状になり、熱変形を起こし易い特性がある。しかし本願発明のワーク保持治具は、このような特性の上側ワークであっても好適に保持することができる。

以下、図面に基づいて自動2輪車用燃料タンクを溶接で製造する場合について説明する。なお、以下の説明において上下・左右・前後とは製品の使用状態を基準とし、上下方向は図１及び図２の図示状態における上下と一致し、左右方向は図２における左右と一致し、前後方向は図１の左右方向と一致している（図１の左方が前方、右方が後方）。

図１は本溶接装置により組み立てられる自動2輪車用燃料タンクの側面図であり、この燃料タンク１は、下向きに開放された容器状をなす表板２と、その開口部を覆って下側から取付けられる底板３とを備え、底板３の外周を表板２の開口縁部に重ねて溶接することにより、中空状の燃料タンク１をなしている。

図２は図１の２−２線断面であり、この図に示すように、燃料タンク１の中央部は上げ底になって、その下方に中央凹部４を形成するとともに、この中央凹部４を左右から挟むようにサイド部５，５が形成されている。

表板２はサイド部５，５の下端を巻いて中央凹部４内へ臨み、かつ若干上方へ曲がった状態の開口縁部６、６をなし、この開口縁部６、６に囲まれた開口部が下向きに開口している。

底板３は中央凹部４内へ入り、端部７、７が開口縁部６、６と重なるテーパー状をなし、さらに端部７、７から略垂直な側壁８、８となり、その上部は略水平に曲がった頂部９をなす。表板２と底板３は、それぞれ鉄板等の適宜金属材料の薄板を用いて個々にプレス成形して得られる。

表板２及び底板３、特に表板２は、複雑な３次元曲面をなしている。表板２を図示のように下向きに開口させ、底板３を下から中央凹部４内へ入れ、開口縁部６、６と端部７、７を重ねて、底板３で表板２の開口を覆うとともに、重なり合った部分を溶接することにより燃料タンク１が組み立てられる。

図３は、図２と同断面部位における溶接方法を示し、表板に相当する上側ワーク２Ａは上固定治具１０に取付けられ、底板に相当する下側ワーク３Ａは下固定治具２０に取付けられ、上固定治具１０と下固定治具２０は略記するボルト等の結合部材１２、１２で連結一体化される。このとき上側ワーク２Ａの開口縁部６Ａと下側ワーク３Ａの端部７Ａが重なって溶接部分が位置決めされる。

上固定治具１０は上側ワーク２Ａの外形に概略沿う湾曲形状の横フレーム１３と、これと略格子状に交差する縦フレーム１４を備え、上固定治具１０の中央部に上部取付座１６が設けられ、この横フレーム１３等のフレーム部材に取付けられた複数の略記した固定部材１５により、上側ワーク２Ａを浮動支持するようになっている。

上部取付座１６と溶接ロボットのロボットアーム先端１７とをボルト１８で結合することにより、上側ワーク２Ａ及び下側ワーク３Ａを固定した状態の上固定治具１０と下固定治具２０が一体になって溶接ロボットへ支持される。

下固定治具２０は略平板状の基部２１と、その中央から上方へ突出して左右の側壁８Ａ，８Ａ間を上方へ延びて上端が頂部９Ａへ当接又は若干の間隙をもって位置する支柱部２２、２２と、この支柱部２２、２２の上部を横断する横部材２３を備え、横部材２３の長さ方向両先端部に左右の側壁８Ａ，８Ａへ当接する支持部２４、２４を設ける。

この支持部２４、２４は必要により、後述する固定部材と置き換えることができる。基部２１の外周部には通し穴２５を設けて、結合部材１２を通す。結合部材１２は通し穴２５に対応して横フレーム１３等の端部に設けられた上固定治具１０の取付穴２６と一致し、この取付穴２６をナット状にしておけば、ボルトとしての結合部材１２を締結できる。

図４は上固定治具１０の平面図であり、上固定治具１０は上側ワークの外形に略沿うように複数の縦フレーム１４が前後方向へ長く配置される。この図からは明らかではないが、各縦フレーム１４は上側ワーク２Ａの外形とほぼ一定の間隔をもって沿うように形状変化している。

なお、縦フレーム１４は必ずしも前後へ通した連続部材とする必要はなく、必要により中間部をカットしたり隣接する縦フレーム１４，１４の間隔を変化させてもよい。この例では、中央に略平行する一対の縦フレーム１４，１４が上部取付座１６を挟んで分断され、かつその前後で間隔が変化している。さらに、これら縦フレーム１４を横断するように複数の横フレーム１３が格子状に交差して設けられる。

縦フレーム１４は上部取付座１６より前側で、上部取付座１６より若干広い幅で平行する一対の中央前部３０，３０、上部取付座１６より後方側へ上部取付座１６と略同じ幅で平行に延びる一対の中央後部３１，３１、上側ワークのサイド部５Ａ（図３参照）外方を左右側部から後部まで連続して囲む側方部３２、左右の側方部３２の前端部と中央前部３０，３０の各前部間を結ぶ側方前部３３，３３を有する。

中央前部３０，３０は上側ワークの頂部上方に相当する位置となる上部取付座１６から前方へ向かって斜めに前下がり状をなす。中央前部３０，３０間には丸棒状の横連結部材３４，３５が設けられている。このうち前側の丸棒状の横連結部材３４は直接左右の中央前部３０，３０をつなぎ、後ろ側の横連結部材３５は上部取付座１６を介して連結する。１６ａはロボットアーム先端部１７を嵌合するための大径穴、１６ｂはボルト１８を締結するナット穴であり、大径穴１６ａを囲んで複数設けられている。

中央後部３１，３１は上部取付座１６から上側ワークの上面後半部に沿って斜め下がりに後方へ延びる。中央後部３１，３１間は角パイプ状の横連結部材３６，３６で連結されている。横連結部材３４，３５，３６は上側ワークの上面における略平坦部上方に位置するため、直線状の部材である。また、中央後部３１，３１の後端間は肉厚の板状をなす後端横連結部材３７で連結されている。

横フレーム１３は前側から前部横フレーム４０、中間横フレーム４１、後部横フレーム４２を備える。前部横フレーム４０は側方部３２の前端部と中央前部３０の中間部をつなぎ、中間横フレーム４１は側方部３２の前部と中央後部３１の上部取付座１６近傍部を結び、後部横フレーム４２は側方部３２の後部と中央後部３１の後部を結ぶ。

横フレーム１３と縦フレーム１４並びに上部取付座１６との接続部は相互に溶接されている。なお、横フレーム１３，縦フレーム１４は、横連結部材３４，３６を除き、板状又は角パイプ状の部材である。また、各部材は熱伝導率が良く軽量な金属材料から構成され、好ましくはアルミ合金製である。

図５に示すように、横フレーム１３の前部横フレーム４０，中間横フレーム４１，後部横フレーム４２は上側ワークの横断面における曲面に沿うよう曲がっており、略肋骨状に配置される。

図３〜図５に示すように、横フレーム１３及び縦フレーム１４の適所に固定部材１５が取付けられている。但し、これらの図における固定部材１５は略記してある。また上側ワークの表面へ当接する先端部（後述する固定足）は当接曲面に対して垂直になることが好ましく、横フレーム１３及び縦フレーム１４の曲線形状によって固定部材１５の向きが変化している。

図６は固定部材１５の一部を破断した正面図、図７は側面図である。これらの図に示すように（主として図６により説明する）、固定部材１５は、フレーム取付部５０に対してガイド５１を介してバネ受け部５２を上下移動してフレーム取付部５０との間隔調整自在に設け、かつガイド５１の周囲へ取付けたコイルスプリング５３によりバネ受け部５２をフレーム取付部５０から離間方向へ付勢している。

ガイド５１は上端部がネジ５１ａになっており、バネ受け部５２を上下方向に貫通して設けられた通し穴５２ａから通されてフレーム取付部５０のナット穴５０ａへ着脱自在に締結される。したがって、バネ受け部５２がコイルスプリング５３の弾力に抗して上動するとき等におけるバネ受け部５２の上下動をガイドする。またガイド５１を取り外せばコイルスプリング５３を交換できる。なお、コイルスプリング５３はバネ受け部５２を下方へ付勢できるものであれば、公知の各種バネ部材からなる弾性部材に代えることができる。

バネ受け部５２の中央部には図の上下に貫通するナット穴５２ｂが設けられ、これを調節ネジ５４が上下へ貫通し、ナット穴５２ｂにてネジ結合している。調節ネジ５４の上端側は、フレーム取付部５０の中央部に上下へ貫通して形成された通し穴５０ｂを貫通して上方へ突出ている。

調節ネジ５４の下部は、バネ受け部５２を貫通して下方へ突出し、ネジ部が形成されずかつネジ部の外径よりも細い細径部５４ａをなし、この部分がバネ受け部５２の下方に位置して固定足５５を軸着する足支持部５６の上部５６ａに設けられた通し穴５６ｂを貫通し、抜け止めピン５７で上下両方向に抜け止めされている。抜け止めピン５７は足支持部５６に対して調節ネジ５４と軸直交方向に設けられたピン穴５６ｃへ圧入され、拡大部に略直角方向断面で示すように、細径部５４ａの周囲へ形成された環状溝５４ｂ内を抜け止めピン５７の一部が通過することにより、細径部５４ａを回転自在かつ軸方向への抜け止めをした状態で係合する。なお、抜け止めピン５７は細径部５４ａを挟んで平行する一対で設られる（図７参照）。

バネ受け部５２の中央下部には、足支持部５６の上部５６ａを嵌合する凹部５２ｃが設けられ、ここに入り込んでいる足支持部５６の上部５６ａが、調節ネジ５４の進退に応じて上下動自在になっており、固定足５５とフレーム取付部５０との間隔に相当する固定足５５の突出高さが調節自在になっている。

すなわち、調節ネジ５４の上端部を回すことにより、バネ受け部５２に対する調節ネジ５４の下端部側を進退調節して、足支持部５６を固定足５５と一体に上下させて、バネ受け部５２と固定足５５の間隔を調整自在とする。同時にフレーム取付部５０と足支持部５６の間隔、すなわち固定足５５の突出高さが調整自在となる。

なお足支持部５６の上部５６ａは略四角形であり、凹部５２ｃに嵌合している状態で調節ネジ５４を回転させると回り止めされて凹部５２ｃ内を上下動する。また、調節ネジ５４をナット穴５２ｂから十分長く下方へ突出させ、足支持部５６の上部５６ａを凹部５２ｃから脱出させれば、調節ネジ５４の軸回りに回転できるため、固定足５５の回動中心軸である軸５７の方向を９０度変化させ、固定足５５の回動方向を変える（例えば、図示状態で紙面の前後方向へ回動するのに対して、紙面の左右方向へ回動させる）ことができる。

足支持部５６には下方へ開放された略コ字状部５６ｄが設けられ、ここに略Ｔ字状をなす固定足５５の基部５５ａが嵌合され、略コ字状部５６ｄの対向部に形成された貫通穴５６ｅと基部５５ａに形成された貫通穴５５ｂに挿通された軸５８によりその軸回りへ回動自在に連結されている。軸５８は抜け止めピン５７と平行に設けられる。

固定足５５には平坦状をなす当接部５５ｃが設けられ、ここが上側ワークの表面（すなわち被保持面）へ当接する。また、固定足５５は軸５８の周りに回動自在であるから、ワークに対する当接部５５ｃの当接角度を自在に変化でき、上側ワークの曲面に適合して当接部５５ｃの角度を自在に調節して面接触状態で当接可能になっている。これによって鋭い曲面や平面でも対応できる。

さらに、フレーム取付部５０の側面には通し穴５９が設けられ、図４中の拡大部に示すように、この通し穴５９へボルト５９ａ等を通して横フレーム１３又は縦フレーム１４へ設けたナット穴５９ｂへ締結して取付けられるようになっている。但し、横フレーム１３又は縦フレーム１４にはナット穴５９ｂに代えて通し穴を設けナットでボルトと締結させても良い。

固定部材１５の横フレーム１３又は縦フレーム１４に対する取付けは中心軸線（調節ネジ５４の軸線方向と一致する）がワークの支持面と垂直を保つようにする。横フレーム１３又は縦フレーム１４にはこのための取付穴を予め設けておく。

横フレーム１３及び縦フレーム１４を肋骨のように組立てて上側ワークの表面に略沿わせ、横フレーム１３及び縦フレーム１４の側面（肉厚幅の端面と直角な幅広になっている面）をワーク表面となるべく垂直にする（ワーク表面は曲面なので横フレーム１３及び縦フレーム１４が通る面のバランスを考慮して、極度の鋭角にならずに平均で垂直を保つようにする）。

この上固定治具１０に対して、各固定部材１５の固定足５５がそれぞれ上側ワークの表面へ当接して支持することにより、上側ワークがコイルスプリング５３を介して上固定治具１０にフローティング支持される。このとき調節ネジ５４の進退量を調節して固定足５５の当接部５５ｃによる上側ワーク表面に対する押し当て程度を調節することによりコイルスプリング５３のバネ圧を加圧又は減圧に調整することができる。この調節により、ワークの歪みによってできる固定足５５との隙間を埋めるように調整ができる。

これにより、多数の固定足５５による小さな受け面を多く設けて上側ワークの全面を均等に満遍なく受け止め、上側ワークの全面に一定の加圧が掛かった状態で上側固定治具１０へしっかり固定できる。このとき、上側ワークの反力は、当接部５５ｃ→足支持部５６→調節ネジ５４→バネ受け部５２→コイルスプリング５３と伝達され、コイルスプリング５３の予め設定されたバネ荷重で弾性支持される。

また、予め各固定部材１５における固定足５５の突出高さを設定した状態で上側固定治具１０に上側ワークを支持させたとき、上側ワークにおける少々の誤差・異形によりその部分の加圧が高まったり減少しても、この上側ワーク側における被保持面の状況に応じてバネ受け部５２が上下動し、この動きをコイルスプリング５３が受け止めて吸収する。したがって、上側固定治具１０を上側ワークの形状に略合わせればほとんどの曲面に対応できる。

さらに、コイルスプリング５３にバネの強さが異なる複数種類を備えておき、コイルスプリング５３を取り替えることによりバネの強さを任意に変更できる。したがって、予想されるワークの変形に応じてバネの強さを変更する。例えば、変形がスプリングバックによる場合、スプリングバックの最も強いところバネを最も弱くし、他の部分ではスプリングバックの強さに応じて最適のバネとなるコイルスプリング５３を選択する。

すなわち、固定部材１５は、バネの強さが異なるコイルスプリング５３を選択することにより、固定足５５の上側ワークに対するバネ荷重を場所毎に調整できるから、上側ワークの歪みの出やすい所や溶接歪みによる熱変形の大きな所はなるべく荷重を減らし、曲面にあまり変化が生じない場所はバネ荷重を増やして上側ワークの固定力を大きくし、全体がバランス良く支持できるようにする。このバランスがとれたときは上側ワークの取付けがし易くなり、溶接による溶接時の熱歪みで上側ワークの溶接箇所に応力が集中することが無くなり、溶接箇所の亀裂発生を減少できる。

なお、殆どスプリングバックのない面精度の高いところはコイルスプリング５３を用いずに、調節ネジ５４をねじ込んで固定足５５の当接部５５ｃを強くワークの表面へ押しつけてリジッドに固定することができる。この例を、図５において中央の横連結部材３６，３６に取付けられたコイルスプリングの無い固定部材１５、・・として示してある。

また、ワークを固定部材１５によって上記リジットに固定する場合は、図９に示すように、固定部材１５において、コイルスプリングの代わりに管状のスペーサー７０をガイド５１の周囲へ嵌合配置してもよい。このようにすれば、スペーサー７０によりフレーム取付部５０とバネ受け部５２との距離が一定に保たれるので、固定足によるワーク表面に対する固定がリジットになる。なお、図６との共通部には共通符号を付してある。

次に、本例の作用を説明する。図３に示すように、上固定治具１０の凹部空間内へ上側ワーク２Ａを入れ、固定部材１５の固定足５５（図６、７）を上側ワーク２Ａの表面へ当接させる。固定部材１５は上固定治具１０の複数箇所に設けられ、上側ワーク２Ａの各部に当接し、固定足５５が調節ネジ５４により押し付けられるから、上側ワーク２Ａは上固定治具１０へ浮動支持される。

また、底板３に相当する下側ワーク３Ａを支持した下固定治具２０を上固定治具１０へ取付けると、上側ワーク２Ａの開口縁部６Ａと下側ワーク３Ａの端部７Ａが重なり、下側ワーク３Ａで上側ワーク２Ａの開口を覆う状態で位置決めされ、上固定治具１０と下固定治具２０が一体化する。

このとき、上側ワーク２Ａの固定方法を従来のように数カ所の大きい受け面で固定するのではなく、固定足５５の小さな受け面を多く設けて上側ワーク２Ａの全面を均等に満遍なく受け止め、上側ワーク２Ａや上側固定治具１０にかかる応力を分散させる。また、その一つ一つに自由度を持たせ、なおかつ保持力を一つ一つ異なる力で調整して上側ワーク２Ａの表面積誤差にも対応できるようにする。

これにより、上側ワーク２Ａの表面の形状誤差に合わせて、横フレーム１３及び縦フレーム１４と複数の固定部材１５との距離を調節できるので、上側ワーク２Ａの適切な位置決めが可能となる。また、横フレーム１３及び縦フレーム１４は上側ワーク２Ａに略沿う程度の概略形状で足りるから、形状を複雑にすることなく、固定部材１５の固定足５５を上側ワーク２Ａ表面に密着させることができる。

したがって、燃料タンクを例えば上下分割して薄板プレス成形の上側ワーク２Ａを作るとき、上側ワーク２Ａは複雑な曲面形状を持つことが多く、燃料タンクにおける外形部のほとんどを占めるため大きな容器状になり、熱変形を起こし易い特性がある。しかし本願発明のワーク保持治具は、このような特性の上側ワーク２Ａであっても好適に保持することができる。

上固定治具１０と下固定治具２０が一体化した状態で、上部取付座１６をロボットアーム先端１７へボルト１８で取付けると（図３参照）、上固定治具１０及び下固定治具２０は多軸（例えば６軸）のワーク保持用自動ロボットへ支持して自由に姿勢制御できる。

そこで、図８に略図で示すように、ワーク保持用自動ロボット６０のロボットアーム６１により、上固定治具１０及び下固定治具２０を支持させて開口縁部６Ａと端部７Ａの合わせ部を最適位置になるよう姿勢制御しながら、別の溶接用自動ロボット６２を用いて溶接する。符号６３は溶接用自動ロボット６２のロボットアーム、６４はそのロボットアーム６３の先端に保持された溶接部材、６５は溶接部である。

すなわち、溶接用自動ロボット６２とタンク保持自動ロボット６０を２機使用して溶接する。このとき、ロー付けであれば、ワーク保持用自動ロボット６０は、ロボットアーム６１を自在に曲げて、開口縁部６Ａと端部７Ａの合わせ部を水平に保ち、これに対して溶接用自動ロボット６２もロボットアーム６３を自在に曲げて溶接部材６４を開口縁部６と端部７の合わせ部上へ移動させて溶接する。

このとき、ワーク保持用自動ロボット６０は、溶接部６５において溶けたロー材が流れ落ちないよう、常時ワークの姿勢を最適に変化させ、かつ溶接用自動ロボット６２もワークの姿勢変化に応じて溶接部材６４を移動させる。このようにすると、ロー材の流れ落ちを防止できるので、ロー付けの場合において特に有利である。

また、固定部材１５を含めて上固定治具１０及び下固定治具２０の構成部材を軽量なアルミ合金製とし、板材や棒材等を組み合わせて組立てることにより全体を軽量にしたので、治具設置台が３次元的に可動するとともに重量制限がある多関節自動ロボットへの適用が容易になる。しかも、軽量.のために治具組替え等の作業性が向上する。

そのうえ、上固定治具１０及び下固定治具２０は、熱伝導性の良いアルミ合金製であり、横フレーム１３及び縦フレーム１４と上側ワーク２Ａが直接密着することなく、複数の固定部材１５が上側ワーク２Ａを保持するため、上側ワーク２Ａに接触している箇所が外部の空気へ広く面することになり、ワーク側から空気中への溶接熱放熱面積を大きく設定することが可能となる。

したがって、上固定治具１０及び下固定治具２０の熱引きも良好であり、治具側に熱がこもりにくくなる。また溶接時における上側ワーク２Ａの熱は全体へ均等に伝わるので、局部の熱引きと熱だまりが無くなり、溶接の熱歪みもスプリングで吸収するので溶接箇所に応力集中が無くなり、溶接亀裂が減少する。
また、溶接ビードの安定と溶接箇所の亀裂発生減少にも寄与する。

上側ワーク２Ａの外形に略沿った形状の横フレーム１３及び縦フレーム１４から内側に突き出した複数の固定部材１５を適切な間隔で配置し、横フレーム１３及び縦フレーム１４と固定足５５がコイルスプリング５３を介することにより、上側ワーク２Ａを浮動支持するため、溶接により上側ワーク２Ａに熱歪みが発生しても、変形応力を逃がすことができ、応力集中による溶接中の溶接合わせ箇所のずれが減少する。

また、上側ワーク２Ａに多少の歪みがあっても、各所のコイルスプリング５３により全体として上側ワーク２Ａ位置が変わらず、上側ワーク２Ａの溶接面の位置移動が少ないので、自動溶接時の溶接軌道も安定する。したがって、溶接軌道の不安定化や溶接部の亀裂発生を減少させることができる。

さらに、溶接による上側ワーク２Ａの熱歪みの大きい部位を支持する固定部材１５ほど、コイルスプリング５３の弾力を小さくすることにより、変形応力を緩和できる。また、上側ワーク２Ａの熱歪みの小さい部位を支持する固定部材１５のバネを大きくすることにより、上側ワーク２Ａに対する保持力や位置決め精度を確保できる。

また、上側ワーク２Ａの熱歪みが少なく、表面形状精度の良い部位を保持する固定部材１５に弾性部材を使用せずリジッドに固定すれば、上側ワーク２Ａの位置決め精度をより向上させることができる。

しかも、上側ワーク２Ａの表面形状誤差や熱歪みによる変形が起こっても、固定部材１５の固定足５５を上側ワーク２Ａ表面に密着させることができる。そのうえ、基本形状が異なるワークに対しても、ある程度まで１種類の固定治具を共通使用できるので汎用性が増す。

なお、本願発明は上記の例に限定されるものではなく、発明の原理内において種々に変形や応用が可能である。例えば、固定部材１５の支持軸線はワークの曲面に垂直に出すのが理想である。したがって軸５７で回動する固定足５５を廃止して固定部材１５の構造をより簡単にすることもできる。

また、横フレーム１３や縦フレーム１４に対して直接取付けた弾性部材によりワークを支持するようにすれば、自動ロボットの先端負荷軽減を考慮してより軽量化を図ることができる。軽量にすることで自動ロボットのアーム先端における振動ぶれを防止して溶接等の加工精度を上げることができる。

なお、自動溶接ロボットとの併用ではなく、溶接側が固定されて溶接工具を自在に制御できない構造の場合でも、ワーク保持側が自動ロボットであれば、ワークの姿勢制御を自在にできるので前記効果を上げることができる。この場合、相手側が固定シーム溶接機の場合であっても、少々のシーム位置誤差はコイルスプリング５３で吸収できる利点がある。

さらに、ワークを従来例のように数カ所の大きい受け面で固定するのではなく、小さな受け面を多く設けてワークの全面を均等に満遍なく受け止め、ワークや治具に掛かる応力を分散させるものであれば、コイルスプリング５３のような弾性部材を省略して、全固定部材１５がそれぞれワークをリジッドに固定するようにしてもよい。

また、保持対象は燃料タンクに限らず、各種の溶接用ワークが可能である。但し本願発明は、薄板プレス成形品のワークを保持する場合に最も適している。

本溶接装置で製造された自動2輪車燃料タンクの側断面図 図１の２−２線断面図 図２と同断面における溶接方法 上固定治具の平面図 上固定治具の正面図 固定部材の正面図 固定部材の側面図 ロボットによる溶接方法を示す略図 構成の一部を変更した固定部材の別態様を示す図

符号の説明

１：燃料タンク、２：表板、２Ａ：上側ワーク、３：底板、３Ａ：下側ワーク、６：開口縁部、７：端部、１０：上固定治具、１１：下固定治具２０、１３：横フレーム、１４：縦フレーム、１５：固定部材、５４：調節ネジ、５５：固定足、５８：軸

Claims (7)

1. 曲面を有する金属成形品のワークへ別部材を溶接するため、前記ワークを固定保持するワーク保持治具を備えた溶接装置において、
   前記ワーク保持治具は、前記ワークの外形に略沿った形状のフレームと、
   このフレームから内側に突き出して前記ワークを保持する固定足を備えかつこの固定足と前記フレームとの距離を調整可能とした複数の固定部材と、
   を備えることを特徴とする溶接装置。
2. 前記固定部材は、前記固定足を前記フレームへ弾力付勢する弾性部材を備えるものを含むことを特徴とする請求項１の溶接装置。
3. 前記固定部材のうち、溶接による熱歪み等によって発生するワークの変形量が大きい部位を支持するものほど、前記弾性部材の弾力を小さくすることを特徴とする請求項２の溶接装置。
4. 前記固定部材のうち少なくとも１つ以上は、前記固定足が前記弾性部材を介さずに前記ワークを保持することを特徴とする請求項２又は３の溶接装置。
5. 前記固定部材は、前記固定足が前記ワークの被保持面に合わせて角度調整可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載した溶接装置。
6. 前記フレームは、板部材や棒材等を肋骨状に組み上げて構成したものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載した溶接装置。
7. 前記ワークは、下向きに開放された開口部を有する燃料タンクの容器状薄板プレス成形部品であり、前記別部材は、燃料タンクの下側を構成する薄板プレス成形部品であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載した溶接装置。

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