JP2014124679A

JP2014124679A - スポット溶接装置

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Publication number: JP2014124679A
Application number: JP2012285301A
Authority: JP
Inventors: Atsunori Mori; 敦紀毛利
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP6049068B2

Abstract

【課題】様々な形状のワークであっても適切な溶接条件出しの設定ができるようにする。
【解決手段】一対の電極７ａ、７ｂと、ワークＷの下方に配置される複数の導電板３ａ〜３ｃと、導電板３ａ〜３ｃと通電可能に接続された当接部材４とを備え、当接部材４をワークＷに下方から当接させると共に、一方の電極７ｂを導電板３ｂに下方から当接させ、さらに他方の電極７ａをワークＷの溶接予定部Ｐに上方から当接させ、この状態で電極７ａ、７ｂ間に通電することにより溶接予定部Ｐに溶接を施すスポット溶接装置であって、導電板３ａと３ｂ、導電板３ｂと３ｃ、導電板３ｃと３ａをそれぞれ電気的に導通する導通状態と、これらを電気的に遮断する非導通状態とを切り替え可能な導通手段８を設けた。
【選択図】図６

Description

本発明は、重ね合わせた複数の金属板（鋼板）を、同軸上に対向して配設された一対の電極で溶接するスポット溶接装置に関するものである。

周知のとおり、自動車車体は、複数の鋼板を溶接により接合することで構成されている。溶接工法は、コスト面や生産性の観点から、Ｃ型ガンを用いたダイレクトスポット溶接が一般的に採用されており、大部分の溶接部がこのダイレクトスポット溶接により形成されている。ところが、ダイレクトスポット溶接は、Ｃ型ガンの一対の電極により鋼板を両側から加圧挟持しながら通電し、溶接部を形成する工法であるため、片方側の鋼板に断面ハット状部が形成される等の鋼板を挟持できない部位については溶接を施すことができず、溶接部を形成する部位に多少の制限がある。

このような場合の溶接方法として、特許文献１に記載された技術が公知である。図８は、特許文献１の技術を用いて、三枚の鋼板１０１，１０２，１０３を重ね合わせて溶接する場合のものである。同図に示すように、鋼板１０３には断面ハット状部１０３ａが形成されている。鋼板１０１、１０２のうち、鋼板１０３のハット状部１０３ａで覆われた部分は、第二電極１０５を下方から当接させることができないため、同軸上の第一電極１０４及び第二電極１０５で加圧挟持して通電溶接することはできない。そのため、特許文献１の技術では、図８に示すように、所定の間隔を置いて導電部材１０６上に立設された二つの当接部材１０７，１０８を鋼板１０３のフランジ部１０３ｂに下方から当接させた後、第一電極１０４を溶接予定部Ｐに上方から当接させると共に、第二電極１０５を導電部材１０６に下方から当接させる。この状態で電極１０４、１０５間に通電することにより、第一電極１０４→鋼板１０１及び１０２→鋼板１０３のフランジ部１０３ｂ→当接部材１０８→導電部材１０６→第二電極１０５という電流経路が形成され、第一電極１０４直下の鋼板１０１及び１０２との間（溶接予定部Ｐ）にナゲットが形成され、両鋼板１０１及び１０２の抵抗溶接が行われる。

特開２００８−２４６５５４号公報

ところで、スポット溶接装置によりワークに抵抗溶接を施す場合、量産ワークにあっては、量産する前段階において、溶接対象部位に適切なナゲットが形成されるための溶接条件を検討することが行われる。一般的には、電流値や加圧力の適正値の検討が行われる。例えば、前記特許文献１に開示されたスポット溶接装置のように、アース（当接部材）が複数個所設定されている溶接装置を用いた工法の場合は、適切な通電経路（当接部材の当接位置）を検討する必要がある。

特許文献１の溶接装置では、導電部材１０６及び当接部材１０７、１０８が一体的に移動可能であるため、これらを移動させて当接部材１０７、１０８と鋼板１０３との当接位置を変えることにより適切な通電経路を設定することが考えられる。しかしながら、特許文献１の技術では、導電部材１０６と当接部材１０７及び１０８とが一体的に設けられているため、通電経路の形成が当接部材１０７及び１０８の配置位置に依存して一義的に決められ、通電経路の選択などの検討余地がなく、通電制御を図ることが非常に難しいという問題があった。そのため、過大電流が流れるような通電経路が形成されることがあり、過大電流により溶接予定部Ｐに溶け落ちが発生するという問題があった。

また、ワークごとに対応した専用のスポット溶接装置を設けることで適切な溶接条件出しはできるが、設備費が非常に嵩むという問題があり、採用できないでいた。

本発明は、上記の問題点に鑑みてこれを改良除去したものであって、様々な形状のワークであっても適切な溶接条件出しの設定が可能な汎用性のあるスポット溶接装置を提供せんとするものである。

前記課題を解決するために本発明が採用したスポット溶接装置は、同軸上に対向して配置され、接近離反可能とされた一対の電極と、ワークの一方側に配置される複数の導電部材と、前記導電部材と通電可能に接続された当接部材とを備え、前記当接部材をワークに一方側から当接させると共に、一方の電極を前記導電部材に当接させ、さらに他方の電極をワークの溶接予定部に他方側から当接させ、この状態で前記一対の電極の間に通電することにより前記溶接予定部に溶接を施すスポット溶接装置であって、前記複数の導電部材を電気的に導通する導通状態と、前記複数の導電部材を電気的に遮断する非導通状態とを切り替え可能な導通手段を設けたものである。

上記のように、本発明のスポット溶接装置では、複数の導電部材を電気的に導通する導通状態と、複数の導電部材を電気的に遮断する非導通状態とを切り替え可能な導通手段を設けた。これにより、当接部材のワークに対する当接位置の変更では適切な通電経路を形成できない場合でも、複数の導電部材間の導通状態を導通手段により選択的に切り替えることで、より適切な通電経路の選択を図ることが可能となる。よって、分流制御の選択肢が拡がり、種々のワーク形状の溶接条件出しができる汎用性のあるスポット溶接装置とすることが可能である。

上記のスポット溶接装置において、当接部材を複数設け、それぞれ個別に昇降可能とすれば、鋼板に対して必要な当接部材のみを選択的に当接させることが可能となる。これにより、分流制御の選択肢がさらに広がり、適切な通電経路を形成しやすくなる。

以上のように、本発明のスポット溶接装置によれば、複数の導電部材間の導通状態を導通手段で切り替えることにより、分流制御の選択肢が拡がり、種々のワーク形状に応じた通電経路を形成することができるため、溶け落ちなどを発生させることなくスポット溶接部を形成することが可能となる。

ワークＷの断面斜視図である。本発明の実施形態に係るスポット溶接装置の平面図である。図２のスポット溶接装置をＩＩＩ−ＩＩＩ線から見た側面図である。導通手段の側面図である。上記スポット溶接装置の側面図である（ワークセット時）。上記スポット溶接装置の平面図である（溶接実行時）。上記スポット溶接装置の側面図である（溶接実行時）。従来のスポット溶接装置の側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の実施形態に係るスポット溶接装置１は、例えば図１に示すワークＷの溶接予定部Ｐに溶接を施すものである。このワークＷは、平面視で略Ｌ字状をなした長尺のフレーム部材である（図２参照）。ワークＷは、２枚の略平板状の鋼板Ｗ１、Ｗ２と、これらの一方側（図中下方）に重ねられた断面ハット形状の鋼板Ｗ３とを有する。鋼板Ｗ３は、ハット部Ｈと、その両側に設けられたフランジ部Ｆとを有する。鋼板Ｗ１〜Ｗ３は、予め、フランジ部Ｆの長手方向に離隔した複数箇所にダイレクトスポット溶接を施すことにより一体化されている。スポット溶接装置１は、鋼板１、２のうち、一方側から鋼板Ｗ３のハット部Ｈで覆われた溶接予定部Ｐを溶接可能なものである。

スポット溶接装置１は、図２及び図３に示すように、ワークセット台２と、導電部材と、当接部材４と、駆動部５と、連結部６と、電極７ａ及び７ｂを有する溶接ガン（図８参照）と、導通手段８とを主に備える。

ワークセット台２は、例えば複数の金属フレームを組み合せて形成され、床面上に設置される。ワークセット台２は、ワークＷが載置される載置部２ａと、クランプ部材２ｂとを有する。載置部２ａは、ワークＷのフランジ部Ｆを下方から支持可能な位置に設けられる。クランプ部材２ｂは、載置部２ａと協働してワークＷを挟持することで、ワークＷをワークセット台２に固定するものである。本実施形態では、クランプ部材２ｂがピン２ｃを中心に回転可能とされ、載置部２ａに対応する位置に押さえ部２ｄが設けられる。

導電部材は導電材料（例えば金属、特に銅）で形成され、複数に分割して設けられる。本実施形態では、複数の導電部材として導電板３ａ、３ｂ、及び３ｃが設けられる（図２参照）。導電板３ａ、３ｂ、３ｃは、互いに離反して設けられ、それぞれワークセット台２に絶縁部材（図示省略）を介して固定される。

導電板３ａと３ｂとの間、導電板３ｂと３ｃとの間、及び導電板３ｃと３ａとの間には、それぞれ導通手段８が設けられる。導通手段８は、二つの導電板を電気的に導通する導通状態と、二つの導電板を電気的に遮断する非導通状態とを切り替えるものである。本実施形態の導通手段８は、図４に示すように、導電材料（例えば金属、特に銅）からなる端子部材８ａと、端子部材８ａを昇降駆動するシリンダ８ｂとを有する。図示例の端子部材８ａは、二つの導電板にそれぞれ当接する一対の当接部８ａ１、８ａ２と、一対の当接部８ａ１、８ａ２を連結する連結部８ａ３とを一体に有する。シリンダ８ｂを突出させて端子部材８ａの当接部８ａ１、８ａ２を二つの導電板（図示例では導電板３ａ、３ｂ）に当接させることにより、これらの導電板３ａ、３ｂを電気的に接続する導通状態となる（図中点線参照）。一方、シリンダ８ｂを後退させて端子部材８ａを二つの導電板３ａ、３ｂから離反させることにより、これらの導電板３ａ、３ｃを電気的に遮断する非導通状態となる（図中実線参照）。尚、導電板３ｂ、３ｃ間、及び、導電板３ａ、３ｃ間に設けられた導通手段８も同様の構成である。また、各導通手段８は、それぞれ独立して導通状態を切り替え可能であり、本実施形態では、各導通手段８のシリンダ８ｂが個別に昇降可能とされる。

当接部材４は、ワークＷのフランジ部Ｆに下方から当接可能な位置に配置される。本実施形態では、当接部材４が複数箇所に設けられる。具体的には、図２に示すように、導電板３ａ、３ｃにはそれぞれ２個の当接部材４が、導電板３ｂには１個の当接部材４が接続される。当接部材４は、ワークＷに当接する当接位置（図３の点線参照）と、ワークＷから離反した退避位置（図３の実線参照）との間で移動可能とされ、図示例では鉛直方向に昇降可能とされる。当接部材４は、鉛直方向に延びる軸状の本体部４ａと、本体部４ａの先端（図中上端）に設けられたチップ４ｂとを有する。本体部４ａ及びチップ４ｂは共に金属で形成される。

駆動部５は、当接部材４を当接位置と退避位置との間で駆動するものである。本実施形態では、各当接部材４の下端にそれぞれ駆動部５が接続され、各当接部材４が個別に昇降駆動される。駆動部５は、例えばシリンダ（エアシリンダあるいは油圧シリンダ）で構成される。このほか、駆動部５をサーボモータやボールネジ等で構成してもよい。駆動部５は、ワークセット台２に固定される。各当接部材４と各駆動部５との間には絶縁部材（図示省略）が設けられ、これにより両者が絶縁される。

導電板３ａ〜３ｃと各当接部材４とは、連結部６により通電可能に接続される。連結部６は、導電板３ａ〜３ｃと当接部材４との通電を維持しながら、当接部材４の昇降を許容する。本実施形態では、連結部６が略Ｕ字形状の弾性部材（例えば積層金属板）で構成され、連結部６が湾曲することで当接部材４の昇降が許容される（図３の点線参照）。

溶接ガンは、第１電極７ａ及び第２電極７ｂを有する（図７参照）。両電極７ａ、７ｂは、同軸上に対向して配置され、互いに接近離反可能とされる。両電極７ａ、７ｂは、ガンヨークを介してロボットアームに連結される（図示省略）。各電極７ａ、７ｂは、軸状の本体部７ａ１、７ｂ１及びその先端に設けられたチップ７ａ２、７ｂ２を有する。

以下、上記のスポット溶接装置を用いてワークＷに溶接を施す手順について説明する。

まず、図５に示すように、クランプ部材２ｂの先端を上方に退避させ、押さえ部２ｄを載置部２ａから離反させた状態で、ワークセット台２の載置部２ａにワークＷを載置する（矢印Ｃ参照）。鋼板Ｗ３のハット部Ｈを下向きに突出させた状態で、ワークＷのフランジ部Ｆを載置部２ａに載置するにより、ハット部Ｈが複数の当接部材４の間に配される。この状態で、ワークセット台２のクランプ部材２ｂを回転させて（矢印Ｄ参照）、押さえ部２ｄと載置部２ａとでワークＷのフランジ部Ｆを上下から挟持することにより、ワークＷがワークセット台２にセットされる。

このとき、各導通手段８により、導電板３ａ、３ｂ、３ｃ間の導通状態が設定される。本実施形態では、導電板３ａと３ｂとの間の導通手段８の端子部材８ａを後退させてこれらの導電板３ａ、３ｂを非導通状態にすると共に（図５参照）、導電板３ａ，３ｃ間、及び導電板３ｂ，３ｃ間の導通手段８の端子部材８ａを各導電板に当接させて、導電板３ａと３ｃ及び導電板３ｂと３ｃをそれぞれ導通状態とする。尚、図６では、導通状態の導通手段８を実線で示し、非導通状態の導通手段８を点線で示している。

次に、駆動部５で当接部材４を上昇させ、ワークＷのフランジ部Ｆに下方から当接させる（図３の点線参照）。本実施形態では、当接部材４を、ワークＷのフランジ部Ｆのうち、予め溶接された既溶接部に当接させる。これにより、当接部材４がアース電極として機能する。このとき、各当接部材４を別個の駆動部５で駆動しているため、各当接部材４をそれぞれ上昇させてワークＷに確実に当接させることができる。また、所望の通電経路を形成するために、一部の当接部材４のみを上昇させてワークＷに当接させることもできる。また、当接部材４ごとに加圧力を個別に設定することが可能であるので、当接部材４ごとに加圧力を異ならせることも、全ての当接部材４の加圧力を等しくすることもできる。

その後、ロボットアームで溶接ガンを移動させ、図７に示すように、第１電極７ａと第２電極７ｂとの間にワークＷのハット部Ｈ及び導電部材（図示例では導電板３ｂ）を配置させる。そして、第１電極７ａをワークＷの溶接予定部Ｐに上方から当接させると共に、第２電極７ｂを導電板３ｂに下方から当接させる。この状態で、両電極７ａ、７ｂによりワークＷ及び導電板３ｂを挟持して加圧し、両電極７ａ、７ｂ間に通電する。これにより、第１電極７ａ→ワークＷ→当接部材４→連結部６→導電板→第２電極７ｂという通電経路が形成され、ワークＷの溶接予定部Ｐに溶接が施される。

このときの通電経路を詳しく説明すると、まず、第１電極７ａから直近の当接部材４にワークＷを介して電流が流れる（矢印Ｑ１参照）。そして、当接部材４から連結部６を介して導電板３ａに電流が流れる。このとき、導電板３ａと導電板３ｂとが導通手段８により非導通状態になっていると共に、導電板３ａと導電板３ｃ、及び、導電板３ｂと導電板３ｃが、それぞれ導通手段８により導通状態になっている。これにより、電流は、導電板３ａ→導電板３ｃ→導電板３ｂという経路を流れ、第２電極７ｂに達する（矢印Ｑ２参照）。このように、導電板３ａ〜３ｃ間の通電状態を導通手段８により適宜切り替えることにより、導電板３ａ〜３ｃを介した通電経路を変更することができる。従って、溶接予定箇所に流れる電流値が大きい場合には、本実施形態のように通電経路が長くなるように導通手段８を切り替えることにより、当接部材４の位置を変えることなく適切な溶接条件を設定することが可能となる。

また、本実施形態では、各当接部材４がそれぞれ個別に昇降駆動されるため、複数の当接部材４のうちの一部をワークに当接させることができる。これにより、ワークＷに当接させる当接部材４を適宜選択することにより、通電経路を変更することができるため、より適切な溶接条件の設定が可能となる。

一箇所の溶接予定部Ｐへの溶接が完了したら、両電極７ａ、７ｂを離反させてワークＷ及び導電板３ｂへの加圧力を解除する。そして、ロボットアームで溶接ヘッドを次の溶接予定部へ移動させ、上記と同様の手順で溶接を施す。このとき、必要に応じて、各導通手段８の導通状態が切り替えられ、導電板３ａ〜３ｃの一部又は全てを介した所望の通電経路を形成する。全ての溶接予定部Ｐへの溶接が完了したら、駆動部５で当接部材４を退避位置まで下降させると共に、クランプ部材２ｂを回転させてワークＷのクランプを解除した後、ワークＷをスポット溶接装置１から搬出する。

本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、導通手段８の端子部材８ａの通電抵抗を高めれば、端子部材８ａを介した通電経路の抵抗を高めることができる。この場合、通電経路が通過する端子部材８ａの数を増やすことによって、通電経路全体の抵抗値を大幅に増大させることができるため、溶接条件の設定の幅がさらに広がる。通電抵抗を高める手段としては、端子部材８ａの断面積を小さくしたり、端子部材８ａを抵抗値の高い材料（例えばタングステン）で形成したりすることが考えられる。

また、当接部材の数や配置位置及び導電部材の分割数や形状等は、ワークの種類や溶接部位等に応じて溶接電流経路が適切になるように設定すればよい。

１スポット溶接装置
２ワークセット台
３ａ〜３ｃ導電板（導電部材）
４当接部材
５駆動部
６連結部
７ａ、７ｂ電極
８導通手段
８ａ端子部材
８ｂシリンダ

Claims

同軸上に対向して配置され、接近離反可能とされた一対の電極と、ワークの一方側に配置される複数の導電部材と、前記導電部材と通電可能に接続された当接部材とを備え、前記当接部材をワークに一方側から当接させると共に、一方の電極を前記導電部材に当接させ、さらに他方の電極をワークの溶接予定部に他方側から当接させ、この状態で前記一対の電極の間に通電することにより前記溶接予定部に溶接を施すスポット溶接装置であって、
前記複数の導電部材を電気的に導通する導通状態と、前記複数の導電部材を電気的に遮断する非導通状態とを切り替え可能な導通手段を設けたスポット溶接装置。