JP2019147175A - 接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スパッタによる接合装置の動作異常を抑制するとともに、溶接品質を向上させることができる接合装置を提供する。
【解決手段】接合装置１００は、チップ２３に対して第１方向Ｘ１および第２方向Ｘ２に相対移動可能である絶縁筒部３０を備える。絶縁筒部３０は、部品の被保持部を保持するための保持部４０をチップ２３の第１方向Ｘ１側の端部３３１とともに構成する開口部３５と、第１方向Ｘ１側の端部３３１において開口部３５の周囲に形成された当接部３７とを有し、チップ２３に対して第２方向Ｘ２に相対移動することで、保持部４０に保持された被保持部をチップ２３によって押圧させる。当接部３７は、保持部４０に被保持部が保持された状態において、第１方向Ｘ１側の端部３７２が被保持部よりも第１方向Ｘ１側に位置しているとともに、絶縁筒部３０の内側と外側とを連通させる連通部３７３を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、接合対象物に部品を溶接する接合装置に関する。

従来、鋼板のような接合対象物に、部品（例えば、プロジェクションナット）を溶接する接合装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に開示された接合装置の先端部の側面断面図である。図６Ａに示すように、絶縁筒１００４の先端部には、部品１０５０を収容する収容凹部１０１１が形成されている。収容凹部１０１１の深さは、収容された部品１０５０の一部が収容凹部１０１１から突出するように設定されている。このため、部品１０５０を接合対象物１０２２に溶接する際、絶縁筒１００４の先端部は接合対象物１０２２に接触せず、絶縁筒１００４の先端部と接合対象物１０２２との間に隙間Ｃが形成される。

また、絶縁筒１００４の先端部には、排気溝１０１２が形成されている。排気溝１０１２は、空気噴出経路１０１９から収容凹部１０１１に噴出される空気を絶縁筒１００４の外側に排出する。このため、部品１０５０を接合対象物１０２２に溶接する際に発生する溶融金属（スパッタ）ＳＰは、空気噴出経路１０１９から噴出される空気により、隙間Ｃおよび排気溝１０１２を介して絶縁筒１００４の外側へ排出される（図６Ａの矢印を参照）。

特開２０１７―６０９８８号公報

ところで、近年、自動車部品等を軽量化するため、例えば鋼板とアルミニウム合金板のような異材をリベット等の部品で接合する技術が開発されている。図６Ｂは、特許文献１に開示された接合装置を用いて、鋼板ＳＷに鋼製リベットＲを溶接し、アルミニウム合金板ＡＷと鋼板ＳＷを接合する状態を示している。

図６Ｂに示すように、収容凹部１０１１に収容されるリベットＲの頭部ＲＨの厚みは、プロジェクションナットよりも薄くなっている（図６Ａ参照）。このため、リベットＲを鋼板ＳＷに溶接する際、絶縁筒１００４の先端部がアルミニウム合金板ＡＷに接触することとなり、絶縁筒１００４の先端部とアルミニウム合金板ＡＷとの間に隙間を形成することができない。また、絶縁筒１００４の先端部に形成された排気溝１０１２は、収容凹部１０１１に収容されるリベットＲの頭部ＲＨによって塞がれている。このため、空気噴出経路１０１９から噴出された空気を絶縁筒１００４の外側へ排出する経路が塞がれることとなり、スパッタＳＰを絶縁筒１００４の外側へ排出する能力が低下する。

また、鋼板ＳＷにリベットＲを溶接する場合には、プロジェクション溶接やスポット溶接を行う場合と比較してスパッタＳＰがより多く発生する。

このため、特許文献１に開示された接合装置を用いて、鋼板ＳＷにリベットＲを溶接する場合、溶接時に噴出するスパッタＳＰは、絶縁筒１００４の外側に排出されずに、絶縁筒１００４と電極１００７の間に入り込む場合がある（図６Ｂの矢印を参照）。絶縁筒１００４と電極１００７の間にスパッタＳＰが入り込むと、接合装置に動作異常が生じる場合や、溶接品質が不安定になる場合がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、部品を溶接する際に発生するスパッタを排出する経路を確保することにより、スパッタによる接合装置の動作異常を抑制するとともに、溶接品質を向上させることができる接合装置を提供することである。

本発明の接合装置は、接合対象物に部品を溶接する接合装置であって、本体と、前記本体から第１方向に延びている電極と、前記電極を被覆しており、前記電極に対して前記第１方向および該第１方向と反対の第２方向に相対移動可能である絶縁筒部と、を備え、前記絶縁筒部は、前記部品の被保持部を保持するための保持部を前記電極の前記第１方向側の端部とともに構成する開口部と、前記第１方向側の端部において前記開口部の周囲に形成された当接部とを有し、前記電極に対して前記第２方向に相対移動することで、前記保持部に保持された前記被保持部を前記電極によって押圧させ、前記当接部は、前記保持部に前記被保持部が保持された状態において、前記第１方向側の端部が前記被保持部よりも前記第１方向側に位置しているとともに、前記絶縁筒部の内側と外側とを連通させる連通部を有していることを特徴とする。

このように構成することにより、当接部の第１方向側の端部は、保持部に被保持部が保持された状態において、被保持部よりも第１方向側に位置しており、連通部は、開口部の内側と開口部の外側とを連通させている。このため、部品を溶接する際に発生するスパッタを外部へ排出させる経路を確保することができ、スパッタによる接合装置の動作異常を抑制することができるとともに、溶接品質を向上させることができる。

第１実施形態に係る接合装置の概略構成を示す側面断面図である。 接合装置の保持部および当接部付近を拡大した図である。 接合装置の動作状態を示す側面拡大断面図である。 接合装置の動作状態を示す側面拡大断面図である。 第２実施形態に係る接合装置の保持部および当接部付近を拡大した図である。 従来の接合装置を示す側面断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車の車体製造工程で用いられる接合装置に本発明を適用している。

―第１実施形態―
図１は、第１実施形態に係る接合装置１００の概略構成を示す側面断面図である。本実施形態の接合装置１００は、接合対象物に部品を溶接する場合に用いられる可動電極であり、固定電極２００（図３参照）と協動して接合対象物に部品を溶接する。接合装置１００は、進退駆動手段（図示せず）によって進退する支持部材２に支持されている。以下の図では、接合装置１００が延びている方向の一方を第１方向Ｘ１とし、第１方向Ｘ１と反対の方向を第２方向Ｘ２とする。

接合対象物は例えば、アルミニウム合金板や鋼板であり、部品は例えばリベットのように接合対象物に溶接されるものである。本実施形態では、アルミニウム合金板ＡＷと鋼板ＳＷをリベットＲで接合する場合について説明する。

リベットＲは、円形の頭部ＲＨおよび頭部ＲＨよりも小径の胴部ＲＢを有し、頭部ＲＨに対して胴部ＲＢが垂直に設けられた形状を有している（図２および図３参照）。アルミニウム合金板ＡＷと鋼板ＳＷが重ねられた状態で、アルミニウム合金板ＡＷに設けられた下穴ＨにリベットＲの胴部ＲＢを挿通させ、胴部ＲＢが鋼板ＳＷに溶接されることにより、アルミニウム合金板ＡＷと鋼板ＳＷとが接合される（図３および図４参照）。

まず、図１を用いて接合装置１００の概略構成について説明する。図１に示すように、接合装置１００は、本体１０および絶縁筒部３０を備えている。

本体１０は、接合装置１００の基体をなす部分である。本体１０は、電極１１、保護筒部１３、連結部１５を有している。

電極１１は、第１電極１１１および第２電極１１３を有している。これら電極１１１，１１３は一体化されている。

第１電極１１１は、略円筒形状を有しており、第１方向Ｘ１に延びている。第１電極１１１の側部には、凹部１１６が形成されている。第１電極１１１の第１方向Ｘ１側の端部には、段部１１７が形成されている。

第２電極１１３は、直径が第１電極１１１よりも小さい略円筒形状を有している。第２電極１１３は、第１電極１１１の第１方向Ｘ１側の端部から第１電極１１１と同軸に第１方向Ｘ１に延びている。第２電極１１３の第１方向Ｘ１側の端部には開口部１１８が形成されている。電極１１の内部には冷却水路２１が形成されている。

保護筒部１３は、電極１１の外側を被覆する部材である。保護筒部１３は、略円筒形状を有しており、第１方向Ｘ１に延びている。保護筒部１３の長さは、電極１１よりもやや短く設定されており、第１電極１１１の全部と第２電極１１３の一部を被覆している。保護筒部１３は、第１電極１１１の側部に密着している。保護筒部１３と第２電極１１３との間には空間が形成されている。保護筒部１３の第１方向Ｘ１側の端部には、第２電極１１３および絶縁筒部３０を突出させる開口部１３１が形成されている。開口部１３１の外側には、絶縁筒部３０の位置を規定するための位置決め部１３３が形成されている。保護筒部１３の側部には、第１電極１１１の凹部１１６に対応する位置に貫通孔１３５が形成されている。

保護筒部１３の側部には、空気供給経路１３７が設けられている。空気供給経路１３７には、空気供給部１４が取り付けられている。空気供給部１４は、供給ホース（図示せず）を介して圧縮空気供給装置（図示せず）に接続されている。圧縮空気供給装置から供給された圧縮空気は、絶縁筒部３０と第２電極１１３との間の空間に噴出され、リベットＲを溶接する際に発生するスパッタＳＰを絶縁筒部３０から排出させる。スパッタＳＰの排出については後に詳細に説明する。

連結部１５は、電極１１および保護筒部１３を連結する部材である。連結部１５の内側には凸部１５１が設けられている。保護筒部１３の貫通孔１３５を介して、凸部１５１が第１電極１１１の凹部１１６に嵌合されることにより、電極１１および保護筒部１３が連結されている。連結部１５は、ボルト１５３によって保護筒部１３に固定されている。

電極１１の端部にはチップ２３が着脱可能に取り付けられ、電気的に接続されている。チップ２３は、リベットＲに接触する部材であり、リベットＲを溶接する際にリベットＲを加圧および通電する。

絶縁筒部３０は、硬質の絶縁素材で形成された略円筒形状の部材である。絶縁筒部３０は、電極１１の第２電極１１３およびチップ２３を被覆するように設けられており、第２電極１１３に対して摺動可能である。このため、絶縁筒部３０は、第２電極１１３に対して第１方向Ｘ１および第２方向Ｘ２に相対移動可能である。絶縁筒部３０は、第１筒部３１、第２筒部３３、開口部３５、および当接部３７を有している。

第１筒部３１は、略円筒形状を有しており、第１方向Ｘ１に延びている。第１筒部３１は、電極１１を被覆するように設けられており、保護筒部１３と第２電極１１３との間の空間に収容されている。

第２筒部３３は、直径が第１筒部３１よりも小さい略円筒形状を有している。第２筒部３３は、第１筒部３１の第１方向Ｘ１側の端部から第１筒部３１と同軸に第１方向Ｘ１に延びている。第２筒部３３は、保護筒部１３の開口部１３１から第１方向Ｘ１に突出しており、電極１１およびチップ２３を被覆するように設けられている。

第１筒部３１の第２方向Ｘ２側の端部３１１は、電極１１の段部１１７と間隔をおいて対向している。端部３１１と段部１１７の間には、圧縮された状態のコイルバネ３９が配置されている。コイルバネ３９の弾性力により、絶縁筒部３０は、第１方向Ｘ１に付勢されている。第１筒部３１の第１方向Ｘ１側の端部には、段部３１７が形成されており、保護筒部１３に形成された位置決め部１３３に当接することで、電極１１に対する絶縁筒部３０の位置が決定されている。また、絶縁筒部３０に第２方向Ｘ２の押圧力が加わることで、絶縁筒部３０は、コイルバネ３９の弾性力に抗して、電極１１に対して第２方向Ｘ２に相対移動可能である。

開口部３５は、第２筒部３３の第１方向Ｘ１側の端部３３１に形成されている。開口部３５は、リベットＲの頭部ＲＨを保持するための保持部４０をチップ２３の第１方向Ｘ１側の端部である押圧面２３１とともに構成する（図２参照）。リベットＲの頭部ＲＨは、本発明における部品の被保持部に相当する。第２筒部３３の端部３３１付近には、磁石３５５が配置されている。磁石３５５は、保持部４０に差し込まれたリベットＲを保持部４０内に保持する。

当接部３７は、第２筒部３３の端部３３１において開口部３５の周囲に形成されている。当接部３７は、リベットＲを溶接する際に発生するスパッタＳＰを絶縁筒部３０から排出しやすくするために設けられている。当接部３７の構成については後に詳細に説明する。

図２は、接合装置１００の保持部４０および当接部３７付近を拡大した図である。図２Ａは、保持部４０および当接部３７付近を拡大した側面断面図であり、図２Ｂは、保持部４０および当接部３７付近を第１方向Ｘ１側からみた拡大図である。

図２Ａに示すように、開口部３５は、リベットＲの頭部ＲＨを保持するための保持部４０をチップ２３の押圧面２３１とともに構成している。具体的には、第２筒部３３に対するチップ２３の位置は、チップ２３の押圧面２３１が第２筒部３３の端部３３１よりも第２方向Ｘ２側に位置するように位置決めされており、開口部３５の内周面３５１および押圧面２３１によって保持部４０が構成されている。保持部４０の深さは、第１方向Ｘ１における押圧面２３１と端部３３１の距離Ｌ１であり、距離Ｌ１は、リベットＲの頭部ＲＨを保持できる距離に設定されている。距離Ｌ１は、本実施形態では、リベットＲが保持部４０に保持された状態における頭部ＲＨの第１方向Ｘ１の長さ（頭部ＲＨの厚さ）よりも長く（深く）設定されているが、距離Ｌ１と頭部ＲＨの厚さを同程度としてもよく、距離Ｌ１を頭部ＲＨの厚さよりも短く（浅く）設定してもよい。

リベットＲを溶接対象物に溶接する接合過程においては、絶縁筒部３０がチップ２３に対して第２方向Ｘ２に相対移動することで、リベットＲの頭部ＲＨが保持部４０から押し出される。このとき、開口部３５の内周面３５１は、相対的に第１方向Ｘ１に向けて移動するリベットＲの頭部ＲＨを案内する。

図２Ａおよび図２Ｂに示すように、当接部３７は、第２筒部３３の端部３３１に設けられている。当接部３７は、突起部３７１および連通部３７３を有している。

図２Ａに示すように、保持部４０にリベットＲの頭部ＲＨが保持された状態において、突起部３７１の端部３７２は、リベットＲの頭部ＲＨよりも第１方向Ｘ１側に位置している。図２Ｂに示すように、突起部３７１は、略円柱形状を有しており開口部３５の周囲に形成されている。本実施形態では、等間隔に４本の突起部３７１が設けられている。突起部３７１は、絶縁筒部３０と一体に形成されてもよく、絶縁筒部３０に対して別部材を取り付けることにより突起部３７１を形成してもよい。また、突起部３７１は複数設けられていればよく、２本あるいは３本、または５本以上であってもよい。また、突起部３７１の形状は、円柱形状に限られない。

連通部３７３は、隣接する突起部３７１の間に形成されている。連通部３７３は、絶縁筒部３０の内側と外側とを連通させている。具体的には、溶接する際に、突起部３７１を溶接対象物（例えばアルミニウム合金板ＡＷあるいは鋼板ＳＷ）に当接させると、連通部３７３は溶接対象物と端部３３１との間の間隙となり、絶縁筒部３０の内側と外側とを連通させる。溶接の際に空気供給部１４から供給される圧縮空気は、絶縁筒部３０とチップ２３の間隙を通って保持部４０に入り、連通部３７３から絶縁筒部３０の外部に排出される。リベットＲを溶接する際に発生するスパッタＳＰは、圧縮空気とともに連通部３７３から絶縁筒部３０の外部に排出される。

突起部３７１の高さ、すなわち第１方向Ｘ１の長さＬ２は、大きいほど連通部３７３が広くなり、スパッタＳＰを排出させやすくなる。しかしながら、長さＬ２が所定値を上回ると、接合過程でリベットＲが溶接されていない段階において、リベットＲの頭部ＲＨが保持部４０から押し出された状態となり、リベットＲが開口部３５の内周面３５１に案内されずにリベットＲの姿勢が不安定になる場合がある。このため、長さＬ２は、接合過程においてリベットＲの姿勢を安定させるように、リベットＲが溶接される段階まで、リベットＲが開口部３５の内周面３５１に案内される長さにすることが好ましい。

突起部３７１は、開口部３５から離れた位置に設けることが好ましい。突起部３７１を開口部３５から離れた位置に設けることにより、突起部３７１の間の連通部３７３が広がるため、スパッタＳＰを絶縁筒部３０から外部に排出させやすくなる。

次に、接合装置１００を用いてアルミニウム合金板ＡＷと鋼板ＳＷとをリベットＲで接合する場合について説明する。図３および図４は、接合装置１００の動作状態を示す側面拡大断面図である。

図３に示すように、可動電極である接合装置１００が固定電極２００と対向するように配置され、接合装置１００と固定電極２００の間にアルミニウム合金板ＡＷと鋼板ＳＷが重ねられた状態で配置される。アルミニウム合金板ＡＷには下穴Ｈが形成されており、接合装置１００の保持部４０には、リベットＲが保持されている。

接合過程が開始されると、接合装置１００が第１方向Ｘ１に移動してアルミニウム合金板ＡＷに接近し、当接部３７の突起部３７１がアルミニウム合金板ＡＷに接触する。接合装置１００がさらに第１方向Ｘ１に押圧されることで、絶縁筒部３０がチップ２３に対して第２方向Ｘ２に相対移動し、リベットＲの頭部ＲＨが保持部４０から押し出される。

図４に示すように、接合装置１００がさらに第１方向Ｘ１に押圧されることで、アルミニウム合金板ＡＷの下穴ＨにリベットＲの胴部ＲＢが挿通され、リベットＲはチップ２３と鋼板ＳＷの間で挟み付けられる。その状態で、チップ２３と固定電極２００の間に溶接電流が通電されることで、鋼板ＳＷにリベットＲが溶接され、アルミニウム合金板ＡＷと鋼板ＳＷが接合される。

接合装置１００がリベットＲに対して加圧および通電をする際に、空気供給部１４から圧縮空気が供給される。当接部３７の突起部３７１がアルミニウム合金板ＡＷに接触することで、圧縮空気の経路である連通部３７３は確保されているため、保持部４０に供給された圧縮空気は、連通部３７３から絶縁筒部３０の外部に排出される。リベットＲを溶接する際に発生するスパッタＳＰは、圧縮空気により、絶縁筒部３０の内側から連通部３７３を介して絶縁筒部３０の外側に排出される（図４参照）。このため、スパッタＳＰが絶縁筒部３０と電極１１（チップ２３）の間に入り込みにくくなる。

以上説明した実施形態１に係る接合装置１００によれば、突起部３７１の端部３７２は、保持部４０にリベットＲの頭部ＲＨが保持された状態において、頭部ＲＨよりも第１方向Ｘ１側に位置しており、連通部３７３は、絶縁筒部３０の内側と外側とを連通させている。このため、リベットＲを溶接する際に発生するスパッタＳＰを絶縁筒部３０の外側へ排出させる経路を確保することができ、スパッタＳＰによる接合装置１００の動作異常を抑制することができるとともに、溶接品質を向上させることができる。

―第２実施形態―
実施形態２に係る接合装置１００Ａは、当接部３７Ａの構成が実施形態１に係る接合装置１００の当接部３７の構成と異なっている。以下の説明において、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１と異なる構成についてのみ説明する。

図５は、第２実施形態に係る接合装置１００Ａの保持部４０および当接部３７Ａ付近を拡大した図である。図５Ａは、保持部４０および当接部３７Ａ付近を拡大した側面断面図であり、図５Ｂは、保持部４０および当接部３７Ａ付近を第１方向Ｘ１側からみた拡大図である。

図５Ａおよび図５Ｂに示すように、当接部３７Ａは、第２筒部３３の端部３３１に設けられている。当接部３７Ａは、突起部３７１Ａおよび連通部３７３Ａを有している。

図５Ｂに示すように、第２筒部３３の端部３３１には、開口部３５の中心から放射状に８本の溝３７５が形成されている。連通部３７３Ａは溝３７５によって構成されている。隣接する連通部３７３Ａの間の部分、すなわち溝３７５が形成されていない部分は、突起部３７１Ａを構成している。

図５Ａに示すように、保持部４０にリベットＲの頭部ＲＨが保持された状態において、突起部３７１Ａの端部３３１は、リベットＲの頭部ＲＨよりも第１方向Ｘ１側に位置している。本実施形態では、突起部３７１Ａは等間隔に８本設けられているが、突起部３７１Ａは複数設けられていればよく、８本未満あるいは９本以上であってもよい。

―他の実施形態―
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

本実施形態では、溶接する部品はリベットＲであるとして説明したが、部品はリベットＲに限定されない。接合装置は、プロジェクションナットなど他の部品の接合に用いるものにも適用可能である。

本実施形態では、接合対象物としてアルミニウム合金板ＡＷと鋼板ＳＷの異材を接合する場合について説明したが、接合対象物は限定されない。接合対象物は、例えば同種の材料の接合であってもよく、アルミニウム合金や鋼以外のものであってもよい。

接合装置１００の構造は本実施形態に限定されない。例えば、冷却水の経路を設けて電極の冷却能力を向上させるようにしてもよい。

本発明は、接合対象物に部品を溶接する接合装置に適用可能である。

１００ 接合装置
１０ 本体
１１ 電極
３０ 絶縁筒部
３５ 開口部
３７ 当接部
３７１ 突起部
３７３ 連通部
４０ 保持部
Ｒ リベット（部品）
ＲＨ 頭部（被保持部）

Claims (1)

1. 接合対象物に部品を溶接する接合装置であって、
   本体と、
   前記本体から第１方向に延びている電極と、
   前記電極を被覆しており、前記電極に対して前記第１方向および該第１方向と反対の第２方向に相対移動可能である絶縁筒部と、
   を備え、
   前記絶縁筒部は、前記部品の被保持部を保持するための保持部を前記電極の前記第１方向側の端部とともに構成する開口部と、前記第１方向側の端部において前記開口部の周囲に形成された当接部とを有し、前記電極に対して前記第２方向に相対移動することで、前記保持部に保持された前記被保持部を前記電極によって押圧させ、
   前記当接部は、前記保持部に前記被保持部が保持された状態において、前記第１方向側の端部が前記被保持部よりも前記第１方向側に位置しているとともに、前記絶縁筒部の内側と外側とを連通させる連通部を有している、
   ことを特徴とする接合装置。

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