JP3661923B2 - マッシュ・シーム溶接装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明に属する利用分野】
本発明は,たとえば自動車用サイドメンバー等の材料に使用される金属板を接合する,いわゆるテーラト゛ブランクス材を製造する場合に有用なマッシュ・シーム溶接装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
マッシュ・シーム溶接法は,二枚の金属板同士を僅かな重ね代を設けて突き合わせ,その突き合わせて形成された重ね継ぎ手部を,上下から一対のシーム溶接用電極輪で挟みつけるか,又は一方をバックバー等で挟みつけて,前記電極輪に必要な加圧力と溶接電流を供給すると同時に前記電極輪を回転駆動し,一方の母材板厚と同等又はそれに接近した板厚まで押し潰しながら進行するシーム溶接方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
マッシュ・シーム溶接法は重ね代が板厚くらいと非常に狭く,しかも溶接部を押し潰しながら進むので,両方の板をクランプ装置でしっかり固定しないと,合わせ目が開いたり,シーム溶接時に抵抗発熱による熱膨張でラップ代が変形したり,はなはだしい時はシーム溶接用電極輪から板が逃げてしまう。
【0004】
このため,従来のマッシュ・シーム溶接装置では,大きなクランプ力で溶接する板の溶接線全長にわたって均等にクランプする必要がある。
クランプが低い場合,溶接幅方向に対し溶接が進むにしたがって熱膨張による力が増大することによって発生するラップ代の開きを少なくするため,予め重ね継ぎ手部の溶接開始端から溶接終了端までの重ね代を徐々に大きくする場合もある。
【0005】
しかしながら,従来のこの種の溶接方法は,つぎのような問題点が表面化してきた。
(1) 従来は,溶接時に強力なクランプ力を得るためのクランプ装置はワーク治具に取付けられている。このため,前記ワーク治具にはワーク個数に見合った複数台のクランプ装置が必要であった。
(2) クランプ装置と一体化されたワーク治具では,高出力の油圧又はエアシリンダ若しくは電動モータ等による強力なクランプ力に耐え得るだけの剛性を有するクランプビームが必要であった。
(3) クランプ力を高くすると,それに見合った装置となり,重量が増大し,クランプ装置を可動させる動力もいきおい大きなものとなる。また,設備コストも嵩む。
(4) ワーク治具の中にクランプ装置を設けると,シーム電極ヘッドとクランプビーム等の干渉原因となりクランプビーム等の設計構造が制約される。
(5) シーム溶接機の本体は一般にC形フレームであるため,フトコロ深さに比例して溶接進行にしたがって溶接部に増大する熱膨張によって曲げモーメントが溶接機全体に生じる。その結果,溶接機が溶接進行方向に対し直角方向に捩じられラップ代を変形したり,はなはだしくはシーム溶接用電極輪が正規の溶接軌跡からはずれたりする。この場合には,予めラップ代の溶接終了端を広くするためのラップ代調整機構を必要とすることもある。
(6) またクランプを均等にするためには主ビームの中に分割クランプを採用する場合もあるが,それもまた装置が複雑・高価となる。
(7) また三枚板継ぎの場合,ワークの種類によりピッチが変わった場合は,シーム電極ヘッドとワーク治具とが干渉しピッチの異なる三枚以上の板継ぎ溶接には制限があった。
【0006】
【問題点を解決するための手段】
そこで,本発明は上記の問題を解決するために次のような技術的手段を講じてある。すなわち,請求項1の発明は,少なくとも二枚以上の金属板同士を僅かに重ね合わせた重ね継ぎ手部を設けて支持するワーク治具を含むワーク移動台と,前記ワーク治具に支持された重ね継ぎ手部を,一対のシーム溶接用電極輪で挟みつけて,前記電極輪を回転駆動すると共に,これに加圧力と溶接電流を供給して,少なくとも一方の母材板厚と同等又はそれに接近した板厚まで押し潰しながらシーム溶接を行うシーム溶接機とを有し,前記ワーク移動台と前記溶接機はそれぞれが互いに独立して走行すること;しかも前記ワーク移動台と前記溶接機の走行する移動方向はX軸とY軸のクロス方向であること;さらに前記重ね継ぎ手部を溶接に先立って相対する金属板をクランプ保持するための一対の位置決め用クランプ装置が,前記シーム溶接を行う位置に配置された固定フレーム内に配置されていること;を条件とする。
【0007】
請求項2の発明において前記ワーク移動台は,溶接位置とは別の位置で金属板の供給と溶接後の金属板の取り出しを行うために溶接位置を中心にシャトル方式にて移動すること;を条件とする。
【0008】
請求項3の発明において前記ワーク治具には寸法の異なる複数の金属板の重ね継ぎ手部を前記ワーク治具上で位置決めするための複数の位置決め具を設け,これらの位置決め具はX軸及び/又はY軸方向へ可変可能としたこと;を条件とする。
【0009】
請求項4の発明において前記溶接機は加圧ユニットを含む一対のシーム電極ヘッドがスライド部材を介して移動可能に支持されていること;また前記位置決め用クランプ装置は溶接時に前記重ね継ぎ手部を相対するワークの入り側と出側で,前記重ね継ぎ手部の下側面をバックアップするバックアップユニットと,バックアップユニットの上で相対する向きでこれに対応しかつクランプと開放に要する動作が行われるクランプビーム及びそのクランプシリンダとからなること;しかも前記スライド部材,前記バックアップユニット,前記クランプビームが前記固定フレーム内に配置されていること;を条件とする。
【0010】
請求項5の発明において前記加圧ユニットの上部シーム電極ヘッドは前記加圧ユニットと共に固定フレームの上部内側に2本平行に配置された上部レールにそってスライド部材と一体に移動する電極支持ブラケットに支持され,かつ前記ワーク移動台が移動するX軸方向と直角に交わるY軸方向から駆動されること前記電極支持ブラケットは前記上部レールに対応する下部レールに沿って移動する連結フレームと連結されていること;前記上部シーム電極ヘッドに対応する下部シーム電極ヘッドは前記連結フレームに支持されること;前記上部レールと前記下部レールにそって移動する前記支持ブラケットと前記連結フレームの夫々のスライド部材には溶接時に前記X軸方向に発生するサイドフォースによる曲げモーメントを抑制するためのガイドユニットが,前記電極輪の電極加圧中心線(A−A)に対してその前後二箇所にあってかつ前記ガイドユニット相互間の距離をとって前記Y軸方向へ配置されていること;を条件とする。
【0011】
請求項6の発明において前記固定フレームは門形のポストから構成されていること;を条件とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本発明にかかるマッシュ・シーム溶接装置の全体構想を示す平面図である。図2は同じく正面図である。図3は本発明装置のワーク治具と固定フレーム内に配置された位置決め用クランプ装置及びシーム電極ヘッドを含むシーム溶接機の組付け構造を示す側面図である。図4はワーク供給装置とワーク取り出し装置の概略図を示す。図5は寸法の異なる金属板の位置決めに適用した場合の,可変調整機構を有するワーク位置決め具の実施例を示す概略図である。
【0013】
本実施例ではワーク移動台1の上に設置されたワーク治具28にワーク(ここでは寸法の異なる三枚の金属板W1,W2,W3をいう)を搭載し,各重ね継ぎ手部eを確保した状態で,マッシュ・シーム溶接する場合の例を示す。ワーク治具28のワーク移動台1は二本のレール2にそってガイドユニット3がガイドされ,インデックスシリンダ又は電動モータ等の駆動装置(図示省略)によりX軸方向に駆動される。
【0014】
ワークは後述する自動供給装置により予め前記ワーク治具28の上に搭載される。ここに搭載された三枚の金属板W1,金属板W2及び金属板W3は位置決め具4により端部を僅かに重ね合わせ,その重ね合わせたラップ代eが位置決めされる。
【0015】
図では詳細を省略したが,前記ラップ代eを位置決めする場合は,たとえばゲージバーなどを含むストッパを使用し,このストッパに各金属板の端面をそれぞれ突き当てることによって溶接条件に見合った僅かな重ね合わせ部が設定される。
【0016】
ここで設定されたラップ代eは前記ワーク治具28の上に複数台配置されたクランプユニット5によりワーク周辺を適間隔にクランプすることによって確保される。
【0017】
この場合,金属板の寸法(板幅(E)方向と長さ(H)方向)の位置決め具4は,図5に示すように,矢印X,Yの二方向にストッパ板がインデックスシリンダ等により金属板を四方から挟みこむようにしたものである。
【0018】
こうして重ね継ぎ手部が設定された後,前記ワーク移動台1はX軸方向にレール2にそってガイドユニット3がガイドされシーム溶接工程に移動される。
【0019】
シーム溶接機はスライド部材6のガイドユニット11が下部レール7によってガイドされ,電動モータ又はシリンダ等の駆動装置8によって前記ワーク移動台1のX軸方向に対し直角に交わる方向つまりY軸方向からクロスする溶接位置に駆動される。
【0020】
この場合のシーム溶接機の一例を図2,図3に示す。この実施例によると,シーム溶接機はスライド部材6の下部シーム電極ヘッド29が電極変位量に応じて高さ方向に位置調整ができるようにレールとガイドユニットにより上下動可能に取付けられている。
【0021】
シーム溶接機の一対のシーム溶接用電極輪9,10は連結フレーム14に固定された駆動ユニット26の電動モータに二つ減速機を介してスプライン軸27が各電極輪に連結され,電動モータの駆動力により回転駆動される。
【0022】
前記下側のシーム溶接用電極輪9と対応する上側のシーム溶接用電極輪10は,その加圧ユニット12と共に前記ワーク移動台の移動方向と直角に交わる方向に配置された門形の固定フレーム13の内側を,連結フレーム14及びスライド部材6と共に駆動装置8により下部レール7にそってY軸方向に移動する。
【0023】
この場合,上部シーム電極ヘッド15は電極加圧中心線(A−A)に対して溶接進行方向の前後にガイドユニットのスパンを長くとって捩じれを防止している。つまり上部のスライド部材6に連結された電極支持ブラケット17が連結フレーム14と連結棒16を介して連結され,固定フレーム13の上部レール18の前後に距離間隔をとって配置されたガイドユニット19が上部レール18にガイドされて移動する。
【0024】
一方の下部シーム電極ヘッド29も同様に,連結フレーム14の下側に連結されたスライド部材6と共に,固定フレーム13の下部レール7の両側に距離間隔をとって配置されたガイドユニット11が下部レール7にガイドされて移動する。
【0025】
この場合の各スライド部材6に配置されたガイドユニット11及びガイドユニット19の各軸受け間に十分なスパンをとることによって溶接機に発生する溶接機本体の捩じれを防ぎ,これによって合わせ目が開いたり,溶接時のラップ代のズレや溶接軌跡からの電極脱輪を防いでいる。
【0026】
位置決め用クランプ装置20は図2及び図3に示すように,溶接時の重ね継ぎ手部を相対するワークの入り側と出側で保持するためのもので,重ね継ぎ手部の下側面をバックアップするバックアップユニット21と前記継ぎ手部を上からクランプするクランプビーム22とからなる。
【0027】
相対する各クランプビーム22は固定フレーム13に固定されている複数のクランプシリンダ23により各バックアップバーの上で相対する二枚の金属板を固定するための十分なクランプ力とその開放に要するための開閉駆動が行われる。前記それぞれのユニットにより前記ワーク移動台によって固定フレーム内に供給される金属板継ぎ手部の近傍を,その前後において確実に固定される。
【0028】
図4は本発明装置を実施するための実施例を示す,同図は前記ワーク治具へのワーク供給と溶接後のワーク搬出を自動で行う場合のワーク自動供給装置24とワーク搬出装置25の概略図である。
【0029】
この場合,図1及び図4に示すようにワーク治具28のワーク移動台1が走行するラインのサイドに一つのパレットが配置されていて,このパレットの中にこれから溶接すべき三種類の金属板W1,W2,W3が積み込まれている。ワーク自動供給装置24は,パレート内の金属板をその上方から三枚同時に吸着保持して上昇→ 前進→下降→ 解除 を繰り返し動作することによりワーク治具の上に供給される。
【0030】
一方のワーク搬出装置25は溶接を完了した場合に溶接済みのワークをワーク治具から取り出す場合に使用される。ワークの支持ないし開放は前記供給装置24と同様となる。
【0031】
前記ワーク供給装置24とワーク搬出装置25は,溶接ステーションの両側にワークセット位置とワーク取り出し位置に分かれて配置される。前記ワーク移動台1がワーク供給位置からワーク搬出位置の間を駆動装置によりレール2の上にそって往復移動する。これにより,ワーク移動台をシャトル方式に駆動させてワークセット,溶接加工,ワーク搬出を同時に行うことができる。
【0032】
以下,本発明装置による動作を説明する。
ワークセット位置からワーク供給装置24によって三枚の金属板W1,W2,W3が前記ワーク治具28の上に同時に供給されると,前記ワーク治具の位置決め具4によって三枚の金属板の溶接端面を突き合わせた狭い幅の重ね代eが設定される。重ね代が設定されると,各クランプユニット5が金属板周辺をクランプする。前記位置決め具4はクランプ後,後退し次の動作まで待機する。
【0033】
この位置決めは,複数板の重ね継ぎ手部において同時に行われる。また寸法が異なるワークを位置決めする場合は,たとえば図5に示すように,ワーク治具上の各位置決め具4(及びクランプユニットを含む)ワークの寸法に応じてX軸及びY軸方向にピッチ送りして適間隔に位置決めすることも可能である。
【0034】
ワーク位置決めが完了すると,ワークはワーク移動台1の駆動装置によりレール2に沿ってX軸方向へ移動し次のシーム溶接工程に搬送される。ワークが門形フレーム13内に送られると,相対する金属板が一対のバックアップユニット21の上で停止する。このとき,ワークの重ね代eはバックアップユニット21の中間に位置する。
【0035】
そして,バックアップユニット21の上方からクランプシリンダが作動してクランプビームを下降し重ね継ぎ手部の近傍を強力なクランプ力でしっかりとクランプ保持して,継ぎ手部の位置決めが確実に行われる。
【0036】
次に,シーム溶接機が駆動装置8により前記ワーク移動台1のX軸方向に対し直角に交わるY軸方向へ下部レール7に沿って駆動される。前記溶接機の移動中に二つのシーム溶接用電極輪9,10が回転駆動し,ワークの重ね継ぎ手部の溶接開始端に乗り上げる過程中に前記電極輪の変位又は電極加圧力の変化をポテンションメータ又はロードセル等の検出器で検出し,そのタイミングをとってマッシュ・シーム溶接に必要な電極加圧力が加圧ユニット(シリンダ)12によって与えられ,次いで溶接電流が前記電極輪に供給される。
【0037】
そして前記電極輪が回転駆動しながら溶接を終了するときは,重ね継ぎ手部の溶接終了端から離れる過程中の,電極変位又は電極加圧力変化で溶接電流の停止と加圧力の制御が行われる。
【0038】
このようにして前記重ね継ぎ手部全長をシーム溶接用電極輪により高加圧力をかけながら通電し,所定の板厚まで減少しながら前記継ぎ手部の全長方向にマッシュ・シーム溶接が行なわれる。
【0039】
溶接が完了すると,溶接機は図3に示すように,溶接開始前の元の位置まで後退して待機する。次いでワークはワーク移動台の移動で図1の平面図に示すごとくワーク取り出し位置に搬送される。この搬送移動と同時に次の新しいワークが溶接ステーションに送られる。
【0040】
そして固定フレーム内に供給されたワークは前述したように溶接に先駆けクランプ位置決めされた後,溶接される。その間,ワーク取り出し位置に搬送された溶接済みのワークは取り出し位置で待機するワーク取り出し装置により搬出される。搬出されたあとに次の新しいワークがワーク供給装置により供給され,位置設定が行われて次の溶接開始の準備に備える。
【0041】
前記ワーク供給・搬出装置は溶接ステーションの両側に設けたワークセット位置とワーク取り出し位置に分けて配置され,前記ワーク治具のワーク移動台がワーク供給位置からワーク搬出位置の間を駆動装置により往復移動させながらワークセット,溶接加工,ワーク搬出を同時に行うことができる。つまりワーク治具を交互に移動させて,その間,シャトル方式に高い生産性を実現するものである。
【0042】
本実施例では,シーム溶接用電極に上下一対の回転電極輪を代表例として記載したが,一方の下側の電極輪を平坦な面を持つバックバーに代えることもできる。また,前記バックバーと対向してダブルローラシーム電極でインダイレクト通電によりマッシュ溶接することもできる。
【0043】
なお,本発明の表現で「シーム溶接機」とは工業用ロボットによりシーム電極ヘッドを一次元溶接,二次元・三次元溶接の設備等にも上記表現に含まれることはいうまでもない。
【0044】
【発明の効果】
以上で説明したように,本発明の装置によれば,溶接すべき金属板の溶接枚数に関係なくクランプが一対ですむので位置決め用クランプ装置が簡単なものとなり,装置の重量及び設備コストに有利となる。
【0045】
前記クランプ装置は従来のクランプ装置一体型のワーク治具と比較し,構造上,シーム電極輪との制約がないため,十分な剛性を有するものが取付けられる。そのため,金属板の長さが異なってもそれに見合ったクランプパワーを設けることによって,溶接時のラップ代のスベリによる溶接不良発生を未然に防ぐことができる。
【0046】
上からのクランプの反力を受けるバックアップユニットを設けたことにより,ワーク治具及びワーク治具台車にクランプ力に対抗するだけの剛性はもはや不要となり,ワーク治具及びワーク治具台車が軽量かつ小型なものとなる。
【0047】
クランプユニット,バックアップユニット,加圧ユニット,下部シーム電極ヘッド及び溶接機の走行装置等を四ポストの門形の固定フレーム内に設けたため,コンパクトでメンテナンスが容易で,かつ装置全体に十分な強度をもたせることができる。
【0048】
また可動側の上部シーム電極ヘッドはガイドユニットが電極加圧中心線(A−A)に対し溶接進行方向の前後に十分なスパンを取って配置することができ,溶接によるサイドフォースによる曲げの影響を全く受けない。したがって,従来のような横ひねりによるラップ代のスベリや溶接継ぎ手線からの電極脱輪などの問題は全くない。
【0049】
溶接位置とワークセット及び取り出し位置が異なることと,溶接時のクランプ装置がワーク治具にないため,溶接中にワークセット取り出し作業が可能となり,これにより飛躍的にタクトタイムの短縮が計れ,生産性を高めることが可能となる。
【0050】
前記ワーク治具のワーク移動台とシーム溶接機とがX軸とY軸の二方向にそれぞれ独立した動きとしたことと,ワーク治具の下面にはいかなる障害物(位置決め装置,クランプ装置等の突起物)もないため,X軸方向とY軸方向の動きを同期させることが可能となる。つまりワーク治具と溶接機側の動作順序に制約がなく,タクトアップを計ることができる。
【0051】
また従来は重ね継ぎ手部とシーム電極輪の先端外周と接触する電極面の走行ラインが常に固定されているため,平坦な電極加圧面が局部的に磨耗する問題があったが,本発明はワーク治具をX軸方向へ,つまりシーム電極輪の電極面の幅方向へ一定量移動させることで,消耗量を電極面幅方向に均一に分散させることができ,電極面の局部的な片減り対策つまり溶接品質向上と電極寿命延長にも有効である。
【0052】
さらに三枚の金属板の接合と二枚金属板の接合の交互生産も可能となり,さらに三枚板の寸法がそれぞれ異なって溶接ピッチが変わってもワーク治具を可変ピッチ送りにすることにより,対応することが可能となり汎用性を得ることができる。
【0053】
またいろいろのワークに対応するようにワーク治具及び自動ワーク供給・搬出装置も可変機構を設けることにより,一つの溶接設備で多品種少量生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明装置の実施例を示す平面図である。
【図2】 本発明装置の正面図である。
【図3】本発明装置のワーク治具と位置決め用クランプ装置及びシーム電極ヘッドを含むシーム溶接機の組付け構造を示す側面図である。
【図4】ワーク供給・搬出装置の実施例を示す概略図を示す。
【図5】寸法の異なる金属板の位置決めに適用した場合の,可変位置決め機構を有するワーク治具の実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
1 ワーク移動台
2 レール
3 ガイドユニット
4 位置決め具
5 クランユニット
6 スライド部材
下部レール
8 駆動装置
9 シーム溶接用電極輪(下側)
10 シーム溶接用電極輪(上側)
11 ガイドユニット
12 加圧ユニット
13 固定フレーム(門形)
14 連結フレーム
15 上部シーム電極ヘッド
16 連結棒
17 電極支持ブラケット
18 上部レール
19 ガイドユニット
20 位置決め用クランプ装置
21 バックアップユニット
22 クランプビーム
23 クランプシリンダ
24 ワーク供給装置
25 ワーク搬出装置
26 駆動ユニット
27 スプライン軸
28 ワーク治具
29 下部シーム電極ヘッド

Claims (6)

  1. 少なくとも二枚以上の金属板同士を僅かに重ね合わせた重ね継ぎ手部を設けて支持するワーク治具を有するワーク移動台と,前記ワーク治具に支持された重ね継ぎ手部を,一対のシーム溶接用電極輪で挟みつけて,前記電極輪を回転駆動すると共に,これに加圧力と溶接電流を供給して,少なくとも一方の母材板厚と同等又はそれに接近した板厚まで押し潰しながらシーム溶接を行うシーム溶接機とを有し,前記ワーク移動台と前記溶接機はそれぞれが互いに独立して走行すること;しかも前記ワーク移動台と前記溶接機の走行する移動方向はX軸とY軸のクロス方向であること;さらに前記重ね継ぎ手部を溶接に先立って相対する金属板をクランプ保持するための一対の位置決め用クランプ装置が,前記シーム溶接を行う位置に配置された固定フレーム内に配置されていること;を条件とするマッシュ・シーム溶接装置。
  2. 前記ワーク移動台は,溶接位置とは別の位置で金属板の供給と溶接後の金属板の取り出しを行うために溶接位置を中心にシャトル方式にて移動すること;を条件とする請求項1のマッシュ・シーム溶接装置。
  3. 前記ワーク治具に,寸法の異なる複数の金属板の重ね継ぎ手部をワーク治具上で位置決めするための複数の位置決め具を設け,これらの位置決め具はX軸及び/又はY軸方向へ可変可能としたこと;を条件とする請求項1又は2のマッシュ・シーム溶接装置。
  4. 前記溶接機は加圧ユニットを含む一対のシーム電極ヘッドがスライド部材を介して移動可能に支持されていること;また前記位置決め用クランプ装置は溶接時に前記重ね継ぎ手部を相対するワークの入り側と出側で,前記重ね継ぎ手部の下側面をバックアップするバックアップユニットと,前記バックアップユニットの上で相対する向きでこれに対応しかつクランプと開放に要する動作が行われるクランプビーム及びそのクランプシリンダとからなること;しかも前記スライド部材,前記バックアップユニット,前記クランプビームが前記固定フレーム内に配置されていること;を条件とする請求項1,2又は3のマッシュ・シーム溶接装置。
  5. 前記加圧ユニットの上部シーム電極ヘッドは前記加圧ユニットと共に前記固定フレームの上部内側に配置された上部レールにそってスライド部材と一体に移動する電極支持ブラケットに支持され,かつ前記ワーク移動台が移動するX軸方向と直角に交わるY軸方向から駆動されること前記電極支持ブラケットは前記上部レールに対応する下部レールに沿って移動する連結フレームと連結されていること;前記上部シーム電極ヘッドに対応する下部シーム電極ヘッドは前記連結フレームに支持されること;前記上部レールと前記下部レールにそって移動する前記支持ブラケットと前記連結フレームの夫々のスライド部材には溶接時に前記X軸方向に発生するサイドフォースによる曲げモーメントを抑制するためのガイドユニットが,前記電極輪の電極加圧中心線(A−A)に対してその前後二箇所にあってかつ前記ガイドユニット相互間の距離をとって前記Y軸方向へ配置されていること;を条件とする請求項1から4のいずれかに記載のマッシュ・シーム溶接装置。
  6. 前記固定フレームは門形のポストから構成されていること;を条件とする請求項1から5のいずれかに記載のマッシュ・シーム溶接装置。
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