JP3906404B2

JP3906404B2 - 部品溶接装置

Info

Publication number: JP3906404B2
Application number: JP2001153191A
Authority: JP
Inventors: 好高青山; 省司青山
Original assignee: 好高青山
Priority date: 2001-04-14
Filing date: 2001-04-14
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2021-04-14
Also published as: WO2002083352A1; US20030189033A1; US6768082B2; JP2002307190A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
ボルトのような部品をばね式のチャック手段で保持し、そのボルトを相手方の鋼板部品に溶接することがおこなわれている。本発明は、そのような部品溶接装置の分野に属している。
【０００２】
【従来の技術】
軸部にフランジが一体化されたボルトを鋼板部品に溶接する手法として、スタッド溶接が知られている。これは、ボルトの供給管の先端部にばね構造のコレット式チャックが設置され、移動してきたボルトの軸部がばね構造部で保持され、フランジは先端側に露出した状態とされる。そして、フランジを鋼板部品に対して接近させ、その後、溶接電流をフランジと鋼板部品との間に流してアークを発生させ、金属溶融がなされてから圧接して溶接が完了する。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】
上述のように移動してきたボルトを、コレット式チャックで停止させてからボルト保持をおこなうものであると、ボルトの保持位置が一定に定まらないという問題がある。このようになると、フランジと鋼板部品との隙間が一定にならず、したがって溶接品質にもばらつきが発生する。さらに自動化をおこなうときには、ボルトの供給と溶接時のボルト保持が確実になされなければならないのであるが、上述のような方式では満足な作動が得られない。さらに、円筒部にフランジが一体的に形成されていて、円筒部の内面に雌ねじが切ってあるようなフランジ付きナットにおいても、フランジを相手方部品に溶接するときには、同様な問題が発生する。
【０００４】
【課題を解決するための手段とその作用】
本発明は、上述のような問題を解決するために提供されたもので、基板に部品供給装置と溶接装置を取付け、基板に固定された支持軸に回動自在に支持部材を取付け、この支持部材に溶接ユニットを取付け、支持軸の先端部には部品供給装置によって供給されてきた部品の受入孔が形成され、溶接ユニットのヘッド先端部が受入孔の開口部近傍に配置されているものであって、前記支持部材には支持軸が貫通する支持片が上下に設けられ、下側の支持片に溶接ユニットが取付けられ、上側の支持片に支持軸が貫通する筒部材が溶接されているとともにこの筒部材にピニオンが形成され、このピニオンにかみ合うラックが基板に固定されているエアシリンダのピストンロッドに結合してあり、前記部品供給装置の供給ロッドは、支持軸に対して傾斜した状態で進退作動をするように構成されていると共に、供給ロッドに保持された部品の軸線と同方向に供給ロッド全体を進退させる進退手段が設置してあることを特徴としている。
【０００５】
部品供給装置からの部品は、受入孔内に挿入されてそこに保持され、次いで部品が相手方部品に接触させられてから溶接ユニットで部品溶接がなされる。支持軸に部品の受入孔が開口され、支持軸に支持部材が回動可能に取付けられており、溶接ユニットを装備した支持部材が回動可能な状態で支持軸に取付けられている。したがって、受入孔への部品保持や溶接ユニットの装着、あるいはその回動等が支持軸を中心的な部材にしてコンパクトにまとまり、構成面で有利である。
【０００６】
支持部材が回動させられると、それに取付けられた溶接ユニットも回動させられるので、ヘッド先端部を必要な溶接箇所に自由に移動させることができる。
【０００７】
部品を支持軸の先端側から受入孔に挿入する供給挙動であるから、最も単純な方式である外部からの挿入という手段で部品保持がなされるので、部品の保持位置が狂ったりすることがなく、部品と相手方部品との相対位置が均一化され、良好な溶接品質が得られる。そして、受入孔には部品の保持手段が設置してあるので、受入孔と部品との相対位置は常に均一に保たれ、したがって、相手方部品に接触させるときの接触状態が正常に維持されて、溶接品質の向上に有効である。
【０００８】
傾斜した供給ロッドの先端に保持された部品は、その軸線と受入孔の軸線とが合致した箇所で停止する。その後、供給ロッド全体が受入孔や部品の軸線方向に移動させられるので、部品の軸状部分はスムーズに受入孔内に挿入される。このように供給ロッドと支持軸との位置関係や供給ロッド全体の移動によって、上述のようなスムーズな作動がえられて、装置としての信頼性が高く保てる。
【０００９】
ロボット装置の作動によって基板が自由な方向に移動させられ、かつ基板の停止した向きも自由に選定できるから、相手方部品の形状や溶接箇所が複雑な所であっても、支障なく部品溶接が実現する。このような基板の自由な挙動に対して、支持軸や供給ロッドの特質が相乗された形態となるので、装置としての有用性は一層高度なものとなる。
【００１０】
基板は静止部材に固定され、部品が溶接される相手方部品がロボット装置に保持されるように構成すれば、部品供給装置や溶接装置は静止した状態とされ、相手方部品の方がロボットに保持されて自由に移動するのである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明において対象になる部品は、軸状の形状をした部分とそれと一体のフランジ部分から構成されたようなものである。その代表的なものとして、図５の鉄製のボルト１がある。これは、雄ねじを形成した軸部２とそれと一体に形成されたフランジ３から構成されており、後述の受入孔へは軸部２が挿入され、フランジ３が相手方部品である鋼板部品に溶接される。
【００１２】
また、他の部品としては、図９のようなナット４がある。これは、雌ねじを形成した円筒状の軸部５とそれと一体に形成されたフランジ６から構成されており、後述の受入孔へは軸部５が挿入され、フランジ６が相手方部品である鋼板部品に溶接される。以下の説明においては、前者のボルト１を対象にして説明する。
【００１３】
図１は、装置全体の側面図である。基板７に部品供給装置８と溶接装置９が固定されている。部品供給装置８について説明する。基板７にエアシリンダ１０がしっかりと固定され、このエアシリンダ１０のピストンロッド１１、１１に連結板１２が固定されている。この連結板１２に支持板１３が固定されている。連結板１２がピストンロッド１１、１１のストローク方向に対して垂直に取付けられ、また支持板１３は連結板１２に対して垂直に結合されている。したがって、支持板１３はピストンロッド１１、１１のストロ−ク方向に伸びている。なお、ここではピストンロッド１１、１１のストロ−ク方向は基板７に対して垂直とされている。
【００１４】
図４を参照すると分かりやすいが、支持板１３には同図の紙面に対して直交する向きにブラケット１４が溶接してある。ブラケット１４には部品供給管１５が溶接してあり、これに接続された合成樹脂製の供給ホース１６がパーツフィーダ１７に接続されている。部品供給管１５にはボルト１を一旦停止させるためのストッパ片１８が取付けてある。これは部品供給管１５に固定したエアシリンダ１９のピストンロッドの進退で作動するようになっている。
【００１５】
ブラケット１４には斜め方向にエアシリンダ２０が固定され、そのピストンロッド２１が供給ロッドとされている。供給ロッド２１の先端には受板２２が固定され、その上に支持筒２３が溶接され、内部にはボルト１の収容孔２４が設置してある。収容孔２４の底部には、ボルト１の位置ずれや脱落を防止するための磁石（永久磁石）２５が埋めこんである。このような磁石に代えて、空気バキュームで吸引したり、板ばねで挟み付ける方法などが保持手段として採用できる。図４や図１の実線図示の位置は、供給ロッド２１が最も後退して、部品供給管１５からのボルト供給に備えている状態で、ストッパ片１８の後退でボルト１が進出すると、磁石２５で吸引されてボルト１が供給ロッド２１の先端部に保持されることとなる。
【００１６】
溶接装置９について説明する。ここで採用できる溶接手法としては、アーク溶接、ガス溶接（たとえばアセチレンガス使用）、レーザ溶接、プラズマ溶接等いろいろな方式が採用できる。ここではボルト１の溶接はアーク溶接を採用している。
【００１７】
基板７に対してほぼ垂直方向に支持軸２６がしっかりと固定されている。支持軸２６に回動可能な状態で支持部材２７が取付けられている。これは、支持部材２７に支持軸２６が貫通していることによってなされている。支持部材２７が支持軸２６の軸方向に動かないようにするために、支持軸２６に位置決め用のフランジ２８、２９が固定してある。支持部材２７はほぼコ字型の形状をしており、上下に支持片３０、３１が形成されてここを支持軸２６が貫通している。
【００１８】
支持片３０にアーク溶接ユニット３２が取付けられている。これは、支持管３３の先端にヘッド３４が固定され、その先端部は符号３５で示されている。支持管３３内には電極ワイヤ３６が順次繰り出されてくるようになっている。なお、シールドガスの供給構造は図示を省略してある。
【００１９】
支持軸２６の先端部にはボルトの軸部２が挿入される受入孔３７が支持軸２６の軸線方向に形成してあり、その内部にボルト１の保持手段が設置してある。保持手段としては、板ばねで係止するもの、空気バキュームで吸引保持をするものなどいろいろなものが採用できる。ここでは、受入孔３７の奥に磁石（永久磁石）３８を設置してある。図５のようにフランジ３が支持軸２６の端面に当たっているときに、軸部２と磁石３８との間にわずかな隙間が設置されている。これによって、ボルト１と支持軸２６との相対位置が正確に決まる。
【００２０】
支持部材２７は、支持軸２６に対して回動できるように構成されている。この回動駆動手段は、支持軸２６にアームを固定して、そのアームを押し引きする方式などいろいろな方法が採用できる。ここではラックピニオン機構を採用している。図３から明らかなように支持軸２６が貫通している筒部材３９が支持片３１に溶接され、この筒部材３９にピニオン４０が形成されている。このピニオン４０にラック４１がかみ合っている。図２から明らかなように基板７にエアシリンダ４２が固定され、そのピストンロッド４３にラック４１が結合してある。なお、図２においてはピニオンやラックの歯形は図示を省略してある。
【００２１】
図１の二点鎖線図示の状態は、供給ロッド２１が進出してきてボルトの軸部２と受入孔３７とが同軸位置になった箇所で停止している状熊である。このような同軸状態を確保するために、支持軸２６の軸線、支持筒２３に保持されたボルトの軸部２の軸線、エアシリンダのピストンロッド１１のストローク方向が全て平行となるように設定してある。
【００２２】
エアシリンダ４２によってラック４１が進退すると、ピニオン４０が回動させられて、支持部材２７が共に回動する。それによって、ヘッド３４が図６のように１８０度回動する。
【００２３】
ヘッド先端部３５が受入孔３７の開口部近傍に配置されている。このことは、ヘッド３４が機能して図５のように溶接が行われるときに、フランジ３が相手方部品である鋼板部品４４に適正に溶接される位置的な条件を意味している。ここではアーク溶接なので、ヘッド先端部３５から電極ワイヤ３６が適正長さだけ突出した状態における、ヘッド先端部３５と受入孔３７の開口部との位置関係を指している。
【００２４】
鋼板部品４４は両端にフランジ４５、４５が形成され、それを支持治具４６、４６に載せてクランプ機構４７、４７で押さえ付けてある。支持治具４６、４６は支持台４８上に固定され、支持台４８は支持脚４９、４９で支えられている。クランプ機構４７、４７は一般的なもので、押さえアーム５０、５０が作動シリンダ５１で開閉する形式である。なお、図１の右側のクランプ機構は簡略的に図示してある。
【００２５】
この実施形態では、基板７がロボット装置５２に取付けられている。ロボット装置５２は一般的に使用されている６軸タイプのもので、アーム５３の先端に関節駆動ユニット５４が取付けられ、これに基板７が結合してある。
【００２６】
上記の実施形態の作動を説明する。供給ロッド２１がエアシリンダ２０によって進出し、その先端部に保持されたボルト１が図１の二点鎖線図示の位置で停止する。それからエアシリンダ１０によって供給ロッド２１全体が移動すると、軸部２が受入孔３７内に進入し、磁石３８の吸引力を受ける。それからエアシリンダ１０が逆方向に作動してボルト１が受入孔３７内に残留し、その後、供給ロッド２１は図１の実線図示の位置に復帰する。それから、ロボット装置５２の作動で溶接装置９全体が移動させられて、ボルトのフランジ３が図５のように鋼板部品４４に押しつけられる。そして、溶接ユニット３２が作動してヘッド３４からの電極ワイヤ３６が溶融しながらフランジ３が鋼板部品４４に溶接される。
【００２７】
この溶接の時に、図６のように一か所の溶接が完了すると、今度は、ラックピニオンの機構が作動して、支持部材２７が回動させられて、１８０度移動した箇所の溶接がなされる。
【００２８】
上記のボルト残留を行わせるために、磁石３８の吸引力を磁石２５よりも強く設定してある。また、支持軸２６と部品供給装置８とは同方向に伸ばされた配置とされているので、供給ロッド２１の進出でボルト１が支持軸の受入孔３７に供給できるのである。
【００２９】
図１の場合は、鋼板部品４４が平たい形状であるが、図８は断面円形の鋼管５５の場合である。図示していないが、鋼管５５の両端は回転式のチャックでつかまれ、自由に回転位置を代えることができるようにしてある。鋼管５５を静止させておいて、Ａの箇所に溶接してから今度はＢの箇所に溶接する。そのためにロボット装置５２によって溶接箇所が順次移行されている。
【００３０】
図７は、基板７が静止した状態とされ、鋼板部品４４の方がロボット装置５２に保持されている場合である。部品供給装置８と溶接装置９が基板７に取付けられ、床５６から起立させた支柱５７を介して基板７が静止状態とされている。鋼板部品４４は、ロボット装置５２によって支持軸２６に保持されたボルト１に密着させられて、図５のような状態になって溶接がなされる。
【００３１】
図９のフランジ付きのナット４の場合は、ガス溶接でフランジ６の端部を鋼板部品４４に溶着している。ヘッド３４からは燃料ガスであるアセチレンと酸素の混合ガスが流出されて、炎５８が溶接箇所に吹き付けられている。
【００３２】
以上の実施形態におけるエアシリンダには作動空気のホースが図示されるべきであるが、ここではその図示を省略している。また、前述の作動をさせるためのシーケンス制御は、一般に採用されている電磁式の空気制御弁や制御回路を組み合わせて簡単に実施することができる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、部品供給装置からの部品は、受入孔内に挿入されてそこに保持され、次いで部品が相手方部品に接触させられてから溶接ユニットで部品溶接がなされる。支持軸に部品の受入孔が開口され、支持軸に支持部材が回動可能に取付けられており、溶接ユニットを装備した支持部材が回動可能な状態で支持軸に取付けられている。したがって、受入孔への部品保持や溶接ユニットの装着、あるいはその回動等が支持軸を中心的な部材にしてコンパクトにまとまり、構成面で有利である。受入孔への部品供給は、外部から部品を挿入する形式なので、円滑に支持軸に部品を保持させることが可能となる。
【００３４】
また、支持部材が回動させられると、それに取付けられた溶接ユニットも回動させられるので、ヘッド先端部を必要な溶接箇所に自由に移動させることができる。したがって、円形のフランジを鋼板部品に溶接するような場合には、局部的な溶着箇所を１８０度間隔や１２０度間隔で配置することが確実に実現できる。
【００３５】
さらに、部品を支持軸の先端側から受入孔に挿入する供給挙動であるから、最も単純な方式である外部からの挿入という手段で部品保持がなされるので、部品の保持位置が狂ったりすることがなく、部品と相手方部品との相対位置が均一化され、良好な溶接品質が得られる。そして、受入孔には部品の保持手段が設置してあるので、受入孔と部品との相対位置は常に均一に保たれ、したがって、相手方部品に接触させるときの接触状態が正常に維持されて、溶接品質の向上に有効である。
【００３６】
しかも、傾斜した供給ロッドの先端に保持された部品は、その軸線と受入孔の軸線とが合致した箇所で停止する。その後、供給ロッド全体が受入孔や部品の軸線方向に移動させられるので、部品の軸状部分はスムーズに受入孔内に挿入される。このように供給ロッドと支持軸との位置関係や供給ロッド全体の移動によって、上述のようなスムーズな作動がえられて、装置としての信頼性が高く保てる。このようなボルトの軸部と受入孔との同軸状態を確保するために、支持軸の軸線、支持筒に保持されたボルト軸部の軸線、エアシリンダのピストンロッドのストローク方向が全て平行となるように設定してある。よって、供給ロッド全体が移動させられると、軸部が円滑に受入孔内に挿入されるのである。
【００３７】
ロボット装置に基板を結合した場合には、ロボット装置の作動によって基板が自由な方向に移動させられ、かつ基板の停止した向きも自由に選定できるから、相手方部品の形状や溶接箇所が複雑な所であっても、支障なく部品溶接が実現する。このような基板の自由な挙動に対して、支持軸や供給ロッドの特質が相乗された形態となるので、装置としての有用性は一層高度なものとなる。
【００３８】
部品供給装置や溶接装置は静止した状態とされ、相手方部品の方がロボットに保持されて自由に移動する場合であっても、前述と同様な利点が確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す全体的な側面図である。
【図２】ラックピニオン機構の部分を簡略的に示す平面図である。
【図３】ピニオンの部分を示す縦断側面図である。
【図４】供給ロッドの先端部分を示す縦断側面図である。
【図５】ボルトが鋼板部品に溶接されるところを示す縦断側面図である。
【図６】ヘッドの回動状態を示す簡略的な平面図である。
【図７】他の実施形態を示す簡略的な側面図である。
【図８】鋼管に対する溶接の場合を示す簡略的な側面図である。
【図９】フランジ付きナットの場合の縦断側面図である。
【符号の説明】
１、４部品
７基板
８部品供給装置
９溶接装置
１０進退手段
２１供給ロッド
２６支持軸
２７支持部材
３０支持片
３１支持片
３２溶接ユニット
３５ヘッド先端部
３７受入孔
３８保持手段
３９筒部材
４０ピニオン
４１ラック
４２エアシリンダ
４３ピストンロッド
５２ロボット装置
５７静止部材

Claims

基板に部品供給装置と溶接装置を取付け、基板に固定された支持軸に回動自在に支持部材を取付け、この支持部材に溶接ユニットを取付け、支持軸の先端部には部品供給装置によって供給されてきた部品の受入孔が形成され、溶接ユニットのヘッド先端部が受入孔の開口部近傍に配置されているものであって、前記支持部材には支持軸が貫通する支持片が上下に設けられ、下側の支持片に溶接ユニットが取付けられ、上側の支持片に支持軸が貫通する筒部材が溶接されているとともにこの筒部材にピニオンが形成され、このピニオンにかみ合うラックが基板に固定されているエアシリンダのピストンロッドに結合してあり、前記部品供給装置の供給ロッドは、支持軸に対して傾斜した状態で進退作動をするように構成されていると共に、供給ロッドに保持された部品の軸線と同方向に供給ロッド全体を進退させる進退手段が設置してあることを特徴とする部品溶接装置。