JP4336572B2 - 溶接システム - Google Patents

Description

本発明は、タンクを溶接する際の溶接システムに関し、特に、溶接による熱歪みの影響を軽減する溶接システムに関する。

図１７に示すように、自動二輪車における燃料タンク５００は、一般的に外側板５０２と内側板５０４の底部が溶接されている。外側板５０２と内側板５０４は、端部がそれぞれ下方に折り曲げられてフランジ部５０６を形成し、このフランジ部５０６をシーム溶接することが一般的である。

自動二輪車のうち、ハンドルの位置が高く、搭乗者が上半身を略直立させた状態で操作する種類のもの、いわゆる、アメリカンタイプの自動二輪車においては、燃料タンク５００の美観が特に重要視されている。このように美観が必要とされる燃料タンク５００では、溶接されたフランジ部５０６が露出していることは好ましくない。また、フランジ部５０６の高さだけ燃料タンクの重心は上方に偏位していることになり、自動二輪車の低重心化を進める上で不都合である。

さらに、フランジ部５０６が存在することにより、燃料タンク５００の貯油容量が制限されている。

そこで、シーム溶接によるフランジ部が下方に延出することのない構造の燃料タンクとして、フランジ部を車体内側に折り曲げる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この技術ではフランジ部の上部に無駄なスペースが存在し、燃料タンクの容量が制限される。

フランジ部のない構造の燃料タンクを製作するためには、熟練溶接工がアーク溶接等により溶接を行う必要がある。ロボットを用いた自動的な溶接を行う場合には、ワークである燃料タンクを堅固に固定しておくので熱歪みの逃げ場がないことからクラック又はブローホールが発生しやすく、歩留まりが悪い。クラック又はブローホールが発生した場合は、熟練溶接工による補修が必要である。

このような観点から、本出願人は、タンクを溶接する際に、溶接による熱歪みの影響を軽減するために、特願２００２−２４１５２８号に記載された溶接治具、及び特願２００２−２４１５３５号に記載された溶接方法及び溶接システムを提案した。

特開平１０−７６９８５号公報

本発明は前記の特願２００２−２４１５２８号及び２００２−２４１５３５号の発明に関連してなされたものであって、タンクを溶接する際に、溶接による熱歪みの影響をより一層軽減すると共に、溶接時のブローホールの発生を抑止することを可能にする溶接システムを提供することを目的とする。

本発明に係る溶接システムは、第１の金属板と第２の金属板とを溶接してタンクを形成する溶接システムにおいて、前記第１の金属板と前記第２の金属板とが接する部分を溶接する溶接手段と、前記第１の金属板に設けられた第１孔に接続され、前記第１の金属板と前記第２の金属板とにより構成される空間内から空気を吸引して該空間内を減圧し、前記第１の金属板又は前記第２の金属板に設けられた第２孔から外気を該空間内に流入させる吸引ポンプと、を有することを特徴とする。

このように、前記空間内の空気を吸引する吸引ポンプを設けて、溶接時に吸引ポンプによって前記空間内の空気を吸引することにより、前記第１の金属板と前記第２の金属板によって構成される略閉空間の温度上昇による内圧上昇を抑制することができる。従って、溶接による熱歪みの影響を軽減すると共に、溶接時のブローホールの発生を抑止することができる。

この場合、前記タンクは、左右から弾性体を介して前記第１の金属板を支持する複数のアタッチメントを有する第１保持治具と、前記第２の金属板の形状に合わせた位置決め部材からなる第２保持治具と、により保持されるようにすると、溶接による熱歪みの影響を軽減することができる。

また、前記吸引ポンプは、前記第１孔に挿入されて前記第１の金属板を固定する固定具に接続されているとよい。これにより、第１の金属板を簡便に固定することができ、しかも該固定具により吸引ポンプに対する接続部を兼用することができる。

この場合、前記吸引ポンプは、前記第１の金属板を固定及び開放させるアクチュエータと同期して空気を吸引するように制御すると、制御手段をアクチュエータと兼ねることができ、簡便でコンパクトな構成とすることができる。

さらに、前記吸引ポンプは、溶接と同期して空気を吸引するように制御すると、吸引ポンプを動作させる時間が低減し、省エネルギー化を図ることができる。

また、前記第１の金属板と第２の金属板とが略閉空間を構成するように、前記第２孔を空気流入可能なように覆う板材を有するとよい。

前記吸引ポンプは、流体の巻込み作用により空気を吸引するエジェクタ方式のポンプを用いるとよい。

本発明に係る溶接システムによれば、溶接を行う際に、第１の金属板と第２の金属板とにより構成される空間内から吸引ポンプにより空気を吸引することにより、溶接による熱歪みの影響を軽減すると共に、溶接時のブローホールの発生を抑止できるという効果を達成することができる。

以下、本発明に係る溶接システムについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１６を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る溶接システム１０は、自動二輪車用の燃料タンク１２を溶接するためのシステムであり、燃料タンク１２を保持する溶接治具１０ａ（図２参照）と、該溶接治具１０ａによって保持された燃料タンク１２を所定の位置に設定する治具用ロボット１０ｂと、溶接処理を行う溶接ロボット（溶接機）１０ｃと、コントローラ１０ｄとを有する。コントローラ１０ｄは溶接治具１０ａのシリンダ２８（図２参照）、位置決め機構（固定具）４４（図７参照）、治具用ロボット１０ｂ及び溶接ロボット１０ｃに接続されており、溶接システム１０の全体的な制御を行う。

また、溶接システム１０は、燃料タンク１２の給油口３６（図３参照）に連通するようにホース２００で接続された吸引ポンプ２０２と、該吸引ポンプ２０２に対して圧縮空気を供給及び遮断するエアバルブ２０４とを有する。エアバルブ２０４は、コントローラ１０ｄの作用下に電磁弁２０８を介して制御され、吸引ポンプ２０２に対して圧縮空気を供給又は遮断する。電磁弁２０８は、例えば、治具用ロボット１０ｂのアーム部に取り付けることができる。

図２に示すように溶接治具１０ａは、自動二輪車の燃料タンク１２の外側板（第１の金属板）１４と内側板（第２の金属板）１６とを溶接する際の固定用の治具であり、外側板１４を支持するアウター治具（第１保持治具）１８と、内側板１６を支持するインナー治具（第２保持治具）２０とを有する。燃料タンク１２は、図２における右側が前方（ハンドル側）であり左側が後方（シート側）である。また、燃料タンク１２は上下が反転した状態に載置されている。

燃料タンク１２の外側板１４は、図１に示すように載置した状態における下方部が複数の下方支持部材２２によって支持され、略側方及び略端部が複数のアタッチメント２４によって支持される。それぞれのアタッチメント２４は、２つ又は３つ毎に１本のクランプアーム２６に取り付けられている。クランプアーム２６は左右対象に４本ずつの計８本が設けられており、シリンダ２８によりそれぞれ個別に開閉可能である。

図３に示すように、外側板１４の端部１５は内方に狭まっており、この外側板１４の端部外面に、内側板１６の端部内面が重ね合わさっている。この状態において溶接ロボット１０ｃにより外側板１４と内側板１６との重ね合わせの端部である接触部１２０（図１４参照）を溶接し、いわゆる、すみ肉継手の片側溶接を行う。外側板１４の下部には給油口３６が設けられている。

図４に示すように、アウター治具１８は、給油口３６の略下方から後方に向けて外側板１４の下面と略一定の間隔で延在する２枚の縦フレーム３８と、該縦フレーム３８から横方向、斜め前方及び斜め後方に延在する左右それぞれ４つずつの補助フレーム４０とを有する。補助フレーム４０の上面には外側板１４を下から支持する複数の下方支持部材２２が設けられている。縦フレーム３８の後端部には外側板１４の後端側方を支持する後端支持部材４２が設けられている。下方支持部材２２及び後端支持部材４２は、例えばナイロン等の樹脂材を用いるとよい。

２つの縦フレーム３８の前端部には、給油口３６の内部に挿入され、燃料タンク１２を内部から保持する位置決め機構４４が設けられている。

図５に示すように、補助フレーム４０のそれぞれの先端部には、クランプアーム２６を開閉するためのベース板４６及びシリンダ２８が設けられており、これらのベース板４６及びシリンダ２８が開閉機構４７を構成している。シリンダ２８は、シリンダチューブ２８ａの一部がベース板４６に軸支されて揺動可能である。シリンダ２８はロッド２８ｂを伸縮させてクランプアーム２６を開閉させる。

クランプアーム２６の下部はベース板４６の上部の軸４６ａに軸支されており揺動可能である。クランプアーム２６の下部には外方にやや突出した突出部２６ａが設けられており、この突出部２６ａはシリンダ２８のロッド２８ｂの先端部に軸支されている。クランプアーム２６の下部には内方にやや突出したストッパ２６ｂが設けられている。該ストッパ２６ｂは、クランプアーム２６が閉じるときにベース板４６の上面に当接することによりクランプアーム２６の位置が決められる。

クランプアーム２６は、開閉機構４７によって閉じられた状態において、軸４６ａから上方に向かって延在する第１アーム部２６ｃと、第１アーム部２６ｃの先端に設けられ、やや内方に傾斜した第２アーム部２６ｄと、第２アーム部２６ｄの先端に設けられ、第２アーム部２６ｄよりさらに内方に傾斜した第３アーム部２６ｅとを有する。このような構成によりクランプアーム２６を閉じたときには、クランプアームと外側板１４との間隔は略一定になる。なお、第３アーム部２６ｅは、設定箇所により設置を省略されている。

第１アーム部２６ｃ、第２アーム部２６ｄ及び第３アーム部２６ｅにはそれぞれアタッチメント２４が取り付け可能な孔４８が設けられており、各クランプアーム２６には、２つ又は３つのアタッチメント２４が取り付けられている。

図６に示すように、アタッチメント２４は、クランプアーム２６の孔４８に取り付けられる筒体５０と、筒体５０の中心孔５２に沿って移動可能なアタッチメント軸５４と、アタッチメント軸５４の先端に設けられたばね受け板５６と、筒体５０の先端部外周面に設けられたねじ溝５８に螺合する調整ナット６０と、調整ナット６０に適合するワッシャ６２と、ばね受け板とワッシャ６２との間に設けられたスプリング（弾性体）６４とを有する。

ばね受け板５６の先端部には球状のボール６６と、該ボール６６に対して摺動しながら任意の方向へ傾動可能な当接部６８とが設けられている。当接部６８は２つの部品６８ａ、６８ｂから構成されていてボール６６を挟んでいる。

筒体５０の後端外周面に設けられたねじ溝７０には固定ナット７２が螺合し、筒体５０の略中央部の環状突出部７４と固定ナット７２によりクランプアーム２６を挟んで固定する。環状突出部７４とクランプアーム２６との間には、必要に応じてアタッチメント２４のクランプアーム２６に対する突出長さを調整する１枚又は複数枚の環状シム７６を挿入する。

筒体５０の内面には、潤滑機能を持つ円筒形のブッシュ７８が挿入されている。アタッチメント軸５４はこのブッシュ７８に対して摺動し、滑らかに移動可能である。

アタッチメント軸５４の後部にはやや細径のねじ部８０が設けられ、該ねじ部８０にはつまみ８２とエンドストッパ８４とが螺合している。つまみ８２とエンドストッパ８４とを回すことによりスプリング６４の圧縮量とアタッチメント軸５４の張り出し量とを調整することができ、この調整後、つまみ８２とエンドストッパ８４とは互いに締め合うダブルナット機能により固定される。

また、調整ナット６０を回すことによってスプリング６４の圧縮量を調整することができる。すなわち、スプリング６４の圧縮量は、つまみ８２、エンドストッパ８４及び調整ナット６０によって調整可能である。実際上、つまみ８２及びエンドストッパ８４によって粗調整を行い、調整ナット６０によって微調整を行うとよい。

さらに、当接部６８の先端が外側板１４によって押動されるときには、アタッチメント軸５４は後端側へ向かって移動する。このときアタッチメント軸５４はスプリング６４を圧縮し、この弾発力に応じた距離を移動する。

図７に示すように、位置決め機構４４は、２つの縦フレーム３８の中間部において給油口３６の下部に設けられ、上方が開口する箱部（固定具）８７に支持、固定されている。箱部８７は、枠体８６の下面に固定されており、該枠体８６に設けられた孔と一体的な凹部を形成し、この凹部に位置決め機構４４が配置されている。位置決め機構４４の上部は給油口３６に挿入されている。位置決め機構４４は、下部が枠体８６に固定された挿入部材８８と、ロッド９０によって上下に昇降する移動部材９２と、移動部材９２に軸支され、移動部材９２が下降したときにやや外方へ傾斜する２つのフック９４とを有する。

挿入部材８８は、下面から左右の側面に連通する孔８９を有し、該孔８９に２つのフック９４が配置されている。ロッド９０を昇降させるシリンダ９６は、箱部８７の底面板に対して隙間なく固定されている。挿入部材８８の横幅Ｄは給油口３６の内径よりやや小径に設定されている。

２つのフック９４は上方に延在する板であり、それぞれ左右対称に設定されている。フック９４は、上部がやや外方へ突出する突出部９４ａと、長手方向に長い長孔９４ｂと、下部の揺動孔９４ｃとを有する。長孔９４ｂの下部は外方へ向かってやや曲がっている。

挿入部材８８の孔８９における略中央高さには、左右対称の２つの固定支軸８８ａが突出している。移動部材９２の上部には、左右対称の２つの移動支軸９２ａが突出している。固定支軸８８ａ及び移動支軸９２ａは、図７の紙面における手前側に突出しており、固定支軸８８ａはフック９４の長孔９４ｂに挿入され、移動支軸９２ａはフック９４の揺動孔９４ｃに嵌合している。

外側板１４をアウター治具１８に載置するとき、シリンダ９６によりロッド９０は上方に移動させておく。このとき、２つのフック９４は内方に傾斜し挿入部材８８の横幅Ｄ内に収まる。外側板１４をアウター治具１８に載置すると、挿入部材８８の上部及びフック９４の上部は給油口３６に挿入される。

シリンダ９６は、後述する位置決め制御部１３４の作用下に前記電磁弁２０８を介して駆動され昇降又は下降する。また、上記のとおり電磁弁２０８はエアバルブ２０４を駆動する（図１１参照）ことから、結果的に、ロッド９０が下降するときには吸引ポンプ２０２も同時に吸引を開始することになり、ロッド９０が上昇するときには吸引ポンプ２０２は停止する。

図７及び図８に示すように、箱部８７の側面には、継手９８を介して前記ホース２００が接続されており、箱部８７の内部空間は前記吸引ポンプ２０２（図１参照）に連通している。また、箱部８７の内部空間は、挿入部材８８の孔８９と連通している。

このように、吸引ポンプ２０２は、位置決め機構４４の挿入部材８８を通って燃料タンク１２内と連通することから、位置決め機構４４は外側板１４を固定する手段としての機能と、吸引ポンプ２０２に対する接続手段としての機能を兼用することができる。

図９に示すように、ロッド９０を下降させると、移動部材９２及びフック９４も下降する。フック９４は長孔９４ｂに挿入された固定支軸８８ａによって案内され、外方へ傾斜する。フック９４の突出部９４ａは給油口３６の内径以上に張り出して孔８９から突出し、さらに下降することで給油口３６の端部に当接して外側板１４を保持する。

図１０に示すように、インナー治具２０は、長尺な上板１００と、該上板１００の後端部に突出する延長棒１０２と、上板１００の上面に設けられた取手１０４と、上板１００の下面に固定され、内側板１６の形状に適合した複数のナイロン材の押さえ板１０６とを有する。延長棒１０２の後端部及び最前方の押さえ板１０６ａには連結レバー１０８が設けられている。それぞれの押さえ板１０６は、上板を中心として張り出した左右対称の形状であり、左右の端面又は下面が内側板１６の形状と適合している。連結レバー１０８は、アウター治具１８の前後に設けられた連結フック１１０（図２参照）に係合される。

内側板１６における燃料排出口等の孔１６ａ、１６ｂには、溶接時におけるスパッタの進入を防ぐゴムパッキン（板材）１０９ａ及び１０９ｂを取り付ける。ゴムパッキン１０９ａ及び１０９ｂは孔１６ａ及び１６ｂを完全な気密状態に塞ぐことがなく、空気の流入が可能なようになっている。

図１１に示すように、コントローラ１０ｄは、溶接ロボット１０ｃを制御する溶接ロボット制御部１３０と、治具用ロボット１０ｂを制御する治具用ロボット制御部１３２と、位置決め機構４４のロッド９０を昇降させるとともにエアバルブ２０４を切り換え制御する位置決め制御部１３４と、８本のシリンダ２８をそれぞれ制御する第１〜第８シリンダ制御部１３６、１３８、１４０、１４２、１４４、１４６、１４８、１５０とを有する。溶接ロボット制御部１３０及び治具用ロボット制御部１３２は、それぞれ図示しないモータドライバを介して溶接ロボット１０ｃ、治具用ロボット１０ｂを動作させる。また、溶接ロボット制御部１３０及び治具用ロボット制御部１３２は、フィードバック信号によって、溶接ロボット１０ｃ、治具用ロボット１０ｂの姿勢や各部の位置、速度を検出可能である。位置決め制御部１３４と位置決め機構４４との間、及び第１〜第８シリンダ制御部１３６〜１５０と各シリンダ２８との間には図示しない空気圧バルブが設けられており、該空気圧バルブの作用によってロッド９０やシリンダ２８が動作を行う。

また、コントローラ１０ｄは、主制御部である溶接制御部１５２を有し、該溶接制御部１５２には、溶接ロボット制御部１３０及び治具用ロボット制御部１３２とデータの授受を行う溶接点判断部１５４が設けられている。溶接点判断部１５４は、第１〜第８シリンダ制御部１３６〜１５０に対して制御指令を与える。

位置決め制御部１３４は、前記のとおり電磁弁２０８を介してシリンダ９６及びエアバルブ２０４の制御を行い、ロッド９０の昇降と吸引ポンプ２０２を同期して動作させる。つまり、位置決め制御部１３４及び電磁弁２０８が、ロッド９０の制御と吸引ポンプ２０２の制御とを兼用することができ、簡便でコンパクトな構成とすることができる。

吸引ポンプ２０２は、高速で噴出する流体の巻込み作用によってホース２００から空気を吸い込む方式で、いわゆるエジェクタと呼ばれる方式の吸引ポンプである。つまり、流入ポート２０２ａから流入した圧縮空気がサイレンサ２０２ｂを通り放出される際に、ホース２００との接続点２０２ｃにおいてホース２００から空気を吸い込むことができる。

吸引ポンプ２０２は、可動部がない構造で耐久性に優れ、しかも応答性がよく制御が容易である。また、圧縮空気を供給する空気圧源２０６としては一般的なエアーガン等の駆動源として使用されるコンプレッサを用いることができる。

次に、このように構成される溶接システム１０を用いて自動二輪車の燃料タンク１２の外側板１４と内側板１６とを溶接する方法について図１２〜図１５を参照しながら説明する。以下の手順は基本的にコントローラ１０ｄが行い、一部のセッティング作業を作業員が行うようにしている。

まず、図１２のステップＳ１において、アウター治具１８のクランプアーム２６を開く（図５参照）とともにロッド９０（図７参照）及びフック９４を上昇させておく。この状態において、作業員は、燃料タンク１２の外側板１４を給油口３６を下に向けた状態で下方支持部材２２の上に載置する。このとき、給油口３６に位置決め機構４４の挿入部材８８を挿入して外側板１４を載置する。フック９４は上方に変位させておくことにより給油口３６の内径より狭い幅に設定されるので、フック９４と給油口３６が干渉することがない。また、挿入部材８８の横幅Ｄは給油口３６の内径よりやや狭く設定されているので、給油口３６に挿入部材８８の上部を挿入することによってアウター治具１８に対する外側板１４との位置を簡便かつ正確に設定することができる。

次に、ステップＳ２において、燃料タンク１２の内側板１６を外側板１４の上部に載置する。このとき、外側板１４の内方へ狭まった端部１５と内側板１６の周縁の端部とが略重なり合うように載置する。この後、内側板１６の上部にインナー治具２０を載置する。

内側板１６を外側板１４に載置することにより、燃料タンク１２の基本形状が形作られる。また、内側板１６の孔１６ａ及び１６ｂ（図１０参照）は、ゴムパッキン１０９ａ及び１０９ｂにより塞がれていることから、燃料タンク１２は閉空間１２ａ（図３参照）を形成する。ただし、閉空間１２ａは完全に密封された空間ではなく、ゴムパッキン１０９ａ及び１０９ｂの部分及び、内側板１６と外側板１４との接触部１２０（図１４参照）から空気の流入が可能な略閉空間となっている。

また、閉空間１２ａは給油口３６（図７参照）及び該給油口３６に挿入された挿入部材８８の孔８９を介して箱部８７と連通している。従って、閉空間１２ａの内部の空気は、箱部８７に接続されたホース２００を介して吸引ポンプ２０２により吸引可能である。

次に、ステップＳ３において、位置決め制御部１３４の作用下に、電磁弁２０８を駆動し位置決め機構４４におけるシリンダ９６のロッド９０を下降させ、移動部材９２及び２つのフック９４を下降させる。２つのフック９４は下降するに従って外側に傾斜し、突出部９４ａと給油口３６の端部とが当接する。これにより外側板１４はアウター治具１８に対して堅固に固定される。

さらに、このステップＳ３においては、電磁弁２０８が駆動されることにより、エアバルブ２０４が切り換えられて吸引ポンプ２０２が動作し、ホース２００を介して燃料タンク１２の閉空間１２ａ内の空気が吸引される。これにより、ゴムパッキン１０９ａ及び１０９ｂの部分及び、内側板１６と外側板１４との接触部１２０から空気が閉空間１２ａ内に流入し、さらにホース２００を通って吸引ポンプ２０２から排出される。この際、閉空間１２ａは、内側板１６の孔１６ａ、１６ｂがゴムパッキン１０９ａ及び１０９ｂによって略覆われていることからやや負圧となり、内側板１６は外側板１４に対する浮き上がりが防止される。

次に、ステップＳ４において、８つの各シリンダ２８を付勢することによりクランプアーム２６を閉じ、ストッパ２６ｂをベース板４６の上面に当接させる。このストッパ２６ｂによりクランプアーム２６の位置が決定される。クランプアーム２６が閉じると、各アタッチメント２４の先端部である当接部６８は、外側板１４に当接する。このとき、当接部６８はスプリング６４を適度に圧縮しながら外側板１４に当接するのでスプリング６４の圧縮量に応じて外側板１４を押圧することになる。この押圧力は調整ナット６０又はつまみ８２の回転により調整可能であり、予め適度な押圧力となるように作業員が調整しておくとよい。

アタッチメント２４の当接部６８が外側板１４を保持することにより、外側板１４の位置が設定されるので、例えば、外側板１４の自重による撓みを矯正できる。また、８本のクランプアーム２６は、４本ずつ左右対称に配置されているので、燃料タンク１２をバランス良く保持することができる。

また、当接部６８は、ボール６６を基準にして傾動可能な構造となっているので、先端面が外側面に対して片当たりすることなく、確実に当接する。

次に、ステップＳ５において、作業員は、インナー治具２０の両端部に設けられている連結レバー１０８を連結フック１１０に係合する。インナー治具２０の押さえ板１０６は内側板１６に適合する形状なので、内側板１６は外側板１４に対して正確に位置決めされて固定される。

次に、ステップＳ６において、外側板１４と内側板１６とを溶接ロボット１０ｃ（図１参照）により溶接を開始する。

このとき、溶接によって熱せられた空気は閉空間１２ａ内に滞留することがなく、箱部８７及びホース２００を介して吸引ポンプ２０２によって吸引される。従って、外側板１４及び内側板１６の温度上昇が抑止されると共に、閉空間１２ａの温度上昇による内圧上昇が抑制され、溶接時のブローホールの発生を抑止することができる。ここでいう、ブローホールとは気孔とも呼ばれるものであり、ウォームホール、ピンホール又はピット等を含む意味である。

また、空気は内側板１６と外側板１４との接触部１２０の微小な隙間を流れることから、溶接線（図１５参照）Ｖに沿う部分から重点的に熱を除去することができ、溶接による熱歪みを抑制することができる。

一方、溶接方法は、溶接線（図１５参照）Ｖに沿って連続的な溶接が行われる溶接方法であって、ＴＩＧ（inert-gas tungsten-arc welding）溶接、ＭＩＧ（inert-gas metal-arc welding）溶接等、種々の溶接方法を採用することができる。

図１３の溶接順序を表す点Ｑ１〜Ｑ１２で示すように、溶接は燃料タンク１２に対して左右２回行う。点Ｑ１〜Ｑ１２はそれぞれ溶接線Ｖ上の点であり、このうち点Ｑ１は開始点であり、点Ｑ６は一時停止点であり、点Ｑ７は再開始点であり、点Ｑ１２は終了点である。また、点Ｑ２〜Ｑ６及び点Ｑ８〜Ｑ１１は、それぞれ近傍に配置されているクランプアーム２６の有する前記アタッチメント２４と燃料タンク１２との当接点Ｐ（図１４及び図１５参照）と最も接近した溶接線Ｖ上の基準点である。

燃料タンク１２の中心線上であって、最も前方の点Ｑ１から溶接を開始し、順に点Ｑ２〜Ｑ６へと溶接を行う。点Ｑ６は、燃料タンク１２の中心線上であって、最も後方の点である。点Ｑ６まで溶接を行った後、一度溶接を中断して点Ｑ７に移動する。点Ｑ７は、点Ｑ１の近傍の点であり、重ね溶接部ができるような箇所に設定されている。点Ｑ７から再度溶接を開始し、順に点Ｑ７〜Ｑ１２へと溶接を行う。点Ｑ１２は点Ｑ７の近傍の点であり、重ね溶接部ができるような箇所に設定されている。このような経路の溶接は、溶接ロボット１０ｃ（図１参照）の動作によって行われるが、治具用ロボット１０ｂ（図１参照）が協動しながら溶接を行うようにしてもよい。

次に、図１３に示す順序に従って溶接を行う詳細な方法について説明する。

すなわち、図１２のステップＳ７において、溶接線Ｖに沿って溶接を行う。例えば、点Ｑ１から点Ｑ２へ向けて溶接を行うとき、図１４及び図１５に示すように、内側板１６の端部と外側板１４との接触部１２０に沿って電極１２２（又はアーク等）を移動させて溶接を行う。接触部１２０には溶接ビード１２４が形成されて内側板１６と外側板１４とが溶接されることになる。

ところで、溶接時の溶接点Ｍは高温となって溶融するので溶融に伴う変形が生じる。特に、ワークが拘束された状態であると、溶融部が冷却されて凝固する際に、変形が許容されずに内部に歪み（熱歪み）を持った溶接ビード１２４が形成されることになる。このような熱歪みを有する溶接ビード１２４はクラックを発生することがある。

溶接治具１０ａを用いた溶接においては、熱によって溶接ビード１２４が形成されて溶接部が膨張する場合、外側板１４は矢印Ａ０で示されるように、外方に向かって押し出されるようにして変形する。このとき、アタッチメント２４の当接部６８と当接している当接点Ｐは矢印Ａ０に応じて力Ａ１を受ける。この力Ａ１は、矢印Ａ０の向き、大きさ及び当接点Ｐの位置によって決定され、略外方へ向かう力となる。当接点Ｐは力Ａ１によって当接部６８を介してスプリング６４を圧縮させる。力Ａ１が小さいときにはスプリング６４の圧縮量は小さく、力Ａ１が大きいときにはスプリング６４の圧縮量は大きい。

このようにして、当初の当接点Ｐは、スプリング６４が圧縮されることによる弾発力と力Ａ１とが釣り合う位置Ｐｘまで変位することができる。従って、アタッチメント２４の作用によって、溶接後の高温時に、溶接ビード１２４は熱歪みが吸収されながら凝縮することとなり、冷却後の溶接ビード１２４に含まれる熱歪みは非常に小さくなる。

また、当接点Ｐと位置Ｐｘとの距離は微少量であるから、この距離が寸法誤差として不都合を生じることはない。

図１４においては、溶接ビード１２４の形成によって膨張する方向を示す矢印Ａ０を外側板１４における端部の面の向きと略一致する向きとして図示しているが、この矢印Ａ０の方向はいかなる方向でも熱歪みを吸収することができる。つまり、矢印Ａ０が外方に向いているときには、その向きと大きさに応じてアタッチメント２４のスプリング６４が圧縮されて熱歪みを吸収することができる。

また、矢印Ａ０が内方に向いているときには、溶接ビード１２４が収縮しながら形成される場合であり、アタッチメント２４がこの収縮変形を拘束することはない。

さらに、このステップＳ７において、溶接点判断部１５４は、溶接ロボット制御部１３０及び治具用ロボット制御部１３２から供給されるデータに基づいて、溶接が行われている溶接点Ｍ（図１５参照）の位置を判断する。

次に、ステップＳ８において、溶接点判断部１５４は、溶接点Ｍの位置と、基準点（例えば点Ｑ２）との距離Ｌ０を算出し、この距離Ｌ０と予め設定された距離Ｌ１との比較を行う。距離Ｌ０が距離Ｌ１より小さいときにはステップＳ７へ戻り溶接を続行する。距離Ｌ０が距離Ｌ１より大きいとき、例えば、図１３における溶接点Ｍが、点Ｑ２から距離Ｌ０の点Ｂを越えたときにはステップＳ９へ移る。

ステップＳ９においては、溶接点判断部１５４は、対応する開閉機構４７のシリンダ２８に指令を出してクランプアーム２６を開き、アタッチメント２４を燃料タンク１２から離間させる。例えば、図１３に示すように点Ｑ２に向かって溶接を行っているときには、この点Ｑ２に対応するシリンダ２８を制御する第１シリンダ制御部１３６に指令を与え、点Ｑ２に対応するアタッチメント２４のみを開く。

アタッチメント２４によって外側板１４を保持しているときには、スプリング６４によって熱歪みを吸収することができるが、スプリング６４の弾発力によって多少の拘束力があり、この拘束力に応じた弱い熱歪みが発生する可能性がある。このステップＳ９においては、アタッチメント２４を外側板１４から離間させることによって拘束力がなくなり、熱歪みの発生をさらに抑止することができる。

なお、アタッチメント２４を離間させるタイミングが過度に早いと外側板１４を保持するという本来の作用がなくなることとなるので、距離Ｌ０を適切な値に設定する必要がある。実際上、距離Ｌ０は２０［ｍｍ］以下の値とすることが好ましい。距離Ｌ０を２０［ｍｍ］と設定し、溶接点Ｍが点Ｑ２から距離Ｌ０である２０［ｍｍ］の点に達してアタッチメント２４を離間させたとき、点Ｑ２から２５［ｍｍ］程度の箇所は溶接がすでに完了し、略凝固している。従って、アタッチメント２４が離間しても、外側板１４の位置がずれてしまうことはない。また、溶接が略完了している箇所についてのみアタッチメント２４を離間させるので、燃料タンク１２を保持する上での左右のバランスが崩れることがない。

次に、ステップＳ１０において、溶接点Ｍが点Ｑ６に達したか否かを判断する。溶接点Ｍが点Ｑ６に達した場合、溶接を一度中断して点Ｑ７へ移動し（ステップＳ１１）、この後ステップＳ６へ戻る。

次に、ステップＳ１２において、溶接点Ｍが点Ｑ１２に達したか否かを判断する。溶接点Ｍが点Ｑ１２に未達の場合はステップＳ７へ戻る。溶接点Ｍが点Ｑ１２に達した場合は溶接を終了する（ステップＳ１３）。

溶接を終了した後、ステップＳ１４において、位置決め機構４４のロッド９０を上昇させて燃料タンク１２を開放するとともに吸引ポンプ２０２による閉空間１２ａ内の空気の吸引を終了する。つまり、前記ステップＳ３とは逆に、電磁弁２０８の作用下にシリンダ９６のロッド９０を上昇させるとともにエアバルブ２０４を切り換え、吸引ポンプ２０２を停止させる。

この後、作業員は連結レバー１０８を解除してインナー治具２０を取り外し、さらに溶接の終了した燃料タンク１２を取り外す（ステップＳ１５）。

前記ステップＳ７、Ｓ８では、溶接点Ｍと基準点（例えば点Ｑ２）との位置関係をリアルタイム処理によって判断する例を示したが、この位置関係の判断は、例えば、基準点と溶接ロボット１０ｃの姿勢とを予め関連付けておき、溶接ロボット１０ｃが所定の姿勢になったときにアタッチメント２４を離間させるようにしてもよい。また、溶接の開始時からの計時処理により、所定時間後にアタッチメント２４を順次動作させるようにしてもよい。

上述したように、本実施の形態に係る溶接システム１０によれば、溶接点Ｍが溶接線Ｖに沿って移動する際に、溶接点Ｍが接近する順に、燃料タンク１２からアタッチメント２４を離間させるので、燃料タンク１２の外側板１４の拘束力がなくなり、溶接による熱歪みの影響を軽減し、クラックの発生を抑止することができる。結果として、燃料タンク１２の歩留まりを向上させることができる。

また、アタッチメント２４は、スプリング６４を介して燃料タンク１２を保持するので、アタッチメント２４が燃料タンク１２を保持している最中にも溶接による熱歪みの影響を低減させることができる。

さらに、溶接を行っている間は、吸引ポンプ２０２により燃料タンク１２が形成する閉空間１２ａ内の空気を吸引することから、閉空間１２ａ内に熱が滞留することがなく、閉空間１２ａ、外側板１４及び内側板１６の温度上昇による内圧上昇を抑制することができる。従って、溶接による熱歪みの影響を一層軽減させ、ブローホールの発生を抑止することができる。空気を吸引するために用いられる機器の基本的な構成は、エアバルブ２０４と吸引ポンプ２０２のみの簡便でコンパクトな構成でありながら、確実に閉空間１２ａ内の熱を除去することができる。また、エアバルブ２０４及び吸引ポンプ２０２の制御は、燃料タンク１２を固定するためのロッド９０を制御するための位置決め制御部１３４が兼用して制御可能であり、専用の制御手段が不要である。

さらにまた、アタッチメント２４は、外側板１４の端部１５の外面と内側板１６の端部の内面とを重ね合わせた状態で保持して溶接を行うので、溶接の終了した燃料タンク１２にはフランジ部がない。従って、アメリカンタイプ等の美観が必要とされる自動二輪車の燃料タンクとして好適である。

また、上記の説明では、エアバルブ２０４及び吸引ポンプ２０２は、位置決め制御部１３４及び電磁弁２０８の作用下においてシリンダ９６のロッド９０と同期するように制御される例について説明したが、ロッド９０の昇降と吸引ポンプ２０２の動作を個別に制御してもよい。例えば、エアバルブ２０４を溶接制御部１５２（図１１参照）の制御下において、電磁弁２０８とは別の電磁弁を用いてエアバルブ２０４を切り換え、吸引ポンプ２０２を溶接と同期するように前記ステップＳ６〜Ｓ１３の間のみ駆動させてもよい。この場合、溶接を行っていないときには閉空間１２ａから空気を吸引することがなく、空気圧源２０６の仕事量を抑え、省エネルギー化を図ることができる。

なお、上記の説明では、８本のクランプアーム２６を備えるアウター治具１８によって外側板１４を保持する例について示したが、例えば、図１６に示すように、左右から複数の保持部材３００で弾性的に保持するアウター治具（第１保持治具）３０２を用いてもよい。この場合、上記の説明と同様に、溶接時には給油口３６からホース２００を介して吸引ポンプ２０２により燃料タンク１２内の空気を吸引するとよい。

また、上記の説明では、ワークとして自動二輪車の燃料タンク１２の溶接を行う例について説明したが、本実施の形態に係る溶接システム１０は、燃料タンク１２以外にも種々の形状のタンクに対して適用可能であることはもちろんである。

本発明に係る溶接システムは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成乃至ステップを採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係る溶接システムの概略ブロック図である。 溶接治具と自動二輪車の燃料タンクの斜視図である。 溶接治具と自動二輪車の燃料タンクの正面断面図である。 溶接治具と自動二輪車の燃料タンクの一部省略側面図である。 シリンダ、クランプアーム、アタッチメント及びその周辺部を示す正面図である。 アタッチメントの断面図である。 フックを上昇させた状態の位置決め機構の正面図である。 位置決め機構が設けられた箱部及び該箱部の側面に設けられた継手及びホースを示す斜視図である。 フックを下降させた状態の位置決め機構の正面図である。 インナー治具、内側板及び外側板の斜視図である。 コントローラの構成を示すブロック図である。 本実施の形態に係る溶接システムを用いて溶接を行う方法を示すフローチャートである。 溶接の経路を示す模式図である。 アタッチメントにより外側板を押圧しながら溶接を行う様子を示す模式図である。 溶接線、当接点、基準点及び溶接点を示す模式図である。 左右から複数の保持部材で保持するアウター治具によって燃料タンクを保持する状態を示す斜視図である。 フランジ部を有する燃料タンクの斜視図である。

符号の説明

１０…溶接システム １０ａ…溶接治具
１０ｂ…治具用ロボット １０ｃ…溶接ロボット
１０ｄ…コントローラ １２…燃料タンク
１４…外側板 １６…内側板
１６ａ、１６ｂ…孔 １８、３０２…アウター治具
２０…インナー治具 ２２…下方支持部材
２４…アタッチメント ２６…クランプアーム
２８、２８ｂ、９６…シリンダ ３６…給油口
４４…位置決め機構 ５０…筒体
８４…エンドストッパ ８７…箱部
８８…挿入部材 ８９…孔
９０…ロッド ９４…フック
９４ａ…突出部 ９４ｂ…長孔
９４ｃ…揺動孔 ９８…継手
１０６、１０６ａ…押さえ板 １０８…連結レバー
１０９ａ、１０９ｂ…ゴムパッキン １１０…連結フック
１２０…接触部 ２００…ホース
２０２…吸引ポンプ ２０２ａ…流入ポート
２０２ｂ…サイレンサ ２０２ｃ…接続点
２０４…エアバルブ ２０６…空気圧源
２０８…電磁弁
Ｂ、Ｑ１〜Ｑ１２…点 Ｌ０、Ｌ１…距離
Ｍ…溶接点 Ｐ…当接点
Ｖ…溶接線

Claims (7)

1. 第１の金属板と第２の金属板とを溶接してタンクを形成する溶接システムにおいて、
   前記第１の金属板と第２の金属板とが接する部分を溶接する溶接手段と、
   前記第１の金属板に設けられた第１孔に接続され、前記第１の金属板と前記第２の金属板とにより構成される空間内から空気を吸引して該空間内を減圧し、前記第１の金属板又は前記第２の金属板に設けられた第２孔から外気を該空間内に流入させる吸引ポンプと、
   を有することを特徴とする溶接システム。
2. 請求項１記載の溶接システムにおいて、
   前記タンクは、左右から弾性体を介して前記第１の金属板を支持する複数のアタッチメントを有する第１保持治具と、
   前記第２の金属板の形状に合わせた位置決め部材からなる第２保持治具と、
   により保持されることを特徴とする溶接システム。
3. 請求項１記載の溶接システムにおいて、
   前記吸引ポンプは、前記第１孔に挿入されて前記第１の金属板を固定する固定具に接続されていることを特徴とする溶接システム。
4. 請求項３記載の溶接システムにおいて、
   前記吸引ポンプは、前記第１の金属板を固定及び開放させるアクチュエータと同期して空気を吸引するように制御されることを特徴とする溶接システム。
5. 請求項１記載の溶接システムにおいて、
   前記吸引ポンプは、溶接と同期して空気を吸引するように制御されることを特徴とする溶接システム。
6. 請求項１記載の溶接システムにおいて、
   前記第１の金属板と第２の金属板とが略閉空間を構成するように、前記第２孔を空気流入可能なように覆う板材を有することを特徴とする溶接システム。
7. 請求項１記載の溶接システムにおいて、
   前記吸引ポンプは、流体の巻込み作用により空気を吸引するエジェクタ方式のポンプであることを特徴とする溶接システム。

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