JP5366778B2

JP5366778B2 - 溶接治具

Info

Publication number: JP5366778B2
Application number: JP2009279567A
Authority: JP
Inventors: 伸大小佐々; 岳志蟻川; 茂利並木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: JP2011121080A

Description

本発明は、ワークに溶接作業を行う際にワークを位置決めするための溶接治具に関する。

一般に、ワークに対する溶接は、溶接ロボットを用い、ワーク上に設定された所定の溶接箇所（溶接予定箇所）に溶接処理を施すことで行われる。このような溶接をワーク上の所定の溶接箇所に対して正確に行うためには、溶接ガンの位置を正確に制御しながら移動及び位置決めすることが必要であるとともに、溶接治具によりワークを所定位置に載置及び保持させることが重要である。このような溶接治具においては、ワークの位置決めを行うとともに、溶接ガンが溶接箇所にアクセスできるように、溶接ガンの進入スペースを確保する必要がある（例えば、下記特許文献１参照）。

このため、従来の溶接治具１００は、図１に示すように、地面（設置面）に近い位置に設置された基準面になる板状のベース部１０２と、このベース部１０２から上方に延在する複数のブラケット１０４と、各ブラケット１０４上に設置された支持部品１０６、位置決めピン１０８及びクランプ装置１１０とからなる。ブラケット１０４の高さは、溶接ガン１１２の進入スペースが確保されるように設定されている。

このような溶接治具１００を用い、ワーク１０１に対して溶接を行う際には、溶接治具１００上に載置したワーク１０１をクランプ装置１１０によりクランプしてワーク１０１の位置決め及び固定を行い、スポット溶接機の溶接ガン１１２を溶接治具１００に進入させる。すなわち、図１に示すように、溶接ガン１１２の一方のアーム１１４がワーク１０１の上面側に、他方のアーム１１６がワーク１０１の下面側に位置するように溶接ガン１１２を進入させる。そして、各アーム１１４、１１６の先端に設けられた電極チップ１１５、１１７によりワーク１０１を両面側から挟んで電極チップ１１５、１１７に通電することにより溶接を行う。

特許第２７０１５６１号公報

上述したように、ベース部１０２上に立設されたブラケット１０４は、溶接ガン１１２の進入スペースを確保するために長尺な部材である。このため、図１中のＩＩ−ＩＩ線による断面図である図２に示すように、クランプ装置１１０の基準面（ベース部１０２）からの距離Ｌ１が長く、位置決め機構であるクランプ装置１１０の管理ポイントの位置精度を確保することが難しい。すなわち、クランプ装置１１０の位置の精度管理が困難である。なお、管理ポイントとは、クランプ装置１１０の位置が正確であるか否かを管理するためにクランプ装置１１０上の任意の箇所に設定した位置であり、例えば、クランプ装置１１０のクランプ位置が挙げられる。また、基準面からクランプ装置１１０の管理ポイントまでの距離Ｌ１が長いことから、振動や接触などの外乱による位置精度の悪化に対する耐性が低く、位置精度の信頼性を保証しにくい。

さらに、クランプ装置１１０毎にブラケット１０４が必要であり、しかもブラケット１０４が長尺であるため、設備が重厚になりやすい。その上、ブラケット１０４の設置数が多いため、図１に示すように、ある溶接箇所から別の溶接箇所に溶接ガンを移動させる際に、溶接ガンがブラケット１０４ａと干渉しないように、溶接ガン１１２を一端退避させてから再度進入させる回避動作を行う頻度が多い。このような回避動作は、サイクルタイムの短縮化の阻害要因となる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、位置決め機構の位置の精度管理が容易であり、外乱に対する耐性が強く、全体構成を簡素化することが可能な溶接治具を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、ワークに溶接作業を行う際に前記ワークを位置決めするための溶接治具であって、下方に溶接ガンが進入可能なスペースを空けて設置され、基準面となるベース部と、前記ベース部に設置され、前記ベース部に対して前記ワークの位置を固定するための位置決め機構とを備え、前記ベース部には、前記溶接ガンの先端部の少なくとも一部が進入可能であり、前記ベース部の厚さ方向に貫通した穴部又は切欠き部からなる開口部が設けられている、ことを特徴とする。

上記の本発明の構成によれば、位置決め機構が基準面であるベース部に設置されているが、溶接ガンはベース部に設けられた開口部を通してワークの溶接箇所にアクセスすることが可能である。このため、従来の溶接治具と比較して、基準面から位置決め機構の管理ポイントまでの距離を大幅に短くすることが可能であることから、位置決め機構の管理ポイントの位置精度を大幅に向上させることが可能であり、また、振動や接触などの外乱による位置精度の悪化に対する耐性が高い。また、位置決め機構の管理ポイントの位置精度が向上することから、位置決め機構の位置確認のための測定及び調整の頻度の低減が可能である。

さらに、従来の溶接治具と異なり、位置決め機構毎の長尺なブラケットが不要であるため、全体構成の簡素化が可能であるとともに軽量化が可能である。さらにまた、位置決め機構毎のブラケットが不要であり、溶接治具に溶接ガンが進入したときの溶接ガンの周囲に存在する構造物が少ないため、従来の溶接治具と比較して、溶接ガンの移動に際して周囲構造物を回避するための動作を減少させることが可能であり、結果として溶接作業のサイクルタイムを短縮できる。また、支持部品や位置決め機構をベース部に直接載置することで、組付け部品の集積公差を低減でき、結果として品質に対する信頼性を向上できる。

また、上記の溶接治具において、前記位置決め機構は、前記ワークに当接して保持する位置決め部と、前記位置決め部を駆動する駆動部とを有し、前記位置決め部は、前記ベース部の上面側に配設され、前記駆動部は、前記ベース部の下面側に配設されている、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、位置決め機構の駆動部の配置位置をベース部の裏面側に集中させることにより、溶接ガンと干渉しにくい構造の溶接治具を提供することが可能である。この結果、レイアウトの自由度が向上し、治具としての成立性の検討工数が低減し、治具の設計期間の短縮化が可能となる。

本発明の溶接治具によれば、位置決め機構の位置の精度管理が容易であり、外乱に対する耐性が強く、全体構成を簡素化することが可能である。

従来の溶接治具の全体構成を示す斜視図である。図１中のＩＩ−ＩＩ線による断面図である。本発明の第１の実施形態に係る溶接治具の全体構成を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る溶接治具によりワークを位置決めし、第１の進入パターンにより溶接ガンを進入させた状態を示す斜視図である。図４中のＶ−Ｖ線による断面図である。本発明の第１の実施形態に係る溶接治具によりワークを位置決めし、第２の進入パターンにより溶接ガンを進入させた状態を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係る溶接治具の全体構成を示す斜視図である。

以下、本発明に係る溶接治具について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
図３は、本発明の第１の実施形態に係る溶接治具１０の全体構成を示す斜視図である。この溶接治具１０は、ワーク３８（図４参照）に溶接作業を行う際にワーク３８を位置決めするために使用されるものであり、図３に示すように、ベース部１２と、位置決め機構１４とを備える。

ベース部１２は、位置決め機構１４の位置の精度管理についての基準面となるものであり、下方に溶接ガン３０（図４参照）が進入可能なスペースを空けて設置されている。具体的には、ベース部１２は、全体として板状に構成されており、図１の構成例では水平に配置されている。ベース部１２は、全体として１枚の板状部材であるのがよい。ベース部１２の下面には複数の支柱１６が連結されている。

各支柱１６は、ベース部１２の下面から下方に延在し、下端において地面（設置面）に固定されている。支柱１６の個数及び高さ（長さ）は、ベース部１２を安定して支持するのに必要な剛性が得られ、且つ、溶接作業時の溶接ガン３０の進入及び移動スペースを十分に確保できるように設定される。

ベース部１２には、少なくとも１つの開口部１８が設けられている。この開口部１８は、ベース部１２の厚さ方向（上下方向）に貫通した穴部２０又は切欠き部１９である。すなわち、開口部１８は、周囲が閉じた開口である穴部２０、又は周囲の一部が開いた開口である切欠き部１９のいずれの形態であってもよい。図示例の溶接治具１０では、穴部２０と切欠き部１９の両方が設けられた構成であるが、設計条件等によっては、穴部２０のみ、あるいは切欠き部１９のみが設けられた構成であってもよい。

また、開口部１８は、溶接ガン３０（図４参照）の先端部（電極チップ３３、３４）の少なくとも一部が進入可能であるように構成されている。従って、開口部１８の位置、大きさ（範囲）及び個数は、ベース部１２に必要な剛性が十分に確保できる範囲内で、溶接作業時に溶接ガン３０の先端部（電極チップ３３、３４）が進入でき、ワーク３８の所定の溶接箇所に対して溶接を実施できるように設定される。

ベース部１２の上面には、支持部品２２及び位置決めピン２３が設置されている。支持部品２２は、ワーク３８の下面に接触してワーク３８を下方から支持するための部品である。図３に示すように、第１の実施形態では、支持部品２２がベース部１２の上面に直接取り付けられている。この支持部品２２の設置位置及び個数は、図示例の構成に限られず、載置されるワーク３８の形状等の諸条件に応じて適切に設定される。

位置決めピン２３は、ワーク３８を溶接治具１０上に載置したときに、その上端部がワーク３８の下面に設けられた（形成された）凹部に挿入されることにより、ベース部１２に対するワーク３８の位置を所定位置に位置決めするための部品である。図３に示すように、第１の実施形態では、位置決めピン２３がベース部１２の上面に直接取り付けられている。位置決めピン２３の設置位置及び個数は、図示例の構成に限られず、載置されるワーク３８の形状等の諸条件に応じて適切に設定される。

位置決め機構１４は、ベース部１２に対してワーク３８の位置を固定するための機構であり、ベース部１２に設置されている。図示例において、位置決め機構１４は、溶接治具１０において複数設けられており、ブラケット２７を介して、ベース部１２の周縁部に配置されている。一構成例に係る位置決め機構１４は、ワーク３８に当接して保持する位置決め部２４と、この位置決め部２４を駆動する駆動部２６とを有する。

図示例の位置決め部２４は、揺動自在に支持された押え部２５として構成されている。押え部２５は、揺動することによってベース部１２の上面に設けられた受け座２８に対して接近及び離反が可能であるように構成されており、押え部２５と受け座２８との間にワーク３８の周縁部を挟持することで、ベース部１２に対してワーク３８が固定されるようになっている。

駆動部２６は、押え部２５を駆動して揺動させるものであり、図示例では、流体圧シリンダ装置（ガス圧シリンダ装置又は油圧シリンダ装置）として構成されている。なお、駆動部２６は、流体圧シリンダに限られず、その他の直動アクチュエータや、回転モータ等により構成されてもよい。

図３に示すように、第１の実施形態において、位置決め部２４は、ベース部１２の上面側（ベース部１２に対して概ね高い位置）に配置されており、駆動部２６は、ベース部１２の下面側（ベース部１２に対して概ね低い位置）に配置されている。

上記のように構成された各位置決め機構１４では、図示しない制御部による制御の下、駆動部２６が制御されて、ワーク３８の搬入及び搬出のタイミングに合わせて位置決め部２４が揺動動作することで、ワーク３８の保持及び開放がなされる。なお、位置決め機構１４の設置位置及び個数は、図示例の構成に限られず、載置されるワーク３８の形状等の諸条件に応じて適切に設定される。

本発明の第１の実施形態に係る溶接治具１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、その作用及び効果について説明する。

図４は、第１の実施形態に係る溶接治具１０の使用状態を示す斜視図である。ワーク３８に対して溶接処理を行うために、図４に示すように、図示しないワーク搬送装置によりワーク３８が搬入され、溶接治具１０上に載置（セット）される。ここで、溶接処理の対象となるワーク３８は、少なくとも２つの部品によって構成されるものであり、各部品同士を接合するために、ワーク３８上に設定された所定の溶接箇所に対してスポット溶接が施される。

上述したワーク搬送装置によるワーク３８の搬入に合わせて、図示しない制御部の制御の下、位置決め部２４が受け座２８に近づくように位置決め機構１４が駆動され、ワーク３８の周縁部がクランプされる。これにより、ワーク３８がベース部１２に対して固定される。

位置決め機構１４の動作と並行して、あるいは位置決め機構１４によりワーク３８を固定した後、図４に示すように、スポット溶接機の溶接ガン３０を溶接治具１０に進入させる。なお、ここでは、溶接治具１０の側方から溶接ガン３０を進入させるパターン（第１の進入パターン）について説明する。

溶接ガン３０を溶接治具１０に進入させたら、２つのアーム３１、３２の先端部に互いに対向するように設けられた電極チップ３３、３４によりワーク３８を両側から（上下から）挟持する。この場合、ワーク３８の下面側から溶接治具１０に進入したアーム３２の先端に設けられた電極チップ３４は、開口部１８（穴部２０又は切欠き部１９）を通してワーク３８に当接することが可能である。

電極チップ３３、３４によりワーク３８を両側から挟持したら、電極チップ３３、３４間に通電することにより、通電箇所を溶接する。そして、溶接ガン３０を移動させることにより、ワーク３８の所定の溶接箇所を順次溶接していく。

なお、スポット溶接機による溶接は、スポット溶接機の図示しない制御ユニットによる制御の下、予めプログラム又は教示された移動軌跡に沿って溶接ガン３０を移動及び位置制御することにより行われる。

ワーク３８における所定の溶接箇所に対する溶接が全て終了したら、溶接ガン３０を溶接治具１０及びワーク３８から退避させるとともに、位置決め部２４によるワーク３８の周縁部のクランプを解除するように位置決め機構１４を作動させる。そして、ワーク３８が位置決め機構１４から開放されたら、ワーク搬送装置により溶接治具１０からワーク３８が搬出され、続いて次のワーク３８が溶接治具１０に搬入される。以上の一連の動作がワーク３８毎に繰り返され、ワーク３８に対する溶接処理が行われていく。

なお、図４では、溶接ガン３０は１つだけ描写されているが、必要に応じて、ワーク３８に対する溶接を複数の溶接ガン３０を用いて行ってもよいことは勿論である。

上述した第１の実施形態に係る溶接治具１０では、基準面であるベース部１２に位置決め機構１４が設置されているため、ワーク３８とベース部１２の間には、溶接ガン３０が進入可能なスペースは設けられていない。しかし、溶接ガン３０はベース部１２に設けられた開口部１８（穴部２０又は切欠き部１９）を通してワーク３８の溶接箇所にアクセスすることが可能である。

ここで、図５は、図４中のＶ−Ｖ線による断面図である。上述したように、第１の実施形態に係る溶接治具１０によれば、基準面であるベース部１２に位置決め機構１４が設置されているので、従来の溶接治具（図１及び図２参照）と比較して、図５に示すように、基準面（ベース部１２）から位置決め機構１４の管理ポイントまでの距離Ｌ２を大幅に短くすることが可能である。従って、位置決め機構１４の管理ポイントの位置精度を大幅に向上させることが可能であり、また、振動や接触などの外乱による位置精度の悪化に対する耐性を高めることが可能である。

また、第１の実施形態に係る溶接治具１０によれば、位置決め機構１４の管理ポイントの位置精度が向上することから、位置決め機構１４の位置確認のための測定及び調整の頻度の低減が可能である。

さらに、溶接治具１０においては、従来の溶接治具（図１参照）と異なり、位置決め機構毎の長尺なブラケットが不要であるため、全体構成の簡素化が可能であるとともに軽量化が可能である。

上述したように、従来の溶接治具では、溶接ガンの周囲にブラケットが多く存在するため、ある溶接箇所から別の溶接箇所に溶接ガンを移動させる際に、回避動作をしなければ移動できないことが多く発生する。これに対し、本発明の溶接治具１０によれば、位置決め機構１４毎の長尺のブラケットが不要であり、溶接治具１０に溶接ガン３０が進入したときの溶接ガン３０の周囲に存在する構造物が少ない。このため、図４に示すように、ある溶接箇所から別の溶接箇所に移動する際に、回避動作を行うことなくそのまま横移動することが可能である場合が多い。このように、本発明の溶接治具１０によれば、従来の溶接治具と比較して、溶接ガン３０の移動に際して周囲構造物を回避するための動作を減少させることが可能であり、結果として溶接作業のサイクルタイムを短縮できる。

また、第１の実施形態に係る溶接治具１０によれば、支持部品２２や位置決め機構１４をベース部１２に直接載置することで、組付け部品の集積公差を低減でき、結果として品質に対する信頼性を向上できる。

また、上述したように、第１の実施形態に係る溶接治具１０において、位置決め部２４はベース部１２の上面側に配設され、駆動部２６はベース部１２の下面側に配設されている。このように、位置決め機構１４の駆動部２６の配置位置をベース部１２の裏面側に集中させることにより、溶接ガン３０と干渉しにくい構造の溶接治具１０を提供することが可能である。この結果、レイアウトの自由度が向上し、治具としての成立性の検討工数が低減し、治具の設計期間の短縮化が可能となる。

図４では、溶接治具１０の側方から溶接ガン３０を進入させるパターンを説明したが、ワーク３８における溶接箇所の向きによっては、図６に示すように、溶接治具１０の下方から溶接ガン３０を進入させるパターン（第２の進入パターン）もあり得る。例えば、溶接しようとする２つの部位が水平方向に並んだ箇所である場合には、当該２つの部位を水平方向から挟持して溶接することが必要である。従って、そのような場合には、図６に示すような姿勢で溶接ガン３０を下方から溶接治具１０に向けて進入させ、電極チップ３３、３４でワーク３８の溶接箇所を水平方向から挟持して溶接を行う。

［第２の実施形態］
図７は、本発明の第２の実施形態に係る溶接治具１０ａ及びその使用状態を示す斜視図である。なお、第２の実施形態に係る溶接治具１０ａにおいて、上記第１の実施形態に係る溶接治具１０と同一又は同様な機能及び効果を奏する要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

溶接対象が図４に示したワーク３８のように全体として凹凸（高低差）が小さいが場合と異なり、図７に示すワーク３８ａのように凹凸が大きい場合には、ワーク３８ａ内の異なる位置間で生じる高低差に対応するためにブラケット３９を追加的に設置してもよい。図示例では、位置決め機構１４の位置決め部２４（押え部２５）との間にワーク３８ａを挟む受け座２８の高さを上げるため、複数のブラケット３９が、位置決め機構１４の設置箇所に対応したベース部１２の周縁部上に設けられ、各ブラケット３９の上に受け座２８が配置されている。なお、設置するブラケット３９の設置位置及び個数は、図示例に限られず、ワーク３８の形状に応じて適切に設定される。

第２の実施形態の場合、第１の実施形態と比較してブラケット３９が追加される分、基準面（ベース部１２）から位置決め機構１４の管理ポイントまでの距離は長くなる。しかしながら、ブラケット３９は、従来の溶接治具のブラケットと比較して格段に短いものでよいため、依然として、基準面から位置決め機構１４の管理ポイントまでの距離を大幅に短くすることが可能である。

従って、第２の実施形態に係る溶接治具１０ａによっても、位置決め機構１４の管理ポイントの位置精度を大幅に向上させることが可能であるとともに、振動や接触などの外乱による位置精度の悪化に対する耐性が高く、しかも、位置決め機構１４の位置確認のための測定及び調整の頻度の低減が可能である。

なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と共通する各構成部分については、第１の実施形態における当該共通の各構成部分がもたらす作用及び効果と同一又は同様の作用及び効果が得られることは勿論である。

上記において、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

１０、１０ａ…溶接治具１２…ベース部
１４…位置決め機構１６…支柱
１８…開口部１９…切欠き部
２０…穴部３０…溶接ガン
３９…ブラケット

Claims

ワークに溶接作業を行う際に前記ワークを位置決めするための溶接治具であって、
下方に溶接ガンが進入可能なスペースを空けて設置され、基準面となるベース部と、
前記ベース部を支持する複数の支柱と、
前記ベース部に設置され、前記ワークをクランプして前記ベース部に対して前記ワークの位置を固定するための複数の位置決め機構とを備え、
前記複数の支柱の数は、前記複数の位置決め機構の数よりも少なく、
前記ベース部には、前記溶接ガンの先端部の少なくとも一部が進入可能であり、前記ベース部の厚さ方向に貫通した穴部又は切欠き部からなる開口部が設けられている、
ことを特徴とする溶接治具。
請求項１記載の溶接治具において、
前記位置決め機構は、前記ワークに当接して保持する位置決め部と、前記位置決め部を駆動する駆動部とを有し、
前記位置決め部は、前記ベース部の上面側に配設され、
前記駆動部は、前記ベース部の下面側に配設されている、
ことを特徴とする溶接治具。