JP5778942B2 - 片側スポット溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、自動車生産ラインにおいて使用する片側スポット溶接装置に関する。

従来より、自動車生産ラインでは、重ね合わせたプレス部品に溶接ガンの先端に装着保持した電極を押し付けて加圧し、電流を供給することによりプレス部品間を抵抗発熱させて溶接するスポット溶接が用いられている。スポット溶接により形成される接合部の品質は、電流値、電流の供給時間、加圧力及び電極先端の状態を適切に管理することにより安定させることができる。

例えば、特許文献１に開示されているスポット溶接装置は、サーボモータ制御の溶接ガンを用いて、重ね合わせたプレス部品の重合部分を一対の電極で挟み込んで加圧するようになっていて、所定の加圧力による加圧状態でサーボモータ制御により電極の押し込み位置を所定の位置で固定し、当該電極の押し込み位置が固定された状態で電極間に電流の供給を開始して溶接することで、溶接中の電極の押し込み過ぎによる溶融部分からのスパッタの発生を抑制して接合部の品質を安定させている。

特開平１０−１２８５５２号公報（段落００２５欄、図４）

ところで、自動車のフレーム構造が閉断面で、且つ、複数のプレス部品を組み合わせて形成されるような場合において、フレームの構造上、各プレス部品が組み合わされたときの重合部分を一対の電極で挟み込むだけの十分なスペースを確保できないような場合がある。このような重合部分をスポット溶接により接合する場合、上記重合部分の一方側から１つの電極を押し込んだ加圧状態で電流を供給して溶接する片側スポット溶接が行われる。

しかし、片側スポット溶接の場合、電極の反対側からの支持がないので、特許文献１のように、電極を所定の押し込み位置に固定した状態で電流を供給し始めると、重合部分が溶融することで加圧力が弱くなり、電流供給直後の熱膨張による溶融部分周辺の不規則な変動を抑制し難く、接合部の形成が不安定になってしまうとともに、接合部の溶融部分が溶けすぎると、支持のない電極の反対側から溶け落ちて穴明き不良が発生するという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接合部を安定して形成し、且つ、穴明き不良の発生を防止できる片側スポット溶接装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、片側スポット溶接において、電極を被溶接材に押し付けて所定の加圧力で保持すると同時に電流を供給して溶接を開始し、接合部が所定の接合幅となった段階で電極の押し込み位置を固定するようにしたことを特徴とする。

具体的には、電極を装着保持し、少なくとも２枚以上重ね合わせた被溶接材に向かって上記電極を移動させて一方側の被溶接材に接触させるサーボモータ制御の電極移動手段と、アース端子を有し、上記一方側の被溶接材に接触させた電極と他方側の被溶接材に接触させたアース端子との間に電流を供給する電流供給手段と、上記電極移動手段及び電流供給手段に接続され、上記他方側の被溶接材に上記アース端子を接触させた状態で、上記電極移動手段を制御して上記一方側の被溶接材に上記電極を押し込むように移動させて当該被溶接材を加圧し、且つ、上記電流供給手段を制御して上記電極と上記アース端子との間に電流を供給して上記被溶接材間に抵抗発熱による接合部を形成させて上記被溶接材同士を繋ぐ制御装置とを備えた片側スポット溶接装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明では、上記制御装置は、上記一方側の被溶接材に上記電極を押し込みながら加圧力が所定値まで上昇した際、当該所定値で加圧力を保持した状態で電流の供給を開始させ、被溶接材の溶融により上記電極が次第に押し込み移動して上記被溶接材間の接合部の接合幅が所定値になった際、上記電極の押し込み位置を電流の供給を停止させるまで固定させた状態で上記加圧力を次第に下降させるように上記電極移動手段及び電流供給手段を制御することを特徴とする。

第２の発明では、第１の発明において、上記被溶接材を重ね合わせた部分に上記電極が対応するように上記被溶接材を保持する金属製クランプ装置を備え、上記アース端子は、上記クランプ装置の上記他方側の被溶接材に接触する部分に設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、少なくとも２枚以上重ね合わせた被溶接材の一方側から当該被溶接材に電極を押し込むように移動させて加圧するとともにアース端子を上記他方側の被溶接材に接触させ、上記電極と上記アース端子との間に電流を供給して上記被溶接材間に抵抗発熱による接合部を形成させて上記被溶接材同士を繋ぐ片側スポット溶接方法をも対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、上記一方側の被溶接材に上記電極を押し込んで加圧力が所定値まで上昇した後、当該所定値で加圧力を保持すると同時に電流の供給を開始し、その後、上記被溶接材の溶融により上記電極が次第に押し込み移動して上記被溶接材間の接合部の接合幅が所定値になると、上記電極の押し込み位置を電流の供給を停止させるまで固定させながら上記加圧力を次第に下降させて溶接することを特徴とする。

第１及び第３の発明によれば、被溶接材へ電流の供給を開始した直後に加圧力を所定値で保持しているので、電流供給直後に発生する熱膨張による溶融部分周辺の不規則な変動を抑制し、接合部の形成を安定させることができる。また、被溶接材間に接合部が形成される途中の段階で電極の押し込み位置を固定するので、電極の押し込み過ぎによる接合部の溶融部分の電極の反対側からの飛び出しを防止して穴明き不良の発生を防止することができる。

第２の発明によれば、クランプ装置で被溶接材の位置決めを行うと同時にアース端子が他方側の被溶接材に接触するようになるので、被溶接材の位置決めを行う工程とアース端子を他方側の被溶接材に接触させる工程とを分ける必要がなく、設備レイアウトをコンパクトにできる。

本発明の実施形態に係る片側スポット溶接装置の構成図である。 本発明の実施形態に係る片側スポット溶接装置の溶接中の電流値、加圧力及び電極位置の関係を示すグラフである。 重ね合わせた被溶接材を溶接する手順において、電極が被溶接材に接触した直後の状態を示す断面図である。 重ね合わせた被溶接材を溶接する手順において、電極で被溶接材を加圧しながら電流を供給し始めた直後の状態を示す断面図である。 重ね合わせた被溶接材を溶接する手順において、電極の押し込み位置を固定した直後の状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１は、本発明の実施形態に係る片側スポット溶接装置１を示す。該片側スポット溶接装置１は、自動車の生産ラインで複数のプレス部品（被溶接材）１０を片側スポット溶接で組み立てるのに用いられるものであり、溶接ガン（電極移動手段）２を備えている。

該溶接ガン２は、上下に延びるケース本体２１を備えていて、該ケース本体２１の上端は、ブラケットＢｋを介して装置固定側Ｒに締結されている。

上記ケース本体２１内部には、回転軸心を上下方向に向けたボールナット２２が回転可能に設けられていて、該ボールナット２２には、上記ケース本体２１内部を上下に貫通するボールネジ２３が螺合している。

上記ボールネジ２３の下端には、電極ホルダ２４が取り付けられていて、該電極ホルダ２４の下端には、該電極ホルダ２４より小径の銅製シャンク２５が固定され、該シャンク２５先端に銅製電極２０が装着保持されている。

上記ケース本体２１の上部側面には、上下方向に延びる出力軸２７ａを有するサーボモータ制御の電動機２７が取り付けられていて、該電動機２７内部には、当該電動機２７の出力トルク及び出力軸２７ａの回転角度を検出可能なエンコーダ２７ｂが設けられている。

上記出力軸２７ａ及び上記ボールナット２２の下端には、ゴム製ベルト２８が図示しないプーリを介して掛け渡されていて、上記電動機２７が正逆回転駆動すると、その回転トルクを上記ベルト２８を介してボールナット２２に伝え、該ボールナット２２が正転・逆転することにより、上記ボールネジ２３が上下方向に螺進・螺退して、上記電極２０が上下に移動するようになっている。これにより、重ね合わせたプレス部品１０の一方側上側のプレス部品１０に上記電極２０を移動させて接触させることができるようになっている。

上記溶接ガン２下方には、上記プレス部品１０を重ね合わせた部分に上記電極２０が対応するように上記プレス部品１０を保持する一対の金属製クランプ装置６が配置されていて、該一対のクランプ装置６は、上記一方側のプレス部品１０と他方側のプレス部品１０とをそれぞれ保持している。

上記シャンク２５には、電流を供給可能な電流供給装置（電流供給手段）３が接続されている。

該電流供給装置３は、他方側（下側）のプレス部品１０に接触させるためのアース端子３ａを有していて、該アース端子３ａは、上記クランプ装置６の上記他方側のプレス部品１０に接触する部分に設けられている。そして、上記電流供給装置３は、上記一方側（上側）のプレス部品１０に接触させた電極２０と、他方側（下側）のプレス部品１０に接触させたアース端子３ａとの間に電流を供給できるようになっている。

上記溶接ガン２及び電流供給装置３には、上記電極２０の移動及び電流の供給をそれぞれ制御する制御装置４が接続されていて、該制御装置４は、上記他方側（下側）のプレス部品１０に上記アース端子３ａを接触させた状態で、上記一方側（上側）のプレス部品１０に電極２０を押し込むように移動させて当該プレス部品１０を加圧し、且つ、上記電極２０と上記アース端子３ａとの間に電流を供給して上記プレス部品１０間に抵抗発熱による接合部５（図４、５に示す）を形成させて上記プレス部品１０同士を繋ぐように上記溶接ガン２及び電流供給装置３を制御するようになっている。

上記制御装置４は、エンコーダ２７ｂで検出する出力トルクから上記電極２０がプレス部品１０に加える加圧力を算出するようになっていて、算出した加圧力と予め記憶された加圧力の設定値とを比較し、加圧力が設定値となるように上記電極２０を移動させるフィードバック制御を行うようになっている。

また、上記制御装置４は、上記エンコーダ２７ｂで検出する回転角度及び上記ボールネジ２３のピッチから上記電極２０の位置を算出するようになっている。尚、上記ボールネジ２３のピッチは、０．１〜０．３ｍｍ程度が好ましい。

そして、上記制御装置４は、図２及び図４に示すように、上記一方側のプレス部品１０に上記電極２０を押し込みながら加圧力が所定値Ｆまで上昇した際、当該所定値Ｆで加圧力を保持した状態で所定値Ｃの電流の供給を開始させ、プレス部品１０の溶融により上記電極２０が次第に押し込み移動して、図５に示すように、上記プレス部品１０間の接合部５の接合幅５ａが所定値Ｄになった際、上記電極２０の押し込み位置を所定値Ｃｎｏ電流の供給を停止させるまで固定させた状態で上記加圧力を次第に下降させるように上記溶接ガン２及び上記電流供給装置３を制御するようになっている。

尚、上記加圧力の所定値Ｆは、溶接するプレス部品１０の弾性限界値の約８０％を目安に設定している。

次に、重ね合わせたプレス部品１０を上記片側スポット溶接装置１で溶接する方法について説明する。

まず、図３に示すように、アース端子３ａが下側のプレス部品１０に接触した状態で、制御装置４は、溶接ガン２を制御して重ね合わせたプレス部品１０に向かって電極２０を上方から下方に向かって移動させ、上側のプレス部品１０に接触させる。

また、上記接合幅５ａの所定値Ｄは、例えば、プレス部品１０の下面に接合部５が現れる直前の状態のときの接合幅５ａとする。

次に、図４に示すように、制御装置４は、溶接ガン２を制御して上側のプレス部品１０に電極２０を押し込んでプレス部品１０を下方に撓ませながら加圧力を所定値Ｆまで上昇させる。

しかる後、上記制御装置４は、溶接ガン２を制御して加圧力を所定値Ｆで保持すると同時に、上記電流供給装置３を制御して上記電極２０と上記アース端子３ａとの間に所定値Ｃの電流の供給を開始させる。すると、プレス部品１０間が溶融し始めて接合部５が形成され始め、それに伴って、上記電極２０が次第に押し込み移動する。

そして、図２及び図５に示すように、上記制御装置４は、上記プレス部品１０間の接合部５が次第に大きくなっていき、当該接合部５の接合幅５ａが所定値Ｄになると、上記電極２０の押し込み位置を所定値Ｃの電流の供給を停止させるまで固定させながら上記加圧力を次第に下降させる。

尚、上記実施形態では、上記電流供給装置３が供給する電流を供給開始から供給終了まで所定値Ｃで一定としているが、加圧力及び電極２０の位置に合わせて適切な電流値に変更するようにしてもよい。

したがって、本発明の実施形態では、プレス部品１０へ電流の供給を開始した直後に加圧力を所定値Ｆで保持しているので、電流供給直後に発生する熱膨張による溶融部分周辺の不規則な変動を抑制し、接合部５の形成を安定させることができる。また、プレス部品１０間に接合部５が形成される途中の段階で電極２０の押し込み位置を所定値Ｐで固定するので、電極２０の押し込み過ぎによる接合部５の溶融部分の電極２０の反対側からの飛び出しを防止して穴明き不良の発生を防止することができる。

また、クランプ装置６でプレス部品１０の位置決めを行うと同時にアース端子３ａが他方側のプレス部品１０に接触するようになるので、プレス部品１０の位置決めを行う工程とアース端子３ａを他方側のプレス部品１０に接触させる工程とを分ける必要がなく、設備レイアウトをコンパクトにできる。

本発明は、例えば、自動車生産ラインにおいて使用する片側スポット溶接装置に適している。

１ 片側スポット溶接装置
２ 溶接ガン（電極移動手段）
３ 電流供給装置（電流供給手段）
３ａ アース端子
４ 制御装置
５ 接合部
５ａ 接合幅
６ クランプ装置
２０ 電極

Claims (3)

1. 電極を装着保持し、少なくとも２枚以上重ね合わせた被溶接材に向かって上記電極を移動させて一方側の被溶接材に接触させるサーボモータ制御の電極移動手段と、
   アース端子を有し、上記一方側の被溶接材に接触させた電極と他方側の被溶接材に接触させたアース端子との間に電流を供給する電流供給手段と、
   上記電極移動手段及び電流供給手段に接続され、上記他方側の被溶接材に上記アース端子を接触させた状態で、上記電極移動手段を制御して上記一方側の被溶接材に上記電極を押し込むように移動させて当該被溶接材を加圧し、且つ、上記電流供給手段を制御して上記電極と上記アース端子との間に電流を供給して上記被溶接材間に抵抗発熱による接合部を形成させて上記被溶接材同士を繋ぐ制御装置とを備えた片側スポット溶接装置であって、
   上記制御装置は、上記一方側の被溶接材に上記電極を押し込みながら加圧力が所定値まで上昇した際、当該所定値で加圧力を保持した状態で電流の供給を開始させ、被溶接材の溶融により上記電極が次第に押し込み移動して上記被溶接材間の接合部の接合幅が所定値になった際、上記電極の押し込み位置を電流の供給を停止させるまで固定させた状態で上記加圧力を次第に下降させるように上記電極移動手段及び電流供給手段を制御することを特徴とする片側スポット溶接装置。
2. 請求項１に記載の片側スポット溶接装置であって、
   上記被溶接材を重ね合わせた部分に上記電極が対応するように上記被溶接材を保持する金属製クランプ装置を備え、
   上記アース端子は、上記クランプ装置の上記他方側の被溶接材に接触する部分に設けられていることを特徴とする片側スポット溶接装置。
3. 少なくとも２枚以上重ね合わせた被溶接材の一方側から当該被溶接材に電極を押し込むように移動させて加圧するとともにアース端子を上記他方側の被溶接材に接触させ、上記電極と上記アース端子との間に電流を供給して上記被溶接材間に抵抗発熱による接合部を形成させて上記被溶接材同士を繋ぐ片側スポット溶接方法であって、
   上記一方側の被溶接材に上記電極を押し込んで加圧力が所定値まで上昇した後、当該所定値で加圧力を保持すると同時に電流の供給を開始し、その後、上記被溶接材の溶融により上記電極が次第に押し込み移動して上記被溶接材間の接合部の接合幅が所定値になると、上記電極の押し込み位置を電流の供給を停止させるまで固定させながら上記加圧力を次第に下降させて溶接することを特徴とする片側スポット溶接方法。

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