JP6044982B2 - スポット溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、スポット溶接装置に関する。

スポット溶接工法は、生産性が高く、製造コストが安価であることから、例えば自動車車体の生産に多用されている。一般的なスポット溶接工法は、対向配置された一対の電極を有するＣ型形状のガンヨークを備えた溶接ガンを用いて行われる。具体的には、ロボットアーム等に取り付けられた溶接ガンを、一対の電極の間にワークが配される位置まで移動させた後、一対の電極でワークを挟持し、所定の加圧力で加圧しながら一対の電極間に通電することで、溶接が行われる。

しかし、例えば図１に示すように、溶接予定部Ｐの一方側が断面ハット形状の金属板Ｗ３で覆われている場合、一対の電極で溶接予定部Ｐとハット部Ｈの頂面（図中下面）とを挟持加圧して溶接を行う必要がる。このように、ハット部Ｈの頂面を電極で直接加圧すると、ハット部が変形してしまうおそれがある。

このような不具合を回避するために、例えば下記の特許文献１に示されているようなスポット溶接装置が提案されている。この溶接装置は、ハット部の一方側に設けられた導電部材と、導電部材からワークへ向けて突出した一対の当接部材とからなる導通手段を備える。そして、一対の当接部材を、ハット部を避けた位置でワークに一方側から当接させた状態で、一方の電極をワークに他方側から当接させると共に、他方の電極を導電部材に一方側から当接させ、この状態で一対の電極間に通電することで、溶接が施される。このスポット溶接装置によれば、一対の電極でハット部を直接加圧することがないため、ハット部の変形を回避できる。

特開２００８−２４６５５４号公報

上記特許文献１のスポット溶接装置では、導電部材及び当接部材が一体に設けられ、この一体品（導電手段）がシリンダを介してロボットアームに連結されている。そして、ロボットアームを駆動して導電手段をワークと電極との間に配置し、この状態でシリンダを駆動して導電手段をワークへ向けて押し込むことにより、当接部材の先端をワークに当接させている。

しかし、上記特許文献１のスポット溶接装置では、導電部材と当接部材が一体に設けられているため、一対の電極で導電部材を加圧すると、その加圧力が当接部材とワークとの当接部に伝わる。従って、一対の電極による加圧力を大きくすると、当接部材による加圧力も大きくなり、ワークに必要以上の加圧力が加わってワークが変形するおそれがある。かかる不具合を回避するために、一対の電極による加圧力を小さくすると、溶接予定部における複数の金属板の間に隙間が残り、溶接品質の悪化を招くおそれがある。

本発明は、導電部材及び当接部材を有するスポット溶接装置において、溶接品質を確保すると共に、ワークの変形を防止することを目的とする。

前記目的を達成するためになされた本発明は、ワークを載置可能なワークセット台と、同軸上に対向して配置され、接近離反可能とされた第１電極及び第２電極と、ワークの一方側に配置される導電部材と、前記導電部材と通電可能に接続された当接部材と、前記当接部材を、ワークに当接する当接位置とワークに当接しない退避位置との間で駆動する駆動部とを備え、前記当接部材を、ワークのうち、溶接予定部と異なる場所に一方側から当接させると共に、前記第２電極を前記導電部材に当接させ、さらに、前記第１電極をワークの前記溶接予定部に他方側から当接させ、この状態で前記第１電極と前記第２電極の間に通電することにより前記溶接予定部に溶接を施すスポット溶接装置であって、前記導電部材を前記ワークセット台に固定したことを特徴とする。

このように、本発明は、導電部材をワークセット台に固定しているため、第２電極による導電部材への加圧力が、当接部材とワークとの当接部に伝わることはない。従って、第１及び第２電極の加圧力を十分に大きくして溶接品質を確保することが可能となる。また、駆動部で駆動される当接部材のワークへの加圧力は、第１及び第２電極の加圧力に関わらず別個に設定できるため、必要最低限の加圧力で当接させることができ、ワークの変形を防止できる。

上記のスポット溶接装置において、導電部材のうち、第２電極が当接する部分が、ワークのうち、溶接予定部を含む面と平行となるように、導電部材を配置すれば、ワーク及び導電部材を、第１電極及び第２電極で垂直な方向から挟持することができる。これにより、各電極とワーク及び導電部材との当接状態が良好となり、第１及び第２電極によりワークを効率的に加圧することができるため、溶接品質を高めることができる。

ところで、複数の当接部材を設け、これらの当接部材を全てワークに当接させた場合、各当接部材を介した複数の通電経路が形成されるため、通電量の制御がしにくくなり、溶接品質が不安定となるおそれがある。また、複数の当接部材を全てワークに当接させると、当接部材が邪魔になって溶接ガン（第１及び第２電極）の溶接予定部へのアクセスが妨げられるおそれがある。

そこで、当接部材を複数設け、この複数の当接部材のうちの一部を駆動してワークに当接させた状態で溶接を施せば、当接部材を介した通電経路の数を減らすことができるため、通電量の制御が容易化される。また、ワークに当接させない当接部材をワークから大きく退避させることができるため、溶接ガンの溶接予定部へのアクセスを容易化できる。

以上のように、本発明のスポット溶接装置によれば、溶接品質を確保すると共に、ワークの変形を防止することができる。

ワークＷの断面斜視図である。 本発明の実施形態に係るスポット溶接装置の平面図である。 上記スポット溶接装置の側面図である。 当接部材の断面図である。 上記スポット溶接装置の側面図である（ワークセット時）。 上記スポット溶接装置の側面図である（溶接実行時）。 他の実施形態に係るスポット溶接装置の側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の実施形態に係るスポット溶接装置１は、例えば図１に示すワークＷの溶接予定部Ｐに溶接を施すものである。このワークＷは、長尺のフレーム部材であり、２枚の略平板状の金属板Ｗ１、Ｗ２と、これらの一方側（図中下方）に重ねられた断面ハット形状の金属板Ｗ３とを有する。金属板Ｗ３のハット部Ｈと金属板Ｗ１、Ｗ２とで中空の筒状部が形成され、この筒状部の両側に突出して、３枚の金属板Ｗ１〜Ｗ３を重ねたフランジ部Ｆが設けられる。ワークＷは、予めフランジ部Ｆの複数箇所に溶接が施されて一体化されている。溶接予定部Ｐは、一方側から金属板Ｗ３のハット部Ｈで覆われている。

スポット溶接装置１は、図２及び図３に示すように、ワークセット台２と、導電部材３と、当接部材４と、駆動部５と、連結部６と、溶接ガン（図示省略）とを備える。

ワークセット台２は、例えば複数の金属フレームを組み合せて形成され、床面上に設置される。ワークセット台２は、ワークＷが載置される載置部２ａと、クランプ部材２ｂとを有する。載置部２ａは、ワークＷのフランジ部Ｆを下方から支持可能な位置に設けられる。クランプ部材２ｂは、載置部２ａと協働してワークＷを挟持することで、ワークＷをワークセット台２に固定するものである。本実施形態では、クランプ部材２ｂがピン２ｃを中心に回転可能とされ、載置部２ａに対応する位置に押さえ部２ｄが設けられる。載置部２ａと押さえ部２ｄは、ワークＷの複数箇所を押さえる位置に設けられ、本実施形態では、溶接予定部Ｐの周りを囲む位置に設けられる。詳しくは、図２に示すように、載置部２ａおよび押さえ部２ｄが３箇所以上（図示例では４箇所）に設けられ、これらで囲まれた領域内に、少なくとも１つ（図示例では３つ）の溶接予定部Ｐが配置される（図２参照）。

導電部材３は、ワークセット台２に固定される。導電部材３は、平坦な金属板からなる水平部３ａおよび傾斜部３ｂを有する。水平部３ａは平面視で略Ｌ字形状をなし、傾斜部３ｂは平面視で略コの字形状をなす（図２参照）。水平部３ａおよび傾斜部３ｂは、通電可能な状態で固定される。傾斜部３ｂは、ワークセット台２にセットされたワークＷの溶接予定部Ｐと平行とされる。図示例では、ワークＷの金属板Ｗ１、Ｗ２のうち、ハット部Ｈの開口部を覆う部分と、導電部材３の傾斜部３ｂとが平行とされる。

導電部材３には、当接部材４が挿通可能な挿通部が形成される。本実施形態では、図２に示すように、導電部材３の複数箇所（図示例では２箇所）に挿通部３ｃ、３ｄ形成される。図示例では、挿通部３ｃ、３ｄが、それぞれ導電部材３を上下方向（すなわち当接部材４の移動方向）に貫通し、且つ、水平方向（すなわち当接部材４の移動方向と直交する方向）に開口している。一方の挿通部３ｃは、略コの字形状の傾斜部３ｂに形成された凹部で構成される。他方の挿通部３ｄは、略Ｌ字形状の水平部３ａと傾斜部３ｂとで形成された凹部で構成される。このように、導電部材３に設けた挿通部３ｃ、３ｄの内周に当接部材４を配置することで、例えば導電部材３と当接部材４とを水平方向に並べて配置する場合と比べて、これらの部材を配置するためのスペースを縮小して、スポット溶接装置１の小型化を図ることができる。

当接部材４は、ワークＷのフランジ部Ｆに下方から当接可能な位置に配置される。本実施形態では、当接部材４が複数箇所に設けられ、図示例では、一方のフランジ部Ｆに沿って並べられた２つの当接部材４と、他方のフランジ部Ｆの下方に設けられた１つの当接部材４とが設けられる。当接部材４は、ワークＷに当接する当接位置（図３の点線参照）と、ワークＷから離反した退避位置（図３の実線参照）との間で移動可能とされ、図示例では鉛直方向に昇降可能とされる。当接部材４は、鉛直方向に延びる軸状の本体部４ａと、本体部４ａの先端（図中上端）に設けられたチップ４ｂとを有する。本体部４ａ及びチップ４ｂは共に金属で形成される。図４に示すように、本体部４ａの先端に設けられたテーパ状のシャンク４ａ１と、チップ４ｂに設けられたテーパ状の嵌合穴４ｂ１とをテーパ嵌合させることで、両者が固定される。

本実施形態では、上述のように、導電部材３及び当接部材４の配置スペースの縮小を図るべく、導電部材３の挿通部３ｃ、３ｄの内周に当接部材４を配している。例えば、導電部材３に挿通部として貫通穴を設け、その内周に当接部材４を挿通した場合、両部材の配置スペースの縮小を図ることはできる。しかし、この場合、チップ４ｂのメンテナンス時に、導電部材３が邪魔になって当接部材４にアクセスしにくくなり、チップ４ｂの確認や交換の作業効率が低下するおそれがある。そこで、図２に示すように、導電部材３の挿通部３ｃ、３ｄを水平方向に開口させれば、この挿通部３ｃ、３ｄの開口側から当接部材４にアクセスできるため、メンテナンスの作業効率が高められる。特に、図示のように複数の挿通部３ｃ、３ｄが設けられる場合、この挿通部３ｃ、３ｄの開口方向を統一すれば、複数の挿通部３ｃ、３ｄの内周に配された当接部材４に同一方向からアクセスすることができる。これにより、作業者は、挿通部３ｃ、３ｄの開口側（図２の上側）から全ての当接部材４にアクセスすることができるため、作業効率がさらに高められる。

本体部４ａの内部には冷却水路が設けられる。具体的には、図４に示すように、本体部４ａの軸心に、シャンク４ａ１の先端に開口した軸方向穴４ａ２が形成されると共に、軸方向穴４ａ２の内周にパイプ４ｃが配される。本体部４ａには、側面に開口した供給口４ａ３及び排出口４ａ４が設けられ、それぞれ供給管４ｄ及び排出管４ｅに接続される（図３参照）。供給管４ｄから供給された冷却水は、供給口４ａ３及びパイプ４ｃの内部を通って、本体部４ａのシャンク４ａ１の先端とチップ４ｂの嵌合穴４ｂ１との間の隙間Ａに供給される。この隙間Ａにおいて、冷却水とチップ４ｂとが熱交換することにより、チップ４ｂが冷却される。その後、冷却水は、本体部４ａの軸方向穴４ａ２とパイプ４ｃとの間の隙間Ｂを通って、本体部４ａに設けられた排出口４ａ４を介して排出管４ｅに排出される。

駆動部５は、当接部材４を当接位置と退避位置との間で駆動するものである。本実施形態では、各当接部材４の下端にそれぞれ駆動部５が接続され、各当接部材４が個別に昇降駆動される。駆動部５は、例えばシリンダ（エアシリンダあるいは油圧シリンダ）で構成される。このほか、駆動部５をサーボモータやボールネジ等で構成してもよい。駆動部５は、ワークセット台２に固定される。各当接部材４と各駆動部５との間には絶縁部材（図示省略）が設けられ、これにより両者が絶縁される。

導電部材３と各当接部材４とは、連結部６により通電可能に接続される。連結部６は、導電部材３と当接部材４との通電を維持しながら、当接部材４の昇降を許容する。本実施形態では、連結部６が略Ｕ字形状の弾性部材（例えば積層金属板）で構成され、連結部６が湾曲することで当接部材４の昇降が許容される（図３の点線参照）。

図示しない溶接ガンは、第１電極７ａ及び第２電極７ｂ（図６参照）を有する。両電極７ａ、７ｂは、同軸上に対向して配置され、互いに接近離反可能とされる。両電極７ａ、７ｂは、ガンヨークを介してロボットアームに連結される（図示省略）。各電極７ａ、７ｂは、図３に示す当接部材４とおおよそ同様の構成をなし、軸状の本体部７ａ１、７ｂ１及びその先端に設けられたチップ７ａ２、７ｂ２を有する。

上記のスポット溶接装置１には、クランプ部材２ｂの回転、当接部材４の昇降、溶接ガンの移動、第１電極７ａ及び第２電極７ｂの駆動及び通電を制御する制御部が設けられる（図示省略）。

以下、上記のスポット溶接装置を用いてワークＷに溶接を施す手順について説明する。

まず、図５に示すように、クランプ部材２ｂの先端を上方に退避させ、押さえ部２ｄを載置部２ａから離反させた状態で、ワークセット台２の載置部２ａにワークＷを載置する（矢印Ｃ参照）。金属板Ｗ３のハット部Ｈを下向きに突出させた状態で、ワークＷのフランジ部Ｆを載置部２ａに載置するにより、ハット部Ｈが複数の当接部材４の間に配される。この状態で、ワークセット台２のクランプ部材２ｂを回転させて（矢印Ｄ参照）、押さえ部２ｄと載置部２ａとでワークＷのフランジ部Ｆを上下から挟持することにより、ワークＷがワークセット台２にセットされる。

次に、駆動部５で当接部材４を上昇させ、ワークＷのフランジ部Ｆに下方から当接させる（図３の点線参照）。本実施形態では、当接部材４を、ワークＷのフランジ部Ｆのうち、予め溶接された溶接部に当接させる。このとき、各当接部材４を別個の駆動部５で駆動しているため、各当接部材４をそれぞれ上昇させてワークＷに確実に当接させることができる。また、各当接部材４ごとに加圧力を個別に設定することが可能であるため、例えば一方（図２の左側）のフランジ部Ｆに当接する２個の当接部材４と、他方（図２の右側）のフランジ部Ｆに当接する１個の当接部材４とで、加圧力を異ならせることができる。もちろん、全ての当接部材４の加圧力を等しくしてもよい。

ところで、当接部材４を、予めワークＷと当接する位置に固定しておけば、ワークＷをワークセット台２にセットすると同時に、当接部材４をワークＷに当接させることができるようにも思われる。しかし、当接部材４の先端の位置（高さ）は、シャンク４ａ１とチップ４ｂとの嵌合状態やチップ４ｂの摩耗量により変わってしまうため、溶接を繰り返すうちに当接部材４がワークＷに当接しなくなったり、加圧力が小さくなったりするおそれがある。そこで、上記のように各当接部材４を個別に駆動してワークＷに当接させれば、シャンク４ａ１とチップ４ｂとの嵌合状態やチップ４ｂの摩耗量に関わらず、常に各当接部材４を所定の加圧力でワークＷに確実に当接させることができる。

その後、ロボットアームで溶接ガンを移動させ、図６に示すように、第１電極７ａと第２電極７ｂとの間にワークＷのハット部Ｈ及び導電部材３を配置させる。そして、第１電極７ａをワークＷの溶接予定部Ｐに上方から当接させると共に、第２電極７ｂを導電部材３に下方から当接させる。この状態で、両電極７ａ、７ｂによりワークＷ及び導電部材３を挟持して加圧し、両電極７ａ、７ｂ間に通電することにより、第１電極７ａ→ワークＷ→当接部材４→連結部６→導電部材３→第２電極７ｂという通電経路が形成され、ワークＷの溶接予定部Ｐに溶接が施される。

このとき、両電極７ａ、７ｂによる加圧力は、金属板Ｗ１、Ｗ２間の隙間を詰めて溶接品質を確保するために、比較的大きい加圧力が必要となる。本実施形態では、導電部材３をワークセット台２に固定しているため、第２電極７ｂが導電部材３に加える加圧力が当接部材４のワークＷへの加圧力には伝わらない。従って、両電極７ａ、７ｂの加圧力を大きくした場合でも、当接部材４の加圧力には影響せず、当接部材４の加圧力が過大となってワークＷを変形させる事態を回避できる。

また、上記のように溶接予定部ＰがワークＷのハット部Ｈを覆う部分に設けられている場合、溶接予定部Ｐを両電極７ａ、７ｂで挟持することはできず、ワークＷの溶接予定部Ｐに第１電極７ａのみを上方から当接させて加圧する必要がある。このとき、溶接予定部Ｐは下方から支持されていないため、第１電極７ａの加圧力は、ワークＷが変形しない程度に設定せざるを得ない。従って、溶接予定部Ｐを一対の電極で挟持加圧する通常のダイレクトスポット溶接におけるワークへの加圧力（２００〜３００ｋｇ程度）と比べて、本実施形態の第１電極７ａによるワークＷへの加圧力は小さくなる（例えば４０〜１００ｋｇ程度）。このため、金属板Ｗ１、Ｗ２の間の隙間が詰めきれず、溶接品質が悪化するおそれがある。そこで、本実施形態では、溶接予定部Ｐの周りを囲むように、載置部２ａ及び押さえ部２ｄが設けられる。これにより、ワークＷのうち、載置部２ａ及び押さえ部２ｄで挟持された領域は、金属板Ｗ１、Ｗ２の隙間をほぼ０とすることができるため、第１電極７ａの加圧力が比較的小さくても、溶接予定部Ｐにおいて金属板Ｗ１、Ｗ２を確実に当接させることができるため、溶接品質を高めることができる。

また、本実施形態では、導電部材３の傾斜部３ｂが、ワークＷの溶接予定部Ｐを含む面と平行に配されている。このため、図６に示すように、傾斜部３ｂ及びワークＷの溶接予定部Ｐに対して垂直な方向から両電極７ａ、７ｂを当接させることにより、両電極７ａ、７ｂによる加圧力をワークＷに効率よく伝えることができるため、溶接品質をさらに高めることができる。

一方、当接部材４は、ワークＷのフランジ部Ｆのうち、予め溶接が施された溶接部に当接され、ワークＷと第２電極７ｂとを通電するためのアース電極として機能するものである。従って、当接部材４の加圧によりフランジ部Ｆにおける金属板間の隙間を詰める必要はないため、当接部材４によるワークＷへの加圧力はそれ程大きくしなくてよい。また、当接部材４とワークＷとの当接部は上方から支持されていないため、当接部材４の加圧力が大きすぎるとワークＷが変形してしまうおそれがある。従って、当接部材４の加圧力は、例えば第１電極７ａ及び第２電極７ｂによる加圧力の１／１０〜１／２程度とされ、具体的には１０〜２０ｋｇ程度とされる。

一箇所の溶接予定部Ｐへの溶接が完了したら、両電極７ａ、７ｂを離反させてワークＷ及び導電部材３への加圧力を解除する。そして、ロボットアームで溶接ヘッドを次の溶接予定部へ移動させ、上記と同様の手順で溶接を施す。全ての溶接予定部Ｐへの溶接が完了したら、駆動部５で当接部材４を退避位置まで下降させると共に、クランプ部材２ｂを回転させてワークＷのクランプを解除した後、ワークＷをスポット溶接装置１から搬出する。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、３つの当接部材４にそれぞれ駆動部５を設けた場合を示したが、これに限らず、これらのうち少なくとも２つを別個に駆動するようにすればよい。例えば、一方側のフランジ部Ｆに沿って配された２個の当接部材４を同一の駆動部５で駆動してもよい。この場合、一方側のフランジ部Ｆに沿って配された２個の当接部材４を駆動する一方の駆動部５と、他方側のフランジ部Ｆの下方に配された１個の当接部材４を駆動する他方の駆動部５とが設けられる。

また、上記の実施形態では、３個の駆動部５の全てをワークＷに当接させる場合を示したが、ワークＷの形状によっては、駆動する必要のない当接部材４がある場合もある。従って、制御部で、複数の当接部材４のうち、ワークＷの種類に応じて必要なものだけを駆動するように、複数の駆動部５を制御するようにしてもよい。これにより、様々な形状のワークＷに対応することができるため、スポット溶接装置１の汎用性が高められると共に、不要な当接部材４を駆動するエネルギーを削減することができる。また、ワークＷに当接されない当接部材４は、ワークＷから大きく退避させることができ、例えば導電部材３よりも下方まで下降させることができる。この場合、当接部材４とワークＷとの間の隙間が大きく確保されるため、溶接ガン（特に第２電極７ｂ）のアクセスが容易化される。

あるいは、図７に示すように、同じワークＷの複数の溶接予定部Ｐ１、Ｐ２に溶接を施すにあたり、各溶接予定部Ｐ１、Ｐ２に近い方の当接部材４をワークＷに当接させるようにしてもよい。具体的には、図７（ａ）に示すように、図中右側の溶接予定部Ｐ１を溶接する際には、この溶接予定部Ｐ１に近い図中右側の当接部材４のみをワークＷに当接させ、図中左側の当接部材４（図７で表れていない紙面奥側の当接部材４を含む、以下同様）はワークＷから離反させる。一方、図７（ｂ）に示すように、図中左側の溶接予定部Ｐ２を溶接する際には、この溶接予定部Ｐ２に近い図中左側の当接部材４のみをワークＷに当接させ、図中右側の当接部材４はワークから離反させる。このように、本実施形態によれば、全ての当接部材４をワークＷに当接させる場合と比べて通電経路の数を減らすことができるため、通電量の制御が容易化される。また、ワークＷに当接させない当接部材４をワークＷから大きく退避させることで、溶接ガン（特に第２電極７ｂ）の溶接予定部Ｐへのアクセスを容易化できる。

また、上記の実施形態では、３個の当接部材４を設けた場合を示したが、これに限らず、当接部材４を２個以下、あるいは４個以上設けてもよい。

また、上記の実施形態では、筒状部Ｔを有するワークＷを溶接する場合を示したが、これに限らず、溶接予定部Ｐの一方側から電極を当接させることができないワークであれば、上記のスポット溶接装置１を好適に適用することができる。

１ スポット溶接装置
２ ワークセット台
３ 導電部材
３ａ 水平部
３ｂ 傾斜部
３ｃ、３ｄ 挿通部
４ 当接部材
５ 駆動部
６ 連結部
７ａ 第１電極
７ｂ 第２電極
Ｗ ワーク
Ｈ ハット部
Ｆ フランジ部
Ｐ 溶接予定部

Claims (3)

1. ワークを載置可能なワークセット台と、同軸上に対向して配置され、接近離反可能とされた第１電極及び第２電極と、ワークの一方側に配置される導電部材と、前記導電部材と通電可能に接続された当接部材と、前記当接部材を、ワークに当接する当接位置とワークに当接しない退避位置との間で駆動する駆動部とを備え、前記当接部材を、ワークのうち、溶接予定部と異なる場所に一方側から当接させると共に、前記第２電極を前記導電部材に当接させ、さらに、前記第１電極をワークの前記溶接予定部に他方側から当接させ、この状態で前記第１電極と前記第２電極の間に通電することにより前記溶接予定部に溶接を施すスポット溶接装置であって、
   前記導電部材を前記ワークセット台に固定したことを特徴とするスポット溶接装置。
2. 前記導電部材のうち、前記第２電極が当接する部分が、ワークのうち、溶接予定部を含む面と平行となるように、前記導電部材が配置された請求項１記載のスポット溶接装置。
3. 前記当接部材を複数設け、この複数の当接部材のうちの一部をワークに当接させた状態で溶接を施す請求項１記載のスポット溶接装置。

Images