JP6338151B2 - 電気溶接装置 - Google Patents
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Description
本発明に係る電気溶接装置は、例えば車両のボディ部分及びルーフ部分等を製造する際に、異なる種類の金属間の溶接に適用することができる。本発明に係る電気溶接装置の一実施形態を適用可能な部位の一例として、図1に車体の上部及び側部となる構造体を示した。
なお、図1及び図2には図示していないが、ヒンジピラー902の内部には、車外側の表皮部材であるアウタパネル、補強用の中間部材であるレインフォースメント、車内側の表皮部材であるインナパネル等が設けられている。
よって、本実施形態に係る電気溶接装置は、例えばヒンジピラー902とルーフパネル904との補助部材4を介した溶接に適用することができる。
なお、図2のヒンジピラー902とルーフパネル904との接合部位に配置される補助部材4については、後述する。
本発明に係る電気溶接装置は、例えばプレス成形された車両のボディ部分及びルーフ部分等と成る部品を溶接する際に使用することができる。図3には、車両の製造工程を示すフローチャートを示した。
なお、補助部材4は予め接合部材の一方に打ち込んでおく必要がある。補助部材4の打ち込みは、部品プレス成形工程S1のプレス成形前から車体溶接工程S2の溶接前までの間に行うことができる。補助部材4を打ち込む部位が部品プレス成形工程S1を経ても変形しない部位である場合は、部品プレス成形工程S1の前から補助部材4を打ち込んでおくことができる。逆に、補助部材4を打ち込む部位が部品プレス成形工程S1によって変形する部位である場合は、部品プレス成形工程S1の後から車体溶接工程S2までの間に補助部材4が打ち込まれる。
図4〜図6には、本発明に係る電気溶接装置の一実施形態が斜視図として示されている。なお、図4には初期状態の電気溶接装置1を示し、図5及び図6には駆動状態の電気溶接装置1を示している。
挿入部41は、貫通孔5に挿入される部位である。挿入部41は、中心軸線に沿った大きさ、径及び断面形状が貫通孔5に合わせて形成されるのが好ましい。本実施形態において挿入部41は、中心軸線に沿った大きさが第1部材2の厚みと略同一であり、外径が貫通孔5の内径と略同一であり、全体として円盤形状又は円柱形状に形成されている。
また、フランジ42は、挿入部41の一端部において径が大きく形成されて成り、円盤形状を有する部位である。フランジ42は、第1部材2と第2部材3との接合後に、第2部材3を第1部材2に対して押さえ付ける部位であるので、接合後に第2部材3を保持可能である限り該フランジ42の径及び形状は限定されない。
ここで、第1部材2、第2部材3及び補助部材4の各材料について説明する。
第1部材2の材料である第1材料と、第2部材3の材料である第2材料との組合せとしては、溶接が困難な材料の組合せ、又は、溶接しても例えば車両用部品として使用に耐え得る溶接強度を得ることが困難な材料の組合せが挙げられる。具体的には、第1材料及び第2材料の組合せとして、例えば一方がアルミニウム、アルミニウム系材料、マグネシウム、マグネシウム系材料又は繊維強化プラスチック等であり、他方が鉄又は鉄系材料である組合せ等を採用することができる。
補助部材4の材料である第3材料は、第2材料に溶接可能な材料、好ましくは車両用部品としての使用に耐え得る溶接強度を以って第2材料に溶接可能な材料である。第3材料は、第2材料が決定されると、第2材料に応じて適当な材料が決定される。
電気溶接装置1を用いて接合される異材接合体を車両用部品として用いる場合、第1材料、第2材料及び第3材料の組合せとして好ましいのは、第1材料がアルミニウム、アルミニウム系材料、マグネシウム、マグネシウム系材料又は繊維強化プラスチックであり、第2材料及び第3材料が鉄又は鉄系材料である。
図4に示す電気溶接装置1を用いる準備作業として、第1部材2、第2部材3及び補助部材4を配置する。具体的には、第1部材2の貫通孔5に補助部材4の挿入部41を挿入し、更に第1部材2における補助部材4のフランジ42が係合する面とは反対面に対して第2部材3が面接触するように配置される。このとき、第1部材2及び第2部材3は位置決めされ、第2部材3において溶接される部位に挿入部41の先端面が当接している。配置された第1部材2及び第2部材3は、相互にずれないように、クランプ等の保持部材によって固定しておくのが好ましい。
本実施形態では、図4に示す通電前の初期状態において第2電極E2が第2部材3に予め当接して配置されている。
なお、第1電極E1及び第2電極E2は、本発明に係る電気溶接装置における電極の一例である。
なお、挟持部材6は、本発明に係る電気溶接装置におけるガイドの一例である。
また、第1挟持部材61及び第2挟持部材62における各先端部の対向する部位は、切り欠かれて成る当接部91を有する。
第1回動部材81と第2回動部材82とが相互に逆方向に回動することによって、第1挟持部材61と第2挟持部材62との間隔が増減することになる。第1挟持部材61と第2挟持部材62との間隔が小さくなると、各先端部に形成される当接部91が補助部材4のフランジ42の周縁部に当接することになる。よって、挟持部材6は、当接部91がフランジ42に当接することによって、補助部材4を挟持することができる。
また、第1電極E1とガイド基部7とは、図4には図示しない上方において連結されている。これにより、挟持部材6を介してガイド基部7が例えばX軸方向及びZ軸方向への応力を受けて移動する場合、ガイド基部7に連結される第1電極E1もガイド基部7の移動方向と同一方向、及び移動距離と同一距離だけ移動することになる。例えば挟持部材6が補助部材4を挟持した際に、第1回動部材81又は第2回動部材82のトルクによって、第1電極E1及びガイド基部7はX軸及びZ軸を含む平面上において種々の方向に移動可能である。
進退方向が規制された第1電極E1のY軸に沿った中心軸線と、補助部材4の中心軸線と、第2電極E2の中心軸線とは、一致又は略一致する。
次に、図7を参照しつつ、図4〜6に示した電気溶接装置1の第1電極E1の中心軸線EYと補助部材4の中心軸線4Yとが一致していない場合において、第1電極E1の進退方向の規制工程について詳述する。第1電極E1の中心軸線EY、及び、補助部材4の中心軸線4Yは、それぞれY軸に沿った仮想線である。図7において、軸線EYの位置は白抜きの円で示し、軸線4Yの位置は黒色の円で示す。
図7は、挟持部材6の先端部と補助部材4のフランジ42とを平面視した模式図である。図7(A)は駆動前の挟持部材6の先端部を示す模式図であり、図7(B)は駆動中の挟持部材6の先端部を示す模式図であり、図7(C)は駆動後の挟持部材6の先端部を示す模式図である。
図7(A)に示す状態においては第1電極E1の中心軸線EYと補助部材4の中心軸線4Yとが一致していない。この第1電極E1と補助部材4とがずれた状態でスポット溶接を行うと、第2部材3と補助部材4との間で十分な通電を実現することができず、結果として小さい溶着面積しか得ることができないことがある。これにより、所望の溶接強度を得ることが困難となる。よって、図7(B)及び図7(C)に示す第1電極E1の進退方向の規制が必要であり、かつ重要な作業となる。
図7(A)に示したように、第1電極E1の進退方向が規制される前状態において、フランジ42の周縁部までの最短距離を比較すると、第2挟持部材62よりも第1挟持部材61がフランジ42に近い位置に配置されている。よって、第1挟持部材61及び第2挟持部材62がそれぞれ移動すると、図7(B)に示すように、第1挟持部材61が第2挟持部材62より先にフランジ42に対して当接することになる。
図7(B)に示す時点では、未だ第1電極E1の中心軸線EYと補助部材4の中心軸線4Yとが一致していないので、第1電極E1の進退方向の規制は完了していない。
以上により、第1電極E1の進退方向の規制が完了する。
(5−1)挟持部材6を用いたズレの修正形態
上述した実施形態においては、第1電極E1の中心軸線EYと補助部材4の中心軸線4Yとのズレの大きさを第1回動部材81及び第2回動部材82のトルク又は回転量等から一旦導出して、そのズレを修正するために第1電極E1を移動させている。
なお、このとき好ましくはロボットアームの電気溶接装置1が取付けられる先端部分を略固定状態から可動状態に一旦切り換えておくのが良い。これにより、種々のガイドによる第1電極E1の進退方向を規制する際に、第1電極E1の位置等を微調整するのに大きな応力を作用させる必要がなくなり、正確かつ円滑な進退方向の規制が可能になる。なお、規制が完了次第、略固定状態に戻しておくことにより、規制状態にズレ等が生じないので好ましい。
更に、図7(B)に示した状態から、第2回動部材82は回動動作を停止することによって第2挟持部材62は固定しておく。
次に、第1回動部材81のみを回動させることによって、第1挟持部材61を第2挟持部材62に対して近付ける方向に移動させようとする。しかしながら、補助部材4は略固定状態にある。よって、第1回動部材81のトルクに基づいた第1挟持部材61から補助部材4に対して作用する応力は、大きさが同一で逆方向に反作用の力として第1挟持部材61に作用する。該反作用として第1挟持部材61が受ける応力の大きさ、つまり第1回動部材81のトルクが、第1電極E1及びガイド基部7を移動させることのできる程度の大きさであれば、第1挟持部材61と第2挟持部材62との間隔を狭めることができる。
すなわち、第1挟持部材61が、ガイド基部7及び第1電極E1に対して第1回動部材81のトルク分の応力を作用させる。応力を受けたガイド基部7及び第1電極E1が、基準位置である補助部材4の中心軸線4Yに対して、ズレが無くなる方向に移動する。よって、第1挟持部材61と第2挟持部材62との間隔が狭まり、結果として第1挟持部材61の当接部91だけでなく、第2挟持部材62の当接部91もフランジ42に当接する。
したがって、図7(B)に示す状態から、第2挟持部材62が停止し、第1挟持部材61が移動しようとすると、第1挟持部材61及び第2挟持部材62のZ軸方向の略中央部に位置する第1電極E1の中心軸線EYが、補助部材4の中心軸線4Yに近付く方向に移動する。第1回動部材81の回動動作は、第1電極E1の中心軸線EYが補助部材4の中心軸線4Yに一致又は略一致するまで継続される。
以上により、第1電極E1の進退方向の規制が完了する。
図8に示す実施形態は、図4〜図7に示した実施形態における挟持部材6に代えて、摺動部材10を用いている。その他の点においては、同一部材を用いているので、同一の参照符号を付すと共に、詳細な説明を省略する。なお、摺動部材10は、本発明に係る電気溶接装置のガイドの一例であると共に、屈曲部材の一例でもある。
なお、図8に示す実施形態においても、図4〜図7に示した実施形態と同様に、第1電極E1の中心軸線EYと補助部材4の中心軸線4YとはZ軸方向にのみズレが生じていることとする。
図8は、第1電極E1及び摺動部材10の先端部と、第1部材2、第2部材3及び補助部材4を側方視した一部断面概略図である。図8(A)は駆動前の摺動部材10と接合される部材とを示す断面概略図であり、図8(B)は駆動中の摺動部材10と接合される部材とを示す断面概略図であり、図8(C)は駆動後の摺動部材10と接合される部材とを示す断面概略図である。
図8に示すように、第1摺動部材10Aにおける非屈曲部101から当接部92までのZ軸に沿った距離をD1とし、第2摺動部材10Bにおける非屈曲部101から当接部92までのZ軸に沿った距離をD2とし、補助部材4のフランジ42の外径をD3とし、第1摺動部材10Aの非屈曲部101から対向して配置される第2摺動部材10Bの非屈曲部101までのZ軸に沿った距離をD4とする。
また、屈曲部102は、非屈曲部101の先端部から第1部材2に向って延在し、図8(A)に示す初期状態においては第1電極E1に向って屈曲するように形成されている。屈曲部102は、例えばY軸方向に沿った応力を受けると、非屈曲部101と屈曲部102との成す角度が可変であるように形成されている。つまり、第1摺動部材10A及び第2摺動部材10Bは、先端部に形成される屈曲部102の非屈曲部101に対する屈曲角度が増減するように変形可能になっている。
なお、屈曲部102は屈曲角度を可変に形成されるが、屈曲部102自体は、進退方向を規制するときに作用する応力によっても湾曲又は屈曲等の変形を生じない板状部であるのが好ましい。
更に、各屈曲部102の先端部が、補助部材4に当接可能な当接部92として形成されている。
第1摺動部材10A及び第2摺動部材10Bは、Y軸方向に沿って往復動可能な部材である。図8に示す実施形態において、第1電極E1の進退方向を規制するには、摺動部材10をY軸方向に沿って第1部材2に向って移動させれば良い。
このとき、第2摺動部材10Bの当接部92がフランジ42に当接していないので、D1とD2とD3との総和はD4よりも小さい。
これに対して、第1摺動部材10Aが第1部材2に向かって移動しようとする力が、第1摺動部材10Aにおける屈曲部102の当接部92を介して、フランジ42に対してZ軸方向に作用する。しかしながら、第1摺動部材10Aが第1部材2に向かって移動しようとしても、第1摺動部材10Aの当接部92が既に当接している補助部材4は略固定状態にある。これにより、第1摺動部材10Aの屈曲部102から補助部材4に対して作用する応力は、そのまま反作用の力として第1摺動部材10Aに作用する。該反作用として第1摺動部材10Aが受ける応力の大きさが、第1電極E1を移動させることのできる程度の大きさであれば、第1摺動部材10Aの当接部92と第2摺動部材10Bの当接部92との間隔を狭めることができる。
すなわち、当接部92が当接する補助部材4が固定されていることによって、第1摺動部材10Aは、第1摺動部材10Aが第1部材2に向って移動しようとする応力を、第1電極E1に対して作用させることになる。第1電極E1が応力を受けると、基準位置である補助部材4の中心軸線4Yに対して、ズレが無くなる方向に移動する。よって第1摺動部材10Aの当接部92と第2摺動部材10Bの当接部92との間隔が狭まり、結果として図8(C)に示すように、第1摺動部材10Aの当接部92だけでなく、第2摺動部材10Bの当接部92もフランジ42に当接する。
以上により、図8に示す実施形態における第1電極E1の進退方向の規制が完了する。
図9に示す実施形態は、図4〜図7に示した実施形態における挟持部材6に代えて、テーパ部材11を用いている。その他の点においては、同一部材を用いているので、同一の参照符号を付すと共に、詳細な説明を省略する。なお、テーパ部材11は、本発明に係る電気溶接装置のガイドの一例であると共に、テーパ部材の一例でもある。
なお、図9に示す実施形態においても、図4〜図7に示した実施形態と同様に、第1電極E1の中心軸線EYと補助部材4の中心軸線4YとはZ軸方向にのみズレが生じていることとする。
図9は、第1電極E1及びテーパ部材11の先端部と、第1部材2、第2部材3及び補助部材4を側方視した一部断面概略図である。図9(A)は駆動前のテーパ部材11と接合される部材とを示す断面概略図であり、図9(B)は駆動中のテーパ部材11と接合される部材とを示す断面概略図であり、図9(C)は駆動後のテーパ部材11と接合される部材とを示す断面概略図である。
また、図9に示す実施形態においても、電気溶接装置1の構造として、第1電極E1の中心軸線EYが、テーパ部材11のZ軸方向における略中央部に位置する状態、つまりテーパ部材11の中心軸線に一致又は略一致する状態が常に維持されるようにしておく。
また、突出部112は、筒部111の先端部から第1電極E1に向って、かつ第1部材2から離れる方向に延在する部位である。突出部112は、図9(A)に示すように、第1部材2に直交するY軸に対して傾斜して成るテーパ面を有するように、筒部111の先端部から内側に張り出して形成されている。また、突出部112は、第1電極E1の進退方向を規制するときに作用する応力によっては変形しないように形成されている。突出部112は、筒状部材であるテーパ部材11の端部であるので、開口して形成される。該開口部分には第1電極E1が挿通可能であり、例えば進退方向の規制完了後の第1電極E1が補助部材4に向って移動するときに突出部112の開口部分を介して突出することができる。
更に、テーパ部材11の突出部112における第1部材2側の面が、補助部材4に当接可能な当接部93として形成されている。
すなわち、当接部93が当接する補助部材4が固定されていることによって、テーパ部材11は、テーパ部材11が第1部材2に向って移動しようとする応力を、第1電極E1に対して作用させることになる。第1電極E1は、該応力を受けることによって、基準位置である補助部材4の中心軸線4Yに対して、ズレが無くなる方向に移動する。第1電極E1と共にテーパ部材11も移動することになり、テーパ部材11の突出部112における当接部93がフランジ42の周縁部を摺動する。結果として、図9(C)に示すようにテーパ部材11の当接部93とフランジ42の周縁部とが一様に当接する。
したがって、図9(B)に示す状態から、テーパ部材11が第1部材2に向かって移動しようとすると、テーパ部材11の同心軸上に配置される第1電極E1の中心軸線EYが、補助部材4の中心軸線4Yに近付く方向に移動する。テーパ部材11の第1部材2に向かう移動は、第1電極E1の中心軸線EYが補助部材4の中心軸線4Yに一致又は略一致するまで継続される。
以上により、図9に示す実施形態における第1電極E1の進退方向の規制が完了する。
このとき、当接部93とフランジ42とは、フランジ42の周縁部全周に亘って接触している状態である。つまり、第1電極E1の進退方向の規制によって、当接部93とフランジ42との接点が一点から、連続する接点又は複数点等に変化する。
(6)他の変形例
基本的にはフランジ42の周縁部に各ガイドの各当接部の一部が当接することによって、進退方向の規制動作を開始することができるが、フランジ42の上面に各ガイドが当接してしまうと、正確な進退方向の規制が不能になる可能性がある。
したがって、各ガイドの上記間隔及び内径等をフランジ42の外径に応じて大きく設定しておくのが好ましい。
更に好ましくは、例えばフランジ42の上面にガイドが乗ってしまった場合に、エラーとして検知し、各ガイドの第1部材2に向う移動を再度やり直す制御を行う形態を挙げることができる。
Claims (6)
- 第1材料を含有して貫通孔を有する第1部材と、第1材料とは異なる第2材料を含有する第2部材とを、第2材料に溶接可能な第3材料を含有して貫通孔に挿入される挿入部と、該挿入部の一端部において径が大きく形成されるフランジとを有する補助部材を介して接合する電気溶接装置であって、
補助部材に向って進退可能であり、第2部材と補助部材との間に通電可能な電極と、
電極が当接する前に補助部材に当接して電極の進退方向を規制可能なガイドと、を備える、
電気溶接装置。 - ガイドにより進退方向を規制された電極が、第2部材と補助部材とに当接して通電する、
請求項1に記載の電気溶接装置。 - ガイドが補助部材に当接する際に電極は固定状態から可動状態に切り換えられる、
請求項1又は2に記載の電気溶接装置。 - ガイドは電極の周りに少なくとも2つ設けられる挟持部材であり、
ガイドが補助部材のフランジを挟むことにより、電極の進退方向が規制される、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気溶接装置。 - ガイドは、電極の周りに少なくとも2つ設けられ、各一端部に移動方向に沿った力を受けると屈曲する屈曲部材であり、
ガイドが第1部材に近付く方向に移動すると、ガイドの各一端部が第1部材を摺動し、各一端部間の距離が小さくなって補助部材のフランジを挟むことにより、電極の進退方向が規制される、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気溶接装置。 - ガイドは、電極を囲んで設けられ、又は電極の周りに少なくとも2つ設けられ、第1部材側の端部が電極に向ってかつ第1部材から離れる方向に延在する突出部を有するテーパ部材であり、
ガイドが第1部材に近付く方向に移動すると、ガイドの突出部が補助部材のフランジの周縁部を摺動することにより、電極の進退方向が規制される、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気溶接装置。
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