JP6904275B2 - 溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶接装置に関する。

特許文献１には、プロペラシャフトにバランスウェイトを取り付けるために、プロペラシャフトとバランスウェイトを重ね、重ねた方向に加圧して通電することでプロジェクション溶接を行う技術が開示されている。

特開２００３−００１４３１号公報

特許文献１に記載の技術では、加圧に際し、互いに逆向きに作動するロッドを備える一対のロッドシリンダを用いてプロペラシャフトを固定することが考えられる。具体的には、下部側のロッドシリンダを上昇させてプロペラシャフトに押し当て、上部側のロッドシリンダを下降させてプロペラシャフトを挟み込むことで、プロペラシャフトを固定することが考えられる。

しかしながら、このようにプロペラシャフトを固定して加圧した場合、ロッドシリンダでプロペラシャフト及びバランスウェイトを押し付けた反動により位置ずれ、溶接剥れ等が発生し、溶接品質が安定しなくなる。また、このようにプロペラシャフトを固定して加圧する場合、それぞれのロッドシリンダに異なる制御を適用するのは困難であるため、プロペラシャフトに対するバランスウェイトの位置決め精度を向上させることが困難となる。

そこで、本発明の目的は、プロペラシャフトにウェイトピースを溶接するに際し、プロペラシャフトに対するウェイトピースの位置決め精度を向上させることが可能な溶接装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
固定フレームと、
前記固定フレームに対して移動可能な上部電極と、
前記固定フレームに対して移動可能な下部電極と、
前記上部電極を駆動する上部アクチュエータと、
前記下部電極を駆動する下部アクチュエータと、
を備え、
プロペラシャフトにウェイトピースを溶接するに際し、
前記上部アクチュエータ及び前記下部アクチュエータのうちの一方が、駆動対象の電極を前記プロペラシャフトの位置まで電動で駆動させた後、電動で前記駆動対象の電極の位置が一定位置となるような位置制御を継続し、
前記位置制御を継続した状態で、前記上部アクチュエータ及び前記下部アクチュエータのうちの他方が、前記ウェイトピースを保持した駆動対象の電極を前記プロペラシャフトの位置まで駆動させて、前記プロペラシャフトと前記ウェイトピースとを加圧し、
前記プロペラシャフトと前記ウェイトピースとが加圧された状態で、前記上部電極と前記下部電極との間で通電する、
溶接装置である。

この一態様に係る溶接装置では、一方のアクチュエータにより駆動対象の電極の位置が一定になるように制御したまま、他方のアクチュエータが上記一方のアクチュエータを押す力を出すため、その反力を上記一方のアクチュエータが出力することができる。よって、上記溶接装置によれば、プロペラシャフトにウェイトピースを溶接するに際し、プロペラシャフトに対するウェイトピースの位置ずれを抑制すること、つまり位置決め精度を向上させることが可能になる。

本発明によれば、プロペラシャフトにウェイトピースを溶接するに際し、プロペラシャフトに対するウェイトピースの位置決め精度を向上させることが可能な溶接装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る溶接装置の一構成例を概略的に示す側面図である。 図１の溶接装置の通電時の様子を示す側面図である。 ウェイトピースが溶接されたプロペラシャフトの一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る溶接装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る溶接装置の一構成例を概略的に示す側面図、図２はこの溶接装置の通電時の様子を示す側面図である。図３は、ウェイト（錘）ピースが溶接されたプロペラシャフトの一例を示す図である。

図１に示すように、本実施形態に係る溶接装置１は、プロペラシャフトＴにウェイトピースＷを溶接するための装置であり、主に、固定フレーム１１、上部アクチュエータ１２、下部アクチュエータ１３、上部電極２１、及び下部電極２２を備える。なお、図１では、プロペラシャフトＴのチューブ部分及びウェイトピースＷの概略的な断面形状が示されている。

固定フレーム１１は、その本体１１ａ、板状部材１１ｂ、部材１１ｃ、板状部材１１ｄ、及び部材１１ｅなどで構成することができる。

板状部材１１ｂは、上部アクチュエータ１２のシリンダ部１２ａを載置するための部材であり、部材１１ｃは、板状部材１１ｂの下方に取り付けられた部材である。板状部材１１ｂ及び部材１１ｃは、いずれも、上部アクチュエータ１２のロッド部１２ｂを緩挿可能な孔を有する。

板状部材１１ｄは、下部アクチュエータ１３のシリンダ部１３ａを取り付けるための部材であり、部材１１ｅは、板状部材１１ｄの上方に取り付けられた部材である。板状部材１１ｄ及び部材１１ｅは、いずれも、下部アクチュエータ１３のロッド部１３ｂを緩挿可能な孔を有する。

上部アクチュエータ１２は、シリンダ部１２ａと、シリンダ部１２ａの内部に設けられ、シリンダ部１２ａの軸方向に沿って移動可能とされたロッド部（ピストン部）１２ｂと、ロッド部１２ｂを移動させる電動の移動機構１２ｃと、を有することができる。このように、上部アクチュエータ１２は、電動アクチュエータである。

下部アクチュエータ１３は、シリンダ部１３ａと、シリンダ部１３ａの内部に設けられ、シリンダ部１３ａの軸方向に沿って移動可能とされたロッド部（ピストン部）１３ｂと、ロッド部１３ｂを移動させるためのエアー供給機構１３ｃを有することができる。このように、下部アクチュエータ１３は、エアー式のロッドシリンダ（エアー式のアクチュエータ）とすることができる。但し、下部アクチュエータ１３も電動アクチュエータとすることができる。

上部電極２１は、固定フレーム１１に対して移動可能な上側の電極であり、上部アクチュエータ１２のロッド部１２ｂの先端に取り付けられ、上部アクチュエータ１２により略鉛直方向（上下方向）に移動可能となっている。このように、上部アクチュエータ１２は、上部電極２１を駆動する電動アクチュエータである。

下部電極２２は、固定フレーム１１に対して移動可能な下側の電極であり、下部アクチュエータ１３のロッド部１３ｂの先端に取り付けられ、下部アクチュエータ１３により略鉛直方向に移動可能となっている。このように、下部アクチュエータ１３は、下部電極２２を駆動するアクチュエータである。また、下部電極２２は、ウェイトピースＷを保持することが可能になっている。

その他、溶接装置１は、溶接用トランス（変圧器）１４、部材１５，１６を有することができる。部材１５は、溶接用トランス１４と下部電極２２とを繋ぎ通電させるための部材であり、ケーブル等であってもよい。部材１６は、溶接用トランス１４と上部電極２１とを繋ぎ通電させるための部材であり、ケーブル等であってもよい。

上述のような溶接装置１は、例えば、プロペラシャフトＴ用の動釣合い試験機に搭載することができる。この動釣合い試験機は、溶接装置１を備えることで、プロペラシャフトＴのバランスを自動的に測定し、バランスを修正するためにウェイトピースＷを貼り付ける貼付機として構成することができる。この貼付機は、バランサと称することもできる。溶接装置１は、このウェイトピースＷを溶接により貼り付ける部分を担うことになる。なお、例えば、溶接用トランス１４を上部側（板状部材１１ｂ側）又は下部側（板状部材１１ｄ側）のいずれかと固定し、部材１５，１６としてケーブルを用いることで、上部側と下部側を独立してバランサ本体に対して動かすことができる。

そして、本実施形態に係る溶接装置１は、上下に配置した上部アクチュエータ１２及び下部アクチュエータ１３により、上部電極２１及び下部電極２２の位置を制御し、通電によりプロペラシャフトＴにウェイトピースＷを溶接する。この溶接は、ウェイトピースＷの形状を利用して電流集中させて発熱を得るプロジェクション溶接であり、そのため、例えばウェイトピースＷには突起部分など、電流を集中させ易い箇所が形成されている。

具体的に溶接の工程の例について説明する。
まず、プロペラシャフトＴを、図示しないバランサ本体側で保持しておく。バランサは、そのプロペラシャフトＴに対し、溶接装置１を水平方向に移動させる。具体的には、バランサは、溶接装置１を、プロペラシャフトＴにおけるウェイトピースＷの水平方向の取付位置に合うように移動させる。なお、溶接装置１に対してプロペラシャフトＴを水平方向に移動させてもよい。

そして、溶接装置１は、プロペラシャフトＴにウェイトピースＷを溶接するに際し、上部アクチュエータ１２が、上部電極２１をプロペラシャフトＴの位置まで、図１の矢印の方向（下方向）に電動で駆動させる。上部電極２１をプロペラシャフトＴの位置まで駆動させるとは、上部電極２１とプロペラシャフトＴとが接触するまで上部電極２１を駆動させることを意味する。なお、接触は、例えば、上部アクチュエータ１２が検知するように構成すること、或いは別途設けたカメラ等による撮影画像から検知することができる。

このように上部電極２１を下降させてプロペラシャフトＴと接触させた後、上部アクチュエータ１２は、電動で上部電極２１の位置が一定位置となるような位置制御を行い、その位置制御を継続する。例えば、上部アクチュエータ１２は、プロペラシャフトＴと接触させたときのロッド部１２ａの位置（上下方向の位置）を記憶し、その位置を維持するような位置制御を行う。

溶接装置１は、この位置制御を継続した状態で、下部アクチュエータ１３が、ウェイトピースＷを保持した下部電極２２をプロペラシャフトＴの位置まで、図１の矢印の方向（上方向）に駆動させて、プロペラシャフトＴとウェイトピースＷとを加圧する。下部電極２２をプロペラシャフトＴの位置まで駆動させるとは、ウェイトピースＷとプロペラシャフトＴとが接触するまで下部電極２２を駆動させることを意味する。なお、接触は、例えば、下部アクチュエータ１３が検知するように構成すること、或いは別途設けたカメラ等による撮影画像から検知することができる。

そして、溶接装置１は、このように下部電極２２を上昇させてウェイトピースＷとプロペラシャフトＴと接触させて加圧した状態（図２に示すような状態）で、上部電極２１と下部電極２２との間で通電する。通電は図示しない通電手段により行う。

この通電加圧時、上述したように、上部アクチュエータ１２による位置制御は継続した状態であり、上部電極２１が一定位置に維持されている。つまり、上部アクチュエータ１２は、下部アクチュエータ１３による加圧に対して上部電極２１の位置を保つように追従した制御を行うことになる。このように、溶接装置１では、加圧のための一対のロッドシリンダの少なくとも一方を電動アクチュエータとすることで、加圧時にプロペラシャフトＴの位置を追従制御することができる。

そして、このような通電加圧により、ウェイトピースＷが溶けてプロペラシャフトＴに溶接され、例えば、図３に示すような状態とすることができる。なお、ウェイトピースＷは、上述したように突起部分を有することができ、その突起部分が溶けてプロペラシャフトＴに溶接されることができる。

以上に説明したように、本実施形態に係る溶接装置１では、加圧時にプロペラシャフトＴの位置を追従制御することができる。この追従制御では、上部アクチュエータ１２により上部電極２１の位置が一定になるように制御したまま、下部アクチュエータ１３が上部アクチュエータ１２を押し上げる力を出すため、その反力を上部アクチュエータ１２が出力することになる。

よって、溶接装置１によれば、プロペラシャフトＴに対するウェイトピースＷの位置ずれを抑制することが可能になり、溶接剥れの低減も含め溶接品質の安定化が図れる。なお、本実施形態と異なり、加圧する側のアクチュエータである下部アクチュエータを先に駆動させてしまうと、上部電極がプロペラシャフトと接触したときに、ウェイトピースがずれてしまう虞があり、精度が低下する。

元来、プロジェクション溶接では、下部電極に配置された、突起部分を有するウェイトピースがプロペラシャフトに対してずれ易いが、本実施形態ではプロペラシャフトＴに対するウェイトピースＷの位置ずれを抑制することが可能となる。よって、溶接装置１の提供により、プロジェクション溶接を、位置ずれを気にせずに利用できるという利点もある。

また、ロッドシリンダの容量（荷重）を大きくすれば位置決め精度が上がり溶接品質を安定化させることは可能であるが、その分、溶接装置の重量が大きくなり、装置の大型化につながる。しかし、本実施形態に係る溶接装置１では、そのような溶接品質安定化のための重量の増加量を減らすことができる。

さらに、本実施形態に係る溶接装置１では、一対のロッドシリンダの少なくとも一方を電動アクチュエータとしているため、押付荷重を最適化することができる。そのため、溶接装置１では、上部アクチュエータ１２及び下部アクチュエータ１３（又はシリンダ部１２ａ，１３ａ）のサイズの小型化や、固定フレーム１１の小型化も可能となる。

さらに、本実施形態に係る溶接装置１では、加圧のための一対のロッドシリンダの少なくとも一方を電動アクチュエータとしているため、直径の異なるプロペラシャフトＴにウェイトピースＷを溶接する場合にも、上下方向の位置調整を容易に行うことができる。また、同様の理由から、溶接装置１では、ウェイトピースＷの重量を変えるなどの理由からウェイトピースＷの厚みを変えた場合にも、上下方向の位置調整を容易に行うことができる。このように、溶接装置１によれば、プロペラシャフトＴ及びウェイトピースＷの違いによるロッド部１２ｂ，１３ｂの位置（ストローク）の設定を含む加圧の設定も容易に行うことができ、別途複雑な調芯機構を備える必要もなく、汎用化が図れる。

（代替例）
次に、本実施形態における代替例について説明する。
以上において溶接装置１を挙げて本実施形態について説明したが、本実施形態に係る溶接装置に含まれる各構成部品は、いずれも図示するものに限ったものではなく、各構成部品について説明した機能が備わっていればよい。

例えば、固定フレーム１１の構造及び形状、上部アクチュエータ１２及び下部アクチュエータ１３の形状やシリンダ部及びロッド部で例示した可動機構は、図示したものに限ったものではない。また、上部電極２１及び下部電極２２の形状、特に上部電極２１のプロペラシャフトＴと接する部分の形状及び下部電極２２のウェイトピースＷと接する部分の形状は、図示するものに限ったものではない。

また、プロペラシャフトＴ及びウェイトピースＷの形状や大きさの比率なども、いずれも図示したものに限ったものではない。例えば、ウェイトピースＷは、上述したように通電加圧時に溶かすための突起部分を有することができ、また、その突起部分を本体とは別の材料で構成することもできる。

さらに、溶接装置１は、上部アクチュエータ１２と下部アクチュエータ１３との機能を入れ替え、下部アクチュエータ１３側で電動の位置制御を行い、上部アクチュエータ１２側で加圧するように構成することもできる。この構成例について以下に簡単に説明するが、上述した様々な例が適用できる。

この構成例における上部電極２１は、ウェイトピースＷを保持することが可能になっている。この保持のための機構はどのようなものであってもよい。そして、この構成例における溶接装置１は、プロペラシャフトＴにウェイトピースＷを溶接するに際し、下部アクチュエータ１３が、下部電極２２をプロペラシャフトＴの位置まで電動で駆動させる。下部電極２２をプロペラシャフトＴの位置まで駆動させるとは、下部電極２２とプロペラシャフトＴとが接触するまで下部電極２２を駆動させることを意味する。この構成例では、下部アクチュエータ１３は電動アクチュエータであるが、上部アクチュエータ１２は電動アクチュエータに限ったものではない。このように下部電極２２を上昇させてプロペラシャフトＴと接触させた後、下部アクチュエータ１３は、電動で下部電極２２の位置が一定位置となるような位置制御を行い、その位置制御を継続する。

この位置制御を継続した状態で、上部アクチュエータ１２は、ウェイトピースＷを保持した上部電極２１をプロペラシャフトＴの位置まで駆動させて、プロペラシャフトＴとウェイトピースＷとを加圧する。ウェイトピースＷは、例えば下部アクチュエータ１３の電動駆動前など、少なくとも上部アクチュエータ１２の駆動前に上部電極２１に保持しておけばよい。上部電極２１をプロペラシャフトＴの位置まで駆動させるとは、ウェイトピースＷとプロペラシャフトＴとが接触するまで上部電極２１を駆動させることを意味する。そして、溶接装置１は、このように上部電極２１を下降させてウェイトピースＷとプロペラシャフトＴと接触させて加圧した状態で、上部電極２１と下部電極２２との間で通電する。

この構成例では、下部アクチュエータ１３により下部電極２２の位置が一定になるように制御したまま、上部アクチュエータ１２が下部アクチュエータ１３を押し下げる力を出す。そのため、この構成例の溶接装置では、その反力を下部アクチュエータ１３が出力することができる。

以上に、本実施形態について説明したが、上記実施形態は、以下の特徴を有する。
即ち、上記実施形態に係る溶接装置１は、固定フレーム１１と、固定フレーム１１に対して移動可能な上部電極２１と、固定フレーム１１に対して移動可能な下部電極２２と、を備える。さらに、この溶接装置１は、上部電極２１を駆動する上部アクチュエータ１２と、下部電極２２を駆動する下部アクチュエータ１３と、を備える。この溶接装置１は、プロペラシャフトＴにウェイトピースＷを溶接するに際し、上部アクチュエータ１２及び下部アクチュエータ１３のうちの一方が、駆動対象の電極をプロペラシャフトＴの位置まで電動で駆動させる。その後、そのアクチュエータが、電動でその駆動対象の電極の位置が一定位置となるような位置制御を継続する。この溶接装置１は、この位置制御を継続した状態で、上部アクチュエータ１２及び下部アクチュエータ１３のうちの他方が、ウェイトピースＷを保持した駆動対象の電極をプロペラシャフトＴの位置まで駆動させて、プロペラシャフトＴとウェイトピースＷとを加圧する。溶接装置１は、プロペラシャフトＴとウェイトピースＷとが加圧された状態で、上部電極２１と下部電極２２との間で通電する。

以上の構成の溶接装置１では、一方のアクチュエータにより駆動対象の電極の位置が一定になるように制御したまま、他方のアクチュエータが上記一方のアクチュエータを押す力を出す。そのため、溶接装置１では、その反力を上記一方のアクチュエータが出力することができる。よって、溶接装置１によれば、プロペラシャフトＴにウェイトピースＷを溶接するに際し、プロペラシャフトＴに対するウェイトピースＷの位置ずれを抑制すること、つまり位置決め精度を向上させることが可能になる。

Ｔ プロペラシャフト
Ｗ ウェイトピース
１ 溶接装置
１１ 固定フレーム
１１ａ 固定フレームの本体
１１ｂ，１１ｄ 板状部材
１１ｃ，１１ｅ，１５，１６ 部材
１２ 上部アクチュエータ
１２ａ，１３ａ シリンダ部
１２ｂ，１３ｂ ロッド部
１２ｃ 移動機構
１３ 下部アクチュエータ
１３ｃ エアー供給機構
１４ 溶接用トランス
２１ 上部電極
２２ 下部電極

Claims (1)

1. 固定フレームと、
   前記固定フレームに対して移動可能な上部電極と、
   前記固定フレームに対して移動可能な下部電極と、
   前記上部電極を駆動する上部アクチュエータと、
   前記下部電極を駆動する下部アクチュエータと、
   を備え、
   プロペラシャフトにウェイトピースを溶接するに際し、
   前記上部アクチュエータ及び前記下部アクチュエータのうちの一方が、駆動対象の電極を前記プロペラシャフトの位置まで電動で駆動させた後、電動で前記駆動対象の電極の位置が一定位置となるような位置制御を継続し、
   前記位置制御を継続した状態で、前記上部アクチュエータ及び前記下部アクチュエータのうちの他方が、前記ウェイトピースを保持した駆動対象の電極を前記プロペラシャフトの位置まで駆動させて、前記プロペラシャフトと前記ウェイトピースとを加圧し、
   前記プロペラシャフトと前記ウェイトピースとが加圧された状態で、前記上部電極と前記下部電極との間で通電する、
   溶接装置。

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