JPH09206953A - スポット溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溝幅の変化に対応しながら溝部の溶接を迅速
かつ確実に行う。 【解決手段】 ロボットハンドに取り付けられたガンユ
ニットに支持されて、溝部９２を備えた車体９へ向けて
軸方向へ変位可能に支持された溶接チップ５と、溶接チ
ップ５と対向する位置に配設された下部電極６と、溶接
チップ５を軸方向へ駆動するアクチュエータと、溶接チ
ップ５をガンユニットに対して溝部９２の横断方向へ相
対変位可能に支持するフローティング機構４と、溶接チ
ップ５の軸回りに回動可能な回動部材１２と、回動部材
１２を駆動するアクチュエータ１３と、回動部材１２に
支持されて、所定の直径上で溶接チップ５の軸線と平行
かつワークへ向けて突設された一対のプローブ１０と、
プローブを溶接チップに対して軸方向へ相対変位可能に
支持するガイド部材１６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板状部材のワーク
を溝状に重ね合わせた位置でスポット溶接を行うスポッ
ト溶接装置の位置決め機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車などの車両においては、スポット
溶接により接合した複数の外板からボディーを構成して
おり、このような外板と外板の接合部は、従来から外板
の端部等に形成した段部を相互に重ね合わせて溝状に形
成し、この溝部でスポット溶接を行って接合するものが
知られており、このようなスポット溶接装置の位置決め
機構としては、例えば、本願出願人が特願平７−９８７
１０号として提案したものがある。

【０００３】これは、例えば、車体のルーフパネルとボ
ディサイドパネル（例えば、リアフェンダを形成するリ
アクウォータパネルなど）との溶接に採用されるもの
で、図８に示すように、ルーフパネル９０及びボディー
サイド９１の端部にそれぞれ設けた段部９０Ａ、９１Ａ
を相互に重ね合わせて、ほぼ方形の断面（溝部の横断方
向の断面）の溝部９２を形成する。

【０００４】そして、この溝部９２の底部９２Ａを、図
示しないガンユニットに支持された溶接チップ５、６を
所定の溶接位置に位置決めしてから、挟持、押圧、通電
して溶接が行われる。

【０００５】この位置決め機構については、ガンユニッ
トに取り付けられた接触又は非接触のセンサからの検出
信号をロボットへフィードバックさせたり、溝部９２の
一方の内周側面に機械的に当接させるならい手段、ある
いは、溝部９２の幅に等しいならいコマを溝部９２へ挿
入することなどにより行われる。

【０００６】なお、溝部９２は凹部をボディー外側に向
けて開口するため、図８において溝部９２の内周の幅を
狭く、例えば、６mm等の幅の狭い溝に設定することで、
車体の美観を確保するとともにブレージング等の後処理
工程を不要にすることができるのである。

【０００７】さらに、幅の狭い溝部９２の内周へ挿入さ
れる溶接チップ５としては、溶接位置以外の溝部９２の
内周側面との接触を回避しながら、所定の接触面積を確
保して溶接品質を確保するため、図９に示すように、先
端を板状に形成した先細の溶接チップ５が知られてい
る。

【０００８】この先細の溶接チップ５は、ガンユニット
側に支持される基端を円柱部材等で構成する一方、この
円柱部材の下端からはほぼ方形の断面を備えた板状部５
Ａが形成されて、この板状部５Ａの板厚は溝部９２の内
周の幅より小さい値、例えば４mm等に設定され、板状部
５Ａを溝部９２に沿って位置決めすることで、細い溝状
の溝部９２の内周側面との接触を回避してスポット溶接
を円滑に行うことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のように、センサを用いてロボットへフィードバッ
クさせる場合では、装置が複雑となって設備投資が増大
するだけでなく、信頼性にも問題があり、また、溝部の
一方の内周側面を基準としたならいによって位置決めを
行うと、溝幅の誤差に応じた溶接位置の補正ができず、
正確な溶接が行えないという問題がある、さらに、なら
いコマを溝部へ挿入させる場合では、常時正確に溝幅の
中心へ溶接が行えるものの、溝幅の変更に対応できずガ
ンユニットの稼働率が低下するという問題があった。

【００１０】そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされ
たもので、狭い溝部におけるスポット溶接位置を溝幅の
変更に対応しながら迅速かつ確実に位置決め可能なスポ
ット溶接装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、ロボット
ハンドに取り付けられたガンユニットと、このガンユニ
ットに取り付けられるとともに、溝部を備えたワークへ
向けて軸方向へ変位可能に支持された溶接チップと、同
じくガンユニットに取り付けられて前記溶接チップと対
向する位置に配設された電極と、前記溶接チップを軸方
向へ駆動するアクチュエータとを備えたスポット溶接装
置において、前記溶接チップをガンユニットに対してワ
ークの溝部の横断方向へ相対変位可能に支持するフロー
ティング手段と、前記溶接チップの軸回りに回動可能な
回動部材と、この回動部材を駆動する第２のアクチュエ
ータと、前記回動部材に支持されるとともに、所定の直
径上で溶接チップの軸線と平行かつワークへ向けて突設
された一対のプローブと、前記プローブを溶接チップに
対して軸方向へ相対変位可能に支持するガイド部材とを
備える。

【００１２】また、第２の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記フローティング手段は、前記溶接チップを前
記横断方向の所定の初期位置へ向けて常時付勢する弾性
部材を備える。

【００１３】また、第３の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記溶接チップは、先端を前記ワークの溝部へ挿
入可能なほぼ方形の端面を備えた板状に形成する。

【００１４】また、第４の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記プローブは、絶縁材料で構成される。

【００１５】

【作用】第１の発明は、ロボットハンドによって相互に
対向した溶接チップと電極との間にワークの溝部を配置
してから、アクチュエータを駆動してフローティング手
段に支持された溶接チップをワークへ向けた軸方向へ変
位させると、溶接チップに軸支された回動部材から突設
された一対のプローブが溝部に挿入される。そして、第
２アクチュエータを駆動すると、一対のプローブは溶接
チップを軸にして所定の直径上を回動し、溶接チップの
軸線が溝部の中心からずれていれば、一方のプローブが
溝部内周側面に当接するため、溶接チップは他方のプロ
ーブが対向する溝部内周側面に当接する位置まで変位し
て、溝幅の中心に位置決めされ、アクチュエータをさら
に駆動して溶接チップと電極の間で溝部を挟持、押圧、
通電することにより、常時所定の溝部の中心にスポット
溶接を行うことができ、溝部の幅の変化に対応しながら
ワークの成形誤差やロボットハンドの位置決め誤差を吸
収して迅速かつ確実にスポット溶接を行うことができ
る。

【００１６】また、第２の発明は、前記フローティング
手段には弾性部材が配設されて、溶接チップは溝部横断
方向の所定の初期位置へ向けて常時付勢されるため、溶
接終了後に第２アクチュエータを駆動して一方のプロー
ブを初期位置まで戻せば、溶接チップはワークの成形誤
差やロボットハンドの位置決め誤差を吸収する前の前記
横断方向の初期位置へ復帰することができる。

【００１７】また、第３の発明は、溶接チップの先端を
ほぼ方形の端面を備えた板状に形成したため、ワークの
溝幅が狭い場合であっても、所定の接触面積を確保して
溶接品質を確保することができる。

【００１８】また、第４の発明は、ワークに当接するプ
ローブを絶縁材料で構成したため、溶接チップ側からプ
ローブを介してワークへ電流が流れるのを防止でき、溶
接品質の低下を防ぐことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００２０】図１〜図４は、車体の溶接ラインに配設さ
れるスポット溶接装置へ本発明を適用した一例を示し、
２はロボットハンド１によって３次元空間内の任意の位
置及び方向へ駆動されるガンユニットで、このガンユニ
ット２によってスポット溶接を施すワークとしては、前
記従来例の図８のように、車体９のルーフパネル９０と
ボディサイドパネル９１の端部の溝部９２で接合を行う
もので、ガンユニット２には、前記従来例の図９よう
に、先端に板状部５Ａを備えた溶接チップ５が伸縮自在
に支持されて、ワークの溝部９２の内周へ板状部５Ａを
挿入するものである。

【００２１】ガンユニット２には、溶接チップ５を図中
Ｚ軸方向（車体９の鉛直方向とする。以下同様）へ伸縮
駆動するアクチュエータ３と、溶接チップ５と対峙する
可能な位置で、アーム７を介して固設された下部電極６
を備えており、伸長駆動した溶接チップ５と、下部電極
６との間でワークの挟持、押圧、通電を行う。なお、ア
クチュエータ３はエアシリンダあるいは電動モータなど
で構成される。

【００２２】先端に板状部５Ａを備えた溶接チップ５
は、アクチュエータ３のロッド３０に結合されたフロー
ティング機構４を介して取り付けられ、図２に示すよう
に、ロッド３０の軸線Ｃｂに対して図中Ｘ軸方向（溝部
９２の横断方向）へ相対変位可能に支持される。

【００２３】フローティング機構４は図３に示すよう
に、下端に溶接チップ５を支持した軸部４０を、ロッド
３０に対してＸ軸方向へ案内するとともに垂下する案内
部材４１と、この案内部材４１を常時中心位置（ロッド
３０の軸線Ｃｂ）へ向けて付勢する一対の弾性部材４
２、４２から構成され、溶接チップ５の軸線Ｃはロッド
３０の軸線Ｃｂに対してＸ軸方向へ所定の範囲で相対変
位可能に支持され、溶接チップ５に外力が加わっていな
い状態では、溶接チップ５とロッド３０の軸線Ｃ、Ｃｂ
は同一軸線上に配置される。なお、弾性部材４２に付勢
された案内部材４１によって溶接チップ５の軸線Ｃとロ
ッド３０の軸線Ｃｂが一致する位置が、溶接チップ５の
初期位置となる。

【００２４】なお、溶接チップ５は変形可能なシャント
部４３を介してアクチュエータ３側と電気的に接続さ
れ、また、溶接チップ５と対峙する下部電極６の端面
は、溶接チップ５のＸ軸方向への変位範囲内でワークを
挟持可能な所定の形状を備える。

【００２５】そして、案内部材４１と溶接チップ５の間
の軸部４０には、図２、図４に示すように、軸受１８を
介して溶接チップ５の軸線Ｃまわりに回動可能な回動部
材１２が支持され、図１に示すように、軸部４０には回
動部材１２を駆動する第２アクチュエータとしてのアク
チュエータ１３が支持されており、回動部材１２はアク
チュエータ１３の駆動に応じて回動する。

【００２６】回動部材１２から水平方向（軸線Ｃと直交
方向）へ突出した一対のアーム１４、１４のそれぞれの
端部にはガイド部材１６、１６が形成され、これらガイ
ド部材１６、１６からワークへ向けて棒状部材で形成さ
れた一対のプローブ１０、１０が突設される。なお、プ
ローブ１０は、絶縁材料で構成されて、プローブ１０か
らワークへの通電を防止する。

【００２７】これらプローブ１０、１０は、溶接チップ
５の軸線Ｃと平行、かつ軸線Ｃを中心とする所定の直径
Ｄ上に配置される。なお、この直径Ｄはプローブ１０、
１０の軸線Ｃａ、Ｃａ間の距離である。

【００２８】そして、プローブ１０は、その基端１１を
アーム１４に設けたガイド部材１６に収装されており、
溶接チップ５の軸線Ｃ方向へ所定の範囲で摺動自由に支
持され、図４に示すように、基端１１の端部とガイド部
材１６の内周との間に介装したスプリング１７によって
常時図中下方へ向けたＺ軸方向に付勢される。

【００２９】ここで、プローブ１０の先端部は、溶接チ
ップ５の下端からワーク側へ向けてアクチュエータ３の
ストローク未満の所定量Ｓだけ突出するとともに、プロ
ーブ１０の変位量Ｓａはこの突出量Ｓより大きく設定さ
れ、溶接チップ５がワークを押圧した際に、プローブ１
０がワークを押圧するのを防止する。

【００３０】なお、ロボットハンド１、アクチュエータ
３、１３は、図示しない制御装置からの指令に応じて駆
動される。

【００３１】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００３２】まず、図５に示すように、プローブ１０、
１０の軸線Ｃａ，Ｃａを結ぶ線が溶接チップ５の板状部
５Ａの長辺と平行となる位置を初期状態とし、この初期
状態となるように、回動部材１２のアクチュエータ１３
を駆動してから、溶接チップ５がワークとしての車体９
の溝部９２と対向する所定のティーチング位置までロボ
ットハンド１を駆動する。

【００３３】そして、溶接チップ５の板状部５Ａの長辺
が、溝部９２の全長方向（図中Ｙ軸方向、以下同様）へ
沿うようにロボットハンド１を駆動した後、図５のよう
に、アクチュエータ３を所定量だけ駆動して溶接チップ
５、プローブ１０、１０を溝部９２内周へ挿入するとも
に、プローブ１０、１０のみを底部９２Ａに当接させ
る。なお、溶接チップ５の端面は底部９２Ａから離れた
状態に保持される。

【００３４】この図５に示す位置は、ラフな位置決めの
様子を示しており、所定の溶接位置は、溝部９２の幅Ｗ
の中心Ｃｗであるが、溶接チップ５の軸線Ｃ及びプロー
ブ１０の軸線Ｃａは、ティーチング位置に応じたロボッ
トハンド１によって、この中心線Ｃｗから偏差ΔＣの位
置に配置され、溝部９２の内周へ挿入されたプローブ１
０、１０は、先端を底部９２Ａにのみ当接させて、溝部
９２の内周側面９２Ｓから離れた位置にある。なお、こ
の偏差ΔＣが車体９の成形誤差やロボットハンド１の位
置決め誤差等である。

【００３５】次に、アクチュエータ１３を駆動して回動
部材１２を回動させると、プローブ１０、１０は溶接チ
ップ５の軸線Ｃまわりに回動し、図６に示すように、一
方のプローブ１０が溝部９２の内周側面９２Ｓに当接す
る。

【００３６】さらにアクチュエータ１３の駆動を続けて
回動部材１２を回動させると、一方のプローブ１０が幅
方向の変位を内周側面９２Ｓで係止されるため、フロー
ティング機構４を介してＸ軸方向へ変位可能な溶接チッ
プ５が、図３の弾性部材４２に抗して溝部９２の横断方
向へ向けた変位を開始する。

【００３７】そして、他方のプローブ１０が溝部９２の
内周側面９２Ｓに当接するまでプローブ１０、１０を回
転させると、溝部９２の横断方向へ変位した溶接チップ
５の軸線Ｃは所定の溶接位置である溝部９２の中心Ｃｗ
に一致する。

【００３８】この位置で、アクチュエータ１３の駆動を
停止して、アクチュエータ３によってロッド３０を伸長
駆動すれば、溶接チップ５は所定の溶接位置Ｃｗ上に下
降して溝部９２の底部９２Ａを挟持、押圧することがで
きる。

【００３９】このとき、プローブ１０、１０は溶接チッ
プ５に対して軸線Ｃ方向で相対変位可能であるため、溶
接チップ５の下降に伴って基部１１がスプリング１７に
抗してガイド部材１６内へ侵入するだけとなる。

【００４０】そして、溶接終了後に、プローブ１０、１
０の軸線Ｃａ、Ｃａを結ぶ線が板状部５Ａの長辺と平行
になる上記初期位置へ復帰するようアクチュエータ１３
を駆動すると、フローティング機構４の弾性部材４２に
付勢されて、溶接チップ５は軸線Ｃがロッド３０の軸線
Ｃｂと一致する初期状態（図５）へ復帰する。

【００４１】そして、溶接チップ５が上昇するようにア
クチュエータ３を駆動すれば、ロボットハンド１を駆動
して次の溶接位置へ移動することができる。

【００４２】こうして、フローティング機構４を介して
溶接チップ５をガンユニット２に対して溝部９２の横断
方向へ相対変位可能に支持するとともに、この溶接チッ
プ５の軸線Ｃを中心に回動可能な一対のプローブ１０、
１０を、溶接チップ５に対して軸線Ｃ方向へ相対変位可
能に支持することにより、溝部９２へ挿入したプローブ
１０を軸線Ｃまわりに回動させて、両方のプローブ１
０、１０が溝部９２の内周側面９２Ｓに当接した位置
で、溶接チップ５の軸線Ｃは溝部９２の幅方向の中心に
位置決めすることができるのである。

【００４３】すなわち、プローブ１０、１０を回動する
だけで、ロボットハンド１の位置決め誤差やワークの成
形誤差を吸収して、常時溝幅の中心に位置決めすること
ができ、簡易な構成でありながらも、前記従来例のよう
な問題を解消して、溶接チップ５の位置決めを迅速かつ
確実に行うことが可能となり、また、プローブ１０、１
０の配設間隔（直径Ｄ）以内の溝幅であれば、任意の溝
部９２に対応することができ、前記従来例に比してガン
ユニット２の稼働率を向上させて生産性を向上させるこ
とが可能となるのである。

【００４４】加えて、フローティング機構４をアクチュ
エータ３のロッド３０と溶接チップ５との間に介装した
ため、プローブ１０の回動によって案内される質量は、
フローティング機構４に垂下されて溶接チップ５及び回
動部材１２並びにアクチュエータ１３等であり、前記従
来例のようにガンユニット２全体をロボットハンド１に
対して変位させる場合に比して、位置決めのために駆動
する慣性質量を低減でき、迅速な位置決めを行うととも
に、プローブ１０を駆動するアクチュエータ１３の小型
化を図ることができるのである。

【００４５】なお、上記実施形態において、溶接チップ
５として先端を板状に形成した場合を示したが、図示は
しないが、従来からの半球状の溶接チップであってもよ
く、上記と同様の作用効果を得ることができる。

【００４６】また、プローブ１０を絶縁材料で構成した
が、図示はしないが、軸受１８あるいはガイド部材１６
等に絶縁部材を配設してもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明は、一
対のプローブを溝部へ挿入した後、第２アクチュエータ
によってプローブを回動させるだけで、ロボットハンド
の位置決め誤差やワークの成形誤差を吸収して、溶接チ
ップを常時溝幅の中心に位置決めすることができ、簡易
な構成でありながらも、前記従来例のような問題を解消
して、溶接チップの位置決めを迅速かつ確実に行うこと
が可能となり、また、プローブの配設間隔（所定の直
径）以内の溝幅であれば、任意の溝部に対応することが
でき、幅広いワークに対応することが可能となって、ガ
ンユニットの稼働率を向上させて生産性を向上させるこ
とができる。

【００４８】また、第２の発明は、前記フローティング
手段には弾性部材が配設されて、溶接チップは溝部横断
方向の所定の初期位置へ向けて常時付勢されるため、溶
接終了後に第２アクチュエータを駆動して一方のプロー
ブを初期位置まで戻せば、溶接チップはワークの成形誤
差やロボットハンドの位置決め誤差を吸収する前の前記
横断方向の初期位置へ復帰することができ、次の溶接位
置へ迅速へ移行できる。

【００４９】また、第３の発明は、溶接チップの先端を
ほぼ方形の端面を備えた板状に形成したため、ワークの
溝幅が狭い場合であっても、所定の接触面積を確保して
溶接品質を確保することができる。

【００５０】また、第４の発明は、ワークに当接するプ
ローブを絶縁材料で構成したため、溶接チップ側からプ
ローブを介してワークへ電流が流れるのを防止でき、溶
接品質の低下を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスポット溶接装置の側面図。

【図２】同じく斜視図。

【図３】同じくフローティング機構を示す断面図。

【図４】同じく位置決め機構を示す要部断面図。

【図５】プローブを溝部へ挿入した直後の様子を示し、
（Ａ）は平面図を、（Ｂ）は断面図を示す。

【図６】プローブを回動させた位置決め開始の様子を示
し、（Ａ）は平面図を、（Ｂ）は断面図を示す。

【図７】プローブの回動が終了した位置決め完了の様子
を示し、（Ａ）は平面図を、（Ｂ）は断面図を示す。

【図８】車両のルーフパネルとボディサイドの溝状の溶
接位置を示す断面図。

【図９】先端を板状に形成した溶接チップを示し、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図をそ
れぞれ示す。

【符号の説明】

１ ロボットハンド ２ ガンユニット ３ アクチュエータ ４ フローティング機構 ５ 溶接チップ ５Ａ 板状部 ６ 下部電極 １０ プローブ １２ 回動部材 １３ アクチュエータ １６ ガイド部材 １７ スプリング １８ 軸受 ３０ ロッド ４０ 軸部 ４１ 案内部材 ４２ 弾性部材 ９０ ルーフパネル ９０Ａ、９１Ａ 段部 ９１ ボディサイドパネル ９２ 溝部 ９２Ａ 底部 ９２Ｓ 内周側面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットハンドに取り付けられたガンユ
   ニットと、このガンユニットに取り付けられるととも
   に、溝部を備えたワークへ向けて軸方向へ変位可能に支
   持された溶接チップと、同じくガンユニットに取り付け
   られて前記溶接チップと対向する位置に配設された電極
   と、前記溶接チップを軸方向へ駆動するアクチュエータ
   とを備えたスポット溶接装置において、前記溶接チップ
   をガンユニットに対してワークの溝部の横断方向へ相対
   変位可能に支持するフローティング手段と、前記溶接チ
   ップの軸回りに回動可能な回動部材と、この回動部材を
   駆動する第２のアクチュエータと、前記回動部材に支持
   されるとともに、所定の直径上で溶接チップの軸線と平
   行かつワークへ向けて突設された一対のプローブと、前
   記プローブを溶接チップに対して軸方向へ相対変位可能
   に支持するガイド部材とを備えたことを特徴とするスポ
   ット溶接装置。
2. 【請求項２】 前記フローティング手段は、前記溶接チ
   ップを前記横断方向の所定の初期位置へ向けて常時付勢
   する弾性部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載
   のスポット溶接装置。
3. 【請求項３】 前記溶接チップは、先端を前記ワークの
   溝部へ挿入可能なほぼ方形の端面を備えた板状に形成し
   たことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装
   置。
4. 【請求項４】 前記プローブは、絶縁材料で構成された
   ことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。