スポット溶接装置
【課題】ワークを撓ませることなく電極チップの加圧力を変化させる。
【解決手段】ロボットアーム１２に固定される溶接ガン本体１３には、電極チップ１４を備えるガンアーム１５と、電極チップ１６を備えるガンアーム１７とが移動自在に設けられる。また、溶接ガン本体１３には副加圧プレート１８が固定される。さらに、溶接ガン本体１３には、ガンアーム１５，１７を駆動するサーボモータ１９，２０が設けられる。スポット溶接時には、ガンアーム１５，１７を近づけてワークを電極チップ１４，１６間に挟み込む。続いて、溶接ガン本体１３を移動させて副加圧プレート１８をワーク表面に押し付ける。このとき、電極チップ１４，１６間のワークが撓まないように、ガンアーム１５，１７は溶接ガン本体１３に対して相対移動する。これにより、ワークを撓ませることなく電極チップ１４，１６から付与される加圧力を相違させることが可能となる。
【解決手段】ロボットアーム１２に固定される溶接ガン本体１３には、電極チップ１４を備えるガンアーム１５と、電極チップ１６を備えるガンアーム１７とが移動自在に設けられる。また、溶接ガン本体１３には副加圧プレート１８が固定される。さらに、溶接ガン本体１３には、ガンアーム１５，１７を駆動するサーボモータ１９，２０が設けられる。スポット溶接時には、ガンアーム１５，１７を近づけてワークを電極チップ１４，１６間に挟み込む。続いて、溶接ガン本体１３を移動させて副加圧プレート１８をワーク表面に押し付ける。このとき、電極チップ１４，１６間のワークが撓まないように、ガンアーム１５，１７は溶接ガン本体１３に対して相対移動する。これにより、ワークを撓ませることなく電極チップ１４，１６から付与される加圧力を相違させることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数枚のパネルからなるワークを溶接するスポット溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車体組立ラインにおいては、様々なパネルを組み合わせてスポット溶接を施すことにより、自動車車体が製造されている。溶接ロボットには一対のアーム部材を備えた溶接ガンが装着されており、溶接ガンから伸びるアーム部材の先端には電極チップが取り付けられている。そして、一対の電極チップによってパネルを加圧しながら短時間に大電流を流すことにより、抵抗発熱によってパネルを溶接することが可能となっている。
【０００３】
ところで、自動車車体等においては、板厚の異なる３枚以上のパネルが重ねられる構造も多く、このような構造のワークに対して溶接品質を確保しつつスポット溶接を施すことが困難であった。すなわち、薄板のパネルは厚板のパネルに比べて変形し易いことから、一対の電極チップによってワークを単に加圧した場合には、薄板と厚板との間(以下、薄板側という)の接触面積が厚板と厚板との間(以下、厚板側という)の接触面積に比べて増大することから、薄板側の抵抗が厚板側の抵抗に比べて低下する。この結果、薄板側の発熱量が厚板側の発熱量に比べて低下し、ナゲットが厚板側に偏って生成されることから、良好な溶接品質を得ることが困難となっていた。
【０００４】
そこで、一対の電極チップによってワークを加圧した後に、溶接ガンを薄板側に移動させるスポット溶接方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。溶接ガンを薄板側に移動させることにより、厚板側が凹むようにワークを撓ませることができ、薄板側の加圧力を厚板側の加圧力よりも撓み反力分だけ小さくすることが可能となる。このように、薄板側の加圧力を低下させることにより、薄板側の接触面積を減少させて抵抗を増大させることができ、薄板側の発熱量を増大させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２５１４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のスポット溶接方法は、溶接ガンを移動させてワークを撓ませることにより、薄板側の加圧力を撓み反力分だけ小さくする方法である。すなわち、パネルを変形させて撓み反力を発生させる必要があるため、高剛性のパネル(例えば、高張力鋼鈑)を前提とした溶接方法であり、十分な撓み反力が得られない低剛性のパネルに適用することは困難であった。さらに、ワークを撓ませて加圧力を調整することから、ワーク表面に対して電極チップを垂直に突き当てることが不可能であり、スパッタや圧痕不良を発生させてしまうおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、ワークを撓ませることなく電極チップの加圧力を変化させて溶接品質を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスポット溶接装置は、複数枚のパネルからなるワークを溶接するスポット溶接装置であって、先端に第１電極チップを備え、前記ワークの一方面に前記第１電極チップを接触させる溶接位置と前記ワークの一方面から前記第１電極チップを離す退避位置とに動作する第１アーム部材と、先端に第２電極チップを備え、前記ワークの他方面に前記第２電極チップを接触させる溶接位置と前記ワークの他方面から前記第２電極チップを離す退避位置とに動作する第２アーム部材と、前記第１および第２アーム部材が動作自在に設けられる溶接ガン本体に固定される加圧部材とを有し、前記溶接ガン本体を移動させて前記加圧部材を前記ワークの一方面または他方面に押し付け、前記ワークの一方面に対する前記第１電極チップの加圧力と前記ワークの他方面に対する前記第２電極チップの加圧力とを相違させることを特徴とする。
【０００９】
本発明のスポット溶接装置は、前記第１アーム部材に取り付けられ、前記第１アーム部材を溶接位置と退避位置との間で動作させる第１アクチュエータと、前記第２アーム部材に取り付けられ、前記第２アーム部材を溶接位置と退避位置との間で動作させる第２アクチュエータとを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のスポット溶接装置は、前記第１および第２アーム部材に取り付けられ、前記第１および第２アーム部材を溶接位置と退避位置との間で動作させる第１アクチュエータと、前記第１または第２アーム部材と前記溶接ガン本体とに取り付けられ、前記溶接ガン本体に対する前記第１および第２アーム部材の位置を変化させる第２アクチュエータとを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のスポット溶接装置は、前記第１および第２アーム部材は溶接位置と退避位置とに平行移動することを特徴とする。
【００１２】
本発明のスポット溶接装置は、前記第１および第２アーム部材は溶接位置と退避位置とに揺動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、溶接ガン本体に、第１および第２アーム部材を動作自在に設けるとともに加圧部材を固定している。これにより、溶接ガン本体を移動させて加圧部材をワーク表面に押し付けることができ、第１電極チップの加圧力と第２電極チップの加圧力とを相違させることが可能となる。これにより、溶接品質を向上させることが可能となる。しかも、溶接ガン本体に対して第１および第２アーム部材が動作自在に設けられるため、溶接ガン本体を移動させる場合であっても、電極チップ間に挟まれるワークの撓みを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態であるスポット溶接装置としてのスポット溶接ガンを示す斜視図である。
【図２】スポット溶接ガンの使用状態を示す説明図である。
【図３】スポット溶接ガンの内部構造を示す概略図である。
【図４】(ａ)〜(ｃ)はスポット溶接の手順を示す説明図である。
【図５】電極チップおよび副加圧プレートによるワークの加圧状態を示す説明図である。
【図６】(ａ)〜(ｃ)はスポット溶接の手順を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガンの内部構造を示す概略図である。
【図８】本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガンの構造を示す概略図である。
【図９】本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガンの構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるスポット溶接装置としてのスポット溶接ガン１０を示す斜視図である。また、図２はスポット溶接ガン１０の使用状態を示す説明図である。図１および図２に示すように、スポット溶接ガン１０は、溶接ロボット１１のロボットアーム１２に固定される溶接ガン本体１３を備えている。この溶接ガン本体１３には、先端に第１電極チップ１４を備えるガンアーム(第１アーム部材)１５と、先端に第２電極チップ１６を備えるガンアーム(第２アーム部材)１７とが移動自在に設けられている。ガンアーム１５，１７の電極チップ１４，１６は、互いに対向するように同軸上に配置されている。また、溶接ガン本体１３には、先端がＵ字状に切り欠かれた副加圧プレート(加圧部材)１８が固定されている。さらに、溶接ガン本体１３には、ガンアーム１５を駆動するサーボモータ(第１アクチュエータ)１９が設けられており、ガンアーム１７を駆動するサーボモータ(第２アクチュエータ)２０が設けられている。さらに、溶接ガン本体１３には、スポット溶接時の高圧電流を生成するトランス２１が設けられている。図示するスポット溶接ガン１０は、ガンアーム１５，１７を平行移動させるようにした直動Ｘガンである。
【００１６】
図２に示すように、溶接ロボット１１の近傍には、コンピュータ等が組み込まれた溶接制御盤２２が設置されている。溶接ロボット１１には、予め教示された打点位置情報がケーブル２３を介して送信されており、溶接ロボット１１は、スポット溶接ガン１０を所定の打点位置に向けて移動させる。また、スポット溶接ガン１０には、打点毎に設定された溶接条件情報(加圧時間、通電時間、保持時間、通電電流等)がケーブル２４を介して送信されており、スポット溶接ガン１０は、溶接条件に沿ってスポット溶接を実行する。後述するように、スポット溶接時には、電極チップ１４，１６間にワークＷが挟まれて加圧されるとともに、副加圧プレート１８によってワーク表面が加圧される。なお、スポット溶接の手順については、スポット溶接ガン１０の内部構造を説明した後に改めて説明する。
【００１７】
図３はスポット溶接ガン１０の内部構造を示す概略図である。図３に示すように、溶接ガン本体１３には、互いに平行となるボールネジ３０，３１が設けられている。一方のボールネジ３０は、プーリ機構３２を介してサーボモータ１９に連結されており、他方のボールネジ３１は、プーリ機構３３を介してサーボモータ２０に連結されている。また、サーボモータ１９とサーボモータ２０とは同軸上に配置されている。また、サーボモータ２０の本体は、サーボモータ１９の駆動軸１９ａが貫通する中空構造となっている。同様に、サーボモータ２０の駆動軸２０ａも、サーボモータ１９の駆動軸１９ａが貫通する中空構造となっている。また、ガンアーム１５の基端部には、ボールネジ３０に結合するボールナット３４が設けられるとともに、ボールネジ３１が案内される貫通孔３５が形成されている。さらに、ガンアーム１７の基端部には、ボールネジ３１に結合するボールナット３６が設けられるとともに、ボールネジ３０が案内される貫通孔３７が形成されている。また、図１に示すように、ガンアーム１５，１７の基端部にはスライダ３８，３９が設けられており、スライダ３８，３９は直線状に伸びるガイドレール４０に摺動自在に装着されている。
【００１８】
サーボモータ１９を駆動してボールネジ３０を矢印Ａ１方向に回転させると、ガンアーム１５はガイドレール４０に沿いながら溶接位置に向けて矢印Ａ１方向に平行移動する。一方、サーボモータ１９を駆動してボールネジ３０を矢印Ａ２方向に回転させると、ガンアーム１５はガイドレール４０に沿いながら退避位置に向けて矢印Ａ２方向に平行移動する。また、サーボモータ２０を駆動してボールネジ３１を矢印Ｂ１方向に回転させると、ガンアーム１７はガイドレール４０に沿いながら溶接位置に向けて矢印Ｂ１方向に平行移動する。一方、サーボモータ２０を駆動してボールネジ３１を矢印Ｂ２方向に回転させると、ガンアーム１７はガイドレール４０に沿いながら退避位置に向けて矢印Ｂ２方向に平行移動する。また、副加圧プレート１８は、溶接ガン本体１３に固定されることから、ロボットアーム１２に連動して溶接ガン本体１３と共に移動することになる。このように、サーボモータ１９，２０を同軸上に配置するとともに、ボールネジ３０，３１を並べて配置するようにしたので、スポット溶接ガン１０の小型化を達成することが可能となっている。
【００１９】
続いて、スポット溶接の手順について説明する。図４(ａ)〜(ｃ)はスポット溶接の手順を示す説明図である。図４(ａ)に示すように、溶接対象であるワークＷは、３枚のパネルＰ１〜Ｐ３によって構成されている。上方に配置されるパネルＰ３は、下方に配置されるパネルＰ１や中央に配置されるパネルＰ２よりも板厚が薄く形成されている。また、薄板となるパネルＰ３は、厚板となるパネルＰ１，Ｐ２よりも剛性が低くなっている。以下の説明においては、発明の理解を容易にするため、パネルＰ１を厚板Ｐ１、パネルＰ２を厚板Ｐ２、パネルＰ３を薄板Ｐ３と記載する。なお、厚板Ｐ１，Ｐ２は、同じ寸法の板厚であっても良く、異なる寸法の板厚であっても良い。
【００２０】
また、ワークＷは図示しないクランプ装置によって治具上に固定されている。このワークＷに対してスポット溶接を施すため、図４(ａ)に示すように、ガンアーム１５，１７が互いに離れる方向に移動し、電極チップ１４，１６間に所定の隙間が設けられる。すなわち、ガンアーム１５，１７は、電極チップ１４，１６がワーク表面から離れる退避位置に動作している。そして、電極チップ１４，１６間にワークＷを挟み込むように、ロボットアーム１２はスポット溶接ガン１０を移動させる。このとき、溶接ガン本体１３に固定される副加圧プレート１８は、薄板Ｐ３に対向する位置に移動することになる。すなわち、図示する場合には、副加圧プレート１８が、薄板Ｐ３に対向する電極チップ１４側に位置するように、ガンアーム１５，１７を動作させている。
【００２１】
続いて、図４(ｂ)に示すように、ガンアーム１５は、電極チップ１４が薄板Ｐ３の表面(ワークＷの一方面)に接触する溶接位置に達するまで、ガンアーム１７に近づく方向に移動する。同様に、ガンアーム１７は、電極チップ１６が厚板Ｐ１の表面(ワークＷの他方面)に接触する溶接位置に達するまで、ガンアーム１５に近づく方向に移動する。これにより、ワークＷの打点位置には、電極チップ１４から主加圧力(加圧力)ＦＵが加えられた状態となり、電極チップ１６から主加圧力(加圧力)ＦＬが加えられた状態となる。次いで、図４(ｃ)に示すように、溶接ガン本体１３に固定される副加圧プレート１８を薄板Ｐ３の表面(ワークＷの一方面)に押し付けるように、ロボットアーム１２は溶接ガン本体１３を下方に押し下げる。このとき、電極チップ１４，１６によってワークＷが撓むことの無いように、ガンアーム１５，１７は溶接ガン本体１３に対して上方に移動することになる。すなわち、ロボットアーム１２によって溶接ガン本体１３が押し下げられても、ワークＷに対するガンアーム１５，１７および電極チップ１４，１６の位置が変化することの無いようにサーボモータ１９，２０が制御される。
【００２２】
このように、電極チップ１４，１６によってワークＷの打点位置が主加圧力ＦＵ，ＦＬで加圧されるとともに、副加圧プレート１８によってワークＷの打点位置の周囲が副加圧力Ｆαで加圧された状態となる。そして、この加圧状態のもとで、電極チップ１４，１６間には短時間に大電流が流され、パネルＰ１〜Ｐ３を接合するナゲットが形成される。このようなスポット溶接が完了すると、図４(ａ)に示すように、再びガンアーム１５，１７は退避位置に移動し、続く打点位置に向けてロボットアーム１２はスポット溶接ガン１０を移動させる。なお、副加圧プレート１８は、先端の加圧ピース１８ａとこれを支持するプレート本体１８ｂとによって構成されており、加圧ピース１８ａとプレート本体１８ｂとの間は絶縁された状態となっている。
【００２３】
ここで、図５は電極チップ１４，１６および副加圧プレート１８によるワークＷの加圧状態を示す説明図である。図５に示すように、電極チップ１４から薄板Ｐ３の打点位置には主加圧力ＦＵが付与され、電極チップ１６から厚板Ｐ１の打点位置には主加圧力ＦＬが付与される。さらに、副加圧プレート１８から薄板Ｐ３の打点位置の周囲には副加圧力Ｆαが付与される。このとき、電極チップ１６から厚板Ｐ１に付与される主加圧力ＦＬは、薄板Ｐ３に対して電極チップ１４から付与される主加圧力ＦＵと副加圧プレート１８から付与される副加圧力Ｆαとの総和となる(ＦＬ＝ＦＵ＋Ｆα)。すなわち、薄板Ｐ３に対して電極チップ１４から付与される主加圧力ＦＵは、厚板Ｐ１に対して電極チップ１６から付与される主加圧力ＦＬに比べて小さくなる。
【００２４】
ここで、主加圧力ＦＵと主加圧力ＦＬとが同じ大きさであったとすると、薄板Ｐ３は厚板Ｐ１，Ｐ２に比べて変形し易いことから、薄板Ｐ３と厚板Ｐ２との接合部αにおける接触面積が、厚板Ｐ１と厚板Ｐ２との接合部βにおける接触面積に比べて増大することになる。すなわち、薄板Ｐ３側の接合部αの抵抗が厚板Ｐ１側の接合部βの抵抗に比べて低下することから、接合部αの発熱量が接合部βの発熱量に比べて低下し、ナゲットが厚板Ｐ１側に偏ることから良好な溶接品質を得ることが困難であった。これに対し、本発明のスポット溶接ガン１０を用いた場合には、主加圧力ＦＵを主加圧力ＦＬよりも引き下げることができるため、薄板Ｐ３側の接合部αの接触面積を減少させることが可能となる。これにより、薄板Ｐ３側の接合部αの抵抗を増加させるとともに、接合部αの発熱量を増加させることができるため、ナゲットが厚板Ｐ１側に偏ることがなく良好な溶接品質を得ることが可能となる。
【００２５】
しかも、副加圧プレート１８によってワーク表面を加圧する際に、ガンアーム１５，１７を溶接ガン本体１３に対して移動させるようにしたので、電極チップ１４，１６によるワークＷの撓みを防止することが可能となる。これにより、ワーク表面に対して電極チップ１４，１６を垂直に押し当てることができ、スパッタや圧痕不良の発生を抑制することが可能となる。また、副加圧プレート１８の副加圧力Ｆαを調整することで、主加圧力ＦＵ，ＦＬの加圧力差を調整することができるため、高精度に主加圧力ＦＵ，ＦＬを制御することが可能となる。さらに、ワークＷの撓み反力を用いて主加圧力ＦＵ，ＦＬを調整する構成では無いため、パネルＰ１〜Ｐ２の剛性によって影響されることなく、主加圧力ＦＵ，ＦＬを調整することが可能となっている。また、副加圧プレート１８によって薄板Ｐ３が押さえられることから、薄板Ｐ３の湾曲変形を抑制することができ、この点からも、良好な溶接品質を得ることが可能となる。
【００２６】
前述の説明では、上方つまり電極チップ１４側に薄板Ｐ３が配置されているが、下方つまり電極チップ１６側に薄板Ｐ３が配置されていても良い。図６(ａ)〜(ｃ)はスポット溶接の手順を示す説明図である。図６(ａ)に示すように、溶接対象であるワークＷは、前述したワークＷの上下を反転させたものである。このように、ワークＷの下側に薄板Ｐ３が配置される場合には、副加圧プレート１８が薄板Ｐ３に対向する電極チップ１６側に位置するように、溶接ガン本体１３に対してガンアーム１５，１７を動作させる。そして、電極チップ１４，１６間にワークＷを挟み込むように、ロボットアーム１２はスポット溶接ガン１０を移動させる。続いて、図６(ｂ)に示すように、ガンアーム１５は、電極チップ１４が厚板Ｐ１の表面(ワークＷの一方面)に接触する溶接位置に達するまで、ガンアーム１７に近づく方向に移動する。同様に、ガンアーム１７は、電極チップ１６が薄板Ｐ３の表面(ワークＷの他方面)に接触する溶接位置に達するまで、ガンアーム１５に近づく方向に移動する。これにより、ワークＷの打点位置には、電極チップ１４から主加圧力ＦＵが加えられた状態となり、電極チップ１６から主加圧力ＦＬが加えられた状態となる。次いで、図６(ｃ)に示すように、溶接ガン本体１３に固定される副加圧プレート１８を薄板Ｐ３の表面(ワークＷの他方面)に押し付けるように、ロボットアーム１２は溶接ガン本体１３を上方に押し上げる。このとき、電極チップ１４，１６によってワークＷが撓むことの無いように、ガンアーム１５，１７は溶接ガン本体１３に対して下方に移動することになる。すなわち、ロボットアーム１２によって溶接ガン本体１３が押し上げられても、ワークＷに対するガンアーム１５，１７および電極チップ１４，１６の位置が変化することの無いようにサーボモータ１９，２０が制御される。このように、ワークＷの下側に薄板Ｐ３が配置される場合には、副加圧プレート１８によってワーク表面を下方から押し上げることにより、主加圧力ＦＬが主加圧力ＦＵよりも引き下げられる。これにより、ナゲットを厚板Ｐ１側に偏らせることなく、良好な溶接品質を得ることが可能となる。なお、ロボットアーム１２を回転させてスポット溶接ガン１０の上下を反転させることにより、下側に薄板Ｐ３が配置されるワークＷに対応させるようにしても良い。
【００２７】
続いて、本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガン(スポット溶接装置)５０について説明する。図７は本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガン５０の内部構造を示す概略図である。なお、図７において、図３に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図７に示すように、スポット溶接ガン５０は、ガンアーム１５，１７を平行移動させるようにした直動Ｘガンである。溶接ガン本体１３には、プーリ機構５１を介してサーボモータ(第１アクチュエータ)５２に連結されるボールネジ５３が設けられている。また、溶接ガン本体１３には、プーリ機構３３を介してサーボモータ(第２アクチュエータ)５５に連結されるボールネジ３１が設けられている。ボールネジ３０とボールネジ３１とは同軸上に配置されている。また、ガンアーム１５の基端部には、ボールネジ５３に結合するボールナット３４が設けられている。さらに、ガンアーム１７の基端部には、ボールネジ５６に結合するボールナット３６が設けられている。また、前述したスポット溶接ガン１０と同様に、ガンアーム１５，１７の基端部にはスライダ３８，３９が設けられており、スライダ３８，３９は直線状に伸びるガイドレール４０に摺動自在に装着されている。
【００２８】
サーボモータ１９を駆動してボールネジ５３を矢印Ａ１方向に回転させると、ガンアーム１５はガイドレール４０に沿いながら溶接位置に向けて矢印Ａ１方向に平行移動する。一方、サーボモータ１９を駆動してボールネジ５３を矢印Ａ２方向に回転させると、ガンアーム１５はガイドレール４０に沿いながら退避位置に向けて矢印Ａ２方向に平行移動する。また、サーボモータ２０を駆動してボールネジ５６を矢印Ｂ１方向に回転させると、ガンアーム１７はガイドレール４０に沿いながら溶接位置に向けて矢印Ｂ１方向に平行移動する。一方、サーボモータ２０を駆動してボールネジ５６を矢印Ｂ２方向に回転させると、ガンアーム１７はガイドレール４０に沿いながら退避位置に向けて矢印Ｂ２方向に平行移動する。また、副加圧プレート１８は、溶接ガン本体１３に固定されることから、ロボットアーム１２に連動して溶接ガン本体１３と共に移動することになる。このように、ガンアーム１５を駆動するサーボモータ１９と、ガンアーム１７を駆動するサーボモータ１９とを分離して配置するようにしたので、スポット溶接ガン５０の整備性を高めることが可能となっている。このような構造のスポット溶接ガン５０であっても、副加圧プレート１８の副加圧力Ｆαを調整することにより、電極チップ１４，１６から付与される主加圧力ＦＵ，ＦＬの加圧力差を調整することができ、前述したスポット溶接ガン１０と同様に、良好な溶接品質を得ることが可能となる。
【００２９】
続いて、本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガン(スポット溶接装置)６０について説明する。図８は本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガン６０の構造を示す概略図である。なお、図８において、図３に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図８に示すように、スポット溶接ガン６０は、ガンアーム６２，６３を揺動させるようにしたＸアームガンである。ロボットアーム１２に固定される溶接ガン本体６１には、先端に第１電極チップ１４を備えたガンアーム(第１アーム部材)６２と、先端に第２電極チップ１６を備えるガンアーム(第２アーム部材)６３とが揺動自在に設けられている。ガンアーム６２，６３は、溶接ガン本体６１の取付軸６４を中心に揺動自在となっている。また、溶接ガン本体６１には、ガンアーム６２の基端部に連結されるサーボ軸(第１アクチュエータ)６５が回動自在に設けられている。さらに、溶接ガン本体６１には、ガンアーム６３の基端部に連結されるサーボ軸(第２アクチュエータ)が回動自在に設けられている。サーボ軸６５，６６には図示しないサーボモータが組み込まれており、ロッド部材６５ａ，６６ａを進退移動させることが可能となっている。また、前述したスポット溶接ガン１０と同様に、ロボットアーム１２に固定される溶接ガン本体６１には、副加圧プレート１８が固定されている。
【００３０】
サーボ軸６５を駆動してロッド部材６５ａを矢印Ａ１方向に押し出すと、ガンアーム６２は溶接位置に向けて矢印Ａ１方向に揺動する。一方、サーボ軸６５を駆動してロッド部材６５ａを矢印Ａ２方向に引き込むと、ガンアーム６２は退避位置に向けて矢印Ａ２方向に揺動する。また、サーボ軸６６を駆動してロッド部材６６ａを矢印Ｂ１方向に押し出すと、ガンアーム６３は溶接位置に向けて矢印Ｂ１方向に揺動する。一方、サーボ軸６６を駆動してロッド部材６６ａを矢印Ｂ２方向に引き込むと、ガンアーム６３は退避位置に向けて矢印Ｂ２方向に揺動する。また、副加圧プレート１８は、溶接ガン本体６１に固定されることから、ロボットアーム１２に連動して溶接ガン本体６１と共に移動することになる。
【００３１】
このような構造のスポット溶接ガン６０であっても、副加圧プレート１８の副加圧力Ｆαを調整することにより、電極チップ１４，１６から付与される主加圧力ＦＵ，ＦＬの加圧力差を調整することができ、前述したスポット溶接ガン１０と同様に、良好な溶接品質を得ることが可能となる。なお、副加圧プレート１８によってワークＷを上方から押し下げる場合には、電極チップ１４，１６によってワークＷが撓むことの無いように、副加圧プレート１８の押し下げストロークに応じて、ガンアーム６２を矢印Ａ２方向に揺動させ、ガンアーム６３を矢印Ｂ１方向に揺動させることになる。一方、副加圧プレート１８によってワークＷを下方から押し上げる場合には、副加圧プレート１８の押し上げストロークに応じて、ガンアーム６２を矢印Ａ１方向に揺動させ、ガンアーム６３を矢印Ｂ２方向に揺動させることになる。
【００３２】
続いて、本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガン(スポット溶接装置)７０について説明する。図９は本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガン７０の構造を示す概略図である。なお、図９において、図７に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図９に示すように、スポット溶接ガン７０は、ガンアーム６２，６３を揺動させるようにしたＸアームガンである。また、ガンアーム６２，６３には、ガンアーム６２の基端部とガンアーム６３の基端部とを連結するサーボ軸(第１アクチュエータ)７１が取り付けられている。さらに、溶接ガン本体６１には、ガンアーム６２の基端部に連結されるサーボ軸(第２アクチュエータ)７２が回動自在に設けられている。サーボ軸７１，７２には図示しないサーボモータが組み込まれており、ロッド部材７１ａ，７２ａを進退移動させることが可能となっている。また、前述したように、溶接ガン本体６１には副加圧プレート１８が固定されている。
【００３３】
サーボ軸７１を駆動してロッド部材７１ａを矢印Ａ１方向に押し出すと、ガンアーム６２，６３が溶接位置に向けて矢印Ａ１方向に揺動する。一方、サーボ軸７１を駆動してロッド部材７１ａを矢印Ａ２方向に引き込むと、ガンアーム６２，６３は退避位置に向けて矢印Ａ２方向に揺動する。また、サーボ軸７２を駆動してロッド部材７２ａを矢印Ｂ１方向に押し出すと、ガンアーム６２，６３は互いの位置関係を維持したまま矢印Ｂ１方向に揺動する。一方、サーボ軸７２を駆動してロッド部材７２ａを矢印Ｂ２方向に引き込むと、ガンアーム６２，６３は互いの位置関係を維持したまま矢印Ｂ２方向に揺動する。また、副加圧プレート１８は、溶接ガン本体６１に固定されることから、ロボットアーム１２に連動して溶接ガン本体６１と共に移動することになる。
【００３４】
このような構造のスポット溶接ガン１０であっても、副加圧プレート１８の副加圧力Ｆαを調整することにより、電極チップ１４，１６から付与される主加圧力ＦＵ，ＦＬの加圧力差を調整することができ、前述したスポット溶接ガン１０と同様に、良好な溶接品質を得ることが可能となる。なお、副加圧プレート１８によってワークＷを上方から押し下げる場合には、電極チップ１４，１６によってワークＷが撓むことの無いように、副加圧プレート１８の押し下げストロークに応じて、サーボ軸７２によってガンアーム６２，６３を矢印Ｂ２方向に揺動させる。一方、副加圧プレート１８によってワークＷを下方から押し上げる場合には、副加圧プレート１８の押し上げストロークに応じて、サーボ軸７２によってガンアーム６２，６３を矢印Ｂ１方向に揺動させることになる。
【００３５】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、第１および第２アクチュエータとして、電動のサーボモータ１９，２０，５２，５５やサーボ軸６５，６６，７１，７２を用いているが、これに限られることはなく、油圧や空気圧で駆動されるアクチュエータを用いても良い。また、図９に示したスポット溶接ガン７０はＸアームガンであるが、図９に示した溶接ガン構造を、図３や図７に示した直動Ｘガンタイプのスポット溶接ガン１０，５０に対して適用しても良い。また、前述の説明では、電極チップ１４，１６によってワークＷを挟んだ後に、副加圧プレート１８をワーク表面に押し付けているが、これに限られることはなく、副加圧プレート１８をワーク表面に押し付けた後に、電極チップ１４，１６によってワークＷを挟んでも良い。また、同じタイミングで、電極チップ１４，１６によってワークＷを挟むとともに、副加圧プレート１８をワーク表面に押し付けても良い。
【００３６】
また、前述の説明では、３枚のパネルＰ１〜Ｐ３からなるワークＷを溶接対象としているが、これに限られることはなく、４枚以上のパネルからなるワークを溶接対象としても良い。さらに、前述の説明では、板厚の異なるパネルＰ１〜Ｐ３からなるワークＷを溶接対象としているが、これに限られることはなく、同じ板厚のパネルからなるワークを溶接対象としても良い。すなわち、同じ板厚であっても物性値としての電気抵抗が異なるパネルを組み合わせた場合には、発熱量が相違することから溶接品質を確保することが困難となるが、副加圧プレート１８を用いて主加圧力ＦＵ，ＦＬを相違させることにより、適切な溶接品質を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１０ スポット溶接ガン(スポット溶接装置)
１３ 溶接ガン本体
１４ 電極チップ(第１電極チップ)
１５ ガンアーム(第１アーム部材)
１６ 電極チップ(第２電極チップ)
１７ ガンアーム(第２アーム部材)
１８ 副加圧プレート(加圧部材)
１９ サーボモータ(第１アクチュエータ)
２０ サーボモータ(第２アクチュエータ)
５０ スポット溶接ガン(スポット溶接装置)
５２ サーボモータ(第１アクチュエータ)
５５ サーボモータ(第２アクチュエータ)
６０ スポット溶接ガン(スポット溶接装置)
６１ 溶接ガン本体
６２ ガンアーム(第１アーム部材)
６３ ガンアーム(第２アーム部材)
６５ サーボ軸(第１アクチュエータ)
６６ サーボ軸(第２アクチュエータ)
７０ スポット溶接ガン(スポット溶接装置)
７１ サーボ軸(第１アクチュエータ)
７２ サーボ軸(第２アクチュエータ)
Ｗ ワーク
Ｐ１〜Ｐ３ パネル
ＦＵ 主加圧力(加圧力)
ＦＬ 主加圧力(加圧力)
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数枚のパネルからなるワークを溶接するスポット溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車体組立ラインにおいては、様々なパネルを組み合わせてスポット溶接を施すことにより、自動車車体が製造されている。溶接ロボットには一対のアーム部材を備えた溶接ガンが装着されており、溶接ガンから伸びるアーム部材の先端には電極チップが取り付けられている。そして、一対の電極チップによってパネルを加圧しながら短時間に大電流を流すことにより、抵抗発熱によってパネルを溶接することが可能となっている。
【０００３】
ところで、自動車車体等においては、板厚の異なる３枚以上のパネルが重ねられる構造も多く、このような構造のワークに対して溶接品質を確保しつつスポット溶接を施すことが困難であった。すなわち、薄板のパネルは厚板のパネルに比べて変形し易いことから、一対の電極チップによってワークを単に加圧した場合には、薄板と厚板との間(以下、薄板側という)の接触面積が厚板と厚板との間(以下、厚板側という)の接触面積に比べて増大することから、薄板側の抵抗が厚板側の抵抗に比べて低下する。この結果、薄板側の発熱量が厚板側の発熱量に比べて低下し、ナゲットが厚板側に偏って生成されることから、良好な溶接品質を得ることが困難となっていた。
【０００４】
そこで、一対の電極チップによってワークを加圧した後に、溶接ガンを薄板側に移動させるスポット溶接方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。溶接ガンを薄板側に移動させることにより、厚板側が凹むようにワークを撓ませることができ、薄板側の加圧力を厚板側の加圧力よりも撓み反力分だけ小さくすることが可能となる。このように、薄板側の加圧力を低下させることにより、薄板側の接触面積を減少させて抵抗を増大させることができ、薄板側の発熱量を増大させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２５１４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のスポット溶接方法は、溶接ガンを移動させてワークを撓ませることにより、薄板側の加圧力を撓み反力分だけ小さくする方法である。すなわち、パネルを変形させて撓み反力を発生させる必要があるため、高剛性のパネル(例えば、高張力鋼鈑)を前提とした溶接方法であり、十分な撓み反力が得られない低剛性のパネルに適用することは困難であった。さらに、ワークを撓ませて加圧力を調整することから、ワーク表面に対して電極チップを垂直に突き当てることが不可能であり、スパッタや圧痕不良を発生させてしまうおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、ワークを撓ませることなく電極チップの加圧力を変化させて溶接品質を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスポット溶接装置は、複数枚のパネルからなるワークを溶接するスポット溶接装置であって、先端に第１電極チップを備え、前記ワークの一方面に前記第１電極チップを接触させる溶接位置と前記ワークの一方面から前記第１電極チップを離す退避位置とに動作する第１アーム部材と、先端に第２電極チップを備え、前記ワークの他方面に前記第２電極チップを接触させる溶接位置と前記ワークの他方面から前記第２電極チップを離す退避位置とに動作する第２アーム部材と、前記第１および第２アーム部材が動作自在に設けられる溶接ガン本体に固定される加圧部材とを有し、前記溶接ガン本体を移動させて前記加圧部材を前記ワークの一方面または他方面に押し付け、前記ワークの一方面に対する前記第１電極チップの加圧力と前記ワークの他方面に対する前記第２電極チップの加圧力とを相違させることを特徴とする。
【０００９】
本発明のスポット溶接装置は、前記第１アーム部材に取り付けられ、前記第１アーム部材を溶接位置と退避位置との間で動作させる第１アクチュエータと、前記第２アーム部材に取り付けられ、前記第２アーム部材を溶接位置と退避位置との間で動作させる第２アクチュエータとを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のスポット溶接装置は、前記第１および第２アーム部材に取り付けられ、前記第１および第２アーム部材を溶接位置と退避位置との間で動作させる第１アクチュエータと、前記第１または第２アーム部材と前記溶接ガン本体とに取り付けられ、前記溶接ガン本体に対する前記第１および第２アーム部材の位置を変化させる第２アクチュエータとを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のスポット溶接装置は、前記第１および第２アーム部材は溶接位置と退避位置とに平行移動することを特徴とする。
【００１２】
本発明のスポット溶接装置は、前記第１および第２アーム部材は溶接位置と退避位置とに揺動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、溶接ガン本体に、第１および第２アーム部材を動作自在に設けるとともに加圧部材を固定している。これにより、溶接ガン本体を移動させて加圧部材をワーク表面に押し付けることができ、第１電極チップの加圧力と第２電極チップの加圧力とを相違させることが可能となる。これにより、溶接品質を向上させることが可能となる。しかも、溶接ガン本体に対して第１および第２アーム部材が動作自在に設けられるため、溶接ガン本体を移動させる場合であっても、電極チップ間に挟まれるワークの撓みを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態であるスポット溶接装置としてのスポット溶接ガンを示す斜視図である。
【図２】スポット溶接ガンの使用状態を示す説明図である。
【図３】スポット溶接ガンの内部構造を示す概略図である。
【図４】(ａ)〜(ｃ)はスポット溶接の手順を示す説明図である。
【図５】電極チップおよび副加圧プレートによるワークの加圧状態を示す説明図である。
【図６】(ａ)〜(ｃ)はスポット溶接の手順を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガンの内部構造を示す概略図である。
【図８】本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガンの構造を示す概略図である。
【図９】本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガンの構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるスポット溶接装置としてのスポット溶接ガン１０を示す斜視図である。また、図２はスポット溶接ガン１０の使用状態を示す説明図である。図１および図２に示すように、スポット溶接ガン１０は、溶接ロボット１１のロボットアーム１２に固定される溶接ガン本体１３を備えている。この溶接ガン本体１３には、先端に第１電極チップ１４を備えるガンアーム(第１アーム部材)１５と、先端に第２電極チップ１６を備えるガンアーム(第２アーム部材)１７とが移動自在に設けられている。ガンアーム１５，１７の電極チップ１４，１６は、互いに対向するように同軸上に配置されている。また、溶接ガン本体１３には、先端がＵ字状に切り欠かれた副加圧プレート(加圧部材)１８が固定されている。さらに、溶接ガン本体１３には、ガンアーム１５を駆動するサーボモータ(第１アクチュエータ)１９が設けられており、ガンアーム１７を駆動するサーボモータ(第２アクチュエータ)２０が設けられている。さらに、溶接ガン本体１３には、スポット溶接時の高圧電流を生成するトランス２１が設けられている。図示するスポット溶接ガン１０は、ガンアーム１５，１７を平行移動させるようにした直動Ｘガンである。
【００１６】
図２に示すように、溶接ロボット１１の近傍には、コンピュータ等が組み込まれた溶接制御盤２２が設置されている。溶接ロボット１１には、予め教示された打点位置情報がケーブル２３を介して送信されており、溶接ロボット１１は、スポット溶接ガン１０を所定の打点位置に向けて移動させる。また、スポット溶接ガン１０には、打点毎に設定された溶接条件情報(加圧時間、通電時間、保持時間、通電電流等)がケーブル２４を介して送信されており、スポット溶接ガン１０は、溶接条件に沿ってスポット溶接を実行する。後述するように、スポット溶接時には、電極チップ１４，１６間にワークＷが挟まれて加圧されるとともに、副加圧プレート１８によってワーク表面が加圧される。なお、スポット溶接の手順については、スポット溶接ガン１０の内部構造を説明した後に改めて説明する。
【００１７】
図３はスポット溶接ガン１０の内部構造を示す概略図である。図３に示すように、溶接ガン本体１３には、互いに平行となるボールネジ３０，３１が設けられている。一方のボールネジ３０は、プーリ機構３２を介してサーボモータ１９に連結されており、他方のボールネジ３１は、プーリ機構３３を介してサーボモータ２０に連結されている。また、サーボモータ１９とサーボモータ２０とは同軸上に配置されている。また、サーボモータ２０の本体は、サーボモータ１９の駆動軸１９ａが貫通する中空構造となっている。同様に、サーボモータ２０の駆動軸２０ａも、サーボモータ１９の駆動軸１９ａが貫通する中空構造となっている。また、ガンアーム１５の基端部には、ボールネジ３０に結合するボールナット３４が設けられるとともに、ボールネジ３１が案内される貫通孔３５が形成されている。さらに、ガンアーム１７の基端部には、ボールネジ３１に結合するボールナット３６が設けられるとともに、ボールネジ３０が案内される貫通孔３７が形成されている。また、図１に示すように、ガンアーム１５，１７の基端部にはスライダ３８，３９が設けられており、スライダ３８，３９は直線状に伸びるガイドレール４０に摺動自在に装着されている。
【００１８】
サーボモータ１９を駆動してボールネジ３０を矢印Ａ１方向に回転させると、ガンアーム１５はガイドレール４０に沿いながら溶接位置に向けて矢印Ａ１方向に平行移動する。一方、サーボモータ１９を駆動してボールネジ３０を矢印Ａ２方向に回転させると、ガンアーム１５はガイドレール４０に沿いながら退避位置に向けて矢印Ａ２方向に平行移動する。また、サーボモータ２０を駆動してボールネジ３１を矢印Ｂ１方向に回転させると、ガンアーム１７はガイドレール４０に沿いながら溶接位置に向けて矢印Ｂ１方向に平行移動する。一方、サーボモータ２０を駆動してボールネジ３１を矢印Ｂ２方向に回転させると、ガンアーム１７はガイドレール４０に沿いながら退避位置に向けて矢印Ｂ２方向に平行移動する。また、副加圧プレート１８は、溶接ガン本体１３に固定されることから、ロボットアーム１２に連動して溶接ガン本体１３と共に移動することになる。このように、サーボモータ１９，２０を同軸上に配置するとともに、ボールネジ３０，３１を並べて配置するようにしたので、スポット溶接ガン１０の小型化を達成することが可能となっている。
【００１９】
続いて、スポット溶接の手順について説明する。図４(ａ)〜(ｃ)はスポット溶接の手順を示す説明図である。図４(ａ)に示すように、溶接対象であるワークＷは、３枚のパネルＰ１〜Ｐ３によって構成されている。上方に配置されるパネルＰ３は、下方に配置されるパネルＰ１や中央に配置されるパネルＰ２よりも板厚が薄く形成されている。また、薄板となるパネルＰ３は、厚板となるパネルＰ１，Ｐ２よりも剛性が低くなっている。以下の説明においては、発明の理解を容易にするため、パネルＰ１を厚板Ｐ１、パネルＰ２を厚板Ｐ２、パネルＰ３を薄板Ｐ３と記載する。なお、厚板Ｐ１，Ｐ２は、同じ寸法の板厚であっても良く、異なる寸法の板厚であっても良い。
【００２０】
また、ワークＷは図示しないクランプ装置によって治具上に固定されている。このワークＷに対してスポット溶接を施すため、図４(ａ)に示すように、ガンアーム１５，１７が互いに離れる方向に移動し、電極チップ１４，１６間に所定の隙間が設けられる。すなわち、ガンアーム１５，１７は、電極チップ１４，１６がワーク表面から離れる退避位置に動作している。そして、電極チップ１４，１６間にワークＷを挟み込むように、ロボットアーム１２はスポット溶接ガン１０を移動させる。このとき、溶接ガン本体１３に固定される副加圧プレート１８は、薄板Ｐ３に対向する位置に移動することになる。すなわち、図示する場合には、副加圧プレート１８が、薄板Ｐ３に対向する電極チップ１４側に位置するように、ガンアーム１５，１７を動作させている。
【００２１】
続いて、図４(ｂ)に示すように、ガンアーム１５は、電極チップ１４が薄板Ｐ３の表面(ワークＷの一方面)に接触する溶接位置に達するまで、ガンアーム１７に近づく方向に移動する。同様に、ガンアーム１７は、電極チップ１６が厚板Ｐ１の表面(ワークＷの他方面)に接触する溶接位置に達するまで、ガンアーム１５に近づく方向に移動する。これにより、ワークＷの打点位置には、電極チップ１４から主加圧力(加圧力)ＦＵが加えられた状態となり、電極チップ１６から主加圧力(加圧力)ＦＬが加えられた状態となる。次いで、図４(ｃ)に示すように、溶接ガン本体１３に固定される副加圧プレート１８を薄板Ｐ３の表面(ワークＷの一方面)に押し付けるように、ロボットアーム１２は溶接ガン本体１３を下方に押し下げる。このとき、電極チップ１４，１６によってワークＷが撓むことの無いように、ガンアーム１５，１７は溶接ガン本体１３に対して上方に移動することになる。すなわち、ロボットアーム１２によって溶接ガン本体１３が押し下げられても、ワークＷに対するガンアーム１５，１７および電極チップ１４，１６の位置が変化することの無いようにサーボモータ１９，２０が制御される。
【００２２】
このように、電極チップ１４，１６によってワークＷの打点位置が主加圧力ＦＵ，ＦＬで加圧されるとともに、副加圧プレート１８によってワークＷの打点位置の周囲が副加圧力Ｆαで加圧された状態となる。そして、この加圧状態のもとで、電極チップ１４，１６間には短時間に大電流が流され、パネルＰ１〜Ｐ３を接合するナゲットが形成される。このようなスポット溶接が完了すると、図４(ａ)に示すように、再びガンアーム１５，１７は退避位置に移動し、続く打点位置に向けてロボットアーム１２はスポット溶接ガン１０を移動させる。なお、副加圧プレート１８は、先端の加圧ピース１８ａとこれを支持するプレート本体１８ｂとによって構成されており、加圧ピース１８ａとプレート本体１８ｂとの間は絶縁された状態となっている。
【００２３】
ここで、図５は電極チップ１４，１６および副加圧プレート１８によるワークＷの加圧状態を示す説明図である。図５に示すように、電極チップ１４から薄板Ｐ３の打点位置には主加圧力ＦＵが付与され、電極チップ１６から厚板Ｐ１の打点位置には主加圧力ＦＬが付与される。さらに、副加圧プレート１８から薄板Ｐ３の打点位置の周囲には副加圧力Ｆαが付与される。このとき、電極チップ１６から厚板Ｐ１に付与される主加圧力ＦＬは、薄板Ｐ３に対して電極チップ１４から付与される主加圧力ＦＵと副加圧プレート１８から付与される副加圧力Ｆαとの総和となる(ＦＬ＝ＦＵ＋Ｆα)。すなわち、薄板Ｐ３に対して電極チップ１４から付与される主加圧力ＦＵは、厚板Ｐ１に対して電極チップ１６から付与される主加圧力ＦＬに比べて小さくなる。
【００２４】
ここで、主加圧力ＦＵと主加圧力ＦＬとが同じ大きさであったとすると、薄板Ｐ３は厚板Ｐ１，Ｐ２に比べて変形し易いことから、薄板Ｐ３と厚板Ｐ２との接合部αにおける接触面積が、厚板Ｐ１と厚板Ｐ２との接合部βにおける接触面積に比べて増大することになる。すなわち、薄板Ｐ３側の接合部αの抵抗が厚板Ｐ１側の接合部βの抵抗に比べて低下することから、接合部αの発熱量が接合部βの発熱量に比べて低下し、ナゲットが厚板Ｐ１側に偏ることから良好な溶接品質を得ることが困難であった。これに対し、本発明のスポット溶接ガン１０を用いた場合には、主加圧力ＦＵを主加圧力ＦＬよりも引き下げることができるため、薄板Ｐ３側の接合部αの接触面積を減少させることが可能となる。これにより、薄板Ｐ３側の接合部αの抵抗を増加させるとともに、接合部αの発熱量を増加させることができるため、ナゲットが厚板Ｐ１側に偏ることがなく良好な溶接品質を得ることが可能となる。
【００２５】
しかも、副加圧プレート１８によってワーク表面を加圧する際に、ガンアーム１５，１７を溶接ガン本体１３に対して移動させるようにしたので、電極チップ１４，１６によるワークＷの撓みを防止することが可能となる。これにより、ワーク表面に対して電極チップ１４，１６を垂直に押し当てることができ、スパッタや圧痕不良の発生を抑制することが可能となる。また、副加圧プレート１８の副加圧力Ｆαを調整することで、主加圧力ＦＵ，ＦＬの加圧力差を調整することができるため、高精度に主加圧力ＦＵ，ＦＬを制御することが可能となる。さらに、ワークＷの撓み反力を用いて主加圧力ＦＵ，ＦＬを調整する構成では無いため、パネルＰ１〜Ｐ２の剛性によって影響されることなく、主加圧力ＦＵ，ＦＬを調整することが可能となっている。また、副加圧プレート１８によって薄板Ｐ３が押さえられることから、薄板Ｐ３の湾曲変形を抑制することができ、この点からも、良好な溶接品質を得ることが可能となる。
【００２６】
前述の説明では、上方つまり電極チップ１４側に薄板Ｐ３が配置されているが、下方つまり電極チップ１６側に薄板Ｐ３が配置されていても良い。図６(ａ)〜(ｃ)はスポット溶接の手順を示す説明図である。図６(ａ)に示すように、溶接対象であるワークＷは、前述したワークＷの上下を反転させたものである。このように、ワークＷの下側に薄板Ｐ３が配置される場合には、副加圧プレート１８が薄板Ｐ３に対向する電極チップ１６側に位置するように、溶接ガン本体１３に対してガンアーム１５，１７を動作させる。そして、電極チップ１４，１６間にワークＷを挟み込むように、ロボットアーム１２はスポット溶接ガン１０を移動させる。続いて、図６(ｂ)に示すように、ガンアーム１５は、電極チップ１４が厚板Ｐ１の表面(ワークＷの一方面)に接触する溶接位置に達するまで、ガンアーム１７に近づく方向に移動する。同様に、ガンアーム１７は、電極チップ１６が薄板Ｐ３の表面(ワークＷの他方面)に接触する溶接位置に達するまで、ガンアーム１５に近づく方向に移動する。これにより、ワークＷの打点位置には、電極チップ１４から主加圧力ＦＵが加えられた状態となり、電極チップ１６から主加圧力ＦＬが加えられた状態となる。次いで、図６(ｃ)に示すように、溶接ガン本体１３に固定される副加圧プレート１８を薄板Ｐ３の表面(ワークＷの他方面)に押し付けるように、ロボットアーム１２は溶接ガン本体１３を上方に押し上げる。このとき、電極チップ１４，１６によってワークＷが撓むことの無いように、ガンアーム１５，１７は溶接ガン本体１３に対して下方に移動することになる。すなわち、ロボットアーム１２によって溶接ガン本体１３が押し上げられても、ワークＷに対するガンアーム１５，１７および電極チップ１４，１６の位置が変化することの無いようにサーボモータ１９，２０が制御される。このように、ワークＷの下側に薄板Ｐ３が配置される場合には、副加圧プレート１８によってワーク表面を下方から押し上げることにより、主加圧力ＦＬが主加圧力ＦＵよりも引き下げられる。これにより、ナゲットを厚板Ｐ１側に偏らせることなく、良好な溶接品質を得ることが可能となる。なお、ロボットアーム１２を回転させてスポット溶接ガン１０の上下を反転させることにより、下側に薄板Ｐ３が配置されるワークＷに対応させるようにしても良い。
【００２７】
続いて、本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガン(スポット溶接装置)５０について説明する。図７は本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガン５０の内部構造を示す概略図である。なお、図７において、図３に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図７に示すように、スポット溶接ガン５０は、ガンアーム１５，１７を平行移動させるようにした直動Ｘガンである。溶接ガン本体１３には、プーリ機構５１を介してサーボモータ(第１アクチュエータ)５２に連結されるボールネジ５３が設けられている。また、溶接ガン本体１３には、プーリ機構３３を介してサーボモータ(第２アクチュエータ)５５に連結されるボールネジ３１が設けられている。ボールネジ３０とボールネジ３１とは同軸上に配置されている。また、ガンアーム１５の基端部には、ボールネジ５３に結合するボールナット３４が設けられている。さらに、ガンアーム１７の基端部には、ボールネジ５６に結合するボールナット３６が設けられている。また、前述したスポット溶接ガン１０と同様に、ガンアーム１５，１７の基端部にはスライダ３８，３９が設けられており、スライダ３８，３９は直線状に伸びるガイドレール４０に摺動自在に装着されている。
【００２８】
サーボモータ１９を駆動してボールネジ５３を矢印Ａ１方向に回転させると、ガンアーム１５はガイドレール４０に沿いながら溶接位置に向けて矢印Ａ１方向に平行移動する。一方、サーボモータ１９を駆動してボールネジ５３を矢印Ａ２方向に回転させると、ガンアーム１５はガイドレール４０に沿いながら退避位置に向けて矢印Ａ２方向に平行移動する。また、サーボモータ２０を駆動してボールネジ５６を矢印Ｂ１方向に回転させると、ガンアーム１７はガイドレール４０に沿いながら溶接位置に向けて矢印Ｂ１方向に平行移動する。一方、サーボモータ２０を駆動してボールネジ５６を矢印Ｂ２方向に回転させると、ガンアーム１７はガイドレール４０に沿いながら退避位置に向けて矢印Ｂ２方向に平行移動する。また、副加圧プレート１８は、溶接ガン本体１３に固定されることから、ロボットアーム１２に連動して溶接ガン本体１３と共に移動することになる。このように、ガンアーム１５を駆動するサーボモータ１９と、ガンアーム１７を駆動するサーボモータ１９とを分離して配置するようにしたので、スポット溶接ガン５０の整備性を高めることが可能となっている。このような構造のスポット溶接ガン５０であっても、副加圧プレート１８の副加圧力Ｆαを調整することにより、電極チップ１４，１６から付与される主加圧力ＦＵ，ＦＬの加圧力差を調整することができ、前述したスポット溶接ガン１０と同様に、良好な溶接品質を得ることが可能となる。
【００２９】
続いて、本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガン(スポット溶接装置)６０について説明する。図８は本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガン６０の構造を示す概略図である。なお、図８において、図３に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図８に示すように、スポット溶接ガン６０は、ガンアーム６２，６３を揺動させるようにしたＸアームガンである。ロボットアーム１２に固定される溶接ガン本体６１には、先端に第１電極チップ１４を備えたガンアーム(第１アーム部材)６２と、先端に第２電極チップ１６を備えるガンアーム(第２アーム部材)６３とが揺動自在に設けられている。ガンアーム６２，６３は、溶接ガン本体６１の取付軸６４を中心に揺動自在となっている。また、溶接ガン本体６１には、ガンアーム６２の基端部に連結されるサーボ軸(第１アクチュエータ)６５が回動自在に設けられている。さらに、溶接ガン本体６１には、ガンアーム６３の基端部に連結されるサーボ軸(第２アクチュエータ)が回動自在に設けられている。サーボ軸６５，６６には図示しないサーボモータが組み込まれており、ロッド部材６５ａ，６６ａを進退移動させることが可能となっている。また、前述したスポット溶接ガン１０と同様に、ロボットアーム１２に固定される溶接ガン本体６１には、副加圧プレート１８が固定されている。
【００３０】
サーボ軸６５を駆動してロッド部材６５ａを矢印Ａ１方向に押し出すと、ガンアーム６２は溶接位置に向けて矢印Ａ１方向に揺動する。一方、サーボ軸６５を駆動してロッド部材６５ａを矢印Ａ２方向に引き込むと、ガンアーム６２は退避位置に向けて矢印Ａ２方向に揺動する。また、サーボ軸６６を駆動してロッド部材６６ａを矢印Ｂ１方向に押し出すと、ガンアーム６３は溶接位置に向けて矢印Ｂ１方向に揺動する。一方、サーボ軸６６を駆動してロッド部材６６ａを矢印Ｂ２方向に引き込むと、ガンアーム６３は退避位置に向けて矢印Ｂ２方向に揺動する。また、副加圧プレート１８は、溶接ガン本体６１に固定されることから、ロボットアーム１２に連動して溶接ガン本体６１と共に移動することになる。
【００３１】
このような構造のスポット溶接ガン６０であっても、副加圧プレート１８の副加圧力Ｆαを調整することにより、電極チップ１４，１６から付与される主加圧力ＦＵ，ＦＬの加圧力差を調整することができ、前述したスポット溶接ガン１０と同様に、良好な溶接品質を得ることが可能となる。なお、副加圧プレート１８によってワークＷを上方から押し下げる場合には、電極チップ１４，１６によってワークＷが撓むことの無いように、副加圧プレート１８の押し下げストロークに応じて、ガンアーム６２を矢印Ａ２方向に揺動させ、ガンアーム６３を矢印Ｂ１方向に揺動させることになる。一方、副加圧プレート１８によってワークＷを下方から押し上げる場合には、副加圧プレート１８の押し上げストロークに応じて、ガンアーム６２を矢印Ａ１方向に揺動させ、ガンアーム６３を矢印Ｂ２方向に揺動させることになる。
【００３２】
続いて、本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガン(スポット溶接装置)７０について説明する。図９は本発明の他の実施の形態であるスポット溶接ガン７０の構造を示す概略図である。なお、図９において、図７に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図９に示すように、スポット溶接ガン７０は、ガンアーム６２，６３を揺動させるようにしたＸアームガンである。また、ガンアーム６２，６３には、ガンアーム６２の基端部とガンアーム６３の基端部とを連結するサーボ軸(第１アクチュエータ)７１が取り付けられている。さらに、溶接ガン本体６１には、ガンアーム６２の基端部に連結されるサーボ軸(第２アクチュエータ)７２が回動自在に設けられている。サーボ軸７１，７２には図示しないサーボモータが組み込まれており、ロッド部材７１ａ，７２ａを進退移動させることが可能となっている。また、前述したように、溶接ガン本体６１には副加圧プレート１８が固定されている。
【００３３】
サーボ軸７１を駆動してロッド部材７１ａを矢印Ａ１方向に押し出すと、ガンアーム６２，６３が溶接位置に向けて矢印Ａ１方向に揺動する。一方、サーボ軸７１を駆動してロッド部材７１ａを矢印Ａ２方向に引き込むと、ガンアーム６２，６３は退避位置に向けて矢印Ａ２方向に揺動する。また、サーボ軸７２を駆動してロッド部材７２ａを矢印Ｂ１方向に押し出すと、ガンアーム６２，６３は互いの位置関係を維持したまま矢印Ｂ１方向に揺動する。一方、サーボ軸７２を駆動してロッド部材７２ａを矢印Ｂ２方向に引き込むと、ガンアーム６２，６３は互いの位置関係を維持したまま矢印Ｂ２方向に揺動する。また、副加圧プレート１８は、溶接ガン本体６１に固定されることから、ロボットアーム１２に連動して溶接ガン本体６１と共に移動することになる。
【００３４】
このような構造のスポット溶接ガン１０であっても、副加圧プレート１８の副加圧力Ｆαを調整することにより、電極チップ１４，１６から付与される主加圧力ＦＵ，ＦＬの加圧力差を調整することができ、前述したスポット溶接ガン１０と同様に、良好な溶接品質を得ることが可能となる。なお、副加圧プレート１８によってワークＷを上方から押し下げる場合には、電極チップ１４，１６によってワークＷが撓むことの無いように、副加圧プレート１８の押し下げストロークに応じて、サーボ軸７２によってガンアーム６２，６３を矢印Ｂ２方向に揺動させる。一方、副加圧プレート１８によってワークＷを下方から押し上げる場合には、副加圧プレート１８の押し上げストロークに応じて、サーボ軸７２によってガンアーム６２，６３を矢印Ｂ１方向に揺動させることになる。
【００３５】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、第１および第２アクチュエータとして、電動のサーボモータ１９，２０，５２，５５やサーボ軸６５，６６，７１，７２を用いているが、これに限られることはなく、油圧や空気圧で駆動されるアクチュエータを用いても良い。また、図９に示したスポット溶接ガン７０はＸアームガンであるが、図９に示した溶接ガン構造を、図３や図７に示した直動Ｘガンタイプのスポット溶接ガン１０，５０に対して適用しても良い。また、前述の説明では、電極チップ１４，１６によってワークＷを挟んだ後に、副加圧プレート１８をワーク表面に押し付けているが、これに限られることはなく、副加圧プレート１８をワーク表面に押し付けた後に、電極チップ１４，１６によってワークＷを挟んでも良い。また、同じタイミングで、電極チップ１４，１６によってワークＷを挟むとともに、副加圧プレート１８をワーク表面に押し付けても良い。
【００３６】
また、前述の説明では、３枚のパネルＰ１〜Ｐ３からなるワークＷを溶接対象としているが、これに限られることはなく、４枚以上のパネルからなるワークを溶接対象としても良い。さらに、前述の説明では、板厚の異なるパネルＰ１〜Ｐ３からなるワークＷを溶接対象としているが、これに限られることはなく、同じ板厚のパネルからなるワークを溶接対象としても良い。すなわち、同じ板厚であっても物性値としての電気抵抗が異なるパネルを組み合わせた場合には、発熱量が相違することから溶接品質を確保することが困難となるが、副加圧プレート１８を用いて主加圧力ＦＵ，ＦＬを相違させることにより、適切な溶接品質を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１０ スポット溶接ガン(スポット溶接装置)
１３ 溶接ガン本体
１４ 電極チップ(第１電極チップ)
１５ ガンアーム(第１アーム部材)
１６ 電極チップ(第２電極チップ)
１７ ガンアーム(第２アーム部材)
１８ 副加圧プレート(加圧部材)
１９ サーボモータ(第１アクチュエータ)
２０ サーボモータ(第２アクチュエータ)
５０ スポット溶接ガン(スポット溶接装置)
５２ サーボモータ(第１アクチュエータ)
５５ サーボモータ(第２アクチュエータ)
６０ スポット溶接ガン(スポット溶接装置)
６１ 溶接ガン本体
６２ ガンアーム(第１アーム部材)
６３ ガンアーム(第２アーム部材)
６５ サーボ軸(第１アクチュエータ)
６６ サーボ軸(第２アクチュエータ)
７０ スポット溶接ガン(スポット溶接装置)
７１ サーボ軸(第１アクチュエータ)
７２ サーボ軸(第２アクチュエータ)
Ｗ ワーク
Ｐ１〜Ｐ３ パネル
ＦＵ 主加圧力(加圧力)
ＦＬ 主加圧力(加圧力)
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚のパネルからなるワークを溶接するスポット溶接装置であって、
先端に第１電極チップを備え、前記ワークの一方面に前記第１電極チップを接触させる溶接位置と前記ワークの一方面から前記第１電極チップを離す退避位置とに動作する第１アーム部材と、
先端に第２電極チップを備え、前記ワークの他方面に前記第２電極チップを接触させる溶接位置と前記ワークの他方面から前記第２電極チップを離す退避位置とに動作する第２アーム部材と、
前記第１および第２アーム部材が動作自在に設けられる溶接ガン本体に固定される加圧部材とを有し、
前記溶接ガン本体を移動させて前記加圧部材を前記ワークの一方面または他方面に押し付け、前記ワークの一方面に対する前記第１電極チップの加圧力と前記ワークの他方面に対する前記第２電極チップの加圧力とを相違させることを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項２】
請求項１記載のスポット溶接装置において、
前記第１アーム部材に取り付けられ、前記第１アーム部材を溶接位置と退避位置との間で動作させる第１アクチュエータと、
前記第２アーム部材に取り付けられ、前記第２アーム部材を溶接位置と退避位置との間で動作させる第２アクチュエータとを有することを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項３】
請求項１記載のスポット溶接装置において、
前記第１および第２アーム部材に取り付けられ、前記第１および第２アーム部材を溶接位置と退避位置との間で動作させる第１アクチュエータと、
前記第１または第２アーム部材と前記溶接ガン本体とに取り付けられ、前記溶接ガン本体に対する前記第１および第２アーム部材の位置を変化させる第２アクチュエータとを有することを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のスポット溶接装置において、
前記第１および第２アーム部材は溶接位置と退避位置とに平行移動することを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のスポット溶接装置において、
前記第１および第２アーム部材は溶接位置と退避位置とに揺動することを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項１】
複数枚のパネルからなるワークを溶接するスポット溶接装置であって、
先端に第１電極チップを備え、前記ワークの一方面に前記第１電極チップを接触させる溶接位置と前記ワークの一方面から前記第１電極チップを離す退避位置とに動作する第１アーム部材と、
先端に第２電極チップを備え、前記ワークの他方面に前記第２電極チップを接触させる溶接位置と前記ワークの他方面から前記第２電極チップを離す退避位置とに動作する第２アーム部材と、
前記第１および第２アーム部材が動作自在に設けられる溶接ガン本体に固定される加圧部材とを有し、
前記溶接ガン本体を移動させて前記加圧部材を前記ワークの一方面または他方面に押し付け、前記ワークの一方面に対する前記第１電極チップの加圧力と前記ワークの他方面に対する前記第２電極チップの加圧力とを相違させることを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項２】
請求項１記載のスポット溶接装置において、
前記第１アーム部材に取り付けられ、前記第１アーム部材を溶接位置と退避位置との間で動作させる第１アクチュエータと、
前記第２アーム部材に取り付けられ、前記第２アーム部材を溶接位置と退避位置との間で動作させる第２アクチュエータとを有することを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項３】
請求項１記載のスポット溶接装置において、
前記第１および第２アーム部材に取り付けられ、前記第１および第２アーム部材を溶接位置と退避位置との間で動作させる第１アクチュエータと、
前記第１または第２アーム部材と前記溶接ガン本体とに取り付けられ、前記溶接ガン本体に対する前記第１および第２アーム部材の位置を変化させる第２アクチュエータとを有することを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のスポット溶接装置において、
前記第１および第２アーム部材は溶接位置と退避位置とに平行移動することを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のスポット溶接装置において、
前記第１および第２アーム部材は溶接位置と退避位置とに揺動することを特徴とするスポット溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７１１７２（Ｐ２０１３−７１１７２Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１３８２７（Ｐ２０１１−２１３８２７）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
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