スポット溶接装置およびスポット溶接方法
【課題】 パネルの中央部分へのインダイレクト溶接にも好適なダイレクト溶接ガンを提供する。
【解決手段】 軸心方向にアクチュエータ５により駆動される可動電極２と相対する固定電極３とで挾持したワークＷを加圧しつつスポット溶接するスポット溶接装置であり、前記可動電極２と固定電極３との軸心を一致させて正対するダイレクト溶接モードと、可動電極２若しくは固定電極３が相対的に移動されて可動電極２の先端に固定電極３が位置しないインダイレクト溶接モードとを切換可能とした。
【解決手段】 軸心方向にアクチュエータ５により駆動される可動電極２と相対する固定電極３とで挾持したワークＷを加圧しつつスポット溶接するスポット溶接装置であり、前記可動電極２と固定電極３との軸心を一致させて正対するダイレクト溶接モードと、可動電極２若しくは固定電極３が相対的に移動されて可動電極２の先端に固定電極３が位置しないインダイレクト溶接モードとを切換可能とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パネル類をスポット溶接するスポット溶接装置およびスポット溶接方法に関し、特に、共通の溶接ガンでダイレクト溶接とインダイレクト溶接とを兼用するに好適なスポット溶接装置およびスポット溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から共通の溶接ガンでダイレクト溶接とインダイレクト溶接とを兼用するスポット溶接装置は提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、ダイレクト溶接ガンの一方の電極チップに臨むワーク面に接続可能なインナ電極と、このインナ電極を必要に応じてワーク面から退避させるインナ電極駆動手段と、溶接ガンの他方の電極チップに当接すると共に絶縁材を介してワークを支承できるようにした下部電極とを備え、かつこの下部電極と前記インナ電極とを電気的に接続したインダイレクト電極装置をワークに配置して、共通のダイレクト溶接ガンによりダイレクト溶接とインダイレクト溶接とを兼用させるようにしたものである。
【特許文献１】特公平４−３６７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例では、インダイレクト溶接を行う場合であっても対向する一対の電極チップを備えるインダイレクト溶接ガンを用い、その一対の電極チップにより下部電極、ゲージおよびワークを挟んで溶接するものであるため、インダイレクト溶接の箇所がパネルの縁部分に近い領域に限定され、溶接ガンの一対の電極チップで挟めないパネルの中央部分等のインダイレクト溶接には、専用のインダイレクト溶接ガンが用いられていた。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、パネルの中央部分へのインダイレクト溶接にも好適なダイレクト溶接ガンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、軸心方向にアクチュエータにより駆動される可動電極と相対する固定電極とで挾持したワークを加圧しつつスポット溶接するスポット溶接装置であり、前記可動電極と固定電極との軸心を一致させて正対するダイレクト溶接モードと、可動電極若しくは固定電極が相対的に移動されて可動電極の先端に固定電極が位置しないインダイレクト溶接モードとを切換可能とした。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本発明では、可動電極と固定電極との軸心を一致させて正対するダイレクト溶接モードと、可動電極若しくは固定電極が相対的に移動されて可動電極の先端に固定電極が位置しないインダイレクト溶接モードとを切換可能としたため、インダイレクト溶接を行う場合であっても対向する一対の電極チップを備えるインダイレクト溶接ガンを用いる場合におけるパネルの中央部分へのインダイレクト溶接を好適に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明のスポット溶接装置およびスポット溶接方法を各実施形態に基づいて説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１〜図１０は、本発明を適用したスポット溶接装置およびスポット溶接方法の第１実施形態を示し、図１はスポット溶接ガンの側面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は溶接インバータの二次配線の配線図、図４は二次配線切換ユニットの概略図、図５はインダイレクト溶接状態の説明図、図６はワークへのインダイレクト溶接状態の説明図、図７は図６でのワーク状態を示す断面図、図８はダイレクト溶接状態の説明図、図９はワークへのダイレクト溶接状態の説明図、図１０は図９でのワーク状態を示す断面図である。
図１および図２において、本実施形態のスポット溶接装置におけるスポット溶接ガン１は、一対の対向配置された電極チップ２、３を備え、一方の電極チップ２はガン本体４に設けたサーボモータ５により軸方向に移動可能であり且つサーボモータ５により位置決めされる可動電極を構成し、他方の電極チップ３はガン本体４に揺動可能に軸支持された可動アーム６の先端に固定された固定電極を構成する。前記ガン本体４は、多軸駆動になる溶接ロボットのアームＡＭの先端に固定される。
【００１０】
前記可動アーム６は、固定電極３を前記可動電極２に正対させるダイレクト位置（図示の実線位置）と、固定電極３を可動電極２に正対する位置から退避させたインダイレクト位置（図示の破線位置）との間で移動可能にガン本体４に軸支持７されている。前記可動アーム６は、ガン本体４に設けた空圧シリンダ８のピストンロット８Ａを伸長させることにより、図中時計方向に揺動してガン本体４に設けたストッパ４Ａに当接することでダイレクト位置に位置決めされ、空圧シリンダ８のピストンロッド８Ａを収縮させることにより破線で示すインダイレクト位置に位置決めされるよう構成している。
【００１１】
前記可動アーム６は、図２に示すように、ガン本体４を跨ぐ二又状の基部を備え、可動電極２を駆動するサーボモータ５の作用軸に直交する軸７に揺動可能に支持され、図１に示すように、ダイレクト位置に位置決めされた場合に、軸７と可動電極２および固定電極３は同一軸線上に位置するよう配列している。このため、ダイレクト溶接時に、例えば、サーボモータ５からの４×１０4Ｎ程度の加圧力が可動電極２と固定電極３との間に作用しても、空圧シリンダ８に反力を作用させることがなく、可動アーム６は揺動することなく固定電極３をそのダイレクト位置に保持し続けることができる。この軸７の位置は、可動電極２と固定電極３を結ぶ作用線に対してストッパ４Ａが配置されている側とは反対側（図１では、左側）に位置させてもよく、この場合には、上記溶接荷重はストッパ４Ａと軸７とにより受持つことができ、空圧シリンダ８にも反力が作用しない。従って、ダイレクト溶接時においては、溶接荷重はガン本体４の内力となり、溶接ロボットの各軸には作用することがない。
【００１２】
また、可動アーム６がインダイレクト位置に位置決めされる場合には、固定電極３はガン本体４の横に退避され、可動電極２のみがガン本体４より突出された状態となる。このため、サーボモータ５を作動させて可動電極２を突出させてワークＷに押当て、図示しないインナ電極との間で溶接電流を流すことによりインダイレクト溶接が可能となる。インダイレクト溶接においては、サーボモータ５からの溶接荷重は、例えば、３×１０2Ｎ程度であり、この溶接荷重はガン本体４を介して溶接ロボットの各軸に作用し、各軸により受持たれる。
【００１３】
図３は、本実施形態における溶接インバータ９の二次配線を示し、一対の電極２、３とインナ電極１０との間に配線される。そして、ダイレクト溶接時には、一対の電極２、３間で溶接電流が流され、インダイレクト溶接時には、可動電極２とインナ電極１０との間で溶接電流が流される。固定電極３とインナ電極１０との間の二次配線の切換は、溶接インバータ９に付属させた二次配線切換ユニット１１により行われる。前記二次配線切換ユニット１１は、図４に示すように、固定電極３に接続した端子３Ａとインナ電極１０に接続した端子１０Ａとが配列されており、その間に二次配線の一方の出力端に接続されている切換素子９Ａを設け、この切換素子９Ａをモータ等のアクチュエータ１２により、ダイレクト溶接時には固定電極３側の端子３Ａに接続させ、インダイレクト溶接時にはインナ電極１０側の端子１０Ａに接続させるよう切換えるよう構成している。アクチュエータ１２としては、前記可動アーム６への図示しない空圧供給バルブのアクチュエータに連動させてもよい。
【００１４】
図５〜７は、インダイレクト溶接モードでの溶接要領を示すものであり、固定電極３は可動アーム６と共に空圧シリンダ８により可動電極２の先端側から退避したインダイレクト位置にあり、二次配線切換ユニット１１により二次配線の一方は固定電極３からインナ電極１０に切換えられる。そして、インダイレクト溶接箇所に溶接ロボットによりスポット溶接ガン１を位置決めして、サーボモータ５を駆動して可動電極２をワークＷに押当ててインダイレクト溶接がなされる。溶接電流は溶接インバータ９の二次回路から溶接ガン１の可動電極２に流れ、溶接箇所に接合したワークＷ同士を溶接した後、ワークＷを流れてインナ電極１０を介して二次配線切換ユニット１１の端子１０Ａから切換素子９Ａを介して溶接インバータ９の二次回路へと流れる。
【００１５】
前記インダイレクト溶接時においては、固定電極３が可動アーム６と共にインダイレクト位置に退避されているため、溶接ガン１をワークＷと干渉させることなく移動可能であり、ワークＷの周縁部分は勿論であるが、中央部分であってもインダイレクト溶接することができる。しかも、固定電極３および可動アーム６がインダイレクト位置に退避しているため、溶接ガン１をワークＷ表面に沿って任意に移動させることができ、溶接ガン１を移動および位置決めする溶接ロボットの移動軌跡を単純化でき、シミュレーションが容易であり、その作業速度を速めてサイクルタイムを短縮できる。
【００１６】
このインダイレクト溶接における加圧力（溶接荷重）は、ダイレクト溶接における加圧力に対して５〜１０％の３×１０2Ｎ程度であり、ダイレクト溶接時の加圧力からサーボモータ５の駆動力制御により任意に変更および調整が可能となっている。また、インダイレクト溶接時の溶接電流は、溶接インバータ９を制御することで、容易に調節することができる。
【００１７】
図８〜図１０は、ダイレクト溶接モードでの溶接要領を示すものであり、固定電極３は可動アーム６と共に空圧シリンダ８により可動電極２の先端側に位置したダイレクト位置に切換えられており、二次配線ユニット１１により二次配線の一方はインナ電極１０から固定電極３に切換えられる。そして、ダイレクト溶接箇所に溶接ロボットによりスポット溶接ガン１を位置決めして、サーボモータ５を駆動して可動電極２と固定電極３とによりワークＷを挟んでダイレクト溶接がなされる。溶接電流は溶接インバータ９の二次回路から溶接ガン１の可動電極２に流れ、溶接箇所に接合したワークＷ同士を溶接した後、固定電極３を介して二次配線切換ユニット１１の端子３Ａから切換素子９Ａを介して溶接インバータ９の二次回路へと流れる。
【００１８】
前記ダイレクト溶接時においては、固定電極３が可動アーム６と共にダイレクト位置に位置されるため、電極２、３間にワークＷを挟んで通常通りスポット溶接することができる。このダイレクト溶接における加圧力（溶接荷重）は、インダイレクト溶接における加圧力に対して１０〜２０倍の４×１０4Ｎ程度であり、インダイレクト溶接時の加圧力からサーボモータ５の駆動力制御により任意に増加および調整が可能である。また、ダイレクト溶接時の溶接電流は、溶接インバータ９を制御することで、容易に増加させて調節することができる。
【００１９】
以上に説明したように、本実施形態におけるスポット溶接ガン１においては、固定電極３を可動アーム６と共に、可動電極２と正対するダイレクト位置と、可動電極２に正対する位置から退避させたインダイレクト位置とを切換えて使用可能であることから、ワークＷの部位に応じてダイレクト溶接モードとインダイレクト溶接モードとを一つのスポット溶接ガン１により行うことができる。従って、夫々専用の溶接ガンを必要としないため、インダイレクト溶接とダイレクト溶接とが混在するワークＷにおいても、効率的に溶接することができ、サイクルタイムの短縮を図ることができると共に、一つのスポット溶接ガン１により溶接できるため、溶接設備の簡素化および低コスト化が可能となる。
【００２０】
また、インダイレクト溶接時の加圧力（溶接荷重）とダイレクト溶接時の加圧力（溶接荷重）とは、大幅に異なるが、可動電極２をサーボモータ５により駆動するものであるため、サーボモータ５の駆動電力をインダイレクト溶接時とダイレクト溶接時とで異なるように調整することで各溶接条件に適した溶接荷重を付与することができ、溶接品質を向上させることができる。
【００２１】
しかも、インダイレクト溶接時には可動電極２とインナ電極１０との間でワークＷに溶接電流を流すようにする一方、ダイレクト溶接時には可動電極２と固定電極３との間でワークＷに溶接電流を流すように、二次配線を切換えるものであるため、各溶接に最適な溶接電流となるように、溶接インバータ９を制御することで、各溶接条件に適した溶接電流を付与でき、溶接品質を向上させることができる。しかも、前記した溶接荷重の付与と組合わせることで、各溶接品質をより一層向上させることができる。また、二次配線の切換を二次配線切換ユニット１１により各溶接時における二次配線回路を自動的に切換えるものであるため、インダイレクト溶接時とダイレクト溶接時との間での溶接状態の切換えが容易となる。
【００２２】
さらに、インダイレクト溶接とダイレクト溶接とを固定電極３および可動アーム６を揺動させて切換えるものであるため、精密な機器であるサーボモータ５を動かすことなく切換ができ、可動電極２を基準にインダイレクト溶接とダイレクト溶接ができ、故障等に対する信頼性および溶接品質に対する信頼性を向上できる。
【００２３】
また、可動アーム６および固定電極３の揺動中心は、可動電極２の作用軸に直交するか或いは可動アーム６のストッパ４Ａが配置される側から離して配置しているため、ダイレクト溶接時の溶接荷重を内力とでき、可動アーム６をダイレクト位置に保持するアクチュエータ８の出力を低減させることができる。
【００２４】
なお、上記実施形態において、可動アーム６のインダイレクト位置として、ワークＷに対する逃げ部を後退させる方向に回動させた位置とするものについて説明したが、図示はしないが、この回動させる軸のみをサーボモータ５軸回りに９０度回転させて、図１に対して直交するよう配置し、この軸回りに固定電極３および可動アーム６を回動させてこれらがサーボモータ５の横方向に位置する状態のインダイレクト位置としてもよい。このようにすると、固定電極３および可動アーム６がサーボモータ５と直交するまで退避させることができ、インダイレクト溶接時におけるワークＷとの干渉をより一層回避させることができ、インダイレクト溶接の作業効率を向上できる。
【００２５】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２６】
（ア）軸心方向にアクチュエータ５により駆動される可動電極２と相対する固定電極３とで挾持したワークＷを加圧しつつスポット溶接するスポット溶接装置であり、前記可動電極２と固定電極３との軸心を一致させて正対するダイレクト溶接モードと、可動電極２若しくは固定電極３が相対的に移動されて可動電極２の先端に固定電極３が位置しないインダイレクト溶接モードとを切換可能とした。このため、インダイレクト溶接を行う場合であっても対向する一対の電極チップ２、３を備えるインダイレクト溶接ガン１を用いてパネルの中央部分へのインダイレクト溶接を好適に行うことができる。
【００２７】
（イ）可動電極２を軸心方向に駆動するアクチュエータ５は、ワークＷへの加圧力を制御可能なサーボモータ５により構成しているため、電流値の調整のみで溶接条件を調整してきたインダイレクト溶接の溶接条件に加圧力を組み合わせることができ、幅広い溶接条件に対応が可能となる。
【００２８】
（ウ）スポット溶接装置は、ダイレクト溶接モードにおいて可動電極２と固定電極３との間に溶接電流を流通させ、インダイレクト溶接モードにおいて可動電極２とインナ電極１０との間に溶接電流を流通させる二次配線切換ユニット１１を備えるため、ダイレクト溶接モードとインダイレクト溶接モードとの切換えに応じて自動的に二次配線を切換えることができる。
【００２９】
（エ）固定電極３は、溶接ガン１の本体４に対して揺動可能に支持された可動アーム６に配置され、前記可動アーム６はダイレクト溶接モードで固定電極３を可動電極２に正対させるダイレクト位置とインダイレクト溶接モードで固定電極３を可動電極２の先端側から退避させたインダイレクト位置とを切換え可能としているため、可動電極２の精密な位置決めおよび加圧力を制御する機器であるサーボモータ５を移動させることなくダイレクト溶接モードとインダイレクト溶接モードに切換え可能であり、溶接品質の信頼性を維持できる。
【００３０】
（第２実施形態）
図１１は、本発明を適用したスポット溶接装置の第２実施形態を示す概略構成図である。本実施形態においては、可動電極を揺動させることによりインダイレクト溶接とダイレクト溶接とを切換可能としたものである。なお、第１実施形態と同一装置、同一部品には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００３１】
図１１に示す本実施形態のスポット溶接ガン１Ａにおいては、固定電極３はガン本体４に対して移動しないよう固定されているのに対して、可動電極２がサーボモータ５を含めてガン本体４に対して揺動可能に配置されており、サーボモータ５を含めてシリンダ１５により可動電極２の駆動軸を揺動させて、固定電極３に可動電極２を正対させて位置決めすることによりダイレクト溶接が実行可能であり、固定電極３に正対させることなく、破線図示のように、揺動させた位置でシリンダ１５によりガン本体４に位置決めすることによりインダイレクト溶接を実行可能としている。
【００３２】
このスポット溶接ガン１Ａにおいては、実線図示の状態でガン本体４の軸を基準として、ダイレクト溶接させる構成は第１実施形態と同様であるが、インダイレクト溶接に際しては、サーボモータ５および可動電極２の作用軸を破線図示のように揺動させて位置決めするため、揺動させたサーボモータ５の作用軸を基準軸として、溶接ロボットの軸を座標変換して、可動電極２をワークＷに正対させる必要がある。従って、スポット溶接ガン１Ａのガン本体４が前記座標変換により回動させて、可動電極２およびサーボモータ５の軸がワークＷに直角となるようにされる。サーボモータ５および可動電極２の作用軸のスイング量は、固定電極３および固定アーム６ＡがワークＷと干渉しない程度にスイングさせればよいものであり、サーボモータ５および可動電極２のガン本体４よりの突出量に応じて前記スイング量は小さく設定することができる。なお、二次配線切換ユニット１１のアクチュエータとしては、前記シリンダ１５への図示しない空圧供給バルブのアクチュエータに連動させるようにすると、第１実施形態と同様に、切換作動させることができる。
【００３３】
本実施形態のスポット溶接ガン１Ａにおいても、可動電極２をサーボモータ５と共に、固定電極３と正対するダイレクト位置と、固定電極３に正対する位置から退避させたインダイレクト位置とを切換えて使用可能であることから、ワークＷの部位に応じてダイレクト溶接モードとインダイレクト溶接モードとを一つのスポット溶接ガン１Ａにより行うことができる。従って、夫々専用の溶接ガンを必要としないため、インダイレクト溶接とダイレクト溶接とが混在するワークＷにおいても、効率的に溶接することができ、サイクルタイムの短縮を図ることができると共に、一つのスポット溶接ガン１Ａにより溶接できるため、溶接設備の簡素化および低コスト化が可能となる。
【００３４】
また、インダイレクト溶接時の加圧力（溶接荷重）とダイレクト溶接時の加圧力（溶接荷重）とは、大幅に異なるが、可動電極２をサーボモータ５により駆動するものであるため、サーボモータ５の駆動電力をインダイレクト溶接時とダイレクト溶接時とで異なるように調整することで各溶接条件に適した溶接荷重を付与することができ、溶接品質を向上させることができる。
【００３５】
しかも、インダイレクト溶接時には可動電極２とインナ電極１０との間でワークＷに溶接電流を流すようにする一方、ダイレクト溶接時には可動電極２と固定電極３との間でワークＷに溶接電流を流すように、二次配線を切換えるものであるため、各溶接に最適な溶接電流となるように、溶接インバータ９を制御することで、各溶接条件に適した溶接電流を付与でき、溶接品質を向上させることができる。しかも、前記した溶接荷重の付与と組合わせることで、各溶接品質をより一層向上させることができる。
【００３６】
さらに、インダイレクト溶接とダイレクト溶接とは、小型軽量なサーボモータ５をスイングさせることで切換えるため、切換用のシリンダ１５を小型化させることができる。
【００３７】
なお、上記実施形態において、可動電極２およびサーボモータ５のインダイレクト位置として、固定電極３を支持するアーム６Ａが存在する側とは反対側に回動させた位置とするものについて説明したが、図示はしないが、固定電極３およびアーム６Ａが存在する面内に回動軸を配置して、可動電極２およびサーボモータ５をこれらの面に直交する方向に突出させた位置をインダイレクト位置としてもよい。このようにすると、固定電極３およびアーム６Ａをサーボモータ５と直交させることができ、インダイレクト溶接時におけるワークＷとの干渉をより一層回避させることができ、インダイレクト溶接の作業効率を向上できる。
【００３８】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（ウ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００３９】
（オ）可動電極２およびアクチュエータ５は、溶接ガン１Ａの本体４に対して揺動可能に支持され、前記可動電極２はダイレクト溶接モードで固定電極３に正対させるダイレクト位置とインダイレクト溶接モードで固定電極３の先端側から退避させたインダイレクト位置とで切換え可能とされるため、インダイレクト溶接モードとダイレクト溶接モードとは、小型軽量なサーボモータ５をスイングさせることで切換えでき、切換用のシリンダ１５を小型化させることができる。
【００４０】
（第３実施形態）
図１２は、本発明を適用したスポット溶接装置の第３実施形態を示す概略構成図である。本実施形態においては、可動電極および／または固定電極を円弧状に移動可能にガン本体に配置し、可動電極と固定電極との円弧状の間隔を大きくすることでインダイレクト溶接を可能とし、両者の円弧状の間隔を狭くした状態でダイレクト溶接を可能とするものである。なお、第１および第２実施形態と同一装置、部品には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００４１】
図１２に示す本実施形態のスポット溶接ガン１Ｂにおいては、可動電極２と固定電極３とは同一円弧上に配置され、いずれか一方の電極２、３が他方の電極３、２に対して円弧状に移動可能とされている。図示例では、可動電極２が図示しないサーボモータにより固定電極３に対して円弧状に接近離脱可能に配置されている。そして、実線で示すように、可動電極２を固定電極３に対して遠ざけた位置において可動電極２と図示しないインナ電極１０との間でインダイレクト溶接が可能とされ、破線で示すように、可動電極２を円弧状に前進させて固定電極３に接近させることにより固定電極３と可動電極２とでワークＷを挟んでダイレクト溶接が行なえるようにしている。前記インダイレクト溶接においては、実線で示す位置において、可動電極２がワークＷに正対する座標において、ガン本体４の姿勢を保持してインダイレクト溶接が行われるよう溶接ロボットの各軸が制御される。また、前記ダイレクト溶接においては、破線で示す位置において、可動電極２と固定電極３とがワークＷを挟んで正対する座標において、ガン本体４の姿勢を保持してダイレクト溶接が行われるよう溶接ロボットの各軸が制御される。このため、インダイレクト溶接時とダイレクト溶接時とで、溶接ロボットの軸制御を変更する必要がある。
【００４２】
なお、上記実施例では、可動電極２のみを円弧状にサーボモータにより駆動するものについて説明しているが、図示しないが、可動電極２のサーボモータによる駆動は予め設定した円弧範囲とする一方、固定電極３をインダイレクト溶接時とダイレクト溶接時とで円弧上の位置を変更することにより切換えるようにしてもよい。この場合には、固定電極３を可動電極２から円弧状に後退させることによりインダイレクト溶接が可能となり、また、固定電極３を可動電極２に接近させた所定の位置に固定させることによりダイレクト溶接が可能となる。この方法では、ガン本体４の姿勢が、インダイレクト溶接時とダイレクト溶接時とで変化しないため、溶接ロボットの軸制御をインダイレクト溶接字とダイレクト溶接時とで変更する必要がない。
【００４３】
前記可動電極２および／または固定電極３の円弧状での移動は、電極２、３を支持する円弧状部材１６にラック１７を形成し、ガン本体４にこのラック１７に噛合うピニオン１８を配置し、ピニオン１８をサーボモータなどで駆動することにより、夫々円弧状に移動させることができる。
【００４４】
本実施形態でも、第２実施形態と同様に、加圧力をサーボモータで制御可能であり、且つ、二次配線切換ユニット１１により固定電極３とインナ電極１０とを切換えることができる。
【００４５】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（ウ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。
【００４６】
（カ）可動電極２および固定電極３は、同一円弧上に配置され、両電極２、３の間隔を拡大させたインダイレクト位置と両電極２、３を接近させたダイレクト位置とで切換え可能とされるため、インダイレクト溶接モードとダイレクト溶接モードとの切換えと両溶接モードでの加圧力調整を一つのモータで実行でき、軽量なスポット溶接ガン１Ｂを構成することができる。
【００４７】
（第４実施形態）
図１３〜図１５は、本発明を適用したスポット溶接装置の第４実施形態を示す概略構成図である。本実施形態においては、インダイレクト溶接時に溶接電流が流されるインナ電極をガン本体に配置したものである。なお、第１ないし第３実施形態と同一装置、部品には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００４８】
図１３および図１４に示す本実施形態のスポット溶接ガン１Ｃにおいては、可動電極２およびそれを駆動するサーボモータ５に隣接させて、インナ電極１０Ａおよびインナ電極１０Ａを駆動するアクチュエータ２０を、その作用軸が概略平行となるようガン本体４に配置する構成としている。また、ガン本体４には、第１実施形態における可動アーム６および固定電極３を備えるよう構成している。そして、ワークＷに接触させて配置するインナ電極１０は廃止され、上記インナ電極１０Ａと固定電極３との間に二次配線が配線され、二次配線切換ユニット１１によりいずれかが切換えて使用される。なお、可動電極２を駆動するサーボモータ５や二次配線切換ユニット１１等の構成は第１実施形態と同様に備える。
【００４９】
このスポット溶接ガン１Ｃによるダイレクト溶接時においては、インナ電極１０Ａは退避位置に後退しており、可動アーム６および固定電極３が図示しない空圧シリンダ８によりダイレクト位置に位置決めされ、可動電極２と固定電極３との間でワークＷを挟んでスポット溶接がなされる。
【００５０】
また、インダイレクト溶接時においては、固定電極３および可動アーム６が空圧シリンダ８によりインダイレクト位置に位置決めされ、インナ電極１０Ａはアクチュエータ２０により前進駆動されて他方のパネルＷ２に接触される。可動電極２はインダイレクト溶接部の一方のパネルＷ１に接触され、一方のパネルＷ１は溶接されるべき他方のパネルＷ２と接触している。そして、可動電極２とインナ電極１０Ａとの間で溶接電流を流すことで一方のパネルＷ１と他方のパネルＷ２とがインダイレクト溶接される。なお、インナ電極１０Ａは前記溶接されるべき他方のパネルＷ２に効果的に接触するよう、一方のパネルＷ１表面に接触される可動電極２から予め設定した距離だけ離して配置される。
【００５１】
図１５は、ガン本体４に配置するインナ電極１０Ａと可動電極２との間隔をスライド機構２１により調整可能としたものである。この構成によれば、可動電極２が接する一方のパネルＷ１の縁からパネルＷ１内方の位置に打点を移してインダイレクト溶接する場合においても、両電極２、１０Ａ間の間隔を大きくすることにより、他方のパネルＷ２表面にインナ電極１０Ａを接触させ続けることが可能となり、インダイレクト溶接の適用範囲を、一方のパネルＷ１の縁周辺に限定されることがない。
【００５２】
なお、上記実施形態では、固定電極３および可動アーム６をダイレクト位置若しくはインダイレクト位置に位置決めすることにより、ダイレクト溶接とインダイレクト溶接とを切換可能とするものについて説明しているが、図示しないが、第２実施形態に示すように、可動電極２およびサーボモータ５をガン本体４に対してダイレクト位置とインダイレクト位置とに位置決めするスポット溶接ガン１Ａに適用する場合であってもよく、その場合には、インナ電極１０Ａおよびアクチュエータ２０は、可動電極２およびサーボモータ５と共にダイレクト位置とインダイレクト位置とに位置決めするようにすればよい。また、第３実施形態のスポット溶接ガン１Ｂに適用する場合においては、可動電極２に隣接してインナ電極１０Ａを配置するようにすればよい。
【００５３】
また、上記実施形態においては、インナ電極１０Ａはガン本体４の可動アーム６とは反対側に配置するものについて説明しているが、図示しないが、例えば、可動アーム６が配置されている方向とは直交する方向にガン本体４から突出させて配置することもでき、可動アーム６が配置されている側を除いていずれの方向に配置してもよく、また、複数のインナ電極１０Ａをガン本体４の周囲に配置していずれか一つを選択してインナ電極１０Ａとして利用するものであってもよい。
【００５４】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（エ）、第２実施形態における効果（オ）および第３実施形態における効果（カ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。
【００５５】
（キ）可動電極２およびアクチュエータ５は、隣接した位置にインナ電極１０Ａおよびインナ電極１０Ａを軸心方向に駆動するアクチュエータ２０とを備えるため、インナ電極１０Ａに対する二次配線を可動電極２に対する二次配線と同様に行え、ダイレクト溶接およびインダイレクト溶接時にインナ電極１０Ａに対する二次配線と干渉させることなくスポット溶接を行うことができる。
【００５６】
（ク）インナ電極１０Ａおよびそのアクチュエータ２０は、前記可動電極２およびそのアクチュエータ５に対する間隔が調整可能であるため、インダイレクト溶接の適用範囲を、一方のパネルＷ１の縁周辺に限定されることがない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態を示すスポット溶接装置の概略側面図。
【図２】同じく図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】溶接インバータの二次配線の配線図。
【図４】二次配線切換ユニットの概略図。
【図５】インダイレクト溶接状態の説明図。
【図６】ワークへのインダイレクト溶接状態の説明図。
【図７】図６でのワーク状態を示す断面図。
【図８】ダイレクト溶接状態の説明図。
【図９】ワークへのダイレクト溶接状態の説明図。
【図１０】図９でのワーク状態を示す断面図。
【図１１】本発明の第２実施形態を示すスポット溶接装置の概略側面図。
【図１２】本発明の第３実施形態を示すスポット溶接装置の概略側面図。
【図１３】本発明の第４実施形態を示すスポット溶接装置によるインダイレクト溶接状態を示す概略側面図。
【図１４】本発明の第４実施形態を示すスポット溶接装置によるダイレクト溶接状態を示す概略側面図。
【図１５】同じく第４実施形態におけるインナ電極と可動電極との相対位置を変更可能とした実施例の概略構成図。
【符号の説明】
【００５８】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ スポット溶接ガン
２ 可動電極
３ 固定電極
４ ガン本体
５ アクチュエータとしてのサーボモータ
６ 可動アーム
７ 軸
８ アクチュエータとしての空圧シリンダ
９ 溶接インバータ
１０ インナ電極
１１ 二次配線切換ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パネル類をスポット溶接するスポット溶接装置およびスポット溶接方法に関し、特に、共通の溶接ガンでダイレクト溶接とインダイレクト溶接とを兼用するに好適なスポット溶接装置およびスポット溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から共通の溶接ガンでダイレクト溶接とインダイレクト溶接とを兼用するスポット溶接装置は提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、ダイレクト溶接ガンの一方の電極チップに臨むワーク面に接続可能なインナ電極と、このインナ電極を必要に応じてワーク面から退避させるインナ電極駆動手段と、溶接ガンの他方の電極チップに当接すると共に絶縁材を介してワークを支承できるようにした下部電極とを備え、かつこの下部電極と前記インナ電極とを電気的に接続したインダイレクト電極装置をワークに配置して、共通のダイレクト溶接ガンによりダイレクト溶接とインダイレクト溶接とを兼用させるようにしたものである。
【特許文献１】特公平４−３６７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例では、インダイレクト溶接を行う場合であっても対向する一対の電極チップを備えるインダイレクト溶接ガンを用い、その一対の電極チップにより下部電極、ゲージおよびワークを挟んで溶接するものであるため、インダイレクト溶接の箇所がパネルの縁部分に近い領域に限定され、溶接ガンの一対の電極チップで挟めないパネルの中央部分等のインダイレクト溶接には、専用のインダイレクト溶接ガンが用いられていた。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、パネルの中央部分へのインダイレクト溶接にも好適なダイレクト溶接ガンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、軸心方向にアクチュエータにより駆動される可動電極と相対する固定電極とで挾持したワークを加圧しつつスポット溶接するスポット溶接装置であり、前記可動電極と固定電極との軸心を一致させて正対するダイレクト溶接モードと、可動電極若しくは固定電極が相対的に移動されて可動電極の先端に固定電極が位置しないインダイレクト溶接モードとを切換可能とした。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本発明では、可動電極と固定電極との軸心を一致させて正対するダイレクト溶接モードと、可動電極若しくは固定電極が相対的に移動されて可動電極の先端に固定電極が位置しないインダイレクト溶接モードとを切換可能としたため、インダイレクト溶接を行う場合であっても対向する一対の電極チップを備えるインダイレクト溶接ガンを用いる場合におけるパネルの中央部分へのインダイレクト溶接を好適に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明のスポット溶接装置およびスポット溶接方法を各実施形態に基づいて説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１〜図１０は、本発明を適用したスポット溶接装置およびスポット溶接方法の第１実施形態を示し、図１はスポット溶接ガンの側面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は溶接インバータの二次配線の配線図、図４は二次配線切換ユニットの概略図、図５はインダイレクト溶接状態の説明図、図６はワークへのインダイレクト溶接状態の説明図、図７は図６でのワーク状態を示す断面図、図８はダイレクト溶接状態の説明図、図９はワークへのダイレクト溶接状態の説明図、図１０は図９でのワーク状態を示す断面図である。
図１および図２において、本実施形態のスポット溶接装置におけるスポット溶接ガン１は、一対の対向配置された電極チップ２、３を備え、一方の電極チップ２はガン本体４に設けたサーボモータ５により軸方向に移動可能であり且つサーボモータ５により位置決めされる可動電極を構成し、他方の電極チップ３はガン本体４に揺動可能に軸支持された可動アーム６の先端に固定された固定電極を構成する。前記ガン本体４は、多軸駆動になる溶接ロボットのアームＡＭの先端に固定される。
【００１０】
前記可動アーム６は、固定電極３を前記可動電極２に正対させるダイレクト位置（図示の実線位置）と、固定電極３を可動電極２に正対する位置から退避させたインダイレクト位置（図示の破線位置）との間で移動可能にガン本体４に軸支持７されている。前記可動アーム６は、ガン本体４に設けた空圧シリンダ８のピストンロット８Ａを伸長させることにより、図中時計方向に揺動してガン本体４に設けたストッパ４Ａに当接することでダイレクト位置に位置決めされ、空圧シリンダ８のピストンロッド８Ａを収縮させることにより破線で示すインダイレクト位置に位置決めされるよう構成している。
【００１１】
前記可動アーム６は、図２に示すように、ガン本体４を跨ぐ二又状の基部を備え、可動電極２を駆動するサーボモータ５の作用軸に直交する軸７に揺動可能に支持され、図１に示すように、ダイレクト位置に位置決めされた場合に、軸７と可動電極２および固定電極３は同一軸線上に位置するよう配列している。このため、ダイレクト溶接時に、例えば、サーボモータ５からの４×１０4Ｎ程度の加圧力が可動電極２と固定電極３との間に作用しても、空圧シリンダ８に反力を作用させることがなく、可動アーム６は揺動することなく固定電極３をそのダイレクト位置に保持し続けることができる。この軸７の位置は、可動電極２と固定電極３を結ぶ作用線に対してストッパ４Ａが配置されている側とは反対側（図１では、左側）に位置させてもよく、この場合には、上記溶接荷重はストッパ４Ａと軸７とにより受持つことができ、空圧シリンダ８にも反力が作用しない。従って、ダイレクト溶接時においては、溶接荷重はガン本体４の内力となり、溶接ロボットの各軸には作用することがない。
【００１２】
また、可動アーム６がインダイレクト位置に位置決めされる場合には、固定電極３はガン本体４の横に退避され、可動電極２のみがガン本体４より突出された状態となる。このため、サーボモータ５を作動させて可動電極２を突出させてワークＷに押当て、図示しないインナ電極との間で溶接電流を流すことによりインダイレクト溶接が可能となる。インダイレクト溶接においては、サーボモータ５からの溶接荷重は、例えば、３×１０2Ｎ程度であり、この溶接荷重はガン本体４を介して溶接ロボットの各軸に作用し、各軸により受持たれる。
【００１３】
図３は、本実施形態における溶接インバータ９の二次配線を示し、一対の電極２、３とインナ電極１０との間に配線される。そして、ダイレクト溶接時には、一対の電極２、３間で溶接電流が流され、インダイレクト溶接時には、可動電極２とインナ電極１０との間で溶接電流が流される。固定電極３とインナ電極１０との間の二次配線の切換は、溶接インバータ９に付属させた二次配線切換ユニット１１により行われる。前記二次配線切換ユニット１１は、図４に示すように、固定電極３に接続した端子３Ａとインナ電極１０に接続した端子１０Ａとが配列されており、その間に二次配線の一方の出力端に接続されている切換素子９Ａを設け、この切換素子９Ａをモータ等のアクチュエータ１２により、ダイレクト溶接時には固定電極３側の端子３Ａに接続させ、インダイレクト溶接時にはインナ電極１０側の端子１０Ａに接続させるよう切換えるよう構成している。アクチュエータ１２としては、前記可動アーム６への図示しない空圧供給バルブのアクチュエータに連動させてもよい。
【００１４】
図５〜７は、インダイレクト溶接モードでの溶接要領を示すものであり、固定電極３は可動アーム６と共に空圧シリンダ８により可動電極２の先端側から退避したインダイレクト位置にあり、二次配線切換ユニット１１により二次配線の一方は固定電極３からインナ電極１０に切換えられる。そして、インダイレクト溶接箇所に溶接ロボットによりスポット溶接ガン１を位置決めして、サーボモータ５を駆動して可動電極２をワークＷに押当ててインダイレクト溶接がなされる。溶接電流は溶接インバータ９の二次回路から溶接ガン１の可動電極２に流れ、溶接箇所に接合したワークＷ同士を溶接した後、ワークＷを流れてインナ電極１０を介して二次配線切換ユニット１１の端子１０Ａから切換素子９Ａを介して溶接インバータ９の二次回路へと流れる。
【００１５】
前記インダイレクト溶接時においては、固定電極３が可動アーム６と共にインダイレクト位置に退避されているため、溶接ガン１をワークＷと干渉させることなく移動可能であり、ワークＷの周縁部分は勿論であるが、中央部分であってもインダイレクト溶接することができる。しかも、固定電極３および可動アーム６がインダイレクト位置に退避しているため、溶接ガン１をワークＷ表面に沿って任意に移動させることができ、溶接ガン１を移動および位置決めする溶接ロボットの移動軌跡を単純化でき、シミュレーションが容易であり、その作業速度を速めてサイクルタイムを短縮できる。
【００１６】
このインダイレクト溶接における加圧力（溶接荷重）は、ダイレクト溶接における加圧力に対して５〜１０％の３×１０2Ｎ程度であり、ダイレクト溶接時の加圧力からサーボモータ５の駆動力制御により任意に変更および調整が可能となっている。また、インダイレクト溶接時の溶接電流は、溶接インバータ９を制御することで、容易に調節することができる。
【００１７】
図８〜図１０は、ダイレクト溶接モードでの溶接要領を示すものであり、固定電極３は可動アーム６と共に空圧シリンダ８により可動電極２の先端側に位置したダイレクト位置に切換えられており、二次配線ユニット１１により二次配線の一方はインナ電極１０から固定電極３に切換えられる。そして、ダイレクト溶接箇所に溶接ロボットによりスポット溶接ガン１を位置決めして、サーボモータ５を駆動して可動電極２と固定電極３とによりワークＷを挟んでダイレクト溶接がなされる。溶接電流は溶接インバータ９の二次回路から溶接ガン１の可動電極２に流れ、溶接箇所に接合したワークＷ同士を溶接した後、固定電極３を介して二次配線切換ユニット１１の端子３Ａから切換素子９Ａを介して溶接インバータ９の二次回路へと流れる。
【００１８】
前記ダイレクト溶接時においては、固定電極３が可動アーム６と共にダイレクト位置に位置されるため、電極２、３間にワークＷを挟んで通常通りスポット溶接することができる。このダイレクト溶接における加圧力（溶接荷重）は、インダイレクト溶接における加圧力に対して１０〜２０倍の４×１０4Ｎ程度であり、インダイレクト溶接時の加圧力からサーボモータ５の駆動力制御により任意に増加および調整が可能である。また、ダイレクト溶接時の溶接電流は、溶接インバータ９を制御することで、容易に増加させて調節することができる。
【００１９】
以上に説明したように、本実施形態におけるスポット溶接ガン１においては、固定電極３を可動アーム６と共に、可動電極２と正対するダイレクト位置と、可動電極２に正対する位置から退避させたインダイレクト位置とを切換えて使用可能であることから、ワークＷの部位に応じてダイレクト溶接モードとインダイレクト溶接モードとを一つのスポット溶接ガン１により行うことができる。従って、夫々専用の溶接ガンを必要としないため、インダイレクト溶接とダイレクト溶接とが混在するワークＷにおいても、効率的に溶接することができ、サイクルタイムの短縮を図ることができると共に、一つのスポット溶接ガン１により溶接できるため、溶接設備の簡素化および低コスト化が可能となる。
【００２０】
また、インダイレクト溶接時の加圧力（溶接荷重）とダイレクト溶接時の加圧力（溶接荷重）とは、大幅に異なるが、可動電極２をサーボモータ５により駆動するものであるため、サーボモータ５の駆動電力をインダイレクト溶接時とダイレクト溶接時とで異なるように調整することで各溶接条件に適した溶接荷重を付与することができ、溶接品質を向上させることができる。
【００２１】
しかも、インダイレクト溶接時には可動電極２とインナ電極１０との間でワークＷに溶接電流を流すようにする一方、ダイレクト溶接時には可動電極２と固定電極３との間でワークＷに溶接電流を流すように、二次配線を切換えるものであるため、各溶接に最適な溶接電流となるように、溶接インバータ９を制御することで、各溶接条件に適した溶接電流を付与でき、溶接品質を向上させることができる。しかも、前記した溶接荷重の付与と組合わせることで、各溶接品質をより一層向上させることができる。また、二次配線の切換を二次配線切換ユニット１１により各溶接時における二次配線回路を自動的に切換えるものであるため、インダイレクト溶接時とダイレクト溶接時との間での溶接状態の切換えが容易となる。
【００２２】
さらに、インダイレクト溶接とダイレクト溶接とを固定電極３および可動アーム６を揺動させて切換えるものであるため、精密な機器であるサーボモータ５を動かすことなく切換ができ、可動電極２を基準にインダイレクト溶接とダイレクト溶接ができ、故障等に対する信頼性および溶接品質に対する信頼性を向上できる。
【００２３】
また、可動アーム６および固定電極３の揺動中心は、可動電極２の作用軸に直交するか或いは可動アーム６のストッパ４Ａが配置される側から離して配置しているため、ダイレクト溶接時の溶接荷重を内力とでき、可動アーム６をダイレクト位置に保持するアクチュエータ８の出力を低減させることができる。
【００２４】
なお、上記実施形態において、可動アーム６のインダイレクト位置として、ワークＷに対する逃げ部を後退させる方向に回動させた位置とするものについて説明したが、図示はしないが、この回動させる軸のみをサーボモータ５軸回りに９０度回転させて、図１に対して直交するよう配置し、この軸回りに固定電極３および可動アーム６を回動させてこれらがサーボモータ５の横方向に位置する状態のインダイレクト位置としてもよい。このようにすると、固定電極３および可動アーム６がサーボモータ５と直交するまで退避させることができ、インダイレクト溶接時におけるワークＷとの干渉をより一層回避させることができ、インダイレクト溶接の作業効率を向上できる。
【００２５】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２６】
（ア）軸心方向にアクチュエータ５により駆動される可動電極２と相対する固定電極３とで挾持したワークＷを加圧しつつスポット溶接するスポット溶接装置であり、前記可動電極２と固定電極３との軸心を一致させて正対するダイレクト溶接モードと、可動電極２若しくは固定電極３が相対的に移動されて可動電極２の先端に固定電極３が位置しないインダイレクト溶接モードとを切換可能とした。このため、インダイレクト溶接を行う場合であっても対向する一対の電極チップ２、３を備えるインダイレクト溶接ガン１を用いてパネルの中央部分へのインダイレクト溶接を好適に行うことができる。
【００２７】
（イ）可動電極２を軸心方向に駆動するアクチュエータ５は、ワークＷへの加圧力を制御可能なサーボモータ５により構成しているため、電流値の調整のみで溶接条件を調整してきたインダイレクト溶接の溶接条件に加圧力を組み合わせることができ、幅広い溶接条件に対応が可能となる。
【００２８】
（ウ）スポット溶接装置は、ダイレクト溶接モードにおいて可動電極２と固定電極３との間に溶接電流を流通させ、インダイレクト溶接モードにおいて可動電極２とインナ電極１０との間に溶接電流を流通させる二次配線切換ユニット１１を備えるため、ダイレクト溶接モードとインダイレクト溶接モードとの切換えに応じて自動的に二次配線を切換えることができる。
【００２９】
（エ）固定電極３は、溶接ガン１の本体４に対して揺動可能に支持された可動アーム６に配置され、前記可動アーム６はダイレクト溶接モードで固定電極３を可動電極２に正対させるダイレクト位置とインダイレクト溶接モードで固定電極３を可動電極２の先端側から退避させたインダイレクト位置とを切換え可能としているため、可動電極２の精密な位置決めおよび加圧力を制御する機器であるサーボモータ５を移動させることなくダイレクト溶接モードとインダイレクト溶接モードに切換え可能であり、溶接品質の信頼性を維持できる。
【００３０】
（第２実施形態）
図１１は、本発明を適用したスポット溶接装置の第２実施形態を示す概略構成図である。本実施形態においては、可動電極を揺動させることによりインダイレクト溶接とダイレクト溶接とを切換可能としたものである。なお、第１実施形態と同一装置、同一部品には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００３１】
図１１に示す本実施形態のスポット溶接ガン１Ａにおいては、固定電極３はガン本体４に対して移動しないよう固定されているのに対して、可動電極２がサーボモータ５を含めてガン本体４に対して揺動可能に配置されており、サーボモータ５を含めてシリンダ１５により可動電極２の駆動軸を揺動させて、固定電極３に可動電極２を正対させて位置決めすることによりダイレクト溶接が実行可能であり、固定電極３に正対させることなく、破線図示のように、揺動させた位置でシリンダ１５によりガン本体４に位置決めすることによりインダイレクト溶接を実行可能としている。
【００３２】
このスポット溶接ガン１Ａにおいては、実線図示の状態でガン本体４の軸を基準として、ダイレクト溶接させる構成は第１実施形態と同様であるが、インダイレクト溶接に際しては、サーボモータ５および可動電極２の作用軸を破線図示のように揺動させて位置決めするため、揺動させたサーボモータ５の作用軸を基準軸として、溶接ロボットの軸を座標変換して、可動電極２をワークＷに正対させる必要がある。従って、スポット溶接ガン１Ａのガン本体４が前記座標変換により回動させて、可動電極２およびサーボモータ５の軸がワークＷに直角となるようにされる。サーボモータ５および可動電極２の作用軸のスイング量は、固定電極３および固定アーム６ＡがワークＷと干渉しない程度にスイングさせればよいものであり、サーボモータ５および可動電極２のガン本体４よりの突出量に応じて前記スイング量は小さく設定することができる。なお、二次配線切換ユニット１１のアクチュエータとしては、前記シリンダ１５への図示しない空圧供給バルブのアクチュエータに連動させるようにすると、第１実施形態と同様に、切換作動させることができる。
【００３３】
本実施形態のスポット溶接ガン１Ａにおいても、可動電極２をサーボモータ５と共に、固定電極３と正対するダイレクト位置と、固定電極３に正対する位置から退避させたインダイレクト位置とを切換えて使用可能であることから、ワークＷの部位に応じてダイレクト溶接モードとインダイレクト溶接モードとを一つのスポット溶接ガン１Ａにより行うことができる。従って、夫々専用の溶接ガンを必要としないため、インダイレクト溶接とダイレクト溶接とが混在するワークＷにおいても、効率的に溶接することができ、サイクルタイムの短縮を図ることができると共に、一つのスポット溶接ガン１Ａにより溶接できるため、溶接設備の簡素化および低コスト化が可能となる。
【００３４】
また、インダイレクト溶接時の加圧力（溶接荷重）とダイレクト溶接時の加圧力（溶接荷重）とは、大幅に異なるが、可動電極２をサーボモータ５により駆動するものであるため、サーボモータ５の駆動電力をインダイレクト溶接時とダイレクト溶接時とで異なるように調整することで各溶接条件に適した溶接荷重を付与することができ、溶接品質を向上させることができる。
【００３５】
しかも、インダイレクト溶接時には可動電極２とインナ電極１０との間でワークＷに溶接電流を流すようにする一方、ダイレクト溶接時には可動電極２と固定電極３との間でワークＷに溶接電流を流すように、二次配線を切換えるものであるため、各溶接に最適な溶接電流となるように、溶接インバータ９を制御することで、各溶接条件に適した溶接電流を付与でき、溶接品質を向上させることができる。しかも、前記した溶接荷重の付与と組合わせることで、各溶接品質をより一層向上させることができる。
【００３６】
さらに、インダイレクト溶接とダイレクト溶接とは、小型軽量なサーボモータ５をスイングさせることで切換えるため、切換用のシリンダ１５を小型化させることができる。
【００３７】
なお、上記実施形態において、可動電極２およびサーボモータ５のインダイレクト位置として、固定電極３を支持するアーム６Ａが存在する側とは反対側に回動させた位置とするものについて説明したが、図示はしないが、固定電極３およびアーム６Ａが存在する面内に回動軸を配置して、可動電極２およびサーボモータ５をこれらの面に直交する方向に突出させた位置をインダイレクト位置としてもよい。このようにすると、固定電極３およびアーム６Ａをサーボモータ５と直交させることができ、インダイレクト溶接時におけるワークＷとの干渉をより一層回避させることができ、インダイレクト溶接の作業効率を向上できる。
【００３８】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（ウ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００３９】
（オ）可動電極２およびアクチュエータ５は、溶接ガン１Ａの本体４に対して揺動可能に支持され、前記可動電極２はダイレクト溶接モードで固定電極３に正対させるダイレクト位置とインダイレクト溶接モードで固定電極３の先端側から退避させたインダイレクト位置とで切換え可能とされるため、インダイレクト溶接モードとダイレクト溶接モードとは、小型軽量なサーボモータ５をスイングさせることで切換えでき、切換用のシリンダ１５を小型化させることができる。
【００４０】
（第３実施形態）
図１２は、本発明を適用したスポット溶接装置の第３実施形態を示す概略構成図である。本実施形態においては、可動電極および／または固定電極を円弧状に移動可能にガン本体に配置し、可動電極と固定電極との円弧状の間隔を大きくすることでインダイレクト溶接を可能とし、両者の円弧状の間隔を狭くした状態でダイレクト溶接を可能とするものである。なお、第１および第２実施形態と同一装置、部品には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００４１】
図１２に示す本実施形態のスポット溶接ガン１Ｂにおいては、可動電極２と固定電極３とは同一円弧上に配置され、いずれか一方の電極２、３が他方の電極３、２に対して円弧状に移動可能とされている。図示例では、可動電極２が図示しないサーボモータにより固定電極３に対して円弧状に接近離脱可能に配置されている。そして、実線で示すように、可動電極２を固定電極３に対して遠ざけた位置において可動電極２と図示しないインナ電極１０との間でインダイレクト溶接が可能とされ、破線で示すように、可動電極２を円弧状に前進させて固定電極３に接近させることにより固定電極３と可動電極２とでワークＷを挟んでダイレクト溶接が行なえるようにしている。前記インダイレクト溶接においては、実線で示す位置において、可動電極２がワークＷに正対する座標において、ガン本体４の姿勢を保持してインダイレクト溶接が行われるよう溶接ロボットの各軸が制御される。また、前記ダイレクト溶接においては、破線で示す位置において、可動電極２と固定電極３とがワークＷを挟んで正対する座標において、ガン本体４の姿勢を保持してダイレクト溶接が行われるよう溶接ロボットの各軸が制御される。このため、インダイレクト溶接時とダイレクト溶接時とで、溶接ロボットの軸制御を変更する必要がある。
【００４２】
なお、上記実施例では、可動電極２のみを円弧状にサーボモータにより駆動するものについて説明しているが、図示しないが、可動電極２のサーボモータによる駆動は予め設定した円弧範囲とする一方、固定電極３をインダイレクト溶接時とダイレクト溶接時とで円弧上の位置を変更することにより切換えるようにしてもよい。この場合には、固定電極３を可動電極２から円弧状に後退させることによりインダイレクト溶接が可能となり、また、固定電極３を可動電極２に接近させた所定の位置に固定させることによりダイレクト溶接が可能となる。この方法では、ガン本体４の姿勢が、インダイレクト溶接時とダイレクト溶接時とで変化しないため、溶接ロボットの軸制御をインダイレクト溶接字とダイレクト溶接時とで変更する必要がない。
【００４３】
前記可動電極２および／または固定電極３の円弧状での移動は、電極２、３を支持する円弧状部材１６にラック１７を形成し、ガン本体４にこのラック１７に噛合うピニオン１８を配置し、ピニオン１８をサーボモータなどで駆動することにより、夫々円弧状に移動させることができる。
【００４４】
本実施形態でも、第２実施形態と同様に、加圧力をサーボモータで制御可能であり、且つ、二次配線切換ユニット１１により固定電極３とインナ電極１０とを切換えることができる。
【００４５】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（ウ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。
【００４６】
（カ）可動電極２および固定電極３は、同一円弧上に配置され、両電極２、３の間隔を拡大させたインダイレクト位置と両電極２、３を接近させたダイレクト位置とで切換え可能とされるため、インダイレクト溶接モードとダイレクト溶接モードとの切換えと両溶接モードでの加圧力調整を一つのモータで実行でき、軽量なスポット溶接ガン１Ｂを構成することができる。
【００４７】
（第４実施形態）
図１３〜図１５は、本発明を適用したスポット溶接装置の第４実施形態を示す概略構成図である。本実施形態においては、インダイレクト溶接時に溶接電流が流されるインナ電極をガン本体に配置したものである。なお、第１ないし第３実施形態と同一装置、部品には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００４８】
図１３および図１４に示す本実施形態のスポット溶接ガン１Ｃにおいては、可動電極２およびそれを駆動するサーボモータ５に隣接させて、インナ電極１０Ａおよびインナ電極１０Ａを駆動するアクチュエータ２０を、その作用軸が概略平行となるようガン本体４に配置する構成としている。また、ガン本体４には、第１実施形態における可動アーム６および固定電極３を備えるよう構成している。そして、ワークＷに接触させて配置するインナ電極１０は廃止され、上記インナ電極１０Ａと固定電極３との間に二次配線が配線され、二次配線切換ユニット１１によりいずれかが切換えて使用される。なお、可動電極２を駆動するサーボモータ５や二次配線切換ユニット１１等の構成は第１実施形態と同様に備える。
【００４９】
このスポット溶接ガン１Ｃによるダイレクト溶接時においては、インナ電極１０Ａは退避位置に後退しており、可動アーム６および固定電極３が図示しない空圧シリンダ８によりダイレクト位置に位置決めされ、可動電極２と固定電極３との間でワークＷを挟んでスポット溶接がなされる。
【００５０】
また、インダイレクト溶接時においては、固定電極３および可動アーム６が空圧シリンダ８によりインダイレクト位置に位置決めされ、インナ電極１０Ａはアクチュエータ２０により前進駆動されて他方のパネルＷ２に接触される。可動電極２はインダイレクト溶接部の一方のパネルＷ１に接触され、一方のパネルＷ１は溶接されるべき他方のパネルＷ２と接触している。そして、可動電極２とインナ電極１０Ａとの間で溶接電流を流すことで一方のパネルＷ１と他方のパネルＷ２とがインダイレクト溶接される。なお、インナ電極１０Ａは前記溶接されるべき他方のパネルＷ２に効果的に接触するよう、一方のパネルＷ１表面に接触される可動電極２から予め設定した距離だけ離して配置される。
【００５１】
図１５は、ガン本体４に配置するインナ電極１０Ａと可動電極２との間隔をスライド機構２１により調整可能としたものである。この構成によれば、可動電極２が接する一方のパネルＷ１の縁からパネルＷ１内方の位置に打点を移してインダイレクト溶接する場合においても、両電極２、１０Ａ間の間隔を大きくすることにより、他方のパネルＷ２表面にインナ電極１０Ａを接触させ続けることが可能となり、インダイレクト溶接の適用範囲を、一方のパネルＷ１の縁周辺に限定されることがない。
【００５２】
なお、上記実施形態では、固定電極３および可動アーム６をダイレクト位置若しくはインダイレクト位置に位置決めすることにより、ダイレクト溶接とインダイレクト溶接とを切換可能とするものについて説明しているが、図示しないが、第２実施形態に示すように、可動電極２およびサーボモータ５をガン本体４に対してダイレクト位置とインダイレクト位置とに位置決めするスポット溶接ガン１Ａに適用する場合であってもよく、その場合には、インナ電極１０Ａおよびアクチュエータ２０は、可動電極２およびサーボモータ５と共にダイレクト位置とインダイレクト位置とに位置決めするようにすればよい。また、第３実施形態のスポット溶接ガン１Ｂに適用する場合においては、可動電極２に隣接してインナ電極１０Ａを配置するようにすればよい。
【００５３】
また、上記実施形態においては、インナ電極１０Ａはガン本体４の可動アーム６とは反対側に配置するものについて説明しているが、図示しないが、例えば、可動アーム６が配置されている方向とは直交する方向にガン本体４から突出させて配置することもでき、可動アーム６が配置されている側を除いていずれの方向に配置してもよく、また、複数のインナ電極１０Ａをガン本体４の周囲に配置していずれか一つを選択してインナ電極１０Ａとして利用するものであってもよい。
【００５４】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（エ）、第２実施形態における効果（オ）および第３実施形態における効果（カ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。
【００５５】
（キ）可動電極２およびアクチュエータ５は、隣接した位置にインナ電極１０Ａおよびインナ電極１０Ａを軸心方向に駆動するアクチュエータ２０とを備えるため、インナ電極１０Ａに対する二次配線を可動電極２に対する二次配線と同様に行え、ダイレクト溶接およびインダイレクト溶接時にインナ電極１０Ａに対する二次配線と干渉させることなくスポット溶接を行うことができる。
【００５６】
（ク）インナ電極１０Ａおよびそのアクチュエータ２０は、前記可動電極２およびそのアクチュエータ５に対する間隔が調整可能であるため、インダイレクト溶接の適用範囲を、一方のパネルＷ１の縁周辺に限定されることがない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態を示すスポット溶接装置の概略側面図。
【図２】同じく図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】溶接インバータの二次配線の配線図。
【図４】二次配線切換ユニットの概略図。
【図５】インダイレクト溶接状態の説明図。
【図６】ワークへのインダイレクト溶接状態の説明図。
【図７】図６でのワーク状態を示す断面図。
【図８】ダイレクト溶接状態の説明図。
【図９】ワークへのダイレクト溶接状態の説明図。
【図１０】図９でのワーク状態を示す断面図。
【図１１】本発明の第２実施形態を示すスポット溶接装置の概略側面図。
【図１２】本発明の第３実施形態を示すスポット溶接装置の概略側面図。
【図１３】本発明の第４実施形態を示すスポット溶接装置によるインダイレクト溶接状態を示す概略側面図。
【図１４】本発明の第４実施形態を示すスポット溶接装置によるダイレクト溶接状態を示す概略側面図。
【図１５】同じく第４実施形態におけるインナ電極と可動電極との相対位置を変更可能とした実施例の概略構成図。
【符号の説明】
【００５８】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ スポット溶接ガン
２ 可動電極
３ 固定電極
４ ガン本体
５ アクチュエータとしてのサーボモータ
６ 可動アーム
７ 軸
８ アクチュエータとしての空圧シリンダ
９ 溶接インバータ
１０ インナ電極
１１ 二次配線切換ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心方向にアクチュエータにより駆動される可動電極と相対する固定電極とで挾持したワークを加圧しつつスポット溶接するスポット溶接装置であり、
前記可動電極と固定電極との軸心を一致させて正対するダイレクト溶接モードと、可動電極若しくは固定電極が相対的に移動されて可動電極の先端に固定電極が位置しないインダイレクト溶接モードとを切換可能としたことを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項２】
前記スポット溶接装置は、インダイレクト溶接モードでの溶接時に可動電極との間でワークに溶接電流を流すインナ電極をワークに接触させて備えることを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。
【請求項３】
前記可動電極を軸心方向に駆動するアクチュエータは、ワークへの加圧力を制御可能なサーボモータにより構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスポット溶接装置。
【請求項４】
前記スポット溶接装置は、ダイレクト溶接モードにおいて可動電極と固定電極との間に溶接電流を流通させ、インダイレクト溶接モードにおいて可動電極とインナ電極との間に溶接電流を流通させる二次配線切換ユニットを備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のスポット溶接装置。
【請求項５】
前記固定電極は、溶接ガンの本体に対して揺動可能に支持された可動アームに配置され、前記可動アームはダイレクト溶接モードで固定電極を可動電極に正対させるダイレクト位置とインダイレクト溶接モードで固定電極を可動電極の先端側から退避させたインダイレクト位置とを切換え可能とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のスポット溶接装置。
【請求項６】
前記可動電極およびアクチュエータは、溶接ガンの本体に対して揺動可能に支持され、前記可動電極はダイレクト溶接モードで固定電極に正対させるダイレクト位置とインダイレクト溶接モードで固定電極の先端側から退避させたインダイレクト位置とで切換え可能とされることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のスポット溶接装置。
【請求項７】
前記可動電極および固定電極は、同一円弧上に配置され、両電極の間隔を拡大させたインダイレクト位置と両電極を接近させたダイレクト位置とで切換え可能とされることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のスポット溶接装置。
【請求項８】
前記可動電極およびアクチュエータは、隣接した位置にインナ電極およびインナ電極を軸心方向に駆動するアクチュエータとを備えることを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか一つに記載のスポット溶接装置。
【請求項９】
前記インナ電極およびそのアクチュエータは、前記可動電極およびそのアクチュエータに対する間隔が調整可能であることを特徴とする請求項８に記載のスポット溶接装置。
【請求項１０】
軸心方向にアクチュエータにより駆動される可動電極と固定電極との軸心を一致させ、正対する可動電極と相対する固定電極とでワークを加圧しつつ両電極間に溶接電流を流してワークをダイレクト溶接し、
前記可動電極若しくは固定電極を相対的に移動させ、ワークにインナ電極と前記可動電極とを接触させて両電極間に溶接電流を流してインダイレクト溶接することを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項１１】
前記アクチュエータは、ダイレクト溶接時におけるワークへの加圧力とインダイレクト溶接時とにおけるワークへの加圧力とを異ならせることを特徴とする請求項１０に記載のスポット溶接方法。
【請求項１２】
前記固定電極とインナ電極への二次配線は、前記可動電極若しくは固定電極の相対的な移動に応じて切換えられることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のスポット溶接方法。
【請求項１】
軸心方向にアクチュエータにより駆動される可動電極と相対する固定電極とで挾持したワークを加圧しつつスポット溶接するスポット溶接装置であり、
前記可動電極と固定電極との軸心を一致させて正対するダイレクト溶接モードと、可動電極若しくは固定電極が相対的に移動されて可動電極の先端に固定電極が位置しないインダイレクト溶接モードとを切換可能としたことを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項２】
前記スポット溶接装置は、インダイレクト溶接モードでの溶接時に可動電極との間でワークに溶接電流を流すインナ電極をワークに接触させて備えることを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。
【請求項３】
前記可動電極を軸心方向に駆動するアクチュエータは、ワークへの加圧力を制御可能なサーボモータにより構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスポット溶接装置。
【請求項４】
前記スポット溶接装置は、ダイレクト溶接モードにおいて可動電極と固定電極との間に溶接電流を流通させ、インダイレクト溶接モードにおいて可動電極とインナ電極との間に溶接電流を流通させる二次配線切換ユニットを備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のスポット溶接装置。
【請求項５】
前記固定電極は、溶接ガンの本体に対して揺動可能に支持された可動アームに配置され、前記可動アームはダイレクト溶接モードで固定電極を可動電極に正対させるダイレクト位置とインダイレクト溶接モードで固定電極を可動電極の先端側から退避させたインダイレクト位置とを切換え可能とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のスポット溶接装置。
【請求項６】
前記可動電極およびアクチュエータは、溶接ガンの本体に対して揺動可能に支持され、前記可動電極はダイレクト溶接モードで固定電極に正対させるダイレクト位置とインダイレクト溶接モードで固定電極の先端側から退避させたインダイレクト位置とで切換え可能とされることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のスポット溶接装置。
【請求項７】
前記可動電極および固定電極は、同一円弧上に配置され、両電極の間隔を拡大させたインダイレクト位置と両電極を接近させたダイレクト位置とで切換え可能とされることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のスポット溶接装置。
【請求項８】
前記可動電極およびアクチュエータは、隣接した位置にインナ電極およびインナ電極を軸心方向に駆動するアクチュエータとを備えることを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか一つに記載のスポット溶接装置。
【請求項９】
前記インナ電極およびそのアクチュエータは、前記可動電極およびそのアクチュエータに対する間隔が調整可能であることを特徴とする請求項８に記載のスポット溶接装置。
【請求項１０】
軸心方向にアクチュエータにより駆動される可動電極と固定電極との軸心を一致させ、正対する可動電極と相対する固定電極とでワークを加圧しつつ両電極間に溶接電流を流してワークをダイレクト溶接し、
前記可動電極若しくは固定電極を相対的に移動させ、ワークにインナ電極と前記可動電極とを接触させて両電極間に溶接電流を流してインダイレクト溶接することを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項１１】
前記アクチュエータは、ダイレクト溶接時におけるワークへの加圧力とインダイレクト溶接時とにおけるワークへの加圧力とを異ならせることを特徴とする請求項１０に記載のスポット溶接方法。
【請求項１２】
前記固定電極とインナ電極への二次配線は、前記可動電極若しくは固定電極の相対的な移動に応じて切換えられることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のスポット溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−１５９２３５（Ｐ２００６−１５９２３５Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５２８８３（Ｐ２００４−３５２８８３）
【出願日】平成１６年１２月６日（２００４．１２．６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月６日（２００４．１２．６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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