スポット溶接装置の加圧制御方法
【課題】被溶接部材に作用する溶接電極による加圧力を適切に制御することで優れた溶接品質が得られるスポット溶接装置の加圧制御方法を提供する。
【解決手段】加圧力アクチュエータ２０により可動側電極２５及び固定側電極１５で被溶接部材１００を挟持して設定の加圧力Ｆを付与し、かつ副加圧力アクチュエータ３１により副加圧部３９で所定の副加圧力ｆを付与した状態でスポット溶接するにあたり、可動側電極２５及び固定側電極１５とで被溶接部材１００を初期加圧力Ｆ１で加圧し、副加圧部３９により初期副加圧力ｆ１を付与した後に、再び加圧力アクチュエータ２０により可動側電極２５及び固定側電極１５で設定加圧力Ｆを付与し、かつ副加圧力アクチュエータ３１により副加圧部３９で設定副加圧力ｆを付与する。設定加圧力Ｆ及び副加圧力ｆが付与された条件でスポット溶接が実行され、優れた溶接品質が得られる。
【解決手段】加圧力アクチュエータ２０により可動側電極２５及び固定側電極１５で被溶接部材１００を挟持して設定の加圧力Ｆを付与し、かつ副加圧力アクチュエータ３１により副加圧部３９で所定の副加圧力ｆを付与した状態でスポット溶接するにあたり、可動側電極２５及び固定側電極１５とで被溶接部材１００を初期加圧力Ｆ１で加圧し、副加圧部３９により初期副加圧力ｆ１を付与した後に、再び加圧力アクチュエータ２０により可動側電極２５及び固定側電極１５で設定加圧力Ｆを付与し、かつ副加圧力アクチュエータ３１により副加圧部３９で設定副加圧力ｆを付与する。設定加圧力Ｆ及び副加圧力ｆが付与された条件でスポット溶接が実行され、優れた溶接品質が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接装置の加圧制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、重ね合わされた鋼板等の板材の接合には、一対の溶接電極間で挟み加圧力を与えながら両電極間に一定時間通電するスポット溶接が広く行われる。
【０００３】
例えば、図８（ａ）に示すように、剛性の低い薄板１０１、この薄板１０１より剛性が高い第１厚板１０２、第２厚板１０３の３枚を重ね合わせた板組の被溶接部材１００をスポット溶接する場合には、薄板１０１と第１厚板１０２の間及び第１厚板１０２と第２厚板１０３の間に隙間がなく密着した状態で、可動側電極１１１と固定側電極１１２により被溶接部材１００を挟んで電源１１３により通電すると、可動側電極１１１と固定側電極１１２間の通電経路における電流密度がほぼ均一となり薄板１０１から第２厚板１０３に亘って良好なナゲットが形成されて、必要な溶接強度を得ることができる。
【０００４】
しかし、実際には、可動側電極１１１と固定側電極１１２によって被溶接部材１００を挟んで加圧したときに、剛性の低い薄板１０１と第１厚板１０２が上方に撓んで、薄板１０１と第１厚板１０２の間及び第１厚板１０２と第２厚板１０３との間に隙間が生じる。
【０００５】
この場合、可動側電極１１１と薄板１０１間の接触面積は薄板１０１の撓みにより大きくなるのに対して、薄板１０１と第１厚板１０２間及び第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接合部の接触面積は隙間により小さくなる。このため、可動側電極１１１と固定側電極１１２間の電流密度が薄板１０１側に対して第２厚板１０３側が高くなり、薄板１０１と第１厚板１０２間よりも第１厚板１０２と第２厚板１０３間の方が局部的な発熱量が多くなる。
【０００６】
その結果、図８（ａ）に示すように、先ず第１厚板１０２と第２厚板１０３との接合部にナゲット１０５が形成され、次第にナゲット１０５が大きくなりやがて図８（ｂ）に示すように薄板１０１と第１厚板１０２が溶着される。しかし、この薄板１０１と第１厚板１０２との間の溶け込み量が小さく溶接強度が不安定で、薄板１０１が剥離することが懸念され、かつ溶接品質にバラツキがある。この不具合は、特に第１厚板１０２及び第２厚板１０３が厚いほど第１厚板１０２と薄板１０１との間にナゲット１０５が到達しにくく顕著である。
【０００７】
この対策として、例えば特許文献１に開示のスポット溶接方法は、図９に示すように、薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３の３枚重ねの被溶接部材１００をスポット溶接するときに、薄板１０１側の可動側電極１２５の加圧力を、第２厚板１０３側の固定側電極１２４の加圧力より小さくすることで、薄板１０１と第１厚板１０２との接合部の接触抵抗が大きくなる一方、第１厚板１０２と第２厚板１０３との接合部の接触抵抗が小さくなり、可動側電極１２５と固定側電極１２４に通電したときに、薄板１０１と第１厚板１０２との接合部の発熱量が増加して薄板１０１と第１厚板１０２の溶接強度が高められる。
【０００８】
この方法の実施に用いられるスポット溶接装置の構成は、図１０に示すように、溶接ロボット１１５の手首部１１６にスポット溶接装置１２０が搭載される。スポット溶接装置１２０は、手首部１１６に取り付けられた支持ブラケット１１７に固定されたリニアガイド１２１によって上下動自在に支持されたベース部１２２を備え、このベース部１２２には下方に延びる固定アーム１２３が設けられ、固定アーム１２３の先端に固定側電極１２４が設けられる。
【０００９】
また、ベース部１２２の上端には、加圧力アクチュエータ１２６が搭載され、加圧力アクチュエータ１２６により上下動するロッド１２７の下端に固定側電極１２４と対向して可動側電極１２５が取り付けられる。支持ブラケット１１７の上端にサーボモータ１２８が搭載され、サーボモータ１２８の作動によりボールねじ機構を介してベース部１２２が上下動する。
【００１０】
ここで、図示しないコントローラに予め記憶されているティーチングデータに従って、コントローラは、先ず、サーボモータ１２８によりベース部１２２を上昇させて固定側電極１２４を被溶接部材１００の下面に当接させると共に、加圧力アクチュエータ１２６により可動側電極１２５を下降させて、クランパ１１８にクランプ支持された被溶接部材１００の上面に当接させる。ここで、加圧力アクチュエータ１２６による加圧力が可動側電極１２５と、ベース部１２２及び固定アーム１２３を介して固定側電極１２４とに均等に作用し、固定側電極１２５からの加圧力ＦＬと可動側電極１２５からの加圧力ＦＵで挟持加圧する。
【００１１】
次に、サーボモータ１２８によりベース部１２２を押し上げて固定側電極１２４の加圧力より可動側電極１２５側の加圧力を小さくすることで、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の電流密度が高くなり、薄板１０１と第１厚板１０２との接合部における発熱量が確保でき、溶け込み量が増大して溶接強度が増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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】
【００１３】
上記特許文献１によると、クランパ１１８に保持された被溶接部材１００の第２厚板１０３側に固定側電極１２４を当接させると共に可動側電極１２５を薄板１０１に当接させ、更にベース部１２２を押し上げて固定側電極１２４の加圧力より可動側電極１２５側の加圧力を小さくすることで、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の電流密度が高くなり、薄板１０１と第１厚板１０２との接合部における発熱量が確保でき、溶け込み量が増大して溶接強度が増加する。
【００１４】
しかし、クランパ１１８により保持された被溶接部材１００を固定側電極１２４と可動側電極１２５によって挟持加圧した状態でベース部１２２を移動して固定側電極１２４の加圧力ＦＬより可動側電極１２５による加圧力ＦＵを小さくするには、被溶接部材１００をクランプ保持するクランパ１１８に大きな負荷が要求される。一方、クランプ１１８による被溶接部材１００のクランプ位置と溶接位置が大きく離間した状態では、被溶接部材１００が撓み変形して固定側電極１２４による加圧力と可動側電極１２５による加圧力にバラツキが生じて安定した薄板１０１と第１厚板１０２との間の接触抵抗及び第１厚板１０２と第２厚板１０３との間の接触抵抗の確保が困難であり、接合部における電流密度にバラツキが生じてスポット溶接の品質低下が懸念される。
【００１５】
そこで、本特許出願人は、特願２０１０−２００６４３において、図１１に概要を示すように、固定側電極１３２と、加圧力アクチュエータにより作動する可動側電極１３１との間で被溶接部材１００の溶接部を所定の加圧力Ｆ、即ち可動側電極１３２の加圧力ＦＵと固定側電極１３２の加圧力ＦＬで挟持すると共に加圧し（Ｆ＝ＦＵ＋ＦＬ）、更に図示しない副加圧力アクチュエータにより副加圧部１３３を被溶接部材１００の薄板１０１に押圧して副加圧力ｆを付与することで、薄板１０１側に作用する固定側電極１３２の加圧力を第２厚板１０３側に作用する可動側電極１３１の加圧力より小さく制御して、可動側電極１３１と固定側電極１３２との間に通電して溶接するスポット溶接装置を提案した。
【００１６】
このスポット溶接装置において加圧力アクチュエータにより作動する可動側電極１３１と固定側電極１３２とによって予め設定された加圧力Ｆで被溶接部材１００を挟持加圧した状態で、副加圧力アクチュエータにより副加圧力ｆを付加することから、副加圧力ｆの付加により予め設定した可動側電極１３１と固定側電極１３２による加圧力Ｆが増大することが懸念され、加圧力アクチュエータ及び副加圧力アクチュエータの適切な制御が要求される。特に加圧力アクチュエータをエアシリンダ機構によって構成した際にはエアシリンダ機構自体が収縮機能を有することで比較的影響が抑制されるが、サーボモータによって構成した際にはサーボモータによる機構的な抗力が大きくその制御がより厄介になる。
【００１７】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、被溶接部材に作用する溶接電極による加圧力及び副加圧力を制御することで優れた溶接品質が得られるスポット溶接装置の加圧制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成する請求項１に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法の発明は、第１溶接電極と、該第１電極と協働して被溶接部材を挟持する第２溶接電極に加圧力を付与する加圧力アクチュエータと、副加圧部を前記被溶接部材に当接して副加圧力を付与する副加圧力アクチュエータとを有し、前記第１溶接電極、第２溶接電極及び副加圧部によって前記被溶接部材を挟持すると共に予め設定された加圧力を付与した前記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電して溶接するスポット溶接装置の加圧制御方法であって、前記加圧力アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された初期加圧力で挟持加圧或いは被溶接部材に副加圧部を当接して前記副加圧力アクチュエータによる初期副加圧力のいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する第１の工程と、該第１の工程に続いて前記加圧アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された設定加圧力或いは前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による設定副加圧力のいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する第２の工程と、を有することを特徴とする。
【００１９】
これによると、加圧力アクチュエータにより第１溶接電極及び第２溶接電極で被溶接部材を挟持して設定された加圧力を付与すると共に、被溶接部材に副加圧力アクチュエータにより副加圧部で設定された副加圧力を付与した状態で第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電してスポット溶接するにあたり、第１の工程で、加圧力アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで被溶接部材を予め設定された初期加圧力で挟持加圧しかつ被溶接部材に副加圧部を当接して前記副加圧力アクチュエータによる初期副加圧力を付与し、続く第２の工程で加圧アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで被溶接部材を予め設定された設定加圧力を付与しかつ副加圧力アクチュエータにより副加圧部による設定副加圧力を付与することから、被溶接部材に予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力が高精度で付与され、予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による設定加圧力及び副加圧部による副加圧力が付与された被溶接部材に第１溶接電極と第２溶接電極との間の通電でスポット溶接が実行され、優れた溶接品質が得られる。
【００２０】
上記目的を達成する請求項２に記載の発明によるスポット溶接装置の加圧制御方法は、第１溶接電極と、該第１電極と協働して被溶接部材を挟持する第２溶接電極に加圧力を付与する加圧力アクチュエータと、副加圧部を前記被溶接部材に当接して副加圧力を付与する副加圧力アクチュエータとを有し、前記第１溶接電極、第２溶接電極及び副加圧部によって前記被溶接部材を挟持すると共に予め設定された加圧力を付与した前記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電して溶接するスポット溶接装置の加圧制御方法であって、前記加圧力アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された初期加圧力で挟持加圧−或いは被溶接部材に副加圧部を当接して前記副加圧力アクチュエータにより初期副加圧力のいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する第１の工程と、該第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を初期加圧力で挟持加圧すると共に副加圧部で初期副加圧力を付与した第１の状態から前記加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された設定加圧力及び前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部で予め設定された設定副加圧力を付与する第２の状態に徐々に移行する移行工程と、を有することを特徴とする。
【００２１】
これによると、加圧アクチュエータにより第１溶接電極及び第２溶接電極で被溶接部材を挟持して設定された加圧力を付与すると共に、被溶接部材に副加圧アクチュエータにより副加圧部で設定された副加圧力を付与した状態で第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電してスポット溶接するにあたり、第１の工程で、加圧アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで被溶接部材を予め設定された初期加圧力で挟持加圧し、かつ副加圧アクチュエータにより副加圧部で初期副加圧力を付与し、この第１溶接電極と第２溶接電極とで被溶接部材を初期加圧力で挟持加圧すると共に副加圧部で初期副加圧力を付与した第１の状態から移行工程において加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極とで被溶接部材を予め設定された設定加圧力及び副加圧アクチュエータにより副加圧部による設定副加圧力を付与する第２の状態に徐々に移行することで、被溶接部材に予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力が高精度で付与され、予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による設定加圧力及び副加圧部による副加圧力が付与された被溶接部材に第１溶接電極と第２溶接電極との間の通電でスポット溶接が実行され、優れた溶接品質が得られる。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項２に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法において、前記移行工程は、前記加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力付与と前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による副加圧力付与が交互に行われることを特徴とする。
【００２３】
これによると、加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力付与と副加圧力アクチュエータにより副加圧部による副加圧力付与を交互に行うことで被溶接部材に予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力が高精度で付与できる。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項２に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法において、前記移行工程は、前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による副加圧力付与を行う複数の副加圧工程を有することを特徴とする。
【００２５】
これによると、副加圧力アクチュエータにより副加圧部による副加圧力付与を行う複数の工程を有することで、被溶接部材に予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力が高精度で付与できる。
【００２６】
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか１項に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法において、前記移行工程は、前記加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された設定加圧力及び前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による設定副加圧力を付与する第２の状態に徐々に移行する間に第１溶接電極と第２電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力の少なくとも一方を低減する工程を有することを特徴とする。
【００２７】
これによると、加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極とで被溶接部材を予め設定された設定加圧力及び副加圧アクチュエータにより副加圧部による設定副加圧力を付与する第２の状態に徐々に移行する間に、第１溶接電極と第２電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力の少なくとも一方を低減する工程を有することで、過剰の加圧力或いは副加圧力付与が抑制されて被溶接部材に予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力が高精度で付与できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によると、加圧アクチュエータにより加圧第１溶接電極及び第２溶接電極で被溶接部材を挟持して設定の加圧力を付与すると共に、被溶接部材に副加圧アクチュエータにより副加圧部で所定の副加圧力を付与した状態で第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電してスポット溶接するにあたり、被溶接部材に予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力が加圧アクチュエータ等の機構的な抗力に影響されることなく高精度で付与され、予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による副加圧力及び副加圧部による副加圧力が付与された状態で、第１溶接電極と第２溶接電極との間の通電でスポット溶接が実行され、優れた溶接品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施の形態におけるスポット溶接装置の構成図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】図１のＢ部拡大斜視図である。
【図４】作動プログラムデータの説明図である。
【図５】作動概要説明図である。
【図６】作動概要説明図である。
【図７】作動概要説明図である。
【図８】従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。
【図９】従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。
【図１０】従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。
【図１１】スポット溶接装置の概要説明図である
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明に係るスポット溶接装置の加圧制御方法の一実施の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。図１はスポット溶接装置の構成図、図２は図１のＡ矢視図、図３は図１のＢ部拡大斜視図、図４は作動プログラムデータの説明図、図５及び図６は作動概要説明図である。
【００３１】
スポット溶接装置１の説明に先立って、被溶接部材１００について説明する。被溶接部材１００は、図３に示すように、重ね合わされた２枚の厚板の一方に薄板を重ね合わせた、下から順に剛性の低い薄板１０１、薄板より板厚が大きく剛性が高い第１厚板１０２及び第２厚板１０３が重ね合わされた３枚重ねの板組によって構成される。
【００３２】
スポット溶接装置１は、図示しない溶接ロボットの手首部にイコライザユニットを介して取り付けられるベース部３及びベース部３の両側から対向して延在する側部４、５を備えた支持ブラケット２を有する。支持ブラケット２の対向する側部４、５に固定アーム１０が取り付けられ、側部４、５の先端部４ａ、５ａにブラケット６を介して加圧アクチュエータ２０が取り付けられる。更に、両側部４、５の間に副加圧力付与手段３０の副加圧アクチュエータ３１及び溶接トランス４０が取り付け支持される。
【００３３】
固定アーム１０は、支持ブラケット２の両側部４、５に基端が結合されて下方に延在する固定アーム本体１１及び固定アーム本体１１の先端から前方にＬ字状に折曲する電極保持部１２によって形成され、電極保持部１２に第１溶接電極である固定側電極１５が、その頂端１５ａを上方にして装着される。
【００３４】
加圧アクチュエータ２０は、モータハウジング内において回転自在に収容される中空ロータを有する中空モータによって構成されるサーボモータ２１を備え、中空ロータの端部に装着されるボールネジ及びボールネジに螺合するロッド２３を備えた直動部２２を有し、サーボモータ２１の作動によって直動部２２のロッド２３が昇降往復動する。
【００３５】
直動部２２のロッド２３の下端に電極アーム２４が設けられ、電極アーム２４の先端に固定アーム１０に設けられた固定側電極１５と同軸上、即ち中心軸線Ｌ上に固定側電極１５と対向して第２溶接電極である可動側電極２５が設けられる。
【００３６】
これにより加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５は固定側電極１５から上方に離反する退避位置と、被溶接部材１００を固定側電極１５と協働して挟持すると共に加圧力を付与する加圧位置との間で中心軸線Ｌに沿って移動する。
【００３７】
この被溶接部材１００に対する固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力Ｆ、即ち固定側電極１５による加圧力ＦＬ及び可動側電極２５による加圧力ＦＵはサーボモータ２１の回転トルクによって決定され、サーボモータ２１の回転トルクを制御することで所望の加圧力が得られる。
【００３８】
副加圧力付与手段３０は、支持ブラケット２の両側部４、５間に支持部材７を介して保持される副加圧アクチュエータ３１及び先端に副加圧部３９が設けられた副加圧力付与アーム３５を有する。副加圧アクチュエータ３１は、モータハウジング内において回転自在に収容される中空ロータを有する中空モータによって構成されたサーボモータ３２を備え、中空ロータの端部に装着されるボールネジ及びボールネジに螺合するロッド３４を備えた直動部３３を有し、サーボモータ３２の作動によって直動部３３のロッド３４が昇降往復動する。この直動部３３のロッド３４に副加圧力付与アーム３５が設けられる。
【００３９】
副加圧力付与アーム３５は、ロッド３４の先端に基端部が結合されて固定アーム１０と電極アーム２４との間で下方に延在して先端から中心軸線Ｌ方向に折曲する先端部３７を有するアーム部３６と、アーム部３６の先端部３７に結合されて中心軸線Ｌ方向に延在して先端に副加圧部３９が設けられた可動受部３８によって構成される。
【００４０】
可動受部３８は、基端部３８Ａがアーム部３６の先端部３７に結合されて中心軸線Ｌ方向に向かって延在する矩形板状であって、先端に中心軸線Ｌと同軸で先端３９ａが上方に突出して固定側電極１５の貫通を許容する断面半円弧状、即ち半割り筒状の副加圧部３９が設けられる。
【００４１】
このように構成された副加圧力付与アーム３５は、サーボモータ３２の作動によって副加圧力付与アーム３５の先端に設けた副加圧部３９の先端３９ａが固定側電極１５の頂端１５ａより下方となり被溶接部材１００から離反する退避位置と、固定側電極１５と可動側電極２５とによって挟持された被溶接部材１００に下方から当接して副加圧力を付与する副加圧位置との間で中心軸線Ｌに沿って移動する。この副加圧力はサーボモータ３２の回転トルクによって決定され、サーボモータ３２の回転トルクを制御することで要望の副加圧力ｆが得られる。
【００４２】
電源となる溶接トランス４０の一方の出力端子がバスバ及び固定アーム１０等を介して固定側電極１５に通電可能に接続され、他方の出力端子がバスバ及び電極アーム２４等を介して可動側電極２５に通電可能に接続される。
【００４３】
また、溶接コントローラ４１を備え、溶接コントローラ４１にはスポット溶接装置１の作動プログラム及び作動プログラムに設定された各作動行程に基づいて加圧アクチュエータ２０を制御する加圧力制御部４２と副加圧アクチュエータ３１を制御する副加圧力制御部４３が含まれる。
【００４４】
この溶接コントローラ４１は作動プログラムデータとして、図４に示すように初期加圧力設定工程Ｓ１０１、副加圧力設定工程Ｓ１０２、初期副加圧力設定工程Ｓ１０３、副加圧力設定工程Ｓ１０４、第１の工程である初期加圧工程Ｓ１０５及び初期副加圧工程Ｓ１０６、第２の工程である設定加圧工程Ｓ１０７及び設定副加圧工程Ｓ１０８を有する。
【００４５】
加圧力制御部４２は、作動データとして、初期加圧力設定工程Ｓ１０１において予め設定された初期加圧力Ｆ１で固定側電極１５と可動側電極２５により被溶接部材１００を加圧するときのサーボモータ２１の回転トルク、即ち初期設定回転トルクＴ１、設定加圧力設定工程Ｓ１０２において予め設定された設定加圧力Ｆで固定側電極１５と可動側電極２５により被溶接部材１００を加圧するときのサーボモータ２１の回転トルク、即ち設定回転トルクＴを設定し、初期加圧工程Ｓ１０５においてサーボモータ２１を初期加圧力設定工程Ｓ１０１で設定された初期回転トルクＴ１に達するまで作動させ、設定加圧工程Ｓ１０７においてサーボモータ２１を設定加圧力設定工程Ｓ１０２で設定された設定回転トルクＴに達するまで作動させる。
【００４６】
ここで、初期加圧力設定工程Ｓ１０１における初期加圧力Ｆ１は、被溶接部材１００を固定側電極１５と可動側電極２５により加圧する初期設定の固定側電極１５の加圧力と可動側電極２５の加圧力の総計の加圧力であり、設定加圧力設定工程Ｓ１０２にける設定加圧力Ｆは、溶接時に要求される最適な固定側電極１５の加圧力ＦＬと可動側電極２５の加圧力ＦＵの総計の設定加圧力（Ｆ＝ＦＬ＋ＦＵ）であり、予め実験やシミュレーション等で設定することが好ましい。
【００４７】
副加圧力制御部４３は、作動データとして、初期副加圧力設定工程Ｓ１０３において予め設定された副加圧部３９で被溶接部材１００に初期副加圧力ｆ１を付与するときのサーボモータ３２の回転トルク、即ち初期回転トルクｔ１、副加圧力設定工程Ｓ１０４において副加圧部３９で被溶接部材１００に予め設定された設定副加圧力ｆを付与するときのサーボモータ３２の回転トルク、即ち設定回転トルクｔを設定し、初期副加圧工程Ｓ１０６においてサーボモータ３２を初期副加圧力設定工程Ｓ１０３で設定した初期回転トルクｔ１に達するまで作動させ、設定副加圧工程Ｓ１０８においてサーボモータ３２を副加圧力設定工程Ｓ１０４で設定した設定回転トルクｔに達するまで作動させる。
【００４８】
ここで、初期副加圧力設定工程Ｓ１０３における初期副加圧力ｆ１は初期に設定される加圧力で設定副加圧力ｆより小さな加圧力であり、副加圧力設定工程Ｓ１０４における設定副加圧力ｆは溶接時における最適な副加圧力の範囲内に設定され、初期副加圧力ｆ１及び設定副加圧力ｆは予め実験やシミュレーション等で設定することが好ましい。
【００４９】
このように、初期加圧力、設定加圧力、初期副加圧力及び設定副加圧力等が加圧アクチュエータ２０及び副加圧アクチュエータ３１の各サーボモータ２１、３２の回転トルクで設定することで、加圧力や副加圧力を検知する別途専用の加圧力検出手段が不要になり、制御及び構成の簡素化が得られる。
【００５０】
また、図示しない溶接ロボットコントローラには、溶接ロボットのティーチングデータが格納され、ティーチングデータには、被溶接部材１００の各溶接打点位置を順次スポット溶接するための作動プログラム及び各溶接打点、即ち溶接位置におけるスポット溶接装置１の位置及び姿勢が含まれる。
【００５１】
次に、スポット溶接装置１の作動を図５及び図６の作動概要説明図を参照して説明する。
【００５２】
下から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた３枚重ねの板部材からなる被溶接部材１００のスポット溶接にあたり、予め、加圧力制御部４２の作動データとして初期加圧力設定工程Ｓ１０１において固定側電極１５と可動側電極２５により被溶接部材１００を初期加圧力Ｆ１で挟持するときのサーボモータ２１の初期回転トルクＴ１を設定し、設定加圧力設定工程Ｓ１０２において固定側電極１５と可動側電極２５により被溶接部材１００を設定加圧力Ｆで加圧するときのサーボモータ２１の設定回転トルクＴを設定する。同様に、副加圧力付与制御部４３の作動データとして初期副加圧力設定工程Ｓ１０３において副加圧部３９で被溶接部材１００に初期副加圧力ｆ１を付与するサーボモータ３２の初期回転トルクｔ１を設定し、副加圧力設定工程Ｓ１０４において設定される副加圧部３９で被溶接部材１００に設定副加圧力ｆを付与するサーボモータ３２の設定回転トルクｔを設定して準備する。
【００５３】
次に、予め設定されたプログラムに従い、図１に示すように可動側電極２５が固定側電極１５から離反した退避位置でかつ副加圧力付与手段３０の副加圧部３９が退避位置に保持された状態で、ロボットコントローラは溶接ロボットを作動し、図５（ａ）に示すように被溶接部材１００の溶接位置となる打点位置に固定側電極１５の頂端１５ａを当接してスポット溶接装置１を溶接位置に位置決めする。
【００５４】
このスポット溶接１を溶接位置に位置決めした状態では、図５（ａ）に示すようにスポット溶接装置１の固定側電極１５の頂端１５ａが被溶接部材１００の薄板１０１に下方から当接する一方、可動側電極２５の頂端２５ａが第２厚板１０３と隙間を有して対向して、副加圧部３９の先端３９ａが薄板１０１と隙間を有して対向する。
【００５５】
次に、固定側電極１５が被溶接部材１００の薄板１０１に当接した状態で、加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５を退避位置から固定側電極１５に接近する加圧位置方向に移動させて図５（ｂ）のように第２厚板１０３に上方から当接させる。この固定側電極１５と可動側電極２５によって被溶接部材１００を挟持することで被溶接部材１００の溶接位置となる点打位置に固定側電極１５及び可動側電極２５が位置決めされる。
【００５６】
次に、第１の工程である初期加圧工程Ｓ１０５において、加圧力アクチュエータ２０のサーボモータ２１を、初期加圧力設定工程Ｓ１０１で設定された初期回転トルクＴ１に達するまで作動して図５（ｃ）に示すように可動側電極２５と固定側電極１５との間で被溶接部材１００を初期加圧力Ｆ１で挟持加圧する。この初期加圧工程Ｓ１０５における被溶接部材１００に対する可動側電極２５と固定側電極１５との間で付与される加圧力は図６の実線ａで示すようにサーボモータ２１の回転に伴って次第に増加して初期加圧力Ｆ１に達して停止する。
【００５７】
次に初期副加圧工程Ｓ１０６において、副加圧力アクチュエータ３１のサーボモータ３２を、初期副加圧力設定工程Ｓ１０３で設定した初期回転トルクｔ１に達するまで作動する。これにより図５（ｄ）に示すように可動側電極２５と固定側電極１５との間で挟持加圧された状態の被溶接部材１００の薄板１０１に固定側電極１５に隣接して下方から圧接して初期副加圧力ｆ１を付与する。
【００５８】
この初期副加圧工程Ｓ１０６における被加圧部材１００に対する副加圧部３９によって付与される副加圧力は図６に二重線ｂで示すようにサーボモータ３２の回転に伴って次第に増加して初期副加圧力ｆ１に達して停止する。
【００５９】
この第１の状態では初期副加圧力ｆ１の付与に伴って、この増加する副加圧力の反力が副加圧部３９から副加圧力付与アーム３５及びサーボモータ３２や直動部３３の機構的抗力等の副加圧アクチュエータ３１のよる抗力を介して可動側電極２５や固定側電極１５に作用して可動側電極２５と固定側電極１５による加圧力が図６に示すように初期加圧力Ｆ１から２次加圧力Ｆ２（Ｆ１＋α）に増加される。
【００６０】
この初期加圧工程Ｓ１０５による初期加圧力Ｆ１の付与と、初期副加圧工程Ｓ１０６による初期副加圧力ｆ１の付与は、初期副加圧工程Ｓ１０６を先に実行し、初期加圧工程Ｓ１０５を初期副加圧工程Ｓ１０６の後に実行することもできる。即ち第１の工程において加圧アクチュエータ２０により固定側電極１５と可動側電極２５とで被溶接部材１００を予め設定された初期加圧力Ｆ１で挟持加圧或いは副加圧力アクチュエータ３１による副加圧部３９での初期副加圧力ｆ１のいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する。
【００６１】
この第１の工程に続いて、第２の工程である設定加圧工程Ｓ１０７においてサーボモータ２１を設定加圧力設定工程Ｓ１０２で設定された設定回転トルクＴに達するまで作動して、図５（ｅ）に示すように可動側電極２５と固定側電極１５との間で被溶接部材１００を設定加圧力Ｆで挟持加圧する。これにより被加圧部材１００に対する可動側電極２５と固定側電極１５による加圧力は図６に示すように初期副加圧工程S１０６において増加した２次加圧力Ｆ２から溶接時に要求される予め設定された設定加圧力Ｆとなる。
【００６２】
この設定加圧力Ｆの付与に伴って、この加圧力付与の反力が加圧アクチュエータ２０及び副加圧アクチュエータ３１の機構的抗力等及び副加圧力付与アーム３５等を介して副加圧部３９に作用して、副加圧部３９による副加圧力が図６に示すように初期副加圧力ｆ１から２次副加圧力ｆ２（ｆ１＋β）に増加する。
【００６３】
次に、設定副加圧工程Ｓ１０８において 副加圧アクチュエータ３１のサーボモータ３２を副加圧力設定工程Ｓ１０４で設定された設定回転トルクｔに達するまで作動して図５（ｆ）に示すように被溶接部材１００の薄板１０１に設定副加圧力ｆを付与する。これにより被溶接部材１００に対する副加圧部３９による加圧力は図５に示すように設定加圧工程S１０７において増加した２次加圧力ｆ２から溶接時に要求される設定副加圧力ｆに設定される。
【００６４】
この副加圧力設定による２次副加圧力ｆ２から設定副加圧力ｆへの増加に伴う反力が可動側電極２５及び固定側電極１５に作用して設定加圧工程Ｓ１０７で設定された設定加圧力Ｆを増加させるが、２次副加圧力ｆ２から設定副加圧力ｆへの増加に伴う反力は比較的小さく設定加圧力Ｆは許容範囲内に維持される。
【００６５】
この設定加圧工程Ｓ１０７による設定加圧力Ｆの付与と、設定副加圧工程Ｓ１０８による設定副加圧力ｆの付与は、設定副加圧工程Ｓ１０８を先に実行し、設定加圧工程Ｓ１０７を設定副加圧工程Ｓ１０８の後に実行することもできる。即ち第２の工程において加圧アクチュエータ２０により固定側電極１５と可動側電極２５とで被溶接部材１００を予め設定された設定加圧力Ｆ或いは副加圧アクチュエータ３１により副加圧部３９による設定副加圧力ｆのいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する。
【００６６】
このように溶接条件に応じて設定された設定加圧力Ｆで固定側電極１５と可動側電極２５によって被溶接部材１００を挟持加圧し、かつ設定された設定副加圧力ｆで副加圧部３９により固定側電極１５に隣接して薄板１０１に下方から副加圧力ｆを付与した第２の状態では、図５（ｆ）に示すように、可動側電極２５による加圧力ＦＵが被溶接部材１００の第２厚板１０３に上方から付与され、固定側電極１５による加圧力ＦＬと副加圧部３９による副加圧力ｆが隣接して薄板１０１に付与される。
【００６７】
この場合、加圧アクチュエータ２０による加圧力が電極アーム２３等を介して可動側電極２５に作用し、かつ可動側電極２５に対向して固定アーム１０を介して固定側電極１５に作用する一方、副加圧力付与手段３０においてサーボモータ３２による付勢力が副加圧力付与アーム３５等を介して副加圧部３９に作用し、第２厚板１０３に上方から作用する可動側電極２５による加圧力ＦＵと薄板１０１に下方から作用する固定側電極１５による加圧力ＦＬ及び副加圧部３９による副加圧力ｆの総和が等しくなる（ＦＵ＝ＦＬ＋ｆ）。
【００６８】
換言すると、固定側電極１５から薄板１０１に作用する加圧力ＦＬは、可動側電極２５による加圧力ＦＵから副加圧部３９による副加圧力ｆを減じた加圧力が付与される（ＦＬ＝ＦＵ−ｆ）。
【００６９】
このように薄板１０１側に作用する固定側電極１５からの加圧力ＦＬを第２厚板１０３側に作用する可動側電極２５の加圧力ＦＵより小さく（ＦＬ＜ＦＵ）制御することで、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における接触圧力が、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の溶接部における接触圧力より小さくなり、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の接触抵抗が大きくなると共に、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接触抵抗が小さくなる。
【００７０】
次に、可動側電極２５と固定側電極１５及び受部３９とで被溶接部材１００を挟持加圧して薄板１０１側に位置する固定側電極１５の加圧力ＦＬを第２厚板１０３側に位置する可動側電極２５の加圧力ＦＵより小さくした状態で、溶接トランス４０から可動側電極２５と固定側電極１５との間に所定時間通電して溶接する。
【００７１】
この可動側電極２５と固定側電極１５との間に通電した時に、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の接合部における接触抵抗が大きく電流密度が高くなると共に、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接触抵抗が小さく保持される。これにより、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における発熱量が第１厚板１０２と第２厚板１０３の接合部における発熱量に対して相対的に増加して、薄板１０１から第２厚板１０３に亘って電流密度の偏りのない良好なナゲットが形成され、薄板１０１の溶接強度が確保できる。
【００７２】
この溶接が完了した後、副加圧力付与手段３０のサーボモータ３２の作動により直動部３３のロッド３４を下降動して、副加圧力付与アーム３５を介して可動受部３８の先端に設けられた副加圧部３９を被溶接部材１００に圧接する副加圧位置から退避位置に移動させる。更に、加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５を加圧位置から退避位置に移動させて固定側電極１５と可動側電極２５とによる被溶接部材１００の挟持を開放する。
【００７３】
次に、作動プログラムに従い溶接ロボットを作動して、スポット溶接装置１を被溶接部材１００の打点位置から退避させ、次の被溶接部材１００の打点位置に移動する。
【００７４】
このように構成された本実施の形態によると、加圧アクチュエータ２０等の機構的な抗力に影響されることなく要求に応じた適切な固定側電極１５及び可動側電極２５による加圧力Ｆが付与された被溶接部材１００に副加圧アクチュエータ３１による副加圧力ｆが付与されて、固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力ＦＬ、ＦＵが制御され、剛性の異なる板材を重ねた被溶接部材１００に対する溶接品質が向上する。
【００７５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、初期加圧工程Ｓ１０５において固定側電極１５と可動側電極２５により初期加圧力Ｆ１で被溶接部材１００を加圧し、初期副加圧工程Ｓ１０６において初期加圧力Ｆ１の副加圧を付与し、設定加圧工程Ｓ１０７で更に固定側電極１５と可動側電極２５により溶接に適切な設定加圧力Ｆで加圧すると共に設定副加圧工程Ｓ１０８で更に溶接に適切な設定副加圧力ｆを付与することで、溶接条件を満たす固定側電極１５と可動側電極２５による被溶接部材１００に対する加圧力Ｆ及び副加圧力ｆを確保したが、固定側電極１５と可動側電極２５とで被溶接部材１００を初期加圧力で挟持加圧力を付与すると共に副加圧部３９で初期副加圧力を付与した第１の状態から、加圧アクチュエータによる固定側電極１５と可動側電極２５とで被溶接部材１００を予め設定された設定加圧力Ｆ及び副加圧力アクチュエータ３１により副加圧部３９による設定副加圧力ｆを付与する第２の状態に徐々に移行する移行工程を備えることもできる。
【００７６】
この移行工程を具体的に図７に示す作動概要説明図を参照して説明する。
【００７７】
上記実施の形態と同様に第１の工程である初期加圧工程Ｓ１０５において加圧力アクチュエータ２０の作動で可動側電極２５と固定側電極２５により被溶接部材１００に初期加圧力Ｆ１を付与し、初期副加圧工程Ｓ１０６において副加圧アクチュエータ３１により副加圧部３９で初期副加圧力ｆ１を付与した第１の状態から、移行工程において加圧アクチュエータ２０による可動側電極２５と固定側電極１５での初期加圧力Ｆ１から次第に設定加圧力Ｆに移行する複数の加圧工程と、副加圧アクチュエータ３１による副加圧部３９での初期副加圧力ｆ１から次第に設定副加圧力ｆに移行する複数の副加圧工程を交互に切り返して設定加圧力及び設定副加圧力を被溶接部材に付与する。
【００７８】
これにより、被溶接部材１００に予め設定された固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力及び副加圧部３９による副加圧力が高精度で付与され、予め設定された固定側電極１５と可動側電極２５による設定加圧力及び副加圧部３９による副加圧力が付与された被溶接部材１００に固定側電極１５と可動側電極２５との間の通電でスポット溶接が実行され、優れた溶接品質が得られる。
【００７９】
なお、加圧アクチュエータ２０による固定側電極１５と可動側電極２５とで被溶接部材１００を予め設定された設定加圧力Ｆ及び副加圧アクチュエータ３１により副加圧部３９による設定副加圧力ｆを付与する第２の状態に徐々に移行する間に、固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力及び副加圧部３９による副加圧力の少なくとも一方を低減する工程を設け、移行工程において過剰の加圧力或いは副加圧力付与を抑制して被溶接部材１００に予め設定された固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力及び副加圧部３９による副加圧力をより高精度で付与することもできる。
【００８０】
また、上記実施の形態ではサーボモータ２１の回転トルクにより固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力を制御し、サーボモータ３２の回転トルクにより副加圧力を制御したが、固定アーム１０及び電極アーム２４等に固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力を検知するロードセルを配置し、このロードセルの検知に基づいて加圧力を設定することもできる。同様に、副加圧力付与アーム３５等に副加圧による副加圧力を検知するロードセルを配置し、このロードセルの検知に基づいて副加圧力を設定することもできる。この場合より高精度に設定加圧力及び設定副加圧力等が設定できる。
【符号の説明】
【００８１】
１ スポット溶接装置
１０ 固定アーム
１５ 固定側電極（第１溶接電極）
２０ 加圧アクチュエータ
２１ サーボモータ
２５ 可動側電極（第２溶接電極）
３０ 副加圧力付与手段
３１ 副加圧アクチュエータ
３２ サーボモータ
３５ 副加圧力付与アーム
３９ 副加圧部
４１ 溶接コントローラ
４２ 加圧力制御部
４３ 副加圧力制御部
Ｓ１０１ 初期加圧力設定工程
Ｓ１０２ 設定加圧力設定工程
Ｓ１０３ 初期副加圧力設定工程
Ｓ１０４ 副加圧力設定工程
Ｓ１０５ 初期加圧工程（第１の工程）
Ｓ１０６ 初期副加圧工程（第１の工程）
Ｓ１０７ 設定加圧工程（第２の工程）
Ｓ１０８ 設定副加圧工程（第２の工程）
Ｆ１ 初期加圧力
Ｔ１ 初期設定回転トルク
Ｆ 設定加圧力
Ｔ 設定回転トルク
ｆ１ 初期副加圧力
ｔ１ 初期回転トルク
ｆ 設定副加圧力
ｔ 設定回転トルク
１００ 被溶接部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接装置の加圧制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、重ね合わされた鋼板等の板材の接合には、一対の溶接電極間で挟み加圧力を与えながら両電極間に一定時間通電するスポット溶接が広く行われる。
【０００３】
例えば、図８（ａ）に示すように、剛性の低い薄板１０１、この薄板１０１より剛性が高い第１厚板１０２、第２厚板１０３の３枚を重ね合わせた板組の被溶接部材１００をスポット溶接する場合には、薄板１０１と第１厚板１０２の間及び第１厚板１０２と第２厚板１０３の間に隙間がなく密着した状態で、可動側電極１１１と固定側電極１１２により被溶接部材１００を挟んで電源１１３により通電すると、可動側電極１１１と固定側電極１１２間の通電経路における電流密度がほぼ均一となり薄板１０１から第２厚板１０３に亘って良好なナゲットが形成されて、必要な溶接強度を得ることができる。
【０００４】
しかし、実際には、可動側電極１１１と固定側電極１１２によって被溶接部材１００を挟んで加圧したときに、剛性の低い薄板１０１と第１厚板１０２が上方に撓んで、薄板１０１と第１厚板１０２の間及び第１厚板１０２と第２厚板１０３との間に隙間が生じる。
【０００５】
この場合、可動側電極１１１と薄板１０１間の接触面積は薄板１０１の撓みにより大きくなるのに対して、薄板１０１と第１厚板１０２間及び第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接合部の接触面積は隙間により小さくなる。このため、可動側電極１１１と固定側電極１１２間の電流密度が薄板１０１側に対して第２厚板１０３側が高くなり、薄板１０１と第１厚板１０２間よりも第１厚板１０２と第２厚板１０３間の方が局部的な発熱量が多くなる。
【０００６】
その結果、図８（ａ）に示すように、先ず第１厚板１０２と第２厚板１０３との接合部にナゲット１０５が形成され、次第にナゲット１０５が大きくなりやがて図８（ｂ）に示すように薄板１０１と第１厚板１０２が溶着される。しかし、この薄板１０１と第１厚板１０２との間の溶け込み量が小さく溶接強度が不安定で、薄板１０１が剥離することが懸念され、かつ溶接品質にバラツキがある。この不具合は、特に第１厚板１０２及び第２厚板１０３が厚いほど第１厚板１０２と薄板１０１との間にナゲット１０５が到達しにくく顕著である。
【０００７】
この対策として、例えば特許文献１に開示のスポット溶接方法は、図９に示すように、薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３の３枚重ねの被溶接部材１００をスポット溶接するときに、薄板１０１側の可動側電極１２５の加圧力を、第２厚板１０３側の固定側電極１２４の加圧力より小さくすることで、薄板１０１と第１厚板１０２との接合部の接触抵抗が大きくなる一方、第１厚板１０２と第２厚板１０３との接合部の接触抵抗が小さくなり、可動側電極１２５と固定側電極１２４に通電したときに、薄板１０１と第１厚板１０２との接合部の発熱量が増加して薄板１０１と第１厚板１０２の溶接強度が高められる。
【０００８】
この方法の実施に用いられるスポット溶接装置の構成は、図１０に示すように、溶接ロボット１１５の手首部１１６にスポット溶接装置１２０が搭載される。スポット溶接装置１２０は、手首部１１６に取り付けられた支持ブラケット１１７に固定されたリニアガイド１２１によって上下動自在に支持されたベース部１２２を備え、このベース部１２２には下方に延びる固定アーム１２３が設けられ、固定アーム１２３の先端に固定側電極１２４が設けられる。
【０００９】
また、ベース部１２２の上端には、加圧力アクチュエータ１２６が搭載され、加圧力アクチュエータ１２６により上下動するロッド１２７の下端に固定側電極１２４と対向して可動側電極１２５が取り付けられる。支持ブラケット１１７の上端にサーボモータ１２８が搭載され、サーボモータ１２８の作動によりボールねじ機構を介してベース部１２２が上下動する。
【００１０】
ここで、図示しないコントローラに予め記憶されているティーチングデータに従って、コントローラは、先ず、サーボモータ１２８によりベース部１２２を上昇させて固定側電極１２４を被溶接部材１００の下面に当接させると共に、加圧力アクチュエータ１２６により可動側電極１２５を下降させて、クランパ１１８にクランプ支持された被溶接部材１００の上面に当接させる。ここで、加圧力アクチュエータ１２６による加圧力が可動側電極１２５と、ベース部１２２及び固定アーム１２３を介して固定側電極１２４とに均等に作用し、固定側電極１２５からの加圧力ＦＬと可動側電極１２５からの加圧力ＦＵで挟持加圧する。
【００１１】
次に、サーボモータ１２８によりベース部１２２を押し上げて固定側電極１２４の加圧力より可動側電極１２５側の加圧力を小さくすることで、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の電流密度が高くなり、薄板１０１と第１厚板１０２との接合部における発熱量が確保でき、溶け込み量が増大して溶接強度が増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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】
【００１３】
上記特許文献１によると、クランパ１１８に保持された被溶接部材１００の第２厚板１０３側に固定側電極１２４を当接させると共に可動側電極１２５を薄板１０１に当接させ、更にベース部１２２を押し上げて固定側電極１２４の加圧力より可動側電極１２５側の加圧力を小さくすることで、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の電流密度が高くなり、薄板１０１と第１厚板１０２との接合部における発熱量が確保でき、溶け込み量が増大して溶接強度が増加する。
【００１４】
しかし、クランパ１１８により保持された被溶接部材１００を固定側電極１２４と可動側電極１２５によって挟持加圧した状態でベース部１２２を移動して固定側電極１２４の加圧力ＦＬより可動側電極１２５による加圧力ＦＵを小さくするには、被溶接部材１００をクランプ保持するクランパ１１８に大きな負荷が要求される。一方、クランプ１１８による被溶接部材１００のクランプ位置と溶接位置が大きく離間した状態では、被溶接部材１００が撓み変形して固定側電極１２４による加圧力と可動側電極１２５による加圧力にバラツキが生じて安定した薄板１０１と第１厚板１０２との間の接触抵抗及び第１厚板１０２と第２厚板１０３との間の接触抵抗の確保が困難であり、接合部における電流密度にバラツキが生じてスポット溶接の品質低下が懸念される。
【００１５】
そこで、本特許出願人は、特願２０１０−２００６４３において、図１１に概要を示すように、固定側電極１３２と、加圧力アクチュエータにより作動する可動側電極１３１との間で被溶接部材１００の溶接部を所定の加圧力Ｆ、即ち可動側電極１３２の加圧力ＦＵと固定側電極１３２の加圧力ＦＬで挟持すると共に加圧し（Ｆ＝ＦＵ＋ＦＬ）、更に図示しない副加圧力アクチュエータにより副加圧部１３３を被溶接部材１００の薄板１０１に押圧して副加圧力ｆを付与することで、薄板１０１側に作用する固定側電極１３２の加圧力を第２厚板１０３側に作用する可動側電極１３１の加圧力より小さく制御して、可動側電極１３１と固定側電極１３２との間に通電して溶接するスポット溶接装置を提案した。
【００１６】
このスポット溶接装置において加圧力アクチュエータにより作動する可動側電極１３１と固定側電極１３２とによって予め設定された加圧力Ｆで被溶接部材１００を挟持加圧した状態で、副加圧力アクチュエータにより副加圧力ｆを付加することから、副加圧力ｆの付加により予め設定した可動側電極１３１と固定側電極１３２による加圧力Ｆが増大することが懸念され、加圧力アクチュエータ及び副加圧力アクチュエータの適切な制御が要求される。特に加圧力アクチュエータをエアシリンダ機構によって構成した際にはエアシリンダ機構自体が収縮機能を有することで比較的影響が抑制されるが、サーボモータによって構成した際にはサーボモータによる機構的な抗力が大きくその制御がより厄介になる。
【００１７】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、被溶接部材に作用する溶接電極による加圧力及び副加圧力を制御することで優れた溶接品質が得られるスポット溶接装置の加圧制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成する請求項１に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法の発明は、第１溶接電極と、該第１電極と協働して被溶接部材を挟持する第２溶接電極に加圧力を付与する加圧力アクチュエータと、副加圧部を前記被溶接部材に当接して副加圧力を付与する副加圧力アクチュエータとを有し、前記第１溶接電極、第２溶接電極及び副加圧部によって前記被溶接部材を挟持すると共に予め設定された加圧力を付与した前記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電して溶接するスポット溶接装置の加圧制御方法であって、前記加圧力アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された初期加圧力で挟持加圧或いは被溶接部材に副加圧部を当接して前記副加圧力アクチュエータによる初期副加圧力のいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する第１の工程と、該第１の工程に続いて前記加圧アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された設定加圧力或いは前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による設定副加圧力のいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する第２の工程と、を有することを特徴とする。
【００１９】
これによると、加圧力アクチュエータにより第１溶接電極及び第２溶接電極で被溶接部材を挟持して設定された加圧力を付与すると共に、被溶接部材に副加圧力アクチュエータにより副加圧部で設定された副加圧力を付与した状態で第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電してスポット溶接するにあたり、第１の工程で、加圧力アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで被溶接部材を予め設定された初期加圧力で挟持加圧しかつ被溶接部材に副加圧部を当接して前記副加圧力アクチュエータによる初期副加圧力を付与し、続く第２の工程で加圧アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで被溶接部材を予め設定された設定加圧力を付与しかつ副加圧力アクチュエータにより副加圧部による設定副加圧力を付与することから、被溶接部材に予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力が高精度で付与され、予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による設定加圧力及び副加圧部による副加圧力が付与された被溶接部材に第１溶接電極と第２溶接電極との間の通電でスポット溶接が実行され、優れた溶接品質が得られる。
【００２０】
上記目的を達成する請求項２に記載の発明によるスポット溶接装置の加圧制御方法は、第１溶接電極と、該第１電極と協働して被溶接部材を挟持する第２溶接電極に加圧力を付与する加圧力アクチュエータと、副加圧部を前記被溶接部材に当接して副加圧力を付与する副加圧力アクチュエータとを有し、前記第１溶接電極、第２溶接電極及び副加圧部によって前記被溶接部材を挟持すると共に予め設定された加圧力を付与した前記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電して溶接するスポット溶接装置の加圧制御方法であって、前記加圧力アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された初期加圧力で挟持加圧−或いは被溶接部材に副加圧部を当接して前記副加圧力アクチュエータにより初期副加圧力のいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する第１の工程と、該第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を初期加圧力で挟持加圧すると共に副加圧部で初期副加圧力を付与した第１の状態から前記加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された設定加圧力及び前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部で予め設定された設定副加圧力を付与する第２の状態に徐々に移行する移行工程と、を有することを特徴とする。
【００２１】
これによると、加圧アクチュエータにより第１溶接電極及び第２溶接電極で被溶接部材を挟持して設定された加圧力を付与すると共に、被溶接部材に副加圧アクチュエータにより副加圧部で設定された副加圧力を付与した状態で第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電してスポット溶接するにあたり、第１の工程で、加圧アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで被溶接部材を予め設定された初期加圧力で挟持加圧し、かつ副加圧アクチュエータにより副加圧部で初期副加圧力を付与し、この第１溶接電極と第２溶接電極とで被溶接部材を初期加圧力で挟持加圧すると共に副加圧部で初期副加圧力を付与した第１の状態から移行工程において加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極とで被溶接部材を予め設定された設定加圧力及び副加圧アクチュエータにより副加圧部による設定副加圧力を付与する第２の状態に徐々に移行することで、被溶接部材に予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力が高精度で付与され、予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による設定加圧力及び副加圧部による副加圧力が付与された被溶接部材に第１溶接電極と第２溶接電極との間の通電でスポット溶接が実行され、優れた溶接品質が得られる。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項２に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法において、前記移行工程は、前記加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力付与と前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による副加圧力付与が交互に行われることを特徴とする。
【００２３】
これによると、加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力付与と副加圧力アクチュエータにより副加圧部による副加圧力付与を交互に行うことで被溶接部材に予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力が高精度で付与できる。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項２に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法において、前記移行工程は、前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による副加圧力付与を行う複数の副加圧工程を有することを特徴とする。
【００２５】
これによると、副加圧力アクチュエータにより副加圧部による副加圧力付与を行う複数の工程を有することで、被溶接部材に予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力が高精度で付与できる。
【００２６】
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか１項に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法において、前記移行工程は、前記加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された設定加圧力及び前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による設定副加圧力を付与する第２の状態に徐々に移行する間に第１溶接電極と第２電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力の少なくとも一方を低減する工程を有することを特徴とする。
【００２７】
これによると、加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極とで被溶接部材を予め設定された設定加圧力及び副加圧アクチュエータにより副加圧部による設定副加圧力を付与する第２の状態に徐々に移行する間に、第１溶接電極と第２電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力の少なくとも一方を低減する工程を有することで、過剰の加圧力或いは副加圧力付与が抑制されて被溶接部材に予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力が高精度で付与できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によると、加圧アクチュエータにより加圧第１溶接電極及び第２溶接電極で被溶接部材を挟持して設定の加圧力を付与すると共に、被溶接部材に副加圧アクチュエータにより副加圧部で所定の副加圧力を付与した状態で第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電してスポット溶接するにあたり、被溶接部材に予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力が加圧アクチュエータ等の機構的な抗力に影響されることなく高精度で付与され、予め設定された第１溶接電極と第２溶接電極による副加圧力及び副加圧部による副加圧力が付与された状態で、第１溶接電極と第２溶接電極との間の通電でスポット溶接が実行され、優れた溶接品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施の形態におけるスポット溶接装置の構成図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】図１のＢ部拡大斜視図である。
【図４】作動プログラムデータの説明図である。
【図５】作動概要説明図である。
【図６】作動概要説明図である。
【図７】作動概要説明図である。
【図８】従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。
【図９】従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。
【図１０】従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。
【図１１】スポット溶接装置の概要説明図である
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明に係るスポット溶接装置の加圧制御方法の一実施の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。図１はスポット溶接装置の構成図、図２は図１のＡ矢視図、図３は図１のＢ部拡大斜視図、図４は作動プログラムデータの説明図、図５及び図６は作動概要説明図である。
【００３１】
スポット溶接装置１の説明に先立って、被溶接部材１００について説明する。被溶接部材１００は、図３に示すように、重ね合わされた２枚の厚板の一方に薄板を重ね合わせた、下から順に剛性の低い薄板１０１、薄板より板厚が大きく剛性が高い第１厚板１０２及び第２厚板１０３が重ね合わされた３枚重ねの板組によって構成される。
【００３２】
スポット溶接装置１は、図示しない溶接ロボットの手首部にイコライザユニットを介して取り付けられるベース部３及びベース部３の両側から対向して延在する側部４、５を備えた支持ブラケット２を有する。支持ブラケット２の対向する側部４、５に固定アーム１０が取り付けられ、側部４、５の先端部４ａ、５ａにブラケット６を介して加圧アクチュエータ２０が取り付けられる。更に、両側部４、５の間に副加圧力付与手段３０の副加圧アクチュエータ３１及び溶接トランス４０が取り付け支持される。
【００３３】
固定アーム１０は、支持ブラケット２の両側部４、５に基端が結合されて下方に延在する固定アーム本体１１及び固定アーム本体１１の先端から前方にＬ字状に折曲する電極保持部１２によって形成され、電極保持部１２に第１溶接電極である固定側電極１５が、その頂端１５ａを上方にして装着される。
【００３４】
加圧アクチュエータ２０は、モータハウジング内において回転自在に収容される中空ロータを有する中空モータによって構成されるサーボモータ２１を備え、中空ロータの端部に装着されるボールネジ及びボールネジに螺合するロッド２３を備えた直動部２２を有し、サーボモータ２１の作動によって直動部２２のロッド２３が昇降往復動する。
【００３５】
直動部２２のロッド２３の下端に電極アーム２４が設けられ、電極アーム２４の先端に固定アーム１０に設けられた固定側電極１５と同軸上、即ち中心軸線Ｌ上に固定側電極１５と対向して第２溶接電極である可動側電極２５が設けられる。
【００３６】
これにより加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５は固定側電極１５から上方に離反する退避位置と、被溶接部材１００を固定側電極１５と協働して挟持すると共に加圧力を付与する加圧位置との間で中心軸線Ｌに沿って移動する。
【００３７】
この被溶接部材１００に対する固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力Ｆ、即ち固定側電極１５による加圧力ＦＬ及び可動側電極２５による加圧力ＦＵはサーボモータ２１の回転トルクによって決定され、サーボモータ２１の回転トルクを制御することで所望の加圧力が得られる。
【００３８】
副加圧力付与手段３０は、支持ブラケット２の両側部４、５間に支持部材７を介して保持される副加圧アクチュエータ３１及び先端に副加圧部３９が設けられた副加圧力付与アーム３５を有する。副加圧アクチュエータ３１は、モータハウジング内において回転自在に収容される中空ロータを有する中空モータによって構成されたサーボモータ３２を備え、中空ロータの端部に装着されるボールネジ及びボールネジに螺合するロッド３４を備えた直動部３３を有し、サーボモータ３２の作動によって直動部３３のロッド３４が昇降往復動する。この直動部３３のロッド３４に副加圧力付与アーム３５が設けられる。
【００３９】
副加圧力付与アーム３５は、ロッド３４の先端に基端部が結合されて固定アーム１０と電極アーム２４との間で下方に延在して先端から中心軸線Ｌ方向に折曲する先端部３７を有するアーム部３６と、アーム部３６の先端部３７に結合されて中心軸線Ｌ方向に延在して先端に副加圧部３９が設けられた可動受部３８によって構成される。
【００４０】
可動受部３８は、基端部３８Ａがアーム部３６の先端部３７に結合されて中心軸線Ｌ方向に向かって延在する矩形板状であって、先端に中心軸線Ｌと同軸で先端３９ａが上方に突出して固定側電極１５の貫通を許容する断面半円弧状、即ち半割り筒状の副加圧部３９が設けられる。
【００４１】
このように構成された副加圧力付与アーム３５は、サーボモータ３２の作動によって副加圧力付与アーム３５の先端に設けた副加圧部３９の先端３９ａが固定側電極１５の頂端１５ａより下方となり被溶接部材１００から離反する退避位置と、固定側電極１５と可動側電極２５とによって挟持された被溶接部材１００に下方から当接して副加圧力を付与する副加圧位置との間で中心軸線Ｌに沿って移動する。この副加圧力はサーボモータ３２の回転トルクによって決定され、サーボモータ３２の回転トルクを制御することで要望の副加圧力ｆが得られる。
【００４２】
電源となる溶接トランス４０の一方の出力端子がバスバ及び固定アーム１０等を介して固定側電極１５に通電可能に接続され、他方の出力端子がバスバ及び電極アーム２４等を介して可動側電極２５に通電可能に接続される。
【００４３】
また、溶接コントローラ４１を備え、溶接コントローラ４１にはスポット溶接装置１の作動プログラム及び作動プログラムに設定された各作動行程に基づいて加圧アクチュエータ２０を制御する加圧力制御部４２と副加圧アクチュエータ３１を制御する副加圧力制御部４３が含まれる。
【００４４】
この溶接コントローラ４１は作動プログラムデータとして、図４に示すように初期加圧力設定工程Ｓ１０１、副加圧力設定工程Ｓ１０２、初期副加圧力設定工程Ｓ１０３、副加圧力設定工程Ｓ１０４、第１の工程である初期加圧工程Ｓ１０５及び初期副加圧工程Ｓ１０６、第２の工程である設定加圧工程Ｓ１０７及び設定副加圧工程Ｓ１０８を有する。
【００４５】
加圧力制御部４２は、作動データとして、初期加圧力設定工程Ｓ１０１において予め設定された初期加圧力Ｆ１で固定側電極１５と可動側電極２５により被溶接部材１００を加圧するときのサーボモータ２１の回転トルク、即ち初期設定回転トルクＴ１、設定加圧力設定工程Ｓ１０２において予め設定された設定加圧力Ｆで固定側電極１５と可動側電極２５により被溶接部材１００を加圧するときのサーボモータ２１の回転トルク、即ち設定回転トルクＴを設定し、初期加圧工程Ｓ１０５においてサーボモータ２１を初期加圧力設定工程Ｓ１０１で設定された初期回転トルクＴ１に達するまで作動させ、設定加圧工程Ｓ１０７においてサーボモータ２１を設定加圧力設定工程Ｓ１０２で設定された設定回転トルクＴに達するまで作動させる。
【００４６】
ここで、初期加圧力設定工程Ｓ１０１における初期加圧力Ｆ１は、被溶接部材１００を固定側電極１５と可動側電極２５により加圧する初期設定の固定側電極１５の加圧力と可動側電極２５の加圧力の総計の加圧力であり、設定加圧力設定工程Ｓ１０２にける設定加圧力Ｆは、溶接時に要求される最適な固定側電極１５の加圧力ＦＬと可動側電極２５の加圧力ＦＵの総計の設定加圧力（Ｆ＝ＦＬ＋ＦＵ）であり、予め実験やシミュレーション等で設定することが好ましい。
【００４７】
副加圧力制御部４３は、作動データとして、初期副加圧力設定工程Ｓ１０３において予め設定された副加圧部３９で被溶接部材１００に初期副加圧力ｆ１を付与するときのサーボモータ３２の回転トルク、即ち初期回転トルクｔ１、副加圧力設定工程Ｓ１０４において副加圧部３９で被溶接部材１００に予め設定された設定副加圧力ｆを付与するときのサーボモータ３２の回転トルク、即ち設定回転トルクｔを設定し、初期副加圧工程Ｓ１０６においてサーボモータ３２を初期副加圧力設定工程Ｓ１０３で設定した初期回転トルクｔ１に達するまで作動させ、設定副加圧工程Ｓ１０８においてサーボモータ３２を副加圧力設定工程Ｓ１０４で設定した設定回転トルクｔに達するまで作動させる。
【００４８】
ここで、初期副加圧力設定工程Ｓ１０３における初期副加圧力ｆ１は初期に設定される加圧力で設定副加圧力ｆより小さな加圧力であり、副加圧力設定工程Ｓ１０４における設定副加圧力ｆは溶接時における最適な副加圧力の範囲内に設定され、初期副加圧力ｆ１及び設定副加圧力ｆは予め実験やシミュレーション等で設定することが好ましい。
【００４９】
このように、初期加圧力、設定加圧力、初期副加圧力及び設定副加圧力等が加圧アクチュエータ２０及び副加圧アクチュエータ３１の各サーボモータ２１、３２の回転トルクで設定することで、加圧力や副加圧力を検知する別途専用の加圧力検出手段が不要になり、制御及び構成の簡素化が得られる。
【００５０】
また、図示しない溶接ロボットコントローラには、溶接ロボットのティーチングデータが格納され、ティーチングデータには、被溶接部材１００の各溶接打点位置を順次スポット溶接するための作動プログラム及び各溶接打点、即ち溶接位置におけるスポット溶接装置１の位置及び姿勢が含まれる。
【００５１】
次に、スポット溶接装置１の作動を図５及び図６の作動概要説明図を参照して説明する。
【００５２】
下から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた３枚重ねの板部材からなる被溶接部材１００のスポット溶接にあたり、予め、加圧力制御部４２の作動データとして初期加圧力設定工程Ｓ１０１において固定側電極１５と可動側電極２５により被溶接部材１００を初期加圧力Ｆ１で挟持するときのサーボモータ２１の初期回転トルクＴ１を設定し、設定加圧力設定工程Ｓ１０２において固定側電極１５と可動側電極２５により被溶接部材１００を設定加圧力Ｆで加圧するときのサーボモータ２１の設定回転トルクＴを設定する。同様に、副加圧力付与制御部４３の作動データとして初期副加圧力設定工程Ｓ１０３において副加圧部３９で被溶接部材１００に初期副加圧力ｆ１を付与するサーボモータ３２の初期回転トルクｔ１を設定し、副加圧力設定工程Ｓ１０４において設定される副加圧部３９で被溶接部材１００に設定副加圧力ｆを付与するサーボモータ３２の設定回転トルクｔを設定して準備する。
【００５３】
次に、予め設定されたプログラムに従い、図１に示すように可動側電極２５が固定側電極１５から離反した退避位置でかつ副加圧力付与手段３０の副加圧部３９が退避位置に保持された状態で、ロボットコントローラは溶接ロボットを作動し、図５（ａ）に示すように被溶接部材１００の溶接位置となる打点位置に固定側電極１５の頂端１５ａを当接してスポット溶接装置１を溶接位置に位置決めする。
【００５４】
このスポット溶接１を溶接位置に位置決めした状態では、図５（ａ）に示すようにスポット溶接装置１の固定側電極１５の頂端１５ａが被溶接部材１００の薄板１０１に下方から当接する一方、可動側電極２５の頂端２５ａが第２厚板１０３と隙間を有して対向して、副加圧部３９の先端３９ａが薄板１０１と隙間を有して対向する。
【００５５】
次に、固定側電極１５が被溶接部材１００の薄板１０１に当接した状態で、加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５を退避位置から固定側電極１５に接近する加圧位置方向に移動させて図５（ｂ）のように第２厚板１０３に上方から当接させる。この固定側電極１５と可動側電極２５によって被溶接部材１００を挟持することで被溶接部材１００の溶接位置となる点打位置に固定側電極１５及び可動側電極２５が位置決めされる。
【００５６】
次に、第１の工程である初期加圧工程Ｓ１０５において、加圧力アクチュエータ２０のサーボモータ２１を、初期加圧力設定工程Ｓ１０１で設定された初期回転トルクＴ１に達するまで作動して図５（ｃ）に示すように可動側電極２５と固定側電極１５との間で被溶接部材１００を初期加圧力Ｆ１で挟持加圧する。この初期加圧工程Ｓ１０５における被溶接部材１００に対する可動側電極２５と固定側電極１５との間で付与される加圧力は図６の実線ａで示すようにサーボモータ２１の回転に伴って次第に増加して初期加圧力Ｆ１に達して停止する。
【００５７】
次に初期副加圧工程Ｓ１０６において、副加圧力アクチュエータ３１のサーボモータ３２を、初期副加圧力設定工程Ｓ１０３で設定した初期回転トルクｔ１に達するまで作動する。これにより図５（ｄ）に示すように可動側電極２５と固定側電極１５との間で挟持加圧された状態の被溶接部材１００の薄板１０１に固定側電極１５に隣接して下方から圧接して初期副加圧力ｆ１を付与する。
【００５８】
この初期副加圧工程Ｓ１０６における被加圧部材１００に対する副加圧部３９によって付与される副加圧力は図６に二重線ｂで示すようにサーボモータ３２の回転に伴って次第に増加して初期副加圧力ｆ１に達して停止する。
【００５９】
この第１の状態では初期副加圧力ｆ１の付与に伴って、この増加する副加圧力の反力が副加圧部３９から副加圧力付与アーム３５及びサーボモータ３２や直動部３３の機構的抗力等の副加圧アクチュエータ３１のよる抗力を介して可動側電極２５や固定側電極１５に作用して可動側電極２５と固定側電極１５による加圧力が図６に示すように初期加圧力Ｆ１から２次加圧力Ｆ２（Ｆ１＋α）に増加される。
【００６０】
この初期加圧工程Ｓ１０５による初期加圧力Ｆ１の付与と、初期副加圧工程Ｓ１０６による初期副加圧力ｆ１の付与は、初期副加圧工程Ｓ１０６を先に実行し、初期加圧工程Ｓ１０５を初期副加圧工程Ｓ１０６の後に実行することもできる。即ち第１の工程において加圧アクチュエータ２０により固定側電極１５と可動側電極２５とで被溶接部材１００を予め設定された初期加圧力Ｆ１で挟持加圧或いは副加圧力アクチュエータ３１による副加圧部３９での初期副加圧力ｆ１のいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する。
【００６１】
この第１の工程に続いて、第２の工程である設定加圧工程Ｓ１０７においてサーボモータ２１を設定加圧力設定工程Ｓ１０２で設定された設定回転トルクＴに達するまで作動して、図５（ｅ）に示すように可動側電極２５と固定側電極１５との間で被溶接部材１００を設定加圧力Ｆで挟持加圧する。これにより被加圧部材１００に対する可動側電極２５と固定側電極１５による加圧力は図６に示すように初期副加圧工程S１０６において増加した２次加圧力Ｆ２から溶接時に要求される予め設定された設定加圧力Ｆとなる。
【００６２】
この設定加圧力Ｆの付与に伴って、この加圧力付与の反力が加圧アクチュエータ２０及び副加圧アクチュエータ３１の機構的抗力等及び副加圧力付与アーム３５等を介して副加圧部３９に作用して、副加圧部３９による副加圧力が図６に示すように初期副加圧力ｆ１から２次副加圧力ｆ２（ｆ１＋β）に増加する。
【００６３】
次に、設定副加圧工程Ｓ１０８において 副加圧アクチュエータ３１のサーボモータ３２を副加圧力設定工程Ｓ１０４で設定された設定回転トルクｔに達するまで作動して図５（ｆ）に示すように被溶接部材１００の薄板１０１に設定副加圧力ｆを付与する。これにより被溶接部材１００に対する副加圧部３９による加圧力は図５に示すように設定加圧工程S１０７において増加した２次加圧力ｆ２から溶接時に要求される設定副加圧力ｆに設定される。
【００６４】
この副加圧力設定による２次副加圧力ｆ２から設定副加圧力ｆへの増加に伴う反力が可動側電極２５及び固定側電極１５に作用して設定加圧工程Ｓ１０７で設定された設定加圧力Ｆを増加させるが、２次副加圧力ｆ２から設定副加圧力ｆへの増加に伴う反力は比較的小さく設定加圧力Ｆは許容範囲内に維持される。
【００６５】
この設定加圧工程Ｓ１０７による設定加圧力Ｆの付与と、設定副加圧工程Ｓ１０８による設定副加圧力ｆの付与は、設定副加圧工程Ｓ１０８を先に実行し、設定加圧工程Ｓ１０７を設定副加圧工程Ｓ１０８の後に実行することもできる。即ち第２の工程において加圧アクチュエータ２０により固定側電極１５と可動側電極２５とで被溶接部材１００を予め設定された設定加圧力Ｆ或いは副加圧アクチュエータ３１により副加圧部３９による設定副加圧力ｆのいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する。
【００６６】
このように溶接条件に応じて設定された設定加圧力Ｆで固定側電極１５と可動側電極２５によって被溶接部材１００を挟持加圧し、かつ設定された設定副加圧力ｆで副加圧部３９により固定側電極１５に隣接して薄板１０１に下方から副加圧力ｆを付与した第２の状態では、図５（ｆ）に示すように、可動側電極２５による加圧力ＦＵが被溶接部材１００の第２厚板１０３に上方から付与され、固定側電極１５による加圧力ＦＬと副加圧部３９による副加圧力ｆが隣接して薄板１０１に付与される。
【００６７】
この場合、加圧アクチュエータ２０による加圧力が電極アーム２３等を介して可動側電極２５に作用し、かつ可動側電極２５に対向して固定アーム１０を介して固定側電極１５に作用する一方、副加圧力付与手段３０においてサーボモータ３２による付勢力が副加圧力付与アーム３５等を介して副加圧部３９に作用し、第２厚板１０３に上方から作用する可動側電極２５による加圧力ＦＵと薄板１０１に下方から作用する固定側電極１５による加圧力ＦＬ及び副加圧部３９による副加圧力ｆの総和が等しくなる（ＦＵ＝ＦＬ＋ｆ）。
【００６８】
換言すると、固定側電極１５から薄板１０１に作用する加圧力ＦＬは、可動側電極２５による加圧力ＦＵから副加圧部３９による副加圧力ｆを減じた加圧力が付与される（ＦＬ＝ＦＵ−ｆ）。
【００６９】
このように薄板１０１側に作用する固定側電極１５からの加圧力ＦＬを第２厚板１０３側に作用する可動側電極２５の加圧力ＦＵより小さく（ＦＬ＜ＦＵ）制御することで、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における接触圧力が、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の溶接部における接触圧力より小さくなり、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の接触抵抗が大きくなると共に、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接触抵抗が小さくなる。
【００７０】
次に、可動側電極２５と固定側電極１５及び受部３９とで被溶接部材１００を挟持加圧して薄板１０１側に位置する固定側電極１５の加圧力ＦＬを第２厚板１０３側に位置する可動側電極２５の加圧力ＦＵより小さくした状態で、溶接トランス４０から可動側電極２５と固定側電極１５との間に所定時間通電して溶接する。
【００７１】
この可動側電極２５と固定側電極１５との間に通電した時に、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の接合部における接触抵抗が大きく電流密度が高くなると共に、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接触抵抗が小さく保持される。これにより、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における発熱量が第１厚板１０２と第２厚板１０３の接合部における発熱量に対して相対的に増加して、薄板１０１から第２厚板１０３に亘って電流密度の偏りのない良好なナゲットが形成され、薄板１０１の溶接強度が確保できる。
【００７２】
この溶接が完了した後、副加圧力付与手段３０のサーボモータ３２の作動により直動部３３のロッド３４を下降動して、副加圧力付与アーム３５を介して可動受部３８の先端に設けられた副加圧部３９を被溶接部材１００に圧接する副加圧位置から退避位置に移動させる。更に、加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５を加圧位置から退避位置に移動させて固定側電極１５と可動側電極２５とによる被溶接部材１００の挟持を開放する。
【００７３】
次に、作動プログラムに従い溶接ロボットを作動して、スポット溶接装置１を被溶接部材１００の打点位置から退避させ、次の被溶接部材１００の打点位置に移動する。
【００７４】
このように構成された本実施の形態によると、加圧アクチュエータ２０等の機構的な抗力に影響されることなく要求に応じた適切な固定側電極１５及び可動側電極２５による加圧力Ｆが付与された被溶接部材１００に副加圧アクチュエータ３１による副加圧力ｆが付与されて、固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力ＦＬ、ＦＵが制御され、剛性の異なる板材を重ねた被溶接部材１００に対する溶接品質が向上する。
【００７５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、初期加圧工程Ｓ１０５において固定側電極１５と可動側電極２５により初期加圧力Ｆ１で被溶接部材１００を加圧し、初期副加圧工程Ｓ１０６において初期加圧力Ｆ１の副加圧を付与し、設定加圧工程Ｓ１０７で更に固定側電極１５と可動側電極２５により溶接に適切な設定加圧力Ｆで加圧すると共に設定副加圧工程Ｓ１０８で更に溶接に適切な設定副加圧力ｆを付与することで、溶接条件を満たす固定側電極１５と可動側電極２５による被溶接部材１００に対する加圧力Ｆ及び副加圧力ｆを確保したが、固定側電極１５と可動側電極２５とで被溶接部材１００を初期加圧力で挟持加圧力を付与すると共に副加圧部３９で初期副加圧力を付与した第１の状態から、加圧アクチュエータによる固定側電極１５と可動側電極２５とで被溶接部材１００を予め設定された設定加圧力Ｆ及び副加圧力アクチュエータ３１により副加圧部３９による設定副加圧力ｆを付与する第２の状態に徐々に移行する移行工程を備えることもできる。
【００７６】
この移行工程を具体的に図７に示す作動概要説明図を参照して説明する。
【００７７】
上記実施の形態と同様に第１の工程である初期加圧工程Ｓ１０５において加圧力アクチュエータ２０の作動で可動側電極２５と固定側電極２５により被溶接部材１００に初期加圧力Ｆ１を付与し、初期副加圧工程Ｓ１０６において副加圧アクチュエータ３１により副加圧部３９で初期副加圧力ｆ１を付与した第１の状態から、移行工程において加圧アクチュエータ２０による可動側電極２５と固定側電極１５での初期加圧力Ｆ１から次第に設定加圧力Ｆに移行する複数の加圧工程と、副加圧アクチュエータ３１による副加圧部３９での初期副加圧力ｆ１から次第に設定副加圧力ｆに移行する複数の副加圧工程を交互に切り返して設定加圧力及び設定副加圧力を被溶接部材に付与する。
【００７８】
これにより、被溶接部材１００に予め設定された固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力及び副加圧部３９による副加圧力が高精度で付与され、予め設定された固定側電極１５と可動側電極２５による設定加圧力及び副加圧部３９による副加圧力が付与された被溶接部材１００に固定側電極１５と可動側電極２５との間の通電でスポット溶接が実行され、優れた溶接品質が得られる。
【００７９】
なお、加圧アクチュエータ２０による固定側電極１５と可動側電極２５とで被溶接部材１００を予め設定された設定加圧力Ｆ及び副加圧アクチュエータ３１により副加圧部３９による設定副加圧力ｆを付与する第２の状態に徐々に移行する間に、固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力及び副加圧部３９による副加圧力の少なくとも一方を低減する工程を設け、移行工程において過剰の加圧力或いは副加圧力付与を抑制して被溶接部材１００に予め設定された固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力及び副加圧部３９による副加圧力をより高精度で付与することもできる。
【００８０】
また、上記実施の形態ではサーボモータ２１の回転トルクにより固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力を制御し、サーボモータ３２の回転トルクにより副加圧力を制御したが、固定アーム１０及び電極アーム２４等に固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力を検知するロードセルを配置し、このロードセルの検知に基づいて加圧力を設定することもできる。同様に、副加圧力付与アーム３５等に副加圧による副加圧力を検知するロードセルを配置し、このロードセルの検知に基づいて副加圧力を設定することもできる。この場合より高精度に設定加圧力及び設定副加圧力等が設定できる。
【符号の説明】
【００８１】
１ スポット溶接装置
１０ 固定アーム
１５ 固定側電極（第１溶接電極）
２０ 加圧アクチュエータ
２１ サーボモータ
２５ 可動側電極（第２溶接電極）
３０ 副加圧力付与手段
３１ 副加圧アクチュエータ
３２ サーボモータ
３５ 副加圧力付与アーム
３９ 副加圧部
４１ 溶接コントローラ
４２ 加圧力制御部
４３ 副加圧力制御部
Ｓ１０１ 初期加圧力設定工程
Ｓ１０２ 設定加圧力設定工程
Ｓ１０３ 初期副加圧力設定工程
Ｓ１０４ 副加圧力設定工程
Ｓ１０５ 初期加圧工程（第１の工程）
Ｓ１０６ 初期副加圧工程（第１の工程）
Ｓ１０７ 設定加圧工程（第２の工程）
Ｓ１０８ 設定副加圧工程（第２の工程）
Ｆ１ 初期加圧力
Ｔ１ 初期設定回転トルク
Ｆ 設定加圧力
Ｔ 設定回転トルク
ｆ１ 初期副加圧力
ｔ１ 初期回転トルク
ｆ 設定副加圧力
ｔ 設定回転トルク
１００ 被溶接部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１溶接電極と、
該第１電極と協働して被溶接部材を挟持する第２溶接電極に加圧力を付与する加圧力アクチュエータと、
副加圧部を前記被溶接部材に当接して副加圧力を付与する副加圧力アクチュエータとを有し、
前記第１溶接電極、第２溶接電極及び副加圧部によって前記被溶接部材を挟持すると共に予め設定された加圧力を付与した前記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電して溶接するスポット溶接装置の加圧制御方法であって、
前記加圧力アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された初期加圧力で挟持加圧或いは被溶接部材に副加圧部を当接して前記副加圧力アクチュエータによる初期副加圧力のいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する第１の工程と、
該第１の工程に続いて前記加圧アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された設定加圧力或いは前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による設定副加圧力のいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する第２の工程と、
を有することを特徴とするスポット溶接装置の加圧制御方法。
【請求項２】
第１溶接電極と、
該第１電極と協働して被溶接部材を挟持する第２溶接電極に加圧力を付与する加圧力アクチュエータと、
副加圧部を前記被溶接部材に当接して副加圧力を付与する副加圧力アクチュエータとを有し、
前記第１溶接電極、第２溶接電極及び副加圧部によって前記被溶接部材を挟持すると共に予め設定された加圧力を付与した前記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電して溶接するスポット溶接装置の加圧制御方法であって、
前記加圧力アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された初期加圧力で挟持加圧或いは被溶接部材に副加圧部を当接して前記副加圧力アクチュエータにより初期副加圧力のいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する第１の工程と、
該第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を初期加圧力で挟持加圧すると共に副加圧部で初期副加圧力を付与した第１の状態から、前記加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された設定加圧力及び前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部で予め設定された設定副加圧力を付与する第２の状態に徐々に移行する移行工程と、
を有することを特徴とするスポット溶接装置の加圧制御方法。
【請求項３】
前記移行工程は、
前記加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力付与と前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による副加圧力付与が交互に行われることを特徴とする請求項２に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法。
【請求項４】
前記移行工程は、
前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による副加圧力付与を行う複数の副加圧工程を有する
ことを特徴とする請求項２に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法。
【請求項５】
前記移行工程は、
前記加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された設定加圧力及び前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による設定副加圧力を付与する第２の状態に徐々に移行する間に第１溶接電極と第２電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力の少なくとも一方を低減する工程を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法。
【請求項１】
第１溶接電極と、
該第１電極と協働して被溶接部材を挟持する第２溶接電極に加圧力を付与する加圧力アクチュエータと、
副加圧部を前記被溶接部材に当接して副加圧力を付与する副加圧力アクチュエータとを有し、
前記第１溶接電極、第２溶接電極及び副加圧部によって前記被溶接部材を挟持すると共に予め設定された加圧力を付与した前記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電して溶接するスポット溶接装置の加圧制御方法であって、
前記加圧力アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された初期加圧力で挟持加圧或いは被溶接部材に副加圧部を当接して前記副加圧力アクチュエータによる初期副加圧力のいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する第１の工程と、
該第１の工程に続いて前記加圧アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された設定加圧力或いは前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による設定副加圧力のいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する第２の工程と、
を有することを特徴とするスポット溶接装置の加圧制御方法。
【請求項２】
第１溶接電極と、
該第１電極と協働して被溶接部材を挟持する第２溶接電極に加圧力を付与する加圧力アクチュエータと、
副加圧部を前記被溶接部材に当接して副加圧力を付与する副加圧力アクチュエータとを有し、
前記第１溶接電極、第２溶接電極及び副加圧部によって前記被溶接部材を挟持すると共に予め設定された加圧力を付与した前記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電して溶接するスポット溶接装置の加圧制御方法であって、
前記加圧力アクチュエータにより第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された初期加圧力で挟持加圧或いは被溶接部材に副加圧部を当接して前記副加圧力アクチュエータにより初期副加圧力のいずれか一方を付与し、続いて他方を付与する第１の工程と、
該第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を初期加圧力で挟持加圧すると共に副加圧部で初期副加圧力を付与した第１の状態から、前記加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された設定加圧力及び前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部で予め設定された設定副加圧力を付与する第２の状態に徐々に移行する移行工程と、
を有することを特徴とするスポット溶接装置の加圧制御方法。
【請求項３】
前記移行工程は、
前記加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力付与と前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による副加圧力付与が交互に行われることを特徴とする請求項２に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法。
【請求項４】
前記移行工程は、
前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による副加圧力付与を行う複数の副加圧工程を有する
ことを特徴とする請求項２に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法。
【請求項５】
前記移行工程は、
前記加圧アクチュエータによる第１溶接電極と第２溶接電極とで前記被溶接部材を予め設定された設定加圧力及び前記副加圧力アクチュエータにより副加圧部による設定副加圧力を付与する第２の状態に徐々に移行する間に第１溶接電極と第２電極による加圧力及び副加圧部による副加圧力の少なくとも一方を低減する工程を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のスポット溶接装置の加圧制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−８６０９８（Ｐ２０１３−８６０９８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５４６９（Ｐ２０１１−２２５４６９）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【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５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【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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