スポット溶接装置
【課題】剛性の異なる板材を重ね合わせた被溶接部材をスポット溶接するにあたり、優れた作業効率及び溶接品質が得られるスポット溶接装置を提供する。
【解決手段】可動側電極２５を固定側電極１５と協働して被溶接部材１００に加圧力を付与する加圧位置に移動せしめる加圧力アクチュエータ２０と、固定側電極１５に隣接して受部３９を被溶接部材１００に当接して制御加圧力を付与する制御加圧位置に移動せしめる制御加圧力付与アクチュエータ３１と、溶接トランス４０を有し、溶接ロボットに支持されて支持ブラケット２に前方に加圧力アクチュエータ２０を配置し、加圧力アクチュエータ２０の後方に制御加圧力付与アクチュエータ３１及び溶接トランス４０が直線状に配置する。スポット溶接装置１の幅方向寸法が抑制されて小型化されると共に可動側電極２５及び固定側電極１５の周囲に作業空間が確保される。
【解決手段】可動側電極２５を固定側電極１５と協働して被溶接部材１００に加圧力を付与する加圧位置に移動せしめる加圧力アクチュエータ２０と、固定側電極１５に隣接して受部３９を被溶接部材１００に当接して制御加圧力を付与する制御加圧位置に移動せしめる制御加圧力付与アクチュエータ３１と、溶接トランス４０を有し、溶接ロボットに支持されて支持ブラケット２に前方に加圧力アクチュエータ２０を配置し、加圧力アクチュエータ２０の後方に制御加圧力付与アクチュエータ３１及び溶接トランス４０が直線状に配置する。スポット溶接装置１の幅方向寸法が抑制されて小型化されると共に可動側電極２５及び固定側電極１５の周囲に作業空間が確保される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、剛性の異なる板材を重ね合わせた板組みの被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接装置に関する。
【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】
ここで、例えば、図５（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５（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５（ｂ）に示すように薄板１０１と第１厚板１０２間が溶着される。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６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ＦＵを、第２厚板１０３側の固定側電極１２４の加圧力ＦＬ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間に通電したときに、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７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、溶接ロボット１１５は、クランパ１１８によって支持された被溶接部材１００の各打点位置にスポット溶接装置１２０を移動し、被溶接部材１００のスポット溶接を行う。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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とに均等に作用する。
【００１２】
次に、サーボモータ１２８によりベース部１２２を押し上げる。このベース部１２２の押し上げにより、固定側電極１２４の加圧力ＦＬがベース部１２２の押し上げた分だけ増加し、可動側電極１２５による加圧力ＦＵが固定側電極１２４による加圧力ＦＬより小さくなる（ＦＵ＜ＦＬ）。
【００１３】
その結果、可動側電極１２５と固定側電極１２４との間に通電したときに、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における電流密度が高くなり発熱量が第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する。これにより、薄板１０１から第２厚板１０３に亘って偏りのない良好なナゲットが形成され溶接強度を確保できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【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】
【００１５】
上記特許文献１によると、クランパ１１８によってクランプ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ＦＬより可動側電極１２５側の加圧力ＦＵ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。
【００１６】
しかし、クランパ１１８によりクランプ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ＦＬと可動側電極１２５による加圧力ＦＵ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。
【００１７】
そこで、本特許出願人は、特願２０１０−２００６４３において、図８に概要を示すように、可動側電極１３１と固定側電極１３２との間で被溶接部材１００の溶接部を挟持すると共に加圧し、更に図示しない制御加圧力付与アクチュエータにより制御加圧部１３３を被溶接部材１００の薄板１０１に押圧して制御加圧力Ｆα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ＦＬを第２厚板１０３側に作用する可動側電極１３１の加圧力ＦＵより小さく（ＦＬ＜ＦＵ）制御して、可動側電極１３１と固定側電極１３２との間に所定時間通電して溶接するスポット溶接装置を提案した。
【００１８】
このスポット溶接装置は制御加圧力アクチュエータが可動側電極１３１の近傍に配置されることから、通常のスポット溶接装置よりも幅方向寸法が増大してスポット溶接装置の大型化を招くと共に、可動側電極１３１及び固定電極１３２の周辺空間、即ち作動空間が制限されて溶接ロボットによる溶接作業に影響することが懸念される。
【００１９】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、剛性の異なる板材を重ね合わせた板組みの被溶接部材をスポット溶接するにあたり、優れた作業効率及び溶接品質が得られるスポット溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成する請求項１に記載の発明によるスポット溶接装置は、第１溶接電極と、該第１溶接電極と対向配置される第２溶接電極を前記第１溶接電極と協働して被溶接部材を挟持して加圧力を付与する加圧位置と前記被溶接部材から離反する退避位置との間で移動せしめる加圧力アクチュエータと、前記第１溶接電極或いは第２溶接電極に隣接して制御加圧部を前記被溶接部材に当接して制御加圧力を付与する制御加圧位置と被溶接部材から離反する退避位置との間で移動せしめる制御加圧力付与アクチュエータと、前記第１溶接電極及び第２溶接電極との間で通電する電源となる溶接トランスとを有するスポット溶接装置であって、溶接ロボットに支持された支持ブラケットを有し、前記支持ブケットの前方に前記加圧力アクチュエータが配置され、該加圧力アクチュエータの後方に前記制御加圧力付与アクチュエータ及び溶接トランスが直線状に配置されことを特徴とする。
【００２１】
これによれば、第１溶接電極及び第２溶接電極によって加圧力が付与された被溶接部材に制御加圧力付与アクチュエータにより制御加圧部から制御加圧力が付与されて、第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力が制御され、剛性の異なる板材を重ねた被溶接部材に対する溶接品質が向上する。
【００２２】
一方、溶接ロボットに支持された支持ブラケットの前方に加圧力アクチュエータを配置し、この加圧力アクチュエータの後方に制御加圧力付与アクチュエータ及び溶接トランスを直線状に配置することで、溶接スポット溶接装置の幅方向寸法が抑制されて小型化されると共に、固定側電極及び可動側電極の前側及び両側が開放されて作業空間が容易に確保され、被溶接部材に対するスポット溶接装置による溶接可能範囲が拡大して溶接品質の向上が得られると共に作業性が向上する。
【００２３】
請求項２の発明は、請求項１のスポット溶接装置において、前記支持ブラケットは、前記溶接ロボットに支持されるベース部及び該ベース部から対向して延在する一対の側部を有し、前記加圧力アクチュエータが前記側部の先端部にブラケットを介して配置され、前記制御加圧力付与アクチュエータ及び溶接トランスが前記両側部間に配置されたことを特徴とする。
【００２４】
これによると、溶接ロボットに支持される支持ブラケットに加圧力アクチュエータ、制御加圧力付与アクチュエータ及び溶接トランスを確実に保持できる。
【００２５】
請求項３の発明は、請求項１または２のスポット溶接装置において、前記制御加圧力付与アクチュエータは、中空モータによって構成されるサーボモータを備え、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を備えた直動部を有し、該ロッドに前記制御加圧部を有する制御加圧力付与アームが連結されたことを特徴とする。
【００２６】
これによると、制御加圧力付与アクチュエータが中空モータによって構成されるサーボモータ及び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を備えた直動部により構成され、制御加圧力付与アクチュエータの小型化が得られてスポット溶接装置の小型化が容易になる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、第１溶接電極及び第２溶接電極によって加圧力が付与された被溶接部材に制御加圧力付与アクチュエータによる制御加圧部から制御加圧力が付与されて第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力が制御され、剛性の異なる板材を重ねた被溶接部材に対する溶接品質が向上する。
【００２８】
一方、溶接ロボットに支持された支持ブラケットの前方に加圧力アクチュエータを配置し、この加圧力アクチュエータの後方に制御加圧力付与アクチュエータ及び溶接トランスを直線状に配置することで、スポット溶接装置の幅方向寸法が抑制されて小型化されると共に、固定側電極及び可動側電極の前側及び両側が開放されて作業空間が確保され、スポット溶接装置による被溶接部材に対する溶接可能範囲が拡大して溶接品質の向上が得られると共に作業性が向上する。
【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部拡大図である。
【図４】模式的に示す作動概要説明図である。
【図５】従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。
【図６】従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。
【図７】従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。
【図８】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】
本発明の実施の形態について、図１乃至図４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は模式的に示す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略矩形のベース部３及びベース部３の両側から対向して水平方向に延在する側部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を介して支持ブラケット２の前方に加圧力アクチュエータ２０が取り付けられる。更に、両側部４、５の先端部４ａ、５ａ間に制御加圧力付与手段３０の制御加圧力付与アクチュエータ３１が配置され、側部４，５の略中央部間に溶接トランス４０が取り付け支持される。これら加圧力アクチュエータ２０、制御加圧力付与アクチュエータ３１、溶接トランス３０は図２に示すように、加圧力アクチュエータ２０が支持ブラケット２の前方に配置され、この加圧力アクチュエータ２０の後方に制御加圧力付与アクチュエータ３１、溶接トランス３０が側部４、５間において直線状に配置される。これら制御加圧力付与アクチュエータ３１及び溶接トランス４０は両側部４と５との間に挟持されて支持ブラケット２に確実に保持され、加圧力アクチュエータ２０がブラケット６を介して支持ブラケット２に結合される。
【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】
加圧力アクチュエータ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備え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。この加圧力アクチュエータ２０は、サーボモータ２１を中空モータによって形成し、かつサーボモータ２１と直動部２２を同軸上に配置することで比較的小径の円柱状に形成される。
【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。これらサーボモータ２１、直動部２２、電極アーム２４及び可動側電極２５は中心軸線Ｌと同軸上に配置される。
【００３６】
これにより加圧力アクチュエータ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上昇移動端の退避位置と、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被溶接部材１００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。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、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。
【００３７】
制御加圧力付与手段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制御加圧力付与アクチュエータ３１及び先端に受部３９が設けられた制御加圧力付与アーム３５を有する。制御加圧力付与アクチュエータ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備える中空モータによって構成されるサーボモータ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に制御加圧力付与アーム３５が設けられる。
【００３８】
制御加圧力付与アクチュエータ３１は、サーボモータ３２を中空モータによって形成し、かつサーボモータ３２と直動部３３を同軸上に配置することで比較的小径の円柱状に形成され、制御加圧力付与アクチュエータ３１の小型化が得られてスポット溶接装置１の小型化が容易になる。これらサーボモータ３２、直動部３３、制御加圧力付与アーム３５は、中心軸線Ｌと平行な同軸上に配置される。
【００３９】
制御加圧力付与アーム３５は、ロッド３４の先端に基端部が結合されてロッド３４と同軸上でかつ固定アーム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加圧力付与部となる受部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、即ち半割り筒状の受部３９が設けられる。これら制御加圧力付与手段３０のサーボモータ３２、直動部３３、制御加圧力付与アーム３５は、中心軸線Ｌと平行な同軸上に配置される。
【００４１】
このように構成された制御加圧力付与アーム３５は、サーボモータ３２の作動によって制御加圧力付与アーム３５の先端に設けた受部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制御加圧力Ｆαを付与する制御加圧位置との間で中心軸線Ｌに沿って移動する。この制御加圧力Ｆα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制御加圧力Ｆα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、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。図示しない溶接コントローラには溶接装置１の作動プログラム及び加圧アクチュエータ２０、制御加圧力付与手段３０、溶接トランス４０の作動制御が含まれる。
【００４４】
このように構成されスポット溶接装置１は、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支持ブラケット２の側部４、５間に先端側からベース部３側に順に加圧力アクチュエータ２０を前方として、加圧力アクチュエータ２０の後方に制御加圧力付与アクチュエータ３１及び溶接トランス４０を直線状に配置することで幅方向の寸法Ｗが抑制されて小型に構成されると共に、固定側電極１５及び可動側電極２５の前側及び両側が開放され、即ち固定アーム１０側を除く広範囲が開放されて作業空間が確保できる。
【００４５】
次に、スポット溶接装置１の作動を図４の作動概要説明図を参照して説明する。
【００４６】
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制御加圧力付与手段３０の受部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４（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を当接した状態にスポット溶接装置１を位置決めする。
【００４７】
ここで、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スポット溶接装置１は、その幅方向寸法Ｗが抑制されると共に、固定側電極１５及び可動側電極２５の前側及び両側が開放されて作業空間が容易に確保され、制御加圧力付与アーム３５等が被溶接部材１００に接触することが回避されて容易に固定側電極１５の頂端１５ａを被溶接部材１００の打点位置に当接して位置決めすることができる。また、スポット溶接装置１の姿勢制御の簡素化が可能になり溶接ロボットの作動制御が簡素化されて、溶接ロボットの負荷が軽減される。
【００４８】
このスポット溶接１が溶接位置に位置決めされた状態では、図４（ａ）に示すように固定側電極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、受部３９の先端３９ａが薄板１０１と隙間を有して対向する。
【００４９】
次に、図４（ｂ）に示すように、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、加圧力アクチュエータ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第２厚板１０３に上方から当接させる。更にサーボモータ２１を所定トルクに達するまで作動して可動側電極２５を第２厚板１０３に圧接させる。これにより加圧力アクチュエータ２０の加圧力が可動側電極２５と固定アーム１０を介して固定側電極１５とに作用し、可動側電極２５と固定側電極１５との間で被溶接部材１００の溶接部を挟持すると共に加圧する。
【００５０】
一方、制御加圧力付与手段３０のサーボモータ３２の作動により直動部３３のロッド３４を上昇動して、制御加圧力付与アーム３５を介して可動受部３８の先端に設けられた受部３９を退避位置から先端３９ａが被溶接部材１００の薄板１０１に固定側電極１５に隣接して下方から圧接する制御加圧位置に移動させる。更にサーボモータ３２を所定トルクに達するまで作動して受部３９を薄板１０１に圧接させて制御加圧力Ｆαを付与する。
【００５１】
このように固定側電極１５と可動側電極２５によって被溶接部材１００を挟持加圧し、受部３９により固定側電極１５に隣接して薄板１０１に下方から制御加圧力Ｆαを付与した状態では、図４（ｃ）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と受部３９による制御加圧力Ｆαが隣接して薄板１０１に付与される。
【００５２】
この場合、図４（ｃ）に模式的に示すように、加圧力アクチュエータ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、制御加圧力付与手段３０においてサーボモータ３２による付勢力が制御加圧力付与アーム３５等を介して受部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及び受部３９による制御加圧力Ｆαの総和が等しくなる（ＦＵ＝ＦＬ＋Ｆα）。
【００５３】
これにより、被溶接部材１００は、第２厚板１０３側に上方から作用する可動側電極２５からの加圧力ＦＵと、薄板１０１側に下方から作用する固定側電極１５からの加圧力ＦＬ及び受部３９からの制御加圧力Ｆαとによって安定した状態で挟持保持される。
【００５４】
一方、被溶接部材１００の溶接部には、可動側電極２５から第２厚板１０３に加圧力ＦＵが付与され、薄板１０１に固定側電極１５から加圧力ＦＬが付与されると共に受部３９から制御加圧力Ｆαが付与されることから、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から受部３９による制御加圧力Ｆαを減じた加圧力が付与される（ＦＬ＝ＦＵ−Ｆα）。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
この溶接が完了した後、制御加圧力付与手段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、制御加圧力付与アーム３５を介して可動受部３８の先端に設けられた受部３９を被溶接部材１００に圧接する制御加圧位置から退避位置に移動させる。更に、加圧力アクチュエータ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。
【００５９】
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。
【００６０】
このように構成された本実施の形態によると、固定側電極１５及び可動側電極２５によって加圧力が付与された被溶接部材１００に制御加圧力付与アクチュエータ３１による制御加圧力が付与されて、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。
【００６１】
一方、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支持ブラケット２の前方に加圧力アクチュエータ２０を配置し、加圧アクチュエータ２０に対して制御加圧力アクチュエータ３１及び溶接トランス４０を後方に直線状に配置することでスポット溶接装置１の幅方向寸法Ｗが抑制されて小型化され、かつ固定側電極１５及び可動側電極２５の前側及び両側が開放されて作業空間が容易に確保されて被溶接部材に対する溶接可能範囲が拡大して溶接品質の向上が得られる。
【００６２】
更に、スポット溶接装置１が小型化されると共に、固定側電極１５及び可動側電極２５の前側及び両側が開放されて作業空間が確保されることから、スポット溶接装置１の姿勢制御が容易になり溶接ロボットの作動制御が簡素化され、溶接ロボットの負荷が軽減できる。また、複数の溶接ロボットを使用する場合には、他の溶接ロボットと干渉が低減され、他の溶接ロボットとの同時作業が可能になり、作業効率の向上が得られる。
【００６３】
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前方から加圧力アクチュエータ２０、制御加圧力付与アクチュエータ３１及び溶接トランス４０を順に直線状に配置したが、加圧アクチュエータ２０の後方に順に溶接トランス４０，制御加圧力アクチュエータ３１を直線状に配置することもできる。
【００６４】
また、被溶接部材１００に対して固定側電極１５と同方向から受部３９により制御加圧力を付与する場合につて説明したが、可動側電極２５と同方向から制御加圧力を付与するスポット溶接装置に適用することもできる。
【符号の説明】
【００６５】
１ スポット溶接装置
２ 支持ブラケット
１０ 固定アーム
１２ 電極保持部
１５ 固定側電極（第１溶接電極）
２０ 加圧力アクチュエータ
２１ サーボモータ
２４ 電極アーム
２５ 可動側電極（第２溶接電極）
３０ 制御加圧力付与手段
３１ 制御加圧力付与アクチュエータ
３２ サーボモータ
３３ 直動部
３４ ロッド
３５ 制御加圧力付与アーム
３９ 受部（制御加圧部）
４０ 溶接トランス
１００ 被溶接部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、剛性の異なる板材を重ね合わせた板組みの被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接装置に関する。
【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】
ここで、例えば、図５（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５（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５（ｂ）に示すように薄板１０１と第１厚板１０２間が溶着される。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６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ＦＵを、第２厚板１０３側の固定側電極１２４の加圧力ＦＬ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間に通電したときに、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７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、溶接ロボット１１５は、クランパ１１８によって支持された被溶接部材１００の各打点位置にスポット溶接装置１２０を移動し、被溶接部材１００のスポット溶接を行う。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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とに均等に作用する。
【００１２】
次に、サーボモータ１２８によりベース部１２２を押し上げる。このベース部１２２の押し上げにより、固定側電極１２４の加圧力ＦＬがベース部１２２の押し上げた分だけ増加し、可動側電極１２５による加圧力ＦＵが固定側電極１２４による加圧力ＦＬより小さくなる（ＦＵ＜ＦＬ）。
【００１３】
その結果、可動側電極１２５と固定側電極１２４との間に通電したときに、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における電流密度が高くなり発熱量が第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する。これにより、薄板１０１から第２厚板１０３に亘って偏りのない良好なナゲットが形成され溶接強度を確保できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【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】
【００１５】
上記特許文献１によると、クランパ１１８によってクランプ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ＦＬより可動側電極１２５側の加圧力ＦＵ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。
【００１６】
しかし、クランパ１１８によりクランプ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ＦＬと可動側電極１２５による加圧力ＦＵ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。
【００１７】
そこで、本特許出願人は、特願２０１０−２００６４３において、図８に概要を示すように、可動側電極１３１と固定側電極１３２との間で被溶接部材１００の溶接部を挟持すると共に加圧し、更に図示しない制御加圧力付与アクチュエータにより制御加圧部１３３を被溶接部材１００の薄板１０１に押圧して制御加圧力Ｆα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ＦＬを第２厚板１０３側に作用する可動側電極１３１の加圧力ＦＵより小さく（ＦＬ＜ＦＵ）制御して、可動側電極１３１と固定側電極１３２との間に所定時間通電して溶接するスポット溶接装置を提案した。
【００１８】
このスポット溶接装置は制御加圧力アクチュエータが可動側電極１３１の近傍に配置されることから、通常のスポット溶接装置よりも幅方向寸法が増大してスポット溶接装置の大型化を招くと共に、可動側電極１３１及び固定電極１３２の周辺空間、即ち作動空間が制限されて溶接ロボットによる溶接作業に影響することが懸念される。
【００１９】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、剛性の異なる板材を重ね合わせた板組みの被溶接部材をスポット溶接するにあたり、優れた作業効率及び溶接品質が得られるスポット溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成する請求項１に記載の発明によるスポット溶接装置は、第１溶接電極と、該第１溶接電極と対向配置される第２溶接電極を前記第１溶接電極と協働して被溶接部材を挟持して加圧力を付与する加圧位置と前記被溶接部材から離反する退避位置との間で移動せしめる加圧力アクチュエータと、前記第１溶接電極或いは第２溶接電極に隣接して制御加圧部を前記被溶接部材に当接して制御加圧力を付与する制御加圧位置と被溶接部材から離反する退避位置との間で移動せしめる制御加圧力付与アクチュエータと、前記第１溶接電極及び第２溶接電極との間で通電する電源となる溶接トランスとを有するスポット溶接装置であって、溶接ロボットに支持された支持ブラケットを有し、前記支持ブケットの前方に前記加圧力アクチュエータが配置され、該加圧力アクチュエータの後方に前記制御加圧力付与アクチュエータ及び溶接トランスが直線状に配置されことを特徴とする。
【００２１】
これによれば、第１溶接電極及び第２溶接電極によって加圧力が付与された被溶接部材に制御加圧力付与アクチュエータにより制御加圧部から制御加圧力が付与されて、第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力が制御され、剛性の異なる板材を重ねた被溶接部材に対する溶接品質が向上する。
【００２２】
一方、溶接ロボットに支持された支持ブラケットの前方に加圧力アクチュエータを配置し、この加圧力アクチュエータの後方に制御加圧力付与アクチュエータ及び溶接トランスを直線状に配置することで、溶接スポット溶接装置の幅方向寸法が抑制されて小型化されると共に、固定側電極及び可動側電極の前側及び両側が開放されて作業空間が容易に確保され、被溶接部材に対するスポット溶接装置による溶接可能範囲が拡大して溶接品質の向上が得られると共に作業性が向上する。
【００２３】
請求項２の発明は、請求項１のスポット溶接装置において、前記支持ブラケットは、前記溶接ロボットに支持されるベース部及び該ベース部から対向して延在する一対の側部を有し、前記加圧力アクチュエータが前記側部の先端部にブラケットを介して配置され、前記制御加圧力付与アクチュエータ及び溶接トランスが前記両側部間に配置されたことを特徴とする。
【００２４】
これによると、溶接ロボットに支持される支持ブラケットに加圧力アクチュエータ、制御加圧力付与アクチュエータ及び溶接トランスを確実に保持できる。
【００２５】
請求項３の発明は、請求項１または２のスポット溶接装置において、前記制御加圧力付与アクチュエータは、中空モータによって構成されるサーボモータを備え、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を備えた直動部を有し、該ロッドに前記制御加圧部を有する制御加圧力付与アームが連結されたことを特徴とする。
【００２６】
これによると、制御加圧力付与アクチュエータが中空モータによって構成されるサーボモータ及び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を備えた直動部により構成され、制御加圧力付与アクチュエータの小型化が得られてスポット溶接装置の小型化が容易になる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、第１溶接電極及び第２溶接電極によって加圧力が付与された被溶接部材に制御加圧力付与アクチュエータによる制御加圧部から制御加圧力が付与されて第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力が制御され、剛性の異なる板材を重ねた被溶接部材に対する溶接品質が向上する。
【００２８】
一方、溶接ロボットに支持された支持ブラケットの前方に加圧力アクチュエータを配置し、この加圧力アクチュエータの後方に制御加圧力付与アクチュエータ及び溶接トランスを直線状に配置することで、スポット溶接装置の幅方向寸法が抑制されて小型化されると共に、固定側電極及び可動側電極の前側及び両側が開放されて作業空間が確保され、スポット溶接装置による被溶接部材に対する溶接可能範囲が拡大して溶接品質の向上が得られると共に作業性が向上する。
【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部拡大図である。
【図４】模式的に示す作動概要説明図である。
【図５】従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。
【図６】従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。
【図７】従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。
【図８】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】
本発明の実施の形態について、図１乃至図４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は模式的に示す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略矩形のベース部３及びベース部３の両側から対向して水平方向に延在する側部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を介して支持ブラケット２の前方に加圧力アクチュエータ２０が取り付けられる。更に、両側部４、５の先端部４ａ、５ａ間に制御加圧力付与手段３０の制御加圧力付与アクチュエータ３１が配置され、側部４，５の略中央部間に溶接トランス４０が取り付け支持される。これら加圧力アクチュエータ２０、制御加圧力付与アクチュエータ３１、溶接トランス３０は図２に示すように、加圧力アクチュエータ２０が支持ブラケット２の前方に配置され、この加圧力アクチュエータ２０の後方に制御加圧力付与アクチュエータ３１、溶接トランス３０が側部４、５間において直線状に配置される。これら制御加圧力付与アクチュエータ３１及び溶接トランス４０は両側部４と５との間に挟持されて支持ブラケット２に確実に保持され、加圧力アクチュエータ２０がブラケット６を介して支持ブラケット２に結合される。
【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】
加圧力アクチュエータ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備え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。この加圧力アクチュエータ２０は、サーボモータ２１を中空モータによって形成し、かつサーボモータ２１と直動部２２を同軸上に配置することで比較的小径の円柱状に形成される。
【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。これらサーボモータ２１、直動部２２、電極アーム２４及び可動側電極２５は中心軸線Ｌと同軸上に配置される。
【００３６】
これにより加圧力アクチュエータ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上昇移動端の退避位置と、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被溶接部材１００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。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、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。
【００３７】
制御加圧力付与手段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制御加圧力付与アクチュエータ３１及び先端に受部３９が設けられた制御加圧力付与アーム３５を有する。制御加圧力付与アクチュエータ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備える中空モータによって構成されるサーボモータ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に制御加圧力付与アーム３５が設けられる。
【００３８】
制御加圧力付与アクチュエータ３１は、サーボモータ３２を中空モータによって形成し、かつサーボモータ３２と直動部３３を同軸上に配置することで比較的小径の円柱状に形成され、制御加圧力付与アクチュエータ３１の小型化が得られてスポット溶接装置１の小型化が容易になる。これらサーボモータ３２、直動部３３、制御加圧力付与アーム３５は、中心軸線Ｌと平行な同軸上に配置される。
【００３９】
制御加圧力付与アーム３５は、ロッド３４の先端に基端部が結合されてロッド３４と同軸上でかつ固定アーム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加圧力付与部となる受部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、即ち半割り筒状の受部３９が設けられる。これら制御加圧力付与手段３０のサーボモータ３２、直動部３３、制御加圧力付与アーム３５は、中心軸線Ｌと平行な同軸上に配置される。
【００４１】
このように構成された制御加圧力付与アーム３５は、サーボモータ３２の作動によって制御加圧力付与アーム３５の先端に設けた受部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制御加圧力Ｆαを付与する制御加圧位置との間で中心軸線Ｌに沿って移動する。この制御加圧力Ｆα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制御加圧力Ｆα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、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。図示しない溶接コントローラには溶接装置１の作動プログラム及び加圧アクチュエータ２０、制御加圧力付与手段３０、溶接トランス４０の作動制御が含まれる。
【００４４】
このように構成されスポット溶接装置１は、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支持ブラケット２の側部４、５間に先端側からベース部３側に順に加圧力アクチュエータ２０を前方として、加圧力アクチュエータ２０の後方に制御加圧力付与アクチュエータ３１及び溶接トランス４０を直線状に配置することで幅方向の寸法Ｗが抑制されて小型に構成されると共に、固定側電極１５及び可動側電極２５の前側及び両側が開放され、即ち固定アーム１０側を除く広範囲が開放されて作業空間が確保できる。
【００４５】
次に、スポット溶接装置１の作動を図４の作動概要説明図を参照して説明する。
【００４６】
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制御加圧力付与手段３０の受部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４（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を当接した状態にスポット溶接装置１を位置決めする。
【００４７】
ここで、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スポット溶接装置１は、その幅方向寸法Ｗが抑制されると共に、固定側電極１５及び可動側電極２５の前側及び両側が開放されて作業空間が容易に確保され、制御加圧力付与アーム３５等が被溶接部材１００に接触することが回避されて容易に固定側電極１５の頂端１５ａを被溶接部材１００の打点位置に当接して位置決めすることができる。また、スポット溶接装置１の姿勢制御の簡素化が可能になり溶接ロボットの作動制御が簡素化されて、溶接ロボットの負荷が軽減される。
【００４８】
このスポット溶接１が溶接位置に位置決めされた状態では、図４（ａ）に示すように固定側電極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、受部３９の先端３９ａが薄板１０１と隙間を有して対向する。
【００４９】
次に、図４（ｂ）に示すように、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、加圧力アクチュエータ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第２厚板１０３に上方から当接させる。更にサーボモータ２１を所定トルクに達するまで作動して可動側電極２５を第２厚板１０３に圧接させる。これにより加圧力アクチュエータ２０の加圧力が可動側電極２５と固定アーム１０を介して固定側電極１５とに作用し、可動側電極２５と固定側電極１５との間で被溶接部材１００の溶接部を挟持すると共に加圧する。
【００５０】
一方、制御加圧力付与手段３０のサーボモータ３２の作動により直動部３３のロッド３４を上昇動して、制御加圧力付与アーム３５を介して可動受部３８の先端に設けられた受部３９を退避位置から先端３９ａが被溶接部材１００の薄板１０１に固定側電極１５に隣接して下方から圧接する制御加圧位置に移動させる。更にサーボモータ３２を所定トルクに達するまで作動して受部３９を薄板１０１に圧接させて制御加圧力Ｆαを付与する。
【００５１】
このように固定側電極１５と可動側電極２５によって被溶接部材１００を挟持加圧し、受部３９により固定側電極１５に隣接して薄板１０１に下方から制御加圧力Ｆαを付与した状態では、図４（ｃ）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と受部３９による制御加圧力Ｆαが隣接して薄板１０１に付与される。
【００５２】
この場合、図４（ｃ）に模式的に示すように、加圧力アクチュエータ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、制御加圧力付与手段３０においてサーボモータ３２による付勢力が制御加圧力付与アーム３５等を介して受部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及び受部３９による制御加圧力Ｆαの総和が等しくなる（ＦＵ＝ＦＬ＋Ｆα）。
【００５３】
これにより、被溶接部材１００は、第２厚板１０３側に上方から作用する可動側電極２５からの加圧力ＦＵと、薄板１０１側に下方から作用する固定側電極１５からの加圧力ＦＬ及び受部３９からの制御加圧力Ｆαとによって安定した状態で挟持保持される。
【００５４】
一方、被溶接部材１００の溶接部には、可動側電極２５から第２厚板１０３に加圧力ＦＵが付与され、薄板１０１に固定側電極１５から加圧力ＦＬが付与されると共に受部３９から制御加圧力Ｆαが付与されることから、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から受部３９による制御加圧力Ｆαを減じた加圧力が付与される（ＦＬ＝ＦＵ−Ｆα）。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
この溶接が完了した後、制御加圧力付与手段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、制御加圧力付与アーム３５を介して可動受部３８の先端に設けられた受部３９を被溶接部材１００に圧接する制御加圧位置から退避位置に移動させる。更に、加圧力アクチュエータ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。
【００５９】
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。
【００６０】
このように構成された本実施の形態によると、固定側電極１５及び可動側電極２５によって加圧力が付与された被溶接部材１００に制御加圧力付与アクチュエータ３１による制御加圧力が付与されて、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。
【００６１】
一方、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支持ブラケット２の前方に加圧力アクチュエータ２０を配置し、加圧アクチュエータ２０に対して制御加圧力アクチュエータ３１及び溶接トランス４０を後方に直線状に配置することでスポット溶接装置１の幅方向寸法Ｗが抑制されて小型化され、かつ固定側電極１５及び可動側電極２５の前側及び両側が開放されて作業空間が容易に確保されて被溶接部材に対する溶接可能範囲が拡大して溶接品質の向上が得られる。
【００６２】
更に、スポット溶接装置１が小型化されると共に、固定側電極１５及び可動側電極２５の前側及び両側が開放されて作業空間が確保されることから、スポット溶接装置１の姿勢制御が容易になり溶接ロボットの作動制御が簡素化され、溶接ロボットの負荷が軽減できる。また、複数の溶接ロボットを使用する場合には、他の溶接ロボットと干渉が低減され、他の溶接ロボットとの同時作業が可能になり、作業効率の向上が得られる。
【００６３】
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前方から加圧力アクチュエータ２０、制御加圧力付与アクチュエータ３１及び溶接トランス４０を順に直線状に配置したが、加圧アクチュエータ２０の後方に順に溶接トランス４０，制御加圧力アクチュエータ３１を直線状に配置することもできる。
【００６４】
また、被溶接部材１００に対して固定側電極１５と同方向から受部３９により制御加圧力を付与する場合につて説明したが、可動側電極２５と同方向から制御加圧力を付与するスポット溶接装置に適用することもできる。
【符号の説明】
【００６５】
１ スポット溶接装置
２ 支持ブラケット
１０ 固定アーム
１２ 電極保持部
１５ 固定側電極（第１溶接電極）
２０ 加圧力アクチュエータ
２１ サーボモータ
２４ 電極アーム
２５ 可動側電極（第２溶接電極）
３０ 制御加圧力付与手段
３１ 制御加圧力付与アクチュエータ
３２ サーボモータ
３３ 直動部
３４ ロッド
３５ 制御加圧力付与アーム
３９ 受部（制御加圧部）
４０ 溶接トランス
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溶接電極と対向配置される第２溶接電極を前記第１溶接電極と協働して被溶接部材を挟持して加圧力を付与する加圧位置と前記被溶接部材から離反する退避位置との間で移動せしめる加圧力アクチュエータと、
前記第１溶接電極或いは第２溶接電極に隣接して制御加圧部を前記被溶接部材に当接して制御加圧力を付与する制御加圧位置と被溶接部材から離反する退避位置との間で移動せしめる制御加圧力付与アクチュエータと、
前記第１溶接電極及び第２溶接電極との間で通電する電源となる溶接トランスとを有するスポット溶接装置であって、
溶接ロボットに支持された支持ブラケットを有し、
前記支持ブケットの前方に前記加圧力アクチュエータが配置され、該加圧力アクチュエータの後方に前記制御加圧力付与アクチュエータ及び溶接トランスが直線状に配置されことを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項２】
前記支持ブラケットは、
前記溶接ロボットに支持されるベース部及び該ベース部から対向して延在する一対の側部を有し、
前記加圧力アクチュエータが前記側部の先端部にブラケットを介して配置され、
前記制御加圧力付与アクチュエータ及び溶接トランスが前記両側部間に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。
【請求項３】
前記制御加圧力付与アクチュエータは、
中空モータによって構成されるサーボモータを備え、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を備えた直動部を有し、該ロッドに前記制御加圧部を有する制御加圧力付与アームが連結されたことを特徴とする請求項１または２に記載のスポット溶接装置。
【請求項１】
第１溶接電極と、
該第１溶接電極と対向配置される第２溶接電極を前記第１溶接電極と協働して被溶接部材を挟持して加圧力を付与する加圧位置と前記被溶接部材から離反する退避位置との間で移動せしめる加圧力アクチュエータと、
前記第１溶接電極或いは第２溶接電極に隣接して制御加圧部を前記被溶接部材に当接して制御加圧力を付与する制御加圧位置と被溶接部材から離反する退避位置との間で移動せしめる制御加圧力付与アクチュエータと、
前記第１溶接電極及び第２溶接電極との間で通電する電源となる溶接トランスとを有するスポット溶接装置であって、
溶接ロボットに支持された支持ブラケットを有し、
前記支持ブケットの前方に前記加圧力アクチュエータが配置され、該加圧力アクチュエータの後方に前記制御加圧力付与アクチュエータ及び溶接トランスが直線状に配置されことを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項２】
前記支持ブラケットは、
前記溶接ロボットに支持されるベース部及び該ベース部から対向して延在する一対の側部を有し、
前記加圧力アクチュエータが前記側部の先端部にブラケットを介して配置され、
前記制御加圧力付与アクチュエータ及び溶接トランスが前記両側部間に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。
【請求項３】
前記制御加圧力付与アクチュエータは、
中空モータによって構成されるサーボモータを備え、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を備えた直動部を有し、該ロッドに前記制御加圧部を有する制御加圧力付与アームが連結されたことを特徴とする請求項１または２に記載のスポット溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３５０３３（Ｐ２０１３−３５０３３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７３５７１（Ｐ２０１１−１７３５７１）
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【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２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【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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