スポット溶接装置
【課題】板材を重ね合わせた板組の被溶接体をスポット溶接するにあたり安定した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】固定アーム１０の先端に設けられた固定側電極１５と、可動アームの先端に設けた可動側電極２５によって被溶接部材１００を挟持して加圧する固定アーム１０に油圧シリンダ３２を有し、この油圧シリンダ３２によって被溶接部材１００に固定側電極１５に隣接して当接して副加圧力を付与する副加圧部３９とを備えた副加圧手段３０を設け、被溶接部材１００に当接する固定側電極１５及び副加圧副加圧部３９と固定側電極１５に対向して可動側電極２５とによって被溶接部材１００を挟持加圧し、挟持加圧状態で固定側電極１５と可動側電極２５との間で通電してスポット溶接する。
【解決手段】固定アーム１０の先端に設けられた固定側電極１５と、可動アームの先端に設けた可動側電極２５によって被溶接部材１００を挟持して加圧する固定アーム１０に油圧シリンダ３２を有し、この油圧シリンダ３２によって被溶接部材１００に固定側電極１５に隣接して当接して副加圧力を付与する副加圧部３９とを備えた副加圧手段３０を設け、被溶接部材１００に当接する固定側電極１５及び副加圧副加圧部３９と固定側電極１５に対向して可動側電極２５とによって被溶接部材１００を挟持加圧し、挟持加圧状態で固定側電極１５と可動側電極２５との間で通電してスポット溶接する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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枚の板材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、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。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。
【０００４】
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、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。
【０００５】
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。
【０００６】
この方法の実施に用いられるスポット溶接装置は、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を搭載する。溶接ロボット１１５は、クランパ１１８によって保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。
【０００７】
スポット溶接装置１２０は、手首部１１６に取り付けた支持ブラケット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を設け、固定アーム１２３の先端に固定側電極１２４を設ける。
【０００８】
また、ベース部１２２の上端には、加圧アクチュエータ１２６が搭載され、加圧アクチュエータ１２６により上下動するロッド１２７の下端に固定側電極１２４と対して可動側電極１２５を取り付ける。支持ブラケット１１７の上端にサーボモータ１２８を搭載し、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。
【０００９】
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、薄板１０１側に位置する可動側電極１２５による加圧力ＦＵを固定側電極１２４による加圧力ＦＬよりも小さくする（ＦＵ＜ＦＬ）。
【００１０】
このように可動側電極１２５による加圧力ＦＵを固定側電極１２４による加圧力ＦＬより小さくするために、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。
【００１１】
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）。
【００１２】
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て溶接強度が確保できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【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】
【００１４】
上記特許文献１によると、クランパ１１８によって保持された被溶接部材１００の第２厚板１０３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側の加圧力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。
【００１５】
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、クランパ１１８による被溶接部材１００の保持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。
【００１６】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、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】
【００１７】
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アームの先端に設けられた第１溶接電極と、該第１溶接電極と対向配置されて第１溶接電極と協働して被溶接部材を挟持して加圧する第２アームに設けられた第２溶接電極と、前記第１アームに配置される油圧シリンダを有し、該油圧シリンダによって前記被溶接部材に前記第１溶接電極に隣接して当接して該被溶接部材に副加圧力を付与する副加圧位置及び被溶接部材から離反する退避位置に移動する副加圧部とを備え、前記被溶接部材に当接する第１溶接電極及び副加圧位置の副加圧部と前記第１溶接電極に対向して前記被溶接部材に当接する第２溶接電極とによって前記被溶接部材を挟持加圧し、該挟持加圧状態で前記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電してスポット溶接することを特徴とする。
【００１８】
これによれば、第１溶接電極による加圧力及び副加圧部からの副加圧力が被溶接部材に付与され、第１溶接電極に対向して第２溶接電極による加圧力が付与されて第１溶接電極による加圧力が第２溶接電極による加圧力より小さくなる。これにより、剛性の異なる板材、例えば剛性が低い薄板と剛性が高い第１厚板及び第２厚板を重ねた被溶接部材を挟持加圧して第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電したとき、相対的に薄板と第１厚板の接合部の電流密度が高くなり、被溶接部材に対する優れた溶接品質が得られる。
【００１９】
一方、第１アームに配置される油圧シリンダ及び油圧シリンダにより退避位置と副加圧位置とで移動する副加圧部を有する副加圧付与手段は構成及び作動が簡単でかつ小型及び軽量でありスポット溶接装置の小型軽量化が得られる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１のスポット溶接装置において、前記第１アームは、先端に第１溶接電極が設けられた固定アームであり、前記第２アームは、先端に第２溶接電極が設けられた可動アームであることを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項１のスポット溶接装置において、第１アームは、先端に第１溶接電極が設けられた可動アームであり、第２アームは、先端に第２溶接電極が設けられた固定アームであることを特徴とする。
【００２２】
請求項２及び請求項３は、副加圧付与手段の配置の具体例であって、請求項２は副加圧付与手段を固定アームに設けるものであり、請求項３は副加圧付与手段を可動アームに設ける。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、第１溶接電極による加圧力及び副加圧部からの副加圧力が被溶接部材に付与され、第１溶接電極に対向して第２溶接電極による加圧力が付与されて第１溶接電極による加圧力が第２溶接電極による加圧力より小さくなる。これにより、例えば、剛性の異なる板材を重ねた被溶接部材を挟持加圧して第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電したとき、相対的に薄板と第１厚板の接合部の電流密度が高くなり、被溶接部材に対する優れた溶接品質が得られる。
【００２４】
一方、第１アームに配置される油圧シリンダ及び油圧シリンダにより退避位置と副加圧位置とで移動する副加圧部を有する副加圧付与手段が小型及び軽量でありスポット溶接装置の小型軽量化が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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ＩＩ部拡大図である。
【図３】模式的に示すスポット溶接装置の作動概要説明図である。
【図４】模式的に示すスポット溶接装置の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
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の一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ＩＩ部拡大図、図３及び図４は模式的に示す作動概要説明図である。なお、このスポット溶接装置の説明にあたり、便宜上図１における上方及び下方をスポット溶接装置における上方及び下方とする。
【００２７】
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２に示すように剛性の低い薄板１０１、薄板１０１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が順に重ね合わされた３枚重ねの板組によって構成される。
【００２８】
図１及び図２を参照してスポット溶接装置１の構成を説明する。
【００２９】
スポット溶接装置１は、溶接ロボット５０の手首部５１にイコライザユニット２を介して取り付けた支持ブラケット３に固定アーム１０、加圧アクチュエータ２０及び溶接トランス４５を搭載し、固定アーム１０に副加圧付与手段３０を設ける。
【００３０】
固定アーム１０は、支持ブラケット３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の先端にＬ字状に折曲して延在する電極保持部１２が形成され、電極保持部１２の先端に第１溶接電極である固定側電極１５を、その頂端１５ａを上方に向けて装着する。
【００３１】
加圧アクチュエータ２０は、サーボモータ２１及びボールねじ機構等によって構成された図示しない直動部を有し、サーボモータ２１の作動によって直動部のロッドが昇降往復動する。この直動部のロッドの下端に軸状の可動アーム２３を設け、電極アーム２３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を設ける。これによりサーボモータ２１の作動によって可動側電極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に沿って昇降移動する。この加圧力はサーボモータ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期の加圧力が得られる。
【００３２】
副加圧付与手段３０は、固定アーム１０の電極保持部１２に配置される油圧シリンダ３１によって構成される副加圧付与アクチュエータを有し、油圧シリンダ３１のロッド３７を介して副加圧付与アーム３８を設ける。
【００３３】
油圧シリンダ３１は、電極保持部１２に形成された中空円筒状のハウジング１３に保持されて中心軸線Ｌと平行な中心軸を有する円筒状のシリンダ３３と、このシリンダ３３の両端を封閉すると共に一対の貫通孔３４ａを有する底面部３４及び貫通孔３５ａを有する頂面部３５とを備えたシリンダ部３２を有する。このシリンダ部３２内を第１油圧室３２Ａと第２油圧室３２Ｂとに区画するピストン３６を組み込み、ピストン３６に底面部３４の貫通孔３４ａ及び頂面部３５の貫通孔３５ａを貫通する一対のロッド３７が固定される。この油圧シリンダ３１は比較的小型軽量で固定アーム１０に容易に配置できると共に、広く使用されて既存の油圧シリンダで構成できる。
【００３４】
シリンダ部３２の頂面部３５から突出する各ロッド３７の頂端に中心軸線Ｌと直交して延在する副加圧付与アーム３８が設ける。副加圧付与アーム３８は基端側が各ロッド３７の頂端に結合されて先端が中心軸Ｌ方向に延在して先端に副加圧部３９を設ける。副加圧部３９は、中心軸線Ｌと同軸で上端３９ａ及び下端３９ｂが副加圧付与アーム３４の先端から上下方に突出すると共に固定側電極１５及び可動側電極２５の貫通を許容する断面半円弧状、即ち半割り筒状に形成する。
【００３５】
油圧シリンダ３１のピストン３６が図２に仮想線３６ａで示す下昇移動端に移動することで、ロッド３７に結合された副加圧付与アーム３８の先端に設けた副加圧部３９は、その上端３９ａが固定側電極１５の頂端１５より下方となる第１退避位置３９−１に移動して停止する。一方、ピストン３６が上昇移動端に移動することで副加圧付与アーム３８に設けた副加圧部３９の下端３９ｂが固定側電極１５と可動側電極２５とで挟持された被溶接部材１００から上方に離反する第２退避位置３９−２に移動して停止する。
【００３６】
一方、油圧シリンダ３１の第１油圧室３２Ａ及び第２油圧室３２Ｂは、固定アーム１０に貫通して形成された油路４１ａ及び４１ｂ及び図示しない油圧切換弁及び圧力制御弁等を介して支持ブラケット２に搭載された油圧供給源となる油圧ポンプ４０またはタンクに連通する。即ち第１油圧室３２Ａが油路４１ａを経由して油圧切換弁及び圧力制御弁を介して油圧ポンプ４０及びタンクに接続する。一方、第２油圧室３２Ｂが油路４１ｂを経由して油圧切換弁及び圧力制御弁を介して油圧ポンプ４０及びタンクに接続する。
【００３７】
これにより、油圧切換弁の切換えにより油圧ポンプ４０から調圧された圧油が油路４１ａ等を介して第１油圧室３２Ａに供給すると同時に第２油圧室３２Ｂから油路４１ｂを介してタンクへ排出する。この第１油圧室３２Ａへの油圧供給に伴うピストン３６が上昇移動端に移動することでロッド３７に結合された副加圧付与アーム３９の先端に設けた副加圧部３９が第２退避位置３９−２側に移動して停止する。
【００３８】
また、この上昇移動する副加圧部３９が下方から固定側電極１５と可動側電極２５とで挟持して被溶接部材１００に圧接する副加圧位置において、被溶接部材１００に副加圧部３９から副加圧力Ｆαを付与する。この副加圧力Ｆαは第１油圧室３２Ａに供給される油圧によって決定され、圧力制御弁によって設定できる。
【００３９】
一方、油圧切換弁の切換えにより油圧ポンプ４０から調圧された圧油が第２油圧室３２Ｂに供給すると同時に第１油圧室３２Ａから油路４１ａを介してタンクへ排出する。この第２油圧室３２Ｂへの油圧供給に伴いピストン３６が下降移動端側に移動することでロッド３７を介して加圧付与アーム３８に設けられた副加圧部３９が第１退避位置３９−１に移動して停止する。
【００４０】
また、この下降動作する副加圧部３９が上方から固定側電極１５と可動側電極２５とで挟持された被溶接部材１００に圧接する副加圧位置において被溶接部材１００に副加圧部３９から副加圧力Ｆαを付与する。
【００４１】
電源となる溶接トランス４５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に通電可能に接続し、他方の出力端子がバスバ及び電極アーム２３等を介して可動側電極２５に通電可能に接続する。
【００４２】
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５０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、副加圧付与手段３０、溶接トランス４５の作動制御が含まれる。
【００４３】
このように構成されるスポット溶接装置１は、固定アーム１０に設けられる油圧シリンダ３１及び副加圧付与アーム３８によって構成される副加圧付与手段３０が比較的小型軽量に構成されて、溶接ロボット５０の手首部５１に容易に装着できると共に溶接ロボット５０の動作を制限することなく、かつ溶接ロボット５０への負荷が抑制できる。また、副加圧付与アーム３４を作動する副加圧付与アクチュエータが簡単な機構で作動制御が比較的簡単な油圧エアシリンダ３１によって構成され、副加圧付与手段３０の作動が簡単な油圧供給制御によって行える。
【００４４】
次に、スポット溶接装置１の作動を図３乃至図４の作動概要説明図を参照して説明する。この説明にあたり説明の便宜上、被溶接部材１００が下から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた板組をスポット溶接する例を図３により説明し、続いて、被溶接部材１００が上から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた板組をスポット溶接する例を図４により説明する。
【００４５】
下から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた被溶接部材１００のスポット溶接にあたり、予め設定された作動プログラムに従いスポット溶接装置１のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５を退避位置に移動して保持し、かつ油圧切換弁の切り換えにより油圧ポンプ４０からの圧油を油圧シリンダ３１の第２油圧室３２Ａに供給すると同時に第１油圧室３２Ａから排油してピストン３６を下降移動端に移動させて副加圧付与アーム３８に設けられた副加圧部３９を第１退避位置３９−１に移動して準備する。
【００４６】
次にロボットコントローラは、溶接ロボット５０を作動して図３（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を下方から当接してスポット溶接装置１を位置決めする。
【００４７】
このスポット溶接装置１が溶接位置に位置決めされた状態では、図３（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、かつ副加圧部３９の上端３９ａが薄板１０１と隙間を有して対向する。
【００４８】
次に、この固定側電極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して、図３（ｂ）に示すように第２厚板１０３に上方から当接させて固定側電極１５と可動側電極２５とで被溶接部材１００を挟持する。
【００４９】
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に圧接する。これにより加圧アクチュエータ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、副加圧付与手段３０では油圧切換弁を切り換え、油圧ポンプ４０から調圧された圧油を第１油圧室３２Ａに供給すると同時に第２油圧室３２Ｂから排油する。この第１油圧室３２Ａへの油圧供給によるピストン３６の上昇移動に伴ってロッド３７を介して副加圧付与アーム３８に設けられた副加圧部３９が第１退避位置３９−１から上端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当接する副加圧位置まで移動して副加圧部３９により薄板１０１に副加圧力Ｆαを付与する。
【００５１】
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を挟持加圧し、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Ｆαを付与した状態では、図３（ｃ）に示すように、可動側電極２５による加圧力ＦＵが第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３５による副加圧力Ｆαが薄板１０１に付与される。
【００５２】
この場合、図３（ｃ）に模式的に示すように、加圧アクチュエータ２０による加圧力が可動側電極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、副加圧付与手段３０における油圧シリンダ３１による付勢力が副加圧部３９に作用し、第２厚板１０３を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副加圧部３９から副加圧力Ｆαを付与することから、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から副加圧部３９による副加圧力Ｆαを減じた加圧力が付与される（ＦＬ＝ＦＵ−Ｆα）。
【００５４】
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）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。
【００５５】
次に、可動側電極２５と固定側電極１５及び副加圧部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４５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。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溶接が行われ、溶接強度及び溶接品質が確保できる。
【００５６】
この溶接が完了した後、油圧切換弁の切り換えにより油圧ポンプ４０から圧油を第２油圧室３２Ａに供給すると同時に第１油圧室３２Ａから排油してピストン３６を下降移動端に移動させ、副加圧付与アーム３８に設けられた副加圧部３９を第１退避位置３９−１に移動する。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を退避位置に移動させて固定側電極１５と可動側電極２５による被溶接部材１００の挟持を開放する。
【００５７】
しかる後、作動プログラムに従い溶接ロボット５０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。
【００５８】
次に、上から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた被溶接部材１００のスポット溶接について図４を参照して説明する。
【００５９】
この上から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた被溶接部材１００のスポット溶接にあたり、予め設定された作動プログラムに従いスポット溶接装置１の可動側電極２５が退避位置でかつ、油圧切換弁の切り換えにより油圧ポンプ４０から圧油を第１油圧室３２Ａに供給すると同時に第２油圧室３２Ｂから排油してピストン３６を上昇移動端に移動させて副加圧付与アーム３８に設けた副加圧部３９を第２退避位置３９−２に移動して保持する。
【００６０】
次にロボットコントローラは、溶接ロボット５０を作動して図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を下方から当接してスポット溶接装置１を位置決めする。
【００６１】
次に、図４（ｂ）に示すように、固定側電極１５が第２厚板１０３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を退避位置から加圧位置方向に移動させて薄板１０１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を薄板１０１に圧接させる。これにより加圧アクチュエータ２０の加圧力が可動側電極２５と固定側電極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。
【００６２】
一方、副加圧付与手段３０では油圧切換弁を切り換え、油圧ポンプ４０から調圧された圧油を第２油圧室３２Ｂに供給すると同時に第１油圧室３２Ａから排油する。この第２油圧室３２Ｂへの油圧供給に伴うピストン３６の下降移動端側への移動に伴ってロッド３７を介して副加圧付与アーム３８の先端に設けられた副加圧部３９が第２退避位置３９−２から下端３９ｂが被溶接部材１００の薄板１０１に可動側電極２５に隣接して上方から当接する副加圧位置に移動して副加圧部３９により薄板１０１に副加圧力Ｆαを付与する。
【００６３】
これにより、図４（ｃ）に示すように、可動側電極２５による加圧力ＦＵ及び３９の副加圧力Ｆαが薄板１０１に付与され、固定側電極１５による加圧力ＦＬが第２厚板１０３に付与される。これにより薄板１０１側に位置する可動側電極２５の加圧力ＦＵが第２厚板１０３側に位置する固定側電極１５の加圧力ＦＬより小さくした状態で、溶接トランス４５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。
【００６４】
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、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溶接が行われて溶接強度及び溶接品質が確保できる。
【００６５】
この溶接が完了した後、副加圧付与手段３０の油圧切換弁の切り換えにより油圧ポンプ４０から圧油を第１油圧室３２Ａに供給すると同時に第２油圧室３２Ｂから排油してピストン３６を上昇移動端に移動させて副加圧付与アーム３９に設けた副加圧部３９を第２退避位置３９−２に移動する。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を退避位置に移動して固定側電極１５と可動側電極２５による被溶接部材１００の挟持を開放する。
【００６６】
しかる後、作動プログラムに従い溶接ロボット５０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。
【００６７】
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と可動側電極２５によって加圧付与した被溶接部材１００に油圧シリンダ３１による副加圧力が付与され、固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力ＦＬ、ＦＵが制御されて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。
【００６８】
一方、固定アーム１０に比較的小型で軽量な油圧シリンダ３１及びこの油圧シリンダ３１により往復動する副加圧付与アーム３８等によって構成された副加圧付与手段３０を配置することから、スポット溶接装置１の大形化を招くことなく小型軽量化が得られ、特に固定アーム１０の先端側において重量化を招くことなくスポット溶接装置１の姿勢制御が容易になり、溶接ロボット５０の作動制御が簡素化され、溶接ロボット５０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の干渉が低減され、他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。
【００６９】
また、固定アーム１０に油圧シリンダ３１及び油圧シリンダ３１により往復動する副加圧付与アーム３８等によって構成された副加圧付与手段３０を配置することから、既存の副加圧付与手段３０を有しないスポット溶接装置と基本構成が同じであり、従来のスポット溶接装置を大きく変更するこよなく、固定アームを交換することで本実施の形態におけるスポット溶接装置を構成することができる。
【００７０】
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固定アーム１０に油圧シリンダ３１により往復動する副加圧付与アーム３８等によって構成された副加圧付与手段３０を配置したが、固定アーム１０に代えて可動アーム２３に配置することもできる。また、上記実施の形態では油圧供給源となる油圧ポンプ４０等をスポット溶接装置１の支持ブラケット２に搭載したが、溶接ロボット５０側に配置することで、スポット溶接装置１の小型軽量化を図り、更にスポット溶接装置１の姿勢制御を容易にすると共に、溶接ロボット５０の負荷を軽減することができる。
【符号の説明】
【００７１】
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）
１５ａ 頂端
２０ 加圧アクチュエータ
２１ サーボモータ
２３ 可動アーム
２５ 可動側電極
３０ 副加圧付与手段
３１ 油圧シリンダ（副加圧付与アクチュエータ）
３２ シリンダ部
３８ 副加圧付与アーム
３９ 副加圧部
３９−１ 第１退避位置
３９−２ 第２退避位置
４０ 油圧ポンプ（油圧供給源）
５０ 溶接ロボット
５１ 手首部
１００ 被溶接部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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枚の板材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、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。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。
【０００４】
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、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。
【０００５】
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。
【０００６】
この方法の実施に用いられるスポット溶接装置は、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を搭載する。溶接ロボット１１５は、クランパ１１８によって保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。
【０００７】
スポット溶接装置１２０は、手首部１１６に取り付けた支持ブラケット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を設け、固定アーム１２３の先端に固定側電極１２４を設ける。
【０００８】
また、ベース部１２２の上端には、加圧アクチュエータ１２６が搭載され、加圧アクチュエータ１２６により上下動するロッド１２７の下端に固定側電極１２４と対して可動側電極１２５を取り付ける。支持ブラケット１１７の上端にサーボモータ１２８を搭載し、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。
【０００９】
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、薄板１０１側に位置する可動側電極１２５による加圧力ＦＵを固定側電極１２４による加圧力ＦＬよりも小さくする（ＦＵ＜ＦＬ）。
【００１０】
このように可動側電極１２５による加圧力ＦＵを固定側電極１２４による加圧力ＦＬより小さくするために、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。
【００１１】
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）。
【００１２】
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て溶接強度が確保できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【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】
【００１４】
上記特許文献１によると、クランパ１１８によって保持された被溶接部材１００の第２厚板１０３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側の加圧力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。
【００１５】
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、クランパ１１８による被溶接部材１００の保持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。
【００１６】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、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】
【００１７】
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アームの先端に設けられた第１溶接電極と、該第１溶接電極と対向配置されて第１溶接電極と協働して被溶接部材を挟持して加圧する第２アームに設けられた第２溶接電極と、前記第１アームに配置される油圧シリンダを有し、該油圧シリンダによって前記被溶接部材に前記第１溶接電極に隣接して当接して該被溶接部材に副加圧力を付与する副加圧位置及び被溶接部材から離反する退避位置に移動する副加圧部とを備え、前記被溶接部材に当接する第１溶接電極及び副加圧位置の副加圧部と前記第１溶接電極に対向して前記被溶接部材に当接する第２溶接電極とによって前記被溶接部材を挟持加圧し、該挟持加圧状態で前記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電してスポット溶接することを特徴とする。
【００１８】
これによれば、第１溶接電極による加圧力及び副加圧部からの副加圧力が被溶接部材に付与され、第１溶接電極に対向して第２溶接電極による加圧力が付与されて第１溶接電極による加圧力が第２溶接電極による加圧力より小さくなる。これにより、剛性の異なる板材、例えば剛性が低い薄板と剛性が高い第１厚板及び第２厚板を重ねた被溶接部材を挟持加圧して第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電したとき、相対的に薄板と第１厚板の接合部の電流密度が高くなり、被溶接部材に対する優れた溶接品質が得られる。
【００１９】
一方、第１アームに配置される油圧シリンダ及び油圧シリンダにより退避位置と副加圧位置とで移動する副加圧部を有する副加圧付与手段は構成及び作動が簡単でかつ小型及び軽量でありスポット溶接装置の小型軽量化が得られる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１のスポット溶接装置において、前記第１アームは、先端に第１溶接電極が設けられた固定アームであり、前記第２アームは、先端に第２溶接電極が設けられた可動アームであることを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項１のスポット溶接装置において、第１アームは、先端に第１溶接電極が設けられた可動アームであり、第２アームは、先端に第２溶接電極が設けられた固定アームであることを特徴とする。
【００２２】
請求項２及び請求項３は、副加圧付与手段の配置の具体例であって、請求項２は副加圧付与手段を固定アームに設けるものであり、請求項３は副加圧付与手段を可動アームに設ける。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、第１溶接電極による加圧力及び副加圧部からの副加圧力が被溶接部材に付与され、第１溶接電極に対向して第２溶接電極による加圧力が付与されて第１溶接電極による加圧力が第２溶接電極による加圧力より小さくなる。これにより、例えば、剛性の異なる板材を重ねた被溶接部材を挟持加圧して第１溶接電極と第２溶接電極との間に通電したとき、相対的に薄板と第１厚板の接合部の電流密度が高くなり、被溶接部材に対する優れた溶接品質が得られる。
【００２４】
一方、第１アームに配置される油圧シリンダ及び油圧シリンダにより退避位置と副加圧位置とで移動する副加圧部を有する副加圧付与手段が小型及び軽量でありスポット溶接装置の小型軽量化が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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ＩＩ部拡大図である。
【図３】模式的に示すスポット溶接装置の作動概要説明図である。
【図４】模式的に示すスポット溶接装置の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
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の一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ＩＩ部拡大図、図３及び図４は模式的に示す作動概要説明図である。なお、このスポット溶接装置の説明にあたり、便宜上図１における上方及び下方をスポット溶接装置における上方及び下方とする。
【００２７】
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２に示すように剛性の低い薄板１０１、薄板１０１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が順に重ね合わされた３枚重ねの板組によって構成される。
【００２８】
図１及び図２を参照してスポット溶接装置１の構成を説明する。
【００２９】
スポット溶接装置１は、溶接ロボット５０の手首部５１にイコライザユニット２を介して取り付けた支持ブラケット３に固定アーム１０、加圧アクチュエータ２０及び溶接トランス４５を搭載し、固定アーム１０に副加圧付与手段３０を設ける。
【００３０】
固定アーム１０は、支持ブラケット３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の先端にＬ字状に折曲して延在する電極保持部１２が形成され、電極保持部１２の先端に第１溶接電極である固定側電極１５を、その頂端１５ａを上方に向けて装着する。
【００３１】
加圧アクチュエータ２０は、サーボモータ２１及びボールねじ機構等によって構成された図示しない直動部を有し、サーボモータ２１の作動によって直動部のロッドが昇降往復動する。この直動部のロッドの下端に軸状の可動アーム２３を設け、電極アーム２３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を設ける。これによりサーボモータ２１の作動によって可動側電極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に沿って昇降移動する。この加圧力はサーボモータ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期の加圧力が得られる。
【００３２】
副加圧付与手段３０は、固定アーム１０の電極保持部１２に配置される油圧シリンダ３１によって構成される副加圧付与アクチュエータを有し、油圧シリンダ３１のロッド３７を介して副加圧付与アーム３８を設ける。
【００３３】
油圧シリンダ３１は、電極保持部１２に形成された中空円筒状のハウジング１３に保持されて中心軸線Ｌと平行な中心軸を有する円筒状のシリンダ３３と、このシリンダ３３の両端を封閉すると共に一対の貫通孔３４ａを有する底面部３４及び貫通孔３５ａを有する頂面部３５とを備えたシリンダ部３２を有する。このシリンダ部３２内を第１油圧室３２Ａと第２油圧室３２Ｂとに区画するピストン３６を組み込み、ピストン３６に底面部３４の貫通孔３４ａ及び頂面部３５の貫通孔３５ａを貫通する一対のロッド３７が固定される。この油圧シリンダ３１は比較的小型軽量で固定アーム１０に容易に配置できると共に、広く使用されて既存の油圧シリンダで構成できる。
【００３４】
シリンダ部３２の頂面部３５から突出する各ロッド３７の頂端に中心軸線Ｌと直交して延在する副加圧付与アーム３８が設ける。副加圧付与アーム３８は基端側が各ロッド３７の頂端に結合されて先端が中心軸Ｌ方向に延在して先端に副加圧部３９を設ける。副加圧部３９は、中心軸線Ｌと同軸で上端３９ａ及び下端３９ｂが副加圧付与アーム３４の先端から上下方に突出すると共に固定側電極１５及び可動側電極２５の貫通を許容する断面半円弧状、即ち半割り筒状に形成する。
【００３５】
油圧シリンダ３１のピストン３６が図２に仮想線３６ａで示す下昇移動端に移動することで、ロッド３７に結合された副加圧付与アーム３８の先端に設けた副加圧部３９は、その上端３９ａが固定側電極１５の頂端１５より下方となる第１退避位置３９−１に移動して停止する。一方、ピストン３６が上昇移動端に移動することで副加圧付与アーム３８に設けた副加圧部３９の下端３９ｂが固定側電極１５と可動側電極２５とで挟持された被溶接部材１００から上方に離反する第２退避位置３９−２に移動して停止する。
【００３６】
一方、油圧シリンダ３１の第１油圧室３２Ａ及び第２油圧室３２Ｂは、固定アーム１０に貫通して形成された油路４１ａ及び４１ｂ及び図示しない油圧切換弁及び圧力制御弁等を介して支持ブラケット２に搭載された油圧供給源となる油圧ポンプ４０またはタンクに連通する。即ち第１油圧室３２Ａが油路４１ａを経由して油圧切換弁及び圧力制御弁を介して油圧ポンプ４０及びタンクに接続する。一方、第２油圧室３２Ｂが油路４１ｂを経由して油圧切換弁及び圧力制御弁を介して油圧ポンプ４０及びタンクに接続する。
【００３７】
これにより、油圧切換弁の切換えにより油圧ポンプ４０から調圧された圧油が油路４１ａ等を介して第１油圧室３２Ａに供給すると同時に第２油圧室３２Ｂから油路４１ｂを介してタンクへ排出する。この第１油圧室３２Ａへの油圧供給に伴うピストン３６が上昇移動端に移動することでロッド３７に結合された副加圧付与アーム３９の先端に設けた副加圧部３９が第２退避位置３９−２側に移動して停止する。
【００３８】
また、この上昇移動する副加圧部３９が下方から固定側電極１５と可動側電極２５とで挟持して被溶接部材１００に圧接する副加圧位置において、被溶接部材１００に副加圧部３９から副加圧力Ｆαを付与する。この副加圧力Ｆαは第１油圧室３２Ａに供給される油圧によって決定され、圧力制御弁によって設定できる。
【００３９】
一方、油圧切換弁の切換えにより油圧ポンプ４０から調圧された圧油が第２油圧室３２Ｂに供給すると同時に第１油圧室３２Ａから油路４１ａを介してタンクへ排出する。この第２油圧室３２Ｂへの油圧供給に伴いピストン３６が下降移動端側に移動することでロッド３７を介して加圧付与アーム３８に設けられた副加圧部３９が第１退避位置３９−１に移動して停止する。
【００４０】
また、この下降動作する副加圧部３９が上方から固定側電極１５と可動側電極２５とで挟持された被溶接部材１００に圧接する副加圧位置において被溶接部材１００に副加圧部３９から副加圧力Ｆαを付与する。
【００４１】
電源となる溶接トランス４５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に通電可能に接続し、他方の出力端子がバスバ及び電極アーム２３等を介して可動側電極２５に通電可能に接続する。
【００４２】
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５０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、副加圧付与手段３０、溶接トランス４５の作動制御が含まれる。
【００４３】
このように構成されるスポット溶接装置１は、固定アーム１０に設けられる油圧シリンダ３１及び副加圧付与アーム３８によって構成される副加圧付与手段３０が比較的小型軽量に構成されて、溶接ロボット５０の手首部５１に容易に装着できると共に溶接ロボット５０の動作を制限することなく、かつ溶接ロボット５０への負荷が抑制できる。また、副加圧付与アーム３４を作動する副加圧付与アクチュエータが簡単な機構で作動制御が比較的簡単な油圧エアシリンダ３１によって構成され、副加圧付与手段３０の作動が簡単な油圧供給制御によって行える。
【００４４】
次に、スポット溶接装置１の作動を図３乃至図４の作動概要説明図を参照して説明する。この説明にあたり説明の便宜上、被溶接部材１００が下から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた板組をスポット溶接する例を図３により説明し、続いて、被溶接部材１００が上から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた板組をスポット溶接する例を図４により説明する。
【００４５】
下から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた被溶接部材１００のスポット溶接にあたり、予め設定された作動プログラムに従いスポット溶接装置１のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５を退避位置に移動して保持し、かつ油圧切換弁の切り換えにより油圧ポンプ４０からの圧油を油圧シリンダ３１の第２油圧室３２Ａに供給すると同時に第１油圧室３２Ａから排油してピストン３６を下降移動端に移動させて副加圧付与アーム３８に設けられた副加圧部３９を第１退避位置３９−１に移動して準備する。
【００４６】
次にロボットコントローラは、溶接ロボット５０を作動して図３（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を下方から当接してスポット溶接装置１を位置決めする。
【００４７】
このスポット溶接装置１が溶接位置に位置決めされた状態では、図３（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、かつ副加圧部３９の上端３９ａが薄板１０１と隙間を有して対向する。
【００４８】
次に、この固定側電極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して、図３（ｂ）に示すように第２厚板１０３に上方から当接させて固定側電極１５と可動側電極２５とで被溶接部材１００を挟持する。
【００４９】
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に圧接する。これにより加圧アクチュエータ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、副加圧付与手段３０では油圧切換弁を切り換え、油圧ポンプ４０から調圧された圧油を第１油圧室３２Ａに供給すると同時に第２油圧室３２Ｂから排油する。この第１油圧室３２Ａへの油圧供給によるピストン３６の上昇移動に伴ってロッド３７を介して副加圧付与アーム３８に設けられた副加圧部３９が第１退避位置３９−１から上端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当接する副加圧位置まで移動して副加圧部３９により薄板１０１に副加圧力Ｆαを付与する。
【００５１】
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を挟持加圧し、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Ｆαを付与した状態では、図３（ｃ）に示すように、可動側電極２５による加圧力ＦＵが第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３５による副加圧力Ｆαが薄板１０１に付与される。
【００５２】
この場合、図３（ｃ）に模式的に示すように、加圧アクチュエータ２０による加圧力が可動側電極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、副加圧付与手段３０における油圧シリンダ３１による付勢力が副加圧部３９に作用し、第２厚板１０３を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副加圧部３９から副加圧力Ｆαを付与することから、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から副加圧部３９による副加圧力Ｆαを減じた加圧力が付与される（ＦＬ＝ＦＵ−Ｆα）。
【００５４】
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）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。
【００５５】
次に、可動側電極２５と固定側電極１５及び副加圧部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４５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。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溶接が行われ、溶接強度及び溶接品質が確保できる。
【００５６】
この溶接が完了した後、油圧切換弁の切り換えにより油圧ポンプ４０から圧油を第２油圧室３２Ａに供給すると同時に第１油圧室３２Ａから排油してピストン３６を下降移動端に移動させ、副加圧付与アーム３８に設けられた副加圧部３９を第１退避位置３９−１に移動する。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を退避位置に移動させて固定側電極１５と可動側電極２５による被溶接部材１００の挟持を開放する。
【００５７】
しかる後、作動プログラムに従い溶接ロボット５０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。
【００５８】
次に、上から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた被溶接部材１００のスポット溶接について図４を参照して説明する。
【００５９】
この上から順に薄板１０１、第１厚板１０２、第２厚板１０３が重ね合わされた被溶接部材１００のスポット溶接にあたり、予め設定された作動プログラムに従いスポット溶接装置１の可動側電極２５が退避位置でかつ、油圧切換弁の切り換えにより油圧ポンプ４０から圧油を第１油圧室３２Ａに供給すると同時に第２油圧室３２Ｂから排油してピストン３６を上昇移動端に移動させて副加圧付与アーム３８に設けた副加圧部３９を第２退避位置３９−２に移動して保持する。
【００６０】
次にロボットコントローラは、溶接ロボット５０を作動して図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を下方から当接してスポット溶接装置１を位置決めする。
【００６１】
次に、図４（ｂ）に示すように、固定側電極１５が第２厚板１０３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を退避位置から加圧位置方向に移動させて薄板１０１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を薄板１０１に圧接させる。これにより加圧アクチュエータ２０の加圧力が可動側電極２５と固定側電極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。
【００６２】
一方、副加圧付与手段３０では油圧切換弁を切り換え、油圧ポンプ４０から調圧された圧油を第２油圧室３２Ｂに供給すると同時に第１油圧室３２Ａから排油する。この第２油圧室３２Ｂへの油圧供給に伴うピストン３６の下降移動端側への移動に伴ってロッド３７を介して副加圧付与アーム３８の先端に設けられた副加圧部３９が第２退避位置３９−２から下端３９ｂが被溶接部材１００の薄板１０１に可動側電極２５に隣接して上方から当接する副加圧位置に移動して副加圧部３９により薄板１０１に副加圧力Ｆαを付与する。
【００６３】
これにより、図４（ｃ）に示すように、可動側電極２５による加圧力ＦＵ及び３９の副加圧力Ｆαが薄板１０１に付与され、固定側電極１５による加圧力ＦＬが第２厚板１０３に付与される。これにより薄板１０１側に位置する可動側電極２５の加圧力ＦＵが第２厚板１０３側に位置する固定側電極１５の加圧力ＦＬより小さくした状態で、溶接トランス４５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。
【００６４】
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、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溶接が行われて溶接強度及び溶接品質が確保できる。
【００６５】
この溶接が完了した後、副加圧付与手段３０の油圧切換弁の切り換えにより油圧ポンプ４０から圧油を第１油圧室３２Ａに供給すると同時に第２油圧室３２Ｂから排油してピストン３６を上昇移動端に移動させて副加圧付与アーム３９に設けた副加圧部３９を第２退避位置３９−２に移動する。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を退避位置に移動して固定側電極１５と可動側電極２５による被溶接部材１００の挟持を開放する。
【００６６】
しかる後、作動プログラムに従い溶接ロボット５０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。
【００６７】
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と可動側電極２５によって加圧付与した被溶接部材１００に油圧シリンダ３１による副加圧力が付与され、固定側電極１５と可動側電極２５による加圧力ＦＬ、ＦＵが制御されて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。
【００６８】
一方、固定アーム１０に比較的小型で軽量な油圧シリンダ３１及びこの油圧シリンダ３１により往復動する副加圧付与アーム３８等によって構成された副加圧付与手段３０を配置することから、スポット溶接装置１の大形化を招くことなく小型軽量化が得られ、特に固定アーム１０の先端側において重量化を招くことなくスポット溶接装置１の姿勢制御が容易になり、溶接ロボット５０の作動制御が簡素化され、溶接ロボット５０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の干渉が低減され、他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。
【００６９】
また、固定アーム１０に油圧シリンダ３１及び油圧シリンダ３１により往復動する副加圧付与アーム３８等によって構成された副加圧付与手段３０を配置することから、既存の副加圧付与手段３０を有しないスポット溶接装置と基本構成が同じであり、従来のスポット溶接装置を大きく変更するこよなく、固定アームを交換することで本実施の形態におけるスポット溶接装置を構成することができる。
【００７０】
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固定アーム１０に油圧シリンダ３１により往復動する副加圧付与アーム３８等によって構成された副加圧付与手段３０を配置したが、固定アーム１０に代えて可動アーム２３に配置することもできる。また、上記実施の形態では油圧供給源となる油圧ポンプ４０等をスポット溶接装置１の支持ブラケット２に搭載したが、溶接ロボット５０側に配置することで、スポット溶接装置１の小型軽量化を図り、更にスポット溶接装置１の姿勢制御を容易にすると共に、溶接ロボット５０の負荷を軽減することができる。
【符号の説明】
【００７１】
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）
１５ａ 頂端
２０ 加圧アクチュエータ
２１ サーボモータ
２３ 可動アーム
２５ 可動側電極
３０ 副加圧付与手段
３１ 油圧シリンダ（副加圧付与アクチュエータ）
３２ シリンダ部
３８ 副加圧付与アーム
３９ 副加圧部
３９−１ 第１退避位置
３９−２ 第２退避位置
４０ 油圧ポンプ（油圧供給源）
５０ 溶接ロボット
５１ 手首部
１００ 被溶接部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１アームの先端に設けられた第１溶接電極と、
該第１溶接電極と対向配置されて第１溶接電極と協働して被溶接部材を挟持して加圧する第２アームに設けられた第２溶接電極と、
前記第１アームに配置される油圧シリンダを有し、該油圧シリンダによって前記被溶接部材に前記第１溶接電極に隣接して当接して該被溶接部材に副加圧力を付与する副加圧位置及び被溶接部材から離反する退避位置に移動する副加圧部を有する副加圧付与手段とを備え、
前記被溶接部材に当接する第１溶接電極及び副加圧位置の副加圧部と前記第１溶接電極に対向して前記被溶接部材に当接する第２溶接電極とによって前記被溶接部材を挟持加圧し、該挟持加圧状態で前記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電してスポット溶接することを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項２】
前記第１アームは、先端に第１溶接電極が設けられた固定アームであり、
前記第２アームは、先端に第２溶接電極が設けられた可動アームであ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】
前記第１アームは、先端に第１溶接電極が設けられた可動アームであり、
前記第２アームは、先端に第２溶接電極が設けられた固定アームであ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１】
第１アームの先端に設けられた第１溶接電極と、
該第１溶接電極と対向配置されて第１溶接電極と協働して被溶接部材を挟持して加圧する第２アームに設けられた第２溶接電極と、
前記第１アームに配置される油圧シリンダを有し、該油圧シリンダによって前記被溶接部材に前記第１溶接電極に隣接して当接して該被溶接部材に副加圧力を付与する副加圧位置及び被溶接部材から離反する退避位置に移動する副加圧部を有する副加圧付与手段とを備え、
前記被溶接部材に当接する第１溶接電極及び副加圧位置の副加圧部と前記第１溶接電極に対向して前記被溶接部材に当接する第２溶接電極とによって前記被溶接部材を挟持加圧し、該挟持加圧状態で前記第１溶接電極と第２溶接電極との間で通電してスポット溶接することを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項２】
前記第１アームは、先端に第１溶接電極が設けられた固定アームであり、
前記第２アームは、先端に第２溶接電極が設けられた可動アームであ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】
前記第１アームは、先端に第１溶接電極が設けられた可動アームであり、
前記第２アームは、先端に第２溶接電極が設けられた固定アームであ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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７１１６０（Ｐ２０１３−７１１６０Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１２２９１（Ｐ２０１１−２１２２９１）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【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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