(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットのアームの先端に設けたワーク把持治具を介してワークを把持して溶接ガンによりスポット溶接を行なうインダイレクトスポット溶接装置において、
前記ワーク把持治具はワークを電気導通状態で把持する把持手段を有し、
前記ロボットアームと前記ワーク把持治具は、アース接離手段を有する継合手段を各々有し、
前記ロボットアームに配設したアースケーブルにより前記アース接離手段と電気的に接続するブスバーを、鉛直軸周りの旋回自由度のみを有する前記ロボット基台部に配設し、
スポットガンと共にアース電極を取り付けたコンタクトガンを前記ブスバーに接離することにより電気回路を構成することを特徴とするスポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インダイレクト方式を採用したスポット溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、自動車の製造にはロボットを使用したスポット溶接が盛んに行われるようになり、特にドアのヘム部の溶接には、インダイレクト方式のスポット溶接方法が多く採用されている。その一例を図６に示す。図６においてスポット溶接装置全体は、マテハンロボット部１００、ホールド部１１０、溶接装置部１２０とから構成されている。マテハンロボット部１００には、ロボット本体１０１にコントロール用の電力や冷却用の水、エアを送るための動力線をサポートするための給電ポール１０４が備え付けられている。ホールド部１１０にはアースケーブル１１１をサポートするケーブルサポートポール１１３が備え付けられ、スポット溶接装置部１２０にはスポット溶接用電力を供給する整流トランス１２３が接続されている。
【０００３】
ロボット本体１０１は、治具であるマテハンユニット１０２を動作させるためのエアが図示しないエアホースで給電ポール１０４、アーム１０３を通りマテハンユニット１０２に供給され、マテハンユニット１０２の電磁弁でコントロールされている。
ホールド部１１０のアースケーブル１１１には電気的に接続する導電性着脱ユニット１１２が取り付けられており、マテハンユニット１０２とアースケーブル１１１を接続している。またアースケーブル１１１はケーブルサポートポール１１３により、バランサー１１４やスプリング１１５で吊るされて整流トランスのアース端子に接続されており、更にマテハンユニット１０２の動きに追随できるように余裕を持たせてある。スポット溶接部１２０は溶接スタンド１２１の前部にアフターヘムガン１２２が取り付けられており、アフターヘムガン１２２の電極がワークとなる自動車用ドアのヘム部（溶接部）に当接して整流トランス１２３より、空冷ケーブル、または水冷ケーブル１２４を経由して電流が流されることによりスポット溶接が行われる。
【０００４】
また前記従来技術の課題を解決する他の従来技術として、図７に示すように、ワーク５０と電気的に接続するブスバーを治具のロボット動作エリア内に取り付け、スポットガンと共にアース電極を取り付けたコンタクトガンをブスバーに接離することにより、電気回路を構成することを特徴とするインダイレクト方式のスポット溶接方法が開示されている。（特許文献１）  
【特許文献１】特許第３８７２５２８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述した第1の従来例においては、マテハンユニット１０２にアースケーブル１１１を常時接続しておくために、このアースケーブル１１１を支えるケーブルサポートポール１１３が必要とされ、また、自在に動けるように、撓みをもたせバランサー１１４等を使用してつり下げる必要があった。またアースケーブル１１１は大電流を流すため大径の空冷ケーブルか、水冷ケーブルを使用しなければならず、その重量も重いため、ケーブルサポートポール１１３も丈夫なものを使用する必要があった。またバランサー１１４及び、スプリング１１５のケーブル長さ及び、バランス調整に時間がかかり、結果的にコストが高くなるという問題があった。更にアースケーブル１１１がマテハンユニット１０２と一緒に煩瑣に動くのでアースケーブルの可動部分が消耗し易いと言う問題もあった。本発明は上述した従来の問題に鑑みなされたもので、アースケーブルの使用を最小限にし、しかも固定することにより長寿命化し、ケーブルサポートポールが不要で、重量が軽く、コストの安いスポット溶接装置を提供するものである。
また第2の従来技術では前記課題は解決するもののワークに合わせて製作したマテハン治具毎に、コンタクトガンとの接触が確保できるフレーム位置にブスバーを設置しなければならないため、設計工数や設備コストが増大するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ロボットのアームの先端に設けたワーク把持治具を介してワークを把持して溶接ガンによりスポット溶接を行なうインダイレクトスポット溶接装置において、図１に示すように前記ワークを電気導通状態で把持する把持手段を設け、前記ロボットアームと前記ワーク把持治具には、アース接離手段を有する継合手段を各々配設し、前記ロボットアームに配設されたアースケーブルによって、前記アース接離手段と電気的に接続するブスバーを鉛直軸周りの旋回自由度のみを有する前記ロボット基台部に配設し、スポットガンと共にアース電極を取り付けたコンタクトガンを前記ブスバーに接離することにより電気回路を構成するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、アースケーブルをマテハンユニット迄引き回して取り付ける必要がないため、ケーブルを可動する必要もなくなり、ケーブルサポートポールも不要となる。またマテハン治具にブスバーを取り付けた構成と比較しても、ワークにより形状の異なるマテハン治具に合わせてすべてのマテハン治具にブスバーを設計し取り付けることが不要となるので、設計工数および製作費が低減できる。これらにより設備コストを低減することができるとともにアースラインの長寿命化をはかることができる。また、スポット溶接装置周囲のスペースファクタをも改善するとともにスポット溶接装置の重量も軽減でき、ロボット動作エリアもケーブルの引回しが無いので自由性があり、コンパクトなスポット溶接装置を提供できるものである。
【０００８】
またコンタクトガンを、鉛直軸周りの旋回自由度のみを有するロボット基台部に取り付けたブスバーから接離する構成にしたことにより、ワーク把持治具を目的位置に移動させるためロボットがどのような姿勢になっても確実にトランスからのアースケーブルをロボット側アースケーブルに接続できる。またロボットアーム先端の、アース接離手段を有する継合手段を経由して、ワーク把持治具に配設したワークを電気導通状態で把持する把持手段によってワークと前記ロボット側アースケーブルは接続している。これによりロボットのアームの先端とワーク把持治具が継合動作を行い、ワーク把持治具がワークの把持動作を行うことで、簡単にロボット側アースケーブルとワークのアース接続が確立され、さらにコンタクトガンとロボットの動作範囲をカバーするブスバーにより、ロボットの動作に関わらずトランスとのアース接続も確立できる。これらにより、直接アースケーブルを接続した場合に生ずるアースケーブルの屈曲を防止したうえで確実なアース接続が確保される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係るインダイレクト方式のスポット溶接装置の全体構成を現すシステム図である。
【図２ａ】本発明に係るロボットの平面図である。
【図２ｂ】本発明に係るロボットの側面図である。
【図２ｃ】本発明に係るロボットの背面図である。
【図３ａ】本発明に係るマテハン治具の平面図である。
【図３ｂ】本発明に係るマテハン治具の側面図である。
【図４】本発明に係る溶接ガンの要部断面図である。
【図５】本発明に係るアース連結ユニットの要部断面図である。
【図６】従来におけるスポット溶接装置の概観図である。
【図７】従来におけるスポット溶接装置の概観図である。
【符号の説明】
【００１０】
１ スポット溶接装置
２ ロボット
３ 基台部
４アーム
５ ブスバー
６ アースケーブル
７ ロボット側ＡＴＣ
８ ロボット側アースモジュール
１０ マテハン治具
１１ フレーム
１２ 治具側ＡＴＣ
１３ 治具側アースモジュール
１５ アースクランプユニット
１６a、１６ｂ、１６ｃ クランプユニット
１７a、１７b 基準ピンユニット
１８、１９シリンダー
２０ 溶接装置部
２１ スポット電極
２２ 溶接ガン
２３ ガンスタンド
２４ 電極アーム
２５ バックバー
２６a、２６ｂ エアシリンダロッド
２７ 固定ターミナル
２８ 導電プレート
３０ アース連結ユニット
３１ アース電極
３２ コンタクトガン
３３ エアシリンダ
４０ 整流トランス
４１a、４１ｂ空冷ケーブル
５０ ドア
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明をする。図１は本発明に係るインダイレクト方式のスポット溶接装置の全体構成を現す概略図で、図２ａ乃至２ｃは装置の構成要素であるロボットの三面図である。
まず、図１において、スポット溶接装置１は大別すると、ワーク（ドア）を把持するためのマテハン治具１０と、マテハン治具１０をアーム４先端に継合して動かし,ワークをスポット溶接位置に移動するためのロボット２、ワークをスポット溶接するための溶接装置部２０, ロボット２にアースを供給するためのアース連結ユニット３０と、この溶接装置部６に電力を供給する整流トランス４０とから構成されている。
【００１２】
ロボット２は、アーム４先端に設置したＡＴＣ（オート・ツール・チェンジャー）７，１２によりマテハン治具１０を接続し、スポット溶接装置１に対し適切な位置にマテハン治具１０で把持したワークを移動する。このロボット２は垂直多関節型のマニピュレータで、アーム４を上下動したり、旋回動作をすることができ、更にアーム４の先端に取り付けたマテハン治具１０を傾けたり回したりできるもので、可搬能力もワークであるドアに対して十分能力を持っている。またロボット２は床面にボルト等で据え付けられて動かないように固定される。
【００１３】
ロボット２は、床面に配設されたアース電極３１とロボット動作範囲において当接可能なように、鉛直軸心廻りに回転自在な基台部に延設された導電性のブスバー５と、アーム４の先端にはロボット側ＡＴＣ７と、アーム４側方に配設されたアースケーブル６で当該ブスバー５と接続されたロボット側アースラインモジュール８とを有する。
垂直多関節ロボットにおいては固定部から先端部に行くに従って、稼動範囲が大きくなる。本案では鉛直軸周りの旋回自由度のみを有する第１の可動部である基台部周りにブスバー５を設置した。すなわち第1の可動部である基台部周りに、アース電極３１と当接可能なブスバー５を設置することで、最小限の装置でロボットの動きに追従してアースの連結が確保できるようにした。
【００１４】
またマテハン治具１０は骨格となるフレーム１１に対し、ワークを精度良く位置決めするための基準ピンユニット１７a、１７ｂがＡＴＣを中心に対向する位置に配設され、またワークを絶縁状態で把持するクランプユニット１６がＡＴＣを中心に３箇所配設され、さらにワークを電気導通状態で把持するアースクランプユニット１５がＡＴＣ付近に1箇所配設され、ワークを確実に把持固定する。またロボット側ＡＴＣ７に継合する治具側ＡＴＣ１２がフレーム１１の重心位置である略中心に配置される。これによりＡＴＣに発生する応力負荷軽減と、マテハン治具の円滑な移動が確保される。
【００１５】
治具側ＡＴＣ１２に隣接して治具側アースモジュール１３が配設され、治具側アースモジュール１３はアースケーブル１４でアースクランプユニット１５と接続される。ロボット側ＡＴＣ７と治具側ＡＴＣ１２が継合すると、ロボット側アースモジュール８と治具側アースモジュール１３の接点が当接するよう構成され、アースクランプユニット１５を通じてワークにアースが接続する。これによりＡＴＣの継合動作に連動して簡単にアースの連結が行われる。また、各クランプユニット１６a乃至１６ｃとフレーム１１の接する部分は、ワークに流れる電流がフレーム１１に流れ込まないように当然のことながら絶縁物を介在させてある。
【００１６】
さらに前記ロボット基台部に近接してロボット設置床面に設置されたアース連結ユニット３０はアース電極３１とコンタクトガン３２を有し、溶接装置部２０のスポット電極２１がワークを溶接する作動に同期して、コンタクトガン３２はアース電極３１をブスバー５に当接させる。ブスバー５は厚さ１０ｍｍの帯状の板で形成され、電気的に良好な接触を要求されるので、材質はアルミ合金や銅合金が用いられる。またブスバー５、アースケーブル６などの金属部分がロボット２に直接接触することが無いよう当然のことながら絶縁物を介して取り付けられている。このブスバー５とアース連結ユニット３０のコンタクトガン３２が接触することにより２次アース回路が完成する。
【００１７】
溶接装置部２０は図１に示すように、ガンスタンド２３に設置された溶接装置部２０から構成されており、このガンに電力を供給する整流トランス４０が備えられている。ガンスタンド２３に固定された溶接装置部２０は図６で示すように、ワークである自動車のドア５０の溶接面であるヘム部(図示せず)に対向して電極アーム２４の先端部に取り付けられたスポット電極２１と、ヘム部を裏面より受けるバックバー２５とが備えられている。このスポット電極２１はスポット溶接時に2本のエアシリンダロッド２６ａ、２６ｂにより電極アーム２４が下げられることによりヘム部５３を加圧するように構成されている。またスポット電極２１への電流の供給は、空冷ケーブル４１aが固定ターミナル２７に接続され、固定ターミナル２７より可撓性のある導電プレート２８を通じて、電極アーム２４へ流れることにより供給される。
コンタクトガン３２は図２（ｃ）に示すように２次側アースをとるために使用されるもので、エアシリンダ３３の先端にブスバー５に接離するアース電極３１が取り付けられている。このアース電極３１には整流トランス４０からのアース側の空冷ケーブル４１ｂが固定ターミナル（図示せず）に接続され、アース電極３１に通電可能にする。
【００１８】
このように構成されたスポット溶接装置による溶接方法を以下に示す。まず、図示しない搬送ロボットによりワークであるドア５０を置場より搬送し、マテハン治具１０のフレーム１１の基準ピンユニット１７ａ，１７ｂに合わせて載せる。するとクランプユニット１６a、１６ｂ、１６ｃとアースクランプユニット１５のシリンダが動いてそれぞれのクランプアームがドア５０を把持固定する。次に溶接装置部２０の溶接ポイントであるバックバー２５の位置にマテハン治具１０が動いてドア５０のヘム部の裏面を合わせる。この時アース用のコンタクトガン３２のアース電極３１は基台部３に取り付けられたブスバー５に接触していない。次にコンタクトガン３２のシリンダ３３が動作してアース電極３１をブスバー５に突き当てる。その後に、溶接装置部２０のスポット電極のシリンダロッド２６ａ、２６ｂが動作してドア５０のヘム部を加圧する。
【００１９】
次に整流トランス４０の図示しないスイッチがオンされて、整流トランス４０より空冷ケーブル４１ａ、４１ｂを経由してスポット溶接の電流が流される。この電流は整流トランス４０のプラス側より空冷ケーブル４１ａを経由して溶接装置部２０に流れ、更にドア５０のヘム部よりドア内部を通り、アースクランプユニット１５、アースモジュール８，１３、アースケーブル６、ブスバー５よりコンタクトガン３２のアース電極３１を抜けて空冷ケーブル４２ｂを経由して整流トランス４０のアース側へ戻る。この間にヘム部のスポット溶接が行われる。
【００２０】
スポット溶接終了後は整流トランス４０のスイッチがオフし溶接装置部２０のシリンダが動作してスポット電極２１がドア５０のヘム部より離脱される。次にコンタクトガン３２のエアシリンダ３３が動作して電極３１がブスバー５より離脱する。するとマテハン治具１０が動作して次のスポット溶接箇所を溶接装置部２０セットする。以下同じ動作を繰り返し、必要な溶接箇所を順次スポット溶接を行い全ての溶接を完了する。するとマテハン治具１０のクランプユニット１６a、１６ｂ、１６ｃアースクランプユニット１５のシリンダが動作して、ドア５０の把持固定状態から解除する。最後に図示しない搬送ロボットによりドア５０を次の工程に搬送し、新しいドア５０をマテハン治具１０に載置する。これで一連の作業が終了する。なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、その他、本発明の請求の範囲内で種々の変更を加うることは勿論である。
【００２１】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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