(57)【要約】【課題】被溶接部材に対して所定加圧力を作用させるまでの時間を短縮することができ、これによって溶接サイクルタイムの短縮化を図ることができるスポット溶接機を提供する。【解決手段】ワーク２を固定電極７と可動電極３３とで挟み込み加圧してスポット溶接するスポット溶接機１において、直交３軸の送り機構１７，２１，２５によって発生される押圧力が圧縮コイルばね４４を介して可動電極３３に伝達されることで溶接予定部位に対して固定電極７と可動電極３３とから加えられる加圧力が所定加圧力Ｆとなるときの圧縮コイルばね４４の弾性変位量を所定加圧力相当弾性変位量Ｓとして算出し、スポット溶接の実施の際には、圧縮コイルばね４４の弾性変位量が、予め算出された所定加圧力相当弾性変位量Ｓとなるように直交３軸の送り機構１７，２１，２５を制御するものとする。【選択図】図９
2014140867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２枚以上重ね合わされた被溶接部材を、第１の電極とその第１の電極に対して相対移動可能な第２の電極とで挟み込み加圧してスポット溶接するスポット溶接機において、
前記被溶接部材におけるスポット溶接を施そうと予定している部位に対して前記第２の電極で押圧する押圧力を発生する押圧力発生機構と、
前記押圧力発生機構と前記第２の電極との間に設けられ、前記押圧力発生機構からの押圧力に応じて弾性変位する弾性体と、
前記押圧力発生機構からの押圧力が前記弾性体を介して前記第２の電極に伝達されることで前記溶接予定部位に対して前記第１の電極と第２の電極とから加えられる加圧力が所定加圧力となるときの前記弾性体の弾性変位量を所定加圧力相当弾性変位量として算出する所定加圧力相当弾性変位量算出手段と、
前記弾性体の弾性変位量が前記所定加圧力相当弾性変位量算出手段によって算出された所定加圧力相当弾性変位量となるように前記押圧力発生機構を制御する押圧力発生機構制御手段と、
を備えることを特徴とするスポット溶接機。
【請求項２】
前記押圧力発生機構は、前記第２の電極を水平Ｘ軸方向に沿って直線移動させるＸ軸送り機構と、前記第２の電極を前記水平Ｘ軸方向と直交する水平Ｙ軸方向に沿って直線移動させるＹ軸送り機構と、前記第２の電極を前記水平Ｘ軸方向および水平Ｙ軸方向に垂直な垂直Ｚ軸方向に沿って直線移動させるＺ軸送り機構とからなり、
前記第２の電極を鉛直θ軸回りに回転させるθ軸回転機構と、前記第２の電極を水平α軸回りに回転させるα軸回転機構とが設けられる請求項１に記載のスポット溶接機。
【請求項３】
前記溶接予定部位に対して前記第１の電極と第２の電極とから加えられる実際の加圧力を検出する加圧力検出手段と、この加圧力検出手段によって検出される加圧力の値が、所定加圧力に対して予め設定される許容範囲内にあるか否かを判定する加圧力適否判定手段と、この加圧力適否判定手段によって加圧力が不適であると判定されたときに当該スポット溶接機の運転を停止させる運転停止手段とが設けられる請求項１または２に記載のスポット溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接部材を一対の電極で挟み込み加圧してスポット溶接するスポット溶接機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動車部品の生産等において、少なくとも２枚以上重ね合わされた被溶接部材に溶接ガンの電極を押し付けて加圧し、電流を供給することで被溶接部材間を抵抗発熱させて溶接するスポット溶接が行われている。スポット溶接により形成される接合部の品質は、電流値や電流供給時間、加圧力、電極先端状態を適切に管理することで安定させることができる。
【０００３】
上記の溶接ガンとしては、例えば特許文献１にて提案されているものが広く一般的に使用されている。
この特許文献１に係る溶接ガンは、ジョイント部材を支点にサーボモータにより開閉作動される一対のガンアームを備え、これらガンアームの互いに対向する先端部に電極を装着し、重ね合わされた被溶接部材の重合部分を一対の電極で挟み付けて加圧しスポット溶接するように構成されている。
【０００４】
ところで、上記の特許文献１に係る溶接ガンのようなサーボモータを駆動源として加圧力を得る構成のものにおいて、サーボモータの電流と加圧力との関係を求めておき、所定加圧力に対応するモータ電流となるように制御して、被溶接部材に作用させる加圧力を制御するようにしたものが例えば特許文献２にて知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２９１０６２号公報
【特許文献２】特開平６−３１２２７３号公報
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２のものでは、被溶接部材に対して所定加圧力を作用させるために、被溶接部材に実際に作用させている実加圧力（モータ電流値）をリアルタイムでフィードバックして加圧力の補正を行わなければならず、所定加圧力を得るまでの時間が長くなり、スポット溶接のサイクルタイムが長くなるという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、被溶接部材に対して所定加圧力を作用させるまでの時間を短縮することができ、これによって溶接サイクルタイムの短縮化を図ることができるスポット溶接機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明によるスポット溶接機は、
少なくとも２枚以上重ね合わされた被溶接部材を、第１の電極とその第１の電極に対して相対移動可能な第２の電極とで挟み込み加圧してスポット溶接するスポット溶接機において、
前記被溶接部材におけるスポット溶接を施そうと予定している部位に対して前記第２の電極で押圧する押圧力を発生する押圧力発生機構と、
前記押圧力発生機構と前記第２の電極との間に設けられ、前記押圧力発生機構からの押圧力に応じて弾性変位する弾性体と、
前記押圧力発生機構からの押圧力が前記弾性体を介して前記第２の電極に伝達されることで前記溶接予定部位に対して前記第１の電極と第２の電極とから加えられる加圧力が所定加圧力となるときの前記弾性体の弾性変位量を所定加圧力相当弾性変位量として算出する所定加圧力相当弾性変位量算出手段と、
前記弾性体の弾性変位量が前記所定加圧力相当弾性変位量算出手段によって算出された所定加圧力相当弾性変位量となるように前記押圧力発生機構を制御する押圧力発生機構制御手段と、
を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明において、前記押圧力発生機構は、前記第２の電極を水平Ｘ軸方向に沿って直線移動させるＸ軸送り機構と、前記第２の電極を前記水平Ｘ軸方向と直交する水平Ｙ軸方向に沿って直線移動させるＹ軸送り機構と、前記第２の電極を前記水平Ｘ軸方向および水平Ｙ軸方向に垂直な垂直Ｚ軸方向に沿って直線移動させるＺ軸送り機構とからなり、前記第２の電極を鉛直θ軸回りに回転させるθ軸回転機構と、前記第２の電極を水平α軸回りに回転させるα軸回転機構とが設けられるのが好ましい（第２発明）。
【００１０】
本発明において、前記溶接予定部位に対して前記第１の電極と第２の電極とから加えられる実際の加圧力を検出する加圧力検出手段と、この加圧力検出手段によって検出される加圧力の値が、所定加圧力に対して予め設定される許容範囲内にあるか否かを判定する加圧力適否判定手段と、この加圧力適否判定手段によって加圧力が不適であると判定されたときに当該スポット溶接機の運転を停止させる運転停止手段とが設けられるのが好ましい（第３発明）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスポット溶接機によれば、弾性体の弾性変位量が予め算出された所定加圧力相当弾性変位量となるように押圧力発生機構が制御されることによって所定加圧力が被溶接部材に加えられるので、被溶接部材に実際に作用させている実加圧力（例えばモータ電流値等）をリアルタイムでフィードバックして加圧力の補正を行う必要がなく、その分、被溶接部材に対して所定加圧力を作用させるまでの時間を従来のものよりも短縮することができ、これによって溶接サイクルタイムの短縮化を図ることができる。
【００１２】
第２発明のスポット溶接機によれば、押圧力発生機構が、溶接予定部位に対する加圧力を発生させるための加圧用アクチュエータとしての機能と、第２の電極を直交３軸方向に移動させる移動機構としての機能とを兼ね備える構成とされるので、装置の簡素化を図ることができるとともに、電極近傍に加圧用アクチュエータを設けている従来のものよりも電極周りの重量を軽くすることができ、溶接位置決めの高速化を図ることができる。
また、制御軸として水平Ｘ軸、水平Ｙ軸、垂直Ｚ軸、鉛直θ軸および水平α軸の合計５軸が設けられるので、被溶接部材の形状等に関わらず溶接予定部位に対して第２の電極が垂直を成して接触するようにその第２の電極を位置決めすることができ、被溶接部材の形状等に関わらず良好なスポット溶接を行うことができる。
【００１３】
第３発明のスポット溶接機によれば、溶接予定部位に対して加えられる実際の加圧力の値が、所定加圧力に対して予め設定される許容範囲外の値であるときに、スポット溶接機の運転が停止されるので、不良品の製造を確実に避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスポット溶接機の全体斜視図である。
【図２】第１の実施形態のスポット溶接機の平面図である。
【図３】（ａ）は図２のＡ矢視図で一部を破断して表わす図、（ｂ）は図２のＢ矢視図で一部を破断して表わす図である。
【図４】図３のＣ矢視図で、一部を破断して表わす図である。
【図５】図３のＤ部拡大要部断面図である。
【図６】制御装置の機能ブロック図である。
【図７】ワークに対する可動電極の位置決めの様子を表わす図である。
【図８】ワークに対する可動電極の加圧力の作用の様子を表わす図である。
【図９】ティーチング運転、所定加圧力相当弾性変位量算出運転およびスポット溶接加工運転の説明図で、（ａ）は待機位置状態図、（ｂ）は電極接触位置状態図、（ｃ）は所定加圧力相当弾性変位状態図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るスポット溶接機の説明図で、（ａ）は待機位置状態図、（ｂ）は（ａ）のＥ部拡大図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るスポット溶接機の説明図で、（ａ）は電極接触状態図、（ｂ）は（ａ）のＧ部拡大図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るスポット溶接機の説明図で、（ａ）は所定加圧力相当弾性変位状態図、（ｂ）は（ａ）のＨ部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明によるスポット溶接機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
〔第１の実施形態〕
＜スポット溶接機の概略説明＞
図１に示されるスポット溶接機１は、一部が互いに重ね合わされた２枚（３枚以上でも可）の被溶接部材２ａ，２ｂをスポット溶接対象のワーク２として、これら被溶接部材２ａ，２ｂの重合部分における溶接しようとして予め定められた部位に対してスポット溶接を施すものであって、当該スポット溶接機１の機械本体部分の基礎を構成するベッド３を備えている。
【００１７】
＜ベッドの説明＞
ベッド３は、水平方向に互いに直交する水平Ｘ軸および水平Ｙ軸に沿って広がりを持つ平面視で四角形状を呈し、それらＸ軸およびＹ軸に垂直な垂直Ｚ軸に沿って所要の厚みを有している。
【００１８】
＜インデックステーブルの説明＞
ベッド３上には、割出しモータ４により、水平方向に回転割出し可能なインデックステーブル５が設置されている。
インデックステーブル５上には、ワーク支持具６が設置され、このワーク支持具６上にワーク２が載せられている。
ワーク支持具６には、ワーク２の溶接予定部位に対応して接触する所要の固定電極７が固定されている。
【００１９】
＜固定電極の電気配線の説明＞
固定電極７は、ワーク支持具６から図示されないブスバー（棒状導電体）にてインデックステーブル５、ベッド３および所要のケーブルを介して電源装置（いずれも図示省略）のマイナス極に接続されている。
なお、図示による詳細説明は省略するが、電源装置から固定電極７に至る電流経路において、例えばベッド３とインデックステーブル５のような相対移動する２つの部材間やその他要所には、電流経路を機械的に接続したり切断したりする接断器が設けられている。
【００２０】
＜Ｘ軸ビーム部材、Ｘ軸スライダの説明＞
ベッド３における水平Ｙ軸方向の一側部上には、水平Ｘ軸方向の両側部に位置するように一対の支柱部材８が立設・固定され、これら支柱部材８を跨ぐように水平Ｘ軸方向に延びるＸ軸ビーム部材９がそれら支柱部材８に固定されている。
Ｘ軸ビーム部材９上には、水平Ｘ軸方向に延び水平Ｙ軸方向に所定間隔を存して配される一対のリニアガイド１０が設けられ、これらリニアガイド１０に直動案内されるＸ軸スライダ１１が水平Ｘ軸方向に移動自在に取り付けられている。
【００２１】
＜Ｙ軸ビーム部材、Ｙ軸スライダの説明＞
Ｘ軸スライダ１１における水平Ｘ軸方向の一側の端部には、水平Ｙ軸方向に延びるＹ軸ビーム部材１２が固定されている。
Ｙ軸ビーム部材１２における水平Ｘ軸方向の他側に臨ませた面には、水平Ｙ軸方向に延び垂直Ｚ軸方向に所定間隔を存して配される一対のリニアガイド１３が設けられ、これらリニアガイド１３に直動案内されるＹ軸スライダ１４がＹ軸方向に移動自在に取り付けられている。
【００２２】
＜Ｚ軸ビーム部材、Ｚ軸スライダの説明＞
図３（ａ）および図４に示されるように、Ｙ軸スライダ１４における水平Ｘ軸方向の他側には、Ｚ軸スライダ１５が配され、これらＺ軸スライダ１５とＹ軸スライダ１４との間には、垂直Ｚ軸方向に延び水平Ｙ軸方向に所定間隔を存して配される一対のリニアガイド１６が設けられ、これらリニアガイド１６に直動案内されてＺ軸スライダ１５がＹ軸スライダ１４に対し垂直Ｚ軸方向に移動自在とされている。
【００２３】
＜Ｘ軸送り機構の説明＞
図２に示されるように、Ｘ軸スライダ１１を水平Ｘ軸方向に移動させるＸ軸送り機構１７は、水平Ｘ軸方向に延設されるボール螺子軸１８を備えている。このボール螺子軸１８は、その軸線回りに回転可能にＸ軸ビーム部材９に取り付けられている。
ボール螺子軸１８には、Ｘ軸スライダ１１に固定されたボールナット１９が螺合され、ボール螺子軸１８の一端部には、Ｘ軸送りモータ２０が回転動力伝達可能に接続されている。
Ｘ軸送りモータ２０の作動にてボール螺子軸１８が回転駆動されると、ボールナット１９が水平Ｘ軸方向に直線移動され、このボールナット１９の直線移動に伴ってＸ軸スライダ１１が水平Ｘ軸方向に直線移動されるようになっている。
【００２４】
＜Ｙ軸送り機構の説明＞
Ｙ軸スライダ１４を水平Ｙ軸方向に移動させるＹ軸送り機構２１は、水平Ｙ軸方向に延設されるボール螺子軸２２を備えている。このボール螺子軸２２は、その軸線回りに回転可能にＹ軸ビーム部材１２に取り付けられている。
ボール螺子軸２２には、Ｙ軸スライダ１４に固定されたボールナット２３が螺合され、ボール螺子軸２２の一端部には、Ｙ軸送りモータ２４が回転動力伝達可能に接続されている。
Ｙ軸送りモータ２４の作動にてボール螺子軸２２が回転駆動されると、ボールナット２３が水平Ｙ軸方向に直線移動され、このボールナット２３の直線移動に伴ってＹ軸スライダ１４が水平Ｙ軸方向に直線移動されるようになっている。
【００２５】
＜Ｚ軸送り機構の説明＞
図３（ａ）（ｂ）に示されるように、Ｚ軸スライダ１５を垂直Ｚ軸方向に移動させるＺ軸送り機構２５は、垂直Ｚ軸方向に延設されるボール螺子軸２６を備えている。このボール螺子軸２６は、その軸線回りに回転可能にＹ軸スライダ１４に取り付けられている。
ボール螺子軸２６には、Ｚ軸スライダ１５に固定されたボールナット２７が螺合され、ボール螺子軸２６の一端部（上端部）には、従動タイミングプーリ２８が固定されている。
Ｙ軸スライダ１４には、ボール螺子軸２６に対し水平Ｘ軸方向の一側に所定の軸間距離を存してＺ軸送りモータ２９が配設され、このＺ軸送りモータ２９の出力軸には、駆動タイミングプーリ３０が固定されている。
【００２６】
駆動タイミングプーリ３０と従動タイミングプーリ２８との間には、タイミングベルト３１が巻き掛け装着されており、Ｚ軸送りモータ２９の作動にてそのＺ軸送りモータ２９の回転動力が駆動タイミングプーリ３０からタイミングベルト３１および従動タイミングプーリ２８を介してボール螺子軸２６に伝達されると、ボールナット２７が垂直Ｚ軸方向に直線移動され、このボールナット２７の直線移動に伴ってＺ軸スライダ１５が垂直Ｚ軸方向に直線移動されるようになっている。
【００２７】
＜溶接ガンの説明＞
Ｚ軸スライダ１５には、溶接ガン３２が取り付けられている。
溶接ガン３２は、その本体部分を構成する溶接ガン本体３２ａに可動電極３３が装着されて構成されている。
溶接ガン本体３２ａには、θ軸回転機構３４と、α軸回転機構３５とが装備されている。
【００２８】
＜可動電極の説明＞
図５に示されるように、可動電極３３は、当該可動電極３３の本体部分を構成するシャンク３３ａの先端部に、実質的にスポット溶接の用に供する電極チップ３３ｂが装着されて構成されている。この可動電極３３は、ホルダ３６を介して可動電極取付具３７に取り付けられている。
【００２９】
＜θ軸回転機構の説明＞
θ軸回転機構３４は、鉛直θ軸回りに可動電極３３を回転させるものであって、溶接ガン本体３２ａの先端部に鉛直θ軸回りに回転可能に取り付けられて可動電極取付具３７を支持するθ軸回転ブラケット３８を備えている。このθ軸回転ブラケット３８には、溶接ガン本体３２ａに内蔵されたθ軸回転モータ３９（図３（ａ）参照）からの回転動力が伝達されるようになっており、θ軸回転モータ３９の作動にてθ軸回転ブラケット３８が回転駆動されると、可動電極３３が鉛直θ軸回りに回転されるようになっている。
なお、本実施形態では、θ軸回転ブラケット３８の鉛直θ軸回りの回転角が、０°〜１８０°の範囲に制限されている。
【００３０】
＜α軸回転機構の説明＞
α軸回転機構３５は、水平α軸回りに可動電極３３を回転させるものであって、可動電極取付具３７の本体部分を構成するα軸回転ハウジング４０を備えている。このα軸回転ハウジング４０は、θ軸回転ブラケット３８に、水平α軸回りに回転可能に取り付けられている。
α軸回転ハウジング４０には、α軸回転モータ４１からの回転動力が伝達されるようになっており、α軸回転モータ４１の作動にてα軸回転ハウジング４０が水平α軸回りに回転駆動されると、可動電極３３が水平α軸回りに回転されるようになっている。
なお、本実施形態では、α軸回転ハウジング４０の水平α軸回りの回転角が、０°〜１８０°の範囲に制限されている。
【００３１】
＜可動電極取付具の説明＞
可動電極取付具３７は、前述したα軸回転ハウジング４０に可動電極支持杆４２が組み込まれて構成されている。
可動電極支持杆４２において、その先端部にはホルダ３６が螺着され、その基端部には抜け止めナット４３が螺着され、その中間部のばね座部から基端側に向かう軸部には圧縮コイルばね４４が外嵌されている。
【００３２】
＜可動電極取付具の支持構造の説明＞
可動電極支持杆４２は、圧縮コイルばね４４が外嵌された状態でα軸回転ハウジング４０に嵌め込まれている。
圧縮コイルばね４４の基端側は、ロードセル４５に当接されており、このロードセル４５の基端側にはリテーナ４６が押し当てられている。これらロードセル４５およびリテーナ４６がボルト９１によってα軸回転ハウジング４０に締結されることにより、ロードセル４５がα軸回転ハウジング４０に固定されている。
可動電極支持杆４２の基端側は、ロードセル４５およびリテーナ４６を貫通してそのリテーナ４６から突き出した状態とされ、この突き出された部分に抜け止めナット４３が螺着されてリテーナ４６に掛け止められることで、可動電極支持杆４２がα軸回転ハウジング４０から抜け出ないようにされている。
【００３３】
＜可動電極の電気配線の説明＞
可動電極３３は、ホルダ３６、可動電極取付具３７、溶接ガン本体３２ａ、Ｚ軸スライダ１５、Ｙ軸スライダ１４、Ｙ軸ビーム部材１２、Ｘ軸スライダ１１およびＸ軸ビーム部材９を経由する図示されないブスバーと、所要のケーブル（図示省略）とを介して電源装置（図示省略）のプラス極に接続されている。
なお、図示による詳細説明は省略するが、電源装置から可動電極３３に至る電流経路において、例えばＸ軸ビーム部材９とＸ軸スライダ１１のような相対移動する２つの部材間やその他要所には、電流経路を機械的に接続したり切断したりする接断器が設けられている。
【００３４】
次に、本実施形態のスポット溶接機を制御する制御装置について、図６の機能ブロック図を用いて以下に説明する。
【００３５】
図６に示されるように、スポット溶接機１を制御する制御装置５０は、メインＣＰＵ５１と、サーボＣＰＵ５２とを備えている。
メインＣＰＵ５１は、当該制御装置５０の全体的な演算処理装置として働くものであり、一方、サーボＣＰＵ５２は、割出しモータ４、Ｘ軸送りモータ２０、Ｙ軸送りモータ２４、Ｚ軸送りモータ２９、θ軸回転モータ３９およびα軸回転モータ４１の各サーボモータに対する演算処理装置として特化して働くものである。
これらＣＰＵ５１，５２は、システムバス５３を介して、溶接条件演算部５５を包含する溶接電流コントローラ５４、記憶装置５６および入力装置５７と相互に接続されている。
【００３６】
メインＣＰＵ５１は、サーボＣＰＵ５２に対して、位置指令信号等を与える。
サーボＣＰＵ５２は、メインＣＰＵ５１から与えられた位置指令信号等に従ってサーボアンプ５８を介して各サーボモータ４，２０，２４，２９，３９，４１を制御する。
サーボＣＰＵ５２には、各サーボモータ４，２０，２４，２９，３９，４１の回転量に対応するエンコーダ５９からの信号が入力され、サーボアンプ５８には、各サーボモータ４，２０，２４，２９，３９，４１に流れる電流を検出する電流検出器６０からの信号が入力される。
【００３７】
溶接電流コントローラ５４は、溶接用の電源装置６１から溶接ガン３２の可動電極３３に供給される電流を制御する。
溶接条件演算部５５は、記憶装置５６に記憶されている溶接データに基づいて溶接条件を演算する。
入力装置５７は、各種データの入力や、加工モードとティーチングモードとの切り替え等を行うのに用いられる。
【００３８】
以上に述べたように構成されるスポット溶接機１においては、水平Ｘ軸、水平Ｙ軸、垂直Ｚ軸、鉛直θ軸および水平α軸の５軸制御により、図７に示されるように、ワーク２の水平面部や傾斜面部、鉛直面部における溶接予定部位（固定電極７が配置されている所）に対して、ワーク２の形状に関わらず、可動電極３３が垂直を成して接触するように位置決めすることができる。また、図８に示されるように、Ｘ軸送り機構１７によるＸ軸方向加圧力ｆｘと、Ｙ軸送り機構２１によるＹ軸方向加圧力ｆｙと、Ｚ軸送り機構２５によるＺ軸方向加圧力ｆｚとの合成により、可動電極３３から溶接予定部位に対して垂直に所定加圧力Ｆを作用させることできる。
このスポット溶接機１では、ティーチング運転および所定加圧力相当弾性変位量算出運転をそれぞれ実施した後に、所定ロットのワーク２に対するスポット溶接加工が行われる。
以下に、ティーチング運転、所定加圧力相当弾性変位量算出運転およびスポット溶接加工運転についてそれぞれ順を追って説明する。
【００３９】
＜ティーチング運転の説明＞
ティーチング運転は、例えば作業者がティーチングペンダント６２（図６参照）を用いて可動電極３３の位置や姿勢、動きを制御装置５０に入力するための運転である。
【００４０】
図９（ａ）において、固定電極７は、ワーク２の溶接予定部位の裏面に接触されている。
ティーチングペンダント６２（図６参照）の操作により、固定電極７に対し可動電極３３を、ワーク２を挟むように対を成す位置で、かつワーク２の表面との間に所定の隙間ｄが存する待機位置に動かす。これを全ての溶接予定部位に対し実施することにより、ティーチング運転は完了し、このときの可動電極３３の動きに関するデータ等をティーチングデータとして記憶装置５６に記憶させる。
【００４１】
＜所定加圧力相当弾性変位量算出運転の説明＞
所定加圧力相当弾性変位量算出運転は、ワーク２の溶接予定部位に対して固定電極７と可動電極３３とから加えられる加圧力が所定加圧力Ｆとなるときの圧縮コイルばね４４の弾性変位量を所定加圧力相当弾性変位量Ｓとして算出するための運転である。この所定加圧力相当弾性変位量算出運転について、図９（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
【００４２】
まず、第１段階の動作として、図９（ａ）に示される状態からティーチングペンダント６２（図６参照）の操作により、ワーク２の溶接予定部位に対して可動電極３３が垂直を成して接触する同図（ｂ）に示されるような電極接触位置となるように可動電極３３を動かす。
次に、第２段階の動作として、図９（ｂ）に示される状態からティーチングペンダント６２の操作により、ワーク２の溶接予定部位に対して可動電極３３を垂直に押圧するようにＸ軸送り機構１７、Ｙ軸送り機構２１およびＺ軸送り機構２５の送り動作を実施する。この際、ロードセル４５からの荷重信号をリアルタイムでフィードバックして、その荷重信号に基づく処理演算によって得られる実加圧力の値が、図９（ｃ）に示されるように、所定加圧力Ｆに達したとき、Ｘ軸送り機構１７、Ｙ軸送り機構２１およびＺ軸送り機構２５の送り動作を止める。
この可動電極３３の押圧動作に伴い、圧縮コイルばね４４が所定量圧縮され、このときの弾性変位量を所定加圧力相当弾性変位量Ｓとして算出する。これを全ての溶接予定部位に対し実施することにより、所定加圧力相当弾性変位量算出運転は完了し、算出された所定加圧力相当弾性変位量Ｓを記憶装置５６に記憶させる。
なお、この所定加圧力相当弾性変位量算出運転は、ティーチング運転と共に行ってもよいし、ティーチング運転とは別に独立して行ってもよい。
【００４３】
＜スポット溶接加工運転の説明＞
以上のティーチング運転および所定加圧力相当弾性変位量算出運転をそれぞれ実施した後に、実際のスポット溶接加工運転が行われる。このスポット溶接加工運転について、図６および図９（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
【００４４】
実際にスポット溶接加工を行うにあたり、メインＣＰＵ５１は、可動電極３３を図９（ａ）に示される待機位置に位置させる位置指令信号をサーボＣＰＵ５２へ出力する。
サーボＣＰＵ５２は、メインＣＰＵ５１からの位置指令信号とエンコーダ５９からの信号とに基づいて位置のフィードバック制御を行い、サーボアンプ５８に対して電流指令信号（トルク指令信号）を出力する。サーボアンプ５８は、その電流指令信号と電流検出器６０からの信号とに基づいて電流のフィードバック制御を行い、サーボモータ２０，２４，２９，３９，４１に対して駆動電流を供給し、サーボモータ２０，２４，２９，３９，４１を駆動制御する。
【００４５】
次いで、メインＣＰＵ５１は、図９（ｂ）に示される電極接触位置を経て同図（ｃ）に示されるような所定加圧力相当弾性変位量Ｓを圧縮コイルばね４４に生じさせる位置指令信号をサーボＣＰＵ５２に与える。これにより、サーボモータ２０，２４，２９が駆動制御され、ワーク２の溶接予定部位に対して固定電極７と可動電極３３とから所定加圧力Ｆが加えられる。
【００４６】
なお、本実施形態では、所定加圧力Ｆを基準にしてその前後に許容範囲±ｆが設定され、ロードセル４５によって検出される加圧力の値が、（Ｆ−ｆ）〜（Ｆ＋ｆ）の範囲外の値であるとメインＣＰＵ５１において判定されたときには、メインＣＰＵ５１からサーボＣＰＵ５２や溶接電流コントローラ５４などに向けて運転停止信号が送信され、これによってスポット溶接機１の運転が停止される。
【００４７】
＜作用効果の説明＞
本実施形態のスポット溶接機によれば、圧縮コイルばね４４の弾性変位量が予め算出された所定加圧力相当弾性変位量ＳとなるようにＸ軸送り機構１７、Ｙ軸送り機構２１およびＺ軸送り機構２５がそれぞれ制御されることによって所定加圧力Ｆがワーク２に加えられるので、ワーク２に実際に作用させている実加圧力（例えばモータ電流値等）をリアルタイムでフィードバックして加圧力の補正を行う必要がなく、その分、ワーク２に対して所定加圧力Ｆを作用させるまでの時間を従来のものよりも短縮することができ、これによって溶接サイクルタイムの短縮化を図ることができる。
【００４８】
さらに、本実施形態のスポット溶接機１によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）Ｘ軸送り機構１７、Ｙ軸送り機構２１およびＺ軸送り機構２５が、溶接予定部位に対する加圧力を発生させるための加圧用アクチュエータとしての機能と、第２の電極を直交３軸方向に移動させる移動機構としての機能とを兼ね備える構成とされるので、装置の簡素化を図ることができるとともに、電極近傍に加圧用アクチュエータを設けている従来のものよりも電極周りの重量を軽くすることができ、溶接位置決めの高速化を図ることができる。
（２）制御軸として水平Ｘ軸、水平Ｙ軸、垂直Ｚ軸、鉛直θ軸および水平α軸の合計５軸が設けられるので、ワーク２の形状等に関わらず溶接予定部位に対して可動電極３３が垂直を成して接触するようにその可動電極３３を位置決めすることができ、ワーク２の形状等に関わらず良好なスポット溶接を行うことができる。
（３）溶接予定部位に対して加えられる実際の加圧力の値が、万一、所定加圧力Ｆの許容範囲±ｆから外れたとしても、生産が停止されるので、不良品の製造を確実に避けることができる。
（４）ベッド３上の支柱部材８に支えられたＸ軸ビーム部材９とこれに直交するＹ軸ビーム部材１２とによって溶接ガン３２を支持する支持構造体として高剛性のものが構築可能であるので、各送り機構１７，２１，２５の高速化が可能になるとともに、各送り機構１７，２１，２５による合成加圧力Ｆを大きくすることができる。したがって、溶接時間の短縮化を図ることができるとともに、ワーク２が比較的肉厚の厚いもの（一般的には、肉厚の厚いものは大きな加圧力を要する。）であっても（例えば、板厚：１．２〜４．５ｍｍ）、良好なスポット溶接を行うことができる。
【００４９】
本実施形態において、固定電極７が本発明の「第１の電極」に、可動電極３３が本発明の「第２の電極」にそれぞれ対応する。
Ｘ軸送り機構１７、Ｙ軸送り機構２１およびＺ軸送り機構２５を含む構成が、本発明の「押圧力発生機構」に対応する。
圧縮コイルばね４４が本発明の「弾性体」に対応する。
ロードセル４５が本発明の「加圧力検出手段」に対応する。
メインＣＰＵ５１が、本発明の「所定加圧力相当弾性変位量算出手段」、「加圧力適否判定手段」および「運転停止手段」にそれぞれ対応する。
メインＣＰＵ５１およびサーボＣＰＵ５２を含む構成が、本発明の「押圧力発生機構制御手段」に対応する。
【００５０】
〔第２の実施形態〕
図１０には、本発明の第２の実施形態に係るスポット溶接機の説明図で、待機位置状態図（ａ）および（ａ）のＥ部拡大図（ｂ）がそれぞれ示されている。
第１の実施形態は、所定位置に固定される固定電極７と、この固定電極７に対し５軸制御で移動自在な可動電極３３とでワーク２を挟み込み加圧してスポット溶接するスポット溶接機１に本発明が適用された例であるが、本実施形態は、極座標ロボット７０に溶接ガン７１を備えた構成のスポット溶接機１Ａに本発明が適用された例である。
なお、本実施形態において、先の第１の実施形態と同一または同様のものについては図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては第１の実施形態と異なる点を中心に説明することとする。
【００５１】
＜溶接ガンの説明＞
図１０（ａ）に示されるように、溶接ガン７１は、極座標ロボット７０におけるアーム７２の先端部に取付ブラケット７３を介して固定される溶接ガン本体フレーム７４を備えている。
溶接ガン本体フレーム７４は、その基部に電動シリンダ取付部７４ａと、その先端部にガンアーム取付部７４ｂとを有している。
電動シリンダ取付部７４ａには、サーボモータ７５を駆動源としてロッド７６が押し出し・引き込み作動される構成の電動シリンダ７７（本発明の「押圧力発生機構」に対応する。）がピボット軸７８を介して揺動可能に取り付けられている。また、ガンアーム取付部７４ｂには、第１のガンアーム７９が固着されている。
溶接ガン本体フレーム７４の中間部には、支持軸８０を介してガンアーム支持部材８１が回動可能に取り付けられている。このガンアーム支持部材８１の先端部には、第２のガンアーム８２が固着されている。
【００５２】
＜第１の電極、第２の電極の説明＞
第１のガンアーム７９と第２のガンアーム８２とは、互いの先端部が向き合うように屈曲した形状とされており、第１のガンアーム７９の先端部には第１の電極８３が、第２のガンアーム８２の先端部には第２の電極８４がそれぞれ装着され、第１の電極８３と第２の電極８４とが対向配置されている。
【００５３】
＜連結杆の説明＞
電動シリンダ７７とガンアーム支持部材８１との間には、連結杆８５が配設されている。
連結杆８５は、電動シリンダ７７のロッド７６に結合されたハウジング８６を備え、このハウジング８６に押し引きロッド８７が組み込まれて構成されている。
押し引きロッド８７において、その先端部は連結ピン８８を介してガンアーム支持部材８１の中間部と連結され、その基端部には抜け止めナット４３が螺着され、その中間部のばね座部から基端側に向かう軸部には圧縮コイルばね４４が外嵌されている。
【００５４】
押し引きロッド８７は、圧縮コイルばね４４が外嵌された状態でハウジング８６に嵌め込まれている。
圧縮コイルばね４４の基端側は、ロードセル４５に当接されており、このロードセル４５の基端側にはリテーナ４６が押し当てられている。これらロードセル４５およびリテーナ４６がボルト９１によってハウジング８６に締結されることにより、ロードセル４５がハウジング８６に固定されている。
押し引きロッド８７の基端側は、ロードセル４５およびリテーナ４６を貫通してそのリテーナ４６から突き出した状態とされ、この突き出された部分に抜け止めナット４３が螺着されてリテーナ４６に掛け止められることで、押し引きロッド８７がハウジング８６から抜け出ないようにされている。
【００５５】
そして、電動シリンダ７７の収縮作動により、連結杆８５が引き込み作動されると、ガンアーム支持部材８１が支持軸８０を支点として溶接ガン本体フレーム７４の基部側に向かって回動され、これに伴い、第２のガンアーム８２が第１のガンアーム７９から離れるように移動され、第１の電極８３と第２の電極８４との相対距離が大きくなる。
これとは逆に、電動シリンダ７７の伸長作動により、連結杆８５が押し出し作動されると、ガンアーム支持部材８１が支持軸８０を支点として溶接ガン本体フレーム７４の先端部側に向かって回動され、これに伴い、第２のガンアーム８２が第１のガンアーム７９に近づくように移動され、第１の電極８３と第２の電極８４との相対距離が小さくなる。
【００５６】
次に、本実施形態のスポット溶接機を制御する制御装置について、図６の機能ブロック図を用いて以下に説明する。
【００５７】
図６に示されるように、スポット溶接機１Ａを制御する制御装置５０Ａにおいて、メインＣＰＵ５１は、当該制御装置５０Ａの全体的な演算処理装置として働くものであり、一方、サーボＣＰＵ５２は、電動シリンダ７７を駆動するサーボモータ７５や極座標ロボット７０の駆動系のサーボモータ８９に対する演算処理装置として特化して働くものである。
メインＣＰＵ５１は、サーボＣＰＵ５２に対して、位置指令信号を与え、サーボＣＰＵ５２は、メインＣＰＵ５１から与えられた位置指令信号に従ってサーボアンプ５８を介してサーボモータ７５，８９を制御する。
サーボＣＰＵ５２には、サーボモータ７５，８９の回転量に対応するエンコーダ９０からの信号が入力され、サーボアンプ５８には、サーボモータ７５，８９に流れる電流に対応する電流検出器６０からの信号が入力される。
【００５８】
以上に述べたように構成されるスポット溶接機１Ａにおいても、ティーチング運転および所定加圧力相当弾性変位量算出運転をそれぞれ実施した後に、所定ロットのワーク２に対するスポット溶接加工が行われる。
以下に、ティーチング運転、所定加圧力相当弾性変位量算出運転およびスポット溶接加工運転についてそれぞれ順を追って説明する。
【００５９】
＜ティーチング運転の説明＞
図１０（ａ）に示されるように、溶接ガン７１の第１の電極８３と第２の電極８４との相対距離をワーク２の板厚よりも大きくした状態で、ティーチングペンダント６２（図６参照）の操作により、ワーク２の溶接予定部位の裏面に第１の電極８３が接触される待機位置に動かす。これを全ての溶接予定部位に対し実施することにより、ティーチング運転は完了し、この時の溶接ガン７１の動きに関するデータ等をティーチングデータとして記憶装置５６に記憶させる。
【００６０】
＜所定加圧力相当弾性変位量算出運転の説明＞
まず、第１段階の動作として、図１０（ａ）に示される状態からティーチングペンダント６２（図６参照）の操作により、第２の電極８４がワーク２の溶接予定部位の表面に接触する図１１（ａ）に示されるような電極接触位置となるように電動シリンダ７７を伸長作動させる。
次に、第２段階の動作として、図１１（ａ）に示される状態からティーチングペンダント６２の操作により、ワーク２の溶接予定部位に対して第２の電極８４を押圧するように電動シリンダ７７を伸長作動させる。この際、ロードセル４５からの荷重信号をリアルタイムでフィードバックして、その荷重信号に基づく処理演算によって得られる実加圧力の値が、図１２（ａ）に示されるように、所定加圧力Ｆに達したとき、電動シリンダ７７の伸長作動を止める。
この第２の電極８４の押圧動作に伴い、圧縮コイルばね４４が所定量圧縮され、このときの弾性変位量を所定加圧力相当弾性変位量Ｓ（図１２（ｂ）参照）として算出する。これを全ての溶接予定部位に対し実施することにより、所定加圧力相当弾性変位量算出運転は完了し、算出された所定加圧力相当弾性変位量Ｓを記憶装置５６に記憶させる。
なお、この所定加圧力相当弾性変位量算出運転は、ティーチング運転と共に行ってもよいし、ティーチング運転とは別に独立して行ってもよい。
【００６１】
＜スポット溶接加工運転の説明＞
以上のティーチング運転および所定加圧力相当弾性変位量算出運転をそれぞれ実施した後に、実際のスポット溶接加工運転が行われる。
このスポット溶接加工運転について図６および図１０〜図１２を用いて説明する。
実際にスポット溶接加工を行うにあたり、メインＣＰＵ５１は、溶接ガン７１を図１０（ａ）に示される待機位置に位置させる位置指令信号をサーボＣＰＵ５２へ出力する。
サーボＣＰＵ５２は、メインＣＰＵ５１からの位置指令信号とエンコーダ９０からの信号とに基づいて位置のフィードバック制御を行い、サーボアンプ５８に対して電流指令信号（トルク指令信号）を出力する。サーボアンプ５８は、その電流指令信号と電流検出器６０からの信号とに基づいて電流のフィードバック制御を行い、サーボモータ７５，８９に対して駆動電流を供給し、サーボモータ７５，８９を駆動制御する。
【００６２】
次いで、メインＣＰＵ５１は、図１１（ａ）に示される電極接触位置を経て図１２図（ａ）（ｂ）に示されるような所定加圧力相当弾性変位量Ｓを圧縮コイルばね４４に生じさせる位置指令信号をサーボＣＰＵ５２に与える。
これにより、サーボモータ７５が駆動制御され、ワーク２の溶接予定部位に対して第１の電極８３と第２の電極８４とから所定加圧力Ｆが加えられる。
【００６３】
なお、本実施形態においても、所定加圧力Ｆを基準にしてその前後に許容範囲±ｆが設定され、ロードセル４５によって検出される加圧力の値が、（Ｆ−ｆ）〜（Ｆ＋ｆ）の範囲外の値であるとメインＣＰＵ５１において判定されたときには、メインＣＰＵ５１からサーボＣＰＵ５２や溶接電流コントローラ５４などに向けて運転停止信号が送信され、これによってスポット溶接機１Ａの運転が停止される。
【００６４】
＜作用効果の説明＞
本実施形態のスポット溶接機によれば、圧縮コイルばね４４の弾性変位量が予め算出された所定加圧力相当弾性変位量Ｓとなるようにサーボモータ７５が制御されることによって所定加圧力Ｆがワーク２に加えられるので、第１の実施形態と同様に、ワーク２に実際に作用させている実加圧力（例えばモータ電流値等）をリアルタイムでフィードバックして加圧力の補正を行う必要がなく、その分、ワーク２に対して所定加圧力Ｆを作用させるまでの時間を従来のものよりも短縮することができ、これによって溶接サイクルタイムの短縮化を図ることができる。
【００６５】
以上、本発明のスポット溶接機について、複数の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のスポット溶接機は、被溶接部材に対して所定加圧力を作用させるまでの時間を短縮することができるという特性を有していることから、スポット溶接のサイクルタイムの短縮化の用途に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１，１Ａ      スポット溶接機
２            ワーク
２ａ，２ｂ    被溶接部材
７            固定電極（第１の電極）
１７          Ｘ軸送り機構（押圧力発生機構）
２１          Ｙ軸送り機構（押圧力発生機構）
２５          Ｚ軸送り機構（押圧力発生機構）
３３          可動電極（第２の電極）
３４          θ軸回転機構
３５          α軸回転機構
４４，        圧縮コイルばね（弾性体）
４５，        ロードセル（加圧力検出手段）
５０，５０Ａ  制御装置
５１，        メインＣＰＵ（所定加圧力相当弾性変位量算出手段、押圧力発生機構制御手段）
５２，        サーボＣＰＵ（押圧力発生機構制御手段）
７７          電動シリンダ（押圧力発生機構）
８３          第１の電極
８４          第２の電極
【図１】
2014140867.tif 000003
【図２】
2014140867.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014140867.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2014140867.tif 000009
【図８】
2014140867.tif 000010
【図９】
2014140867.tif 000011
【図１０】
2014140867.tif 000012
【図１１】
2014140867.tif 000013
【図１２】
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