(57)【要約】  溶接装置（２０）を構成する挟持装置（２２）は、互いに対向して被溶接材（１０）に当接する第１接触子（２８）及び第２接触子（３０）を有する。第１接触子（２８）は、第１振動子（３８）の作用下に所定の振動周波数で振動する。第２接触子（３０）を第２振動子（５６）で振動させるようにしてもよい。この場合、第１接触子（２８）と第２接触子（３０）の振動周波数を相違させることが好ましい。以上の構成において、第１接触子（２８）及び第２接触子（３０）は被溶接材（１０）に対して周期的に当接・離間を繰り返す。この状態で、挟持装置（２２）が溶接方向（Ｘ）に沿って移動されるとともに、被溶接材（１０）に対する溶接が行われる。
2017141827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する位置でワーク（１０）に当接することによって該ワーク（１０）を挟持する第１接触子（２８）及び第２接触子（３０）を有するとともに、移動手段に設けられる挟持装置（２２）であって、
前記第１接触子（２８）又は前記第２接触子（３０）のいずれか一方を、前記ワーク（１０）に対して当接又は離間する方向に沿って振動させるための振動子（３８）を備え、
前記第１接触子（２８）又は前記第２接触子（３０）の他方の接触子（３０）と、前記振動子（３８）によって振動した状態の前記一方の接触子（２８）とが、前記ワーク（１０）を挟持した状態を維持しながら、前記移動手段によって前記ワーク（１０）の表面に沿って移動することを特徴とする挟持装置（２２）。
【請求項２】
請求項１記載の挟持装置（２２）において、前記他方の接触子（３０）を、前記ワーク（１０）に対して当接又は離間する方向に沿って振動させるための他方側振動子（５６）をさらに備えることを特徴とする挟持装置（２２）。
【請求項３】
請求項２記載の挟持装置（２２）において、前記第１接触子（２８）と前記第２接触子（３０）は互いに異なる振動周波数で振動することを特徴とする挟持装置（２２）。
【請求項４】
請求項３記載の挟持装置（２２）において、前記第１接触子（２８）又は前記第２接触子（３０）が、該第１接触子（２８）又は該第２接触子（３０）の前記ワーク（１０）に対する接触幅分だけ移動する最中に少なくとも１回、前記ワーク（１０）に同時に当接する振動周波数で振動することを特徴とする挟持装置（２２）。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の挟持装置（２２）において、前記第１接触子（２８）及び前記第２接触子（３０）の双方の振動周波数が、前記ワーク（１０）の固有振動周波数よりも高いことを特徴とする挟持装置（２２）。
【請求項６】
互いに対向する位置でワーク（１０）に当接することによって該ワーク（１０）を挟持する第１接触子（２８）及び第２接触子（３０）を有する挟持装置（２２）と、
前記挟持装置（２２）を移動させるための移動手段と、
前記挟持装置（２２）に挟持された前記ワーク（１０）に対して溶接を行うための溶接手段と、
を備え、
前記挟持装置（２２）は、前記第１接触子（２８）又は前記第２接触子（３０）のいずれか一方を、前記ワーク（１０）に対して当接又は離間する方向に沿って振動させるための振動子（３８）を備え、
前記第１接触子（２８）又は前記第２接触子（３０）の他方の接触子（３０）と、前記振動子（３８）によって振動した状態の前記一方の接触子（２８）とが、前記ワーク（１０）を挟持した状態を維持しながら、前記移動手段によって前記ワーク（１０）の表面に沿って移動する最中、前記溶接手段が前記ワーク（１０）に対して溶接を行うことを特徴とする溶接装置（２０）。
【請求項７】
請求項６記載の溶接装置（２０）において、前記挟持装置（２２）は、前記他方の接触子（３０）を、前記ワーク（１０）に対して当接又は離間する方向に沿って振動させるための他方側振動子（５６）をさらに備えることを特徴とする溶接装置（２０）。
【請求項８】
請求項７記載の溶接装置（２０）において、前記第１接触子（２８）と前記第２接触子（３０）は互いに異なる振動周波数で振動することを特徴とする溶接装置（２０）。
【請求項９】
請求項８記載の溶接装置（２０）において、前記第１接触子（２８）又は前記第２接触子（３０）が、該第１接触子（２８）又は該第２接触子（３０）の前記ワーク（１０）に対する接触幅分だけ移動する最中に少なくとも１回、前記ワーク（１０）に同時に当接する振動周波数で振動することを特徴とする溶接装置（２０）。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の溶接装置（２０）において、前記溶接手段がレーザ光照射機構（２４）であることを特徴とする溶接装置（２０）。
【請求項１１】
請求項１０記載の溶接装置（２０）において、前記レーザ光照射機構（２４）が前記移動手段又は前記挟持装置（２２）に設けられていることを特徴とする溶接装置（２０）。
【請求項１２】
請求項１１記載の溶接装置（２０）において、前記レーザ光照射機構（２４）のレーザ光照射位置が、前記第１接触子（２８）及び前記第２接触子（３０）の前記ワーク（１０）に対する当接箇所からオフセットされていることを特徴とする溶接装置（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、挟持装置及び溶接装置に関し、一層詳細には、例えば、ワークとして被溶接材を挟持する挟持装置及びそれを備える溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接は、複数個の部材の薄板部同士を接合する手法として広汎に採用されるに至っている。すなわち、薄板部同士が重畳されて重畳部が形成され、この重畳部における当接面の一部位が、例えば、熱によって溶融される。このときに形成される溶融池が、熱が除去されることに伴って冷却固化する。その結果として、接合部が形成される。なお、熱は、重畳部に通電を行ったり、レーザ光を照射したりすることで付与される。前者の場合は抵抗溶接であり、後者の場合はレーザ溶接である。【０００３】
当接面同士の間には、微小隙間（ギャップ）が不可避的に形成されることがある。そこで、特にレーザ溶接を行う場合、重畳部を厚み方向に沿って挟持することが多々行われている。この挟持により、一端に配置された部材が他端側に指向して押圧されると同時に、前記他端に配置された部材が前記一端側に指向して押圧される。このためにギャップが小さくなるからである。【０００４】
挟持は、例えば、クランパを有する挟持用治具によって実施される。この種の挟持用治具として、特開２００５−１１１５４２号公報に記載されたものが知られている。
【発明の概要】
【０００５】
上記のようにクランパで挟持を行う場合、レーザ溶接を広範囲にわたって行うときには、重畳部を広範囲にわたって挟持せざるを得ない。この場合、挟持用治具が大型化してしまう。
【０００６】
また、部材の形状が、それまで溶接を行っていた部材と相違するときには、クランパの位置等が相違する別の挟持用治具を用いる必要がある。すなわち、部材の形状等に対応して複数種の挟持用治具を予め用意しなければならない。
【０００７】
以上のような理由から、挟持用治具に要する設備投資が高騰するという不具合が顕在化している。また、部材を別形状のものに変更する度に別の挟持用治具に交換することは煩雑であり、しかも、工程数の増加、ひいては作業時間の長期化を招く。
【０００８】
本発明の主たる目的は、汎用性に優れるために設備投資を低廉化し得る挟持装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、それまで挟持していたものとは別形状の被溶接材を挟持する際に交換することが不要な挟持装置を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、上記した挟持装置を備える溶接装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、互いに対向する位置でワークに当接することによって該ワークを挟持する第１接触子及び第２接触子を有するとともに、移動手段に設けられる挟持装置であって、
前記第１接触子又は前記第２接触子のいずれか一方を、前記ワークに対して当接又は離間する方向に沿って振動させるための振動子を備え、
前記第１接触子又は前記第２接触子の他方の接触子と、前記振動子によって振動した状態の前記一方の接触子とが、前記ワークを挟持した状態を維持しながら、前記移動手段によって前記ワークの表面に沿って移動する挟持装置が提供される。
【００１２】
この構成では、第１接触子又は第２接触子の少なくとも一方が、振動に伴ってワークに対して当接又は離間する。当接によってワークに荷重が付与される結果、該ワークが第１接触子又は第２接触子に挟持される。従って、ワークが積層物である場合には、ワークの当接面同士の間のギャップが低減される。
【００１３】
そして、第１接触子又は第２接触子がワークから離間する最中は、ワークに付与される荷重が最小となる。このため、第１接触子及び第２接触子がワークの表面に沿って相対的に移動するとき、第１接触子及び第２接触子とワークの間に生じる摩擦抵抗も最小である。従って、第１接触子と第２接触子が閉状態となってワークを挟持しているときであっても、挟持装置がワークの表面に沿って相対的に移動することが容易である。
【００１４】
その一方で、第１接触子及び第２接触子が被溶接材から離間する時間は極僅かであり、具体的には、１秒よりも短い。従って、第１接触子又は第２接触子の一方ないし双方が振動している状態であっても、第１接触子及び第２接触子がワークに対して頻繁に当接する。このためにワークが継続して挟持される。
【００１５】
以上のような理由から、上記した構成を採用することにより、第１接触子と第２接触子がワークを挟持した状態を維持しながら、換言すれば、第１接触子及び第２接触子による挟持位置を変化させながら、該第１接触子及び該第２接触子をワークの表面に沿って相対的に移動させることが可能である。
【００１６】
しかも、移動手段による挟持装置の移動方向を変更することにより、第１接触子及び第２接触子の移動軌跡を容易に変更することができる。従って、例えば、形状が相違するワークの所定部位を順次挟持するとき、該ワークの形状に対応して挟持位置を設定することが可能である。すなわち、この挟持装置は汎用性に優れる。
【００１７】
従って、ワークの形状に対応して複数種の挟持装置を用意する必要がない。これにより、設備投資の低廉化を図ることができる。また、ワークを別形状のものに変更する度に挟持装置を交換する必要もない。このため、煩雑な交換作業が不要となるとともに、工程数が増加することが回避される。
【００１８】
第１接触子及び第２接触子の双方を振動させるようにしてもよい。この場合、第１接触子又は第２接触子の残余の一方を、ワークに対して当接又は離間する方向に沿って振動させるための他方側振動子をさらに設けるようにすればよい。
【００１９】
第１接触子と第２接触子の双方を振動させるときには、互いを異なる振動周波数に設定することが好ましい。同一の振動周波数では、第１接触子及び第２接触子がワークに同時に当接するので、振動周波数を相違させる場合に比して摩擦抵抗を低減することが容易ではないからである。
【００２０】
また、第１接触子及び第２接触子を、略Ｕ字形状をなすアーム部材の先端に設置することが好ましい。この場合、ワークを第１接触子及び第２接触子の間に挿入することが容易となる。
【００２１】
なお、前記第１接触子又は前記第２接触子を、変位手段の作用下にワークに対して接近又は離間する方向に変位させる場合、前記変位手段の好適な一例としては、サーボモータが挙げられる。サーボモータによれば、緻密な制御が可能となる。
【００２２】
又は、変位手段を空気圧シリンダで構成するようにしてもよい。この場合、例えば、振動する第１接触子又は第２接触子がワークに当接した際の衝撃荷重を、空気圧シリンダによって吸収することが可能である。
【００２３】
さらに、第１接触子又は第２接触子が、該第１接触子又は該第２接触子のワークに対する接触幅分だけ移動する最中に少なくとも１回、前記ワークに同時に当接する振動周波数で振動することが好ましい。この移動の間に第１接触子及び第２接触子がワークに同時に当接するので、ワークを継続して挟持することができる。
【００２４】
そして、第１接触子及び第２接触子は、球面を有するものであることが好ましい。この場合、第１接触子又は第２接触子が、ワークの表面に対して直交する方向から傾斜してワークに接触する状況であっても、第１接触子及び第２接触子の表面が球面であるため、該球面が所定の接触幅でワークに当接する。すなわち、挟持の度に略同等の当接面積を確保することができる。
【００２５】
いずれの場合においても、第１接触子及び第２接触子の双方の振動周波数を、ワークの固有振動周波数よりも高く設定することが好ましい。この場合、第１接触子及び第２接触子の振動周波数がいずれもワークの共振点よりも高い。従って、ワークの無用な振動を抑制することができる。
【００２６】
本発明の別の一実施形態によれば、上記したように構成される挟持装置と、
前記挟持装置を移動させるための移動手段と、
前記挟持装置に挟持された前記ワークに対して溶接を行うための溶接手段と、
を備え、
前記第１接触子又は前記第２接触子の少なくとも一方が前記振動子によって振動するとともに前記移動手段によって前記ワークの表面に沿って移動する最中、前記溶接手段が前記ワークに対して溶接を行う溶接装置が提供される。
【００２７】
このように構成することにより、溶接箇所近傍のみを挟持しながら溶接を実施することができる。しかも、所定箇所の溶接が終了した後、挟持装置及び溶接手段を移動させて次なる箇所を溶接することが容易である。従って、挟持装置、ひいては溶接装置の小型化を図ることができるとともに、溶接を開始してから終了するまでの作業時間の短縮を図ることができる。
【００２８】
溶接手段の好適な一例としては、レーザ光照射機構が挙げられる。この場合、溶接装置はレーザ溶接装置である。
【００２９】
レーザ光照射機構は、挟持装置を移動する移動手段とは別の移動手段に設けるようにしてもよいが、挟持装置を移動する移動手段や、挟持装置に設けることが一層好ましい。この場合、挟持装置の移動手段をレーザ光照射機構の移動手段として兼用することができるので、溶接装置の一層の小型化を図ることができる。
【００３０】
レーザ光照射機構のレーザ光照射位置は、第１接触子及び第２接触子のワークに対する当接箇所からオフセットすることが好ましい。この場合、レーザ光が第１接触子及び第２接触子によって遮られることがない。従って、ワークに対してレーザ光を入射することが容易となり、その結果、溶接を行うことが容易となる。
【００３１】
本発明によれば、第１接触子又は第２接触子の少なくとも一方を振動させるようにしているので、ワークを挟持しているにも関わらず、挟持装置が容易に移動することができる。このため、挟持を行う第１接触子及び第２接触子を移動させてギャップを低減する箇所を連続的に変更することが容易である。
【００３２】
従って、例えば、ワークに対して溶接を行う場合、溶接箇所の近傍のみギャップを低減することが可能である。このため、ワークの複数箇所に対して挟持を行う必要は特にない。これにより、挟持装置の小型化を図ることができる。
【００３３】
また、挟持装置は汎用性に優れる。第１接触子及び第２接触子の移動方向を適宜変更することができるからである。従って、設備投資の低廉化を図ることができる。加えて、ワークを別形状のものに変更する度に挟持装置を交換する必要がないので、煩雑な交換作業が不要である。その上、工程数が増加することを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係る溶接装置の要部概略側面図である。
【図２】前記溶接装置を構成する第１接触子とその近傍を拡大した要部概略断面図である。
【図３】図３Ａは、レーザ光照射機構からのレーザ光の照射位置を、溶接方向に沿った方向から視認したときを示す説明図であり、図３Ｂは、溶接方向に対して直交する方向から視認したときを示す説明図である。
【図４】第１接触子と第２接触子の振動サイクルを示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係る挟持装置につき、それを備える溶接装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
本実施の形態においては、図１に示す被溶接材１０（ワーク）に対して溶接を施す。ここで、被溶接材１０は、第１薄鋼板１２の上端面の全体に対し、該第１薄鋼板１２と同一面積である第２薄鋼板１４の下端面の全体が当接するように重畳されることで形成された積層体である。すなわち、この場合、被溶接材１０の全体が重畳部となる。なお、各図面中のＸは溶接を行っていく方向（溶接方向）を示し、図１においては紙面の手前側から奥側に向かう方向である。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る溶接装置２０につき説明する。図１は、本実施の形態に係る溶接装置２０の要部概略側面図である。この溶接装置２０は、挟持装置２２と、溶接手段としてのレーザ光照射機構２４と、移動手段としての図示しないロボットとを含んで構成される。
【００３８】
挟持装置２２につき先ず説明すると、該挟持装置２２は、略Ｕ字形状をなすアーム部材２６と、該アーム部材２６に設けられた第１接触子２８及び第２接触子３０とを有する。アーム部材２６は、二股に分岐した先端部の一方が下方、他方が上方を向く姿勢とされ、下方の一端（下端）に第１接触子２８、上方の他端（上端）に第２接触子３０が配設される。なお、下端は、上端に比して若干長尺である。
【００３９】
アーム部材２６の下端には、平板形状の保持部材３２が水平方向に突出するように、ボルト３４を介して連結される。この保持部材３２には、厚み方向に沿って図示しない貫通孔が形成されており、該貫通孔に有底円筒体からなる第１ホルダ３６が通されている。第１ホルダ３６は、第１フランジ部３６ａの下端面が保持部材３２の上端面に当接することで堰止されている。この堰止により、貫通孔からの第１ホルダ３６の抜け止めがなされる。
【００４０】
図２に概略を示すように、第１ホルダ３６内には、例えば、ランジュバン振動子からなる第１振動子３８が収容される。また、第１振動子３８と第１接触子２８の間には、円錐台形状をなす第１コーン４０が介在する。第１接触子２８は、第１ホルダ３６から露呈した第１コーン４０の上端に設けられている。従って、第１接触子２８は、第１振動子３８の作用下に、第１コーン４０ごと振動することが可能である。
【００４１】
第１ホルダ３６には、第１フランジ部３６ａに重畳される第１蓋部材４２が被せられる。勿論、第１蓋部材４２には、第１コーン４０を通すための貫通孔が形成される。第１蓋部材４２及び第１フランジ部３６ａの双方にはボルト挿通孔が形成されており、これらボルト挿通孔に通されたボルト３４が、保持部材３２に形成されたボルト穴に螺合される。その結果、第１ホルダ３６が保持部材３２を介してアーム部材２６に保持される。なお、前記貫通孔、前記ボルト挿通孔及び前記ボルト穴はいずれも図示していない。
【００４２】
アーム部材２６（図１参照）の上端には、さらに鉛直上方に立ち上がるようにして第１ブラケット４４が支持される。この第１ブラケット４４の幅広な上端に、第２ブラケット４６を介して前記ロボットの先端アーム４８が連結される。
【００４３】
第１ブラケット４４の図１におけるＵ字の開放側における端部は、若干突出している。このため、該端部は、第１接触子２８と略同一軸線上に位置する。
【００４４】
第１ブラケット４４のＵ字の開放側における端部には、チューブ５０が鉛直方向に沿って延在するようにして連結される。該チューブ５０の上方にはサーボモータ５２が設置され、該サーボモータ５２の回転軸には、ボールネジを構成するボールネジ軸が連結される。さらに、ボールネジを構成するナットには、バネ等の弾性部材を介して第２ホルダ５４が保持される。サーボモータ５２の回転軸、ボールネジ（ボールネジ軸及びナット）、弾性部材はチューブ５０内に収容されており、このため、これらの要素は図１には図示していない。
【００４５】
第２ホルダ５４内には、例えば、ランジュバン振動子からなる第２振動子５６が収容される。また、第２振動子５６と第２接触子３０の間には、円錐台形状をなす第２コーン５８が介在する。第２コーン５８の下端は第２ホルダ５４から露呈しており、第２接触子３０は、この下端に設けられている。すなわち、第２接触子３０は、第２振動子５６の作用下に、第２コーン５８ごと振動することが可能である。第２接触子３０は、第１接触子２８と所定距離で離間して対向する。
【００４６】
第２ホルダ５４は、第２フランジ部５４ａを有する。この第２フランジ部５４ａには第２蓋部材６０が被せられるとともに、ボルト３４を介して該第２蓋部材６０が第２フランジ部５４ａに連結される。勿論、第２蓋部材６０には、第２コーン５８を通すための貫通孔が形成される。
【００４７】
第１接触子２８が第１薄鋼板１２の下端面に当接するとともに、第２接触子３０が第２薄鋼板１４の上端面に当接した状態を拡大して図３Ａ及び図３Ｂに示す。第１接触子２８及び第２接触子３０は、略半球体形状をなして球面を有する先端と、該先端と第１コーン４０ないし第２コーン５８に臨む等径円柱部とを具備し、且つ先端同士の直径及び体積が略同一である。第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４には、それぞれ、第１接触子２８、第２接触子３０の球面の頂部が互いに対向するようにして接触する。第１接触子２８及び第２接触子３０の第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４に対する溶接方向Ｘにおける接触幅Ｄ（図３Ｂ参照）は、約１ｍｍ程度である。
【００４８】
第１接触子２８及び第２接触子３０は、この状態で、第１振動子３８、第２振動子５６の作用下にそれぞれ振動する。すなわち、第１接触子２８及び第２接触子３０は、第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４に対して離間又は接近する方向に沿って周期的に若干変位し、このために第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４に対して当接と離間を繰り返す。第１接触子２８及び第２接触子３０の振動方向は、該第１接触子２８及び該第２接触子３０の進行方向（図１の紙面に垂直な方向）に対して略直交する。
【００４９】
第１接触子２８及び第２接触子３０の振動周波数は双方とも、被溶接材１０（第１薄鋼板１２及び第２薄鋼板１４）の固有振動周波数よりも高く設定される。また、第１接触子２８の振動周波数と第２接触子３０の振動周波数は互いに相違する。以上については後述する。
【００５０】
溶接手段であるレーザ光照射機構２４は、第１ブラケット４４の図１における紙面手前側に支持されている。換言すれば、レーザ光照射機構２４は挟持装置２２に設けられている。このレーザ光照射機構２４は、被溶接材１０の上方から、第２薄鋼板１４に対してレーザ光Ｌを照射する。このレーザ光照射により、第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４の当接界面同士が溶接される。すなわち、この場合、溶接装置２０はレーザ溶接装置である。
【００５１】
レーザ光照射機構２４は、前記チューブ５０の略側方となる位置に配設されている。このため、レーザ光照射機構２４から照射されたレーザ光Ｌは、図３Ａに示すように、第２薄鋼板１４の、第１接触子２８と第２接触子３０が対向して第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４に当接する箇所（以下、当該箇所を「当接箇所」という）に近接する箇所に入射する。
【００５２】
また、レーザ光照射機構２４は、第１ホルダ３６及び第２ホルダ５４よりも図１における紙面手前側に位置する。このため、レーザ光Ｌの入射位置は、図３Ｂに示すように、前記当接箇所から溶接方向Ｘ、すなわち、第１接触子２８及び第２接触子３０の進行方向の後方にオフセットされた箇所となる。
【００５３】
本実施の形態に係る挟持装置２２及び溶接装置２０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果につき、溶接装置２０の動作との関係で説明する。なお、以降の動作は、図示しない制御回路の制御作用下に自動的に営まれる。
【００５４】
被溶接材１０に対してレーザ溶接を行うに際しては、第１薄鋼板１２の上端面に第２薄鋼板１４の下端面を当接させ（換言すれば、第１薄鋼板１２上に第２薄鋼板１４を重畳し）、これにより、積層体からなる被溶接材１０を形成する。その後、前記ロボットが適宜の動作を行うことにより挟持装置２２が移動し、該ロボットの先端アーム４８が被溶接材１０に接近する。この時点では、第２接触子３０は上死点に位置しており、従って、第１接触子２８と第２接触子３０はいわゆる開状態である。そして、開状態の第１接触子２８と第２接触子３０の間に被溶接材１０が挿入される。
【００５５】
この挿入の際、又はこの挿入の後に第１接触子２８の球面が第１薄鋼板１２の下端面に当接する。第１接触子２８及び第２接触子３０が設けられたアーム部材２６が略Ｕ字形状であるので、第１接触子２８と第２接触子３０の間に被溶接材１０を挿入することや、第１接触子２８の球面を第１薄鋼板１２の下端面に当接させることが容易である。なお、第１接触子２８の溶接方向Ｘにおける接触幅Ｄは、上記したように約１ｍｍである。
【００５６】
次に、サーボモータ５２が付勢されてその回転軸が回転を開始するとともに、これに追従して前記ボールネジ軸が回転する。従って、チューブ５０内でナット及び弾性部材が下降し、その結果、第２ホルダ５４が第２薄鋼板１４に指向して接近するように変位する。これにより、図１中に仮想線で示すように第１接触子２８と第２接触子３０が閉状態となり、第２接触子３０の球面が第２薄鋼板１４の上端面に当接する。すなわち、第１接触子２８と第２接触子３０によって被溶接材１０が挟持される。
【００５７】
この挟持に伴い、被溶接材１０に荷重が付与される。すなわち、第１薄鋼板１２が第２薄鋼板１４側に指向して押圧される一方、第２薄鋼板１４が第１薄鋼板１２側に指向して押圧される。従って、第１薄鋼板１２の上端面と第２薄鋼板１４の下端面との間にギャップが形成されているときには、該ギャップが可及的に低減される。
【００５８】
次に、第１振動子３８及び第２振動子５６が付勢される。このため、第１接触子２８が第１薄鋼板１２に対して接近（当接）又は離間する方向に振動するとともに、第２接触子３０が第２薄鋼板１４に対して接近（当接）又は離間する方向に振動する。
【００５９】
上記したように第１接触子２８及び第２接触子３０の振動周波数はいずれも、被溶接材１０の固有振動周波数よりも高く設定されている。換言すれば、この場合、第１接触子２８及び第２接触子３０の振動周波数が被溶接材１０の共振点よりも高い。従って、被溶接材１０が無用に振動することが抑制される。
【００６０】
ここで、第１接触子２８と第２接触子３０の振動サイクルを図４に示す。図４中、上方の波形が第２接触子３０のものであり、下方の波形が第１接触子２８のものである。第１接触子２８、第２接触子３０の各振動周波数をｆ１、ｆ２とすると、上記したようにｆ１≠ｆ２である。このため、第１接触子２８が第１薄鋼板１２に当接すると同時に第２接触子３０が第２薄鋼板１４に当接するタイミング、すなわち、図４において両波形が接するタイミング（同時当接タイミング）は、所定の周期ないし周波数でのみ起こる。
【００６１】
ここで、「同時当接タイミング」とは、第１接触子２８の波形と第２接触子３０の波形とが最も近接するタイミングを意味する。すなわち、必ずしも、第１接触子２８の波形の頂点と第２接触子３０の波形の頂点とが厳密に一致するタイミングを指すものではなく、周期１／｜ｆ１−ｆ２｜の間において最も近接するタイミングを指す。
【００６２】
以下、便宜上、同時当接タイミングの周期、周波数のそれぞれを「同時当接周期」、「同時当接周波数」と表すと、同時当接周期はｆ１−ｆ２の絶対値の逆数である。すなわち、下記の式（１）が成り立つ。
同時当接周期＝１／｜ｆ１−ｆ２｜  …（１）
【００６３】
また、同時当接周波数は同時当接周期の逆数であるから、下記の式（２）で表される。
同時当接周波数＝｜ｆ１−ｆ２｜  …（２）
【００６４】
第１接触子２８又は第２接触子３０の少なくともいずれか一方が被溶接材１０から離間しているときには、後述するレーザ光Ｌの走査時、第１接触子２８又は第２接触子３０から被溶接材１０に作用する荷重が最小となる。この場合、第１接触子２８又は第２接触子３０からの摩擦抵抗が最小となるので、第１接触子２８と第２接触子３０が、変位手段としてのボールネジによって閉状態となって被溶接材１０を挟持しているときであっても、挟持装置２２がロボットの作用下に容易に移動することができる。
【００６５】
なお、同時当接周波数は、第１接触子２８及び第２接触子３０が接触幅Ｄだけ溶接方向Ｘに進行する最中、少なくとも１回は同時当接タイミングが現れるように設定することが好ましい。本実施の形態における接触幅Ｄは、上記したように約１ｍｍである。従って、挟持装置２２及びレーザ光照射機構２４の移動速度が、例えば、１０ｍｍ／秒であるときには、第１接触子２８又は第２接触子３０のいずれかが少なくとも１／１０秒毎に第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４に当接するようにすればよい。すなわち、この場合においては、同時当接周波数を１０Ｈｚ以上とすればよい。
【００６６】
さらに、ｆ１及びｆ２が高いほど前記の摩擦抵抗が低減する。以上のような理由から、ｆ１及びｆ２を、ともに高周波数とし且つ互いの差を小さく設定することが好ましい。ｆ１及びｆ２の好適な周波数は１ｋＨｚ以上であり、また、同時当接周波数は、ｆ１とｆ２の相違が１％以下となるように設定することが好ましい。例えば、ｆ１を１．００ｋＨｚに設定したときにはｆ２を１．０１ｋＨｚ又は０．９９ｋＨｚ等、ｆ１を２０．０００ｋＨｚに設定したときにはｆ２を１９．９９９ｋＨｚ等に設定することができる。図４には、ｆ１＜ｆ２とした場合を例示している。
【００６７】
同時当接周波数は、例えば、第１接触子２８及び第２接触子３０として同一型式であるものを使用するとともに、第１コーン４０及び第２コーン５８として質量や体積等が互いに相違するものを用いること等によって調整することが可能である。
【００６８】
以上のようにして振動する第１接触子２８及び第２接触子３０は、第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４に対し、周期的に当接又は離間する。当接時に発生する前記ボールネジへの振動荷重は、前記弾性部材によって吸収される。また、仮に第１接触子２８及び第２接触子３０が鉛直方向に対して傾斜する方向から第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４に当接した場合であっても、第１接触子２８及び第２接触子３０が略半球体であるので、各々の球面が第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４に対して当接する。このため、接触幅Ｄが確保される。
【００６９】
なお、第１接触子２８及び第２接触子３０が被溶接材１０から離間するとはいえ、離間する時間は１秒よりも遙かに短い。しかも、第１接触子２８及び第２接触子３０は、好適には接触幅Ｄの範囲で変位する最中に少なくとも１回は被溶接材１０に同時に当接する振動周波数に設定されている。従って、第１接触子２８及び第２接触子３０が振動している状態であっても、第１接触子２８及び第２接触子３０によって被溶接材１０が継続的に挟持され、ギャップが低減された状態が維持される。
【００７０】
この状態で、レーザ光照射機構２４を構成する発振回路からレーザ光Ｌが発振され、照射される。レーザ光Ｌは、第２薄鋼板１４の上端面中、ギャップが低減された部位の近傍に入射し、該第２薄鋼板１４内を厚み方向に沿って進行する。そして、レーザ光Ｌは、第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４の当接界面に到達して該当接界面を溶融する。第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４間のギャップが低減されているため、この溶融が起こることは容易である。
【００７１】
また、レーザ光照射位置が第１接触子２８と第２接触子３０の当接箇所から進行方向後方にオフセットされているので（図３Ｂ参照）、レーザ光Ｌは、第１接触子２８又は第２接触子３０に入射することなく第２薄鋼板１４に入射する。
【００７２】
溶接装置２０は、このようにしてレーザ光照射及び溶融を遂行しながら、先端アーム４８を、被溶接材１０の表面に沿って設定された溶接方向Ｘに沿って移動させる。溶接方向Ｘは図３Ｂに示す矢印Ｘ方向であり、図１及び図３Ａにおいては紙面奥側である。
【００７３】
この移動に追従して挟持装置２２が同方向に移動するので、レーザ光照射機構２４、換言すれば、レーザ光Ｌが走査される。その結果、レーザ光照射位置が連続的に変化する。すなわち、レーザ光Ｌが溶接方向Ｘに沿って他の箇所に移動する。このため、溶融した当接界面が冷却されて固相となる。すなわち、第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４が溶接される。レーザ光照射機構２４が溶接方向Ｘに沿って走査されることにより、レーザ光入射位置の軌跡に沿って第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４が連続的に溶接され、これら第１薄鋼板１２、第２薄鋼板１４が一体化される。
【００７４】
上記したように第１接触子２８及び第２接触子３０が互いに相違する振動周波数で振動しているため、挟持装置２２が移動する際、これら第１接触子２８及び第２接触子３０と被溶接材１０との間に発生する摩擦抵抗は小さい。従って、挟持装置２２は、第１接触子２８及び第２接触子３０による被溶接材１０の挟持を維持したままの状態で、被溶接材１０の表面に沿って容易に移動することが可能である。
【００７５】
このように、本実施の形態においては、第１接触子２８及び第２接触子３０の双方を異なる振動周波数で振動させるようにしているので、被溶接材１０を挟持しているにも関わらず、挟持装置２２が容易に移動することができるようになる。このため、挟持を行う第１接触子２８及び第２接触子３０を移動させてギャップを低減する箇所を連続的に変更することが容易である。
【００７６】
従って、この場合、レーザ溶接を行う箇所の近傍のみギャップを低減することが可能であり、しかも、それで十分である。上記したように第１接触子２８及び第２接触子３０の当接箇所を順次移動させることができるからである。このため、被溶接材１０の複数箇所に対して挟持を行う必要が特にないので、挟持装置２２の小型化を図ることができる。
【００７７】
また、被溶接材１０とは別の形状の被溶接材（ワーク）に対してレーザ溶接を行うべくレーザ光照射機構２４の走査方向を変更したいとき、換言すれば、図１、図３Ａ及び図３Ｂに示す溶接方向Ｘとは異なる溶接方向に沿ってレーザ溶接を行いたいときには、ロボットの動作による先端アーム４８の移動方向を変更すればよい。この場合においても、上記と同様にして第１接触子２８及び第２接触子３０による被溶接材の挟持を維持しながら、挟持装置２２を移動させてレーザ溶接を行うことができる。
【００７８】
このように、挟持装置２２は、先端アーム４８の移動方向を変更することで様々な形状の被溶接材に対応することができる。すなわち、汎用性に優れる。従って、被溶接材の形状に対応して複数種の挟持装置を用意する必要がないので、設備投資の低廉化を図ることができる。また、被溶接材を別形状のものに変更する度に挟持装置を交換する必要もないので、煩雑な交換作業が不要であるとともに、工程数が増加することを回避することができる。
【００７９】
ロボット（先端アーム４８）が停止することに伴い、挟持装置２２及びレーザ光照射機構２４が停止する。これにより、レーザ溶接が終了する。その後、前記サーボモータ５２の回転軸が上記とは逆方向に回転し、これに追従してボールネジ軸が逆方向に回転する。さらに、ナット及び弾性部材がボールネジ軸に沿って上昇し、第２接触子３０が第２ホルダ５４ごと上昇して第２薄鋼板１４から離間する。すなわち、第１接触子２８と第２接触子３０が開状態となる。
【００８０】
その後、先端アーム４８が被溶接材１０から後退するように動作する。その結果、挟持装置２２を構成するアーム部材２６の下端（第１接触子２８）と上端（第２接触子３０）の間から被溶接材１０が離脱する。
【００８１】
本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００８２】
例えば、第１振動子３８又は第２振動子５６の一方を省き、第１接触子２８又は第２接触子３０のいずれか一方のみを振動可能とする一方で、残余の他方が振動しないようにしてもよい。
【００８３】
また、サーボモータ５２に代替し、空気圧シリンダを変位手段として採用するようにしてもよい。この場合、振動する第２接触子３０が被溶接材１０に当接するときの荷重を空気圧シリンダで吸収することができる。従って、弾性部材を設ける必要は特にない。なお、第１接触子２８のようにアーム部材２６に取り付けられる場合は、該アーム部材２６自体が多少の弾性を示すことから、ボールネジとの間にバネ等の弾性部材を別途介在させる必要は特にないが、介在させるようにしてもよい。
【００８４】
さらに、アーム部材は、２本のバー状部材を交差させることでＸ字形状をなすように構成されたものであってもよい。この場合、バー状部材同士の交差箇所を中心としてバー状部材を相対的に回動可能とするとともに、バー状部材の同一端に第１接触子２８、第２接触子３０をそれぞれ設けるようにすればよい。すなわち、バー状部材を、第１接触子２８と第２接触子３０が互いに接近する方向に回動させれば閉状態となり、互いに離間する方向に回動させれば開状態となる。
【００８５】
さらにまた、この実施の形態では、挟持装置２２にレーザ光照射機構２４を付設するようにしているが、レーザ光照射機構２４は、先端アーム４８に挟持装置２２を支持したロボットとは別のロボットに設けるようにしてもよい。
【００８６】
加えて、溶接手段は、レーザ光照射機構２４に特に限定されるものではなく、クランプするものであればどのようなものであってもよい。例えば、スポット溶接機構であってもよい。
【００８７】
また、接触子は、略半球体部分のみを有するものであってもよい。
【００８８】
そして、挟持装置２２は、溶接装置２０を構成するものに特に限定されず、被溶接材１０以外のワークを挟持するものとして広汎に使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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