(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接物を対向する電極チップで挟持してスポット溶接する溶接装置において、前記対向する電極チップをそれらの中心軸線と直交する方向において相対移動させる移動機構を備えることを特徴とする溶接装置。
【請求項２】
被溶接物を対向する電極チップで挟持してスポット溶接する溶接装置において、被溶接物を電極チップで挟持するときに、前記電極チップ及びその支持部が前記被溶接物のスポット溶接部位以外の部位に干渉しないように、前記対向する電極チップの一方をその中心軸線と直交する方向に移動させて、他方の電極チップとの相対位置関係を変更する移動機構を備えることを特徴とする溶接装置。
【請求項３】
前記移動機構は、回転出力機構と、該回転出力機構の回転出力軸に連結される駆動ピンと、電極チップを支持するホルダブラケットを備えており、前記駆動ピンが前記回転出力軸から偏心した部位で前記ホルダブラケットを連結することにより、前記ホルダブラケットが前記回転出力軸を中心に公転して、前記電極チップを移動させることを特徴とする請求項１又は２記載の溶接装置。
【請求項４】
前記駆動ピンと前記ホルダブラケットが相対回転可能に連結されると共に、前記ホルダブラケットの自転を阻止する回り止めが設けられていることを特徴とする請求項３記載の溶接装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の溶接装置を使用してスポット溶接をすることを特徴とする溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、幅寸法が最小レベルに設定されたフランジ等、電極チップやその支持部がアクセスするためのスペースに制約がある溶接対象部位をスポット溶接するための溶接装置及び溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スポット溶接では、溶接品質の安定を図るため、図１０（ａ）に示すように、被溶接物ＷのフランジＦに設定されるスポット溶接部位Ｐを挟持する場合、対となる電極チップ５０，６０は、中心軸線（一点鎖線で示す。）同士が一致するように配置することが一般的である。しかし、設計上の要求から、フランジＦの幅が必要なナゲット径を確保できる最小寸法に設定されることがある。そのような最小フランジにスポット溶接する場合、図１０（ｂ）に示すように、電極チップ５０やその支持部であるシャンク等がスポット溶接部位Ｐ以外の部位で被溶接物Ｗと干渉して、スポット溶接ができないという不都合を生じる。
【０００３】
かかる不都合の解消手段としては、例えば図１０（ｃ）に示すように、一対の電極チップ５０，６０の中心軸線をずらした構造（例えば特許文献１参照。）を採用して、電極チップ５０やそのシャンク等を予め逃しておく方法が考えられる。なお、一対の電極チップ５０．６０の中心軸線がずれていても、一方の電極チップ５０の頂部を平坦なものにすれば、他方の電極チップ６０の頂部が凸曲面状でも、その中心が相手の頂部から外れない限り、挟持加圧時に横方向にスリップする等の不具合が生じることはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５‐２８５６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、被溶接物が自動車の車体等を構成する大型部材の場合、形状が複雑であり、スポット溶接部位も設定されている。そのため、ロボットアームの先端に溶接ガンを取り付けて、予めプログラムした順序・内容に従って各溶接部位を溶接する方法が取られる。この場合、スポット溶接部位の位置によって、そこにアクセスするガンアームの向き等は当然に異なってくる（図１１）。例えばフランジの長手方向沿いに多数設定されたスポット溶接部位Ｐを順次溶接する場合、被溶接物とロボットの位置関係により、ガンアームＧの向きは、図１１（ａ）に示すようにフランジＦに略直交することもあれば、図１１（ｂ）や図１１（ｃ）に示すように斜めに交差することもある。
【０００６】
ここで、上述した図１０（ｃ）の最小フランジに、ロボットアームの溶接ガンでスポット溶接する場合を考えると、ガンアームＧがフランジに直交するときは、図１２（ａ）に示すように、電極チップ５０に対して、対向する電極チップ６０をガンアームＧの先端側へずらしておけば、フランジＦの幅方向の中央を挟持してスポット溶接することができる。しかし、図１２（ａ）と同じように電極チップをずらした溶接ガンでは、ガンアームＧが斜めに交差する場合に、図１２（ｂ）や図１２（ｃ）に示すように、実際のスポット溶接部位がフランジＦから外れてしまう。そのため、最小フランジ沿いに溶接対象部位を多数設ける設計は採用しにくいという課題がある。
【０００７】
本発明は、斯かる実情に鑑み、最小フランジのように電極チップやその支持部がアクセスするためのスペースが制約されているスポット溶接部位が多数ある被溶接物に対して、同じ溶接ガンで、電極チップ又はその支持部がスポット溶接部位以外の部位に干渉することを回避しながら溶接できるようにした溶接装置及び溶接方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、被溶接物を対向する電極チップで挟持してスポット溶接する溶接装置において、前記対向する電極チップをそれらの中心軸線と直交する方向において相対移動させる移動機構を備えることを特徴とする溶接装置を提供する。
【０００９】
請求項２の発明は、被溶接物を対向する電極チップで挟持してスポット溶接する溶接装置において、被溶接物を電極チップで挟持するときに、前記電極チップ及びその支持部が前記被溶接物のスポット溶接部位以外の部位に干渉しないように、前記対向する電極チップの一方をその中心軸線と直交する方向に移動させて、他方の電極チップとの相対位置関係を変更する移動機構を備えることを特徴とする溶接装置を提供する。
【００１０】
請求項３の発明は、前記移動機構は、回転出力機構と、該回転出力機構の回転出力軸に連結される駆動ピンと、電極チップを支持するホルダブラケットを備えており、前記駆動ピンが前記回転出力軸から偏心した部位で前記ホルダブラケットを連結することにより、前記ホルダブラケットが前記回転出力軸を中心に公転して、前記電極チップを移動させることを特徴とする請求項１又は２記載の溶接装置を提供する。
【００１１】
請求項４の発明は、前記駆動ピンと前記ホルダブラケットが相対回転可能に連結されると共に、前記ホルダブラケットの自転を阻止する回り止めが設けられていることを特徴とする請求項３記載の溶接装置を提供する。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の溶接装置を使用してスポット溶接をすることを特徴とする溶接方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明によれば、対向する電極チップで被溶接物を挟持してスポット溶接する溶接装置及び溶接方法において、スポット溶接部位周辺のスペースが制約されており、中心軸線同士を一致させて電極チップを配置すると、当該電極チップ及びその支持部（シャンク、ネジアダプタ、電極ホルダ等）がスポット溶接部位以外の部位に干渉するような場合に、対向する電極チップの相対位置関係を変えて干渉しないようにする優れた効果を奏し得る。結果として、板金製品において、スポット溶接用のスペース確保のために生じていた設計上の制約を減らすことができる。
【００１４】
移動機構は、回転出力軸に連結される駆動ピンに対して、ホルダブラケットを回転出力軸から偏心した位置で連結する構造としたので、ホルダブラケットで支持する電極チップが回転出力軸を中心に公転することになり、回転出力軸の回転位相を制御するだけで、対向する電極チップとの相対位置関係を変化させることができるという優れた効果を奏し得る。
【００１５】
移動機構に、ホルダブラケットを自転させないように規制する回り止めを設けたので、電極チップに連結する電力ケーブルの向きが一定して、他部品や被溶接物に干渉したり、引っ張られたりしなくなり、ケーブル処理が容易になるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の一例となる溶接装置を示す図。
【図２】上記溶接装置の移動機構を示す斜視図。
【図３】上記移動機構のうち電極チップシフト機構の分解斜視図。
【図４】図２のＡ−Ａ断面相当図。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面相当図で内部の作動状態を説明する図。
【図６】図４のＣ−Ｃ断面相当図で内部の作動状態を説明する図。
【図７】上記移動機構による電極チップの相対位置移動を説明する図（対向する電極チップの位置関係を中心軸線方向及びそれと直交する方向で示した図）。
【図８】上記移動機構を使用してスポット溶接をする状況を説明する図。
【図９】本発明の実施形態の他の一例となる溶接装置を示す図。
【図１０】最小フランジにスポット溶接するための手段を説明する図。
【図１１】ロボットアームに付けた溶接ガンで溶接する状況を説明する図。
【図１２】従来技術の課題を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態の一例である溶接装置について、以下に図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（本発明の実施形態に係る溶接装置１の概要）
溶接装置１は、スポットガン装置であり、図１に示すように、主として、Ｃ型の固定アーム２と、可動アーム３と、可動アーム３を往復動させる駆動ユニット４と、固定アーム２と可動アーム３に支持されて相互に対向する一対の固定電極チップ５１及び可動電極チップ６１と、固定アーム２及び駆動ユニット４に連結され、ロボットアーム（図示なし）に取り付けられて装置全体を支持するフレーム７と、フレーム７に固定され、電極チップに給電する給電ユニット７１を備えている。
【００１９】
（固定アーム２）
固定アーム２は、図１に示すように、概ねＣ字型に屈曲した固定アーム本体２１の先端に横断面矩形の電極ホルダ２２を備えてなる。電極ホルダ２２の先端には、該電極ホルダとＬ字型を成すように、ネジアダプタ５２とシャンク５３が真直ぐに取り付けられ、シャンク５３の先端に固定電極チップ５１が支持されている。
【００２０】
（可動アーム３）
可動アーム３は、図１に示すように、移動機構８とその先端に取り付けられる電極ホルダ３１を備えてなり、移動機構８が駆動ユニット４の駆動ロッド（図示なし）に連結されており、可動アーム３全体が駆動ロッドと一体的に往復動することにより固定アーム２に対して往復動する。電極ホルダ３１の先端には、ネジアダプタ６２及びシャンク６３が真直ぐ取り付けられ、シャンク６３の先端に可動電極チップ６１が支持されている。
【００２１】
（固定電極チップ５１、可動電極チップ６１）
固定電極チップ５１と可動電極チップ６１は対向配置されており、可動アーム３が固定アーム２に対して往復動することにより、相互に接近及び離間可能とされており、相互に接近したときに被溶接物のスポット溶接部位を挟持し、重ね合わされている板金パネルを圧接させた状態で給電ユニット７１からの給電によりスポット溶接する。
【００２２】
ところで、固定電極チップ５１と可動電極チップ６１の中心軸線は一致しておらず、図１に符号Ｘで示すように、中心軸線と直交する方向において３〜５ｍｍ程度のズレが設けられている。このズレＸは、周辺スペースが狭いスポット溶接部位に対してスポット溶接する場合に、電極チップやその支持部（シャンク、ネジアダプタ、電極ホルダ等）をスポット溶接部位以外の部位に干渉させないように予め逃がすために設けられている。
【００２３】
これに対し、スポット溶接部位周辺におけるワーク形状や、溶接ガンがスポット溶接部位にアクセスする向きなどにより、電極チップを逃がすべき方向は当然に異なるため、電極チップ間の相対位置関係（ズレ）が固定的に設定されていると、当該溶接ガンの適用可能範囲は限られる。そこで、可動電極チップ６１をその中心軸線と直交する方向に移動させることにより、固定電極チップ５１と可動電極チップ６１をこれらの中心軸線と直交する方向で相対移動可能にする移動機構８を組み込んで、相対位置関係を変更設定できるようにしている。以下において、移動機構８について、図２〜図６に基づき説明する。
【００２４】
（移動機構８）
移動機構８は、図２に示すように、電極チップシフト機構８１と回転出力機構９１を直列に連結してなる。回転出力機構９１は、モータ９２に減速機９３を連結してなり、モータ９２の出力回転を減速機９３で減速して、該減速機９３に設けた回転出力軸を介して電極チップシフト機構８１に伝達する。なお、減速機９３に設けた回転出力軸は、固定電極チップ５１と中心軸線が一致するように設定されている。また、モータ９２には、サーボモータ、ステッピングモータ、インダクションモータ、エアモータその他の位置決め制御可能なモータが使用される。次に電極チップシフト機構８１について説明する。
【００２５】
（電極チップシフト機構８１）
まず、電極チップシフト機構８１の作用について簡単に述べておく。電極チップシフト機構８１は、図３、４に示すように、減速機９３の回転出力軸に連結される駆動ピン８３と、駆動ピン８３に連結するホルダブラケット８４を備える。駆動ピン８３は、図４に示すように、前記回転出力軸の中心軸線から距離Ｘ（上述したズレＸと同寸法）だけ偏心した位置でホルダブラケット８４に連結されており、前記回転出力軸が回転すると、ホルダブラケット８４は、前記回転出力軸の中心軸線を中心に、距離Ｘを回転半径として公転するようになっている。
【００２６】
ホルダブラケット８４で保持する電極ホルダ３１、ネジアダプタ６２、シャンク６３及び可動電極チップ６１も同様に、減速機９３の回転出力軸を中心として公転するところ、上述したように固定電極チップ５１の中心軸線は減速機９３の回転出力軸と一致しているため、図７に示すように、可動電極チップ６１は固定電極チップ５１の中心軸線５１ａの周囲３６０度のすべての方向に相対移動できるようになる。すなわち、固定電極チップ５１と可動電極チップ６１は、それらの中心軸線５１ａ，６１ａと直交する方向において、中心軸線５１ａ，６１ａ間の距離を一定寸法Ｘに保ちながら、相対位置関係を自由に変化させられるという作用を有する。なお、ズレＸの寸法が、可動電極チップ６１の頂部が固定電極５１の頂部から外れない範囲内に設定されるべきことは勿論である。
【００２７】
（ベースブラケット８２）
電極チップシフト機構８１は、図３〜６に示すように、概ね直方体形状に形成されたベースブラケット８２を本体として、その内部に各構成部品を収容することで構成される。ベースブラケット８２には、互いに表裏に位置する２つの面に、第一収容穴８２１（図４、６）及び第二収容穴８２２（図３、４）が開口形成されている。これらの収容穴８２１，８２２は、何れも直円筒形で同心に形成されており、一定厚の隔壁８２３で仕切られる。隔壁８２３の中心部には、断面円形の貫通穴８２４が形成されており、貫通穴８２４の周囲には、断面円形の４つの案内孔８２５（図３、図５）が９０度ずつ角度をずらして等間隔で貫通形成されている。
【００２８】
第一収容穴８２１は、減速機９３（回転出力機構９１）に連結される駆動ピン８３を収容しており、減速機９３をベースブラケット８２にネジ止め連結することにより、開口を閉鎖されている。第二収容穴８２２は、ホルダブラケット８４、ベアリング８５、ワッシャ８６、ワッシャ８７（図３では記載省略）を収容しており、カバー８８をベースブラケット８２にネジ止め固定することにより、開口が覆われている。
【００２９】
貫通穴８２４には、図４に示すように、第一収容穴８２１に収容された駆動ピン８３のピン部８３１が貫通しており、その先端が第二収容穴８２２に突出して、第二収容穴８２２に収容されるホルダブラケット８４にベアリング８５を介して相対回転可能に連結されている。なお、貫通穴８２４は、図５に示すように、ピン部８３１が公転しても干渉しない程度の大きさに形成されている。案内孔８２５には、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、ホルダブラケット８４に設けられた４本の案内ピン８４３（図３）がそれぞれ係合しており、ホルダブラケット８４が駆動ピン８３で公転させられるときにその動きを案内して、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、ホルダブラケット８４が自転しないように規制する。これにより、可動電極チップ６１が回転して、可動電極チップ６１に接続されるケーブル（図示なし）が大きく動いて、被溶接物や他の装置・治具類あるいは溶接装置１の他部品と干渉したり、ケーブルが引っ張られたりして破損する等の不具合が防止される。
【００３０】
（駆動ピン８３）
駆動ピン８３は、図３、４に示すように、概ね円板状の本体部を有してなり、その一方の円板面には、円板の中心軸線から上述したズレＸと同じ距離にある偏心位置に突出するピン部８３１が設けられている。ピン部８３１の先端の段付部には、ベアリング８５の内周面が嵌合されている。また、反対側の円板面には、中心軸線と同心に形成されたインロー８３２（図４）があり、該インロー８３２により、駆動ピン８３は、回転出力機構９１の回転出力軸と同心に組み合わされた状態でネジ止め連結される。これにより、駆動ピン８３は、回転出力機構９１の回転出力軸によって回転させられると、ピン部８３１は前記回転出力軸を中心として回転半径Ｘで公転し、その先端に連結したホルダブラケット８４も回転半径Ｘで公転する。
【００３１】
（ホルダブラケット８４）
ホルダブラケット８４は、概ね円板状の本体部を有してなり、その一方の円板面には、本体部と同心のホルダピン部８４１が突出するように設けられており、反対側の円板面には、駆動ピン８３に嵌合するベアリング８５の外周面と嵌合する嵌合穴８４２（図４）が形成されており、更に嵌合穴８４２の周囲には、４本の案内ピン８４３が９０度ずつ角度をずらして等間隔で突出するように設けられる。ホルダピン部８４１は、電極ホルダ３１（図１）を保持しており、これにより、上述したように、電極ホルダ３１、ネジアダプタ６２、シャンク６３及び可動電極チップ６１が公転する。また、ホルダピン部８４１と案内ピン８４３の中心軸線間の距離が、貫通穴８２４（駆動ピン８３）と案内孔８２５の中心軸線間の距離と略一致するように設定されており、かつ案内ピン８４２の半径距離が、案内孔８２５の半径距離からズレＸの距離を差し引いた寸法と略一致するように設定されることで、ホルダブラケット８４は、図６に示すように、電極チップシフト機構本体に対する向きが固定される（自転しない）ように規制される状態で公転する。なお、上記寸法関係に設定されていれば、案内ピン（及び案内孔）は、４本（４つ）である必要はなく、３本（３つ）以上あれば自転しないように規制し得る。
【００３２】
（カバー８８）
第二収容穴８２２の開口を覆うカバー８８には、図２〜４に示すように、ホルダブラケット８４のホルダピン部８４１を貫通させて、機構外部に突出させるための貫通穴８８１が形成されている。貫通穴８８１は、ホルダブラケット８４が第二収容穴８２２から抜け出さない程度で、かつ、ホルダピン部８４１が公転しても干渉しない程度の大きさに形成されている。ホルダブラケット８４において、隔壁８２３と対向する円板面にはワッシャ８６が取り付けられ、その反対側のカバー８８と対向する円板面にはワッシャ８７が取り付けられており、これにより、ホルダブラケット８４は、その本体部が隔壁８２３とカバー８８の間に挟まれた状態で、電極チップシフト機構本体に対してガタつきを生じることなくスライド可能で、スムーズに公転することができる。
【００３３】
（溶接装置１を使用したスポット溶接方法）
ここで、上記溶接装置１をロボットアームの先端に取り付けて、図１２で説明したのと同様に、最小フランジＦに対して固定電極チップ５１及び可動電極チップ６１を様々な角度からアクセスさせてスポット溶接する方法について説明する。図８（ａ）に示すように、フランジＦに対して固定アーム２が直交するようにアクセスするときは、固定電極チップ５１に対して、対向する可動電極チップ６１を固定アーム２の先端側へ移動させておくことにより、固定電極チップ５１及びその支持部をワークと干渉しないように退避させながら、フランジＦの幅方向の中央を挟持してスポット溶接することができる。このとき、電極チップシフト機構８１の内部は、図５（ｃ）、図６（ｃ）のようになっており、駆動ピン８３のピン部８３１及びホルダブラケット８４は上方寄り（図１における下方寄り）に移動している。
【００３４】
また、フランジＦに対して固定アーム２が斜めに交差するようにアクセスするときは、移動機構８を作動させて、可動電極チップ６１を固定電極チップ５１の中心軸線回りで公転させることにより、図８（ｂ）や図８（ｃ）に示すように、フレームＦ、固定電極チップ５１及び可動電極チップ６１を、図８（ａ）と同様の位置関係に配置して、固定電極チップ５１及びその支持部をワークＷと干渉しないように退避させながら、フランジＦの幅方向の中央を挟持してスポット溶接することができる。可動電極チップ６１は、固定電極チップ５１に対して、一定の距離Ｘを保ちながら、周囲３６０度のいずれの方向にでも移動できるので、フレームＦに対する固定アーム２の角度が如何様に設定されても対応することができる。電極チップシフト機構８１の内部は、図８（ｂ）のときは、図５（ｂ）、図６（ｂ）のようになっており、図８（ｃ）のときは、図５（ｄ）、図６（ｄ）のようになっている。
【００３５】
（上記実施形態の変形例）
溶接装置１は、Ｃ型スポットガン装置に、電極チップ６１をその軸線と直交する方向に移動させる移動機構８を搭載したものであるが、他のタイプのスポットガン装置でも良い。例えば、図９に示すように、Ｘ型スポットガン装置の一方のアームに上記移動機構８と同様の移動機構を装着し、当該アームに保持されるべき電極ホルダを移動機構に保持させることにより、前記電極ホルダに支持される電極チップをその中心軸線と直交する方向に移動可能としても良い。
【００３６】
上記実施形態では、可動アーム３に移動機構８を設け、可動アーム３で支持する可動電極チップ６１をその中心軸線と直交する方向に移動させたが、状況に応じて、固定アームに移動機構を設けて、固定電極チップを移動機構で支持し移動させて、可動電極チップとの相対位置関係を変化させるようにしても良い。また、対向する電極チップの双方をそれぞれ別の移動機構に支持させて、対向する電極チップ双方の動きを組み合わせることしても良い。かかる場合には、上記実施形態のよう両電極チップのズレの方向が変化するだけでなく、中心軸線と直交する方向における電極チップ間の距離も変化させることができるので、対応範囲を広げることができる。
【００３７】
上記実施形態では、固定電極チップ５１の頂部を平坦状に形成する一方、可動電極チップ６１の頂部を凸面状に形成していたが、これに換えて、固定電極チップの頂部を凸面状に形成する一方で可動電極チップ６１の頂部を平坦状に形成することや、対向する電極チップの頂部を両方共、平坦状、凸面状に形成することを妨げるものではない。
【符号の説明】
【００３８】
１    溶接装置
２    固定アーム
３    可動アーム
４    駆動ユニット
７    フレーム
８    移動機構
５１    固定電極チップ
６１    可動電極チップ        
８１    電極チップシフト機構
８２    ベースブラケット
８３    駆動ピン
８４    ホルダブラケット
８５    ベアリング
８６    ワッシャ
８７    ワッシャ
９１    回転出力機構
９３    減速機
【要約】
【課題】  最小フランジのように電極チップやその支持部が進入するためのスペースに制約がある溶接対象部位が多数設けられている被溶接物に対しても、同じ溶接ガンで、電極チップ又はその支持部が被溶接物の溶接対象部位以外の部位に干渉することを回避しながら、スポット溶接することができるようにする。
【解決手段】  被溶接物を対向する電極チップで挟持してスポット溶接する溶接装置において、被溶接物を対向する電極チップで挟持するときに、電極チップ又はその支持部が被溶接物の溶接対象部位以外の部位に干渉しないように、対向する電極チップをそれらの中心軸線と直交する方向において相対移動させる。
【選択図】図１【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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