(57)【要約】      （修正有）【課題】この発明は小ロッドの金属板加工の分野において用いられているスポット溶接における溶接作業そのものを自動化、ロボット化することができるスポット溶接機を提供する。【解決手段】平坦な導電材からなって下部電極として働くテ−ブル電極１１０と、このテ−ブル電極１１０の上に略々水平に設けた門型枠体１２０とを具え、この門型枠体１２０にテ−ブル電極１１０との間で被溶接材をはさんで上部電極として抵抗溶接する溶接ガン１３０を縦向き姿勢に維持して高さ方向に移動自在に設ける一方、この溶接ガン１３０には、少なくとも下端を旋回させる旋回装置１４０を設けて、さらに、門型枠体１２０をテ−ブル電極１１０に沿ってその長さ方向に移動自在に構成すると共に、テ−ブル電極１１０の幅方向に移動自在に構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な導電材からなって下部電極として働くテ−ブル電極と、このテ−ブル電極の上に略々水平に設けた門型枠体とを具え、この門型枠体に前記テ−ブル電極との間で被溶接材をはさんで上部電極として抵抗溶接する溶接ガンを縦向き姿勢に維持して高さ方向に移動自在に設ける一方、この溶接ガンには、少なくとも下端を旋回させる旋回装置を設けて、さらに、前記門型枠体を前記テ−ブル電極に沿ってその長さ方向に移動自在に構成すると共に、前記テ−ブル電極の幅方向に移動自在に構成することを特徴とする自動スポット溶接機。
【請求項２】
前記溶接ガンを高さ方向に昇降し被溶接材を加圧溶接する昇降加圧装置を設けることを特徴とする請求項１記載の自動スポット溶接機。
【請求項３】
前記昇降加圧装置にボ−ルねじ機構とサ−ボモ−タとを設けることを特徴とする請求項１および２記載の自動スポット溶接機。
【請求項４】
前記旋回装置を前記溶接ガンをその軸線を中心として旋回させるよう構成することを特徴とする請求項１記載の自動スポット溶接機。
【請求項５】
前記門型枠体を前記テ−ブル電極の長さ方向に移動させる長さ方向移動装置を前記テ−ブル電極の両側に沿って設けることを特徴とする請求項１記載の自動スポット溶接機。
【請求項６】
前記長さ方向移動装置にボ−ルねじ機構とサ−ボモ−タとを設けることを特徴とする請求項１又は５記載の自動スポット溶接機。
【請求項７】
前記溶接ガンの一部ににげ部を形成することを特徴とする請求項１記載の自動スポット溶接機。
【請求項８】
前記にげ部をコ字状に構成することを特徴とする請求項１又は７記載の自動スポット溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動スポット溶接機に係り、詳しくは、下部電極として働くテ−ブル電極の上で上部電極として働く溶接ガンを縦向き姿勢で昇降させて金属材や金属構造物などの被溶接物を加圧通電して溶接するスポット溶接機であって、しかも、この被溶接物の溶接打点が内部にあっても縦向き姿勢のままで溶接でき、さらに、複数個の被溶接物を並べて同時に溶接でき、一つの被溶接物の内部に存在する多数の溶接打点も連続的に溶接でき、併せて小ロッドの溶接にも人手による作業を相当少なくできるスポット溶接機である。なお、本明細書において自動化、ロボット化とは入手による作業を相当少なくできることを意味し、必ずしも溶接作業そのものを自動化、ロボット化されることを意味しない。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種金属板、例えば圧延鋼板、アルミニウムおよびその合金材、およびＺｎめっき鋼板などの被溶接材を接合する場合に、少なくとも２枚またはそれ以上の被溶接材を重ね、これを上下電極で挾んで加圧、通電して溶接するスポット溶接が用いられている。この溶接機は電気エネルギ−を溶接熱源として利用する溶接、つまり、電気溶接機といわれるものに属し、その中で最も普及されている溶接機の一つであり、自動車産業のほか広く金属加工、板金加工といわれる分野で用いられている。
【０００３】
一般的に云って、スポット溶接機では一つのスポット溶接（又はナゲット）の形成に要する時間は僅か数秒で溶接は、重ね合わせた被溶接物ではさまれて行なわれるため、シ−ルドガスなどを必要としないし、被溶接物を突き合わせるのみで実施できる利点をもっている。一度溶接条件を設定すると全く素人の人やロボットでも容易に溶接ができる。安定した溶接ナゲットや継手強度が得られる利点がある。それ故、自動車等の量生産方式における接合手段としては勿論のほか、広く金属加工一般でも接合手段として用いられている。
【０００４】
それぞれの用途に向けて提案されているスポット溶接機のうちで大型の自動車ボディなどの量産用専用機と多品種小ロッドの板金加工用の小型のものとが何れも定置型といわれるもので、一定の場所に据付固定されているものである。前者の大型のものは自動車工業の発達とともにそれに合わせて技術的改善がみられ、とくに、モデルチェンジのきわめて多い自動車ボディの製造などの分野の専用機としてそれに応じて開発され急速な進歩改善がはかられたものである。これに対し、後者の小ロッド多品種の工作物の加工分野で用いられている定置型スポット溶接機はほとんど改善されることなく数十年にわたってほとんど同じ構造のもので俗にバッチ式（ｂａｔｃｈ式）といわれるものであって、被溶接材を１つづつ溶接するものである。
【０００５】
定置型スポット溶接機は２枚の被溶接材を重ね合わせ、これらを固定されている上下一対の棒状電極ではさみ加圧通電する型式のものであり、溶接原理は大型の自動車ボディ専用溶接機やバッチ式の定置型の溶接機も同じである。すなわち、上下の棒状電極の間に２枚の被溶接材をはさみ加圧力と溶接電流とを加え溶接部を加圧、溶融して溶接し、形成される溶接継手は、短時間に大電流を供給して点弧状の溶接部、つまり、所謂ナゲットであり、上下の電極はともに棒状であって先端部は絞って被溶接材への加圧通電面積を制限し、加圧力と電流量を高めて溶接するものである。
【０００６】
しかし、自動車ボディなどの製造ラインの一部として組込まれる大型スポット溶接機は、溶接すべき部品や組立てや搬送や溶接などの治具の分野の開発がめざましく、ロボット化、自動化すらも達成されている。これに反し、所謂板金加工などに供されている定置型スポット溶接機は元来がバッチ方式であることから、現在まで改善されているところはない。必要とされる治具の開発や改善もなく、ほとんどのものが溶接作業者の経験、技りょうに依存して手動で操作されている。
【０００７】
具体的に説明すると、板金加工の分野では、金属枠や金属箱などのように、内部に溶接すべきところがある被溶接材や被溶接物がある。このような溶接部は外部から溶接ガンなどの電極によって直接加圧できないものがあり、多品種小ロッドの製品のうちには構造や型式が異なるものも多い。このような被溶接物や被溶接材の溶接では、自動車製造ラインのようにライン化や自動化は困難であり、溶接すべきときにその都度固定されたままの溶接機まで被溶接物や被溶接材を搬送して作業員が溶接を行なっている。
【０００８】
いずれにしても、複雑な形状の構造物の内部を溶接する場合には、上下の電極の間に溶接部をはさんで溶接する定置型溶接機では溶接できないし、溶接ガンといわれる上部の棒状電極を作業者が縦向き姿勢に保持して溶接ガンを下向きに下降させても溶接することは困難である。どうしても溶接しようとするときに、作業者自からが被溶接物内部に溶接ガンを侵入できる状態乃至位置に保持して溶接することになって、これらの作業はきわめて重筋労働であり、多数の作業者が必要になって好ましくない。また、上下の電極の先端の溶接チップは高電流、高加圧を得るためには絞った形状に構成されているが、このような溶接チップによる加圧であると、相当な熟練度をもつ作業者であっても溶接部にはどうしても溶接きずや溶接あとなどが残る。これを除去する作業がきわめてはん雑であって大きな重筋労働の一つになり、これによって溶接コストがかさむようになっている。
【０００９】
このところから、本発明者らは、先に、小ロッドで複雑な形状の構造物、なかでも、内部に溶接すべき溶接部があるような構造物であっても、個々の溶接部に応じて溶接姿勢を選択して溶接でき、溶接にともなう加工、組立てなどの作業も併せて達成できるスポット溶接装置を提案した。（特許第３４４５６３６号明細書参照）
【００１０】
このスポット溶接機１は、図３に示すとおりであって、下部の電極２は平坦な導電性の板状材から成るテ−ブル電極あるいはシ−ト状電極としていわれるものとして構成する溶接機である。このスポット溶接機１はテ−ブル電極２上で金属材などの被溶接材Ｗの加工、組立もできるものである。このスポット溶接機１は、テ−ブル電極２上におかれた被溶接材Ｗに向って溶接ガン３を縦向き姿勢で下降させて被溶接材Ｗをテ−ブル電極２と溶接ガン３との間にはさみ溶接するものであって、この装置においては溶接ガン３が伸縮自在の支持ビ−ム４および支持ア−ム５により支持され、テ−ブル電極２の上で溶接ガン３が自由に平行移動でき、支持ア−ム５の伸縮によって溶接ガン３を移動させて溶接打点に達したところで溶接ガン３を下降させて溶接できるように構成されている。
【００１１】
このスポット溶接機１であると、下部電極として用いるテ−ブル電極２の表面は作業面としても利用できるとともに、全面にわたって通電されているため、一つの被溶接物のうちに多数の溶接打点があっても、電極としての機能を果す被溶接物や工作物は動かす必要がなく、置いたままで支持ア−ム５の伸縮操作によって溶接ガン３を移動させて溶接できる。テ−ブル電極の表面全体にわたって冷却水通路を設けることができるため、多量の冷却水が流通でき、冷却能力もきわめて大きく、溶接時の加圧力もテ−ブル電極２の表面で分散して支承できるため、溶接跡も残らない。さらに、溶接ガン３は横向き姿勢でてこ機構の一つの部品を成しているところから、加圧力を高められて圧接されることから、強度の高い溶接継手を得ることができる。
【００１２】
また、このようなテ−ブル電極を用いる溶接機の開発にともなって、小ロッドといわれる板金業界においても、大型の配電盤や、電子機器や家電製品のハウジングなどを溶接することが要望されるようになり、これら溶接作業の連続化が求められるようになっている。しかし、これらの溶接は先に提案した溶接機では上部電極の溶接ガン３の作動を支持ア−ム５の伸縮動作により達成するため、その連続化や自動化がきわめてむずかしく、この点の改善が求められている。
【特許文献１】特許第３４４５６３６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記欠点の解決を目的とするものであって、下部電極は板状のテ−ブル電極として構成してその表面全体を下部電極として働かせる一方、上部電極として働く溶接ガンの三次元的走行移動をテ−ブル電極上に門型枠体を介在させることにより集約化すると共に、この門型枠体上で溶接ガンを回転又は旋回自在に構成し、スポット溶接作業の自動化、連続化、さらにロボット化も達成できる自動スポット溶接機を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
すなわち、本発明に係るスポット溶接機は平坦な導電材からなって下部電極として働くテ−ブル電極と、このテ−ブル電極の上に略々水平に設けた門型枠体とを具え、この門型枠体にテ−ブル電極との間で被溶接材をはさんで上部電極として抵抗溶接する溶接ガンを縦向き姿勢に維持して高さ方向に移動自在に設ける一方、この溶接ガンには、少なくとも下端を旋回させる旋回装置を設けて、さらに、門型枠体をテ−ブル電極に沿ってその長さ方向に移動自在に構成すると共に、テ−ブル電極の幅方向に移動自在に構成することを特徴とする。
【００１５】
すなわち、このスポット溶接機は、
平坦な導電材からなって下部電極として働くテ−ブル電極の上に略々水平に門型枠体を設け、この門型枠体を介在させてテ−ブル電極との間で被溶接材をはさんで抵抗溶接する溶接ガンを上部電極として働かさせて溶接作業のロボット化、自動化をはかること、
この溶接ガンを抵抗溶接時の加圧手段として構成すると共に、併せて溶接電源からの給電手段としても構成すること、
この溶接給電手段を成す溶接ガンを介在する門型枠体に昇降自在に設けること、
溶接ガンはその軸芯を中心として旋回又は回転自在に構成すること、
さらに、溶接ガンは介在する門型枠体に沿って移動自在に構成すること、
介在する門型枠体の走行移動、溶接ガンの走行移動および旋回はサ−ボモ−タを含む電気モ−タにより達成すること、
から成っている。
【発明の効果】
【００１６】
以上のとおり、本発明においては、板状材から成るテ−ブル電極の表面はことごとく下部の電極面として働くことから、上部の電極として働く溶接ガンの作動は制御されているため、溶接作業の自動化、ロボット化が達成できる。
【００１７】
また、制御する上部電極の溶接ガンは門型枠体にのせられ、その動作を門型枠体の動作を基本として制御できるよう構成されるため、制御は安定化し、なかでも、サ−ボモ−タなどの電気制御を利用できるため、動作その制御は安定化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
そこで、本発明の好適な実施例に係るスポット溶接機を通じ、図面によって本発明の手段たる構成ならびにその作用について具体的に説明すると、つぎのとおりである。
【００１９】
なお、図１は本発明の一つの実施例に係るスポット溶接機の正面図である。
【００２０】
図２は図１に示すスポット溶接機の側面図である。
【００２１】
図３は図１に示すスポット溶接機の平面図である。
【００２２】
図４は従来例に係る先に提案したスポット溶接機の説明図である。
【００２３】
まず、図１、図２および図３において、本発明の一つの実施例に係るスポット溶接機は一般的に符号１００で示す。このスポット溶接機１００には平坦な導電材からなって下部電極として働くテ−ブル電極１１０を具えている。このテ−ブル電極１１０は固定され、その下に設けた溶接電源Ｅ（図３参照）の一方の極に接続され全面が下部電極として働くように構成されている。テ−ブル電極１１０の上に略々水平に門型枠体１２０が設けられる。テ−ブル電極１１０の上に被溶接材Ｗがのせられ溶接される。被溶接材Ｗの位置は基準となり溶接ガン１３０の動作が制御されるため、テ−ブル電極１１０上には基準スケ−ル１１１、１１２が設けられ（図３参照）、被溶接材Ｗは溶接に先立って基準スケ−ル１１１、１１２に合わせて位置決めできるようにする。
【００２４】
門型枠体１２０にはテ−ブル電極１１０との間で被溶接材Ｗをはさんで溶接する棒状の溶接ガン１３０を設け、この溶接ガン１３０は上部電極として働かせるほかに、溶接電源Ｅからの電流供給経路（つまり、あたかも電線などのような給電経路）として構成する。すなわち、先に提案したスポット溶接機は図５に示すとおり上部電極として働く溶接ガンは伸縮自在の支持ア−ムによって吊り下げられる。これに伴って、溶接電源からの給電ケ−ブルはこの支持ア−ムにそわせ組み合わされている。このように吊られた給電ケ−ブルは支持ア−ムの伸縮時に障害になり、構造をかえって複雑にしている。
【００２５】
これに対し、本発明に係るスポット溶接機の溶接ガン１３０は上部電極として溶接に寄与させるほかに、溶接電源Ｅからの給電経路の一部を形成している。このため、給電ケ−ブルなどによる障害から解放され、このため、溶接ガン１３０は、後に示すとおり、門型枠体１２０の上で円滑に走行できるとともに、作動のコンパクト化、ロボット化も達成できる。
【００２６】
このように給電又は送電にも関与する溶接ガン１３０は縦向き姿勢で高さ方向に門型枠体１２０に対し昇降自在に取付けられる。このように構成すると、溶接ガン１３０は加圧手段と給電手段とが合体したものとなり、溶接ガン１３０の昇降は給電ケ−ブルなどにじゃまされることもない。
【００２７】
このような加圧給電手段として門型枠体１２０に設けられた溶接ガン１３０には旋回装置１４０と昇降加圧装置１５０とを取付け、旋回装置１４０によって溶接ガン１３０をその軸芯を中心として旋回できるよう構成すると共に、昇降加圧装置１５０によって溶接ガン１３０を下降させて被溶接材Ｗを加圧通電させてスポット溶接する。すなわち、昇降加圧装置１５０は、図２に示すとおり、ボ−ルねじ機構１５１とサ−ボモ−タ１５２とから成って、ボ−ルねじ機構１５１の先端を溶接ガン１３０の一部に係合させるように構成する。また、この昇降加圧装置１５０と平行に旋回装置１４０に設け、旋回装置１４０によってその把持機構によって溶接ガン１３０のシャンク部分を把持する一方、把持される溶接ガン１３０をサ−ボモ−タ１３１によって旋回できるように構成する。このように構成すると、昇降加圧装置１５０による加圧力と昇降高さはサ−ボモ−タ１５２の回転数として検出でき加圧力を適正に調整できるほか、溶接ガン１３０の回転角度もサ−ボモ−タ１３１の回転数として求められることができる。
【００２８】
また、以上の通り溶接ガン１３０をその旋回装置１４０ならびに昇降加圧装置１５０と一体に支持する門型枠体１２０は、図３に示すように、テ−ブル電極１１０の両側縁に沿って長さ方向に向って後記の長さ方向移動装置１６０によって移動され、この門型枠体１２０上を図２に示すとおり、テ−ブル電極１１０の幅方向、つまり長さ方向に直交する方向に溶接ガン１３０は後記の幅方向走行装置１７０によって移動できるよう構成される。
【００２９】
また、サ−ボモ−タ１５２とボ−ルねじ機構１５１とから成る昇降加圧装置１５０と旋回装置１４０とが結合する溶接ガン１３０としては、図３に示すように、その一部にコ字状のにげ凹所１３１を具える溶接ガン１３０を用いることもできる。このような溶接ガン１３０であると、内部に溶接打点があるような構造物であっても、この構造物の溶接時に障害になる部分がコ字状にげ部１３１内に収容され、溶接ガン１３０を下降させて下向きに加圧させるだけで溶接できる。すなわち、障害部分があっても、溶接ガン１３０を旋回装置１４０によって回転させると、にげ部１３１の中に障害部分が収納され、先端の溶接チップ１３２が内部に入り込む。このようにすると、溶接ガン１３０は途中ににげ部が設けられ、シャンク部分やホルダ部分、チップ部分は一つの直線上にあるため、障害となる部分で視界がさげきられていても、シャンク部分やホルダ部分の位置により正確に位置決めできる。
【００３０】
また、表面のいずれのところも下部電極として働くことのできるテ−ブル電極１１０をまたいて設けられる門型枠体１２０は長さ方向移動装置１６０によってテ−ブル電極１１０の長さ方向に移動できるよう構成する。長さ方向移動装置１６０はテ−ブル電極１１０の両側に一対の移動系から成って、それぞれの移動系はボ−ルねじ機構１６１とそれを駆動するサ−ボモ−タ１６２とから成っている。これら両移動系を調和させると、それらにかみ合う門型枠体１２０にはテ−ブル電極１１０の長さ方向に移動し、その移動量は各サ−ボモ−タ１６２の例えば円コ−ダ（図示せず）として検出し制御できる。
【００３１】
また、門型枠体１２０には、上記のとおり、テ−ブル電極１１０との間で被溶接材Ｗをはさんで溶接する上部電極として働いている溶接ガン１３０が取付けられている。しかし、この溶接ガン１３０は単なる抵抗溶接の電極の一つだけでない。溶接電源からの給電ラインの一つを成している。このような構成であることによって従来例の溶接機のように導線などの長い給電ラインを除去でき、このところが本発明の特徴の一つである。また、反面でこの特徴があるから、本発明は抵抗溶接機構の自動化、ロボット化が達成できたともいえる。
【００３２】
なお、これに伴って、溶接ガン１３０は給電ラインの一部を成すため、絶縁性を配慮して構成する。
【００３３】
また、門型枠体１２０は幅方向走行装置１７０を設ける。この装置１７０によって溶接ガン１３０はテ−ブル電極１１０をまたいでその幅方向に配置される門型枠体１２０に沿って走行し、併せて、溶接ガン１３０はすでにのべたとおり、門型枠体１２０で高さ方向に昇降し、溶接ガン１３０はその軸芯を中心として旋回する。
【００３４】
すなわち、門型枠体１２０は、図２に示すとおり、一対の足部１２１とその間を橋絡する横はり１２２とから成って、その横はり１２２の上に幅方向走行装置１７０が設けられている。幅方向走行装置１７０はボ−ルねじ機構１７１とそれを回転駆動するサ−ボモ−タ１７２とから成っている。溶接ガン１３０がボ−ルねじ機構１７１の回転によって幅方向に直線移動する。したがって、溶接ガン１３０の幅方向の移動はサ−ボモ−タ１７２内の円コ−ダによって検出制御できる。
【００３５】
以上のとおり、本発明は上下から被溶接材をはさんで加圧通電してスポット溶接する溶接機において下部電極として働くテ−ブル電極１１０が平坦な銅又はその合金の板状材から構成して全面を電極として利用できることを前提として、縦向き姿勢の溶接ガン１３０を被溶接物の形状、構造に応じて３次元的に自由に移動させ、さらに、縦向き姿勢では溶接が不可能といわれる被溶接材内の溶接打点でも、溶接ガン１３０先端のチップとして途中ににげ部を有するチップを用い、溶接ガン１３０を旋回させてチップを内部に侵入させて溶接するものである。
【００３６】
また、このような溶接ガン１３０の直線移動は門型枠体１２０の介在によりことごとくボ−ルねじ機構などの直線回転変換機構とサ−ボモ−タなどの電動機との組み合わせにより回転動力として集約化をはかり、各回転動力の調和・制御により溶接作業の自動化、ロボット化を推進したものである。
【００３７】
なお、以上のとおり構成するところから、テ−ブル電極やその上で走行移動・回転する溶接ガンなどへの給電にはほとんど給電配線を用いる必要がなく、このところは、走行移動経路に沿って給電板を設け、これに接触する型式によって達成できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係るスポット溶接機は、溶接作業そのものを自動化、ロボット化を達成するもので、広く製品ロッド数の大小にかかわらず、ほとんど人手に依存していた板金加工分野に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一つの実施例に係るスポット溶接機の正面図である。
【図２】図１に示すスポット溶接機の側面図である。
【図３】図１に示すスポット溶接機の平面図である。
【図４】従来例に係る先に提案したスポット溶接機の説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００  スポット溶接機
１１０  テ−ブル電極
１２０  門型枠体
１３０  溶接ガン
１４０  旋回装置
１５０  昇降加圧装置
Ｅ  電源
Ｗ  被溶接材
【図１】
2007229769.tif 000003
【図２】
2007229769.tif 000004
【図３】
2007229769.tif 000005
【図４】
2007229769.tif 000006