(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のスポット溶接用電極間に被溶接物を加圧挟持することによりスポット溶接を行うようにされたスポット溶接装置において、
基部と、
前記一対のスポット溶接用電極のそれぞれを保持する一対のプレートと、
前記基部と前記一対のプレートのそれぞれとを連結する一対の極座標アーム機構からなり、
前記一対の極座標アーム機構のそれぞれは、
前記基部に対して傾動腕を連結する自在継手を構成するサポートの３本と、
前記３本のサポートのそれぞれに保持された３本の傾動腕と、を有し、
前記３本の傾動腕はそれぞれの長手方向にサーボモータ及びボールねじ機構により伸縮自在にされ、かつ前記一対のプレートの一方とは自在継手を介して連結され、
前記一対のプレートの一方に設けられたスポット溶接用電極に対して所定の加圧方向及び加圧力を与えるよう制御され、前記一対のプレートの他方に設けられたスポット溶接用電極に対して前記加圧力とは同一の加圧力でかつ前記加圧方向とは逆の加圧方向を与えるよう制御されるようにしたことを特徴とするスポット溶接装置。
【請求項２】
前記３本の伸縮腕と前記一対のプレートの一方との連結において、３本の伸縮腕のうち、中央に位置する１本の伸縮腕とプレートとは固着して連結し、他の２本の伸縮腕とプレートとは自在継手を介して連結するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。
【請求項３】
前記複数の傾動腕のうちの一つの傾動腕に固定され、かつ該傾動腕の直動軸心と平行な軸心を有する補助腕と、前記補助腕の長手方向に伸縮自在にされ、かつ前記一対のプレートの一方と連結された補助腕伸縮腕と、を有し、
前記補助腕及び補助腕伸縮腕の内部に空洞部を設け、各前記空洞部にスポット溶接用電極への電線及び冷却水用の水配管を配設するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。
【請求項４】
前記補助腕及び補助腕伸縮腕は導電性材料からなるとともに、該補助腕と補助腕伸縮腕との接触部は給電機能を有する接触子により接続されていることを特徴とする請求項３に記載のスポット溶接装置。
【請求項５】
前記スポット溶接装置の前記基部を多関節ロボットのアーム先端に把持させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば産業用ロボットのアーム先端に装備されることにより被溶接物に対して所定の溶接を行うようにされたスポット溶接装置に関し、特に、スポット溶接装置自体の姿勢を変えることなく電極の開閉方向を自在に変更可能にしたスポット溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業用ロボットを使用したスポット溶接では、従来、垂直多関節ロボットに代表されるようなシリアルな軸構成の産業用ロボットのアーム先端にスポット溶接装置としてのスポット溶接ガンを取り付け、ロボット本体を動作させることによりスポット溶接ガンの電極を溶接点まで持っていき、スポット溶接ガンにて電極の開閉動作、加圧動作、及び通電を行わせるようにしている。ここで、電極の開閉動作及び加圧動作に関しては、当初はエアシリンダを使用していた。しかし、近年、実用新案登録第２５０６４０２号や特開平５−１３８３６６号で開示されているように、サーボ機構により電極の開閉動作及び加圧動作を行わせ、これをロボットの１軸として同期、ときには分離した状態で制御する技術も実施されるようになってきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スポット溶接においては、被溶接物の被溶接面に対して直角方向にかつ所定の加圧力で加圧することが、溶接品質を保つための重要な要素となっていることは周知のところである。前述の実用新案登録第２５０６４０２号や特開平５−１３８３６６号で開示されているような従来のスポット溶接ガンは、その形態からＣ型溶接ガンやＸ型溶接ガンと呼ばれるものであるが、これらのものはいずれも電極の開閉方向が１自由度のみとなっている。したがって、被溶接面に対して直角方向に加圧するためには、１自由度で規定される電極の開閉方向が被溶接面に対して直角となるように、溶接ガンを具備するロボット本体を動作させ、スポット溶接ガンの姿勢を決める必要がある。
【０００４】
ここで実際の溶接作業を想定した場合、被溶接物が平板の場合は被溶接面の直角方向は一定となるので溶接ガンの姿勢は各溶接点毎に一定でよいが、被溶接物が自動車のボディのように平面でない場合は被溶接面の直角方向が溶接点毎に変化するので溶接ガンの姿勢を各溶接点毎に変更する必要が生じ、その結果、溶接ガンを具備するロボット本体は、各溶接点毎に溶接ガンの位置を移動させるだけでなく、その姿勢についても変更しなければならず、サイクルタイム増加の要因となっていた。
【０００５】
また、大型の溶接ガンを使用した場合には、溶接点近傍で溶接ガンの姿勢変更ができないこともあり、この場合、ロボット本体を動作させることにより溶接ガンを一旦広い空間に出し、ここで姿勢変更を行った後、溶接点に溶接ガンを近づけるといった余分な動作を要求される場合もあった。これは、従来のスポット溶接ロボットでは、位置決めと姿勢決めについてはロボット本体が受け持ち、一方、開閉、加圧動作については溶接ガンが受け持つといった役割分担が、機構的にはっきりと区分されていることに起因するものである。この機構的な区分のため、溶接ガンが大きい場合、ロボット本体も大きく重くなり、結局のところロボット本体と溶接ガンを合わせた装置全体としても大きく重いものとなるという問題も生じた。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、スポット溶接装置単体でもスポット溶接用電極の位置や姿勢を変えることが可能なスポット溶接装置を提供することを目的とし、さらにはロボット本体の姿勢に関わりなく、被溶接物の被溶接面に対して直角方向に加圧動作及び加圧力制御が可能なスポット溶接装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、一対のスポット溶接用電極間に被溶接物を加圧挟持することによりスポット溶接を行うようにされたスポット溶接装置において、
基部と、
前記一対のスポット溶接用電極のそれぞれを保持する一対のプレートと、
前記基部と前記一対のプレートのそれぞれとを連結する一対の極座標アーム機構からなり、
前記一対の極座標アーム機構のそれぞれは、
前記基部に対して傾動腕を連結する自在継手を構成するサポートの３本と、
前記３本のサポートのそれぞれに保持された３本の傾動腕と、を有し、
前記３本の傾動腕はそれぞれの長手方向にサーボモータ及びボールねじ機構により伸縮自在にされ、かつ前記一対のプレートの一方とは自在継手を介して連結され、
前記一対のプレートの一方に設けられたスポット溶接用電極に対して所定の加圧方向及び加圧力を与えるよう制御され、前記一対のプレートの他方に設けられたスポット溶接用電極に対して前記加圧力とは同一の加圧力でかつ前記加圧方向とは逆の加圧方向を与えるよう制御されるようにしたことを特徴とするスポット溶接装置を提供した。
【０００８】
すなわち、本発明では、一対のスポット溶接用電極のそれぞれを保持する一対のプレートと、前記基部と前記一対のプレートのそれぞれとを連結する一対の極座標アーム機構からなり、
前記一対の極座標アーム機構のそれぞれは、
前記基部に対して傾動腕を連結する自在継手を構成するサポートの３本と、
前記３本のサポートのそれぞれに保持された３本の傾動腕と、を有し、
前記３本の傾動腕はそれぞれの長手方向にサーボモータ及びボールねじ機構により伸縮自在にされ、かつ前記一対のプレートの一方とは自在継手を介して連結され、
前記一対のプレートの一方に設けられたスポット溶接用電極に対して所定の加圧方向及び加圧力を与えるよう制御され、前記一対のプレートの他方に設けられたスポット溶接用電極に対して前記加圧力とは同一の加圧力でかつ前記加圧方向とは逆の加圧方向を与えるよう制御されるようにしたので、
複数の伸縮腕に連結されたプレートに対して様々な位置や姿勢をとらせることが可能になる。そのため、基部の位置や姿勢を変えることなく、プレートが保持するスポット溶接用電極の位置や姿勢を変えることができ、さらにはロボット本体の姿勢に関わりなく、被溶接物の被溶接面に対して直角方向に加圧動作及び加圧力制御が可能なスポット溶接装置を提供するものとなった。
【０００９】
ところで、複数の伸縮腕の伸縮動作によりプレートに対して様々な姿勢をとらせるためには、伸縮腕とプレートとの連結は自在継手を介する必要があるが、構造上、各プレートに連結される複数の伸縮腕のうち１本については自在継手を介せずに固着して連結するようにしてもよい。具体的には、極座標アーム機構が３本のアーム構成となる場合は、請求項２にかかる発明のように、３本の伸縮腕と一対のプレートの一方との連結において、３本の伸縮腕のうち、中央に位置する１本の伸縮腕とプレートとは固着して連結し、他の２本の伸縮腕とプレートとは自在継手を介して連結する。かかる構成とすることにより、すべての連結が自在継手を介する形態よりも伸縮腕の動作制御を容易ならしめることができる。
【００１０】
実際のスポット溶接作業においては、スポット溶接用電極に対して給電通路や冷却用の給水通路を確保しておく必要がある。そこで、請求項３にかかる発明では、上述の複数本のアーム構成からなる極座標アーム機構において、複数の傾動腕のうちの一つの傾動腕に固定され、かつ、この傾動腕の直動軸心と平行な軸心を有する補助腕と、この補助腕の長手方向に伸縮自在にされ、かつ一対のプレートの一方と連結された補助腕伸縮腕とを設け、この補助腕及び補助腕伸縮腕を利用して給電通路及び給水通路を確保することとした。  具体的には、請求項５にかかる発明のように、補助腕及び補助腕伸縮腕の内部に空洞部を設け、各空洞部にスポット溶接用電極への電線及び冷却水用の水配管を配設するようにした。
【００１１】
また、請求項４にかかる発明では、補助腕及び補助腕伸縮腕は導電性材料からなるとともに、補助腕と補助腕伸縮腕との接触部は給電機能を有する接触子により接続されるようにした。かかる構成としたことにより、補助腕及び補助腕伸縮腕の内部に空洞部を設けずともスポット溶接用電極へ給電することが可能になる。また、補助腕及び補助腕伸縮腕の内部に空洞部を設けた場合は、この空洞部を給水設備専用に割り当てることができる。
【００１２】
上述したように、本発明にかかるスポット溶接装置においては複数の伸縮腕を動作させることによりスポット溶接用電極の動作を制御するわけであるが、そのために、本発明では、複数の伸縮腕を効率的に協調動作させるためにスポット溶接装置の３本の傾動腕のそれぞれの長手方向にサーボモータ及びボールねじ機構により伸縮自在にされるようにした。
【００１３】
すなわち、本発明では、直動機構はサーボモータ及びボールねじ機構からなるようにした。かかる構成とすれば、サーボモータは油空圧よりも位置決め精度が高く、トルク制御が容易なので、スポット溶接用電極の位置決め精度が高くなるとともに加圧力制御も容易になる。特に、本発明にかかるスポット溶接装置は複数の伸縮腕が協調してスポット溶接用電極の動作制御を行っているので、直動機構の位置決め精度の高さは重要であり、その点でも駆動源としてのサーボモータの使用が好ましい。
【００１４】
ところで、高品質の溶接を行わせるためには、一対のスポット溶接用電極のそれぞれの電極について、加圧力を互いに等しくし、かつ、加圧方向を互いに逆向きとしなければならない。従来技術にあるようなＣ型溶接ガンでは、一対のスポット溶接用電極は一方が固定（固定側電極）で他方が可動（移動側電極）となっており、移動側電極が固定側電極に対して開閉動作する形態となっているので、通常、加圧力が互いに等しくなるとともに加圧方向も互いに逆向きとなる。しかし、本発明にかかるスポット溶接装置では、各スポット溶接用電極は複数の伸縮腕により独立して動作する形態となっているので、溶接時に加圧力が互いに等しくなるとともに加圧方向が互いに逆向きとなるような手段を設けなければならない。そこで、本発明では、一対のプレートの一方に設けられたスポット溶接用電極に対して所定の加圧方向及び加圧力を与えるよう制御され、前記一対のプレートの他方に設けられたスポット溶接用電極に対して前記加圧力とは同一の加圧力でかつ前記加圧方向とは逆の加圧方向を与えるよう制御されるようにした。これにより、一対のスポット溶接用電極のそれぞれの電極について、溶接時に加圧力が互いに等しくなるとともに加圧方向が互いに逆向きとなる。
【００１５】
上述したように、本発明にかかるスポット溶接装置は、固定部材である基部を基準にして伸縮腕のストローク等の設計緒元の範囲内でスポット溶接用電極の位置や姿勢を変更することができるので、スポット溶接装置単体でも溶接作業は可能である。しかし、自動車ボディに代表されるような長大な被溶接物の場合は、スポット溶接装置自体の位置や姿勢を可変とする必要がある。そこで、請求項５にかかる発明では、上述のスポット溶接装置の基部を多関節ロボットのアーム先端に把持させるようにした。例えば、図４に示すような６軸の垂直多関節ロボットでは動作範囲内でアーム先端を様々な位置や姿勢に設定できるので、このアーム先端にスポット溶接装置の基部を把持させるようにすれば、スポット溶接装置自体の位置や姿勢を変更することができ、長大な被溶接物にも対処できるものとなる。これにより、スポット溶接用電極の位置や姿勢に関して、大まかな変更については多関節ロボットの各関節軸を動作させ、微小な変更についてはスポット溶接装置の各伸縮腕を動作させることにより対処できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１乃至図３は本発明の一実施形態にかかるスポット溶接装置の機構図であり、図１は正面図、図２は左側面図、図３は平面図（上面図）である。
【００１７】
基部１は、スポット溶接装置０がロボット等に把持されたときの取付ベースとなるものである。したがって、スポット溶接装置０がロボットのアーム先端に取り付けられた場合は、基部１とロボットのアーム先端との相対位置は不変である。参考までに、図４に、本発明の一実施形態にかかるスポット溶接装置を６軸の垂直多関節ロボット５１に取り付けたときの態様を示す。平面図（上面図）である図３に示すように、基部１の水平断面形状は略六角形を呈しており、各面にサポート２、２１、２２、２′、２１′、２２′が設けられている。このうち図３で見て左側すなわちサポート２、２１、２２、及びこれに連結される部材と、図３で見て右側すなわちサポート２′、２１′、２２′、及びこれに連結される部材とにより、一対の極座標アーム機構を構成している。この一対の極座標アーム機構は互いに同一の構成となっているので、以下、図１の正面図及び図３の平面図で見て左側の極座標アーム機構について説明することにする。なお、図２の左側面図は、この左側の極座標アーム機構を中心にして示したものである。
【００１８】
３つのサポート２、２１、２２のそれぞれには、基部１の取付軸１′と直交するそれぞれの回転軸１３、１３１、１３２回りに回転可能に基部１に接続されている。これらサポート２、２１、２２には、それぞれの回転軸１３、１３１、１３２と直交する回転軸１４、１４１、１４２回りにそれぞれ回転可能にされた傾動腕３、４、５が接続されている。これら傾動腕３、４、５はそれぞれには、その長手方向に伸縮自在にされた伸縮腕６、７、８が取り付けられている。これら３組のサポート、傾動腕及び伸縮腕により、極座標アーム機構を構成する。
【００１９】
伸縮腕６、７、８の先端にはプレート９が接続されている。ここで、伸縮腕６、７、８のそれぞれとプレート９との連結方法について詳述する。複数の伸縮腕の伸縮動作によりプレートに対して様々な姿勢をとらせるためには、伸縮腕とプレートとの連結は自在継手を介する必要があるが、構造上、各プレートに連結される複数の伸縮腕のうち１本については自在継手を介せずに固着して連結するようにしてもよい。そこで、３本の伸縮腕６、７、８とプレート９との連結において、中央に位置する伸縮腕６とプレート９とは固着して連結し、他の２本の伸縮腕７、８のそれぞれとプレート９とは自在継手を介して連結する。かかる構成とすることにより、すべての連結が自在継手を介する形態よりも伸縮腕の動作制御を容易ならしめることができる。
【００２０】
さらに、傾動腕３、４、５の配置について詳述する。傾動腕３、４、５の直動軸心をそれぞれ１５、１６、１７とすると、これら各直動軸心のそれぞれは、直動機構としての伸縮腕６、７、８の制御定数を減らすという点で、前記軸心１３、１４の交点を通ることが望ましいが、これに限定されず、軸心１３、１４の交点に対してオフセットして設けるようにしてもよい。図１に示すように、スポット溶接用電極３１を紙面の左右方向に動作可能にするためには、傾動腕４、５のそれぞれの直動軸心１６、１７は傾動腕３の直動軸心１５に対してある程度傾斜させて取り付けなければならない。この傾斜量については、図３に示すように、傾動腕４、５のそれぞれを支持するサポート２１、２２の基部１からの長さや配置、あるいはサポート２１、２２が取り付けられる略六角形を呈した基部１の水平断面形状により決定されるものである。
【００２１】
プレート９には、一対のスポット溶接用電極の一方３１を先端に取付可能にされた電極把持部材１８が取り付けられている。以上の構成により、伸縮腕６、７、８が独立して動作することにより、スポット溶接用電極３１に対しては伸縮腕６、７、８の可動範囲等の設計緒元の範囲内で様々な位置や姿勢をとらせることが可能になる。以上、図１の正面図及び図３の平面図で見て左側の極座標アーム機構について説明したが、右側の極座標アーム機構についても同様である。したがって、６本の伸縮腕を動作させることにより、一対のスポット溶接用電極３１、３１′の間に被溶接物が加圧保持され、これにより溶接作業が行われることになる。
【００２２】
次に、伸縮腕の動作機構について説明する。ここでも、図１の正面図及び図３の平面図で見て左側の極座標アーム機構についてのみ説明する。傾動腕３、４、５はそれぞれの一端にはサーボモータ２０が設けられ、傾動腕３、４、５内に設けられたボールねじに結合されている。かかるサーボモータ２０及びボールねじが伸縮腕６、７、８のそれぞれを動作させる直動機構を構成している。よって、各伸縮腕に対応する直動機構を動作制御することにより、伸縮腕６、７、８に接続されたプレート９を様々な姿勢で位置決めすることが可能になる。各直動機構を構成するサーボモータは、一般に、位置決め制御やトルク制御が容易であるとされているので、複数の伸縮腕が協調動作することによりスポット溶接用電極を動作させるようにした本発明では、駆動装置としてのサーボモータの使用は、油空圧を駆動源とする形態よりも、好ましい。
【００２３】
以上の構成により、傾動腕３、４、５内に設けられた直動機構によって伸縮腕６、７、８が直動することにより、スポット溶接用電極３１の動作にかかわるプレート９はロボット本体との取付ベースである基部１に対して、伸縮腕６、７、８のストロークの範囲内で様々な位置・姿勢をとることが可能になる。さらに、スポット溶接用電極３１の加圧力についても伸縮腕６、７、８を駆動する直動機構を制御することにより可能となる。具体的には、各直動機構を構成するサーボモータのトルク制御により可能となる。
【００２４】
ここで、本実施形態にかかるスポット溶接装置における加圧力制御方法について説明する。前述したように、スポット溶接において溶接品質を確保するためには、被溶接物の被溶接面に対して直角方向に加圧動作及び加圧力制御を行うことが重要である。本実施形態にかかるスポット溶接装置では、各スポット溶接用電極は複数の伸縮腕により独立して動作する形態となっているので、溶接時に加圧力が互いに等しくなるとともに加圧方向が互いに逆向きとなるような手段を講じる必要がある。そこで、本発明では、一対のプレートの一方に設けられたスポット溶接用電極３１に対して所定の加圧方向及び加圧力を与えるよう制御され、一対のプレートの他方に設けられたスポット溶接用電極３１′に対して加圧力とは同一の加圧力でかつ前記加圧方向とは逆の加圧方向を与えるよう制御されるようにした。これにより、一対のスポット溶接用電極のそれぞれの電極について、溶接時に加圧力が互いに等しくなるとともに加圧方向が互いに逆向きとなるよう制御されるようにした。
【００２５】
この点について詳述するために、任意の溶接点に位置決めされた本実施形態にかかるスポット溶接装置０を具備するロボットを想定する。傾動腕３、４、５はそれぞれの軸心１５、１６、１７と、対となる溶接用電極３１、３１′のそれぞれの中心位置を与えておき、位置決めされた時の電極中心位置を結ぶ直線方向を加圧方向とするその加圧方向との方向余弦をそれぞれｅ１、ｅ２、ｅ３とすれば、スポット溶接用電極３１に関する所定の加圧力ベクトルＦは式（１）で表される。
Ｆ＝Ａｅ１＋Ｂｅ２＋Ｃｅ３      （１）
この式（１）から求められるスカラ量Ａ、Ｂ、Ｃが各傾動腕３、４、５のそれぞれに与える力となる。一方、対となる他方のスポット溶接用電極３１′については、同一の加圧力でかつ逆の加圧方向で、すなわち式（１）の左辺を−Ｆとして、同様に各傾動腕のスカラ量をもとめればよい。加圧力ベクトルを与えるに際しては、対となるスポット溶接用電極３１、３１′のそれぞれの中心位置を与えておき、位置決めされた時の電極中心位置を結ぶ直線方向を加圧方向とし、加圧力のスカラ量のみを与える手段でも実施は可能である。このようにして、本実施形態にかかるスポット溶接装置では、所定の方向への加圧動作について容易に制御することができる。
【００２６】
実際の加圧動作について、図５を参照して説明する。２つの極座標アーム機構のそれぞれの先端に設けられた電極部４２、４３において、図５（ａ）は、平板状の被溶接物４１に対してそれぞれＦ、−Ｆの加圧力を加えた状態を示している。一方、図５（ｂ）は、所定の角度で曲げられた被溶接物４１、４１′に対する加圧動作の変化の様子を示している。図５（ｂ）において、被溶接物の平板部４１の溶接状態である状態Ａから被溶接物の曲げ部４１′の溶接状態に移行する場合、Ｃ型溶接ガンなどの従来技術におけるスポット溶接装置では、被溶接物に対して面直に加圧するためには状態Ｂに移行する必要があり、この場合、スポット溶接装置を把持するロボット本体を動作させ、スポット溶接装置の姿勢を変更する必要がある。しかし、本実施形態におけるスポット溶接装置では、前述したように様々な方向に加圧動作ができるので、スポット溶接装置の姿勢については状態Ａと同一である状態Ｃに移行した後、被溶接物に対して面直に加圧するような制御が可能であり、よってスポット溶接装置の姿勢を変更させるようなロボット本体の動作は不要である。
【００２７】
ところで、一般に産業用ロボットでは、所定の作業を行わせるために、アーム先端に工具類を取り付ける。そして、この工具類に対しては、何らかのエネルギーまたはこれに類するものの供給が必要となる。この工具類は本発明ではスポット溶接装置０が該当し、このスポット溶接装置０に対してスポット溶接用電極３１、３１′への給電及び冷却水の供給が必要となる。これら給電設備及び給水設備を本実施形態におけるスポット溶接装置０に配置するとすれば、傾動腕３、４、５の内部に挿通させる方法が考えられる。しかし、スポット溶接を行う際に与えられる加圧力に見合うだけの剛性を確保するために、傾動腕３、４、５及び伸縮腕６、７、８はある程度大型化せざるを得ず、さらにこれらの内部に給電設備及び給水設備を設けることはさらなる大型化を招くことになる。
【００２８】
そこで、３本の傾動腕のうちの一つの傾動腕に固定され、かつ、この傾動腕の直動軸心と平行な軸心を有する補助腕と、この補助腕の長手方向に伸縮自在にされ、かつ一対のプレートの一方と連結された補助腕伸縮腕とを設け、この補助腕及び補助腕伸縮腕を利用して給電通路及び給水通路を確保することとした。具体的には、図１に示すように、傾動腕３と一体とし、傾動腕３の軸心１５に対し平行に軸心１０を設け、この軸心１０に沿って傾動腕３と一体になったケーシングに補助腕１１を設ける。この補助腕１１の先端には電気及び水が供給可能な自在継手１９が取り付けられており、この自在継手１９の先端には例えば基部１に取り付けられた図示しないトランスからの配線及び水配管を接続する。
【００２９】
補助腕１１には前記軸心１０に沿ってこの補助腕１１にガイドされた補助腕伸縮腕１２が直動可能に設けられており、この伸縮腕１２には自在継手１９より補助腕１１に設けられた空洞をスパイラル状とした水配管（図示せず）が取り付けられている。配線についても水配管と同様に空洞内に設けるようにすることができるが、補助腕１１、補助腕伸縮腕１２、プレート９、及び電極把持部材１８は導電性材料からなるとともに、補助腕１１と補助腕伸縮腕１２との接触部は給電機能を有する接触子（図示せず）により接続されるようにし、さらに補助腕伸縮腕１２の他端にはプレート９が通電可能、水配管接続可能に固着するようにしてもよい。かかる構成とすることにより、空洞部を給水設備専用に割り当てることができるので、補助腕１１及び補助腕伸縮腕１２の小型化が図られるものとなる。なお、補助腕伸縮腕１２をプレート９に固着する点については、こうすることによりプレート９が軸心１５廻りに回転することを防止できるためである。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態にかかるスポット溶接装置０は、固定部材である基部１を基準にして６本伸縮腕のストローク等の設計緒元の範囲内でスポット溶接用電極３１、３１′の位置や姿勢を変更することができるので、スポット溶接装置単体でも溶接作業は可能である。しかし、自動車ボディに代表されるような長大な被溶接物の場合は、スポット溶接装置自体の位置や姿勢を可変とする必要がある。そこで、スポット溶接装置０の基部１を多関節ロボットのアーム先端に把持させるようにした。例えば、図４に示すような６軸の垂直多関節ロボット５１では動作範囲内でアーム先端を様々な位置や姿勢に設定できるので、このアーム先端にスポット溶接装置０の基部１を把持させるようにすれば、スポット溶接装置自体の位置や姿勢を変更することができ、長大な被溶接物にも対処できるものとなる。これにより、スポット溶接用電極３１、３１′の位置や姿勢に関して、大まかな変更については多関節ロボット５１の各関節軸を動作させ、微小な変更についてはスポット溶接装置０の６本の伸縮腕を動作させることにより対処できる。
【００３１】
ところで、一般に多関節ロボットでは各アーム駆動機構を協調動作させる必要があるために、各アーム駆動機構の相互を同期制御させている。そこで、上記実施形態にあるように、伸縮腕を動作させる直動機構をサーボモータ及びボールねじ機構からなるようにし、かつ、かかるスポット溶接装置を多関節ロボットのアーム先端に把持させるようにした場合は、直動機構のサーボモータの駆動と多関節ロボットのアーム駆動機構を動作させるサーボモータの駆動とを互いに同期制御させるようにする。これにより、スポット溶接装置０が有する６本の伸縮腕の直動機構のそれぞれが６軸構成の多関節ロボット５１のアーム駆動機構の付加軸のように制御されるので、６本の伸縮腕のそれぞれが多関節ロボット５１の第７軸〜第１２軸として同期制御されることになる。かかる構成とすることによ例えば複数の溶接点を連続して溶接する場合、一対のスポット溶接用電極３１、３１′がこれら電極に挟持された被溶接物に対して安全な間隔まで退避させたことを制御上確認することなしに、多関節ロボット５１のアーム駆動機構を動作させること、すなわちスポット溶接装置０本体を移動させることができるので、特に溶接点が多数存在する使用形態の場合はサイクルタイムが著しく短縮することになる。
【００３２】
さらに、上記構成を発展させて、スポット溶接装置０は多関節ロボット５１と同一の制御装置にて制御されるようにしてもよい。ここで、同一の制御装置にて制御されるとは、多関節ロボット５１のアーム駆動機構を駆動する制御回路とスポット溶接装置０の直動機構を駆動する制御回路とが一の制御装置に配置され、同期制御が行われることをいう。さらに、溶接品質向上のため溶接電流などの本来スポット溶接装置０において制御されるパラメータについても多関節ロボット５１と同一の制御装置にて制御する機能を付加しても良い。かかる構成とすることにより、従来行っていた多関節ロボットとスポット溶接装置との相互の制御装置間での制御信号の送受が不要となるばかりではなく、多関節ロボットとスポット溶接装置の間で行われるインターロックについても一の制御装置内のソフトウエア上で処理することができるものとなる。なお、制御装置に同期・非同期の切換機能を付加することにより、必要に応じて、スポット溶接装置０の直動機構を駆動する制御回路が、多関節ロボット５１のアーム駆動機構を駆動する制御回路に対して、独立して動作するようにさせることも可能である。
【００３３】
以上、本発明の一実施形態について説明した。なお、上記実施形態においては、給電及び給水は傾動腕３に設けられた部材により行うようにしていたが、これを傾動腕４あるいは傾動腕５に設けられた部材により行うようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の実施形態によれば、一対のスポット溶接用電極のそれぞれを保持する一対のプレートと、前記基部と前記一対のプレートのそれぞれとを連結する一対の極座標アーム機構からなり、前記一対の極座標アーム機構のそれぞれは、前記基部に対して傾動腕を連結する自在継手を構成するサポートの３本と、前記３本のサポートのそれぞれに保持された３本の傾動腕と、を有し、前記３本の傾動腕はそれぞれの長手方向にサーボモータ及びボールねじ機構により伸縮自在にされ、かつ前記一対のプレートの一方とは自在継手を介して連結され、前記一対のプレートの一方に設けられたスポット溶接用電極に対して所定の加圧方向及び加圧力を与えるよう制御され、前記一対のプレートの他方に設けられたスポット溶接用電極に対して前記加圧力とは同一の加圧力でかつ前記加圧方向とは逆の加圧方向を与えるよう制御されるようにしたので、
複数の伸縮腕に連結されたプレートに対して様々な位置や姿勢をとらせることが可能になる。そのため、基部の位置や姿勢を変えることなく、プレートが保持するスポット溶接用電極の位置や姿勢を変えることができ、さらにはロボット本体の姿勢に関わりなく、被溶接物の被溶接面に対して直角方向に加圧動作及び加圧力制御が可能なスポット溶接装置を提供するものとなった。そのため、スポット溶接装置単体でも複数の溶接点に対処できるようになったので、特に、溶接点相互の間隔が比較的小さな被溶接物については、従来のスポット溶接ガンとロボットとの組み合わせが不要となり、コスト面、スペース面での大幅な改善が実現できるものとなった。また、ロボット本体の姿勢に関係なく被溶接物の被溶接面に対して面直に加圧動作及び加圧力制御が可能となったので、従来加圧動作において面直に加圧するために必要なロボット本体の姿勢変更が不要となり、サイクルタイムの短縮が可能となった。
【００３５】
請求項５にかかる発明の実施形態によれば、スポット溶接装置の基部を多関節ロボットのアーム先端に把持させるようにした。そのため、スポット溶接装置自体の位置や姿勢を変更することができ、長大な被溶接物にも対処できるものとなった。これにより、スポット溶接用電極の位置や姿勢に関して、大まかな変更については多関節ロボットの各関節軸を動作させ、微小な変更についてはスポット溶接装置の各伸縮腕を動作させることにより対処できるものとなった。
【００３６】
なお、本発明ではスポット溶接用として対となる極座標アーム機構の先端にスポット溶接用の電極を設けるようにしたが、電極の代わりに、例えば、爪状の部材を取り付けるようにすれば、不整列な品物の把持も容易に可能となる。したがって、固定部材としての基部に対して個別に回動自在にされた複数のサポートと、この複数のサポートのそれぞれに保持された複数の傾動腕と、この複数の傾動腕のそれぞれの長手方向に伸縮自在にされた複数の伸縮腕と、を有する極座標アーム機構を利用し、この極座標アーム機構の先端に設けられた部材により所定の作業を行う技術については、本発明に基づいて容易に展開可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるスポット溶接装置の正面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるスポット溶接装置の左側面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるスポット溶接装置の平面図（上面図）である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるスポット溶接装置を６軸の垂直多関節ロボットに取り付けたときの形態を示す図である。
【図５】２つの極座標型アームのそれぞれの先端に設けられた電極部４２、４３における溶接状態を示す図であり、（ａ）図は平板状の被溶接物４１に対して加圧力を加えた状態を示し、（ｂ）図は所定の角度で曲げられた被溶接物４１、４１′に対する加圧動作の変化の様子を示す。
【符号の説明】
０  スポット溶接装置
１  基部
２  傾動腕３のサポート
３，４，５  傾動腕
６，７，８  伸縮腕
９  プレート
１０  補助腕１１の軸心
１１  補助腕
１２  補助腕１１伸縮腕
１３  サポート２の回転軸
１４  傾動腕３の回転軸
１５  傾動腕３の軸心
１６  傾動腕４の軸心
１７  傾動腕５の軸心
１８  電極把持部材
１９  自在継手
２０  モータ
２１  傾動腕４のサポート
２２  傾動腕５のサポート
３１，３１′  スポット溶接用電極
【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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