JP3760303B2 - プロジェクションボルトの溶接装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
軸部とフランジと溶着用突起からなるプロジェクションボルトを、板状のワークに溶接することがおこなわれている。本発明は、このような溶接の技術分野に属している。
【０００２】
【従来の技術】
上述のような技術分野における先行技術としては、特許第２５０９１０３号公報があげられる。ここには、プロジェクションボルトの軸部を差し込む受入孔が可動電極に明けられ、可動電極に保持されたプロジェクションボルトは同電極の進出によって鋼板等のワークに溶接されることが開示されている。このプロジェクションボルトは可動電極の軸線上に一端停止させられ、それから軸部が軸線上を移動させられて、受入孔に挿入される。
【０００３】
【発明が解決しようとしている問題点】
上述のような先行技術は、プロジェクションボルトを移動させてその軸部を電極の受入孔に挿入する機構としては、所要の役割を果たしている。しかしながら、この軸部の挿入長さが正確に制御されていないので、挿入長さが不十分な段階で挿入用ロッドが復帰したり、あるいは挿入し過ぎでプロジェクションボルトを保持している部材が電極の先端部に干渉したりすることがある。前者の場合には、挿入不十分によってボルトが受入孔から抜け落ちたり、後者の場合には、電極の先端部やボルト保持部材を損傷させたりする。このような問題点は、エアシリンダのような流体圧力で挿入用ロッドが駆動されるために発生する。とくに、プロジェクションボルト軸部と電極受入孔との両者間に、どのような相対変位をとらせるかという点も含めて、電極やロッド類の挙動が設定されなければならない。
【０００４】
【問題を解決するための手段とその作用】
本発明は上述の問題点や必要条件に注目して発案されたもので、電動モータによって得られる直進運動の運動特性と受入孔を備えた電極の挙動を有機的に組み合わせて、優れた溶接を達成することが、基本的な考え方になっている。
【０００５】
請求項１の発明は、軸部とフランジと軸部とは反対側のフランジ面に形成された溶着用突起からなるプロジェクションボルトをロボット装置に保持された板状のワークに溶接するものにおいて、定置式溶接機の支持アームに可動電極と固定電極が設置され、回転運動を進退運動に変える変換機構を備えた電動モータを可動電極に結合し、可動電極に前記軸部が挿入される受入孔が形成され、進退式の供給ロッドに保持ヘッドを設置し、この保持ヘッドに支持された前記軸部を保持ヘッドから突出させた状態で可動電極の軸線上に待機させ、可動電極が進出して軸部が受入孔に入った時点で可動電極の進出を停止させ、この停止している時に保持ヘッドを退避させ、その後、再び可動電極を進出させて溶着用突起をワークに溶接するように構成され、前記供給ロッドはプロジェクションボルト供給装置に装備され、このプロジェクションボルト供給装置は定置式溶接機の一部に取り付けてあり、プロジェクションボルト供給装置は支持アームの長手方向で見て電極よりも後方側に配置され、可動電極の進退軸線上から保持ヘッドを退避させるための駆動手段が設置され、供給ロッドは支持アームに対して２方向に傾斜させてあり、これによって保持ヘッドに保持された軸部が受入孔と同軸になった位置で停止することができるように構成され、しかも、前記プロジェクションボルト供給装置は定置式溶接機の静止部材である支柱の側面に取り付けられた駆動手段にブラケットを介して取り付けられ、駆動手段の進退出力方向は可動電極の進退軸線に直交する向きとされ、前記保持ヘッドには片側が開放されたフランジ収容用の収容溝が形成され、この収容溝の長手方向は駆動手段の進退出力方向と同方向に設定され、ロボット装置に保持されたワークが可動電極と固定電極との間に進入する位置は、受入孔を有する可動電極から離隔しワークが固定電極に接触しているか、あるいは固定電極との間に僅かな隙間ができる程度の位置とされ、前記離隔によりワークが両電極の間に進入した状態のままプロジェクションボルト供給装置によって前記受入孔に軸部が挿入できるように構成したことを特徴とするプロジェクションボルトの溶接装置である。
【０００６】
電動モータとしては、ＡＣサーボモータが代表的なものであり、これに回転運動を進退運動に変える変換機構が装備されている。変換機構は、一般にねじ軸を雌ねじブロックに貫通させておいて、このブロックを回転させることによってねじ軸に進退運動を発生させるものが基本原理であり、このときに機械的抵抗を減少させるために、ボールスクリュー方式が採用されている。上述のような変換機構を採用することによって、ＡＣサーボモータの回転数を制御装置からの指令で正確に設定することによって、進退運動の移動長さを正確に制御することができるのである。
【０００７】
以上に述べた電動モータの特質は、可動電極の停止位置を所定の範囲内に正確に定めることが可能となるのであり、したがって、待機している軸部に向かって可動電極が進出してきて、受入孔に軸部が所定長さだけ進入したときに、可動電極の前進はただちに停止される。この停止している間に保持ヘッドを退避させ、その後、今度は可動電極がプロジェクションボルトを保持した状態で再び進出させられて、溶着用突起がワークに圧接・通電がなされて溶接が完了する。
【０００８】
これらの作動は、電動モータの回転運動を進退運動に変換する機構や、電動モータの駆動制御が節度よく正確になされるので、可動電極の停止位置が正確に定まるのである。このことは、受入孔への軸部進入長さが所定長さ以上でなければ、保持ヘッドを退避させることができなくなるのである。すなわち、進入長さが短すぎると、保持ヘッドが電極軸線と直交する方向へ後退するときに軸部が受入孔内で異常な傾きを呈し、受入孔内へスムーズに挿入することが困難となる。あるいは、保持ヘッドに可動電極が接近し過ぎるところまで進出させると、今度は、保持ヘッドと可動電極との干渉が発生して、両者に損傷を与えることとなるのである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施形態にしたがって、本発明をくわしく説明する。鉄製のプロジェクションボルトは、図５のように符号１で示してあり、軸部２、それと一体の円形のフランジ３、軸部２とは反対側のフランジ面に形成された溶着用突起４から構成されている。なお、この溶着用突起は「いぼ」状のものが３個あるいは４個設置されていてもよい。
【００１６】
符号５は定置式溶接機であり、床６から起立している支柱７に支持アーム８、９が結合されている。各支持アーム８、９にはそれぞれ可動電極１０と固定電極１１が設置してあり、可動電極１０は支持アーム８に取り付けた電動モータ１２で駆動される。両電極１０または１１のいずれか一方に受入孔１３が明けられていて、ここに軸部２が挿入される。ここでは図２や図４から明らかなように可動電極１０に受入孔１３が明けられている。
【００１７】
プロジェクションボルト供給装置は符号１４で示されており、この装置は支持アーム８の長手方向で見て電極よりも後方側に配置されている。すなわち、支持アーム８の先端部に可動電極１０が取り付けられ、それよりも後方、つまり図１や図２の右方に供給装置１４が配置されている。換言すると、ワークが定置式溶接機５に進入してくるときには、まず最初に両電極１０、１１の間にワークが入り、このときには供給装置１４はワークに対して干渉しないのである。
【００１８】
支柱７の上部には、駆動手段１５が取り付けられ、この手段１５の出力は進退運動として取り出される。この出力の方向は、可動電極１０の進退軸線に直交する向きである。駆動手段１５は、ここではエアシリンダで構成されており、そのピストンロッド１６にブラケット１７が結合されている。ブラケット１７には供給ロッド１８の進退駆動手段１９が固定されている。この手段１９はエアシリンダで構成され、ピストンロッド１６とエアシリンダ１９は、前述のブラケット１７を介して一体化されている。エアシリンダ１５と１９の代わりに電動モータを採用してもよい。このときには、モータの回転を直進運動に変換する機構を介在させる。駆動手段１５は、定置式溶接機の静止部材に取り付けられているもので、ここでは支柱の側面が静止部材とされている。
【００１９】
供給ロッド１８は、横方向に伸びている支持アーム８に対して２方向に傾斜させてある。この傾斜は、図１の方向で見た傾斜が角度θ１、図２の方向で見た傾斜が角度θ２として設定されている。すなわち、供給ロッド１８は、支持アーム８に対して斜めに交差する状態になっている。供給ロッド１８の先端には保持ヘッド２０が結合され、ここに保持されたプロジェクションボルトの軸部２が、保持ヘッド２０の進出時に受入孔１３の軸線と同軸になるように構成されている。
【００２０】
保持ヘッド２０の軸線は、供給ロッド１８の軸線に対して鋭角的に交差している。ヘッド本体２１には片側が開放された、すなわち図４の左方が開放された収容溝２２が形成され、そこにフランジ３が収容される。フランジ３には溶着用突起４が一体化されているので、それをも収容するために収容溝２２にはフランジ３のための大幅部２２ａと溶着用突起４のための小幅部２２ｂが形成されている。収容溝２２の下側にはマグネット（永久磁石）２３が埋設され、収容溝２２に入ったフランジ３を吸引してプロジェクションボルト１を安定した状態で保持している。この時の状態は、図５のようにフランジ３の外周部が収容溝２２の段部平面に密着させられている。
【００２１】
図６は、前記の収容溝２２に変えて孔である凹部２４としたもので、フランジ３と溶着用突起４のために大径部２４ａと小径部２４ｂが形成されている。空気通路２５がヘッド本体２１の中央部に明けられ、小径部２４ｂの底面に開口している。なお、符号２６は空気通路２５に接続された空気ホース、符号２７は受入孔１３の奥に設置されたマグネット（永久磁石）であり、受入孔１３内に移行したボルト１を確実に吸引保持している。このマグネット２７は、図４においても同様に設置されている。もし、図４や図６の上下が逆になった状態のときでも、マグネット２７による安定したボルト保持がなされる。
【００２２】
供給ロッド１８が後退しているときには、収容溝２２あるいは凹部２４にフランジ３が進入できるようにしておく必要がある。そのためにエアシリンダ１９に支持片２８を固定し、それに部品供給管２９が結合され、その端部が復帰した保持ヘッド２０（図２の二点鎖線図示）に合致している。部品供給管２９はパーツフィーダ３０に接続され、空気ホース３１からの圧縮空気でプロジェクションボルト１は保持ヘッド２０まで搬送されてくる。
【００２３】
ロボット装置３３は通常の汎用ロボットで、６軸タイプである。関節接手３４にエアシリンダ３５が結合され、その先端にチャック機構３６が取り付けられている。鋼板製のワーク３７は、チャック機構３６でしっかりと挟み付けられている。ロボット装置３３に保持されたワーク３７は、図２のように受入孔１３を有する電極１０から離隔した位置、すなわち、ワーク３７が固定電極１１に接触しているか、あるいは同電極１１との間に僅かな隙間ができる程度の位置に進入させられる。このような位置にワーク３７を進入させる理由は、ワーク３７が両電極１０、１１間に進入した状態のままプロジェクションボルト供給装置１４によって前記受入孔１３に軸部２が挿入できるようにするためである。したがって、ワーク３７といずれか一方の電極との間隔が上記軸部２の挿入を可とするように設定されている。
【００２４】
電動モータ１２としては、ＡＣサーボモータを使用するのが適当である。電動モータ１２の出力軸３８からは回転運動が出力されているので、これを進退運動に変える変換機構３９が設置されている。この機構としてはいろいろな方式が採用できるが、ここでは出力軸３８に固定された駆動ギヤ４０に被動ギヤ４１をかみ合わせ、被動ギヤ４１に形成した筒部４２の内側に螺旋溝を設け、ここに多数の鋼球４３を挿入し、スクリューシャフト４４が鋼球４３で支持されている。いわゆる、ボールスクリューユニットの方式である。
【００２５】
そして、スクリューシャフト４４には可動電極１０が結合してある。符号４５は制御器であり、電動モータ１２の回転数と可動電極１０の進退長さとの関係が設定できる制御回路が内臓されている。したがって、固定電極１０の第１ストロークの長さを記憶させておき、また、その次の第２ストロークの長さを記憶させおく。制御器４５による第１ストロークの長さは、図４の停止範囲Ｌにおさまらなければ、前述のようなプロジェクションボルトの保持不良を招くことになるので、この範囲Ｌに停止制御をすることが非常に重要である。このような要求に対して、ＡＣサーボモータを制御器４５で制御することは、溶接電極の進出ストロークの制御にとって、極めて有利なことである。
【００２６】
第１ストロークは、図４の位置まで進出して停止範囲Ｌ内に停止させられる段階である。この状態でエアシリンダ１５が作動して保持ヘッド２０が右方に移動すると、軸部２が受入孔１３内に残ったままとなり、今度はマグネット２７の吸引力で軸部２が完全に受入孔１３に入り切り、フランジ３が固定電極１０の端面に密着する。それから、第２ストロークで再び固定電極１０を進出させて、溶着用突起４がワーク３７に押しつけられて通電され、溶接が完了する。その後、可動電極１０が元の位置に復帰すると、プロジェクションボルト１はワーク３７に溶接されたままとなり、ロボット装置３３で次の工程へ移送される。
【００２７】
上述の実施形態の作動を説明する。保持ヘッド２０が図２の二点鎖線図示の位置にあるときに、パーツフィーダ３０からプロジェクションボルト１が送られてくる。するとボルトのフランジ３や溶着用突起４が収容溝２２や凹部２４内に収容されて、軸部２が保持ヘッド２０から上方に突出した状態になる。つぎに、供給ロッド１８が進出させられて、軸部２が受入孔１３と同軸になった位置で供給ロッド１８の進出は停止する。その後、可動電極１０が前述の電動モータ１２の制御によって、第１ストロークとして停止範囲Ｌの所まで進出して停止する。それから、保持ヘッド２０が駆動手段１５によって図４の真横、すなわち右方に移動させられるので、フランジ３は相対的に収容溝２２内を滑動して、軸部２が受入孔１３内に残留する。
【００２８】
それから、ふたたび可動電極１０が第２ストロークとして進出して、溶着用突起４がワーク３７に溶接される。この溶接される時期にはすでにワーク３７がロボット装置３３で両電極の間に挿入されているのであるが、その挿入位置はワーク３７が固定電極１１に接触する位置である。上述の一連の作動順序は、図３に段階的に示してある。
【００２９】
図６のように窪んだ孔のような凹部２４である場合には、圧縮空気を空気通路２５から噴出させて、軸部２やフランジ３が完全に受入孔１３内に移行し切ってから保持ヘッド２０を退避させるのである。
【００３０】
図７において符号４６は可動電極１０が進出してきたことを検出するセンサーである。このセンサー４６は付加的に設置されたもので、作動精度を高めるのに有効である。センサー４６からの信号が制御器４５に入力され、それによって電動モータ１２が停止させられる。この停止時には、図示していないが制動装置を作動させると、より正確な停止位置制御が可能である。
【００３１】
なお、本発明は、図示の実施形態の上下関係を逆にしても、成立するものである。また、定置式溶接機の静止部材としては支持アームも含まれるので、同アームの側面にプロジェクションボルト供給装置を取り付けてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、軸部とフランジと軸部とは反対側のフランジ面に形成された溶着用突起からなるプロジェクションボルトをロボット装置に保持された板状のワークに溶接するものにおいて、定置式溶接機の支持アームに可動電極と固定電極が設置され、回転運動を進退運動に変える変換機構を備えた電動モータを可動電極に結合し、可動電極に前記軸部が挿入される受入孔が形成され、進退式の供給ロッドに保持ヘッドを設置し、この保持ヘッドに支持された前記軸部を保持ヘッドから突出させた状態で可動電極の軸線上に待機させ、可動電極が進出して軸部が受入孔に入った時点で可動電極の進出を停止させ、この停止している時に保持ヘッドを退避させ、その後、再び可動電極を進出させて溶着用突起をワークに溶接するように構成され、前記供給ロッドはプロジェクションボルト供給装置に装備され、このプロジェクションボルト供給装置は定置式溶接機の一部に取り付けてあり、プロジェクションボルト供給装置は支持アームの長手方向で見て電極よりも後方側に配置され、可動電極の進退軸線上から保持ヘッドを退避させるための駆動手段が設置され、供給ロッドは支持アームに対して２方向に傾斜させてあり、これによって保持ヘッドに保持された軸部が受入孔と同軸になった位置で停止することができるように構成され、しかも、前記プロジェクションボルト供給装置は定置式溶接機の静止部材である支柱の側面に取り付けられた駆動手段にブラケットを介して取り付けられ、駆動手段の進退出力方向は可動電極の進退軸線に直交する向きとされ、前記保持ヘッドには片側が開放されたフランジ収容用の収容溝が形成され、この収容溝の長手方向は駆動手段の進退出力方向と同方向に設定され、ロボット装置に保持されたワークが可動電極と固定電極との間に進入する位置は、受入孔を有する可動電極から離隔しワークが固定電極に接触しているか、あるいは固定電極との間に僅かな隙間ができる程度の位置とされ、前記離隔によりワークが両電極の間に進入した状態のままプロジェクションボルト供給装置によって前記受入孔に軸部が挿入できるように構成したことを特徴とするプロジェクションボルトの溶接装置である。
【００３３】
電動モータとしては、ＡＣサーボモータが代表的なものであり、これに回転運動を進退運動に変える変換機構が装備されている。変換機構は、一般にねじ軸を雌ねじブロックに貫通させておいて、このブロックを回転させることによって進退運動を発生させるものが基本原理であり、このときに機械的抵抗を減少させるために、ボールスクリュー方式が採用されている。上述のような変換機構を採用することによって、ＡＣサーボモータの回転数を制御装置からの指令で正確に設定することによって、進退運動の移動長さが正確に制御することができるのである。
【００３４】
以上に述べた電動モータの特質は、可動電極の停止位置を所定の範囲内に正確に定めることが可能となるのであり、したがって、待機している軸部に向かって可動電極が進出してきて、受入孔に軸部が所定長さだけ進入したときに、可動電極の前進はただちに停止される。この停止している間に保持ヘッドを退避させ、その後、今度は可動電極がプロジェクションボルトを保持した状態で再び進出させられて、溶着用突起がワークに圧接・通電がなされて溶接が完了する。
【００３５】
これらの作動は、電動モータの回転運動を進退運動に変換する機構や、電動モータの駆動制御が節度よく正確になされるので、可動電極の停止位置が正確に定まるのである。このことは、受入孔への軸部進入長さが所定長さ以上でなければ、保持ヘッドを退避させることができなくなるのである。すなわち、進入長さが短すぎると、保持ヘッドが電極軸線と直交する方向へ後退するときに軸部が受入孔内で異常な傾きを呈し、受入孔内へスムーズに挿入することが困難となる。あるいは、保持ヘッドに可動電極が接近し過ぎるところまで進出させると、今度は、保持ヘッドと可動電極との干渉が発生して、両者に損傷を与えることとなるのである。
【００３６】
最も注目すべき点は、電動モータによる制御が可動電極の進出制御にとって非常に適していることである。換言すると、制御された電動モータの出力が可動電極に要求される運動特性を十分に満足させている。もし、従来技術のようなエアシリンダで可動電極の進出量を制御するとなると、必要な停止範囲に一時停止をさせ、再び進出させることは非常に困難なこととなる。エアシリンダに特殊な２段式シリンダを形成したりして制御する必要が生じてくる。また、可動電極の進出量を、ワークやプロジェクションボルトの変更に応じて変化させるときには、本発明であれば、電動モータの運転制御メモリーを変えれば簡単に適応することが可能となり、従来技術のようにエアシリンダを交換するようなことは必要がなく、設備経済的に見ても大変有効である。
【００３９】
供給ロッドはプロジェクションボルト供給装置に装備され、このプロジェクションボルト供給装置は溶接機の一部に取り付けてある。したがって、プロジェクションボルト供給装置は、既存の溶接機の一部に付加的に取り付けるものであるから、溶接機を僅かに改造するだけでよく、設備経済性の面から好都合である。
【００４０】
プロジェクションボルト供給装置は支持アームの長手方向で見て電極よりも後方側に配置されている。こうすることによって、両電極間にワークが進入してくるときに、プロジェクションボルト供給装置が邪魔になったりしない。このことは、支持アームの最先端部分に両電極が配置されているので、ワークはまず最初に両電極間に導かれることとなり、他の部材と干渉することなく円滑に溶接がなされる。
【００４１】
可動電極の進退軸線上から保持ヘッドを退避させるための駆動手段が設置されている。可動電極の進出で所定の長さにわたって軸部が受入孔に進入すると、その位置で可動電極の進出が停止し、ついで前記駆動手段によって保持ヘッドが可動電極の進退軸線上から退避させられる。このように、可動電極の進出量が正確にコントロールされて停止した後に保持ヘッドが退避させられるから、可動電極の受入孔に確実にボルトが保持されてから保持ヘッドが退避させられることになる。よって、可動電極の進出および保持ヘッドの後退が正確になされて、高い作動信頼性がえられる。
【００４２】
供給ロッドは支持アームに対して２方向に傾斜させてあり、これによって保持ヘッドに保持された軸部が受入孔と同軸になった位置で停止することができるように構成されている。このように２方向に傾斜させてあることによって、供給ロッドは支持アームと斜め方向から交差した状態になる。したがって、保持ヘッドに支持された軸部が、固定電極の軸線と同軸になる箇所まで直線的な移動軌跡で進入することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す全体的な平面図である。
【図２】図１のものの側面図である。
【図３】作動順序を（Ａ）から（Ｄ）の段階にわたって示した作動図である。
【図４】保持ヘッドと受入孔との関係を示す縦断側面図である。
【図５】図４のものの縦断正面図である。
【図６】保持ヘッドと受入孔との関係を示す縦断側面図である。
【図７】変換機構を示す制御系統図である。
【符号の説明】
２ 軸部
３ フランジ
４ 溶着用突起
１ プロジェクションボルト
３７ ワーク
８、９ 支持アーム
１０ 可動電極
１１ 固定電極
３９ 変換機構
１２ 電動モータ
１３ 受入孔
１８ 供給ロッド
２０ 保持ヘッド
１４ プロジェクションボルト供給装置
１５ 駆動手段

Claims (1)

1. 軸部とフランジと軸部とは反対側のフランジ面に形成された溶着用突起からなるプロジェクションボルトをロボット装置に保持された板状のワークに溶接するものにおいて、定置式溶接機の支持アームに可動電極と固定電極が設置され、回転運動を進退運動に変える変換機構を備えた電動モータを可動電極に結合し、可動電極に前記軸部が挿入される受入孔が形成され、進退式の供給ロッドに保持ヘッドを設置し、この保持ヘッドに支持された前記軸部を保持ヘッドから突出させた状態で可動電極の軸線上に待機させ、可動電極が進出して軸部が受入孔に入った時点で可動電極の進出を停止させ、この停止している時に保持ヘッドを退避させ、その後、再び可動電極を進出させて溶着用突起をワークに溶接するように構成され、前記供給ロッドはプロジェクションボルト供給装置に装備され、このプロジェクションボルト供給装置は定置式溶接機の一部に取り付けてあり、プロジェクションボルト供給装置は支持アームの長手方向で見て電極よりも後方側に配置され、可動電極の進退軸線上から保持ヘッドを退避させるための駆動手段が設置され、供給ロッドは支持アームに対して２方向に傾斜させてあり、これによって保持ヘッドに保持された軸部が受入孔と同軸になった位置で停止することができるように構成され、しかも、前記プロジェクションボルト供給装置は定置式溶接機の静止部材である支柱の側面に取り付けられた駆動手段にブラケットを介して取り付けられ、駆動手段の進退出力方向は可動電極の進退軸線に直交する向きとされ、前記保持ヘッドには片側が開放されたフランジ収容用の収容溝が形成され、この収容溝の長手方向は駆動手段の進退出力方向と同方向に設定され、ロボット装置に保持されたワークが可動電極と固定電極との間に進入する位置は、受入孔を有する可動電極から離隔しワークが固定電極に接触しているか、あるいは固定電極との間に僅かな隙間ができる程度の位置とされ、前記離隔によりワークが両電極の間に進入した状態のままプロジェクションボルト供給装置によって前記受入孔に軸部が挿入できるように構成したことを特徴とするプロジェクションボルトの溶接装置。

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