JP6004345B2 - プロジェクション溶接装置および溶接方法 - Google Patents

Description

この発明は、受入孔を有する中空の電極ガイドピンにフランジ付き軸状部品を挿入して鋼板部品に電気抵抗溶接で溶接する、プロジェクション溶接装置および溶接方法に関している。

特許第２０４８１５９号公報には、鋼板部品の下孔に貫通する進退可能な位置決め用のガイドピンを固定電極の端面から突出した状態で設置し、このガイドピンに形成した受入孔内に挿入される軸状部品には溶着用突起を有するフランジが一体的に形成され、前記受入孔は有底構造とされているとともに、受入孔の深さ方向の長さは受入孔内に挿入される軸状部品の長さよりも短く設定してあり、ガイドピンを介して軸状部品と下孔を正常な位置関係に確定させた状態でフランジを鋼板部品に溶接することが記載されている。

特許第２０４８１５９号公報

上記特許文献１に記載されている技術においては、固定電極に対して鋼板部品を供給したり、溶接完了後に鋼板部品を固定電極から取り出したりすることに関しては、何も記載されていない。また、鋼板部品をロボット装置のような搬入搬出機構で掴んで出し入れをする場合の技術問題についても、記載がなされていない。

本発明は、上記の問題点を解決するために提供されたもので、搬入搬出機構で掴まれた鋼板部品に対して、電極動作に起因する異常な外力が作用しないようにし、鋼板部品の品質を良好に維持するプロジェクション溶接装置および溶接方法の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、鋼板部品の下孔に貫通する進退可能な位置決め用のガイドピンを固定電極の端面から突出した状態で設置し、このガイドピンを進退させる駆動手段が設けられ、ガイドピンに形成した受入孔内に挿入される軸状部品には溶着用突起を有するフランジが一体的に形成され、前記受入孔は有底構造とされているとともに、受入孔の深さ方向の長さが受入孔内に挿入される軸状部品の長さよりも短く設定されていることにより、固定電極と対をなす可動電極の進出でガイドピンの先端部と鋼板部品の裏面との間に沈下空隙が形成されるように構成し、ガイドピンを介して軸状部品と下孔を正常な位置関係に確定させた状態でフランジが鋼板部品に溶接されるものにおいて、鋼板部品の下孔にガイドピンが貫通した状態で鋼板部品を前記固定電極の端面に密着させるように鋼板部品を搬入するとともに、フランジが鋼板部品に溶接されてから鋼板部品と軸状部品を一体にして受入孔から抜き取る搬入搬出機構が設けられ、この搬入搬出機構は鋼板部品の一部を掴んだ状態で鋼板部品を保持する形式とされ、前記搬入搬出機構による軸状部品の前記抜き取り動作が、鋼板部品が固定電極の端面に密着している状態から受入孔の軸線方向に沿って開始されるように、搬入搬出機構の搬出動作が設定され、前記搬出動作時には前記沈下空隙が前記駆動手段の停止位置の維持動作で維持されるように構成したことを特徴とするプロジェクション溶接装置である。

前記搬入搬出機構は、鋼板部品の下孔にガイドピンが貫通した状態で鋼板部品を固定電極の端面に密着させるように鋼板部品を搬入するとともに、フランジが鋼板部品に溶接されてから鋼板部品と軸状部品を一体にして受入孔から抜き取るものであり、また、搬入搬出機構は鋼板部品の一部を掴んだ状態で鋼板部品を保持する形式とされている。そして、搬入搬出機構による軸状部品の抜き取り動作が、鋼板部品が固定電極の端面に密着している状態、すなわち軸状部品で押し下げられたガイドピンが押し下げられた位置に停止した状態で受入孔の軸線方向に沿って開始されるように、搬入搬出機構の搬出動作が設定されている。

したがって、ロボット装置のような搬入搬出機構が軸状部品を受入孔から抜き取るときには、鋼板部品が固定電極の端面に密着している状態、すなわち軸状部品で押し下げられたガイドピンが押し下げられた位置に停止している状態から、端面に対して垂直方向に移動される。すなわち、軸状部品の軸線とガイドピンの受入孔の軸線が同軸の状態を維持しながら抜き取りがなされる。したがって、鋼板部品に対してはガイドピンから何の力も作用することがなく、鋼板部品に曲げ力が作用したり、軸状部品が受入孔の内面に強く接触して、ガイドピンの内側が異常摩耗をしたりすることが防止でき、滑らかな抜き取り動作で信頼性の高い溶接装置がえられる。さらに、ガイドピンの寿命を長期化することができる。

ロボット装置のような搬入搬出機構で鋼板部品の一部が掴まれているような場合には、搬入搬出機構が静止している状態でガイドピンが固定電極の端面から突き出る方向に移動すると、この突出変位が受入孔の底面から軸状部品を経て鋼板部品に伝わり、鋼板部品は搬入搬出機構の静止した掴み箇所を中心にして、すなわち固定箇所にして撓み変形をする。つまり、軸状部品は搬入搬出機構の掴み箇所を中心にした円弧運動を強制されることになるので、傾斜した軸状部品が受入孔の開口部内面や奥部内面に強く接触し、ガイドピン先端部や受入孔奥部を損傷させることになる。あるいは、鋼板部品が撓むとその撓み量によっては鋼板部品に塑性変形が生じて、部品形状が設計通りに求められないという、問題が発生する。

本発明では、軸状部品で押し下げられたガイドピンが押し下げられた位置に停止した状態で、しかも軸状部品の軸線とガイドピンの受入孔の軸線が同軸の状態を維持しながら抜き取りがなされるので、上述のような受入孔内面の損傷や、鋼板部品の異常変形などの問題が発生しない。

請求項２記載の発明は、鋼板部品の下孔に貫通する進退可能な位置決め用のガイドピンを固定電極の端面から突出した状態で設置し、このガイドピンに形成した受入孔内に挿入される軸状部品には溶着用突起を有するフランジが一体的に形成され、前記受入孔は有底構造とされているとともに、受入孔の深さ方向の長さは受入孔内に挿入される軸状部品の長さよりも短く設定してあり、ガイドピンを介して軸状部品と下孔を正常な位置関係に確定させた状態でフランジが鋼板部品に溶接されるものにおいて、鋼板部品の下孔にガイドピンが貫通した状態で鋼板部品を前記固定電極の端面に密着させるように鋼板部品を搬入するとともに、フランジが鋼板部品に溶接されてから鋼板部品と軸状部品を一体にして受入孔から抜き取る搬入搬出機構が設けられ、この搬入搬出機構は鋼板部品の一部を掴んだ状態で鋼板部品を保持する形式とされ、前記搬入搬出機構による軸状部品の前記抜き取りが、鋼板部品が固定電極の端面に密着しているとともに、軸状部品で押し下げられたガイドピンが押し下げられた位置に停止した状態から受入孔の軸線方向に沿って開始されることを特徴とするプロジェクション溶接方法である。

この溶接方法の発明の作用効果は、溶接装置の発明の上記作用効果と同じである。

装置全体および各部の断面図である。 軸状部品が溶接される動作過程を示す断面図である。 鋼板部品の異常形態を示す断面図である。 装置全体を動作させる制御系統図である。

つぎに、本発明のプロジェクション溶接装置および溶接方法を実施するための形態を説明する。

図１〜図４は、本発明の実施例１を示す。

最初に、軸状部品について説明する。

軸状部品１は、鉄製のプロジェクションボルトであり、その形状を図２（Ａ）にしたがって説明すると、軸状のボルト２と同心の状態で円形のフランジ３がボルト２と一体的に設けてある。フランジ３の下面に溶着用突起４が同一円周上に複数個設けてある。通常は、１２０度間隔で３個形成されている。

プロジェクションボルト１の各部の寸法は、ボルト２の長さと直径がそれぞれ２８ｍｍと８ｍｍ、フランジ３の直径と厚さがそれぞれ１８ｍｍと２ｍｍである。

つぎに、溶接装置の全体構成について説明する。

円筒状の固定電極１００は、機枠などの静止部材６に、固定ブラケット７を介して取り付けられている。固定電極１００の中心軸線Ｏ−Ｏが鉛直方向となるように、固定電極１００の向きが設定されている。固定電極１００と対をなす可動電極８が進退可能な状態で配置してある。固定電極１００の下部に後述のガイドピンを進退させる駆動手段９が結合してある。駆動手段９としては進退出力式の電動モータやエアシリンダなど種々なものが採用できる。ここでは、エアシリンダ９である。

固定電極１００の端面１１に鋼板部品１２が密着した状態で載置される。鋼板部品１２は、その一部である端部が搬入搬出機構１３によって掴まれている。搬入搬出機構１３としては、供給ロッドの先端部に鋼板部品１２をチャック機構などで掴んで水平方向や鉛直方向に進退させるものや、多関節式のロボット装置等が採用できる。ここでは、後者の多関節式のロボット装置１３である。ロボット装置１３は６軸タイプであり、その先端部分に鋼板部品１２の端部を掴むチャック１４が設けられ、ここが掴み箇所である。このような６軸タイプのロボット装置により、後述の図２に示す動作を容易に行わせることができる。

つぎに、固定電極の内部構造を説明する。

固定電極１００は円筒型であり、円筒状の第１部材１５と円筒状の第２部材１６と円筒状の第３部材１７が１本の筒状部材を形成するように結合されて、１本の外筒部材１８が形成されている。符号１９、２０はねじ部であり、第１部材１５、第２部材１６および第３部材１８の一体化結合を行っている。第１部材１５の上側に、円形の支持部材２２がねじ部２３を介して結合してある。この支持部材２２の上面が前述の端面１１である。第１部材１５、第２部材１６および第３部材１７、支持部材２２は銅合金で作られており、ここではクロム銅が採用されている。

ポリアミド樹脂のような絶縁材料で作られた円筒型の接続部材２４を介して、第３部材１７とエアシリンダ９が結合してある。ねじ部２５と２６が結合部とされている。

エアシリンダ９のピストンロッド２７と作動軸２８が接手部材２９を介して結合され、作動軸２８にねじ部３０を介してガイドピン３１が結合してある。第３部材１７には接手部材２９が進退できるようにするための大径孔３２が設けられ、支持部材２２と第１部材１５と第２部材１６には、作動軸２８とガイドピン３１が貫通する貫通孔３３が形成してある。

つぎに、冷却水通路について説明する。

第１部材１５内に冷却水通路３４が形成してある。冷却水通路３４を形成するために、第１部材１５内に環状部材３５が挿入してあり、その外側に環状の溝が形成されて冷却水通路３４が形成されている。冷却水の入口孔３６と出口孔３７が第１部材１５に形成され、流入した冷却水は図１（Ｂ）から明らかなように、左右に円周方向に分流して流出してゆく。なお、符号３８は水密用のＯリングである。この環状部材３５は、ポリアミド樹脂やポリエチレン樹脂のような合成樹脂、あるいはアルミニウムや銅合金などで作られている。なお、図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面が同図の（Ｂ）図であり、同様にＣ−Ｃ断面が同図の（Ｃ）図、Ｄ−Ｄ断面が同図の（Ｄ）図とされている。

環状部材３５に環状の冷却水通路３４を溝状に形成することにより、環状部材３５の内側に薄肉部３９が形成される。そして、この薄肉部３９の内側に前述の貫通孔３３が形成されている。

支持部材２２の貫通孔３３の内側には、筒状の絶縁体４０が圧入や接着などによって固定され、実際にはこの絶縁体４０の内面が貫通孔３３を形成している。また、上記のように環状部材３５の内面が貫通孔３３を形成している。このようにして貫通孔３３は、支持部材２２の箇所、第１部材１５の箇所、環状部材３５の箇所、第２部材１６の箇所にわたって一貫した同径の孔として形成されている。そして、作動軸２８やガイドピン３１と貫通孔３３の間の空隙が通気空隙４１とされている。なお、作動軸２８とガイドピン３１はねじ部３０で結合してあるが、このねじ部３０を止めて１本のガイドピン３１を接手部材２９と一体化することも可能である。

作動軸２８の進退動作において、作動軸２８がその中心軸線からずれる量をできるだけ少なくするために、第２部材１６の貫通孔３３に軸受筒４２が嵌め込まれ、作動軸２８と軸受筒４２の内面との間に摺動間隙４３が形成されている。この摺動間隙４３は微少な隙間なので、図１（Ｅ）と（Ｆ）にだけ拡大して図示されている。上記軸受筒４２は、耐摩耗性や耐熱性のすぐれた材料で作られており、合成樹脂材料や軸受金属材料などが適している。ここでは、ポリテトラフルオロエチレン（商品名：テフロン）である。

作動軸２８やガイドピン３１が揺動すると、ガイドピン３１の上端部が絶縁体４０に接触する虞がある。そこで、上記のように軸受筒４２が採用されるのであるが、ガイドピン３１、作動軸２８、ピストンロッド２７の全体的な軸系を２点支持することが望ましい。ここでは、１点が軸受筒４２であり、２点目がエアシリンダ９のピストンであり、このような２点支持でガイドピン３１の正確な進退動作が確保されている。

作動軸２８およびガイドピン３１の直径は９．５ｍｍ、貫通孔３３の内径は１１．９ｍｍであり、環状の通気空隙４１は１．２ｍｍである。また、軸受筒４２の内径は９．８ｍｍ、作動軸２８の直径は９．５ｍｍであり、軸受筒４２の箇所における環状の摺動間隙４３は０．１５ｍｍである。

冷却水通路３４は、熱発生源である溶着用突起４の溶融部にできるだけ近づけて配置してある。したがって、冷却水通路３４は支持部材２２に接近した箇所に配置されている。そして、軸受筒４２は溶着用突起４の溶融部からできるだけ遠ざけて配置してある。そのため、各部材の配置順序は、鋼板部品１２側から支持部材２２、冷却水通路３４、軸受筒４２の順番で配置してある。換言すると、熱源である鋼板部品１２に密着している支持部材２２と軸受筒４２の間に冷却水通路３４配置してある。

このような配置とすることによって、支持部材２２から第１部材１５を経て軸受筒４２に達する溶融熱は、冷却水通路３４において積極的に奪われる。このため、軸受筒４２の加熱状態が軽減されるので、精度良く維持されるべき摺動間隙４３の過少化が最小限にとどめられる。もし、軸受筒４２が異常に加熱されると、軸受筒４２の膨張量が過大になるため摺動間隙４３が異常に過少となり、摺動抵抗が高くなりすぎたり後述の空気流が阻害されたりする、という弊害が生じる。なお、軸受筒４２が加熱されるとその内径が小さくなるのは、軸受筒４２が軸受筒４２よりも熱膨張量の少ない第２部材１６によって包囲されているためである。

つぎに、ガイドピンについて説明する。

固定電極１００が待機状態にあるときには、エアシリンダ９の動作によりガイドピン３１の先端が支持部材２２の端面１１から突き出た位置に停止している。鋼板部品１２には予め下孔１０が開けられ、鋼板部品１２が搬入されてきて下孔１０とガイドピン３１が同軸になった状態で鋼板部品１２を端面１１側へ移行させると、ガイドピン３１の先端部が相対的に下孔１０を貫通し、鋼板部品１２が端面１１に密着する。この密着した状態では、図１（Ａ）や図２（Ａ）に示すように、ガイドピン３１の先端部は鋼板部品１２からわずかに突き出ている。下孔１０の内径とガイドピン３１の外径との差はできるだけ小さく設定されており、例えば、上記差寸法は０．４ｍｍであり、片側の隙間としては０．２ｍｍである。

ガイドピン３１には端部に開口する受入孔４５が設けてある。図１（Ａ）では符号の引き出し線が輻輳して見にくいので、図２（Ｅ）にしたがって説明する。受入孔４５は断面円形の孔であり、ガイドピン３１と同軸状態で形成してあり、底面４６が形成された有底構造である。受入孔４５にボルト２が挿入され、ボルト２の下端が図２（Ａ）に示すように、底面４６で受止められる。なお、図１（Ａ）と図２（Ａ）は同じ作動状態を示している。この受入孔４５の中心軸線Ｏ−Ｏは、ボルト２の軸線、作動軸２８の軸線、固定電極１００の軸線などと同軸とされ、鉛直方向に向けて配置されている。

受入孔４５の深さ方向の長さは、そこに挿入されるボルト２の長さよりも短く設定してある。このような長さ関係とすることにより、受入孔４５にボルト２を挿入すると、図１（Ａ）や図２（Ａ）に示すように、溶着用突起４と鋼板部品１２の表面との間に浮上空間Ｌ１が形成される。

つぎに、空気通路について説明する。

第３部材１７に冷却空気の流入孔４７が開けられ、空気供給源（図示していない）から送られてきた冷却空気が外筒部材１８内に流入し、通過する。流入孔４７から第３部材１７内に流入した冷却空気は、接手部材２９と第３部材１７内面との隙間を通過して貫通孔３３へ送られる。貫通孔３３は、第２部材１６における通気空隙４１、軸受筒４２における摺動間隙４３、環状部材３５における通気空隙４１、第１部材１５における通気空隙４１および絶縁体４０における通気空隙４１を経て、溶着用突起４と鋼板部品１２の溶着部に供給される。

上述の空気流は、図１（Ｆ）に示すように、摺動間隙４３において流路面積が大幅に減少するので、ここで空気流が絞られた状態になる。この状態から再び流路面積の大きな通気空隙４１に流れるので、冷却空気はここで急膨張をする。この膨張はいわゆる断熱膨張であり、そのために冷却空気の温度が低下する。このような温度低下によって、環状部材３５自体や環状部材３５で包囲されているガイドピン３１の箇所を積極的に冷却する効果がある。

貫通孔３３を通過する冷却空気は、溶着時に発生するスパッタがボルト２にこびり付かないようにすることや、貫通孔３３内にスパッタが侵入しないようにすることや、後述の冷却作用を果たしている。

つぎに、冷却過程について説明する。

溶着時の熱は、支持部材２２から第１部材１５を経て冷却水通路３４の方へ伝熱されて冷却水に奪われ、第２部材１６や軸受筒４２への伝達熱量が少量化される。冷却水通路３４における冷却作用は、主に溶着部から外筒部材１８側を流れる熱を奪う役割を果たしている。

一方、溶着部からフランジ３、ボルト２の下端部、底面４６を経てガイドピン３１に伝わった熱は、主に冷却空気が環状部材３５における貫通孔３３を通過するときに奪われることになる。また、この通過空気は前述の断熱膨張で低温化されているので、ガイドピン３１をより効果的に冷却している。冷却空気の温度が冷却水の温度よりも低いときには、薄肉部３９を介して冷却水の温度低下にも貢献している。また、冷却空気の温度が冷却水の温度よりも高いときには、冷却水通路３４の冷却水によって薄肉部３９を介して冷却空気が冷却され、間接的に環状部材３５の部分のガイドピン３１が冷却されている。

このような熱の授受にともない、冷却空気によって冷却水が冷却されているのか、あるいは冷却水によって冷却空気が冷却されているのかは、冷却水と冷却空気のいずれの温度が低いかによって熱流の方向は変化する。例えば、生産量が増大して、連続的溶接により外筒部材１８側が著しく高温になっていると、冷却水の温度が高くなり冷却水が冷却空気によって冷却される。ボルト２の下端部は、プロジェクションボルト溶接後の鋼板部品１２が取り出されるまで底面４６に接触しているので、この接触箇所からガイドピン３１への伝達熱量が多くなる。

上述のように、環状部材３５における貫通孔３３の箇所では、冷却水による冷却と空気流による空冷とが複合した状態になっている。このような複合した冷却箇所に隣接させた状態で受入孔４５が形成されている。つまり、受入孔４５が形成されている部分は中空構造であるから、放熱性が良好である。しかし、ボルト２の下端部は、プロジェクションボルト溶接後の鋼板部品１２が取り出されるまで底面４６に接触しているので、この接触箇所からガイドピン３１への伝達熱量が多くなる。同時に、受入孔４５に隣接している中実構造の部分は熱容量が大きいので、中空構造部に近い中実な箇所を積極的に冷却することが望ましい。したがって、軸線方向で見て環状部材３５を受入孔４５の底面４６の近くに隣接させて配置し、冷却水通路３４が形成されている。

図２（Ｃ）に示すように、プロジェクションボルト１が押し下げられてボルト２がガイドピン３１を下降させているときは、ボルト２の下端部が受入孔４５の底面４６に密着して、ガイドピン３１への伝達熱量が多くなっている時期である。このような状態において、底面４６の位置を環状部材３５の近傍に位置させることにより、冷却空気流の冷却に加えて冷却水による冷却を複合させることができて、ガイドピン３１の冷却をより促進することができる。

底面４６を上述のように環状部材３５の近傍に位置させることの具体例として、例えば、環状部材３５の軸線方向で見て、環状部材３５の部分の貫通孔３３の内側に位置させることが最適である。または、底面４６を上記内側に位置させるのは、プロジェクションボルト１が押し下げられていない時期において、環状部材３５における貫通孔３３の内側に位置させるようにすることも可能である。この場合は、受入孔４５の深さが十分に長いときに、可能となる。

上述のようにして、外筒部材１８やガイドピン３１は、冷却水や冷却空気によって２重冷却的に冷却されている。

つぎに、溶接の動作過程を説明する。

図２（Ａ）や図１（Ａ）においては、可動電極８と固定電極１００の端面１１との間隔が紙面の都合で狭く図示されているが、実際には可動電極８がもっと上方に待機して、鋼板部品１２の出し入れに支障がない程度に間隔が大きく設定されている。

図２（Ａ）や図１（Ａ）に示すように、エアシリンダ９の動作でガイドピン３１はその先端部が端面１１から突き出た状態で待機している。ロボット装置１３のチャック１４で端部が掴まれた鋼板部品１２が両電極８と１００の間に水平方向に挿入され、鋼板部品１２の下孔１０がガイドピン３１と同軸になった位置、すなわち下孔１０が中心軸線Ｏ−Ｏと同軸になった位置で停止し、ついでロボット装置１３の動作で鋼板部品１２が中心軸線Ｏ−Ｏに沿って鉛直方向に端面１１の方へ移動する。これらの動作によって、ガイドピン３１が相対的に下孔１０を貫通して鋼板部品１２が端面１１に密着する。

鋼板部品１２が上記のように搬入されると、今度は、ボルト２が受入孔に挿入され、ボルト２の下端が底面４６に受止められる。ボルト２がこのように受入孔４５内に挿入されていることにより、ボルト２と下孔１０の相対位置が正確に設定される。つまり、ガイドピン３１が基準ピンのような役割を果たし、ガイドピン３１を介して上記相対位置が決定づけられている。受入孔４５にボルト２を挿入する方法は、作業者がプロジェクションボルト１を手で持って挿入したり、一般的に知られている進退式の供給ロッドでプロジェクションボルト１を保持して挿入したりすることができる。

その後、図２（Ｂ）に示すように、可動電極８が下降してきて可動電極８の端面がフランジ３の表面を押し下げることにより、その押し下げ変位がボルト２の下端から底面４６を経てガイドピン３に伝えられて、エアシリンダ９が後退させられる。このような動作で、溶着用突起４が鋼板部品１２の表面に加圧される。このときに前記浮上空間Ｌ１が縮まり、逆にガイドピン３１の先端部と鋼板部品１２の裏面との間に沈下空隙Ｌ２が形成される。上記押し下げ変位でエアシリンダ９が押し下げられるときには、エアシリンダの圧縮空気を大気中に放出するようにすることが望ましい。あるいは、上記押し下げ時に、エアシリンダ９に後退動作を行わせてガイドピン３１を後退させるようにしてもよい。

上述のように、溶着用突起４が鋼板部品１２の表面に加圧されていることにより、溶着用突起４が鋼板部品１２の表面上をずれ動くことがない。したがって、ボルト２と受入孔４５の相対位置が正確に設定され、ボルト２と下孔１０の相対位置も正確に維持される。なお、鋼板部品１２はロボット装置１３により静止状態におかれているので、ボルト２の下降時にガイドピン３１の先端部が下孔１０から抜け出たときから溶着用突起４が鋼板部品１２に圧着されるまでの間に、下孔１０が直径方向にずれることはない。

ついで、図２（Ｃ）に示すように、溶接電流の通電がなされることにより、溶着用突起４が鋼板部品１２に溶着される。図中、黒く塗りつぶした箇所が溶着部である。このときのガイドピン３１は沈下空隙Ｌ２を保ったままとなるように、エアシリンダ９の停止位置が維持されている。

図２（Ｃ）の状態から可動電極８が後退すると、今度は、同図（Ｄ）に示すように、ロボット装置１３の動作でボルト２と鋼板部品１２が一体になったまま受入孔４５から抜き取られる。この抜き取り動作は、鋼板部品１２が支持部材２２の端面１１に密着している状態から開始され、ボルト２は中心軸線Ｏ−Ｏと同軸状態のままで抜き取られる。そして、ボルト２の下端が貫通孔３３から脱出すると、ロボット装置１３の動作で鋼板部品１２は部品収容箱などの目的箇所へ搬送される。

抜き取り動作は、鋼板部品１２が支持部材２２の端面１１に密着している状態から開始される。このような事を実現するために、沈下位置にあるガイドピン３１が沈下空隙Ｌ２を維持したままで、ロボット装置１３による抜き取り動作が開始されるように、エアシリンダ９の停止位置の維持動作やロボット装置１３の動作開始などが設定されている。換言すると、抜き取り動作が開始されるまでにエアシリンダ９の復帰動作が開始されると、ボルト２が一体になった鋼板部品１２が強制的にガイドピン３１の底面４６を経て突き上げられることとなり、図３に示したような異常形態が発生するのである。

図２（Ｄ）に示す抜き取り動作が完了すると、今度は、エアシリンダ９の動作でガイドピン３１が復帰して図２（Ｅ）に示すように、端面１１から突出して、つぎの溶接工程に備えることとなる。

上記の一連の動作において、冷却空気は少なくとも、図２（Ｂ）に示した溶着用突起４が鋼板部品１２の表面に接触して空気通過の空隙がフランジ３と鋼板部品表面との間に存在しているときから、図２（Ｃ）に示す溶着用突起４が鋼板部品１２に溶着するまでの期間にわたって送給される。この送給期間の間に空冷機能に加えてスパッタ除去などがなされる。そして、溶接完了後に可動電極が後退するときには、空気送給を中止して空気圧で鋼板部品１２が端面１１から離れることを防止することが望ましい。

もし、溶接完了後の鋼板部品１２に空気圧が作用すると、図３に示した異常形態になる虞がある。また、空冷作用をより効果的に効かせるために、プロジェクションボルト１の抜き取り後に、再度、冷却空気を追加的に送給することも可能である。いわゆる２段吹きである。このように空気供給のオン・オフ制御は、後述の制御手法で実施することができる。たとえば、図２（Ｅ）に示すガイドピン３１の突出信号で、２段目の空気噴射を行うことができる。

図３は、抜き取り動作が開始されるまでにエアシリンダ９の復帰動作が開始されるために、ボルト２が一体になった鋼板部品１２が強制的にガイドピン３１の底面４６で突き上げられている状態である。この突き上げ変位は、受入孔４５の底面４６からボルト２の下端や溶着部を経て鋼板部品１２に伝わっている。したがって、鋼板部品１２は図示のように撓み箇所４８において曲げられている。そのために、ボルト２の外周面が受入孔４５の開口部近傍の内面や底面４６近傍の内面に対して、圧接した状態になり、受入孔４５の内面を損傷させてガイドピン３１の耐久性を低下させている。あるいは、鋼板部品１２の撓み箇所４８に塑性変形が発生することもあり、鋼板部品１２に異常変形が発生する。

つぎに、溶接の動作制御について説明する。

図２にしたがって説明した溶接過程を実行する動作制御は、一般的に採用されている制御手法で容易に行うことが可能である。制御装置またはシーケンス回路からの信号で動作するタイマーや空気切換弁、あるいはエアシリンダの所定位置で信号を発して前記制御装置に送信するセンサー等を組み合わせることによって、所定の動作を確保することができる。このような動作制御を実行する制御系統の一例が、図４に示されている。

図４において符号４９は、可動電極８を進退させるためのエアシリンダである。図４において、矢線は制御信号の通信線、実線は空気の給排管、鎖線は電力供給線を示している。

起動スイッチ５０によってタイマーなどを内蔵した制御装置５１を動作させると、空気切換弁５２からエアシリンダ９と４９に作動空気が送られて、ガイドピン３１が突き出るとともに、可動電極８が後退位置におかれる。それに引き続く信号が制御装置５１からロボット装置１３の制御装置５３へ送られて、鋼板部品１２を掴んだロボット装置１３が動作して、鋼板部品１２の下孔１０にガイドピン３１が貫通し、しかも鋼板部品１２が端面１１に密着する。

この密着完了状態を示す信号が制御装置５３から制御装置５１に送られる。そこで制御装置５１からの信号でエアシリンダ４９が動作してプロジェクションボルト１を加圧し、ガイドピン３１が貫通孔３３内に入り込んで停止する。ここで前記沈下空隙Ｌ２が形成される。これに引き続いて溶接電流の通電がなされる。溶接電流の通電後、制御装置５１内のタイマーが作動して空気切換弁５２から作動空気をエアシリンダ９に送り続けることにより、ガイドピン３１が沈下空隙Ｌ２を維持した状態となる。上記タイマーによって沈下空隙Ｌ２が維持されている間に、制御装置５３からロボット装置１３への動作信号が送られてプロジェクションボルト１が受入孔４５から抜き取られる。

この抜き取りが完了すると、タイマーからの信号で空気切換弁５２から作動空気がエアシリンダ９に送られて、ガイドピン３１が突出位置に復帰してつぎの溶接動作に備えるようになる。なお、鋼板部品１２の抜き取り後におけるガイドピン３１の復帰突出を、ロボット装置１３の抜き取り完了信号を制御装置５３から制御装置５１で受領して、実行するようにしてもよい。

なお、上記各種のエアシリンダに換えて、進退出力をする電動モータを採用することもできる。

以上に説明した実施例１の作用効果は、つぎのとおりである。

ロボット装置１３は、鋼板部品１２の下孔１０にガイドピン３が貫通した状態で鋼板部品１２を固定電極１００の端面１１に密着させるように鋼板部品１２を搬入するとともに、フランジ３が鋼板部品１２に溶接されてから鋼板部品１２とプロジェクションボルト１を一体にして受入孔４５から抜き取るものであり、また、ロボット装置１３は鋼板部品１２の端部を掴んだ状態で鋼板部品１２を保持する形式とされている。そして、ロボット装置１３による軸状部品１２の抜き取り動作が、鋼板部品１２が固定電極１００の端面１１に密着している状態、すなわちボルト２で押し下げられたガイドピン３１が押し下げられた位置に停止した状態で、受入孔４５の軸線Ｏ−Ｏ方向に沿って開始されるように、エアシリンダ９の停止動作およびロボット装置１３の搬出動作が設定されている。

したがって、ロボット装置１３がプロジェクションボルト１を受入孔４５から抜き取るときには、鋼板部品１２が固定電極１００の端面１１に密着している状態、すなわちプロジェクションボルト１で押し下げられたガイドピン３１が押し下げられた位置に停止している状態から、端面１１に対して垂直方向、すなわち中心軸線Ｏ−Ｏ方向に移動される。すなわち、プロジェクションボルト１の軸線とガイドピン３１の受入孔４５の中心軸線Ｏ−Ｏが同軸の状態を維持しながら抜き取りがなされる。したがって、鋼板部品１２に対してはガイドピン３１から何の力も作用することがなく、鋼板部品１２に曲げ力が作用したり、プロジェクションボルト１が受入孔４５の内面に強く接触して、ガイドピン３１の内側が異常摩耗をしたりすることが防止でき、滑らかな抜き取り動作で信頼性の高い溶接装置がえられる。さらに、ガイドピン３１の寿命を長期化することができる。

ロボット装置１３で鋼板部品１２の一部が掴まれているような場合には、ロボット装置１３が静止している状態でガイドピン３１が固定電極１００の端面１１から突き出る方向に移動すると、この突出変位が受入孔４５の底面４６から軸状部品１を経て鋼板部品１２に伝わり、鋼板部品１２はロボット装置１３の静止した掴み箇所１４を中心にして、すなわち固定箇所にして撓み変形をする。つまり、プロジェクションボルト１はロボット装置１３の掴み箇所１４を中心にした円弧運動を強制されることになるので、傾斜したプロジェクションボルト１が受入孔４５の開口部内面や奥部内面に強く接触し、ガイドピン先端部や受入孔奥部を損傷させることになる。あるいは、鋼板部品１２が撓むとその撓み量によっては鋼板部品１２に塑性変形が生じて、部品形状が設計通りに求められないという、問題が発生する。

本実施例では、プロジェクションボルト１で押し下げられたガイドピン３１が押し下げられた位置に停止した状態で、しかもプロジェクションボルト１の軸線とガイドピン３１の受入孔４５の中心軸線Ｏ−Ｏが同軸の状態を維持しながら抜き取りがなされるので、上述のような受入孔内面の損傷や、鋼板部品の異常変形などの問題が発生しない。

溶接方法の実施例の作用効果は、溶接装置の実施例の上記作用効果と同じである。

上述のように、本発明は、搬入搬出機構で掴まれた鋼板部品に対して、電極動作に起因する異常な外力が作用しないようにし、鋼板部品の品質を良好に維持するプロジェクション溶接装置および溶接方法である。したがって、自動車の車体溶接工程や、家庭電化製品の板金溶接工程などの広い産業分野で利用できる。

１ 軸状部品、プロジェクションボルト
２ 軸部、ボルト
３ フランジ
４ 溶着用突起
８ 可動電極
１０ 下孔
１１ 端面
１２ 鋼板部品
１３ 搬入搬出機構、ロボット装置
１４ 掴み箇所、チャック
１５ 第１部材
１６ 第２部材
１７ 第３部材
１８ 外筒部材
２２ 支持部材
２８ 作動軸
３１ ガイドピン
３３ 貫通孔
３４ 冷却水通路
３５ 環状部材
３９ 薄肉部
４０ 絶縁体
４１ 通気空隙
４２ 軸受筒
４３ 摺動間隙
４５ 受入孔
４６ 底面
４８ 掴み箇所、チャック
１００ 固定電極
Ｌ１ 浮上空間
Ｌ２ 沈下空隙

Claims (2)

1. 鋼板部品の下孔に貫通する進退可能な位置決め用のガイドピンを固定電極の端面から突出した状態で設置し、このガイドピンを進退させる駆動手段が設けられ、ガイドピンに形成した受入孔内に挿入される軸状部品には溶着用突起を有するフランジが一体的に形成され、前記受入孔は有底構造とされているとともに、受入孔の深さ方向の長さが受入孔内に挿入される軸状部品の長さよりも短く設定されていることにより、固定電極と対をなす可動電極の進出でガイドピンの先端部と鋼板部品の裏面との間に沈下空隙が形成されるように構成し、ガイドピンを介して軸状部品と下孔を正常な位置関係に確定させた状態でフランジが鋼板部品に溶接されるものにおいて、
   鋼板部品の下孔にガイドピンが貫通した状態で鋼板部品を前記固定電極の端面に密着させるように鋼板部品を搬入するとともに、フランジが鋼板部品に溶接されてから鋼板部品と軸状部品を一体にして受入孔から抜き取る搬入搬出機構が設けられ、この搬入搬出機構は鋼板部品の一部を掴んだ状態で鋼板部品を保持する形式とされ、
   前記搬入搬出機構による軸状部品の前記抜き取り動作が、鋼板部品が固定電極の端面に密着している状態から受入孔の軸線方向に沿って開始されるように、搬入搬出機構の搬出動作が設定され、前記搬出動作時には前記沈下空隙が前記駆動手段の停止位置の維持動作で維持されるように構成したことを特徴とするプロジェクション溶接装置。
2. 鋼板部品の下孔に貫通する進退可能な位置決め用のガイドピンを固定電極の端面から突出した状態で設置し、このガイドピンに形成した受入孔内に挿入される軸状部品には溶着用突起を有するフランジが一体的に形成され、前記受入孔は有底構造とされているとともに、受入孔の深さ方向の長さは受入孔内に挿入される軸状部品の長さよりも短く設定してあり、ガイドピンを介して軸状部品と下孔を正常な位置関係に確定させた状態でフランジが鋼板部品に溶接されるものにおいて、
   鋼板部品の下孔にガイドピンが貫通した状態で鋼板部品を前記固定電極の端面に密着させるように鋼板部品を搬入するとともに、フランジが鋼板部品に溶接されてから鋼板部品と軸状部品を一体にして受入孔から抜き取る搬入搬出機構が設けられ、この搬入搬出機構は鋼板部品の一部を掴んだ状態で鋼板部品を保持する形式とされ、
   前記搬入搬出機構による軸状部品の前記抜き取りが、鋼板部品が固定電極の端面に密着しているとともに、軸状部品で押し下げられたガイドピンが押し下げられた位置に停止した状態から受入孔の軸線方向に沿って開始されることを特徴とするプロジェクション溶接方法。

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