特許 5860281 スポット溶接装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5860281

(24)【登録日】2015年12月25日

(45)【発行日】2016年2月16日

(54)【発明の名称】スポット溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 11/24 20060101AFI20160202BHJP

   B23K 11/11 20060101ALI20160202BHJP

【ＦＩ】

   B23K11/24 336

   B23K11/11 520

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2011-284804(P2011-284804)

(22)【出願日】2011年12月27日

(65)【公開番号】特開2013-132662(P2013-132662A)

(43)【公開日】2013年7月8日

【審査請求日】2014年10月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】富士重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100354

【弁理士】

【氏名又は名称】江藤 聡明

(72)【発明者】

【氏名】坂井 健輔

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０１１２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１９５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０４２０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２９１０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００２９２８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１３２６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３２６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３２６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８６０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０７１１６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ １１／２４

Ｂ２３Ｋ １１／１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１溶接電極と、
被溶接部材に当接して前記第１溶接電極と協働して前記被溶接部材を挟持する第２溶接電極を被溶接部材に当接して加圧力を付与する加圧位置と被溶接部材から離反する退避位置に移動せしめる加圧アクチュエータと、
副加圧部を前記被溶接部材に当接して副加圧力を付与する副加圧位置と被溶接部材から離反する退避位置に移動せしめる副加圧アクチュエータとを有し、
加圧アクチュエータによって前記第１溶接電極及び第２溶接電極により前記被溶接部材を挟持加圧すると共に副加圧アクチュエータによって副加圧力を付与して前記第１溶接電極及び第２溶接電極に通電して被溶接部材を溶接するスポット溶接装置であって、
副加圧部から被溶接部材に付与される実副加圧力を検出する副加圧検出手段を有し、
前記副加圧部が前記被溶接部材に当接して副加圧力を付与した作動状態において、前記副加圧検出手段により検知された実副加圧力と予め設定された設定副加圧力によって副加圧力が設定副加圧力になるように副加圧アクチュエータを制御する溶接制御手段を備えたことを特徴とするスポット溶接装置。

【請求項2】

副加圧検出手段は、前記副加圧部と副加圧アクチュエータとの間に介在するロードセルである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】

前記副加圧アクチュエータは、サーボモータを有し、該サーボモータは供給されるモータ電流に対応する副加圧力を副加圧部に付与すると共に、
溶接制御手段は、前記副加圧検出手段により検知された実副加圧力と予め設定された設定副加圧力によってサーボモータによる副加圧力が設定副加圧力になるようにモータ電流を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のスポット溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接装置に関し、特に剛性の異なる板材を重ね合わせた板組の被溶接部材をスポット溶接するスポット溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、重ね合わされた鋼板等の板材の接合には、一対の溶接電極間で挟み加圧力を与えながら両電極間に大電流を一定時間通電するスポット溶接が広く行われている。

【0003】

スポット溶接にあたり、両溶接電極による加圧力及び通電時間が一定の場合には、ナゲット径は電流の増加に従って徐々に増加するが、電流値が過大になると発熱量が多くなり板材間に溶融金属が飛散する散りの発生原因となる。即ち、接合部における板厚の減少と共に強度低下の要因となる。反対に電流が過少の場合にはナゲットが小さくなり十分な接合強度が得られない。また、加圧力が小さいと板材間の接触面積が少なくなり、電流密度が高くなり過熱による散り発生原因となる。一方、加圧力が大き過ぎると接合部の接触面積が大きくなり電流密度が低下して発熱量が減少し、ナゲットが小さくなり溶接強度が低下する。

【0004】

ここで、図６に示すように、剛性の低い薄板１０１、この薄板１０１より剛性が高い第１厚板１０２及び第２厚板１０３の３枚を重ね合わせた被溶接部材１００をスポット溶接する場合には、各板材１０１、１０２、１０３の間に隙間がなく密着した状態では、可動側電極１１１と固定側電極１１２により被溶接部材１００を加圧して電源１１３により通電すると、可動側電極１１１と固定側電極１１２間の通電経路における電流密度がほぼ均一となり薄板１０１から第２厚板１０３に亘って良好なナゲットが形成されて溶接強度を得ることができる。

【0005】

しかし、実際には、可動側電極１１１と固定側電極１１２によって被溶接部材１００を加圧したときに、剛性の低い薄板１０１と第１厚板１０２が上方に撓んで、薄板１０１と第１厚板１０２の間及び第１厚板１０２と第２厚板１０３との間に隙間が生じる。この場合、可動側電極１１１と薄板１０１間の接触面積は薄板１０１の撓みにより大きくなるのに対して、薄板１０１と第１厚板１０２間及び第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接合部の接触面積はより小さくなる。

【0006】

このため、可動側電極１１１と固定側電極１１２間の電流密度が薄板１０１側に対して第２厚板１０３側が高くなり、薄板１０１と第１厚板１０２間よりも第１厚板１０２と第２厚板１０３間の方が局部的な発熱量が多くなる。その結果、図６（ａ）に示すように、先ず第１厚板１０２と第２厚板１０３との接合部にナゲットＮが形成され、次第にナゲットＮが大きくなりやがて図６（ｂ）のように薄板１０１と第１厚板１０２間が溶着される。しかし、この薄板１０１と第１厚板１０２との間の溶け込み量は小さく溶接強度が不安定で、薄板１０１の剥離が懸念され、かつ溶接品質にバラツキがある。この不具合は、特に第１厚板１０２及び第２厚板１０３が厚いほど第１厚板１０２と薄板１０１との間にナゲットＮが到達しにくく、顕著である。

【0007】

この対策として、例えば特許文献１に開示されたスポット溶接装置がある。このスポット溶接装置は、図７に示すように、溶接ロボット１１５の手首部１１６にスポット溶接装置１２０が搭載され、溶接ロボット１１５は、クランパ１１８によって支持された被溶接部材１００の各打点位置にスポット溶接ガン１２０を移動し、被溶接部材１００のスポット溶接を行う。

【0008】

スポット溶接装置１２０は、手首部１１６に取り付けられたガン支持ブラケット１１７に固定されたリニアガイド１２１によって上下動自在に支持されたベース部１２２を備え、ベース部１２２に下方に延びる固定アーム１２３が設けられ、固定アーム１２３の下端先端に固定側電極１２４が設けられる。また、ベース部１２２の上端に加圧アクチュエータ１２６が搭載され、加圧アクチュエータ１２６により上下動するロッド１２７の下端に可動側電極１２５が取り付けられる。ガン支持ブラケット１１７の上端にサーボモータ１２８が搭載され、サーボモータ１２８の作動によりボールねじ機構を介してベース部１２２が上下動する。

【0009】

ここで、図示しないコントローラに予め記憶されているティーチングデータに従って、薄板１０１側に位置する可動側電極１２５による加圧力ＦＵを固定側電極１２４による加圧力ＦＬよりも小さくする（ＦＵ＜ＦＬ）。

【0010】

このように可動側電極１２５による加圧力ＦＵを固定側電極１２４による加圧力ＦＬより小さくするために、先ず、サーボモータ１２８によりベース部１２２を上昇させて固定側電極１２４を被溶接部材１００の下面に当接させると共に、加圧アクチュエータ１２６により可動側電極１２５を下降させて被溶接部材１００の上面に当接させて加圧する。次に、サーボモータ１２８によりベース部１２２を押し上げる。このベース部１２２の押し上げにより、固定側電極１２４の加圧力ＦＬがベース部１２２の押し上げ分だけ増加し、可動側電極１２５による加圧力ＦＵが固定側電極１２４による加圧力ＦＬより小さくなる。

【0011】

その結果、可動側電極１２５と固定側電極１２４との間に通電したときに、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における電流密度が高くなり発熱量が第１厚板１０２と第２厚板１０３の接合部における発熱量に対して相対的に増加する。これにより、薄板１０１から第２厚板１０３に亘って偏りのない良好なナゲットが生成されて溶接強度を確保できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２００３−２５１４６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

上記特許文献１によると、固定側電極１２４の加圧力ＦＬより可動側電極１２５側の加圧力ＦＵを小さくすることで、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の電流密度が高くなり、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における発熱量が確保でき、溶け込み量が増大して溶接強度が増加する。

【0014】

しかし、クランパ１１８によりクランプ保持された被溶接部材１００を固定側電極１２４と可動側電極１２５によって挟持加圧した状態でベース部１２２を移動して固定側電極１２４の加圧力ＦＬより可動側電極１２５による加圧力ＦＵを小さくするには、被溶接部材１００をクランプ保持するクランパ１１８に大きな負荷が要求される。一方、クランパ１１８による被溶接部材１００のクランプ位置と溶接位置が離間した状態では、被溶接部材１００が撓み変形して固定側電極１２４による加圧力ＦＬと可動側電極１２５による加圧力ＦＵにバラツキが生じて安定した薄板１０１と第１厚板１０２との間の接触抵抗及び第１厚板１０２と第２厚板１０３との間の接触抵抗の確保が困難であり、接合部における電流密度にバラツキが生じてスポット溶接の品質低下が懸念される。

【0015】

従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、剛性の異なる板材を重ね合わせた板組の被溶接部材をスポット溶接するにあたり、優れた溶接品質が得られるスポット溶接装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記目的を達成する請求項１に記載のスポット溶接装置の発明は、第１溶接電極と、被溶接部材に当接して前記第１溶接電極と協働して前記被溶接部材を挟持する第２溶接電極を被溶接部材に当接して加圧力を付与する加圧位置と被溶接部材から離反する退避位置に移動せしめる加圧アクチュエータと、副加圧部を前記被溶接部材に当接して副加圧力を付与する副加圧位置と被溶接部材から離反する退避位置に移動せしめる副加圧アクチュエータとを有し、加圧アクチュエータによって前記第１溶接電極及び第２溶接電極により前記被溶接部材を挟持加圧すると共に副加圧アクチュエータによって副加圧力を付与して前記第１溶接電極及び第２溶接電極に通電して被溶接部材を溶接するスポット溶接装置であって、副加圧部から被溶接部材に付与される実副加圧力を検出する副加圧検出手段を有し、前記副加圧部が前記被溶接部材に当接して副加圧力を付与した作動状態において、前記副加圧検出手段により検知された実副加圧力と予め設定された設定副加圧力によって副加圧力が設定副加圧力になるように副加圧アクチュエータを制御する溶接制御手段を備えたことを特徴とする。

【0017】

これによると、第１溶接電極及び第２溶接電極によって加圧力が付与された被溶接部材に副加圧アクチュエータにより副加圧部から副加圧力を付与して第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力を制御して被溶接部材をスポット溶接するにあたり、副加圧検出手段により副加圧部から被溶接部材に付与する実際の副加圧力を検出し、副加圧検出手段により検知された実副加圧力と予め設定された設定副加圧力によって副加圧力を設定副加圧力になるように、即ち実副加圧力と設定副加圧力との差が減少するように副加圧アクチュエータを制御することで、副加圧アクチュエータ等の内部機械的損失等による影響が回避されて予め設定した高精度の副加圧力が付与され、剛性の異なる板材を重ねた被溶接部材に対する優れた溶接品質が得られる。

【0018】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスポット溶接装置において、副加圧力検出手段は、前記副加圧部と副加圧アクチュエータとの間に介在するロードセルであることを特徴とする。

【0019】

これによると、副加圧力部による副加圧力を検出する副加圧検出手段が、副加圧部と副加圧アクチュエータとの間に介在するロードセルによって構成できると共に副加圧アクチュエータに影響されることなく副加圧部の実副加圧力がロードセルによって検出できる。

【0020】

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のスポット溶接装置において、前記副加圧アクチュエータは、サーボモータを有し、該サーボモータは供給されるモータ電流に対応する副加圧力を副加圧部に付与すると共に、溶接制御手段は、前記副加圧検出手段により検知された実副加圧力と予め設定された設定副加圧力によってサーボモータによる副加圧力が設定副加圧力になるようにモータ電流を制御することを特徴とする。

【0021】

これによると、サードモータに供給するモータ電流を、溶接制御手段によって副加圧検出手段により検知された実副加圧力と設定副加圧力に基づいてサーボモータによる副加圧力が設定副加圧力になるように制御することで、予め設定した高精度の副加圧力が被溶接部材に付与され被溶接部材に対する優れた溶接品質が得られる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によると、第１溶接電極及び第２溶接電極によって加圧力が付与された被溶接部材に副加圧アクチュエータにより副加圧部から副加圧力が付与して第１溶接電極と第２溶接電極による加圧力を制御して被溶接部材をスポット溶接するにあたり、副加圧検出手段により副加圧部から被溶接部材に付与する実際の副加圧力を検出し、副加圧検出手段により検知された実副加圧力と予め設定された設定副加圧力によって副加圧力が設定副加圧力になるように副加圧アクチュエータを制御することで、副加圧アクチュエータ等の内部機械的損失等による影響されることなく予め設定した高精度の副加圧力が付与され、剛性の異なる板材を重ねた被溶接部材に対する優れた溶接品質が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】一実施の形態におけるスポット溶接装置の構成図である。

【図2】図１のＡ部拡大図である。

【図3】ロードセルの配置構造説明図であり、（ａ）は図１のＢ部拡大図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

【図4】作動概要説明図である。

【図5】ロードセルの配置構造説明図であり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。

【図6】従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。

【図7】従来のスポット溶接の概要を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明の一実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。図１はスポット溶接装置の構成図、図２は図１のＡ部拡大斜視図、図３はロードセルの配置構造説明図であり、同図（ａ）は図１のＢ部拡大図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、図４は模式的に示す作動概要説明図である。

【0025】

スポット溶接装置１の説明に先立って、被溶接部材１００について説明する。被溶接部材１００は、図２に示すように、重ね合わされた２枚の厚板の一方に薄板を重ね合わせた、下から順に剛性の低い薄板１０１、薄板１０１より板厚が大きく剛性が高い第１厚板１０２及び第２厚板１０３が重ね合わされた３枚重ねの板組によって構成される。

【0026】

スポット溶接装置１は、図示しない溶接ロボットの手首部にイコライザユニットを介して取り付けられる矩形のベース部３及びベース部３の両側から下方に折曲して対向する一対の側部４を有するコ字状の支持ブラケット２を有し、支持ブラケット２に固定アーム１０、加圧アクチュエータ２０、副加圧付与手段３０及び溶接トランス５０が取り付け支持される。

【0027】

固定アーム１０は、支持ブラケット２の両側部４に基端が結合されて下方に延在する固定アーム本体１１及び固定アーム本体１１の先端にＬ字状に折曲する電極保持部１２が形成され、電極保持部１２に第１溶接電極である固定側電極１５が、その頂端１５ａを上方にして装着される。

【0028】

加圧アクチュエータ２０は、サーボモータ２１及びボールネジ送り機構等によって構成された直動部２２を有し、サーボモータ２１の作動によって直動部２２のロッドが昇降往復動する。直動部２２のロッドの下端に電極アーム２３が設けられ、電極アーム２３の先端に固定アーム１０に設けられた固定側電極１５と同軸上、即ち中心軸線Ｌ上に固定側電極１５と対向する第２溶接電極である可動側電極２５が設けられる。これにより加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５が被溶接部材１００を固定側電極１５と協働して挟持すると共に加圧力を付与する加圧位置と、固定側電極１５から上方に離反する退避位置との間で中心軸線Ｌに沿って移動する。

【0029】

この可動側電極２５と固定側電極１５による加圧力はサーボモータ２１の回転トルクによって決定され、サーボモータ２１の回転トルクを制御することで要望の加圧力が得られる。即ち、サーボモータ２１による可動側電極２５の下降動で被溶接部材１００が可動側電極２５と固定側電極１５との間に挟まれると、サーボモータ２１の負荷が増大してサーボモータ２１に流れるモータ電流が上昇する。そして要望の設定加圧力に合わせて設定した設定電流値にモータ電流が上昇したところで、後述する溶接制御手段となる溶接コントローラ５１によりモータ電流のそれ以上の上昇を規制することで被溶接部材１００を設定加圧力で加圧することができる。

【0030】

副加圧付与手段３０は、支持ブラケット２の両側部４に両端が結合されたコ字状の取付ブラケット５に設けられた基板６に取り付けられるサーボモータ３２及びボールネジ送り機構等によって構成された直動部３３を備えた副加圧付与アクチュエータ３１を有し、サーボモータ３２の作動によって直動部３３のロッド３４が昇降往復動し、ロッド３４の先端に副加圧検出手段であるロードセル４０を介在して可動軸３５が設けられる。

【0031】

可動軸３５は先端に対向配置された一対の副可動軸３５ａ、３５ｂを備え、この副可動軸３５ａ、３５ｂの先端に副加圧付与アーム３６が設けられる。副加圧付与アーム３６は、副可動軸３５ａ、３５ｂの先端に基端部が結合されて略水平方向に延在する基端アーム部３７と、基端アーム部３７の先端部に基端部が結合されて固定側電極１５の軸心方向、即ち中心軸線Ｌ方向に沿って下方に延在するアーム部３８によって構成され、アーム部３８の先端部に副加圧部３９が設けられる。

【0032】

副加圧部３９は、基端部がアーム部３８の下部取付フランジ部３８Ａにボルトによって結合されて中心軸線Ｌ方向に向かって延在する矩形板状であって、先端に中心軸線Ｌと同軸で固定側電極１５の貫通を許容する断面半円弧状、即ち半割り筒状の当接部３９ａが設けられる。

【0033】

図３にロードセル４０の配置構造を示す。図３（ａ）は図１のＢ部拡大図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

【0034】

ロードセル４０は上面４０ａ及び下面４０ｂを有する円柱状であって、上面４０ａの中央部に中心軸線Ｌと同軸上に突出するねじ軸状、即ちボルト状の上側軸４１Ａが設けられ、下面４０ｂの中央部に中心軸線Ｌと同軸上に突出するねじ軸状の下側軸４１Ｂが設けられる。

【0035】

一方、直動部３３のロッド３４の下端にロードセル４０に設けられた上側軸４１Ａの挿入を許容する円筒状の軸収容部４２が形成されると共にロッド３４の先端に上側軸４１Ａが螺合するねじ孔４３ａが形成された固定用ナット４３が設けられる。また可動軸３５の上端にロードセル４０の下側軸４１Ｂが挿入する軸収容部４４が形成されると共に可動軸３５の先端に下側軸４１Ｂが螺合するねじ孔４５ａが形成された固定用ナット４５が設けられる。

【0036】

このロッド３４に設けられた固定用ナット４３及び可動軸３５に設けられた固定用ナット４５にそれぞれロードセル４０に設けられた上側軸４１Ａと下側軸４１Ｂが螺合締結してロッド３４と可動軸３５との間にロードセル４０が配置される。

【0037】

このように構成された副加圧付与アーム３６は、サーボモータ３２の作動によって固定側電極１５と可動側電極２５とによって挟持された被溶接部材１００に下方から副加圧部３９の当接部３９ａが当接して副加圧力ｆを付与する副加圧位置と、副加圧部３９の当接部３９ａが固定側電極１５の頂端１５ａより下方となり被溶接部材１００から離反する退避位置との間で中心軸線Ｌに沿って移動する。

【0038】

この副加圧部３９による副加圧力はサーボモータ３２の回転トルクを制御することで要望の副加圧力が得られる。即ち、サーボモータ３２による副加圧部３９の上昇動で被溶接部材１００に副加圧部３９が当接すると、サーボモータ３２の負荷が増大してサーボモータ３２に流れるモータ電流が上昇する。そして溶接コントローラ５１によりロードセル４０により検知された実際の加圧力、いわゆる実副加圧力と予め設定された要望の設定副加圧力との差が減少するようにモータ電流をフィードバック制御する。

【0039】

即ち、サーボモータ３２の作動により副加圧部３９を退避位置から当接部３９ａが被溶接部材１００に当接する副加圧位置に移動させ、更にサーボモータ３２を作動させて副加圧部３９が被溶接部材１００に圧接して副加圧力が生じると、実際に副加圧部３９により被溶接部材１００に付与する副加圧力の反力、いわゆる実副加圧力を可動軸３５によってロードセル４０に入力する。ここでロードセル４０は加圧力の増加量に比例した電荷を発生するものであり、その出力電圧の変化を実副加圧力として測定し、その出力電圧変化を副加圧力検出信号として溶接コントローラ５１によってサーボモータ３２に供給するモータ電流を制御することで副加圧部３９から被溶接部材１００に付与する副加圧力が調整できる。具体的にはロードセル４０によって検出された実副加圧力が予め設定された設定加圧力より小さいときには溶接コントローラ５１によりサーボモータ３２に流れるモータ電流を増加してサーボモータ３２の回転トルクを増加して副加圧部３９による副加圧力ｆを増加し、実副加圧力が設定副加圧力より大きいときにはサーボモータ３２に流れるモータ電流を減少してサーボモータ３２の回転トルクを減少して副加圧部３９による副加圧力ｆを減少する。

【0040】

電源となる溶接トランス５０の一方の出力端子がバスバ及び固定アーム１０等を介して固定側電極１５に通電可能に接続され、他方の出力端子がバスバ及び電極アーム２３等を介して可動側電極２５に通電可能に接続される。

【0041】

また、溶接コントローラ５１を備え、溶接コントローラ５１にはスポット溶接装置１の作動プログラム及び作動プログラムに設定された各作動行程に基づいて加圧アクチュエータ２０を制御する加圧制御部５２と副加圧アクチュエータ３１を制御する副加圧制御部５３が含まれる。また、溶接コントローラ５１はロードセル４０からの副加圧力検出信号と予め設定された副加圧力を比較してサーボモータ３２を制御する。即ちロードセル４０によって検出された副加圧力に従ってサーボモータ３２に流れるモータ電流を制御することで副加圧力を予め設定された副加圧力となるように制御できる。

【0042】

また、図示しない溶接ロボットコントローラには、溶接ロボットのティーチングデータが格納され、ティーチングデータには、被溶接部材１００の各溶接打点位置を順次スポット溶接するための作動プログラム及び各溶接打点、即ち溶接位置におけるスポット溶接装置１の位置及び姿勢が含まれる。図示しない溶接コントローラには溶接装置１の作動プログラム及び加圧アクチュエータ２０、制御加圧付与手段３０、溶接トランス５０の作動制御が含まれる。

【0043】

次に、スポット溶接装置１の作動を図４の作動概要説明図を参照して説明する。

【0044】

被溶接部材１００のスポット溶接にあたり、予め設定されたプログラムに従い、可動側電極２５が固定側電極１５から離反した退避位置でかつ副加圧付与手段３０の副加圧部３９が退避位置に保持された状態で、ロボットコントローラは溶接ロボットを作動して、図４（ａ）に示すように被溶接部材１００の溶接位置となる打点位置に固定側電極１５の頂端１５ａを当接してスポット溶接装置１を位置決めする。

【0045】

このスポット溶接１が溶接位置に位置決めされた状態では、図４（ａ）に示すように固定側電極１５の頂端１５ａが被溶接部材１００の薄板１０１に下方から当接する一方、可動側電極２５の頂端２５ａが第２厚板１０３と隙間を有して対向し、副加圧部３９の当接部３９ａが薄板１０１と隙間を有して対向する。

【0046】

次に、図４（ｂ）に示すように、固定側電極１５が被溶接部材１００の薄板１０１に当接した状態で、加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５を退避位置から固定側電極１５に接近する加圧位置方向に移動させて第２厚板１０３に上方から当接させる。更にサーボモータ２１を所定トルクに達するまで作動して可動側電極２５を第２厚板１０３に圧接させる。即ち、サーボモータ２１の負荷が増大してサーボモータ２１に流れるモータ電流が設定加圧力に合わせて設定した設定電流値に上昇したところで、モータ電流のそれ以上の上昇を規制する。これにより加圧アクチュエータ２０の加圧力が可動側電極２５と固定アーム１０を介して固定側電極１５とに作用し、可動側電極２５と固定側電極１５とで被溶接部材１００の溶接部を挟持すると共に加圧する。

【0047】

一方、副加圧付与手段３０のサーボモータ３２の作動による副加圧部３９を退避位置から当接部３９ａが被溶接部材１００の薄板１０１に固定側電極１５に隣接して当接する副加圧位置に移動させる。更に、サーボモータ３２を作動させて副加圧部３９を薄板１０１に圧接する副加圧力ｆを増加付与する。ここで、副加圧部３９が被溶接部材１００に圧接して副加圧力ｆが生じると、その副加圧力ｆの反力により副加圧部３９及び副加圧付与アーム３６を介して可動軸３５から実副加圧力に相当する加圧力がロードセル４０に入力される。ロードセル４０は加圧力の増加量に比例した電荷を発生するものであり、その出力電圧の変化を実副加圧力として測定し、その出力電圧変化を副加圧力検出信号としてサーボモータ３２を制御することで副加圧部３９から被溶接部材１００に付与する副加圧力ｆを制御する。即ち、ロードセル４０によって検知された実副加圧力が予め設定された設定副加圧力より小さいときには溶接コントローラ５１によりサーボモータ３２に流れるモータ電流を増加してサーボモータ３２の回転トルクを増加して副加圧部３９による副加圧力ｆを増加し、実副加圧力が設定副加圧力より大きいときにはサーボモータ３２に流れるモータ電流を減少してサーボモータ３２の回転トルクを減少して副加圧部３９による副加圧力ｆを減少する。この副加圧力ｆは副加圧部３９の反力をロードセル４０により直接的に検知してサーボモータ３２を制御して設定され、サーボモータ３２や直動部のボールねじ機構等の機械的抵抗、即ち内部機械的損失等に影響されることなく予め設定した高精度の副加圧力が付与される。

【0048】

このように固定側電極１５と可動側電極２５によって被溶接部材１００を挟持加圧し、副加圧部３８により固定側電極１５に隣接して薄板１０１に下方から副加圧力ｆを付与した状態では、図５（ｃ）に示すように、可動側電極２５による加圧力ＦＵが被溶接部材１００の第２厚板１０３に上方から付与され、固定側電極１５による加圧力ＦＬと副加圧部３９による副加圧力ｆが隣接して薄板１０１に付与される。

【0049】

この場合、加圧アクチュエータ２０による加圧力が電極アーム２３等を介して可動側電極２５に作用し、かつ可動側電極２５に対向して固定アーム１０を介して固定側電極１５に作用する一方、副加圧付与手段３０においてサーボモータ３２による付勢力が副加圧付与アーム３５等を介して副加圧部３９に作用し、第２厚板１０３に上方から作用する可動側電極２５による加圧力ＦＵと薄板１０１に下方から作用する固定側電極１５による加圧力ＦＬ及び副加圧部３９による副加圧力ｆの総和が等しくなる（ＦＵ＝ＦＬ＋ｆ）。

【0050】

これにより、被溶接部材１００は、第２厚板１０３側に上方から作用する可動側電極２５の加圧力ＦＵと、薄板１０１側に下方から作用する固定側電極１５の加圧力ＦＬ及び副加圧部３９の副加圧力ｆとによって安定した状態で挟持保持される。

【0051】

一方、被溶接部材１００の溶接部には、可動側電極２５から第２厚板１０３に加圧力ＦＵが付与され、薄板１０１に固定側電極１５の加圧力ＦＬが付与されると共に副加圧部３９から副加圧力ｆが付与されることから、固定側電極１５から薄板１０１に作用する加圧力ＦＬは、可動側電極２５の加圧力ＦＵから副加圧部３９の副加圧力ｆを減じた加圧力が付与される（ＦＬ＝ＦＵ−ｆ）。

【0052】

このように薄板１０１側に作用する固定側電極１５からの加圧力ＦＬを第２厚板１０３側に作用する可動側電極２５の加圧力ＦＵより小さく（ＦＬ＜ＦＵ）することで、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における接触圧力が、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の溶接部における接触圧力より小さくなり、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の接触抵抗が大きくなると共に、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接触抵抗が小さくなる。

【0053】

次に、可動側電極２５と固定側電極１５及び副加圧部３９とで被溶接部材１００を挟持加圧して薄板１０１側に位置する固定側電極１５の加圧力ＦＬを第２厚板１０３側に位置する可動側電極２５の加圧力ＦＵより小さくした状態で、溶接トランス５０から可動側電極２５と固定側電極１５とに所定時間通電して溶接する。

【0054】

この可動側電極２５と固定側電極１５に通電したときに、相対的に薄板１０１と第１厚板１０２間の接合部における接触抵抗が大きく電流密度が高くなると共に、第１厚板１０２と第２厚板１０３間の接触抵抗が小さく保持される。これにより、薄板１０１と第１厚板１０２の接合部における発熱量が第１厚板１０２と第２厚板１０３の接合部における発熱量に対して相対的に増加して、薄板１０１から第２厚板１０３に亘って電流密度の偏りのない良好なナゲットが形成され、薄板１０１の溶接強度が確保できる。

【0055】

しかる後、可動側電極２５と固定側電極１５への通電を終了し、加圧アクチュエータ２０のサーボモータ２１の作動により可動側電極２５を加圧位置から退避位置に移動させて固定側電極１５と可動側電極２５とによる被溶接部材１００の挟持を開放し、かつ副加圧アクチュエータ３１のサーボモータ３２の作動により副加圧部３９を副加圧位置から退避位置に退避させる。次に、作動プログラムに従い溶接ロボットを作動して、スポット溶接装置１を被溶接部材１００の打点位置から退避させ、次の被溶接部材１００の打点位置に移動する。

【0056】

このように構成された本実施の形態によると、固定側電極１５及び可動側電極２５によって加圧力が付与された被溶接部材１００に副加圧アクチュエータ３１により副加圧部３９から副加圧力ｆを付与して固定側電極１５と固定側電極２５による加圧力ＦＬ、ＦＵを制御して被溶接部材１００をスポット溶接するにあたり、副加圧アクチュエータ３１と副加圧部３９との間に配置されたロードセル４０により副加圧部３９から被溶接部材１００に付与する実際の副加圧力を検出し、ロードセル４０により検知された実副加圧力と予め設定された設定副加圧力を比較して副加圧アクチュエータ３１による副加圧力を設定副加圧力になるように制御することで、副加圧アクチュエータ３１等の内部機械的損失等による影響がなく、予め設定した高精度の副加圧力ｆが付与され、剛性の異なる板材を重ねた被溶接部材に対する優れた溶接品質が得られる。

【0057】

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態における直動部３３のロッド３４と可動軸３５との間に配置されるロードセル４０の取付構造の他の例を図５を参照して説明する。

【0058】

図５（ａ）は概要を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。円柱状のロードセル４０の上面４０ａ及び下面４０ｂに板状で複数の取付孔４６Ａａが穿孔された上側フランジ４６Ａ及び複数の取付孔４６Ｂａが穿孔された下側フランジ４６Ｂが設けられる。

【0059】

一方、直動部３３のロッド３４の下端に板状で複数の取付孔４７ａが形成された上側取付フランジ４７が設けられ、可動軸３６の上端に板状で複数の取付孔４８ａが形成された下側取付フランジ４８が設けられる。

【0060】

このロッド３４に設けられた上側取付フランジ４７にロードセル４０に設けられた上側フランジ４６Ａを重合して互いの取付孔４７ａ、４６Ａａに挿入するボルト４９ａ及びナット４９ｂにより締結する。同様に可動軸３６に設けられた下側取付フランジ４８にロードセル４０に設けた下側フランジ４６Ｂを重合して互いの取付孔４８ａ、４６Ｂａに挿入するボルト４９ａ及びナット４９ｂにより締結する。このようにしてロッド３４と可動軸３６との間に配置されたロードセル４０は、副加圧部３９からの反力、即ち実副加圧力は可動軸３６に設けられた下側取付フランジ４８及び下側フランジ４６Ｂを介してロードセル４０に入力される。

【0061】

また、例えば上記実施の形態では直動部３３のロッド３４と可動軸３５との間にロードセル４０を配置したが、副加圧部３９による実副加圧力を検知可能な他の位置、例えば副加圧部３９と副加圧付与アーム３６との間に配置することができる。また、ロードセル４０に代えて他の荷重計等の副加圧検出手段を用いることもできる。

【符号の説明】

【0062】

１ スポット溶接装置
１０ 固定アーム
１５ 固定側電極（第１溶接電極）
２０ 加圧アクチュエータ
２１ サーボモータ
２２ 直動部
２３ 電極アーム
２５ 可動側電極（第２溶接電極）
３０ 副加圧付与手段
３１ 副加圧付与アクチュエータ
３２ サーボモータ
３３ 直動部
３４ ロッド
３５ 可動軸
３６ 副加圧付与アーム
３９ 副加圧部
４０ ロードセル（副加圧検出手段）
５１ 溶接コントローラ（溶接制御手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】