JP5301369B2 - シーム溶接装置及びシーム溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、一対の電極ロール間にワークを送りながら溶接するシーム溶接装置及びシーム溶接方法に関する。

例えば、車両の燃料タンク等の容器は、プレス成形された２つの部材の外周端部を重ね合わせて溶接されて形成されており、該溶接された外周端部は二次元や三次元の曲線形状となっている。

従来のシーム溶接方法においては、特許文献１に示すような自動倣い装置を使用するようにしている。この自動倣い装置は、水平方向に回転自在に支持された回転テーブルと、該回転テーブル上に支持され、ワークが固定されるワーク受け台と、回転テーブルの下面に設けられ、ワーク受け台に固定されたワークのフランジ部（直線フランジとコーナーフランジを含む）の溶接基準線を近似的に形成した帯状の倣いカムと、該倣いカムを上記電極の加圧中心線上を通る電極の下方位置で両側から挟んでガイドする一対のガイドローラとを有する。従って、回転テーブルを回転させることで、上下の回転電極の加圧点が、相対的にフランジ部の溶接基準線に沿うように移動することとなる。

特開平４−２９４８７１号公報

しかしながら、特許文献１記載のシーム溶接方法においては、例えば溶接速度（回転テーブルの回転速度）を上げる等、溶接条件を変更したりすると、上下の回転電極における実際の加圧点の軌跡、すなわち、溶接軌跡がばらついてしまい、その結果、上下の回転電極がワークから外れる（脱輪）こととなったり、ワーク本体に食い込んで製品品質を著しく阻害するという問題がある。

従って、このような問題を解決するために、溶接軌跡を溶接基準線に合わせ込むことが行われるが、この場合、ＣＡＤデータ上での溶接基準線の設定、設定された溶接基準線に基づく倣いカムの製作、様々な溶接条件でのシーム溶接の実施という作業を何度も繰り返す必要があり、時間がかかると共に、試行のためのワークの数量が多大になるという問題がある。

これは、倣いカムを用いたシーム溶接のほか、例えばワークを設定された軌跡に合わせて６軸ロボットにて移動させてシーム溶接を行う場合においても同様である。

本発明は、上記従来技術に関連してなされたものであり、フランジ部を有する各種形状のワークに対して設定されたフランジ部上の溶接基準線から、上下の回転電極による溶接軌跡が外れることが抑制され、高品質なシーム溶接を実施することができるシーム溶接装置及びシーム溶接方法を提供することを目的とする。

第１の本発明に係るシーム溶接装置は、ワーク本体の周囲にフランジ部を有するワークの前記フランジ部を２つの回転電極で挟持した状態で溶接するシーム溶接装置であって、前記２つの回転電極における前記フランジ部の幅方向の移動を同期させる支持部材と、前記２つの回転電極のうち、少なくとも１つの前記回転電極を前記ワーク本体に向けて押圧する電極押圧手段と、前記フランジ部の端面に当接するローラと、前記ローラの位置を調整するローラ調整手段とを有することを特徴とする。

これにより、先ず、支持部材によって、２つの回転電極におけるフランジ部の幅方向の移動を同期させるようにしているため、フランジ部に対する一方の回転電極の接触点と、フランジ部に対する他方の回転電極の接触点とがずれるということがなく、２つの回転電極による挟持によって確実に溶接することができる。

また、電極押圧手段によって、前記２つの回転電極のうち、少なくとも１つの前記回転電極を前記ワーク本体に向けて押圧するようにしているため、２つの回転電極による溶接軌跡が予め設定された溶接基準線から逸脱するということがない。ここでいう逸脱とは、例えば溶接軌跡が、溶接基準線から外れてフランジ部の端面に向かって移動したり、フランジ部から外れる（脱輪）等を指す。

また、この第１の本発明では、ローラを前記フランジ部の端面に当接し、ローラ調整手段によって、ローラの位置を調整するようにしているため、フランジ部の端面から溶接軌跡までの距離を、フランジ部の形状、例えばフランジ部の端面が直線状に延びる直線部や湾曲状とされたコーナー部等に応じてほぼ一定にさせることができる。もちろん、フランジ部の端面から溶接軌跡までの距離を、直線部やコーナー部に関わりなく、ほぼ一定にすることもできる。ここで、フランジ部の形状に応じてほぼ一定とは、直線部においては、フランジ部の端面から溶接軌跡までの距離を、予め直線部について設定された距離にほぼ一致させることを示し、コーナー部においては、フランジ部の端面から溶接軌跡までの距離を、予めコーナー部について設定された距離にほぼ一致させることを示す。特に、上述したように、少なくとも１つの前記回転電極を前記ワーク本体に向けて押圧するようにしているため、この押圧に応じて、相対的にフランジ部の端面がローラに常時当接する形態となることから、ローラの現在位置が容易に判明し、すなわち、ローラの現在位置＝フランジ部の端面の位置とみなすことが可能となり、ローラ調整手段によるローラの位置調整が容易になる。もちろん、回転電極がワーク本体に食い込むことも回避される。

このように、第１の本発明においては、フランジ部の形状に応じて、あるいはフランジ部の形状に関わらず、２つの回転電極による溶接軌跡をほぼ一定にすることができ、設定された溶接基準線に沿って確実にシーム溶接することができる。しかも、溶接軌跡を溶接基準線に合わせ込むための種々の試行（多数のワークを用いてのシーム溶接の試行等）を行う必要がなく、例えば三次元ＣＡＤシステムにて幾何学的に設定されたティーチングデータに基づいて簡単にシーム溶接することが可能となる。

そして、第１の本発明において、前記電極押圧手段は、前記回転電極の進行方向先端側が前記ワーク本体に接近するように前記回転電極を押圧して、前記フランジ部の溶接すべき方向に対して、前記回転電極の進行方向を傾斜させるようにしてもよい。フランジ部のうち、回転電極がフランジ部に接触している部分の法線を軸として回転電極を回転させればよく、そのための機構は簡単に構成することができる。

この場合、前記フランジ部の溶接すべき方向と前記回転電極の進行方向とのなす角は、０°より大きく１０°以下であることが好ましい。前記なす角が大きすぎると、回転電極の回転が阻害され、ほとんどスリップした状態で進行することになり、溶接品質の劣化を引き起こすおそれがあるからである。

一方、前記ローラ調整手段は、前記支持部材に設けられ、且つ、先端に前記ローラが設置された可動軸と、前記可動軸の伸縮量を制御する制御手段とを有するようにしてもよい。可動軸の伸縮量を制御することで、フランジ部の端面から溶接軌跡までの距離を、フランジ部の形状に応じてほぼ一定、あるいはフランジ部の形状に関わらずほぼ一定にすることができる。可動軸としては、例えば空気圧シリンダ、液圧シリンダ（油圧シリンダを含む）、ボールねじ機構等を好ましく採用することができる。

また、前記ローラ調整手段は、前記支持部材に、弾性部材を介して支持されると共に、２つの回転電極の配列方向に沿って移動可能とされ、且つ、先端に前記ローラが設置された可動軸と、前記可動軸の伸縮量を制御する制御手段とを有するようにしてもよい。この場合、フランジ部の形状が例えば上下に蛇行していても、その形状に沿ってローラが追従することになるため、複雑な形状のフランジ部の溶接に対しても十分に対応させることができる。

また、前記ローラ調整手段は、前記２つの回転電極のうち、少なくとも１つの回転電極と前記支持部材との間に設置されたアーム部材に支持され、且つ、先端に前記ローラが設置された可動軸と、前記可動軸の伸縮量を制御する制御手段とを有するようにしてもよい。この場合、回転電極から支持部材までの長さに関わらず、可動軸の最大ストローク量を短く設定することができるため、ローラ調整手段の小型化を図る上で有利となる。
次に、第２の本発明に係るシーム溶接装置は、ワーク本体の周囲にフランジ部を有するワークの前記フランジ部を２つの回転電極で挟持した状態で溶接するシーム溶接装置であって、前記２つの回転電極のうち、少なくとも１つの前記回転電極を前記ワーク本体に向けて押圧する電極押圧手段を有し、前記電極押圧手段は、前記回転電極の進行方向先端側が前記ワーク本体に接近するように前記回転電極を押圧して、前記フランジ部の溶接すべき方向に対して、前記回転電極の進行方向を傾斜させることを特徴とする。

次に、第３の本発明に係るシーム溶接方法は、ワーク本体の周囲にフランジ部を有するワークの前記フランジ部を２つの回転電極で挟持した状態で溶接するシーム溶接方法であって、前記２つの回転電極における前記フランジ部の幅方向の移動を同期させ、前記２つの回転電極のうち、少なくとも１つの前記回転電極を前記ワーク本体に向けて押圧しながら、前記フランジ部の端面にローラを当接させた状態で、前記溶接を行うことを特徴とする。

そして、第３の本発明において、前記回転電極の進行方向先端側が前記ワーク本体に接近するように前記回転電極を押圧し、前記回転電極の進行方向に対して、前記回転電極の前記フランジ部に平行な径方向を傾斜させながら前記溶接を行うようにしてもよい。この場合、前記回転電極の進行方向と前記回転電極の前記フランジ部に平行な径方向とのなす角は、０°より大きく１０°以下であることが好ましい。
次に、第４の本発明に係るシーム溶接方法は、ワーク本体の周囲にフランジ部を有するワークの前記フランジ部を２つの回転電極で挟持した状態で溶接するシーム溶接方法であって、前記２つの回転電極のうち、少なくとも１つの前記回転電極の進行方向先端側が前記ワーク本体に接近するように前記回転電極を押圧し、前記フランジ部の溶接すべき方向に対して、前記回転電極の進行方向を傾斜させながら前記溶接を行うことを特徴とする。

以上説明したように、本発明に係るシーム溶接装置及びシーム溶接方法によれば、フランジ部を有する各種形状のワークに対して設定されたフランジ部上の溶接基準線から、上下の回転電極による溶接軌跡が外れることが抑制され、高品質なシーム溶接を実施することができる。

本実施の形態に係るシーム溶接装置を示す正面図である。 シーム溶接装置で溶接されるワークの一例を示す斜視図である。 回動機構を駆動して電極ロール及び支持テーブルを所定角度回動させた状態を説明する平面図である。 ロボットにワークを保持させて電極ロール間に送りながらシーム溶接を行っている状態を示す一部省略斜視図である。 図５Ａは、ローラ電極の進行方向を溶接基準線の方向に一致させてシーム溶接している状態を模式的に示す平面図であり、図５Ｂは、ローラ電極の進行方向を溶接基準線の方向に対して傾斜させてシーム溶接している状態を模式的に示す平面図である。 ローラ電極間にワークのフランジ部を挟持して溶接している状態を説明する一部省略正面図である。 位置制御を行うローラ制御部を示すブロック図である。 フランジ部の第１直線部、コーナー部、第２直線部にかけて連続的にシーム溶接をする状態を模式的に示す平面図である。 速度制御を行うローラ制御部を示すブロック図である。 トルク制御を行うローラ制御部を示すブロック図である。 可動軸を保持する機構の第１の変形例を示す説明図である。 可動軸を保持する機構の第２の変形例を示す説明図である。

以下、本発明に係るシーム溶接装置及びシーム溶接方法の実施の形態例を図１〜図１２を参照しながら説明する。

本実施の形態に係るシーム溶接装置１０は、図１に示すように、例えば２枚のプレス成形部材（金属部材）を重ねたワーク１２を一対のローラ電極（上部ローラ電極１４ａ及び下部ローラ電極１４ｂ：回転電極）間に送りながら抵抗溶接する装置である。

ここで、シーム溶接装置１０によって溶接されるワーク１２の一例について説明する。

図２に示すように、ワーク１２は、例えば二輪車用の燃料タンクであり、それぞれ周囲にフランジ部１６を有する２つのワーク本体１８を、各フランジ部１６を重ね合わせて組み付けることによって構成されている。フランジ部１６には、シーム溶接をする際の基準として参照される溶接基準線Ａ（一点鎖線参照）が設定される。溶接基準線２０の情報は、フランジ部１６の端面の情報と共に、三次元ＣＡＤ上で設定されるものであって、例えばフランジ部１６の端面に関する多数の頂点データと、溶接基準線Ａに関する多数の頂点データとがそれぞれ対応付けされて配列されたマップ情報として例えば図示しないメモリに記憶される。なお、シーム溶接装置１０で溶接されるワーク１２としては、二輪車用や四輪車用等の車両用の燃料タンク以外にも、缶容器や電機機器等、各種工業製品を挙げることができる。

そして、このシーム溶接装置１０は、図１に示すように、複数のフレームによって構成された本体部２２と、該本体部２２のテーブル２４上に設けられ、上部ローラ電極（回転電極）１４ａを有する上部電極機構２６ａと、下部ローラ電極（回転電極）１４ｂを有する下部電極機構２６ｂと、上部電極機構２６ａ及び下部電極機構２６ｂをテーブル２４上に支持する支持部２８と、上部電極機構２６ａ及び下部電極機構２６ｂ等を制御する電極制御部３０と、本体部２２を、支柱３２を支点として水平面に沿った約９０度の角度の範囲内で回動させる回動機構３４（図３参照：電極押圧手段）とを備える。

上部電極機構２６ａは、電極制御部３０からの指示に従って、上部ローラ電極１４ａを上下に移動し、さらに回転制御する上部電極駆動部３６ａと、上部電極駆動部３６ａに片持ち式で上部ローラ電極１４ａを支持する第１アーム部材３８ａと、第１アーム部材３８ａの中心部分に軸方向に設置され、上部電極駆動部３６ａの駆動力を上部ローラ電極１４ａに伝える第１駆動軸４０ａとを有する。

同様に、下部電極機構２６ｂは、電極制御部３０からの指示に従って下部ローラ電極１４ｂを上下に移動し、さらに回転制御する下部電極駆動部３６ｂと、下部電極駆動部３６ｂに片持ち式で下部ローラ電極１４ｂを支持する第２アーム部材３８ｂと、第２アーム部材３８ｂの中心部分に軸方向に設置され、下部電極駆動部３６ｂの駆動力を下部ローラ電極１４ｂに伝える第２駆動軸４０ｂとを有する。

従って、上部ローラ電極１４ａ及び下部ローラ電極１４ｂを互いに接近する方向に移動駆動することで、上部ローラ電極１４ａと下部ローラ電極１４ｂとの間に挟持されたワーク１２のフランジ部１６を加圧することとなるが、電極制御部３０からの指示によってその加圧力が調節できるようになっている。特に、上部電極機構２６ａ及び下部電極機構２６ｂを、支持部２８によって、テーブル２４上に支持するようにしているため、上部電極機構２６ａ及び下部電極機構２６ｂのワーク１２のフランジ部１６に対する相対的な移動、例えばフランジ部１６の幅方向（フランジ部１６の端面からワーク本体１８に向かう方向）の移動を同期させることができる。上部ローラ電極１４ａを上下に移動する機構並びに下部ローラ電極１４ｂを上下に移動する機構としては、例えばシリンダとピストンとを有するアクチュエータや圧電素子を用いたアクチュエータ等を用いることができる。また、上部ローラ電極１４ａ並びに下部ローラ電極１４ｂを回転駆動するモータとしては、例えばサーボモータを用いることができる。さらに、例えば上部電極機構２６ａには、上部ローラ電極１４ａの回転角を検出する角度センサ４２が設置され、フランジ部１６の送り量が検出されるようになっている。

また、シーム溶接装置１０は、ワーク１２を保持して上部ローラ電極１４ａ及び下部ローラ電極１４ｂ間に送るロボット５０と、ロボット５０を含む装置全体を総合的に制御するコントローラである制御装置５２とを備える。以下では、上部ローラ電極１４ａ及び下部ローラ電極１４ｂをまとめてローラ電極１４として図示及び説明することがある。

回動機構３４は、本体部２２を支持する支持プレート５４と、支持プレート５４に軸着された支柱３２と、支持プレート５４から所定間隔離間した下部に設けられて支柱３２を支持する基台５６と、支柱３２の軸心である回動中心軸Ｏを中心として支持プレート５４を所定角度だけ水平方向に沿って回動させる回動手段５８と、支持プレート５４の底面部に回動自在に軸支され、該支持プレート５４が回動する際、基台５６上を転動する複数のローラ部材６０とを備える。

回動手段５８は、支持プレート５４上に固定された回動用モータ６２と、回動用モータ６２に付設される減速機６４と、回動用モータ６２のモータ軸に連結されるピニオン６６と、基台５６に固定されてピニオン６６に噛合する円弧状のラック６８とを含む。回動用モータ６２としては、例えば、サーボモータを用いるとよい。

従って、図３に示すように、回動機構３４では、図示しない電源に接続された回動用モータ６２を付勢することでピニオン６６が所定方向に回転し、ピニオン６６とラック６８との噛合作用下に、支持プレート５４が支柱３２を支点として水平面に沿って約９０度の角度の範囲内で回動自在である。この場合、回動中心軸Ｏは、ローラ電極１４間に送られるワーク１２のフランジ部１６への溶接点Ｐｗ（加圧点）を通過している。このため、ローラ電極１４は溶接点Ｐｗを中心位置に固定したまま、支持プレート５４と一体的に所定角度の範囲内で回動可能である（図１及び図３参照）。このように、シーム溶接装置１０では、ローラ電極１４間に挟持されて溶接されるワーク１２のフランジ部１６の溶接点Ｐｗと、支柱３２の回動中心軸Ｏとが、鉛直方向に沿って一致するように構成されている（図１参照）。

図４は、ロボット５０にワーク１２を保持させてローラ電極１４間に送りながらシーム溶接を行っている状態を示す一部省略斜視図である。

図１及び図４に示すように、ロボット５０は、プログラム動作により駆動される公知の産業用多関節型ロボットであり、アーム７０の先端に設けたワーク保持治具７２を介して、ワーク１２を保持して任意の位置に且つ任意の姿勢に移動させることができる。ワーク保持治具７２は、アーム７０の先端取付部であるフランジ７４に対し、ロードセル７６を挟んで連結されている。

ロードセル７６は、例えば、扁平な円筒状容器内の荷重受け部に複数の歪ゲージ（図示せず）を固着した公知の６軸（６分力）ロードセルであり、直交座標系であるロードセル負荷座標系Ｃ１におけるＸ１軸、Ｙ１軸、Ｚ１軸の３軸方向の力、及びこれら各軸周りの３つのモーメント力（以下、まとめて６軸データとも呼ぶ）を検出可能である（図４参照）。

図４において、他の直交座標系である基準座標系Ｃは、ワーク１２への溶接点Ｐｗにおけるローラ電極１４によるワーク１２への加圧方向をＺ軸（Ｚ方向）とし、該溶接点Ｐｗでのロボット５０によるワーク１２の送り方向をＸ軸（Ｘ方向）とした場合に、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸（方向）をＹ軸（Ｙ方向）として設定したものである。

この場合、制御装置５２の制御下に、ロボット５０は予め設定されたティーチングに従い、溶接点Ｐｗにおいてワーク１２を常にＹ方向へと送るように駆動制御される。つまり、基準座標系Ｃは固定されており、一方、ロードセル負荷座標系Ｃ１はロボット５０のアーム７０の動作角度に応じて回転することから、通常の溶接時、両座標系Ｃ、Ｃ１の各軸方向は互いにずれた状態となる（図４参照）。

そして、ワーク１２のフランジ部１６へのシーム溶接の実施においては、図５Ａに示すように、溶接点Ｐｗでのロボット５０によるワーク１２の送り方向Ｘと、ローラ電極１４の回転によるワーク１２の送り方向Ｘｅとを一致させることが考えられる。この場合、Ｙ方向にかかる力であるＹ方向荷重Ｆｙは０（ゼロ）となる（図５Ａ中の破線矢印参照）。なお、ローラ電極１４によって溶接された部分は溶接軌跡Ｂとして形成され、フランジ部１６の端面１６ａから溶接軌跡Ｂまでの距離Ｌはほぼ一定であることが溶接品質上好ましい。

一方、本実施の形態では、図５Ｂに示すように、溶接点Ｐｗでのロボット５０によるワーク１２の送り方向Ｘと、ローラ電極１４の回転によるワーク１２の送り方向Ｘｅとを積極的に不一致にさせる。すなわち、ローラ電極１４がワーク本体１８に接近するように、ローラ電極１４を押圧して、ロボット５０によるワーク１２の送り方向Ｘに対して、ローラ電極１４の回転によるワーク１２の送り方向Ｘｅを傾斜させる。具体的には、図１及び図４に示すように、回動機構３４によって、本体部２２を、支柱３２を支点として回動することによって、図５Ｂに示すように、ロボット５０によるワーク１２の送り方向Ｘと、ローラ電極１４の回転によるワーク１２の送り方向Ｘｅとのなす角θが、０°より大きく１０°以下となるようにする。ローラ電極１４の進行方向でみた場合は、ローラ電極１４の進行方向先端側がワーク本体１８に接近するように、ローラ電極１４を押圧して、フランジ部１６の溶接すべき方向（溶接基準線Ａの方向）に対して、ローラ電極１４の進行方向Ｘｃ（一点鎖線参照）を傾斜させる。この場合、回動機構３４によって、本体部２２を、支柱３２を支点として回動することによって、溶接基準線Ａの方向とローラ電極１４の進行方向Ｘｃとのなす角θが、０°より大きく１０°以下となるようにする。

上述したなす角θが０°より大きく１０°以下となるようにするには、図５Ｂに示すように、ローラ電極１４の進行方向先端側がワーク本体１８に接近するように、溶接基準線Ａに対して、ローラ電極１４の進行方向Ｘｃを傾斜させると、Ｙ方向荷重Ｆｙはプラス荷重、例えば＋０．２ｋＮとして検出される。Ｙ方向荷重は上述したなす角θに応じて変化することから、なす角θが０°より大きく１０°以下を満足するＹ方向荷重の範囲（許容範囲）を予め設定しておき、ロードセル７６を用いて検出したＹ方向荷重が上述の許容範囲に入るように回動機構３４を制御すればよい。なす角θが大きすぎると、ローラ電極１４の回転が阻害され、ほとんどスリップした状態で進行することになり、溶接品質の劣化を引き起こすおそれがある。

さらに、本実施の形態においては、図１及び図６に示すように、ワーク１２のフランジ部１６の端面１６ａに当接するローラ８０と、該ローラ８０の位置を調整するローラ調整手段８２とを有する。

ローラ８０は、円筒状を有し、高さ方向（一方の端面から他方の端面に向かう方向）になだらかな曲線を描いて内側にへこみ、高さ方向中央部分の径が両端面の径よりも小さく設定された形状、すなわち、糸巻き形状とされている。従って、ローラ８０の高さ方向中央部分にワーク１２のフランジ部１６の端面１６ａが当接しやすくなる。

ローラ調整手段８２は、後端が支持部２８に設けられ、且つ、先端にローラ８０が設置された可動軸８４と、該可動軸８４の伸縮量を制御するローラ制御部８６とを有する。可動軸８４としては、例えば空気圧シリンダ、液圧シリンダ（油圧シリンダを含む）、送りねじ機構等を好ましく採用することができる。そして、可動軸８４が軸方向に伸縮することで、少なくともローラ８０が当接しているフランジ部１６の端面１６ａの位置を可動軸８４の軸方向に変位させることができる。これにより、フランジ部１６の端面１６ａから実際の溶接軌跡Ｂまでの距離を可動軸８４を伸縮させることで容易に変化させることができる。つまり、可動軸８４の伸縮量を制御することで、フランジ部１６の端面１６ａから実際の溶接軌跡Ｂまでの距離Ｌをほぼ一定にすることが可能となる。ほぼ一定とは、設定された一定の距離に対するばらつきが３σで１．５以下の範囲を示す。

ローラ制御部８６としては、位置制御（図７参照）、速度制御（図９参照）、トルク制御（図１０参照）等を好ましく採用することができる。

ローラ制御部８６で位置制御を行う場合は、図７に示すように、可動軸８４として、例えば送りねじ機構を採用した場合、可動軸８４に設けられた角度センサ（送りねじ機構のモータ９０の回転角を検出する角度センサ９２）と、該角度センサ９２からの検出信号に基づいて可動軸８４の伸縮量（長さ）を算出する伸縮量算出部９４と、フランジ部１６の一定の送り量を算出する送り量算出部９６と、可動軸８４の伸縮量に関するティーチングデータがフランジ部１６の一定の送り量ごとに設定、配列された第１情報テーブル９８が記憶されたメモリ１００と、一定の送り量ごとに第１情報テーブル９８からティーチングデータを読み出すデータ読出部１０２と、読み出されたティーチングデータと伸縮量算出部９４からの伸縮量の情報とに基づいてモータ９０を制御するモータ制御部１０４とが使用される。

送り量算出部９６は、例えば上部電極機構２６ａに設置された角度センサ４２（図１参照）からの検出信号に基づいてフランジ部１６の一定の送り量を算出し、一定の送り量を算出するごとにパルス信号を出力する。データ読出部１０２は、送り量算出部９６から出力されるパルス信号の入力に基づいて、第１情報テーブル９８からサイクリック（逐次的）にティーチングデータを読み出す。モータ制御部１０４は、伸縮量算出部９４からの伸縮量が、読み出されたティーチングデータと同じになるようにモータ９０を制御して可動軸８４を伸縮させる。これにより、フランジ部１６の端面１６ａから実際の溶接軌跡Ｂまでの距離をほぼ一定にさせることが可能となる。

例えば図８に示すように、フランジ部１６の端面１６ａが直線状に延びる第１直線部Ｚ１、端面１６ａが湾曲状とされたコーナー部Ｚ２、端面１６ａが直線状に延びる第２直線部Ｚ３にかけて連続的にシーム溶接をする場合を想定したとき、第１直線部Ｚ１においては、該第１直線部Ｚ１の溶接すべき方向（第１直線部Ｚ１に設定された直線状の溶接基準線Ａ１の方向）に対して、ローラ電極１４の進行方向Ｘｃを傾斜させながら、第１直線部Ｚ１について設定されたティーチングデータに基づいて、可動軸８４（図６参照）を伸縮制御することで、フランジ部１６の第１直線部Ｚ１における端面１６ａから実際の溶接軌跡Ｂ（図５Ｂ参照）までの距離Ｌを、第１直線部Ｚ１について予め設定された距離にほぼ一致させることが可能となる。ほぼ一致とは、第１直線部Ｚ１における端面１６ａから実際の溶接軌跡Ｂまでの距離と、第１直線部Ｚ１について予め設定された距離との間のばらつきが３σで１．５以下であることを示す。以下同様である。

コーナー部Ｚ２においては、該コーナー部Ｚ２の溶接すべき方向（コーナー部Ｚ２に設定された湾曲状の溶接基準線Ａ２の接線方向Ｘｄ）に対して、ローラ電極１４の進行方向Ｘｃを傾斜させながら、コーナー部Ｚ２について設定されたティーチングデータに基づいて、可動軸８４を伸縮制御することで、フランジ部１６のコーナー部Ｚ２における端面１６ａから実際の溶接軌跡Ｂまでの距離Ｌを、コーナー部Ｚ２について予め設定された距離にほぼ一致させることが可能となる。

第２直線部Ｚ３においては、上述した第１直線部Ｚ１と同様に、該第２直線部Ｚ３の溶接すべき方向（第２直線部Ｚ３に設定された直線状の溶接基準線Ａ３の方向）に対して、ローラ電極１４の進行方向Ｘｃを傾斜させながら、第２直線部Ｚ３について設定されたティーチングデータに基づいて、可動軸８４を伸縮制御することで、フランジ部１６の第２直線部Ｚ３における端面１６ａから実際の溶接軌跡Ｂまでの距離Ｌを、第２直線部Ｚ３について予め設定された距離にほぼ一致させることが可能となる。

なお、上述の例では、フランジ部の端面１６ａから実際の溶接軌跡Ｂまでの距離Ｌを、フランジ部の形状に応じて予め設定された距離にほぼ一致させるようにしたが、その他、フランジ部の形状に関わらず、一定の距離にほぼ一致させるようにしてもよい。

ローラ制御部８６で速度制御を行う場合は、図９に示すように、可動軸８４に設けられた角度センサ９２と、該角度センサ９２からの検出信号に基づいて可動軸８４の伸縮量（長さ）を算出する伸縮量算出部９４と、基準クロックを計時して一定の送り時間ごとにパルス信号を出力するタイマ１１０と、可動軸８４の伸縮速度（一定の送り時間ごとの可動軸８４の伸縮量）に関するティーチングデータがフランジ部１６の一定の送り時間ごとに設定、配列された第２情報テーブル１１２が記憶されたメモリ１００と、一定の送り時間ごとに第２情報テーブル１１２からティーチングデータを読み出すデータ読出部１０２と、読み出されたティーチングデータと、伸縮量算出部９４からの伸縮量の情報に基づいてモータ９０を制御するモータ制御部１０４とを有する。

データ読出部１０２は、タイマ１１０から出力されるパルス信号の入力に基づいて、第２情報テーブル１１２からサイクリック（逐次的）にティーチングデータを読み出す。モータ制御部１０４は、伸縮量算出部９４からの伸縮量が、読み出されたティーチングデータと同じになるようにモータ９０を制御して可動軸８４を伸縮させる。これにより、フランジ部１６の端面１６ａから実際の溶接軌跡Ｂまでの距離をほぼ一定にさせることが可能となる。

ローラ制御部８６でトルク制御を行う場合は、図１０に示すように、可動軸８４と支持部２８との間に設けられた圧力センサ１１４（可動軸８４に対して軸方向に印加される圧力を検出するセンサ）と、該圧力センサ１１４からの検出信号（現在の圧力を示す信号）と予め設定された一定の圧力（レジスタ１１６に記憶された圧力情報）とに基づいて可動軸８４の伸縮方向を求める伸縮方向演算部１１８と、圧力センサ１１４からの検出信号とレジスタからの圧力情報と伸縮方向演算部からの伸縮方向の情報に基づいてモータ９０を制御するモータ制御部１０４とを有する。

モータ制御部１０４は、伸縮方向演算部１１８からの情報（伸縮方向）に基づいてモータ９０を正転又は逆転すると共に、圧力センサ１１４からの検出信号が予め設定された一定の圧力となるようにモータ９０を制御して可動軸８４を伸縮させる。これにより、フランジ部１６の端面１６ａから実際の溶接軌跡Ｂまでの距離をほぼ一定にさせることが可能となる。

本実施の形態に係るシーム溶接装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その動作及び作用効果について説明する。

溶接工程においては、先ず、ワーク１２をワーク保持治具７２を介してロボット５０のアーム７０に保持させる。

これにより、アーム７０を駆動すればワーク１２を所定の姿勢に容易に変位させることができ、該ワーク１２を溶接基準線Ａに沿ってローラ電極１４間に適切に送ることができる（図１及び図４参照）。この場合、制御装置５２の制御下に、上部電極機構２６ａ及び下部電極機構２６ｂによる上部ローラ電極１４ａ及び下部ローラ電極１４ｂの回転駆動によるワーク１２の送り動作と、アーム７０によるワーク１２の送り動作とが同期するように設定される。上部電極機構２６ａ及び下部電極機構２６ｂは、例えば、制御装置５２から出力されるモータ用制御信号によってその回転速度が制御される。制御装置５２には、ワーク１２の溶接基準線Ａ等に対応する所望の数値制御情報等が予め入力されており、ロボット５０は、ロボット制御部から出力されるロボット用制御信号に基づいて各種の動作が制御される。

次に、ロボット５０のアーム７０の動作によって上部ローラ電極１４ａと下部ローラ電極１４ｂとの間にワーク１２のフランジ部１６を挟持させる（図６参照）。

上部ローラ電極１４ａと下部ローラ電極１４ｂは、上部電極機構２６ａ及び下部電極機構２６ｂによって予め所定間隔離間した状態にあり、電極制御部３０からの指令に基づいて上部電極駆動部３６ａ及び下部電極駆動部３６ｂが第１アーム部材３８ａ及び第２アーム部材３８ｂを互いに接近する方向に変位することにより、上部ローラ電極１４ａと下部ローラ電極１４ｂとの間にワーク１２のフランジ部１６（溶接スタート位置）が挟持され、上部電極駆動部３６ａ及び下部電極駆動部３６ｂによる上部ローラ電極１４ａ及び下部ローラ電極１４ｂの押圧作用によってフランジ部１６に所定の加圧力が付与される。この加圧力は、図４中のＺ軸に沿う方向、すなわち前記回動中心軸Ｏに一致した方向で付与される。

続いて、制御装置５２の制御下に、図示しない電源装置によってワーク１２のフランジ部１６を挟持した上部ローラ電極１４ａ及び下部ローラ電極１４ｂに対する通電が行われる。同時に、上部ローラ電極１４ａ及び下部ローラ電極１４ｂが回転駆動され、ワーク１２のフランジ部１６が溶接基準線Ａに沿ってシーム溶接され接合される（図６参照）。

このようなワーク１２へのシーム溶接の実施中、ローラ電極１４の進行方向先端側がワーク本体１８に接近するように、ローラ電極１４を押圧して、ロボット５０によるワーク１２の送り方向に対して、ローラ電極１４の回転によるワーク１２の送り方向を傾斜させる。具体的には、回動機構３４によって、本体部２２を、支柱３２を支点として回動することによって、図５Ｂに示すように、ロボット５０によるワーク１２の送り方向Ｘと、ローラ電極１４の回転によるワーク１２の送り方向Ｘｅとのなす角θが、０°より大きく１０°以下となるようにする。さらに、可動軸８４を軸方向に伸縮させることで、少なくともローラ８０が当接しているフランジ部１６の端面１６ａの位置を可動軸８４の軸方向に変位させる。これにより、フランジ部１６の端面１６ａから実際の溶接軌跡Ｂまでの距離を可動軸８４を伸縮させることで容易に変化させることができる。つまり、可動軸８４の伸縮量を制御することで、フランジ部１６の端面１６ａから実際の溶接軌跡Ｂまでの距離Ｌをほぼ一定にすることが可能となる。

上述した本実施の形態に係るシーム溶接装置１０においては、支持部２８によって、上部ローラ電極１４ａ及び下部ローラ電極１４ｂにおけるフランジ部１６の幅方向の移動を同期させるようにしているため、フランジ部１６に対する上部ローラ電極１４ａの接触点と、フランジ部１６に対する下部ローラ電極１４ｂの接触点とがずれるということがなく、上部ローラ電極１４ａ及び下部ローラ電極１４ｂによる挟持によって確実に溶接することができる。

また、回動機構３４によって、ローラ電極１４をワーク本体１８に向けて押圧するようにしているため、上部ローラ電極１４ａ及び下部ローラ電極１４ｂによる溶接軌跡Ｂが予め設定された溶接基準線Ａから逸脱するということがない。ここでいう逸脱とは、例えば溶接軌跡Ｂが、溶接基準線Ａから外れてフランジ部１６の端面１６ａに向かって移動したり、フランジ部１６から外れる（脱輪）等を指す。

また、このシーム溶接装置１０では、ローラ８０をフランジ部１６の端面１６ａに当接し、ローラ調整手段８２によって、ローラ８０の位置を調整するようにしているため、フランジ部１６の端面１６ａから溶接軌跡Ｂまでの距離をほぼ一定にさせることができる。特に、上述したように、ローラ電極１４をワーク本体１８に向けて押圧するようにしているため、この押圧に応じて、相対的にフランジ部１６の端面１６ａがローラ８０に常時当接する形態となることから、ローラ８０の現在位置が容易に判明し、すなわち、ローラ８０の現在位置＝フランジ部１６の端面１６ａの位置とみなすことが可能となり、ローラ調整手段８２によるローラ８０の位置調整が容易になる。もちろん、ローラ電極１４がワーク本体１８に食い込むことも回避される。

このように、本実施の形態に係るシーム溶接装置１０においては、フランジ部１６の端面１６ａからローラ電極１４による溶接軌跡Ｂまでの距離を、フランジ部１６の形状、例えばフランジ部１６の端面１６ａが直線状に延びる直線部や湾曲状とされたコーナー部等に応じてほぼ一定にさせることができる。しかも、溶接軌跡Ｂを溶接基準線Ａに合わせ込むための種々の試行（多数のワークを用いてのシーム溶接の試行等）を行う必要がなく、例えば三次元ＣＡＤシステムにて幾何学的に設定されたティーチングデータに基づいて簡単にシーム溶接することが可能となる。

上述の例では、ローラ調整手段８２の構成要素の１つである可動軸８４の後端を支持部２８に設けるようにしたが、その他、図１１の第１の変形例に示すように、可動軸８４を弾性部材１２０を介して支持部２８に支持すると共に、可動軸８４の後端を上下方向に移動可能にしてもよいし、図１２の第２の変形例に示すように、ローラ電極１４のうち、少なくとも１つのローラ電極（例えば上部ローラ電極１４ａ）と支持部２８との間に設置されたアーム部材に、可動軸８４を支持するようにしてもよい。

具体的には、第１の変形例は、図１１に示すように、支持部２８のうち、ローラ電極１４と対向する面に水平方向に延びる２つの板部材（第１板部材１２２ａ及び第２板部材１２２ｂ）を設け、さらに、支持部２８の上記面のうち、第１板部材１２２ａと第２板部材１２２ｂの間に上下方向に延びる案内レール１２４を設置する。そして、可動軸８４の後端を案内レール１２４に摺動自在に設置し、さらに、第１板部材１２２ａと可動軸８４との間、並びに第２板部材１２２ｂと可動軸８４との間にそれぞればね部材１２６を設ける。

この構成によれば、フランジ部１６の形状が例えば上下に蛇行していても、その形状に沿ってローラ８０が追従することになるため、複雑な形状のフランジ部１６の溶接に対しても十分に対応させることができる。

第２の変形例は、図１２に示すように、上部電極機構２６ａにおける第１アーム部材３８ａの下部（第２アーム部材３８ｂと対向する部分）に、下方に延びる板片１２８を設け、該板片１２８のうち、ローラ電極１４に対向する面に可動軸８４の後端を設置する。

この構成によれば、ローラ電極１４から支持部２８までの長さに関わらず、可動軸８４の最大ストローク量を短く設定することができるため、ローラ調整手段８２の小型化を図る上で有利となる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

例えば、ローラ電極１４を回動させる回動機構３４は、ローラ電極１４を溶接点Ｐｗを中心として回動可能な構成であればよく、図１及び図３に示す構成に限られないことは言うまでもない。

さらに、上記実施の形態では、Ｙ方向荷重を検出するためにロードセル７６を用いて説明したが、最終的にＹ方向荷重が検出可能な構成及び検出器であれば適用可能である。また、ロードセル７６の設置位置は、ワーク保持治具７２とロボット５０のフランジ７４との間以外にも、前記Ｙ方向荷重を適切に検出及び演算可能な位置であればよい。

１０…シーム溶接装置 １２…ワーク
１４…ローラ電極 １４ａ…上部ローラ電極
１４ｂ…下部ローラ電極 １６…フランジ部
１８…ワーク本体 ２８…支持部
３０…電極制御部 ３４…回動機構
３６ａ…上部電極駆動部 ３６ｂ…下部電極駆動部
３８ａ…第１アーム部材 ３８ｂ…第２アーム部材
４０ａ…第１駆動軸 ４０ｂ…第２駆動軸
５０…ロボット ５２…制御装置
８０…ローラ ８２…ローラ調整手段
８４…可動軸 ８６…ローラ制御部
９０…モータ

Claims (4)

1. ワーク本体の周囲にフランジ部を有するワークの前記フランジ部を２つの回転電極で挟持した状態で溶接するシーム溶接装置であって、
   前記２つの回転電極における前記フランジ部の幅方向の移動を同期させる支持部と、
   前記２つの回転電極のうち、少なくとも１つの前記回転電極を前記ワーク本体に向けて押圧する電極押圧手段と、
   前記フランジ部の端面に当接するローラと、
   前記ローラの位置を調整するローラ調整手段とを有し、
   前記電極押圧手段は、
   前記回転電極の進行方向先端側が前記ワーク本体に接近するように前記回転電極を押圧して、前記フランジ部の溶接すべき方向に対して、前記回転電極の進行方向を傾斜させることを特徴とするシーム溶接装置。
2. ワーク本体の周囲にフランジ部を有するワークの前記フランジ部を２つの回転電極で挟持した状態で溶接するシーム溶接装置であって、
   前記２つの回転電極のうち、少なくとも１つの前記回転電極を前記ワーク本体に向けて押圧する電極押圧手段を有し、
   前記電極押圧手段は、
   前記回転電極の進行方向先端側が前記ワーク本体に接近するように前記回転電極を押圧して、前記フランジ部の溶接すべき方向に対して、前記回転電極の進行方向を傾斜させることを特徴とするシーム溶接装置。
3. ワーク本体の周囲にフランジ部を有するワークの前記フランジ部を２つの回転電極で挟持した状態で溶接するシーム溶接方法であって、
   前記２つの回転電極における前記フランジ部の幅方向の移動を同期させ、
   前記２つの回転電極のうち、少なくとも１つの前記回転電極の進行方向先端側が前記ワーク本体に接近するように前記回転電極を押圧し、前記フランジ部の溶接すべき方向に対して、前記回転電極の進行方向を傾斜させながら、
   前記フランジ部の端面にローラを当接させた状態で、
   前記溶接を行うことを特徴とするシーム溶接方法。
4. ワーク本体の周囲にフランジ部を有するワークの前記フランジ部を２つの回転電極で挟持した状態で溶接するシーム溶接方法であって、
   前記２つの回転電極のうち、少なくとも１つの前記回転電極の進行方向先端側が前記ワーク本体に接近するように前記回転電極を押圧し、前記フランジ部の溶接すべき方向に対して、前記回転電極の進行方向を傾斜させながら前記溶接を行うことを特徴とするシーム溶接方法。

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