JP6486340B2 - 加圧接合装置及び加圧接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用ドア等の蓋物を生産する現場において複数の部材（ワーク）を接合する場合に使用される加圧接合装置及び加圧接合方法に関するものである。

例えば自動車用ドアの生産現場では、ドアを構成するパネルや各種補強部材等のワークをスポット溶接ガンで加圧接合することや、アルミ材料を用いた場合にはフリクションスポット接合用のガンで加圧接合することが行われている。特許文献１には、複数のパイプ部材やクランプで構成された位置決め装置が開示されており、この位置決め装置には、複数の位置決めピンとワーク保持装置が設けられている。位置決め装置に備えられた複数の位置決めピンとワーク保持装置により複数のワークを相互に位置決め・保持することでワークの相対的な位置がずれないようにしておき、ロボットに取り付けられたスポット溶接ガンを移動させてワークの各部を相互に溶接するようにしている。

特開２０１１−２５１３６２号公報

ところで、特許文献１の位置決め装置は、複数のパイプ部材やクランプの他、ワークが動かないように所定位置で保持するための複数の位置決めピン及びワーク保持装置も備えているので、位置決め装置が大がかりなものとなる。また、自動車用ドアの生産現場では、１つの生産ラインで多種類のドアを生産する場合があり、この場合には、それぞれのドアに専用の位置決め装置を用意しなければならない。

また、加圧接合の態様は、接合の強度や接合後の製品形状の精度等が最良となるように製品の試作と加圧接合装置の調整を繰り返しながら決めていくことが行われており、これを製品の育成と呼んでいる。この製品の育成の過程では、接合前に複数のワークを一体に保持する際の保持位置及び接合位置、またワークに加えておく力やその方向を微妙に調整することも要求される。特許文献１の位置決め装置では、ワークの保持位置や加圧接合の位置を変えたり、ワークに加えておく力を調整する際には、各位置決めピンやワーク保持装置の位置を変更しなければならない。１箇所でも位置決めピンやワーク保持装置の位置を変えると、それによってワークの他の部位に加わる力も変わることになり、製品の育成には多くの労力と時間がかかる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加圧接合の生産設備において製品の種類毎に必要になる専用の設備を簡素化して汎用の設備で対応できるようにするとともに、製品の育成を効率化することにある。

本発明は、例えば、スチール、アルミ、樹脂などを材料とする複数のワークをサーボガンを用いて加圧しながら接合する加圧接合全般に適用できる発明である。本発明において加圧接合とは、スチール、アルミ材料のスポット溶接、アルミ材料のフリクションスポット接合（ＦＳＪ）、セルフピアスリベット接合（ＳＰＲ）、クリンチ接合、および樹脂材料のステープル接合を含む概念を表す。また加圧端子とは、スポット溶接にあっては溶接電極、ＦＳＪ接合、クリンチ接合等にあってはワークと接触し加工を施す端子部分をいうものとする。

上記目的を達成するために、本発明では、サーボモータによって加圧端子を駆動するサーボガンが取り付けられたロボットを複数使用し、これら複数のロボットの一部のサーボガンの加圧端子でワークの複数箇所を挟持した状態を保持しつつ、他のロボットのサーボガンの加圧端子で加圧接合を行うようにした。

第１の発明は、
凹部または凸部からなる位置決め部を有するパネル状の第１ワークと、該第１ワークよりも小さく形成され、該第１ワークの上記凹部に挿入される凸部または該第１ワークの上記凸部が挿入される凹部からなる位置決め部を有し、該位置決め部によって該第１ワークに位置決めされる第２ワークとを加圧接合する加圧接合装置において、
サーボモータによって加圧端子を駆動するサーボガンがそれぞれ取り付けられた汎用ロボットからなる複数のロボットと、
上記サーボガン及び上記ロボットを制御する制御装置とを備え、
上記制御装置は、上記ロボットによって上記サーボガンを移動させて該複数のサーボガンの加圧端子によって上記第１及び第２ワークの複数箇所を挟持させたまま、少なくとも１つの上記サーボガンにより、上記第１ワークの上記位置決め部と上記第２ワークの上記位置決め部とを加圧接合するように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、サーボガンはサーボモータによって加圧端子を駆動するので、加圧端子の位置が正確に定まる。したがって、複数のロボットのそれぞれのサーボガンの加圧端子がワークの複数箇所を挟持することでワークの位置決めが正確に行われる。このワークの位置決めは、汎用ロボットとサーボガンとで行われるので、多種生産ラインであっても制御装置の制御プログラムを変更すれば各機種に対応した装置の構成に簡単に変更することができ、製品の種類毎に必要になる従来の専用の設備を大幅に簡素化することが可能になる。

また、第１ワークが有する位置決め部によって小型の第２ワークが第１ワークに位置決めされるので、第１ワークと第２ワークとの相互の位置関係が正確に定まる。

また、ワークの各部をサーボガンの加圧端子で挟持した状態で、加圧接合前にロボットの制御によってワークの各部に対して任意の大きさの力を様々な方向に加えておき、ワークの形状に矯正を加えた状態で加圧接合することが可能になる。また、複数のワークの各部をサーボガンの加圧接合装置で一体に保持する際の保持位置、保持力及び接合位置等も制御装置の制御プログラムの変更で可能なので、従来の位置決め装置による位置決めに比べて製品の育成が効率よく短時間で行われる。

第２の発明は、第１の発明において、
サーボモータによって加圧端子を駆動する第１、第２、第３及び第４サーボガンがそれぞれ取り付けられた汎用ロボットからなる第１、第２、第３及び第４ロボットを備え、
上記制御装置は、上記第１、第２、第３及び第４ロボットによって上記第１、第２、第３及び第４サーボガンを移動させて該第１、第２及び第３サーボガンの加圧端子によって上記第１及び第２ワークを挟持させ、該第４サーボガンによる加圧接合を行わせるように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、例えば第１、第２及び第３サーボガンの加圧端子でワークを挟持しておくことで、ワークの３箇所の位置が正確に決まり、よって、ワークの位置決めがより一層高精度に行われる。この状態で例えば第４サーボガンの加圧端子によってワークを接合することで狙い通りの位置に加圧接合することが可能になる。

第３の発明は、第１または２の発明において、
上記サーボガンの加圧端子によって挟持される前の上記第１及び第２ワークを載置しておくための載置台をさらに備え、
上記載置台は、上記第１ワークを位置決めするための位置決めピンと、該位置決めピンの位置を変更する位置決めピン移動装置とを備えていることを特徴とする。

この位置決めピンの構成によれば、ロボットと載置台上のワークの初期相対位置を確定することができ、ワークに対するロボット動作の教示が可能となる。

また、位置決めピン移動装置により位置決めピンの位置を容易に変更できるようにしたので、多種生産ラインにおいても多種のワークに対応して載置台の構成を容易に変更でき、機種毎に専用の載置台を準備することが不要になる。

第４の発明は、第１から３のいずれか１つの発明において、
上記第１ワークに上記第２ワークを加圧接合する際に、該第１ワークにおける立面となる部分に上記第２ワークを配置するワーク供給ロボットを備えていることを特徴とする。

この構成によれば、第１ワークにおける立面となる部分に第２ワークを配置することで、立面となる部分にもサーボガンによる加圧接合を行うことが可能になる。

第５の発明は、
凹部または凸部からなる位置決め部を有するパネル状の第１ワークと、該第１ワークよりも小さく形成され、該第１ワークの上記凹部に挿入される凸部または該第１ワークの上記凸部が挿入される凹部からなる位置決め部を有し、該位置決め部によって該第１ワークに位置決めされる第２ワークとを加圧接合する加圧接合方法において、
サーボモータによって加圧端子を駆動するサーボガンを、汎用ロボットからなる複数ロボットによって移動させ、該複数のサーボガンの加圧端子によって上記第１及び第２ワークの各部を挟持したまま、少なくとも１つの上記サーボガンにより、上記第１ワークの上記位置決め部と上記第２ワークの上記位置決め部とを加圧接合することを特徴とする。

この構成によれば、第１の発明と同様に、製品の種類毎に必要になる専用の設備を簡素化することが可能になるとともに、製品の育成が効率よく行われる。

第１、第５の発明によれば、サーボガンがそれぞれ取り付けられた汎用ロボットからなる複数ロボットを使用し、複数のサーボガンの加圧端子によって第１及び第２ワークを挟持したまま、少なくとも１つのサーボガンによる加圧接合を行うようにしたので、製品の種類毎に必要になる専用の設備を簡素化して汎用の設備で対応できるとともに、製品の育成を効率化することができる。

第２の発明によれば、第１、第２、第３及び第４ロボットによって第１、第２、第３及び第４サーボガンを移動させ、これらサーボガンの加圧端子によって第１及び第２ワークを挟持するようにしたので、これらワークの位置決めをより一層高精度に行うことができ、狙い通りの位置を加圧接合できる。

第３の発明によれば、サーボガンの加圧端子によって挟持される前の第１及び第２ワークを載置しておくための載置台の位置決めピンを位置決めピン移動装置で移動可能にしたので、１つの載置台を使用して多種のワークを位置決めできる。

第４の発明によれば、第１ワークにおける立面となる部分に第２ワークを配置して加圧接合することができる。

実施形態１に係る加圧接合装置の斜視図である。 自動車用ドアを構成するインナパネルに補強部材が取り付けられた状態の側面図である。 図２のIII−III線断面図である。 加圧接合装置の平面図である。 加圧接合装置の側面図である。 加圧接合装置のブロック図である。 載置台の斜視図である。 載置台の平面図である。 載置台にインナパネルを載置した状態の図４相当図である。 サーボガンの加圧端子によってインナパネルを挟持した状態の図４相当図である。 搬送装置をインナパネルの下方に配置した状態の図５相当図である。 搬送装置でインナパネルを支持した状態の図５相当図である。 実施形態２に係る加圧接合装置の一部を示す斜視図である。 ワーク供給ロボットのアーム先端部の拡大斜視図である。 ナットプレートを吸着した状態の図１４相当図である。 実施形態３に係る図２相当図である。 ドアの部分拡大図である。 （ａ）はドアの突起が形成された部分を突起の先端側から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る加圧接合装置１の斜視図である。この加圧接合装置１は、自動車用ドアの生産現場に設置されるものであり、特に、図２に示すドアの鋼板製インナパネル（パネル状の第１ワーク）Ｐに鋼板製の補強部材（第２ワーク）Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３をスポット溶接（加圧接合）する場合に使用することができるが、これ以外のスポット溶接可能な部材を溶接する場合にも使用することができる。補強部材Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はインナパネルＰよりも小さく形成された小物部品である。

また、例えば、アルミ材料からなるワークをスポット溶接する場合にも上記加圧接合装置１を使用することができる。さらに、加圧接合装置１は、樹脂などを材料とする複数のワークをサーボガンを用いて加圧しながら接合する加工全般に適用できる。本実施形態において加圧接合とは、上述したスチール、アルミ材料のスポット溶接のほか、アルミ材料のフリクションスポット接合（ＦＳＪ）、セルフピアスリベット接合（ＳＰＲ）、クリンチ接合、および樹脂材料のステープル接合を含む。また、加圧端子とは、スポット溶接にあっては溶接電極、ＦＳＪ接合、クリンチ接合等にあってはワークと接触し加工を施す端子部分をいうものとする。以下の説明ではスポット溶接の場合について詳述するが、他の接合方法の場合は接合方法に応じて加圧端子やガンの構成を変更することで対応できる。

インナパネルＰの前部（車両前側）には第１及び第２位置決め孔Ｐ１、Ｐ２が形成され、また、後部（車両後側）には第３位置決め孔Ｐ３が形成されている。第１〜第３位置決め孔Ｐ１〜Ｐ３は、詳細は後述するが図４等に示す載置台７０に位置決めするためのものである。また、図３に示すように、インナパネルＰにおける補強部材Ｒ１と重なっている部分には、凹部（第１ワークの位置決め部）Ｐ４が形成されている。補強部材Ｒ１には、凹部Ｐ４に挿入される凸部（第２ワークの位置決め部）Ｒａが形成されている。凹部Ｐ４及び凸部Ｒａによってセルフロケート構造が構成されている。すなわち、凹部Ｐ４に凸部Ｒａを挿入して両者を合わせることでインナパネルＰに対する補強部材Ｒ１の位置決めが行われるので、別の位置決め装置等を用いることなく、インナパネルＰと補強部材Ｒ１との相対的な位置決めが行われる。尚、図示しないが、補強部材Ｒ１に凹部を形成し、インナパネルＰに凸部を形成してもよいし、インナパネルＰと補強部材Ｒ１との一方に凸部を形成し、他方に穴を形成して凸部を穴に挿入することによって位置決めを行うようにしてもよい。セルフロケート構造は、１つの補強部材Ｒ１に２つ設けるのが好ましい。凹部Ｐ４及び凸部Ｒａをスポット溶接することもできるし、凹部Ｐ４及び凸部Ｒａ以外の部位をスポット溶接することもできる。

図１、図４〜図６に示すように、加圧接合装置１は、第１〜第６ロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０と、第１〜第６ロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０にそれぞれ取り付けられる第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１と、載置台７０と、制御装置５（図６にのみ示す）とを備えている。第１〜第６ロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０は全て同じであり、例えば工場内に配設される多関節汎用ロボットで構成することができる。第１〜第６ロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０はそれぞれアーム１０ａ、２０ａ、３０ａ、４０ａ、５０ａ、６０ａを備えており、これらは制御装置５によって制御される。アーム１０ａ、２０ａ、３０ａ、４０ａ、５０ａ、６０ａの先端部は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に自由に動かすことができる。アーム１０ａ、２０ａ、３０ａ、４０ａ、５０ａ、６０ａの先端部には、第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１がそれぞれ取り付けられている。

第１サーボガン１１の本体部分が第１ロボット１０のアーム１１ａの先端部に取り付けられるようになっており、この本体部分には、図５にも示すように可動側溶接電極１１ａと固定側溶接電極１１ｂとが互いに対向するように設けられている。さらに、第１サーボガン１１には、可動側溶接電極１１ａを、固定側溶接電極１１ｂに対して接離する方向に駆動するためのサーボモータ１１ｃも設けられている。サーボモータ１１ｃは、制御装置５によって制御されて任意のタイミングで任意の量だけ可動側溶接電極１１ａを移動させることができるようになっている。また、第１サーボガン１１に対して溶接電流を供給するのは制御装置５によって行われるようになっている。第１サーボガン１１は、インナパネルＰに補強部材Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３をスポット溶接するためのものである。

尚、第２〜第６サーボガン２１、３１、４１、５１、６１は、第１サーボガン１１と同じ構造であり、可動側溶接電極と固定側溶接電極（共に図示せず）と、サーボモータ２１ｃ、３１ｃ、４１ｃ、５１ｃ、６１ｃとを備え、制御装置５によって制御される。

図４にも示すように、第１〜第３ロボット１０、２０、３０は、加圧接合装置１に向かって左側に配置され、手前側から奥側へ向かって順に並んでいる。第４〜第６ロボット４０、５０、６０は、加圧接合装置１に向かって右側に配置され、手前側から奥側へ向かって順に並んでいる。第１〜第３ロボット１０、２０、３０と、第４〜第６ロボット４０、５０、６０とは左右方向に離れており、これらの間に載置台７０が配置されている。尚、第１〜第６ロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０は、上記した位置に配置しなくてもよく、任意の位置に配置することができる。

図７及び図８に示すように、載置台７０は、位置決め装置７１と、位置決め装置７１を支持する支持部材７２とを備えている。支持部材７２は、工場の床面等に固定される固定板７２ａと固定板７２ａの上面から上方へ延びる支柱７２ｂとで構成されている。支柱７２ｂの上端部に位置決め装置７１が固定されている。

位置決め装置７１は、インナパネルＰにスポット溶接を行う際に、当該インナパネルＰを所定位置に仮に位置決めしておくためのものであり、第１位置決めピン８１、第２位置決めピン８２及び第３位置決めピン８３を備えている。第１位置決めピン８１は、インナパネルＰの第１位置決め孔Ｐ１に挿入され、また、第２位置決めピン８２は、インナパネルＰの第２位置決め孔Ｐ２に挿入され、また、第３位置決めピン８３は、インナパネルＰの第３位置決め孔Ｐ３に挿入される。尚、この実施形態では、位置決めピンを３本設けているが、これに限らず、２本であってもよい。

第１〜第３位置決めピン８１〜８３は、従来周知のピンクランプシリンダで構成することができる。具体的には、第１〜第３位置決めピン８１〜８３は略鉛直上向きに突出している。第１及び第２位置決めピン８１、８２は、位置決め装置７１の右側に、第３位置決めピン８３は、位置決め装置７１の左側に配置されている。第１〜第３位置決めピン８１〜８３をインナパネルＰの第１〜第３位置決め孔Ｐ１〜Ｐ３に挿入した状態で、第１〜第３位置決めピン８１〜８３の基端部に第１〜第３位置決め孔Ｐ１〜Ｐ３が位置するようになっている。そして、ピンクランプシリンダの動作によって第１〜第３位置決めピン８１〜８３の周縁部を上方から押さえつけることにより、第１〜第３位置決めピン８１〜８３が第１〜第３位置決め孔Ｐ１〜Ｐ３から抜けないようにして位置決めできる。尚、ピンクランプシリンダは、上記制御装置５によって制御することができるようになっている。

位置決め装置７１は、第１位置決めピン８１を上下方向に移動させるための第１昇降装置（位置決めピン移動装置）８４と、第２位置決めピン８２をピンクランプシリンダと共に上下方向に移動させるための第２昇降装置（位置決めピン移動装置）８５とを備えている。第１及び第２昇降装置８４、８５は、上下方向に延びるロッド８４ａ、８５ａを備えており、ロッド８４ａ、８５ａによって第１及び第２位置決めピン８１、８２が案内される。第１及び第２昇降装置８４、８５は、第１及び第２位置決めピン８１、８２が任意に高さ位置にあるときにその位置からずれないようにするためのブレーキ機構を内蔵している。

また、位置決め装置７１は、第３位置決めピン８３を左右方向に移動させるための移動装置（位置決めピン移動装置）８６も備えている。移動装置８６は、左右方向に延びるロッド８６ａを備えており、ロッド８６ａによって第３位置決めピン８３が案内される。移動装置８６は、第３位置決めピン８３が任意の位置にあるときにその位置からずれないようにするためのブレーキ機構を内蔵している。

さらに、図８に示すように、位置決め装置７１は、第１位置決めピン８１と第２位置決めピン８２との間隔（奥行き方向の離間寸法）を変更するためのエアシリンダ（位置決めピン移動装置）８８も備えている。エアシリンダ８８の伸縮動作によって第１位置決めピン８１と第２位置決めピン８２との間隔が変更されるようになっている。第１位置決めピン８１と第２位置決めピン８２との間隔が任意の間隔にあるときに、第１位置決めピン８１及び第２位置決めピン８２がその位置からずれないようにするためのブレーキ機構を備えている。

つまり、第１〜第３位置決めピン８１〜８３を上述のように動かして位置を変更することで、多種のインナパネルＰを１台の位置決め装置７１で仮に位置決めすることができるので、多種生産ラインの設備を簡素化することができる。尚、位置決め装置７１による位置決めは仮に行われるものであって、詳細は後述するが、スポット溶接を行う時にはロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０の制御によってインナパネルＰが正確な位置に位置決めされる。

第１〜第３位置決めピン８１〜８３を動かす際には、ロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０で動かすようにしてもよいし、作業者が直接動かすようにしてもよい。

次に、図６に示す制御装置５について説明する。制御装置５は、第１〜第６ロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０を制御するロボット制御と、第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１を制御する溶接制御と、載置台７０のピンクランプシリンダを制御する載置台制御とを行うことができるように構成されている。尚、ロボット制御を行う部分と、溶接制御を行う部分と、載置台制御を行う部分とは分離した構造であってもよいが、この実施形態では概念的に１つにまとめて図示している。

制御装置５は、基本的には予め入力されたプログラムに従って第１〜第６ロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０、第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１及び載置台７０を制御する。

すなわち、載置台７０にインナパネルＰが載置されたことを図示しない検出手段で検出すると、第１〜第３位置決めピン８１〜８３を非クランプ状態からクランプ状態に切り替えてインナパネルＰを載置台７０に仮に位置決めする。また、インナパネルＰを載置台７０に仮に位置決めした状態ではスポット溶接できない位置にスポット溶接する場合のように、溶接に支障がある場合には、クランプ状態にある第１〜第３位置決めピン８１〜８３を非クランプ状態に切り替えてインナパネルＰを載置台７０から浮かせることができるようにする。載置台７０はインナパネルＰを仮に位置決めするものであるため、載置台７０から浮かせても問題ない。

制御装置５は、インナパネルＰが載置台７０に載置されて位置決めされた状態（図９に示す）であることを検出すると、第１〜第６ロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０により第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１を移動させて、溶接電極１１ａ、１１ｂ（第１サーボガン１１の符号のみ図１等に示す）をインナパネルＰの周縁部近傍に配置する（図１及び図１０に示す）。

その後、制御装置５は、第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１のサーボモータ１１ｃ、２１ｃ、３１ｃ、４１ｃ、５１ｃ、６１ｃを作動させて可動側溶接電極１１ａをインナパネルＰに当接させ、インナパネルＰを可動側溶接電極１１ａと固定側溶接電極１１ｂとで挟持する。このとき、例えば、第３サーボガン３１及び第６サーボガン６１が、インナパネルＰと補強部材Ｒ１との溶接部位を挟持するように、第３ロボット３０及び第６ロボット６０を制御する。

第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１による挟持力は強力であるため、例えばインナパネルＰの第１サーボガン１１で挟持した部位を、他のサーボガン２１、３１、４１、５１、６１で挟持した部位から離れる方向や接近する方向等に力を加えるように、第１ロボット１０を制御することで、インナパネルＰを微妙に変形させることができる。このような制御を行った状態で第３サーボガン３１によるスポット溶接をする。そして、第３サーボガン３１による通電が終了、即ち、ナゲット成形が完了したら、第６サーボガン６１によるスポット溶接を行う。第３サーボガン３１のスポット溶接が完了したら、サーボモータ３１ｃを作動させて可動側溶接電極をインナパネルＰから離す。その後、第３ロボット３０によって第３サーボガン３１をインナパネルＰの別の溶接部位または挟持部位まで移動させ、当該部位を第３サーボガン３１によって挟持する。第３サーボガン３１を移動させる間、他のサーボガン６０がスポット溶接を行っているのでタクトに影響しない。

上記は一例であり、様々な運用形態が考えられる。例えば、第１〜３ロボット１０、２０、３０の第１〜第３サーボガン１１、２１、３１によってインナパネルＰを挟持しておき、第４サーボガン４１でスポット溶接すること等も可能である。

また、例えば第１サーボガン１１によるスポット溶接を行った後に、第２サーボガン２１によるスポット溶接、第３サーボガン３１によるスポット溶接を順に行うようにしてもよく、スポット溶接の順番は、最終製品の形状精度が高くなるように試作しながら決定すればよい。また、スポット溶接の位置修正や、スポット溶接時にインナパネルＰに加えておく力やその向きも、溶接の強度や溶接後の最終製品形状の精度等が最良となるように試作しながら決めていく。試作の際には、制御装置５のプログラムの変更や修正をロボットティーチングによって容易に行うことができる。

制御装置５は、インナパネルＰを載置台７０に位置決めした状態でスポット溶接できない位置にスポット溶接する場合には、上述のように、クランプ状態にある第１〜第３位置決めピン８１〜８３を非クランプ状態に切り替えるとともに、第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１でインナパネルＰを挟持したまま、第１〜第６ロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０によりインナパネルＰを載置台７０から浮かせるように制御する。この状態で、上述のようにスポット溶接を行う。

インナパネルＰを載置台７０から浮かせてスポット溶接した後は、インナパネルＰを載置台７０に載置し直し、インナパネルＰを再度位置決めする。これは、浮かせた状態でスポット溶接を行っているときにインナパネルＰの位置がずれてしまう恐れがあり、後述する搬送時に影響を与えることがあるからである。

制御装置５は、全てのスポット溶接が終了すると、インナパネルＰを別の場所に搬送する搬送制御を行う。搬送する際には、図１１及び図１２に示す搬送装置Ａを使用する。搬送装置Ａは、位置決め装置７１と同様に構成されたものであり、図示しない多関節汎用ロボットのアームに取り付けられている。この搬送装置Ａを移動させる汎用ロボットも制御装置５が制御する。

搬送制御では、まず、第１〜第６ロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０を協調制御し、第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１で挟持したインナパネルＰを、スポット溶接を行った位置よりも上まで移動させてインナパネルＰの下方に搬送装置Ａを差し込むことができる空間を形成する（図１１に示す）。

その後、制御装置５は搬送装置ＡをインナパネルＰの下方に差し込むように制御する。次いで、搬送装置Ａを上昇させて、搬送装置Ａの位置決めピン（図示せず）をインナパネルＰの位置決め孔Ｐ１〜Ｐ３に差し込み、クランプ状態にする。そして、第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１のサーボモータ１１ｃ、２１ｃ、３１ｃ、４１ｃ、５１ｃ、６１ｃを作動させて可動側溶接電極１１ａをインナパネルＰから離す。しかる後、搬送装置Ａを移動させてインナパネルＰを搬送する。

尚、インナパネルＰを搬送する場合、位置決め装置７１から浮かせた状態でインナパネルＰの溶接を行った後、位置決め装置７１に載置することはなく、搬送用ロボットに直接受け渡して搬送することも可能である。

制御装置５は、溶接電極１１ａ、１１ｂが研磨されたり、交換されたことを検出し、補正制御を行うように構成されている。補正制御は、溶接電極１１ａ、１１ｂが研磨されたり、交換されたことによって溶接電極１１ａ、１１ｂの先端位置が変化した場合には、その変化前後の先端位置に基づいて変化後の第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１の位置を補正する。これにより、溶接電極１１ａ、１１ｂの状態に関わらず、常に正確な位置にインナパネルＰを位置付けて狙い通りにスポット溶接することが可能になる。

以上説明したように、この実施形態によれば、第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１がそれぞれ取り付けられた第１〜第６ロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０を使用し、第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１の溶接電極１１ａ、１１ｂによってインナパネルＰを挟持したまま、例えば第１サーボガン１１によるスポット溶接を行うことができる。

第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１は、サーボモータ１１ｃ、２１ｃ、３１ｃ、４１ｃ、５１ｃ、６１ｃによって可動側溶接電極１１ａを駆動するので、可動側溶接電極１１ａの位置が正確に定まる。したがって、第１〜第６サーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１の溶接電極１１ａ、１１ｂがインナパネルＰを挟持することでインナパネルＰの位置決めが正確に行われる。このインナパネルＰの位置決めは、汎用の第１〜第６ロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０とサーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１とで行われるので、多種生産ラインであっても制御装置５の制御プログラムを変更すればよく、製品の種類毎に必要になる専用の設備を簡素化することが可能になる。

また、インナパネルＰの各部をサーボガン１１、２１、３１、４１、５１、６１の溶接電極１１ａ、１１ｂで挟持した状態で、スポット溶接前にロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０の制御によってインナパネルＰの各部に対して任意の大きさの力を様々な方向に加えておき、その状態でスポット溶接することが可能になる。これも制御装置５の制御プログラムの変更で可能なので、製品の育成を効率よく行うことができる。

尚、上記実施形態では、溶接装置１が６台のロボット１０、２０、３０、４０、５０、６０を備えている場合について説明したが、これに限らず、少なくとも２台のロボット１０、２０を備えていればよい。この場合、第１サーボガン１０及び第２サーボガン２０で挟持した状態で安定させることができる程度の大きさのワークが望ましい。

また、少なくとも４台のロボット（第１〜第４ロボット１０、２０、３０、４０）があればよい。この場合、３台のサーボガンでワークを挟持することでワークの３箇所の位置が正確に決まり、よって、ワークの位置決めがより一層高精度に行われる。この状態で残りの１台のロボットのサーボガンの溶接電極によってワークを溶接することで狙い通りの位置にスポット溶接できる。

（実施形態２）
図１３〜図１５は、本発明の実施形態２に係る加圧接合装置の一部を示している。実施形態２に係る加圧接合装置は、実施形態１の第１〜第６ロボット（図示せず）の他に、ワーク供給ロボット７５を備えている。

図１３に示すように、一般にインナパネルＰにおいては、自動車のボディーサイドに沿った形状となるように成形された第１成形部ＰＡが大きな面積を占める一方、第１成形部ＰＡに対して交差する方向に延びるように成形された第２成形部ＰＢは小さな面積を占めている。そして、実施形態１で説明したように、第１成形部ＰＡが略水平になるような姿勢を保持しながら、第１〜第６ロボットによるワークの把持及び加圧接合を行っていく。サイドインパクトバーやベルトラインレインフォースメント（第２ワークに相当）といった主要な部品は、ボディーサイドに沿った第１成形部ＰＡに対して略平行に延びる姿勢で取り付けられている。従って、第１成形部ＰＡとサイドインパクトバー等とを略平行にして接合を行うことで、各ロボットのサーボガンの高さを同様な高さに保って加工することができ、作業性が向上する。

ところが、インナパネルＰの第２成形部ＰＢは、第１成形部ＰＡを略水平に保った状態では、上下方向に延びる立面となる。この立面となる第２成形部ＰＢにも、例えばドアヒンジ、ドアチェッカー、ナットプレートＮ（第２ワーク）などの小物部品が取り付けられるため、第２成形部ＰＢに対し小物部品を位置決めするとともに保持して加圧接合を行う必要がある。この場合に実施形態２のワーク供給ロボット７５が使用される。尚、図１３において、インナパネルＰは、図示しないが第１〜第６ロボットのうち、任意のロボットに把持させておくことができる。

ワーク供給ロボット７５は、多関節汎用ロボットであり、そのロボットアーム７５ａの先端部には、ナットプレートＮを把持する把持部７６が取り付けられている。図１４及び図１５に示すように、把持部７６は、ロボットアーム７５のアーム軸線に対して径方向へ突出する一対のロッド７７、７７を有している。各ロッド７７の先端部には、該ロッド７７の長手方向に対し直交する方向に突出する基準ピン７７ａが設けられている。基準ピン７７ａ、７７ａの突出方向は互いに同じ方向である。ロッド７７には図示しないがマグネットが埋め込まれている。

一方、ナットプレートＮは例えば鋼材等の磁性体からなるものである。ナットプレートＮの中央寄りの部位には貫通穴Ｎ１、Ｎ１が形成されている。ナットプレートＮの長手方向の両端部寄りの部位には雌ねじ穴Ｎ２、Ｎ２が形成されている。ナットプレートＮは、インナパネルＰの第２成形部ＰＢにおけるドア内側に配置されて、第２成形部ＰＢに加圧接合（スポット溶接）される。インナパネルＰの第２成形部ＰＢには、ナットプレートＮの雌ねじ穴Ｎ２、Ｎ２と一致するように、ボルト（図示せず）が挿通する挿通穴ＰＣ、ＰＣが形成されている。ボルトを、図示しないドアヒンジの取付穴及び挿通穴ＰＣ、ＰＣに挿通させてナットプレートＮの雌ねじ穴Ｎ２、Ｎ２に螺合することによってドアヒンジがインナパネルＰに締結固定されるようになっている。

ナットプレートＮの雌ねじ穴Ｎ２、Ｎ２には、それぞれロボットアーム７５ａの基準ピン７７ａ、７７ａが挿通するようになっている。ナットプレートＮは、ロボットアーム７５ａの基準ピン７７ａ、７７ａを雌ねじ穴Ｎ２、Ｎ２に挿通させた状態でロボットアーム７５ａに対して位置決めされ、この位置決め状態でマグネットの吸着力によって吸着保持される。尚、多数のナットプレートＮがインナパネルＰから離れた所に置かれており、ワーク供給ロボット７５がナットプレートＮを順次、吸着して搬送する。

ナットプレートＮをインナパネルＰに取り付ける際には、まず、ナットプレートＮを上述のようにワーク供給ロボット７５のロボットアーム７５ａに吸着保持した後、ワーク供給ロボット７５によって搬送してインナパネルＰの第２成形部ＰＢのドア内側に配置して第２成形部ＰＢに密着させる。その後、実施形態１と同様に、第１〜第６ロボットによってナットプレートＮをインナパネルＰにスポット溶接する。

この実施形態２の場合も実施形態１と同様な作用効果を奏することができるとともに、立面となる部分にナットプレートＮを加圧接合することができる。尚、立面となる部分には、ナットプレートＮ以外にも、各種補強部材、小物部品等を加圧接合することができる。

（実施形態３）
図１６〜図１８は、本発明の実施形態３に係るドアのインナパネルＰを示すものである。インナパネルＰには、補強部材Ｒ１が重ねられた状態でスポット溶接される。この実施形態３の補強部材Ｒ１はウインドフレームであるが、補強部材Ｒ１はウインドフレーム以外であってもよい。

図１８に示すように、実施形態３では、補強部材Ｒ１をインナパネルＰに位置決めする構造として、補強部材Ｒ１に主基準突起１００と、副基準突起１０１とが形成され、インナパネルＰに主基準突起１０２と、副基準突起１０３とが形成されている。これら突起１００〜１０３の突出方向は、インナパネルＰの車室内外方向を基準としたときに、車室内側へ向かう方向であり、加圧接合時には、上側へ向かう方向となる。また、突起１００〜１０３は溶接に供される突起である。

補強部材Ｒ１の主基準突起１００と副基準突起１０１とは車両前後方向に離れており、これに対応するように、インナパネルＰの主基準突起１０２と副基準突起１０３も車体前後方向に離れている。そして、インナパネルＰの主基準突起１０２が補強部材Ｒ１の主基準突起１００の内部に挿入され、かつ、インナパネルＰの副基準突起１０３が補強部材Ｒ１の副基準突起１０１の内部に挿入された状態で、インナパネルＰの主基準突起１０２と補強部材Ｒ１の主基準突起１００とが係合するとともに、インナパネルＰの副基準突起１０３と補強部材Ｒ１の副基準突起１０１とが係合し、これにより、補強部材Ｒ１がインナパネルＰに位置決めされる。尚、インナパネルＰの主基準突起１０２と副基準突起１０３の並ぶ方向は車両前後方向に限られるものではなく、車両の上下方向であってもよい。また、副基準突起は１組でなくてもよく、例えば２組以上であってもよい。

図１７に示すように、インナパネルＰの主基準突起１０２と副基準突起１０３の並ぶ方向に延びる軸をＸ軸とし、インナパネルＰに沿い、かつ、Ｘ軸に垂直な方向に延びる軸をＹ軸とする。図１８（ｂ）に示すように、インナパネルＰの主基準突起１０２の外周面と補強部材Ｒ１の主基準突起１００の内周面との間には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向に隙間が形成されており、その寸法をＳとする。また、インナパネルＰの副基準突起１０３の外周面と補強部材Ｒ１の副基準突起１０１の内周面との間にも、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向に隙間が形成されており、その寸法をＤとする。寸法Ｄは、寸法Ｓよりも大きく設定されている。これにより、副基準突起１０１、１０３の嵌合の方が、主基準突起１００、１０２の嵌合に比べて緩くなる。主基準突起１００、１０２及び副基準突起１０１、１０３の成形は、ＪＩＳ Ｂ０４０８の規定に準じた精度とするのが好ましい。

副基準突起１０１、１０３の隙間寸法Ｄを、主基準突起１００、１０２の隙間寸法Ｓよりも大きくしたことで、補強部材Ｒ１の位置合わせを容易に行うことができる。また、主基準突起１００、１０２と副基準突起１０１、１０３とを設けていることで、補強部材Ｒ１がインナパネルＰに位置決めされた状態でインナパネルＰに対して回動することはなく、補強部材Ｒ１のガタつきを抑制することができ、確実に位置決めできる。

図１８（ｂ）に示すように、インナパネルＰの主基準突起１０２と副基準突起１０３及び補強部材Ｒ１の主基準突起１００は、断面が略円形であるのに対し、補強部材Ｒ１の副基準突起１０１は、Ｘ軸方向に長い長円形もしくは楕円形の断面を有している。これにより、Ｘ軸方向の製造誤差が許容される。

スポット溶接する際には、図示しないが一方の電極を、インナパネルＰの主基準突起１０２の下方及び副基準突起１０３の下方にそれぞれ配置し、他方の電極を、補強部材Ｒ１の主基準突起１００の上方及び副基準突起１０１の上方にそれぞれ配置し、一方の電極と他方の電極を互いに接近させてインナパネルＰの主基準突起１０２と補強部材Ｒ１の主基準突起１００とをスポット溶接し、インナパネルＰの副基準突起１０３と補強部材Ｒ１の副基準突起１０１とをスポット溶接する。

実施形態３の場合も実施形態１と同様にして加圧接合を行うことができるので、同様な作用効果を奏することができる。

また、上記実施形態では、自動車の側部に配設されるヒンジを有するドアの製造に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、例えば、スライドドア、ボンネットフード、バックドア、トランクリッド等の自動車の蓋物を製造するのにも本発明を適用することができる。その他にも、複数のワークをスポット溶接して製品を製造する現場で広く本発明を適用することができる。

また、位置決め部による第１ワークと第２ワークの位置決め方式については、本実施形態で示した相互に凹部及び凸部を有する場合のほかに、凸部と穴部を有する場合、第２ワーク（小物部品）の端部を第１ワーク（パネル状部品）の凸部で受ける場合など他の一般的な位置決め構造を適用することができる。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係る加圧接合装置及び加圧接合方法は、例えば、自動車用ドアの生産現場で使用することができる。

１ 加圧接合装置
５ 制御装置
１０、２０、３０、４０、５０、６０ 第１〜第６ロボット
１１、２１、３１、４１、５１、６１ 第１〜第６サーボガン
１１ａ、１１ｂ 溶接電極（加圧端子）
１１ｃ、２１ｃ、３１ｃ、４１ｃ、５１ｃ、６１ｃ サーボモータ
７０ 載置台
７５ ワーク供給ロボット
８１〜８３ 第１〜第３位置決めピン
８４ 第１昇降装置（位置決めピン移動装置）
８５ 第２昇降装置（位置決めピン移動装置）
８６ 移動装置（位置決めピン移動装置）
８８ エアシリンダ（位置決めピン移動装置）
Ｐ インナパネル（第１ワーク）
Ｐ４ 凹部（第１ワークの位置決め部）
Ｒ１ 補強部材（第２ワーク）
Ｒａ 凸部（第２ワークの位置決め部）

Claims (5)

1. 凹部または凸部からなる位置決め部を有するパネル状の第１ワークと、該第１ワークよりも小さく形成され、該第１ワークの上記凹部に挿入される凸部または該第１ワークの上記凸部が挿入される凹部からなる位置決め部を有し、該位置決め部によって該第１ワークに位置決めされる第２ワークとを加圧接合する加圧接合装置において、
   サーボモータによって加圧端子を駆動するサーボガンがそれぞれ取り付けられた汎用ロボットからなる複数のロボットと、
   上記サーボガン及び上記ロボットを制御する制御装置とを備え、
   上記制御装置は、上記ロボットによって上記サーボガンを移動させて該複数のサーボガンの加圧端子によって上記第１及び第２ワークの複数箇所を挟持させたまま、少なくとも１つの上記サーボガンにより、上記第１ワークの上記位置決め部と上記第２ワークの上記位置決め部とを加圧接合するように構成されていることを特徴とする加圧接合装置。
2. 請求項１に記載の加圧接合装置において、
   サーボモータによって加圧端子を駆動する第１、第２、第３及び第４サーボガンがそれぞれ取り付けられた汎用ロボットからなる第１、第２、第３及び第４ロボットを備え、
   上記制御装置は、上記第１、第２、第３及び第４ロボットによって上記第１、第２、第３及び第４サーボガンを移動させて該第１、第２及び第３サーボガンの加圧端子によって上記第１及び第２ワークを挟持させ、該第４サーボガンによる加圧接合を行わせるように構成されていることを特徴とする加圧接合装置。
3. 請求項１または２に記載の加圧接合装置において、
   上記サーボガンの加圧端子によって挟持される前の上記第１及び第２ワークを載置しておくための載置台をさらに備え、
   上記載置台は、上記第１ワークを位置決めするための位置決めピンと、該位置決めピンの位置を変更する位置決めピン移動装置とを備えていることを特徴とする加圧接合装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の加圧接合装置において、
   上記第１ワークに上記第２ワークを加圧接合する際に、該第１ワークにおける立面となる部分に上記第２ワークを配置するワーク供給ロボットを備えていることを特徴とする加圧接合装置。
5. 凹部または凸部からなる位置決め部を有するパネル状の第１ワークと、該第１ワークよりも小さく形成され、該第１ワークの上記凹部に挿入される凸部または該第１ワークの上記凸部が挿入される凹部からなる位置決め部を有し、該位置決め部によって該第１ワークに位置決めされる第２ワークとを加圧接合する加圧接合方法において、
   サーボモータによって加圧端子を駆動するサーボガンを、汎用ロボットからなる複数ロボットによって移動させ、該複数のサーボガンの加圧端子によって上記第１及び第２ワークの各部を挟持したまま、少なくとも１つの上記サーボガンにより、上記第１ワークの上記位置決め部と上記第２ワークの上記位置決め部とを加圧接合することを特徴とする加圧接合方法。

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