JPH0715172U - プラズマ溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車のボディにおいて補強部材を溶接によ
って取付けるために、袋断面構造となる部位をプラズマ
溶接によって接合する場合に、接合される一方の鋼板と
他方の鋼板との間の隙間を問題とすることなく良好な溶
接を行えるようにする。 【構成】 接合される一方の鋼板の溶接部位には微小な
凸部を折曲形成しておき、この凸部を他方の鋼板に押し
付けつつこの凸部の裏側からプラズマアークを照射して
この凸部において前記一方の鋼板と前記他方の鋼板を接
合し、しかもプラズマアークの照射に伴う凸部の軟化を
利用してこの凸部を押し潰し、これにより一方の鋼板と
他方の鋼板を両者間に隙間のない状態に接合する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば自動車ボディの溶接工程において、亜鉛メッキ鋼板等の鋼板 をプラズマアーク溶接によって接合するためのプラズマ溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、自動車ボディの軽量化のための一手法として、部分的に補強部材を 取り付けてその剛性を高めることによりボディを構成する鋼板の板厚を薄くする ことが行われている。

【０００３】 ところが、例えば図８に示すようにフロアパネル２０とメンバ２１との間に補 強部材２２を溶接によって取り付ける場合を考えると、この部位は袋断面構造と なるためいわゆるダイレクトスポット溶接によっては溶接部位２３を溶接できな い。このため、従来よりこのような溶接部位２３の溶接には、上記ダイレクトス ポット溶接のように溶接部位を両側から挟む必要がなく、片側から溶接できる溶 接方法が種々採り入れられている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

これらの溶接方法には、例えばシリーズスポット溶接やＭＩＧスポット溶接が あるが、これらは溶接強度の点で若干問題がある。また、この他にレーザ溶接あ るいはプラズマ溶接があり、これらによれば一定の溶接強度は得られるが、図９ に示すように溶接される両鋼板Ｗ1 、Ｗ2 間に隙間２５がある場合には、鋼板Ｗ 1 に孔２４があいてしまう問題がある。

【０００５】 そこで、本考案は、例えば自動車のボディにおいて亜鉛メッキ鋼板を補強部材 として溶接する場合であって、断面袋構造部位であるが故に通常のダイレクトス ポット溶接が不可能な部位の溶接に好適であるプラズマ溶接装置を提供すること を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

このため、請求項１記載の考案では、接合される一方の鋼板には予めその一部 が折曲されてなる凸部が形成されたものが用意され、この凸部を他方の鋼板に押 し付けるための押圧手段を備え、この押圧手段により前記凸部を前記他方の鋼板 に押し付け、この押し付け状態のまま前記凸部の裏側からプラズマアークを照射 して前記一方の鋼板と前記他方の鋼板を接合し、しかもプラズマアークの照射に 伴う前記凸部の軟化を利用して前記押圧手段により前記凸部は押し潰されて、前 記一方の鋼板と前記他方の鋼板とが、両者間にほぼ隙間のない状態に接合可能な 構成としたことを特徴とするプラズマ溶接装置を案出した。

【０００７】 また、請求項２記載の考案では、接合される一方の鋼板の一部を押圧して、他 方の鋼板側に突き出す凸部を折曲形成するための凸部形成手段と、前記凸部を前 記他方の鋼板に押し付けるための押圧手段を備え、前記凸部形成手段により前記 凸部を折曲形成した後、前記押圧手段により前記凸部を前記他方の鋼板に押し付 け、この押し付け状態のまま前記凸部の裏側からプラズマアークを照射して前記 一方の鋼板と前記他方の鋼板を接合し、しかもプラズマアークの照射に伴う前記 凸部の軟化を利用して前記押圧手段により前記凸部は押し潰されて、前記一方の 鋼板と前記他方の鋼板とが、両者間にほぼ隙間のない状態に接合可能な構成とし たことを特徴とするプラズマ溶接装置を案出した。

【０００８】

【作用】

請求項１記載の考案によれば、一方の鋼板の凸部が、押圧手段によって他方の 鋼板に押し付けられ、この押し付け状態のまま凸部の裏側からプラズマアークが 照射されて溶接がなされる。ここで、いずれか一方または双方の鋼板が完全な平 面体ではなく部分的に波をうっている場合やわずかに反っているような場合に、 そのまま両鋼板を重ね合わせると両鋼板間に部分的な隙間が形成される。そして 、この隙間が形成された部位がたまたま溶接部位であった場合に、同部位にプラ ズマアークを照射すると前記したように被照射側の鋼板に孔があいてしまい接合 は行われない。

【０００９】 しかしながら、一方の鋼板（被照射側の鋼板）の溶接部位に予め積極的に凸部 を設け、この凸部を押圧手段によって他方の鋼板に押し付けた状態に両鋼板を重 ね合わせると、この凸部が確実に他方の鋼板に押圧され、少なくとも溶接部位に おける両鋼板間に隙間が形成されることは確実に防止される。従って、この凸部 に対してプラズマアークを照射しても孔があくようなことはなく、確実な接合を 行うことができる。ここで、凸部を設けたことによりこの凸部の周辺には両鋼板 間の隙間が形成されるのであるが、この隙間を経て溶接中に発生するメッキガス が逃がされる。そして、プラズマアークが照射されると凸部は高温のために軟化 するため、押圧手段による押し付けを続けるとこの凸部は押し潰され、従って、 一方の鋼板は他方の鋼板に隙間のない状態に接合される。

【００１０】 さらに、請求項２記載の考案によれば、先ず凸部形成手段によって一方の鋼板 に凸部が形成され、然る後、押圧手段によってこの凸部が他方の鋼板に押し付け られる。そして、この押し付け状態のまま凸部の裏側からプラズマアークが照射 されて一方の鋼板がこの凸部において他方の鋼板に接合される。凸部を設けたこ とにより形成される両鋼板間の隙間を経て溶接中に発生するメッキガスが逃がさ れることは上記と同様である。そして、上記したと同様にこの押し付け状態を続 けると凸部は軟化して押し潰され、従って一方の鋼板と他方の鋼板は隙間のない 状態に接合される。

【００１１】

【実施例】

次に、本考案の実施例を図１ないし図７に基づいて説明する。まず、請求項１ に記載した考案の実施例を説明する。 本例のプラズマ溶接装置１は、図１に示すように多軸制御されるロボットハン ド２の先端に、プラズマアーク３を照射するためのプラズマトーチ４を押圧手段 ５を介して装着した構成とされている。ロボットハンド２は、図示省略した制御 装置により予め定められた軌跡に沿ってプラズマトーチ４および押圧手段５を移 動させるようプログラムされている。プラズマトーチ４は、従来より一般的に用 いられているもので足り、特に変更を要しない。

【００１２】 押圧手段５は、シリンダ５ａと、このシリンダ５ａのロッドに取付けられたブ ラケット５ｂと、このブラケット５ｂの先端に取付けられた押圧パッド５ｃとを 備えている。押圧パッド５ｃは押圧する鋼板をキズつけないよう弾性体を素材と して、図示するように後述する凸部６の周囲を押圧可能な径の円環状に形成され ている。この押圧手段５によれば、シリンダ５ａを突出し方向に作動させるとブ ラケット５ｂが下動されて、互いに接合される一方の鋼板（以下、「上板Ｗ1 」 という）が他方の鋼板（以下、「下板Ｗ2 」という）に押し付けられる。上記プ ラズマトーチ４はブラケット５ｂに固定されている。従って、このプラズマトー チ４もブラケット５ｂと一体となって上下動する。

【００１３】 上記上板Ｗ1 には、凸部６が折曲形成されている。この突部６は、予め別工程 において形成されたもので、溶接部位となる適数箇所に設けられている。なお、 上板Ｗ1 および下板Ｗ2 はともに自動車ボディに通常用いられる亜鉛メッキ鋼板 である。

【００１４】 このように構成されたプラズマ溶接装置１により、上板Ｗ1 と下板Ｗ2 が以下 のようにして接合される。先ず、上板Ｗ1 が、図示するようにその凸部６〜６を 下板Ｗ2 に向けた状態でセットされる。このため、上板Ｗ1 と下板Ｗ2 との間に は、凸部６の突出し寸法に相当する隙間７が形成され、従って各凸部６は確実に 下板Ｗ2 に接触した状態とされる。

【００１５】 然る後、図２の上段に示すようにロボットハンド２が作動されて、プラズマト ーチ４および押圧手段５の位置決めが行われる。位置決めが完了すると、次に同 図の中段に示すように押圧手段５が作動される。すなわち、シリンダ５ａが突出 し方向に作動されてブラケット５ｂが下方に移動され、これにより押圧パッド５ ｃが上板Ｗ1 に押し当てられる。この際、プラズマトーチ４も一体となって下動 され、上板Ｗ1 の凸部６に対して所定の距離をおいた位置まで移動する。

【００１６】 こうして、上板Ｗ1 は押圧手段５によって下板Ｗ2 に押し付けられるのである が、この押し付け状態において、下板Ｗ2 には上板Ｗ1 の凸部６〜６が接触して おり、このため両板Ｗ1 、Ｗ2 間には凸部６の突出し寸法に相当する隙間７が形 成されている。換言すれば、上板Ｗ1 は凸部６を通じて下板Ｗ2 に確実に接触し た状態となっている。

【００１７】 以上のようにして溶接のためのセッティングが完了し、この時点で図２の下段 に示すようにプラズマトーチ４からプラズマアーク３が照射されて、先ず一箇所 のプラズマ溶接が行われる。プラズマアーク３は、凸部６の中心部に向けて裏側 から照射される。すると、この凸部６の中心部は高温に加熱されて溶融し、さら に下板Ｗ2 の、凸部６が押し当てられていた部分も加熱されて溶融し、双方の溶 融した部分が一体となって溶接がなされる。この溶接中、凸部６は押圧手段５に よって下板Ｗ2 に押し付けられており、またこの凸部６は高温に加熱されること により軟化する。このため、溶接が進行するに従って凸部６は徐々に押し潰され ていく。

【００１８】 所定時間プラズマアーク３を照射して凸部６と下板Ｗ2 とが十分に接合された 状態となると、凸部６は完全に押し潰された状態となり、この時点でプラズマア ーク３の照射を停止する。これにより、接合部は空冷され、従って両者の溶融部 は固化していく。そして、押圧手段５はそのままの状態に保持しておくことによ り、この接合部付近において上板Ｗ1 と下板Ｗ2 はほぼ隙間のない状態に接合さ れ、以上で先ず一箇所の溶接が完了する。

【００１９】 次に、二箇所目の溶接が行われる。すなわち、シリンダ５ａが引込み方向に作 動されてブラケット５ｂが上方に戻され、これに伴ってプラズマトーチ４も原位 置まで上昇される。こうして押圧手段５およびプラズマトーチ４が原位置に戻さ れた後、ロボットハンド２が図２の上段に示すようにこの二箇所目の溶接部位ま で移動して、固定手段およびプラズマトーチ４をこの二箇所目の溶接部位におけ る凸部６の上方に位置決めする。以下上記一箇所目の溶接と同様にして溶接が行 われる。

【００２０】 このように、上板Ｗ1 の溶接部位には適数箇所の凸部６〜６が形成され、この 各凸部６を通じて上板Ｗ1 は下板Ｗ2 に確実に接触した状態とされる。そして、 この確実に接触した凸部６にプラズマアーク３が照射されてプラズマ溶接が行わ れる。このため、プラズマアーク３が照射されることにより従来のように上板Ｗ 1 に孔があくことはなく、よって上板Ｗ1 と下板Ｗ2 とは各凸部６において一定 の強度を有した状態に接合される。

【００２１】 次に、請求項２記載の考案の実施例について説明する。本例のプラズマ溶接装 置１０は、図３に示すようにロボットハンド１１の先端に同じく押圧手段１２を 介してプラズマトーチ１３および凸部形成手段１４を取り付けた構成とされてい る。すなわち、本例のプラズマ溶接装置１０は、前記プラズマ溶接装置１による 場合に別工程で形成された凸部をも折曲形成する機能を有する構成とされている 。ロボットハンド１１およびプラズマトーチ１３は、それぞれ前記したロボット ハンド２、プラズマトーチ４と同様のものが用いられている。また、押圧手段１ ２も前記押圧手段５と同様で、シリンダ１２ａとブラケット１２ｂと押圧パッド １２ｃとから構成されている。

【００２２】 この押圧手段１２のブラケット１２ｂに、上記した凸部形成手段１４が設けら れている。この凸部形成手段１４は、ブラケット１２ｂに取付けられたシリンダ １４ａと、このシリンダ１４ａのロッドに取付けられたＬ字形をなすアーム１４ ｂと、このアーム１４ｂの先端に取付けられた加圧パッド１４ｃとから構成され ている。加圧パッド１４ｃは、押圧パッド１２ｃと同様に弾性体を素材として、 押圧パッド１２ｃよりも小さな径の円環状に形成されている。この加圧パッド１ ４ｃの内周側を経てプラズマトーチ１３がプラズマアーク１５が照射される。

【００２３】 そして、図３に示すように本例の場合、プラズマアーク１５が直接照射される 側の鋼板である上板Ｗ1 には、前記実施例と異なり凸部１６が形成されていない 状態で、上板Ｗ1 および下板Ｗ2 がセットされる。

【００２４】 このように構成されたプラズマ溶接装置１０によれば、以下のようにして上板 Ｗ1 と下板Ｗ2 の溶接が行われる。先ず、両板Ｗ1 、Ｗ2 が上記のようにしてセ ットされる。上板Ｗ1 には未だ凸部１６は形成されていない。

【００２５】 両板Ｗ1 、Ｗ2 をセットした後、ロボットハンド１１が所定の軌跡に従って作 動され、押圧手段、プラズマトーチ１２および凸部形成手段１４が先ず一箇所目 の溶接部位に位置決めされる。然る後、シリンダ１２ａが突出し方向に作動され て、図４に示すように押圧パッド１２ｃが上板Ｗ1 に押し当てられる。この時、 この押圧パッド１２ｃの中心に溶接部位が位置している。また、プラズマトーチ １３の先端ノズル部も、この溶接部位の上方所定の位置に位置している。

【００２６】 こうして、セッティングが完了した後、図５に示すように先ず低レベルのプラ ズマアーク１５′が溶接部位に向かって照射される。すると、この溶接部位が高 温に加熱されて軟化する。そこで、十分に軟化した時点で、凸部形成手段１２の シリンダ１２ａが突出し方向に作動されて、この軟化した溶接部位に加圧パッド １４ｃが押圧される。これにより、図６に示すように押圧パッド１２ｃの内周側 において上板Ｗ1 が折曲されて凸部１６が形成される。なお、この凸部１６は、 図示するようにこの溶接部位において上板Ｗ1 と下板Ｗ2 との間に隙間１７があ る場合にのみ形成されるのであり、両板Ｗ1 、Ｗ2 をセットした当初より密着し た状態にあれば凸部１６は形成されない。いずれにしても、溶接部位において上 板Ｗ1 と下板Ｗ2 とが確実に接触した状態とされるのである。

【００２７】 こうして、凸部１６を形成した後、シリンダ１２ａは引込み方向に作動されて 加圧パッド１２ｃは上方に戻され、すなわち凸部形成手段１２が原位置に戻され る。然る後、プラズマトーチ１３の出力レベルが高められて、より高レベルのプ ラズマアーク１５が溶接部位すなわち凸部１６の中心に向けて照射される。以下 、前記した場合と同様にして上板Ｗ1 がこの凸部１６において下板Ｗ2 に接合さ れ、さらに凸部１６は押し潰されて上板Ｗ1 と下板Ｗ2 が隙間のない状態に接合 される。そして、一箇所目の溶接が完了したならば同様にして二箇所目以降の溶 接部位の溶接が同様にして行われる。

【００２８】 以上説明したように本例のプラズマ溶接装置１０によっても、上板Ｗ1 は凸部 １６を通じて下板Ｗ2 に確実に接触した状態とされる。そして、この確実に接触 した凸部１６にプラズマアーク１５が照射されてプラズマ溶接が行われる。この ため、プラズマアーク１５が照射されることにより従来のように上板Ｗ1 に孔が あくことはなく、よって上板Ｗ1 と下板Ｗ2 とは各凸部１６において一定の強度 を有した状態に接合される。しかも、本例のプラズマ溶接装置１０によれば、凸 部１６の形成が凸部形成手段１４により当該溶接装置１０の一連の動作の一部と してなされるので、前記プラズマ溶接装置１による場合のように予め別工程によ って凸部を形成する手間が省ける。

【００２９】 なお、以上説明した請求項１および２に係る両プラズマ溶接装置においても、 スポット溶接による場合のように電極で挟む必要がないので溶接フランジを短く 形成でき、またフロアパネル等のような大物部品を溶接する場合であってもこれ ら大物部品を跨ぐヨークが不要であり、さらに片側からの溶接であるので小物用 の下部電極が不要である等、プラズマ溶接本来の作用効果を奏することは勿論で あり、設備費の低減あるいはメンテナンスの容易化を図ることができる。

【００３０】

【考案の効果】

本考案によれば、凸部を通じて確実に接触した部位について溶接が行われるの で、プラズマアークの照射によって一方の鋼板に孔があくといった問題はなく、 二つの鋼板を一定の強度を有した良好な状態にプラズマ溶接を行うことができる 。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項２記載の考案の実施例を示し、プラズマ
溶接装置の側面図である。

【図２】プラズマ溶接装置の動作を示すタイミングチャ
ートである。

【図３】請求項３記載の考案の実施例を示し、プラズマ
溶接装置の側面図である。

【図４】押圧手段が溶接部位にセットされた状態を示す
図である。

【図５】低レベルのプラズマアークにより溶接部位を加
熱軟化する状態を示す図である。

【図６】凸部形成手段により上板に凸部が形成される状
態を示す図である。

【図７】高レベルのプラズマアークにより凸部が下板に
溶接される状態を示す図である。

【図８】袋断面構造を示す図である。

【図９】プラズマアークの照射により上板に孔があいた
状態を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１…プラズマ溶接装置 ２…ロボットハンド ３…プラズマアーク ４…プラズマトーチ ５…押圧手段 ６…凸部 ７…隙間 １０…プラズマ溶接装置 １１…ロボットハンド １２…押圧手段 １３…プラズマトーチ １４…凸部形成手段 １５…高レベルのプラズマアーク、１５′…低レベルの
プラズマアーク １６…凸部 １７…隙間 Ｗ1 …上板（一方の鋼板）、Ｗ2 …下板（他方の鋼板）

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 接合される一方の鋼板には予めその一部
   が折曲されてなる凸部が形成されたものが用意され、こ
   の凸部を他方の鋼板に押し付けるための押圧手段を備
   え、この押圧手段により前記凸部を前記他方の鋼板に押
   し付け、この押し付け状態のまま前記凸部の裏側からプ
   ラズマアークを照射して前記一方の鋼板と前記他方の鋼
   板を接合し、しかもプラズマアークの照射に伴う前記凸
   部の軟化を利用して前記押圧手段により前記凸部は押し
   潰されて、前記一方の鋼板と前記他方の鋼板とが、両者
   間にほぼ隙間のない状態に接合可能な構成としたことを
   特徴とするプラズマ溶接装置。
2. 【請求項２】 接合される一方の鋼板の一部を押圧し
   て、他方の鋼板側に突き出す凸部を折曲形成するための
   凸部形成手段と、前記凸部を前記他方の鋼板に押し付け
   るための押圧手段を備え、前記凸部形成手段により前記
   凸部を折曲形成した後、前記押圧手段により前記凸部を
   前記他方の鋼板に押し付け、この押し付け状態のまま前
   記凸部の裏側からプラズマアークを照射して前記一方の
   鋼板と前記他方の鋼板を接合し、しかもプラズマアーク
   の照射に伴う前記凸部の軟化を利用して前記押圧手段に
   より前記凸部は押し潰されて、前記一方の鋼板と前記他
   方の鋼板とが、両者間にほぼ隙間のない状態に接合可能
   な構成としたことを特徴とするプラズマ溶接装置。