JPH0260436B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、車体のフードパネル等の端縁部に形
成され、一方の金属板の端縁部を挟み込むよう
に、他方の金属板の端縁部を折り返し重ね合せて
形成される一般にヘミング部と呼ばれる折返し重
合部の溶接装置に関する。

（従来の技術） 一般に、自動車のエンジンフードやトランクリ
ツド等のような２枚合せの金属板の外周端縁部に
は、折返し重合部（以後ヘミング部と呼ぶ）が形
成されている。そして、この折返し重合部の固定
は、２枚の金属板を溶接によつて仮止めした後、
予め両金属板間の面接合部に塗布しておいた熱硬
化性樹脂を加熱して接続する等により行われてい
る。

そこで、ヘミング部等の重合部を仮止めする溶
接装置として従来一般には、装置の汎用性や手軽
さからスポツト溶接機（第５図）や、溶接棒を用
いるアークブレージング（第６図）が用いられて
いた。尚、第５図及び第６図は、エンジンフード
を製造する場合のヘミング部０５の溶接を例にと
つて示しており、このヘミング部０５は、インナ
パネル０１の外周端縁部０３を挟み込むようにア
ウタパネル０２の外周端縁部０４を折り返して形
成されている。また、第５図のスポツト溶接機に
おいて、０６はチツプ、０７はバツクバーであ
り、第６図のアークブレージングにおいて、０８
はアークブレージング部位である。

しかしながら、上述のような溶接装置にあつて
は、以下に述べるような問題点があつた。

元来、上述のようなヘミング部を形成する部位
というのは、外部に露出する部分であつて、安全
性や見栄えのためにこのような処理を行なつてい
る。

ところが、スポツト溶接やアークブレージング
を行なうと、このヘミング部の金属板や高温とな
つて外側となる金属板の表面に熱歪が生じてしま
つて見栄えが悪くなるため、この熱歪を隠すため
の仕上処理が必要となつて、工数及び手間がかか
る。

加えて、スポツト溶接を用いた場合には、非常
に大きな電流を必要とするために消費電力が大き
くなつてコスト高となりがちであり、さらに、チ
ツプやバツクバーも通過電流によつて早く摩耗す
るために研磨や交換が短期間で必要となつてしま
う。

また、アークブレージングを用いた場合には、
作業者の熟練度も必要となり溶接強度や仕上にバ
ラ付きが生じて一定品質が得られないなどの問題
を生じていた。

ところで、従来、これらの問題を解決しようと
して、実開昭57−204887号公報に記載されている
ような超音波溶接装置が用いられている。

この装置は、超音波加振機によつてチツプに超
音波振動を与える超音波溶接機と、被溶接物を前
記チツプに一定圧力で押圧しながら支持する受台
と、該受台に支持されている被溶接物をチツプに
対して相対的に移動させる移動装置とで構成され
たものである。

即ち、この従来装置で金属板と金属板とを溶接
する際には、金属板と金属板とを圧着させながら
超音波で加振する。そうすることにより、金属間
の距離が極めて接近し原子間に吸引力が働き、さ
らに、摩擦熱による温度上昇がこれを助けて金属
間結合が行なわれる。従つて、この従来装置で
は、溶接の際に発生する熱が低いので、金属板に
は熱歪が全く、もしくは殆んど生じないようにす
ることができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述のような従来装置にあつて
は、次のような問題が残されていた。

即ち、アークブレージングのように作業者の熟
練度はあまり必要とされないものの、溶接強度を
確認する手段がないので、溶接強度のバラ付きを
完全になくすのは困難である。

また、スポツト溶接の場合に比べてチツプに流
れる電流を小さくすることはできるものの、チツ
プには押圧力及び摩擦力が作用するようになるの
で、チツプが比較的軟質な素材で形成されている
場合には、やはり早く摩耗してしまつて研磨や交
換が短期間で必要となつてしまう。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、金属板の表面が折返し重合部の仮止
めのための溶接の際に熱によつて歪むことがな
く、しかも所定以上の溶接強度が確実に得られる
と共に、チツプの摩耗が少ない折返し重合部の溶
接装置を提供し、上述のような問題点を解決する
ことを目的としている。

そして、この目的達成のために、本発明では、
被溶接物の端縁を挾持可能に対向して高硬度金属
により形成されたアツパチツプとロアチツプとが
配置されると共に、両チツプの一方に超音波加振
機が取り付けられて超音波溶接機が構成され、該
超音波溶接機が、移動用ロボツトの先端の支持部
に取り付けられ、該移動用ロボツトが、モータ駆
動に基づき支持部の超音波溶接機を被溶接物の端
縁に沿つて移動可能に構成され、前記超音波溶接
機のアッパチツプ側の部材とロアチツプ側の部材
との間には、相対距離検出器が設けられ、該相対
距離検出器は、加圧シリンダの駆動による両チツ
プの加圧方向の相対距離を検出可能に形成される
と共に、この検出距離に応じた信号をモニタ装置
に出力するよう構成され、前記モニタ装置は、両
チツプの溶接前の前記相対距離と溶接後の前記相
対距離とを比較して、この距離変化が所定以上で
あるとき正常溶液が成されたと判断し、距離変化
が所定未満であるとき溶接が十分でないと判断す
る手段とした。

（作用） 本発明の折返し重合部の溶接装置は、以下に述
べる手順で溶接を行なうものである。

まず、一方の金属板の端縁部を挟み込むよう
に、他方のの金属板の端縁部を折り返し重ね合せ
て折返し重合部を形成する。

次に、移動用ロボツトによつてアツパチツプと
ロアチツプを前記折返し重合部の所定の位置に移
動させた上で、両チツプで折返し重合部を加圧し
て圧着させつつ、両チツプの一方に超音波加振機
で、前記折返し重合部の重合面と平行な超音波振
動を加え、折返し重合部を超音波溶接する。

この時、相対距離検出器からの信号に基づいて
モニタ装置では正常な溶接強度が得られたかどう
かモニタされる。即ち、このモニタ装置には相対
距離検出器で検出されたアツパ・ロア両チツプの
加圧方向の相対距離に応じた信号が入力され両チ
ツプの距離により溶接箇所の厚みを検出すること
ができるもので、つまり、超音波溶接の場合、正
常な溶接強度が得られるだけの溶接が成されたと
きには、溶接前と後とで所定以上の厚み変化が生
じ、溶接強度が不十分である場合にはこの厚み変
化（加圧シリンダによる加圧方向の相対距離変化
に等しい）が所定量に達しない。従つて、モニタ
装置では、アツパ・ロア両チツプの相対距離が溶
接前と後とで所定以上変化した場合に正常溶接が
成されたと判断し、この距離変化が所定未満であ
る場合には溶接が十分でないと判断する。

そして、モニタ装置によつて溶接強度が規定強
度に達している正常溶接が成されたことを確認し
た後に、折返し重合部から圧力及び振動を取り除
き、移動用ロボツトによつて、両チツプを次の溶
接位置等に移動させる。

このように、本発明の超音波溶接装置にあつて
は、規定強度が得られる正常溶接が成されたかど
うかを確認することができるので、必要十分な溶
接強度で確実に折返し重合部を仮止めすることが
できる。

また、アツパチツプ及びロアチツプが高硬度金
属により形成されているので、押圧力あるいは摩
擦力による摩耗も少なくなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面により詳述する。
尚、この実施例を述べるにあたつて、自動車のエ
ンジンフードを製造する場合を例にとる。

まず、実施例装置の構成を説明する。

本発明一実施例の折返し重合部の溶接装置１
は、第１図に示すように、エンジンフード１００
の製造ライン上に設けられており、移動用ロボツ
ト１０、超音波溶接機２０、ガンアーム３０、ア
ツパチツプ４０、ロアチツプ５０、超音波加振機
６０を主要な構成としている。

尚、図中１０１は、溶接時エンジンフード１０
０を固定させる固定装置であつて、エンジンフー
ド１００を挟持固定するクランプ１０２と、基台
１０３とから構成されている。

また、図中１０４は、エンジンフード１００を
固定装置１０１まで搬送すると共に、溶接終了後
に次の工程へ搬送するための搬送装置である。

前記エンジンフード１００は、第４図に示すよ
うに、鋼又はアルミニウム製のアウタパネル１０
５とインナパネル１０６とを接合して形成される
もので、この接合は、インナパネル１０６に形成
されている凸部１０７に塗布された熱硬化性の樹
脂で接着して行なわれる。

また、前記エンジンフード１００の外周端縁部
には、インナパネル１０６の外周端縁部を挟み込
むようにアウタパネル１０５の端縁部を折り返し
重ね合せて、ヘミング部（折返し重合部）１０８
が形成されている。

尚、前記エンジンフード１００は、両パネル１
０５，１０６間に塗布された熱硬化性樹脂が硬化
されておらず、また、ヘミング部１０８が形成さ
れた状態で搬送装置１０４により固定装置１０１
へ送られてくるものである。

移動用ロボツト１０は、一般に溶接に用いられ
るロボツトでモータのドライブによつて先端の支
持部１１を、前記固定装置１０１上のあらゆる場
所に移動させることができる。

第２，３図に示す超音波溶接機２０は、前記支
持部１１に取付ブラケツト２１により取り付けら
れ、ガンアーム３０とアツパチツプ４０とロアチ
ツプ５０と超音波加振機６０とから構成されてい
る。

尚、前記取付ブラケツト２１は、第２，３図に
示すように、コの字断面形状を成し、上部と下端
に支持板２２，２３が並設され、両支持板２２，
２３に支持されて上下方向にガイドロツド２４が
立設され、また、中間部に横架されたバー２５に
支持されて後記スライドブロツク３５の上方スラ
イドを規制するストツパ２６が設けられている。

前記ガンアーム３０は、第２，３図に示すよう
に、前記取付ブラケツト２１のガイドロツド２４
に沿つて上下スライド可能に支持されると共に、
前記支持板２３に対しスプリング２７によりフロ
ーテイング支持されている。

また、前記ガンアーム３０の上端部には、アツ
パシリンダ４０を加圧する加圧シリンダとしての
エアシリンダ３１を支持する支持板３２が設けら
れ、中間位置には前記エアシリンダ３１により上
下されるピストンロツド３３に対して平行にガイ
ドレール３４が設けられ、下端部には前記ピスト
ンロツド３３の真下位置にロアチツプ５０が設け
られている。

尚、前記ピストンロツド３３の下端にはガイド
レール３４に沿つてスライドするスライドブロツ
ク３５が設けられている。

また、前記ガンアーム３０の側面には、第３図
に示すように、アッパチツプ４０側の部材である
スライドブロツク３５とロアチツプ５０側の部材
であるガンアーム３０との間に配設された状態
で、かつ、針体３６を前記スライドブロツク３５
に当接させた状態で差動トランス（相対距離検出
器）３７が設けられている。この差動トランス３
７は図外の変位コントロールモニタ装置（モニタ
装置）の入力部分であつて、溶接時のガンアーム
３０に対するスライドブロツク３５の変位量、即
ち、アツパ・ロア両チツプ４０，５０の相対距離
を検出して、検出結果に応じた電気信号を出力す
るもののである。尚、変位コントロールモニタ装
置としては、単に差動トランス３７の出力信号が
所定以上のときHiを出力する比較器等のような
周知の簡単なもので構成することができる。

アツパチツプ４０は、前記スライドブロツク３
５の下側位置にピストンロツド３３と同軸に設け
られ、前記ロアチツプ５０と対向して配置されて
いる。

従つて、ピストンロツド３３を下側へ移動させ
るようにエアシリンダ３１を駆動させることで、
両チツプ４０，５０間に挟んだものを上下から加
圧することができる。

尚、両チツプ４０，５０は共に焼入鋼とか超硬
質合金等の高硬度金属で形成されている。

超音波加振機６０は、電動のもので、前記アツ
パチツプ４０のほぼ中央位置に、前記両チツプ４
０，５０の加圧方向と直角方向へ加振できるよう
に取り付けられている。

尚、第３図において、ロアチツプ５０とヘミン
グ部１０８との間に配置されているのは、受台１
１０であつてエンジンフード１００を基台１０３
上で支持し、また、溶接の際にはロアチツプ５０
と共にヘミング部１０８を押圧し、さらに、溶接
ポイント以外の部分への振動伝達を抑制するもの
で、支持部１１１と樹脂又は比較的軟い金属で形
成された周辺受け部１１２と硬い金属で形成され
たアンビル１１３とを有している。

次に実施例の作用を説明する。

まず、固定装置１０１に搬送されてくる前段階
でエンジンフード１００の外周端縁部にヘミング
部１０８が形成され、また、凸部１０７において
両パネル１０５，１０６間には熱硬化性樹脂が塗
布されている。

次に、搬送装置１０４によつてエンジンフード
１００は固定装置１０１上に載置されると共に、
ヘミング部をクランプ１０２によつて挟持され固
定される。尚、この固定時に溶接ポイントの下側
には受台１１０が配置される。

そうした上で、移動用ロボツト１０は、プログ
ラムに沿つて作動し超音波溶接機２０を所定の位
置、つまり、両チツプ４０，５０間にヘミング部
１０８の溶接ポイント及び受台１１０が配置され
る位置に移動させる。

尚、このような移動時において超音波溶接機２
０のエアシリンダ３１は、スライドブロツク３５
がストツパ２６にスライド規制されるまで上方へ
移動するように作動しており、この状態において
ガンアーム３０は、取付ブラケツト２１に対して
相対的に下方移動し、スプリング２７は短縮して
剛体と化す。

よつて、このスプリング２７の短縮状態におい
てガンアーム３０は支持部１１及び取付ブラケツ
ト２１に対してフローテイング支持されておらず
超音波溶接機２０の移動の際にグラ付くことがな
い。

次に、両チツプ４０，５０がヘミング部１０８
の溶接ポイント及びアンビル１１３を上下から挟
む位置に配置されると、エアシリンダ３１をスラ
イドブロツク３５及びアツパチツプ４０がガイド
レール３４にガイドされて下方へスライドするよ
うに作動させる。

そうすると、スプリング２７の弾発力でガンア
ーム３０（ロアチツプ５０）が上方へ移動し、そ
れに対してアツパチツプ４０は下方へ相対移動す
る。尚、この作動によつて両チツプ４０，５０の
位置だしが正確に行なえる。

そうして、第３図に示すように、両チツプ４
０，５０でヘミング部１０８及びアンビル１１３
を所定圧力で押圧してヘミング部１０８における
両パネル１０５，１０６を圧着させると、超音波
加振機６０を作動させてアツパチツプ４０に対し
加圧方向と直角方向つまりヘミング部１０８にお
ける両パネル１０５，１０６の重合面に対して平
行な方向に振動を加え超音波溶接を行なう。

この超音波溶接にあつては、第３図に示すヘミ
ング部１０８においてアツパチツプ４０側のアウ
タパネル１０５の端縁部とインナパネル１０６の
端縁部の上面との間に擦れ合いが生じることで両
者間で溶接が成されるものである。

尚、この超音波溶接時に、図外の変位コントロ
ールモニタ装置においては、両チツプ４０，５０
が所定の加圧力を加えているときに、スライドブ
ロツク３５により規制されている差動トランス３
７の針体３６の位置を０位置として読み込み、こ
の０位置と超音波溶接終了後の位置との両チツプ
４０，５０の加圧方向（図中上下方向）を比較し
て（この差はミクロン単位の僅かな差である）、
両位置の距離が所定値以上で正常溶接と判定し、
所定値に達していない間は溶接が不十分であると
判定するようになつている。即ち、超音波溶接の
場合、正常な溶接強度が得られるだけの溶接が成
されたときには、溶接前と後とで所定以上の厚み
変化が生じる。溶接強度が不十分である場合には
この厚み変化が所定量に達しないものであるか
ら、この溶接箇所の厚み変化を差動トランス３７
で得られる両チツプ４０，５０のエアシリンダ３
１による加圧方向における相対距離に代替して検
出して、溶接の不可を判定することができる。そ
して、正常溶接の状態では必要な溶接強度が得ら
れる。また、この差が生じるヘミング部１０８の
厚さの変化は、上述の擦れ合いが行なわれるアツ
パチツプ４０側の両パネル１０５，１０６間であ
つて、車体取付時に外部に露出されない部分に起
こるもので外表面側では歪等の変化はなんら生じ
ないものである。

そして、この溶接ポイントの溶接を終えると移
動用ロボツト１０によつて超音波溶接機２０の次
の溶接ポイントに移動させ、全ての溶接ポイント
を超音波溶接によつて溶接する。

尚、この超音波溶接は両パネル１０５，１０６
の接合の際の仮止めを行なうものであつて、両パ
ネル１０５，１０６の完全な接合を目的とするも
のではない。

その後、全てのポイントの溶接を終えると、搬
送装置１０４によつてエンジンフード１００をオ
ーブンに運んで加熱し熱硬化樹脂を硬化させ両パ
ネル１０５，１０６の接合を終える。

上述のような超音波溶接の場合、両パネル１０
５，１０６を熱により溶かすことをしないので他
の溶接に比べ極めて低温であつて、両パネル１０
５，１０６に熱歪みが生じない。

以上説明してきたように、実施例にあつては、
以下に述べるような効果を合せ持つている。

折返し重合部に熱歪が全く、もしくは、殆ど
生じることのない手段としたため、溶接後に折
返し重合部の仕上処理をする必要が全く、もし
くは、殆ど必要なく、それによつて、製造工数
及び手間を省くことが出来る。

アークブレージングのような熟練度を必要と
しないと共に、差動トランス３７及び忙変位コ
ントロールモニタにより、溶接強度が規定強度
に達しているかどうかを正確に判定することが
できるので、均一な溶接強度で折返し重合部を
仮止めすることができ、製品精度を一定に保つ
ことが容易になる。

アツパチツプ４０及びロアチツプ５０に大電
流が流れない手段にしていると共に、アツパチ
ツプ４０及びロアチツプ５０を高硬度金属で形
成しているため、両者は殆ど摩耗することがな
く、耐久性に富む。

溶接時の消費エネルギーは、超音波加振機６
０の作動に使用されるもののみであるので、ス
ポツト溶接の場合に比べ格段に少なくすること
が可能である。

移動用ロボツト１０によつて超音波溶接機６
０を移動させて溶接するようにしたので、短時
間に多くの溶接ができ、また、装置の汎用性を
高めることも可能となる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述してき
たが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、例えば、実施例ではエンジンフードの
ヘミング部の溶接に適用した例を示したが、これ
に限られることはなくトランクリツドやまた自動
車以外のものに用いられる部材に形成される折返
し重合部（ヘミング部）の溶接に適用してもよ
い。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明の折返し重合
部の溶接装置にあつては、折返し重合部に熱歪が
全く、もしくは、殆ど生じることがないようにで
きるという効果に加えて、次のような効果が合せ
持つている。

即ち、本発明の折返し重合部の溶接装置にあつ
ては、相対距離検出器及びモニタ装置を設けたこ
とにより、正確に常に所定以上の溶接強度で折返
し部を仮止めすることができる手段としたため
に、製品精度を安定させることができるという効
果が得られる。

また、アツパチツプ及びロアチツプを高硬度金
属により形成して摩耗を少なくできる手段とした
ために、チツプの耐久性が向上して研磨や交換の
手間が省けるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の折返し重合部の溶接装
置を示す全体斜視図、第２図は実施例装置の要部
を示す斜視図、第３図は実施例装置の要部を示す
断面図、第４図は実施例装置により溶接されるエ
ンジンフードを示す断面図、第５図及び第６図は
従来例を示す斜視図である。 １０……移動用ロボツト、２０……超音波溶接
機、３０……ガンアーム、３７……作動トランス
（相互距離検出器）、４０……アツパチツプ、５０
……ロアチツプ、６０……超音波加振機、１０５
……アウタパネル（金属板）、１０６……インナ
パネル（金属板）、１０８……ヘミング部（折返
し重合部）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被溶接物の端縁を挾持可能に対向して高硬度
   金属により形成されたアツパチツプとロアチツプ
   とが配置されると共に、両チツプの一方に超音波
   加振機が取り付けられて超音波溶接機が構成さ
   れ、 該超音波溶接機が、移動用ロボツトの先端の支
   持部に取り付けられ、 該移動用ロボツトが、モータ駆動に基づき支持
   部の超音波溶接機を被溶接物の端縁に沿つて移動
   可能に構成され、 前記超音波溶接機のアツパチツプ側の部材とロ
   アチツプ側の部材との間には、相対距離検出器が
   設けられ、 該相対距離検出器は、加圧シリンダの駆動によ
   る両チツプの加圧方向の相対距離を検出可能に形
   成されると共に、この検出距離に応じた信号をモ
   ニタ装置に出力するよう構成され、 前記モニタ装置は、両チツプの溶接前の前記相
   対距離と溶接後の前記相対距離とを比較して、こ
   の距離変化が所定以上であるとき正常溶接が成さ
   れたと判断し、距離変化が所定未満であるとき溶
   接が十分でないと判断することを特徴とする折返
   し重合部の溶接装置。