JP2023020059A - 切断溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転式接地電極搬送方式を採用してシンプル且つコンパクトに構成した装置により、供給、切断、溶接の工程毎のピックアンドプレース（Ｐ＆Ｐ）作業を廃して作業を効率化し、同時に装置の小型化を実現する切断溶接装置及び切断溶接方法を提供する。【解決手段】 本発明の一態様は、棒状のワークＷを切断してハウジングＨに溶接する切断溶接装置Ｘであって、ハウジングＨを保持して上下に移動可能なハウジング供給装置１と、水平方向に中心軸を有する円板の外周面から径内方向に凹む凹部５１が周方向に複数形成されており、外部のワーク供給装置から凹部５１に一端が挿入されたワークＷを保持して周方向に回転するワーク回転装置５と、ワークＷの前記凹部から露出した部分を所定の長さに切断するワーク切断装置７と、ワーク回転装置５に保持されたワークＷの切断部とハウジング供給装置１に保持されたハウジングＨとを溶接する溶接装置９とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、切断溶接装置に関する。

従来、例えば点火プラグを製造する際、接地電極をハウジングに溶接する方法が知られている。

例えば特許文献１には、所定長さに切断した接地電極用素材を、溶接用治具に固定し、主体金具（ハウジング）の先端側に、接地電極用素材の基端側を溶接する方法が記載されている。

特開２００８－２７０１８９号公報

従来、銅入り接地電極を切断してハウジングに溶接する工程では、ハウジングを作業者がシャトル治具で投入、銅入り接地電極をパーツフィーダから投入する必要があり、接地電極の切断、溶接といった工程に搬送ローダで銅入り接地電極を供給していた。しかし、作業効率が悪いため必ず一定の工数を要し、対策も進んでいなかった。

本発明はこの点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、回転式接地電極搬送方式を採用してシンプル且つコンパクトに構成した装置により、供給、切断、溶接の工程毎のピックアンドプレース（以下「Ｐ＆Ｐ」）を廃して作業を効率化し、同時に装置の小型化を実現する切断溶接装置及び切断溶接方法を提供することにある。

（第一の態様）
本発明の第一の態様は、棒状のワーク（Ｗ）を切断してハウジング（Ｈ）に溶接する切断溶接装置（Ｘ）であって、ハウジング供給装置（１）と、ワーク回転装置（５）と、ワーク切断装置（７）と、溶接装置（９）とを備える。

ワーク回転装置は、水平方向に中心軸を有する円板の外周面から径内方向に凹む凹部（５１）が周方向に複数形成されており、外部のワーク供給装置から前記凹部に一端が挿入されたワークを保持して周方向に回転する。ワーク切断装置は、ワークの前記凹部から露出した部分を所定の長さに切断する。ハウジング供給装置は、ハウジングを保持して上下に移動可能である。溶接装置は、ワーク回転装置に保持されたワークの切断部とハウジング供給装置に保持されたハウジングとを溶接する。

（第一の態様の効果）
本発明の第一の態様により、供給、切断、溶接工程がスムーズに接続され、工程毎のＰ＆Ｐ作業が不要となって作業が効率化され、また装置の小型化が実現される。

（第二の態様）

本発明の第二の態様は、棒状のワーク（Ｗ）を切断してハウジング（Ｈ）に溶接する切断溶接方法（１００）であって、ハウジング供給ステップ（１０１）と、ワーク供給ステップ（１０３）と、ワーク回転ステップ（１０５）と、ワーク切断ステップ（１０７）と、溶接ステップ（１０９）とを含む。

ハウジング供給ステップでは、ハウジングを保持して上下に移動可能なハウジング供給装置（１）がハウジングを供給する。ワーク供給ステップでは、ワークを把持して上下又は水平に移動可能なワーク供給装置によって、水平方向に中心軸を有する円板の外周面から径内方向に凹む凹部（５１）が周方向に複数形成されたワーク回転装置（５）の凹部（５１）に対し、外部のワーク供給装置から前記ワークの一端が挿入される。ワーク回転ステップでは、前記ワーク回転装置が前記凹部に挿入されたワークを保持して回転する。ワーク切断ステップでは、ワーク切断装置（７）がワークを所定の長さに切断する。溶接ステップでは、溶接装置（９）が前記ワーク回転装置の前記凹部に挿入されたワークの切断部と前記ハウジング供給装置に保持されたハウジングとを溶接する。

（第二の態様の効果）
本発明の第二の態様により、第一の態様と同じ効果が得られる。

一実施形態の概略斜視図。 一実施形態の全体ワークフロー。 一実施形態の拡大斜視図。 一実施形態の拡大正面図。 一実施形態の溶接ワークフロー。

以下、本発明の一実施形態による装置とそれを用いる方法を図面に基づいて説明する。この実施形態では、切断される「ワーク」は点火プラグに取り付ける銅入り接地電極、「ハウジング」は点火プラグのハウジングであり、どちらも略円筒形である。また、各構成要件（装置、部品、ステップ等）は初出の際にかぎ括弧「」を付して示す。

（一実施形態）
図１に、一実施形態の全体像を示す。これは「ワークＷ」を切断して「ハウジングＨ」に溶接する「切断溶接装置Ｘ」であって、「ハウジング供給装置１」と、「インデックステーブルＺ」と、「ワーク供給装置３」と、「凹部５１」を有する「ワーク回転装置５」と、「ワーク切断装置７」と、「溶接装置９」とを備える。

また、図２に一実施形態の全体ワークフローを示す。これは、切断溶接装置Ｘを用いる切断溶接方法１００であって、「ハウジング供給ステップ１０１」と、「ワーク供給ステップ１０３」と、「ワーク回転ステップ１０５」と、「ワーク切断ステップ１０７」と、「溶接ステップ１０９」とを含む。

［ハウジング供給装置とハウジング供給ステップ］
図３と図４に一実施形態の主要部を拡大して示す。ハウジング供給装置１はハウジングＨを保持して上下に移動可能な装置であって、突上げ装置１１を有する。ハウジング供給装置１はハウジングＨの下部を収容可能な円筒形の空間を内部に有し、インデックステーブルＺに設置された「貫通孔ｈＺ」に挿入されて使用される。なお、図３のＦ１～Ｆ８については図５を参照して後述する。

本実施形態では、インデックステーブルＺの「中心点ｃＺ」を中心とする円を４５°毎に分割する線上に貫通孔ｈＺが各１個、計８個設けられ、それぞれハウジング供給装置１が設置され得る。

ハウジング供給装置１には、図示しないピックアンドプレース（以下「Ｐ＆Ｐ」）装置が併設されている。このＰ＆Ｐ装置がハウジングＨをピックアップし、ハウジング供給装置１に挿入する（「ステップ１．１」）。インデックステーブルＺは各ステップ４５°ずつ回転し、溶接装置９の直下までハウジングＨを移動させる（「ステップ１．２」）。

ハウジング供給装置１の下側には「突上げ装置１１」が設置されている（図４）。溶接装置９の直下において、突上げ装置１１はハウジング供給装置１に挿入されたハウジングＨをハウジング供給装置１ごと待機位置まで持上げ、ワーク回転装置５によってワークＷが供給されるまで待機させる（「ステップ１．３」）。

以上、ステップ１．１からステップ１．３までが「ハウジング供給ステップ１０１」を構成する。なお、突上げ装置１１は「溶接ステップ１０９」の間、ハウジングＨをさらに突上げる機能を有し、溶接中に継続して上向きに荷重を加える。

［ワーク供給装置とワーク供給ステップ］
ワーク供給装置３は、ワーク回転装置５にワークＷを供給するためのＰ＆Ｐ装置であって、各ワークＷを把持して上下又は水平に移動可能であり、ワーク供給装置３の後方に設置された図示しないワーク供給プラットフォームからレール移送方式で押し出された一群のワークの先頭のワークＷをピックアップし、その一端をワーク回転装置５の頂点に位置する凹部５１に挿入する（「ワーク供給ステップ１０３」）。本実施形態では、ワーク供給装置３はロボットグリッパである。

［ワーク回転装置とワーク回転ステップ（１）］
ワーク回転装置５は縦型の回転テーブルのような形状であり、その側面に周方向に一定間隔で、回転軸ｒ５に向かって穿たれた凹部５１を複数有し、回転軸ｒ５を中心に回転する機能を有する。本実施形態では、ワーク回転装置５の外周面に３０°等間隔で１２個の凹部５１が放射状に形成されている。

ここで、ワーク回転装置５の中心点ｃ５を通り且つ鉛直方向に延びる直線と回転テーブルの外縁をなす円との交点２個のうち上側の交点の位置を、中心点ｃ５から見たときの角度で「０°」と定義する。この位置を「Ｌ１」とし、Ｌ１から図４の反時計回りに６０°、１２０°、１８０°各回転した位置をそれぞれ「Ｌ２」、「Ｌ３」、「Ｌ４」とすると、ワーク回転装置５は図４の回転方向ｄ５に沿って、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の順に回転する。よってワークＷの一端が挿入されるのはＬ１位置となる。

ワーク回転装置５は、ワークＷがＬ１位置の凹部５１に挿入されると、回転方向ｄ５に沿って回転し、Ｌ２位置でワークＷを所定の長さに切断するために停止する（「ワーク回転ステップ１０５」１回目）。図３にはワーク回転装置５の片側（図の奥側）だけ示しているが、実際は手前にも部材が存在し、ワークＷが脇に落下することはない。

［ワーク切断装置とワーク切断ステップ］
このＬ２位置にはワーク切断装置７とワーク押さえ７１が設置されており、ワーク押さえ７１が運ばれて来たワークＷを押さえて固定し、ワーク切断装置７がカッター刃で所定の長さに切断する（「ワーク切断ステップ１０７」）。切除された部分は図示しない別の装置により回収される。

［ワーク回転装置とワーク回転ステップ（２）］
その後ワーク回転装置５は切断されて短くなったワークＷ（以下「切断後ワーク」）をさらに１２０°回転させ、Ｌ４位置、すなわち段落［００２５］で述べた交点２個のうち下側の交点の位置で停止する（「ワーク回転ステップ１０５」２回目）。このときハウジングＨは既にハウジング溶接装置１の突上げ装置１１により支持された状態で待機しており、ワーク回転装置５によって運ばれた切断後ワークは溶接するべき側の断面を下にして、待機中のハウジングＨの上面に接するように差し込まれる。

以上、ワーク回転ステップ１０５は、ワークＷを回転移動させる途中でワークＷの切断を行うため、ワーク切断ステップ１０７を挟んでその前後２回に分けて行われる。

また、本実施形態はワークＷを凹部５１からワーク回転装置５の径方向外側に落下させないための機構を有しないが、Ｌ１位置からＬ２位置までは切断前ワークの高さに、Ｌ２位置からＬ４位置までは切断後ワークＷの高さに、それぞれ適合するように形成されたガイド５３が設置されているため、ワークＷが落下することはない。

［溶接装置と溶接ステップ］
溶接装置９は、溶接クランプ９１を有し、溶接クランプ９１が切断後ワークを押さえて固定する。次に切断後ワークの下端とハウジングＨの上端との界面に溶接装置９が接触し、電圧を印加して溶接を行う（「溶接ステップ１０９」）。

溶接が進行するにしたがって、切断後ワークの溶接側端面が融解するため、ハウジングＨとの溶接界面に空隙が生じる。これを防止するため、突上げ装置１１は溶接中、ハウジングＨに対し継続的に上向きの荷重を掛けて突上げ続ける。なお図示は略するが、ワーク回転装置５の凹部５１の底面より内側の部分（「荷重受け」）が硬質材料で形成されており、突上げ装置１１からの連続的荷重を受け止めることが出来る。なお、荷重受けの硬質材料には表面処理や熱処理で硬度を上げたものを含む。

以上、溶接ステップ１０９までは、ワーク供給ステップ１０３からワーク切断ステップ１０７までと、ハウジング供給ステップ１０１とが平行して行われるが、切断後ワークが到着する時点では既にハウジングＨが待機位置に到着している必要があるため、ハウジング供給ステップ１０１は２回目のワーク回転ステップ１０５が行われるまでに完了する。

溶接後、切断後ワークが溶接されて一体となったハウジングＨ（以下「溶接後ハウジング」）を突上げ装置１１がインデックステーブルＺによって運ばれてきた元の高さまで降下させる。次にインデックステーブルＺが回転し、溶接後ハウジングを搬出するとともに、次の溶接作業に用いるハウジングＨを待機地点まで移動させる。

［溶接ワークフロー］
図５に、本発明の切断溶接方法１００から、ハウジング供給ステップ１０１から溶接ステップ１０９までの流れを取り出し、「溶接ワークフロー１５９」として示す。なお、Ｆ１からＦ８までの各ステップは図３に示した矢印と対応しているため、図３をも参照する。以下、ハウジング供給ステップ１０１に対応するステップＦ６から説明を始める。

ステップＦ６でインデックステーブルＺが回転し、ハウジングを供給する。ステップＦ７では、溶接前のハウジングＨが突上げ装置１１によって待機位置まで持上げられる。ステップＦ８でワーク回転装置５によって切断後ワークが供給され、待機位置にあるハウジングＨと切断後ワークが接する。

ステップＦ１では、溶接前のハウジングＨがその上面に切断後ワークを載置したまま、溶接位置まで突上げられる。ステップＦ２では、切断後ワークが溶接クランプ９１により固定される。ステップＦ３では、溶接クランプ９１により固定された切断後ワークとハウジングＨが溶接装置９により溶接され、この間、突上げ装置１１がハウジングＨを突上げ続ける。

溶接完成後、ステップＦ４で溶接クランプ９１が解除され、ステップＦ５で切断後ワークと溶接されて一体となった溶接後ハウジングが下降する。この後、次のハウジング供給ステップ１０１及びワーク供給ステップ１０３を開始するか、切断溶接ルーチンを終了する。

［一実施形態の効果］
本発明の一実施形態により、以下の効果が期待できる。
（１）供給、切断、溶接工程がスムーズに接続されて工程毎のＰ＆Ｐ作業が不要となり、作業が効率化される。
（２）各設備がワーク回転装置を中心に集中的且つ合理的に配置され、装置全体が小型化される。

（その他の実施形態）
上記の実施形態は、「ワーク」が点火プラグの銅入り接地電極、「ハウジング」が点火プラグのハウジングである場合を想定したものであるが、本発明の対象はこれに限らず、複数の棒状の部材を切断、溶接して組み立てる工程に適用することで、同じように工程の合理化・作業の効率化が可能である。

以上、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、さまざまな形態で実施することができる。

１ ハウジング供給装置
５ ワーク回転装置、 ５１ 凹部
７ ワーク切断装置
９ 溶接装置
Ｈ ハウジング
Ｗ ワーク
Ｘ 切断溶接装置

Claims (3)

1. 棒状のワーク（Ｗ）を切断してハウジング（Ｈ）に溶接する切断溶接装置（Ｘ）であって、
   ハウジングを保持して上下に移動可能なハウジング供給装置（１）と、
   水平方向に中心軸を有する円板の外周面から径内方向に凹む凹部（５１）が周方向に複数形成されており、外部のワーク供給装置から前記凹部に一端が挿入されたワークを保持して周方向に回転するワーク回転装置（５）と、
   ワークの前記凹部から露出した部分を所定の長さに切断するワーク切断装置（７）と、
   ワーク回転装置に保持されたワークの切断部とハウジング供給装置に保持されたハウジングとを溶接する溶接装置（９）と、
   を備える切断溶接装置。
2. 前記ワークは点火プラグに取り付ける銅入り接地電極であり、前記ハウジングは前記点火プラグのハウジングである請求項１に記載の切断溶接装置。
3. 棒状のワーク（Ｗ）を切断してハウジング（Ｈ）に溶接する切断溶接方法（１００）であって、
   ハウジングを保持して上下に移動可能なハウジング供給装置（１）がハウジングを供給するハウジング供給ステップ（１０１）と、
   水平方向に中心軸を有する円板の外周面から径内方向に凹む凹部（５１）が周方向に複数形成されたワーク回転装置（５）に対し、外部のワーク供給装置から前記凹部にワークの一端が挿入されるワーク供給ステップ（１０３）と、
   前記ワーク回転装置が前記凹部に挿入されたワークを保持して周方向に回転するワーク回転ステップ（１０５）と、
   ワーク切断装置（５）がワークの前記凹部から露出した部分を所定の長さに切断するワーク切断ステップ（１０７）と、
   溶接装置（９）が前記ワーク回転装置の前記凹部に挿入されたワークの切断部と前記ハウジング供給装置に保持されたハウジングとを溶接する溶接ステップ（１０９）と、
   を含む切断溶接方法。

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