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接合・実装

アルミ向けシーム(連続)溶接機をロボットに搭載可能なように小型・軽量化し、自動車生産ラインに導入することで車体のオールアルミ化の実現に貢献する。

群馬県

ART-HIKARI株式会社

2021年2月19日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 ロボット搭載型高機能シーム溶接機の開発
基盤技術分野 接合・実装
対象となる産業分野 環境・エネルギー、航空・宇宙、自動車、産業機械
産業分野でのニーズ対応 高機能化(新たな機能の付与・追加)、高性能化(既存機能の性能向上)、高性能化(小型化・軽量化)、高性能化(信頼性・安全性向上)、高効率化(同じ生産量に対するリソースの削減)、高効率化(工程短縮)、高効率化(生産性増加)、環境配慮
キーワード アルミ溶接、連続シーム溶接、溶接強度向上、ロボット搭載型溶接機、モノコック構造
事業化状況 事業化に成功し継続的な取引が続いている
事業実施年度 平成24年度~平成26年度

プロジェクトの詳細

事業概要

世界的な環境問題の広がりからみて、自動車メーカーの喫緊の課題は、車体の軽量化を更に推進し、燃費の向上を図ることである。生産ラインに導入(ロボットに搭載)可能で、且つ車体へのアルミ材の適用を拡大するために、アルミ材を連続溶接して接合強度を上げる事が可能な溶接機の開発要請が強い。本開発では、使いやすく使用実績が多大な抵抗溶接技術に磨きをかけ、溶接トランスの大幅な小型軽量化などにより、世界で初めての『ロボット搭載型アルミ材向けシーム(連続)溶接機』を開発した。
その結果、連続溶接による強度向上でアルミ材の薄板化を実現、日本車のアルミ化(軽量化)による国際的な競争力向上への道筋を拓いた。特に、自動車造りにおいて主流となった『モノコック構造』(車のボディそのものに骨格としての剛性を持たせ、補強材が不要なので軽量になり、室内空間を広く確保できる等のメリットを有する貝や蟹の殻に似た構造)を実現し易くなったメリットが大きいといえる。

開発した技術のポイント

・元来、アルミの溶接は『数万アンペア級の大電流が必要、1次側電源の設備容量が大きい、溶接トランスが重くなるのでフトコロの深い溶接ガンが作れない、アルミ材の酸化皮膜で電極が汚れ易く爆飛が発生し易い』ことなどから実用化が極めて難しかった。こうした隘路を長年の研究の積み上げで、一つひとつ解決し、実用的に使える抵抗シーム溶接機を開発した。
・自動車業界からも熱望されている「アルミ材の連続溶接が可能」で、溶接スピードが早く、自動車製造ラインに組み込めを実現する『ロボットに搭載可能な抵抗シーム溶接機』の開発に成功した。
(新技術)
・連続溶接を行うシーム溶接機のトランスを高効率かつ小型軽量化した。
・ロボットへの搭載を実現し、生産ラインへの導入を可能にした。
(新技術の特徴)
・自動車骨格のオールアルミ化が実現し、軽量化達成による燃費向上が前進する。
・アルミ材はリサイクル性が良いので、資源の有効活用にも寄与する。

左:開発した『ロボット搭載型高機能シーム溶接機』(赤色点線枠内)(最大溶接電流4万アンペア、重量320kg)と 右:従来の弊社『定置式シーム溶接機』(電流4万アンペア、重量約2500kg)の比較図
具体的な成果

・周波数可変型 電源装置の大容量化【出力:250kVA、可変周波数3〜10kHz】
・溶接トランスの小型・軽量化と応答性改善【溶接電流:40kA、重量:45kg】
・冷却装置の小型化と高効率化
・溶接機走行制御の完全同期化
・加圧制御の即応性向上
・給電ハウジングの信頼性向上
・ロボットに搭載したシーム溶接機の動作確認
・溶接信頼性の確認(走査型電子顕微鏡による解析、破壊試験など)実施

大容量(出力1280A、600V)可変中周波電源装置
中空サーボモータの試作機外観
小型軽量化、信頼性向上を達成した給電ハウジング
溶接時の円盤電極に加える圧力の設定値と実測値の特性試験
アルミのシーム溶接ナゲットの断面写真(倍率:12.5)
ナゲット断面の拡大写真(200倍)
知財出願や広報活動等の状況

(1)知財出願
 ・長年にわたったアルミ溶接技術の実用化開発などで、「抵抗溶接用電源装置」「アルミニュウム板の抵抗シーム溶接法」「シーム溶接用装置」等
  多数の特許などを出願・取得済み。
(2)広報活動
 ・国際ロボット展(ビックサイト他)などに、毎年出品しており、「ロボット搭載シーム溶接機」も出品している。
 ・館林市の自社工場にて、オープンハウス・スタイルの『技術展』をこれまでに何回も開催。500名程度の顧客が来訪。
 ・顧客(下流ユーザー)の技術相談や共同実験をいつでも受け入れる態勢を整えている。

2018年12月に開催した、オープンハウスでの“技術開放展”における製品・技術説明ツアーの様子
研究開発成果の利用シーン

・抵抗シーム溶接は、線状の連続溶接で接合するので、機密性が必要な 各種燃料タンクや自動車のマフラー製作などに使われる。
・自動車メーカーに製品を直接納入する「ティア1業者」が注目し、アルミ製のフレーム作りを手がけ始めた。
・電気自動車(EV化)へのシフトが、法制化も含め、中国・ヨーロッパ諸国・日本等で開発を競う事態になって居る。また、リサイクル性に優れることから、車体へのアルミ採用が進む様になり、日本の自動車メーカーも取り組み始めている。

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・自動車製造ラインに導入可能な『ロボット搭載型シーム溶接機』の試作開発(製品化)に成功した。
・従来の自動車製造ラインで使われているスポット溶接機と同じ原理を使い、連続溶接が可能なシーム溶接機がロボットに搭載可能となった。点溶接と線(連続)溶接を自由に組み合わせる製造ラインが、従来のやり方の延長線上で構成出来る。

提携可能な製品・サービス内容

加工・組立・処理、製品製造、技術ライセンス、技術コンサルティング

製品・サービスのPRポイント

・車体のオールアルミ化が実現し、自動車メーカーでの新規採用に寄与
 ‐連続溶接を可能とするロボット搭載型シーム溶接機により、アルミ材の連続溶接が可能となり、「今までの抵抗スポット溶接」と同じ扱いで、軽くてリサイクル性が高いアルミを自動車の骨格に適用することができるようになる。
 ‐車体の軽量化が実現し、自動車の燃費向上が達成されることにより、自動車メーカーでの軽量化の有効な選択肢を提供できる。
・生産ラインに導入可能なロボット搭載型シーム溶接機が生産コストの削減を実現した。
 ‐連続溶接が可能なアルミ向けシーム溶接機は、これまで、流れ生産ラインに導入出来なかったという隘路が解消できる。
 ‐ロボット搭載型シーム溶接機は、溶接スピードが早く、消耗品も不要で、様々な製品の溶接に係るコストを削減できる。

『ロボット搭載型高機能シーム溶接機』本体の基本仕様
今後の実用化・事業化の見通し

・自動車業界に関しては、『3次元接合が可能な ロボット搭載型シーム溶接機』により、『車体のオールアルミ化が実現出来る』こと、『アルミ材の連続接合により強度を上げた車体が実現できる』ことを売り込んで居る。現在数社から、様々な内容の技術相談や試作テストのサポート依頼が来ている。
・本テーマに続いて、『(アルミと鉄の)異種金属溶接技術の実用化に成功した』ことを抱き合わせでPRし、アルミ化への溶接技術態勢が整った情報を広く浸透させて行く。
・自動車メーカーへの売り込みには、ティア1(自動車会社へ直接納入する業者)に採用して貰うことが効率的な販路開拓になることが分かって来たので、ティア1・ティア2業者へと採用の働きかけや販途の深耕を進める。
・産業機械・建築構造物・電池・航空宇宙などに対しても、構造物や製品における『アルミ製品の連続気密溶接』への採用をPRしていく。

実用化・事業化にあたっての課題

・自動車のモデルチェンジは、数年から7年かかることも有り、ニーズの立ち上がりに時間がかかる為、量産によるコストダウンに至っていない。

事業化に向けた提携や連携の希望

・現状では、自動車メーカー向けに、スポット溶接機や溶接電源の量産を得意とする某ティア1業者に、溶接トランスや電源装置のライセンス供与を実施している。(注:ティア1とは、自動車メーカーに直接納品が可能な企業を指す)。
・弊社は技術開発型の企業であり、開発した技術や製品が自動車業界などに広く採用されるには、ティア1やティア2業界の深耕が必要と認識している。こうした業界情報の入手に支援が欲しい。

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 ART-HIKARI株式会社 舘林本社(技術部)、東京営業所
事業管理機関 ART-HIKARI株式会社 舘林本社(技術部)、東京営業所(社長室)
研究等実施機関 国立大学法人東京工業大学 原子炉工学研究所 助教 吉田克己
アドバイザー 株式会社本田技術研究所栃木研究所  完成車試作ブロック副チーフエンジニア  古館 孝次、群馬県立群馬産業技術センター 機械係 係長  加部 重好

サポイン事業者 企業情報

企業名 ART-HIKARI株式会社(法人番号:4070001024351)
事業内容 抵抗スポット溶接機、抵抗シーム溶接機などの溶接機器、溶接関連製品、特殊機器の設計・製作
社員数 17 名
生産拠点 舘林本社・工場  群馬県館林市大谷町2918番地
本社所在地 〒374-0054 群馬県館林市大谷町2918番地
ホームページ http://www.art-hikari.co.jp/
連絡先窓口 吉川副社長
メールアドレス yoshikawa@art-hikari.co.jp
電話番号 0276-71-1180