JP2005014087A - 電動式スポット溶接ガン及びロッド進退機構 - Google Patents

Abstract

【課題】電動式スポット溶接ガンに対するスパッタ、水滴、粉塵等の異物の付着や噛み込み等を低減し、且つ小型、軽量化を図る。
【解決手段】ロッド２４の端部に円筒状の回転防止部３０を固定する。軸方向に延在するスプライン溝３２ａを備えるボールスプライン軸３２の上端部をハウジング２８に固定する。ボールスプライン軸３２は、回転防止部３０に挿入される。ロータ３６はハウジング２８に設けられたステータ３４から電磁力を受けて回転可能である。ロータ３６は中空で、内壁にボールねじ溝３６ａが形成される。回転防止部３０の外壁には、転がり可能なボール５８が突出して、ボールねじ溝３６ａに一部が挿入される。ボール５６は、ロータ３６の回転力を伝達し、回転防止部３０及びロッド２４を進退させる。また、回転防止部３０の内壁には、転がり可能なボール５８が突出して、スプライン溝３２ａに挿入される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークを電極チップで挟持した状態で通電してワークを溶接する電動式スポット溶接ガン及び該電動式スポット溶接ガン等に用いられるロッド進退機構に関し、特に、電極チップをモータで開閉することのできる電動式スポット溶接ガン、及びボールを循環させることにより滑らかに動作することが可能なロッド進退機構に関する。

従来、ワークの溶接にはスポット溶接が用いられているが、近時、電極チップの制御の観点からサーボモータを用いた電動式スポット溶接ガンが普及しつつある。電動式スポット溶接ガンによれば、異なる板厚のワークに柔軟に対応することができる。

一方、電動式スポット溶接ガンは、多関節ロボットのエンドエフェクタとして用いられることがあり、多関節ロボットの動作性能等の観点から電動式スポット溶接ガンは小型、軽量なものが望まれている。

このような背景から、電極チップを備えたロッドにボールねじ溝とボールスプライン溝がクロスするように形成されて進退機能及び回り止め機能を奏する電動式スポット溶接ガンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような電動式スポット溶接ガンは、全長を短くすることができる。

また、ロータを中空構造としたスポット溶接ガンが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このように、ロータを中空構造とすると電動式スポット溶接ガン全体をコンパクトにすることができて好適である。

さらに、ロッドを滑らかに進退させるための機構としては、例えば、ボールねじスプラインユニットを適用することが検討される（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１−３１４９７２号公報 特開２００２−２８７８８号公報 実公平６−８４７７６号公報

ところで、前記特許文献１の技術では、ロッドにボールねじ溝やボールスプライン溝が形成されており、前記特許文献２の技術では、ロッドに回り止めのスプライン溝が形成されている。従って、ロッドをハウジングから伸出させる際には、ボールねじ溝やボールスプライン溝も外部に露呈する。ボールねじ溝及びボールスプライン溝をスパッタ、水分、粉塵等の異物から保護するためには蛇腹等の伸縮可能な保護材でカバーする必要があるが、溶接時に飛散するスパッタは高温であることからこれらのカバーを損傷してしまい、十分な保護がなされない。

ロッドにボールスプライン溝を設けない場合には、例えば、ロッドの回り止めとしてのガイド部材を配設する必要があるが、このようなガイド部材を設けるとスポット溶接ガン全体が大型化し、小型、軽量化の要望に反する。

また、特許文献３の技術では、螺旋状のボール溝に挿入されたボールは、ボールねじ溝よりも外径側の案内通路を経由して循環移動する。従って、ロータを回転させることにより該ロータの内径側のロッドを進退させようとする場合には、ロッドよりも外径側のロータにボールの案内通路を設ける必要があり、ロータの構造が複雑で慣性モーメントが大きくなる。これによりロータ及びロッドの制御応答性が低下する。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、スパッタ、水分、粉塵等の異物の付着や噛み込み等を低減し、しかも小型、軽量であり、制御応答性の良好な電動式スポット溶接ガンを提供することを目的とする。

また、本発明は、例えば、電動式スポット溶接ガンに用いられ、小型、軽量であり、制御応答性の良好なロッド進退機構を提供することを目的とする。

本発明に係る電動式スポット溶接ガンは、固定電極チップと可動電極チップでワークを挟持して溶接を行う電動式スポット溶接ガンにおいて、一端に前記可動電極チップを備え、他端に中空部を備えるロッドと、前記ロッドの他端に固定された円筒状の回転防止部と、ハウジングに固定され、軸方向に延在するスプライン溝を備え、前記回転防止部及び前記ロッドの中空部に挿入されたボールスプライン軸と、前記ハウジングに設けられたステータから電磁力を受けて回転し、内壁にボールねじ溝が形成された中空のロータと、を有し、前記回転防止部は、前記ロータの中空部に配置され、外壁に、前記ボールねじ溝に一部が挿入され、前記ロータの回転力を伝達し、前記回転防止部及び前記ロッドを進退させる第１係合部と、内壁に、前記スプライン溝に挿入されて前記ボールスプライン軸に対する回転を防止する第２係合部と、を備えることを特徴とする。

このように、スプライン溝をボールスプライン軸に設けるとともにボールねじ溝をロータに設けることにより、外部に露呈するロッドの表面には溝を形成する必要がなく、ロッドに対するスパッタ、水分、粉塵等の異物の付着や噛み込み等を低減することができる。また、ロータを中空とすることにより、サーボモータの応答性が向上する。さらに、ステータ、ロータ、ロッド及びボールスプライン軸がそれぞれ同軸状に配置されることから、軸方向に短いコンパクトな構造にすることができる。

この場合、前記回転防止部は、外壁の螺旋凹部と、前記螺旋凹部の両端部を連通する第１内部通路からなる第１循環路を備え、前記第１係合部は、前記第１循環路に挿入された第１のボール群であり、該第１のボール群は、前記ロッドの進退に伴って、前記第１循環路に沿って循環移動すると、回転防止部とロータとの摺動抵抗が低減し、ロッドが滑らかに進退可能である。

前記回転防止部は、軸方向に延在する内面凹部と、前記内面凹部の両端を連通する第２内部通路とからなる第２循環路を備え、前記第２係合部は、前記スプライン溝に一部が挿入される第２のボール群であり、該第２のボール群は、前記ロッドの進退に伴って、前記第２循環路に沿って、循環移動するような構成にすると、回転防止部とボールスプライン軸との摺動抵抗が低減し、ロッドが滑らかに進退可能である。

前記第１循環路と前記第２循環路は、側面に投影したとき少なくとも一部が軸方向において重畳していると、電動式スポット溶接ガンの軸方向の寸法を短くすることができる。

前記回転防止部は、前記第１循環路を備える第１円筒部材と、前記第２循環路を備える第２円筒部材とが軸方向に直列に接続されていると、第１円筒部材と第２円筒部材を個別に製作可能であって、しかも第１円筒部材及び第２円筒部材がそれぞれ簡便な構造となり、回転防止部を容易に製作することができる。

前記ロッドのうち、延出したときに露呈され、縮退したときに前記ハウジングに収納される部分の外壁は、円柱形状とすると、製作が容易である。

さらに、前記ハウジングにおける、前記ロッドが進退する孔部には、異物の進入を防止する環状シールを設けるとよい。

この場合、前記ハウジングを構成する部材間及びコネクタにシール処理を施すと、前記ハウジング全体を防水又は防塵構造とすることができる。

さらにまた、前記ハウジングにおける、前記ロッドが進退する孔部には、前記ロッドを保持する円筒状のすべり軸受を設けると、ロッドをより一層確実に保持するとともにガタの発生を防止することができる。

次に、本発明に係るロッド進退機構は、中空部を備えるロッドと、前記ロッドの端部に固定された円筒状の回転防止部と、軸方向に延在する複数のスプライン溝を備え、前記回転防止部及び前記ロッドの中空部に挿入されたボールスプライン軸と、駆動力を受けることにより回転し、内壁にボールねじ溝が形成された中空のロータと、を有し、前記回転防止部は、外壁に形成された螺旋凹部、及び前記螺旋凹部の両端部を連通する第１内部通路からなり第１のボール群が挿入された第１循環路と、内壁に形成された軸方向に延在する内面凹部、及び前記内面凹部の両端を連通する第２内部通路からなり第２のボール群が挿入された第２循環路と、を備え、前記第１のボール群のうち前記螺旋凹部に挿入されているものは前記回転防止部の外壁から突出して前記ボールねじ溝に係合しており、前記第２のボール群のうち前記内面凹部に挿入されているものは前記回転防止部の内壁から突出して前記スプライン溝に係合しており、前記第１のボール群及び前記第２のボール群はそれぞれ前記ロッドの進退に伴って前記第１循環路及び第２循環路を循環移動することを特徴とする。

このように、ロッド及びロータに中空部を設けることによりロッドが進退する制御応答性が良好となる。また、第１のボール群及び第２のボール群がともに回転防止部から離間することなく第１循環路及び第２循環路を循環移動させることにより、ロッド進退機構を小型、軽量に構成することができる。

本発明に係る電動式スポット溶接ガンによれば、外部に露呈するロッドの外壁を円柱形状にすることにより、スパッタ、水分、粉塵等の異物の付着や噛み込み等が低減される。また、ステータ、ロータ、ロッド及びボールスプライン軸がそれぞれ同軸状に配置され、軸方向に短いコンパクトな構造にすることができる。ロータは中空構造にすることができるので、軽量化及び制御性能の向上を図ることができる。

ロータの回転力をロッドに対して進退方向の力として伝達する回転防止部は、ロータやボールスプライン軸との接触部に転がり可能なボールを用いていることから、滑らかな動作が可能である。

また、本発明に係るロッド進退機構によれば、ロッドが進退する制御応答性が良好となるとともに、小型、軽量な構成とすることができる。

以下、本発明に係る電動式スポット溶接ガン及びロッド進退機構の第１及び第２の実施の形態を図１〜図１２を参照しながら説明する。

図１に示すように、第１の実施の形態に係る電動式スポット溶接ガン１０は、いわゆるＣ形溶接ガンであり、多関節ロボット１２の先端部にエンドエフェクタとして設けられている。電動式スポット溶接ガン１０は、制御部１４の制御下にワークＷを溶接する機能を有するとともに、多関節ロボット１２の動作によって、種々の位置に移動可能であり種々の姿勢を採り得る。また、電動式スポット溶接ガン１０は、本実施の形態に係るロッド進退機構９０を備え、該ロッド進退機構９０の作用によってロッド２４が進退する。

電動式スポット溶接ガン１０は、多関節ロボット１２に対して取り付けられるＣ形のヨーク１８と、該ヨーク１８の一端に取り付けられた固定電極チップ２０と、他端に設けられた電動駆動ユニット１６とを有する。ヨーク１８は、多関節ロボット１２に対して矢印Ａ方向に移動可能なイコライズ機能を備えていてもよい。

電動駆動ユニット１６の下方（矢印Ａ１方向を指す。また反対方向の矢印Ａ２方向を上方という。）には、内蔵するサーボモータ４０（図２参照）の作用下に進退するロッド２４が突出している。ロッド２４の下端には、固定電極チップ２０に対向させて可動電極チップ２６が取り付けられている。

次に、電動駆動ユニット１６の構成について図２及び図３を参照しながら説明する。

電動駆動ユニット１６は本体であるハウジング２８をベースに構成されており、前記ロッド２４と、該ロッド２４の上端に固定された円筒状の回転防止部３０と、上部がハウジング２８に固定されたボールスプライン軸３２と、中空で、螺旋状に形成されたボールねじ溝３６ａを内壁に備えるロータ３６とを有する。回転防止部３０は、後述するように、ロッド２４のボールスプライン軸３２に対する回転を防止するとともに、サーボモータ４０からロッド２４に対して進退させる推力を伝達する作用を奏する。

ボールスプライン軸３２の上部はナット２５によりハウジング２８に固定されており、その固定部にはＤカット面３３（図３参照）が形成され、ハウジング２８に対する回り止め機能を奏する。ボールスプライン軸３２とハウジング２８との接続部には適当なシール処理が施されている。

ハウジング２８は、部材２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ及び２８ｅに分割可能である。これらの部材２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ及び２８ｅの各接続部にはシール３７ａ、３７ｂ、３７ｃ及び３７ｄが設けられている。

ステータ３４とロータ３６は、サーボモータ４０を構成しており、ロータ３６は、外壁に複数のマグネット３６ｂを備え、前記ハウジング２８に設けられたステータ３４から電磁力を受けて回転する。ステータ３４は、制御部１４（図１参照）から通電されて電磁力を発生し、通電方向によってロータ３６を正転及び逆転させることができる。ロータ３６は、上方及び下方をそれぞれベアリング４２及び４４で軸支されており、滑らかに回転可能である。また、ロータ３６の上端部には、レゾルバ等の回転検出部４６が設けられており、ロータ３６の回転角度を制御部１４に供給することができる。

回転検出部４６及びサーボモータ４０の信号線及び動力線は、シール機能を有する電線用のコネクタ４９を介して制御部１４と接続されている。このコネクタ４９、前記ボールスプライン軸３２と前記ハウジング２８とのシール処理（後述する環状シール５１）、及び、前記シール３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄにより、ハウジング２８全体が防水及び防塵構造となり水分や粉塵等の異物が進入することを防止し、内部のサーボモータ４０、回転検出部４６、ベアリング４２及び４４等を保護することができる。

ロッド２４は、下方に絶縁体４８を介して前記可動電極チップ２６を備え、上方には中空部２４ａを備える。可動電極チップ２６には、端子２６ａに電源ケーブルを接続することにより給電可能である。

ロッド２４のうち、延出したときに露呈され、縮退したときに前記ハウジングに収納される部分の外壁２４ｃは円柱形状である。従って、スパッタ、水滴及び粉塵等の異物の付着や噛み込み等を低減することができるとともに、ロッド２４の製作が容易である。

ロッド２４は、ハウジング２８を構成する部材２８ｅに対して、円筒状のメタルブッシュ（すべり軸受）５０を介して摺動自在に軸支されている。メタルブッシュ５０により外壁２４ｃを支持してロッド２４を確実に保持することができる。

ロッド２４の先端部には、通路２４ｂを介して中空部２４ａへグリスを供給するためのグリスニップル５２が設けられている。メタルブッシュ５０の近傍における部材２８ｅの外壁には、メタルブッシュ５０へグリスを供給するためのグリスニップル５４が設けられている。ハウジング２８を構成する部材２８ｅの下端には、ロッド２４の外壁２４ｃに接触する環状シール５１が設けられている。

ボールスプライン軸３２の外壁には、軸方向に延在する２条のスプライン溝３２ａが設けられている。ボールスプライン軸３２は前記回転防止部３０に挿入されている。また、ロッド２４が縮退しているときには、ボールスプライン軸３２は、ロッド２４の中空部２４ａに挿入されている。

回転防止部３０は、外壁に設けられた螺旋凹部５５（図３参照）に、複数のボール（第１のボール群、第１係合部）５６が回転自在に挿入され、一部が外壁から突出している。ボール５６の外壁から突出した部分は、ボールねじ溝３６ａに挿入されており、ロータ３６の回転力を回転防止部３０に伝達する。螺旋凹部５５は、回転防止部３０の外壁に螺旋状に形成されており、螺旋凹部５５の両端部は、回転防止部３０の内部に設けられた第１内部通路５７（図３参照）によって連通している。このように、螺旋凹部５５と第１内部通路５７によって第１循環路５９が形成されており、ボール５６は、この第１循環路５９に密に挿入されている。

これにより、ロータ３６の回転力が、回転防止部３０を進退させる力に変換されることとなり、該回転防止部３０及びロッド２４が進退する。ボール５６は、ロッド２４の進退に伴って、第１循環路５９に沿って転がりながら循環移動することとなり、回転防止部３０とロータ３６との摺動抵抗が低減する。従って、ロッド２４が滑らかに進退可能であり、また、極めて滑らかに回転力を伝達することができる。

また、回転防止部３０は、軸方向に延在する内面凹部６２と、前記内面凹部６２の両端を連通する第２内部通路６１とからなる第２循環路６０を備え、該第２循環路６０には複数のボール（第２のボール群、第２係合部）５８が密に配置されている。各ボール５８は、第２循環路６０内で転がりながら循環移動が可能である。ボール５８のうち回転防止部３０の内壁側の内面凹部６２にあるものは、一部が内壁から突出し、スプライン溝３２ａに挿入されている。回転防止部３０の内壁から突出したボール５８は、ロッド２４が進退する際の回り止めとして作用する。つまり、回転防止部３０は、外側のボール５６を介してロータ３６から回転方向の力を受けるが、内側のボール５８の一部がスプライン溝３２ａに挿入されていることから回転防止部３０の回転は阻止され、結果として外側のボール５６がボールねじ溝３６ａに沿って上下動することとなり、回転防止部３０及びロッド２４はハウジング２８に対して進退することとなる。

また、ボール５８は、第２循環路６０とスプライン溝３２ａとに接触しながら転がり可能であることから摺動摩擦の発生を防止し、ロッド２４は極めて滑らかに進退可能である。

回転防止部３０において、第１循環路５９と第２循環路６０は、側面に投影したとき軸方向に重畳するように設けられていることから、回転防止部３０の軸方向の長さを短尺に設定することが可能である。これにより、電動式スポット溶接ガン１０の軸方向の寸法を短くすることができる。第１循環路５９及び第２循環路６０の少なくとも一部を軸方向に重畳させることにより、重畳している長さに応じて回転防止部３０の軸方向の長さを短尺にすることができる。

以上、電動式スポット溶接ガン１０とロッド進退機構９０の構成についてまとめて説明したが、上記の通りロッド進退機構９０は電動式スポット溶接ガン１０に組み込まれているものであって、電動式スポット溶接ガン１０のうち、ロッド２４、回転防止部３０、ボールスプライン軸３２、ロータ３６及びボール５６、５８からなる構成がロッド進退機構９０に相当する。

次に、このように構成される電動式スポット溶接ガン１０及びロッド進退機構９０の作用について説明する。

先ず、多関節ロボット１２（図１参照）を動作させ、電動式スポット溶接ガン１０をワークＷの近傍まで移動させる。電動式スポット溶接ガン１０は、ヨーク１８の固定電極チップ２０がワークＷの一方の面に接触する位置に配置される。

次に、制御部１４は、サーボモータ４０を所定の正方向に回転させてロッド２４を延出させる。このように、ロッド２４の先端の可動電極チップ２６を移動させて固定電極チップ２０とともにワークＷを把持させた後、通電を行いワークＷを溶接する。

このとき、前記の通り、サーボモータ４０を構成するロータ３６が回転することにより、回転力がボール５６を介して回転防止部３０に伝達される。回転防止部３０の内壁にはボール５８の一部が突出して、ハウジング２８に固定されたボールスプライン軸３２のスプライン溝３２ａに挿入されていることから、回転防止部３０の回転が防止され、回転防止部３０及びロッド２４が延出する（図４参照）。

また、ボール５６及び５８の作用によって摺動抵抗が低減され、回転防止部３０及びロッド２４は滑らかに延出可能である。

延出したロッド２４は、外壁２４ｃが露呈されることとなるが、この外壁２４ｃは滑らかな円柱形状であり、スパッタや粉塵が付着しにくい。

制御部１４は、回転検出部４６の信号に基づいてロッド２４の延出する量を検出可能であることから、ワークＷの厚さに応じて進退制御を適切に行うことができる。また、制御部１４は、ロッド２４の位置を制御する位置制御と、ワークＷを把持する挟持力を制御する力制御を切り替えながら制御することができる。

溶接が終了した後、制御部１４はサーボモータ４０を逆方向に回転させて、ロッド２４を縮退させる。このとき、ロッド２４にスパッタ、水滴、粉塵等が付着している場合でも、環状シール５１及びメタルブッシュ５０により、これらのスパッタや粉塵が電動駆動ユニット１６内に進入することを防止できる。

次に、第２の実施の形態に係る電動式スポット溶接ガン１００について、図５及び図６を参照しながら説明する。電動式スポット溶接ガン１００は、前記電動式スポット溶接ガン１０における電動駆動ユニット１６が、図５に示す電動駆動ユニット１０２に置き換えられたものである。電動式スポット溶接ガン１００において前記電動式スポット溶接ガン１０及び前記ロッド進退機構９０と同じ箇所については同符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図５に示すように、電動駆動ユニット１０２は、電動駆動ユニット１６における回転防止部３０が回転防止部１０４で置き換えられたものであって、該回転防止部１０４は、前記第１循環路５９を備える第１円筒部材１０６と、前記第２循環路６０を備える第２円筒部材１０８とが軸方向に直列に接続されて形成されている。すなわち、ロッド２４の上端部が第１円筒部材１０６の一端に固定され、第１円筒部材１０６の他端が薄い接続部材１１０を介して第２円筒部材１０８の一端に固定されている。第１円筒部材１０６と第２円筒部材１０８の配置は逆であってもよい。

第１円筒部材１０６の外壁には螺旋凹部５５（図６参照）が設けられている。この螺旋凹部５５には、前記の通り、複数のボール５６が回転自在に挿入されている。ボール５６の一部は外壁から突出しており、この突出した部分が、ボールねじ溝３６ａに挿入されていることにより、ロータ３６の回転力が回転防止部３０に伝達される。螺旋凹部５５は、回転防止部３０の外壁に螺旋状に形成されており、螺旋凹部５５の両端部は、回転防止部３０の内部に設けられた第１内部通路５７によって連通している。このように、螺旋凹部５５と第１内部通路５７によって第１循環路５９が形成されており、ボール５６は、この第１循環路５９に密に挿入されている。

第２円筒部材１０８は、軸方向に延在する内面凹部６２と、前記内面凹部６２の両端を連通する第２内部通路６１とからなる第２循環路６０を備える。この第２循環路６０には、前記の通り、ボール５８が密に配置されており、第２循環路６０内で転がりながら循環移動が可能である。ボール５８のうち第２円筒部材１０８の内壁側にあるものは、一部が内壁から突出してスプライン溝３２ａに挿入され、ロッド２４が進退する際の回り止めとして作用する。

また、第１円筒部材１０６及び第２円筒部材１０８は、個別に製作可能であって、しかも第１円筒部材１０６及び第２円筒部材１０８がそれぞれ簡便な構造となり、回転防止部１０４を容易に製作することができる。さらに、第１循環路５９と第２循環路６０は、軸方向において重複する部分がないことから、第１円筒部材１０６及び第２円筒部材１０８の径をそれぞれ小径に設定可能であり、結果としてロータ３６も小径に設定可能である。従って、ロータ３６の慣性モーメントが小さくなり、サーボモータ４０の回転応答性が向上する。

このように、第１及び第２の実施の形態に係る電動式スポット溶接ガン１０、１００及びロッド進退機構９０によれば、可動電極チップ２６が設けられたロッド２４には、進退駆動用の溝や回り止め用の溝が不要であり、外壁２４ｃを滑らかな円柱形状に形成することができる。従って、ロッド２４を保護するための蛇腹機構等が不要である。

また、ロータ３６の内径側にロッド２４が挿入するように配置され、さらにロッド２４の内径側にボールスプライン軸３２が挿入されるように配置されている。また、ステータ３４は、ロータ３６の外周に設けられている。すなわち、ステータ３４、ロータ３６、ロッド２４及びボールスプライン軸３２がそれぞれ同軸状に配置されており、電動駆動ユニット１６を軸方向に短いコンパクトな構造にすることができる。

さらに、ロッド２４の外壁２４ｃは円柱形状であることから、円筒状のメタルブッシュ５０や、環状シール５１を適用することができる。これにより、ロッド２４を確実に保持するとともにガタを防止することができる。また、スパッタ、水滴、粉塵等の異物の進入を阻止することができる。

また、第１及び第２の実施の形態に係る電動式スポット溶接ガン１０、１００及びロッド進退機構９０によれば、ロータ３６は中空構造であることから軽量であり、しかも慣性モーメントが小さいことから制御応答性がよい。

さらに、ボールスプライン軸３２にかかる荷重は、回転防止部３０及びロッド２４の回転を阻止するための弱い反力だけであることから、ボールスプライン軸３２を細径に設定することができる。ロッド２４は、ロータ３６の内径側に配置され、しかも中空部２４ａに挿入されるボールスプライン軸３２を細径に設定可能であることから、ロッド２４も比較的細径に設定することができる。

ボールスプライン軸３２及びロッド２４を細径に設定可能であることから、電動駆動ユニット１６、電動式スポット溶接ガン１０、１００及びロッド進退機構９０をより軽量にすることができる。

また、ロッド２４は、回転防止部３０のボール５６及び５８の作用により滑らかに進退可能であることから、サーボモータ４０が小容量で足り、重量を軽減することができる。

さらに、螺旋凹部５５に挿入されたボール５６は螺旋凹部５５よりも内径側の第１内部通路５７を経由して循環移動する。つまり、ボール５６は回転防止部３０における第１循環路５９だけを循環し、その外側のロータ３６には供給されない。従ってロータ３６にはボール５６の案内通路を設ける必要がないことから薄肉構造とすることができ、慣性モーメントを小さく設定可能である。これによりロータ３６及びロッド２４の制御応答性がより一層向上する。

次に、前記回転防止部３０の３つの変形例である回転防止部３０ａ、３０ｂ、３０ｃについて図７〜図１２を参照しながら説明する。なお、回転防止部３０ａ、３０ｂ、３０ｃにおいて前記回転防止部３０と同じ箇所については同符号を付し、その詳細な説明を省略する。

前記回転防止部３０及び回転防止部３０ａ、３０ｂ、３０ｃでは、外壁に設ける螺旋凹部の数は、ロッド２４の動作に必要とされる速度と推力に基づいて適当な数に設定可能であって、前記回転防止部３０では１つの螺旋凹部５５が設けられている例を示した。以下に示す回転防止部３０ａ、３０ｂ、３０ｃはそれぞれ前記螺旋凹部５５に相当する３つの螺旋凹部５５ａ、５５ｂ、５５ｃを備える。回転防止部３０ａ、３０ｂ、３０ｃに対応するロータ（図示せず）は、前記ボールねじ溝３６ａに相当し、螺旋状に形成された３つのボールねじ溝を有する。

また、回転防止部３０ａ、３０ｂ、３０ｃは前記２つの第２循環路６０に相当する３つの第２循環路６０ａ、６０ｂ、６０ｃを軸Ｃに対して放射状に備えており、等間隔で３つのスプライン溝３１ａ、３１ｂ、３１ｃを有するスプライン軸１３２に対してバランスよく係合することができる。

図７に示すように、第１の変形例である回転防止部３０ａは、外壁に設けられた３つの螺旋凹部５５ａ、５５ｂ、５５ｃに、それぞれ複数のボール５６が回転自在に挿入され、一部が外壁から突出している。ボール５６の外壁から突出した部分は、図示しないロータの３つのボールねじ溝に挿入されており、ロータの回転力を回転防止部３０ａに伝達する。螺旋凹部５５ａ、５５ｂ、５５ｃは、回転防止部３０ａの外壁に螺旋状に形成されており、螺旋凹部５５ａの端部７０ａ、７０ｂ、螺旋凹部５５ｂの端部７２ａ、７２ｂ、及び螺旋凹部５５ｃの端部７４ａ、７４ｂは、回転防止部３０ａの内部に設けられた３つの第１内部通路５７ａ、５７ｂ、５７ｃ（図８参照）によってそれぞれ連通している。

第１内部通路５７ａは、端部７０ａを始点とした滑らかな弧を描くように回転防止部３０ａの内部に入り、周方向における正方向に進み、一度逆方向にやや反転しながら略軸方向に延在し、さらに反転して正方向に進みながら端部７０ｂに達している。このように第１内部通路５７ａは、隣接する２つの第２循環路６０ａ及び６０ｃとの間のスペースを有効に利用して滑らかな略Ｓ字形の通路を形成し、ボール５６を滑らかに通過させることができる。同様に、第１内部通路５７ｂは端部７２ａ及び７２ｂの間で、第１内部通路５７ｃは端部７４ａ及び７４ｂの間で、それぞれ滑らかな略Ｓ字形の通路を形成している。

このように、螺旋凹部５５ａ、５５ｂ、５５ｃと第１内部通路５７ａ、５７ｂ、５７ｃによって３つの第１循環路５９ａ、５９ｂ、５９ｃが形成されており、ボール５６は、この第１循環路５９ａ、５９ｂ、５９ｃに密に挿入されている。

また、回転防止部３０ａは、軸方向に延在する内面凹部６２ａ、６２ｂ、６２ｃと、該内面凹部６２ａ、６２ｂ、６２ｃの両端をそれぞれ連通する第２内部通路６１ａ、６１ｂ、６１ｃとからなる３つの第２循環路６０ａ、６０ｂ、６０ｃを備え、該第２循環路６０ａ、６０ｂ、６０ｃにはそれぞれ複数のボール５８が密に配置されている。各ボール５８は、第２循環路６０ａ、６０ｂ、６０ｃ内で転がりながら循環移動が可能である。ボール５８のうち回転防止部３０ａの内壁側の内面凹部６２ａ、６２ｂ、６２ｃにあるものは、一部が内壁から突出し、それぞれスプライン溝３１ａ、３１ｂ、３１ｃに挿入される。

図８に示すように、回転防止部３０ａを軸Ｃに垂直な投影面上でみた場合、２つの隣接する第２循環路６０ａ及び６０ｃを辺とする扇形状９８の円弧部９８ａと第１内部通路５７ａが交わっており、該第１内部通路５７ａは扇形状９８の内部に入り込むような経路として設定されている。同様に、第１内部通路５７ｂは第２循環路６０ａ及び６０ｂを辺とする扇形状の内部に入り込んでおり、第１内部通路５７ｃは第２循環路６０ｂ及び６０ｃを辺とする扇形状の内部に入り込んでいる。つまり、軸Ｃに対する第１内部通路５７ａ、５７ｂ、５７ｃの最小距離Ｒ２は、軸Ｃに対する第２内部通路６１ａ、６１ｂ、６１ｃの最長距離Ｒ１より小さく設定されている。

このように、第２循環路６０ａ、６０ｂ、６０ｃのうち隣接するもの同士を辺とする扇形状の円弧部に対して、第１内部通路５７ａ、５７ｂ、５７ｃの少なくとも一部が交差するように設定することにより、各第２循環路６０ａ、６０ｂ、６０ｃの間のスペースに第１内部通路５７ａ、５７ｂ、５７ｃを配置することができ、回転防止部３０ａの内部の空間を有効に利用することができる。従って、回転防止部３０ａの外径を小さくして慣性モーメントを低減することができる。

図９に示すように、第２の変形例である回転防止部３０ｂでは、前記第１内部通路５７ａ、５７ｃに相当する第１内部通路９２ａ、９２ｃが、第２内部通路６１ａ、６１ｃよりも外径側を通るように設定されている。また、図９には図示しないが、前記第１内部通路５７ｂに相当する第１内部通路９２ｂが、第２内部通路６１ｂよりも外径側を通るように設定されている。つまり、図１０に示すように、回転防止部３０ｂの軸Ｃに垂直な投影面上で、該軸Ｃに対する第２内部通路６１ａ、６１ｂ、６１ｃの最大距離Ｒ１は、軸Ｃに対する第１内部通路９２ａ、９２ｂ、９２ｃの最小距離Ｒ２より大きく設定されている。また、軸Ｃに対して第１内部通路９２ａ、９２ｂ、９２ｃの占める角度は１８０°であり、２つの隣接する第２循環路６０ａ及び６０ｃを辺とする扇形状９８の占める角度である１２０°より大きく設定されている。従って、第１内部通路９２ａ、９２ｂ及び９２ｃは屈曲度合いの小さい緩やかな経路となりボール５６を滑らかに通過させることができる。

さらに、最長距離Ｒ１は最小距離Ｒ２より小さいことから、Ｒ１＜Ｒ３＜Ｒ２である径Ｒ３を境界として、回転防止部３０ｂを第１内部通路９２ａ、９２ｂ、９２ｃを有する外側の筒状部と、第２内部通路６１ａ、６１ｂ、６１ｃを有する内側の筒状部とに分けることも可能である。この場合、２つの筒状部をそれぞれ個別に製作することができる。なお、図１０においては、３つの第１内部通路９２ａ、９２ｂ、９２ｃがそれぞれ一部重なることから、理解を容易にするために第１内部通路９２ａのみを実線で表し、残りの第１内部通路９２ｂ、９２ｃを破線で表している。

次に、図１１及び図１２に示すように、第３の変形例である回転防止部３０ｃでは、前記第２循環路６０ａ、６０ｂ、６０ｃ（図７参照）に相当する循環路がそれぞれ軸方向に２つに分割されて設けられており、第２循環路７８ａ及び８０ａが前記第２循環路６０ａに相当し、第２循環路７８ｂ及び８０ｂが前記第２循環路６０ｂに相当し、さらに第２循環路７８ｃ及び８０ｃが前記第２循環路６０ｃに相当する。

図１１に示すように、回転防止部３０ｃでは、前記第２循環路６０ａ、６０ｃ（図８参照）に相当する循環路がそれぞれ軸方向に２つに分割されて設けられており、第２循環路７８ａ及び８０ａが前記第２循環路６０ａに相当し、第２循環路７８ｃ及び８０ｃが前記第２循環路６０ｃに相当する。また、図１１には図示しないが、前記第２循環路６０ｂ（図８参照）に相当する循環路がそれぞれ軸方向に２つに分割されて設けられており、第２循環路７８ｂ及び８０ｂが前記第２循環路６０ｂに相当する。

第２循環路７８ａ及び８０ａは、スプライン溝３１ａの延在する方向に沿って並んで設けられており、同様に、第２循環路７８ｂ及び８０ｂがスプライン溝３１ｂの延在する方向に沿って設けられ、第２循環路７８ｃ及び８０ｃがスプライン溝３１ｃの延在する方向に沿って設けられている。

図１１及び図１２に示すように、前記第１内部通路５７ａ（図８参照）に相当する第１内部通路９４ａは、第２循環路７８ａ及び８０ａの間のスペース８２ａを通過するように設けられている。同様に、前記第１内部通路５７ｂに相当する第１内部通路９４ｂは第２循環路７８ｂ及び８０ｂの間のスペース８２ｂを通過しており、前記第１内部通路５７ｃに相当する第１内部通路９４ｃは第２循環路７８ｃ及び８０ｃの間のスペース８２ｃ（図示せず）を通過している。このように、第１内部通路９４ａ、９４ｂ、９４ｃがスペース８２ａ、８２ｂ、８２ｃを通過するように設定することにより回転防止部３０ｃの内部の空間を有効に利用することができ、回転防止部３０ｃの外径を小さくして慣性モーメントを低減することができる。

また、軸Ｃに対して第１内部通路９４ａ、９４ｂ、９４ｃの占める角度（例えば１８０°）を第２循環路７８ａ（及び８０ａ）、７８ｂ（及び８０ｂ）、７８ｃ（及び８０ｃ）のうち隣接する２つの間隔角度である１２０°よりも大きく設定することができる。従って、第１内部通路９４ａ、９４ｂ及び９４ｃは屈曲度合いの小さい緩やかな経路となりボール５６を滑らかに通過させることができる。

なお、図１２においては、３つの第１内部通路９４ａ、９４ｂ、９４ｃがそれぞれ一部重なることから、理解を容易にするために第１内部通路９４ａのみを実線で表し、残りの第１内部通路９４ｂ、９４ｃを破線で表している。

この発明に係る電動式スポット溶接ガン及びロッド進退機構は、上述の実施の形態例に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

第１の実施の形態に係る電動式スポット溶接ガンが多関節ロボットに接続された状態の斜視図である。 第１の実施の形態に係る電動式スポット溶接ガンの電動駆動ユニット及びロッド進退機構において、ロッドが縮退した状態の断面側面図である。 第１の実施の形態に係る電動式スポット溶接ガンの電動駆動ユニット及びロッド進退機構の要部分解斜視図である。 第１の実施の形態に係る電動式スポット溶接ガンの電動駆動ユニット及びロッド進退機構において、ロッドが延出した状態の断面側面図である。 第２の実施の形態に係る電動式スポット溶接ガンの電動駆動ユニット及びロッド進退機構において、ロッドが縮退した状態の断面側面図である。 第２の実施の形態に係る電動式スポット溶接ガンの電動駆動ユニット及びロッド進退機構の要部分解斜視図である。 第１の変形例に係る回転防止部の一部断面斜視図である。 第１の変形例に係る回転防止部の第１循環路及び第２循環路を軸に垂直な投影面上に表した模式図である。 第２の変形例に係る回転防止部の一部断面斜視図である。 第２の変形例に係る回転防止部の第１循環路及び第２循環路を軸に垂直な投影面上に表した模式図である。 第３の変形例に係る回転防止部の一部断面斜視図である。 第３の変形例に係る回転防止部の第１循環路及び第２循環路を軸に垂直な投影面上に表した模式図である。

符号の説明

１０、１００…電動式スポット溶接ガン １２…多関節ロボット
１４…制御部 １６、１０２…電動駆動ユニット
２０…固定電極チップ ２４…ロッド
２４ａ…中空部 ２４ｃ…外壁
２６…可動電極チップ ２６ａ…端子
２８…ハウジング
３０、３０ａ〜３０ｃ、１０４…回転防止部
３２…ボールスプライン軸
３１ａ〜３１ｃ、３２ａ…スプライン溝
３４…ステータ ３６…ロータ
３６ａ…ボールねじ溝 ３６ｂ…マグネット
４０…サーボモータ ４６…回転検出部
５０…メタルブッシュ ５１…環状シール
５５、５５ａ〜５５ｃ…螺旋凹部 ５６、５８…ボール
５９、５９ａ〜５９ｃ、６０、６０ａ〜６０ｃ、７８ａ〜７８ｃ、８０ａ〜８０ｃ…循環路
９０…ロッド進退機構 １０６、１０８…円筒部材

Claims (10)

1. 固定電極チップと可動電極チップでワークを挟持して溶接を行う電動式スポット溶接ガンにおいて、
   一端に前記可動電極チップを備え、他端に中空部を備えるロッドと、
   前記ロッドの他端に固定された円筒状の回転防止部と、
   ハウジングに固定され、軸方向に延在するスプライン溝を備え、前記回転防止部及び前記ロッドの中空部に挿入されたボールスプライン軸と、
   前記ハウジングに設けられたステータから電磁力を受けて回転し、内壁にボールねじ溝が形成された中空のロータと、
   を有し、
   前記回転防止部は、前記ロータの中空部に配置され、外壁に、前記ボールねじ溝に一部が挿入され、前記ロータの回転力を伝達し、前記回転防止部及び前記ロッドを進退させる第１係合部と、内壁に、前記スプライン溝に挿入されて前記ボールスプライン軸に対する回転を防止する第２係合部と、
   を備えることを特徴とする電動式スポット溶接ガン。
2. 請求項１記載の電動式スポット溶接ガンにおいて、
   前記回転防止部は、外壁の螺旋凹部と、前記螺旋凹部の両端部を連通する第１内部通路からなる第１循環路を備え、
   前記第１係合部は、前記第１循環路に挿入された第１のボール群であり、
   該第１のボール群は、前記ロッドの進退に伴って、前記第１循環路に沿って循環移動することを特徴とする電動式スポット溶接ガン。
3. 請求項１又は２記載の電動式スポット溶接ガンにおいて、
   前記回転防止部は、軸方向に延在する内面凹部と、前記内面凹部の両端を連通する第２内部通路とからなる第２循環路を備え、
   前記第２係合部は、前記スプライン溝に一部が挿入される第２のボール群であり、該第２のボール群は、前記ロッドの進退に伴って、前記第２循環路に沿って、循環移動することを特徴とする電動式スポット溶接ガン。
4. 請求項３記載の電動式スポット溶接ガンにおいて、
   前記第１循環路と前記第２循環路は、側面に投影したとき少なくとも一部が軸方向において重畳していることを特徴とする電動式スポット溶接ガン。
5. 請求項３記載の電動式スポット溶接ガンにおいて、
   前記回転防止部は、前記第１循環路を備える第１円筒部材と、前記第２循環路を備える第２円筒部材とが軸方向に直列に接続されていることを特徴とする電動式スポット溶接ガン。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動式スポット溶接ガンにおいて、
   前記ロッドのうち、延出したときに露呈され、縮退したときに前記ハウジングに収納される部分の外壁は、円柱形状であることを特徴とする電動式スポット溶接ガン。
7. 請求項６記載の電動式スポット溶接ガンにおいて、
   前記ハウジングにおける、前記ロッドが進退する孔部には、異物の進入を防止する環状シールが設けられていることを特徴とする電動式スポット溶接ガン。
8. 請求項７記載の電動式スポット溶接ガンにおいて、
   前記ハウジングを構成する部材間及び電線用コネクタにシール処理を施し、前記ハウジング全体が防水又は防塵構造となっていることを特徴とする電動式スポット溶接ガン。
9. 請求項６記載の電動式スポット溶接ガンにおいて、
   前記ハウジングにおける、前記ロッドが進退する孔部には、前記ロッドを保持する円筒状のすべり軸受が設けられていることを特徴とする電動式スポット溶接ガン。
10. 中空部を備えるロッドと、
    前記ロッドの端部に固定された円筒状の回転防止部と、
    軸方向に延在する複数のスプライン溝を備え、前記回転防止部及び前記ロッドの中空部に挿入されたボールスプライン軸と、
    駆動力を受けることにより回転し、内壁にボールねじ溝が形成された中空のロータと、
    を有し、
    前記回転防止部は、外壁に形成された螺旋凹部、及び前記螺旋凹部の両端部を連通する第１内部通路からなり第１のボール群が挿入された第１循環路と、
    内壁に形成された軸方向に延在する内面凹部、及び前記内面凹部の両端を連通する第２内部通路からなり第２のボール群が挿入された第２循環路と、
    を備え、
    前記第１のボール群のうち前記螺旋凹部に挿入されているものは前記回転防止部の外壁から突出して前記ボールねじ溝に係合しており、前記第２のボール群のうち前記内面凹部に挿入されているものは前記回転防止部の内壁から突出して前記スプライン溝に係合しており、
    前記第１のボール群及び前記第２のボール群はそれぞれ前記ロッドの進退に伴って前記第１循環路及び第２循環路を循環移動することを特徴とするロッド進退機構。

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