JP2006175496A - 電極チップホルダ及び溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極チップの交換間隔を延ばし溶接作業の効率を向上させる。
【解決手段】電極チップホルダ１０は内径孔が先端に向かって拡径する第１テーパ内周面４０ａを備えるチャック本体４０と、チャック本体４０の先端雄ねじ部４０ｂに螺合するロックナット４４と、内径孔に嵌合するコレット４８とを有する。コレット４８は、ロックナット４４が先端雄ねじ部４０ｂに螺合することによって軸方向に押圧され、割目４８ａが弾性変形することにより縮径して内径部４８ｆに挿入された電極チップ４６を保持する。コレット４８は第１テーパ内周面４０ａに当接する第１テーパ外周面４８ｂと、該第１テーパ外周面４８ｂ上に設けられた溝部４８ｃとを備える。チャック本体４０は、溝部４８ｃに対向する位置で開口し、該溝部４８ｃに対して冷却液を供給する冷却液供給口４０ｃ及び溝部４８ｃから冷却液を回収する冷却液回収口４０ｄを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気溶接作業で用いられる電極チップを保持する電極チップホルダ及び溶接方法に関する。

例えば、車両の製造工場においては車両の外板やフレームに対する多量のスポット溶接を効率的に行うために、電極チップホルダを備えた産業用のロボットを用いて溶接作業の相当の部分の自動化を実現している。

ところで、電極チップホルダに装着された電極チップは放電等による消耗が避けられないため適当な間隔で先端の研磨を行い、さらに消耗が激しくなった場合には電極チップを交換する。この交換作業はロボットを停止させた状態で人手により行う場合があるが、人手による交換では作業者毎の作業時間のばらつきがあり非効率となるおそれがあり、交換作業の自動化及び交換時間の短縮が望まれる。また、交換作業を行っている間は溶接作業は中断されてしまうため、電極チップの交換回数の低減が望まれる。

電極チップの自動交換を図るために、電極チップの端部にチップ抜き板を係合させるとともに電極チップをクランプ機構で挟持固定した後、ロボットを動作させることにより電極チップをシャンクから抜くという方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、この後に所定のチップスタンドにおいて新品の電極チップを装着させている。

一方、電極チップは溶接時に非常に高温となるため、破損防止及び溶接効率の向上の観点から適当な冷却を行う必要があり、例えば、特許文献２に記載されたスポット溶接用電極では、シャンクから先端の電極チップの内部に冷却液を供給している。また、特許文献３に記載された抵抗溶接用電極では電極チップに通電接触する電極ホルダを備え、該電極ホルダの内部に冷却液を供給することにより電極チップを間接的に冷却している。

特許第３３４７４３６号公報 特開２００１−９５７５号公報 特公平８−１１３０５号公報

特許文献１におけるチップ交換装置に適用される電極チップは、シャンクに対してテーパ形状同士のくい込みによる摩擦力を用いて固定されており、これ以外の形状の電極チップに対しては交換作業を行うことができない。また、くい込み摩擦を用いる場合には、電極チップを相当に強い力で押し込む必要があり、電極チップやシャンクに大きな負荷がかかることになり寿命が低下する。さらに、電極チップを押し込む力の微妙な調整を要し、過大な力で押し込むと抜けなくなり、過小な力では作業中等不用意に抜けるおそれがある。

電極チップは消耗品であることから廉価であることが望ましい。しかしながら、特許文献１における電極チップ内部に冷却液を供給する場合には、テーパ面同士の当接によって液密に保たせるために、両テーパ面の表面を高精度に加工する必要がありコストの高騰を招く。実際上、精度不足からテーパ面同士を適切な液密構造とするために、いわゆる現物合わせを行う必要が生じることもある。さらに、電極チップの交換時にシャンクは露呈されることになりテーパ面が損傷される場合もあり、損傷したシャンクは交換しなければならない。

特許文献２における電極チップは、シャンクの先端に取り付けられる小型のものであり、シャンク接続部や冷却液の流路穴を設ける必要から電極として有効に用いられる箇所は先端の小さい範囲に限られ、摩耗することによる交換を頻繁に行わなければならない。しかもシャンク接続部は電極として用いられないために、材料的に無駄が多い。

特許文献３における電極チップについても、電極ホルダに接続するためのヒートパイプ、リング、剛球及び弾性体等の電極として用いられない部分が多く、電極チップを廃棄する際の無駄が多い。また、この電極チップは弾性力によって保持されているためワークを強い力で挟持させる場合には電極チップの抜けや傾斜が生じるという懸念がある。

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、電極チップを交換する間隔を延ばし、又は電極チップの交換に要する時間を短縮して全体的な溶接作業の効率を向上させることのできる電極チップホルダ及び溶接方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電極チップホルダは、内径孔が先端に向かって拡径するテーパ内周面を備えるチャック本体と、前記チャック本体のねじ部に螺合する円筒状のロックナットと、前記内径孔に嵌合し、前記ロックナットが前記ねじ部に螺合することによって軸方向に押圧され、割目が弾性変形することにより縮径して内径部に挿入された棒状の電極チップを保持するコレットとを有し、前記コレットは、前記テーパ内周面に当接するテーパ外周面と、前記テーパ外周面上に設けられた溝部とを備え、前記チャック本体は、前記テーパ内周面上の前記溝部に対向する位置で開口し、前記溝部に対して冷却液を供給する冷却液供給口及び前記溝部から冷却液を回収する冷却液回収口を備えることを特徴とする。

このように、弾性変形して縮径するコレットを用いることにより電極チップの側面を確実に保持することができる。また、ロックナットを緩めることにより電極チップの抜き入れを容易に行うことができるとともに、電極チップの突出量を摩耗量に応じて調整することができる。したがって、電極チップの交換回数が低減されて全体的な溶接作業の効率を向上させることができる。さらに、電極チップとしては単純な棒状のものを採用することができ、コストの低廉化が図られる。

また冷却液を供給することによって、コレット及び該コレットに面接触する電極チップを冷却することができ、電極チップの消耗を低減するとともに溶接効率の向上を図り、電極チップの交換頻度を一層低くすることができる。また、テーパ外周面上に設けられた溝部の面積及びコレットの内周面積を軸方向に大きく設定することが可能であり、冷却される面積を広くして電極チップを効率よく冷却することができる。

前記溝部は、前記冷却液供給口及び前記冷却液回収口に対向する箇所を両端部として側面視Ｕ字形状とするとよい。これにより、冷却液はＵ字形状に沿ってスムーズに流れて滞留することがなく、しかも広い面積に亘って流れ、冷却効率が向上する。

前記コレットは銅又は銅合金であると、弾性変形しやすく電極チップを保持しやすい。また、銅又は銅合金は熱伝導率が高いため電極チップを冷却させやすい。

次に、本発明に係る溶接方法は、内径孔が先端に向かって拡径するテーパ内周面を備えるチャック本体と、前記チャック本体のねじ部に螺合するロックナットと、前記内径孔に嵌合し、前記ロックナットが前記ねじ部に螺合することによって軸方向に押圧され、割目が弾性変形することにより縮径して内径部に挿入された棒状の電極チップを保持するコレットと、を有する電極チップホルダを用いて、前記ロックナットが下方を指向した状態で、且つ前記電極チップが抜かれた状態で前記電極チップホルダを下降させて、所定の装填位置に正立設置された電極チップを前記コレットに挿入させ、前記ロックナットを前記チャック本体に対して螺合するように回転させて締め、前記電極チップを固定する工程と、前記電極チップホルダを所定のワークまで移動させ、前記電極チップに通電することにより前記ワークに対して溶接を行う工程と、前記ロックナットが下方を指向した状態で前記ロックナットを前記チャック本体に対して回転させて緩める工程と、前記ロックナットが緩められることにより降下する前記電極チップを規定長さ下方に設けられた突出量規定片に当接させた後、前記ロックナットを前記チャック本体に対して回転させて締め、前記電極チップを固定する工程とを有することを特徴とする。

このように、ロックナットを緩めることにより電極チップの突出量を調整することのできる電極チップホルダを用いるとともに、溶接を行った後にロックナットを緩める工程、ロックナットが緩められることにより降下する電極チップを突出量規定片に当接させるとともにロックナットを締めることにより電極チップを固定する工程とを有することにより、電極チップを交換する回数が減り、全体的な溶接作業の効率を向上させることができる。また、電極チップの突出量調整は、ロックナットを一度緩めた後に締めるという簡便な操作で行うことができる。さらに、電極チップを交換する際にも、所定の装填位置に正立設置された電極チップを前記コレットに挿入させた後にロックナットを締めるだけで固定することができ、交換時間の短縮及び交換作業の自動化を図ることができる。

本発明に係る電極チップホルダによれば、割目が弾性変形することにより縮径するコレットを用いることにより電極チップの側面を確実に保持することができる。また、ロックナットを緩めることにより電極チップの抜き入れを容易に行うことができるとともに、電極チップの突出量を摩耗量に応じて調整することができる。したがって、電極チップの交換回数が低減されて全体的な溶接作業の効率を向上させることができる。

また、チャック本体は、テーパ内周面上の溝部に対向する位置で開口する冷却液供給口及び冷却液回収口を備えることにより、コレットを介して電極チップを冷却することができる。したがって、電極チップの消耗を低減するとともに溶接効率の向上を図ることができ、電極チップの交換頻度を一層低くすることができる。

また、本発明に係る溶接方法によれば、溶接を行った後にロックナットを緩める工程、ロックナットが緩められることにより降下する電極チップを突出量規定片に当接させるとともにロックナットを締めることにより電極チップを固定する工程とを有することにより、電極チップを交換する回数が減り、全体的な溶接作業の効率を向上させることができる。

以下、本発明に係る電極チップホルダ及び溶接方法について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１３を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る電極チップホルダ１０は溶接システム２０で用いられている。また、本実施の形態に係る溶接方法は、溶接システム２０を用いて行われる。溶接システム２０は、製造ラインにより順次搬送される車両のフレーム１４をスポット溶接する工程に設置されており、電極チップホルダ１０を先端に設けた産業用の多関節ロボット（移動手段）２２と、電極チップ調整交換装置１２と、チップドレッサ２６と、システム全体を制御する制御装置２８とを有する。電極チップホルダ１０に対しては冷却液供給源３０から冷却液を供給及び回収することができる。冷却液を循環させるサイクル経路の途中には、適当な放熱器を設けてもよい。回収パイプ５２ｂは必ずしも冷却液供給源３０に接続されている必要はなく、例えば排水溝に接続されていてもよい。

多関節ロボット２２は、例えば６軸構成で制御装置２８の作用下にプログラム動作が可能であって、電極チップホルダ１０をフレーム１４の溶接箇所、電極チップ調整交換装置１２及びチップドレッサ２６等に対して適当な向きとなるように移動、配置させることができる。なお、図１においては、電極チップ調整交換装置１２及びチップドレッサ２６を実際の大きさよりも模式的に大きく示している。

次に、電極チップホルダ１０について説明する。電極チップホルダ１０の説明においては、多関節ロボット２２に接続されている側を基端とし、反対側で電極チップ４６が挿入される側を先端とする。

図２〜図４に示すように、電極チップホルダ１０は、内径孔が先端側に向かって緩やかに拡径する第１テーパ内周面４０ａを備えるチャック本体４０と、該チャック本体４０を多関節ロボット２２に接続するアダプタ４２と、チャック本体４０の先端雄ねじ部４０ｂに螺合する円筒状のロックナット４４と、第１テーパ内周面４０ａに嵌合するコレット４８とを有する。コレット４８は、ロックナット４４が先端雄ねじ部４０ｂに螺合される際に軸方向に押圧されて弾性変形することにより縮径し、内径部４８ｆに挿入された棒状の電極チップ４６を確実に保持することができる。

また、電極チップホルダ１０は、チャック本体４０をアダプタ４２に固定する６本のボルト５０と、冷却液供給源３０から冷却液を供給する供給パイプ５２ａに接続される第１継手５４と、冷却液供給源３０に冷却液を戻す回収パイプ５２ｂに接続される第２継手５６と、チャック本体４０に対するコレット４８の角度を規定する位置決ピン５８（図４参照）とを有する。

図５に示すように、コレット４８は、等角度（１２０°）位置に設けられた３組の割目４８ａと、第１テーパ内周面４０ａに当接する第１テーパ外周面４８ｂと、該第１テーパ外周面４８ｂ上に設けられた３つの溝部４８ｃと、先端側に向かって縮径する第２テーパ外周面４８ｄと、第１テーパ外周面４８ｂと第２テーパ外周面４８ｄとの間の環状溝４８ｅと、基端側で軸方向に延在する細いピン溝４８ｇとを有する。コレット４８の内径部４８ｆは電極チップ４６の外径より僅かに大径であって、滑らかな円筒面となっている。また、第１テーパ内周面４０ａ及び第１テーパ外周面４８ｂはそれぞれ滑らかな面であって、嵌合時にいわゆるダブルテーパ状態となり密着度が高い。第２テーパ外周面４８ｄ及び後述する第２テーパ内周面４４ｂについても同様である。

３組の割目４８ａは、それぞれ先端面から基端面近傍まで軸方向に延在する第１スリット６０ａと、基端面から先端面近傍まで軸方向に延在する第２スリット６０ｂとを有する。第１スリット６０ａと第２スリット６０ｂは極近傍で並列配置されており、第１スリット６０ａと第２スリット６０ｂとの間隔は第１スリット６０ａ及び第２スリット６０ｂの幅と同幅に設定されている。コレット４８は、ロックナット４４により押圧される際、第１テーパ外周面４８ｂが第１テーパ内周面４０ａに沿って僅かに押し込められて第１スリット６０ａ及び第２スリット６０ｂが狭められる。このようにしてコレット４８は縮径することになる。

３つの溝部４８ｃは等角度（１２０°）配置で各割目４８ａの間に設けられており、側面視で両端部６２ａ、６２ｂが基端側となる略Ｕ字形状であって、対称形状に設けられている。各溝部４８ｃは内径部４８ｆの表面近傍に達する深さを有しており、第１テーパ外周面４８ｂが傾斜していることから基端側の両端部６２ａ及び６２ｂの部分は浅く、先端側は深くなっている。

コレット４８は弾性変形しやすく、しかも熱伝導率が高い銅又は銅合金であって、具体的にはベリリウム銅等を用いることができる。

図２〜図４に戻り、チャック本体４０は、各溝部４８ｃの端部６２ａに対向する位置で開口する冷却液供給口４０ｃと、端部６２ｂに対向する位置で開口する冷却液回収口４０ｄと、ボルト５０のねじ部が通る取付穴４０ｊを等間隔に６つ備えるフランジ４０ｅとを有する。チャック本体４０は、さらに、基端側で第１継手５４が接続される有底の軸中心穴４０ｆと、フランジ４０ｅの外表面から軸中心穴４０ｆに連通するように等間隔放射状に設けられた３本の径方向通路４０ｇ（図２参照）と、基端面から冷却液供給口４０ｃに連通する３本の第１軸方向通路４０ｈと、同様に基端面から冷却液回収口４０ｄに連通する３本の第２軸方向通路４０ｉとを有する。第１軸方向通路４０ｈ及び第２軸方向通路４０ｉは、６０°ずつ等間隔且つ交互に配置され、軸方向に延在し、先端部で屈曲して冷却液供給口４０ｃ及び冷却液回収口４０ｄに連通している。

３本の径方向通路４０ｇはフランジ４０ｅの外側面の開口部でそれぞれ栓部材６４により塞がれ、同様に３本の第１軸方向通路４０ｈは基端面の開口部でそれぞれ栓部材６４により塞がれており、結局、第１継手５４は軸中心穴４０ｆ、径方向通路４０ｇ及び第１軸方向通路４０ｈを介して各冷却液供給口４０ｃに連通している。第１継手５４には供給パイプ５２ａが接続されるため、冷却液供給源３０から供給される冷却液は冷却液供給口４０ｃから溝部４８ｃの端部６２ａに吐出される。

チャック本体４０の側面には、径方向に連通して位置決ピン５８が挿入される細いピン孔６６が設けられており、位置決ピン５８は先端部がやや内径部４８ｆに突出し、コレット４８のピン溝４８ｇに係合して位置決めがなされる。

アダプタ４２は段付筒形状であり、フランジ４０ｅと対向するフランジ受け部４２ａと、基端側に一体的に設けられたくい込み継手４２ｂと、内径部４２ｃから側面に連通して第２継手５６が接続される側面孔４２ｄとを有する。アダプタ４２の該側面はスパナ等の工具が係合可能な六角形状となっている。フランジ受け部４２ａには、取付穴４０ｊを介してボルト５０が螺合する６つのねじ穴が設けられている。

６本のボルト５０によってチャック本体４０とアダプタ４２が連結されると、内径部４２ｃは外部に対して液密に保たれるとともに、第２軸方向通路４０ｉと連通し、結局、第２継手５６は、第２軸方向通路４０ｉを介して各冷却液回収口４０ｄに連通することになる。第２継手５６には回収パイプ５２ｂが接続されるため、溝部４８ｃの一方の端部６２ａに吐出された冷却液は、Ｕ字形状に沿って他方の端部６２ｂに達し、冷却液回収口４０ｄを通り冷却液供給源３０に回収されることになる。冷却液はＵ字形状に沿ってスムーズに流れて滞留することがなく、しかも広い面積に亘って流れ、冷却効率が向上する。

ロックナット４４は略クラウン形状であって、チャック本体４０の先端雄ねじ部４０ｂに螺合する基端雌ねじ部４４ａと、第２テーパ外周面４８ｄに当接する第２テーパ内周面４４ｂと、内径側に設けられた環状突起４４ｃとを有する。

環状突起４４ｃは偏心しており、実際上、偏心方向の一方は突起がなく内径面と第２テーパ内周面４４ｂが連続的な面を構成しており、偏心方向の他方及び側方の突起がコレット４８の環状溝４８ｅに係合する。

つまり、図６に示すように、偏心して突起がない一方（図６における右方）からコレット４８を挿入させやすく、挿入時に専用工具は不要である。また、コレット４８は挿入された後、第２テーパ外周面４８ｄと第２テーパ内周面４４ｂとにより調芯され、環状溝４８ｅと環状突起４４ｃが確実に係合する。このように環状溝４８ｅと環状突起４４ｃが係合していることにより、ロックナット４４を緩める場合にはコレット４８が一体的に変位し、コレット４８がチャック本体４０に固着することを防止できるとともに、コレット４８の弾性変形を解放して拡径させることができる。また、第２テーパ外周面４８ｄと第２テーパ内周面４４ｂとの嵌合により、ロックナット４４をチャック本体４０に螺合させる際にコレット４８を軸方向に沿って正確に押圧することができる。ロックナット４４の外周部は、スパナやレンチ等が係合可能な六角形状となっている。ロックナット４４は高速連続回転することがないので、環状突起４４ｃが偏心していても回転にともなって揺れが生じることはない。

このように構成される電極チップホルダ１０では、割目４８ａが弾性変形することによりコレット４８が縮径して電極チップ４６の側面を確実に保持することができる。また、ロックナット４４を緩めることにより電極チップ４６の抜き入れを容易に行うことができるとともに、電極チップ４６の摩耗量に応じて電極チップの突出量を調整することができる。さらに、電極チップ４６は単純な棒状のものを採用することができコストの低廉化が図られるとともに、材料として無駄になる部分が少ない。コレット４８として内径が異なるものに交換することにより、種々の径の電極チップ４６を使用することができる。

さらに、コレット４８は縮径することにより電極チップ４６の側面に対して面接触するため熱伝達が良好に行われる。端部６２ａに供給された冷却液は溝部４８ｃのＵ字形状に沿って流れるため、流路が比較的長くなりコレット４８を効率的に冷却することができ、電極チップ４６の消耗を低減するとともに溶接効率の向上を図ることができる。溝部４８ｃはＵ字に限らず、流路を一層長く確保するために、例えばＭ字形状等にして第１テーパ外周面４８ｂ上の広い面に施すようにしてもよい。溝部４８ｃにおける両端部６２ａ、６２ｂは深さが比較的浅いため流路断面が小さい適当な絞りとなり、冷却液の流速を高速にして冷却効果を高めることができる。溝部４８ｃは内径部４８ｆの内径表面近傍に達する深さを有していることから電極チップ４６の表面近くで冷却液が流れることとなり、電極チップ４６は一層効率的に冷却される。コレット４８はロックナット４４により軸方向に押圧されることにより、第１テーパ外周面４８ｂが第１テーパ内周面４０ａに強く押圧されて面接触し溝部４８ｃは液密に保たれることになり、液漏れが防止される。

次に、電極チップ調整交換装置１２、チップドレッサ２６及び制御装置２８について順に説明する。

図７に示すように、電極チップ調整交換装置１２は四角柱７０をベースに構成されており、該四角柱７０の一面に設けられたチップ突出量調整部（電極チップ調整装置）７２と、他面に設けられたチップ装着部（電極チップ交換装置）７５とを有する。

チップ突出量調整部７２は、四角柱７０の上部から側方に突出し、先端部がスパナ形状部７３ａとなっている第１ロックナット回転工具７３と、該第１ロックナット回転工具７３より下方に設けられた突出量規定片７４とを有する。突出量規定片７４は四角柱７０に対する取り付け面に上下方向に延在する長孔が形成されており、第１ロックナット回転工具７３との高さ方向の距離が電極チップ４６に応じた規定長さとなるように調整されている。チップ突出量調整部７２の下方には、チップ回収箱７２ａが配置されている。

チップ装着部７５は、四角柱７０の上部から側方に突出し、第１ロックナット回転工具７３と同形状で先端がスパナ形状部７６ａの第２ロックナット回転工具７６と、該第２ロックナット回転工具７６の先端部における一方の下面から横方向（第２ロックナット回転工具７６が突出する方向に対して直角な方向）に延在するガイド板７８と、第２ロックナット回転工具７６より下方に設けられたチップ自動装填部８０とを有する。

チップ自動装填部８０は、横方向に延在するカートリッジ８１と、該カートリッジ８１を保持するカートリッジガイド８２と、カートリッジ８１を間欠送りするモータ（送り機構）８４とを有する。モータ８４は制御装置２８の作用下にピニオン８２ａを回転させ、カートリッジ８１の側面に設けられたラック８０ａに噛合させながら横方向に間欠送りする。

カートリッジ８１の上面には新品の電極チップ４６を正立設置するための複数のチップ穴８０ｂが等間隔に設けられており、各チップ穴８０ｂの底面にはばね８０ｃが設けられている。カートリッジ８１は、モータ８４の間欠送り作用によって横方向に移動するとき、予めチップ穴８０ｂに挿入された新品の電極チップ４６の上端がガイド板７８に当接、摺動し、ばね８０ｃを押圧しながら下方に押し下げられて移動する。このようにして電極チップ４６は、ガイド板７８によってガイドされながら移動し、ガイド板７８を抜けた時点で、電極チップホルダ１０に対する電極チップ４６の装填位置であるスパナ形状部７６ａの中央に配置され、モータ８４による１回の間欠送りが終了する。

なお、チップ自動装填部８０の変形例として図８に示すようなチップ自動装填部８５を用いてもよい。このチップ自動装填部８５では、第２ロックナット回転工具７６におけるスパナ形状部７６ａが横方向に開口しており、チップ自動装填部８０におけるガイド板７８が省略されている。また、カートリッジ８１は複数の電極チップ４６が実質的に１列に並んでいれば直線状である必要はなく、例えば、円環状に形成されていてもよい。

図９に示すように、チップドレッサ２６はモータを内蔵した筒状の本体２６ａと、上部から側方に突出した板形状の研磨台２６ｂと、本体２６ａをばね２６ｃにより上下方向でフローティング支持する支持台２６ｄと、研磨台２６ｂの上面中央部に設けられた小さい皿状の回転砥石２６ｅとを有する。チップドレッサ２６は、電極チップホルダ１０に保持された電極チップ４６の先端部が多関節ロボット２２の動作により回転砥石２６ｅ上に軽く押圧されたとき、制御装置２８の作用下に本体２６ａに内蔵されたモータによって回転砥石２６ｅを回転させて電極チップ４６の先端部を研磨し、適切な略円錐台形状に形成する。

図１０に示すように、制御装置２８は多関節ロボット２２を制御するロボット制御部８６と、チップ自動装填部８０のモータ８４を間欠回転制御するモータ制御部８８と、チップドレッサ２６の内蔵モータを回転制御するチップドレッサ制御部９０と、冷却液供給源３０の制御を行う冷却液供給源制御部９２と、図示しない所定のセンサ等に基づいて電極チップ４６の状態を検査するチップ状態検査部９４とを有する。また、チップ突出量調整部７２の近傍には、消耗して使用限界に達した電極チップ４６が電極チップホルダ１０から抜けてチップ回収箱７２ａに回収されたことを検出するチップ落下検出部９６が接続されている。

ロボット制御部８６は、車両のフレーム１４の形状に応じて多関節ロボット２２に溶接動作を行わせる溶接動作部８６ａと、多関節ロボット２２が溶接姿勢となったときに図示しないトランスを介して電極チップ４６に通電する通電制御部８６ｂと、電極チップ４６の先端部を回転砥石２６ｅに対して面直に当接するように多関節ロボット２２を動作させるチップドレス動作部８６ｃとを有する。ロボット制御部８６は、さらに突出量調整動作部８６ｄと、チップ装着動作部８６ｅとを有する。

突出量調整動作部８６ｄは、電極チップ４６を下向きにした状態でロックナット４４の外周の六角形状部をスパナ形状部７３ａに係合させるとともに、電極チップホルダ１０を軸中心に回転動作するように多関節ロボット２２を動作させる制御機能部である。

チップ装着動作部８６ｅは、ロックナット４４が下方を指向した状態で、且つ電極チップ４６が抜かれた状態で電極チップホルダ１０を下降させ、ロックナット４４の外周の六角形状部をスパナ形状部７６ａに係合させるとともに、電極チップホルダ１０を軸中心に回転動作するように多関節ロボット２２を動作させる制御機能部である。突出量調整動作部８６ｄ及びチップ装着動作部８６ｅにより電極チップホルダ１０を軸中心に回転させる動作は、例えば、多関節ロボット２２における先端に近く、ねじり動作が可能な関節軸２２ａ（ロックナット回転手段、図１参照）に基づいて行うと容易に実現可能である。

実際上、制御装置２８は、主たる制御部としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶部としてのＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等を有しており、上記の各機能部は、ＣＰＵがプログラムを読み込み、記憶部や他の機能部等と協動しながらソフトウェア処理を実行することにより実現される。

次に、このように構成される溶接システム２０を用いて、車両のフレーム１４に対する多量のスポット溶接を行う溶接方法について説明する。以下、断りのない限り表記したステップ番号順に処理されるものとする。

先ず、図１１のステップＳ１において、予め組み立てられた電極チップホルダ１０を多関節ロボット２２の先端部に装着する。具体的には、アダプタ４２のくい込み継手４２ｂを多関節ロボット２２の先端鋼管（図示せず）に螺合させ、該先端鋼管を介して第１継手５４に供給パイプ５２ａを接続するとともに、第２継手５６に回収パイプ５２ｂを接続し、冷却液供給源３０を駆動して電極チップホルダ１０に冷却液を供給、回収して循環させる。前記のとおり、冷却液供給源３０から吐出した冷却液は順に、供給パイプ５２ａ、第１継手５４、軸中心穴４０ｆ、径方向通路４０ｇ、第１軸方向通路４０ｈ、溝部４８ｃ（端部６２ａ→端部６２ｂ）、第２軸方向通路４０ｉ、アダプタ４２の内径部４２ｃ、第２継手５６、回収パイプ５２ｂを経て冷却液供給源３０に回収される。なお、このステップＳ１は後述するステップＳ９及びＳ１０の処理に含めることも可能であり、この場合、一連の溶接処理がサイクル的に行われる。

ステップＳ２において、溶接動作部８６ａ及び通電制御部８６ｂの作用下に多関節ロボット２２を動作させ、車両のフレーム１４における規定の溶接点に対して溶接を行う。この溶接処理は複数の溶接点について連続的に行い、又はライン上を搬送される複数台の車両のフレーム１４に対して連続的に行ってもよい。

所定回数又は所定時間の溶接を行った後、ステップＳ３において、チップ状態検査部９４により電極チップ４６の先端部の摩耗状態及び電極チップ４６の突出量を確認する。先端部が摩耗していると判断される場合にはステップＳ４へ移り、突出量が短いと判断される場合にはステップＳ５へ移る。これ以外の場合には正常であると判断されてステップＳ２へ戻る。なお、ステップＳ３の分岐処理は、センサ等に基づくチップ状態検査部９４による判断に限らず、例えば溶接回数や作業時間に基づく判断をしてもよい。

ステップＳ４において、チップドレス動作部８６ｃの作用下に電極チップ４６の先端を回転砥石２６ｅに当接させた後、チップドレッサ制御部９０により回転砥石２６ｅを回転させ、電極チップ４６が適切な形状となるように研磨する。この研磨処理の後ステップＳ２へ移り、溶接作業を続行する。

一方、ステップＳ５においては、突出量調整動作部８６ｄの作用下に電極チップ４６を下方に向けた状態でロックナット４４の外周六角形状部をスパナ形状部７３ａに係合させる（図１２参照）。

ステップＳ６において、図１２に示すように、電極チップホルダ１０を反時計方向（矢印Ａ１方向）に回転させることによりロックナット４４とチャック本体４０とを相対的に回転させ、ロックナット４４を緩める。このように、第１ロックナット回転工具７３（及び第２ロックナット回転工具７６）は固定工具であるが、多関節ロボット２２の動作によって電極チップホルダ１０を回転させることによって、ロックナット４４を回転させるための回転工具として作用する。この際の回転量は、例えば９０°程度で十分である。

この回転動作によってコレット４８に加わる力が解除されるため、コレット４８は第１テーパ内周面４０ａに対して摺動しながら下方に僅かに変位し、内径がやや拡径する。したがって、電極チップ４６は保持力が解除されて自重により降下することになる。

この際、電極チップ４６の摩耗の程度が少なく、十分な長さを有する場合には、図１２中で二点鎖線で示すように、電極チップ４６の先端部は突出量規定片７４に当接して正立して止まり、電極チップ４６は電極チップホルダ１０に対して規定量だけ突出した状態となる。また、電極チップ４６の摩耗の程度が大きく、必要な長さが確保されない場合には、電極チップ４６はコレット４８から抜けて下方に落下し、チップ回収箱７２ａに回収される。このように、チップ突出量調整部７２は電極チップ４６の突出量を調整する手段として作用するとともに、電極チップ４６の抜取手段としても作用する。

ステップＳ７において、チップ落下検出部９６の検出結果に基づいて電極チップ４６の状態を判断し、電極チップ４６が突出量規定片７４上に正立していると判断される場合にはステップＳ８へ移り、電極チップ４６がチップ回収箱７２ａに回収されたと判断される場合にはステップＳ９へ移る。

ステップＳ８において、電極チップホルダ１０を時計方向（矢印Ａ２方向）に回転させることによりロックナット４４とチャック本体４０とを相対的に回転させ、ロックナット４４を締める。これにより、電極チップ４６はコレット４８により再び確実に保持されることになる。この際、第１テーパ外周面４８ｂと第１テーパ内周面４０ａとは接触状態が保たれており溝部４８ｃは液密に保持されて、液漏れが防止される。このステップＳ８の処理後ステップＳ２へ戻り、溶接作業を続行する。

このように、ロックナット４４を緩めることにより電極チップ４６の抜き出しを容易に行うことができるとともに、摩耗量に応じて電極チップの突出量を調整することができる。したがって、比較的長い電極チップ４６を採用することができ、電極チップ４６の交換回数が低減されて全体的な溶接作業の効率を向上させることができる。

一方、ステップＳ９においては、チップ装着動作部８６ｅの作用下にロックナット４４を下方に向けた状態で電極チップホルダ１０をスパナ形状部７６ａの上方に配置させ、この後下降させる。この動作により、装填位置に正立設置された新しいの電極チップ４６をコレット４８に挿入させるとともにロックナット４４の外周六角形状部をスパナ形状部７６ａに係合させる（図１３参照）。

ステップＳ１０において、ステップＳ８と同様に電極チップホルダ１０を時計方向に回転させることによりロックナット４４を締め、コレット４８によって電極チップ４６を保持する。

ステップＳ１１において、所定の退避位置に電極チップホルダ１０を退避させるとともに、モータ制御部８８の作用下にモータ８４を間欠動作させて新しい電極チップ４６を装填位置に配置させ、次回の装着作業に備える。この後ステップＳ２へ戻り、溶接作業を続行する。

なお、図１１のフローチャートには明記しないが、所定の溶接作業終了時又は終業時間には制御装置２８はその旨を検知し、多関節ロボット２２を所定の退避位置に移動させ多関節ロボット２２及び冷却液供給源３０等を停止させる。

上述したように、本実施の形態に係る電極チップホルダ１０によれば摩耗量に応じて電極チップ４６の突出量を調整することができ、電極チップ４６の交換回数が低減され、電極チップ４６の交換による溶接作業の中断時間が短縮されて生産効率の向上を図ることができる。また、溝部４８ｃに供給される冷却液によってコレット４８を介して電極チップ４６を冷却するため、電極チップ４６の消耗を低減するとともに溶接効率の向上を図り、電極チップ４６の交換頻度を一層低くすることができる。

電極チップホルダ１０では、電極チップ４６の突出量調整時及び装着時に、第１テーパ外周面４８ｂ及び第１テーパ内周面４０ａは接触状態を保ち、溝部４８ｃを液密に保つとともに、外部に露呈されることがないため損傷を受けることがない。したがって、電極チップ４６として同径のものを用いている限りコレット４８を交換する必要がない。

本実施の形態に係る溶接方法によれば、電極チップホルダ１０及び電極チップ調整交換装置１２を用いるとともに、溶接を行った後にロックナット４４を緩める工程、ロックナット４４が緩められることにより降下する電極チップ４６を突出量規定片７４に当接させるとともにロックナット４４を締めることにより電極チップ４６を固定する工程とを有することにより、電極チップ４６を交換する回数が減り、全体的な溶接作業の効率を向上させることができる。また、電極チップ４６の突出量調整は、ロックナット４４を一度緩めた後に締めるという簡便な操作で行うことができる。さらに、電極チップ４６を交換する際にも、装填位置に正立設置された電極チップ４６をコレット４８に挿入させた後にロックナット４４を締めるだけで固定することができ、交換時間の短縮及び交換作業の自動化を図ることができる。さらにまた、このような一連の工程を所定の手順にしたがって連続的に行うことにより、溶接処理がサイクル的に行われ、例えば生産ライン上で順次搬送されるフレーム１４に対する多量のスポット溶接を効率的に行う場合に好適に用いられる。

なお、上記の例では電極チップホルダ１０は単体で多関節ロボット２２に装着されているものとしたが、いわゆるＣ形ガンや、Ｘ形ガン等の他のスポット溶接装置に適用してもよいことはもちろんである。

本発明に係る電極チップホルダ及び溶接方法は、上述の実施の形態に限らず、本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。

車両のフレームに対して溶接を行う溶接システムの概念図である。 本実施の形態に係る電極チップホルダの断面平面図である。 図２における電極チップホルダのＩＩＩ−ＩＩＩ視の断面側面図である。 電極チップホルダの分解斜視図である。 コレットの斜視図である。 ロックナットの一部断面斜視図である。 電極チップ調整交換装置の斜視図である。 電極チップ調整交換装置における自動装填部の変形例を示す斜視図である。 チップドレッサの斜視図である。 制御装置のブロック構成図である。 溶接システムを用いて車両のフレームに対して行う溶接方法を示すフローチャートである。 チップ突出量調整部に電極チップホルダを係合させた状態の斜視図である。 チップ装着部に電極チップホルダを係合させた状態の斜視図である。

符号の説明

１０…電極チップホルダ １２…電極チップ調整交換装置
２０…溶接システム ２２…多関節ロボット
２６…チップドレッサ ２８…制御装置
３０…冷却液供給源 ４０…チャック本体
４０ａ…第１テーパ内周面 ４０ｂ…先端雄ねじ部
４０ｃ…冷却液供給口 ４０ｄ…冷却液回収口
４４…ロックナット ４４ａ…基端雌ねじ部
４４ｂ…第２テーパ内周面 ４４ｃ…環状突起
４６…電極チップ ４８…コレット
４８ａ…割目 ４８ｂ…第１テーパ外周面
４８ｃ…溝部 ４８ｄ…第２テーパ外周面
４８ｅ…環状溝 ７２…チップ突出量調整部
７３…第１ロックナット回転工具 ７４…突出量規定片
７５…チップ装着部 ７６…第２ロックナット回転工具
８０、８５…チップ自動装填部

Claims (4)

1. 内径孔が先端に向かって拡径するテーパ内周面を備えるチャック本体と、
   前記チャック本体のねじ部に螺合するロックナットと、
   前記内径孔に嵌合し、前記ロックナットが前記ねじ部に螺合することによって軸方向に押圧され、割目が弾性変形することにより縮径して内径部に挿入された棒状の電極チップを保持するコレットと、
   を有し、
   前記コレットは、前記テーパ内周面に当接するテーパ外周面と、
   前記テーパ外周面上に設けられた溝部とを備え、
   前記チャック本体は、前記テーパ内周面上の前記溝部に対向する位置で開口し、前記溝部に対して冷却液を供給する冷却液供給口及び前記溝部から冷却液を回収する冷却液回収口を備えることを特徴とする電極チップホルダ。
2. 請求項１記載の電極チップホルダにおいて、
   前記溝部は、前記冷却液供給口及び前記冷却液回収口に対向する箇所を両端部として側面視Ｕ字形状であることを特徴とする電極チップホルダ。
3. 請求項１〜２のいずれか１項に記載の電極チップホルダにおいて、
   前記コレットは銅又は銅合金であることを特徴とする電極チップホルダ。
4. 内径孔が先端に向かって拡径するテーパ内周面を備えるチャック本体と、
   前記チャック本体のねじ部に螺合するロックナットと、
   前記内径孔に嵌合し、前記ロックナットが前記ねじ部に螺合することによって軸方向に押圧され、割目が弾性変形することにより縮径して内径部に挿入された棒状の電極チップを保持するコレットと、
   を有する電極チップホルダを用いて、
   前記ロックナットが下方を指向した状態で、且つ前記電極チップが抜かれた状態で前記電極チップホルダを下降させて、所定の装填位置に正立設置された電極チップを前記コレットに挿入させ、前記ロックナットを前記チャック本体に対して螺合するように回転させて締め、前記電極チップを固定する工程と、
   前記電極チップホルダを所定のワークまで移動させ、前記電極チップに通電することにより前記ワークに対して溶接を行う工程と、
   前記ロックナットが下方を指向した状態で前記ロックナットを前記チャック本体に対して回転させて緩める工程と、
   前記ロックナットが緩められることにより降下する前記電極チップを規定長さ下方に設けられた突出量規定片に当接させた後、前記ロックナットを前記チャック本体に対して回転させて締め、前記電極チップを固定する工程と、
   を有することを特徴とする溶接方法。

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