JP2010149145A - 溶接トーチ部品交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グリップ部の把持力が強く、複数種の溶接トーチのノズル・チップの形状に対応が可能で溶接トーチ部品の受け渡しが容易であり、かつ保守点検や部品交換等の維持管理が容易な溶接トーチ部品交換装置を提供する。
【解決手段】先端部にフィンガ支持部３７を有する中空回転軸３０と、軸受部１８と、トーチ部品受部３６ａを先端部に有し、中空回転軸３０内に挿通され軸方向に伸縮自在とした支持ロッド３４と、フィンガ支持部３７に揺動自在に支承され、外周側に突起状傾斜面を有し、かつ内周側先端に溶接トーチ部品と接触する当接部を有するフィンガ２１と、フィンガ２１の外周に設けられ、突起状傾斜面に係合してフィンガ２１を揺動させる溝付きリング４０と、溝付きリング４０の環状溝部に係合し、空気圧により溝付きリング４０を中空回転軸３０の軸方向移動させてフィンガ２１を揺動させる連動部材１９ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は溶接トーチ部品交換装置に関し、詳しくは溶接トーチにおける溶接アークを発生する溶接ワイヤが挿通されるコンタクトチップやシールドガスを噴射するガスノズル等の部品が消耗し易く、また溶接時の飛沫による汚れが発生し易く、これらの消耗や汚れによる溶接不良が生じ易いコンタクトチップ等の部品を交換するための溶接トーチ部品交換装置に関する。

自動車、建設機械等にはワイヤー溶材を使用した溶接ロボットが多数稼動し、溶接ロボットはそのハンド部に溶接トーチを把持し溶接が自動的に行われている。溶接トーチの一例について、図１３を参照して説明すると、溶接トーチにはトーチ制御握り部が設けられたトーチネック１とトーチユニット２とからなり、トーチネック１には電極ワイヤ３が挿通される絶縁被覆された可撓管４と可撓管４の先端にコネクタ５が設けられ、トーチユニット２にはチップボデー６の一端部がトーチネック１のコネクタ５に差し込まれ、チップボデー６の中間部にねじ部７が設けられ、ねじ部７にインシュレータ８とコンタクトチップ６ａとが螺設され、コンタクトチップ６ａの外周部にガスノズル９が螺設されており、電極ワイヤ３がチップボデー６内に挿通されてチップボデー６の先端部から突出し、溶接時にはシールドガスがガスノズル９から電極ワイヤ３を囲周するように噴射される。なお、溶接トーチには図１３の形態以外にも種々のものがあるが、一般的にトーチユニットは電極ワイヤをガイドするコンタクトチップとシールドガスを噴射されるガスノズルとが螺設されたねじ込み接続構造となっている（例えば、特許文献１〜３参照）。

溶接トーチは、トーチユニットに挿通される電極ワイヤと母材との間でアークを発生させて接合部を溶融し接合しているために、母材が溶融する際にワイヤ削り屑やフラック等の微細な不純物が電極ワイヤに付着し易く、トーチユニット内を通過する電極ワイヤに付着するこれらの屑や不純物によって、ガスノズルの噴射孔が塞がれて溶接不良となる原因となっており、工場には溶接ロボットが多数稼動しており、トーチユニットの各部品の交換と清掃を頻繁に行う必要があった。殊に、コンタクトチップとガスノズルはねじ込み構造であり、その保守・清掃作業は時間と労力を要するものであった。

因みに、溶接ロボット１１は、例えば、特許文献２の図１４に示すように、溶接トーチ１０を把持するハンド部１１ａと、ハンド部１１ａを支持するアーム部１１ｂと、アーム部１１ｂを揺動させるブーム１１ｃと、ブーム１１ｃを支持し旋回運動等を行うロボット本体１１ｄと等で構成され、溶接トーチ１０のコンタクトチップとガスノズルの交換作業は、溶接ロボット１１に隣接する基台１２に設置したノズル・チップ交換装置を利用して行われており、ノズル・チップ交換装置には、ノズル又はチップを受ける夫々専用のチャック部１３と芯線切断部１３ｃが設けられ、チャック部１３は各チャック１３ａを回転させる回転モータ１３ｂが夫々設けられて構成されている。

溶接トーチ１０のノズル又はチップの交換時、先ず、溶接ロボット１１のハンド部１１ａを移動させて溶接トーチ１０のノズルを所定のチャック１３ａの上部に移動させた後、ノズルをチャック１３ａの嵌合孔に嵌合固着させ、次いでこのチャック１３ａの回転モータ１３ｂを駆動させて逆回転させてノズルを溶接トーチ１０から取り外す。ノズルの内周側に螺設されているチップの交換に於いても同様に、所定のチャック１３ａの上部にノズルを取り外した溶接トーチ１０を移動させた後、チップ部を所定のチャック１３ａの嵌合孔に嵌合固着させ、次いでこのチャック１３ａの回転モータ１３ｂを駆動させて逆回転させてチップを溶接トーチ１０から取り外す。

特公昭５８−２３１８８号公報 実公平０１−４０６２２号公報 特公平０４−１７７５２号公報

従来のノズル・チップ交換装置（溶接トーチ部品交換装置）では、ノズル又はチップを受けるチャックがノズル又はチップと嵌合する嵌合構造となっており、ノズル・チップの交換時、電極ワイヤの削り屑やフラック等の微細な不純物がノズル又はチップに付着している場合が多く、電極ワイヤ、ノズル及びチップから離脱して削り屑や不純物がチャック部の嵌合孔内に入り込んだり、付着したりしてる場合、溶接ロボットで溶接トーチを移動させて溶接トーチのノズル又はチップをチャック部の嵌合孔に挿入する際に、ノズル又はチップがチャック部の嵌合孔に差し込めないことがあり、また、ノズル又はチップ自体に削り屑や不純物が付着する場合もチャック部の嵌合孔に差し込めないことがあった。このような不具合が発生すると、この溶接ロボットが可動する生産ラインを運転停止に追い込むおそれがあった。また、このような事態を回避するには、ノズル・チップ交換装置のチャック部内の嵌合部の清掃を頻繁に実施しない限り安定した生産ラインの運転は困難であり、この維持管理コストが生産コストの上昇を来すおそれがあった。

また、溶接トーチのノズル・チップの形状は各種多様であり、それらの多様なノズル・チップの形状に合わせたチャック部を形成するのはコスト的にも問題があり、数種のトーチユニットに対応可能な溶接トーチ部品交換装置が望まれていた。また、チャック部は、通常、個々に空気圧により作動する複雑で精密なトグル構造によって強い把握力が生じるように構成されたものがあるが、高価である欠点があった。

本発明は、上述のような課題に鑑みなされたものであって、グリップ部の把持力が強く、複数種の溶接トーチのノズル・チップの形状に対応が可能で溶接トーチ部品の受け渡しが容易であり、かつ保守点検や部品交換の作業性といった維持管理が容易な溶接トーチ部品交換装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を達成したものであって、請求項１の発明は、基台に設けた回転駆動手段による回転運動がクラッチ機構を介し伝達されるとともに先端部にフィンガ支持部を有する中空回転軸と、前記基台に固定され、前記フィンガ支持部の外周部を囲み前記中空回転軸を軸承する軸受部と、前記中空回転軸に挿通されてスプリングにより付勢され、溶接トーチ部品の先端部が近接又は当接するトーチ部品受部を先端部に有し、該中空回転軸内に挿通され軸方向に伸縮自在とした支持ロッドと、前記フィンガ支持部にスプリングで付勢されて揺動自在に支承され、外周側に突起状傾斜面を有し、かつ内周側先端に溶接トーチ部品と接触する当接部材を有するフィンガと、前記フィンガの外周に設けられ、前記突起状傾斜面に係合して該フィンガを揺動させるための溝付きリングと、前記溝付きリングの環状溝部に係合し、流体圧力により該溝付きリングを前記中空回転軸の軸方向と平行移動させて前記フィンガを揺動させる連動部材と、前記中空回転軸の回転を検出する回転検出手段と、を備えることを特徴とする溶接トーチ部品交換装置である。

また、請求項２の発明は、前記基台に、前記溶接トーチ部品のガスノズルとコンタクトチップとを着脱する前記フィンガによるグリップ部が少なくとも一対設けられていることを特徴とする請求項１に記載の溶接トーチ部品交換装置である。なお、本発明の溶接トーチ部品交換装置は前記フィンガによるグリップ部が３指式である。

また、請求項３の発明は、前記軸受部に、圧力空気を該軸受部内に噴射する噴射孔と該軸受部内の屑や不純物を排出する複数の粉塵排出孔とが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接トーチ部品交換装置である。

請求項１の発明は、基台に設けた回転駆動手段による回転運動がクラッチ機構を介し伝達されるとともに先端部にフィンガ支持部を有する中空回転軸と、前記基台に固定され、前記フィンガ支持部の外周部を囲み前記中空回転軸を軸承する軸受部と、前記中空回転軸に挿通されてスプリングにより付勢され、溶接トーチ部品の先端部が近接又は当接するトーチ部品受部を先端部に有し、該中空回転軸内に挿通され軸方向に伸縮自在とした支持ロッドと、前記フィンガ支持部にスプリングで付勢されて揺動自在に支承され、外周側に突起状傾斜面を有し、かつ内周側先端に溶接トーチ部品と接触する当接部材を有するフィンガと、前記フィンガの外周に設けられ、前記突起状傾斜面に係合して該フィンガを揺動させるための溝付きリングと、前記溝付きリングの環状溝部に係合し、流体圧力により該溝付きリングを前記中空回転軸の軸方向と平行移動させて前記フィンガを揺動させる連動部材と、前記中空回転軸の回転を検出する回転検出手段と、を備えることを特徴とする溶接トーチ部品交換装置であるので、トーチ部品を操作する部分がチャック構造ではなく、フィンガにより把持できるグリップ構造とし、フィンガの当接部材の形状を変更することによって、複数種の溶接トーチのノズル・チップの形状に対応が可能であって、比較的安価に提供できるし、また、溶接トーチのノズル・チップを把持するフィンガ形状によるグリップ構造であり、溶接トーチに付着する屑や不純物は付着或いは堆積し難く、維持管理が容易である。また、フィンガの揺動（グリップ部の開閉動作）がフィンガの突起状傾斜面、溝付きリング及び圧力空気により前進・後退する連動部材で行われており、構造が簡便であり、比較的安価に提供できるし、グリップ構造がフィンガで構成され、嵌合構造よりも溶接時の屑や不純物が付着や堆積し難い利点がある。また、溶接トーチのノズル・チップが近接又は当接する受け渡し部分であるトーチ部品受部が支持ロッドの先端部に設けられており、この支持ロッドが圧力空気により軸方向に伸縮自在であるので、溶接ロボットによる溶接トーチ部品の受け渡し位置の調整が容易であり、作業性が改善される利点がある。

また、請求項２の発明では、前記基台に、前記溶接トーチ部品のガスノズルとコンタクトチップとを着脱する前記フィンガによるグリップ部が少なくとも一対設けられていることを特徴とする請求項１に記載の溶接トーチ部品交換装置であるので、溶接トーチのノズル及びチップの着脱操作が連続して実行でき、作業性が改善できる利点がある。また、本発明では、フィンガによるグリップ部が３指式であり、種々の形態の溶接トーチに対応することができるし、チャック部の把握力を高めることができる利点がある。

また、請求項３の発明では、前記軸受部に、圧力空気を該軸受部内に噴射する噴射孔と該軸受部内の屑や不純物を排出する複数の粉塵排出孔とが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接トーチ部品交換装置であるので、ガスノズルとコンタクトチップの着脱時に圧力空気を軸受部内に噴射することにより、電極ワイヤの屑や塵がその都度除去できるし、揺動するフィンガの動作に悪影響を与えるおそれが排除できる利点がある。

以下、本発明に係る溶接トーチ部品交換装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１〜図１１は本実施形態における実施形態を示し、図１２はその制御フローの一例である。図１は本実施形態の要部断面による外観図であり、図２（ａ）は本実施形態のグリップ部の正面図、図２（ｂ）はシフタープレートの正面図である。図３（ａ）はチップ交換部Ａの要部断面図、図３（ｂ）はそのグリップ部２０の閉状態の正面図、図４はそのグリップ部２０が開状態の要部断面による側面図であり、図５（ａ）はノズル交換部Ｂの要部断面図、図５（ｂ）はそのグリップ部２０の閉状態の正面図、図６はそのグリップ部２０の開状態の要部断面による側面図である。図７（ａ），（ｂ）はチップ交換時のグリップ部２０の閉動作及び開動作を示す拡大図である。図８（ａ），（ｂ）は軸受部１８を示し、図９（ａ）〜（ｄ）は中空回転軸３０の要部を示し、図１０（ａ），（ｂ）は溝付きリング４０を示し、図１１（ａ）〜（ｃ）はフィンガ２１を示す図である。

先ず、本発明に係る溶接トーチ部品交換装置の一実施形態について図１，図２を参照し説明する。溶接トーチ部品交換装置には、少なくとも溶接トーチ部品であるコンタクトチップ（以下、チップと称する）Ｗ１とガスノズル（以下、ノズルと称する）Ｗ２との夫々に対応するトーチ部品交換部Ａ，Ｂが基台１５に少なくとも一対設けられ、チップ及びノズルに対応するトーチ部品交換部Ａ，Ｂの構造は略同一である。トーチ部品交換部Ａ，Ｂは、チップ若しくはノズルを把持する３指によるフィンガ２１で構成されるグリップ部２０とグリップ部２０を回転させる中空回転軸３０とを基本構成とし、グリップ部２０が上向きとして中空回転軸３０の軸中心が垂直となるように基台１５に夫々垂設されている。なお、トーチ部品交換部Ａ，Ｂの相違点は、夫々の中空回転軸３０の先端部より突出するシリンダロッド３４の先端部に設けられたチップ及びノズルが近接又は当接するトーチ部品受部３６ａ，３６ｂと、中空回転軸３０の先端のフィンガ支持部３７に設けられるグリップ部２０の当接部材２２，２２ａである。

また、本実施形態の溶接トーチ部品交換装置は、図示していない制御装置が備えられ、この制御装置は、圧力空気の供給制御、クラッチ切替制御信号によりクラッチ機構１７の切り替え制御、或いはトーチ部品交換部Ａ，Ｂの中空回転軸３０の回転を検出する回転検出信号を受信したりし、溶接ロボットとの伝送制御等を行っている。

本実施形態において、基台１５には電動機１６とマイクロ励磁作動形クラッチ機構（以下、クラッチ機構と称する）１７が固定され、トーチ部品交換部Ａ，Ｂの各中空回転軸３０は、電動機１６の回転軸１６ａの回転運動が伝達機構を経てクラッチ機構１７の切り替えにより夫々に伝達されるように構成され、チップ部品交換部Ａの中空回転軸３０の一端部は、電動機１６の回転軸１６ａの伝達機構及びクラッチ機構１７ａの軸受部１７ｂに軸承され、その他端部が基台１５に固定された軸受部１８に軸承され、中間回転軸３０は回転自在に基台１５に設けられている。同様に、ノズル部品交換部Ｂの中空回転軸３０はその一端部がクラッチ機構１７ｃの軸受部１７ｄに軸承され、その他端部が軸受部１８に軸承されている。また、夫々の中空回転軸３０は、基台１５に固定された、圧力空気の供給部であるポート部３２ａでも軸承されている。

トーチ部品交換部Ａの中空回転軸３０は空気圧シリンダであり、軸受部１７ｂに軸承される回転軸３１と、回転軸３１に接続されポート部３２ａに軸承される中間軸３２と、中間軸３２に接続されて支持ロッド（以下、シリンダロッドと称する）３４とシリンダロッド３４を付勢するスプリング３５とが中空部３３ａ内に設けられる中空軸３３とを備え、中空軸３３の先端部にグリップ部２０が形成されるフィンガ支持部３７が設けられ、中間軸３２はポート部３２ａの貫通穴に挿通されて軸承され、その軸中心にはポート部３２ａから供給される圧力空気の流路３２ｂが穿設されている。ポート部３２ａから流路３２ｂを通して圧力空気が中空軸３３内に供給されると、シリンダロッド３４はその空気圧により伸長する。シリンダロッド３４の先端部にはチップＷ１を受けるトーチ部品受部３６ａが設けられ、グリップ部２０が開状態の時、シリンダロッド３４を伸長させてトーチ部品受部３６ａを所定位置（所定の高さ）まで上昇させることができる。また、ポート部３２ａからの圧力空気の供給を停止すると、伸長したシリンダロッド３４はスプリング３５の反発力により所定位置まで退縮する。なお、ポート部３２ａからの圧力空気の供給及び停止は制御装置により制御されている。

グリップ部２０が閉状態は、図１，図２（ａ），図３（ｂ）に示し、グリップ部２０の開状態は図４に示した。チップＷ１を把持するグリップ部２０は３指によるフィンガ２１で構成され、後述するように、フィンガ２１は軸棒２４を支点として揺動することによって、グリップ部２０が開閉動作する。フィンガ２１は、図１１（ａ）〜（ｂ）に示すように、断面長四角の棒状部材であり、その棒状部材には、その一端にフィンガ２１を揺動自在に支持する軸棒２４が挿通される貫通孔２１ａが形成され、かつフィンガ２１を付勢するためのスプリング２３が介装されるスプリング孔２１ｂが形成され、フィンガ２１の他端部には当接部材２２を固定するための貫通孔２１ｄが形成され、さらに、フィンガ２１の外周側には突起状傾斜面２１ｃが形成されている。突起状傾斜面２１ｃは後述する溝付きリング４０の内壁面に沿うように円周方向に湾曲している（図１１（ｂ）参照）。

グリップ部２０は、フィンガ２１が中空回転軸３０の中空軸３３の先端部に形成されたフィンガ支持部３７に設けられる（図９（ａ），（ｂ），（ｄ）を参照）。フィンガ支持部３７には、軸中心とし円周方向１２０°の間隔で軸方向に切り欠いた凹嵌部３７ａが三箇所形成され、これらの凹嵌部３７ａにフィンガ２１が装着され、フィンガ２１を軸棒２４で支承するための貫通孔３７ｂが形成され、かつ貫通孔３７ｂより先端側の中空軸３３にフィンガ２１を付勢するためのスプリング孔３３ｂが形成されている。

また、中空回転軸３０には、図４に示すように、磁石５２が設けられ、磁石５２に対峙する基台１５に回転検出用近接スイッチ５１が設けられ、近接スイッチ５１と磁石５２とによる回転検出センサ（回転検出手段）５０がトーチ部品交換部Ａに設けられている。回転検出用近接スイッチ５１としてはリードスイッチ或いはホール素子等が用いられ、中空回転軸３０が一回転すると磁石５２が回転検出用近接スイッチ５１の直上を通過することによって、回転検出用近接スイッチ５１が作動し、近接スイッチ５１からの回転検出信号が制御装置へと出力される。なお、回転検出手段５０として受光素子等を用いてもよく、その場合、磁石５２は反射板とするが、磁石による回転検出が最も好ましい。

一方、図５（ａ），（ｂ）及び図６は、溶接トーチにノズルを装着又は着脱するトーチ部品交換部Ｂを示し、図５はグリップ部２０が閉状態の場合を示し、図６はグリップ２０の開状態を示している。トーチ部品交換部Ｂの中空回転軸３０は、トーチ部品交換部Ａと略同様の構成であり、その説明は省略する。相違点であるトーチ部品受部３６ａ，３６ｂ及び当接部材２２，２２ａについて説明すると、溶接トーチのトーチユニットはノズルＷ２がチップＷ１を覆うように設けられ、ノズルＷ２の直径はチップＷ１の直径より大きいので、フィンガ２１の当接部材２２ａの厚さは、チップＷ１を把持する当接部材２２の厚さより薄く形成されている。また、当接部材２２ａのノズルＷ２との接触面は平坦であり、必要に応じて微細な溝を形成してもよい。また、チップＷ１と接触する当接部材２２も同様である。さらに、ノズルＷ２はチップＷ１の軸方向の長さよりも長く、ノズルＷ２を受けるトーチ部品受部３６ｂの形状はチップＷ１を受けるトーチ部品受部３６ａの形状より小型である。また、当接部材２２，２２ａは、フィンガ２１の先端部内側に設けられ、厚みを調節することによって、種々のチップＷ１，ノズルＷ２のサイズに対応することができる。

さらに、本実施形態の各部分について説明する。先ず、軸受部１８について、図１、図３（ａ），（ｂ）、図８を参照し説明する。軸受部１８には、中空回転軸３０の先端部が挿通されて中空回転軸３０を軸承する貫通孔１８ａが形成され、グリップ部２０の支点部が嵌入する凹嵌部１８ｂが形成され、貫通孔１８ａの底部には粉塵排出口１８ｃが設けられ、かつ凹嵌部１８ｂ内に圧力空気を供給する供給口１８ｄが設けられている。軸受部１８の外周部の複数のねじ孔１８ｅは軸受部１８を基台１５に固定するためのものである。

なお、軸受部１８には、グリップ部２０を圧力空気による清掃機能が付加されており、供給口１８ｄから圧力空気が凹嵌部１８ｂ内に供給されると、グリップ部２０の支点部及び凹嵌部１８ｂ内に付着又は堆積する屑や粉塵等が、圧力空気の噴射によって、凹嵌部１８ｂ内から凹嵌部１８ｂの開口部側及び粉塵排出口１８ｃから排出される。圧力空気の噴射は、制御装置からの制御信号に基づいて所定の噴射タイミングで実施され、軸受部１８の清掃が自動的に行われ、軸受部１８に付着・堆積した屑や粉塵等が排除され、グリップ部２０の開閉動作及びチップ・ノズルの把持作用に与える悪影響を回避でき、人手による清掃作業回数を削減できるか不必要となる。圧力空気の噴射タイミングは制御装置により制御されている。

フィンガ２１は、フィンガ支持部３７に揺動自在に設けるために中空回転軸３０側のスプリング孔３３ｂとスプリング孔２１ｃとにスプリング２３が介装されてフィンガ２１を付勢し、さらに、フィンガ２１の外周部に図１０に示す溝付きリング４０が装着されている。溝付きリング４０には、図１０に示すように、３指式のフィンガ２１が挿通される貫通孔４１が形成され、リング部４２に環状溝４２ａが形成され、リング部４２の内面側には、各フィンガ２１の突起状傾斜面２１ｃと接触する傾斜面又は湾曲面４３が形成されている。溝付きリング４０は、空気圧シリンダ１９の伸縮運動に連動する、図２（ｂ）に示すシフタープレート（以下、連動部材と称する）１９ｂと係合している。また、溝付きリング４０は、三指のフィンガ２１に均等な拘束力を有し、中空回転軸３０の回転による遠心力により、フィンガ２１が外方に開拡してグリップ部２０の把持力が弱められるのを防止している。

なお、連動部材１９ｂには、図２に示したように、その板状部材の両側縁部にＵ字状切欠部１９ｃが形成されている。Ｕ字状切欠部１９ｃは溝付きリング４０の環状溝４２ａに嵌合する。Ｕ字状切欠部１９ｃは、溝付きリング４０の環状溝４２ａに嵌合すれば良く、空気圧シリンダ１９の伸縮運動を溝付きリング４０に伝達できる部材であれば、腕状部材にＵ字状切欠部１９ｃを形成しても良い。また、連動部材１９ｂと溝付きリング４０の環状溝４２ａとの係合は、環状溝４２ａの半円部と環状溝４２ａとが接触するようにして、空気圧シリンダ１９の伸縮運動が確実にグリップ部２０に伝達され、グリップ部２０が開閉動作をする。

グリップ部２０の開閉動作について図７を参照し説明する。グリップ部２０の開閉動作は、基台１５に固定された空気圧シリンダ１９と、空気圧シリンダ１９のロッド１９ａに接続された連動部材１９ｂと、連動部材１９ｂの端縁が環状溝４２ａで係合する溝付きリング４０とによる溝付きリング４０の軸方向の摺動運動により、溝付きリング４０の内壁面とフィンガ２１の外側に突出する傾斜凸部の突起状傾斜面２１ｃとの接触で行われる。グリップ部２０の閉動作は、圧力空気を空気圧シリンダ１９に供給すると、ロッド１９ａが伸長し連動部材１９ｂが押圧されて前方に平行移動し、連動部材１９ｂに係合する溝付きリング４０が押し出され、その際、溝付きリング４０はその内面がフィンガ２１の突起状傾斜面２１ｃに接触しながら前方に押し出され、フィンガ２１は軸棒２４を支点として閉方向に揺動する。また、空気圧シリンダ１９への圧力空気の供給を停止すると、空気圧シリンダ１９内のスプリングの反発力によりロッド１９ａが退縮するので、フィンガ２１を付勢するスプリング２３によって、フィンガ２１は軸棒２４を起点として開方向に揺動する。溝付きリング４０の内面はフィンガ２１の外周部の何れかに常に接触している。なお、空気圧シリンダ１９はガイド付きシリンダが好適であり、また、シリンダロッド１９ａの位置信号が出力できるものが好ましい。

続いて、本実施形態と溶接ロボットとの動作について図１２を参照し説明する。本実施形態の溶接トーチ部品交換装置は溶接ロボットに隣接して設けられ、溶接ロボットからの制御信号を制御装置で受け、制御装置からの制御信号に基づいて、溶接トーチ部品交換装置が溶接トーチの各部品（チップ，ノズル）の交換操作を実行する。因みに、この交換作業は、一例としてノズル４回に対しチップ１回の頻度で実施されている。

先ず、溶接ロボットは、そのバンド部で溶接トーチのトーチユニットを把持し、溶接トーチのノズル先端部を真下に向けてトーチ部品交換部Ｂの中空回転軸３０の軸中心直上に搬送し、搬送完了信号を制御装置に伝送する。溶接トーチ部品交換装置は制御装置からの搬送完了信号を受けて、ステップＳ１において、グリップ部２０の開動作を行う。グリップ部２０の開動作は空気圧シリンダ１９への圧力空気の供給を停止することによって、スプリング２３の反発力とフィンガ２１の突起状傾斜面２１ｃとによって、溝付きリング４０が突起状傾斜面２１ｃを滑動して押し下げられ、グリップ部２０は開状態となる。

なお、本実施形態では、空気圧シリンダ１９の閉動作時のみ圧力空気を供給してシリンダロッドの伸長動作を行ってグリップ部２０を閉状態としているが、グリップ部２０を開状態に設定する際も空気圧シリンダ１９に圧力空気を供給しシリンダロッドの伸縮動作を強制的に実施してもよい。空気圧シリンダ１９に制御スイッチを内蔵させて空気圧シリンダ１９の伸長・退縮動作の完了時に制御信号（グリップ開又は閉信号）を制御装置に出力し制御装置を介して溶接ロボットに伝送する。

空気圧シリンダ１９への圧力空気を供給停止してグリップ部２０が開状態となり、グリップ開信号が制御装置を介して溶接ロボットへ伝送され、溶接ロボットは、ノズルＷ２をトーチ部品交換部Ｂのトーチ部品受部３６ｂに当接又は近接する位置まで降下させる。溶接ロボットはノズル定位置設定信号を制御装置に伝送する。ステップＳ２において、制御装置からのノズル定位置設定信号に基づいて、空気圧シリンダ１９に圧力空気を供給し、グリップ部２０の閉動作を行う。空気圧シリンダ１９のシリンダロッドが伸長して連動部材１９ｂを押圧して溝付きリング４０を上方向に押し上げ、グリップ部２０を閉じてノズルＷを把持する。空気圧シリンダ１９からグリップ閉信号が制御装置に伝送され、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、制御装置からグリップ閉信号に基づいて切り替え信号をクラッチ機構１７に伝送し、トーチ部品交換部Ｂの中空回転軸３０を接続し、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、電動機１６を駆動してトーチ部品交換部Ｂの中空回転軸３０を、グリップ部２０が把持するノズルＷ２のねじを緩める方向に逆回転させる。逆回転に伴って、溶接ロボットが把持する溶接トーチをノズルＷ２のねじのリードの合わせて上昇させ、ノズルＷ２をトーチユニットから外れて溶接トーチが上昇し、ステップＳ６に進む。なお、中空回転軸３０の回転数は既知のノズルＷ２のねじのリード数以上とする。

ステップＳ６において、制御装置は、中空回転軸３０の回転が所定回転数に達すると、クラッチ機構１７を切って中空回転軸３０の回転を停止し、空気圧シリンダ１９への圧力空気の供給を停止し、グリップ部２０を開状態とする。グリップ部２０の開状態によるグリップ開信号が制御装置に入力されると、制御装置はポート部１７ａから圧力空気を中空回転軸３０内に供給し、スプリング３５で付勢されているシリンダロッド３４を押し上げてシリンダロッド３４の先端部のトーチ部品受部３６ｂに載置されているノズルＷ２を図１に示す上昇位置まで上昇させてステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、トーチ部品受部３６ｂに載置されているノズルＷ２に圧力空気を噴射して所定のシュターに落下させて排出し、中空回転軸３０内への圧力空気の供給を停止し、スプリング３５により付勢されたシリンダロッド３４を所定位置に戻すとともにグリップ部２０を閉状態に設定する。なお、トーチ部品受部３６ｂからのノズルＷ２の排除は圧力空気の噴射以外に揺動部材で排除しても良いし、別のロボットでチャックし搬送して排除しても良い。また、チップの着脱もノズルと同様の方法で行われる。

また、溶接トーチへのチップ及びノズルの装着は、制御装置からの制御信号に基づいて所定の手順で行われ、先ず、トーチ部品交換部Ａのグリップ部２０を開状態に設定した後、シリンダロッド３４を上昇させてトーチ部品受部３６ａを所定位置に設定した後、チップ供給機構（図示なし）で把持したチップＷ１をトーチ部品受部３６ａに載置し、グリップ部２０を閉状態に設定してチップＷ１を把持し、中空回転軸３０の回転によりグリップ部２０を回転させてチップＷ１をトーチユニットの所定のねじ部に螺合させて装着する。続いて、ノズルＷ２の装着手順へと進む。

ノズルＷ２の装着は、トーチ部品交換部Ｂのグリップ部２０を開状態に設定した後、シリンダロッド３４を上昇させてトーチ部品受部３６ｂを所定位置に設定した後、ノズル供給機構で把持したノズルＷ２をトーチ部品受部３６ｂに載置し、その後、グリップ部２０を閉状態に設定してノズルＷ２をグリップ部２０で把持し、中空回転軸３０を回転させてグリップ部２０を回転させ、ノズルＷ２をトーチユニットの所定のねじ部に螺合させて装着する。なお、チップ及びノズルの溶接トーチ部品交換装置への供給は、別に設けられたロボット或いは部品供給装置を使用する。

本発明では、上記実施形態において、グリップ部を支持し中空回転軸を回転させる回転駆動手段として電動機を例示して説明したが、本実施形態に限定することなく、油圧等の流体圧力を利用した回転機構を利用しても良いし、また、グリップ部を開閉動作させる空気圧シリンダは空気圧以外に油圧等の流体圧力を利用する油圧シリンダであっても良いし、電磁機構等を利用することもでき、本実施形態に限定するものではない。

本発明の活用例としては、溶接トーチにおける溶接アークを発生する溶接ワイヤが挿通されるコンタクトチップやシールドガスを噴射するガスノズルの部品を交換するための溶接トーチ部品交換装置として利用することができる。

本発明に係る溶接トーチ部品交換装置の一実施形態を示す要部断面による外観図である。 （ａ）は本実施形態のグリップ部の正面図、（ｂ）はシフタープレートの正面図である。 （ａ）は本実施形態におけるチップ交換部Ａの要部断面図、（ｂ）はそのグリップ部の正面図である。 本実施形態におけるチップ交換部Ａのグリップ部が開状態の要部断面による側面図である。 （ａ）は本実施形態におけるノズル交換部Ｂの要部断面図、（ｂ）はそのグリップ部の正面図である。 本実施形態のノズル交換部Ｂにおけるグリップ部が開状態の要部断面による側面図である。 （ａ）はチップ交換時の閉動作を示すグリップ部の拡大図であり、（ｂ）はグリップ交換時の開動作を示すグリップ部の拡大図である。 （ａ）は本実施形態における軸受部の正面図であり、（ｂ）はそのI−I線矢視による断面図である。 （ａ）は本実施形態における中空回転軸の中空軸部のII−II線に沿った断面図、（ｂ）はその要部外観図、（ｃ）は中空軸の端部側面図、（ｄ）は中空軸のフィンガ支持部の側面図である。 （ａ）は本実施形態における溝付きリングの側面図、（ｂ）はその正面図である。 （ａ）は本実施形態におけるフィンガのIII−III線矢視による断面図、（ｂ）はその上側面図、（ｃ）はその右側面図である。 本実施形態における制御フローの一例を示す図である。 従来の溶接トーチのトーチネック部を示す側面図である。 溶接ロボットとノズル・チップ交換装置の概略図である。

符号の説明

Ａ，Ｂ チップ部品交換部
Ｗ１ コンタクトチップ
Ｗ２ ガスノズル
１５ 基台
１６ 電動機
１６ａ 回転軸
１７ クラッチ機構
１７ａ，１７ｃ クラッチ機構
１７ｂ，１７ｄ 軸受部
１８ 軸受部
１８ａ 嵌合部
１８ｂ 貫通孔
１８ｃ 粉塵排出口
１９ 空気圧シリンダ
１９ａ ロッド
１９ｂ シフタープレート（連動部材）
１９ｃ Ｕ字状切欠部
２０ グリップ部
２１ フィンガ
２１ｃ 突起状傾斜面
２２ 当接部材
２３ スプリング（フィンガ付勢用）
３０ 中空回転軸
３１ 回転軸
３２ 中間軸
３２ａ ポート部
３２ｂ 流路
３３ 中空軸
３３ａ 中空部
３４ 支持ロッド（シリンダロッド）
３５ スプリング
３６（３６ａ，３６ｂ） トーチ部品受部
３７ フィンガ支持部
３７ａ 凹嵌部
３７ｂ 貫通孔溝
４０ 溝付きリング
４２ リング部
４２ａ 環状溝
４３ 傾斜面又は湾曲面
５０ 回転検出センサ（回転検出手段）
５１ 回転検出用近接スイッチ
５２ 磁石

Claims (3)

1. 基台に設けた回転駆動手段による回転運動がクラッチ機構を介して伝達されるとともに先端部にフィンガ支持部を有する中空回転軸と、
   前記基台に固定され、前記フィンガ支持部の外周部を囲み前記中空回転軸を軸承する軸受部と、
   前記中空回転軸に挿通されてスプリングにより付勢され、溶接トーチ部品の先端部が近接又は当接するトーチ部品受部を先端部に有し、該中空回転軸内に挿通され軸方向に伸縮自在とした支持ロッドと、
   前記フィンガ支持部にスプリングで付勢されて揺動自在に支承され、外周側に突起状傾斜面を有し、かつ内周側先端に溶接トーチ部品と接触する当接部材を有するフィンガと、
   前記フィンガの外周に設けられ、前記突起状傾斜面に係合して該フィンガを揺動させるための溝付きリングと、
   前記溝付きリングの環状溝部に係合し、流体圧力により該溝付きリングを前記中空回転軸の軸方向と平行移動させて前記フィンガを揺動させる連動部材と、
   前記中空回転軸の回転を検出する回転検出手段と、
   を備えることを特徴とする溶接トーチ部品交換装置。
2. 前記基台には、前記溶接トーチ部品のガスノズルとコンタクトチップとを着脱する前記フィンガによるグリップ部が少なくとも一対設けられていることを特徴とする請求項１に記載の溶接トーチ部品交換装置。
3. 前記軸受部には、圧力空気を該軸受部内に噴射する噴射孔と該軸受部内の屑や不純物を排出する複数の粉塵排出孔とが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接トーチ部品交換装置。

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