JP2010188366A - 電極チップ再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型の電動モータを使用して電極再生具を高速度及び高トルク特性で回転させて電極チップを効率的に再生する。抵抗溶接機に近い狭少スペースに設置して電極チップを有効に再生する。
【解決手段】電動モータの駆動に伴って電極チップ再生具を、ハイポイド・ピニオン及びハイポイド・ギにより規定される減速比に応じた所定の回転速度及び回転トルクで回転して電極チップにおける先端部の変形部分を正規の形状に押延ばして整形することにより再生する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、抵抗溶接により変形したり、先端面が摩耗した電極チップを初期の正規形状に整形して再生する電極チップ再生装置に関する。尚、本発明において「再生」とは、電極チップの変形部分を研磨除去して正規形状に整形する研磨整形概念と異なり、変形部分を先端側へ塑性変形させながら押延ばして正規形状に整形することを意味する。

抵抗溶接に使用する電極チップは、抵抗溶接機や溶接ロボットに装着される溶接ガンに、所要の間隔をおいて相対するように取付けられる。そして被溶接物を電極チップ間に挟み込んだ状態で通電し、被溶接物間の電気抵抗による発熱により相互を溶融して溶接する。

上記電極チップにあっては、抵抗溶接時に高品質な溶接ナゲットを形成する必要から、被溶接物に対して最適の圧力で挟み込みながら通電している。このため、電極チップにあっては、被溶接物に対する加圧により被溶接物に余分な傷が付くのを回避するために変形し易く、電気抵抗値が低い銅や銅合金等を使用している。

しかし、銅や銅合金製の電極チップは、比較的容易に塑性変形し易く、被溶接物に対する加圧により先端部が押し潰されて変形して大径化したり、被溶接物に対する当接により磨耗したりして正規形状を保つことが困難であった。この結果、電極チップの先端面が磨耗して被溶接物への接触面積が大きくなって被溶接物に対する抵抗値が変化して溶接ナゲットが不均一になり、溶接品質を低下させる。

このため、溶接回数が所要回数に達した際に、変形したり、先端面が磨耗した電極チップを正規形状になるように整形して再生する装置として、例えば特許文献1に示すように、溶接ガンから取外した変形状態の電極チップを、金型を使用してプレス成形して正規形状に整形する再生装置が提案されている。

しかし、該再生装置は、溶接回数が所定回数に達する毎に溶接ガンから変形した電極チップを取外して金型に装着して整形しなければならず、抵抗溶接機の運転を一時的に停止することにより溶接作業効率が悪くなると共に高い加圧力のプレス装置を必要とするため、整形装置自体が大型化して再生コストが高くなる問題を有している。

また、例えば特許文献２に示すように変形した電極チップを研磨して正規形状に整形して再生する再生装置が知られている。該装置にあっては、電極チップの変形部分を研磨除去して正規形状に整形するため、整形作業毎に電極チップ自体が短くなって溶接寿命が短くなる結果、電極チップの交換頻度が高くなって溶接コストが増大する問題を有している。

本出願人は、これらの欠点を解決するため、特許文献３に示すように、整形室の内周面に所要の高さで開放端から底部に向かって湾曲状に延出し、且つ回転方向に対して所要の角度で傾斜して整形室底部に延出し、電極チップの外周面に圧接して先端面側へ押延ばして正規形状に整形する複数の外周面整形突部及び整形室底部の偏心位置に、電極チップの先端面幅にほぼ一致する長さで軸線直交方向へ延出し、電極チップの先端面に圧接して外周面整形突部により先端面側に押延ばされた変形部分を先端面に盛付けながら押延ばして正規形状に整形する先端面整形突部をそれぞれ形成した電極チップ再生工具を使用する再生装置を提案した。

上記再生装置にあっては、電極チップの変形部分を塑性変形させながら正規形状に押し延ばす必要から電極チップ再生工具を高速度及び高トルクのサーボモータ等の電動モータを使用して回転させる必要がある。電極チップ再生工具の回転駆動機構としては、上記した電動モータと、所定の回転数に減速する減速機構により構成しているが、高速度及び高トルク特性を備えた電動モータが大型化していた。また、例えばピニオンギャや傘歯車等の従来の減速機構は、トルク伝達効率が悪いため、減速機構のトルク減衰を考慮した第トルクの電動モータを使用する必要があった。

しかし、電極チップ再生装置は、製造ラインに沿って多数が配置された抵抗溶接機や溶接ロボット相互間の狭少スペースに設置されるため、大型の電動モータを使用した電極チップ再生装置にあっては、これらの狭少スペースに設置すること自体が極めて困難で、電極チップを有効に再生できなかった。

特開平１０−３４３５３号公報 特開２０００−９４２１７号公報 特開２００８−８７０１０号公報

解決しようとする問題点は、高速度及び高トルク特性を備えた大型の電動モータを使用することにより装置自体が大型化して狭少スペースに設置することが困難な点にある。

本発明は、抵抗溶接用電極チップの少なくとも先端部とほぼ一致したカップ状の整形室の内周面にて開放端から底部に向かって回転方向へ湾曲しながら延出して先端部外周面に圧接して変形部分を正規の形状に押延ばす少なくとも３本の外周面整形突部及び整形室の底部にて軸線直交方向へ延出して電極チップの先端面に圧接して平面状に押延ばす先端面整形突部を有した電極チップ再生具を所定の回転速度及び回転トルクで回転して電極チップの先端部を正規の形状に整形して再生する電極チップ再生装置において、電動モータと、電動モータの回転軸に固定されるハイポイド・ピニオンと、上記回転軸の軸線と直交方向に軸線を有して回転可能に軸支され、中心部に電極チップ再生具が着脱可能に取付けられると共に上記ハイポイド・ピニオンが噛合わされるハイポイド・ギャとを備え、上記電動モータの駆動に伴って電極チップ再生具を、ハイポイド・ピニオン及びハイポイド・ギにより規定される減速比に応じた所定の回転速度及び回転トルクで回転して電極チップにおける先端部の変形部分を正規の形状に押延ばして整形することにより再生することを特徴とする。

本発明は、小型の電動モータを使用して電極再生具を高速度及び高トルク特性で回転させて電極チップを効率的に再生することができる。また、抵抗溶接機に近い狭少スペースに設置して電極チップを有効に再生することができる。

抵抗溶接用電極チップが取付けられる溶接ガン及び電極チップ再生装置の概略を示す斜視図である。 電極チップ再生装置を一部省略して示す略体斜視図である。 電極チップ再生装置を一部省略して示す略体中央縦断面図である。 電極チップ再生具の概略を示す斜視図である。 図４におけるＡ−Ａ線縦断面図である。 電極チップ再生具の平面図である。 電極チップ再生装置に電極チップ再生具を取付けた状態を示す部分縦断面図である。 変形した電極チップを示す説明図である。 電極チップ先端部の整形状態を示す説明図である。 電極チップ先端面の整形状態を示す説明図である。

本発明は、電動モータの駆動に伴って電極チップ再生具を、ハイポイド・ピニオン及びハイポイド・ギにより規定される減速比に応じた所定の回転速度及び回転トルクで回転して電極チップにおける先端部の変形部分を正規の形状に押延ばして整形することにより再生することを最良の形態とする。

以下に実施形態を示す図に従って本発明を説明する。
図１に示すように、例えば多関節型抵抗溶接機のアーム（何れも図示せず）先端部には溶接ガン１が取付けられる。溶接ガン１のフレーム３には一対の取付けアーム５・７が適宜の間隔をおいて相対して移動可能に設けられる。そして各取付けアーム５・７には、先端部に電極チップ１５・１７が交換可能にそれぞれ取付けられる取付け軸１１・１３が軸線を一致させて相対するように設けられている。

これら電極チップ１５・１７は、例えば一方の取付けアーム５／７に連結された図示しないエアーシリンダーや送りネジ機構に設けたサーボモータ等の作動部材により、互いに近づく方向及び遠ざかる方向へ移動される。各電極チップ１５・１７は電気抵抗が低く、塑性変形し易い銅や銅合金等で、所要の軸線長さで、先端部外周が所要の外形で、先端に向かって徐々に小径化して先端面がほぼ平面に形成される。尚、抵抗溶接機としては、上記多関節型溶接機の他に、従来公知のスタンド型抵抗溶接機であってもよいことは、勿論である。

図２及び図３に示すように、例えば溶接ガン１の移動原点位置（待機位置）には電極チップ再生装置２１が配置される。該電極チップ再生装置２１は移動原点位置に移動した溶接ガン１の電極チップ１５・１７を、装着状態で正規形状に整形して再生する。

上記電極チップ再生装置２１の本体２３には、上下方向に軸線を有し、水平方向に所定の間隔をおいた2本のガイド軸２５が取付けられ、これらガイド軸２５には、可動フレーム２７が上下方向へ移動するように支持される。また、本体２３の上部及び下部と可動フレーム２７間には、圧縮ばね等の弾性部材２９がそれぞれ装着され、これら弾性部材２９の弾性力により可動フレーム２７がガイド軸２５の軸線方向中間部に位置するように弾性的に支持している。

可動フレーム２７の一方側面には、サーボモータ等の数値制御可能で、水平方向へ延出する回転軸を有した電動モータ３１が固定され、該回転軸には、ハイポイド・ピニオン３３が固定されている。また、可動フレーム２７の他方側面には、水平方向へ延出する支持盤３５の基端部が固定され、該支持盤３５の中心部には、後述する電極チップ再生具３７が挿入される貫通孔３５ａ及び該貫通孔３５ａの下面周縁に円状の凹部３５ｂが形成される。なお、支持盤３５の上面には、貫通孔３５ａと同心状のリング状からなるボール受け３５ｃが固定される。

支持盤３５の上面には、ハイポイド・ギャ３９が貫通孔３５ａを中心に回転するように支持され、該ハイポイド・ギャ３９には、ハイポイド・ピニオン３３が噛合わされている。該ハイポイド・ギャ３９の下面には、支持盤３５のボール受け３５ｃに相対するボール受け３９ａが固定され、両ボール受け３５ｃ・３９ａ間に装着されて転動するボール４１によりハイポイド・ギャ３９を回転可能に軸支する。また、ハイポイド・ギャ３９の中心部に設けられたボス３９ｂには、後述する電極チップ再生具３７が挿嵌される軸線直交方向断面が六角形の内周面を有した支持孔３９ｃが形成される。

ハイポイド・ピニオン３３が噛合うハイポイド・ギャ３９が取付けられた支持盤３５には、該支持盤３５とほぼ一致する大きさのカバー４３が、ハイポイド・ピニオン３３及びハイポイド・ギャ３９を覆うように固定される。該カバー４３は、支持盤３５と同様に中心部に電極チップ再生具３７が挿入される貫通孔４３ａ及び該貫通孔４３ａの上面周縁に円状の凹部４３ｂが形成される。また、カバー４３の下面には、貫通孔４３ａと同心状のリング状からなるボール受けボール受け４３ｃが固定され、該ボール受け４３ｃに相対してハイポイド・ギャ３９の上面に固定されたボール受け３９ｄとの間に装着されて転動するボール４５によりハイポイド・ギャ３９を回転可能に支持する。

上記ハイポイド・ピニオン３３及びハイポイド・ギャ３９により構成されるハイポイド減速ユニットは、動力伝達率が約９８％と極めて高い特性を有している。このため、ハイポイド減速ユニットは、トルクの減衰率が極めて低く、電動モータ３１の回転駆動力をハイポイド・ギャ３９へ効率的に伝達して回転させることができ、これにより電極チップ１５・１７を塑性変形させながら押し延ばすのに必要なトルク特性を備えた小型の電動モータを使用することができる。即ち、必要以上のトルク特性を備えた電動モータを使用する必要がなく、装置自体を小型化することができる。

更に、支持盤３５の凹部３５ｂ及びカバー４３の凹部４３ｂには、電極チップ再生具３７の固定板４７・４９がねじ止めされる。各固定板４７・４９の中心部には、電極チップ再生具３７における整形室５１・５３の内周より大径で、電極チップ再生具３７の外形より小径の貫通孔４７ａ・４９ａが形成され、電極チップ再生具３７の上面及び下面にそれぞれ当接してボス３９ｂの支持孔３９ｃに挿嵌された電極チップ再生具３７を固定させる。

次に、ボス３９ｂの支持孔３９ｃに挿嵌されて電極チップ１５・１７を正規の形状に成型して再生する電極チップ再生具３７を説明すると、図４乃至図６に示すように、電極チップ再生具３７は、超硬合金（高速度鋼）やセラミックス等からなり、本実施例においては六角柱形状に形成される。そして電極チップ再生具３７の上部及び下部には、相対する電極チップ１５・１７が進入して正規の形状に整形される整形室５１・５３が上下対称に形成される。

整形室５１・５３は、進入する電極チップ１５・１７の先端部側が進入できる大きさのカップ状に形成され、各整形室５１・５３の外周側には、底部５５・５７を連通して軸線方向へ延びる、例えば３個の逃し穴５９が周方向へほぼ等しい間隔をおいて形成される。

各逃し孔５９間に位置する整形室５１・５３の内周面から底部５５・５７には、電極チップ１５・１７における先端部外周面の変形部分に圧接して先端面側へ押延ばす３個の外周面整形突部６１・６３が形成される。これら３個の外周面整形突部６１・６３は、整形室５１・５３内周面の周方向に対し、異なる間隔をおいて設けられる。

各外周面整形突部６１・６３は、所要の高さで、かつ電極チップ再生具３７の回転方向に対してスパイラル曲線状に湾曲して形成される。また、各外周面整形突部６１・６３における内周面から底部５５・５７に至る湾曲面は、整形室５１・５３の中心軸線上に想定される中心点からの各曲率半径が、電極チップ再生具３７の回転方向下手から上手に向かって順に大きくなるように設定される。

その内の回転方向上手に位置する各外周面整形突部６１・６３における頂部の曲率半径は、正規形状に整形された電極チップ１５・１７における先端部の曲率半径に一致するように設定される。更に、各外周面整形突部６１・６３は、回転方向に対する頂部の幅が、開放端から底部５５・５７に向かって徐々に狭くなるように設定される。

各底部５５・５７には、電極チップ１５・１７の先端面に圧接して押延ばす先端面整形突部６５・６７が形成される。該先端面整形突部６５・６７は電極チップ再生具３７の中心軸線から若干偏心した位置に中心を有し、所要の高さで電極チップ１５・１７の先端面幅より若干長く、平面がＳ字形に形成される。また、先端面整形突部６５・６７の長手直交方向両側に応じた底部５５・５７には対応する箇所の逃し穴５９に連続する凹部（図示せず）が形成される。

次に、電極チップ再生装置２１による電極チップ１５・１７の再生作用を説明する。尚、説明の便宜上、図９及び図１０は、上方の整形室５１による電極チップ１５の再生作用を図示するが、下方の整形室５３による電極チップ１７の再生作用に付いても、同様であるため、図示を省略する。

先ず、電極チップ再生装置２１に対する電極チップ再生具３７の取付け作用を説明すると、図７に示すように、カバー４３及び支持盤３５から固定板４７・４９を取外した後にハイポイド・ギャ３９におけるボス３９ｂの支持孔３９ｃ内に電極チップ再生具３７を挿嵌させる。次に、上記状態にてカバー４３及び支持盤３５の各凹部４３ｂ・３５ｂに固定盤４７・４９を嵌め込んで、それぞれの内周側内面が電極チップ再生具３７の上端面及び下端面の一部にそれぞれ近接する状態でねじ止めする。これにより電極チップ再生具３７は、ボス３９ｂから抜け止めされた状態で取付けられる。

一方、抵抗溶接機の溶接ガン１に装着された電極チップ１５・１７は、図８に示すように、溶接作業に伴って被溶接物に対する圧接により先端部が押し潰されて大径化したり、先端面が、被溶接物に対する圧接により磨耗したり、通電時の発熱による溶融したりして変形している。図８においては、電極チップ１５・１７の先端部が押し潰されて大径化すると共に先端面の一部が磨耗した状態を実線で、また正規形状を一点鎖線で示す。

上記のように変形した電極チップ１５・１７を、正規の形状に整形して再生するため、例えば溶接回数が所定回数に達したとき、１個の被溶接物に対する複数ショットの溶接作業が終了したとき、所要個数の被溶接物の溶接作業が終了したとき、或いは次の被溶接物が所要の溶接位置に搬入されるまでの間、溶接ガン１を移動原点位置に戻して待機している間に再生作業を行う。

即ち、溶接ガン１が移動原点位置に戻されると、一方の電極チップ１５は、電極チップ再生装置２１に装着された電極チップ再生具３７における一方の整形室５１に、また他方の電極チップ１７は、他方の整形室５３にそれぞれ相対するように位置される。この状態において、電動モータ３１を駆動してその回転駆動力をハイポイド・ピニオン３３及びハイポイド・ギャ３９のハイポイド減速ユニットにより電極チップ再生具３７へ伝達し、所定の回転速度及び回転トルクで回転させる。

次に、上記状態で各取付けアーム５・７を互いに近づく方向へ移動して各電極チップ１５・１７を相対する整形室５１・５３内に進入させると、図９に示すように、所定の回転速度及び回転トルクで回転する電極チップ再生具３７における外周面整形突部６１・６３が各電極チップ１５・１７における先端部の変形部分に圧接し、該変形部分を塑性変形させながら先端面側へ押延ばして正規の形状に整形する。

このとき、外周面整形突部６１・６３が圧接する変形部分が一様でないため、変形部分に対する外周面整形突部６１・６３の圧接抵抗により電極チップ再生具３７、従って可動フレーム２７が上下方向へ振動するが、可動フレーム２７を弾性的に支持する弾性部材２９により振動を吸収して圧接状態を保って外周面整形突部６１・６３による変形部分の押し延ばしを効率的に行わせる。

そしてそれぞれの外周面整形突部６１・６３により電極チップ１５・１７の先端部外周面の変形部分が先端面側へ押延ばされて先端面が凹凸状になるが、図１０に示すように、先端面に圧接して回転する先端面整形突部６５・６７により押延ばしながら整形して電極チップ１５・１７を正規の形状に再生させる。このときにおいても、凹凸状になった電極チップ１５・１７の先端面に対する先端面整形突部６５・６７の圧接抵抗により電極チップ再生具３７、従って可動フレーム２７が上下方向へ振動するが、可動フレーム２７を弾性的に支持する弾性部材２９により振動を吸収して圧接状態を保って先端面整形突部６５・６７による先端面の押し延ばしを効率的に行わせる。

本実施例は、電極チップ再生具３７に対して電動モータ３１の回転駆動力を伝達する減速機構としてハイポイド・ピニオン３３及びハイポイド・ギャ３９から構成されるハイポイド減速ユニットを採用するため、小型の電動モータを使用することができ、装置自体を小型化することができる。これにより多数の抵抗溶接機や溶接ロボットが配置される狭少スペースに電極チップ再生装置２１を配置して変形したり、摩耗した電極チップ１５・１７を正規の形状に整形して再生することができる。

１ 溶接ガン
３ フレーム
５・７ 取付けアーム
１１・１３ 各取付けアーム
１５・１７ 電極チップ
２１ 電極チップ再生装置
２３ 本体
２５ ガイド軸
２７ 可動フレーム
２９ 弾性部材
３１ 電動モータ
３３ ハイポイド・ピニオン
３５ 支持盤
３５ａ 貫通孔
３５ｂ 凹部
３５ｃ ボール受け
３７ 電極チップ再生具
３９ ハイポイド・ギャ
３９ａ ボール受け
３９ｂ ボス
３９ｃ 支持孔
３９ｄ ボール受け
４１ ボール
４３ カバー
４３ａ 貫通孔
４３ｂ 凹部
４３ｃ ボール受け
４５ ボール
４７・４９ 固定板
５１・５３ 整形室
５５・５７ 底部
５９ 逃し穴
６１・６３ 外周面整形突部
６５・６７ 先端面整形突部

Claims (3)

1. 抵抗溶接用電極チップの少なくとも先端部とほぼ一致したカップ状の整形室の内周面にて開放端から底部に向かって回転方向へ湾曲しながら延出して先端部外周面に圧接して変形部分を正規の形状に押延ばす少なくとも３本の外周面整形突部及び整形室の底部にて軸線直交方向へ延出して電極チップの先端面に圧接して平面状に押延ばす先端面整形突部を有した電極チップ再生具を所定の回転速度及び回転トルクで回転して電極チップの先端部及び先端面を正規の形状に整形して再生する電極チップ再生装置において、
   電動モータと、
   電動モータの回転軸に固定されるハイポイド・ピニオンと、
   上記回転軸の軸線と直交方向に軸線を有して回転可能に軸支され、中心部に電極チップ再生具が着脱可能に取付けられると共に上記ハイポイド・ピニオンが噛合わされるハイポイド・ギャと、
   を備え、
   上記電動モータの駆動に伴って電極チップ再生具を、ハイポイド・ピニオン及びハイポイド・ギにより規定される減速比に応じた所定の回転速度及び回転トルクで回転して電極チップにおける先端部の変形部分を正規の形状に押延ばして整形することにより再生する電極チップ再生装置。
2. 請求項1において、回転軸にハイポイド・ピニオンが固定された電動モータ及びハイポイド・ギャは、回転軸の軸線と直交する方向に移動可能に支持された可動体に設けられると共に該可動体は、弾性部材により弾性的に支持された電極チップ再生装置。
3. 請求項２において、可動体は、回転軸の軸線と直交する方向に軸線を有したガイド軸に摺動可能に支持されると共に可動体は、移動方向側にそれぞれ設けられた弾性部材の弾性力によりガイド軸の軸線方向中間部にいとするように付勢された電極チップ再生装置。

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