JP2011125922A

JP2011125922A - 溶接ガン

Info

Publication number: JP2011125922A
Application number: JP2009289512A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miwa; 浩美和; Koichi Matsumoto; 耕一松本; Shigeaki Kobayashi; 栄顕小林
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-06-30

Abstract

【課題】低温、低加圧時においても加圧ロッドに対する加圧力安定性を有し、ハウジング内において回転自在に収容された中空ロータを備える中空モータ回転機構部への異物進入を防止する溶接ガンを提供すること。
【解決手段】溶接ガンは、モータハウジング３８内において回転自在に収容された中空ロータ４６を備える中空モータ回転機構部３４と、中空ロータ４６の回転作用下においてモータハウジング３８から突出して移動する加圧ロッド９４とを備え、さらに、モータハウジング３８の加圧ロッド９４の突出側端部５８において、モータハウジング３８と中空ロータ４６間の間隙を封止する非接触式のラビリンスシール６４を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、スポット溶接等に用いられる溶接ガンに関する。詳しくは、ハウジング内において回転自在に収容された中空ロータを備える中空モータ回転機構部への異物の侵入を防止することが可能な溶接ガンに関する。

従来より、ロボットアームの先端に取り付けられ、固定電極チップに対して可動電極チップを直線的に移動することにより、電極間において保持されたワークを溶接するＣ型溶接ガンが知られている（例えば、特許文献１参照）。この溶接ガンでは、中空モータ回転機構部の回転作用下においてボールネジを回転させることにより加圧ロッドをストロークしてワークを加圧保持しながら、溶接ガンの先端に設けられた電極チップの間に通電することによりワークを溶接することができる。

このような溶接ガンでは、加圧ロッドをストロークさせるボールネジのネジ軸を一体に回転させている中空ロータと、中空モータ回転機構部のステータを取り付けているハウジングとの間は支持ベアリングのみの構造となっているため、ハウジングと中空ロータとにより囲まれた中空モータ回転機構部へ水や溶接スパッタ等の異物が侵入する虞がある。そこで、特許文献１の溶接ガンでは、中空モータ回転機構部への異物の侵入を防ぐために、加圧ロッドを支持している支持ベアリングの外側にオイルシールを施すことにより異物の侵入を防いでいる。

特開２００２−３４６７５６号公報

しかしながら、加圧ロッドのストローク出側の支持ベアリングの外側に、単にオイルシールを設けた場合、特に加圧ロッドの始動時等の低温時においてオイルシールの接触圧が上がっており、オイルシールの抵抗が大きくなるため、加圧ロッドへの加圧力が低い場合（例えば、１００ｋｇｆ加圧）に、加圧ロッドが動かなくなるという事態が生じていた。また、加圧ロッドの始動時と、加圧ロッドの安定作動時との間においては、オイルシールの材質がゴムのため温度変化により接触圧が変化する。その結果、加圧ロッドへの加圧力に大幅なばらつきが発生するため、加圧時にワークに対する加圧力の誤判定を行ってしまい、中空モータ回転機構部の制御に支障を生じる事態も発生していた。

本発明は、低温、低加圧時においても加圧ロッドに対する加圧力安定性を有し、ハウジング内において回転自在に収容された中空ロータを備える中空モータ回転機構部への異物進入を防止する溶接ガンを提供することを目的とする。

本発明に係わる溶接ガンは、ハウジング内において回転自在に収容された中空ロータを備える中空モータ回転機構部と、前記中空ロータの回転作用下において前記ハウジングから突出して移動する加圧ロッドとを備える溶接ガンにおいて、前記溶接ガンは、前記ハウジングの前記加圧ロッドの突出側端部において、前記ハウジングと前記中空ロータ間の間隙を封止する非接触式のラビリンスシールを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、本発明に係わる溶接ガンは、ハウジングと中空ロータ間の間隙を封止する非接触式のラビリンスシールが、ハウジングの加圧ロッドの突出側端部に設けられていることから、たとえ中空ロータの内部に異物が侵入した場合であっても、ハウジングと中空ロータとにより囲まれた中空モータ回転機構部への異物の侵入を防ぐことができる。

また、ハウジングと中空ロータ間の間隙は、ラビリンスシールにより非接触状態で封止されているため、特に加圧ロッドの始動時等の低温時においてもシール部材に使用されるオイルシールの特性の影響を受けにくい。従って、低温時においても、ハウジングと中空ロータ間の摩擦の抵抗を軽減することができる。これにより、低温時においても、小さな力で中空ロータを容易に回転して小さな加圧力で加圧ロッドを移動することができ、温度変化により加圧ロッドが動かなくなるという事態が生じることを未然に防ぐことができる。また、温度変化によらず加圧ロッドを移動することができることから、加圧ロッドの始動時や、加圧ロッドの安定作動時等加圧ロッドの温度変化に関わらず、加圧ロッドに対し安定した加圧力を提供することができる。このように本発明に係わる溶接ガンによれば、低温、低加圧時においても加圧ロッドに対する加圧力安定性を有し、ハウジング内において回転自在に収容された中空ロータを備える中空モータ回転機構部への異物進入を防止することができる。

この場合、前記ラビリンスシールは、前記中空ロータ側に配置された波状の内側シールと、前記内側シールと対向して配置され、前記内側シールの外側において非接触状態で前記ハウジング側に配置された外側シールとを備え、前記内側シールと、前記外側シールとの間の間隙には、自己シール性を有するグリスを封入して構成されることが望ましい。本明細書において、「自己シール性」とは、隙間部分を膨潤変形により充填する特性を意味し、「自己シール性を有するグリス」とは、かかる特性を有するグリスを意味する。

この構成によれば、本発明に係わる溶接ガンは、グリスが内側シールと外側シールとの間の間隙において密着して、その状態を保持しようとするため、中空モータ回転機構部の回転によって中空ロータが回転した場合であっても、ラビリンスシールに封入されているグリスが間隙の外に飛び散ることを未然に防ぐことができる。従って、中空ロータを長時間使用した場合であっても、ハウジングと中空ロータとにより囲まれた中空モータ回転機構部への異物の侵入を防ぐことができる。ここで想定される回転する中空ロータの回転数とは、溶接ガンの場合、例えば、３０００ｒｐｍ以下としてもよい。

本発明によれば、低温、低加圧時においても加圧ロッドに対する加圧力安定性を有し、ハウジング内において回転自在に収容された中空ロータを備える中空モータ回転機構部への異物進入を防止することができる。

本発明の一実施の形態に係る溶接ガンがロボットアームの先端に取り付けられた状態を示す図である。図１の溶接ガンの構成を示す断面図である。図１の溶接ガンの中空モータ回転機構部の内部を示す拡大図である。図１の溶接ガンのラビリンスシールの内部を示す拡大図である。

図１は、ロボットアーム１２の先端に取り付けられた状態の本発明の一実施の形態に係る溶接ガン１０を示す一部省略側面図である。本実施の形態において、溶接ガン１０は、後述するように、固定された電極チップ３２に対して可動の電極チップ３０が直線状のストロークで移動し、固定電極チップ３２と可動電極チップ３０との間を開閉するＣ型溶接ガンとして構成されている。

溶接ガン１０は、ガン支持部１４と、ガン本体部１６とを備える。このガン支持部１４は、ロボットアーム１２の先端に取り付けられてガン本体部１６を支持する。ガン支持部１４は、ガン支持ブラケット１８を設けており、このガン支持ブラケット１８は、上面板１８ａと、この上面板１８ａと平行して延在する下面板１８ｂとを備えている。上面板１８ａと下面板１８ｂとの間には、ガイドバー２０が橋架されている。

ガイドバー２０には、このガイドバー２０の軸方向に摺動自在で、かつ、上面板１８ａ及び下面板１８ｂに平行な板体２２が嵌合している。板体２２の上部には、ロボットアーム１２に近接した側に筐体状の支持体２４が配設され、上面板１８ａと支持体２４との間には、ガイドバー２０に巻回された第１のコイルスプリング２６が介装されている。同様に、下面板１８ｂと板体２２との間には、ガイドバー２０に巻回された第２のコイルスプリング２８が介装されている。

板体２２には、ロボットアーム１２から離間した側にガン本体部１６を構成するケーシング２９が固着保持されている。図１及び図２に示すように、ガン本体部１６は、一対の電極チップである可動電極チップ３０及び固定電極チップ３２を備える。そして、中空モータ回転機構部３４に連結されたボールネジ９０の回転作用下に、可動電極チップ３０を固定電極チップ３２に対して直線状のストロークで移動し、可動電極チップ３０と固定電極チップ３２との間の開閉動作を行う。

図２に示すように、溶接ガン１０は、モータハウジング３８内において回転自在に収容された中空ロータ４６を備える中空モータ回転機構部３４と、中空ロータ４６の端部に装着されるボールネジ９０と、ボールネジ９０と螺合し、ボールネジ９０の回転作用下においてモータハウジング３８から矢印ＡのＡ１側に突出するストロークで移動する加圧ロッド９４とを備える。

中空モータ回転機構部３４は、ケーシング２９に固定されるモータハウジング３８と、このモータハウジング３８内に固定されるステータ４０と、モータハウジング３８内に回転自在に収容され、中央に中空部４４が形成された中空ロータ４６と、この中空ロータ４６の一方（矢印ＡのＡ２側）の端部４８側に設けられるモータハウジングカバー５０とを備える。ステータ４０を構成するコイル４０ａは、モータハウジング３８の内側に環状に配置されている。

モータハウジング３８の矢印ＡのＡ２側の端部には、筒部材５２が同軸的にねじ止めされており、この筒部材５２の内周面と中空ロータ４６の端部４８の外周面との間に、第１ベアリング５４及び第２ベアリング５６が介装される。

図２及び図３に示すように、加圧ロッド９４の突出側にあるモータハウジング３８の端部５８（矢印ＡのＡ１側）には、モータハウジング３８と中空ロータ４６間の間隙を封止する非接触式のラビリンスシール６４が介装されている。図３及び図４に示すように、ラビリンスシール６４は、中空ロータ４６の内側において中空ロータ４６に固定して配置された波状の内側シール６７と、内側シール６７と対向して配置され、内側シール６７の外側において非接触状態でモータハウジング３８側においてモータハウジング３８に固定して配置された外側シール６８とを備える。

この内側シール６７の外側表面と外側シール６８の内側表面は、それぞれ波状に形成された非常に細かい複数の凹凸により形成されている。そして、この内側シール６７の外側表面を構成する一つの凸部が外側シール６８の内側表面を構成する一つの凹部に、また、内側シール６７の外側表面を構成する一つの凹部が外側シール６８の内側表面を構成する一つの凸部にそれぞれ一定の間隔をおいて非接触状態で互いに対向して配置される。

ラビリンスシール６４を構成する内側シール６７と、外側シール６８との間の間隙６９には、自己シール性を有するグリス７０が封入されている。従って、中空ロータ４６とモータハウジング３８とはラビリンスシール６４を介して非接触状態で固定されている。このため、中空ロータ４６が回転した場合には、中空ロータ４６に固定されている内側シール６７は、中空ロータ４６の回転に従って一緒に回転する。しかし、モータハウジング３８に固定されている外側シール６８は、中空ロータ４６の回転と一緒に追随して回転することはなく、モータハウジング３８とともに静止したままとなる。本明細書において、「自己シール性」とは、隙間部分を膨潤変形により充填する特性を意味し、「自己シール性を有するグリス」とは、かかる特性を有するグリスを意味する。

グリス７０は、自己シール性を有することから、内側シール６７と外側シール６８との間の間隙６９において、間隙６９内から飛び散ることがなく密着しこれを維持することができる。このため、間隙６９内に水やゴミ等の異物が侵入することを長期間防止することができる。また、中空ロータ４６が回転することにより、内側シール６７と外側シール６８との間の間隙６９からグリス７０が流出した場合であっても、グリス７０は自身の自己シール性によって、該流出箇所にシールを形成して間隙６９内に水や溶接スパッタ等の異物の侵入を防止することができる。

図２及び図３に示すように、モータハウジング３８の端部５８（矢印ＡのＡ１側）に設けられているラビリンスシール６４に対して、さらに矢印ＡのＡ２側に、第３ベアリング６０が介装されている。第３ベアリング６０はモータハウジング３８の内部にラビリンスシール６４と隣接して設けられている。

図２に示すように、モータハウジング３８は略円筒形状を有しており、例えば、アルミニウム材で構成されている。

図２に示すように、中空ロータ４６の端部４８の上端部には、凹状の開口部８２が形成され、この開口部８２の内方側端部には、端部４８の中央部に貫通形成されるスプライン孔８４が連通する。端部４８の上面には、薄板８６が固定されて、開口部８２を閉塞している。中空ロータ４６の端部４８の上部外周には、締め付けナット８８が螺合しており、図２では、締め付けナット８８が第１ベアリング５４から離間した状態で示されているが、作動時には、この締め付けナット８８によって第１ベアリング５４が予圧されて、中空ロータ４６の軸方向のがたつきを防止している。

送りネジ機構３６は、中空ロータ４６の端部４８に装着されるボールネジ９０と、ボールネジ９０に螺合するナット部材９２と、ナット部材９２に固着される加圧ロッド９４とを備える。ボールネジ９０は、中空ロータ４６の端部４８に設けられているスプライン孔８４に嵌合するスプライン軸部９６と、このスプライン軸部９６の端部に設けられるネジ部９８とを一体的に備えている。ネジ部９８にナット１００が螺合することにより、ボールネジ９０が中空ロータ４６に固定される。

ナット部材９２の矢印ＡのＡ２側の端面１０２は、中空ロータ４６の端部４８側に対向しており、この端面１０２に緩衝部材１０４が螺子等により固着される。ナット部材９２と加圧ロッド９４とが緩衝部材１０４の対向した位置に配置されたねじ１１０、１１２を介して一体的に固定される。

加圧ロッド９４は、矢印ＡのＡ１−Ａ２方向に長尺に構成されており、中空ロータ４６の中空部４４に配置されるとともに、その外周部にはスプライン１１４が形成される。このスプライン１１４は、ケーシング２９に設けられているスプライン孔１１６に螺合しており、加圧ロッド９４及びナット部材９２の回り止め機能を有している。加圧ロッド９４の矢印ＡのＡ１側の先端部には、可動電極チップ３０がホルダ１１８を介して取り外し自在に装着される。

図１に示すように、ケーシング２９には、平行に配置されたＣ形状の一組のヨーク１２０ａ、１２０ｂが矢印ＡのＡ１方向に向かって下方に延在して固着されており、ヨーク１２０ａ、１２０ｂの間に取り付けられた保持部材１２２には、固定電極チップ３２が取り外し自在に保持されている。

図２に示すように、中空モータ回転機構部３４のモータハウジングカバー５０の上部である矢印ＡのＡ２側には、ヘッドカバー１３０が取り付けられている。このヘッドカバー１３０内には、中空ロータ４６の回転角度を検知するためのエンコーダ１３２が配置されている。このエンコーダ１３２は、エンコーダ本体１３４と、該エンコーダ本体１３４から加圧ロッド側（矢印ＡのＡ１側）に突出する入力軸１３６とを備え、エンコーダ本体１３４は、モータハウジングカバー５０に固着された円筒状のステイ１３８によって保持されている。入力軸１３６は、モータハウジングカバー５０の略中央部に設けられた孔部１４０を貫通して薄板８６に連結されている。

図１に示すように、ヘッドカバー１３０の側面には、中空モータ回転機構部３４及びエンコーダ１３２を作動させる駆動源となる溶接ガン制御部１４２からの動力配線１４４、１４６を接続するための略Ｌ型状の第１の電源接続口１４８及び第２の電源接続口１５０が設けられている。

このように構成される溶接ガン１０の動作について、以下に説明する。

溶接ガン制御部１４２から中空モータ回転機構部３４に電力が供給されると、コイル４０ａに通電されてステータ４０とステータ４０に対向する環状のマグネット４２との作用下に、磁界が発生する。このため、中空モータ回転機構部３４を構成する中空ロータ４６が回転する。

この中空ロータ４６の回転作用下に、送りネジ機構３６を構成するボールネジ９０が回転し、このボールネジ９０に螺合しているナット部材９２が加圧ロッド９４と一体的にボールネジ９０の軸方向の一方（矢印ＡのＡ１方向）に移動する。これは、加圧ロッド９４の外周面に形成されているスプライン１１４がケーシング２９のスプライン孔１１６に螺合しており、加圧ロッド９４及びナット部材９２の回転が規制されているからである。

従って、加圧ロッド９４の先端部に固着されているホルダ１１８に保持された可動電極チップ３０は、矢印ＡのＡ１方向に移動して、固定電極チップ３２と可動電極チップ３０とによってワークＷが加圧保持される。この状態で、可動電極チップ３０と固定電極チップ３２との間に大電流が供給され、ワークＷがスポット溶接されることになる。

ここで、中空ロータ４６とモータハウジング３８とはラビリンスシール６４を介して非接触状態で固定されている。従って、中空モータ回転機構部３４を構成する中空ロータ４６が回転した場合には、ラビリンスシール６４を構成するシールのうち中空ロータ４６に固定されている内側シール６７は、中空ロータ４６の回転に追随して一緒に回転する。これに対し、ラビリンスシール６４を構成するシールのうちモータハウジング３８に固定されている外側シール６８は、モータハウジング３８とともに静止し、中空ロータ４６の回転と一緒に追随して回転することはない。この場合、図４に示すように、内側シール６７と外側シール６８との間の間隙６９にはグリス７０が封入されているため、中空ロータ４６とモータハウジング３８とにより囲まれた中空モータ回転機構部３４へ水やゴミ等の異物の侵入を防ぐことができる。

また、加圧ロッド９４の始動時等の作動開始前は、中空ロータ４６やモータハウジング３８の周辺部位は低温であるが、中空ロータ４６とモータハウジング３８間の間隙は、ラビリンスシールにより非接触状態で封止されているため、低温時においてもシール部材に使用されるオイルの特性の影響を受けない。このため、低温時においても、中空ロータ４６とモータハウジング３８間の摩擦の抵抗を軽減することができる。従って、小さな力で中空ロータ４６を容易に回転させて、小さな加圧力で加圧ロッド９４を移動させることがでる。また、ラビリンスシール６４は非接触式であり、低温時の抵抗が小さいため、低温であっても低加圧時に誤判定を起こすことがない。このため、中空モータ回転機構部３９の制御に支障を生じる事態を防止することができ、低加圧でも安定性を有する。以上から、実施の形態に係る溶接ガンによると、常に加圧ロッド９４に対し安定した加圧力を提供することができ、温度変化により加圧ロッド９４が動かなくなるという事態が生じることを未然に防ぐことができる。

また、内側シール６７と外側シール６８との間の間隙６９に封入されているグリス７０は自己シール性を有しているため、例えば中空ロータ４６が高速回転した場合であっても、内側シール６７と外側シール６８との間の間隙６９において、グリス７０が間隙６９内から飛び散ることがなく間隙６９内において密着するようにしてこれを維持することができる。これにより、中空ロータ４６とモータハウジング３８とにより囲まれた中空モータ回転機構部３４へ水やゴミ等の異物が侵入することを長期間防ぐことができる。また、グリス７０は自己シール性を有することから、中空ロータ４６が回転することにより、内側シール６７と外側シール６８との間の間隙６９から流出し場合であっても、該流出箇所にシールを形成して間隙６９内に水や溶接スパッタ等の異物の侵入を防止することができる。かかるグリス７０としては、例えば、独自の粘着性を有し、シール性に優れており、回転により飛散が生じにくいことが好ましく、さらに、耐水性に優れ、大きな衝撃荷重にも耐えうる多目的極圧グリス等が好適である。かかるグリス７０としては、例えば、独自の粘着性を有し、シール性に優れており、回転により飛散が生じにくい特性を有するが好ましく、具体的には、耐水性に優れ、大きな衝撃荷重にも耐えうる多目的極圧グリス等が好適である。ここで、「ロータが回転してもグリスが飛び散らない」という場合に想定されるロータの回転数とは、溶接ガン１０の場合、例えば、３０００ｒｐｍ以下とすることができる。また、低加圧時の加圧ヘッドに対する加圧力として、例えば、例えば、１００ｋｇｆを想定してもよい。

また、本実施の形態では、中空ロータ４６の端部にボールネジ９０を装着して、中空ロータ４６を加圧ロッド９４に対して回転可能とする構成について説明したが、本発明はこれに限定されず、中空ロータの構成については、中空ロータが加圧ロッドに対して回転可能な構成となるならば、例えば、中空ロータの端部にナットを装着するなど、実装に応じて様々な構成が可能であることは明かである。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。例えば、上述の実施の形態では、溶接ガン１０を、固定された電極チップ３２に対して可動の電極チップ３０が直線状のストロークで移動し、固定電極チップ３２と可動電極チップ３０との間を開閉するＣ型溶接ガンとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、可動電極チップ３０を固定電極チップ３２に対して挟み込むようにして揺動させるＸ型溶接ガンとして構成してもよい。

１０溶接ガン
１２ロボットアーム
３０可動電極チップ
３２固定電極チップ
３４中空モータ回転機構部
３６ネジ機構
３８モータハウジング
４０ステータ
４２マグネット
４４中空部
４６中空ロータ
５４第１ベアリング
５６第２ベアリング
６０第３ベアリング
６４ラビリンスシール
６７内側シール
６８外側シール
６９間隙
７０グリス
９０ボールネジ
９４加圧ロッド

Claims

ハウジング内において回転自在に収容された中空ロータを備える中空モータ回転機構部と、
前記中空ロータの回転作用下において前記ハウジングから突出して移動する加圧ロッドとを備える溶接ガンにおいて、
前記溶接ガンは、
前記ハウジングの前記加圧ロッドの突出側端部において、前記ハウジングと前記中空ロータ間の間隙を封止する非接触式のラビリンスシールを備えたことを特徴とする溶接ガン。
前記ラビリンスシールは、
前記中空ロータ側に配置された波状の内側シールと、
前記内側シールと対向して配置され、前記内側シールの外側において非接触状態で前記ハウジング側に配置された外側シールとを備え、
前記内側シールと、前記外側シールとの間の間隙には、自己シール性を有するグリスが封入されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接ガン。