JP2011161455A - 溶接ガン - Google Patents

Abstract

【課題】ボールネジのリードを大きくし高負荷に耐えつつも、それを駆動するモータの小型化を図ることができる溶接ガンを提供すること。
【解決手段】サーボモータ１０を駆動源とする溶接ガンにおいて、可動電極チップ６２を進退させる中空ロッド４３と、中空ロッド４３に連結されたボールナット４２と、ボールナット４２と螺合するボールネジ４１と、を備え、サーボモータ１０の出力軸に遊星歯車減速機７０を取り付け、当該減速機の出力軸にボールネジ４１を取り付けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、溶接ガンに関する。詳しくは、駆動源である中空モータの出力軸とボールネジとの間に減速機を設けた溶接ガンに関する。

従来、モータによって駆動され当該モータ内に引き込まれる部位を有するロッドを備えた溶接ガンで、モータの回転軸を中空軸に形成し、当該回転軸にボールネジ軸端を固定し、当該ボールネジ軸と螺合するボールナットを前記ロッド端部に固定し、ロッド及びボールナットがモータの回転軸の内周部でも移動可能とされた溶接ガンが知られており、このような中空モータを用いた溶接ガンの小型軽量化手法として、ボールネジのリードを小さくすることでボールネジを小型化し、減速率を上げることにより小型モータで高い推力を得ていた。このような溶接ガンとしては、特許文献１に記載されたものが知られている。

特開２００１−２９３５７７号公報

しかしながら、減速率を上げるためにボールネジのリードを小さくすると、ボールネジに内蔵される剛球径が小さくなるため、高推力を受けることができないという問題点があった。そこで、ボールネジのリードを大きくすると、ボールネジに内蔵される剛球径を大きく出来、更に、ボールネジの溝の条数を増やすという手法を採れるため、高負荷対応性と小型化を両立したボールネジの製作が可能となる。

しかしながら、ボールネジのリードを大きくすると、それを駆動するモータに大きなトルクが必要となるためモータを大きくせざるを得ず、ボールネジの高負荷（高加圧）対応性とモータの小型化を両立させることができなかった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、中空モータの出力軸に減速機を取り付け、この減速機の出力軸にリードを大きくしたボールネジ取り付けることで、ボールネジのネジ条数を増やして高負荷（高加圧）に耐えうるボールネジを使用しつつも、減速機構を有することでボールネジを駆動するモータの小型化を図ることができ、高推力・小型化を両立させた溶接ガンを提供することを目的とする。

さらに、中空モータ、減速機及びボールネジを同軸上にレイアウトすることで、駆動ユニットをスリム化し、軽量化・小型化が可能となる溶接ガンを提供することを目的とする。

（１） 中空モータ（例えば、後述のサーボモータ１０）を駆動源とする溶接ガン（例えば、後述の電動式スポット溶接ガン１）において、電極チップ（例えば、後述の可動電極チップ６２）を進退させる加圧軸（例えば、後述の中空ロッド４３）と、前記加圧軸に連結されたボールナット（例えば、後述のボールナット４２）と、前記ボールナットと螺合するボールネジ（例えば、後述のボールネジ４１）と、を備え、前記中空モータの出力軸に減速機（例えば、後述の遊星歯車減速機７０、遊星歯車減速機８０）を取り付け、前記減速機の出力軸に前記ボールネジを取り付けたことを特徴とする溶接ガン。

（１）の発明によれば、中空モータの出力軸とボールネジとの間に減速機を取付けた。

これにより、モータトルクを減速機部分で増大することでボールネジに減速機の機能を持たせる必要がなくなり当該ボールネジのリードを大きくできるので、高負荷に耐えることが可能となる。

また、減速機を取り付けたことで減速比を確保できるので、中空モータを小さくしても高出力（高加圧）とすることができるため、溶接ガンの小型化を図ることができる。

（２） 前記中空モータ、前記減速機及び前記ボールネジを同軸上に設置したことを特徴とする（１）に記載の溶接ガン。

（２）の発明によれば、（１）の発明の効果に加えて、幅または奥行き方向における溶接ガンのコンパクト化を図ることができる。

本発明によれば、ボールネジのリードを大きくし高負荷に耐えつつも、それを駆動するモータの小型化を図ることができる溶接ガンを提供することができる。

ロボットアームの先端に取り付けられた状態の本発明の実施形態に係る電動式スポット溶接ガンを示す一部省略側面図である。 本発明の第１実施形態に係る電動式スポット溶接ガンの縦断面図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電動式スポット溶接ガンの縦断面図である。 図５におけるＣ−Ｃ断面図である。 図５におけるＤ−Ｄ断面図である。 図５におけるＥ−Ｅ断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、ロボットアーム１８０の先端に取り付けられた状態の本発明の実施形態に係る電動式スポット溶接ガン１を示す一部省略側面図である。
電動式スポット溶接ガン１は、ロボットアーム１８０の先端に設けられたガン支持部１９０に取付けられている。また、電動式スポット溶接ガン１には、溶接ガン制御装置１００が電気的に接続されている。また、電動式スポット溶接ガン１は、後述するように、固定電極チップ取付け部２１２により先端側（図１に示す矢印Ａ１側）で固定された固定電極チップ６１に対して可動電極チップ６２を矢印Ａ１又はＡ２方向に往復移動し、固定電極チップ６１と可動電極チップ６２との間を開閉するＣ型溶接ガンとして構成されている。

ガン支持部１９０は、ガン支持ブラケット１９１を備え、このガン支持ブラケット１９１は、上面板１９１ａと、この上面板１９１ａと平行して延在する下面板１９１ｂとを備えている。上面板１９１ａと下面板１９１ｂとの間には、ガイドバー１９２が橋架されている。

ガイドバー１９２には、このガイドバー１９２の軸方向に摺動自在で、かつ、上面板１９１ａ及び下面板１９１ｂに平行な板体１９３が嵌合している。板体１９３の上部には、ロボットアーム１８０に近接した側に筐体状の支持体１９４が配設され、上面板１９１ａと支持体１９４との間には、ガイドバー１９２に巻回された第１のコイルスプリング１９５が介装されている。同様に、下面板１９１ｂと板体１９３との間には、ガイドバー１９２に巻回された第２のコイルスプリング１９６が介装されている。

また、板体１９３は、ロボットアーム１８０から離間した側で電動式スポット溶接ガン１を固着保持する。
電動式スポット溶接ガン１は、ロボットアーム１８０及びガン支持部１９０の動作により、被溶接部材であるワークＷ１、２が固定電極チップ６１と可動電極チップ６２との間に位置するように配置される。そして、電動式スポット溶接ガン１は、溶接ガン制御装置１００の制御により、固定電極チップ６１に対して可動電極チップ６２を矢印Ａ１側に移動させ、ワークＷ１、２を互いに溶接する。

次に、電動式スポット溶接ガン１の構成について説明する。
図２は、本発明の第１実施形態に係る電動式スポット溶接ガン１の縦断面図である。

以下、電動式スポット溶接ガン１の各構成を説明する。
電動式スポット溶接ガン１は、モータハウジング２０、モータ３０及び中空エンコーダ５０を有するサーボモータ１０と、送りねじ機構４０と、電極チップ６０と、遊星歯車減速機７０と、を備える。
遊星歯車減速機７０は、サーボモータ１０の基端側（図２に示す矢印Ａ２側）でサーボモータ１０に連結されている。
送りねじ機構４０は、送りねじ機構４０の基端側（図２に示す矢印Ａ２側）で遊星歯車減速機７０に連結されている。
電極チップ６０は、送りねじ機構４０の先端側（図２に示す矢印Ａ１側）に設けられている。

サーボモータ１０は、電動式スポット溶接ガン１の本体を形成し、送りねじ機構４０の一部を収容するモータハウジング２０と、モータハウジング２０に収容され、溶接ガン制御装置１００（図１参照）から供給された電力により、中空ロータ３１を回転駆動するモータ３０と、を備える。

モータハウジング２０は、送りねじ機構４０の先端側（図２に示す矢印Ａ１側）を支持するケーシング２１と、ケーシング２１の基端側（図２に示す矢印Ａ２側）に連結され、モータ３０を収容するモータカバー２２と、を備える。

ケーシング２１は、ロボットアーム１８０（図１参照）の先端に設けられたガン支持部１９０（図１参照）の板体１９３に固着保持されている。
また、ケーシング２１は、送りねじ機構４０の中空ロッド４３の先端側（図２に示す矢印Ａ１側）を往復移動可能に支持するロッド支持部２１０を有する。中空ロッド４３の一部は、このロッド支持部２１０と摺接するとともに、ロッド支持部２１０を貫通して、モータハウジング２０を出入りする。
ロッド支持部２１０には、中空ロッド４３が貫通するロッド支持部中空部２１１が形成されている。ロッド支持部２１０には、ロッド支持部中空部２１１を形成する内壁に、中空ロッド４３が往復移動する方向に延びる複数のスプライン溝２１０ａが形成されている。このスプライン溝２１０ａは、後述する中空ロッド４３に形成されたスプライン４３２ａと往復移動可能に係合する。これにより、中空ロッド４３はサーボモータ１０に対して回転せずに往復移動する。

また、ケーシング２１には、中空ロッド４３の一部を往復移動可能に収容するケーシング中空部２１ａが形成されている。

モータカバー２２は、ケーシング２１の基端部（図２に示す矢印Ａ２方向）の端部に接続され、ベアリング２２１を介してモータ３０の中空ロータ３１を回転可能に保持する。
また、モータカバー２２は、アンギュラベアリング２２２を介して後述するボールネジ４１のネジ軸４１ａを回転可能に保持する。

モータ３０は、筒状に形成された中空ロータ３１と、中空ロータ３１の外周に固着された環状のマグネット３２と、このマグネット３２に対向する位置に配置された環状のコイル３３と、を備える。すなわち、モータ３０は、中空ロータ３１を中心として、この中空ロータ３１の外周にマグネット３２が配置され、このマグネット３２の外周に対向するようにコイル３３が配置されて、モータカバー２２に収容されている。

中空ロータ３１は、先端（図２に示す矢印Ａ１側）が開放された筒状体に形成され、基端（図２に示す矢印Ａ２側）が遊星歯車減速機７０の後述するサンギア７１と一体に形成されている。さらに、中空ロータ３１には、ロータ中空部３１ａが形成されており、このロータ中空部３１ａは、送りねじ機構４０の中空ロッド４３の一部を往復移動可能に収容する。ロータ中空部３１ａは、ケーシング２１のケーシング中空部２１ａと連続的に繋がり一体となって、モータハウジング中空部２５を形成する。すなわち、中空ロッド４３の一部は、このモータハウジング中空部２５において往復移動する。

コイル３３は、溶接ガン制御装置１００（図１参照）から供給された電流により通電されることで磁界を発生する。中空ロータ３１は、このコイル３３が発生した磁界と中空ロータ３１に固着されたマグネット３２の磁界との作用により、供給された電流の極性に対応した方向及び電力に対応した速度で回転する。

ここで、図２とともに図３及び図４を参照して遊星歯車減速機７０の構成について説明する。
図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。
図４は、図２におけるＢ−Ｂ断面図である。

遊星歯車減速機７０は、中空ロータ３１と連結して形成されたサンギア７１、プラネットギア７２、リングギア７３及びキャリア７４とからなり、サンギア７１は、プラネットギア７２に噛合し、プラネットギア７２は、サンギア７１とリングギア７３とに噛合している。
リングギア７３は、内周面においてプラネットギア７２と噛合しており、外周面がモータカバー２２に固定されている。
プラネットギア７２は、軸７２ａを介してキャリア７４に連結されている。また、キャリア７４は、その中心部で後述するボールネジ４１のネジ軸４１ａに連結されている。

中空ロータ３１が回転すると、中空ロータ３１の回転に伴いサンギア７１が回転する。プラネットギア７２は、サンギア７１の回転に伴い、軸７２ａを中心軸としてサンギア７１の回転方向と反対方向に回転（自転）するとともに、サンギア７１の回転軸を中心軸としてサンギア７１の周囲を、サンギア７１の回転方向と同方向に回転（公転）する。

さらに、プラネットギア７２の公転に伴い、軸７２ａを介してキャリア７４がサンギア７１の回転方向と同方向に回転する。
これにより、ネジ軸４１ａがサンギア７１の回転方向と同方向に回転し、ボールネジ４１が回転する。
このように、遊星歯車減速機７０を設けることで、サンギア７１の回転速度が遊星歯車減速機７０の所定の減速比に応じて減速され、キャリア７４はこの減速された回転速度で回転する。したがって、中空ロータ３１の回転力（トルク）が遊星歯車減速機７０の所定の減速比に応じて増大され、この増大された回転力によりボールネジ４１が回転する。

図２に戻って、送りねじ機構４０は、ボールネジ４１と、このボールネジ４１に螺合するボールナット４２と、このボールナット４２に固定された中空ロッド４３と、を備える。
ボールネジ４１は、基端（図２に示す矢印Ａ２側）にネジ軸４１ａを有しており、このネジ軸４１ａは、遊星歯車減速機７０のキャリア７４に連結されている。
これにより、ボールネジ４１は、中空ロータ３１の回転に伴い遊星歯車減速機７０を介して回転する。この際に、中空ロータ３１の回転力（トルク）が遊星歯車減速機７０の所定の減速比に応じて増大され、この増大された回転力によりボールネジ４１が回転する。
ボールナット４２は、ボールネジ４１の回転に伴い、このボールネジ４１の軸方向に、往復移動する。中空ロッド４３は、ボールナット４２の往復移動に伴い往復移動する。
なお、サーボモータ１０、遊星歯車減速機７０及びボールネジ４１は、ネジ軸４１ａを中心軸とする同軸上に設置されている。

なお、ボールネジ４１は、モータハウジング中空部２５の略中心で延びている。
また、ボールナット４２は、ロータ中空部３１ａの直径に対して僅かに小さい直径で形成され、中空ロッド４３が固定される中空ロッド取付部４２１を有する。

中空ロッド４３は、中空ロッド取付部４２１と略同一の直径で形成され、この中空ロッド取付部４２１に連結される中空ロッド基端部４３１と、この中空ロッド基端部４３１から延びてケーシング２１のロッド支持部２１０を摺接するとともにロッド支持部２１０を貫通し、外部に突出する軸部４３２と、この軸部４３２の先端（図２に示す矢印Ａ１側端部）に設けられ電極チップ６０の可動電極チップ６２が取付けられる可動電極チップ取付け部４３３と、を備える。
このように、送りねじ機構４０は、中空ロッド取付部４２１及び中空ロッド基端部４３１がロータ中空部３１ａの直径に対して僅かに小さい直径で形成されている。

軸部４３２には、内部においてボールネジ４１が延びるロッド中空部４３ａが形成されている。また、軸部４３２には、ロッド支持部２１０と摺接する部分に、ロッド支持部中空部２１１を形成する内壁に形成された複数のスプライン溝２１０ａと係合するスプライン４３２ａが形成されている。
このように、スプライン４３２ａがスプライン溝２１０ａとは、互いに係合している。これにより、中空ロッド４３は、ボールネジ４１の回転に伴い回転せずに、軸部４３２の軸方向に往復移動する。

中空エンコーダ５０は、互いに対向する固定部分及び回転部分により構成され、固定部分はモータカバー２２に、回転部分は中空ロータ３１にそれぞれ接続されている。中空エンコーダ５０は、中空ロータ３１の回転角度を検出する。

電極チップ６０は、ワークＷ１及びＷ２を挟持して溶接する一対の電極チップであり、固定電極チップ６１及び可動電極チップ６２を備える。
固定電極チップ６１は、ケーシング２１から延びる固定電極チップ取付け部２１２（図１参照）に着脱自在に取付けられている。
可動電極チップ６２は、中空ロッド４３の可動電極チップ取付け部４３３に着脱自在に取付けられ、中空ロッド４３の往復移動により固定電極チップ６１に対して開閉動作する。

ここで、電動式スポット溶接ガン１の動作について説明する。
電動式スポット溶接ガン１は、溶接ガン制御装置１００（図１参照）からモータ３０のコイル３３に電流が供給されると、中空ロータ３１が所定方向に回転する。この中空ロータ３１の回転に伴い遊星歯車減速機７０を介して送りねじ機構４０のボールネジ４１も回転する。このとき、中空ロータ３１の回転速度が遊星歯車減速機７０の所定の減速比で減速されることで中空ロータ３１の回転力（トルク）が増大され、増大された回転力によりボールネジ４１が回転する。ボールネジ４１の回転に伴いボールナット４２及び中空ロッド４３がボールネジ４１の先端側（図２に示す矢印Ａ１側）に移動する。これにより、中空ロッド４３の先端に取付けられた可動電極チップ６２が固定電極チップ６１に対して閉動作し、ワークＷ１、２が加圧保持される。この状態で、固定電極チップ６１と可動電極チップ６２との間に大電流が供給され、ワークＷ１、２がスポット溶接される。

次に、本発明の第２実施形態に係る電動式スポット溶接ガン１について説明する。
図５は、本発明の第２実施形態に係る電動式スポット溶接ガン１の縦断面図である。
図６は、図５におけるＣ−Ｃ断面図である。
図７は、図５におけるＤ−Ｄ断面図である。
図８は、図５におけるＥ−Ｅ断面図である。

図５に示すように、第２実施形態では、第１実施形態での遊星歯車減速機７０に換えて、遊星歯車減速機８０を採用している。よって、第２実施形態では、遊星歯車減速機８０以外は前記第１実施形態とその構成が実質的に同一なので図面に同一符号を付してその説明を省略する。

遊星歯車減速機８０は、中空ロータ３１と連結して形成されたサンギア８１、プラネットギア８２，８３、リングギア８４及びキャリア８５とからなり、サンギア８１は、プラネットギア８２に噛合し、プラネットギア８３は、リングギア８４に噛合している。
プラネットギア８２，８３は、互いに軸８２ａに連結されることにより一体となっている。さらに、軸８２ａは、モータカバー２２によりベアリング２２３を介して回転可能に保持されている。プラネットギア８２，８３の回転は軸８２ａを中心とした自転であり、サンギア８１の周囲を公転することはない。これにより、プラネットギア８２，８３は、回転方向及び回転速度が同一となる。
リングギア８４は、前述のとおりその内周面においてプラネットギア８３と噛合しているとともに、キャリア８５に連結され一体として形成されている。また、キャリア８５は、その中心部でボールネジ４１のネジ軸４１ａに連結されている。

中空ロータ３１が回転すると、中空ロータ３１の回転に伴いサンギア８１が回転する。プラネットギア８２，８３は、サンギア８１の回転に伴い、軸８２ａを中心軸としてサンギア８１の回転方向と反対方向に回転（自転）する。

さらに、プラネットギア８３の回転に伴い、キャリア８５がサンギア８１の回転方向と反対方向に回転する。
これにより、ネジ軸４１ａがサンギア８１の回転方向と反対方向に回転し、ボールネジ４１が回転する。
なお、サンギア８１の径よりリングギア８４の径が大きい、また、プラネットギア８２，８３は軸８２ａを介して一体となっており、かつ、同径である。よって、サンギア８１の回転速度が遊星歯車減速機８０の所定の減速比に応じて減速され、キャリア８５はこの減速された回転速度で回転するので、中空ロータ３１の回転力（トルク）が増大されてボールネジ４１に伝わることになる。

ボールネジ４１は、基端（図２に示す矢印Ａ２側）にネジ軸４１ａを有しており、このネジ軸４１ａは、遊星歯車減速機８０のキャリア８５に連結されている。
これにより、ボールネジ４１は、中空ロータ３１の回転に伴い遊星歯車減速機８０を介して回転する。この際に、中空ロータ３１の回転力（トルク）が遊星歯車減速機８０の所定の減速比に応じて増大され、この増大された回転力によりボールネジ４１が回転する。
なお、サーボモータ１０、遊星歯車減速機７０及びボールネジ４１は、ネジ軸４１ａを中心軸とする同軸上に設置されている。

第１実施形態及び第２実施形態によれば、以下のような作用効果がある。

（１）第１実施形態及び第２実施形態によれば、サーボモータ１０の出力軸とボールネジ４１との間に遊星歯車減速機７０（遊星歯車減速機８０）を取付けた。
これにより、モータトルクを遊星歯車減速機７０（遊星歯車減速機８０）部分で増大することでボールネジ４１に減速機の機能を持たせる必要がなくなりボールネジ４１のリードを大きくできるので、高負荷に耐えることが可能となる。

また、遊星歯車減速機７０（遊星歯車減速機８０）を取り付けたことで減速比を確保できるので、サーボモータ１０を小さくしても高出力（高加圧）とすることができるため、電動式スポット溶接ガン１の小型化を図ることができる。

（２）第１実施形態及び第２実施形態によれば、サーボモータ１０、遊星歯車減速機７０（遊星歯車減速機８０）及びボールネジ４１を同軸上に設置した。

これにより、上記（１）の効果に加えて、幅または奥行き方向における電動式スポット溶接ガン１のコンパクト化を図ることができる。

なお、本発明は前記第１実施形態及び第２実施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。

上記第１実施形態では、遊星歯車減速機７０のプラネットギア７２の数が４個の場合を例にして説明したが、これに限るものではなく、５個以上、３個、２個、１個でもよい。

上記第２実施形態では、遊星歯車減速機８０のプラネットギア８２，８３の数が３つの場合を例にして説明したが、これに限るものではなく、４個以上、２個、１個でもよい。

上記第１実施形態及び第２実施形態では、駆動源としてサーボモータを採用したものについて説明したが、これに限るものではなく、ステッピングモータ、インバータモータ、リラクタンスモータ等の適宜のモータを採用してもよい。

１ 電動式スポット溶接ガン
１０ サーボモータ
４１ ボールネジ
４２ ボールナット
４３ 中空ロッド
６２ 可動電極チップ
７０ 遊星歯車減速機
８０ 遊星歯車減速機

Claims (2)

1. 中空モータを駆動源とする溶接ガンにおいて、
   電極チップを進退させる加圧軸と、
   前記加圧軸に連結されたボールナットと、
   前記ボールナットと螺合するボールネジと、を備え、
   前記中空モータの出力軸に減速機を取り付け、
   前記減速機の出力軸に前記ボールネジを取り付けたことを特徴とする溶接ガン。
2. 前記中空モータ、前記減速機及び前記ボールネジを同軸上に設置したことを特徴とする請求項１に記載の溶接ガン。

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