JP2017221975A - 抵抗溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続的なモニタリングを実施する抵抗溶接装置を提供する。【解決手段】一対のジョー（４、５）は電流によって交差しうるそれぞれの電極（４ａ、5ａ）を支持し、非活動状態で前記電極（４ａ、5ａ）は相互に離間しており、活動状態で前記電極（４ａ、5ａ）は様々な種類の要素を挟んで溶接するように相互に近づいていて電流によって交差する。移動させる手段は一つの前記ジョー（４）に関連する機構（６）の駆動ユニットを備える。装置は、前記機構（６）の要素に関連して、前記挟んだ状態下の前記要素により生成された拘束反応を検出する力センサ（７）を備え、前記力センサ（７）は前記機構（６）の要素に関連して、前記挟んだ状態での前記要素から起こる拘束反応を検出し、前記拘束反応は前記電極（４ａ、5ａ）の把持力に直接的に関連していることを特徴とする抵抗溶接装置。【選択図】図４

Description

本発明は、抵抗溶接装置に関する。

溶接などの多くの工業的活動が自動化されている。実際にこのような自動化は製造工程の再現性を高め、人件費を著しく削減することが可能となり、操作者の安全を危険にさらす可能性のある工程への作業者の関与を避けることも可能となる。

このような状況において、関節ロボットが広く普及している。このような関節ロボットは、銃を備える抵抗溶接装置として用いられており、銃は、ジョーの端部において溶接用の一対の電極を有している。

近年、上記にて概説したシステムにおいて、溶接箇所の周辺を把持する閉鎖力(トルク)は溶接の品質に大きく影響することから、このような閉鎖力の値の連続的なモニタリングを確実に行うための解決策への要望が増している。

従来の方法によれば、校正ステーションが配置されたロボット化されたアイランドが知られている。ロボットは校正ステーションに定期的に戻り、閉鎖力の検査及び選択的に再校正が行われる。

このような発展的な解決案は、それらの望ましさを大きく制限する２つの問題があるため、現在では適切ではない。

まず第一に、ステーションへ行って校正を実施するためには、ロボットは必ず一時的に溶接作業を中断する必要があり、生産性の望ましくない低下を招く。

さらに、これらの解決案は、実際の連続的モニタリングを提供するものではなく、閉鎖力の状態の検査を一時的に実施するものである（連続的なモニタリングに近づけるために、単位時間あたりの検査回数を増やすと、システムの生産性を損なう）という点は注意されるべきである。

よく知られているように、電流の値が分かっている場合、「トルク定数」として知られているパラメータを用いて所望のトルク値を得ることが可能であるため、モーターに供給される定格電流を制御するという、さらに進んだ発展的な解決案が広く普及している。

しかしながら、これらの発展的な解決案でさえ、欠点がないわけではない。

実際には、閉鎖力またはトルクとは無関係に、トルク定数に影響を与え、変化させるいくつの要因（例えば、環境の温度及び湿度、モーターまたは潤滑油の温度）が存在する。

この分野で行われた試験では、同一に供給された定格電流に対して、モータートルク値の１５％の変動でさえも確認することが可能であることが強調されている。したがって、この制御モードは、十分に信頼性があるとはいえない。

本発明の狙いは、溶接パラメータを十分な連続的なモニタリングを実施する抵抗溶接装置を提供することによって、上述問題を解決することである。

この狙いにおいて、本発明の一つの目的は、溶接パラメータのモニタリングが外的なパラメータに影響されることがない抵抗溶接装置を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、作業中に高信頼性を確保する抵抗溶接装置を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、従来のタイプの装置を代替する技術的で構造的な構成を適用する装置を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、適度なコストを有して、適用において安全であり、一般的に市販されている要素及び材料から簡単に手に入れられる抵抗溶接装置を提供することである。

この狙いと、以下でより明らかになるこれら及び他の目的は、抵抗溶接装置によって遂げられる。当該抵抗溶接装置は、非活動状態から活動状態に移行する、または活動状態から非活動状態に移行するように一対のジョーを相互に移動させる手段を備え、前記一対のジョーは電流によって交差しうるそれぞれの電極を支持し、前記非活動状態で前記電極は相互に離間しており、前記活動状態で前記電極は様々な種類の要素を挟んで溶接するように相互に近づいていて電流によって交差する。前記移動させる手段は一つの前記ジョーに関連する機構の駆動ユニットを備える。前記抵抗溶接装置において、機構の要素に関連して、前記挟んだ状態下の前記要素により生成された拘束反応を検出する力センサを備え、前記拘束反応は前記電極の把持力に直接的に関連していることを特徴とする。

本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面に非限定的な例として示された、本発明による抵抗溶接装置の好ましいが限定的でない実施例の説明からより明らかになるであろう。

本発明による溶接装置の斜視図である。 図１における装置の側面図である。 図１における装置の正面図である。 図３における装置のIII-III線による断面図である。 図４の詳細の拡大図である。

図面を参照すると、参照符号１は抵抗溶接装置を一般的に示し、当該抵抗溶接装置は関節ロボットによって有効に利用されることができ、例えば、装置１のケース３から上に突き出る連結器２によってロボットのアームに固定することによって利用される。

関節ロボットに関連する、あるいは動きの可能性を伴うあらゆる場合における上述の用途をまずは特定することが有益であり、上述用途は、本発明の好ましいが限定的でない用途を構成する。装置１は、特許請求の保護範囲を放棄することなく、産業的及び非産業的なものも含めて、異なる態様及び様々な状況において、効果的に利用することができる。

装置１は一対のジョー４、５を相互に移動させる手段を備え、一対のジョー４、５は電流が流れるそれぞれの電極４ａ、5ａを支持する。

ジョー４、５の相互的な動きは、非活動状態から活動状態に移行させ、または活動状態から非活動状態に移行させることができる。

非活動状態において、電極４ａ、5ａは相互に離間して、典型的には非活動状態に保持するために電流によって交差しない。

活動状態において、電極４ａ、5ａは、相互に近づく（ほぼ相互に接触する）ように移動されて、電極４ａ、5ａを通して電流が流れる。従来の方法によると、事前に電極４ａ、5ａの間に配置された様々な種類の要素を把持しながら溶接することができる。

移動させる手段は一つのジョー４に関連する機構６の駆動ユニットを備える。ジョー４、５の相互的な移動は、移動可能のジョー４を、固定状態が維持されるもう一つのジョー５に対して近づくまたは離れるように移動させることによって得られる。

本発明によると、装置１は、機構６の要素に関連して、（少なくとも）挟んだ状態下の要素により生成された拘束反応を検出する力センサ７を備える。この反応は電極４ａ、5ａの把持力に直接的に関連しており、拘束反応の測定により、把持力が分かるようになる。

実際に、言い換えると、機構６に沿ってセンサ７を配置する選択は、関心のある把持動作により実際に生成されて伝達された拘束反応を検出するによって、直接な溶接パラメータ（特に溶接力またはトルク）のモニタリングを可能とする。

特に、本発明の適用の非限定的な例として添付図面に示された好ましい発展的な解決案は、機構６は、駆動ユニットによって直接的にまたは間接的に作動されて、間接的にレバー９に連結するように配置された歯車装置８を備える。

次に、レバー９は、上述した２つの状態の間でジョー４を回転させるように、ジョー４に関連して固定軸１０に連結されている。

歯車装置８はねじ１１と要素１２とを備え、ねじ１１は、駆動ユニットによって当該ねじ１１の長手方向軸に対して間接的に回転され、要素１２は、ねじ１１と相補的に形成されて、レバー９と機能的に関連する。特許請求の保護範囲を放棄することなく、要素１２は、様々な種類のものとすることができ、様々な方式でねじ１１と噛み合わせることができる。

好適で排他的でない発展的な解決案では、軸上の拘束反応は、ねじ１１によって把持した状態にて生じ、続いて上述要素を構成して、センサ７により検出される。

本文の記載は、機構６との異なる要素により生成された他の拘束反応に使われるセンサ７を用いることによる検出について理解するのにあらゆる状況で有用であるが、それは限定的ではなく、特許請求の保護範囲を放棄するわけでもない。

特に、歯車装置８は（好ましいが限定でなく）ボールねじにより構成され、さらに、ボールねじはねじ１１と要素１２を備え、要素１２はナットである。

好ましくて限定的でない発展的な解決案をさらに参照すると、装置１は固定枠を備え、その固定枠は対応の軸受組立体１３を用いることによって、選択的間接で回転自在にねじ１１を支持する。

軸受組立体１３は、少なくとも一つの第１軸受１４と少なくとも一つの推力軸受１５とを備える。したがって、第１方向（非活動状態で生じた圧力応力に対応する）に向かう軸方向の推力及び拘束反応を、推力軸受１５に加えることができる。一方、第１軸受１４は推力軸受の機能を有さず、軸荷重を支えないように選ばれている。そして、第１軸受１４は挟んだ状態により生成された拘束反応を原因とするねじ１１の軸方向変位量を与え、したがって、拘束反応は力センサ７を用いることによって結果的に検出されることができる。力センサ７は実際には軸方向変位量によって定義されたねじ１１の作動軌道に沿って配置される（そのため、ねじ１１の軸に沿って配置される）。

実際に、言い換えると、軸受組立体１３は（相対に置かれた電極に限って）電極４ａ、5ａの閉止により生じた拘束反応を補償または提供することができず、ねじ１１は力をセンサ７に有効に伝え、センサ７は目的を達成するためにその力を測定する。

添付図面に単に例示としての目的で描かれた好ましい発展的な解決案において、第１軸受１４は円筒ころ軸受であり、その場合に、推力軸受１５は円錐ころ軸受である。

上述の動作を実現できれば（特に活動状態により生成された拘束反応の結果としての小さな軸方向変位量を生じる動作が行えれば）、本発明の保護範囲が異なるタイプの軸受にまで及ぶと考えることついて、本文の記載はそれを理解するのにあらゆる状況で有用である。

さらに、上述狙いと目的に適したあらゆる状況で、本発明の保護範囲は、すでに言及したタイプ（それぞれは円筒ころ軸受と円錐ころ軸受）または他のタイプである２つ以上の第１軸受１４及び／または２つ以上の推力軸受１５を備える軸受組立体１３まで及ぶ。

添付図面に示される解決策において、第１軸受１４及び推力軸受１５は、枠に固定されている閉じ込めケーシング１６に収納されている（すなわち、外部ケーシング３及び互いに一体化された他の部材を備える装置１の剛性構造に固定されている）ことは注意すべきである。

実際に、ねじ１１は片持ち梁のようにケーシング１６から突き出ている。

さらに具体的に述べると、異なる実施的な選択は排除されておらず、センサ７は歪みゲージとロードセルとから選ばれて、様々な既知の使用態様に基づいて使用される。

さらに、センサ７は、軸方向に向いており、レバー９とは逆側に位置するねじ１１の第１端１１ａの近傍に位置しており、まさしく拘束反応を原因とするねじ１１の軸方向変位量を検出することによって電極４ａ、5ａの把持力をモニタリングするために用いられる。

信号増幅基板がセンサ７の近傍に配置されることが好ましい。

有効に、ねじ１１の第１端１１ａは軸方向玉軸受１７に結合し、軸方向玉軸受１７は対応する支持ディスク１８に載置されており、支持ディスク１８は軸方向に摺動自在である。

このように、軸方向軸受１７はねじ１１の拘束反応を順次にディスク１８に伝達し、ディスク１８は回転せずに（そうでなければセンサ7によりディスク１８を有効に検出することができない）ディスク１８の小さな軸方向移動のみが行われる。センサ７がディスク１８の軸方向摺動を測定する。

ディスク１８を自由に軸方向移動させることを可能とするために、そのディスクは摺動自在に２つの案内ピンの間の中央に置かれている。

さらに、センサ７とディスク１８の間にはセンタリング板１９が配置される（センタリング板１９は、便宜上図５のみに示されており、実質的にセンサ７に接触している）。

センタリング板１９は、センサ７に対する軸方向以外の力による影響を取り除き、これにより、いかなる測定に対する干渉が避けられる。

好都合に、装置１はセンサ７の軸方向の位置を調整するような組立体２０を備え、組立体２０は正確な設置及び様々な動作に対する補償を行うために用いられる。

添付図面（図４と、特に図５と）に例示の方式によって描かれる解決案において、調整組立体２０はセンサ７の支持板２１を備え、支持板２１は、センサ７に対してディスク１８とは反対側に配置される。

支持板２１は、細かいピッチを有する調整グラブねじ２２（便宜上図５のみに示されている）を用いることによって所望の軸方向の位置に到着するまでに軸方向に移動可能であり、径方向止め用グラブねじ２３（図５を参照）によってロックされる。半径方向止め用グラブねじ２３は、一般的には銅系軸受のタイプである。

明らかなように、センサ７が最適な検出を行うために、調整グラブねじ２２による支持板２１の軸方向移動は、センサ７をディスク１８及びセンタリング板１９に適切に押しつけさせる。

実用的には、駆動ユニットは電気モーターを備え、当該電気モーターはブラシレスモーターのタイプであることが好ましく、駆動ユニットは、モーターの出力軸及び滑車２４に巻き付けられているベルトを用いることによってねじ１１に連結され、滑車２４はねじ１１と同軸で一体化されている。

本発明による装置の動作は以下の通りである。

電極４ａ、5ａが活動状態に配置されて相互に２つ以上の部材を挟んでいるとき、電極４ａ、5ａに電流を供給することによって、溶接を行うことができる。

非活動状態から活動状態に、または活動状態から非活動状態におけるジョー４、５の相互な移動は、適合な機構６を用いることによって得られる。完全に特別で革新な方法によって、装置１に示されたように、センサ７は直接的に機構６と（特にねじ１１と）関連で動作するので、センサ７は活動状態における電極４ａ、5ａに生じた力（またはトルク）を直接的に検出する。

さらに具体的にいうと、ジョー４の移動はベルト及び滑車２４用いることで駆動ユニット（電気モーター）により行われて、（ころボールねじである）ねじ１１を回し、同時に、ジョー５は固定状態が保たれている。ねじ１１は、レバー９に順次に関連する要素１２（ナットであることが好ましい）に係合し、固定軸１０の周りにおけるレバー９の回転はジョー４の移動をもたらす。

活動状態において、測定中に関心のある溶接パラメータ、例えば挟持の力またはトルクは、確実にその挟持の結果として機構６の様々な要素により生成された拘束反応に直接的に相互に関連し、特にねじ１１により生成された軸方向の拘束反応に直接的に相互に関連する。

上述拘束反応によってねじ１１により生成された小さな軸方向変位と対照をなすものではない軸受組立体１３を利用するという選択によって、センサ７により把持力を検出することもでき、したがって、その反応を検出することができる。そのセンサ７は、ねじ１１の動作軌道に沿って配置される（より精密に述べると、第１端１１ａに向けて第１端１１ａの近傍に配置されている）。

センサ７などの静的要素を用いることによって、回転中のねじ１１により生成された軸方向変位量を検出することを可能とするために、軸方向軸受１７及び支持ディスク１８はそのセンサとねじ１１との間に有効に配置される。

さらに、すでにした記載のように、装置１は有用に調整組立体２０を備える。調整グラブねじ２２の作用及び支持板２１によって、存在している動作を取り除いてセンサ７の正確な設置を行うことができる。これらが一旦終わったら、続いてセンサ７は銅製先端を有する２つの径方向止め用グラブねじ２３によって完全にロックされ、その銅製先端はねじ外し防止要素として用いられることで、センサ７の正確な設置が行われないことを防止する。

そして、装置１は(活動状態において)溶接している時に連続に把持力を読み取ることができる。

ねじ１１に軸合わせるように配置された力センサ７は軸方向圧縮応力によって生じた力を直接的に読み取り、したがって、実施された測定はシステムの剛性と無関係であって、可動ジョー４の閉鎖力に直接的に関連している。

従来のタイプの解決策と違って、測定が読み取りの品質を下げうる外部パラメータ（大気や他のファクター）によって影響されることがない。

このような状況において、センサ７は、溶接区域から遮蔽されて保護される位置でケーシング３の内部に配置されることも注意されるべきである（外部パラメータと無関係であることをさらに確保するために）。

さらに、センサ７のために選択された位置は配線に非常に実用的で便利である。

実際に、本発明に基づく措置は狙い及び目的を完全に達成することがすでに知られた。これは、機構の要素に関連する力センサを利用すれば、挟持状態においてその要素により生成された拘束反応及び電極の把持力が検出され、したがって、溶接パラメータの有効な連続的なモニタリングが実現されるからである。

考え出された本発明は簡単に様々な変更及び変形を行うことができ、すべての変更及び変形が特許請求の範囲に含まれる。すべての具体的な内容は、他の技術的に均等な要素に代替されることが可能である。

示された例示的な実施例において、ある実施例について提供された各特徴は、他の実施例における異なる特徴と交換することが可能である。

実際に、この分野のニーズ及び状況に基づいていかなる材質や寸法を採用ことが可能である。

Claims (10)

1. 非活動状態から活動状態に移行する、または活動状態から非活動状態に移行するように一対のジョー（４、５）を相互に移動させる手段を備え、前記一対のジョー（４、５）は電流によって交差しうるそれぞれの電極（４ａ、5ａ）を支持し、前記非活動状態で前記電極（４ａ、5ａ）は相互に離間しており、前記活動状態で前記電極（４ａ、5ａ）は様々な種類の要素を挟んで溶接するように相互に近づいていて電流によって交差し、前記移動させる手段は一つの前記ジョー（４）に関連する機構（６）の駆動ユニットを備える抵抗溶接装置において、前記機構（６）の要素に関連して、前記挟んだ状態下の要素により生成された拘束反応を検出する力センサ（７）を備え、前記力センサ（７）は前記機構（６）の要素に関連して、前記挟んだ状態での前記要素から起こる拘束反応を検出し、前記拘束反応は前記電極（４ａ、5ａ）の把持力に直接的に関連していることを特徴とする抵抗溶接装置。
2. 前記機構（６）は、前記駆動ユニットによって作動され、間接的にレバー（９）に連結された歯車装置（８）を備え、前記レバー（９）は、前記活動状態及び非活動状態の間に前記ジョー（４）を回転させるように、一つの前記ジョー（４）に関連して固定軸（１０）に連結されており、前記歯車装置（８）はねじ（１１）と要素（１２）とを備え、前記ねじ（１１）は前記ユニットによって当該ねじ（１１）の長手方向軸に対して間接的に回転され、前記要素（１２）は前記ねじ（１１）と相補的に形成されて前記レバー（９）と機能的に関連し、前記ねじ（１１）によって前記挟んだ状態により生成された前記軸上の拘束反応は前記センサ（７）により検出され、前記要素は前記ねじ（１１）を備えることを特徴とする請求項１に記載の抵抗溶接装置。
3. 軸受組立体（１３）を用いることによって間接的に回転自在に前記ねじ（１１）を支持する固定枠を備え、前記軸受組立体（１３）は、前記挟んだ状態により生成された前記拘束反応に起因する前記ねじ（１１）の軸方向変位量と、前記力センサ（７）を用いることによる前記拘束反応の検出結果を与えるために、少なくとも一つの第１軸受（１４）と少なくとも一つの推力軸受（１５）とを備え、前記力センサ（７）は前記軸方向変位量によって定義された前記ねじ（１１）の作動軌道に沿って配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の抵抗溶接装置。
4. 前記力センサ（７）は、歪みゲージとロードセルとから選ばれて、軸方向に向いており、レバー（９）とは逆側に位置する前記ねじ（１１）の第１端（１１ａ）の近傍に位置しており、前記拘束反応に起因する前記ねじ（１１）の軸方向変位量を検出する手段によって前記電極（４ａ、5ａ）の把持力をモニタリングするために用いられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の抵抗溶接装置。
5. 前記ねじ（１１）の前記第１端（１１ａ）は軸方向玉軸受（１７）に結合し、前記軸方向玉軸受（１７）は支持ディスク（１８）に載置されており、前記支持ディスク（１８）は軸方向に摺動自在であり、前記ディスク（１８）の軸方向摺動は前記センサ（７）に測定されることを特徴とする請求項４に記載の抵抗溶接装置。
6. センタリング板（１９）は前記センサ（７）と前記ディスク（１８）の間に配置されることを特徴とする請求項５に記載の抵抗溶接装置。
7. 前記センサ（７）の軸方向の位置を調整するような組立体（２０）を備え、前記組立体（２０）は正確な設置及び様々な動作に対する補償を行うために用いられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の抵抗溶接装置。
8. 前記調整組立体（２０）は前記センサ（７）の支持板（２１）を備え、前記支持板（２１）は前記センサ（７）に対して前記ディスク（１８）とは反対側に配置され、前記板（２１）は、調整グラブねじ（２２）を用いることによって所望の軸方向の位置に到着するまでに軸方向に移動可能であり、径方向止め用グラブねじ（２３）によってロックされることを特徴とする請求項７に記載の抵抗溶接装置。
9. 前記歯車装置（８）はボールねじにより構成され、前記ボールねじは前記ねじ（１１）と前記要素（１２）を備え、前記要素（１２）はナットであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の抵抗溶接装置。
10. 前記駆動ユニットは電気モーターを備え、当該電気モーターはブラシレスモーターのタイプであることが好ましく、前記駆動ユニットは、前記モーターの出力軸及び滑車（２４）に巻き付けられているベルトを用いることによって前記ねじ（１１）に連結され、前記滑車（２４）は前記ねじ（１１）と同軸で一体化されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の抵抗溶接装置。

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