JP2019126810A - 加圧装置及び溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧域でのカムリードを小さくすることと、加圧域でのストローク長を長くすることを両立可能とすること。【解決手段】加圧装置を適用したスポット溶接装置１０は、螺旋状の急角度の大リードカム溝１２ａと緩角度の小リードカム溝１２ｂが外周面に形成された円筒カム１２と、各カム溝１２ａ，１２ｂに挿入される複数のローラＲ１，Ｒ２が突設され、円筒カム１２の回転によって円筒カム１２の回転軸方向に移動する加圧軸１３とを備える。複数のローラＲ１，Ｒ２は、大リードカム溝１２ａへの挿入状態では、一端側のローラＲ１，Ｒ２がカム溝１２ａの一方の側面に当接すると共に、他端側のローラＲ１，Ｒ２がカム溝１２ａの他方の側面に当接し、小リードカム溝１２ｂに挿入された状態では、複数のローラＲ１，Ｒ２がカム溝１２ｂの一方及び他方の側面の少なくとも何れかに当接する構成とした。【選択図】 図１

Description

本発明は、モータの回転運動を直線運動に変換し、この直線運動によりスポット溶接等に必要な加圧力を発生させる加圧装置及び溶接装置に関する。

モータの回転運動を直線運動に変換する機構として例えばボールネジがある。このボールネジは、モータで回転する軸に形成された螺旋状の一様の雄ネジに、移動部のナットの雌ネジが鋼球を介在して組み合わされた構成となっている。この構成において、軸が回転するとナットの直線移動に応じて移動部が直線状に移動する。この時、ボールネジは、移動速度を速くする場合はネジリードを大きく、推力を大きくする場合はネジリードを小さくすることで所要能力が得られる。ネジは一様であるためそれらは反比例の関係にある。

このボールネジ機構の移動速度と推力が反比例する関係を改善して加圧力を発生させる加圧装置として、特許文献１に記載のスポット溶接ガンがある。このスポット溶接ガンは、サーボモータで円筒カムを回転させ、この円筒カムの中空部に組み合わされた棒状のロッドを直線移動させて加圧動作を行う。この構成は、円筒カムの内周面に螺旋状に形成されたカム溝に、ロッドの外周面から突出したピン先のボールベアリングが嵌め込まれて構成されている。円筒カムが回転すると、これに応じて回転するカム溝をボールベアリングが移動することによりロッドが直線状に移動する。

カム溝は、回転軸に垂直な面とカム溝との成すカム溝角度（カムリード）が大きく、傾斜が急峻となった空走域と、この逆にカム溝角度が小さく、傾斜が緩やかになった加圧域とを形成している。ロッドは、空走域では低加圧だが高速に直線状に進退移動し、加圧域では低速だが大加圧に進退移動する。換言すれば、ロッドは、カムリードが大きい（大リードカム溝）ほど高速移動し、カムリードが小さい（小リードカム溝）ほど大加圧力で移動する。

特開平７−１２４７５２号公報

従来の一般的なカム溝と一対のローラが組合わさるカム機構において、空走域と加圧域のカムリードを可変とし加圧域のカム溝を一周以上形成すれば、ストローク長を長くできるが、１個のローラにて大加圧力に耐えられるようにローラの径とカム溝の幅を大きくする必要がある。しかし、カム溝の幅を大きくすると、これに比例してカム溝のピッチが大きくなるため、従来の構造では加圧域のカムリードを小さくすることが困難であった。

上述の特許文献１では、加圧域に対応するカム溝が周回方向に９０°の範囲で形成されている。しかし、９０°の範囲のカム溝の長さで、加圧域の実用的なストローク長（例えば３０ｍｍ）を確保しようとすると、カムリードが大きくなる。そのため、大きな加圧力を得るためには回転トルクの大きい大型モータが必要となる。

また、特許文献１では、２つのカム溝が円筒カムの周回面の周回方向に１８０°位相がずれた状態で形成されているので、ボールベアリングに掛かる荷重は分散される。しかし、カム溝は互いに交差できないし、２つのカム溝同士のピッチも確保しなければならないので、それを避けた構造とするとやはりカムリードが大きくなるか、或いはストローク長が短くなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、加圧域でのカムリードを小さくすることと、加圧域でのストローク長を長くすることを両立可能な加圧装置及び溶接装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、螺旋状のリードカム溝が外周面に形成されたカム部材と、前記リードカム溝に挿入される複数の突出部が突設され、前記カム部材の回転によって前記カム部材の回転軸方向に移動する加圧部材と、を備え、前記リードカム溝は、前記回転軸に垂直な面に対して第１角度で傾斜する大リードカム溝と、前記回転軸に垂直な面に対して前記第１角度よりも小さい第２角度で傾斜する小リードカム溝とが繋がって形成され、前記複数の突出部は、前記大リードカム溝に挿入された状態では、一端側の突出部が前記大リードカム溝の一方の側面に当接すると共に、他端側の突出部が前記大リードカム溝の他方の側面に当接し、前記小リードカム溝に挿入された状態では、複数の突出部が前記小リードカム溝の一方及び他方の側面の少なくとも何れかに当接することを特徴とする加圧装置である。

この構成によれば、大リードカム溝の第１角度よりも緩やかな第２角度の小リードカム溝で、複数の突出部を同時に押圧できる。このため、各突出部を押圧する力が分散される。つまり、１つの突出部に掛かる押圧力が小さくなるので、突出部のサイズを小型化できる。また、押圧力を受けるカム山（溝と溝の間）も小さくできる。この小型化に伴い、円筒カムの外周面に形成されるカム溝のリードを小さくできる。この構成によって、小リードカム溝でありながら押圧力が複数の突出部で分散されるので、突出部に掛かる押圧力でリードカム溝が壊れなくなる。

このため、円筒カムの外周面に少なくとも１周以上の小リードカム溝を形成できるので、加圧域のストローク長を長くできる。加圧域のカムリードが小さければ、円筒カムの回転トルクが小さくて済むため、加圧域でのカムリードを小さくすることと、加圧域でのストローク長を長くすることを両立できる。従って、円筒カムを回転させるモータを、回転トルクの低い小型モータで実現できる。

請求項２に記載の前記リードカム溝は、１つの前記小リードカム溝から分岐する複数条の前記大リードカム溝を有し、前記加圧部材は、前記複数の突出部を１組とする複数組の突出部を備え、前記複数組の突出部は、前記複数条の前記大リードカム溝にそれぞれ挿入されると共に、１つの前記小リードカム溝に全ての組が挿入されることを特徴とする請求項１に記載の加圧装置である。

この構成によれば、複数条の大リードカム溝に繋がる１条の小リードカム溝の緩傾斜面で複数組（例えば４組）の突出部を同時に押圧できるので、１組の突出部を押圧する場合の押圧力に比べ、押圧力が１／４に分散される。つまり、１つの突出部に掛かる押圧力が大幅に小さくなるので、突出部のサイズが大幅に小型化できる。また、カム山（溝と溝の間）も小さくできる。この小型化に伴い、小リードカム溝のカムリードを小さくすることができるため、円筒カムを回転させるモータを、回転トルクの低い小型モータで実現することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の加圧装置を備えた溶接装置であって、前記加圧部材は、被溶接物に当接して溶接個所を加圧する加圧電極であることを特徴とする溶接装置である。

この構成によれば、溶接装置において、上記請求項１又は２と同様な作用効果を得ることができる。

本発明によれば、加圧域でのカムリードを小さくすることと、加圧域でのストローク長を長くすることを両立可能な加圧装置及び溶接装置及び溶接装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る加圧装置を適用したスポット溶接装置の構成を示す一部断面及び側面図である。 第１実施形態のスポット溶接装置における円筒カムの大リードカム溝に２つのローラが挿入された様態を示す図である。 円筒カムの大リードカム溝及び小リードカム溝を、円筒カムの回転角−７２０°〜０°〜７２０°に対応付けて展開した各カム溝の展開図である。 （ａ）はスポット溶接装置の加圧軸上のローラ取付部から突き出た２つのローラが大リードカム溝に挿入された様態を示す平面図、（ｂ）はローラ取付部から突き出た２つのローラが小リードカム溝に挿入された様態を示す平面図である。 円筒カムの小リードカム溝に２つのローラが挿入された様態を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る加圧装置を適用したスポット溶接装置の円筒カムにおける４条の大リードカム溝及び１条の小リードカム溝の構成を示すと共に、大リードカム溝への４対のローラの挿入状態における一部のローラの表出様態を示す側面図である。 小リードカム溝への４対のローラの挿入状態における一部のローラの表出様態を示す側面図である。 （ａ）は加圧軸のローラ取付部から突き出た２つで１対を成す４対のローラが、４条の大リードカム溝に挿入された様態を示す平面図、（ｂ）は４対のローラが小リードカム溝に挿入された様態を示す平面図である。 円筒カムの周回面に形成された４条の大リードカム溝及び１条の小リードカム溝を、円筒カムの回転角−１０８０°〜０°〜９９０°に対応付けて展開した各カム溝の展開図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態の構成＞
図１は本発明の第１実施形態に係る加圧装置を適用したスポット溶接装置の構成を示す一部断面及び側面図である。

図１に示すスポット溶接装置１０は、複数枚重ねた金属板（被加圧物）１ａ，１ｂ等の金属材を大加圧力で加圧（押圧）しながら溶接するものである。このスポット溶接装置１０は、円筒状箱型の本体フレーム１１と、本体フレーム１１の内部に組み込まれた円筒カム（カム部材）１２と、円筒カム１２に組み付けられた円柱状の加圧軸（加圧部材）１３と、円筒カム１２の回転軸１２ｒに回転軸１４ｒが連結されたサーボモータ１４とを備えて構成されている。

本体フレーム１１は、円筒状の胴体フレーム１１ａと、胴体フレーム１１ａの上部に配設された上部フレーム１１ｂ及び、下部に配設された下部フレーム１１ｃとを備えて構成されている。

上部フレーム１１ｂは、上下に貫通する円柱状の空洞１１ｂ１を有し、この空洞１１ｂ１に、サーボモータ１４の回転軸１４ｒと円筒カム１２の回転軸１２ｒとを連結する連結具１６が収容されている。連結具１６で連結された円筒カム１２の回転軸１２ｒの上端部は、上部フレーム１１ｂの空洞１１ｂ１の下側の貫通孔にボールベアリング１７を介して回転自在に挿通されている。

下部フレーム１１ｃは、上部フレーム１１ｂの貫通孔と上下で一致する位置に凹部１１ｃ１を備え、この凹部１１ｃ１内にボールベアリング１７を介して円筒カム１２の回転軸１２ｒの下端部が回転自在に支持されている。また、下部フレーム１１ｃは、凹部１１ｃ１の横に円筒状の摺動軸受１８が嵌め込まれた貫通孔を備え、摺動軸受１８に加圧軸１３の円柱状のロッド１３ａが摺動自在に挿通されている。

図２に示すように、円筒カム１２は、回転軸１２ｒを有する円柱の外周に螺旋状にカム溝（リード）が形成されており、この螺旋状のカム溝角度（カムリード）が第１角度とされた大リードカム溝１２ａが形成されている空走域２０ａを有する。更に、円筒カム１２は、空走域２０ａの下に、螺旋状のカム溝角度が第１角度より小さい第２角度とされた小リードカム溝１２ｂが形成されている加圧域２０ｂを有する。大リードカム溝１２ａの上下間のリード幅は、小リードカム溝１２ｂより大きくなっている。また、大リードカム溝１２ａの溝幅の方が、小リードカム溝１２ｂよりも広くなっている。但し、第１角度及び第２角度は、後述する加圧軸１３において必要な移動速度及び加圧力に応じて決定される。また、大リードカム溝１２ａ及び小リードカム溝１２ｂの双方が繋がって、請求項記載のリードカム溝を構成する。

更に説明すると、大リードカム溝１２ａはカム溝角度が所定角度より大きい急峻な第１角度としての急角度に傾斜しており、小リードカム溝１２ｂはカム溝角度が所定角度より小さい緩やかな第２角度としての緩角度に傾斜している。大リードカム溝１２ａと小リードカム溝１２ｂとの境界部分は溝側面がＲ形状となっている。なお、大リードカム溝１２ａと小リードカム溝１２ｂを、単にカム溝１２ａ，１２ｂとも称す。

ここで、図３は円筒カム１２の周回面に形成された大リードカム溝１２ａ及び小リードカム溝１２ｂを、円筒カム１２の回転角−７２０°〜０°〜７２０°に対応付けて展開した各カム溝１２ａ，１２ｂの展開図である。この図３の０°〜７２０°間に示すように、大リードカム溝１２ａは、円筒カム１２の外周面を２周、周回している。小リードカム溝１２ｂは、回転角０°〜−７２０°間に示すように、円筒カム１２の外周面を２周、周回している。

図１に示す加圧軸１３には、ロッド１３ａの上端にローラ取付部１３ｂが固定されている。このローラ取付部１３ｂには、図４（ａ）の平面図に示すように、上下位置にずれて隣り合う２つのローラ（突出部）Ｒ１，Ｒ２が取り付けられている。これらのローラＲ１，Ｒ２は、ローラ取付部１３ｂの円弧状の側面から横方向に突出する軸に回転自在に取り付けられ、大リードカム溝１２ａに挿入されている。また、各ローラＲ１，Ｒ２は、一方のローラＲ１が他方のローラＲ２よりも高い位置に配設されている。なお、ローラは請求項記載の突出部を構成するが、突出部はローラのように回転しない凸部であってもよい。

各ローラＲ１，Ｒ２は、円筒カム１２の回転により、図５に示すように、小リードカム溝１２ｂにも挿入される。この小リードカム溝１２ｂに双方のローラＲ１，Ｒ２が挿入された様態を、図４（ｂ）の平面図に示す。これらローラＲ１，Ｒ２のカム溝１２ａへの挿入と、図１に示すロッド１３ａの摺動軸受１８への挿通とにより、加圧軸１３が円筒カム１２に組み合わされている。加圧軸１３の下端には、下方に突出した凸状の溶接電極１９が固定されている。溶接電極１９は、複数枚の金属板１ａ，１ｂを高圧力で加圧（押圧）して溶接するものである。

各ローラＲ１，Ｒ２は、図２に示すように、大リードカム溝１２ａに挿入されている場合、上側位置（上方側）のローラＲ１の周回面下側がカム溝１２ａの下側側面（一方の側面）に当接し、下側位置（下方側）のローラＲ２の周回面上側がカム溝１２ａの上側側面（他方の側面）に当接するようになっている。

また、各ローラＲ１，Ｒ２は、図５に示すように、小リードカム溝１２ｂに挿入されている場合は、双方のローラＲ１，Ｒ２の周回面の上側及び下側が、カム溝１２ｂの上側面又は下側面に当接するようになっている。

サーボモータ１４の左方向の回転（左回転）に応じて円筒カム１２が左回転（図２に向かって左側から右側に回転）すると、大リードカム溝１２ａにおいて、下方側のローラＲ２がカム溝１２ａの急峻な角度の上側の急傾斜面により矢印Ｙ２で示す下方側に押圧される。このような下方側への押圧力（Ｙ２）によって各ローラＲ１，Ｒ２が下方へ移動する。このローラＲ１，Ｒ２の下方への移動に応じて加圧軸１３が溶接電極１９を先頭にして下方へ移動する。

この逆に、サーボモータ１４が右方向に回転（右回転）する場合、円筒カム１２が右回転（図２に向かって右側から左側に回転）するので、大リードカム溝１２ａにおいて、上側位置のローラＲ１がカム溝１２ａの下側の急傾斜面により矢印Ｙ３で示す上方側に押圧される。このような上方側への押圧力（Ｙ３）によって各ローラＲ１，Ｒ２が上方へ移動する。このローラＲ１，Ｒ２の上方への移動に応じて加圧軸１３が溶接電極１９を末尾にして上方へ移動する。

このような大リードカム溝１２ａでのローラＲ１，Ｒ２の移動においては、カム溝１２ａの急傾斜面でローラＲ１，Ｒ２が押圧されるので、ローラＲ１，Ｒ２が高速に移動し、これに応じて加圧軸１３が高速移動するようになっている。

一方、図５に示す小リードカム溝１２ｂに挿入された各ローラＲ１，Ｒ２においては、円筒カム１２が左回転すると、双方のローラＲ１，Ｒ２がカム溝１２ｂの緩やかな角度の上側の緩傾斜面で矢印Ｙ４ａ，Ｙ４ｂで示す下方側に押圧される。この下方側への押圧力によって各ローラＲ１，Ｒ２が下方へ移動し、加圧軸１３が溶接電極１９を先頭にして下方へ移動するようになっている。

この逆に、円筒カム１２が右回転すると、双方のローラＲ１，Ｒ２がカム溝１２ｂの下側の緩傾斜面で矢印Ｙ５ａ，Ｙ５ｂで示す上方側に押圧される。この上方側への押圧力によって各ローラＲ１，Ｒ２が上方へ移動し、加圧軸１３が溶接電極１９を末尾にして上方へ移動するようになっている。

各ローラＲ１，Ｒ２の下方への移動では、小リードカム溝１２ｂの緩傾斜面で双方のローラＲ１，Ｒ２が同時に押圧されるので、ローラＲ１，Ｒ２を押圧する力が分散される。

＜第１実施形態の動作＞
次に、第１実施形態の加圧装置を適用したスポット溶接装置１０によって、複数枚重ねた金属板１ａ，１ｂを溶接時に加圧する際の加圧動作について説明する。

前提条件として、図３に示すように、各ローラＲ１，Ｒ２は、空走域２０ａの最上位位置Ｈ１で大リードカム溝１２ａに挿入されているとする。このカム溝１２ａへのローラＲ１，Ｒ２の挿入位置は、円筒カム１２の回転角５４０°付近であるとする。この際、加圧軸１３の溶接電極１９は最上位位置に位置している。

サーボモータ１４が左回転することにより円筒カム１２が左回転すると、大リードカム溝１２ａに挿入された下方側のローラＲ２がカム溝１２ａの急傾斜面によって下方側に押圧（図２の矢印Ｙ２）されながら高速に移動する。このため、加圧軸１３が下方側へ高速移動し、図３に示すように、溶接電極１９が矢印Ｙ６で示すように下方側へ高速移動する。

この高速移動により、各ローラＲ１，Ｒ２の内、移動方向前方のローラＲ２が大リードカム溝１２ａと小リードカム溝１２ｂとの境界Ｈ２を下方側に越え、後方のローラＲ１が境界Ｈ２に到達したとする。この場合、ローラＲ１及びＲ２の中間位置が回転角−９０°付近となっている。この−９０°付近の位置は、双方のローラＲ１，Ｒ２が小リードカム溝１２ｂに挿入される位置であり、この際、溶接電極１９は、金属板１ａ，１ｂの上方近傍位置にある。

その位置の各ローラＲ１，Ｒ２は、カム溝１２ｂの緩傾斜面により下方側へ同時に押圧（図５の矢印Ｙ４ａ，Ｙ４ｂ）されるので、緩傾斜面で各ローラＲ１，Ｒ２を押圧する力が分散される。つまり、１つのローラＲ１又はＲ２に掛かる荷重（押圧力）が小さくなる。但し、各ローラＲ１，Ｒ２を押圧する小リードカム溝１２ｂの側面は緩傾斜面なので、急傾斜面に比べてローラＲ１，Ｒ２の押圧力が強くなる。

更に、各ローラＲ１，Ｒ２が下方へ移動し、この移動に応じて溶接電極１９が金属板１ａ，１ｂを全ローラＲ１，Ｒ２に掛かる荷重（押圧力）に等しい加圧力で押圧する。この押圧時に溶接電極１９により金属板１ａ，１ｂの溶接が行われる。また、各ローラＲ１，Ｒ２が更に下方へ移動し、小リードカム溝１２ｂの最下位位置Ｈ３に到達すると停止する。

但し、カム溝１２ａ，１２ｂに挿入されるローラは３つ以上であってもよい。例えば、ローラが３つの場合、大リードカム溝１２ａにおいては、一端側のローラの周回面上側がカム溝１２ａの上側の急傾斜面に当接し、他端側のローラの周回面下側がカム溝１２ａの下側の急傾斜面に当接する。更に、小リードカム溝１２ｂにおいては、複数のローラがカム溝１２ｂの上下面に当接する。

＜第１実施形態の効果＞
以上説明したように、第１実施形態の加圧装置を適用したスポット溶接装置１０は、螺旋状のリードカム溝が外周面に形成された円筒カム１２と、リードカム溝に挿入される複数のローラＲ１，Ｒ２が突設され、円筒カム１２の回転によって円筒カム１２の回転軸方向に移動する加圧軸１３とを備える。リードカム溝は、回転軸１２ｒに垂直な面に対して第１角度で傾斜する大リードカム溝１２ａと、回転軸１２ｒに垂直な面に対して第１角度よりも小さい第２角度で傾斜する小リードカム溝１２ｂとが繋がって形成されている。複数のローラＲ１，Ｒ２は、大リードカム溝１２ａに挿入された状態では、一端側のローラＲ１，Ｒ２が大リードカム溝１２ａの一方の側面に当接すると共に、他端側のローラＲ１，Ｒ２が大リードカム溝１２ａの他方の側面に当接し、小リードカム溝１２ｂに挿入された状態では、複数のローラＲ１，Ｒ２が小リードカム溝１２ｂの一方及び他方の側面の何れかに当接する構成とした。

この構成によれば、円筒カム１２の回転軸がサーボモータ１４の回転軸に結合されている場合に、サーボモータ１４の回転に応じて円筒カム１２が回転すると、例えば複数のローラＲ１，Ｒ２が大リードカム溝１２ａを移動後に小リードカム溝１２ｂへ移って移動する。大リードカム溝１２ａでのローラＲ１，Ｒ２の移動では、第２角度よりも急角度の第１角度による大リードカム溝１２ａの急傾斜面で、一端側のローラＲ１，Ｒ２が押圧される。このため、各ローラＲ１，Ｒ２が高速に軸方向に移動し、この移動に応じて加圧軸１３が回転軸方向に高速移動する。

一方、小リードカム溝１２ｂでのローラＲ１，Ｒ２の移動では、第１角度よりも緩やかな第２角度の小リードカム溝１２ｂの緩傾斜面で、複数のローラＲ１，Ｒ２が同時に押圧される。このため、緩傾斜面で各ローラＲ１，Ｒ２を押圧する力が分散される。つまり、１つのローラＲ１又はＲ２に掛かる押圧力が小さくなるので、ローラＲ１，Ｒ２のサイズが小型化できる。この小型化に伴い、円筒カム１２の外周面に螺旋状に形成される小リードカム溝１２ｂの溝幅及びカム山を小さくできるため、カムリードを小さくできる。

小リードカム溝１２ｂの緩傾斜面での押圧力が複数のローラＲ１，Ｒ２で分散されることによって、ローラＲ１，Ｒ２に掛かる押圧力でリードカム溝が破損しなくなる。

このため、円筒カム１２の外周面に少なくとも１周以上の小リードカム溝１２ｂを形成できるので、加圧域のストローク長を長くできる。加圧域のカムリードが小さければ、円筒カム１２の回転トルクが小さくて済むため、加圧域でのカムリードを小さくすることと、加圧域でのストローク長を長くすることを両立可能とできる。従って、円筒カム１２を回転させるサーボモータ１４を、回転トルクの低い小型サーボモータで実現できる。

特許文献１の技術では、円筒カム１２の小リードカム溝（リード）が１／４周形成されており、この１／４周のカム溝の上下間のリード幅が例えば実用的なストローク３０ｍｍであるとすると、１周でリード幅が１２０ｍｍとなり、２周で２４０ｍｍとなる。本実施形態では、一般的な溶接ガンの加圧力を５０００Ｎとするとリード幅を２周で３０ｍｍにできるので、特許文献１と比較すると、リード幅の比は３０ｍｍ÷２４０ｍｍ＝１／８となる。このため、特許文献１の１／８の回転トルクの小型サーボモータ１４で済む。

小型のサーボモータ１４で済めば、加圧装置を適用したスポット溶接装置１０の小型化、低消費電力化、低コスト化等の利益を得ることができる。

被加圧物を加圧しない空走域では、各ローラＲ１，Ｒ２に大きな荷重（押圧力）が掛からないので、一方の端部のローラＲ２だけに大リードカム溝１２ａの側壁と当接させて、加圧軸１３を高速で移動させることができる。このため、例えば加圧工程で被加圧物を加圧する際にタクトタイムを速くできる。

＜第２実施形態の構成＞
図６は本発明の第２実施形態に係る加圧装置を適用したスポット溶接装置の円筒カム４０における４条の大リードカム溝４１〜４４及び１条の小リードカム溝４５の構成を示すと共に、大リードカム溝４１〜４４への４対のローラＲ１１〜Ｒ１８の挿入状態における一部のローラＲ１１，Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ１８の表出様態を示す側面図である。

図７は円筒カム４０における４条の大リードカム溝４１〜４４及び１条の小リードカム溝４５の構成を示すと共に、小リードカム溝４５への４対のローラＲ１１〜Ｒ１８の挿入状態における一部のローラＲ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１８の表出様態を示す側面図である。

図８（ａ）は加圧軸３３のローラ取付部３３ｂから突き出た２つで１対（１組）を成す４対（４組）のローラ（突出部）Ｒ１１及びＲ１２，Ｒ１３及びＲ１４，Ｒ１５及びＲ１６，Ｒ１７及びＲ１８が、４条の大リードカム溝４１，４２，４３，４４に挿入された様態を示す平面図、（ｂ）は４対のローラＲ１１〜Ｒ１８が小リードカム溝４５に挿入された様態を示す平面図である。なお、大リードカム溝４１〜４４及び小リードカム溝４５の双方が繋がって、請求項記載のリードカム溝を構成する。

図９は円筒カム（カム部材）４０の周回面に形成された４条の大リードカム溝４１〜４４及び１条の小リードカム溝４５を、円筒カム４０の回転角−１０８０°〜０°〜９９０°に対応付けて展開した各カム溝４１〜４４，４５の展開図である。

第２実施形態のスポット溶接装置３０が、図１に示した第１実施形態のスポット溶接装置１０と異なる点は、円筒カム４０及び加圧軸（加圧部材）３３を次の通り構成したことにある。

即ち、図６に示すように、回転軸４０ｒを中心に回転する円筒カム４０は、この外周に、互いに平行に離間した４条の大リードカム溝４１〜４４（図９参照）が各々急角度で形成されている。各カム溝４１〜４４の下端は、緩角度で形成された１条の小リードカム溝４５の上端に繋がって形成されている。また、円筒カム４０において、４条の大リードカム溝４１〜４４が形成された部分が空走域５０ａとなり、１条の小リードカム溝４５が形成された部分が加圧域５０ａとなる。各大リードカム溝４１〜４４と小リードカム溝４５との境界部分の一部は、溝側面がＲ形状（図９参照）となっている。

なお、大リードカム溝４１を第１カム溝４１といい、大リードカム溝４２を第２カム溝４２、大リードカム溝４３を第３カム溝４３、大リードカム溝４４を第４カム溝４４という。

図８（ａ）に示すように、加圧軸３３は、円環形状のローラ取付部３３ｂと、このローラ取付部３３ｂの下面から下方側に突き出る状態で、且つ互いが対向状態に配設された２本のロッド３３ａ１，３３ａ２とを備えて構成されている。各ロッド３３ａ１，３３ａ２の下端には凸状の溶接電極１９ａ１，１９ａ２が固定されている。

ローラ取付部３３ｂの内周面には、４対のローラＲ１１〜Ｒ１８が所定間隔で周回状に取り付けられている。各ローラＲ１１〜Ｒ１８は、ローラ取付部３３ｂの内周面から当該内周円の中心に向かって突出する軸に回転自在に取り付けられ、大リードカム溝４１〜４４又は小リードカム溝４５｛図８（ｂ）｝に挿入されている。

各ローラＲ１１〜Ｒ１８は、大リードカム溝４１〜４４及び小リードカム溝４５に螺旋状に配列可能な高低差を付けてローラ取付部３３ｂの内周面に配設されている。即ち、各ローラＲ１１〜Ｒ１８は、図９に示す小リードカム溝４５への挿入状態において、複数のローラＲ１１〜Ｒ１８がカム溝４５の上側面又は下側面に当接する傾斜高さで、ローラ取付部３３ｂの内周面に取り付けられている。これらローラＲ１１〜Ｒ１８は、図９に示すように、小リードカム溝１２ｂの傾斜角度と同じ角度で配列されている。

図９に示す大リードカム溝４１〜４４においては、最上位位置にある１対のローラＲ１１，Ｒ１２（第１組ローラＲ１１，Ｒ１２という）が第１カム溝４１に挿入され、次に高い位置にある１対のローラＲ１３，Ｒ１４（第２組ローラＲ１３，Ｒ１４という）が第２カム溝４２に挿入されている。更に、その次に高い位置にある１対のローラＲ１５，Ｒ１６（第３組ローラＲ１５，Ｒ１６という）が第３カム溝４３に挿入され、最下位位置にある１対のローラＲ１７，Ｒ１８（第４組ローラＲ１７，Ｒ１８という）が第４カム溝４４に挿入される。

第１組ローラＲ１１，Ｒ１２は、第１カム溝４１への挿入状態において、上側位置のローラＲ１１の周回面下側が第１カム溝４１の下側側面に当接し、下側位置のローラＲ１２の周回面上側が第１カム溝４１の上側側面に当接するようになっている。

第２組ローラＲ１３，Ｒ１４は、第２カム溝４２への挿入状態において、上側位置のローラＲ１３の周回面下側が第２カム溝４２の下側側面に当接し、下側位置のローラＲ１４の周回面上側が第２カム溝４２の上側側面に当接するようになっている。

第３組ローラＲ１５，Ｒ１６は、第３カム溝４３への挿入状態において、上側位置のローラＲ１５の周回面下側が第３カム溝４３の下側側面に当接し、下側位置のローラＲ１６の周回面上側が第３カム溝４３の上側側面に当接するようになっている。

第４組ローラＲ１７，Ｒ１８は、第４カム溝４４への挿入状態において、上側位置のローラＲ１７の周回面下側が第４カム溝４４の下側側面に当接し、下側位置のローラＲ１８の周回面上側が第４カム溝４４の上側側面に当接するようになっている。

円筒カム４０（図６）が左回転すると、各大リードカム溝４１〜４４において、４対のローラＲ１１〜Ｒ１８の内の下方側のローラＲ１２，Ｒ１４，Ｒ１６，Ｒ１８が、各カム溝４１〜４４の上側の急傾斜面により下方側に同時に押圧される。この下方側への押圧力によって各ローラＲ１１〜Ｒ１８が下方へ移動する。この移動に応じて加圧軸４０が溶接電極１９ａ１，１９ａ２を先頭にして下方へ移動する。

この逆に、円筒カム４０（図６）が右回転すると、各大リードカム溝４１〜４４において、４対のローラＲ１１〜Ｒ１８の内の上方側のローラＲ１１，Ｒ１３，Ｒ１５，Ｒ１７がカム溝４１〜４４の下側の急傾斜面で上方側に押圧される。この上方側への押圧力によって各ローラＲ１１〜Ｒ１８が上方へ移動する。この移動に応じて加圧軸３３が溶接電極１９ａ１，１９ａ２を末尾にして上方へ移動する。

このような大リードカム溝４１〜４４でのローラＲ１１〜Ｒ１８の移動では、各カム溝４１〜４４の急傾斜面で各ローラＲ１１〜Ｒ１８が押圧されるので、各ローラＲ１１〜Ｒ１８が高速に移動し、これに応じて加圧軸３３が高速移動する。

また、図９に示すように、複数のローラＲ１１〜Ｒ１８は、小リードカム溝４５への挿入状態において、当該ローラＲ１１〜Ｒ１８の周回面の上側及び下側が、小リードカム溝４５の上側面又は下側面に当接するようになっている。

小リードカム溝４５に挿入された各ローラＲ１１〜Ｒ１８においては、円筒カム４０（図７）が左回転すると、複数のローラＲ１１〜Ｒ１８がカム溝４５の上側の緩傾斜面で下方側に同時に押圧される。この下方側への押圧力によって各ローラＲ１１〜Ｒ１８が下方へ移動し、加圧軸３３が溶接電極１９ａ１，１９ａ２を先頭にして下方へ移動する。

この下方への移動では、小リードカム溝４５の緩傾斜面で複数（最大４対）のローラＲ１１〜Ｒ１８が同時に押圧されるので、各ローラＲ１１〜Ｒ１８に掛かる押圧力（荷重）が分散される。

この逆に、円筒カム４０（図７）が右回転すると、複数（最大４対）のローラＲ１１〜Ｒ１８がカム溝４５の下側の緩傾斜面で上方側に押圧される。この上方側への押圧力によって各ローラＲ１１〜Ｒ１８が上方へ移動し、加圧軸３３が溶接電極１９ａ１，１９ａ２を末尾にして上方へ移動する。

＜第２実施形態の動作＞
次に、第２実施形態の加圧装置を適用したスポット溶接装置３０によって、複数枚重ねた金属板１ａ，１ｂ（図１参照）を溶接する際の加圧動作について説明する。

前提条件として、図９に示すように、各ローラＲ１１〜Ｒ１８は、空走域５０ａの最上位位置Ｈ１１で各大リードカム溝４１〜４４に挿入されているとする。このカム溝４１〜４４へのローラＲ１１〜Ｒ１８の挿入位置は、円筒カム４０の回転角６００°〜９９０°付近であるとする。この際、加圧軸１３の溶接電極１９ａ１，１９ａ２は最上位位置に位置している。

サーボモータ１４（図１参照）の左回転により円筒カム４０が左回転すると、各大リードカム溝４１〜４４に挿入された各対の下方側のローラＲ１２，Ｒ１４，Ｒ１６，Ｒ１８がカム溝４１〜４４の上側の急傾斜面により下方側に押圧されながら高速に移動する。この移動により加圧軸３３が下方側へ高速移動する。従って溶接電極１９ａ１，１９ａ２が下方側へ高速移動する。

この移動により、各ローラＲ１１〜Ｒ１８の内、１番目に、移動方向最前方のローラＲ１８が第１カム溝４１と小リードカム溝４５との境界Ｈ１２を下方側に移動する。次に、ローラＲ１８の後方のローラＲ１７が境界Ｈ１２を下方側に移動する。２番目に、第３組ローラＲ１６，Ｒ１５が境界Ｈ１２を下方側に移動し、３番目に、第２組ローラＲ１４，Ｒ１３が境界Ｈ１２を下方側に移動する。４番目に、第１組ローラＲ１２，Ｒ１１が下方側へ移動し、境界Ｈ１２に到達したとする。この到達位置において、溶接電極１９ａ１，１９ａ２は、金属板１ａ，１ｂの上方近傍位置にある。

各ローラＲ１１〜Ｒ１８は、小リードカム溝４５の上側の緩傾斜面により下方側へ同時に押圧されるので、緩傾斜面で各ローラＲ１１〜Ｒ１８を押圧する力が分散される。つまり、１つのローラに掛かる荷重（押圧力）が小さくなる。但し、この際、各ローラＲ１１〜Ｒ１８を押圧する小リードカム溝４５の側面は緩傾斜面なので、急傾斜面に比べてローラＲ１１〜Ｒ１８の押圧力が強くなる。

更に、各ローラＲ１１〜Ｒ１８が下方へ移動し、この移動に応じて溶接電極１９ａ１，１９ａ２が金属板１ａ，１ｂを全ローラＲ１１〜Ｒ１８に掛かる荷重（押圧力）に等しい加圧力で押圧する。この押圧時に溶接電極１９ａ１又は１９ａ２により金属板１ａ，１ｂの溶接が行われる。また、各ローラＲ１１〜Ｒ１８が更に下方へ移動し、進行方向最後尾のローラＲ１１が小リードカム溝４５の下位位置Ｈ３に到達すると停止する。

但し、上記では大リードカム溝４１〜４４が４条の場合を説明したが、大リードカム溝が２条以上で各々のカム溝に、複数ローラを１組とするローラが挿入される構成であってもよい。

＜第２実施形態の効果＞
以上説明したように、第２実施形態の加圧装置を適用したスポット溶接装置３０は、リードカム溝が、１つの小リードカム溝４５から分岐する４条の大リードカム溝４１〜４４を有する。加圧軸３３は、２つのローラを１組とする４組のローラＲ１１〜Ｒ１８を備える。４組のローラＲ１１〜Ｒ１８は、４条の大リードカム溝４１〜４４にそれぞれ挿入されると共に、１つの小リードカム溝４５に全ての組が挿入される構成とした。

この構成によれば、１条の小リードカム溝４５の緩傾斜面で４組のローラＲ１１〜Ｒ１８を同時に押圧できるので、１組のローラを押圧する場合の押圧力に比べ、押圧力が１／４に分散される。つまり、１つのローラに掛かる押圧力が大幅に小さくなるので、ローラのサイズが大幅に小型化できる。また、この反力を受けるカム山の幅も小さくできる。この小型化に伴い、円筒カム４０の外周面に螺旋状に形成される小リードカム溝４５のカムリードを小さくできる。

この小リードカム溝４５の緩傾斜面での押圧力が複数のローラＲ１１〜Ｒ１８で分散されることによって、ローラＲ１１〜Ｒ１８に掛かる押圧力でリードカム溝が破損しなくなる。

このため、円筒カム４０の外周面に少なくとも１周以上の小リードカム溝４５を形成できるので、加圧域のストローク長を長くできる。加圧域のカムリードが小さければ、円筒カム４０の回転トルクが小さくて済むため、加圧域でのカムリードを小さくすることと、加圧域でのストローク長を長くすることを両立可能とできる。従って、円筒カム４０を回転させるサーボモータ１４を、回転トルクの低い小型サーボモータで実現できる。

その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。上述したようにスポット溶接装置１０，３０への適用例で説明した加圧装置は、その他に、摩擦撹拌接合装置、プレス装置、圧入装置、カシメ装置、シーム溶接装置、プロジェクション溶接装置等に適用可能である。

１ａ，１ｂ 金属板
１０，３０ スポット溶接装置
１１ 本体フレーム
１１ａ 胴体フレーム
１１ｂ 上部フレーム
１１ｂ１ 空洞
１１ｃ 下部フレーム
１１ｃ１ 凹部
１２，４０ 円筒カム
１２ｒ，４０ｒ 円筒カムの回転軸
１２ａ，４１〜４４ 大リードカム溝
１２ｂ，４５ 小リードカム溝
１３，３３ 加圧軸
１３ａ，３３ａ１，３３ａ２ ロッド
１３ｂ，３３ｂ ローラ取付部
１４ サーボモータ
１４ｒ サーボモータの回転軸
１６ 連結具
１７ ボールベアリング
１８ 摺動軸受
１９，１９ａ１，１９ａ２ 溶接電極
２０ａ，５０ａ 空走域
２０ｂ，５０ｂ 加圧域
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１１〜Ｒ１８ ローラ

Claims (3)

1. 螺旋状のリードカム溝が外周面に形成されたカム部材と、
   前記リードカム溝に挿入される複数の突出部が突設され、前記カム部材の回転によって前記カム部材の回転軸方向に移動する加圧部材と、を備え、
   前記リードカム溝は、前記回転軸に垂直な面に対して第１角度で傾斜する大リードカム溝と、前記回転軸に垂直な面に対して前記第１角度よりも小さい第２角度で傾斜する小リードカム溝とが繋がって形成され、
   前記複数の突出部は、前記大リードカム溝に挿入された状態では、一端側の突出部が前記大リードカム溝の一方の側面に当接すると共に、他端側の突出部が前記大リードカム溝の他方の側面に当接し、前記小リードカム溝に挿入された状態では、複数の突出部が前記小リードカム溝の一方及び他方の側面の少なくとも何れかに当接する
   ことを特徴とする加圧装置。
2. 前記リードカム溝は、１つの前記小リードカム溝から分岐する複数条の前記大リードカム溝を有し、
   前記加圧部材は、前記複数の突出部を１組とする複数組の突出部を備え、
   前記複数組の突出部は、前記複数条の前記大リードカム溝にそれぞれ挿入されると共に、１つの前記小リードカム溝に全ての組が挿入される
   ことを特徴とする請求項１に記載の加圧装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の加圧装置を備えた溶接装置であって、
   前記加圧部材は、被溶接物に当接して溶接個所を加圧する加圧電極であることを特徴とする溶接装置。

Images