JP4218490B2 - チップ交換装置及びチップ交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、スポット溶接機の電極チップの交換を行う電極チップ交換装置及びチップ交換方法に関するものである。

一般にスポット溶接では重ね合わされた被溶接材を一対のチップで加圧して電流通路を確保しており、溶接打点数が増えるにつれて、チップの先端形状は溶接時の大電流による発熱と加圧力によって変形、損耗し十分な溶接品質が得られなくなる。そのため、適当な時期に、生産ラインを停止してチップを自動研磨するか、取り外して新品、或いは研磨したものと交換してチップの先端形状の確保を行っている。

ところで、近年、被溶接材には高防錆化等の化学処理材が使われるようになってきて、電極チップの損耗が早くなり交換頻度が増える傾向にあり、生産ラインを止めてチップを交換することは現状に合わない。生産ラインを止めずにチップを交換するには、溶接作業終了から次の溶接の開始まで（例えばワーク搬送時間）の間に行わなければならない。しかしながら、この時間は短いもので数秒のものがある。そこで、電極チップを自動的に交換できる装置が考案されている。

特開２００２−７９３８１号公報には、複数の交換用チップを収容する円筒状マガジン（カートリッジ）を具備したチップ交換装置が開示されている。かかる装置の円筒状マガジンは、当該公報の図５及び図９に示されるように、複数のチップを収容する円筒が回転可能に設けられている。この円筒は、うず巻バネによる弾性エネルギによって回転するように構成されていた（特許文献１参照）。

特開２００２−７９３８１号公報

しかしながら、上述した従来のチップ交換装置においては、円筒状マガジンを回転駆動させるための専用駆動手段としてうず巻バネが必要であり、円筒状マガジンを好適に回転させ交換用チップを好適に供給するために、うず巻バネの弾性力管理やメンテナンスなどが必要であった。また、円筒状マガジン内に複数の交換用チップを新たに補充する際に、うず巻バネに弾性エネルギを貯えるための動作も行わなければならなかった。
また、円筒状マガジンを回転駆動させるための手法としては、うず巻バネを利用する態様の他に、マガジンに外部から直接当接して回転力を付与する手法も考えられるが、その場合には、回転力付与部材をマガジンに対して移動させるか、あるいは、逆にマガジンを回転力付与部材に対して移動させる必要がある。いずれの場合にも、例えばエアシリンダなどの、専用駆動手段が必要となってくるため、装置の大型化や、製作コスト、ランニングコスト、メンテナンスコストなどが嵩むといった傾向を生む。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、交換用チップを収容する回転マガジンの専用駆動手段を必要としないチップ交換装置及びチップ交換方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明のチップ交換装置は、複数の交換用チップを環状列を成すように収容し且つ回転可能に設けられた回転マガジンと、移動する溶接ガンと当接するように該溶接ガンの移動経路と交差する方向に延びる入力面がその移動力を受けることによって直線的にスライドする入力部材と、前記入力部材の直線的なスライドを、前記回転マガジンを前記交換用チップの配列一ピッチ分だけ回転させる回転運動に変換する送り機構とを備えたことを特徴とする。

また、好適には、前記送り機構は、送り完了位置と待機位置との間でスライドする力伝達手段と、該力伝達手段を該待機位置へと付勢する復帰力付与手段とを有し、前記力伝達手段は、前記溶接ガンの移動力によって前記待機位置から前記送り完了位置へとスライドし、前記復帰力付与手段の復帰力によって該送り完了位置から該待機位置へと復帰する。
さらに、前記入力部材は、前記溶接ガンのチップ取り外し位置からチップ受け取り位置までの移動経路中に配置された入力面を有し、前記入力面の延長方向は、前記溶接ガンの前記移動経路における移動方向と交差する方向に設定されていると好適である。

また、同目的を達成するため、本発明のチップ交換方法は、溶接ガンがチップ取り外し位置からチップ受け取り位置まで移動する間、前記チップ取り外し位置において該溶接ガンのシャンクに嵌着されたチップが取り外され、前記チップ受け取り位置において交換用チップを受け取る溶接ガンのチップ交換方法であって、移動する前記溶接ガンと当接するように該溶接ガンの移動経路と交差する方向に延びる入力面がその移動力を受けることによって直線的にスライドする入力部材を用意し、前記入力部材の直線的なスライドが回転運動に変換されることによって、複数の交換用チップを環状列を成すように収容した回転マガジンを、該交換用チップの配列一ピッチ分だけ回転させることを特徴とする。

本発明によれば、移動する溶接ガンの移動力を利用して回転マガジンを回転させるため、専用の駆動装置が必要なく、低コスト且つ省エネルギを実現しながらチップ交換を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１に、本実施の形態１に係るチップ交換装置の概要を模式的に示す。チップ交換装置１は主に、チップ抜き機構３と、交換用チップ供給機構５とを備えている。両機構について、それらの平面を示す図２も参照しながら説明する。

まず、チップ抜き機構３は、溶接ガン７の上下一対のシャンク９先端に嵌着されたチップ１１を外すためのてこ式レバー１３と、てこ式レバー１３を可動に支持する左右一対のガイド板１５とを備えている。てこ式レバー１３の先端部には、平面視Ｕ字状の切り欠き１７が形成されている。これにより、てこ式レバー１３の先端部は、溶接ガン７のシャンク９とチップ１１との間に挿入可能となっている。また、てこ式レバー１３の基部の側面には、左右一対のカムローラ１９が回転可能に取り付けられている。一方、各ガイド板１５には、対応するカムローラ１９を転動自在に収容するカム溝２１が形成されている。各カム溝２１は、後部にいくほど上方に位置するように傾斜して設けられている。なお、説明における前後方向は、てこ式レバー１３の先端側を前方として決定しているものとする。

次に、交換用チップ供給機構５について、図３の（ａ）をも参照しながら説明する。交換用チップ供給機構５は主に、回転マガジン２３と、送り機構２５と、入力部材２７とを備えている。回転マガジン２３は回転可能に設けられた円筒状ケース２９を有しており、その円筒状ケース２９内には、複数の交換用チップ３１が収容されている。複数の交換用チップ３１は、回転マガジン２３の回転中心を中心とする同一半径円周上に配列されている。また、円筒状ケース２９の円周外側部には、爪歯車部３３が設けられている。爪歯車部３３の各歯は、時計方向周りの進行方向側が大きく傾斜し逆側は緩やかに傾斜する形態を有する。

送り機構２５は、回転マガジン２３に対して回転力を伝達するための力伝達手段３５と、復帰力付与手段として機能するコイルばね３７とを具備している。力伝達手段３５は、スライドプレート３９と、爪４１と、爪付勢ばね４３とを有している。スライドプレート３９は、その長手方向に沿って直線的にスライド可能に設けられている。爪４１は、その基端部においてスライドプレート３９に揺動可能に取り付けられている。また、かかる爪４１の先端部は、少なくとも揺動状態の何れかの位置において回転マガジン２３の爪歯車部３３の歯と噛み合うように配置されている。また、爪付勢ばね４３の一端はスライドプレート３９に接続されており、爪付勢ばね４３の他端は爪４１に接続されている。これにより、爪４１は、爪付勢ばね４３の弾性力によって、爪歯車部３３の歯と噛み合う方向に常時付勢されている。

また、スライドプレート３９の後端側には、平面視ほぼＬ字状形態の部材４５が設けられており、この部材４５には、コイルばね３７の一端が接続されている。一方、コイルばね３７の他端は、スライドプレート３９をスライド可能に支持する支持ブラケット４７に接続されている。

また、入力部材２７は、平板状部材であって、その表裏面をほぼ水平に向けた姿勢でスライドプレート３９の前端に取り付けられている。さらに、入力部材２７は溶接ガン７と当接する入力面２７ａを有し、かかる入力面２７ａは後述するように溶接ガン７の移動経路Ｓと交差する方向すなわち当該移動経路と少なくとも平行ではない方向に延長している。

次に、溶接ガン７のチップ交換工程の移動経路Ｓについて説明する。図２に示すように、溶接ガン７は、てこ式レバー１３に当接後、てこ式レバー１３をガイド板１５側に押し込んだ後、レバーとの当接前の位置まで戻る。このようにてこ式レバー１３の長手方向に沿う往復動作を行うチップ取り外し位置Ａにおいて、消耗したチップ１１が溶接ガン７から取り外される。続いて、溶接ガン７は、チップ取り外し位置Ａから、交換用チップ供給機構５の正面に位置するチップ受け取り位置Ｂまで移動する。溶接ガン７は、チップ受け取り位置Ｂにおいて、円筒状ケース２９に接近して交換用チップ３１を受け取った後、再び円筒状ケース２９から離隔する往復動作を行う。そして、新しいチップへの交換が終了すると、図示しない溶接位置まで移動して、溶接作業に供される。

さらに、以上のような構成を有する本実施の形態に係るチップ交換装置のチップ交換動作について説明する。チップ交換時、溶接ガン７は、上述したような移動経路Ｓによって移動する。まず、溶接ガン７は、チップ抜き機構３に接近し更にてこ式レバー１３に当接した後、てこ式レバー１３の長手方向に沿って移動し、てこ式レバー１３をガイド板１５側に押し込む。かかる動作によって、てこ式レバー１３は、図４の（ａ）から（ｄ）に示す順に移動しながら傾斜していく。このとき、シャンク９とチップ１１との間には、切り欠き１７を介しててこ式レバー１３の先端部が挿入されているため、てこ式レバー１３の傾斜によってチップ１１がシャンク９から抜けていく。てこ式レバー１３に接近してチップ１１が抜き外された溶接ガン７は、てこ式レバー１３の長手方向に沿って逆にてこ式レバー１３から離隔するように移動する。これによって、てこ式レバー１３は図４の（ｄ）から（ａ）に示す順に移動し、傾斜状態から元の水平状態へと姿勢を変化させていく。

溶接ガン７は、チップ取り外し位置Ａにおいて、てこ式レバー１３から十分に離隔した後、今度は、隣りに配置された交換用チップ供給機構５の正面にあるチップ受け取り位置Ｂに向けて移動する。このとき、入力部材２７の入力面２７ａが、移動経路Ｓにおけるチップ取り外し位置Ａとチップ受け取り位置Ｂとの間に位置し、且つ、入力面２７ａが該移動経路Ｓと交差する方向に延長しているため、溶接ガン７は、入力面２７ａと当接し力を付与しながらチップ受け取り位置Ｂに向けて移動する。すなわち、入力部材２７は溶接ガン７の移動力を受け、送り機構２５におけるスライドプレート３９は、コイルばね３７の弾性力に抗しながら、図３の（ｂ）に示すようにその長手方向に沿って直線的にスライドする。スライドプレート３９のスライドによって、それと共にスライドする爪４１が爪歯車部３３に回転力を付与して回転マガジン２３を回転させる。このとき、スライドプレート３９は、図３の（ａ）に示す待機位置（移動力の未入力状態）から図３の（ｂ）に示す送り完了位置までスライドするが、かかるスライド量は図示しないストッパなどによって規定されており、回転マガジン２３は交換用チップ３１の配列一ピッチ分だけ回転される。

このような一ピッチ分の回転が完了している回転マガジン２３に対し、溶接ガン７は、チップ受け取り位置Ｂにおいて、回転マガジン２３に接近するよう移動を開始し、シャンク９の軸心が交換用チップ３１の軸心と一致する位置まで移動する。そして、シャンク９を円筒状ケース２９内の交換用チップ３１に挿入させた後、溶接ガン７は、交換用チップ３１がシャンク９に取り付けられた状態で、回転マガジン２３から離隔するように移動する。このようにして、シャンク９の先端にある消耗した古いチップ１１が取り外され新しい交換用チップ３１が取り付けられるチップ交換作業が行われる。

ここで、回転マガジン２３の回転に関しては、上述した本実施の形態に限られず、例えば爪４１側を固定しておき、回転マガジン２３の方をエアシリンダなどの専用駆動装置によって爪４１に対して移動させ、爪４１と爪歯車部３３との係合により円筒状ケース２９を回転させる態様も考えられる。さらに、送り機構２５を設けずに、円筒状ケース２９の回転軸自体にモータなどの専用駆動装置を連結させる態様も考えられる。しかしながら、それらの態様ではいずれも円筒状ケース２９を回転させるためだけの専用の駆動装置が別途必要になり、装置の大型化や、製作コスト、ランニングコスト、メンテナンスコストなどが嵩むといった問題を生じさせる。一方、上述した本実施の形態では、自動溶接工程では必須のこととなる移動する溶接ガン７の移動力を利用して円筒状ケース２９を回転させるため、上記のような専用の駆動装置が必要なく低コスト且つ省エネルギを実現しながらチップ交換を行うことができる。更に、そのような円筒状ケース２９への回転力の付与に際して、溶接ガン７には特に回転力を付与するためだけの特別な動作（移動経路）は要求されてなく、チップ取り外し位置Ａにおいてチップ取り外し後、新たなチップを受け取りにいくようチップ受け取り位置Ｂに向かう移動動作だけで、チップ受け取り位置Ｂにおいては、目的の交換用チップ３１が所定の受け渡し位置へセットされている。よって、溶接ガン７に対し、円筒状ケース２９の回転のためだけの余計な動作は強いられてなく、チップ交換工程の迅速化や簡略化を図ることができ、また、溶接ガン７の移動経路複雑化に伴う制御コストの増大を回避している。また、チップ交換の度に円筒状ケース２９上の異なる位置へ溶接ガン７を移動させる必要はなく、溶接ガン７は常に決まった位置にある交換用チップ３１を受け取るだけで済むため、溶接ガン７の移動プログラムが複雑化することもない。

また、図３の（ｃ）に戻り、送り機構２５における円筒状ケース２９の送り後の動作について説明する。溶接ガン７の移動力付与によって、一旦は、コイルばね３７の弾性力に抗して、送り完了位置（図３の（ｂ）の位置）までスライドしたスライドプレート３９は、溶接ガン７の通過による付与移動力の解除に起因して、今度は、コイルばね３７の弾性力が復帰力となって、待機位置（図３の（ａ）の位置）へ向けて移動し始める。このとき、スライドプレート３９と共にスライド移動する爪４１は、爪歯車部３３の刃先を乗り越える必要があるが、本実施の形態では、爪４１がスライドプレート３９に対して揺動可能であるため、爪４１は爪歯車部３３の歯形状に応じて揺動し、爪４１及び爪歯車部３３の噛合が障害となることなく、スライドプレート３９は待機位置へ復帰する（図３の（ｄ）参照）。また、スライドプレート３９が待機位置へ復帰すると共に、爪４１は爪付勢ばね４３の弾性力によって再び爪歯車部３３と噛み合う状態となり、次の回転マガジン２３の回転動作に備えた状態となる。このように、溶接ガン７の当接によって回転マガジン２３を回転させた送り機構２５は、溶接ガン７の通過後は、再び、もとの待機状態へと自動的に復帰する。従って、送り機構２５を送り環状状態と待機状態との間で動作させるために、エアシリンダなどの大掛かりな駆動機構を設ける必要がなく、且つ、溶接ガン７の通常の移動動作を利用した回転マガジン２３の回転を連続的に行うことが可能となっている。

実施の形態２．
図５に、本実施の形態２に係るチップ交換装置の交換用チップ供給機構１０５の平面を示す。なお、本実施の形態のチップ交換装置は、以下に説明する交換用チップ供給機構１０５の構成を除いては、前述した実施の形態１に係る構成と同様であるものとする。また、図中同一符号は、同一又は対応部分を示すものとする。交換用チップ供給機構１０５は主に、回転マガジン１２３と、送り機構１２５と、入力部材１２７とを備えている。複数の交換用チップ３１が収容された円筒状ケース２９の円周外側部には、爪歯車部１３３が設けられている。また、回転マガジン１２３には、交換用チップ３１の配列一ピッチ分の回転を規定するためのボールプランジャ機構１２３ａが設けられている。

送り機構１２５は、力伝達手段１３５と、復帰力付与手段として機能するコイルばね１３７とを具備している。力伝達手段１３５は、プッシャー１３９と、スライド爪１４１と、リンク部１４３とを有している。プッシャー１３９は、その長手方向に沿って直線的にスライド可能に設けられている。爪１４１には長孔１４１ａが形成されている。一方、回転マガジン１２３を支持するブラケット１４７には、長孔１４１ａに挿入可能な支持ピン１４７ａが設けられている。これによって、スライド爪１４１はブラケット１４７に対してスライド可能且つ回転可能に支持されている。リンク部１４３は、ブラケット１４７に揺動可能に取り付けられた揺動バー１４３ａと、その揺動バー１４３ａの端部に回転可能に取り付けられた一対のローラー１４３ｂ，１４３ｃとを備えている。ローラー１４３ｂはプッシャー１３９の後端に、ローラー１４３ｃはスライド爪１４１の後端にそれぞれ当接可能に配置されている。また、プッシャー１３９の前端には、入力部材１２７が設けられている。

以上のような構成を有する本実施の形態２に係るチップ交換装置においては、溶接ガン７は、移動経路Ｓ’におけるチップ取り外し位置Ａにおいて、実施の形態１と同様に消耗したチップを取り外し、プッシャー１３９の正面まで移動する。かかる位置で、溶接ガン７は、入力部材１２７を介してプッシャー１３９を押すようにその長手方向に沿って往復移動する（マガジン回転力入力位置Ｃ）。このような溶接ガン７の移動による移動力は、プッシャー１３９を点線のようにスライドさせ、さらに、リンク部１４３を揺動させ、スライド爪１４１をスライドさせる。そして、スライド爪１４１のスライド力が回転マガジン１２３に回転力として伝達され、回転マガジン１２３が回転する。一方、溶接ガン７は、マガジン回転力入力位置Ｃにおいて、回転マガジン１２３を回転させた後には、チップ受け取り位置Ｂに移動し、上記実施の形態１のようにシャンク９に交換用チップ３１の供給を受ける。このように、本実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様、移動する溶接ガン７の移動力を利用して円筒状ケース２９を回転させるため、専用の駆動装置が必要なく低コスト且つ省エネルギを実現しながらチップ交換を行うことができる。また、溶接ガン７は常に決まった位置にある交換用チップ３１を受け取るだけで済むため、溶接ガン７の移動プログラムが複雑化することもない。

また、溶接ガン７がマガジン回転力入力位置Ｃからチップ受け取り位置Ｂに向けて移動し、溶接ガン７の移動力が入力部材１２７に入力されなくなると、コイルばね１３７の弾性力によって、スライド爪１４１、リンク部１４３及びプッシャー１３９がもとの位置へとそれぞれ復帰する。すなわち、図５の点線で示される送り完了位置から実線で示される待機位置へと復帰する。従って、送り機構１２５を送り環状状態と待機状態との間で動作させるために、大掛かりな駆動機構を設ける必要がなく、且つ、溶接ガン７の通常の移動動作を利用した回転マガジン１２３の回転を連続的に行うことが可能となっている。また、送り機構１２５が送り完了状態から待機状態へと戻る際には、スライド爪１４１が爪歯車部１３３の刃先を乗り越える必要があるが、本実施の形態では、スライド爪１４１はブラケット１４７に対して揺動可能であるため、スライド爪１４１は爪歯車部１３３の歯形状に応じて揺動し、スライド爪１４１及び爪歯車部１３３の噛合が障害となることなく、待機状態への復帰が実現する。なお、コイルばね１３７は、送り機構１２５を送り環状状態から待機状態へと復帰させる復帰力を生むと共に、スライド爪１４１を常に爪歯車部１３３に向けて付勢する付勢力をも生む。よって、本実施の形態２のコイルばね１３７は、上記実施の形態１のコイルばね３７と爪付勢ばね４３との機能を兼備することが可能となっている。

なお、以上に説明してきた本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な改変を施して実施することが可能である。例えば、マガジンの回転量をチップ配列一ピッチ分に規制する態様としては、回転マガジンの回転状態を規定するボールプランジャ機構や、入力部材あるいは送り機構の構成部材と当接してその動作量を規定するストッパでもよい。さらに、溶接ガン７の移動量を正確に制御することで入力部材から送り機構を介して伝達される動作を規定し、マガジンの回転量を正確にチップ配列一ピッチ分に規定する態様でもよい。また、チップ交換装置における各構成部の配置姿勢も上記実施の形態に示した態様には限定されるものではなく、例えば、マガジンの回転軸が水平方向を指向するような配置態様でもよい。

本発明の実施の形態に係るチップ交換装置の構成概要を示す図である。 チップ交換装置におけるチップ抜き機構及び交換用チップ供給機構の平面図である。 チップ交換装置における交換用チップ供給機構の動作説明図である。 チップ交換装置におけるチップ抜き機構の動作説明図である 本発明の他の実施の形態に係るチップ交換装置に関する、交換用チップ供給機構の平面図である。

符号の説明

１ チップ交換装置、７ 溶接ガン、９ シャンク、１１ チップ、２３，１２３ 回転マガジン、２５，１２５ 送り機構、２７，１２７ 入力部材、２７ａ 入力面、３１ 交換用チップ、３５，１３５ 力伝達手段、３７，１３７ コイルばね（復帰力付与手段）、Ａ チップ取り外し位置、Ｂ チップ受け取り位置、Ｓ 移動経路。

Claims (4)

1. 複数の交換用チップを環状列を成すように収容し且つ回転可能に設けられた回転マガジンと、
   移動する溶接ガンと当接するように該溶接ガンの移動経路と交差する方向に延びる入力面がその移動力を受けることによって直線的にスライドする入力部材と、
   前記入力部材の直線的なスライドを、前記回転マガジンを前記交換用チップの配列一ピッチ分だけ回転させる回転運動に変換する送り機構と
   を備えたことを特徴とするチップ交換装置。
2. 前記送り機構は、送り完了位置と待機位置との間でスライドする力伝達手段と、該力伝達手段を該待機位置へと付勢する復帰力付与手段とを有し、
   前記力伝達手段は、前記溶接ガンの移動力によって前記待機位置から前記送り完了位置へとスライドし、前記復帰力付与手段の復帰力によって該送り完了位置から該待機位置へと復帰する
   ことを特徴とする請求項１に記載のチップ交換装置。
3. 前記入力部材は、前記溶接ガンのチップ取り外し位置からチップ受け取り位置までの移動経路中に配置された入力面を有し、
   前記入力面の延長方向は、前記溶接ガンの前記移動経路における移動方向と交差する方向に設定されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のチップ交換装置。
4. 溶接ガンがチップ取り外し位置からチップ受け取り位置まで移動する間、前記チップ取り外し位置において該溶接ガンのシャンクに嵌着されたチップが取り外され、前記チップ受け取り位置において交換用チップを受け取る溶接ガンのチップ交換方法であって、
   移動する前記溶接ガンと当接するように該溶接ガンの移動経路と交差する方向に延びる入力面がその移動力を受けることによって直線的にスライドする入力部材を用意し、
   前記入力部材の直線的なスライドが回転運動に変換されることによって、複数の交換用チップを環状列を成すように収容した回転マガジンを、該交換用チップの配列一ピッチ分だけ回転させる、
   ことを特徴とするチップ交換方法。

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