JP4692089B2

JP4692089B2 - スポット溶接用電極の交換装置

Info

Publication number: JP4692089B2
Application number: JP2005174871A
Authority: JP
Inventors: 久明海出; 巧二本松; 弘幸中下
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-06-15
Also published as: JP2006346701A

Description

本発明は、ロボットのアーム先端に設けられたスポット溶接ガンの電極を交換するための装置に関する。

そのような装置の一例が特許文献１に記載されている。これは、ロボットに対するティーチングにより、溶接ガンを、電極チップ抜き機に設けたチップ係止部まで移動させて電極チップをチップ係止部に係止させ、電極チップがシャンクから抜けるように溶接ガンを移動させ、さらに電極チップが配置されたチップスタンドに溶接ガンを移動させ、新たな電極チップがシャンクに装着されるように溶接ガンを移動させる、というものである。その電極チップ抜き機は、エアシリンダによって作動するクランプ機構によって電極チップをクランプし、シャンクがツール座標系のＺ軸（シャンク軸）回りに回転し（捩り力を与え）、Ｘ軸回り又はＹ軸回りに回転する（曲げ力を与える）ように溶接ガンを動作させる、というものである。

また、特許文献２には、電極チップをシャンクから外すための開閉爪と、この開閉爪を支持し開閉爪に対して回動させることにより該開閉爪を開動させるカム部を有するレバーとを備えた電極チップ取り外し装置が記載されている。すなわち、開閉爪を電極チップとシャンクの大径部との隙間に差し込み、その状態でレバーを加圧手段より回動させることにより、カム部によって開閉爪を開き電極チップをシャンクから抜く、というものである。
特開平７−１４４２８４号公報特開２００１−３４７３８０号公報

しかし、特許文献１に記載のものでは、電極をチップ抜き機によってクランプした状態で、溶接ガンを動かして電極をシャンクから引き抜くというものであるから、チップ抜き機や溶接ガン、ロボットのアーム支持部等に大きな力が加わることになり、それらの耐久性、電極の円滑な抜き取りの面で不利になる。

一方、特許文献２に記載のものでは、カム機構を利用して電極とシャンクとに乖離力を与えるものであるから、溶接ガンにはそれほど無理な力は加わらないものの、レバーに加圧力を与えるための動力を別途必要とするとともに、当該電極チップ取り外し装置にエアシリンダやモータを取り付けた動力付き手持ち工具の形にしたとしても、電極とシャンク大径部との隙間への開閉爪の位置決め、動力の出力操作は作業者の手作業になる。

そこで、本発明は、ロボットによる溶接ガンのティーチング動作により、別途動力を必要とすることなく、且つ溶接ガン等に無理な力を加えることなく、電極を交換のために円滑に外すことができるようにする。

請求項１に係る発明は、ロボットのアームの先端に設けられたスポット溶接ガンのシャンクに嵌合した電極を取り外す、スポット溶接用電極交換のための装置であって、
上記溶接ガンのシャンクと電極とに係合し開動することにより該電極がシャンクから抜けるようにこの両者に対し上下に乖離方向の力を与える開閉爪と、
上記開閉爪を支持し、該開閉爪を開動させるカム部を有するカムレバーと、
上記カムレバーを上記カム部が上方及び下方のいずれにも回動するように水平軸回りに枢支する昇降体と、
上記昇降体の昇降を案内するガイドレールと、該昇降体を上昇方向に付勢する上向き付勢手段と、該昇降体を下降方向に付勢する下向き付勢手段とを備え、該上向き付勢手段の付勢力と下向き付勢手段の付勢力とが釣り合う位置を基準位置として上記昇降体を昇降自在に且つ上記基準位置に復帰するように支持する支持装置と、
上記溶接ガンのシャンクと電極とに上記開閉爪が係合した状態で、該溶接ガンが該開閉爪と共に上昇し、該上昇に伴って、上記カムレバーの上記枢支点が上記昇降体と共に上昇したとき、上記カムレバーのカム部が上記水平軸回りに上方へ回動して上記開閉爪が開動するように、上記カムレバーの上記枢支点からみて上記開閉爪とは反対側の部位の上昇を規制する上側ストッパと、
上記溶接ガンのシャンクと電極とに上記開閉爪が係合した状態で、該溶接ガンが該開閉爪と共に下降し、該下降に伴って、上記カムレバーの上記枢支点が上記昇降体と共に下降したとき、上記カムレバーのカム部が上記水平軸回りに下方へ回動して上記開閉爪が開動するように、上記カムレバーの上記枢支点からみて上記開閉爪とは反対側の部位の下降を規制する下側ストッパと、
上記溶接ガンを、そのシャンクと電極とが上記開閉爪に係合するように移動させ、上記カムレバーが回動するように、該係合状態で上昇又は下降させるロボット制御手段とを備えていることを特徴とする。

従って、ロボット制御手段によって溶接ガンをそのシャンクと電極とがカムレバーの開閉爪に係合するように移動させ、その状態で溶接ガンを上昇又は下降させると、開閉爪が上昇又は下降する。それに伴って、カムレバーの枢支点が昇降体と共に上昇又は下降する。しかし、カムレバーは開閉爪とは反対側の部位の上昇又は下降がストッパによって規制されているから、開閉爪の上昇又は下降に伴って、カムレバーが回動することになり、この回動により、開閉爪が開動してシャンクと電極との間に乖離力が与えられ、電極がシャンクから抜ける。溶接ガンと開閉爪との係合を解除すると、昇降体は基準位置に復帰し、それに伴ってカムレバー及び開閉爪も当初の基準位置に復帰するから、次に溶接ガンの電極を抜くときも、溶接ガンに同じ動作を行なわせるだけでよく、ロボット制御手段のティーチング内容を変更する必要はない。

よって、特別な駆動手段を要することなく、ロボット制御手段によるロボットの定まったティーチング動作により、電極を溶接ガンのシャンクから簡単に且つ円滑に抜くことができる。

また、溶接ガンによって開閉爪を上昇及び下降のいずれの方向に移動させても、該開閉爪が開動して電極がシャンクから抜けることになり、例えば、溶接ガンの上下に対向する電極のうち上部電極を抜く場合は溶接ガンを下降させ、下部電極を抜く場合は溶接ガンを上昇させる、というように使い分けすることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１において、
さらに、交換用電極を保持するホルダを備えた電極供給装置を備え、
上記ロボット制御手段は、上記シャンクから電極が外された溶接ガンを、上記電極供給装置のホルダによる電極供給位置に移動させ、さらに該ホルダの電極にシャンクが嵌合するように移動させることを特徴とする。

従って、電極を抜いた溶接ガンをそのまま、電極供給位置に移動させて新たな電極をシャンクに取り付けることができる。

請求項３に係る発明は、請求項２において、
上記電極供給装置は、上記溶接ガンに対して、その上側のシャンクに取り付ける上部電極と、その下側のシャンクに取り付ける下部電極とを供給するものであって、
上側に上記上部電極を保持する複数の上部保持部が設けられ、下側に上記下部電極を保持する複数の下部保持部が設けられた回転ホルダと、
上記上部電極をその自重により上記上部保持部に供給する上部供給ホースと、
上昇によって上記下部電極を電極供給部から受け取ってその上方の上記下部保持部に供給する下部供給部材と、
上記下部供給部材の下降に連動して、上記上下の各保持部が、上記上部供給ホース及び下部供給部材による電極供給位置から上記溶接ガンに対する電極取付位置へ向かって順次移動するように、上記ホルダを回転させるカム機構と、
上記下部供給部材を昇降させるための操作部材とを備え、
上記ロボット制御手段は、上記溶接ガンを、該溶接ガンによって上記操作部材を押し動かして上記下部供給部材を昇降させるように移動させることを特徴とすることを特徴とする。

従って、電極取付位置で溶接ガンに電極を取り付けた後、ロボットにより溶接ガンを移動させて操作部材を上昇させることにより、下部供給部材によって下部電極をホルダの下部保持部に供給することができ、操作部材を下降させると、カム機構によってホルダが回転して電極を保持した上部及び下部の保持部が電極供給位置にピッチ送りされる。一方、上部電極はその自重によってホルダの上部保持部に供給される。

このように、ロボットによる溶接ガンの動きでホルダを回転させて上部電極及び下部電極を電極取付位置に順次供給できるとともに、新たな上部電極及び下部電極を上部保持部及び下部保持部に供給することができ、保持部への電極の供給及び保持された電極の電極供給位置への送りのための特別な駆動手段は不要になる。

請求項４に係る発明は、請求項３において、
上記操作部材は水平軸回りに回動するように設けられて、その一端部が上記下部供給部材に、上方への回動によって該下部供給部材を上昇させるように係合し、
上記下部供給部材は、上記操作部材による上昇力が解除されると自重で下降するように設けられ、
上記ロボット制御手段は、上記溶接ガンの上記下部電極が取り付けられる下側ガンアームを上記操作部材の他端部に当てて下降させることにより、該操作部材の上記一端部を上昇させることを特徴とする。

従って、溶接ガンの下側ガンアームを操作部材の他端部に当てて下降させた後、その当接を解除するだけで、下部電極の下部保持部への供給、並びに電極の電極供給位置への送りを実現することができる。

以上のように、請求項１に係る発明によれば、溶接ガンのシャンクと電極とに係合する開閉爪と、該開閉爪を開動させるカム部を有するカムレバーと、該カムレバーを水平軸回りに枢支する昇降体と、上向き付勢手段の付勢力と下向き付勢手段の付勢力とが釣り合う位置を基準位置として上記昇降体を昇降自在に且つ基準位置に復帰するように支持する支持装置と、上記シャンクと電極とに上記開閉爪を係合させた状態で上記溶接ガンを上昇させたとき、並びに下降させたときのいずれにおいても、上記カムレバーが回動して上記開閉爪が開動するように、上記カムレバーの上記枢支点からみて上記開閉爪とは反対側の部位の上昇を規制する上側ストッパと、上記部位の下降を規制する下側ストッパとを備え、さらに、上記溶接ガンを、そのシャンクと電極とが上記開閉爪に係合するように移動させ、上記カムレバーが回動するように、該係合状態で上昇又は下降させるロボット制御手段を備えているから、特別な駆動手段を要することなく、ロボット制御手段によるロボットの定まったティーチング動作により、電極を溶接ガンのシャンクから簡単に且つ円滑に抜くことができ、しかも、溶接ガンによって開閉爪を上昇及び下降のいずれの方向に移動させても、該開閉爪が開動して電極がシャンクから抜けることになり、利便性が高くなる。

請求項２に係る発明によれば、上記ロボット制御手段は、上記シャンクから電極が外された溶接ガンを、電極供給装置のホルダによる電極供給位置に移動させ、さらに該ホルダの電極にシャンクが嵌合するように移動させるから、電極を抜いた溶接ガンをそのまま、電極供給位置に移動させて新たな電極をシャンクに取り付けることができる。

請求項３に係る発明によれば、上部電極をその自重により回転ホルダの上部保持部に供給する上部供給ホースと、上昇によって下部電極を電極供給部から受け取ってその上方に設けられた上記ホルダの下部保持部に供給する下部供給部材と、該下部供給部材の下降に連動して、上記上下の各保持部が、上記上部供給ホース及び下部供給部材による電極供給位置から上記溶接ガンに対する電極取付位置へ向かって順次移動するように、上記ホルダを回転させるカム機構と、上記下部供給部材を昇降させるための操作部材とを備え、溶接ガンによって上記操作部材を押し動かして上記下部供給部材を昇降させるように移動させるから、ロボットによる溶接ガンの動きでホルダを回転させて上部電極及び下部電極を電極取付位置に順次供給できるとともに、新たな上部電極及び下部電極を上部保持部及び下部保持部に供給することができ、保持部への電極の供給及び保持された電極の電極供給位置への送りのための特別な駆動手段は不要になる。

請求項４に係る発明によれば、上記操作部材は水平軸回りに回動するように設けられて、その一端部が上記下部供給部材に上方への回動によって該下部供給部材を上昇させるように係合し、上記下部供給部材は、上記操作部材による上昇力が解除されると自重で下降するように設けられているから、溶接ガンの下側ガンアームを操作部材の他端部に当てて下降させた後、その当接を解除するだけで、下部電極の下部保持部への供給、並びに電極の電極供給位置への送りを実現することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１はスポット溶接ロボット１を示す。このスポット溶接ロボット１は、ベース２に対してＺ軸まわりに回転する回転アーム３と、この回転アーム３に対してＹ軸まわりに揺動する第１アーム４と、第１アーム４に対してＹ軸まわりに揺動すると共に、自軸まわりに回転する第２アーム５と、第２アーム５に対してＹ軸まわりに揺動すると共に、Ｚ軸まわりに回転する第３アーム６とを備え、この第３アーム６の先端部にＣ型スポット溶接ガン７が取り付けられている多関節ロボットである。溶接ガン７の上下のシャンク８には電極１１が取り付けられている。このスポット溶接ロボット１の各アーム、モータ、アクチュエータなどの動作は、予めティーチングされて動力／制御ケーブル１３を介してロボット制御手段１４がコントロールする。

図２及び図３は上記溶接ガン７の電極交換装置の全体構成を示す。この電極交換装置は、電極取外し装置１５と電極供給装置１６とによって構成されている。

＜電極取外し装置＞
電極取外し装置１５は、シャンク８から電極１１を抜くための開閉爪１７と、この開閉爪１７を支持するカムレバー１８と、このカムレバー１８を水平軸回りに回動自在に支持する昇降体１９と、この昇降体１９を昇降可能に支持する支持装置２１と、カムレバー１８を回動させるための上側ストッパ２２及び下側ストッパ２３と、シャンク８から抜かれた電極１１を回収する回収ボックス２４とを備えてなる。

図４に示すように、開閉爪１７は、各々平面形状が対応するＵ字状に形成された上下一対の爪部材２５，２５によって構成されている。この両爪部材２５，２５のＵ字状凹部は、シャンク８及びこれに嵌合している電極１１を受け入れる受け部を構成し、且つ先端側はその開口幅が先端にいくに従って拡大している。図５にも簡略的に図示しているように、上側爪部材２５の下部及び下側爪部材２５の上部にはＵ字状凹部を挟んで対向する凸条２７，２７が形成されている。この両凸条２７，２７は、シャンク８の大径部と該シャンク８のテーパ状小径部に嵌合している電極１１の基端面との隙間２８に入るものである。

両爪部材２５，２５は、図６に簡略的に図示しているように、その基端部に適用したピン２９と付勢手段（コイルスプリング）３０とによって、互いに上下方向に乖離可能に、且つ互いに対向する面が接触するように付勢した状態に組み立てられている。

カムレバー１８は、基端側ロッド部に続いて左右二股状に分かれた相対するフォーク部３１，３１を備え、その分岐部が、昇降体１９を構成する左右一対の支持部材３２，３２に水平支軸３３によって回動自在に支持されている。そうして、上記両フォーク部３１，３１の先端部の相対向する内面より、図６に示すカム部３４が内側に突出し、このカム部３４によって上記開閉爪１７を支持している。

すなわち、開閉爪１７の上下の爪部材２５，２５の両側面には、凹部３５，３５が形成され、この上側爪部材２５の凹部３５は下向きに、下側爪部材２５の凹部３５は上向きに開口している。そして、この上下の凹部３５，３５によって上記カム部３４を収容するカム収容部が形成され、開閉爪１７は、その両側面のカム収容部に収容されたカムレバー１８のカム部３４によって支持されている。

カム収容部には、上下に対向する略平行なカム当たり面（凹部３５，３５各々の底面部）が形成され、一方、カム部３４にはその上下のカム当たり面に当接する略平行なカム面（カム部３４の上下の面）が形成されている。従って、カムレバー１８のカム部３４が水平支軸３３を中心に上下いずれの方向に回動しても、上下のカム面がカム収容部の上下のカム当たり面に当接し開閉爪１７はその爪部材２５，２５が上下に乖離するように開かれる。

昇降体１９は、図４に示すように、上記左右一対の支持部材３２，３２と、この両支持部材３２，３２を支持する背面板３７とよりなり、この背面板３７が図７にも示すように支持装置２１を構成するガイド手段３８によって昇降自在に支持されている。支持装置２１は、上記ガイド手段３８と、昇降体１９を、ひいては開閉爪１７を基準高さに位置づけるように、下方へ向けて付勢する上側付勢手段３９と、上方へ向けて付勢する下側付勢手段４０とよりなる。ガイド手段３８は、竪型ベース４１に固定されたガイドレール４２と、このガイドレール４２に昇降自在に係合したガイド部材４３とよりなり、このガイド部材４３に上記背面板３７が固定されている。

上側付勢手段３９は、ベース４１にブラケット４４で支持された筒部材４５に嵌挿され昇降体１９に上から当接する上側ロッド４６と、ブラケット４４を受けとして上側ロッド４６を下方へ付勢するコイル状のスプリング４７とを備えている。ブラケット４４は該ブラケット４４を貫通する上下方向の長孔に通したボルトによってベース４１に固定され、長孔とボルトによるブラケット固定位置の調整により、スプリング４７による下向きの付勢力を調節するようになっている。

下側付勢手段４０も、上側付勢手段３９と同じく、ベース４１にブラケット４８で支持された筒部材４９に嵌挿され昇降体１９に下から当接する下側ロッド５１と、ブラケット４８を受けとして下側ロッド５１を上方へ付勢するコイル状のスプリング５２とを備えている。ブラケット４８は該ブラケット４８を貫通する上下方向の長孔に通したボルトによってベース４１に固定され、長孔とボルトによるブラケット固定位置の調整により、スプリング５２による上向きの付勢力を調節するようになっている。

上下のストッパ２２，２３は、ロッド状のものであって、各々ベース４１にブラケット５４を介して支持されていて、上側ストッパ２２の下端及び下側ストッパ２３の上端にはカムレバー１８に当接するローラ５６が水平支軸で支持されている。この両ストッパ２２，２３は、カムレバー１８の基端側、すなわち、水平支軸３３を挟んで上記開閉爪１７の反対側の部位に上下から当接するようになっている。

本実施形態の場合、上記水平支軸３３を中心として、カムレバー１８の基端側よりも、開閉爪１７を支持した先端側の方が重い。そのため、昇降体１９が上下の付勢手段３９，４０によって基準高さに位置づけられているとき、カムレバー１８は、その基端側が上側ストッパ２２に当接して上方へ回動しないように規制された水平状態になっている。この状態では、カム部３４はその上下のカム面が開閉爪１７の上下のカム当たり面と平行になっている。そのため、開閉爪１７は上下の爪部材２５，２５の凸条２７，２７が水平になって合わさった閉じ状態になっている。

上記構成において、溶接ガン７の電極１１を取り外すには、まず、図７に示すように、溶接ガン７を、そのシャンク８の大径部と電極１１との隙間に開閉爪１７の凸条２７，２７が入る高さ関係になるように位置づける。次いで、溶接ガン７を矢符で示すように開閉爪１７のＵ字状開口に向かって水平に移動し、開閉爪１７の凸条２７，２７を上記シャンク８と電極１１との隙間に入れる。

次いで、図８に示すように、溶接ガン７を矢符で示すように下降させる。そうすると、溶接ガン７の下降力が開閉爪１７からカムレバー１８水平支軸３３を介して昇降体１９に伝わり、昇降体１９が下側付勢手段４０の付勢に抗して下降する。カムレバー１８の基端側は下側ストッパ２３によって下降が規制されるから、カムレバー１８はその先端側が下降するように回動し、その結果、開閉爪１７は昇降体１９よりも大きく下降する。

そうして、上記カムレバー１８の回動により、図６に示すように、カム部３４が傾いてその上下のカム面が開閉爪１７の上下カム当たり面に対して上下に乖離方向の力を与え、爪部材２５，２５が開いていく。すなわち、図５に示すように、上下の爪部材２５，２５の凸条２７，２７が離れて、シャンク８と電極１１に対し乖離方向の力が与えられ、電極１１がシャンク８から抜ける。抜けた電極１１は開閉爪１７の下方に配置された回収ボックス２４に落下して回収される。

開閉爪１７の凸条２７，２７をシャンク８と電極１１との隙間に入れた状態で溶接ガン７を上昇させた場合も、カムレバー１８の回動によって電極１１がシャンク８から抜ける。すなわち、溶接ガン７を上昇させた場合は、溶接ガン７の上昇力が開閉爪１７からカムレバー１８水平支軸３３を介して昇降体１９に伝わり、昇降体１９が上側付勢手段３９の付勢に抗して上昇する。カムレバー１８の基端側が上側ストッパ２２に当接することによって上昇が規制されるから、カムレバー１８はその先端側が上昇するように回動し、その結果、開閉爪１７は昇降体１９よりも大きく上昇する。

そうして、上記カムレバー１８の回動により、カム部３４が図６に示すケースとは逆に傾いてその上下のカム面が開閉爪１７の上下カム当たり面に対して上下に乖離方向の力を与え、爪部材２５，２５が開いていく。これにより、シャンク８と電極１１に対し乖離方向の力が与えられ、電極１１がシャンク８から抜けて落下し、回収ボックス２４に回収される。

ロボット制御手段１４には、上記電極取外しのための動作プログラムが予め与えられており、該ロボット制御手段１４は、電極１１の摩耗（交換要）が検出されると、上記溶接ガン７を、開閉爪１７のＵ字状開口の前方に移動させて、そのシャンク８と電極１１とが開閉爪１７の上下の凸条２７，２７に係合する高さになるように位置付ける。次いで、溶接ガン７を、そのシャンク８と電極１１とが上下の凸条２７，２７に係合するように開閉爪１７のＵ字状開口内へ向けて水平移動させ、次いで、溶接ガン７を下降又は上昇させる。上下一方の電極１１を取外したら、次に他方の電極１１を同様にして取り外すことになる。

＜電極供給装置＞
電極供給装置１６は、溶接ガン７に対して、その上側のシャンク８に取り付ける上部電極１１と、その下側のシャンク８に取り付ける下部電極１１とを供給するものであって、図２及び図３に示すように、電極ホルダとしてのマガジン６１と、該ホルダマガジン６１に上部電極１１を供給する上部電極供給手段６２と、該ホルダマガジン６１に下部電極１１を供給する下部電極供給手段６３と、下部電極供給手段６３の作動に連動して上記ホルダマガジン６１を１ピッチ（相隣る電極保持穴の間隔に相当）回転させるカム機構６４とを備えてなる。

ホルダマガジン６１は、図９及び図１０に示すように、垂直な回転軸６６によって支持された板状のものである。このホルダマガジン６１の上面側には、上部電極１１を保持する複数の電極保持穴６７が回転軸６６を中心とする円周上に等間隔で形成され、ホルダマガジン６１の下面側には下部電極１１を保持する同数の電極保持穴６８が上部の各電極保持穴６６に対して上下に対応するように形成されている。下部電極保持穴６８は、ホルダ本体に形成され且つ一側がホルダ本体の側面に開口した穴と、該穴の開口した側面を外側から覆うように、弾力をもってホルダ本体側面に当てられた板バネ６９とによって形成されている。すなわち、下部電極１１を板バネ６９によってホルダ本体の穴内面に押し当てることにより、該下部電極１１を落下しないように保持するものである。

回転軸６６は、図２及び図３に示すように、竪型ベース７１より突出した上部軸受部材７２と下部軸受部材７３とによって回転自在に支持されている。

上記電極供給手段６２は、上部電極１１を落下させてホルダマガジン６１の上部電極保持穴６７に供給する電極供給ホース７４を備え、該電極供給ホース７４がブラケット７５によって上部軸受部材７２に支持されてなる。すなわち、電極供給ホース７４の下端部がブラケット７５によって支持され、その下端の電極供給孔がホルダマガジン６１の上面側の電極保持穴６７に電極１１を供給することができるように、該電極保持穴６７が並ぶ円周上の位置で臨んでいる。電極供給ホース７４の他端部には、上部電極１１をホース内に投入するための電極投入口７６が設けられている。

下部電極供給手段６３は、下部電極１１を落下供給する電極供給ホース７７と、該電極供給ホース７７から下部電極１１を受け取って上昇しホルダマガジン６１の下部電極保持穴６８に供給する下部供給ロッド（下部供給部材）７８と、該下部供給ロッド７８を昇降させる供給アーム（操作部材）７９とを備えてなる。

電極供給ホース７７は、傾斜状態に設けられていて、その下端が電極供給筒８０と共にベース７１より水平に突設したブラケット８１の先端部に支持されている。すなわち、図１１に示すように、ブラケット８１の先端部には電極供給筒８０の筒孔に対応する上下方向の貫通孔が形成され、電極供給筒８０は、その筒孔を貫通孔に合致させてブラケット８１の先端部上面に支持されている。電極供給筒８０の上部には切欠きが形成されている。電極供給ホース７７は、ブラケット８１より上方へ突出したホースブラケット８２に下端部が支持され、その下端が電極供給筒８０にその切欠きから差し込まれている。

電極供給筒８０の筒孔は、ホルダマガジン６１を挟んで上記上部電極供給ホース７４の下端供給孔と上下に対応するように配置されている。すなわち、この上部電極供給ホース７４の下端供給孔と下部の電極供給筒８０の筒孔が対向する部位がホルダマガジン６１における電極供給位置である。ホルダマガジン６１の上下の電極１１を溶接ガン７に取付ける電極取付位置は、電極供給位置からホルダマガジン６１の回転方向に１ピッチ以上離れた位置に設定されている。下部の電極供給ホース７７の他端部には、下部電極１１をホース内に投入するための電極投入口８３が設けられている。

下部供給ロッド７８は、その下端が、ベース７１に沿って昇降する昇降板８５にブラケット８６を介して支持されていて、最下端位置にあるときに、上端が上記ブラケット８１の貫通孔を貫通して電極供給筒８０の筒孔に臨んだ状態になるように設けられている。昇降板８５は、図２に示すように、ベース７１に固定された上下方向のガイドレール８７と、該ガイドレール８７に昇降自在に係合したガイド部材８８とよりなるガイド手段によって昇降するように、ガイド部材８８に固定されている。

図３及び図１１に示すように、上記下部供給ロッド７８を昇降させるための供給アーム７９は、その中間部がベース７１に水平支軸８９によって回動自在に支持されて横長に設けられている。一方、昇降板８５からはブラケットが上方に突出し、その先端部にローラ９１が水平支軸によって回転自在に支持されている。そして、この供給アーム７９の一端の上面側がローラ９１の下面側に当てられている。供給アーム７９の他端には外部操作力を受ける操作部９０が設けられている。

従って、電極供給ホース７７より供給された下部電極１１は、電極供給筒８０の筒孔に入って下部供給ロッド７８の上端面に受けられることになる。そして、図１２に示すように、供給アーム７９の他端側を押し下げると、その一端（ローラ９１側）が持ち上がって、下部供給ロッド７８が昇降板８５と共に上昇する。そうすると、当該下部電極１１は下部供給ロッド７８によって押し上げられ、電極供給筒８０の筒孔を出てホルダマガジン６１の電極供給位置に存する下部電極保持穴６８に嵌まることになる。

そのとき、当該下部電極１１に続く下部電極１１は一旦上方へ若干押し戻され、当該下部電極１１が電極供給筒８０を出た後は下部供給ロッド７８の側面で受けられて、落下しないように保持される。そして、下部供給ロッド７８の上端がブラケット８１の貫通孔出口まで下降すると、最下端に存する次の下部電極１１が電極供給筒８０の筒孔に入り、下部供給ロッド７８の上端面に受けられる。

カム機構６４は、下部供給ロッド７８の下降に連動して、ホルダマガジン６１を上下の各電極保持穴６７，６８が、上記電極供給位置から電極取付位置へ向かって順次１ピッチ回転送りされるようにするものである。

このカム機構６４は、昇降板８５より突出したブラケット８６に固定されたカム板９２と、このカム板９２の下降力を受けてホルダマガジン６１の回転軸６６を回転させる揺動部材９３とを備えてなる。カム板９２は、回転軸６６を中心とする円弧状に形成されていて、傾斜して延びるカム孔（溝でもよい）９４を有する。一方、揺動部材９３は、その基端部が回転軸６６の下部に嵌められてワンウェイクラッチ機構によって係合しており、揺動部材９３の先端部に上記カム孔９４に嵌まってカム板９２に係合したローラ９５が水平支軸によって支持されている。

従って、カム板９２が上昇すると、相対的にローラ９５がカム孔９４を下降して揺動部材９３が一方向に回転し、カム板９３が下降すると、揺動部材９３は反対方向に回転する。ワンウェイクラッチ機構は、カム板９２が下降するときの力を揺動部材９３を介して回転軸６６に回転駆動力として伝え、カム板９２が上昇するときは揺動部材９３が回転軸６６に対して空転するようにするためのものである。

上記構成において、図１１に示すように、供給アーム７９が操作されない状態では、下部供給ロッド７８及びカム板９２は昇降板８５と共に自重で下降した位置にあり、揺動部材９３のローラ９５はカム孔９４の上端に位置する。また、最下端の下部電極１１は電極供給筒８０の筒孔に入って下部供給ロッド７８で受けられている。

この状態で図１２に示すように、溶接ガン７を供給アーム７９の操作部９０の直上に位置づけて下降させ、矢符で示すように、下側のシャンク８が設けられた下側ガンアーム９６によって操作部９０を押し下げると、供給アーム７９が回動して下部供給ロッド７８及びカム板９２は昇降板８５と共に上昇する。下部供給ロッド７８の上昇により、上述の如くその上端面で受けられた最下端の下部電極１１がホルダマガジン６１の下部電極保持穴６８に挿入されて板バネ６９によって保持される。カム板９２の上昇により、ローラ９５がカム孔９４を相対的に下降し揺動部材９３が回動するが、空転するだけで回転軸６６及びホルダマガジン６１は回転しない。

次いで図１１に示すように、溶接ガン７を上昇させると、該溶接ガン７による上記押し下げ力が解除されて、下部供給ロッド７８及びカム板９２は昇降板８５と共に自重で下降する。下部供給ロッド７８の下降により次の下部電極１１がこのロッド７８に受けられる一方、カム板９２の下降により、ローラ９５がカム孔９４を相対的に上昇し、これに伴って揺動部材９３が回動する。この回動により、回転軸６６に回転駆動力が伝えられて、ホルダマガジン６１が１ピッチ回動する。すなわち、ホルダマガジン６１の電極１１を保持した上下の電極保持穴６７，６８が電極供給位置から電極取付位置に向かって１ピッチ移動し、電極１１が保持されていない空の電極保持穴６７，６８が電極供給位置に移動する。

図１３に示すように、溶接ガン７への電極１１の取付にあたっては、溶接ガン７を、その上下のシャンク８がホルダマガジン６１の電極取付位置で上下に相対するように位置付ける。そうして、図１４に示すように、溶接ガン７に溶接時と同様のガン加圧動作を行なうことにより、すなわち、溶接ガン７を上昇させて下側シャンク８を下部電極保持穴６８に保持された電極１１の嵌合孔に差し込み、上側シャンク８を下降させて上部電極保持穴６７に保持された電極１１の嵌合孔に差し込んで加圧することにより、上下のシャンク８に電極１１を取り付ける。

ロボット制御手段１４には、先に説明した電極取外し動作に続いて行なうべき電極取付・供給のための動作プログラムが予め与えられており、該ロボット制御手段１４は、上下の電極１１を取外した後、溶接ガン７を、電極取外し装置１５から電極供給装置１６へ移動させて、ホルダマガジン６１の電極取付位置において上下のシャンク８がホルダマガジン６１を挟んで上下に対向するように位置付ける。次いで、溶接ガン７をガン加圧作動させて上下のシャンク８に電極１１を取り付ける。

次いで、溶接ガン７を、移動させて供給アーム７９の操作部９０の直上に位置付け、その下側ガンアーム９６が供給アーム７９の操作部９０を押し下げるように下降させ、下部電極１１をホルダマガジン６１の下部電極保持穴６８に供給する。次いで溶接ガン７を上昇させて操作部９０に対する押し下げを解除することにより、下部供給ロッド７８及びカム板９２を自重で下降させてホルダマガジン６１を１ピッチ回転送りさせ、電極１１が保持された上下の電極保持穴６７，６８を電極取付位置に移動させる一方、電極１１が保持されていない空の電極保持穴６７，６８を電極供給位置に移動させる。

＜電極自動交換のフロー＞
図１５は上記電極交換装置のロボット制御手段による電極自動交換の流れを示す。

スタート後のステップＳ１では、電極１１及びシャンク８内に循環させている冷却水の供給を停止する。冷却水が停止されると、溶接ガン７の冷却水通路内部は真空状態となって電極１１を取り外してもシャンク８から水は漏れない構造となっている。ステップＳ２では、溶接ガン７を電極長検出装置（図示省略）の位置へ移動させて電極長を検出する。電極長が使用限界長より大きい「使用可能」であるならば、ステップＳ３に進んで電極１１のドレスを行ない、次いでステップＳ４に進んで冷却水の供給を再開する。

ステップＳ２において、電極長が使用限界長より小さい、すなわち、使用限界に達しているときは、ステップＳ５に進んで電極取外し装置１５による電極１１の取外し動作を実行する。続くステップＳ６では溶接ガン７を電極長検出装置の位置へ移動させ、該電極長検出装置により電極１１が外れている（電極長が短くなっている）か否かを判定する。

電極１１が外れているときは、ステップＳ７に進んで電極供給装置１６による電極１１の取付動作を実行する。続くステップＳ８で溶接ガン７を電極長検出装置の位置へ移動させ、該電極長検出装置により電極１１が取り付けられている（電極長が長くなっている）か否かを判定する。

電極１１が正しく取り付けられているときはステップＳ９に進んで電極供給装置１６による電極供給動作（供給アーム７９の押えによる電極１１のマガジン６１への投入及びマガジンの１ピッチ回転送り）を実行する。次いでステップＳ４に進んで冷却水の供給を再開する。

ステップＳ６において、電極１１が外れていないと判定されたときは、ステップＳ１０に進んでロボット動作を停止し異常警報を出す。次いで作業者が不具合を修正して異常警報のリセット（異常復帰処理）を行ない（ステップＳ１１，Ｓ１２）、ステップＳ６に戻る。また、ステップＳ８において、電極１１が取り付けられていないと判定されたときは、ステップＳ１３に進んでロボット動作を停止し異常警報を出す。次いで作業者が不具合を修正して異常警報のリセットを行ない（ステップＳ１４，Ｓ１５）、ステップＳ８に戻る。

なお、上記実施形態では、マガジン６１が上部電極保持部と下部電極保持部とを備えているが、一方の電極保持部のみ備えるケースで本発明を実施するようにしてもよい。

また、溶接ガンとしては、上記Ｃ型の他、所謂Ｘ型であってもよく、或いは受け側の電極がないスタット型であってもよい。

スポット溶接ロボットの概略図である。溶接ガンの電極交換装置の全体構成を示す正面図である。同装置の側面図である。同装置の電極取外し装置の一部を示す斜視図である。開閉爪による電極の取外しを簡略的に示す斜視図である。開閉爪による電極の取外しを簡略的に示す側面図である。電極取外し装置の電極取外し前の状態を示す正面図である。同装置による電極取外し状態を示す正面図である。ホルダマガジン（電極ホルダ）を示す上から見た斜視図である。同マガジンを下から見た斜視図である。電極供給装置のロボット動作による電極供給前の状態を示す側面図である。同装置のロボット動作による電極供給状態を示す側面図である。同装置による電極取付前の状態を示す側面図である。同装置による電極取付状態を示す側面図である。ロボット制御手段による電極自動交換の流れを示すフローチャートである。

１スポット溶接ロボット
７溶接ガン
８シャンク
１１電極
１４ロボット制御手段
１５電極取外し装置
１６電極供給装置
１７開閉爪
１８カムレバー
１９昇降体
２１支持装置
２２上側ストッパ
２３下側ストッパ
３４カム部
３９上側付勢手段（下向き付勢手段）
４０下側付勢手段（上向き付勢手段）
４２ガイドレール
６１ホルダマガジン（回転ホルダ）
６４カム機構
６７上部電極保持穴（上部保持部）
６８下部電極保持穴（下部保持部）
７４電極供給ホース（上部供給ホース）
７８下部供給ロッド（下部供給部材）
７９供給アーム（操作部材）

Claims

ロボットのアームの先端に設けられたスポット溶接ガンのシャンクに嵌合した電極を取り外す、スポット溶接用電極交換のための装置であって、
上記溶接ガンのシャンクと電極とに係合し開動することにより該電極がシャンクから抜けるようにこの両者に対し上下に乖離方向の力を与える開閉爪と、
上記開閉爪を支持し、該開閉爪を開動させるカム部を有するカムレバーと、
上記カムレバーを上記カム部が上方及び下方のいずれにも回動するように水平軸回りに枢支する昇降体と、
上記昇降体の昇降を案内するガイドレールと、該昇降体を上昇方向に付勢する上向き付勢手段と、該昇降体を下降方向に付勢する下向き付勢手段とを備え、該上向き付勢手段の付勢力と下向き付勢手段の付勢力とが釣り合う位置を基準位置として上記昇降体を昇降自在に且つ上記基準位置に復帰するように支持する支持装置と、
上記溶接ガンのシャンクと電極とに上記開閉爪が係合した状態で、該溶接ガンが該開閉爪と共に上昇し、該上昇に伴って、上記カムレバーの上記枢支点が上記昇降体と共に上昇したとき、上記カムレバーのカム部が上記水平軸回りに上方へ回動して上記開閉爪が開動するように、上記カムレバーの上記枢支点からみて上記開閉爪とは反対側の部位の上昇を規制する上側ストッパと、
上記溶接ガンのシャンクと電極とに上記開閉爪が係合した状態で、該溶接ガンが該開閉爪と共に下降し、該下降に伴って、上記カムレバーの上記枢支点が上記昇降体と共に下降したとき、上記カムレバーのカム部が上記水平軸回りに下方へ回動して上記開閉爪が開動するように、上記カムレバーの上記枢支点からみて上記開閉爪とは反対側の部位の下降を規制する下側ストッパと、
上記溶接ガンを、そのシャンクと電極とが上記開閉爪に係合するように移動させ、上記カムレバーが回動するように、該係合状態で上昇又は下降させるロボット制御手段とを備えていることを特徴とするスポット溶接用電極の交換装置。
請求項１において、
さらに、交換用電極を保持するホルダを備えた電極供給装置を備え、
上記ロボット制御手段は、上記シャンクから電極が外された溶接ガンを、上記電極供給装置のホルダによる電極供給位置に移動させ、さらに該ホルダの電極にシャンクが嵌合するように移動させることを特徴とするスポット溶接用電極の交換装置。
請求項２において、
上記電極供給装置は、上記溶接ガンに対して、その上側のシャンクに取り付ける上部電極と、その下側のシャンクに取り付ける下部電極とを供給するものであって、
上側に上記上部電極を保持する複数の上部保持部が設けられ、下側に上記下部電極を保持する複数の下部保持部が設けられた回転ホルダと、
上記上部電極をその自重により上記上部保持部に供給する上部供給ホースと、
上昇によって上記下部電極を電極供給部から受け取ってその上方の上記下部保持部に供給する下部供給部材と、
上記下部供給部材の下降に連動して、上記上下の各保持部が、上記上部供給ホース及び下部供給部材による電極供給位置から上記溶接ガンに対する電極取付位置へ向かって順次移動するように、上記ホルダを回転させるカム機構と、
上記下部供給部材を昇降させるための操作部材とを備え、
上記ロボット制御手段は、上記溶接ガンを、該溶接ガンによって上記操作部材を押し動かして上記下部供給部材を昇降させるように移動させることを特徴とすることを特徴とするスポット溶接用電極の交換装置。
請求項３において、
上記操作部材は水平軸回りに回動するように設けられて、その一端部が上記下部供給部材に、上方への回動によって該下部供給部材を上昇させるように係合し、
上記下部供給部材は、上記操作部材による上昇力が解除されると自重で下降するように設けられ、
上記ロボット制御手段は、上記溶接ガンの上記下部電極が取り付けられる下側ガンアームを上記操作部材の他端部に当てて下降させることにより、該操作部材の上記一端部を上昇させることを特徴とするスポット溶接用電極の交換装置。