JP5437946B2 - 電動式スポット溶接ガン - Google Patents

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Description

本発明は、電動式スポット溶接ガンに関する。詳しくは、スポット溶接に用いる一対の電極チップのうち一方の電極チップが他方の電極チップに対して、サーボモータにより開閉される電動式スポット溶接ガンに関する。
従来から、この種の電動式スポット溶接ガンでは、サーボモータのロータの回転運動が、ボールねじとナットとで構成される送りねじ機構を介して軸方向の進退運動に変換され、この進退運動により一方の電極チップの開閉動作が行われる。
図5に、従来の電動式スポット溶接ガン110の概略的構成図を示す。図5に示すように、電動式スポット溶接ガン110は、サーボモータおよび送りねじ機構を含むモータ駆動ユニット130と、モータ駆動ユニット130のサーボモータの回転により進退される加圧ロッド150と、を備える。加圧ロッド150の先端部に固定されたアーム170には、一方の電極チップ171が取り付けられる。
また、電動式スポット溶接ガン110では、一方の電極チップ171がどの位置まで移動したとき両電極チップ間に電流を流すかそのタイミングを的確に決定するため、他方の電極チップ(不図示)に対する一方の電極チップ171の移動位置は正確に把握されなければならない。
そのため、従来から、サーボモータのロータの回転角度を検出するためにエンコーダ160が設けられている。
従来の電動式スポット溶接ガン110では、サーボモータのロータの後部(ロータから前方へ延びる送りねじ機構側とは反対側)に、直列に、エンコーダ160が連結されている。すなわち、サーボモータのロータの回転軸を後方へ延ばした位置に、エンコーダ160の回転軸が同軸上に配置されている。
このとき、エンコーダ160の回転軸は、カップリング等の継手を用いて、または直接、ロータの回転軸の後部に取り付けられることによって、ロータの回転がエンコーダ160に伝えられる。
また、最近では、溶接対象物である製品の形状に制約を設けないという理由から、図5に示すように、加圧点(電極チップ171の位置)が加圧ロッド150(サーボモータによる加圧軸)からオフセットした電動式スポット溶接ガン110が使用されている。このような電動式スポット溶接ガン110では、加圧時に、加圧ロッド150に対してモーメントが作用する。
そのため、従来の電動式スポット溶接ガン110では、モータ駆動ユニット130の前方部分に軸受ブッシュ200を配置して、この軸受ブッシュ200により、加圧時に加圧ロッド150に作用するモーメントを受ける構造となっている。
特開2002−028788号公報
ところで、最近の電動式スポット溶接ガンには、サーボモータおよび送りねじ機構を含むモータ駆動ユニットの小型化が要求され、特にモータ駆動ユニットの全長(軸方向長さ)の短縮が求められている。
しかしながら、従来の電動式スポット溶接ガン110では、サーボモータのロータの後部に、エンコーダ160が直列に連結されている。モータ駆動ユニット130の全長には、エンコーダ160の軸方向長さも加えられる。
そのため、このようなエンコーダ160の配置が、モータ駆動ユニット130の全長を短縮するうえで妨げとなり、その全長を短縮することは困難であった。
また、従来の電動式スポット溶接ガン110では、加圧時に加圧ロッド150に作用するモーメントを受ける軸受ブッシュ200が、モータ駆動ユニット130の前方部分に配置されている。モータ駆動ユニット130の全長には、この軸受ブッシュ200の軸方向長さも加えられる。
モーメントによる負荷を受けるには軸受ブッシュ200の長さを長くしなければならず、その分だけモータ駆動ユニット130の全長が延びることは避けられない。
そのため、このような軸受ブッシュ200の配置が、モータ駆動ユニット130の全長を短縮するうえで妨げとなり、その全長を短縮することは困難であった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、モータ駆動ユニットを小型化することができ、特にモータ駆動ユニットの全長(軸方向長さ)を短縮することのできる電動式スポット溶接ガンを提供することを目的とする。
本発明の電動式スポット溶接ガンは、サーボモータ(例えば、後述のサーボモータ40)と、前記サーボモータのロータ(例えば、後述のロータ43)の回転に応じて進退する加圧ロッド(例えば、後述の加圧ロッド50)と、前記加圧ロッドの先端部に固定されたアーム(例えば、後述の駆動側アーム70)に取り付けられる電極チップ(例えば、後述の駆動側電極チップ71)と、前記サーボモータのロータの回転角度を検出するエンコーダ(例えば、後述のエンコーダ60)と、を備え、前記加圧ロッドに対して前記電極チップの位置がオフセットしている電動式スポット溶接ガン(例えば、後述の電動式スポット溶接ガン10)において、前記加圧ロッド側とは反対側の前記ロータの後端部(例えば、後述の後端部44)と、前記エンコーダの入力端部(例えば、後述の入力端部64)とを同一方向に向けた姿勢で、当該ロータおよび当該エンコーダが、前記加圧ロッドに対して前記電極チップがオフセットしているオフセット平面内で互いに平行に配置され、前記加圧ロッドと一体に固定されて、当該加圧ロッドと平行に延びる一組の加圧ガイド(例えば、後述の加圧ガイド55a,55b)を備え、前記一組の加圧ガイドは、前記オフセット平面を挟んでその両側に配置される。
この発明によれば、加圧ロッド側とは反対側のロータの後端部と、エンコーダの入力端部とを同一方向に向けた姿勢で、ロータおよびエンコーダが、加圧ロッドに対して電極チップがオフセットしているオフセット平面内で互いに平行に配置される。すなわち、例えば、サーボモータのロータの後部にエンコーダが直列に連結されている場合の、そのエンコーダをサーボモータのロータに対して折り返した構造となる。
これにより、例えば、ロータの後部にエンコーダが直列に連結されている場合に比べて、モータ駆動ユニットの全長(軸方向長さ)を短縮することができ、モータ駆動ユニットを小型化することができる。
また、この発明によれば、加圧ロッドと一体に固定されて、加圧ロッドと平行に延びる一組の加圧ガイドが、オフセット平面を挟んでその両側に配置される。
これにより、例えば、加圧時に加圧ロッドに作用するモーメントを受ける軸受ブッシュがモータ駆動ユニットの前方部分に直列に配置される場合に比べて、モータ駆動ユニットの全長(軸方向長さ)を短縮することができ、モータ駆動ユニットを小型化することができる。
また、一組の加圧ガイドが、オフセット平面を挟んでその両側に配置されることにより、加圧点(電極チップ)にできるだけ近い位置に加圧ガイドを設置することができる。
これにより、加圧ガイドにかかるモーメントを比較的小さく抑えることができ、したがって、電動式スポット溶接ガンの剛性が上がる。
また、加圧ガイド、加圧ロッドとの3軸を連結するポイントホルダの大きさを小さくすることができ、これにより、電動式スポット溶接ガン自体が小型化、軽量化できる。
この場合、トランス(例えば、後述のトランス90)と、前記トランスから前記電極チップへ電流を流すための可撓導体(例えば、後述のオンス銅板92)と、前記電極チップと当該電極チップに対向する電極チップ(例えば、後述の従動側電極チップ81)との間でワークを挟持するとき、ワ−クの位置ずれを吸収可能なイコライズ機構(例えば、後述のイコライズ機構20)と、を備え、前記イコライズ機構は、前記加圧ガイドと平行に延びる一組のイコライズガイド(例えば、後述のイコライズガイド25a,25b)と、前記一組のイコライズガイドにフローティング機能をもたせる一組のフローティング部材(例えば、後述のフローティング部材27a,27b)と、を備え、前記ロータの軸線方向から見て、前記加圧ロッドから近い順に、前記一組の加圧ガイド、前記一組のイコライズガイド、前記一組のフローティング部材が配置され、前記一組の加圧ガイドの中間位置に前記エンコーダが配置され、前記一組のイコライズガイドの中間位置および前記一組のフローティング部材の中間位置に前記可撓導体が配置される、ことが好ましい。
この発明によれば、ロータの軸線方向から見て、加圧ロッドから近い順に、一組の加圧ガイド、一組のイコライズガイド、一組のフローティング部材が配置される。すなわち、イコライズガイドに比べてより大きい負荷を受ける加圧ガイドが、加圧点(電極チップ)により近い位置に配置される。
これにより、電動式スポット溶接ガンの剛性が上がり、耐久性が向上する。
また、イコライズガイドをできるだけ加圧ロッドに近い位置に配置することにより、イコライズ反力および溶接チップの加工物への貼り付きなどにより発生するイコライズ機構への負荷(モーメント)を軽減することができ、イコライズガイドの剛性を上げることができる。
また、イコライズガイドにフローティング機能をもたせるフローティング部材が、イコライズガイドに対して軸方向に直列に配置されるのではなく、並列に配置される。
これにより、モータ駆動ユニットの全長(軸方向長さ)を短縮することができ、モータ駆動ユニットを小型化することができる。
また、この発明によれば、一組のイコライズガイドの中間位置および一組のフローティング部材の中間位置に、可撓導体が配置される。
これにより、可撓導体の両側が溶接にともなうスパッタの直撃に曝される危険を回避することができ、したがって、可撓導体の寿命が延びる。
また、可撓導体自体をトランスに直結することができる。
これにより、可撓導体をトランスに直結できない構造の場合に必要な二次導体が不要となり、部品数を削減することができる。
さらに、可撓導体自体をトランスに直結することにより、溶接電流が流れる導体経路が短くなり、導体の抵抗が下がり、トランスの出力負荷を下げることができる。さらに、導体を冷却するための冷却水路を削減することができる。
本発明によれば、加圧ロッドに対して電極チップの位置がオフセットしている電動式スポット溶接ガンにおいて、モータ駆動ユニットの全長(軸方向長さ)を効率よく短縮することができ、モータ駆動ユニットを小型化することができる。
本発明の実施形態に係る電動式スポット溶接ガンの要部を断面にして示す側面図である。 図1に示す電動式スポット溶接ガンの拡大縦断背面図である。 図1に示す電動式スポット溶接ガンの従動側アームおよびオンス銅板を省略して示す拡大正面図である。 本発明の電動式スポット溶接ガンを示す概略的構成図である。 従来の電動式スポット溶接ガンを示す概略的構成図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る電動式スポット溶接ガン10の要部を断面にして示す側面図、図2は拡大縦断背面図、図3は従動側アームおよびオンス銅板を省略して示す拡大正面図である。
電動式スポット溶接ガン10は、溶接ロボット(不図示)のアーム5にイコライズ機構20を介して取り付けられるガンボディ11を備える。
ガンボディ11は、イコライズ機構20の他、モータ駆動ユニット30と、駆動側アーム70と、従動側アーム80と、トランス90と、を備える。
イコライズ機構20は、左右のフレーム21a,21bと、左右一組のイコライズガイド25a,25bと、イコライズガイド25a,25bにフローティング機能をもたせる左右一組のフローティング部材27a,27bと、を備える。
フレーム21a,21bは、溶接ロボット(不図示)のアーム5に固定される。
イコライズガイド25a,25bは、フレーム21a,21bに固定されて前後方向に延びる左右一組のイコライズガイドバー26a,26bを備える。
フローティング部材27a,27bは、左側がダンパー28aで右側がバネ28bからなる左右一組のダンパー・バネ28a,28bを備える。
モータ駆動ユニット30は、ユニットハウジング31と、サーボモータ40と、加圧ロッド50と、エンコーダ60と、を備える。
ユニットハウジング31は、サーボモータ40、加圧ロッド50およびエンコーダ60を収容するメインハウジング32と、メインハウジング32の左右上側に延出したサブハウジング33a,33bと、を備える。
サブハウジング33a,33bには、左右一組のイコライズガイドバー26a,26bを収容する左右一組のイコライズガイド孔36a,36bが形成される。イコライズガイドバー26a,26bとイコライズガイド孔36a,36bとによって、左右一組のイコライズガイド25a,25bが構成される。
サブハウジング33a,33bには、左右一組のダンパー・バネ28a,28bを収容する左右一組のダンパー・バネ孔38a,38bが形成される。ダンパー・バネ28a,28bとダンパー・バネ孔38a,38bとによって、左右一組のフローティング部材27a,27bが構成される。
サーボモータ40は、メインハウジング32内に固定されるステータ41と、メインハウジング32内に小型のアンギュラベアリング42を介して回転可能に支持される中空のロータ43とで構成される。
加圧ロッド50は、中空のロッドである。加圧ロッド50は、メインハウジング32の前端側に設けたガイドスリーブ51を通してロータ43の中空部内に配置される。ガイドスリーブ51は、加圧ロッド50の回転の振れ止め用のものであり、従来の軸受ブッシュ200(図5参照)に比べて非常に短い長さのものである。
加圧ロッド50の後端部は、ボールねじ52と螺合しているナット54と一体に構成される。
ボールねじ52は、後部側がロータ43の基部側に固定され、加圧ロッド50の中空部内を加圧ロッド50の軸線に沿って延びる。そのため、ボールねじ52は、ロータ43の回転にともなってロータ43と一体に回転する。
ナット54は、適宜の回り止め措置が施される。そのため、ロータ43の回転にともなってボールねじ52が回転すると、加圧ロッド50は、ナット54とともにロータ43の中空部内をロータ43の軸線に沿って進退する。
加圧ロッド50は、加圧ロッド50に固定されて前後方向に延びる左右一組の加圧ガイド55a,55bを備える。加圧ガイド55a,55bは、左右一組の加圧ガイドバー56a,56bを備える。加圧ガイドバー56a,56bは、イコライズ機構20に形成された左右一組の加圧ガイド孔22a,22bに収容される。加圧ガイドバー56a,56bと加圧ガイド孔22a,22bとによって、左右一組の加圧ガイド55a,55bが構成される。
サーボモータ40は、加圧ロッド50側とは反対側のロータ43の後端部44に、ギア45が取り付けられる。このギア45は、ノーバックラッシュギアまたはノンバックラッシュギアなどと呼ばれるバックラッシュのないギアである。例えば、2枚の薄いギア(平歯車)を重ね合わせて、両者をバネで円周方向に引っ張ることで、バックラッシュなしでトルク伝達ができるようにしたギアである。
エンコーダ60は、その回転軸をロータ43の回転軸と平行にした状態でメインハウジング32内に配置される。このとき、エンコーダ60の向きは、その入力端部64が、加圧ロッド50側とは反対側に延びるロータ43の後端部44と同一方向を向く。すなわち、図1に示すように、ロータ43の後端部44が、図1において右側を向くとき、エンコーダ60の入力端部64も、図1において右側を向く。
エンコーダ60は、回転軸の入力端部64にギア65が取り付けられる。このギア65は、普通のギア(平歯車)でよい。ギア65は、ロータ43に取り付けられたギア45と係合する。
駆動側アーム70は、加圧ロッド50の先端部に取り付けられる。駆動側アーム70は、加圧ロッド50への取り付け部に対して、加圧ロッド50の軸線方向からオフセットした位置に、駆動側電極チップ71が取り付けられる。図1に示すように、駆動側電極チップ71は、加圧ロッド50の軸線方向から下方へオフセットしている。
従動側アーム80は、駆動側アーム70の駆動側電極チップ71と対向する位置に、従動側電極チップ81が取り付けられる。
駆動側アーム70および従動側アーム80は、いずれも、イコライズ機構20により変位可能に支持される。そのため、駆動側電極チップ71と従動側電極チップ81とでワーク(板材)を挟持するときに、ワークが所定の位置から多少位置ずれ(例えば、2〜3mm程度の位置ずれ)を起こしていても、挟持したときに全体がフローティングして追従する。
トランス90は、左右のブラケット91a,91bを介してイコライズ機構20のフレーム21a,21bに取り付けられる。トランス90は、駆動側電極チップ71と従動側電極チップ81とでワークを挟持したとき、駆動側電極チップ71および従動側電極チップ81に溶接電流を流す。
そのため、トランス90は、トランス90の電極から、駆動側電極チップ71を備えた駆動側アーム70および従動側電極チップ81を備えた従動側アーム80に溶接電流を流すための可撓導体としてのオンス銅板92を備える。オンス銅板92は、薄い銅板を重ねたものをU字形に曲げて使用する。
オンス銅板92は、イコライズガイド25a,25bの中間位置およびフローティング部材27a,27bの中間位置に配置される。すなわち、オンス銅板92は、電動式スポット溶接ガン10の左右間の中央に配置される。
従来は、電動式スポット溶接ガンの左右間の中央にオンス銅板を配置することができないため、トランスの電極取り付け部から二次導体(銅板)を左右に振り分けて、その左右から前方へ向けてオンス銅板を配置していた。これにより、従来は、溶接電流が流れる導体経路が長くなり、抵抗をもつので発熱する。そのため、水を流して冷却しなければならなかった。部品点数も増えて、抵抗も増えて、冷却水の流路も増えた。
これに対して、本実施形態では、オンス銅板92は、電動式スポット溶接ガン10の左右間の中央に配置される。
これにより、オンス銅板92のコンパクト化が実現される。また、二次導体が不要となり、溶接電流が流れる導体経路が短くなり、導体経路の電気抵抗が低下し、導体経路を冷却するための冷却水路を削減できる。
図4に示すように、電動式スポット溶接ガン10において、駆動側電極チップ71は、加圧ロッド50の軸線方向から下方へオフセットしている。エンコーダ60は、加圧ロッド50の軸線方向から上方へオフセットしている。このとき、エンコーダ60は、モータ駆動ユニット30の後端部から後方へは突出しない。
図2、4に示すように、電動式スポット溶接ガン10において、加圧ガイド55a,55bは、加圧ロッド50の軸線方向から上方へオフセットしている。加圧ガイド55a,55bは、軸線方向に見てエンコーダ60を挟んでその両側に配置されている。
上記のように構成された電動式スポット溶接ガン10は、サーボモータ40を駆動させると、ロータ43およびロータ43と一体のボールねじ52が回転する。ボールねじ52が回転することで、ボールねじ52と螺合しているナット54およびナット54と一体の加圧ロッド50が軸線方向に進退する。
これにより、加圧ロッド50の先端に取り付けられた駆動側電極チップ71が、対向する従動側電極チップ81との間にワーク(板材)を挟持してスポット溶接を行う。
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)加圧ロッド50側とは反対側のロータ43の後端部44と、エンコーダ60の入力端部64とを同一方向に向けた姿勢で、ロータ43およびエンコーダ60が、加圧ロッド50に対して電極チップ71がオフセットしているオフセット平面内で互いに平行に配置される。すなわち、例えば、サーボモータ40のロータ43の後部にエンコーダ60が直列に連結されている場合の、そのエンコーダ60をサーボモータ40のロータ43に対して折り返した構造となる。
これにより、例えば、ロータ43の後部にエンコーダ60が直列に連結されている場合に比べて、モータ駆動ユニット30の全長(軸方向長さ)を効率よく短縮することができ、モータ駆動ユニット30を小型化することができる。
(2)加圧ロッド50と一体に固定されて、加圧ロッド50と平行に延びる一組の加圧ガイド55a,55bが、オフセット平面を挟んでその両側に配置される。
これにより、例えば、加圧時に加圧ロッド50に作用するモーメントを受ける軸受ブッシュがモータ駆動ユニット30の前方部分に直列に配置される場合に比べて、モータ駆動ユニット30の全長(軸方向長さ)を効率よく短縮することができ、モータ駆動ユニット30を小型化することができる。
(3)一組の加圧ガイド55a,55bが、オフセット平面を挟んでその両側に配置されることにより、電極チップ71(加圧点)にできるだけ近い位置に加圧ガイド55a,55bを設置することができる。
これにより、加圧ガイド55a,55bにかかるモーメントが小さくなり、電動式スポット溶接ガン10の剛性が上がる。
また、ポイントホルダの大きさが小さくなり、これにより、電動式スポット溶接ガン10自体が小型化、軽量化できる。
(4)ロータ43の軸線方向から見て、加圧ロッド50から近い順に、一組の加圧ガイド55a,55b、一組のイコライズガイド25a,25b、一組のフローティング部材27a,27bが配置される。すなわち、最も大きい負荷を受ける加圧ガイド55a,55bが、加圧ロッド50に最も近い位置に配置され、つぎに大きい負荷を受けるイコライズガイド25a,25bが、加圧ロッド50につぎに近い位置に配置される。
これにより、電動式スポット溶接ガン10の剛性が上がり、耐久性が向上する。
(5)イコライズガイド25a,25bをできるだけ加圧ロッド50に近い位置に配置することにより、イコライズ反力および溶接チップ(電極チップ71,81)の加工物への貼り付きなどにより発生するイコライズ機構への負荷(モーメント)を軽減することができ、イコライズガイド25a,25bの剛性を上げることができる。
(6)イコライズガイド25a,25bにフローティング機能をもたせるフローティング部材27a,27bが、イコライズガイド25a,25bに対して軸方向に直列に配置されるのではなく、並列に配置される。
これにより、モータ駆動ユニット30の全長(軸方向長さ)を効率よく短縮することができ、モータ駆動ユニット30を小型化することができる。
(7)一組の加圧ガイド55a,55bの中間位置にエンコーダ60が配置され、一組のイコライズガイド25a,25bの中間位置および一組のフローティング部材27a,27bの中間位置にオンス銅板92が配置される。
これにより、モータ駆動ユニット30の全長(軸方向長さ)を効率よく短縮することができ、電動式スポット溶接ガン10を小型化することができる。
(8)一組のイコライズガイド25a,25bの中間位置および一組のフローティング部材27a,27bの中間位置にオンス銅板92が配置されることにより、オンス銅板92の両側が溶接にともなうスパッタの直撃に曝される危険を回避することができ、オンス銅板92の寿命が延びる。
(9)一組のイコライズガイド25a,25bの中間位置および一組のフローティング部材27a,27bの中間位置にオンス銅板92が配置されることにより、オンス銅板92自体をトランス90に直結することができる。
これにより、オンス銅板92をトランス90に直結できない構造の場合に必要な二次導体が不要となり、部品数を削減することができる。
(10)オンス銅板92自体をトランス90に直結することにより、溶接電流が流れる導体経路が短くなり、導体の抵抗が下がり、トランス90の出力負荷を下げることができる。さらに、導体を冷却するための冷却水路を削減することができる。
10…電動式スポット溶接ガン
20…イコライズ機構
25a,25b…イコライズガイド
27a,27b…フローティング部材
30…モータ駆動ユニット
40…サーボモータ
43…ロータ
44…後端部
50…加圧ロッド
55a,55b…加圧ガイド
60…エンコーダ
64…入力端部
70…駆動側アーム(アーム)
71…駆動側電極チップ(電極チップ)
81…従動側電極チップ(電極チップ)
90…トランス
92…オンス銅板(可撓導体)

Claims (2)

  1. サーボモータと、
    前記サーボモータのロータの回転に応じて進退する加圧ロッドと、
    前記加圧ロッドの先端部に固定されたアームに取り付けられる電極チップと、
    前記サーボモータのロータの回転角度を検出するエンコーダと、を備え、
    前記加圧ロッドに対して前記電極チップの位置がオフセットしている電動式スポット溶接ガンにおいて、
    前記加圧ロッド側とは反対側の前記ロータの後端部と、前記エンコーダの入力端部とを同一方向に向けた姿勢で、当該ロータおよび当該エンコーダが、前記加圧ロッドに対して前記電極チップがオフセットしているオフセット平面内で互いに平行に配置され、
    前記加圧ロッドと一体に固定されて、当該加圧ロッドと平行に延びる一組の加圧ガイドを備え、
    前記一組の加圧ガイドは、前記オフセット平面を挟んでその両側に配置される、電動式スポット溶接ガン。
  2. 請求項1に記載の電動式スポット溶接ガンにおいて、
    トランスと、
    前記トランスから前記電極チップへ電流を流すための可撓導体と、
    前記電極チップと当該電極チップに対向する電極チップとの間でワークを挟持するとき、ワ−クの位置ずれを吸収可能なイコライズ機構と、を備え、
    前記イコライズ機構は、
    前記加圧ガイドと平行に延びる一組のイコライズガイドと、
    前記一組のイコライズガイドにフローティング機能をもたせる一組のフローティング部材と、を備え、
    前記ロータの軸線方向から見て、前記加圧ロッドから近い順に、前記一組の加圧ガイド、前記一組のイコライズガイド、前記一組のフローティング部材が配置され、
    前記一組の加圧ガイドの中間位置に前記エンコーダが配置され、
    前記一組のイコライズガイドの中間位置および前記一組のフローティング部材の中間位置に前記可撓導体が配置される、電動式スポット溶接ガン。
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