JP5521421B2

JP5521421B2 - 複式溶接ガン構造体

Info

Publication number: JP5521421B2
Application number: JP2009170355A
Authority: JP
Inventors: 知生安永; 光男宗像
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: US20110017710A1; US8237078B2; DE102010031331A1; JP2011025251A; CN101961815A

Description

本発明は、複数の溶接ガンを１台の溶接ロボットのロボットアームに搭載して、ワークの複数の溶接箇所を同時に溶接可能な複式溶接ガン構造体に関する。

従来の自動車の溶接設備においては、１台の溶接ロボットのロボットアームに１台の溶接ガンを搭載して、ワークの溶接箇所を１点ずつスポット溶接している。

また、タクトタイムの短縮及び設備費の削減を目的に、１台の溶接ロボットのロボットアームに２台の溶接ガンを搭載して、ワークの２点の溶接箇所を同時にスポット溶接する複式溶接ガン構造体（双頭溶接ガン）が開示されている（特許文献１参照）。

更に、複数台（例えば２台）の溶接ガンの一方を他方に対して平行移動（スライド）させて、これらの溶接ガンのガンピッチ(つまり溶接ピッチ)を変更させるピッチ変更装置を具備した複式溶接ガン構造体が知られている。

実開平５−８８７７３号公報

ところが、溶接ガンを平行移動させるピッチ可変装置は、構造が複雑であり、更にガンピッチの変更範囲を大きく設定するためには、溶接ガンの平行移動距離を大きくしなければならず、その分、大型化し且つ重量が増大してしまう。

また、このようなピッチ可変装置において、溶接ガンの平行移動距離を大きくした場合には、この複式溶接ガン構造体に作用するモーメントが増大するため、このピッチ可変装置を含めた複式溶接ガン構造体の剛性を増大させる必要がある。この点からも、この複式溶接ガン構造体の大型化及び重量の増大が避けられない。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、小型且つ軽量化できる複式溶接ガン構造体を提供することにある。

本発明は、同時に溶接可能な複数の溶接ガンが１台の溶接ロボットのロボットアームに搭載されるとともに、前記複数の溶接ガンの各ガンアーム先端部にそれぞれ設置された溶接電極に溶接用電力を供給する溶接トランスおよび前記溶接ガンのガンピッチを変更させるピッチ可変装置を備えた複式溶接ガン構造体において、複数の前記溶接ガンは、溶接ロボットのロボットアームに固定される固定側溶接ガンと、この固定側溶接ガンに対して前記ピッチ可変装置により回転動作する可動側溶接ガンとを備え、前記ピッチ可変装置は、前記固定側溶接ガンと前記可動側溶接ガンの間に配置され、少なくとも前記固定側溶接ガンに取付けた回転用サーボモータと前記可動側溶接ガンに取り付けた回転軸を備え、前記回転用サーボモータの回転により、直接または伝動機構部を介して前記可動側溶接ガンを前記回転軸を中心として回転させてこれらの溶接ガンの一方を他方に対し相対的に回転させてこれらの溶接ガンの各先端部を接近または離反させ、これらの溶接ガンのガンピッチを変更させる一方、前記溶接トランスを、少なくとも前記回転軸を中心として回転動作する前記可動側溶接ガンの側に設置し、可動側溶接ガンと共に移動することを特徴とするものである。

本発明によれば、ピッチ可変装置が、複数の溶接ガンの一方を他方に対し相対的に回転させてこれらの溶接ガンを接近または離反させることから、複数の溶接ガンを平行移動させてガンピッチを変更させるピッチ可変装置に比べ、構造が簡素化され、剛性を低く設計できるので、小型且つ軽量な複式溶接ガン構造体を実現できる。

本発明に係る複式溶接ガン構造体の第１の実施の形態であるダブルガン構造体を示す正面図。図１のダブルガン構造体を示す平面図。図１のダブルガン構造体を示す側面図。図１のダブルガン構造体による溶接作業状況を示す側面図。図１のダブルガン構造体による溶接作業状況を示す平面図。本発明に係る複式溶接ガン構造体の第２の実施の形態であるダブルガン構造体を示す正面図。本発明に係る複式溶接ガン構造体の第３の実施の形態であるダブルガン構造体を、一部を断面状態で示す正面図。図７のダブルガン構造体を示す平面図。図７のダブルガン構造体を示す側面図。図７のダブルガン構造体の作動状態であり、（Ａ）は、回転用サーボモータを−１０度回転させた状態を示す平面図、（Ｂ）は、回転用サーボモータを＋５度回転させた状態を示す平面図。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。

図１は、本発明に係る複式溶接ガン構造体の第１の実施の形態であるダブルガン構造体を示す正面図である。図１〜図３に示す複式溶接ガン構造体としてのダブルガン構造体１０は、同時に溶接可能な複数台（例えば２台）の第１溶接ガン１１と第２溶接ガン１２とが、１台の溶接ロボット（可搬許容荷重２００ｋｇ以下）のロボットアーム１３に搭載されたものである。そして、第１溶接ガン１１が、フレーム１４を介してロボットアーム１３に固定されて固定側溶接ガンとして機能する。また、第２溶接ガン１２は、第１溶接ガン１１に対しピッチ可変装置１５（後述）により、回転軸１６を中心に矢印Ａ（図２）方向に回転動作する可動側溶接ガンである。尚、図２中の符号３３は、ロボットアーム取付位置を示す。

これらの第１溶接ガン１１及び第２溶接ガン１２は、図３に示すように、固定側ガンアーム１７に対して可動側ガンアーム１８が枢支軸１９を中心に揺動して、これらの固定側ガンアーム１７、可動側ガンアーム１８の各先端部にそれぞれ設置された溶接電極２０、２１が開閉動作するＸ型のスポット溶接用の溶接ガンである。

固定側ガンアーム１７は、フレーム１４に取り付けられると共に、このフレーム１４に溶接トランス２２及びボールねじ機構部２３が設置される。溶接トランス２２から溶接電極２０、２１へ溶接用電力が供給される。また、ボールねじ機構部２３は、図２に示すように、ドライブプーリ２４及びドリブンプーリ２５にタイミングベルト２６が巻き掛けられてなるプーリ機構部２７を介して加圧用サーボモータ２８に連結される。

加圧用サーボモータ２８のドライブシャフトにドライブプーリ２４が回転一体に取り付けられ、ドリブンプーリ２５にボールねじ機構部２３のボールねじ２９が回転一体に結合される。また、ボールねじ２９には駆動ナット３０がねじ結合され、この駆動ナット３０にリンク３１を介して可動側ガンアーム１８が連結される。また、図３に示すように、固定側ガンアーム１７の基端部は、ボールねじ機構部２３のケーシング３２に支持されている。

従って、加圧用サーボモータ２８の駆動により、プーリ機構部２７のドライブプーリ２４、タイミングベルト２６及びドリブンプーリ２５を経て、ボールねじ機構部２３のボールねじ２９が回転し、駆動ナット３０がボールねじ２９の軸方向に移動して、可動側ガンアーム１８が固定側ガンアーム１７に対し枢支軸１９を中心として揺動し、可動側ガンアーム１８の溶接電極２１が固定側ガンアーム１７の溶接電極２０に対し開閉動作する。

可動側ガンアーム１８の溶接電極２１が固定側ガンアーム１７の溶接電極２０に対して開動作したときには（図４（Ａ））、ワーク３４の溶接箇所３５に対して、これらの溶接電極２０及び２１によるスポット溶接はなされない。可動側ガンアーム１８の溶接電極２１が固定側ガンアーム１７の溶接電極２０に対して閉動作することで（図４（Ｂ））、これらの溶接電極２０及び２１により、ワーク３４の溶接箇所３５に対してスポット溶接がなされる。

さて、前記ピッチ可変装置１５は、図１及び図２に示すように、第１溶接ガン１１と第２溶接ガン１２との間に配置され、第２溶接ガン１２を第１溶接ガン１１に対して矢印Ａ方向に回転させ、この第２溶接ガン１２の先端部を第１溶接ガン１１の先端部に接近または離反させて、第１溶接ガン１１の先端部と第２溶接ガン１２の先端部とのガンピッチ（つまり溶接ピッチ）Ｐを変更するものであり、前記回転軸１６、駆動モータとしての回転用サーボモータ３６、及び伝動機構部３７を有して構成される。

回転用サーボモータ３６は、第１溶接ガン１１のフレーム１４に立設された取付ブラケット３８及び支持アーム３９を用いて、このフレーム１４に支持される。また、伝動機構部３７は、回転用サーボモータ３６の回転シャフトに回転一体に結合されたドライブプーリ４０と、回転軸１６の一端に回転一体に結合されたドリブンプーリ４１と、これらのドライブプーリ４０及びドリブンプーリ４１に巻き掛けられたタイミングベルト４２と、を有して構成される。

回転軸１６は、支持アーム３９を貫通して、第２溶接ガン１２の溶接電極２０及び２１の開閉動作方向（図１の矢印Ｂ方向）に延在し、第２溶接ガン１２のフレーム１４に立設されたアッパブラケット４３及びロアブラケット４４に回転一体に結合される。ドリブンプーリ４１と支持アーム３９とに挟まれた回転軸１６の周囲には、例えばスラストベアリング４５等の軸受け部材が設置される。このスラストベアリング４５により、回転軸１６及びドリブンプーリ４１が支持アーム３９に対して回転自在に設けられると共に、第２溶接ガン１２の荷重がアッパブラケット４３、ロアブラケット４４、回転軸１６、ドリブンプーリ４１及びスラストベアリング４５を介して支持アーム３９に支持される。

図５に示すように、ワーク３４の溶接箇所３５は一定の間隔ではなく、ワーク３４の形状などによって間隔が異なっている。そこで、ピッチ可変装置１５の回転用サーボモータ３６を駆動し、この回転用サーボモータ３６の回転力を伝動機構部３７のドライブプーリ４０、タイミングベルト４２及びドリブンプーリ４１を経て回転軸１６に付与することで、第２溶接ガン１２を第１溶接ガン１１に対して回転軸１６を中心に矢印Ａ方向に回転させ、第１溶接ガン１１と第２溶接ガン１２とのガンピッチＰを変更して調節して、第１溶接ガン１１、第２溶接ガン１２のそれぞれの溶接電極２０及び２１をワーク３４の溶接箇所３５の間隔に一致させる。更にロボットアーム１３を移動させて、第１溶接ガン１１、第２溶接ガン１２のそれぞれの溶接電極２０及び２１を、ワーク３４の溶接箇所３５に位置合わせする。この状態で、ダブルガン構造体１０は、第１溶接ガン１１及び第２溶接ガン１２により、ワーク３４の２点の溶接箇所３５を同時にスポット溶接する。

以上のように構成されたことから、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。

（１）ピッチ可変装置１５が、第２溶接ガン１２を第１溶接ガン１１に対し回転させて、これらの溶接ガン１１、１２の各先端部を接近または離反させ、第１溶接ガン１１の先端部と第２溶接ガン１２の先端部とのガンピッチＰを変更させている。このことから、本実施の形態のダブルガン構造体１０では、複数の溶接ガンを平行移動させてガンピッチを変更させるピッチ可変装置に比べ、溶接ガンの平行移動距離を大きくする必要がないので、ダブルガン構造体１０の構造が簡素化され、且つモーメントの変化が少ないのでダブルガン構造体１０の剛性を低く設計できる。このため、小型且つ軽量なダブルガン構造体１０を実現でき、溶接ロボットのロボットアーム１３に、この溶接ロボットの可搬許容荷重に対して十分な余裕度をもって搭載することができると共に、ガンピッチＰの調整幅を拡大できる。

（２）第２溶接ガン１２は、ピッチ可変装置１５によって回転されることでワーク３４に対して進入角度が変化するため、特に、ワーク３４の開口部のコーナ部における溶接箇所３５に対しても、第２溶接ガン１２がワーク３４と干渉することを防止できるので、その溶接箇所３５に対してスポット溶接を好適に実施できる。

（３）ピッチ可変装置１５は、伝動機構部３７のドライブプーリ４０の直径をドリブンプーリ４１に対して変化させることで、第１溶接ガン１１と第２溶接ガン１２とのガンピッチＰの変更スピードを調整することができる。

［Ｂ］第２の実施の形態（図６）
図６は、本発明に係る複式溶接ガン構造体の第２の実施の形態であるダブルガン構造体を示す正面図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分については、同一の符号の付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施の形態の複式溶接ガン構造体としてのダブルガン構造体５０が前記第１の実施の形態のダブルガン構造体１０と異なる点は、ピッチ可変装置５１の回転用サーボモータ３６が伝動機構部３７を介在することなく、回転軸１６に直接連結された点である。つまり、回転用サーボモータ３６のモータシャフトに回転軸１６が直接連結されて、回転用サーボモータ３６の回転力が回転軸１６、アッパブラケット４３及びロアブラケット４４を介して第２溶接ガン１２へ伝達される。

従って、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。

（４）ピッチ可変装置５１の回転用サーボモータ３６が回転軸１６に直接連結され、伝動機構部３７を介在させる必要がないので、ダブルガン構造体５０の構造を更に簡素化できる。

［Ｃ］第３の実施の形態（図７〜図１０）
図７は、本発明に係る複式溶接ガン構造体の第３の実施の形態であるダブルガン構造体を、一部を断面状態で示す正面図である。この第３の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施の形態の複式溶接ガン構造体としてのダブルガン構造体６０が前記第１の実施の形態のダブルガン構造体１０と異なる点は、ピッチ可変装置６１が溶接ロボットのロボットアーム１３に固定され、第１溶接ガン１１及び第２溶接ガン１２がピッチ可変装置６１により共に回転可能に設けられて、それらの先端部が互いに接近または離反し、これらの第１溶接ガン１１の先端部と第２溶接ガン１２の先端部とのガンピッチＰを変更させるよう構成された点である。

つまり、ピッチ可変装置６１は、箱形状のハウジング６２内に回転用サーボモータ３６が設置され、この回転用サーボモータ３６の側壁に取付ブラケット６３が固着されている。ハウジング６２の天面に溶接ロボットのロボットアーム１３が固定される。

回転用サーボモータ３６のモータシャフトに第１回転軸６４が回転一体に連結される。この第１回転軸６４は、第１溶接ガン１１における固定側ガンアーム１７と可動側ガンアーム１８のそれぞれの溶接電極２０、２１の開閉動作方向（図７の矢印Ｂ方向）に延在し、第１溶接ガン１１のフレーム１４から立設されたアッパブラケット６６及びロアブラケット６７に回転一体に結合される。従って、回転用サーボモータ３６の駆動により、第１溶接ガン１１が第１回転軸６４を中心として、図８の矢印Ｃ方向に回転する。

取付ブラケット６３には、一端に支持円板６８が固定された第２回転軸６５が回転自在に貫通する。この第２回転軸６５は、第２溶接ガン１２における固定側ガンアーム１７と可動側ガンアーム１８のそれぞれの溶接電極２０、２１の開閉動作方向（図７の矢印Ｂ方向）に延在し、第２溶接ガン１２のフレーム１４から立設されたアッパブラケット６９及びロアブラケット７０に回転一体に結合される。

支持円板６８と取付ブラケット６３とに囲まれた第２回転軸６５の周囲には、例えばスラストベアリング７１等の軸受け部材が設置される。このシャフトベアリング７１により、第２回転軸６５及び支持円板６８が取付ブラケット６３に対して回転自在に設けられると共に、第２溶接ガン１２の荷重がアッパブラケット６９、ロアブラケット７０、第２回転軸６５、支持円板６８及びスラストベアリング７１を介して取付ブラケット６３により支持される。また、第１回転軸６４と第２回転軸６５の下端は、ラジアルベアリング７４等の軸受け部材を介して、位置決めプレート７５により支持される。この位置決めプレート７５により、第１回転軸６４と第２回転軸６５との間隔が一定に保持される。

更に、第１回転軸６４にドライブギア７２が回転一体に取り付けられ、第２回転軸６５にドリブンギア７３が回転一体に取り付けられる。これらのドライブギア７２とドリブンギア７３は互いに噛み合わされ、第１回転軸６４の回転により第２回転軸６５が逆方向に回転するように、回転用サーボモータ３６の回転力が伝達される。従って、この回転用サーボモータ３６の駆動により、第１溶接ガン１１が、第１回転軸６４を中心として矢印Ｃ方向（図８）に回転すると共に、ドライブキヤ７２及びドリブンギア７３の作用で第２溶接ガン１２が、第２回転軸６５を中心として矢印Ｄ方向（図８）に、第１溶接ガン１１と逆向きに回転する。

図１０（Ａ）に示すように、回転用サーボモータ３６を例えば−１０度回転させることにより、第１溶接ガン１１が第１回転軸６４を中心に、また第２溶接ガン１２が第２回転軸６５を中心に互いに逆方向に回転して、第１溶接ガン１１と第２溶接ガン１２のそれぞれの先端部が接近し、これらの溶接ガン１１、１２におけるそれぞれの先端部のガンピッチＰが狭く設定される。また、図１０（Ｂ）に示すように、回転用サーボモータ３６を例えば＋５度回転させることにより、第１溶接ガン１１が第１回転軸６４を中心に、また第２溶接ガン１２が第２回転軸６５を中心に互いに逆方向に回転して、第１溶接ガン１１と第２溶接ガン１２のそれぞれの先端部が離反し、これらの溶接ガン１１、１２におけるそれぞれの先端部のガンピッチＰが広く設定される。

このようにして、第１溶接ガン１１と第２のガン１２のガンピッチＰを変更し、ロボットアーム１３により第１溶接ガン１１及び第２溶接ガン１２の位置を調整することで、第１溶接ガン１１と第２溶接ガン１２のそれぞれの溶接電極２０、２１をワーク３４の溶接箇所３５に一致させて、これらの溶接箇所３５にスポット溶接を同時に施す。

以上のように構成されたことから、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態の効果（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（５）を奏する。

（５）本実施の形態のダブルガン構造体６０では、第１溶接ガン１１及び第２溶接ガン１２がピッチ可変装置６１により共に回転して、これらの溶接ガン１１、１２のそれぞれの先端部が互いに接近または離反し、これらの第１溶接ガン１１と第２溶接ガン１２の各先端部のガンピッチＰが変更される。このため、ダブルガン構造体６０の構造が簡素化され、且つダブルガン構造体６０の剛性を低く設定できるので、ダブルガン構造体６０を小型且つ軽量化して、溶接ロボットのロボットアーム１３に十分な余裕度を持って搭載することができると共に、ガンピッチＰの調整幅を拡大できる。

以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、各実施の形態では、第１溶接ガン１１及び第２溶接ガン１２を備えたダブルガン構造体１０、５０及び６０の場合について述べたが、３台以上の溶接ガンを備えた複式溶接ガン構造体であってもよい。

また、各実施の形態では、第１溶接ガン１１及び第２溶接ガン１２は、可動側ガンアーム１８が固定側ガンアーム１７に対して枢支軸１９回りに揺動するＸ型のスポット溶接用溶接ガンについて述べたが、可動側ガンアーム１８が固定側ガンアーム１７に対して直線移動するＣ型のスポット溶接用溶接ガンであってもよく、更にアーク溶接用の溶接ガンであってもよい。

更に、溶接ガンに代えて充填剤注入ガンや、ねじ締め用のボルトランナまたはナットランナを複数台配置して、産業用ロボットのロボットアームに搭載させる構造体に、本発明を適用することも可能である。

１０ダブルガン構造体
１１第１溶接ガン
１２第２溶接ガン
１３ロボットアーム
１５ピッチ可変装置
１６回転軸
１７固定側ガンアーム
１８可動側ガンアーム
２０、２１溶接電極
３６回転用サーボモータ
３７伝動機構部
４０ドライブプーリ
４１ドリブンプーリ
４２タイミングベルト
５０ダブルガン構造体
５１ピッチ可変装置
６０ダブルガン構造体
６１ピッチ可変装置
６４第１回転軸
６５第２回転軸
７２ドライブギア
７３ドリブンギア

Claims

同時に溶接可能な複数の溶接ガンが１台の溶接ロボットのロボットアームに搭載されるとともに、前記複数の溶接ガンの各ガンアーム先端部にそれぞれ設置された溶接電極に溶接用電力を供給する溶接トランスおよび前記溶接ガンのガンピッチを変更させるピッチ可変装置を備えた複式溶接ガン構造体において、
複数の前記溶接ガンは、溶接ロボットのロボットアームに固定される固定側溶接ガンと、この固定側溶接ガンに対して前記ピッチ可変装置により回転動作する可動側溶接ガンとを備え、
前記ピッチ可変装置は、前記固定側溶接ガンと前記可動側溶接ガンの間に配置され、少なくとも前記固定側溶接ガンに取付けた回転用サーボモータと前記可動側溶接ガンに取り付けた回転軸を備え、
前記回転用サーボモータの回転により、直接または伝動機構部を介して前記可動側溶接ガンを前記回転軸を中心として回転させてこれらの溶接ガンの一方を他方に対し相対的に回転させてこれらの溶接ガンの各先端部を接近または離反させ、これらの溶接ガンのガンピッチを変更させる一方、
前記溶接トランスを、少なくとも前記回転軸を中心として回転動作する前記可動側溶接ガンの側に設置し、可動側溶接ガンと共に移動することを特徴とする複式溶接ガン構造体。
前記溶接ガンは、固定側ガンアームの溶接電極と可動側ガンアームの溶接電極とが開閉動作するスポット溶接用の溶接ガンであり、前記ピッチ可変装置は、前記溶接電極の開閉動作方向に平行に延在する回転軸を備えたことを特徴とする請求項１に記載の複式溶接ガン構造体。
前記回転用サーボモータは、固定側溶接ガンのフレームに立設された取付ブラケット及び支持アームを介してフレームに支持され、前記伝動機構部は、前記回転用サーボモータの回転シャフトに回転一体に結合されたドライブプーリと、前記回転軸の一端に回転一体に結合されたドリブンプーリと、これらのドライブプーリ及びドリブンプーリに巻き掛けられたタイミングベルトとを有して構成されることを特徴とする請求項１に記載の複式溶接ガン構造体。