JP6057868B2

JP6057868B2 - 溶接ガン

Info

Publication number: JP6057868B2
Application number: JP2013194908A
Authority: JP
Inventors: 洋平寺垣内; 浩美和
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-09-20
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2033-09-20
Also published as: JP2015058463A

Description

本発明は、溶接ガンに関する。詳しくは、一対の電極チップ間にワークを挟んだ状態で溶接する溶接ガン（クランプウェルダガン）に関する。

この種の溶接ガンとして、従来、内部を中空状態にして軽量化したガンアームを有するものが、例えば、特許文献１で既に公知となっている。
これは、ガンアーム本体内に、電極ホルダと二次導線端子とを結ぶ導体と、冷却用の水通路とを備えるものにおいて、ガンアーム本体を比較的肉薄の板材からなる一側面に開口を有する断面コ字状の部材で構成すると共に、前記導体を内部に前記水通路を凹溝状に有する比較的肉厚の板状体で構成し、この板状体を前記開口内に嵌合して溶接などで結着してなるものである。

実開昭５９−１１０１７３号公報

ところで、近年の車体の軽量高剛性化に伴い、車体を構成する鋼板も高張力鋼化（ハイテン化）が進み、車体組立接合時に行うスポット溶接において、高加圧化が必要となってきている。そのために、溶接ガンの重量が大きくなり、それを把持するロボットも必然的に大きくなり、設備の肥大化が起きている。

しかしながら、車体溶接の効率向上のために、また、省エネルギーのために、ロボットの小型化が求められており、その実現のためには、溶接ガンを軽量化する必要がある。溶接ガンを軽量化するためには、特に大型のガンアームを有する溶接ガンにおいては、ガンアームの軽量化が大きな課題である。

従来のガンアームは、銅合金又は、アルミ（合金）板の切り出し、アルミ（合金）角パイプの溶接構造が用いられてきたが、重量、耐久性、製作のリードタイムで、一長一短があり、適した構造ではない。

また、溶接時に、電極チップへ荷重が加わる際、その荷重方向への歪みを極力抑えて精度良く溶接を行うためには、ガンアームを大型化して剛性を向上させる必要がある。したがって、特許文献１のように、ガンアームを中空にして軽量化を図っても、剛性が不足することから大型化を余儀なくされ、結局、ガンアームの軽量化が十分に図れないのが現況である。

本発明は、中空ガンアームの小型軽量化と剛性の向上が図れる溶接ガンを提供することを目的とする。

（１）の発明は、ガンアームの長手方向に沿って中空部が形成された溶接ガンにおいて、前記中空部の少なくともガンアームの電極取付面側に位置した長手方向壁面に、少なくとも中空部の端部壁面まで一部を延長して炭素繊維強化プラスチック材を取着したことを特徴とする。

（１）の発明によれば、溶接時にガンアームに作用する少なくとも引張力に対し、炭素繊維強化プラスチック材で補強できるので、ガンアームを中空にしたことによる軽量化に加えて、炭素繊維強化プラスチック材による剛性アップが図られ、ガンアームのより一層の小型軽量化が図れる。また、炭素繊維強化プラスチック材が中空内に設けられるので、溶接時のスパッタなどの熱から有効に保護され、ガンアーム、強いては溶接ガンの長寿命化が図れる。

（２）（１）の発明において、前記中空部は、軽金属板材からなる、一側面に開口を有する断面コ字状のアーム本体に対し、当該アーム本体の開口部を蓋板で閉塞することで形成されることを特徴とする。

（２）の発明によれば、中空部を簡単な構造で容易に形成することができると共に、アーム本体が軽金属板材で形成されるので、ガンアームのさらなる軽量化が図れる。

本発明によれば、中空ガンアームの小型軽量化と剛性の向上が図れる溶接ガンを提供することができる。

本発明の一実施形態を示す溶接ガンの全体側面図である。図１の溶接ガンに使用される可動ガンアームの詳細側面図である。図２のIII-III線端面図である。炭素繊維強化プラスチック材の変形例を示す図で、図２のIII-III線端面図に相当する図である。炭素繊維強化プラスチック材の別の変形例を示す図で、図２のIII-III線端面図に相当する図である。炭素繊維強化プラスチック材のさらに別の変形例を示す図で、図２のIII-III線端面図に相当する図である。

本発明に係る溶接ガンの一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す溶接ガンの全体側面図、図２は図１の溶接ガンに使用される可動ガンアームの詳細側面図、図３は図２のIII-III線端面図、図４Ａは炭素繊維強化プラスチック材の変形例を示す図で、図２のIII-III線端面図に相当する図、図４Ｂは炭素繊維強化プラスチック材の別の変形例を示す図で、図２のIII-III線端面図に相当する図、図４Ｃは炭素繊維強化プラスチック材のさらに別の変形例を示す図で、図２のIII-III線端面図に相当する図である。

図１に示すように、この溶接ガン１０は、ガイド溝式の溶接ガンであり、サーボモータを駆動源に用いるいわゆるサーボガンである。

溶接ガン１０は、ガンブラケット１１と、固定ガンアーム１２と、アームホルダ１３と、可動ガンアーム１４と、モータ駆動ユニット１５と、トランス１６とを備える。

ガンブラケット１１の左右１対の側板１１ａには、上下方向に延びて、上端部が後方へ湾曲した逆Ｊ字状のガイド溝１７が、互いに対向して形成されている。

固定ガンアーム１２は、基端部がガンブラケット１１の下部に固定されて、ガンブラケット１１から前方（図１で右方）へ延びる。固定ガンアーム１２の先端部には、電極チップ１８が上向きに取り付けられている。

アームホルダ１３は、ガンブラケット１１の側板１１ａ間に配置される。アームホルダ１３には、各々ほぼ水平に貫通する上下２本のガイドピン１９，２０が取り付けられている。

ガイドピン１９，２０の両端部におけるピン周りには、ガイド溝１７と係合するローラフォロア２１，２２が取り付けられる。
そのため、上下のガイドピン１９，２０のローラフォロア２１，２２が、ガイド溝１７に沿って移動することにより、アームホルダ１３は、ガイド溝１７に沿って移動する。

可動ガンアーム１４は、基端部がアームホルダ１３に固定されて、アームホルダ１３から前方（図１で右方）へ延びる。可動ガンアーム１４の先端部には、電極チップ２３が下向きに取り付けられている。
アームホルダ１３がガイド溝１７に沿って移動するのにともない、可動ガンアーム１４は、ガイド溝１７に沿って移動する。

モータ駆動ユニット１５は、ユニットハウジング２４と、サーボモータ２５と、送りねじ機構２６と、エンコーダ２７と、加圧ロッド２８と、を備える。
ユニットハウジング２４は、サーボモータ２５、送りねじ機構２６、エンコーダ２７および加圧ロッド２８を収容する。ユニットハウジング２４は、ガンブラケット１１の両側板１１ａの下端部に一体に固定される。

サーボモータ２５と加圧ロッド２８とは、サーボモータ２５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２６を介して加圧ロッド２８の軸線方向の進退運動（上下運動）に変換するように連結される。
加圧ロッド２８の先端部は図示しないナックルを介してアームホルダ１３の下側のガイドピン２０に取り付けられる。

エンコーダ２７は、固定ガンアーム１２の電極チップ１８に対して、可動ガンアーム１４の電極チップ２３がどの位置まで移動したとき両電極チップ２３，１８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、および可動ガンアーム１４の動作を制御するために、サーボモータ２５の回転角度を検出する。

トランス１６は、モータ駆動ユニット１５の外側に取り付けられる。トランス１６は、可動ガンアーム１４の電極チップ２３と固定ガンアーム１２の電極チップ１８とでワーク（板材）を挟持したとき、電極チップ２３，１８間に溶接電流を流す。

上記のように構成された溶接ガン１０は、サーボモータ２５を駆動させると加圧ロッド２８が上下動して、加圧ロッド２８のナックルが取り付けられたガイドピン２０を介してアームホルダ１３が上下動し、これにより可動ガンアーム１４が開閉する。
可動ガンアーム１４が閉じたとき、その電極チップ２３と固定ガンアーム１２の電極チップ１８との間にワーク（板材）を挟持してスポット溶接を行う。

本実施形態では、図２および図３に示すように、可動ガンアーム１４は中空に、つまり中空部Ｅを有して、形成される。具体的には、可動ガンアーム１４の中空部Ｅは、アルミ合金などの軽金属板材からなる一側面に開口を有する断面コ字状のアーム本体３０に対し、当該アーム本体３０の開口部を薄い平板からなる蓋板３１で複数のボルト３２を用いて閉塞することで形成される。

そして、中空部Ｅの、可動ガンアーム１４の電極チップ２３取付面側に位置した長手方向壁面（厳密には、アーム本体３０の断面コ字状の凹部の長手方向の一側面）に、中空部Ｅの端部壁面（厳密には、アーム本体３０の断面コ字状の凹部の短手方向の両側面）まで一部を延長して炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）材３３が一連に貼り付けられる。この場合、炭素繊維強化プラスチック材３３としては、例えば炭素長繊維の配向を一方向に揃えたＵＤ（Uni Direction）材が用いられる。また、炭素繊維強化プラスチック材３３の繊維の方向は、可動ガンアーム１４の長手方向に沿って配向されると共に、スポット溶接時に可動ガンアーム１４に作用する引張力に応じてその厚みが選定される。

このようにして本実施形態によれば、中空部Ｅを有する可動ガンアーム１４を備えた溶接ガン１０において、中空部Ｅを形成するアーム本体３０の断面コ字状の凹部の長手方向の一側面に、当該凹部の短手方向の両側面まで一部を延長して炭素繊維強化プラスチック材３３を一連に貼り付けた。

これにより、可動ガンアーム１４を中空にしたことにより軽量化が図れると共に、スポット溶接時に、可動ガンアーム１４に作用する引張力に対し、炭素繊維強化プラスチック材３３で補強できるので、可動ガンアーム１４の剛性アップにより高精度でコンパクトな溶接ガン１０を提供することができる。また、炭素繊維強化プラスチック材３３が中空部Ｅに配置されるので、スポット溶接時のスパッタなどの熱から有効に保護され、可動ガンアーム１４、強いては溶接ガン１０の長寿命化が図れる。また、アーム本体３０の凹部の短手方向の両側面まで一部を延長して炭素繊維強化プラスチック材３３を貼り付けたので、アーム本体３０の応力集中部であるコーナ部の補強もでき、効果的である。また、炭素繊維強化プラスチック材３３を貼る面積も最小限に抑えたので、コストダウンが図れ、量産に向く。

さらに、中空部Ｅを、軽金属板材からなる、一側面に開口を有する断面コ字状のアーム本体３０に対し、当該アーム本体３０の開口部を薄い平板からなる蓋板３１で閉塞することで形成したので、中空部Ｅを簡単な構造で容易に形成することができると共に、アーム本体３０が軽金属板材で形成されるので可動ガンアーム１４のさらなる軽量化が図れる。

これらの結果、溶接ガン１０を把持するロボットなどの自動機の可搬重量を低減でき、自動機の作動速度が上がり、単位時間当たりの打点数が増加して溶接ラインの自動機台数を削減できる。よって、投資削減、操業費削減（電気代削減＝省エネルギー）ができると共に、溶接ラインのスペースの削減（工程短縮）が図れる。

図４Ａは炭素繊維強化プラスチック材の変形例を示す図で、図２のIII-III線端面図に相当する図である。
これは、図３のアーム本体３０における凹部の引張側の一側面に加えて、圧縮側の他側面にも炭素繊維強化プラスチック材３３を、繊維の配向を同じくして貼り付けて、より一層の高剛性化と軽金属板材の薄肉化を図った例である。

図４Ｂは炭素繊維強化プラスチック材の変形例を示す図で、図２のIII-III線端面図に相当する図である。
これは、図３のアーム本体３０における凹部の引張側と図４Ａの圧縮側に加えて、凹部の底面にも炭素繊維強化プラスチック材３３を、繊維の配向を同じくして貼り付けて、さらなる高剛性化と軽金属板材の薄肉化を図った例である。この場合、さらなる高剛性化により、電極チップ２３のチップオフセットも抑制できる利点がある。

図４Ｃは炭素繊維強化プラスチック材の変形例を示す図で、図２のIII-III線端面図に相当する図である。
これは、図３のアーム本体３０における凹部の引張側と図４Ａの圧縮側と図４Ｂの底面に加えて、蓋板３１の内面にも炭素繊維強化プラスチック材３３を、繊維の配向を同じくして貼り付けて、さらなる高剛性化と軽金属板材の薄肉化を図った例である。この場合、さらなる高剛性化により、電極チップ２３のチップオフセットもより一層抑制できる利点がある。
また、図示しないが、アーム本体３０の凹部における短手方向の両側面にも炭素繊維強化プラスチック材３３を貼り付けても良いことは言うまでもない。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、可動ガンアーム１４に加えて、固定ガンアーム１２においても可動ガンアーム１４と同様の構造を採用しても良い。
また、炭素繊維強化プラスチック材３３として、例えばクロス材を用いてもよい。

１０溶接ガン
１１ガンブラケット
１２固定ガンアーム
１３アームホルダ
１４可動ガンアーム
２３電極チップ
３０アーム本体
３１蓋板
３３炭素繊維強化プラスチック材
Ｅ中空部

Claims

ガンアームの長手方向に沿って中空部が形成された溶接ガンにおいて、
前記中空部の少なくともガンアームの電極取付面側に位置した長手方向壁面に、少なくとも中空部の端部壁面まで一部を延長して炭素繊維強化プラスチック材を取着したことを特徴とする溶接ガン。
前記中空部は、軽金属板材からなる、一側面に開口を有する断面コ字状のアーム本体に対し、当該アーム本体の開口部を蓋板で閉塞することで形成されることを特徴とする請求項１に記載の溶接ガン。