JP6371710B2 - 溶接ガン - Google Patents

Description

本発明は、溶接ガンに関する。

例えば、自動車の車体の組立工程では、溶接ガンによるスポット溶接が行われている。溶接ガンは、先端部に溶接用の電極チップが設けられたガンアームを備える。

溶接ガンは、溶接対象の車体の大きさに対応するため、ガンアームの長さが１ｍ以上になることもある。この場合、ガンアームの重さが増大するため、それを保持するロボットも大型化する。

そこで、ガンアームの軽量化を図るため、特許文献１及び２に記載の溶接ガンは、ガンアームを左右の側板と上下の面板とで構成することによって、ガンアームを中空に形成している。

特開平６−１９０５６４号公報 特開２００１−０６２５６９号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載のガンアームは、中空に形成したことで、剛性が低下する。そのため、上記のように車体の溶接に用いられる１ｍ以上の長いガンアームを、特許文献１及び２のように中空にした場合、使用回数の増加に伴い、捩れが発生して、ガンアームの変形や破損を生ずる恐れがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、軽量化しつつ剛性の向上を図ることができる溶接ガンを提供することを目的とする。

本発明の溶接ガンは、長手方向に沿って形成された中空部を有する一対のガンアームを備える溶接ガンであって、前記一対のガンアームのそれぞれは、上面部と下面部と側面部とからなり側方に開口を有する断面コ字状に形成されるアーム本体と、前記開口を塞ぐカバーとから前記中空部を形成するように構成され、前記一対のガンアームは、それぞれ同じ側に前記開口を有し、前記一対のガンアームそれぞれの前記アーム本体には、補強リブが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ガンアームに中空部を形成することで、ガンアームの軽量化を図っている。

また、前記カバーは、前記アーム本体にボルト締結されていることが好ましい。

さらに、前記補強リブは、前記上面部と前記下面部と前記側面部とを連結することが好ましい。

本発明によれば、軽量化しつつ剛性の向上を図ることができる。

本発明の溶接ガンを示す正面図。 可動アームと固定アームの各アーム本体を示す斜視図。 可動アームを示すIII−III断面図。 固定アームを示すIV−IV断面図。 第２実施形態の可動アームと固定アームを示す正面図。 第２実施形態の可動アームと固定アームの各アーム本体を示す斜視図。 第３施形態の可動アームのアーム本体を示す斜視図。 アーム本体の上下面部を連結しない補強リブを形成した実施形態のアーム本体を示す側面断面図。 アーム本体の上下面部の外側に補強リブを形成した実施形態のアーム本体を示す斜視図。

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。

［第１実施形態］
図１に示すように、溶接ガン１０は、ガンブラケット１１と、固定アーム１２と、アームホルダ１３と、可動アーム１４と、モータ駆動ユニット１５と、トランス１６とを備え、固定アーム１２と可動アーム１４とでガンアームを構成している。

ガンブラケット１１は、所定の間隔を隔てた一対の側板１１ａを備え、各側板１１ａはその下端部が一体に固定されている。

ガンブラケット１１の各側板１１ａにはそれぞれ、上下方向に延びて、上端部が後方（図１において右方）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において左方）へ延びる。固定アーム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の各側板１１ａ間に配置される。アームホルダ１３には、各々水平に延びる上下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と係合する従動ローラ２１，２２が取り付けられる。上下のガイドピン１９，２０の従動ローラ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において左方）へ延びる。可動アーム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に沿って移動することにより、可動アーム１４も、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及び加圧ロッド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の各側板１１ａの下端部に一体に固定されている。

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、ナックル（図示せず）を介してアームホルダ１３の下側のガイドピン２０に取り付けられている。

エンコーダ２７は、サーボモータ２５の回転角度を検出する。このサーボモータ２５の検出回転角度は、固定アーム１２の電極チップ１８に対して、可動アーム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１８，２３間に電流を流すかのタイミングを決定する場合や、可動アーム１４の動作を制御する場合に用いられる。

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ている。トランス１６は、可動アーム１４の電極チップ２３と固定アーム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１８，２３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によれば、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、これにより可動アーム１４が開閉する。可動アーム１４が閉じたとき、その電極チップ２３と固定アーム１２の電極チップ１８との間にワークを挟んでスポット溶接を行う。

図２及び図３に示すように、可動アーム１４は、断面略コ字状で軽金属、例えばアルミ合金製のアーム本体３１と、このアーム本体３１の開口を塞ぐ板状のカバー３２とを備える。アーム本体３１は、上面部３１ａと下面部３１ｂと側面部３１ｃとからなり、断面略コ字状に形成されている。アーム本体３１の開口をカバー３２で塞ぐことで、可動アーム１４には、長手方向に中空部３３が形成されている。アーム本体３１のカバー３２と接する面には、複数のボルト孔３１ｄが形成され、カバー３２には、複数のボルト孔３１ｄに対応して複数のボルト挿通孔３２ａが形成されている。複数のボルト３４を、複数のボルト挿通孔３２ａを介して複数のボルト孔３１ｄに締め付けることにより、カバー３２は、アーム本体３１に固定されている。図２は、可動アーム１４のカバー３２を外した状態を示している。

可動アーム１４は、中空部３３が形成されることで、中空部のない可動アームに比べて軽量化される。

図２及び図４に示すように、可動アーム１４と同様、固定アーム１２は、上面部３６ａ、下面部３６ｂ及び側面部３６ｃからなり、断面略コ字状のアーム本体３６と、カバー３７とを備え、中空部３８が形成されている。複数のボルト３９を、カバー３７の複数のボルト挿通孔３７ａを介してアーム本体３６の複数のボルト孔３６ｄに締め付けることにより、カバー３７は、アーム本体３６に固定されている。図２は、固定アーム１２のカバー３７を外した状態を示している。

図２に示すように、可動アーム１４のアーム本体３１は、後端部が略Ｊ字状に屈曲され、その屈曲部には、第１補強リブ４１及び第２補強リブ４２が形成されている。各補強リブ４１，４２は、可動アーム１４の短手方向に延び、アーム本体３１の上面部３１ａと下面部３１ｂとを連結する。ここで、可動アーム１４の短手方向とは、可動アーム１４の長手方向に直交する方向に限るものではなく、各補強リブ４１，４２は、可動アーム１４によりスポット溶接を行う場合に応力が加わる方向に延びていればよい。

各補強リブ４１，４２は、可動アーム１４を用いて溶接を行った場合に、可動アーム１４の電極チップ２３に加わるモーメントの方向（図１及び図２のＡ方向）と同じ方向に延びるように形成されている。その方向は、完全に一致する方向に限らず、実質上同方向と認められる方向でよい。図２は、電極チップ１８，２３の図示を省略している。

可動アーム１４と同様、固定アーム１２のアーム本体３６には、第１，第２補強リブ４３，４４が形成されている。

本実施形態では、例えば、可動アーム１４のアーム本体３１の上面部３１ａ及び下面部３１ｂの厚みと、固定アーム１２のアーム本体３６の上面部３６ａ及び下面部３６ｂの厚みとが２０ｍｍ、各補強リブ４１〜４４の厚みが８ｍｍ、各アーム本体３１，３６の長さ（図２において左右方向）が１２００ｍｍ、各アーム本体３１，３６の第１補強リブ４１，４３が形成された部分の高さ（図２において上下方向）が２５０ｍｍとなっている。

第１補強リブ４１，４３を形成する位置は、アーム本体に加わる応力をシミュレーションした結果に基づいて決定される。具体的には、補強リブのない従来のアーム本体を搭載した溶接ガンを用いてスポット溶接を行った場合にアーム本体に加わる応力をシミュレーションし、最も応力が集中する応力集中部分に、第１補強リブ４１，４３を形成する。さらに、第１補強リブ４１，４３を形成したアーム本体を用いてスポット溶接を行った場合にアーム本体に加わる応力をシミュレーションし、最も応力が集中する応力集中部分に、第２補強リブ４２，４４を形成する。

シミュレーションの方法は、コンピュータ上で上記のようなガンアーム（モデル）に溶接時に想定される荷重を付加し、モデル全体における応力分布を得ることである。

このようなシミュレーション結果に基づいて第１，第２補強リブ４１，４２を形成したアーム本体３１、第１，第２補強リブ４３，４４を形成したアーム本体３６を搭載した溶接ガン１０を用いて、スポット溶接を行った場合に、各アーム本体３１，３６に加わる応力をシミュレーションした。

このシミュレーションの結果、可動アーム１４のアーム本体３１の最も応力が集中する部分の応力値が５．１８ｋｇｆ／ｍｍ^２となり、第１，第２補強リブのないアーム本体での応力値６．９ｋｇｆ／ｍｍ^２に比べて低減された。

また、固定アーム１２のアーム本体３６でも、最も応力が集中する部分の応力値が４．４６ｋｇｆ／ｍｍ^２となり、第１，第２補強リブのないアーム本体での応力値６．６８ｋｇｆ／ｍｍ^２に比べて低減された。

可動アームの電極チップの先端に下方から５５０ｋｇｆの圧力を加える実験（加圧実験）を行ったところ、第１，第２補強リブ４１，４２のない従来の可動アームのアーム本体では、６１４万回程度で破損した。

これに対して、第１，第２補強リブ４１，４２が形成されたアーム本体３１を有する可動アーム１４で同じ加圧実験を行ったところ、１０００万回行ってもアーム本体３１の破損は発生しなかった。また、固定アーム１２のアーム本体３６でも同様の実験結果が得られた。

第１，第２補強リブ４１，４２は、アーム本体３１に対して小さいので、可動アーム１４の軽量化を図りつつ剛性の低下を防止することができる。

また、第１，第２補強リブ４１，４２によりアーム本体３１の内面である上面部３１ａと下面部３１ｂと側面部３１ｃとが連結されたので、中空部３３の内部の熱が第１，第２補強リブ４１，４２を介してアーム本体３１の上面部３１ａ及び下面部３１ｂに伝わり、可動アーム１４の外部に放熱される。これにより、第１，第２補強リブ４１，４２のない従来の可動アームに比べて放熱効果が向上される。また、固定アーム１２のアーム本体３６でも同様の効果が得られる。

［第２実施形態］
図５及び図６に示すように、上記第１実施形態とは形状の異なる可動アーム５１及び固定アーム５２の場合でも、上記第１実施形態と同様にシミュレーション結果に基づいて、可動アーム５１の断面略コ字状のアーム本体５３に第１，第２補強リブ５６，５７を形成し、固定アーム５２の断面略コ字状のアーム本体５４に第１，第２補強リブ５８，５９を形成する。各補強リブ５６〜５９は、各アーム５１，５２の短手方向に延びる。図５及び図６では、カバー、各アーム本体５３，５４のボルト孔の図示を省略している。

本実施形態では、可動アーム５１の第１，第２補強リブ５６，５７は、可動アーム５１を用いて溶接を行った場合に、可動アーム５１の電極チップ５５に加わるモーメントの方向（図５のＢ方向）とは異なる方向に延びるように形成されている。すなわち、モーメントの方向と、応力が加わる方向（第１，第２補強リブ５６，５７が延びる方向）とは異なる。

固定アーム５２の第１，第２補強リブ５８，５９は、固定アーム５２を用いて溶接を行った場合に、固定アーム５２の電極チップ６０に加わるモーメントの方向と同じ方向に延びるように形成されている。その方向は、完全に一致する方向に限らず、実質上同方向と認められる方向でよい。

第１，第２補強リブ５６，５７を形成したアーム本体５３では、最も応力が集中する部分の応力値が３．２１ｋｇｆ／ｍｍ^２となり、補強リブのないアーム本体での最も応力が集中する部分の応力値３．９５ｋｇｆ／ｍｍ^２に比べて低減された。

また、固定アーム５２のアーム本体５４でも、応力値が３．６５ｋｇｆ／ｍｍ^２となり、補強リブのないアーム本体での応力値５．７ｋｇｆ／ｍｍ^２に比べて低減された。

各アーム本体５３，５４に対して、上記第１実施形態と同じ加圧実験を行ったところ、１０００万回行っても破損は発生しなかった。

［第３実施形態］
図７に示すように、上記第１，第２実施形態とは形状の異なる可動アーム６１の場合でも、上記第１実施形態と同様にシミュレーション結果に基づいて、断面略コ字状のアーム本体６３に１本の補強リブ６６を形成した。補強リブ６６は、可動アーム６１の短手方向に延びる。図７では、アーム本体６３のボルト孔の図示を省略している。

補強リブ６６を形成したアーム本体６３では、最も応力が集中する部分の応力値が３．２２ｋｇｆ／ｍｍ^２となり、補強リブのないアーム本体での最も応力が集中する部分の応力値３．５７ｋｇｆ／ｍｍ^２に比べて低減された。本実施形態では、アーム本体６３の長さが例えば７３０ｍｍであり、上記第１実施形態の可動アーム１４のアーム本体３１に比べて短いので、１本の補強リブ６６のみ形成したアーム本体６３で応力値が所望の値以下となった。

可動アーム６１のアーム本体６３に対して、上記第１実施形態と同じ加圧実験を行ったところ、１０００万回行っても破損は発生しなかった。

上記第１〜第３実施形態では、アーム本体３１，５３，６３の上下面部を結合させる補強リブを形成しているが、図８に示すように、例えば２本の補強リブ７１，７２を、断面略コ字状のアーム本体７０の上下面部７０ａ，７０ｂに個別に結合させる構成としてもよい。この場合でも、上記第１〜第３実施形態と同様の効果を得ることができる。図８では、アーム本体７０のボルト孔の図示を省略している。

また、上記第１〜第３実施形態では、アーム本体３１，５３，６３の上下面部の内側である中空部に補強リブを形成しているが、図９に示すように、断面略コ字状のアーム本体８０の上下面部８０ａ，８０ｂの外側に、例えば２本の補強リブ８１，８２を形成してもよい。この場合でも、上記第１〜第３実施形態と同様の効果を得ることができる。図９では、アーム本体８０のボルト締用孔の図示を省略している。

なお、補強リブの本数や方向は適宜変更可能であり、３本以上でもよく、アーム本体に加わる応力値が所望の値以下となるように形成すればよい。例えば、補強リブを２本形成する場合、２本の補強リブの方向を異なる方向にしてもよい。

また、上記実施形態では、可動アーム及び固定アームには屈曲部が形成されているが、屈曲部のない直線状の可動アーム及び固定アームに補強リブを形成した場合にも、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

１０…溶接ガン、 １１…ガンブラケット、 １２，５２…固定アーム、 １３…アームホルダ、 １４，５１，６１…可動アーム、 １５…モータ駆動ユニット、 １６…トランス、 １７…ガイド溝、 １８，２３，５５，６０…電極チップ、 ３１，３６，５３，５４，６３，７０，８０…アーム本体、 ３１ａ，３６ａ…上面部、 ３１ｂ，３６ｂ…下面部、 ３１ｃ，３６ｃ…側面部、 ３１ｄ，３６ｄ…ボルト孔、 ３２，３７…カバー、 ３２ａ，３７ａ…ボルト挿通孔、 ４１，４３，５６，５８…第１補強リブ、 ４２，４４，５７，５９…第１補強リブ、 ６６，７１，７２，８１，８２…補強リブ

Claims (3)

1. 長手方向に沿って形成された中空部を有する一対のガンアームを備える溶接ガンであって、
   前記一対のガンアームのそれぞれは、上面部と下面部と側面部とからなり側方に開口を有する断面コ字状に形成されるアーム本体と、前記開口を塞ぐカバーとから前記中空部を形成するように構成され、
   前記一対のガンアームは、それぞれ同じ側に前記開口を有し、
   前記一対のガンアームそれぞれの前記アーム本体には、補強リブが設けられていることを特徴とする溶接ガン。
2. 請求項１に記載の溶接ガンにおいて、
   前記カバーは、前記アーム本体にボルト締結されていることを特徴とする溶接ガン。
3. 請求項１又は２に記載の溶接ガンにおいて、
   前記補強リブは、前記上面部と前記下面部と前記側面部とを連結することを特徴とする溶接ガン。