JPH0759349B2 - スポット溶接電極の加圧アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スポット溶接電極の加
圧アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図２に例示するように、例えばロボット
アーム２０２に装着されて自動車のボディ板金等のスポ
ット溶接に使用されるスポット溶接ガン２０４が知られ
ている。このスポット溶接ガン２０４では、相対的に固
定されている固定電極２０６と固定電極２０６に近接、
離隔する可動電極２０８との間に挟持した被溶接部材２
１０を、両電極２０６、２０８間で加圧しつつ通電し
て、抵抗発熱で被溶接部材２１０の温度を上昇させて溶
接しているが、可動電極２０８の移動および被溶接部材
２１０に加圧力を付与する加圧アクチュエータとして
は、エアシリンダ２１２が使用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなスポット溶
接ガン２０４では、可動電極２０８の開閉速度が速けれ
ば単位時間当りのスポット溶接数を増加することができ
るので、この開閉速度を速くすることが求められてい
た。しかしながら、開閉速度を速めるために例えばエア
シリンダ２１２への空気供給量を増加すると、可動電極
２０８を閉じた際に被溶接部材２１０に過大な衝撃を及
ぼして被溶接部材２１０に歪等を生じさせることがあっ
た。

【０００４】また、可動電極２０８の開閉ストロークを
被溶接部材２１０の厚み等に応じて最小限に短くすれ
ば、可動電極２０８の開閉移動に費やされる時間が短縮
されて単位時間当りのスポット溶接数を増すことが可能
になるが、被溶接部材２１０の厚みに応じてエアシリン
ダ２１２を任意の位置に停止させることは困難であり、
このような方向での溶接作業効率の向上はできなかっ
た。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明のスポット溶接電極の加圧アクチュエー
タは、一対のスポット溶接用の電極を開閉駆動すると共
に該電極間に挟持された被溶接部材に該電極を介して加
圧力を及ぼすスポット溶接電極の加圧アクチュエータで
あって、上記一対の電極の一方との相対位置を固定され
たケーシングと、自身の軸方向に沿って往復移動可能に
該ケーシングに装着された単動シリンダと、電気モータ
で駆動されて該単動シリンダを往復駆動する送りネジ機
構と、上記一対の電極の他方に連結されて上記単動シリ
ンダ内に軸方向に沿って往復変位可能に挿通し、該往復
変位に応じて上記他方の電極を開閉方向に変位させるピ
ストンロッドと、上記単動シリンダ内の作動流体の圧力
を増減し、該作動流体の圧力を増加させた際には上記他
方の電極を閉とする方向に上記ピストンロッドを付勢す
る加圧機構とを設けたことにより、上記送りネジ機構に
て上記単動シリンダを往復駆動して上記一対の電極を開
閉可能とすると共に、上記流体圧によるピストンロッド
への付勢力を上記一対の電極間に挟持された被溶接部材
に加圧力として作用可能としている。

【０００６】

【作用】上記構成のスポット溶接電極の加圧アクチュエ
ータにおいては、まず被溶接部材を開状態の一対の電極
間に挿入し、一対の電極を閉とする操作をおこなう。こ
の閉操作では、電気モータが送りネジ機構を駆動する
と、送りネジ機構は、単動シリンダを軸方向に沿って移
動させる。単動シリンダ内に挿通しているピストンロッ
ドは、単動シリンダとともに移動し、他方の電極を閉方
向に変位させる。もう一方の電極はケーシングとの相対
位置を固定されているので、この他方の電極の変位によ
って一対の電極は閉となる。

【０００７】一対の電極を閉とした後、加圧機構が単動
シリンダ内の作動流体の圧力を増加させて、ピストンロ
ッドに、他方の電極を閉とする方向の付勢力を及ぼす。
この付勢力は、ピストンロッドを介して他方の電極に作
用し、被溶接部材を一対の電極間で加圧する加圧力とし
て作用する。この加圧下で一対の電極に通電すると被溶
接部材はスポット溶接される。

【０００８】溶接終了後、加圧機構は作動流体の圧力を
減少させて、ピストンロッドを付勢された状態から解放
する。続いて電気モータによって送りネジ機構を閉操作
時とは逆に駆動し、単動シリンダを閉操作時とは逆方向
に移動させる。これにより、ピストンロッドも同様に移
動して他方の電極は開方向に変位するので、一対の電極
は開状態となる。ここで上記スポット溶接された被溶接
部材を除去し、さらに新たな被溶接部材に上記と同様に
スポット溶接を行うことができる。

【０００９】一対の電極の開閉を電気モータで駆動され
る送りネジ機構で行うので、電極の正確な位置での停止
が可能となり、電極を閉じた際に被溶接部材に過大な衝
撃を及ぼすことはない。また電極の開閉は迅速である。
しかも、電気モータの稼動と停止を調節すれば、電極の
開閉ストロークを任意に調節できる。このため、電極の
開閉ストロークを被溶接部材の厚みに応じて最小限に短
くすれば、電極の開閉移動に費やされる時間を短縮し単
位時間当りのスポット溶接数を増すことが可能になる。

【００１０】

【実施例】次に、図面を参照して本発明の好適な一実施
例を説明する。図１に示すように、スポット溶接装置１
０は、被溶接部材１２を挟持し、加圧下で抵抗溶接する
一対の電極１４を備えている。この一対の電極１４のう
ち、図示上方に配されているのが相対的に位置を固定さ
れている固定電極１６で、図示下方に配されているのが
固定電極１６に対して近接、離隔する可動電極１８であ
る。なお、図示を省略しているが両電極１６、１８は電
源装置に接続されており、通電可能である。

【００１１】固定電極１６を支持する固定アーム２０と
可動電極１８を支持する可動アーム２２とは、それぞれ
の中央付近に張り出している連結部２４、２６におい
て、連結ピン２８を介して、連結ピン２８を軸芯として
揺動可能に連結されている。これにより、可動電極１８
は、矢印Ｐ、Ｑ方向に沿って移動して固定電極１６との
相対位置を変動可能である。

【００１２】固定アーム２０は、複数のボルト２９を介
してケーシング３０に固着されており、ケーシング３０
はさらに図示省略したロボットアームに装着されてい
る。このケーシング３０には、互いに実質的に同径、同
軸の第１摺動孔３２、第２摺動孔３４が、矢印Ｘ（Ｙ）
方向にそって穿設されている。第１摺動孔３２と第２摺
動孔３４との間には、両摺動孔３２、３４に連通して収
納室３６が設けられいる。

【００１３】これら第１摺動孔３２および第２摺動孔３
４にわたって、単動シリンダ４０が摺動自在に挿通して
いる。単動シリンダ４０は収納室３６内に位置する中央
付近に小径のくびれ部４２を有する筒状体で、下端（矢
印Ｙ方向端）に開口する作用室４４を備えている。この
作用室４４は、くびれ部４２にて矢印Ｙ側の外室４６と
矢印Ｘ側の内室４８とに分けられており、さらに、いず
れも内室４８に連通して、側面５０に開口する第１通水
孔５２および上面５４に開口する第２通水孔５６が穿設
されている。

【００１４】単動シリンダ４０の作用室４４には、内室
４８に位置する頭部５８、頭部５８に連接しくびれ部４
２を貫通して外室４６に至る首部６０、首部６０に連接
する鍔部６２および小径部６４を介して鍔部６２に連接
する胴部６６を具えたピストンロッド６８が挿通されて
いる。このピストンロッド６８の頭部５８と単動シリン
ダ４０のくびれ部４２との間には、首部６０の周囲を取
り巻くコイルスプリング７０が介装されており、ピスト
ンロッド６８を矢印Ｘ方向にそって付勢可能である。ま
た、ピストンロッド６８の小径部６４には、ニトリルゴ
ム製で半径方向断面がＵ形のＵ形リングパッキン７２が
嵌装されており、ピストンロッド６８は、Ｕ形リングパ
ッキン７２を介して外室４６の壁面を摺動可能である。
さらに、ピストンロッド６８の下端部７４は、一対のピ
ン７６ａ、７６ｂおよび連結板７８を介して、可動アー
ム２２に連結されており、ピストンロッド６８の矢印
Ｘ、Ｙ方向に沿った相対位置の変動に応じて可動電極１
８を矢印Ｑ、Ｐ方向に変位可能である。

【００１５】他方、単動シリンダ４０のくびれ部４２に
は、単動シリンダ４０の軸とほぼ直交する方向に沿って
可動盤８０の一方の端部８２が外嵌、固着されている。
この可動盤８０の他の端部８４を貫通して、単動シリン
ダ４０とほぼ平行な軸芯の雌ネジ部８６が設けられてお
り、この雌ネジ部８６には、これと整合する雄ネジ部材
８８が螺合、挿通している。

【００１６】この雄ネジ部材８８の下端部９０および上
端部９２は、それぞれ軸受け９４、９６を介してケーシ
ング３０に回転自在に軸支されている。また雄ネジ部材
８８の上端部９２は、カップリング９８を介してステッ
ピングモータ１００に連結されており、ステッピングモ
ータ１００によって雄ネジ部材８８を回転駆動可能であ
る。

【００１７】こうした構成により、ステッピングモータ
１００を稼動させ雄ネジ部材８８を回転させると、該回
転に応じて雌ネジ部８６が設けられている可動盤８０が
矢印Ｘ方向、矢印Ｙ方向に沿って昇降する。さらに可動
盤８０の昇降に応じて単動シリンダ４０が昇降すると共
に単動シリンダ４０に挿通しているピストンロッド６８
が昇降する。このピストンロッド６８の昇降に応じて可
動アーム２２が連結ピン２８を軸として揺動し、可動電
極１８が矢印Ｐ、Ｑ方向に沿って位置を変動させる。す
なわち、ステッピングモータ１００を稼動させることに
よって、可動電極１８の相対位置を変動させることがで
きる。また、固定電極１６はケーシング３０に固着され
ているので、相対位置に変動はなく、上記可動電極１８
の相対位置変動に応じて一対の電極１４が開閉されるこ
とになる。すなわち、可動盤８０および雄ネジ部材８８
で本発明の送りネジ機構を構成している。なお、雄ネジ
部材８８および雌ネジ部８６のネジのリード角は、リー
ド角のタンジェント値が摩擦係数よりも小さくなるよう
に設定されており、雌ネジ部８６（可動盤８０）の移動
によって雄ネジ部材８８が回転することはない。

【００１８】周知のように溶接に伴う熱によって加熱さ
れることから、固定電極１６および固定アーム２０を冷
却するための冷却水通路１０２が設けられている。この
冷却水通路１０２は二重管構造をしており、内側に配さ
れた冷却水供給路１０４から冷却水を供給して、外層の
冷却水排出路１０６から冷却水を排出することによっ
て、冷却水通路１０２内に冷却水を流通させて固定電極
１６および固定アーム２０を冷却可能となっている。な
お、図示を省略したが、可動アーム２２および可動電極
１８にも、同様な冷却水通路が設けられており、両者を
冷却可能となっている。

【００１９】この冷却水通路１０２の冷却水供給路１０
４は、ポンプ１０８を介して冷却水タンク１１０に接続
されており、ポンプ１０８を稼動させて冷却水通路１０
２へ冷却水を供給可能である。他方、冷却水通路１０２
の冷却水排出路１０６は、チェックバルブ１１２を介し
て単動シリンダ４０の第１通水孔５２に接続されてい
る。これにより冷却水排出路１０６から排出された冷却
水を、第１通水孔５２〜内室４８〜第２通水孔５６の順
路で移送可能である。さらに、第２通水孔５６は水圧ブ
ースタ１１４の入水孔１１６に接続されている。

【００２０】この水圧ブースタ１１４内には入水孔１１
６に連通し、入水孔１１６とほぼ同軸でこれよりも大径
の水圧シリンダ室１１８、水圧シリンダ室１１８に連通
し、水圧シリンダ室１１８とほぼ同軸でこれよりも大径
の空圧シリンダ１２０室が設けられている。また水圧シ
リンダ室１１８の空圧シリンダ室１２０側に配された第
１パッキン１２２と入水孔１１６側に配された第２パッ
キン１２４との中間に、水圧シリンダ室１１８と連通し
水圧ブースタ１１４の外面に開口するドレン孔１２６が
穿設されており、このドレン孔１２６は冷却水タンク１
１０に接続されている。したがって、冷却水を、冷却水
タンク１１０〜ポンプ１０８〜冷却水供給路１０４〜冷
却水排出路１０６〜第１通水孔５２〜内室４８〜第２通
水孔５６〜入水孔１１６〜水圧シリンダ室１１８〜ドレ
ン孔１２６〜冷却水タンク１１０と循環可能である。

【００２１】空圧シリンダ室１２０にはピストン１２８
が摺動自在に収納されている。このピストン１２８には
ラム１３０が連結されており、ラム１３０は水圧シリン
ダ室１１８に摺動自在に挿通されている。また空圧シリ
ンダ室１２０に、ピストン１２８を挟んで設けられてい
る第１空気通路１３２および第２空気通路１３４は、電
磁切換弁１３６および減圧弁１３８を介して空気源１４
０に接続されており、電磁切換弁１３６を操作してピス
トン１２８の両側を、択一的に圧縮空気を供給または大
気開放として、ピストン１２８およびラム１３０を往復
駆動することができる。

【００２２】この際、第１空気通路１３２に圧縮空気を
供給し、第２空気通路１３４を大気開放とすれば、ピス
トン１２８およびラム１３０を水圧シリンダ室１１８側
に前進させ、ラム１３０の前進によって水圧シリンダ室
１１８とドレン孔１２６との連通を遮断できる。ラム１
３０をさらに前進させれば、水圧シリンダ室１１８内の
冷却水に、圧縮空気の圧力ＰAをピストン１２８とラム
１３０との横断面積の比率で増圧した圧力Ｐwを発生さ
せることができる。この圧力ＰWは、第２通水孔５６を
介して単動シリンダ４０内の冷却水に伝達される。単動
シリンダ４０内の冷却水はその圧力ＰWを、ピストンロ
ッド６８を単動シリンダ４０に対して矢印Ｘ方向に沿っ
て移動させる力としてピストンロッド６８に作用させ
る。なお、圧力ＰWとコイルスプリング７０とは、この
ピストンロッド６８に作用する力がコイルスプリング７
０の付勢力を充分に上回るように設定されている。さら
に、この力は可動アーム２２を介して伝達され、可動電
極１８を固定電極１６に近接させる方向の力として作用
する。 すなわち、水圧ブースタ１１４および水圧ブー
スタ１１４から空気源１４０に至る各部にて、本発明の
加圧機構を構成しており、冷却水が本発明の圧力流体に
該当している。このように従来のスポット溶接装置にお
いても備えられている圧縮空気ラインおよび冷却水ライ
ンを利用して加圧機構を構成できるので、本実施例のス
ポット溶接装置１０を設置するに当たって特別な動力経
路を新設する必要はなく、この点においても有利であ
る。

【００２３】次に上記構成のスポット溶接装置１０の作
動について説明する。ただし、スポット溶接自体は周知
であるので、これについての説明は省略する。まずステ
ッピングモータ１００を操作して、雄ネジ部材８８の回
転により単動シリンダ４０を矢印Ｘ方向に沿って移動さ
せる。同時にコイルスプリング７０を介してピストンロ
ッド６８を牽引し、これを矢印Ｘ方向に沿って移動させ
る。これにより可動電極１８を矢印Ｑ方向に沿って移動
させ、一対の電極１４を開としておく。なお、ステッピ
ングモータ１００は、単動シリンダ４０が設定された位
置に至った時点で停止される。また電磁切換弁１３６
は、第１空気通路１３２を大気開放、第２空気通路１３
４に圧縮空気を供給するポジションとしておく。

【００２４】続いてスポット溶接装置１０と被溶接部材
１２とを相対移動させて、被溶接部材１２を固定電極１
６と可動電極１８との設定位置に配置する。ここで、ス
テッピングモータ１００を操作し、雄ネジ部材８８を上
記とは逆回転させて単動シリンダ４０およびピストンロ
ッド６８を矢印Ｙ方向に沿って移動させる。これにより
可動電極１８を矢印Ｐ方向に沿って移動させ、一対の電
極１４を閉として被溶接部材１２を固定電極１６と可動
電極１８とで挟持する。ステッピングモータ１００は、
単動シリンダ４０が、被溶接部材１２の厚みに応じて設
定された可動電極１８の停止位置に対応する設定位置に
至った時点で停止される。これにより雄ネジ部材８８の
回転は速やかに停止し、可動盤８０を介して接続されて
いる単動シリンダ４０とこれと共に移動していたピスト
ンロッド６８も速やかに停止する。したがってピストン
ロッド６８に連結されている可動電極１８がオーバーラ
ンすることはない。可動電極１８が設定位置で正確に停
止するので被溶接部材１２に過大な衝撃を与えることは
ない。

【００２５】次に電磁切換弁１３６を、第１空気通路１
３２に圧縮空気を供給し、第２空気通路１３４を大気開
放とするポジションに切り換える。これにより、ピスト
ン１２８およびラム１３０は水圧シリンダ室１１８側に
前進し、ラム１３０の前進によって水圧シリンダ室１１
８とドレン孔１２６との連通は遮断される。ラム１３０
はさらに前進させられ水圧シリンダ室１１８内の冷却水
を押圧する。水圧シリンダ室１１８内の冷却水は、圧縮
空気の圧力ＰAをピストン１２８とラム１３０との横断
面積の比率で増圧した圧力Ｐwとされ、この圧力ＰWは、
第２通水孔５６を介して単動シリンダ４０内の冷却水に
伝達される。単動シリンダ４０内の冷却水に伝達された
圧力ＰWは、ピストンロッド６８を矢印Ｙ方向に沿って
付勢する付勢力として作用する。さらに、この付勢力は
可動アーム２２を介して伝達され、可動電極１８を固定
電極１６に近接させる方向の力として作用し、固定電極
１６と可動電極１８とに挟持されている被溶接部材１２
を加圧する。被溶接部材１２は、該加圧下で抵抗溶接さ
れる。

【００２６】溶接終了後、再度電磁切換弁１３６を、第
１空気通路１３２を大気開放、第２空気通路１３４に圧
縮空気を供給するポジションに切り換える。これにより
ラム１３０は後退して水圧シリンダ室１１８はドレン孔
１２６と連通し冷却水が冷却タンク１１０へ漏出するの
で、冷却水の圧力は解消される。続いてステッピングモ
ータ１００を操作して、雄ネジ部材８８の回転により単
動シリンダ４０を矢印Ｘ方向に沿って移動させる。同時
にコイルスプリング７０を介してピストンロッド６８を
牽引し、これを矢印Ｘ方向に沿って移動させる。これに
より可動電極１８を矢印Ｑ方向に沿って移動させ、一対
の電極１４を開として、被溶接部材１２を取り除く。な
お、ステッピングモータ１００は、単動シリンダ４０が
設定された位置に至った時点で停止される。さらに新た
な被溶接部材１２について、上述の工程を繰り返すこと
ができる。

【００２７】このように、本実施例のスポット溶接装置
１０では、ステッピングモータ１００によって雄ネジ部
材８８を回転させ、これと螺合する雌ネジ部８６を備え
た可動盤８０を介して単動シリンダ４０およびピストン
ロッド６８を往復駆動して、ピストンロッド６８に連結
されている可動電極１８を開閉方向に駆動している。

【００２８】ステッピングモータ１００を高速回転させ
れば、可動電極１８の移動速度を高速にして一対の電極
１４を高速開閉できる。したがって、一対の電極１４の
開閉に費やされる時間を短縮し単位時間当りのスポット
溶接数を増すことが可能になる。

【００２９】また、ステッピングモータ１００の回転、
停止に伴って可動電極１８を迅速に開閉移動させ且つ正
確に停止させることができるので、一対の電極１４を閉
じた際に被溶接部材１２に過大な衝撃を及ぼすことはな
い。さらにステッピングモータ１００を操作して、単動
シリンダ４０を任意の設定位置に停止させることができ
るので、可動電極１８の開閉ストロークを被溶接部材１
２の厚みに応じて最小限に短くして、可動電極１８の開
閉移動に費やされる時間を短縮し単位時間当りのスポッ
ト溶接数を増すことが可能になる。

【００３０】以上実施例について説明したが、本発明は
このような実施例に限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲でさまざまに実施可能である。例
えば、上記実施例では、冷却水を圧力流体としている
が、別途、水圧や油圧経路を設けてもよい。また圧力流
体として、液体に限らず圧縮空気などの気体を採用して
もよい。さらにステッピングモータに代えて、サーボモ
ータやインバータ制御の電動モータなどを使用してもよ
い。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のスポット溶
接電極の加圧アクチュエータによれば、電極の迅速な開
閉移動と正確な位置での停止が可能となり、電極を閉じ
た際に被溶接部材に過大な衝撃を及ぼすことはない。し
かも、電極の開閉ストロークを被溶接部材の厚みに応じ
て最小限に短くして、電極の開閉移動に費やされる時間
を短縮し単位時間当りのスポット溶接数を増すことが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のスポット溶接装置の構成の説明図で
ある。

【図２】 従来のスポット溶接ガンの説明図である。

【符号の説明】

１０・・・スポット溶接装置、１２・・・被溶接部材、
１４・・・一対の電極、１６・・・固定電極、１８・・
・可動電極、３０・・・ケーシング、６８・・・ピスト
ンロッド、８０・・・可動盤（送りネジ機構）、８６・
・・雌ネジ部（送りネジ機構）、８８・・・雄ネジ部材
（送りネジ機構）、１００・・・ステッピングモータ
（電気モータ）、１１４・・・水圧ブースタ（加圧機
構）、１２８・・・ピストン（加圧機構）、１３０・・
・ラム（加圧機構）、１３６・・・電磁切換弁（加圧機
構）、１３８・・・減圧弁（加圧機構）、１４０・・・
空気源（加圧機構）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対のスポット溶接用の電極を開閉駆動
   すると共に該電極間に挟持された被溶接部材に該電極を
   介して加圧力を及ぼすスポット溶接電極の加圧アクチュ
   エータであって、 上記一対の電極の一方との相対位置を固定されたケーシ
   ングと、 自身の軸方向に沿って往復移動可能に該ケーシングに装
   着された単動シリンダと、 電気モータで駆動されて該単動シリンダを往復駆動する
   送りネジ機構と、 上記一対の電極の他方に連結されて上記単動シリンダ内
   に軸方向に沿って往復変位可能に挿通し、該往復変位に
   応じて上記他方の電極を開閉方向に変位させるピストン
   ロッドと、 上記単動シリンダ内の作動流体の圧力を増減し、該作動
   流体の圧力を増加させた際には上記他方の電極を閉とす
   る方向に上記ピストンロッドを付勢する加圧機構とを設
   けたことにより、 上記送りネジ機構にて上記単動シリンダを往復駆動して
   上記一対の電極を開閉可能とすると共に、上記流体圧に
   よるピストンロッドへの付勢力を上記一対の電極間に挟
   持された被溶接部材に加圧力として作用可能としたスポ
   ット溶接電極の加圧アクチュエータ。