JPH09295158A - スポット溶接ガン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接作業の生産性を向上させることができる
スポット溶接ガンを提供する。 【解決手段】 第１および第２電極チップ（１７，２
３）が固定取付けされた第１および第２ガンアーム（１
６，２２）と、駆動源であるサーボモータ（３５）と、
当該サーボモータ（３５）の回転方向に対応する前記ガ
ンアーム（１６，２２）の一方を、被溶接物に向かい移
動させる選択駆動手段と、前記電極チップ（１７，２
３）の間隔を検出する間隔検出手段と、前記サーボモー
タ（３５）の変位量を検出する回転変位量検出手段とを
有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被溶接物であるワ
ークの表裏両面から電極チップ（溶接電極）を加圧する
ことにより、ワークをスポット溶接するスポット溶接ガ
ンに関し、特に、溶接ガンをサーボモータにより作動さ
せるようにしたタイプに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】一般に、サーボ式スポ
ット溶接ガンは、フレームに対し進退移動自在である移
動式電極チップと、フレームに固定されるＣ字形状のア
ームの先端部に取り付けられる固定式電極チップとを有
している。

【０００３】溶接位置のティーチングつまり教示操作に
は、固定式電極チップをワークに接触させてゼロタッチ
（ゼロ点調整）することを必要としている。したがっ
て、溶接位置がワーク内部の場合、固定式電極チップの
位置確認が難しいため、溶接作業のサイクルタイムを短
縮させるのが困難である。

【０００４】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たもので、溶接作業の生産性を向上させることができる
スポット溶接ガンを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、請求項毎に次のように構成される。

【０００６】請求項１に記載の発明は、溶接ロボットの
ロボット軸に装着されるスポット溶接ガンにおいて、被
溶接物を介し対向して配置される溶接電極を有する一対
のアーム部材と、正逆回転自在のサーボモータと、当該
サーボモータの回転方向に対応する前記アーム部材の一
方を、前記被溶接物に向かい移動させる選択駆動手段
と、を有することを特徴とする。

【０００７】請求項２に記載の発明は、上記請求項１に
記載のスポット溶接ガンにおいて、前記溶接電極の間隔
を検出する間隔検出手段を有することを特徴とする。

【０００８】請求項３に記載の発明は、上記請求項１ま
たは請求項２に記載のスポット溶接ガンにおいて、前記
選択駆動手段は、前記サーボモータの回転動作に連動し
て進退移動する直線移動部材を有する伝動手段と、前記
直線移動部材を介し配置される一対のマウント部材と、
当該マウント部材の進退移動のストロークを制限するス
トッパ部材と、前記マウント部材を前記ストッパ部材の
配置方向に加圧する一対の押圧手段と、を有し、前記ア
ーム部材は、前記マウント部材に連結される、ことを特
徴とする。

【０００９】請求項４に記載の発明は、上記請求項３に
記載のスポット溶接ガンにおいて、前記伝動手段は、前
記サーボモータに連結されて回転するボールねじ部材を
有し、前記直線移動部材は、前記ボールねじ部材に噛み
合うナット部材からなり、前記押圧手段は、前記ボール
ねじ部材に挿入されるコイル状弾性材からなる、ことを
特徴とする。

【００１０】請求項５に記載の発明は、上記請求項３ま
たは請求項４に記載のスポット溶接ガンにおいて、前記
間隔検出手段は、前記アーム部材の一方に形成されるラ
ックと、前記アーム部材の他方に設けられ前記ラックと
噛み合うピニオンと、当該ピニオンの回転を検出する回
転検出手段とを有する、ことを特徴とする。

【００１１】

【発明の効果】本発明によれば、請求項毎に次のような
効果を奏する。

【００１２】請求項１に記載の発明は、溶接位置のゼロ
点調整を行う場合、被溶接物の位置確認が容易な面に接
触する溶接電極を固定式、他方の溶接電極を移動式とし
て設定することが可能であるため、溶接作業のサイクル
タイムを短縮させて、溶接作業の生産性を向上させるこ
とができる。

【００１３】請求項２に記載の発明は、配置位置および
厚さが既知のプレート面に、アーム部材の溶接電極を、
固定式および移動式として接触させ、そのときの溶接電
極の間隔を検出することにより、溶接電極の磨耗量を直
接検出することができる。したがって、溶接電極の磨耗
量を算出するための複雑なプログラムあるいは専用装置
が不要であり、製造コストを低減することができる。ま
た、サーボモータのモータ変位量の変化と直線移動部
材、すなわち溶接電極の間隔の変化との間に生じる不一
致から、溶接電極が被溶接物に溶着したことを直接検出
することが可能のため、スポット溶接作業の管理精度を
向上させることができる。

【００１４】請求項３に記載の発明は、溶接電極を有す
るアーム部材が連結されるマウント部材を、押圧手段を
介して、サーボモータの回転動作に連動して進退移動す
る直線移動部材により駆動している。つまり、マウント
部材は、直線移動部材に固定されていないため、溶接電
極が被溶接物に溶着した場合、溶接電極はサーボモータ
の開放動作に追従して移動せず、被溶接物を変形させな
い。

【００１５】請求項４に記載の発明は、単純でコンパク
トな構造からなるボールねじ部材とナット部材とを有す
る伝動手段により、サーボモータの回転動作を伝達し、
単純でコンパクトな構造からなるコイル状弾性材により
構成される押圧手段により、マウント部材をストッパ部
材の配置方向に加圧しているため、装置の小型化が可能
になると共に、製造コストを低減することができる。

【００１６】請求項５に記載の発明は、検出が容易なピ
ニオンの回転に基づいて、溶接電極の間隔を検出するた
め、間隔検出手段が、単純でコンパクトな構造となり、
装置の小型化が可能になると共に、製造コストを低減す
ることができる。また、ラックとピニオンの噛み合い構
造は、アーム部材のガイド機能を有するため、専用のガ
イド部材を削減することもできる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１８】図１は、本発明に係るスポット溶接ガンの
実施の形態を示す概略縦断面図、図２は、図１のスポッ
ト溶接ガンが取り付けられた溶接ロボットを示す斜視
図、図３は、正常溶接時におけるモータ変位量およびア
ーム変位量の変化を示す説明図、図４は、溶着時におけ
るモータ変位量およびアーム変位量の変化を示す説明図
である。

【００１９】本発明に係るスポット溶接ガン１５は、図
１に示している実施の形態では、第１および第２ガンア
ーム（アーム部材）１６，２２と、駆動源である正逆回
転自在のサーボモータ３５と、サーボモータ３５の回転
方向に対応するガンアーム１６，２２の一方を、図示し
ないワーク（被溶接物）に向かい移動させる選択駆動手
段と、第１および第２電極チップ（溶接電極）１７，２
３の間隔を検出する間隔検出手段と、サーボモータ３５
のモータ変位量を検出する回転検出手段とを有してい
る。

【００２０】第１ガンアーム１６は、第１電極チップ１
７が取り付けられて固定されている端部と、後述のボー
ルねじ部材２９に取付けられる第１環形取付具１８が連
結される端部とを有している。第２ガンアーム２２は、
第１電極チップ１７に対向して配置される第２電極チッ
プ２３が取り付けられて固定されている端部と、後述の
ボールねじ部材２９に取付けられる第２環形取付具２４
が連結される端部とを有している。

【００２１】サーボモータ３５は、主軸に設けられたプ
ーリに配置されたタイミングベルト３６を介して、選択
駆動手段に連結されている。

【００２２】選択駆動手段は、タイミングベルト３６が
連結されるボールねじ部材２９とこのボールねじ部材２
９に噛み合うナット部材（直線移動部材）３０とを有す
る伝動手段と、ナット部材３０を介し配置される第１お
よび第２環形取付具（マウント部材）１８，２４と、第
１および第２環形取付具１８，２４の進退移動のストロ
ークを制限するストッパ部材３１と、ボールねじ部材２
９に挿入されて第１および第２環形取付具１８，２４を
ストッパ部材３１の配置方向に加圧するコイル状弾性材
である第１および第２コイルスプリング（押圧手段）２
０，２７と、を有している。なお、コイルスプリングの
強度は、ワークに変形を及ぼさない程度に設定されてい
る。また、図中符合３２，３３は、ボールねじ部材２９
を支持しているベアリング部材である。

【００２３】したがって、サーボモータ３５を回転させ
ると、タイミングベルト３６を介してボールねじ部材２
９が回転し、ボールねじ部材２９に噛み合って取付けら
れているナット部材３０が、サーボモータ３５の回転方
向に対応する方向に駆動される。

【００２４】そして、ナット部材３０を図中上方に駆動
する場合、ナット部材３０は、第２コイルスプリング２
７の反力に打ち勝ち、第２ガンアーム２２に連結された
第２環形取付具２４を図中上方に移動させる。一方、第
１ガンアーム１６に連結された第１環形取付具１８は、
第１コイルスプリング２０により、ストッパ部材３１に
押圧されて静止している。つまり、第２ガンアーム２２
の第２電極チップ２３は、従来の移動式電極チップに相
当し、第１ガンアーム１６の第１電極チップ１７は、従
来の固定式電極チップに相当することになる。

【００２５】一方、ナット部材３０を図中下方に駆動す
る場合、ナット部材３０は、第１コイルスプリング２０
の反力に打ち勝ち、第１ガンアーム１６に連結された第
１環形取付具１８を図中下方に移動させる。一方、第２
ガンアーム２２に連結された第２環形取付具２４は、第
２コイルスプリング２７により、ストッパ部材３１に押
圧されて静止している。つまり、第１ガンアーム１６の
第１電極チップ１７は、従来の移動式電極チップに相当
し、第２ガンアーム２２の第２電極チップ２３は、従来
の固定式電極チップに相当することになる。

【００２６】つまり、溶接位置のゼロ点調整を行う場
合、ワークの位置確認が容易な面に接触する電極チップ
を固定式、他方の電極チップを移動式として設定するこ
とが可能であるため、溶接作業のサイクルタイムを短縮
させて、溶接作業の生産性を向上させることができる。

【００２７】また、電極チップを有するガンアームが連
結される環形取付具を、コイルスプリングを介して、サ
ーボモータの回転動作に連動して進退移動するナット部
材により、駆動している。つまり、環形取付具は、ナッ
ト部材に固定されていないため、電極チップがワークに
溶着した場合、電極チップはサーボモータの開放動作に
追従して移動せず、ワークを変形しない。

【００２８】そして、単純でコンパクトな構造からなる
ボールねじ部材とナット部材とを有する伝動手段によ
り、サーボモータの回転動作を伝達し、単純でコンパク
トな構造からなるコイル状弾性材であるコイルスプリン
グにより構成される押圧手段により、環形取付具をスト
ッパ部材の配置方向に加圧しているため、装置の小型化
が可能になると共に、製造コストを低減することができ
る。

【００２９】一方、電極チップの間隔検出手段は、第１
ガンアーム１６に形成されるラック１９と、第２ガンア
ーム２２に設けられラック１９と噛み合うピニオン２５
と、ピニオン２５の回転を検出する回転検出手段２６と
を有する。なお、ラック１９およびピニオン２５は、第
１および第２ガンアーム１６，２２のガイドレールを兼
ねている。

【００３０】つまり、間隔検出手段は、回転検出手段２
６により検出されるピニオン２５の回転動作に基づい
て、第１および第２ガンアーム１６，２２の相対的なア
ーム変位量を検出し、第１および第２ガンアーム１６，
２２に取り付けられて固定されている第１および第２電
極チップ１７，２３の間隔を検出している。

【００３１】なお、第１および第２ガンアームの相対的
なアーム変位量は、第２ガンアーム２２のピニオン２５
が、第１ガンアーム１６のラック１９の図中下端部に位
置決めされる際に検出される値を、基準値（原点）とし
ている。この位置では、ナット部材３０は、ストッパ部
材３１が設けられている中立位置に位置決めされてお
り、第１および第２ガンアーム１６，２２は、開放限と
なり、第１および第２電極チップ１７，２３との間の距
離は、最大となる。つまり、第１および第２ガンアーム
１６，２２のアーム変位量は、第１および第２電極チッ
プ１７，２３との間の距離に、反比例することになる。

【００３２】また、配置位置および厚さが既知のプレー
ト面に対し、第１電極チップ１７を固定式とし接触させ
て検出される電極チップの間隔と、第２電極チップ２３
を固定式とし検出される電極チップの間隔とから、第１
および第２電極チップ１７，２３の合計長さを直接検出
することができる。したがって、溶接作業による第１お
よび第２電極チップ１９，２１の磨耗量、つまり、第１
および第２電極チップ１７，２３の長さの変化を、全体
として検出することが可能である。

【００３３】したがって、電極チップの磨耗量を算出す
るための複雑なプログラムあるいは専用装置が不要であ
り、製造コストを低減することができる。また、検出が
容易なピニオンの回転に基づいて、電極チップの間隔を
検出するため、間隔検出手段が、単純でコンパクトな構
造となり、装置の小型化が可能になると共に、製造コス
トを低減することができる。

【００３４】なお、サーボモータのモータ変位量は、ス
トッパ部材３１が設けられている中立位置にナット部材
３０が位置決めされる際に検出される値を、基準値（原
点）としている。

【００３５】以上のような構成を有する本発明に係るス
ポット溶接ガン１５は、例えば、図２に示している溶接
ロボットＲに取り付けられる。

【００３６】この実施の形態では、スポット溶接ガン１
５は、溶接ロボットＲのロボット軸１３の先端に、矢印
Ｊ５で示される方向に揺動回転自在かつ矢印Ｊ６方向に
回転自在に取付けられ、ロボット制御装置１４により制
御される。また、ロボット軸１３は、矢印Ｊ３で示され
る方向に揺動自在かつ矢印Ｊ４で示される方向に回転自
在に、ロボット軸１２に装着されている。このロボット
軸１２は、矢印Ｊ２の方向に揺動自在に、旋回台１１に
装着されている。旋回台１１は、矢印Ｊ１方向に旋回自
在に、図示しない基台部に取付けられた台座１０に装着
されている。

【００３７】したがって、図示するロボットＲは合計６
軸の機能を有し、スポット溶接ガン１５のサーボモータ
２３の作動を含めて、ロボット制御装置１４により合計
７軸が制御がされることになる。

【００３８】次に、図３を使用し、正常溶接時における
サーボモータおよびガンアームの動作について説明す
る。なお、図中実線は、モータ変位量、図中破線は、ア
ーム変位量を示している。

【００３９】溶接を開始する場合、例えば、溶接ロボッ
トのロボット軸が駆動され、スポット溶接ガンが、パネ
ル材等のワークの所定の溶接箇所に向けて移動し、初期
位置に配置される。この初期位置のもとでは、第１およ
び第２電極チップ１７，２３の間隔は最大であり、ナッ
ト部材３０は、ストッパ部材３１が設けられている中立
位置に位置決めされている。したがって、アーム変位量
およびモータ変位量は、原点に位置している。

【００４０】次に、第１および第２電極チップ１７，２
３がワークの表面に接触する加圧位置に達するまで、ガ
ンアームの一方、例えば、第１ガンアーム１６を、サー
ボモータ３５により駆動して移動させる一方、この移動
に対応させて、ロボット軸を駆動する。つまり、初期位
置に達する時点（Ｔ１）から加圧位置に達する時点（Ｔ
２）までの前進ステップでは、サーボモータ３５の駆動
力は、ナット部材３０を経由し、第１ガンアーム１６に
連結された第１環形取付具１８に伝達されているため、
モータ変位量の増加に追従し、アーム変位量も増加して
いく。

【００４１】そして、第１および第２電極チップ１７，
２３の初期間隔から、ワークの厚みを減じた距離だけ移
動すると、つまり、第１および第２電極チップ１７，２
３がワークの表面に接触したことが判断されたならば、
サーボモータ３５およびロボット軸の移動を停止させ、
溶接点の位置決めを完了する。この状態では、第１およ
び第２電極チップ１７，２３がワークの表面に接触した
だけであり、ワークを加圧していない。なお、モータ変
位量とアーム変位量とは、最大値を示すことになる。ま
た、第１および第２電極チップ１７，２３の間隔は、最
小値を示す。

【００４２】次に、第１ガンアーム１６をサーボモータ
３５により駆動し、ワークを介し相対し配置されている
第２電極チップ２３と連動し、第１ガンアーム１６の第
１電極チップ１７により、ワークを加圧する。そして、
加圧力が所定の値に到達した後で、通電を行い、ワーク
を溶接する。つまり、溶接ステップでは、モータ変位量
とアーム変位量とは、変化しない。なお、加圧力は、例
えば、サーボモータの電流値に基づいて検出することが
可能である。

【００４３】そして、溶接作業が終了すると、ナット部
材３０を図中上方に移動させると、第１ガンアーム１６
に連結された第１環形取付具１８が、第１コイルスプリ
ング２０に押圧されて、初期位置に戻る。つまり、復帰
開始時点（Ｔ３）から初期位置に達する時点（Ｔ４）ま
での復帰ステップでは、第１環形取付具１８はナット部
材３０に接触して支持されているため、モータ変位量の
減少に追従し、アーム変位量も減少していく。

【００４４】そして、ロボット軸およびサーボモータ３
５の駆動により、第１および第２電極チップ１７，２３
が開放限の位置（初期位置）まで移動したことが検知さ
れたならば、溶接動作が完了する。したがって、アーム
変位量およびモータ変位量は、原点に位置することにな
る。

【００４５】次に、図４を使用し、溶着時におけるサー
ボモータおよびガンアームの動作について説明する。な
お、図中実線は、モータ変位量、図中破線は、アーム変
位量を示している。また、前進ステップおよび溶接ステ
ップは、共通であるため、説明は省略する。

【００４６】まず、溶接作業が終了すると、サーボモー
タ３５を逆方向に駆動し、ナット部材３０を図中上方に
移動させて、復帰ステップを開始する。

【００４７】そして、ナット部材３０は、第１および第
２ガンアーム１６，２２に連結された第１および第２環
形取付具１８，２４に対し固定されていないため、溶着
の有無に影響を受けることなく、初期位置に戻る。つま
り、モータ変位量は、正常溶接時と同様に、復帰開始時
点（Ｔ３）の最大値から減少していき、初期位置に達す
る時点（Ｔ４）で、原点に位置することになる。

【００４８】一方、例えば、第１ガンアーム１６の第１
電極チップ１７とワークとが溶着している場合、ナット
部材３０が移動しても、第１ガンアーム１６に連結され
た第１環形取付具１８は、ナット部材３０に固定はされ
ていないため、復帰を開始しない。つまり、第１電極チ
ップ１７とワークとが、第１コイルスプリング２０の弾
性力より強く溶着している場合、第１コイルスプリング
２０の反力に打ち勝つため、第１および第２電極チップ
１７，２３の間隔は、最小値から変化せず、アーム変位
量は、最大値を維持することになる。

【００４９】したがって、溶着時には、復帰開始時点
（Ｔ３）から初期位置に達する時点（Ｔ４）までの復帰
ステップでは、モータ変位量が減少する一方、アーム変
位量は最大値を維持し変化しない。つまり、モータ変位
量とアーム変位量の挙動の不一致から、溶接電極が被溶
接物に溶着したことを直接検出することが可能のため、
スポット溶接作業の管理精度を向上させることができ
る。

【００５０】本発明は、上述した実施の形態に限定され
るものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変す
ることができる。

【００５１】例えば、第１および第２環形取付具をスト
ッパ部材の配置方向に加圧する押圧手段として、コイル
状弾性材であるコイルスプリングを使用しているが、空
圧式あるいは油圧式により加圧することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るスポット溶接ガンの実施の形態
を示す概略縦断面図である。

【図２】 図１のスポット溶接ガンが取り付けられた溶
接ロボットを示す斜視図である。

【図３】 正常溶接時におけるモータ変位量およびアー
ム変位量の変化を示す説明図である。

【図４】 溶着時におけるモータ変位量およびアーム変
位量の変化を示す説明図である。

【符号の説明】

１５…スポット溶接ガン、 １６…第１ガンアーム、 １７…第１電極チップ、 １８…第１環形取付具、 １９…ラック、 ２０…第１コイルスプリング、 ２２…第２ガンアーム、 ２３…第２電極チップ、 ２４…第２環形取付具、 ２５…ピニオン、 ２６…回転検出手段、 ２７…第２コイルスプリング、 ２９…ボールねじ部材、 ３０…ナット部材、 ３１…ストッパ部材、 ３５…サーボモータ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ロボットのロボット軸に装着される
   スポット溶接ガンにおいて、 被溶接物を介し対向して配置される溶接電極（１７，２
   ３）を有する一対のアーム部材（１６，２２）と、 正逆回転自在のサーボモータ（３５）と、 当該サーボモータ（３５）の回転方向に対応する前記ア
   ーム部材（１６，２２）の一方を、前記被溶接物に向か
   い移動させる選択駆動手段と、 を有することを特徴とするスポット溶接ガン。
2. 【請求項２】 前記溶接電極（１７，２３）の間隔を検
   出する間隔検出手段を有することを特徴とする請求項１
   に記載のスポット溶接ガン。
3. 【請求項３】 前記選択駆動手段は、 前記サーボモータ（３５）の回転動作に連動して進退移
   動する直線移動部材を有する伝動手段と、前記直線移動
   部材を介し配置される一対のマウント部材（１８，２
   ４）と、当該マウント部材（１８，２４）の進退移動の
   ストロークを制限するストッパ部材（３１）と、前記マ
   ウント部材（１８，２４）を前記ストッパ部材（３１）
   の配置方向に加圧する一対の押圧手段と、を有し、 前記アーム部材（１６，２２）は、 前記マウント部材（１８，２４）に連結される、 ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスポ
   ット溶接ガン。
4. 【請求項４】 前記伝動手段は、 前記サーボモータ（３５）に連結されて回転するボール
   ねじ部材（２９）を有し、 前記直線移動部材は、 前記ボールねじ部材（２９）に噛み合うナット部材（３
   ０）からなり、 前記押圧手段は、 前記ボールねじ部材に挿入されるコイル状弾性材（２
   ０，２７）からなる、 ことを特徴とする請求項３に記載のスポット溶接ガン。
5. 【請求項５】 前記間隔検出手段は、 前記アーム部材（１６，２２）の一方に形成されるラッ
   ク（１９）と、前記アーム部材（１６，２２）の他方に
   設けられ前記ラック（１９）と噛み合うピニオン（２
   ５）と、当該ピニオン（２５）の回転を検出する回転検
   出手段（２６）とを有することを特徴とする請求項３ま
   たは請求項４に記載のスポット溶接ガン。