JP4085951B2 - チップ交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、スポット溶接機の電極チップの交換を行う電極チップ交換装置に関するものである。

一般にスポット溶接では重ね合わされた被溶接材を一対のチップで加圧して電流通路を確保しており、溶接打点数が増えるにつれて、チップの先端形状は溶接時の大電流による発熱と加圧力によって変形、損耗し十分な溶接品質が得られなくなる。そのため、適当な時期に、生産ラインを停止してチップを自動研磨するか、取り外して新品、或いは研磨したものと交換してチップの先端形状の確保を行っている。

ところで、近年、被溶接材には高防錆化等の化学処理材が使われるようになってきて、電極チップの損耗が早くなり交換頻度が増える傾向にあり、生産ラインを止めてチップを交換することは現状に合わない。生産ラインを止めずにチップを交換するには、溶接作業終了から次の溶接の開始まで（例えばワーク搬送時間）の間に行わなければならない。しかしながら、この時間は短いもので数秒のものがある。そこで、電極チップを自動的に交換できる装置が考案されている。

特開２００２−７９３８１号公報には、てこ式レバーの揺動により溶接ガンのシャンクからチップを抜き外す機構を具備したチップ交換装置が開示されている（特許文献１参照）。図７に基づき、その種のチップ抜き機構について説明する。チップ抜き機構５１は、エアシリンダ５３と、エアシリンダ５３により前後方向にスライド可能に設けられた左右一対のガイド板５５と、それらガイド板５５に対して揺動可能且つスライド可能に設けられているてこ式レバー５７とを具備している。各ガイド板５５には、前後一対のカム溝５９ａ，５９ｂが穿設されており、すなわち一対のガイド板５５全体では合計４つのカム溝５９ａ，５９ｂが設けられている。各カム溝５９ａ，５９ｂは円弧状に延長している。また、てこ式レバー５７の側面には左右一対ずつ、合計４つのカムローラー６１ａ，６１ｂが設けられている。そして、前方の一対のカムローラー６１ａが前方の一対のカム溝５９ａに挿入され、後方の一対のカムローラー６１ｂが後方の一対のカム溝５９ｂに挿入される。

このような構成を有するチップ抜き機構５１のチップ抜き動作について説明する。図７の（ａ）に示されるように、溶接ガンのシャンク９とチップ１１との間にてこ式レバー５７を挿入した状態から、エアシリンダ５３の作用によってガイド板５５を更にシャンク９に向けて前進させる。これによりてこ式レバー５７はシャンク９等から反力を受け、カムローラー６１ａ，６１ｂがカム溝５９ａ，５９ｂに案内されて移動することで、図７の（ｂ）に示されるように、シャンク９等に対して揺動する。そして、最終的には、かかるてこ式レバー５７による揺動によってチップ１１がシャンク９から押し上げられ、抜き取られる。

特開２００２−７９３８１号公報

しかしながら、上述した従来のチップ交換装置におけるチップ抜き取り機構では、てこ式レバーの左右各側に２つのカムローラーが設けられていたため、部品点数が多く、またそれらに対応するよう前後に並ぶ２つのカム溝の形成も強いられるため、ガイド板全長ひいては装置全長が前後に長くなる傾向があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、より簡易な構造を備えコンパクト化が可能なチップ抜き取り機構、及びそのようなチップ抜き取り機構を有するチップ交換装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、請求項１に記載のチップ抜き取り機構は、溶接ガンのシャンクとチップとの間に挿入されるてこ式レバーと、前記てこ式レバーが連結される本体部と、前記てこ式レバー及び前記本体部の間に設けられて一軸で該てこ式レバーを揺動可能且つスライド可能に支持する可動支持手段とを備え、前記てこ式レバーは、前記シャンク及び前記チップの間への挿入を待つ待機位置と、該待機位置に対して傾斜した姿勢となって前記チップを抜き外すチップ抜き位置との間を移動可能であり、前記待機位置における前記てこ式レバーの所定姿勢を規定する姿勢規定手段と、該てこ式レバーを前記待機位置に復帰させるよう付勢する付勢手段とを更に備えたことを特徴とする。
また、請求項２に記載のチップ抜き取り機構は、請求項１において、前記待機位置において、前記てこ式レバーは、前記姿勢規定手段と前記付勢手段とにより挟まれるように保持されていることを特徴とする。
また、請求項３に記載のチップ抜き取り機構は、請求項２において、前記付勢手段は、少なくとも１つの腕を備えたねじりコイルばねであり、前記てこ式レバーは、前記姿勢規定手段と前記腕とにより挟まれるように保持されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載のチップ抜き取り機構は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記可動支持手段が、前記てこ式レバーの片側に一つの割合で設けられたカムローラーを含むカムローラー手段と、前記本体部に形成され一つの前記カムローラーに対して一つの割合で用意されたカム溝を含むカム溝手段とを備えることを特徴とする。

請求項５に記載のチップ抜き取り機構は、請求項４において、前記カム溝が、直線状に延長することを特徴とする。

請求項６に記載のチップ抜き取り機構は、請求項４または５において、前記付勢手段は、前記てこ式レバーを側方から見た場合に、前記カム溝の両端間かつ前記カム溝の下方に位置することを特徴とする。

請求項７に記載のチップ交換装置は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のチップ抜き取り機構を具備することを特徴とする。

請求項８に記載のチップ交換装置は、請求項７において、前記チップ抜き取り機構の本体部が少なくとも前後方向に移動しないように固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、てこ式レバーが一軸で揺動且つスライドすることによるてこ動作によってチップを抜き取るため、揺動・スライド支点を簡素化することができ、それにより、製造・管理・メンテナンス面においてコスト低減を図ることができ、且つ、チップ抜き取り機構におけるてこ式レバーの移動方向の全長を短縮することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１に、本実施の形態１に係るチップ交換装置の概要を模式的に示す。チップ交換装置１は主に、チップ抜き機構３と、交換用チップ供給機構５とを備えている。両機構について、それらの平面を示す図２も参照しながら説明する。

まず、チップ抜き機構３は、溶接ガン７の上下一対のシャンク９先端に嵌着されたチップ１１を外すためのてこ式レバー１３と、てこ式レバー１３が連結されるチップ抜き機構の本体部１４とを有している。かかる本体部１４は、てこ式レバー１３を可動に支持する左右一対のガイド板１５より構成されている。てこ式レバー１３の先端部には、平面視Ｕ字状の切り欠き１７が形成されている。これにより、てこ式レバー１３の先端部は、溶接ガン７のシャンク９とチップ１１との間に挿入可能となっている。

さらに加えて、チップ抜き機構３は、てこ式レバー１３及び本体部１４の間に設けられて、てこ式レバー１３を一軸で揺動可能且つスライド可能に支持する可動支持手段１８を備えている。可動支持手段１８は、てこ式レバー１３の片側面に一つの割合で設けられたカムローラーを含むカムローラー手段と、本体部１４に形成されて一つのカムローラーに対して一つの割合で用意されたカム溝を含むカム溝手段とから構成されている。すなわち本実施の形態では、カムローラー手段としては、てこ式レバー１３の基部の側面に、左右一対のカムローラー１９が回転可能に取り付けられている。一方、カム溝手段としては、各ガイド板１５に、対応するカムローラー１９を転動自在に収容するカム溝２１が形成されている。各カム溝２１は、カムローラー１９の外径より若干大きい幅を有して延長する長穴形態を備えている。そして、各カム溝２１の延長軸線ＣＬ（図５の（ａ）参照）は、直線的に延長している。また、各カム溝２１は、後部にいくほど上方に位置するように傾斜して設けられている。なお、説明における前後方向は、てこ式レバー１３の先端側を前方として決定しているものとする。このような構成によって、てこ式レバー１３は、一対のカムローラー１９の回転軸を貫通する一軸によって揺動可能に支持される。さらに、カムローラー１９がカム溝２１内を転動しカムローラー１９の回転軸がカム溝２１の延長軸線ＣＬに沿って案内されることによって、てこ式レバー１３は、スライド可能に支持されている。

また、左右一対のガイド板１５の間には、図３に示されるように、付勢手段としてのねじりコイルばね２２が設けられている。ねじりコイルばね２２は、ねじり軸がガイド板１５を直交するように配置されている。ねじりコイルばね２２の一方の腕２２ａは、一対のガイド板１５を横断するピン１５ａに掛止されており、他方の腕２２ｂは、てこ式レバー１３の後端に掛止されている。かかる構成によって、てこ式レバー１３は、ねじりコイルばね２２の弾性力によって、後述する待機位置へと復帰するように付勢されている。また、一対のガイド板１５の間には、姿勢規定手段としてのガイド１５ｂが架橋されている。ガイド１５ｂは、その上面に、てこ式レバー１３の下面と面接触しててこ式レバー１３を所定の姿勢に規定・保持する。かかる構成によって、てこ式レバー１３は、待機位置において、シャンク９とチップ１１との間への挿入に適した姿勢に支持される。

次に、交換用チップ供給機構５について、図４の（ａ）をも参照しながら説明する。交換用チップ供給機構５は主に、回転マガジン２３と、送り機構２５と、入力部材２７とを備えている。回転マガジン２３は回転可能に設けられた円筒状ケース２９を有しており、その円筒状ケース２９内には、複数の交換用チップ３１が収容されている。複数の交換用チップ３１は、回転マガジン２３の回転中心を中心とする同一半径円周上に配列されている。また、円筒状ケース２９の円周外側部には、爪歯車部３３が設けられている。

送り機構２５は、回転マガジン２３に対して回転力を伝達するための力伝達手段３５と、復帰力付与手段として機能するコイルばね３７とを具備している。力伝達手段３５は、スライドプレート３９と、爪４１と、爪付勢ばね４３とを有している。スライドプレート３９は、その長手方向に沿って直線的にスライド可能に設けられている。爪４１は、その基端部においてスライドプレート３９に揺動可能に取り付けられている。また、かかる爪４１の先端部は、少なくとも揺動状態の何れかの位置において回転マガジン２３の爪歯車部３３の歯と噛み合うように配置されている。また、爪付勢ばね４３の一端はスライドプレート３９に接続されており、爪付勢ばね４３の他端は爪４１に接続されている。これにより、爪４１は、爪付勢ばね４３の弾性力によって、爪歯車部３３の歯と噛み合う方向に常時付勢されている。

また、スライドプレート３９の後端側には、平面視ほぼＬ字状形態の部材４５が設けられており、この部材４５には、コイルばね３７の一端が接続されている。一方、コイルばね３７の他端は、スライドプレート３９をスライド可能に支持する支持ブラケット４７に接続されている。

また、入力部材２７は、平板状部材であって、その表裏面をほぼ水平に向けた姿勢でスライドプレート３９の前端に取り付けられている。さらに、入力部材２７は溶接ガン７と当接する入力面２７ａを有し、かかる入力面２７ａは後述するように溶接ガン７の移動経路Ｓと交差する方向すなわち当該移動経路と少なくとも平行ではない方向に延長している。

次に、溶接ガン７のチップ交換工程の移動経路Ｓについて説明する。図２に示すように、溶接ガン７は、てこ式レバー１３に当接後、てこ式レバー１３をガイド板１５側に押し込んだ後、レバーとの当接前の位置まで戻る。このようにてこ式レバー１３の長手方向に沿う往復動作を行うチップ取り外し位置Ａにおいて、消耗したチップ１１が溶接ガン７から取り外される。続いて、溶接ガン７は、チップ取り外し位置Ａから、交換用チップ供給機構５の正面に位置するチップ受け取り位置Ｂまで移動する。溶接ガン７は、チップ受け取り位置Ｂにおいて、円筒状ケース２９に接近して交換用チップ３１を受け取った後、再び円筒状ケース２９から離隔する往復動作を行う。そして、新しいチップへの交換が終了すると、図示しない溶接位置まで移動して、溶接作業に供される。

さらに、以上のような構成を有する本実施の形態に係るチップ交換装置のチップ交換動作について説明する。チップ交換時、溶接ガン７は、上述したような移動経路Ｓによって移動する。まず、溶接ガン７のシャンク９及びチップ１１の部分が、てこ式レバー１３の前方正面へと移動する。このとき、チップ抜き機構３においては、てこ式レバー１３が図３の実線状態及び図５の（ａ）に示される待機位置にある、このようなチップ抜き機構３に対して、溶接ガン７を動作させてシャンク９及びチップ１１の間にてこ式レバー１３が挿入されるように、シャンク９及びチップ１１をてこ式レバー１３の長手方向に沿って移動させる。てこ式レバー１３の先端には切り欠き１７が形成されているので、挿入状態としては、図３及び図５の（ｂ）に示された状態となる。

この状態から、さらにてこ式レバー１３を後方に押し込むようにシャンク９等を移動させる。ここで、ガイド板１５は少なくとも前後方向に固定（本実施の形態では完全固定）されていることから、てこ式レバー１３及びカムローラー１９が溶接ガン７の移動力によって不動のガイド板１５に対して後方へ移動する。また、カムローラー１９は、カム溝２１に沿って移動するよう規制されるため、後方かつ上方に移動する。さらに、てこ式レバー１３は、その先端部がシャンク９及びチップ１１の間に挿入された状態で後方移動する。以上のような条件によって、てこ式レバー１３及びカムローラー１９は、その後端を上昇させながら後方へと移動し、図５の（ｃ）及び（ｄ）の状態を経て、最終的に図３の点線で示されるチップ抜き位置へと移動する。このようなてこ式レバー１３の待機位置からチップ抜き位置へと向かう間の傾斜動作によって、チップ１１の下端１１ａとてこ式レバー１３の上面との当接点をてこの作用点とし、シャンク９の段付き部９ａとてこ式レバー１３の下面との当接点をてこの支点としたてこ動作がなされ、チップ１１がシャンク９から抜き外される。

溶接ガン７は、てこ式レバー１３をチップ抜き位置まで押し込んだ後は、シャンク１１をてこ式レバー１３から離隔させるように当接前の位置まで戻る。これにより、てこ式レバー１３は、ねじりコイルばね２２の弾性力を受けてシャンク１１との当接状態を維持しながら待機位置に向けて前方移動し、シャンク１１がてこ式レバー１３から完全に離隔するころには元の水平な待機位置へと復帰し、次のチップ抜き動作に備える。

溶接ガン７は、チップ取り外し位置Ａにおいて、てこ式レバー１３から十分に離隔した後、今度は、隣りに配置された交換用チップ供給機構５の正面にあるチップ受け取り位置Ｂに向けて移動する。このとき、入力部材２７の入力面２７ａが、移動経路Ｓにおけるチップ取り外し位置Ａとチップ受け取り位置Ｂとの間に位置し、且つ、入力面２７ａが該移動経路Ｓと交差する方向に延長しているため、溶接ガン７は、入力面２７ａと当接し力を付与しながらチップ受け取り位置Ｂに向けて移動する。すなわち、入力部材２７は溶接ガン７の移動力を受け、送り機構２５におけるスライドプレート３９は、コイルばね３７の弾性力に抗しながら、図４の（ｂ）に示すようにその長手方向に沿って直線的にスライドする。スライドプレート３９のスライドによって、それと共にスライドする爪４１が爪歯車部３３に回転力を付与して、回転マガジン２３を交換用チップ３１の配列一ピッチ分だけ回転させる。

このような回転マガジン２３の一ピッチ分の回転が完了するのに伴い、チップ受け取り位置Ｂにおいて、溶接ガン７は、回転マガジン２３に接近するよう移動を開始し、シャンク９の軸心が交換用チップ３１の軸心と一致する位置まで移動する。そして、シャンク９を円筒状ケース２９内の交換用チップ３１に挿入させた後、溶接ガン７は、交換用チップ３１がシャンク９に取り付けられた状態で、回転マガジン２３から離隔するように移動する。このようにして、シャンク９の先端にある消耗した古いチップ１１が取り外され新しい交換用チップ３１が取り付けられるチップ交換作業が行われる。

一方、送り機構２５においては、一旦は、コイルばね３７の弾性力に抗して、送り完了位置（図４の（ｂ）の位置）までスライドしたスライドプレート３９は、溶接ガン７の通過による付与移動力の解除に起因して、今度は、コイルばね３７の弾性力が復帰力となって、待機位置（図４の（ａ）の位置）へ向けて移動し始める（図４の（ｃ）参照）。このとき、爪４１は爪歯車部３３の歯形状に応じて揺動し、爪４１及び爪歯車部３３の噛合が障害となることなく、スライドプレート３９は待機位置へ復帰する（図４の（ｄ）参照）。

以上説明したように本実施の形態では、チップ抜き機構３において、てこ式レバーが一軸で揺動且つスライドすることによるてこ動作によって、チップが抜き外される。従って、揺動・スライド支点であるカムローラーはてこ式レバーの片側に関し一つで十分となり、図７で示す左右二対ずつのカムローラーを有する従来構成に比較して簡易な構造となり、以下のような利点がある。すなわち、カムローラー数の減少により、製造・管理・メンテナンス面においてコスト低減を図ることができる。さらに、カムローラー数の減少に伴い、それに対応して必要なカム溝の数も少なくなり、カム溝形成に必要な手間やコストを低減することができる。さらに、カムローラーに対応してカム溝も片側のガイド板に対して一つだけ設ければよいため、図７のように２列前後方向にカム溝が並ぶ態様に比べて、ガイド板の前後方向全長を短縮することができ、ひいては装置全体をコンパクト化することにも寄与できる。

また、図７のように片側に関しカムローラー及びカム溝が２つある態様では、てこ式レバーの傾斜姿勢は、シャンクやチップの位置に拘わらず、２つのカムローラーのカム溝における位置によって一義的に決定されることとなる。てこ式レバーの先端部も常に一定の軌跡を描いてスライドする。これに対して、本実施の形態では、てこ式レバーが一軸で支持されていることから当該レバー自体は常に揺動可能であり、てこ式レバーの傾斜姿勢は、シャンク及びチップの位置によって決定される。換言するならば、てこ式レバーは、相対的に強い保持力で支持されているシャンク９からの反力に対して、相対的に保持力の弱いチップ１１を抜き取るように動かすことでその反力を逃がすように揺動できる。従って、図６に示すように、シャンク９が下方にありチップ１１を上方へ付勢するように揺動させる動作だけでなく、シャンク９が上方にありチップ１１を下方へ付勢するように揺動させる動作にも適用できる。

また、本実施の形態では、てこ式レバーの傾斜姿勢を一義的に決定するための片側２つの曲線状（弧状）のカム溝を用いずに、直線的なカム溝２１を用いている。よって、カム溝の形成工程が非常に簡素化され、コスト低減が図られている。また、てこ式レバー１３とチップ抜き機構３の本体部１４との相対移動は、従来のようにエアシリンダなどの専用駆動手段と用いずに、自動溶接工程では必須のこととなる移動する溶接ガン７の移動力を利用して実施している。よって、エアシリンダなどの専用駆動手段自体が不要であることは勿論、それに付随する制御機構、レールなどの案内機構などの関連部品も不要となり、装置のコンパクト化やコスト低減による省エネルギ化を図ることが可能となっている。

なお、以上に説明してきた本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な改変を施して実施することが可能である。例えば、本発明においては、カムローラー手段は、てこ式レバーの片側に一つの割合で設けられたカムローラーを少なくとも一つ備えていればよく、上記実施の形態のようにてこ式レバーの両側に１つずつ合計２つのカムローラーを用意する態様に代えて、強度・剛性が十分に確保できるならば、てこ式レバーの片側に設けられた１つカムローラーのみでカムローラー手段を構成する態様でもよい。なお、カム溝手段のカム溝数に関しても同様である。

また、上記の実施の形態では、溶接ガン７の移動により、シャンク９及びチップ１１の間にてこ式レバー１３を押し込む構造としていたが、溶接ガンとチップ抜き機構との間の相対移動の実施態様については、そのような構造に限定されるものではない。例えば、本発明のチップ抜き機構を従来技術のようにエアシリンダなどで移動させる構造としてもよい。その場合、エアシリンダやそれに付随する構成部品が増えるものの、その他の構成は上記の実施の形態と同様としておくことで、チップ抜き機構自体が従来に比較してコンパクト化できる利点が依然として得られる。

また、てこ式レバーの可動支持手段としては、上記実施の形態のようにカムローラー手段及びカム溝手段からなる態様には限定されず、十分な滑動性を確保するよう加工され且つカムローラーと同態様の割合で用意される突起を１つ以上含む軸支手段と、その突起を回転且つスライド可能に案内保持し且つカム溝と同態様の割合で用意される長穴を１つ以上含む長穴手段とから構成するようにしてもよい。

さらに、てこ式レバーに対する付勢手段としては、ねじりコイルばね２２には限定されず、付勢作用が得られれば例えば引張りコイルばねや空気ばねなどの他の構成でもよい。

本発明の実施の形態に係るチップ交換装置の構成概要を示す図である。 チップ交換装置におけるチップ抜き機構及び交換用チップ供給機構の平面図である。 チップ抜き機構の平面及び側面を示す図である。 チップ交換装置における交換用チップ供給機構の動作説明図である。 チップ交換装置におけるチップ抜き機構の動作説明図である。 チップ抜き機構の使用態様バリエーションを示す図である。 従来のチップ交換装置におけるチップ抜き機構を示す図である。

符号の説明

１ チップ交換装置、３ チップ抜き取り機構、７ 溶接ガン、９ シャンク、１１ チップ、１３ てこ式レバー、１４ 本体部、１５ｂ ガイド（姿勢規定手段）、１８ 可動支持手段、１９ カムローラー、２１ カム溝、２２ ねじりコイルばね（付勢手段）。

Claims (8)

1. 溶接ガンのシャンクとチップとの間に挿入されるてこ式レバーと、
   前記てこ式レバーが連結される本体部と、
   前記てこ式レバー及び前記本体部の間に設けられて一軸で該てこ式レバーを揺動可能且つスライド可能に支持する可動支持手段と
   を備え、
   前記てこ式レバーは、前記シャンク及び前記チップの間への挿入を待つ待機位置と、該待機位置に対して傾斜した姿勢となって前記チップを抜き外すチップ抜き位置との間を移動可能であり、
   前記待機位置における前記てこ式レバーの所定姿勢を規定する姿勢規定手段と、該てこ式レバーを前記待機位置に復帰させるよう付勢する付勢手段とを更に備えたことを特徴とするチップ交換装置のチップ抜き取り機構。
2. 前記待機位置において、前記てこ式レバーは、前記姿勢規定手段と前記付勢手段とにより挟まれるように保持されていることを特徴とする請求項１に記載のチップ交換装置のチップ抜き取り機構。
3. 前記付勢手段は、少なくとも１つの腕を備えたねじりコイルばねであり、
   前記てこ式レバーは、前記姿勢規定手段と前記腕とにより挟まれるように保持されていることを特徴とする請求項２に記載のチップ交換装置のチップ抜き取り機構。
4. 前記可動支持手段は、前記てこ式レバーの片側に一つの割合で設けられたカムローラーを含むカムローラー手段と、前記本体部に形成され一つの前記カムローラーに対して一つの割合で用意されたカム溝を含むカム溝手段とを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のチップ交換装置のチップ抜き取り機構。
5. 前記カム溝は、直線状に延長することを特徴とする請求項４に記載のチップ交換装置のチップ抜き取り機構。
6. 前記付勢手段は、前記てこ式レバーを側方から見た場合に、前記カム溝の両端間かつ前記カム溝の下方に位置することを特徴とする請求項４または５に記載のチップ交換装置のチップ抜き取り機構。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のチップ抜き取り機構を具備することを特徴とするチップ交換装置。
8. 前記チップ抜き取り機構の本体部は少なくとも前後方向に移動しないように固定されていることを特徴とする請求項７に記載のチップ交換装置。

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