JP5399728B2 - 抵抗溶接機用直動アクチュエータ - Google Patents
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Description
本発明は直動アクチュエータの技術分野に属し，さらに限定していえば抵抗スポット溶接に必要な加圧力のためのトルクを正負一対の電極チップ間に発生させる抵抗溶接機の電極加圧装置に有用な電動式直動アクチュエータに関する。
自動車車体等の組み立てラインなどに電動式の直動アクチュエータを利用したロッボット搭載用の抵抗スポット溶接機（Ｃタイプ，Ｘタイプのロボット溶接用サーボスポットガン）が使用されている。
従来のスポット溶接機の電極加圧装置に利用されている直動アクチュエータは図６，図７に示すように駆動ユニット７０のレール本体７１の長手方向にガイドレール７２が配置され，該ガイドレール７２の両側内面には軌道面７５が形成されており，ボールねじ７３は前記ガイドレール７２にそって配置される。
そしてボールナット７４は前記ボールねじ７３に組み込まれ，ボールナット７４の内部に形成されたボール循環系路７７に収納される複数のボール７６が前記ガイドレール７２に形成された軌道面７５に沿って滑らかに案内されるものである（特許文献１−２）。
この種の従来装置によれば，直動アクチュエータのレール本体を基準にユニットごと取り付けが可能となり構造の簡素化，組み立て部品の標準化等を図り軽量コンパクト化を実現するうえで評価される。
しかしながら，従来のサーボスポットガンに使用されている加圧用の直動アクチュエータはボールナット７４の内部にボール循環系路７７に精密加工された複数のボール７６（転動体）が収納されていて，ボールナット７４のボール循環系路７７には高度な精密加工が必要となるほか，煤塵等の異物浸入防止を構築するための密封カバーが必要不可欠となる。
また従来のこの種の直動アクチュエータを使用したサーボスポット溶接ガンはロボット等により高速スピードでワーク打点位置に誘導され，その移動時のガン姿勢変化に伴いガン自重による慣性衝撃や振動がボールねじ７３とボールナット７４の可動部に強要される。またこの場合，電極チップを加圧駆動するボールねじ７３（加圧軸）と溶接打点位置とが偏心した位置（オフセット位置）にあるため高加圧力のもとにロボットの高速動作と何百万回という溶接打点回数を繰り返されるうち，ボールねじ７３とボールナット７４との間に上下方向（図６のａ矢印），左右方向（ｂ矢印），前後方向（図７のｃ矢印），回転方向（ｄ矢印），捻り方向（ｅ矢印）からの複合的な高トルク荷重が強要されるとそれらの転倒トルクよってガイドレールの軌道面を直接転がってボールナット内部を循環するボール７６の表面が摩耗を受けやすく次第に摩耗抵抗の増加を助長し，しばしばボール７６の回転摩耗粉によりボールの滑りを悪くしたりする。
この場合，ボール７６など精密加工部品の損傷はメンテナンスが難しく致命的となり高価なアクチュエータ本体ごと部品交換を余儀なくされるという問題が残されていた。
そこで，本発明が解決しようとする問題点は従来の直動アクチュエータの長所はできるだけ変えないで電動加圧式スポット溶接ガンの標準部品として部品交換などメンテナンスを有効とし，しかも前記電動モータにより駆動するボールねじと前記ボールナットの加圧軸に作用する上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向からの複合的な負荷荷重とくにボールねじに対する転倒トルクに十分に対向できる機械的強度を得ることで，前記ボールねじとボールナットとの摺動部位の摩擦抵抗を軽減し，それによってアーム，電極間等の撓み又は電極加圧点の芯ズレ及び加圧応答性等を改善し溶接品質精度及び耐久性の向上を図ると共に電動スポット溶接ガンの軽量化，コンパクト化，溶接ガンの誘導時の高速化をなし安価に製作できる直動アクチュエータを提供すると共に，前記ボールナットの動きと関係無くアクチュエータ内部を常時煤塵等の異物浸入を防ぐことができる密封カバー構造の簡素化を図る点にある。
本発明は上記の目的を達成するために開発したもので，請求項１に記載の直動アクチュエータは，矩形体のベース板と該ベース板の長手方向の両側から略直角に立ち上がる側面板とから形成される横断面略凹型の本体ケースと；
該本体ケースの前端部と後端部に一体的に取り付けられる軸受け支持板と；
前記本体ケース内にそのケース長手方向に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に回転自在に支持されたボールねじと；
前記本体ケース内で前記ボールねじと平行に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に固定されたガイドロッドと；
前記ボールねじに組み込まれ，かつ該ボールねじの回転運動を直線運動に変換して前記ガイドロッドの外周面を滑動するボールナットと；
前記本体ケースの一方の軸受け支持板側に着脱自在に取り付けられ，前記ボールねじを直接または動力伝達機構を介して回転駆動する電動モータと；
さらに前記ボールナットの両側対称位置にそれぞれ突出して取り付けられたカムフォロアを前記本体ケースの側面板の長手方向に沿って形成された横断面略凹型のカム溝に組み込ませて摺動案内させるガイド装置と；を有し
それによって前記ボールねじと前記ボールナットに対し上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向からの複合的なトルク荷重によって生じる摩擦抵抗を抑制する直動アクチュエータであって
前記カムフォロアとカム溝を含むガイド装置には前記ボールナットの回り止め機能のほか前記側面板のカバー機能を兼ね備えていることを特徴とする。
該本体ケースの前端部と後端部に一体的に取り付けられる軸受け支持板と；
前記本体ケース内にそのケース長手方向に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に回転自在に支持されたボールねじと；
前記本体ケース内で前記ボールねじと平行に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に固定されたガイドロッドと；
前記ボールねじに組み込まれ，かつ該ボールねじの回転運動を直線運動に変換して前記ガイドロッドの外周面を滑動するボールナットと；
前記本体ケースの一方の軸受け支持板側に着脱自在に取り付けられ，前記ボールねじを直接または動力伝達機構を介して回転駆動する電動モータと；
さらに前記ボールナットの両側対称位置にそれぞれ突出して取り付けられたカムフォロアを前記本体ケースの側面板の長手方向に沿って形成された横断面略凹型のカム溝に組み込ませて摺動案内させるガイド装置と；を有し
それによって前記ボールねじと前記ボールナットに対し上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向からの複合的なトルク荷重によって生じる摩擦抵抗を抑制する直動アクチュエータであって
前記カムフォロアとカム溝を含むガイド装置には前記ボールナットの回り止め機能のほか前記側面板のカバー機能を兼ね備えていることを特徴とする。
請求項２に記載の直動アクチュエータは，矩形体のベース板と該ベース板の長手方向の両側から略直角に立ち上がる側面板とから形成される横断面略凹型の本体ケースと；
該本体ケースの前端部と後端部に一体的に取り付けられる軸受け支持板と；
前記本体ケース内にそのケース長手方向に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に回転自在に支持されたボールねじと；
前記本体ケース内で前記ボールねじと平行に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に固定されたガイドロッドと；
前記ボールねじに組み込まれ，かつ該ボールねじの回転運動を直線運動に変換して前記ガイドロッドの外周面を滑動するボールナットと；
前記本体ケースの一方の軸受け支持板側に着脱自在に取り付けられ，前記ボールねじを直接または動力伝達機構を介して回転駆動する電動モータと；
さらに前記ボールナットの両側対称位置にそれぞれ突出して取り付けられたカムフォロアを前記本体ケースの側面板の長手方向に沿って形成された横断面略凹型のカム溝に組み込ませて摺動案内させるガイド装置と；を有し
それによって前記ボールねじと前記ボールナットに対し上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向からの複合的なトルク荷重によって生じる摩擦抵抗を抑制する直動アクチュエータであって
前記ガイド装置の前記カム溝が１本の横断面略凹型のレールから構成され，かつそのレールの横断面幅は前記本体ケースの側面板の横断面幅と略同一寸法にあって，前記レールの底板は両側長手方向に延長したフランジを含むカバー板として構成されている。
そして前記カバー板の外側表面が前記側面板と同一平面内となるように前記本体ケースの側面板に形成されたガイド装置の嵌め合い溝の段差部に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする。
該本体ケースの前端部と後端部に一体的に取り付けられる軸受け支持板と；
前記本体ケース内にそのケース長手方向に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に回転自在に支持されたボールねじと；
前記本体ケース内で前記ボールねじと平行に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に固定されたガイドロッドと；
前記ボールねじに組み込まれ，かつ該ボールねじの回転運動を直線運動に変換して前記ガイドロッドの外周面を滑動するボールナットと；
前記本体ケースの一方の軸受け支持板側に着脱自在に取り付けられ，前記ボールねじを直接または動力伝達機構を介して回転駆動する電動モータと；
さらに前記ボールナットの両側対称位置にそれぞれ突出して取り付けられたカムフォロアを前記本体ケースの側面板の長手方向に沿って形成された横断面略凹型のカム溝に組み込ませて摺動案内させるガイド装置と；を有し
それによって前記ボールねじと前記ボールナットに対し上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向からの複合的なトルク荷重によって生じる摩擦抵抗を抑制する直動アクチュエータであって
前記ガイド装置の前記カム溝が１本の横断面略凹型のレールから構成され，かつそのレールの横断面幅は前記本体ケースの側面板の横断面幅と略同一寸法にあって，前記レールの底板は両側長手方向に延長したフランジを含むカバー板として構成されている。
そして前記カバー板の外側表面が前記側面板と同一平面内となるように前記本体ケースの側面板に形成されたガイド装置の嵌め合い溝の段差部に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする。
請求項３に記載の直動アクチュエータは，矩形体のベース板と該ベース板の長手方向の両側から略直角に立ち上がる側面板とから形成される横断面略凹型の本体ケースと；
該本体ケースの前端部と後端部に一体的に取り付けられる軸受け支持板と；
前記本体ケース内にそのケース長手方向に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に回転自在に支持されたボールねじと；
前記本体ケース内で前記ボールねじと平行に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に固定されたガイドロッドと；
前記ボールねじに組み込まれ，かつ該ボールねじの回転運動を直線運動に変換して前記ガイドロッドの外周面を滑動するボールナットと；
前記本体ケースの一方の軸受け支持板側に着脱自在に取り付けられ，前記ボールねじを直接または動力伝達機構を介して回転駆動する電動モータと；
さらに前記ボールナットの両側対称位置にそれぞれ突出して取り付けられたカムフォロアを前記本体ケースの側面板の長手方向に沿って形成された横断面略凹型のカム溝に組み込ませて摺動案内させるガイド装置と；を有し
それによって前記ボールねじと前記ボールナットに対し上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向からの複合的なトルク荷重によって生じる摩擦抵抗を抑制する直動アクチュエータであって
前記ボールねじが前記本体ケースのベース板側に，また前記ガイドロッドは前記ボールねじの軸心線に対し平行に前記本体ケースの開口側に配置されていることを特徴とする。
該本体ケースの前端部と後端部に一体的に取り付けられる軸受け支持板と；
前記本体ケース内にそのケース長手方向に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に回転自在に支持されたボールねじと；
前記本体ケース内で前記ボールねじと平行に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に固定されたガイドロッドと；
前記ボールねじに組み込まれ，かつ該ボールねじの回転運動を直線運動に変換して前記ガイドロッドの外周面を滑動するボールナットと；
前記本体ケースの一方の軸受け支持板側に着脱自在に取り付けられ，前記ボールねじを直接または動力伝達機構を介して回転駆動する電動モータと；
さらに前記ボールナットの両側対称位置にそれぞれ突出して取り付けられたカムフォロアを前記本体ケースの側面板の長手方向に沿って形成された横断面略凹型のカム溝に組み込ませて摺動案内させるガイド装置と；を有し
それによって前記ボールねじと前記ボールナットに対し上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向からの複合的なトルク荷重によって生じる摩擦抵抗を抑制する直動アクチュエータであって
前記ボールねじが前記本体ケースのベース板側に，また前記ガイドロッドは前記ボールねじの軸心線に対し平行に前記本体ケースの開口側に配置されていることを特徴とする。
請求項４に記載の直動アクチュエータは，矩形体のベース板と該ベース板の長手方向の両側から略直角に立ち上がる側面板とから形成される横断面略凹型の本体ケースと；
該本体ケースの前端部と後端部に一体的に取り付けられる軸受け支持板と；
前記本体ケース内にそのケース長手方向に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に回転自在に支持されたボールねじと；
前記本体ケース内で前記ボールねじと平行に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に固定されたガイドロッドと；
前記ボールねじに組み込まれ，かつ該ボールねじの回転運動を直線運動に変換して前記ガイドロッドの外周面を滑動するボールナットと；
前記本体ケースの一方の軸受け支持板側に着脱自在に取り付けられ，前記ボールねじを直接または動力伝達機構を介して回転駆動する電動モータと；
さらに前記ボールナットの両側対称位置にそれぞれ突出して取り付けられたカムフォロアを前記本体ケースの側面板の長手方向に沿って形成された横断面略凹型のカム溝に組み込ませて摺動案内させるガイド装置と；を有し
それによって前記ボールねじと前記ボールナットに対し上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向からの複合的なトルク荷重によって生じる摩擦抵抗を抑制し
抵抗溶接機の正負対をなす極性を有する電極チップの加圧駆動装置として位置付けられる直動アクチュエータであって
前記一方の極性を有する電極チップは第１アームに，またもう一方の極性を有する電極チップは第２アームにそれぞれ相対向して取り付けられ，前記第２アームは前記本体ケースの一部又はベース板若しくはベース板に取り付けられたガンブラケットに取り付けられ，前記第１アームは前記ボールナットに取り付けられ，前記本体ケースの長手方向には前記ボールナットの移動範囲を許容する開口部を有する固定カバーが延長して配置され，そして前記ボールナット側には前記第１アームとともに移動するスライドカバーが配置されていて，該スライドカバーが前記ボールナットの移動範囲内で前記固定カバーの開口部を常時覆うようにしたことを特徴とする。
該本体ケースの前端部と後端部に一体的に取り付けられる軸受け支持板と；
前記本体ケース内にそのケース長手方向に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に回転自在に支持されたボールねじと；
前記本体ケース内で前記ボールねじと平行に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に固定されたガイドロッドと；
前記ボールねじに組み込まれ，かつ該ボールねじの回転運動を直線運動に変換して前記ガイドロッドの外周面を滑動するボールナットと；
前記本体ケースの一方の軸受け支持板側に着脱自在に取り付けられ，前記ボールねじを直接または動力伝達機構を介して回転駆動する電動モータと；
さらに前記ボールナットの両側対称位置にそれぞれ突出して取り付けられたカムフォロアを前記本体ケースの側面板の長手方向に沿って形成された横断面略凹型のカム溝に組み込ませて摺動案内させるガイド装置と；を有し
それによって前記ボールねじと前記ボールナットに対し上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向からの複合的なトルク荷重によって生じる摩擦抵抗を抑制し
抵抗溶接機の正負対をなす極性を有する電極チップの加圧駆動装置として位置付けられる直動アクチュエータであって
前記一方の極性を有する電極チップは第１アームに，またもう一方の極性を有する電極チップは第２アームにそれぞれ相対向して取り付けられ，前記第２アームは前記本体ケースの一部又はベース板若しくはベース板に取り付けられたガンブラケットに取り付けられ，前記第１アームは前記ボールナットに取り付けられ，前記本体ケースの長手方向には前記ボールナットの移動範囲を許容する開口部を有する固定カバーが延長して配置され，そして前記ボールナット側には前記第１アームとともに移動するスライドカバーが配置されていて，該スライドカバーが前記ボールナットの移動範囲内で前記固定カバーの開口部を常時覆うようにしたことを特徴とする。
請求項５に記載の直動アクチュエータは，請求項４に記載の直動アクチュエータにおいて前記固定カバーと前記スライドカバーとが横断面略〔型の非磁性体からなり，前記本体ケースの開口部の外側傾斜面に重ね合わせて配置されていることを特徴とする。
本発明の直動アクチュエータは前記本体ケース内で前記ボールねじとガイドロッドとが平行に配置されていてボールねじに組み込まれたボールナットの両側に適間隔をもつカムフォロアが取り付けられている。そして前記本体ケースの側面板の長手方向に沿って形成された横断面略凹型のカム溝にカムフォロアが摺動可能に組み込まれている。それによって前記電動モータにより駆動するボールねじと前記ボールナットの同一軸心線上に作用する上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向の複合的な転倒トルクに対し十分対応できる機械的強度が得られる。これによって前記摺動部位に生じる摩擦抵抗を軽減させ，サーボモータによるリニア高速駆動制御を容易にすることができ溶接品質精度の向上を図ることができる。
また本発明の直動アクチュエータはメンテナンスが容易に実現でき寿命延長を図ると共に直動アクチュエータを安価に製作することができる。
当該直動アクチュエータは前記カム溝を有するガイド装置が前記ボールナットの回り止め機能と前記側面板のカバー機能とを兼ね備えていることにより電極チップの開閉動作（溶接動作）にかかわらず常に断面凹型本体ケースのカム溝を完全に覆うことできる。これによって，ボールねじ，ボールナット等の摺動部品を溶接時に飛散するスパッタやゴミなどの外部から侵入する異物から完全に保護することができる。
当該直動アクチュエータは，前記ガイド装置が１本の横断面略凹型のレールから構成され，しかもフランジを含むカバー板が前記側面板と同一平面内となるように前記本体ケースの側面板に形成した嵌め合い溝の段差部に着脱可能に取り付けたことで，レールの取り付け取り外しや部品交換が容易にできメンテナンスの効率アップを図ることができる。
当該直動アクチュエータは，前記ボールねじが前記本体ケースのベース板側に配置され，前記ガイドロッドが前記ボールねじの軸心線に対し平行に前記本体ケースの開口側に配置されていることで，加圧軸の駆動中心線から偏心した加圧中心線との間隔にガイドロッドを配置することになり偏心荷重による電極チップ間の芯ズレを抑制することができ溶接品質精度をあげることができる。
当該直動アクチュエータは，抵抗溶接機の正負対をなす極性を有する電極チップの加圧駆動装置として位置付けられていて，前記第１アームは前記ボールナットに取り付けられ，前記ボールナットの移動範囲を許容する開口部を有する固定カバーが前記アクチュエータの本体ケース開口部の長手方向に延長して配置され，そして前記第１アーム又はボールナット側にはスライドカバーが配置されそのスライドカバーが前記ボールナットの移動範囲内で前記固定カバーの開口部を完全に覆うようにしたから，スライドカバー長さは必要最小限短くすることができる。
したがって第１アームの移動に伴ってスライドカバーがアクチュエータの長手方向に前方後方に僅かに突出してもサーボモータ，ワーク又は治具との干渉問題がなく，操作性，安全性の向上が図れる。
当該カバー構造がシンプルであるため安価に製作することができる。しかも取り付け取り外しが容易とある。このようにカバーを構成することにより直動アクチュエータの開口内のボールねじ，ボールナット，ガイドロッド及び軸受け等の摺動部品に対しスパッタやゴミ，水などの異物を完全に塞ぐことができる。
当該直動アクチュエータは，前記固定カバーと前記スライドカバーは横断面形状が略〔 型の非磁性体からなり，前記本体ケースの開口部外側傾斜面に重ね合わせて配置させたことで，当該アクチュエータの開口部の両サイドからの異物の浸入を効率的に封止すると共に前記カバーの表面にスパッタなどの付着を防止することができる。
また本発明の直動アクチュエータは，構成部品が個々に破損してもその単独部品ごとに必要最小限の部品交換ですみ従来のように高価な直動アクチュエータをまるごと全部交換しなければならなかった問題を解決する。従来の前記アクチュエータの利用を省略することが可能となりコスト的にも有利となる。
本発明は抵抗溶接機とりわけサーボスポット溶接ガンの加圧アクチュエータを範例として示したもので，サーボモータにより駆動するボールねじと前記ボールナットの同一軸心線上に作用する上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向の複合的な転倒トルクに十分対応できる機械的強度を得ることによって前記摺動部位に生じる摩擦抵抗を軽減させ，サーボモータによるリニア駆動を容易に高速制御することができ溶接品質精度の向上を図る直動アクチュエータを実現した。
以下，本発明の実施例を図１〜図５の図面にしたがって説明する。
直動アクチュエータ２は，矩形体のベース板４と該ベース板の長手方向の両側から略直角に立ち上がる側面板５とから形成され，横断面略凹型の本体ケース３がアルミニウム材の非鉄金属の押出し材から構成されている（図４参照）。
該本体ケース３の前端部６と後端部７には軸受け支持板８，９がボルトＢ１により一体的に取り付けられている（図３参照）。
ボールねじ１０は前記本体ケース３の内側にそのケースの長手方向に向けて配置され，ボルトねじ１０の両端が前記本体ケースの前端部６と後端部７の軸受け支持板８，９にそれぞれ軸受け１２を介して回転自在に支持されている。
ガイドロッド１１は前記ボールねじ１０の軸心線に対し直角に交わる線と同一線上に上下関係に位置した形態で前記本体ケース内に前記ボールねじ１０と平行に延長して配置されている。前記ガイドロッド１１はその両端が前記前端部６，７と後端部の軸受け支持板８，９にネジ止めにより固定されている。
ボールナット１３は前記ボールねじ１０に組み込まれ，かつ該ボールねじ１０の回転運動を直線運動に変換して前記ガイドロッド１１の外周面を滑動する直動軸受け１４（リニアブッシュともいう）の外筒と一体構造になっている（図４参照）。
前記ボールねじ１０を回転駆動する電動モータＭは前記本体ケース３の一方の軸受け支持板９側に着脱自在に取り付けられるが，一般的にはボックスケース内でモータ出力軸Ｑとボールねじ１０側のプーリＰＬとの間をタイミングベルトＴＢで繋いで電動モータＭの動力をボールねじ１０に伝達される（図２参照）。
この場合，電動モータＭの本体はボックスケースのベース板４に折り返す形で取り付けられる。また電動モータＭは仕様条件により出力軸にカップリングを介してボールねじ１０と直結される場合もある。
サーボモータＭにはエンコーダ（図省略）が内蔵され，サーボモータの出力軸の回転数をパルス数に変換し，そのパルス数を計数した値が予め設定された電極チップＥ１の位置つまり移動距離と対応するパルス数と一致したときのタイミングで移動距離を検出する。したがって，可動側の電極チップの速度制御及び位置決め制御はエンコーダの信号で検出して行なわれる。
サーボモータＭにはそのモータに流れる電機子電流により加圧力を検出する力センサが接続され，この力センサにより電流フィードバック制御を実行し溶接に要する加圧力のためのトルクを発生させる。
ガイド装置１５は前記カムフォロア１６を前記本体ケースの側面板の長手方向に沿って形成された横断面略凹型のカム溝１８に倣って摺動案内し，かつボールナット１３の動作中にボールねじ１０とボールナット１３にかかる負荷荷重に抗するものである（図３，図４参照）。
前記カムフォロア１６は前記ボールナット１３の両側に突出してそれぞれ取り付けられる。この場合，ボールナット１３の片側に前後４箇所，もう片側にこれと対称に合計８箇所に前記カムフォロア１６が取り付けられている。
前記電動モータにより駆動するボールねじ１０と前記ボールナット１３の同一軸心線方向には上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向からも負荷荷重がかかるが，ボールナット１３の両サイドを前記カムフォロア１６がカム溝１８にそってガイドすると共にボールナット１３のボールねじ１０と並行にガイドロッド１１にそってガイドすることによってボールナット１３とボールねじ１０に対し四方八方から複合的にかかる負荷荷重にも機械的に十分対応できる構造になっている。
前記カム溝１８を含むガイド装置１５は前記ボールナット１３の回り止め機能と前記側面板５のカバー機能とを兼ね備えているものである。
前記ガイド装置１５の前記カム溝１８は１本の横断面略凹型のレール本体１７から構成されている。そのレールの横断面幅は前記本体ケース３の側面板４の横断面幅と略同一寸法にあって，前記レール本体１７の底板１９には両側長手方向に延長したフランジカバー板２０がレール本体１７と一体的に構成されている（図４参照）。
また前記フランジカバー板２０の外側表面と前記本体ケース５の側面板４とが同一平面内となるように前記本体ケース３の側面板４に形成したガイド装置１５の嵌め合い溝の段差部２１に形成されたねじ孔にフランジカバー板２０のボルト通孔を重ね合わせてボルトＢ２によって段差部とフランジカバー板２０が着脱可能に堅く取り付けられる。
前記直動アクチュエータ２のボールねじ１０は前記本体ケース３のベース板寄りに配置され，一方の前記ガイドロッド１１は前記ボールねじ１０の軸心線に対し平行に前記本体ケース３の開口寄りに配置されている。
前記直動アクチュエータ２において前記カムフォロア１６が前記ボールナット１３の両側に配置される場合，そのカムフォロア１６の軸心線Ｘ−Ｘは前記ボールねじ１０とガイドロッド１１との各軸の中心点を結ぶ垂直線に対し直角に交わる方向であって，しかも前記ボールねじ１０とガイドロッド１１の二つの中心点の略中間点に位置するよう構成されている（図４参照）。これによって軸心線Ｘ−Ｘ上に配置されたカムフォロア１６は前記ボールねじ１０とガイドロッド１１との三つの中心点を結ぶトライアングル上に配置されるから，各カムフォロア１６はいわば三脚によってしっかり支持されることになる。したがって当該アクチュエータの可動部に局部的又は偏心的な負荷荷重が加わってもそれは各カムフォロア１６，前記ボールねじ１０，ガイドロッド１１を結ぶトライアングル方向へ分散し抑制されるから，前記ボールナットの走行時のバランスが安定しかつその滑動性能は左右対称のカムフォロア１６によって保持される。
直動アクチュエータ２は，この実施例では抵抗溶接機の加圧駆動装置に位置付けられるものである。前記第１アーム２２はボールナット１３側のアーム取り付け面Ｎ（図５のＮ）に絶縁板２６を介在してボルトＢ３によって着脱自在に取り付けられている。一方の極性を有する電極チップＥ１は前記第１アーム２２の先端に取り付けられたチップホルダ２３の先端に装着されている。
もう一方の極性を有する電極チップＥ２は前記電極チップＥ１と相対向して第２アーム２４の先端に取り付けられたチップホルダ２５の先端に装着されている。
固定カバー２８は前記アクチュエータ２の本体ケース３の開口側を長手方向に延長し本体ケース３の側面板５とラップさせた形態でビス止めされている。そして前記固定カバー２８には前記第１アーム２２の移動に対応して前記ボールナット１３の移動範囲を許容する開口部Ｕが形成されている（図５参照）。
そして前記ボールナット側に配置されたスライドカバー２９は前記ボールナット１３の移動範囲内で前記固定カバー２８の開口部Ｕ（図５の斜線分部）を覆うように構成されている。
直動アクチュエータ２の前記固定カバー２８と前記スライドカバー２９は横断面形状が略〔 型の非磁性体の材質から構成されている。たとえばグラスファイバー（繊維炭素材），プラスチック，ゴム材その他の合成樹脂材など摩擦係数の低い軽量な材質がよい。
前記二枚カバー２８，２９の長手方向の両側には前記本体ケース３の開口部３Ｕの両外側傾斜面に同等の開き角度をもって折り曲げられた端縁が形成され，その折り曲げられた端縁が重なって配置されるように構成されている（図３参照）。
前記スライドカバー２９は前記アクチュエータ２により第１アーム２２が前進後進しその移動許容範囲内のどの位置に移動しても常に横断面凹型の本体ケース開口部３Ｕを完全に覆うことができる。これによって，ボールねじ１０，ボールナット１３等の摺動部品を溶接時に飛散するスパッタやゴミなどの外部から侵入する異物から完全に保護する密封構造を実現できる。
前記第２アーム２４はアルミニウム系又は高力黄銅系の材質からなり前記本体ケース３の一部又はベース板４に絶縁版２７を介在してボルトによって取り付けられたアルミニウム系材質のガンブラケットＢＴの下側取り付け面にボルトによって着脱自在に取り付けられている（図１参照）。
前記ブラケットＢＴにはインバータ溶接トランスＴが搭載され，そのトランスの一方の出力端子Ｔ１と可動側の第１アーム２２には電極チップの加圧開放時の動きに対し柔軟に対応できるよう略Ｕ字型の可動性銅板３０が二次導体３１を介して接続されている。他方の出力端子Ｔ２にはもう一方の固定側の第２アーム２４が二次導体３２を介して接続されている（図１，図２参照）。
本実施例では直動アクチュエータをＸタイプのサーボスポットガンに使用した場合の範例として第１アーム２２と第２アーム２４の電極チップＥ１と電極チップＥ２の電極加圧点とボールねじ１０（電極加圧軸）の加圧中心線とを偏心させたサーボモータの加圧源について記載したがこれに限定されるものではない。
たとえばＣタイプのサーボスポットガンの場合はＣ形のガンアームはその一端が本体ケース３側又は前記ブラケットＢＴ側に絶縁板を挟んでボルトにより着脱可能に取り付けられ，またもう一方のガンアームはチップホルダ（又はポイントホルダともいう）に代えてボールナット１３に絶縁板を挟んでボルトにより着脱自在に取り付けられる。
前記Ｃ形のガンアーム及びチップホルダの先端には相対する一対の電極チップが支持される。したがってＸ形−Ｃ形への変化にも容易に対応することができる。
冷却水はアクチュエータ内には流さず第１アームと第２アームの各電極チップＥ１，Ｅ２内に形成された往復通水経路を経由し循環する。
かかる構成からなる本発明のサーボスポット溶接ガンの動作を例に述べる。
当該スポット溶接ガン１は通常６軸用の多関節形産業用ロボットのアーム先端に搭載され，相対する一方の電極チップを送り出す加圧動作と引き上げる開放動作に必要な１軸（加圧軸）が多関節と共に駆動される。
当該スポット溶接ガン１は通常６軸用の多関節形産業用ロボットのアーム先端に搭載され，相対する一方の電極チップを送り出す加圧動作と引き上げる開放動作に必要な１軸（加圧軸）が多関節と共に駆動される。
ロボットコントローラには溶接ガンの加圧軸を含むロボット軌道制御機能と溶接電流をサイリスタなどの電子スイッチング回路（コンタクタ）を開閉動作して溶接電源を制御すると共に溶接電流の通電時間をタイマ部により制御する溶接電源制御機能とを統合し，予めティーチングされた軌跡動作，溶接動作，溶接条件を同期させながらロボットによる溶接に必要な諸動作が再現される。
当該溶接ガン１はロボットの軌跡動作と打点位置を記録データから呼び出しワーク治具にセットされたワークへの軌跡動作は速い動作で移動しながらロボットコントローラからの指令により前記アクチュエータのサーボモータＭが回転し，モータトルクにより減速機（プーリ，タイミングベルト等）を回転し，これによってボールねじが回転駆動する。
その回転運動はボールナット１３により直線運動に変換され固定された第１アーム２２の電極チップＥ１は固定側の第２アーム２４に支持された電極チップＥ２と相対向する加圧方向に送り出される。しかもその移動中に同期をとり電極チップＥ１，Ｅ２は開放したストローク位置を任意に変化させながらワークの打点位置に適正な角度で電極チップＥ１，Ｅ２が挿入される。
この間，ボールナット１３の両側に配置されたカムフォロア１６は両側をカム溝１８にそって案内されながらボールナット１３がボールねじ１０とガイドロッド１１の並行した軸心線上を移動する。
電極チップＥ１，Ｅ２が溶接打点位置に達するや電極チップ間の開放ストロークと可動側の電極チップＥ１の送り出しは速い速度で加圧方向へ移動しながらワークに当接する直前で下降速度を低速に減速させソフトタッチで電極チップを加圧動作する。
可動側の電極チップＥ１がワークをはさみ付けると電極チップ間にはサーボモータＭに流れる電機子電流により加圧力を検出し電流フィードバック制御を実行し溶接に要する加圧力のためのトルクを発生させる。
この場合，前後左右の複数個のカムフォロア１６が左右のレール上のカム溝に１８そって案内移動される。複数個のカムフォロア１６は左右のカムフォロア間（横方向）のスパンと前後のカムフォロア間（縦方向）のスパンと前後左右のカムフォロア間（対角線方向）のスパンをもってしてカム溝１８にガイドされる。
前記ボールねじ１０とボールナット１３には負荷荷重が上下方向，左右方向，回転方向，さらにひねり方向から複合的に転倒トルクが加わっても縦横，対角線上にスパンを持て配置された複数のカムフォロア１６と少なくとも一本のガイドロッド１１によって機械的に十分対応することができる。
かくして所定の溶接加圧力に達したときロボットコントローラからの通電開始信号で電子スィッチング回路が開閉動作し溶接電源から所定値の溶接電流がタイマ部により所定時間供給され通電後所定の保持時間を経てスポット溶接が行なわれる。
溶接電流は溶接トランスＴの端子Ｔ１から二次導体３１を通して可撓性導線３０，ボールナット１３に支持された第１アーム２２を経て電極チップＥ１に流れ，ワークを通して電極チップＥ２へ流れる。
その電流は第２アーム２４を通り二次導体３２を経て溶接トランスＴの端子Ｔ２へ戻る。このサイクルでワークの打点位置は電極チップＥ１と電極チップＥ２で挟みつけた溶接部が電流の抵抗発熱により温度を上昇させ金属を溶融してナゲットが形成され接合される。
かくして，溶接が終了すると，ロボットコントローラのタイマ部からの溶接終了信号によりサーボモータＭが逆転し， ボールねじ１０を駆動させて第１アーム２２を後退方向（図の右方向）に引き上げて電極チップＥ１，Ｅ２の距離が開放され所定位置の溶接が完了する。
次の溶接位置へ溶接ガンを移す場合は，前述したように溶接前のフリーの状態になるように当該アクチュエータ２を動作することで，溶接ガンの方向姿勢をロボットが次の打点位置に高速，低速を交えながら軽快に動かすことになる。
本実施例では本発明のアクチュエータをＸタイプのロボット溶接ガンについて記述したが，本発明の基本思想はこれらの機種に限定される理由はなく，Ｃタイプのロボット溶接ガンはもちろん，ポータブルガンや定置式溶接機にも用途範囲を容易に拡大させることができる。
１ スポット溶接ガン
２ 直動アクチュエータ
３ 本体ケース
３Ｕ 本体ケース開口部
４ ベース板
５ 加圧ロッド
６ 前端部
７ 後端部
８，９ 軸受け支持板
１０ ボールねじ
１１ ガイドロッド
１２ 軸受け
１３ ボールナット
１４ 軸受け
１５ ガイド装置
１６ カムフォロア
１７ レール本体
１８ カム溝
１９ 底板
２０ 段差部
２１ フランジカバー板
２２ 第１アーム
２３ チップホルダ
２４ 第２アーム
２５ チップホルダ
２６ 絶縁板
２７ 絶縁板
２８ 固定カバー
２９ スライドカバー
３０ 可撓性導線
３１ 二次導体
３２ 二次導体
ＢＴ ブラケット
Ｅ１ 電極チップ
Ｅ２ 電極チップ
２ 直動アクチュエータ
３ 本体ケース
３Ｕ 本体ケース開口部
４ ベース板
５ 加圧ロッド
６ 前端部
７ 後端部
８，９ 軸受け支持板
１０ ボールねじ
１１ ガイドロッド
１２ 軸受け
１３ ボールナット
１４ 軸受け
１５ ガイド装置
１６ カムフォロア
１７ レール本体
１８ カム溝
１９ 底板
２０ 段差部
２１ フランジカバー板
２２ 第１アーム
２３ チップホルダ
２４ 第２アーム
２５ チップホルダ
２６ 絶縁板
２７ 絶縁板
２８ 固定カバー
２９ スライドカバー
３０ 可撓性導線
３１ 二次導体
３２ 二次導体
ＢＴ ブラケット
Ｅ１ 電極チップ
Ｅ２ 電極チップ
Claims (5)
- 矩形体のベース板と該ベース板の長手方向の両側から略直角に立ち上がる側面板とから形成される横断面略凹型の本体ケースと；
該本体ケースの前端部と後端部に一体的に取り付けられる軸受け支持板と；
前記本体ケース内にそのケース長手方向に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に回転自在に支持されたボールねじと；
前記本体ケース内で前記ボールねじと平行に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に固定されたガイドロッドと；
前記ボールねじに組み込まれ，かつ該ボールねじの回転運動を直線運動に変換して前記ガイドロッドの外周面を滑動するボールナットと；
前記本体ケースの一方の軸受け支持板側に着脱自在に取り付けられ，前記ボールねじを直接または動力伝達機構を介して回転駆動する電動モータと；
さらに前記ボールナットの両側対称位置にそれぞれ突出して取り付けられたカムフォロアを前記本体ケースの側面板の長手方向に沿って形成された横断面略凹型のカム溝に組み込ませて摺動案内させるガイド装置と；を有し
それによって前記ボールねじと前記ボールナットに対し上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向からの複合的なトルク荷重によって生じる摩擦抵抗を抑制する直動アクチュエータであって
前記カムフォロアとカム溝を含むガイド装置には前記ボールナットの回り止め機能のほか前記側面板のカバー機能を兼ね備えていることを特徴とする直動アクチュエータ。 - 矩形体のベース板と該ベース板の長手方向の両側から略直角に立ち上がる側面板とから形成される横断面略凹型の本体ケースと；
該本体ケースの前端部と後端部に一体的に取り付けられる軸受け支持板と；
前記本体ケース内にそのケース長手方向に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に回転自在に支持されたボールねじと；
前記本体ケース内で前記ボールねじと平行に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に固定されたガイドロッドと；
前記ボールねじに組み込まれ，かつ該ボールねじの回転運動を直線運動に変換して前記ガイドロッドの外周面を滑動するボールナットと；
前記本体ケースの一方の軸受け支持板側に着脱自在に取り付けられ，前記ボールねじを直接または動力伝達機構を介して回転駆動する電動モータと；
さらに前記ボールナットの両側対称位置にそれぞれ突出して取り付けられたカムフォロアを前記本体ケースの側面板の長手方向に沿って形成された横断面略凹型のカム溝に組み込ませて摺動案内させるガイド装置と；を有し
それによって前記ボールねじと前記ボールナットに対し上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向からの複合的なトルク荷重によって生じる摩擦抵抗を抑制する直動アクチュエータであって
前記側面板に対応する前記ガイド装置のカム溝は１本の横断面略凹型のレールから構成され，かつそのレールの横断面幅は前記本体ケースの側面板の横断面幅と略同一寸法にあって，前記レールの底板は両側を長手方向に延長したフランジを含むカバー板として構成され，しかも前記カバー板が前記側面板と同一平面内となるように前記本体ケースの側面板に形成された嵌め合い溝の段差部に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする直動アクチュエータ。 - 矩形体のベース板と該ベース板の長手方向の両側から略直角に立ち上がる側面板とから形成される横断面略凹型の本体ケースと；
該本体ケースの前端部と後端部に一体的に取り付けられる軸受け支持板と；
前記本体ケース内にそのケース長手方向に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に回転自在に支持されたボールねじと；
前記本体ケース内で前記ボールねじと平行に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に固定されたガイドロッドと；
前記ボールねじに組み込まれ，かつ該ボールねじの回転運動を直線運動に変換して前記ガイドロッドの外周面を滑動するボールナットと；
前記本体ケースの一方の軸受け支持板側に着脱自在に取り付けられ，前記ボールねじを直接または動力伝達機構を介して回転駆動する電動モータと；
さらに前記ボールナットの両側対称位置にそれぞれ突出して取り付けられたカムフォロアを前記本体ケースの側面板の長手方向に沿って形成された横断面略凹型のカム溝に組み込ませて摺動案内させるガイド装置と；を有し
それによって前記ボールねじと前記ボールナットに対し上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向からの複合的なトルク荷重によって生じる摩擦抵抗を抑制する直動アクチュエータであって
前記ボールねじは前記本体ケースのベース板側に，また前記ガイドロッドは前記ボールねじの軸心線に対し平行に前記本体ケースの開口側に配置されていることを特徴とする直動アクチュエータ。 - 矩形体のベース板と該ベース板の長手方向の両側から略直角に立ち上がる側面板とから形成される横断面略凹型の本体ケースと；
該本体ケースの前端部と後端部に一体的に取り付けられる軸受け支持板と；
前記本体ケース内にそのケース長手方向に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に回転自在に支持されたボールねじと；
前記本体ケース内で前記ボールねじと平行に配置され，かつ両端が前記前端部と後端部の軸受け支持板に固定されたガイドロッドと；
前記ボールねじに組み込まれ，かつ該ボールねじの回転運動を直線運動に変換して前記ガイドロッドの外周面を滑動するボールナットと；
前記本体ケースの一方の軸受け支持板側に着脱自在に取り付けられ，前記ボールねじを直接または動力伝達機構を介して回転駆動する電動モータと；
さらに前記ボールナットの両側対称位置にそれぞれ突出して取り付けられたカムフォロアを前記本体ケースの側面板の長手方向に沿って形成された横断面略凹型のカム溝に組み込ませて摺動案内させるガイド装置と；を有し
それによって前記ボールねじと前記ボールナットに対し上下方向，左右方向，前後方向，回転方向，捻り方向からの複合的なトルク荷重によって生じる摩擦抵抗を抑制し
抵抗溶接機の正負対をなす極性を有する電極チップの加圧駆動装置として位置付けられる直動アクチュエータであって
前記一方の極性を有する電極チップは第１アームに，またもう一方の極性を有する電極チップは第２アームにそれぞれ相対向して取り付けられ；
前記第２アームは前記本体ケースの一部又はベース板若しくはベース板に取り付けられたガンブラケットに取り付けられ；
前記第１アームは前記ボールナットに取り付けられ，前記本体ケースの長手方向には前記ボールナットの移動範囲を許容する開口部を有する固定カバーが延長して配置され；
そして前記ボールナット側には前記第１アームとともに移動するスライドカバーが配置されていて，該スライドカバーが前記ボールナットの移動範囲内で前記固定カバーの開口部を常時覆うようにしたことを特徴とする直動アクチュエータ。 - 前記固定カバーと前記スライドカバーは横断面形状が略〔型であって，その材質が非磁性体からなり，前記本体ケースの開口部外側傾斜面に重ね合わせて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の直動アクチュエータ。
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| JP2009023253A JP5399728B2 (ja) | 2009-02-04 | 2009-02-04 | 抵抗溶接機用直動アクチュエータ |
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2009
- 2009-02-04 JP JP2009023253A patent/JP5399728B2/ja active Active
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