JPH07124752A - スポット溶接ガン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接時の高加圧力を確保しつつ、サイクルタ
イムの短縮を図ることができ、しかも従来よりも装置の
小型化が可能なスポット溶接ガンを提供すること。 【構成】 ロッド７に設けられたベアリング９とこれが
嵌挿されて係合するカム溝２４が形成されたカム部６と
を備えた回転動作を軸方向の進退動作に変換するカム機
構部２２が設けられ、前記カム部６のカム溝２４は、カ
ム部６の回転角に対するロッド７の進退移動変位が大き
い第１当接部２４ａと、可動溶接チップ３２と固定溶接
チップ３１との近接時に当接するカム部６の回転角に対
するロッド７の進退移動変位が小さい第２当接部２４ｂ
とを有するスポット溶接ガンである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークの表裏両面から
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する。

【０００２】

【従来の技術】パネル材等をワークとして、これをスポ
ット溶接するために使用される溶接装置は、従来、Ｃ型
あるいはＸ型のガンアームを有しており、これらのガン
アームの先端に溶接電極としての溶接チップが取付けら
れている。従来では、対をなす溶接チップは、たとえば
サーボモータを使用して相互に接近離反移動するように
なっている。

【０００３】図８は、従来のスポット溶接ガン３０を示
す図であり、先端に可動溶接チップ３２が装着されるロ
ッド３５は、ガンアーム４１に取付けられた軸受３６に
軸方向に摺動自在に支持されている。ガンアーム４１に
取付けられたサーボモータ３３の主軸に設けられたプー
リ３７とロッド３５の外側面に形成されたボールねじの
部分に嵌合されたナット部３８とがタイミンングベルト
３９により連結されている。したがって、サーボモータ
３３を駆動するとタイミンングベルト３９を介してナッ
ト部３８が回転し、このナット部３８と噛合うボールね
じとの作用によりロッド３５が軸方向に移動する。これ
により、ロッド３５に装着された可動溶接チップ３２が
固定溶接チップ３１に向けて移動され、両溶接チップ間
に位置するワークに対して溶接が行われる。

【０００４】パネル材等のワークを溶接する場合には、
たとえば、１台の溶接ガンにより、板厚が相違するワー
クや表面にコーティングが施されているワークをも溶接
することがあり、このような場合には、サーボモータに
接続された図示しないサーボコントローラの制御により
ワークの種類や溶接仕様に応じて、ワークに対する加圧
力の設定を自由に行うことができるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のスポ
ット溶接ガン３０を図示しない溶接ロボットのロボット
軸４２に装着してパネル材等のワークを溶接する場合に
は、１つのワークに対して複数箇所を順次溶接すること
が通常であり、しかも、次々に搬送されてくる個々のワ
ークに対してこのような溶接作業が繰り返される。

【０００６】したがって、生産性の向上を図る観点か
ら、上記のように繰り返される溶接作業自体のサイクル
タイムを短縮させる必要性が生じた。ここで、溶接作業
のサイクルタイムの短縮を図るためには、前記ロッド３
５の外側面に形成されたボールねじのリード、すなわち
前記ナット部３８が一回転したときにロッド３５が軸方
向に移動する距離を大きくすることにより、ロッド３５
の進退移動速度を大きくすることが考えられる。また、
サーボモータ３３を最高回転数の高いものに選定するこ
とにより、ロッド３５の進退移動速度を大きくすること
も考えられる。

【０００７】しかしながら、前者の案では、必然的に溶
接時の加圧力が減少するため、サーボモータの容量を増
やす必要が生じ、結果として装置の大型化を招くことに
なるという欠点があった。また、後者の案では、通常、
最高回転数が高いサーボモータは出力が小さくなる傾向
にあるため、結果的に溶接時の加圧力が小さくなってし
まうという問題点がある。

【０００８】本発明は、上記従来技術の欠点、問題点に
鑑みてなされたものであり、溶接時の高加圧力を確保し
つつ、サイクルタイムの短縮を図ることができ、しかも
従来よりも装置の小型化が可能なスポット溶接ガンを提
供することを目的とする。

【０００９】

【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、相互に接近離反移動自在となり対をなす第
１溶接電極および第２溶接電極を備え、これらの溶接電
極が装着されたロッドの少なくともいずれかを他方に向
けて進退移動させるとともに、この移動により被溶接物
に対し加圧力を付与するサーボモータが設けられたスポ
ット溶接ガンにおいて、前記ロッドに設けられた従動節
部と該従動節部と当接する当接部が形成されたカム部と
を備えた前記サーボモータの回転動作を前記ロッドの進
退動作に変換するカム機構部を設け、前記カム部の当接
部は、少なくとも、前記カム部の回転角に対する前記ロ
ッドの進退移動変位が大きい第１当接部と、前記第１溶
接電極と前記第２溶接電極との近接時に当接する前記カ
ム部の回転角に対する前記ロッドの進退移動変位が小さ
い第２当接部とを有することを特徴とするスポット溶接
ガンである。

【００１０】

【作用】上記構成の本発明のスポット溶接ガンにあって
は、ロッドに設けられた従動節部と該従動節部と当接す
る当接部が形成されたカム部とを備えたサーボモータの
回転動作を前記ロッドの進退動作に変換するカム機構部
が設けられており、前記カム部の当接部は、少なくと
も、前記カム部の回転角に対する前記ロッドの進退移動
変位が大きい第１当接部と、第１溶接電極と第２溶接電
極との近接時に当接する前記カム部の回転角に対する前
記ロッドの進退移動変位が小さい第２当接部とを有する
ので、ロッドの軸方向の移動による溶接電極の被溶接物
に向けての移動動作時は、第１当接部の作用により、そ
の移動速度は大きいものとなる。

【００１１】一方、第１溶接電極と第２溶接電極とが接
近してくると、ロッドに設けられた従動節部はカム部の
第２当接部と当接することとなり、この第２当接部の作
用により、ロッドの移動速度は小さくなるものの、第１
溶接電極と第２溶接電極とによる被溶接物に対する加圧
力は、十分大きいものとなる。

【００１２】したがって、溶接時の高加圧力の確保と、
サイクルタイムの短縮を同時に達成することができる。
また、被溶接物に対する加圧時にのみ、高加圧力が発生
するように構成したので、モータの効率的な使用が可能
となり、結果的に、モータ容量の縮小と小型化、ひいて
はスポット溶接ガン全体の小型軽量化が図られる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の一実施例に係るスポット溶接
ガンを示す一部破断正面図、図２は、図１に示されるス
ポット溶接ガンの要部を示す縦断面図、図３は、図１に
示されるスポット溶接ガンの要部を示す斜視図、図４
は、図２に示されるカム部の展開図であり、図８に示し
た部材と共通する部材には同一の符号を付して、その説
明は一部省略する。

【００１４】本実施例のスポット溶接ガン１０は、図示
しないロボットのロボット軸４２の先端に取付けられて
おり、このスポット溶接ガン１０は、該ロボット各部の
動作により揺動および回転自在に支持され、任意の位置
および姿勢に保持されるようになっている。

【００１５】図１に示したように、このスポット溶接ガ
ン１０は、Ｃ字形状となったガンアーム４１を有し、こ
のガンアーム４１には第１溶接電極としての固定溶接チ
ップ３１と、この固定溶接チップ３１とにより対をなし
パネル材等の図示しない被溶接物としてのワークを溶接
する第２溶接電極としての可動溶接チップ３２とが設け
られている。また、この可動溶接チップ３２を前記固定
溶接チップ２１に向けて進退移動させるための進退移動
手段１１が、ガンアーム４１に取付けられている。

【００１６】進退移動手段１１は、図２に示したよう
に、サーボモータとしての中空軸モータ２１と、この中
空軸モータ２１の中空部に挿入して配設されるロッド７
と、前記中空軸モータ２１の回転動作を前記ロッド７の
進退動作に変換して伝達するカム機構部２２とを有す
る。

【００１７】前記中空軸モータ２１は、本体ケース２３
を有し、この本体ケース２３は、その側面を構成する外
筒ケース２３ａと、端面を構成する端面プレート２３ｂ
とからなる。前記外筒ケース２３ａの内側には、円筒状
のステータ１４が固定されており、さらに、このステー
タ１４の内側に、所定の間隙を確保してロータ１３が配
設されている。

【００１８】前記カム機構部２２は、図２および図３に
示したように、円筒状のカム部６を有しており、この円
筒状のカム部６には、カム溝２４が形成されている。ま
た、前記カム機構部２２は、従動節部としてのベアリン
グ９を有しており、このベアリング９は、前記ロッド７
の側面からロッド７の軸方向に直交する方向に伸延して
立設された図示しないピンに、回転自在に設けられてい
る。

【００１９】前記カム溝２４は、図４に示したように、
円周方向に１８０°位相をずらして２箇所形成されてお
り、それぞれ、第１当接部２４ａと第２当接部２４ｂと
から構成されている。また、カム溝２４の溝幅は、前記
ベアリング９の外径より僅かに大きい寸法となってお
り、前記２箇所に形成されたカム溝２４に前記ベアリン
グ９がそれぞれ嵌挿されることにより両者が係合する。
そして、これにより、前記中空軸モータ２１の回転動作
が、前記ロッド７の進退動作に変換されて伝達される。

【００２０】第１当接部２４ａは、図４に示したよう
に、カム溝２４の傾斜、すなわち円周方向距離に対する
軸方向距離の割合が大きくなるような形状に形成され
る。これにより、前記ベアリング９が第１当接部２４ａ
に係合している場合は、カム部６の回転角に対するロッ
ド７の進退移動変位、すなわちリードは大きくなり、ロ
ッド７は高速で進退移動される。

【００２１】これに対し、第２当接部２４ｂは、図示の
ように、カム溝２４の傾斜が小さくなるような形状に形
成される。これにより、前記ベアリング９が第２当接部
２４ｂに係合している場合は、カム部６の回転角に対す
るロッド７の進退移動変位、すなわちリードは小さくな
る。したがって、ロッド７は低速で進退移動するものの
該ロッド７の軸方向推力は大きくなり、ワークに対する
加圧力は増大する。

【００２２】前記円筒状のカム部６は、前記中空軸モー
タ２１のロータ１３の内周面に嵌挿され、これと一体的
に接合されている。また、カム部６の軸方向両端部に
は、アンギュラベアリング２６，２６が配設され、この
アンギュラベアリング２６，２６の他端は、本体ケース
２３の端面プレート２３ｂに当接して保持される。こう
して、カム部６およびロータ１３は、一体として回転自
在に支持される。

【００２３】図２および図３に示したように、スリーブ
ガイド１５が設けられており、このスリーブガイド１５
は、中空軸モータ２１の中空部の内面を構成する。スリ
ーブガイド１５の側面には、軸方向に伸びる長孔２７が
円周方向に１８０°位相をずらして２箇所形成されてい
る。また、このスリーブガイド１５の両端部の内周面に
は、ブシュ２８，２８が圧入されており、このブシュ２
８，２８としては、たとえば多孔質の焼結金属に潤滑油
をしみ込ませた含油軸受が使用される。

【００２４】前記ロッド７は、前記ブシュ２８，２８に
より支持されるようにして、中空軸モータ２１の中空部
に挿通して配設される。そして、前述したロッド７の側
面に設けられたベアリング９は、前記スリーブガイド１
５の長孔２７を挿通して前記カム部６のカム溝２４に係
合するように構成される。したがって、スリーブガイド
１５が中空軸モータ２１の本体ケース２３に固定されて
いるため、カム部６が中空軸モータ２１の作動によりロ
ータ１３とともに回転されると、前記ロッド７の側面に
設けられたベアリング９は、長孔２７に沿って軸方向に
移動し、結果的に、ロッド７は、回転することなく前記
ブシュ２８，２８の内周面と摺動しつつ軸方向に進退移
動することになる。

【００２５】前記ロッド７の先端部には、前述したよう
に、可動溶接チップ３２が設けられており、該ロッド７
の進退移動により、この可動溶接チップ３２をガンアー
ム４１に取り付けられた固定溶接チップ２１に向けて進
退移動させ、パネル材等のワークに対する溶接が行われ
る。

【００２６】次に、本実施例の作用を説明する。本実施
例のスポット溶接ガン１０を使用して溶接作業する場合
にあっては、まず、図示しないロボットの各部の作動に
より、ロボット軸４２の先端に取り付けたスポット溶接
ガン１０が、パネル材等のワークの所定の溶接箇所に向
けて移動せられ、所定の位置および姿勢に保持される。

【００２７】次に、中空軸モータ２１が通電されて、ス
テータ１４により回転磁界が形成され、これによりロー
タ１３が回転駆動されるとともに、ロータ１３と一体的
に接合されたカム部６も回転駆動される。

【００２８】ここで、カム部６のカム溝２４に嵌挿され
係合しているベアリング９は、当初、第１当接部２４ａ
の端部近傍の図４に示したＡ位置（カム部６の回転角０
°とする）にあるが、カム部６の回転動作によって第１
当接部２４ａがベアリング９に当接し、第１当接部２４
ａの斜面の作用により、転がり接触しながら該ベアリン
グ９を図中下方に押し下げる。これにより、ベアリング
９は、スリーブガイド１５の長孔２７に沿って、軸方向
下方に移動し、ロッド７は、回転せずにブシュ２８，２
８の内周面と摺動しつつ軸方向に移動する。

【００２９】図５は、カム部６の回転角に対するロッド
７の進退移動変位および推力の関係を示す図である。本
実施例では、第１当接部２４ａは、カム部６の回転角に
対するロッド７の進退移動変位、すなわちリードが大き
くなるように形成されているため、図５に示したよう
に、ロッド７の移動速度は大きい。但し、第１当接部２
４ａは、カム溝２４の傾斜が大きいため、回転駆動力か
ら変換されたロッド７の推力は小さなものとなる。

【００３０】一方、ベアリング９が下方に移動し、第２
当接部２４ｂに嵌入される（カム部６の回転角７０°付
近）と、第２当接部２４ｂは、カム部６の回転角に対す
るロッド７の進退移動変位、すなわちリードが小さくな
るように形成されているため、図５に示すように、ロッ
ド７の移動速度は小さくなる。しかしながら、第２当接
部２４ｂは、カム溝２４の傾斜が小さいため、回転駆動
力から変換されたロッド７の推力は十分大きく、本実施
例では、ベアリング９が第１当接部２４ａに位置する場
合の推力の約８倍程度となる。逆に、ロッド７の移動速
度は、ベアリング９が第１当接部２４ａに位置する場合
の方が、第２当接部２４ｂに位置する場合よりも、約８
倍速い速度となる。

【００３１】このように、ロッド７が軸方向下方に移動
せられることにより、ロッド７の先端部に取り付けた可
動溶接チップ３２は、ガンアーム４１に取り付けられた
固定溶接チップ２１に向けて移動させられる。

【００３２】本実施例の場合は、図５に示したＢ位置に
ベアリング９が位置するとき（カム部６の回転角９０°
付近）に溶接作業における加圧が行われるように設定さ
れており、ロッド７の当初位置であるＡ位置とともに、
図５においては、これらと対応する時点に同一の符号を
付してある。この加圧点Ｂは、溶接チップ３１，３２の
消耗に伴ない、図５に示したＰ方向に移動するが、図示
のように、ロッド７の推力によりもたらされる加圧力は
変動することはない。次いで、上記のように、均一な加
圧力にて加圧しつつ、パネル材等のワークに対する溶接
が行われる。

【００３３】溶接作業が終了すると、中空軸モータ２１
のロータ１３が逆方向に回転駆動されて、ロッド７が軸
方向上方に上昇し、当初の所定位置に戻る。

【００３４】ここで、ロッド７の加減速に必要なトルク
ＴＡ（ｋｇ・ｃｍ）は、全負荷イナーシャをＪ（ｋｇ・
ｃｍ・ｓ² ）、モータの所望角速度をα（ｒａｄ／ｓ
² ）とすると、ＴＡ＝Ｊ×α と表され、加圧に必要な
トルクＴＰ（ｋｇ・ｃｍ）は、加圧力をＷ（ｋｇ）、効
率をη（たとえば０．９）、リードをＬ（ｃｍ）とする
と、ＴＰ＝（Ｗ／２πη）×Ｌ と表され、平均実効ト
ルクＴＲ（ｋｇ・ｃｍ）は、全サイクルをｔ_T 、全加速
時間をｔ_A、全加圧時間をｔ_p とすると、ＴＲ＝（（Ｔ
Ａ² ×ｔ_A ＋ＴＰ² ×ｔ_p ）／ｔ_T ）^1/2 と表され
る。本実施例では、加圧時には、リードＬを小さくする
ことによって上記ＴＰを小さくし、結果的にモータ容量
の縮小を図っている。

【００３５】このように、本実施例のスポット溶接ガン
は、ロッド７に設けられたベアリング９とこれが嵌挿さ
れて係合するカム溝２４が形成されたカム部６とを備え
た回転動作を軸方向の進退動作に変換するカム機構部２
２が設けられ、前記カム部６のカム溝２４は、カム部６
の回転角に対するロッド７の進退移動変位が大きい第１
当接部２４ａと、可動溶接チップ３２と固定溶接チップ
３１との近接時に当接するカム部６の回転角に対するロ
ッド７の進退移動変位が小さい第２当接部２４ｂとを有
するので、ロッド７の軸方向の移動による可動溶接チッ
プ３２のワークに向けての移動動作時は、第１当接部２
４ａの作用によりその移動速度を大きくすることがで
き、しかも、可動溶接チップ３２と固定溶接チップ３１
とによるワークに対する加圧力は、第２当接部２４ｂの
作用により十分大きく設定することが可能となる。

【００３６】したがって、溶接時の高加圧力の確保と、
サイクルタイムの短縮を同時に達成することができる。
また、ワークに対する加圧時にのみ、高加圧力が発生す
るように構成したので、モータの効率的な使用が可能と
なり、結果的に、モータ容量の縮小と小型化、ひいては
スポット溶接ガン全体の小型軽量化を図ることができ
る。

【００３７】図６は、本発明の他の実施例に係るスポッ
ト溶接ガンの要部を示す縦断面図、図７は、図６に示さ
れるロッド５７のＣ方向から見た図である。図２に示し
た部材と共通する部材には同一の符号を付して、その説
明は一部省略する。この実施例の進退移動手段５１は、
図７に示したように、側面に軸方向に伸びるスプライン
溝５７ａが円周方向等間隔に３箇所形成されたロッド５
７を有している。また、中空軸モータ２１の軸方向両端
部には、スプラインナット５８が配設され、このスプラ
インナット５８の内面に形成された図示しない係合部と
前記スプライン溝５７ａとが係合することにより、ロッ
ド５７は軸方向に摺動自在に構成されている。

【００３８】このようにすれば、図２に示したスリーブ
ガイド１５を使用せずに、ロッド５７を回転させること
なく軸方向に移動させることができる。また、これによ
り、カム部６をロッド５７に近接して配置できるため、
ロッド５７の側面からロッド５７の軸方向に直交する方
向に伸延して立設された図示しないピンに回転自在に設
けられたベアリング９に過度のモーメント荷重が作用せ
ず、ベアリング強度の向上が図られる。

【００３９】なお、上述したものは本発明の実施例であ
り、本発明は特許請求の範囲に記載の要旨を逸脱するこ
となく、種々変更することができる。たとえば、上記実
施例では、カム部６のカム溝２４は、図４に示したよう
に、円周方向に１８０°位相をずらして２箇所形成され
ており、それぞれ、第１当接部２４ａと第２当接部２４
ｂとから構成したが、カム溝２４の形成個数は適宜自由
に設定でき、また、それぞれのカム溝２４は、リードの
異なる当接部をさらに追加して形成しても、あるいは、
カム溝の全長に亘って滑らかにリードを変化させるよう
にしてもよく、リードの大きさも適宜設定可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスポット
溶接ガンは、ロッドに設けられた従動節部と該従動節部
と当接する当接部が形成されたカム部とを備えたサーボ
モータの回転動作を前記ロッドの進退動作に変換するカ
ム機構部を設け、前記カム部の当接部は、少なくとも、
前記カム部の回転角に対する前記ロッドの進退移動変位
が大きい第１当接部と、第１溶接電極と第２溶接電極と
の近接時に当接する前記カム部の回転角に対する前記ロ
ッドの進退移動変位が小さい第２当接部とを有するの
で、ロッドの軸方向の移動による溶接電極の被溶接物に
向けての移動動作時は、第１当接部の作用によりその移
動速度を大きくすることができ、しかも、第１溶接電極
と第２溶接電極とによる被溶接物に対する加圧力は、第
２当接部の作用により、十分大きく設定することが可能
となる。

【００４１】したがって、溶接時の高加圧力の確保と、
サイクルタイムの短縮を同時に達成することができる。
また、被溶接物に対する加圧時にのみ、高加圧力が発生
するように構成したので、モータの効率的な使用が可能
となり、結果的に、モータ容量の縮小と小型化、ひいて
はスポット溶接ガン全体の小型軽量化を図ることができ
るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るスポット溶接ガンを
示す一部破断正面図である。

【図２】 図１に示されるスポット溶接ガンの要部を示
す縦断面図である。

【図３】 図１に示されるスポット溶接ガンの要部を示
す斜視図である。

【図４】 図２に示されるカム部の展開図である。

【図５】 カム部の回転角に対するロッドの進退移動変
位および推力の関係を示す図である。

【図６】 本発明の他の実施例に係るスポット溶接ガン
の要部を示す縦断面図である。

【図７】 図６に示されるロッドのＣ方向から見た図で
ある。

【図８】 従来のスポット溶接ガンを示す一部破断正面
図である。

【符号の説明】

６…カム部、 ７，５７…ロッ
ド、９…ベアリング（従動節部）、 ２１…中空軸
モータ（サーボモータ）、２２…カム機構部
２４…カム溝（当接部）、２４ａ…第１当接
部、 ２４ｂ…第２当接部、３１…固定溶
接チップ（第１溶接電極）、３２…可動溶接チップ（第
２溶接電極）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互に接近離反移動自在となり対をなす
   第１溶接電極および第２溶接電極を備え、これらの溶接
   電極が装着されたロッドの少なくともいずれかを他方に
   向けて進退移動させるとともに、この移動により被溶接
   物に対し加圧力を付与するサーボモータが設けられたス
   ポット溶接ガンにおいて、 前記ロッドに設けられた従動節部と該従動節部と当接す
   る当接部が形成されたカム部とを備えた前記サーボモー
   タの回転動作を前記ロッドの進退動作に変換するカム機
   構部を設け、 前記カム部の当接部は、少なくとも、前記カム部の回転
   角に対する前記ロッドの進退移動変位が大きい第１当接
   部と、前記第１溶接電極と前記第２溶接電極との近接時
   に当接する前記カム部の回転角に対する前記ロッドの進
   退移動変位が小さい第２当接部とを有することを特徴と
   するスポット溶接ガン。