(57)【要約】【課題】  溶接ロボットの動作範囲の制限を緩和できるスポット溶接ガンを提供する。【解決手段】  冷却媒体の冷却手段１５および循環手段１６を備える冷却ユニット８を溶接ガン１本体５に搭載し、冷却媒体を前記循環手段としてのポンプ１６により冷却手段としてのヒートシンク１５と電極チップ７背面との間で形成した冷却回路内で循環させるようにした。【選択図】    図２
2006198631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却媒体の冷却手段および循環手段を備える冷却ユニットを溶接ガン本体に搭載し、冷却媒体を前記循環手段により冷却手段と電極チップ背面との間で形成した冷却回路内で循環させるようにしたことを特徴とするスポット溶接ガン。
【請求項２】
前記冷却手段は、冷却媒体が流動する配管の外部に冷却ファンにより空気を流動させることにより冷却媒体を冷却するヒートシンクにより構成したことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接ガン。
【請求項３】
前記冷却手段の冷却ファンによる送風量は、冷却媒体の温度に応じて増加させるものであることを特徴とする請求項２に記載のスポット溶接ガン。
【請求項４】
前記循環手段は、冷却回路内に配置したポンプで構成され、冷却媒体の温度に応じてその吐出量を増加させるものであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のスポット溶接ガン。
【請求項５】
前記冷却手段の冷却ファンおよび循環手段のポンプは、同一の電動モータにより駆動されるものであることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一つに記載のスポット溶接ガン。
【請求項６】
前記冷却回路は、回路内圧力が上昇した際に冷却媒体の一部を導入する吸収手段を備えていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載のスポット溶接ガン。
【請求項７】
前記電極チップは、その背面への冷却媒体の導入管および導入管の周囲に設けた排出経路の両者に、電極チップ側の圧力低下に応動して閉成され、冷却媒体の冷却回路外への流出を阻止するバルブ手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載のスポット溶接ガン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接ガンに関し、特に、電極チップの冷却に好適なスポット溶接ガンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から溶接ロボットまでのガンチップ冷却用のホースまたは配管の設備の配置を不用とするスポット溶接ロボットが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、スポットガンに冷却水を供給して、スポットガンを冷却する冷却装置をロボット本体上に設けて、ガンチップの冷却用のホースや配管をロボット本体外部に配置することを不要とし且つ冷却水を繰り返し使用するようにしている。
【特許文献１】特開平１０−２６３８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例では、冷却装置をロボット本体上に設けているため、冷却装置とスポット溶接ガンとの間に、ロボットの動作に追従して変形する可撓性のホースを設置する必要があり、これらのホースは溶接ロボットの動作範囲を制限する虞がある。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、溶接ロボットの動作範囲の制限を緩和できるスポット溶接ガンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、冷却媒体の冷却手段および循環手段を備える冷却ユニットを溶接ガン本体に搭載し、冷却媒体を前記循環手段により冷却手段と電極チップ背面との間で形成した冷却回路内で循環させるようにした。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本発明では、冷却媒体の冷却手段および循環手段を備える冷却ユニットを溶接ガン本体に搭載し、冷却媒体を前記循環手段により冷却手段と電極チップ背面との間で形成した冷却回路内で循環させるようにしたため、ロボットの動作に追従して変形する可撓性のホースを設置する必要がなく、これらにより溶接ロボットの動作範囲が制限されることもなく、溶接ロボットの動作範囲の制限を緩和できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明のスポット溶接ガンの一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１は本実施形態のスポット溶接ガンを適用する溶接ロボットの構成図、図２は本発明を適用したスポット溶接ガンの概略構成図、図３は冷却ユニットの概略構成図、図４は冷却システムを示すシステム構成図、図５は電極チップを装着するチップ取付部の断面図である。
【０００９】
図１において、本実施形態のスポット溶接ガン１を適用する溶接ロボット２は、複数の制御軸により動作が制御されるロボットアーム２Ａの先端にスポット溶接ガン１を備え、スポット溶接ガン１に備えられた溶接インバータ３に溶接一次電流を供給する給電ケーブル４がロボットアーム２Ａに沿わせて配線されている。
【００１０】
前記スポット溶接ガン１は、図２に示すように、その本体部５がロボットアーム２Ａに対して接続部２Ｂを介して接続され、前記本体部５にはアーム５Ａおよびサーボモータ６が固定され、また、溶接インバータ３が搭載されている。スポット溶接ガン１の溶接インバータ３の２次電流は図示しない２次ケーブルを介して固定電極７Ａおよび可動電極７Ｂに接続されている。可動電極７Ｂは固定電極７Ａに対してサーボモータ６により接近離脱方向に駆動可能であり、固定電極７Ａと可動電極７Ｂとでワークを挟んで電極７Ａ、７Ｂ間に溶接二次電流を流すことによりワークをスポット溶接することが可能となっている。前記サーボモータ６の動作は溶接ロボット２のコントローラ２Ｃにより制御するようにしている。
【００１１】
本実施形態のスポット溶接ガン１においては、溶接ガン１の本体５（ロボットアーム２Ａ先端にチャッキングされている部分）に搭載した冷却ユニット８と、冷却ユニット８で冷却した冷却媒体を固定電極７Ａおよび可動電極７Ｂの電極チップ７へ供給する供給ユニット９および供給配管９Ａと、各電極チップ７を冷却した冷却媒体を冷却ユニット８へ戻す戻し配管１０Ａおよび戻しユニット１０とを備える。前記供給ユニット９は前記冷却ユニット８の冷却媒体出口に接続され、前記戻しユニット１０は前記冷却ユニット８の冷却媒体入口に接続されている。なお、前記溶接インバータ３にも冷却ボックス１１が設置され、前記供給ユニット９から冷却媒体を導入し、冷却ボックス１１から流出する冷却媒体は戻しユニット１０に戻されるよう構成している。前記冷却媒体としては、冷却水、クーラント等が用いられる。
【００１２】
前記冷却ユニット８は、図３に示すように、電極チップ７を冷却して温度上昇した冷却媒体を冷却して再び電極チップ７へ供給可能とするものである。前記冷却ユニット８は、冷却媒体が流通するヒートシンク１５と、冷却媒体を入口から吸込み、ヒートシンク１５を経由させて出口から送出すポンプ１６と、ヒートシンク１５へ冷却空気を吹付ける冷却ファン１７と、前記ポンプ１６および冷却ファン１７をベルト１８Ａおよびプーリ１８Ｂを介して駆動する電動モータ１９とを備える。
【００１３】
前記各構成要素１５〜１９は、図４に示すように、配列・接続されている。即ち、ヒートシンク１５とポンプ１６と供給配管９Ａ・溶接電極７・戻り配管１０Ａとは、シリーズ（直列）に接続され、冷却媒体はこれら構成要素で形成した冷却サーキット（閉回路）内で循環するよう構成している。ヒートシンク１５とポンプ１６とを接続する配管系統には、冷却媒体の流量を検出する流量センサ２０および温度を検出するサーモセンサ２１が配置され、それらの検出信号は冷却コントローラ２５に入力されるようにしている。
【００１４】
また、戻り配管１０Ａとヒートシンク１５を接続する配管には、冷却媒体の圧力を検出するプレッシャスイッチ２２が配置され、冷却媒体の圧力が予め設定した圧力値を超える場合にコントローラ２５に圧力上昇信号が入力されるようにしている。さらに、プレッシャスイッチ２２の下流にはバイパス配管２３が分岐して接続され、バイパス配管２３には開閉バルブ２４が設置されている。バイパス配管２３中には、圧力上昇を抑制するアキュームレータ２６若しくはダンパを設置している。そして、プレッシャスイッチ２２よりコントローラ２５に圧力上昇信号が入力される場合には、前記バイパス配管２３の開閉バルブ２４が開放されて、閉回路中の圧力を低減するよう作用させる。
【００１５】
図５は、電極チップ７を装着するシャンク部分を示す断面図であり、電極チップ７を嵌合させて装着する筒状のシャンク３０内部に段付きの孔を設け、この孔内に先端側を小径部３１Ｂとした冷却媒体の導入管３１を配置して備え、冷却媒体を導入管３１から電極チップ７の背面に導入して電極チップ７およびシャンク３０を冷却し、導入管３１と前記孔とで形成する環状通路３２を介して冷却媒体を排出するよう構成している。前記環状通路３２には、導入管３１の外周に嵌合して摺動可能にバルブ３３を配置し、このバルブ３３は前記孔の段付で形成した弁座３４に着座可能としている。また、弁座３４には導入管３１に設けた軸方向に伸びる長孔３１Ａを貫通させてピン３５を配置し、導入管３１内のピン３５部分には弁体３６を固定して備える。前記弁体３６は導入管３１の外側のバルブ３３とピン３５を介して軸方向に一体に移動可能であり、バルブ３３が弁座３４に着座するよう位置する場合に、導入管３１の小径部３１Ｂに嵌合して導入管３１からの冷却媒体の流出を阻止するようにしている。
【００１６】
以上のように、電極チップ７を嵌合させるシャンク３０を構成することにより、電極チップ７が正常に装着している場合においては、冷却媒体は導入管３１内を弁体３６との隙間を経由して電極チップ７背面に導入される。この導入時には冷却媒体が流入することにより生ずる動圧により弁体３６は小径部３１Ｂ側に付勢する閉弁力が作用する。また、環状通路３２に配置したバルブ３３には、戻り側の冷却媒体が流動することによりバルブ３３を弁座３４から遠ざけるよう付勢する開弁力が作用する。前記バルブ３３に作用する開弁力と弁体３６に作用する閉弁力とは互いに逆方向に作用しており、バルブ３３の受圧面積が弁体３６の受圧面積より大きいため、弁体３６およびバルブ３３は結果として開弁状態に保持される。
【００１７】
しかしながら、スポット溶接の際に、図５（Ｂ）に示すように、電極チップ７がワークに溶着する等によりシャンク３０より離脱すると、環状通路３２の冷却媒体の戻り流動が発生しなくなってバルブ３３に作用する開弁力が無くなり、弁体３６に作用する閉弁力および環状通路３２内の冷却媒体のシャンク３０開口よりの漏れ流動により作用するバルブ３３の閉弁力により、弁体３６とバルブ３３とは夫々小径部３１Ｂへ嵌合し且つ弁座３４へ着座して導入管３１および環状通路３２よりの冷却媒体の流出を阻止するよう作用する。
【００１８】
以上の構成になるスポット溶接ガン１の動作について以下に説明する。スポット溶接作業が開始される状態におけるスポット溶接ガン１においては、電極チップ７および冷却媒体は外気温と同じ常温状態であり、サーモセンサ２１により検出される冷媒温度も常温であるため、コントローラ２５はモータ１９を停止させており、ポンプ１６および冷却ファン１７の作動が停止され、冷却媒体の循環も停止している。また、冷却媒体は常温であるため、プレッシャスイッチ２２により検出される閉回路の内圧も低く維持されており、バイパス回路２３への分岐部に設けたバルブ２４も閉じている。
【００１９】
スポット溶接作業が開始されると、スポット溶接により電極チップ７の温度が徐々に上昇する。従って、スポット溶接作業の開始と同期してモータ２９を比較的低速で回転させて、冷却媒体を閉回路内に比較的低流量で循環させ、且つヒートシンク１５通過中の冷却媒体に対して冷却ファン１７による冷却風をあてて温度降下させ、電極チップ７の温度上昇を抑制することが望ましい。閉回路を循環する冷却媒体の流量は、流量センサ２０により検出されてコントローラ２５に入力される。
【００２０】
前記スポット溶接作業の継続により冷却媒体の供給温度が、例えば、摂氏４０度を超える場合には、モータ回転速度を上昇させ、ポンプ１６を介して冷却媒体の循環流量を増加させて、電極チップ７よりの吸熱量を増加させて電極チップ７の冷却能力を増大させる。同時に、冷却ファン１７の回転数も上昇されるため、冷却ファン１７から送出されてヒートシンク１５にあたる送風量も増加され、ヒートシンク１５を通過する冷却媒体の温度降下を促進させる。冷却媒体の温度に対するモータ１９・ポンプ１６および冷却ファン１７の回転は、温度の上昇に対して比例的に増加させてもよく、また、段階的に増加させるようにしてもよい。ポンプ１６の定格吐出能力は、例えば、１０［ｌ／ｍｉｎ］程度が望ましい。
【００２１】
前記閉回路の冷却媒体の温度は、スポット溶接に伴う電極チップ７よりの入熱量とヒートシンク１５による放熱量とがバランスした温度に向かって温度上昇若しくは温度降下され、前記バランスした温度に維持される。前記バランス温度が、予め設定した許容温度（閉回路で許容される温度）を超える場合には、図示しないが、警報を出力して、例えば、スポット溶接作業密度を低下させて、電極チップ７よりの入熱量を低下させて前記バランス温度を低下させるようにする。
【００２２】
前記冷却媒体の温度の上昇により、冷却媒体自身の熱膨張量と閉回路を構成している部材の容積膨張とのバランスにより、閉回路内の内圧が上昇する。この内圧上昇は、プレッシャスイッチ２２により検出され、予め設定した圧力を超えることが検出された場合には、バイパス配管２３への分岐部に設けたバルブ２４が開放される。バルブ２４の開放により閉回路内の一部の冷媒がバイパス配管２３に流れ込み、バイパス配管２３に配置した、例えば、アキュームレータ２６に吸収されて、閉回路の内圧上昇を抑制する。バイパス配管２３のアキュームレータ２６に流入した冷却媒体は、閉回路の冷却媒体の温度低下により閉回路の内圧が低下した際には、アキュームレータ２６よりバイパス配管２３のチェックバルブ２７を介して閉回路に戻される。
【００２３】
なお、上記実施形態において、冷却ファン１７およびポンプ１６の駆動手段として、一個の電動モータ１９を用いるものについて説明したが、図示はしないが、冷却ファン１７およびポンプ１６に夫々独立した電動モータを装備させ、冷却能力と循環量とを別々に制御するものであってもよい。
【００２４】
また、上記実施形態において、吸収手段として、冷却回路を分岐させたバイパス配管２３にアキュームレータ２６等を配置するものについて説明したが、図示はしないが、冷却回路に直接アキュームレータ等の吸収手段を接続するものであってもよい。
【００２５】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２６】
（ア）冷却媒体の冷却手段１５および循環手段１６を備える冷却ユニット８を溶接ガン１本体５に搭載し、冷却媒体を前記循環手段としてのポンプ１６により冷却手段としてのヒートシンク１５と電極チップ７背面との間で形成した冷却回路内で循環させるようにしたため、ロボット２の動作に追従して変形する可撓性のホースを設置する必要がなく、これらにより溶接ロボット２の動作範囲が制限されることもなく、溶接ロボット２の動作範囲の制限を緩和できる。勿論、外部からの冷却水工事が不要であり、電極チップ７背面に溶接ロボット２の設置場所に関わらず安定して冷却媒体を供給できる。
【００２７】
（イ）また、冷却回路は、冷却媒体を貯留するリザーバタンクを備えることなく、冷却媒体を必要に応じて循環させるものであるため、冷却ユニット８として小型化でき、スポット溶接ガン１に搭載が可能とできた。
【００２８】
（ウ）冷却手段として、冷却媒体が流動する配管の外部に冷却ファン１７により空気を流動させることにより冷却媒体を冷却するヒートシンク１５により構成し、冷却ファン１７による送風量を、サーモセンサ２１により検出した冷却媒体の温度に応じて増加させるようにしたため、冷却媒体の温度に応じた冷却能力を発揮させることができ、冷却手段を大型大容量とすることなく小型化でき、スポット溶接ガン１への搭載性を向上できた。
【００２９】
（エ）循環手段として、冷却回路内に配置したポンプ１６で構成し、サーモセンサ２１により検出した冷却媒体の温度に応じてその吐出量を増加させるものであるため、電極チップ７周辺からの入熱量を速やかに冷却手段１５の放熱量に変換でき、冷却媒体の温度上昇を効果的に抑制することができた。
【００３０】
（オ）冷却手段１５の冷却ファン１７および循環手段のポンプ１６は、同一の電動モータ１９により駆動するようにしているため、冷却ユニット８の一層の小型化を可能とできた。
【００３１】
（カ）冷却回路は、回路内圧力が上昇した際に冷却媒体の一部を導入する吸収手段としてのバイパス配管２３およびアキュームレータ２６等の備えているため、冷却媒体の温度上昇に基づく回路内圧上昇を抑制できる。
【００３２】
（キ）電極チップ７の背面への冷却媒体の導入管３１および導入管３１の周囲に設けた排出経路３２の両者に、電極チップ７側の圧力低下に応動して閉成して、冷却媒体の冷却回路外への流出を阻止するバルブ手段３３、３６を設けたため、電極チップ７が溶着などによりシャンク３０より抜けた時に冷却媒体が外部へ流れ出るのを防止でき、冷却媒体を貯蔵するリザーバタンクを不要とでき、冷却ユニット８を小型できた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態を示すスポット溶接ガンを適用する溶接ロボットの構成図。
【図２】同じくスポット溶接ガンの概略構成図。
【図３】冷却ユニットの概略構成図。
【図４】冷却システムを示すシステム構成図。
【図５】電極チップを装着するチップ取付部の断面図（Ａ）および作動時における断面図（Ｂ）。
【符号の説明】
【００３４】
１  スポット溶接ガン
２  ロボット、溶接ロボット
３  溶接インバータ
４  一次配線
５  ガン本体
６  サーボモータ
７  電極チップ
８  冷却ユニット
９  供給ユニット
９Ａ  供給配管
１０  戻しユニット
１０Ａ  戻り配管
１５  ヒートシンク
１６  ポンプ
１７  冷却ファン
１９  電動モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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