(57)【要約】【課題】高負荷形溶接ガンを提供することを課題とする。【解決手段】溶接ガン１０は、ガンアーム１１に連結部材１２を介して棒状の電極ロッド１３を設けてなる。また、前記連結部材１２は、アダプター１４と電極ホルダー１５の２部品で構成されている。アダプター１４は、電極ロッド１５の基部を収納する収納凹部１６を備えると共にガンアーム１１に向かって断面積が増加するテーパ形状を呈している。【効果】連結部材の基部での応力を下げることができ、応力の集中を緩和することができた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガンアームに連結部材を介して電極チップを設けた溶接ガンにおいて、
前記電極チップは棒状の電極ロッドであり、前記連結部材は前記電極ロッドの基部を収納する収納凹部を備えると共に前記ガンアームに向かって断面積が増加するテーパ形状を呈していることを特徴とする溶接ガン。
【請求項２】
前記連結部材は円錐台であることを特徴とする請求項１記載の溶接ガン。
【請求項３】
前記円錐台は、円錐面が膨出した砲弾形又は円錐面が窪んだ鼓形を呈していることを特徴とする請求項２記載の溶接ガン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスポット溶接に供する溶接ガンに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の製造ラインには、抵抗溶接機の一種であるスポット溶接機が多数配列されている。スポット溶接機の溶接ガンの構造は各種提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−１６１３４８公報（図３）
【０００３】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図５は従来の技術の基本構成を説明する図であり、溶接ガン１００は、ロボットのアームに支持されるガンアーム１０１に、連結部材１０２を介して電極チップ１０３を設けてなる。電極チップ１０３は、キャップ形状を呈し、連結部材１０２の先端に設けられているテーパ部１０４に上から差し込むことで、連結部材１０２に取り付けられている。
スポット溶接は、電極チップ１０３をワークに強く押付けながら、電極チップ１０３に溶接電流を供給することで実施する。
【０００４】
上述したキャップ形状の電極チップ１０３が広く実用に供されている。一方、車両の軽量化と車体剛性の維持を目的として、溶接の対象物であるワークに高張力鋼が採用されるようになってきた。ワークが普通鋼の場合よりも、高張力鋼の場合は、電極チップ１０３での押圧力を高める必要がある。すなわち、高負荷に対応する溶接ガンが必要になってきた。
【０００５】
そこで、本発明者らは高負荷形溶接ガンの開発に着手した。次図は開発初期に検討した構造図である。
図６は溶接ガンの検討図であり、先ず（ａ）に示す従来型の溶接ガン１１０を検討した。溶接ガン１１０は、ガンアーム１１１と、連結部材の一部を構成するアダプター１１２と、連結部材の残部を構成する電極ホルダー１１３と、電極キャップ１１４とからなる。
【０００６】
１１５は電極キャップ１１４の軸線である。電極キャップ１１４が、軸線１１５の位置でワーク１１６に接触することが望まれる。しかし、製造ラインにおいては、角度θだけ傾いた形態で接触することがある。角度θだけ傾くと、軸線１１５と直交する向きにも電極キャップ１１４に外力が加わる。
【０００７】
電極キャップ１１４はスカート部１１７が、不可避的に薄肉となり、剛性が小さい。角度θだけ傾いた状態で、ワーク１１６を強く押すと、反力でスカート部１１７が僅かであるが変形する。
電極ホルダー１１３とスカート部１１７との間に微細な隙間が発生すると、溶接電流は溶接キャップ１１４の他の部分に集中する。電流が集中した部位は他の部位より高温になる。
以上の繰り返しにより、電極キャップ１１４の寿命が著しく短くなった。
【０００８】
そこで、電極キャップ１１４を、（ｂ）に示すような棒状の電極ロッド１１８に交換した。これで、電極チップにおける不具合は解消した。しかし、今度は、電極ホルダー１１３の基部に設けた雄ねじ１１９部が変形して、アダプター１１２から外れにくくなった。電極ホルダー１１３は、アダプター１１２から上へ延びている片持ち梁であって、電極ホルダー１１３の基部に応力が集中し易いためと考えられる。
【０００９】
そこで、図６（ａ）、（ｂ）に代わる新しい構造の溶接ガンが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、高負荷形溶接ガンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、ガンアームに連結部材を介して電極チップを設けた溶接ガンにおいて、前記電極チップは棒状の電極ロッドであり、前記連結部材は前記電極ロッドの基部を収納する収納凹部を備えると共に前記ガンアームに向かって断面積が増加するテーパ形状を呈していることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明では、連結部材は円錐台であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明では、円錐台は、円錐面が膨出した砲弾形又は円錐面が窪んだ鼓形を呈していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明では、連結部材を、ガンアームに向かって断面積が増加するようなテーパ形状にした。この結果、連結部材の基部での応力を下げることができ、応力の集中を緩和することができた。
【００１５】
請求項２に係る発明では、連結部材を円錐台にした。円錐台は形状が単純であるため、切削加工が容易であり、連結部材の製造費を下げることができる。
【００１６】
請求項３に係る発明では、円錐台は、円錐面が膨出した砲弾形又は円錐面が窪んだ鼓形にした。砲弾形であれば基部が軸線にほぼ平行になり、基部にねじ部を設ける場合には、ねじ部と円錐面とを滑らかに繋ぐことができる。
また、鼓形であれば、円錐面が窪んでいる分だけ、軽量化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、以下の説明中、テーパ角は、片テーパ角を指す。
図１は本発明に係る溶接ガンの側面図であり、溶接ガン１０は、ガンアーム１１に連結部材１２を介して棒状の電極ロッド１３を設けてなる。
【００１８】
また、前記連結部材１２は、アダプター１４と電極ホルダー１５の２部品で構成されている。電極ホルダー１５は、電極ロッド１３の基部を収納する収納凹部１６を備えると共にガンアーム１１に向かって断面積が増加するテーパ形状を呈している。アダプター１４は、電極ホルダー１５の基部に設けた雄ねじ部１７を収納する雌ねじ部１８を備えると共にガンアーム１１に向かって断面積が増加するテーパ形状を呈している。
【００１９】
図中、αはテーパ角であり、この角度αが大きいほど電極ホルダー１５の基部における曲げ応力が小さくなる。アダプター１４も同様である。
図１及び図６（ｂ）をモデルとし、図１ではαを５°とし、図６（ｂ）ではテーパなしとし、他の条件は全く同一にして、電極ホルダーの基部とアダプターの基部における曲げ応力を比較検討した。検討結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
比較例で電極ホルダー基部での応力を１００としたときに、実施例では電極ホルダー基部での応力が５２となり、テーパにより基部を増径したことの効果が顕著に現れた。
【００２２】
次に、本発明の別実施例を説明する。
図２は図１の別実施例を説明する図であり、溶接ガン１０Ｂは、ガンアーム１１に連結部材１２を介して棒状の電極ロッド１３を設けてなる。連結部材１２は、電極ロッド１３の基部を収納する収納凹部１６を備えると共にガンアーム１１に向かって断面積が増加するテーパ形状を呈している。すなわち、連結部材１２は、上面（上底）の直径がｄで、この上底から、テーパ角αでガンアーム１１に向かって断面積が増加する円錐台である。
【００２３】
円錐台は円錐の頭を切断してなる立体であり、円錐面１９が単純な曲面であり、切削加工が容易であり、製造コストを下げることができる。
このような連結部材１２をモデルに、角度αの適正値を検討した。
上底の径ｄを３０ｍｍ、高さＨを６０ｍｍに定め、角度αを１°〜１０°の範囲で変化させて、連結部材１２の基部における断面係数の変化を調べた。Ｄは下底の径である。
【００２４】
テーパがないモデルでの断面係数を１．０として、断面係数（相対値）を求めた。なお、断面係数（相対値）は、（ある角度における断面係数／テーパがないモデルでの断面係数）の算式で求めた。この結果を次表に示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
応力緩和を目的するため、基部の断面係数は、従来（テーパなし）の少なくとも１．５倍は必要である。この条件を満たすものに○、条件を満たさないものに×を付した。
【００２７】
ところで、図２において、ガンアーム１１は、ロボットへの負担を考えると、寸法は自ずと制限される。ガンアーム１１の寸法を一定にした上で、角度αを増加すると、ガンアーム１１の上部における肉厚Ｔ、Ｔが減少して、強度的な問題が起こる。
そこで、角度αの限界値を検討する。
上底の径ｄを３０ｍｍ、高さＨを６０ｍｍに定め、角度αを１°〜１１°の範囲で変化させて、連結部材１２の基部における径の変化を調べた。
【００２８】
【表３】
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【００２９】
αが０の場合は、下底の径と上底の径の比は、１．０になる。αが５°の場合、（下底の径／上底の径）は、１．３となる。
ガンアーム１１の上部寸法は、連結部材１２の上面の直径ｄ（上底の径と同じ）の約２倍と仮定する。上底の径の約２倍から肉厚Ｔ、Ｔを除くと、下底の径が定まる。この下底の径は、上底の径ｄの１．６倍程度、望ましくは１．５倍に止めたい。１．７倍を超えると、肉厚Ｔ、Ｔは十分な厚さが確保できなくなるからである。
１．６倍程度ならば角度αは９°以下であればよく、１．５倍程度ならば角度αは７°以下にする必要がある。
【００３０】
表２及び表３から、テーパ角αは２°〜９°、望ましくは２°〜７°の範囲に設定すればよい。
【００３１】
次に更なる別実施例を説明する。
図３は図２の変形例を説明する図であり、この溶接ガン１０Ｃは、連結部材１２において、テーパ面（円錐面）１９を外側へ凸になるように、半径Ｒ１で膨出させ、砲弾形状にしたことを特徴とする。他の要素は図２と同一であるため符号を流用して、説明は省略する。
【００３２】
砲弾形であれば基部が、電極ロッド１３の軸線２１にほぼ平行になり、基部に雄ねじ部１７を設ける場合には、雄ねじ部１７と円錐面１９とを滑らかに繋ぐことができる。
【００３３】
図４は図２の更なる変形例を説明する図であり、溶接ガン１０Ｄは、連結部材１２において、テーパ面（円錐面）を内側へ、半径Ｒ２で窪ませ、鼓（正確には鼓の半分）形状にしたことを特徴とする。他の要素は図２と同一であるため符号を流用して、説明は省略する。
鼓形であれば、円錐面１９が内側へ窪んでいる分だけ、軽量化が図れる。
【００３４】
尚、以上の説明から明らかなように、連結部材１２は、単品の他、複数の部品の組合せ体であってもよい。複数の部品を組合せる場合は、図１で説明したように、構成部品の全てがガンアームに向かって断面積が増加するテーパ形状にすることが望ましい。
【００３５】
また、本発明は、車体の製造ラインに配置するスポット溶接機に装備する溶接ガンに好適であるが、溶接ガンは他の用途に適用することは差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、車体の製造ラインに配置するスポット溶接機に装備する溶接ガンに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る溶接ガンの側面図である。
【図２】図１の別実施例を説明する図である。
【図３】図２の変形例を説明する図である。
【図４】図２の更なる変形例を説明する図である。
【図５】従来の技術の基本構成を説明する図である。
【図６】溶接ガンの検討図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…溶接ガン、１１…ガンアーム、１２…連結部材、１３…電極ロッド、１６…収納凹部、１９…円錐面。
【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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【図６】
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