(57)【要約】【課題】一方のチップ（電極）をパネルに形成された作業穴から挿入しなければ溶接できない場合に、その作業穴を可及的に小さいものとする。【解決手段】下側のチップ７が装着されたホルダ１４を、ヒンジピン１５を介してロッド本体１３に回転可能に支持させる。ロッド本体１３とホルダ１４およびチップ７の三者を一直線状に揃えた状態でパネルＷの作業穴Ｈに挿入する。挿入後に、ホルダ１４を回転させて下側のチップ７と上側のチップ１２を対向させてスポット溶接を施す。【選択図】  図６
2004306096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する一対の電極で被溶接物を加圧挟持した上でそれら電極間に通電することによりスポット溶接を施すようにしたスポット溶接ガンであって、
一方の電極を、その電極を支持している支持体に対し該電極の軸心と直交する軸線周りに回転可能としたことを特徴とするスポット溶接ガン。
【請求項２】
一方の電極は、他方の電極と対向することになる溶接位置と支持体と同一軸線上に位置することになる待機位置との間で回転可能となっている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】
支持体には、その一方の電極が溶接位置にある状態で該一方の電極の一部と密着して加圧力を負担する受圧ショルダー部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のスポット溶接ガン。
【請求項４】
支持体は、一方の電極を支持するホルダと支持体本体とから構成されていて、ホルダが支持体本体に対して回転可能となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスポット溶接ガン。
【請求項５】
一方の電極が、支持体に付設したワイヤを介して遠隔操作にて回転駆動されるようになっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスポット溶接ガン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスポット溶接ガンの改良に関し、特に自動車の車体パネル等の溶接に際して作業穴に挿入した状態で溶接するのに好適な特殊形状のスポット溶接ガンの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車体パネル等の溶接に際し、溶接部位によっては予め設定した作業穴にスポット溶接ガンを挿入した状態でなければ溶接できないことがあり、そのための特殊形状のスポット溶接ガンとして例えば特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
この従来の技術では、先端に一方のチップ（電極チップ）を有する略Ｃ字状のガンアームをパネルに形成された作業穴に対しその上方から挿入した上で水平方向に所定量だけシフト動作させ、次いで上方で待機していた他方のチップを上記一方のチップと突き合わせるようにしてパネルを加圧挟持しつつ通電することでスポット溶接を施すようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−９６３８０号公報  （図９）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の技術では、基本的にはいわゆるＣ型スポット溶接ガンの延長線上にあるものと理解され、略Ｃ型のガンアームをそのままの姿勢で作業穴に挿入することになるため、必然的に作業穴が大きさが大型化する傾向にある。この作業穴は、その作業穴がなければ溶接することができない溶接部位のために予め形成されているものであるから、作業穴が大きくなればなるほどパネルの強度ひいては車体強度が低下することとなって好ましくない。また、上記作業穴の影響でパネルもしくは車体の必要強度を維持することができないような場合には、打点位置の見直しとともに車体造形上の制約を伴うことになり、なおも改善の余地を残している。
【０００６】
本発明は以上のような課題に着目してなされたものであり、小さな作業穴であっても十分に所期の目的を達成することができるようにしたスポット溶接ガンを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、互いに対向する一対の電極で被溶接物を加圧挟持した上でそれら電極間に通電することによりスポット溶接を施すようにしたスポット溶接ガンであって、一方の電極を、その電極を支持している支持体に対し該電極の軸心と直交する軸線周りに回転可能としたことを特徴とする。
【０００８】
この場合、請求項２に記載のように、一方の電極は、他方の電極と対向することになる溶接位置と支持体と同一軸線上に位置することになる待機位置との間で回転可能となっていることが、作業穴への挿入時に投影面積の縮小化の上で望ましく、同時に、請求項３に記載のように、支持体には、その一方の電極が溶接位置にある状態で該一方の電極の一部と密着して加圧力を負担する受圧ショルダー部が設けられていることが回転ヒンジ部での負担軽減の上で望ましい。
【０００９】
また、請求項４に記載のように、支持体は、一方の電極を支持するホルダと支持体本体とから構成されていて、ホルダが支持体本体に対して回転可能となっていることが強度上有利であり、さらに請求項５に記載のように、一方の電極が、支持体に付設したワイヤを介して遠隔操作にて回転駆動されるようになっていることが全体のコンパクト化の上で望ましい。
【００１０】
したがって、請求項１，２に記載の発明では、溶接に先立って、一方の電極の回転自由度を利用してその一方の電極を例えば支持体と同一軸線上位置させ、その状態で作業穴に挿入する。一方の電極が支持体と同一軸線上にあることは一方の電極を含む支持体の投影面積を最小化できることにほかならず、したがって作業穴の大きさはその一方の電極と同一軸線上にある支持体を受容できる大きさであれば十分ということになる。
【００１１】
支持体を作業穴に挿入後、一方の電極を回転させるとその電極は他方の電極と対向するかたちとなることから、その状態で被溶接物を加圧挟持した上で通電して溶接を行う。溶接後、再び一方の電極を支持体と同一軸線に位置するまで回転させた上で、作業穴から抜き取る。以上により、たとえ作業穴を最小化したとしても、その作業穴と支持体および一方の電極との干渉を確実に回避できるようになる。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、一方の電極を、その電極を支持する支持体に対して回転可能な構造としたので、相手側の作業穴に一方の電極を挿入する際のその電極および支持体の投影面積を最小限まで小さくすることができるとともに、それに応じて作業穴の大きさも最小化することができる。その結果、被溶接物への強度低下の影響が少なくなり、特に自動車の車体パネル等の溶接に際してその設計自由度および柔軟性が飛躍的に高くなる効果がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１以下の図面は本発明の好ましい実施の形態を示しており、特に図１，２はその全体の概略構造を示している。
【００１４】
図１，２に示すように、溶接ロボットのアーム１先端のリスト部２には回転可能なバレル３が連結されており、このバレル３内に図２に示すようなスポット溶接ガン４が収容配置されている。
【００１５】
スポット溶接ガン４は、図２に示すように水平なブラケット５の下面に支持体である角柱状のロッド（ガンアームに相当するもの）６を鉛直姿勢にて固定するとともに、その先端に下側電極であるチップ７を装着してあり、さらにブラケット５の上面には、後述するようにチップ７を回転駆動させるためのアクチュエータとして機能するミニチュアタイプのスイングシリンダ（例えばエアシリンダ）８，９を二つ並べて配置してある。さらに、ブラケット５上にはスイングシリンダ８，９に隣接するようにエアシリンダあるいは電動モータ等の加圧アクチュエータ１０を設けてあり、ブラケット５の下方に突出しつつその加圧アクチュエータ１０の作動に応じて上下動することになるロッド１１の先端には上側電極であるチップ１２を装着してある。すなわち、図２の状態にあるかぎりロッド６はスタッドガンタイプのごとき形態をなしている。
【００１６】
ロッド６は、支持体本体たるロッド本体１３とその下端のホルダ１４とに分割されていて、そのホルダ１４に下側電極であるチップ７が装着されているとともに、ホルダ１４はロッド本体１３に対しヒンジピン１５を介して回転可能に連結されている。すなわち、ホルダ１４はチップ７の軸心に対し直交関係にあるヒンジピン１５を介して１８０度回転可能となっていて、ホルダ１４が一方の回転限位置である待機位置Ｐ１にあるときには、ロッド本体１３とホルダ１４の端面同士が密着してそのロッド本体１３とホルダ１４およびチップ７の三者が同一軸線上に位置している一方（図３参照）、ホルダ１４が反対側の回転限位置まで反転して図４の溶接位置Ｐ２にあるときには、同図に示すようにホルダ１４がロッド本体１３の側面に密着してそのホルダ１４およびチップ７の軸心がロッド本体１３の軸心と平行となり、且つまたチップ７が上側のチップ１２と同一軸線上に位置して初めてそのチップ１２と対向するように設定されている（図６の（Ｂ）参照）。
【００１７】
図２，３に示すように、ロッド本体１３の下部側面には一部にテーパ面を含む段状の受圧ショルダー部１６が形成されている一方、これに対応してホルダ１４の一側面１４ａにも段状部１７が形成されている。そして、図４に示すようにホルダ１４がチップ７とともに溶接位置Ｐ２まで回転して反転姿勢となったときには、段状部１７を含むホルダ１４の一側面１４ａの全面がロッド本体１３の下部側面に噛み合うようにして密着することになる。このようにホルダ１４の一側面１４ａの全面がロッド本体１３の下部側面に密着することによりその一部が給電通路の一部として機能するとともに、段状部１７と受圧ショルダー部１６が密着することにより、チップ７，１２同士が被溶接物であるパネルＷを加圧挟持したときの加圧力を受圧ショルダー部１６が負担して、ヒンジピン１５に過大な力が加わらないように考慮されている。
【００１８】
図２から明らかなように、ロッド本体１３内にはプル操作を目的とした二本のワイヤ１８，１９が設けられていて、各ワイヤ１８，１９の一端はスイングシリンダ８，９のピストンロッド８ａ，９ａにそれぞれ連結されている。他方、各ワイヤ１８，１９の反対側の端末部１８ａ，１９ａは図７に示すようにそれぞれホルダ１４に連結されている。すなわち、一方のワイヤ１８の端末部１８ａはロッド本体１３の下部に設けたプーリ２０およびヒンジピン１５の一部をプーリとして有効利用するべこれを経由してホルダ１４に連結されていて、もう一方のワイヤ１９の端末部１９ａは直接ホルダ１４に連結されている。
【００１９】
したがって、図２の状態からスイングシリンダ８を収縮動作させてワイヤ１８を牽引すなわちプル操作すればそれに応じてホルダ１４がチップ７とともに図４の溶接位置Ｐ２まで回転し、同時に他方のワイヤ１９およびスイングシリンダ９はホルダ１４の動きに追従することになる。同様に、ホルダ１４を図３の待機位置Ｐ１に戻すべく他方のスイングシリンダ９を収縮動作させたときには、ワイヤ１９がプル操作されるのに伴い他方のワイヤ１８とスイングシリンダ８がホルダ１４の動きに追従することになる。
【００２０】
なお、各ワイヤ１８，１９はロッド本体１３内に形成した図示外の貫通孔をもって配索されていて、ロッド本体１３との間で絶縁処理が施されている。
【００２１】
また、図３に示すように、」ホルダ１４の一側面１４ａおよびロッド本体１３の下部側面にはオートカプラと称されるカプラ２３，２５がそれぞれに設けられている。より詳しくは、図３のほか図６に示すようにロッド本体１３内に供給側冷却水管路２１と戻り側冷却水管路２２が設けられていて、各管路２１，２２の端末部が一対の雄側カプラ２３をもってロッド本体１３の下部側面に臨んでいる。その一方、チップ７内の冷却水管路２４の端末部が一対の雌側カプラ２５をもってホルダ１４の一側面１４ａに臨んでいて、これらの雄側カプラ２３および雌側カプラ２５は図６に示すようにホルダ１４が溶接位置Ｐ２に位置決めされた時点で互いに嵌合するようになっている。
【００２２】
なお、これらの雄側カプラ２３および雌側カプラ２５は通常はその通路が閉塞されている一方で、両者が正しく嵌合すると自律的にその通路を開く公知の構造のものであり、これによりホルダ１４が溶接位置Ｐ２に位置決めされた状態では、供給側冷却水管路２１および戻り側冷却水管路２２を通してチップ７と図示外の冷却水源との間のを冷却水が循環してそのチップ７を強制冷却するようになっている。また、雄側カプラ２３と雌側カプラ２５との嵌合もしくは離脱に要する力は、ワイヤ１８，１９の牽引によるホルダ１４の回転力によって付与される。
【００２３】
このように構成されたスポット溶接ガン４によれば、例えば図５に示すように被溶接物であるパネルＷに形成された作業穴Ｈに支持体であるロッド６を挿入した上でその作業穴Ｈに近い打点Ｑを溶接位置としてスポット溶接を施す場合には、同図に示すようにホルダ１４を下側のチップ７とともに待機位置Ｐ１に位置させた状態、すなわちロッド本体１３とホルダ１４およびチップ７の三者が同一軸線上に位置している状態で、図６の（Ａ）に示すように作業穴Ｈの真上に位置させたロッド６を溶接ロボットの動きにより作業穴Ｈから挿入する。なお、このときには図２に示した一方のスイングシリンダ９が収縮状態にあり、他方のスイングシリンダ８が伸長状態にある。
【００２４】
図６の（Ａ）に示すようにロッド６が作業穴Ｈに所定量だけ挿入されたならばその位置で一旦停止させ、図２に示したスイングシリンダ８を収縮動作させて一方のワイヤ１８をプル操作する。ワイヤ１８のプル操作によりワイヤ１８が牽引されると、図７の（Ａ），（Ｂ）に示すようにホルダ１４がチップ７とともにヒンジピン１５を回転中心として反時計回り方向に徐々に回転動作（スイング動作）する。このホルダ１４の回転変位に追従してもう一方のワイヤ１９が牽引されることから、図２に示したスイングシリンダ９は徐々に伸長動作する。
【００２５】
ワイヤ１８が限界まで牽引されると、図４および図６の（Ｂ）に示すようにホルダ１４は元の状態（図３および図６の（Ａ）の状態）から丁度１８０度回転した反転姿勢となり、ロッド本体１３の下部側面とホルダ１４の一側面１４ａが密着することから、チップ７はホルダ１４とともに溶接位置Ｐ２に位置決めされ、ワイヤ１８の牽引張力によってその位置決め状態を自己保持することになる。すなわち、この時点で初めて上下のチップ７，１２同士が対向するかたちとなる。
【００２６】
この溶接位置Ｐ２での位置決め状態では、ロッド本体１３側の受圧ショルダー部１６にホルダ１４側の段状部１７が密着して通電可能な状態になるとともに、雄側カプラ２３と雌側カプラ２５が互いに嵌合することでチップ７には冷却水が供給されて循環すなわち強制冷却されるようになる。
【００２７】
ホルダ１４がチップ７とともに溶接位置Ｐ２に位置決めされたならば、溶接ロボットはチップ７がパネルＷの裏面に当接するまでロッド６を所定量だけ上昇動作させる一方、これと相前後して図２に示した加圧アクチュエータ１０が作動して上側のチップ１２を下降させ、その上側のチップ１２を下側のチップ７に向けてアプローチ動作させる。これにより、双方のチップ７，１２同士がパネルＷを加圧挟持することから、所定のタイミングでの点弧をもってそのチップ７，１２同士の間に通電されることで図５に示した打点Ｑについてのスポット溶接が施される。
【００２８】
この溶接時におけるチップ７，１２同士の加圧力は、ホルダ１４側の段状部１７と密着しているロッド本体１３側の受圧ショルダー部１６が負担することになるので、その下方のヒンジピン１５による連結部に過大な力が加わることがなく、また、ホルダ１４の一側面１４ａ全面がロッド本体１３に密着することになるので、下側のチップ７の剛性も良好なものとなるとともに、通電時の電蝕も未然に防止できるようになる。
【００２９】
スポット溶接が完了したならば、上側のチップ１２を上昇動作させる一方、ロッド６を所定量だけ下降させた上で、先の場合と逆の手順でホルダ１４をチップ７とともに待機位置Ｐ１に戻す。すなわち、スイングシリンダ９を収縮動作させることでワイヤ１９をプル操作し、ホルダ１４を図６の（Ｂ）の時計回り方向に回転動作させて図７の（Ｂ），（Ａ）の順でホルダ１４をチップ７とともに図３および図６の（Ａ）の待機位置Ｐ１に戻す。このときには、反対側のワイヤ１８およびスイングシリンダ８がホルダ１４の回転変位に追従動作する。また、ホルダ１４が時計回り方向に回転し始める直前に雄側カプラ２３および雌側カプラ２５の通路がそれぞれ自律的に閉塞される。
【００３０】
ホルダ１４が図６の（Ａ）に示す待機位置Ｐ１に戻ったならば、溶接ロボットはロッド６を作業穴Ｈからその真上に抜き出し、以上をもって１サイクルの溶接動作を完了する。
【００３１】
このように本実施の形態によれば、実際のスポット溶接時（図６の（Ｂ）の状態）における下側のチップ７を含むロッド６の投影面積（水平面内での投影面積）は作業穴Ｈの形状よりも大きいにもかかわらず、作業穴Ｈへの挿入時および作業穴Ｈからの引き抜き時にはその投影面積はロッド６だけのものとして（図６の（Ａ）の状態）、作業穴Ｈの形状よりも小さくすることができる。その結果として、作業穴Ｈの大きさとしてはロッド６の輪郭形状よりもわずかに大きいものとするだけで所期の目的を達成できることになり、作業穴Ｈを形成することに伴うパネルＷの強度の低下を未然に防止することができる。
【００３２】
なお、上記スポット溶接ガン４による溶接の特異性を考慮すると、同スポット溶接ガン４が多数の打点を連続的に溶接することはないから、冷却水による強制冷却は必ずしも必要としない。
【００３３】
ここで、発明の効果の欄に記載した以外の本実施の形態の主要な効果をその発生要因とともに列挙すれば次の通りである。
【００３４】
（１）下側のチップ７を直接ロッド６に回転可能に支持させることなく、そのチップ７を装着したホルダ１４をロッド本体１３に対し回転可能に支持させているので、溶接時に必要なチップ７側での剛性を十分に確保することができる。
【００３５】
（２）作業穴Ｈへのロッド６の挿入および引き抜きの際には、ロッド本体１３とホルダ１４および下側のチップ７の三者が一直線状に並ぶように配置しているので、ロッド６の投影面積ひいては作業穴Ｈの大きさのより一層の縮小化が可能となる。
【００３６】
（３）下側のチップ７の回転動作はワイヤ１８，１９による遠隔操作方式のものとしたので、回転を司る部分の構造を小型化でき、作業穴Ｈの大きさの一層の縮小化に寄与できる。
【００３７】
（４）回転式としたチップ７にカプラ２３，２５を介して冷却水を供給して強制冷却するようにしているので、その冷却性能の向上により溶接品質も一段と良好なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す図で、溶接ロボットに持たせたスポット溶接ガンの概略説明図。
【図２】図１に示したスポット溶接ガンの詳細を示す斜視図。
【図３】図２の要部拡大図。
【図４】図３の状態から下側のチップを回転させて反転姿勢としたときの斜視図。
【図５】パネルに形成された作業穴とスポット溶接ガンとの関係を示す要部斜視図。
【図６】（Ａ），（Ｂ）ともに図３に示したスポット溶接ガンの作動説明図。
【図７】（Ａ），（Ｂ）ともに図６の（Ａ）から同図（Ｂ）に至る過程の作動説明図。
【符号の説明】
４…スポット溶接ガン
６…ロッド（支持体）
７…下側のチップ（下側電極）
８，９…スイングシリンダ
１０…加圧アクチュエータ
１２…上側のチップ（上側電極）
１３…ロッド本体（支持体本体）
１４…ホルダ
１５…ヒンジピン
１６…受圧ショルダー部
１８，１９…ワイヤ
Ｈ…作業穴
Ｐ１…待機位置
Ｐ２…溶接位置
Ｗ…パネル（被溶接物）
【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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【図７】
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