JP2007075987A - 要素を部品に締結するための締結工具及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】改善されたサイクル時間を達成することができる締結工具を提供すること。
【解決手段】要素（１８）を保持するための保持装置（１６）を有する、要素（１８）を部品に締結するための締結工具（１０）が開示され、この保持装置（１６）は、保持された要素（１８）を部品に締結するために、締結用駆動装置（２０）によって締結工具ハウジング（１２）に対して締結方向（２２）に沿って移動させることができる。この工具において、締結工具ハウジング（１２）（図１）の移動の際に、保持装置（１６）を所定位置に保持するために、抑制手段（３２）が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、要素を保持するための保持装置を有する、要素を部品に締結するための締結工具に関し、この保持装置は、保持された要素を部品に締結するために、締結駆動装置を用いて締結工具ハウジングに対して締結方向に沿って移動させることができる。

この種類の締結工具は、ＤＥ１０２ ２３ １４７ Ａ１号から周知である。
この文脈において、「締結する」という用語は、例えば、接着結合、リベット締結のような成形、又は、短時間アーク溶接を含む溶接のような材料の結合によって、要素を部品に取り付けるための、特に金属要素を金属部品に取り付けるための全ての方法を指すように意図される。

短時間アーク溶接は、スタッドがこの方法で溶接される唯一の物品でないにもかかわらず、スタッド溶接と呼ばれることが多い。
スタッド溶接は、これに限るものではないが、主として自動車製造において用いられる。この文脈において、ねじ、目穴、ナット等を持つ金属スタッド及びこれらを備えた及びそれらを備えていない金属スタッドのような金属要素が、車両本体の薄板上に溶接される。次に、金属要素は、例えば、乗員室の取付具、ライン、配線等を本体金属に取り付けるための固定具又は取り付け要素として働く。

従来技術の締結工具において、締結駆動装置は、線形電気モータ、又は、ソレノイド及びばねの組み合わせのどちらかとして設計される。
保持装置は、通常、半径方向に弾力的に拡張することができる一体型チャックから成る。

一般に、要素は、スタッド・シャンクより直径が多少大きいヘッドを有するスタッドを溶接する。従来技術のシステムにおいて、スタッドは、圧縮空気を用いて、適切な供給装置の管を通して締結工具に供給される。この文脈において、スタッドは、後ろから「頭から先に」チャック内に運ばれる。このプロセスにおいて、スタッドは、通常、中から、しかし中を貫通することなく、チャックに当たる。次に、同軸線に配置されたローティング・ピンが作動されて、スタッドを押し、よってスタッドは、後ろからチャックを通して前方に供給される。ヘッドが通過するとき、チャックは、半径方向に弾力的に拡張される。次に、チャックは、スタッドのシャンクの周りに弾力的にスナップ閉じされ、ローディング・ピンの行程によって決定される位置にスタッドを保持する。

この種類の締結工具は、例えば、ロボットに取り付けることができる。
前述のＤＥ１０２ ２３ １４７ Ａ１号から周知の締結工具は、スタッドの供給に関して異なる原理に従って作動する。この設計において、締結工具は、回転軸線を中心に回転できるようにキャリアに取り付けられる。スタッドは、供給機構によってキャリア上の移送部に運ばれる。この移送部は、締結工具が該移送部に向けて回転し、そこに準備ができた状態で保持されたスタッドを得ることができるように配置される。ここで、スタッドは、「シャンクが先の」位置に準備ができた状態で保持され、そのシャンクは、締結工具の保持装置によって把持される。

次の締結作業の間、締結工具は、溶接位置まで回転軸線を中心に回転される。
これに続いて、締結作業（スタッド溶接作業）が行われる。次に、締結工具は、移送部に向けて再び回転され、ここで、一時的に別のスタッドの準備がなされる。付加的なスタッドを受け取り、別の締結作業が行われる。
この種の締結システムにおいて高速のサイクル時間を達成するために、溶接位置から移送部に、そして再び元の溶接位置に締結工具を迅速に回転させることが望ましい。

その際に生じる遠心力は非常に大きいものになるので、保持装置が締結工具のハウジグに対して移動する。
このことは、締結工具の回転速度を低減させることによって防止することができる。しかしながら、このことは、サイクル時間に悪影響を与える。

スタッドが後ろからチャックを通して供給される上述の締結システムもまた、この問題に苦しむ場合がある。しかしながら、こうしたシステム内の締結工具がロボットによって移動されるとき、一般的には、締結工具が、締結方向と垂直な回転軸線を中心に回転される場合のように、締結方向の直接的な運動は生じない。

したがって、本発明の目的は、改善されたサイクル時間を達成することができる締結工具を特定することである。

この目的は、締結工具ハウジングの移動中に保持装置を所定位置に保持するための抑制手段が設けられたという点で、上述の締結工具において達成される。
上記の目的は、締結されることになる要素が、締結工具のハウジングに対して移動可能な締結工具の保持装置によって受け入れられ、締結工具が続いて締結位置に移動され、保持装置が、この移動の際に抑制手段によってハウジングに対して所定位置に保持される、特にスタッド溶接のための、要素を部品に締結する方法によってさらに達成される。

この点で、締結工具ハウジングの移動の際に締結駆動装置が駆動され、保持装置を所定位置に保持する抑制手段を実装することができる。しかしながら、これには、締結駆動装置が、特に締結工具の回転運動の際に、締結工具ハウジングに対して保持装置の位置を連続的に制御することが必要である。このことは、高い電力消費、よって大量の熱発生につながる。

これを防止するために、抑制手段が、例えば、ボー・キャッチのような機械的解決法の別個の手段から構成されることが好ましい。
この解決法において、保持装置は、ボールキャッチによって所定位置に保持される。保持装置をこの位置から移動させるために、次に、締結駆動装置が幾分大きい力を加えて、ロックを解除する必要がある。
一般に、例えば、空気圧式クランプ・シリンダのようなクランプ・シリンダ等のクランプ手段を提供することも可能である。しかしながら、これは、付加的なエネルギー源（空気圧源）を必要とすることが多い。

したがって、抑制手段が、締結工具ハウジングに取り付けられた磁石と、保持装置に取り付けられた磁気的にやわらかい電機子部品を有し、該電機子部品が、所定位置において磁石に支えられていることは、特に有利である。
磁石は、比較的経済的な部品であり、比較的単純設計の手段で締結工具内に組み込むことができる。さらに、通常、磁石は保守に手がかからない。

磁石を永久磁石とすることは特に有利である。
この場合、磁石のために別個のエネルギー源を必要としない。さらに、永久磁石の耐用寿命は長く、保守を必要としない。
永久磁石がＮｄＦｅＢで作られていることは特に好ましい。
こうした材料でできた又はこうした材料から作られた永久磁石は、比較的小さい全体積で比較高い保持力を発生させることができる。

さらに、この材料は、永久磁石と電機子部品との間の空隙が非常に少ないとき、好ましくはゼロに近づくときに比較的高い保持力を発生させるだけである。わずかな空隙があっても、永久磁石、特にＮｄＦｅＢで作られた永久磁石の磁力の力が急速に減少する。

したがって、締結駆動装置は、締結作業中に保持装置を所定位置から移動させるために、比較的短い時間、大きな力をかけることを必要とするにすぎない。
別の好ましい実施形態によると、磁石と電機子部品との間の空間が環境からカプセル封入される。

本発明の締結工具は、比較的粗い環境で用いられることが多いので、異物が空間内に入るリスクがある。
その結果、異物により、電機子部品が所定位置で磁石に接すること、又は、空隙がゼロに近づくことが防止されることがある。その結果、これにより、磁石が必要な保持力を及ぼすことができないという結果がもたらされる可能性がある。

この空間をカプセル封入することで、作業中に異物が空間に入ることができないという結果が達成され得る。したがって、かなり長い作業時間にわたってさえ均一に高い保持力を達成することができる。
電機子部品を、ピストンの一部とすること、特に、カプセル封入されたシリンダ・ハウジング内に案内されるピストンを構成することは、特に有利である。
このように、比較的少数の部品を用いて磁気抑制手段のカプセル封入を達成することができる。

別の好ましい実施形態によると、磁石が、シリンダ・ハウジングの一部を構成する。
この実施形態においても、部品の数を減らすことができる。
さらに、少なくとも１つのフィルタによって、磁石と電機子部品との間の空間を環境からカプセル封入することが好ましい。

この実施形態において、電機子部品が磁石の方向に移動されるとき、空気のような流体媒体が、フィルタを通して環境に漏れることがある。電機子部品が磁石から遠ざかるように移動されるとき、流体媒体は、フィルタを通して空間に入ることができる。したがって、締結駆動装置による作動運動の際に媒体を圧縮する必要がない。フィルタの結果、異物が空間に入ることが防止される。

別の好ましい実施形態によると、磁石が、締結駆動装置からある距離をおいて、締結工具のハウジング内に配置される。
この実施形態は、有利なことに、抑制磁石が、例えば、ソレノイド又は線形電気モータのような磁力に基づいて作動することが多い締結駆動装置の適切な作業を妨害しないことを可能にする。

全体的に、本質的に磁化できない結合要素によって、電機子部品を保持装置に取り付けることは、さらに有利である。
この実施形態において、結合要素は、磁気抑制手段と、一般に保持装置と直接関連付けられた締結駆動手段との間の「磁気絶縁体」として働く。

勿論、上述の特徴及び以下に説明される特徴は、与えられた特定の組み合わせにだけ用いる必要はなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせで又は単独で用いることもできる。
本発明の例示的な実施形態が、図面に示され、以下の説明において詳細に説明される。

図１において、本発明の締結工具の第１の実施形態が、全体を１０で示される。
締結工具１０は、回転軸線１４を中心に回転できるように取り付けられたハウジング１２を有する。
この締結工具１０は、一般に、特許文書ＤＥ１０２ ２３ １４７ Ａ１号に記載されるように設計することができる。この文書の開示は、引用によりここに組み入れられる。
ここで説明されるように、締結工具１０は、回転駆動装置によって回転軸線１４を中心に回転し、該締結工具１０を、締結されることになる要素１８を受けるための移送部と締結位置との間で回転させることができる。

溶接スタッドのような、要素１８のための保持装置１６も、締結工具１０上に設けられる。保持装置１６は、駆動装置２０によって締結運動軸線２２に沿って移動させることができる。
締結運動軸線２２は、回転軸線１４に対して横方向に延びており、該回転軸線１４と交差するか、又は、該回転軸線１４に対して傾斜することができる。
保持装置１６は、付加的に、回転軸線２６Ａ、２６Ｂを中心に回転可能なように取り付けられた２つのジョー２４Ａ、２４Ｂを有する。回転軸線２６Ａ、２６Ｂは、締結運動軸線２２に対して横方向に、かつ、好ましくは回転軸線１４に対しても横方向に配向される。

要素１８を保持又は解放するために、ジョー２４Ａ、２４Ｂを開閉するためのアクチュエータ２８が、保持装置１６上に設けられる。
回転軸線１４を中心に締結工具１０のハウジング１２が回転運動する際、締結運動軸線２２に平行な遠心力３０が、保持装置１６に作用する。言い換えれば、保持装置１６は、ハウジングの回転運動の際、遠心力３０によってハウジング１２から押し出される。
ハウジング１２に対する保持装置１６の所定位置が、そのプロセスで失われることがある。

これを防ぐために、抑制手段３２が設けられ、ハウジング１２の回転運動の際に保持装置１６を所定位置に保持する。所定位置が図１に示され、これは、例えば、保持装置１６が限度いっぱいハウジング１２内に後退される完全引っ込み位置に対応する。
この所定位置において、締結工具と保持装置１６によって保持される要素１８が占める空間が最小にされる。このため、ハウジング１２は、限られた空間の条件のもとでさえ、依然として回転軸線を中心に回転運動を行うことができる。

抑制手段３２は、ハウジング１２に取り付けられた永久磁石３４を有する。さらに、抑制手段３２は、保持装置１６に取り付けられた、磁気的にやわらかい、つまり磁化可能な電機子部品３６を有する。
この場合、永久磁石３４は、駆動装置２０からある距離をおいてハウジング１２内に配置される。これは、駆動装置２０もまた、電気ソレノイド又は線形電気モータのような、磁気的に作動する駆動装置とすることができるためである。

この方策は、永久磁石３４が発する磁場が、駆動装置２０の適切な作動を妨害しないことを保証する。
この場合、電機子部品３６は、保持装置１６の後端に取り付けられた、すなわち回転軸線１４の方向を指し示す電機子バーとして具体化される。
所定位置において、電機子バー３６の自由面は、永久磁石３４に当接する。永久磁石３４は、電機子部品３６を磁化し、これらの間に強い磁力が生じる。図１において、これらの力は、３８として概略的に示される。

これらの磁力３８は、遠心力３０と正反対のものである。
永久磁石３４は、例えば、ＮｄＦｅＢから作ることができる。この種類の永久磁石は、該永久磁石と電機子部品との間の空隙が非常に小さいとき、理想的にはゼロに近づくか又はまさにゼロであるとき、磁石の全体積が小さいときでさえ、磁気的にやわらかい電機子部品３６上に比較的大きな力を及ぼす。
空隙が増大するにつれて、磁力３８は急激に減少する。

したがって、締結作業のための保持装置１６を所定位置から移動させるため、又は、要素を移送部から受け入れるため、駆動装置２０は、磁力３８に打ち勝つことができる大きい力を比較的短い距離だけ及ぼし、電機子部品３６を永久磁石３４から解放することを必要とするにすぎにない。

これらの間に些細ではない空隙が確立されるやいなや、駆動装置２０は、磁力３８に本質的に影響を受けずに作動することができる。
電機子部品３６と永久磁石３４との間の空間をカプセル封入するために、ハウジング１２に対して電機子部品３６をシールすることが有用である。
磁化された電機子部品（保持装置１６の所定位置における）からの磁力が、駆動装置２０上に働くのを防止するために、最初に磁化可能でないロッドを保持装置１６の後部に取り付け、永久磁石３４との接触のために磁気的にやわらかい部品を該ロッドの端部に取り付けることも可能である。

図２及び図３は、本発明の締結工具１０の別の代替的な実施形態を示す。付加的な実施形態は、構造及び作動の様式に関して、概ね図１からの締結工具１０に対応する。したがって、同様の要素は、同様の参照番号で表記される。相違点だけが以下に記載される。
図２及び図３の締結工具１０において、磁気抑制手段３２が、カプセル封入された設計を有する。このために、抑制手段３２は、好ましくは磁化することができないピストン・ロッド４２が保持装置１６に取り付けられたピストン／シリンダ構成４０を有する。このピストン／シリンダ構成４０はまた、ピストン４６が移動可能なように支持されたシリンダ・ハウジング４４も有する。ピストン４６は、シール４８によってシリンダ・ハウジング４４内にシールされ、該シリンダ・ハウジング４４の内部容積を第１のシリンダ・チャンバ５０と第２のシリンダ・チャンバ５２に分ける。

この場合、シリンダ・ハウジング４４の一面は、永久磁石３４で構成されている。図３に示される所定位置において、ピストン４６は、直接、永久磁石３４に支えられている。この文脈において、ピストン４６の少なくとも一部が、磁気的にやわらか電機子部品３６として設計される。
示される保持装置１６の所定位置において、ピストン４６は、永久磁石３４に支えられている。ここでは、第１のシリンダ・チャンバ５０が最小にされる。
第１のシリンダ・チャンバ５０は、付加的に、例えば、シリンダ・ハウジング４４に、又は、該シリンダ・ハウジング４４内に取り付けることができるフィルタ５４を通して環境に通じている。

駆動装置２０（図２及び図３に示されていない）が保持装置１６を示される所定位置から移動している限り、空気がフィルタ５４を通して第１のシリンダ・チャンバ５０に吸い込まれ、第２のシリンダ・チャンバ５２が減少される。プロセスの間、フィルタ５４は空気からの異物をろ過し、よってこれらの粒子がピストン４６と永久磁石３４との間に入ることを防止する。
第２のシリンダ・チャンバ５２内の異物は重要ではないが、第２のシリンダ・チャンバ５２のための対応する解決法を提供することもできる。この場合、第２のシリンダ・チャンバ５２もまた、直接、通気孔（図示せず）を通して環境に通じている。

本発明の方法を実行するために、ハウジング１２は、最初に、スタッド１８を移送する準備ができた移送位置（図示せず）に回転される。回転の際、保持装置１６は所定位置にあり、磁力３８によって保持される。その結果、回転は高速で行われる。抑制手段３２のために、プロセスにおいて生じる高遠心力３０により、保持装置１６がハウジング１２から移動されない。
移送位置において、次に、保持装置１６は、ジョー２４Ａ、２４Ｂが開いた状態で、駆動装置２０によってハウジング１２から拡張される。

次に、ジョー２４Ａ、２４Ｂが閉じられ、準備ができた要素（スタッド）を把持する。
次に、保持装置１６が、駆動装置２０によって、図１に示される所定位置に再び移動される。その後、又はすぐ前でも、ハウジング１２が、今度は締結位置に再び回転される。この回転の際、保持装置１６は、磁気抑制手段３２によって再び保持される。この回転も高速で行われる。

締結位置において、次に、スタッド溶接プロセス又は他の締結作業が行われる。ここで、保持装置１６は、要素１８を、車の本体パネル又は類似した品目のような部品（図示せず）に締結する（例えば、スタッド溶接、接着結合、リベット締結などによって）ために、締結軸線２２に沿って駆動装置２０によって移動される。
締結プロセスが完了すると、ジョー２４Ａ、２４Ｂが開けられ又は解放され、ハウジング１２を再び移送位置の方向に回転させることができる。この回転の開始時又はその前に、保持装置１６が、図１に示される所定位置に再び後退される。
次に、次に用意ができた要素を把持し、プロセスが繰り返される。

本発明の実施形態による締結工具を概略的に示す。 本発明の別の実施形態による締結工具の一部を概略的に示す。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。

符号の説明

１０：締結工具
１２：ハウジング
１６：保持装置
１８：要素
２０：駆動装置
２４Ａ、２４Ｂ：ジョー
３０：遠心力
３２：抑制手段
３４：永久磁石
３６：電機子部品
３８：磁力

Claims (11)

1. 要素（１８）を保持するための保持装置（１６）を有し、保持された要素（１８）を部品に締結するために、締結用駆動装置（２０）を用いて締結工具ハウジング（１２）に対して締結方向（２２）に沿って移動させることができる、要素（１８）を部品に締結するための締結工具（１０）であって、前記締結工具ハウジング（１２）の移動の際に前記保持装置（１６）を所定位置に保持するための抑制手段（３２）を備えることを特徴とする締結工具。
2. 前記抑制手段（３２）は、前記締結工具ハウジング（１２）に取り付けられた磁石（３４）と、前記保持装置（１６）に取り付けられた磁気的にやわらかい電機子部品（３６）とを有し、前記電機子部品（３６）が、前記所定位置において前記磁石（３４）に支えられていることを特徴とする請求項１に記載の締結工具。
3. 前記磁石が永久磁石（３４）であることを特徴とする請求項２に記載の締結工具。
4. 前記永久磁石（３４）がＮｄＦｅＢで作られていることを特徴とする請求項３に記載の締結工具。
5. 前記磁石（３４）と前記電機子部品（３６）との間の空間（５０）が、環境からカプセル封入されていることを特徴とする請求項２から請求項４までの１項に記載の締結工具。
6. 前記電機子部品（３６）は、カプセル封入されたシリンダ・ハウジング（４４）内に案内されるピストン（４６）の一部であることを特徴とする請求項５に記載の締結工具。
7. 前記磁石（３４）が前記シリンダ・ハウジング（４４）の一部を構成することを特徴とする請求項６に記載の締結工具。
8. 前記磁石（３４）と前記電機子部品（３６）との間の空間（５０）が、少なくとも１つのフィルタ（５４）によって、環境からカプセル封入されることを特徴とする請求項５から請求項７までの１項に記載の締結工具。
9. 前記磁石（３４）が、前記締結駆動装置（２０）からある距離をおいて前記締結工具（１０）のハウジング（１２）内に配置されることを特徴とする請求項２から請求項８までの１項に記載の締結工具。
10. 前記電機子部品（３６）は、本質的に磁化できない結合要素（４２）によって前記保持装置（１６）に取り付けられることを特徴とする請求項２から請求項９までの１項に記載の締結工具。
11. 特にスタッド溶接のための、要素（１８）を部品に締結する方法であって、
    締結されることになる要素が、締結工具のハウジングに対して移動可能な締結工具（１０）の保持装置（１６）によって受け入れられ、
    前記締結工具が次に締結位置に移動され、
    前記保持装置（１６）が、この移動の際に抑制手段（３２）によって前記ハウジング（１２）に対して所定位置に保持される、
    ことを特徴とする方法。

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