JP2008272822A - 溶接装置 - Google Patents

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Yoshitaka Aoyama
好高 青山
Shoji Aoyama
省司 青山
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Abstract

【課題】 管状部品を溶接支持装置に装着して所定の箇所に他の部品を正確に溶接することのできる溶接装置を提供する。
【解決手段】 固定電極9と可動電極10を備えたフレーム部材6がロボット装置5に取付けられ、フレーム部材6の一部に管状部品20を保持する保持ユニット3が設けられ、この保持ユニット3の配置位置は保持ユニット3によって保持された管状部品20が可動電極9と固定電極10との間に存在するように設定されている。したがって、保持ユニット3に掴まれた管状部品20が目的箇所に到達するのとほぼ同時に溶接動作を行うことができ、生産性向上にとって有効である。
【選択図】図5

Description

この発明は、ロボット装置で動作する溶接装置に管状部品の保持機能を付与したものに関している。
C型フレーム部材に固定電極と可動電極が設けられ、このC型フレーム部材がロボット装置に連結されており、さらにC型フレーム部材に取付けられた部品供給装置によって固定電極にプロジェクションナットを供給することが、特開昭62−166085号公報に記載されている。
特開昭62−166085号公報
上述のような先行技術においては、平たい板状の鋼板部品が固定電極上に載置されているが、このような載置動作は作業者が手作業で行うか、あるいは進退式供給ロッドによる供給装置等によって行っている。
しかしながら、管形状の部品の外周面にプロジェクションボルトを溶接するような場合には、パイプ成型機またはパイプ置き場などから管状部品を保持して取り出し、溶接しやすい姿勢となるように支持をしてから、溶接装置を動作させて溶接しなければならない。特許文献1には、このような管状部品を取り出したり溶接装置にセットしたりすることに関しては、何も開示されていない。
本発明は、上記の問題点を解決するために提供されたもので、溶接装置に管状部品の移送機能を付与するとともに、管状部品を溶接支持装置に装着して所定の箇所に他の部品を正確に溶接することのできる溶接装置の提供を目的とする。
問題を解決するための手段
請求項1記載の発明は、固定電極と可動電極を備えたフレーム部材がロボット装置に取付けられ、前記フレーム部材の一部に管状部品を保持する保持ユニットが設けられ、この保持ユニットの配置位置は保持ユニットによって保持された管状部品が前記可動電極と固定電極との間に存在するように設定されていることを特徴とする溶接装置である。
発明の効果
前記フレーム部材に設けられた保持ユニットによって管状部品が保持されるので、ロボット装置によって管状部品を所定の箇所へ到達させることが容易に行える。フレーム部材と一体になった状態で管状部品が移送されるので、目的箇所へ到達させられた管状部品の位置と両電極の位置とが極めて近距離な位置関係となる。したがって、管状部品の移送後直ちに可動電極を動作させることができ、短時間で管状部品の移送と電気抵抗溶接が行えて生産性の向上が図れる。
とくに、保持された管状部品が可動電極と固定電極との間に存在しているので、管状部品を目的箇所へ到達させた後、直ちに可動電極を動作させることができ、上述のような生産性向上にとって極めて効果的である。さらに、ロボット装置は、管状部品を移送する機能と、電極を所定箇所に位置させる機能との2機能を果たすものであるから、溶接装置の構造を簡素化することが可能となる。
請求項2記載の発明は、前記保持ユニットに保持された管状部品がロボット装置によって到達させられる目的箇所は、管状部品の両端を支持する溶接支持装置である請求項1記載の溶接装置である。
前記管状部品は、溶接支持装置に装着されその両端が支持されているので、管状部品の長手方向の所定の箇所にプロジェクションボルトやプロジェクションナット等の部品を確実に溶接することができる。
請求項3記載の発明は、前記溶接支持装置は、管状部品を回転させる回転機構を有している請求項2記載の溶接装置である。
管状部品の回転により、回転方向の溶接箇所を電極に対応させて位置決めすることができる。したがって、回転方向の所定の箇所にプロジェクションボルトやプロジェクションナット等の部品を確実に溶接することができる。
請求項4記載の発明は、前記保持ユニットは、管状部品をロボット装置によって移動するときには保持状態とされ、前記溶接支持装置において管状部品に他の部品を溶接するときには開放状態とされている請求項2または請求項3記載の溶接装置である。
このように前記保持状態で管状部品の移送が行われるので、移送中に管状部品が転落したり位置ずれをおこしたりすることがない。また、前記開放状態でプロジェクションボルトやプロジェクションナット等の部品が溶接されるので、保持ユニットが電極動作に悪影響を及ぼすことがなく、管状部品と電極の相対位置が正確に維持され、所定の箇所に高い精度のもとで溶接できる。
請求項5記載の発明は、前記保持ユニットにおける管状部品の受け部材が固定電極とされ、この受け部材上の管状部品を受け部材に対して加圧する加圧手段が前記フレーム部材に取付けられている請求項1〜請求項4のいずれかに記載の溶接装置である。
前記受け部材が固定電極を兼ねているので、構造の簡素化にとって有効である。前記加圧手段によって管状部品が受け部材に押し付けられるので、管状部品は安定した状態で保持される。また、加圧手段がフレーム部材に取付けられているので、溶接装置の構造をコンパクトにすることができる。
請求項6記載の発明は、前記加圧手段は、フレーム部材に取付けられた揺動式のアーム部材である請求項5記載の溶接装置である。
フレーム部材から延びている揺動式アーム部材によって管状部品を受け部材に対して加圧するので、簡単な機構で確実な加圧機能を果たすことができる。
請求項7記載の発明は、前記加圧手段は、磁石の吸引力を利用したものである請求項5記載の溶接装置である。
磁石の吸引力を加圧力としているので、磁石をフレーム部材に装着するだけで、簡単な構造で確実な加圧機能を果たすことができる。
つぎに、本発明の溶接装置を実施するための最良の形態を説明する。
図1〜図7は、実施例1を示す。
溶接装置全体について説明する。
図1と図2は、それぞれ溶接装置全体を示す正面図と側面図である。溶接装置全体は符号100で示されている。この溶接装置100は、固定電極や可動電極を備えた溶接機1と、この溶接機1に取付けられ電極に部品を供給する部品供給装置2と、溶接機1に取付けられ管状部品を保持する保持ユニット3と、管状部品の両端を支持し管状部品の移送目的箇所とされている溶接支持装置4と、溶接機1を所定の箇所へ移動させるロボット装置5によって構成されている。
溶接機1について説明する。
図5は、溶接機を拡大して示す側面図と保持ヘッドの断面図である。図2に示した詳細構造を理解しやすくするために、要部を分かりやすく図示したのが図5である。フレーム部材6は縦長の部材であり、アーム状の下側取付け部材7と上下方向に延びている上側取付け部材8が形成されている。可動電極9と固定電極10が電極軸線O−O上に配置され、固定電極は下側取付け部材7に固定され、可動電極9は進退駆動用のエアシリンダ11のピストンロッド12に結合されている。前記エアシリンダ11は上側取付け部材8に固定されている。そして、ピストンロッド12と可動電極9が電極軸線O−Oと同軸になっている。
この実施例1において溶接される部品は、プロジェクションボルトである。プロジェクションボルトの形状としては種々なものがあるが、この実施例1におけるボルトは図5(B)に示すようなものである。すなわち、ボルト14は鉄製であり、雄ねじが形成された軸部15と、軸部15と一体の円形のフランジ部16と、軸部15とは反対側にフランジ部16と同心円状に円形に形成された溶着用突起17から構成されている。各部の寸法は、軸部15の直径は5mm、軸部15の長さは23mm、フランジ部16の直径は13mm、フランジ部16の厚さは1mm、溶着用突起17の直径は9mm、溶着用突起17の突出厚さは1.2mmである。なお、溶着用突起17を小さな複数個の突起にしてもよい。以下の説明において、プロジェクションボルトを単にボルトと表現する場合もある。
ボルト14が溶接される鋼板部品は、断面円形の管状部品20であり、自動車の場合であれば、排気管や車体の補強メンバーである。ここでは、直径が均一とされた真っ直ぐな部材である。管状部品20の直径は80mm、その肉厚は1mmである。なお、管状部品の断面形状は、角形であってもよい。
図5(B)に示すように、可動電極9の中心部に電極軸線O−Oと同軸の状態で受入孔18があけられ、可動電極9の端面に開口している。この受入孔18にボルト14の軸部15が挿入される。そして、挿入されたボルト14が落下するのを防止するために、受入孔18の奥に永久磁石19が固定されている。
つぎに、部品供給装置2について説明する。
前記受入孔18にボルト14を挿入するため、図1、図2および図5に示す部品供給装置2が設けられている。この部品供給装置2は、斜め方向の進退動作と上下方向の進退動作をする保持ヘッド22にボルト14を保持して、受入孔18に挿入する形式である。電極軸線O−Oに対して斜め方向に配置されたエアシリンダ23により、供給ロッド24が進退する。供給ロッド24の先端部に保持ヘッド22が取付けられている。エアシリンダ23は進退基板25に固定されている。上側取付け部材8に昇降エアシリンダ26が取付けられ、そのピストンロッド27が電極軸線O−Oと同方向に進退する。このピストンロッド27の下端部に前記進退基板25が結合されている。なお、昇降エアシリンダ27は、その上部の固定ロッド28が上側取付け部材8に結合された固定片29によってクランプされるようになっている。
図5(B)に示すように、保持ヘッド22は、非磁性材料であるステンレス鋼で作られたブロック材を加工したもので、上方に開放した円形の収容孔31内にフランジ部16が収容される。収容孔31には環状の段部32が形成され、ここにフランジ部16の表面が着座する。保持ヘッド22に埋設した永久磁石33の吸引力がフランジ部16に作用して、前記着座が確実に行われる。
収容孔31の底部に開口する空気通路34が設けられ、この空気通路34は供給ロッド24の内部を通って空気切換弁や空気供給源(図示していない)に連通している。
ボルト14は、パーツフィーダ(図示していない)から合成樹脂製の供給ホース35を経て供給されてくるもので、それにステンレス鋼製の供給管36が接続されている。図5(A)に示すように、供給管36に保持ヘッド22が合致している状態が、保持ヘッド22にボルト14が移載される受取位置である。
エアシリンダ23の動作で保持ヘッド22が進出し、軸部15が受入孔18と同軸になった位置で停止する。この状態が図5(B)である。それから昇降エアシリンダ26の動作でエアシリンダ23、供給ロッド24および保持ヘッド22が上昇すると、軸部15の先端部が受入孔18に進入する。この進入した段階で空気通路34から圧縮空気が噴射され、ボルト14は収容孔31から送り出されて軸部15が受入孔18内に進入し、フランジ部16が可動電極9の端面に密着する。
なお、上述の部品供給装置2は、ボルト14を斜め下方に移動させてから、受入孔18に挿入する形式であるが、それ以外の部品供給装置としては、斜め下方からボルト14を持ち上げ、その後、受入孔18に挿入してもよい。あるいは、ボルト14を横から移動させ、その後、受入孔18に挿入することも可能である。
パーツフィーダ(図示していない)から高速で移送されてきたボルト14が直接保持ヘッド22に衝突すると、保持ヘッド22内の段部32や収容孔31が損傷する恐れがある。そのような損傷を防止するために、供給管36の途中にストッパユニット37が設けてある。ストッパユニット37のユニットケース38は、図2および図5(A)に示すように、進退基板25に固定されている。
図6に示すように、ユニットケース38に進入口39と送出口40が対向した位置関係で設けられ、それぞれに連通した状態で供給管36が溶接されている。通過孔41があけられたストッパ片42がユニットケース38内を摺動するようになっている。このストッパ片42は、ユニットケース38に取付けたエアシリンダ43によって進退する。通過孔41の隣に配置された中実部分が停止部44とされている。
図示の状態は、停止部44が進入口39を閉じているもので、前記パーツフィーダから空気搬送などで高速で移送をされてきたボルト14は、その溶着用突起17が勢いよく停止部44に衝突して図示のように、一旦停止の状態になる。このようにしてボルト14は一旦停止の状態とされて、ボルト14が保持ヘッド22の段部32を直撃するのを回避して、保持ヘッド22の傷みを防止している。つぎに、エアシリンダ43の動作でストッパ片42が移動して通過孔41が進入口39と送出口40に合致すると、ボルト14は送出管36内へ落下してゆく。
つぎに、保持ユニット3について説明する。
保持ユニット3は、パイプ製造機の送出箇所やストック装置の送出箇所に待機している管状部品20を保持して、目的箇所である後述の溶接支持装置4に到達させる。そして、保持ユニット3は、フレーム部材6の一部に取付けられている。管状部品20は受け部材である固定電極10上に加圧された状態で保持される。この加圧によって管状部品20が転動しないようにするために、固定電極10の上面部分に2つの傾斜面で構成されたV字型部46が形成されている。
図3や図5に保持ユニット3の機構が示され、図3(A)のB矢視図が同図の(B)図である。ここに示されている加圧手段は、揺動式のアーム部材47であり、フレーム部材6に軸48を介して揺動可能な状態で取付けられている。アーム部材47の一端側に形成した押圧部49で管状部品20を押さえ、他端側に形成した入力部50を動作させてアーム部材47の開閉揺動を行う。この開閉揺動は、電磁ソレノイドやエアシリンダで行うことができるが、ここではエアシリンダ51の構造を採用している。フレーム部材6に固定アーム52が溶接され、その先端にエアシリンダ51が軸53を介して取付けられている。エアシリンダ51のピストンロッド54に軸55を介して前記入力部50が結合されている。各軸53,55によりエアシリンダ51やアーム部材47の揺動が可能とされている。
ロボット装置5の動作により、パイプ製造機の送出箇所やストック装置の送出箇所に待機している管状部品20のところへ保持ユニット3を到達させる。このときにはアーム部材47がエアシリンダ51によって開いた状態になっており、待機している管状部品20は受け部材である固定電極10と押圧部49の間に位置づけられる。その後、エアシリンダ51の動作でアーム部材47が揺動して、押圧部49が管状部品20を可動電極10に対して加圧し、管状部品20の保持がなされる。このようにして保持された管状部品20は、ロボット装置5の動作で後述の溶接支持装置4に到達する。
上述のように管状部品20が固定電極10上に押圧されるので、管状部品20は可動電極9と固定電極10との間に存在することとなる。
なお、図4は、保持ユニット3の加圧手段を変形したものである。これは、固定電極10の構造は図3(A)や図5(A)に示したものと同じであるが、加圧手段がエアシリンダで直接管状部品20を加圧する形式とされている。すなわち、可動電極9を動作させるエアシリンダ11の両側に沿わせてエアシリンダ57,57が配置され、そのピストンロッド58,58に固定した押圧片59,59によって管状部品20を押さえる。押圧片59,59の中間の対向した箇所に固定電極10が配置されているので、安定した状態で管状部品20の保持が行える。
また、図7は、保持ユニット3の加圧手段をさらに変形したものである。これは、電磁石の吸引力によって管状部品20を固定電極10のV字型部46に押し付けるようになっている。下側取付け部材7の下面に電磁石60が取付けられ、その励磁鉄心61が下側取付け部材7を貫通してV字型部46の底部にのぞんでいる。符号62は励磁コイルである。V字型部46に受け止められた管状部品20は、電磁石60の吸引力によってV字型部46に対して加圧され、管状部品20が安定した状態で保持される。
他の加圧手段としては、空気吸引力を利用した形式のものを採用することができる。これは、V字型部46の傾斜面に空気吸引孔を開口し、この孔からの空気吸引で加圧力をえるものである。さらに他の加圧手段としては、永久磁石を用いることも可能である。この場合、永久磁石をV字型部46から離隔させることによって、吸引力を実質的に消滅させる。
つぎに、溶接支持装置4について説明する。
この溶接支持装置4は、管状部品20の両端を支持して溶接機1によるボルト14の溶接を行うものである。保持ユニット3で掴まれた管状部品20の移送目的箇所が、この溶接支持装置4である。そして、ロボット装置5を動作させながら溶接機1を移動させて、複数のボルト14が管状部品20の外周面に溶接される。
床63上に支持枠64を介して基台65が設置してある。基台65の両側に管状部品20の両端部を支持する支持部材66と67が、回転軸線X−X上に配置されている。支持部材66は、管状部品20の端部を掴んで回転力を付与できるチャック型の構造となっている。基台65に固定された軸受68に支持部材66の回転軸69が支持されている。そして、基台65に取付けられたサーボモータ70によって支持部材66が回転するようになっている。
一方、支持部材67は、管状部品20の端部に差し込まれてセンター出しをするもので、嵌合用のテーパ部71が形成されている。基台65に固定された軸受72に支持部材67の回転軸73が支持されている。この支持部材67は、スプリング(図示していない)によってテーパ部71が管状部品20の端部に押し付けられるようになっている。2つの支持板74が基台65から起立した状態で設置され、図2に示すように、その円弧部75で管状部品20が支持されている。また、管状部品20の外側には両電極9,10が進入して移動できる空間が確保されている。
保持ユニット3で図3(A)に示すように、管状部品20が掴まれて支持部材66と67の間に移送されてきて、管状部品20が両支持部材66,67の間で支持される。その後、アーム部材47が開いて管状部品20に対する掴み動作が解除される。それから、ロボット装置5によって溶接機1が管状部品20の軸方向に移動するとともに、サーボモータ70で管状部品20が回転する。この軸方向移動と回転によって所定の溶接位置が設定され、その箇所にボルト14が溶接される。このような動作は、管状部品20が両電極9,10の間に位置しているので、管状部品20が両支持部材66,67の間で支持されるとそれに連続して行われ、それによって動作時間の短縮が図られている。
つぎに、ロボット装置5について説明する。
このロボット装置5は、一般的に使用されている形式のものであって、例えば、6軸タイプのものであり、設定したシーケンスにしたがった動作を行う。
上述の実施例においては各種のエアシリンダが採用されているが、これに換えて進退出力をする電動モータを採用してもよい。さらに、上述のような動作を行わせるためには、図示していないが、通常のシーケンサーのような制御装置や、センサーや、前記制御装置によって動作する空気切換弁などを用いて容易に行うことができる。
以上に説明した実施例1の作用効果は、つぎのとおりである。
前記フレーム部材6に設けられた保持ユニット3によって管状部品20が保持されるので、ロボット装置5によって管状部品20を所定の箇所へ到達させることが容易に行える。フレーム部材6と一体になった状態で管状部品20が移送されるので、目的箇所である溶接支持装置4へ到達させられた管状部品20の位置と両電極9,10の位置とが極めて近距離な位置関係となる。したがって、管状部品20の移送後直ちに可動電極9を動作させることができ、短時間で管状部品20の移送と電気抵抗溶接が行えて生産性の向上が図れる。
とくに、保持された管状部品20が可動電極9と固定電極10との間に存在しているので、管状部品20を目的箇所へ到達させた後、直ちに可動電極9を動作させることができ、上述のような生産性向上にとって極めて効果的である。さらに、ロボット装置5は、管状部品20を移送する機能と、電極9,10を所定箇所に位置させる機能との2機能を果たすものであるから、溶接装置100の構造を簡素化することが可能となる。
前記保持ユニット3に保持された管状部品20がロボット装置5によって到達させられる目的箇所は、管状部品20の両端を支持する溶接支持装置4である。
管状部品20は、溶接支持装置4の支持部材66と67に装着されその両端が支持されているので、管状部品20の長手方向の所定の箇所にプロジェクションボルト14やプロジェクションナット等の部品を確実に溶接することができる。
前記溶接支持装置4は、管状部品20を回転させるサーボモータ70、回転軸69,73、軸受68,72等からなる回転機構を有している。
管状部品20の回転により、回転方向の溶接箇所を電極9,10に対応させて位置決めすることができる。したがって、回転方向の所定の箇所にプロジェクションボルト14やプロジェクションナット等の部品を確実に溶接することができる。
前記保持ユニット3は、管状部品20をロボット装置5によって移動するときには保持状態とされ、前記溶接支持装置4において管状部品20にボルト14を溶接するときには開放状態とされている。
このように前記保持状態で管状部品20の移送が行われるので、移送中に管状部品20が転落したり位置ずれをおこしたりすることがない。また、前記開放状態でプロジェクションボルト14やプロジェクションナット等の部品が溶接されるので、保持ユニット3が電極動作に悪影響を及ぼすことがなく、管状部品20と電極9,10の相対位置が正確に維持され、所定の箇所に高い精度のもとで溶接できる。
前記保持ユニット3における管状部品20のV字型部46が固定電極10とされ、この受け部材上の管状部品20を受け部材に対して加圧する加圧手段が前記フレーム部材6に取付けられている。
前記受け部材すなわちV字型部46が固定電極10を兼ねているので、構造の簡素化にとって有効である。前記加圧手段によって管状部品20がV字型部46に押し付けられるので、管状部品20は安定した状態で保持される。また、加圧手段がフレーム部材6に取付けられているので、溶接装置100の構造をコンパクトにすることができる。
前記加圧手段は、フレーム部材6に取付けられた揺動式のアーム部材47である。
フレーム部材6から延びている揺動式アーム部材47によって管状部品20をV字型部46に対して加圧するので、簡単な機構で確実な加圧機能を果たすことができる。
前記加圧手段は、電磁石60の吸引力を利用したものである。
電磁石60の吸引力を加圧力としているので、電磁石60をフレーム部材6に装着するだけで、簡単な構造で確実な加圧機能を果たすことができる。
上述のように、本発明によれば、溶接装置に管状部品の移送機能を付与するとともに、管状部品を溶接支持装置に装着して所定の箇所に他の部品を正確に溶接することのできる溶接装置であるから、自動車の車体溶接工程や、家庭電化製品の板金溶接工程などの広い産業分野で利用できる。
溶接装置全体を示す正面図である。 溶接装置全体を示す側面図である。 保持ユニットの側面図と部分的な正面図である。 保持ユニットの変形例を示す正面図である。 溶接機を拡大して示す側面図と保持ヘッドの断面図である。 ストッパユニットの断面図である。 他の保持ユニットを示す断面図である。
符号の説明
1 溶接機
2 部品供給装置
3 保持ユニット
4 溶接支持装置
5 ロボット装置
6 フレーム部材
7 下側取付け部材
8 上側取付け部材
9 可動電極
10 固定電極
14 プロジェクションボルト
15 軸部
16 フランジ部
17 溶着用突起
18 受入孔
20 管状部品
22 保持ヘッド
24 供給ロッド
46 V字型部
47 アーム部材
49 押圧部
59 押圧片
60 電磁石
66 支持部材
67 支持部材
69 回転軸
70 サーボモータ
73 回転軸

Claims (7)

  1. 固定電極と可動電極を備えたフレーム部材がロボット装置に取付けられ、前記フレーム部材の一部に管状部品を保持する保持ユニットが設けられ、この保持ユニットの配置位置は保持ユニットによって保持された管状部品が前記可動電極と固定電極との間に存在するように設定されていることを特徴とする溶接装置。
  2. 前記保持ユニットに保持された管状部品がロボット装置によって到達させられる目的箇所は、管状部品の両端を支持する溶接支持装置である請求項1記載の溶接装置。
  3. 前記溶接支持装置は、管状部品を回転させる回転機構を有している請求項2記載の溶接装置。
  4. 前記保持ユニットは、管状部品をロボット装置によって移動するときには保持状態とされ、前記溶接支持装置において管状部品に他の部品を溶接するときには開放状態とされている請求項2または請求項3記載の溶接装置。
  5. 前記保持ユニットにおける管状部品の受け部材が固定電極とされ、この受け部材上の管状部品を受け部材に対して加圧する加圧手段が前記フレーム部材に取付けられている請求項1〜請求項4のいずれかに記載の溶接装置。
  6. 前記加圧手段は、フレーム部材に取付けられた揺動式のアーム部材である請求項5記載の溶接装置。
  7. 前記加圧手段は、磁石の吸引力を利用したものである請求項5記載の溶接装置。
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