JP2019522568A - 接合ヘッド及び減少した干渉輪郭を有する接合装置 - Google Patents

Abstract

接合要素（１２）を加工物（１４）に接合するための接合ヘッド（１０’；１０’’）であって、接合ヘッド（１０’；１０’’）は、ローディングピン（１８）を作動させるための、軸方向に作用する流体シリンダ（１６）を有し、流体シリンダ（１６）は、断面積を有し、かつ、所定の半径方向における接合ヘッド（１０’；１０’’）の寸法を定める、接合ヘッド（１０’；１０’’）において、流体シリンダ（１６）の断面積は、所定の半径方向における接合ヘッド（１０’；１０’’）の寸法を減少させるように円形形状から変位する。【選択図】図２

Description

接合要素を加工物に接合するための接合ヘッドであり、接合ヘッドは、ローディングピンを作動させるための、軸方向に作用する流体シリンダ（又はアクチュエータ、又はローディングピン・シリンダ）を有し、流体シリンダは、断面積を有し、かつ、所定の半径方向における接合ヘッドの寸法を定める。

流体シリンダは、接合ヘッドの寸法を直接的又は間接的に定め、直接的定義が意味するのは、流体シリンダの外壁が接合ヘッドの外壁に対応することであり、間接的定義が意味するのは、流体シリンダの外壁が接合ヘッドの壁に取り囲まれることであり、従って、壁は、流体シリンダの半径方向延長部に対応して形成される。

例えば、上述のタイプの接合ヘッドは、いわゆるスタッド溶接において使用することができる。スタッド溶接において、スタッド、ボルト、ナット、又はボールのような締結要素又は接合要素は、例えば車体パネルなどの加工物の表面に対して実質的に垂直に溶接される。

スタッド溶接は、好ましくは、接合装置により自動化された方法で実行され、車体構造領域において広く使用され、このようにして加工物に接合された締結要素は、好ましくは、内装部品又はクリップのためのファスナ又はアンカとして働き、その上に、ワイヤ、燃料ライン、ブレーキ・ライン等を締結することができる。

接合ヘッドは、好ましくは、接合要素、制御信号、溶接電流及び圧縮空気、流体シリンダに作動可能に接続されたロータティングピン、接合要素送給ラインに接続されるレセプタクル又は受け部分、及びクランプ機構を有する接合要素ホルダのための送給又は供給ラインを有する。

接合プロセスの間、接合要素は、最初に、レセプタクル又は受け部分内に提供される、好ましくは注入される、又は吹き込まれる。次に、この接合要素は、流体シリンダにより作動されるローディングピンによって、レセプタクル内の待機位置から接合要素ホルダ内の接合位置に押し込まれる。このプロセスにおいて、接合要素は、接合要素ホルダのクランプ機構又はクランプ部分によりクランプされ、ローディングピンにより固定される。そうする際、ローディングピンは、ローディングピン軸に沿って接合方向に移動する。ここで、接合位置に位置する接合部材を加工物に接合するために、接合ヘッドを接合方向に移動させることができる。

接合ヘッドが、接合要素を保持するためのアクチュエータにより作動される挟み（又は爪）機構を有することも考えられる。この場合、接合要素は、接合ヘッドにより、具体的には挟み（又は爪）機構により把持することができ、次に、当業者には既知の方法で接合することができる。挟み機構を有する接合ヘッドを用いる場合、接合要素供給部から接合要素を取り出すことが可能である。従って、圧縮空気による送り込みにより供給することが可能である。しかしながら、上述の方法で、接合要素を挟み機構を有する接合ヘッドに供給することも可能である。

接合プロセス中、接合要素を十分かつ適切に固定又は支持し、並びに、接合要素をクランプ装置に圧入するのに必要とされる十分な軸方向力を、接合方向に印加することができるように、これに対応して大きい断面積を有する流体シリンダが、ローディングピンを作動させるために必要とされる。従って、この断面積が、少なくとも１つの所定の半径方向における接合ヘッドの半径方向寸法を直接的又は間接的に定める。

接合要素を加工物に接合する場合、特にスタット又はボルトの車体パネルに溶接する場合、多くの場合、接合要素を加工物の端壁（又は縁部）にできるだけ接近して接合することが望ましい。この場合、流体シリンダにより直接的又は間接的に定められる接合ヘッドの上述の半径方向寸法は、干渉輪郭を形成する。従って、流体シリンダにより（又は流体シリンダのピストンにより）印加される、接合方向における軸方向力を減少させることなく、接合される接合要素と加工物の端壁又は縁部との間の距離を減少させる必要性が存在する。

本発明は、改善された接合ヘッド及び接合装置、特に、加工物の端壁に接近して接合することが可能な接合ヘッド又は接合装置を提供するという目的に対処する。

この目的は、流体シリンダの断面積が、所定の半径方向における接合ヘッドの寸法を減少させるように円形形状から変位する、上述の接合ヘッドにより解決される。流体シリンダは、アクチュエータ又はローディングピン・シリンダとすることもできる。

言い換えれば、断面積が円形形状とは異なり、その結果、断面積は、所定の半径方向において、それと垂直な方向におけるよりも小さい寸法を有する。従って、流体シリンダの断面積は、所定の半径方向における第１の長さと、所定の半径方向に対して垂直な方向における第２の長さとを含み、第１の長さは、第２の長さより短い。断面の全表面が保持され、従来技術の流体シリンダに対して減少されない。従って、荷重力は一定のままであり、付加的な又は特定の調整を必要としない。

可能な断面積の形状は、楕円形状、長円形状、又は矩形形状を含み、本発明はこれらに限定されない。

請求項１の前提部と組み合わせて別個の発明を構成する好ましい実施形態において、接合ヘッドのローディングピンは、加工物の端壁により接近して溶接することを可能にするように、関連した流体シリンダの中心に対して所定の半径方向にオフセットして配置される。

このようにして、接合される接合要素と加工物の端壁との間の距離をさらに減少させることができる。断面の全表面が保持され、従来技術の流体シリンダに対して減少されない。従って、荷重力は一定のままであり、付加的な又は特定の調整を必要としない。

目的は、接合ヘッド、特に上述したような接合ヘッドを有する接合装置により、さらに解決され、接合ヘッドは、ローディングピンを作動させるための、軸方向に作用する流体シリンダを有し、流体シリンダは、断面積を有し、かつ、所定の半径方向における接合ヘッドの寸法を直接的又は間接的に定め、流体シリンダの断面積は、所定の半径方向における接合ヘッドの寸法を減少させるように円形形状から変位し（又はそれとは異なり）、及び／又は、接合ヘッドのローディングピンは、加工物の端壁により接近して溶接することを可能にするように、関連した流体シリンダの中心に対して半径方向にオフセットして配置される。

従って、本発明の基本概念は、接合ヘッドのための修正された流体シリンダを提供することにあり、接合ヘッドは、所定の半径方向寸法において端壁に対して小さい干渉輪郭を有し、もっと正確に言えば、流体シリンダ又はそのピストンの軸方向力又は荷重力を制限することなく、加工物の端壁により接近して溶接することが可能になる。

「接合」という用語は、本明細書では特に、接合要素の接合面、もっと正確に言えば溶接面が溶融され、互いに接合されるとき、溶接面の溶融領域は溶融して溶融複合物となり、それにより、冷却後に物質間の結合がもたらされる、接合手宇順を意味するように理解される。

しかしながら、接合は、一般的に、溶接面の一方のみが溶融される技術を意味するものである。さらに、接合は、接合要素の加工物への結合又は接着を意味する場合もあり、予め塗布される接着剤は、加熱により接合要素上で溶融し、硬化する形式であることが好ましい。さらに、接合は、リベット締結技術を意味するようにも理解すべきである。

目的は、完全に解決される。

流体シリンダは、好ましくは、接合ヘッドの外側に半径方向に配置され、接合ヘッドの干渉輪郭と加工物の端壁（又は縁部）との間の短い距離を得る。

好ましい実施形態において、流体シリンダは、該流体シリンダの自動ロックを防止するための防止機構を有し、この防止機構は、流体シリンダのピストンにかかる偏心荷重から生じる脱出トルク（又は傾斜モーメント）を少なくとも部分的に補償する。ピストンの形状は、現在の接合ヘッド及び装置と比べて変わらないままであり得る。従って、中心にある流体シリンダを有さない欠点が軽減される。

こうした防止機構は、例えば、シリンダ壁上のガイドにより、又はシリンダ内壁と流体シリンダ・ピストンの外壁との間に少なくとも１つの又は複数のＯリングを配置することにより、又は流体シリンダ・ピストンの磁気アセンブリ（磁気手段を有する）により、達成することができる。

従って、接合ヘッドは、概ねより耐久性があり、故障する傾向がより少ない形で具体化することができる。

本明細書では接合要素の自動化された接合を主に論じるが、本発明は、決してそれに限定されるものではない。提案される接合ヘッドは、本発明の範囲を逸脱することなく、手動操作式接合装置又は接合ガンにおいて使用することもできる。

本発明は、好ましくは、接合ヘッド、好ましくはスタッド溶接機構のための矩形又は長形のローディングピン・シリンダに関連する。従来技術によると、締結要素は、円形のピストンを有するローディングピン又はローディングピン・シリンダにより、接合要素ホルダ内に搭載される。

円形の断面積及び中心構造体は、以下の不利な点を生じさせる、すなわち、接合要素ホルダの中心から流体シリンダの外縁までの測定値Ｄ１が、接合要素から加工物の干渉輪郭又は端壁までの距離を決定する。実際には、この測定値Ｄ１は、可能な限り小さくしなければならない。

本発明は、円形のものではなく、矩形又は長円のローディングピン・シリンダ又は流体シリンダの使用ことを提案する。従って、測定値Ｄ１を、実質的に同じピストン表面に対して減少させることができる。さらに、ピストンが、非円形形状によるシリンダの変形から守られる。

接合ヘッドの端側の干渉輪郭を減少させることにより、接合要素を加工物の端壁又は縁部により接近して接合することができる。さらに、ローディングピンのぴったり合った又は輪郭に適合した構成により、接合要素の位置指向溶接が可能になる。

本発明は、さらに、偏心配置された、すなわち偏心したローディングピンを提供することを提案する。これは、測定値Ｄ１を減少させることが可能であるだけでなく、接合ヘッドの端側の干渉輪郭も減少させる。

従来技術において、ローディングピンは、一般に、流体シリンダにより作動され、シリンダは、断面が円形であり、ローディングピンを所定の力で接合方向に移動させるために、利用可能な流体圧に適合されたピストン領域を有する。

接合要素ホルダが、接合方向においてその前端部上に、半径方向に弾性的にかつ比較的剛に構成されるという事実から所定の力が生じるので、接合要素ホルダは、広い面積にわたって、この区域内の接合要素の外側に対して比較的高い圧力で半径方向に押される。接合要素ホルダと接合要素との間の接触抵抗を可能な限り小さく保つ必要があるので、この領域を介する溶接電流の供給が優先される。

半径方向に弾性の要素の高剛性のため、接合要素ホルダを通して接合要素を押すために、比較的高い軸方向力を印加しなければならない。この力は、流体シリンダにより生成され、流体シリンダは、高い軸方向力のため、それに応じて大きいピストン断面を有する。

明らかに、上述の特徴及び以下でさらに説明されるものは、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれの指定された組み合わせのみならず、他の組み合わせでも又はそれだけでも用いることができる。

本発明の例示的な実施形態が図に示され、以下の説明においてより詳細に説明される。

接合要素を加工物に接合するプロセスの前の接合ヘッドを概略的に示す。 ３つの異なる接合ヘッドの略断面を示す。 簡単化した形態で示される流体シリンダと共に、接合軸に沿った接合ヘッドの簡単化された断面を示す。 流体シリンダの一部を概略的に示す。

図１は、接合要素１２を加工物１４に接合するための接合ヘッド１０を示す。接合ヘッド１０は、ローディングピン１８を作動させるための流体シリンダ１６を有し、ローディングピン１８は、接合軸又はローディングピン軸２０に沿って移動させることができる。接合ヘッド１０は、接合要素１２を保持する接合要素ホルダ２２も有する。加工物１４は、接合軸又はローディングピン軸から距離Ｄ１だけ離れて延びる端壁又は縁部を有する。この距離は、図において参照番号２４で示される。距離Ｄ１は、実質的に、接合ヘッド１０の干渉輪郭２６により決定され、干渉輪郭、すなわち所定の半径方向における半径方向寸法は、基本的に、流体シリンダ１６の直径により直接的又は間接的に定められる。

接合プロセスは、次のように行われる：最初に、接合要素１２が、本明細書ではこれ以上詳細には示されていない受け部分又は受け機構に吹き込まれる。明確にするために、供給ホース、並びにコネクタ、及び制御信号ライン、圧縮空気、及び溶接電流のためのラインは、図に示されていない。次に、接合要素１２は、流体シリンダ１６により作動されるローディングピン１８により、受け部分から、ローディングピン軸２０に沿って、接合要素ホルダ２２に圧入され、接合要素ホルダ２２のクランプ部分又はクランプ機構内の接合位置に保持される。その後、接合ヘッド１０を接合方向に移動させ、溶接電流を印加し、接合要素１２と加工物１４との間にアークを発生させることができる。接合要素１２の溶接面及び／又は加工物１４の溶接面は、アークにより実質的に溶融されるので、互いに接合されると、溶融領域は溶融して溶融複合物となり、それにより、冷却後、物質間の結合がもたらされる。

しかしながら、接合は、一般に、溶接面の一方のみが溶融される技術を意味するようにも理解され得る。さらに、接合は、接合要素１２の加工物１４への結合を意味するように理解することもでき、予め塗布される接着剤は、好ましくは、加熱により接合要素１２上で溶融され、硬化される。さらに、接合は、リベット締結技術を意味するように理解することもできる。

３つの異なる接合ヘッド１０、１０’及び１０’’の断面が、図２に示される。接合ヘッド１０は、図１に示され、従来技術から既知の接合ヘッド１０に実質的に対応する。接合ヘッド１０’は、実質的に長円形の断面を有する流体シリンダ１６を有する。接合ヘッド１０’は、所定の半径方向における第１の長さと、所定の半径方向に対して垂直な方向における第２の長さとを含む。示されるように、第１の長さは、第２の長さよりも短い。従って、加工物の縁部又は端壁までの距離Ｄ２は、第１の距離により直接的又は間接的に制限される。長円形断面により、接合ヘッド１０’における流体シリンダの回転を回避することが可能になる。この回転防止特徴部は、特定の配向における接合要素の接合プロセスを可能にする。接合ヘッド１０’’は、ローディングピン１８が、所定の半径方向においてオフセットして偏心配置された流体シリンダ１６を有する。

この図を用いて、本発明の利点を示すことができる。このために、接合ヘッド１０、１０’及び１０’’は、加工物１４の端壁と所定の半径方向におけるそれぞれの接合ヘッド１０、１０’及び１０’’の寸法との間の距離が、接合ヘッド１０、１０’及び１０’’について等しくなるように、加工物１４に対して配置される。接合ヘッド１０における接合プロセス後、ローディングピン軸２０と加工物１４の端壁との間の距離Ｄ１は、接合要素１２の中心から加工物１４の端壁までの距離に実質的に対応する。流体シリンダ１６が長円形断面積を有するため、図において２８で示される、ローディングピン軸２０’と加工物１４の端面との間の距離Ｄ２は、接合ヘッド１０におけるよりも、接合ヘッド１０’においてより短い。接合ヘッド１０’’のローディングピン軸２０’’と加工物１４の端壁との間の距離は、図において３０で示される距離Ｄ３により与えられ、この距離Ｄ３は、距離Ｄ２と等しくすることができ、又はこれとは異なることがある。

図は、３２で示される距離Ｄ４を示す。示される例示的な実施形態において、接合要素１２は、接合ヘッド１０の場合よりも、接合ヘッド１０’、１０’’において、加工物１４の端壁により接近して（距離Ｄ４と同程度だけ）接合することができる。図２において、距離Ｄ４は、接合ヘッド１０’及び１０’’の場合と同じである。明らかに、距離Ｄ４は異なることもある。

明確にするために示されていないが、さらに、円形形状から変位する断面積を有する流体シリンダ１６を提供することも可能であり、ローディングピン１８は、流体シリンダ１６のピストン３４上に偏心配置される。このように、距離Ｄ４は、さらに増加させることができ、言い換えれば、接合プロセスの後、接合要素１２の中心から加工物１４の端壁までの距離をさらに減少させることができる。さらに、こうした接合ヘッド１０の場合、ローディングピン１８を所定の半径方向に対して垂直な別の半径方向にオフセットして配置することを考えることもでき、このように、好ましくは２つの所定の半径方向における干渉輪郭の減少を得ることができる。

加工物１４が第１の端壁に垂直な別の端壁を有し、接合が、２つの端壁により定められるこの加工物１４のコーナー部において行われる場合に、この好ましい実施形態は有利である。

接合軸又はローディングピン軸２０’’に沿った接合ヘッド１０’’の断面が、図３に示される。接合ヘッド１０’’は、シリンダ・ピストン３４を有する流体シリンダ１６を有し、ローディングピン１８が所定の半径方向においてオフセットして偏心配置される。接合ヘッド１０が有するもののような（図２の左又は図１に示されるような）中心にあるローディングピン１８が、図３に破線で示される。所定の半径方向におけるローディングピン１８のオフセットは、距離Ｄ４を定める。言い換えれば、接合プロセス後、所定の半径方向におけるローディングピン１８のオフセットにより、加工物１４の端壁と接合される接合要素１２との間の距離の短縮が定められる。

図４において、流体シリンダ１６が、非常に簡単化された形態で示される。流体シリンダ１６は、流体シリンダ・ピストン３４と、偏心配置されたローディングピン１８とを有する。防止機構が、シリンダ内壁と流体シリンダ・ピストン３４の外壁との間に配置される。より具体的には、図４において、防止機構は、１つ又は幾つかのＯリング３６（又は円環状の接合部）を含む。図４に示されるように、防止機構は、２つのＯリング３６を含む。２つのＯリングは、互いから軸方向に離間され、流体シリンダ・ピストン３４の外周上に提供される。示されるように、第１のＯリングは、ピストン３４の第１の端面に接近して延び、一方、第２のＯリングは、ピストン３４の第２の端面に接近して延びる。第２の端面は、第１の端面の反対側である。ローディングピン１８は、第２の端面から延びる。これらのＯリング３６は、流体シリンダ・ピストンストン３４にかかる偏心荷重に起因して生じ得る傾斜モーメントを打ち消すことができる。

本発明による接合ヘッド１０’、１０’’は、好ましくは、多軸ロボットアームを有する接合装置上に配置される。しかしながら、手動接合装置又は接合ガンにおいてこうした接合ヘッド１０’、１０’’の使用をもたらすこともできる。

接合要素ホルダ２２を介する溶接電流の供給を優先し、接合要素ホルダ２２と接合要素１２との間の接触抵抗は、可能な限り小さくしなければならない。従って、接合要素ホルダ２２は、好ましくは、非常に剛に構成され、従って、通過する接合要素１２を押すために、流体シリンダ１６による強い軸方向力の印加を必要とする。流体シリンダ１６の断面積は、印加される力に応じて選択されることが好ましい。

全体として、本発明は、ローディングピン１８を作動させるために、接合ヘッド１０’、１０’’に対して特別な流体シリンダ１６を提供するという考えに基づいており、流体シリンダ１６は、円形形状から変位する断面形状、及び／又は偏心配置されたローディングピン１８を有する。

１０、１０’、１０’’：接合ヘッド
１２：接合要素
１４：加工物
１６：流体シリンダ
１８：ローディングピン
２０：ローディングピン軸
２２：接合要素ホルダ
２６：干渉輪郭
３４：流体シリンダ・ピストン
３６：防止機構
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４：距離

Claims (11)

1. ローディングピン（１８）を作動させるための、軸方向に作用する流体シリンダ（１６）を有し、前記流体シリンダ（１６）の断面積によって所定の半径方向寸法が定められる構成を有する、接合要素（１２）を加工物（１４）に接合するための接合ヘッド（１０’；１０’’）であって、
   前記流体シリンダ（１６）の前記断面積は、前記所定の半径方向における前記接合ヘッド（１０’；１０’’）の前記寸法を減少させるように円形形状から変位していることを特徴とする、接合ヘッド（１０’；１０’’）。
2. 前記接合ヘッド（１０’；１０’’）の前記ローディングピン（１８）は、前記加工物（１４）の端壁に対しより接近して溶接することを可能にするように、前記関連した流体シリンダ（１６）の中心に対して前記所定の半径方向にオフセットして配置されることを特徴とする、請求項１又は請求項１の前提部に記載の接合ヘッド（１０’；１０’’）。
3. 前記流体シリンダ（１６）の前記断面積は、前記所定の半径方向における第１の長さと、前記所定の半径方向に対して垂直な方向における第２の長さとを含み、前記第１の長さは、前記第２の長さより短いことを特徴とする、請求項１〜請求項２のいずれかに記載の接合ヘッド（１０’；１０’’）。
4. 前記流体シリンダ（１６）の前記断面積は、楕円形状、又は長円形状を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の接合ヘッド。
5. 前記流体シリンダ（１６）の前記断面積は、矩形形状を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の接合ヘッド。
6. 前記流体シリンダ（１６）は、前記接合ヘッド（１０’；１０’’）の半径方向外側に配置されることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の接合ヘッド。
7. 前記流体シリンダ（１６）は、自動ロックを防止するための防止機構（３６）を有し、前記防止機構（３６）は、前記流体シリンダ（１６）のピストン（３４）にかかる偏心荷重から生じる傾斜モーメントを少なくとも部分的に補償することを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の接合ヘッド。
8. 前記防止機構（３６）は、Ｏリングを含むことを特徴とする、請求項７に記載の接合ヘッド。
9. 前記防止機構（３６）は、磁気手段を含むことを特徴とする、請求項７〜請求項８のいずれか記載の接合ヘッド。
10. 前記接合ヘッド（１０’；１０’’）は、ローディングピン（１８）を作動させるための、軸方向に作用する流体シリンダ（１６）を有し、前記流体シリンダ（１６）の断面積によって所定の半径方向寸法が定められる構成を有する、接合ヘッド（１０’；１０’’）、特に、請求項１〜請求項９の１つに記載の接合ヘッド（１０’；１０’’）を備える接合装置において、
    前記流体シリンダ（１６）の前記断面積は、前記所定の半径方向における前記接合ヘッド（１０’；１０’’）の前記寸法を減少させるように円形形状から変位しており、及び／又は、前記接合ヘッド（１０’；１０’’）の前記ローディングピン（１８）は、前記加工物（１４）の端壁に対してより接近して溶接することを可能にするように、前記関連した流体シリンダ（１６）の中心に対して前記所定の半径方向にオフセットして配置されることを特徴とする、接合装置。
11. 前記接合装置は、溶接装置であることを特徴とする、請求項１０に記載の接合装置。

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