JP4331603B2 - 引込可能なピストンを備えた空気供給型溶接ガン - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

（技術分野）
本発明は、ナットを金属面に固定するための自動吸引式アーク溶接装置に関し、より具体的には、溶接作業中、溶接気体及び／又は空気をナット穴に供給するための二重ピストン機構を有する引込可能なピストンを備えた空気供給型溶接ガンに関する。

（背景技術）
従来から、溶接ナットガンはコレットを有する。溶接作業中、スリット・コレット内のばねの力が溶接ナットを保持する。溶接工程からの溶接スパッタが、溶接ナットのねじを覆うことが多く、このことは、部品の再生のためにかなりのコスト及び時間の損失をもたらすことになる。

現在まで、溶接工程中、ナットのねじに溶接気体を供給する自動供給式溶接ガンが、比較的成功していることが判明した。図１に示すように、これらの従来の溶接ガン１５は、円筒形の作業チャンバ１７内で駆動される主ピストン組立体１６を用いた。主ピストン組立体１６は、中空の第１の駆動ピストン１８を駆動する。従来技術の溶接ガン１５は、幾つかのシール可能な通路１９を用いて、中空の第１の駆動ピストンを通して溶接気体を供給する。貫通通路１９を封鎖するために、主ピストン組立体１６は、該主ピストン組立体１６を通って配置された第２の固定ピストン２０を用いる。一連のシール２１が、主ピストン組立体１６と固定ピストン２０の間に配置される。時間が経つにつれて、これらのシール２１は漏れる傾向があり、よって、空気供給部２２からの圧縮溶接気体が、作業チャンバ１７の後部２３に入ることを可能にする。このことにより、主ピストン組立体１６が、円筒形の作業キャビティ１７内で完全な引込位置に戻る能力が阻止される。

（発明の開示）
したがって、ナット又はスタッドのような溶接ファスナを溶接面に自動供給できる装置及びシステムへの必要性が存在する。この装置は、溶接ナットのねじ部分に溶接気体を与え、溶接スパッタ材が該ねじ内に組み込まれる機会を最小にするものである。溶接ガンの作動サイクルによってもたらされる劣化に対して耐性のある、改善された戻り特性を有する自動供給型溶接ガンへの必要性がさらに存在する。

１つの好ましい実施形態において、ナットを金属基板に溶接するための気体吹き付け式溶接ガンが開示される。この気体吹き付け式溶接ガンは、空気供給機構と主ピストン組立体とを含む。主ピストン組立体は、円筒形の作業チャンバ内に配置された主ピストン組立体を含む。主ピストン組立体は、中空の第１の駆動ピストンに連結され、溶接気体を溶接ナットのねじまで運ぶことができる通路を定める。第２の内部ピストンが、第１の駆動ピストンに隣接して摺動可能に配置される。主ピストン組立体に連結された第２の内部ピストンが、第１の駆動ピストンの軸方向のボアを通る気体を調整する。

さらに別の好ましい実施形態において、この第２の内部ピストンは、第１の駆動ピストンの通路内に配置される。第２の内部ピストンの移動は、第１の駆動ピストン内に形成されたスロットに係合するピンにより調整される。
さらに別の好ましい実施形態において、第２の内部ピストンの調整ピンが、円筒形の作業チャンバの前壁に係合し、第１の駆動ピストンの通路に入る溶接気体を放出するタイミングに影響を与える。

本発明のさらなる適用領域は、下記の詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明及び特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、これらは、説明のためだけのものとして意図され、本発明の範囲を限定するように意図されるものではないことを理解すべきである。

（発明を実施するための最良の形態）
本発明は、詳細な発明及び添付の図面からより完全に理解されるようになるであろう。
以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示的なものにすぎず、本発明、その用途又は使用を限定するように意図されるものではない。
図２は、ナット３２を金属基板に溶接するための気体吹き付け式溶接ガン３０を開示する。この気体吹き付け式溶接ガン３０は、空気供給機構３３と、ナット３２を溶接コレット３６内に駆動する駆動機構４１とを含む。駆動装置４１は、コレット３６に対して軸方向に配置された円筒形の作業チャンバ４０を定める外側スリーブ３８により形成される。さらに、駆動機構４１は、円筒形の作業チャンバ４０内に配置された主ピストン組立体４２を有する。駆動機構４１は、後壁４８と前壁５０との間で主ピストン組立体４２によって分離された第１の作業チャンバ４４及び第２の作業チャンバ４６を定める。第１の駆動ピストン５４を受け入れる前壁ボア５２が、前壁５０の中に形成される。軸方向ピストンボア５６が、第１の駆動ピストン５４を通って配置される。第１の駆動ピストン５４は、ナット３２に係合する溝付先端型リテーナ５８の形態のファスナ・ドライバと本体部分６０とからなる。

溝付先端型リテーナ５８は、ナット３２のねじの周りに加圧空気を循環させる溝付先端部６２と、挿入ピストン延長部６４とからなる。溝付先端部６２は、上記した溝付先端部を貫通するボア６３及び内径６８と、ねじ部分７０とを有する。挿入ピストン延長部６４は、ねじ付第１の外部半径７２、第２の外部半径７４、及びボア６３を介して溝付き先端部に流体連結された溶接基部貫通ボア７６を有する。挿入ピストン延長部６４は、第１の内径７８、第２の半径内径８０、及び定められた内ねじを有する第３の内径８２を定める。第１の駆動ピストン５４の本体部分６０は、軸方向貫通ボア８４を有する。本体部分の軸方向の貫通ボア８４は、第１の内径８６、第２の内径８８、及び第３の内径９０を定める。ポリマー絶縁部９２が、本体部分６０と溝付先端型リテーナ５８の間に配置され、該溝付先端部分を気体吹き付け式溶接ガン３０の残りの部分から電気的に隔離するように働く。

さらに、本体部分６０は、横方向貫通気体通路９４と、定められた貫通スロット９６と、第１の駆動ピストン５４を主ピストン組立体４２に取り付けるように働く取付けフランジ９８とを定める。
第２の内部ピストン１００が、本体部分の軸方向のボアの第２の内径８８の中に配置される。第２の内部ピストン１００は、第１の閉鎖位置１０２から第２の開口位置１０４まで摺動的に移動可能である（図８を参照されたい）。閉鎖位置１０２において、第２の内部ピストン１００は、横方向貫通気体通路９４を閉じるように働く。開口位置１０４において、第２の内部ピストン１００は、空気又は溶接気体が、横方向貫通気体通路９４を通過して本体部分の軸方向ボア８４内に入ることを可能にする。

さらに、第２の内部ピストン１００は、内部にピン１０６を受け入れる貫通通路１０５を定める。さらに、ピン１０６は、本体部分６０の定められた貫通スロット９６内に配置され、第２の内部ピストン１００がその第１の閉鎖位置１０２から第２の開口位置１０４まで移動することを可能にする。ピン１０６は、作業チャンバ４０に対して第２の内部ピストン１００を移動させる機構として働く。さらに、後述されるように、このピンは、前壁５０に係合する。

さらに、第２の内部ピストン１００の後部１１０を軸方向に係合するばね部材１０７が、本体部分の軸方向のボア内に定められる。ばね部材を主ピストン組立体４２に連結させるフランジ付ピストン・プラグ１０８が、ばね１０７の反対端に配置される。フランジ付ピストン・プラグ１０８は、該フランジ付ピストン・プラグ１０８を主ピストン組立体４２内で安定させるように働く基部１０９を有する。さらに、フランジ付ピストン・プラグ１０８は、第２の駆動ピストン１００の周長とほぼ等しい周長を有する本体部分１００を有する。さらに、本体部分１００は、該本体部分の軸方向のボア８４の第２の内径８８内に配置される。フランジ付ピストン・プラグ１０８は、該フランジ付ピストン・プラグ１０８と第２の内部ピストン１００との間でばね１０７を圧縮するように働く。このことは、ばねが、第２の内部ピストン１００を貫通スロット９６内のピン１０７により定められる閉鎖位置１０２に常時付勢することを可能にする。第１の内部ピストン１００は、軸方向のボア５６内に定められた座１０３に係合する座面１０１を有する。
フランジ付ピストン・プラグ１０８を第１の前方位置１１２に付勢するように働く複数のばね座金１１１が、該フランジ付ピストン・プラグ１０８の基部１０９のすぐ付近にある。このばね座金１１１は、主ピストン組立体４２内に定められた横方向貫通気体通路１１４を通って配置された貫通ピン１１３により定められた位置に保持される。

完全に引込位置にある気体吹き付け式溶接ガン３０の主ピストン組立体４２を示す図２を全体的に参照すると、空気圧が、気体通路１２０を通って第１の作業チャンバ４４に導入される。この位置において、ナット３２は、空気供給機構３３によって受け部１２２内に供給される。見られるように、空気供給ライン１２４を通って入ってくる空気又は溶接気体の圧力は、一般に、主ピストン組立体によって阻止される。

図３は、溶接ナット３２に係合し、該溶接ナット３２を溶接コレット３６に押し付ける主ピストン組立体４２の溝付先端部６２を示す。見られるように、主ピストン組立体４２は、第２の作業チャンバ４６における圧力量を増加させることにより、第１の位置１２６から中間位置１２７まで移動させられる。圧力は、第２の作業チャンバ４６内に伝えられる。空気供給ライン１２４は、第１の駆動ピストン４６によって閉鎖されることを理解すべきである。中間位置１２７において、第２の内部ピストン１００は、ばね１０７によりその前方位置に付勢される。ピン１０６は、貫通スロット９６内で前方に付勢され、横方向貫通気体通路９４を流体シールするように第２の内部ピストン１００を位置させる。

図４は、主ピストン組立体４２が第２の中間位置１３０にある本発明の気体吹き付け式溶接ガン３０を示す。第２の中間位置１３０において、ピン部材１０６は、円筒形の作業チャンバ４０の前壁５０に係合する。ピン１０６は、第２の内部ピストン１００の前方への移動を止めるように働く。この時点で、横方向貫通気体通路９４は、空気供給ライン１２４に流体連結されている。しかしながら、横方向貫通気体通路９４は、第２の内部ピストン１００によって第１の駆動ピストン５４の軸方向のボア５６からシールされることに注目すべきである。

図５に示されるように、主ピストン組立体４２が前壁５０に向けて前方に移動すると、ばね１０７が圧縮され、第１の駆動ピストン５４がナット３２を前方位置に移動させる。第１の駆動ピストン５４が主ピストン組立体４２により前方に押されると、第２の内部ピストン１００は、前壁５０上にあるピン１０６の相互作用により定められた位置に保持される。この時点で、横方向貫通気体通路９４は、空気供給ライン１２４及び第１の駆動ピストン５４の軸方向のボア５６の双方に流体連結される。

図６及び図７を全体的に参照すると、ナット３２が、コレット３６内で完全に伸長された溶接位置で示される。横方向貫通気体通路９４は、空気供給部１２４と完全に位置合わせされ、空気又は溶接気体が第１の駆動ピストン５４の軸方向ボア５６を自由に通過することを可能にする。次に、コントローラ（図示せず）が、弁（図示せず）を作動させ、この弁は、空気が空気供給ライン１２４から第１の駆動ピストン５４の軸方向のボア５６内に進むことを可能にする。図７に示されるように、空気又は溶接気体は、該空気又は溶接気体が溝付先端部６２の円錐部材１３６に達するまで、軸方向のボア５６を通って下方に進む。円錐部材及び溝付先端部６２は、ナット３２のねじ部１３８内で空気又は溶接気体を分散及び循環させるように働き、よって溶接工程中にねじを保護する。この時点で、全圧が、第２の作業チャンバ４６内に印加される。コレット３６に通電され、ナット３２と基部材料（図示せず）の間の溶接を行う。溶接手順中、空気、又は窒素、ヘリウム、空気、或いはアルゴンのような不燃気体が、空気供給ライン１２４を通して入れられる。軸方向のボアが、溶接気体を気体吹き付け式溶接ガン３０のシュラウド１４０内に入れるようにも働き得ることに注目すべきである。

図８に最もよく見られるように、溶接シーケンスが完了すると、空気圧が、空気供給部１４２を通してロードチューブの第１の作業チャンバ４４内に印加される。このことは、主ピストン組立体４２を壁５０から遠ざかるように後方に押し付け、第２の内部ピストン１００が横方向貫通気体通路９４を流体シールすることを可能にし、よって空気供給１２４と軸方向のボア５６の間の流体連結を閉鎖する。さらに、溝付先端部６２がナット３２から引き抜かれ、気体吹き付け式溶接ガン３０の分離を可能にする。主ピストン組立体４２は、該主ピストン組立体４２がロードチューブ４０（図２に示される）の後壁４８に達するまで後方に移動する。

本発明の説明は、本質的に例示的なものにすぎず、したがって、本発明の趣旨から逸脱しない変形は、本発明の範囲内に含まれることが意図される。こうした変形は、本発明の精神及び範囲からの逸脱とみなすべきではない。

従来技術による気体吹き付け式溶接ガンを表す。 主ピストン組立体が完全に引き込まれた状態の本発明の気体吹き付け式溶接ガンの断面図である。 主ピストン組立体が中間位置にある状態の本発明による気体吹き付け式溶接ガンの断面図を表す。 主ピストン組立体が中間位置にある状態の本発明による気体吹き付け式溶接ガンの断面図を表す。 主ピストン組立体が前方位置に移動する状態の本発明による気体吹き付け式溶接ガンの断面図である。 主ピストン組立体が完全に前方位置にある状態の本発明による気体吹き付け式溶接ガンの断面図である。 主ピストン組立体が完全に前方位置にある状態の本発明による気体吹き付け式溶接ガンの断面図である。 後方位置に移動する主ピストン組立体を示す、本発明の気体吹き付け式溶接ガンの断面図である。

Claims (20)

1. 自動供給装置からねじ付溶接ナットを受け入れ、溶接気体の存在のもとで前記ナットを部品の表面に溶接するための気体吹き付け式溶接ガン装置であって、
   貫通する前壁ボアを定める前壁を有する作業チャンバを形成する本体部と、
   前記作業チャンバ内に配置された主ピストンと、
   前記主ピストンに連結され、前記前壁ボアを通って配置された第１の駆動ピストンと、
   を備え、
   第１の駆動ピストンは、軸方向ピストンボアと溝付先端部とを定め、前記軸方向ピストンボアは、前記第１の駆動ピストンが第１の前方位置にあるとき溶接気体源に流体連結することができるようになっており、
   前記作業チャンバ内で前記第１の駆動ピストンに対して該第１の駆動ピストンの軸方向に移動可能なように前記第１の駆動ピストンに摺動可能に連結された第２のピストンと、
   前記第２のピストンの前記移動を制御して、前記軸方向ピストンボア内への溶接気体の流れを遮断し、又は可能にする作動装置と、
   が設けられたことを特徴とする気体吹き付け式溶接ガン装置。
2. 前記第２のピストンが、前記軸方向ピストンボア内に摺動可能に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
3. 前記第１の駆動ピストンにより定められたスロットに連結された位置決めピンからなる軸方向の装置が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
4. 前記第１の駆動ピストンが少なくとも１つの横方向貫通気体通路を定め、前記横方向貫通気体通路が溶接気体を受け入れるように構成され、前記第２のピストンが、前記第１の駆動ピストンの軸方向に摺動して該貫通通路を通る前記気体流を調整するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
5. 前記軸方向ピストンボアが弁座を有し、前記第２のピストンが前記弁座に対応するように構成された座面を有することを特徴とする請求項２に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
6. 前記作動装置が、前記作業チャンバの前記前壁に係合するピンであることを特徴とする請求項２に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
7. 前記第２のピストンと前記主ピストンとの間に配置されたばねをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
8. 前記第２のピストンと前記主ピストンとの間に配置されたばねをさらに備え、前記作動機構が前記第２のピストン内に少なくとも部分的に配置されたピンであり、前記ピンが前記作業チャンバの前記前壁に係合し、前記軸方向のボア内に入る溶接気体を調整するようになったことを特徴とする請求項２に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
9. ねじ付きファスナ自動供給装置を有する気体吹き付け式溶接ガン装置であって、
   貫通する前壁ボアを定める前壁を有する作業チャンバを形成する本体部と、
   前記作業チャンバ内に摺動可能に配置された主ピストンと、
   前記主ピストンに連結され、前記前壁ボアを通って配置された第１の駆動ピストンと、
   を備え、
   第１の駆動ピストンは、前記第１の駆動ピストンが第１の前方位置にあるとき気体源に流体連結することができる軸方向ピストンボアを定めており、
   前記軸方向ピストンボア内に配置され、前記作業チャンバ内で前記第１の駆動ピストンに対し軸方向に移動可能な第２の内部ピストンと、
   前記第２の内部ピストンの前記移動を制御して、前記軸方向ピストンボア内への気体の流れを遮断し、又は可能にする作動装置と、
   が設けられたことを特徴とする気体吹き付け式溶接ガン装置。
10. 前記第２の内部ピストンが、前記軸方向ピストンボア内に摺動可能に配置されたことを特徴とする請求項９に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
11. 前記第１の駆動ピストンにより定められたスロットに連結された位置決めピンからなる軸方向の装置が設けられたことを特徴とする請求項９に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
12. 前記第１の駆動ピストンが少なくとも１つの横方向貫通気体通路を定め、前記横方向貫通気体通路が前記加圧気体流を受け入れるように構成され、前記第２の内部ピストンが、前記第１の駆動ピストンに対し軸方向に摺動して前記横方向貫通気体通路を通る気体流を調整するように構成されたことを特徴とする請求項９に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
13. 前記軸方向ピストンボアが弁座を有し、前記第２の内部ピストンが前記弁座に対応するように構成された座面を有することを特徴とする請求項１０に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
14. 前記作動装置が、前記作業チャンバの前記前壁に係合するピンであることを特徴とする請求項１０に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
15. 前記第２の内部ピストンと前記主ピストンとの間に配置されたばねをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
16. 前記第２の内部ピストンと前記主ピストンとの間に配置されたばねをさらに備え、前記作動機構が、前記第２の内部ピストン内に少なくとも部分的に配置されたピンであり、前記ピンが前記作業チャンバの前記前壁に係合し、前記軸方向のボア内に入る気体を調整するようになったことを特徴とする請求項１０に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
17. 前記第２の内部ピストンは、前記横方向貫通気体通路を通る前記気体流を防止する第２の位置に位置させることが可能であることを特徴とする請求項１２に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
18. 前記第２の内部ピストンは、前記軸方向のボアを通る前記気体流を防止する第２の位置に位置させることが可能であることを特徴とする請求項１２に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
19. 前記主ピストンを第１の位置から第２の位置に移動させるように構成された主ピストン・アクチュエータをさらに備え、該第１の主ピストンが前記第１の位置にあるとき、前記第２の内部ピストンが前記第２の位置に位置することを特徴とする請求項１８に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。
20. 前記第１の主ピストンが前記第２の位置にあるとき、前記第２の内部ピストンが該第２の位置に位置することを特徴とする請求項１９に記載の気体吹き付け式溶接ガン装置。

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