特許 6226983 スタッド接合方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6226983

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】スタッド接合方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/20 20060101AFI20171030BHJP

   B23K 9/235 20060101ALI20171030BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/20 Z

   B23K9/235 Z

   B23K9/20 D

   B23K9/20 A

   B23K31/00 P

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-524707(P2015-524707)

(86)(22)【出願日】2013年7月17日

(65)【公表番号】特表2015-523218(P2015-523218A)

(43)【公表日】2015年8月13日

(86)【国際出願番号】EP2013065050

(87)【国際公開番号】WO2014019848

(87)【国際公開日】20140206

【審査請求日】2016年6月21日

(31)【優先権主張番号】102012015121.7

(32)【優先日】2012年8月1日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】504075577

【氏名又は名称】ニューフレイ リミテッド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(72)【発明者】

【氏名】エイッサラ バー

(72)【発明者】

【氏名】シュミット クラウス ジズベルト

【審査官】 竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭５３−２８３７８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００４−８２２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−１１３３４８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００７−７５９８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／００ − １０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属シート等の被加工物（１４）上にスタッド等の締結要素（１２）を接合させるための方法であって、
前記締結要素（１２）の接合表面（１８）及び／又は前記被加工物（１４）の接合表面（２２）を準備するステップと、
前記締結要素（１２）と前記被加工物（１４）とを互いに接触させ、前記締結要素（１２）を前記被加工物（１４）の上に接合するステップと、
を有し、
前記接合するステップの前に、前記被加工物の前記接合表面（２２）をクリーニングするためのクリーニングステップが行われ、
前記クリーニングステップは、クリーニング電極（６２）を前記被加工物の前記接合表面（２２）の上に配置し、前記クリーニング電極（６２）と前記接合表面（２２）との間にクリーニングアーク（７４）を発生させることにより行われる方法において、
前記締結要素（１２）と前記クリーニング電極（６２）とは、接合ヘッド（２６）上に回転可能に設けられた共通のツール搬送体（５０）上に配置されており、該共通のツール搬送体（５０）が前記クリーニングステップの後にクリーニング位置（Ｒ）から接合位置（Ｓ）に回転移動させられることを特徴とする方法。

【請求項2】

前記クリーニングアーク（７４）は、前記クリーニング電極（６２）を前記被加工物（１４）の上に配置し、クリーニング電流を印加し、次いで前記クリーニング電極（６２）を前記被加工物（１４）から持ち上げることにより発生することを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記クリーニング電極（６２）は、少なくとも一回の前記クリーニングステップの後に、機械的方法によりクリーニングされることを特徴とする、請求項１〜請求項２のいずれかに記載の方法。

【請求項4】

前記クリーニング電極（６２）は、前記クリーニングステップの後又は複数の前記クリーニングステップ後に、交換されることを特徴とする、請求項１〜請求項２のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

溶接アーク（７６）と前記クリーニングアーク（７４）とは、異なる極性で発生することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

締結要素（１２）を保持するための締結要素保持装置（４２）を有し、前記締結要素保持装置（４２）は駆動装置（４４）を用いて第１の軸（４５）に沿って移動可能である、締結要素（１２）を被加工物（１４）上に接合するための、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の方法を実行するための装置（１０）であって、
電源（７３）に接続可能なクリーニング電極（６２）を保持するための、第２の軸（６５）に沿って位置合わせされたクリーニング電極保持装置（６４）を備え、
前記締結要素保持装置（４２）及び前記クリーニング電極保持装置（６４）は、接合ヘッド（２６）上に回転可能に設けられた共通のツール搬送体（５０）上に取り付けられており、
前記ツール搬送体（５０）は、回転式駆動装置（５４；８２）として構成されたツール搬送体駆動装置（５４；８２；８４）を用いて、前記第１の軸（４５）が接合軸（４８）と位置合わせされる接合位置（Ｓ）まで前記接合ヘッド（２６）上を移動可能であり、かつ、前記第２の軸（６５）が前記接合軸（４８）と位置合わせされるクリーニング位置（Ｒ）まで移動可能であることを特徴とする装置。

【請求項7】

前記ツール搬送体（５０）は、前記ツール搬送体駆動装置（５４）を用いて、締結要素（１２）を前記接合ヘッド（２６）から前記締結要素保持装置（４２）へ移送することができる移送位置（Ｕ）まで移動可能であることを特徴とする、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記クリーニング電極保持装置（６４）は、さらに別の駆動装置（６６）を用いて前記第２の軸（６５）に沿って移動可能であることを特徴とする、請求項６〜請求項７のいずれかに記載の装置。

【請求項9】

前記第１の軸（４５）と前記第２の軸（６５）との間に、１８０°を下回るか又はこれに等しい角度（７２）が設定されることを特徴とする、請求項６〜請求項８のいずれかに記載の装置。

【請求項10】

請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の接合方法又は請求項６〜請求項９のいずれかに記載の装置（１０）における、クリーニング電極（６２）としての締結要素（１２）の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属シート等の被加工物上にスタッド等の締結要素を接合させるための方法であって、締結要素の接合表面及び／又は被加工物の接合表面を準備するステップと、締結要素が被加工物の上に接合されるように該締結要素と該被加工物とを合わせるステップとを有し、この接合するステップの前に、被加工物の接合表面をクリーニングするためのクリーニングステップが行われる方法に関する。

【0002】

また、本発明は、締結要素を被加工物上に接合させるための、特に上述の方法を実行するための装置であって、該装置は締結要素を保持するための締結要素保持装置を有し、締結要素保持装置は駆動装置を用いて第１の軸に沿って移動可能である装置に関する。

【背景技術】

【0003】

上述の型式の接合方法の１つは、例えば、いわゆるスタッド溶接である。この方法では、スタッド、ナット又は金属ストリップ等の締結要素が、金属シート等の被加工物の表面の上に直角に溶接され、この方法は、片側がアクセス可能な被加工物に対して実施できる。
スタッド溶接は、締結要素が本体シード等の被加工物上に接合される自動車車両の車体製造の分野で広範に用いられ、これにより、例えば、ケーブル織束、燃料配管等を締結できるクリップ用のアンカーの役割を果たす。

【0004】

締結要素及び／又は被加工物は、例えば個体潤滑剤及び／又は深絞りオイル、特に従前に実行された冷間加工工程からの残渣などにより汚染されていることが多い。締結要素又は被加工物をクリーニングするためには、実際のスタッド溶接工程の前にクリーニング工程を行うことが、従来技術から知られている。クリーニング工程を行う場合、比較的高電流強度で溶接アークを発生させる前に、被加工物と溶接する締結要素との間に、より低い電流強度を有するクリーニングアークを発生させる。クリーニング工程において、原則的に、互いに対向して位置する溶接表面は、まだ溶融しない。従って、電子の放出のために、負の極性を有するコンポーネントに、一定のクリーニング温度の上昇が生じ、それにより、加湿物質が燃焼する。そして、燃焼工程の残渣は、直ちに蒸発しない場合には、負の極性を有するコンポーネント上に堆積する。従って、頻繁に極性を変更することにより、表面を良好にクリーニングすることができる。

【0005】

例えば１ｍｍを下回るか又はこれと等しいシート厚を有する非常に薄壁型の被加工物においては、頻繁な極性変更が「底部溶け込み」を生じさせるリスクがあり、溶接表面の領域の被加工物は、表面が溶融するだけでなく、直接貫通してしまい、その場所に穴が開いて、スタッド溶接接続がそれ以上不可能になる。

【0006】

このような問題は、特にアルミニウム製締結要素又は被加工物を用いる場合に発生する。
従来技術において、予め実施するクリーニング工程を有するスタッド溶接方法は、特許文献１に記載されている。
また、金属被加工物表面を誘導様式でクリーニングすることは、既知である（特許文献２）。
低温媒体を用いて被加工物表面をクリーニングするための方法は、特許文献３により既知である。
特許文献４は、１対のブラシを有する、スタッド溶接ヘッド用のクリーニング装置を提案する。
例えばアセトンを用いるドライクリーニングも、従来技術において既知である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】欧州特許第１ １８３ １２７ Ｂ１号明細書

【特許文献2】独国特許第１０ ２００８ ０２８ ２７２ Ａ１号明細書

【特許文献3】独国特許第１０ ２００７ ０３２ ０６７ Ａ１号明細書

【特許文献4】独国特許第１０ ２００９ ０５３ ７６２ Ａ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述の背景に対して、本発明の目的は、非常に薄い被加工物、特にアルミニウム製の被加工物の表面を効率的な方法で予めクリーニングすること、又はこれらの形式の薄い被加工物に対して初めて確実なスタッド接合工程を行うことを可能にする、改良された接合方法及び／又は改良された接合装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の目的は、上述の方法において、クリーニングステップが、クリーニング電極を被加工物の接合表面上に配置し、該クリーニング電極と接合表面との間にクリーニングアークを発生させるようにすることにより達成される。
また、本発明の目的は、上述の接合装置において、接合装置は、クリーニング電極を保持するためのクリーニング電極保持装置を有し、該クリーニング電極保持装置は第２の軸に沿って位置合わせされ、クリーニング電極保持装置により保持されるクリーニング電極は、電源に接続可能であるようにすることにより達成される。

【0010】

従って、本発明の基本的概念は、クリーニングアークを用いてクリーニング工程を実施するが、該クリーニング工程は、後に接合されるべき締結要素を用いて行うのではなく、特にこの目的のために設けられたクリーニング電極を用いて行うことにある。
クリーニングアークは、電子が被加工物から放出されて、適用可能な場合、クリーニング電極の表面上に堆積されるような極性にすることができる。

【0011】

締結要素は、予めクリーニングされた状態で使用可能にすることができる。従って、ひとたびクリーニングステップを実行すると、被加工物の接合表面がクリーニング電極を用いてクリーニングアークによりクリーニングされ、かつ締結要素の接合表面に堆積物がない状態でスタッド接合工程を実行することができ、クリーニングされた表面に対して最適化された接合工程を実行することができる。

【0012】

クリーニング電極は、被加工物と同じ材料及び／又は後に接合する締結要素と同じ材料から作製された電極とすることができる。しかし、クリーニング電極は、タングステン等の古典的電極材料から作製された電極とすることもできる。被加工物に面するクリーニング電極の表面は、締結要素の接合表面より小さくすることができる、締結要素の接合表面と同じ大きさにすること又はこれより大きくすることもできる。

【0013】

締結要素は、ナット及びシート部品（例えば、いわゆるＷｅｌｄｆａｓｔ（登録商標）溶接として知られるもの等）とすることができる。しかし、特に好ましい様式において、締結要素は、シャンクと、同じ材料のシャンクに接続されたフランジ区画とを有する接合スタッドである。フランク区画の底面は、接合表面として設けられる。接合表面は、鈍角の円錐形表面として設けられる。

【0014】

本明細書における接合するという用語は、特に、接合するつまり溶接する表面（締結要素の接合表面及び被加工物の接合表面）が、両方とも溶融し、これらが一緒に接合された際に、溶融全体が混合されて、ひとたび冷却するとポジティブロック接続を与える溶融部全体を形成する、溶接動作を指す。
しかし、一般的に、接合するという用語は、溶接表面の１つのみが溶融する方法を指すこともある。本明細書における準備するという用語は、例えばはんだ付け又は接着剤の適用の際に生じるような、温度の上昇も含むと理解されたい。従って、接合するという用語は、コンポーネントが添加物無しで又は有りで接続されるという事実を含む。

【0015】

被加工物及び締結要素の好ましい材料は、主としてアルミニウムであるが、鋼材とすることもできる。本例における被加工物は、１ｍｍを下回るか又はこれと等しいシート厚を有する。
本例におけるクリーニングステップは、いかなる極性の変更もなしに実施されることが好ましい。また、好ましくは続く溶接ステップも、いかなる極性の変更もなしに実施することが好ましい。しかし、クリーニングステップの極性と溶接ステップの極性は、異なっていてもよい。クリーニングステップと溶接ステップとの間に、例えば１０ｍｓより長く３ｓより短い、特に２５ｍｓより長く２ｓより短い、好ましくは４０ｍｓより長く１．５ｓより短い、短い中断時間を設けることができる。

【0016】

全体的に見れば、好ましい変形において、底部溶け込みのリスク又はアルミニウムシートの裏面へのひび割れ無しに、アルミニウムスタッドを、薄いアルミニウムシートの上に溶接することができる。許容可能なシート厚は、２．００ｍｍ未満、特に０．９ｍｍ未満とすることもでき、好ましくは０．５ｍｍより厚くすることができる。

【0017】

本発明による接合装置において、溶接アークを発生させるため及びクリーニングアークを発生させるために、異なる電源を設けることができる。しかし、締結要素保持装置内に保持される締結要素及びクリーニング電極保持装置内に保持されるクリーニング電極は、同一電源に接続されること、特に並列に接続されることが好ましい。
電源は、電流及び／又は電圧に関して、広範な境界内で調整可能であるように設けられることが好ましい。また、極性変更は、電源装置を用いて行えることが好ましい。

【0018】

本発明による接合装置は、単に１つの付加的なクリーニング電極保持装置を接合ヘッド（及び、電源への対応する電気接続の場所）に設ける必要があるだけである費用対効果の高い方法で設けることができる。また、原則的に、例えばＣＯ₂スノークリーニング及び／又はレーザクリーニングをはじめとする、高価で時間のかかる方法で被加工物をクリーニングする必要はない。従って、本発明による接合方法は、好ましくは、そのような型式のクリーニング工程を上流に設けることなく実行できる。スタッド溶接方法は、リフト点火溶接方法として、締結要素を初めに被加工物上に動かないように配置し、次にパイロットアークを生成し、次に締結要素を被加工物上に持ち上げてアークを発生させることが好ましい。原則的に、溶接アークを発生させるために、電流強度を上昇させる。被加工物及び締結要素が一緒に接合されたら、溶接アークは短絡され、電源を遮断して、溶融部全体を固化させることができる。

【0019】

代案として、本発明による方法を、いわゆる先端点火溶接方法と組み合わせて、締結要素の先端を被加工物上に動かないように配置し、高電流を印加し、先端を蒸発させると同時に、締結要素と被加工物との間に形成された空間に溶接アークを発生させて、実行することもできる。

【0020】

クリーニング電極は、この目的のために特に提供される電極とすることができる。しかし、クリーニング電極は、後に被加工物に接合されるので、締結要素により形成されることが特に好ましい。これは、様々な部品を減らせることを意味する。また、かかる型式の締結要素を締結要素保持装置に挿入するのと同じ方法で、締結要素をクリーニング電極保持装置に挿入することも可能である。クリーニングステップの後、クリーニング電極として使用した締結要素は、もはや被加工物に溶接されるべき締結要素としては使用しないことが好ましい。クリーニング電極として使用した締結要素は、１回又は複数回の使用後廃棄することが好ましい。
その結果、本発明の目的は、完全に達成される。

【0021】

本発明による方法において、クリーニング電極を被加工物上に動かないように配置し、電極クリーニング電流を印加し、その後クリーニング電極を被加工物から持ち上げてクリーニングアークを発生させることにより、クリーニングアークを発生させることが特に好ましい。
変形においては、結果として、クリーニングアークは、リフト点火を用いるスタッド溶接工程に類似した方法で実行される。従って、クリーニングアークを発生させるために、既存の工具コンポーネント及び工程を用いることができる。

【0022】

さらに別の好ましい実施形態によれば、当該クリーニングステップ後又は複数のクリーニングステップ後に、クリーニング電極をパージすることが好ましい。
パージングは、例えばブラシ等など、機械的方法で行うことができる。
ツール搬送体をクリーニング位置から溶接位置に移動させる際、クリーニング電極は、ブラシ等の機械的パージ装置を通り過ぎて自動的に動かされることが特に好ましい。

【0023】

さらに別の好ましい実施形態によると、当該クリーニングステップ又は複数のクリーニングステップ後に、クリーニング電極が交換されることが好ましい。
機械的パージングを行っても、クリーニング電極の表面が次第に「目詰まり」することは避けられないので、１回又は数回のクリーニングステップ後に、又は機械的パージングの実行が可能でない場合にも、クリーニング電極を交換することが有利である。

【0024】

従って、本発明の１つの態様は、本発明による形式の接合方法及び／又は接合装置におけるクリーニング装置としての締結要素の使用でもある。
さらに別の好ましい実施形態によると、溶接アークとクリーニングアークとは、異なる極性で発生する。
ここで、クリーニングアークを発生させるためには、負極を被加工物に適用し、正極を締結要素に適用することが好ましい。これにより、クリーニングアーク発生中、電子が被加工物から放出され、温度がクリーニング用に上昇し、その結果、加湿物質を確実に燃焼することができる。

【0025】

また、本発明による方法において、全体的に、締結要素とクリーニング電極が共通のツール搬送体上に配置され、該ツール搬送体は、クリーニングステップ後、クリーニング位置から接合位置に移動されることが好ましい。
これは、本発明による方法は、構造上の僅かな支出で実施できることを意味する。
従って、本発明による接合装置において、締結要素保持装置及びクリーニング電極保持装置が共通のツール搬送体上に取り付けられることは有利である。

【0026】

これに関して、被加工物駆動装置を用いて、ツール搬送体は、接合ヘッド上を第１の軸が接合軸と位置合わせされる接合位置に移動可能であり、かつ、第２の軸が接合軸と位置合わせされるクリーニング位置に移動可能であることが有利である。
ここで、接合ヘッドは、例えばロボットにより案内され、ツール搬送体は、接合ヘッド上を好適な方法で移動可能であり、接合位置からクリーニング位置へ及びその逆の動きを行うことができる。接合位置からクリーニング位置へ及びその逆のツール搬送体の動きも、ロボット自体により実行することができる。

【0027】

いくつかの実施形態において、ツール搬送体はまた、例えば締結要素を締結要素保持装置へ、及び／又はクリーニング電極保持装置へ挿入できる移送位置など、さらに別の位置に接近することもできる。
好ましい実施形態によると、ツール搬送体は、回転式駆動装置として設けられる。
ここで、回転軸は、第１の軸及び第２の軸と直角に位置合わせされる。これに代わるものとして、回転式駆動装置の回転軸は、第１の軸及び第２の軸と平行に位置合わせすることができる。前者においては、第１の軸及び第２の軸は平行に配置されないことが好ましいが、後者においては、第１の軸及び第２の軸は互いに平行に配置されることが好ましい。

【0028】

代替的実施形態によると、ツール搬送体は、移動駆動装置として設けられる。
この場合は、締結要素保持装置及びクリーニング電極保持装置は、例えば、長手方向駆動装置としてクリーニング位置と接合位置との間を行ったり来たり移動することができる、ある形式の摺動体上に配置することができる。
上述の全ての実施形態において、ツール搬送体駆動装置が、ツール搬送体を、締結要素を締結要素保持装置に挿入できる又は接合ヘッドから締結要素保持装置に移送させることができる移送位置へ動かすこともできるように、ツール搬送体駆動装置を設けることが可能である。

【0029】

これは、例えば、前面にシャンクを有する締結要素を締結要素保持装置の出口側に挿入することにより、締結要素保持装置への締結要素の供給を自動的に行えることを意味する。すなわち、自動化した供給を「後ろ側から」（つまり、ツール搬送体を向いたそれぞれの保持装置の側を介して）実行する必要がないように、締結要素保持装置（及び／又はクリーニング電極保持装置）の設計を単純化できることを意味する。

【0030】

一般的に、クリーニング電極をツール搬送体に堅固に締結することができる。クリーニングアークを発生させるためのクリーニング電極の動きは、ロボット自体により実行することができる。
しかし、クリーニング電極保持装置は、さらに別の駆動装置を用いて第２の軸に沿って移動可能であることが特に好ましい。
この実施形態において、クリーニングアークは、クリーニング電極を初めに被加工物上に動かないように配置し、次にクリーニング電流を印加すると同時に、被加工物から持ち上げてクリーニングアークを発生させるリフト点火方法により発生させることができる。

【0031】

さらに別の駆動装置は、別個の駆動装置として設けることができる。しかし、いくつかの変形において、締結要素保持装置を動かすための駆動装置は、クリーニング電極保持装置を動かすために使用することもできる。
また、一般的に、第１の軸及び第２の軸を、互いに平行に位置合わせすることができる。
しかし、好ましい変形において、第１の軸及び第２の軸は、１８０°より小さいか又はこれと等しい角度、好ましくは９０°より小さいか又はこれと等しい角度、及び０°より大きいか又はこれと等しい角度、好ましくは１５°より大きいか又はこれと等しい角度で、互いに位置合わせされる。
角度は、４５°より小さいか又はこれと等しいことが特に好ましい。
この実施形態において、ツール搬送体駆動装置は、回転式駆動装置として設け、その回転軸は第１及び第２の軸を横切るように延びることが好ましい。

【0032】

上述の特徴及び以下にこれから説明する特徴は、それぞれ特定される組み合わせのみでなく、本発明の枠組みから逸脱することなく、他の組み合わせで又は単独でも使用可能であることは明らかである。
本発明の例示的実施形態を図面に示し、以下の説明で詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明による接合装置の１つの実施形態の概略図を示す。

【図2】移送位置にある図１の接合装置のツール搬送体を示す。

【図3】移送位置からクリーニング位置へ移動中の図２のツール搬送体を示す。

【図4】クリーニング位置にある図２のツール搬送体を示す。

【図5】接合位置に到達したときの図２のツール搬送体を示す。

【図6】溶接アーク発生中の図２のツール搬送体を示す。

【図7】溶接動作実施後の図２のツール搬送体を示す。

【図8】ツール搬送体の代替的実施形態の上面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0034】

図１は、一般的に１０により示されるスタッド溶接装置の形態の、本発明による接合装置の１つの実施形態の概略図を示す。

【0035】

溶接装置１０は、例えばスタッド等の締結要素１２を、例えば金属シート等の被加工物上に溶接する役割を果たす。締結要素１２及び／又は被加工物１４は、例えば鋼材等の金属材料、特にアルミニウム等の軽金属から作製することができる。締結要素１２は、それぞれフランジ１６を有し、その底面に溶接表面１８が設けられる。フランジ１６の上面に、締結要素１２は、フランジ１６と一体に設けることが好ましいシャンク２０を有する。被加工物１４は、特に、２ｍｍを下回るか又はこれと等しい、特に０．９ｍｍを下回るか又はこれと等しい厚さ２４を有するシート状金属材料から作製することができる。被加工物１４は、上側に溶接表面２２を有し、溶接表面２２の形態は、フランジ１６の溶接表面１８に概ね対応する。

【0036】

溶接装置１０は、手動で案内できるが、特にロボット２８により案内できる溶接ヘッド２６を有する。ロボット２８は、例えば、第１のアーム３０及び第２のアーム３２を有し、溶接ヘッド２６が、第２のアームの端部上に取り付けることができる。溶接ヘッド２６は、ロボット２８を用いて、空間内を広範に自由な方法で、三次元的に動かすことができる。溶接ヘッド２６には、ロボット２８により電源が供給されることが好ましい。溶接電力及び工程制御は、制御及び電源７３により与えられる、又は実行される。制御及び電源７３は、供給装置３４と１つのユニットを形成することができる。付言すると、溶接装置１０は、同じく固定されて配置され、かつ例えばホース３６を用いて溶接ヘッド２６に接続できる締結要素供給装置３４を有することができる。これに代わるものとして、締結要素供給装置３４は、移送ステーションを有することができ、そこから溶接ヘッド２６が、１つ又は好ましくは複数の締結要素を取り出し、溶接ヘッド２６のマガジンに一時的に貯蔵することができる。

【0037】

溶接ツール４０は、いずれの場合も、１つの締結要素１２に対して１つの保持装置４２を有し、溶接ヘッド２６上に取り付けられる。保持装置４２は、締結要素を前面から該保持装置４２に挿入し、溶接工程中、その場にしっかりと保持できるように、設けられることが好ましい。溶接ツール４０は、駆動装置４４をさらに含み、該駆動装置４４によって、保持装置４２は、第１の軸４５に沿って移動可能であり、例えばリフト点火方法を用いてスタッド溶接工程を実行できる。対応する運動方向は、４６により図１に示される。

【0038】

溶接ツール４０は、溶接ヘッド２６上に堅固に締結することができる。本例では、溶接ツール４０は、溶接ヘッド２６上に取り付けられたツール搬送体５０上に取り付けられ、第１の軸４５に直角に位置合わせされた回転軸５２の周りを回転可能である。回転式駆動装置５４は、概略的に示され、例えば電気モータにより形成することができ、溶接ヘッド２６上に設けてツール搬送体５０を回転させる。

【0039】

そこから締結要素を移送軸５７に沿って保持装置４２へと移送する移送区画５６が、溶接ヘッド２６上に設けられる。移送区画５６は、複数の締結要素を受けることができるマガジン５８と関連付けられている。
図１は、第１の軸４５が、被加工物１４と直角である溶接軸４８と位置合わせされた溶接位置に対応する回転位置にある、ツール搬送体５０を示す。移送区画５６で締結要素１２を掴まえるために、ツール搬送体５０は、第１の軸４５が移送区画５６の移送軸（詳細は図示されていない）と位置合わせされるように、図１に示す位置から回転される。

【0040】

溶接ヘッド２６は、被加工物１４の溶接表面２２をクリーニングする役割を果たすクリーニング装置６０をさらに有する。クリーニング装置６０は、締結要素１２と形状が類似し得る、又は好ましい変形のクリーニング電極６２を有し、締結要素１２自体により形成することができる。クリーニング装置６０は、クリーニング電極保持装置６４を有し、これを用いてクリーニング電極６２を保持することができる。クリーニング電極保持装置６４は、第２の軸６５に沿って位置合わせされる。クリーニング装置６０は、溶接ヘッド２６上に堅固に締結できるが、本例では、ツール搬送体５０上に取り付けられる。クリーニング電極保持装置６４は、ツール搬送体上に堅固に固定することができる。しかし、運動方向６７により図１に示すように、クリーニング電極保持装置６４は、クリーニング電極駆動装置６６によって、第２の軸６５に沿ってツール搬送体５０上を移動可能であることが好ましい。

【0041】

また、図１はまた、例えば機械的パージ装置として設けることができ、特にブラシ７０を含むことができる電極パージ装置６８を、溶接ヘッド２６上に設けることができることも示す。ここで、ツール搬送体５０がブラシ７０を通り過ぎて動くように移動されると、クリーニング電極保持装置６４により保持されるクリーニング電極６２の、保持装置から離れる方を示す側が機械的にクリーニングされるように、パージ装置６８が配置されることが好ましい。

【0042】

また、図１は、第１の軸４５及び第２の軸６５が、好ましくは０°より大きい、好ましくは９０°より小さいか又はこれと等しい角度７２で互いに対して位置合わせされることを示す。図１は、本発明をより良く示すことができるように、９０°の角度７２の変形を示す。しかし、角度７２は、駆動装置４４及びクリーニング電極保持装置６６が、周方向に互いに近づくように、９０°より小さいことが好ましい。好ましい変形において、駆動装置は、互いに一体化することもできる。

【0043】

図１の溶接装置１０の動作の方法を、図２乃至図７により以下により詳細に説明する。図２乃至図７は、それぞれツール搬送体５０の概略図を示し、軸４５、６５は、９０°で位置合わせされる。角度７２がより小さい場合、ツール搬送体５０の動きの範囲は、対応して低減され得る。

【0044】

図２は、締結要素１２を移送区画５６から掴まえるために、第１の軸４５が移送軸５７と位置合わせされた位置にあるツール搬送体５０を示す。図２に示す位置は、移送位置Ｕとしても示される。図２は、クリーニング電極６２’（この場合は棒状電極として示される）及び締結要素１２を同じ電源すなわち電流源７３と並列に接続できることをさらに示し、電源７３は、２つの極性において直流を提供できるように設けることが好ましく、電源装置は交流源として概略的に示されることを意味する。

【0045】

ツール搬送体５０は、図２に示す位置から時計回りに回転される。これは、クリーニング電極６２’がクリーニング電極パージ装置と接触することを意味する。
ツール搬送体５０は、図３に示す位置から、クリーニング電極６２’が溶接表面２２の上に配置されるまで、時計回りにさらに回転され、従って、第２の軸６５は溶接軸４８と位置合わせされる。ここで、締結要素１２は、被加工物１４の溶接点を通り過ぎて回転される。クリーニング電極６２’は、回転運動中、ブラシ６８の上を動き、前のクリーニング工程からの異物の堆積物が取り除かれる。

【0046】

図４に示すクリーニング位置Ｒにおいて、クリーニング電極６２’は、初めに、該クリーニング電極６２’が被加工物１４に接触するまで、クリーニング電極駆動装置６６を用いて、降下される。次いで、電源７３を介して電流が印加され、電流は直流であり、その極性に従って、被加工物１４は負の極性を有することが好ましい。図４は、被加工物１４がフレーム７５に接続されることを示す。極性は、電源７３により相応に設定される。ひとたびかかるクリーニング電流が設定されると、クリーニング電極６２’は、クリーニング電極駆動装置６６を用いて、クリーニングアーク７４が発生するように被加工物１４の表面から離される。クリーニングアークにより、電子が被加工物１４から抽出され、その結果、被加工物１４の温度は、溶接表面２２の領域において上昇する。かかる温度の上昇は、被加工物１４の表面上の、例えば個体潤滑剤及び／又は深絞りオイル等の汚れの部分的燃焼又は蒸発を生じさせる。燃焼工程の残渣が、ここでは正の極性を有するクリーニング電極６２’上に堆積することがある。従って、極性を選択することにより、被加工物１４の溶接表面２２をクリーニングし、生じ得る汚れを、事実上クリーニング電極６２’の電極表面上に堆積されるのを保証することができる。

【0047】

次いで、ツール搬送体５０は、図４に示すクリーニング位置から進み、第１の軸４５が溶接軸４８と位置合わせされるまで反時計回りに逆回転し、つまり、従前に掴まえた締結要素１２が、被加工物１４の溶接表面上に配置される。図５に示す位置は、溶接位置Ｓを示す。
次いで、リフト点火方法つまり本例ではリフト点火溶接方法を用いるスタッド溶接工程が、それ自体既知の方法で実行される。ここで、締結要素１２は、初めに、駆動装置４４を用いて被加工物１４の上に降下される。次いで、好ましくはクリーニング電流とは逆の極性を有するパイロットアークを発生させる。

【0048】

図６は、締結要素１２を再度持ち上げると、アークが発生し、電流はパイロット電流から、パイロット電流より相当高い溶接電流へと増大し、図６に概略的に示すように、溶接アーク７６が発生することを示す。溶接アーク７６は、互いに対向する溶接表面１８、２２が少なくとも部分的に溶融するように発生することが好ましい。次いで、締結要素１２は、駆動装置４４を用いて、好ましくは被加工物１４の表面より低いところまで、再度被加工物の上に降下される。この結果、締結要素１２及び被加工物１４の溶融部は混合される。また、電源７３を遮断するように、短絡が発生する。溶融部全体が固化し、図７に示すように、締結要素１２は、ポジティブ結合方式で被加工物１４に接続される。次いで、ツール搬送体５０は、移送区画５６から別の締結要素１２を掴まえるために、図７に示す位置から、図２に示す移送位置Ｕまで、再度反時計回りに回転する。

【0049】

移送位置Ｕにおいて、必要に応じてクリーニング電極６２’を交換することもさらに可能である。図１に示す実施形態のように、クリーニング電極６２が締結要素１２で形成される場合は、締結要素１２の形態のクリーニング電極は、好適な地点で初めに排出され、締結要素の形態の新しいクリーニング電極を、第２の軸が移送軸に対応するように（図３及び図４の２つの位置の間の位置）回転されたツール搬送体５０により、掴まえることができる。

【0050】

図８は、移動式ツール搬送体５０”を上に有する溶接ヘッド２６”のさらに別の実施形態を示す。溶接ツール４０”は、図２における第１の軸４５”が溶接軸４８と重なり、ツール搬送体５０”上に配置される。また、クリーニング装置６０”は、第２の軸６５”が第１の軸４５”と平行に配置され、同じくツール搬送体５０”上に配置される。図８は、溶接軸４８の方向において、ツール搬送体５０”の図を下から示す。

【0051】

一つの変形において、ツール搬送体５０”は、第１の軸４５”及び第２の軸６５”に平行に位置合わせされ、かつこれらの２つの軸の間に正確に位置することが好ましい回転軸８０の周りに回転可能であるように取り付けられる。クリーニング位置Ｒは、ツール搬送体５０”を１８０°回転させることにより設定できる。対応する回転式駆動装置８２が、図８に概略的に示される。

【0052】

代替的実施形態において、ツール搬送体５０”は、移動駆動装置８４を用いて長手方向に移動可能であるように設けられる。ツール搬送体５０”を移動駆動装置８４を用いて移動させることができる軸は、第１の軸４５”と第２の軸６５”の間を仮想的に接続する軸に平行であることが好ましい。移動駆動装置８４は、該移動駆動装置により実行されるべき動きが、ロボット自体により行える場合は、設けなくてよい。

【0053】

ツール搬送体５０”の場合も、回転式駆動装置８２又は移動駆動装置８４を用いて設定できる溶接位置Ｓ（図８に示す）及びクリーニング位置Ｒ以外に、ツール搬送体５０”が対応する方法で設けられる場合は、移送位置にも接近させ得ることは明らかである。
回転式駆動装置８２及び移動駆動装置８４は、起電式、電磁式或いは空気圧駆動であってもよい。図１の実施形態の回転式駆動装置５４も、起電式、電磁式或いは空気圧駆動であってもよい。

【0054】

駆動装置４４は、例えばリニアモータ又は吊り磁石及びばねの組み合わせにより形成することができる。対応する方法において、クリーニング電極駆動装置６６は、リニアモータ又は吊り磁石及びばねの組み合わせ構成で形成することができる。クリーニング電極駆動装置６６もまた、空気圧駆動装置により駆動することができる。

【符号の説明】

【0055】

１０：溶接装置
１２：締結要素
１４：被加工物
１６：フランジ
１８、２２：溶接（接合）表面
２０：シャンク
２６、２６”：溶接ヘッド
２８：ロボット
３０：第１のアーム
３２：第２のアーム
３４：締結要素供給装置
３６：ホース
４０、４０”：溶接ツール
４２：保持装置
４４：駆動装置
４５、４５”：第１の軸
４８：溶接軸
５０、５０”：ツール搬送体
５４：回転式駆動装置
５６：移送区画
５７：移送軸
５８：マガジン
６０、６０”：クリーニング装置
６２、６２’：クリーニング電極
６５、６５”：第２の軸
６６：クリーニング電極保持装置
７０：ブラシ
７３：制御及び電源装置
７４：クリーニングアーク
７５：フレーム
７６：溶接アーク
８２：回転式駆動装置
８４：移動駆動装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】