(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の接合方向（Ｆ1）で締結要素（９）を部品表面（Ｂ）へ自動的に載置することができ、該部品表面へ固定することができるようにロボット又は自動接合機に接続可能な接合ヘッド（１）であって、次の特徴：
ａ．旋回動作によって締結要素（９）を取り出し位置（Ｅ）からグリッパ位置（Ｇ）へ取り出し、締結要素の向きを第１の接合方向（Ｆ1）に合わせることができるグリッパ（３０）と、
ｂ．締結要素（９）を部品表面（Ｂ）に載置する際に、締結要素（９）の接着剤用の硬化源（６０）から締結要素（９）へ所定のエネルギーを確実に供給することができるように、グリッパ（３０）の補正動作によって、該硬化源（６０）に隣接する硬化位置（Ａ）に締結要素（９）を自動的に配置させる、グリッパ（３０）の補正機構（４０）とを有し、
前記グリッパ（３０）が、硬化源（６０）の硬化用放射線を締結要素（９）の方向に収束することができるよう、硬化源（６０）よりも第１の接合方向（Ｆ1）に突出して硬化源（６０）を径方向内部に包囲する径方向周囲カラー（５２）を有する接合ヘッド（１）。
【請求項２】
前記グリッパ（３０）は、第１の接合方向（Ｆ1）に対して４５°の角度をなす旋回軸を中心として揺動可能である、請求項１に記載の接合ヘッド（１）。
【請求項３】
前記グリッパ（３０）は、開閉動作を行って締結要素（９）を把持することができ、好ましくは、第１の接合方向（Ｆ1）に直動形調整動作を行うことができる少なくとも２個の可動グリッパジョー（３２）を有する、請求項１又は２に記載の接合ヘッド（１）。
【請求項４】
各グリッパジョー（３２）は硬化源（６０）を有する、請求項３に記載の接合ヘッド（１）。
【請求項５】
前記カラー（５２）が、締結要素（９）が硬化源（６０）に対して所定距離に配置されるよう、グリッパ（３０）の調整動作時に締結要素（９）が当接することのできる止め具（５４）を有する、請求項１に記載の接合ヘッド（１）。
【請求項６】
前記グリッパ（３０）が、接合方向（Ｆ1、Ｆn）における接合ヘッド（１）の不正確な供給動作に起因する力が接合ヘッド（１）にかかるのを抑制するダンピングユニット（２２）に接続されている、請求項１に記載の接合ヘッド（１）。
【請求項７】
グリッパ（３０）が接合方向（Ｆ1、Ｆn）と平行に受動的又は能動的に作動できるよう、グリッパ（３０）の受動的又は能動的直動形調整器を有するダンピングユニット（２２）を有する、請求項６に記載の接合ヘッド（１）。
【請求項８】
前記取り出し位置（Ｅ）が、締結要素（９）を可動的に収容することができる少なくとも１個の収容レール（７６）を有するカートリッジ（７０）にある、請求項１〜７のいずれか１項に記載の接合ヘッド（１）。
【請求項９】
前記カートリッジ（７０）が、グリッパ（３０）が各収容レール（７６）内の締結要素（９）の取り出し位置（Ｅ）に到達できるよう、接合方向（Ｆ）に対して平行（７２）及び直角（７４）に作動することができる、請求項８に記載の接合ヘッド（１）。
【請求項１０】
ヒートシンクによって冷却することができる硬化源（６０）を有する、請求項１に記載の接合ヘッド。
【請求項１１】
グリッパジョー（３２）は、冷却面及び／又はグリッパジョー（３２）に組み込まれた液体冷却システム（ＫIN、ＫOUT）を有する、硬化源（６０）を冷却するためのヒートシンクを形成する、請求項３又は４に記載の接合ヘッド（１）。
【請求項１２】
先の請求項１〜１１の１項に記載の接合ヘッド（１）に接続されたロボット。
【請求項１３】
締結要素（９）を部品表面（Ｂ）に締結するための方法であって、次の各工程：
ａ．締結要素（９）用カートリッジ（７０）に隣接する締結要素（９）の載置位置まで接合ヘッド（１）のグリッパ（３０）を旋回させる（Ｓ３）工程と、
ｂ．カートリッジ（７０）をその長手方向軸に対して平行及び／又は垂直に作動させ（Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７）、カートリッジ（７０）の取り出し位置（Ｅ）でグリッパ（３０）によって締結要素（９）を把持して取り出し、グリッパ位置（Ｇ）に移動させる工程と、
ｃ．締結要素（９）の向きが第１の接合方向（Ｆ1）又は他の接合方向（Ｆn）に合うようにグリッパ（３０）を旋回させる（Ｓ８）工程と、
ｄ．締結要素（９）を部品表面（Ｂ）に載置し（Ｓ９）、グリッパ位置（Ｇ）と締結要素（９）の硬化位置（Ａ）との差を自動的に補正し、締結要素（９）が接着剤の硬化源（６０）に隣接して配置されるようにする工程と、
ｅ．硬化源（６０）を作動させて締結要素（９）の接着剤を硬化させる（Ｓ１０）工程とを有し、前記グリッパ（３０）が、硬化源（６０）の硬化用放射線を締結要素（９）の方向に収束することができるよう、硬化源（６０）よりも第１の接合方向（Ｆ1）に突出して硬化源（６０）を径方向内部に包囲する径方向周囲カラー（５２）を有する、締結要素（９）を部品表面（Ｂ）に締結するための方法。
【請求項１４】
旋回は、第１の接合方向（Ｆ1）に対して４５°の角度をなす旋回軸を中心として行う、請求項１３に記載の締結方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットや自動接合機によって部品表面に締結要素を自動的に固定する接合ヘッドに関する。更に、本発明は、該接合ヘッドに接続されたロボットに関すると共に、該接合ヘッドによって実現可能な、部品表面に締結要素を固定するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業界においては、部品や機能性パーツを保持する接着性締結要素を用いることが多くなっている。このような締結要素は、例えば、断面視がＴ字状の構造体で構成される。このＴ字状構造体は、可変設計のボルト状要素が締結されたプレート状締結表面を有する。このボルト状要素は、例えば、ねじ構造やスナップ接続構造、或いは他の構造を有する。プレート状要素は、接着剤が塗布予定又は塗布済みの締結表面を有する。保持を行うため、この締結表面を部品表面に載置し、締結表面の接着剤を硬化させて固定する。
【０００３】
ＤＥ２２３３４１２には、部品表面に接着性要素を載置するための手動式の固定装置が記載されている。接着性要素の接着剤を硬化させるために熱源としての赤外光源が後方に配置されたホルダ内に接着性要素を締結する。部品表面の所定位置に装置を配置した後、締結要素を有するホルダに続けて、熱源を載置用部品表面に向けて移動させ、そこで締結要素の接着剤を硬化させる。
【０００４】
ロボットに位置決めされるによる締結装置又は接合ヘッドは、例えば、ＵＳ４，８５３，０７５、ＥＰ２２４６１４０、ＤＥ１０２００４０１２７８６及びＤＥ１０２００９０５７３３２に記載されている。ＵＳ４，８５３，０７５に記載の接合ヘッドの場合、そのグリッパによって、要素ストリップに収容された締結要素を把持する。接合ヘッド及びグリッパに接続されたロボットは、締結要素が配置される部品表面の個々の位置に移動する。このロボットを、部品表面及び締結要素が損傷しないよう完璧に制御し、作動させる必要がある。
【０００５】
ＥＰ２２４６１４０においては、ロボットに取付けられた接合ヘッドによって、締結要素をリザーバから供給ホース経由で供給する。同一の接合ヘッドを用いて異なる種類の締結要素を取付ける場合、この接合ヘッドに異なる供給ホースを接続する。一方、供給ホースによって締結要素を供給すると、接合ヘッドを備えたロボットの干渉輪郭（Stoerkontur）が損なわれる。部品表面に設けられる各締結位置においては、例えば、締結要素の供給を制限し得る媒体によっては供給ホースの損傷や屈折が生じない場合がある。この場合、設備が複雑になる上、締結方法の制御やモニタリングに影響を及ぼし、個々の締結要素を載置するためのサイクル時間が長くなる。
【０００６】
ＤＥ１０２００４０１２７８６及びＤＥ１０２００９０５７３３２においては、締結要素をカートリッジから取り出した後、部品表面に載置する。締結要素をカートリッジから取り出すために、部品表面への締結要素の接合方向に垂直な回転軸の周りを接合ヘッドが回転する。締結要素を取り出した後、接合ヘッドによって締結要素の向きを接合方向にあ合わせ、続いて部品表面に固定できるようにする。締結要素を部品表面に載置するため、接合ヘッドは、それを接合方向に延伸及び短縮させる直線移動形調整装置を有する。このように接合ヘッドの動作の自由度が異なると、締結要素を固定するために複雑な制御やプロセスモニタリングが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ドイツ特許第ＤＥ２２３３４１２号公報
【特許文献２】米国特許第ＵＳ４８５３０７５号公報
【特許文献３】ヨーロッパ特許第ＥＰ２２４６１４０号公報
【特許文献４】ドイツ特許出願公開第ＤＥ１０２００４０１２７８６号公報
【特許文献５】ドイツ特許出願公開第ＤＥ１０２００９０５７３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
先行技術に鑑み、本発明の目的は、締結要素を部品表面に固定するためのより簡易に設計された接合ヘッドであって、その位置決めされるプロセスにおいて取扱いが容易な接合ヘッドを提供することである。本発明の更なる目的は、締結要素を部品表面に固定するための対応する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的は、独立請求項１に記載の接合ヘッド、独立請求項１３に記載の、該接合ヘッドと共に作動するロボット、及び独立請求項１４に記載の、締結要素を部品表面に固定するための締結方法によって達成される。本発明の有益な設計、変更及び展開は、次の説明、添付図面及び従属請求項生じるによって明らかである。
【００１０】
本発明に係る接合ヘッドは、接合方向で締結要素を部品表面へ自動的に載置し、固定することができるようにロボット又は自動接合機に接続可能な接合ヘッドであり、次の特徴を有する。即ち、本発明の接合ヘッドは、旋回動作によって締結要素を取り出し位置からグリッパ位置へ取り出し、締結要素の向きを第１の接合方向に合わせることができるグリッパと、締結要素を部品表面に載置する際に、締結要素の接着剤用の硬化源から締結要素へ所定のエネルギーを確実に供給することができるように、グリッパの補正動作によって、該硬化源に隣接する硬化位置に締結要素を自動的に配置させる、グリッパの補正機構とを有し、グリッパが、硬化源の硬化用放射線を締結要素の方向に収束することができるよう、硬化源よりも第１の接合方向に突出して硬化源を径方向内部に包囲する径方向周囲カラーを有する。
【００１１】
本発明に係る接合又はアセンブリヘッドのグリッパは、その旋回動作によって締結又は固定要素をカートリッジ又は供給ホースの取り出し位置から取り出す。次に、グリッパの旋回動作によって締結要素の向きを接合方向又はアセンブル方向に合わせ、接合ヘッドに接続されたロボットの供給動作によって締結要素を部品表面に載置することができるようになる。接合ヘッドによって締結要素を部品表面に対して配列させる一方、公知のロボットによって部品表面での締結要素の位置を正確に調節する。このような機能の割り当てを考慮すると、部品表面へ向かう又は部品表面から離れる接合方向での如何なる直動形供給動作も接合ヘッドによっては実行されない。この動作は公知のロボットによって実行される。これによって、接合ヘッドの設計が簡易になり、不安定になりにくくなる。本発明の種々の実施形態においては、接合方向における直動形調整装置を接合ヘッドに更に設けることが好ましい。
【００１２】
カートリッジ又は供給ホースの取り出し位置での締結要素の把持には若干の公差（Toleranzen）を伴う。その結果、グリッパによって保持される締結要素は硬化源と最適には位置合わせされない。このような硬化源は、例えば、光源又は熱源であり、これによって、感光性又は感熱性接着剤を硬化させることができる。ロボットの動作によって接合ヘッドを部品表面に載置する際、硬化表面に向かうグリッパの相対動作により締結要素が硬化表面に隣接して適切に配置されることが補正機構によって保証される。この配置によって確実に、必要量のエネルギー（例えば、光や熱）が部品表面上の締結要素へ再現可能に供給されて接着剤を硬化することができる。補正機構はロボットの載置動作と共に作動するため、部品表面の接合ヘッドによる接合方向での更なる載置動作は必要ない。
【００１３】
締結要素を部品表面に載置する際に接合方向でロボットに働く力を常に吸収する目的で、グリッパが接合ヘッドの接合方向に対して４５°の角度で旋回軸を中心に揺動可能であることが好ましい。この設計によって、締結要素を部品表面へ載置するための接合ヘッド内での力の伝達がサポートされ、同時に、取り出し位置からの締結要素の最適な取り出しが保証される。この旋回軸の配置を考慮すれば、接合方向が表面線と平行になるようにグリッパが円錐の側面に沿って揺動する。上述の旋回軸又は回転軸は円錐の輪郭線と平行に走っている。この方向で接合するために、グリッパは、円錐の側面の如何なる所望の位置もとることができる。円錐は、対向する二側面で囲まれた９０°のテーパ角を有することが好ましい。この状況においては、異なるアセンブル位置に効率よく到達させるには６０°〜１２０°の範囲のテーパ角も好ましい。
【００１４】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、カラーが、締結要素が硬化源から所定距離に配置されるよう、グリッパの補正動作時に締結要素が当接することのできる止め具を有することも好ましい。
【００１５】
本発明に係る接合ヘッドのグリッパは、少なくとも２個の可動グリッパジョーで構成されることが好ましい。閉じた状態においては、これらのグリッパジョーは接合方向に突出する径方向周囲カラーを形成する。光源や熱源等の硬化源はカラーの径方向内部に配置される。この周囲カラーによって、硬化源からの熱又は光放射線が接合方向に対して径方向外側へ放射されることが防止される。その代わりに、径方向周囲カラーは、硬化源からの放射線を接合方向について所定の角度で反射し、部品表面へと向かわせる。このようにして、締結要素を固定する位置に硬化用放射線が集中することによって、周囲カラーを有さない硬化源を用いた場合と比べて、締結要素の接着剤の硬化が促進される。周囲カラーの止め具によって、締結要素が硬化源から常に同じ距離で確実に配置される。この目的で、ロボットによって締結要素を部品表面に載置する際、締結要素は、カラーの止め具に載置されるまで接合方向と反対に接合ヘッド内に延在する。取り出し位置で締結要素を把持する際に締結要素が接合方向と反対に接合ヘッド内に入り込む動作によって公差は補正される。更に、カラーが接合方向に十分に突出するようにカラーの設計を行い、逆Ｔ字状の締結要素のプレートがカラーによって略完全に包囲されるようにする。締結要素を部品表面に載置する際、カラーが部品表面と衝突しないように締結要素のプレートのみがカラーを僅かに超えて延在する。この配置によって、光や熱等の硬化用放射線が締結要素に集中し、後方反射して、接着剤の硬化時間が短縮される。
【００１６】
また、各グリッパジョーが１個の硬化源を有することも好ましい。従って、個々に又は互いに組み合わせて作動することができる、接着剤用の放射ヒータ又は光源（ＬＥＤ等）を各グリッパジョーに設ける。硬化源は作動しながら熱を発生するため、ヒートシンクで冷却することができる。この目的で、各グリッパジョーは冷却表面として設計された十分に大きい表面を有する。この冷却表面に空気を吹き付けて熱を散逸することが好ましい。これは、各グリッパジョー及び硬化源で外気を循環させて行うこともできる。他の好ましい代替手段は、グリッパジョーに液体冷却システムを組み込んでグリッパジョーに冷却液体を流すことである。冷却液体によって硬化源からの余分な熱が散逸する。
【００１７】
また、グリッパに接続されるダンピングユニットを接合ヘッドに設けることも好ましい。このダンピングユニットによって、部品表面に向かう接合方向における接合ヘッドの不正確な供給動作に起因する接合ヘッドでの機械的なオーバーロードが抑制される。他の好ましい実施形態によれば、このダンピングユニットは、グリッパが接合方向と平行に受動的又は能動的に作動できるよう、グリッパの受動的又は能動的直動形調整器を有する。
【００１８】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、接合ヘッドは、締結要素を可動的に収容可能な少なくとも１個、好ましくは２個の収容レールを備えたカートリッジを有する。このカートリッジは接合方向に対して平行及び直角に作動することができ、グリッパが各収容レール内の締結要素の取り出し位置に到達できるようになっている。
【００１９】
更に、本発明は、上述の接合ヘッドに接続されたロボットを提供する。
【００２０】
また、本発明は、締結要素を部品表面に締結又は固定するための方法も開示する。本発明に係る締結方法は、次の各工程、即ち、締結要素用カートリッジに隣接する締結要素の載置位置まで接合ヘッドのグリッパを旋回させる工程と、カートリッジをその長手方向軸に対して平行及び／又は垂直に作動させ、カートリッジの取り出し位置でグリッパによって締結要素を把持して取り出し、グリッパ位置に移動させる工程と、締結要素の向きが接合方向に合うようにグリッパを旋回させる工程と、締結要素を部品表面に載置し、グリッパ位置と締結要素の硬化位置との差を自動的に補正し、締結要素が接着剤の硬化源に隣接して配置されるようにする工程と、硬化源を作動させて締結要素の接着剤を硬化させる工程とを有し、グリッパ（３０）が、硬化源（６０）の硬化用放射線を締結要素（９）の方向に収束することができるよう、硬化源（６０）よりも第１の接合方向（Ｆ1）に突出して硬化源（６０）を径方向内部に包囲する径方向周囲カラー（５２）を有する。
【００２１】
添付図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明に係るカートリッジを備えた接合ヘッドの好ましい一実施形態を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、カートリッジを有さない図１の接合ヘッドの斜視図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの接合ヘッドの回転軸に対する第１の接合方向及び更なる接合方向の概略図である。
【図３】図３は、接合方向とは逆の図１の接合ヘッドのグリッパの平面図を示す。
【図４】図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図を示す。
【図５】図５は、補正機構を備えたグリッパの好ましい一実施形態の斜視図を示す。
【図６】図６〜１２は、図１の好ましい接合ヘッドの締結方法の種々のシーケンスを示す。
【図７】図６〜１２は、図１の好ましい接合ヘッドの締結方法の種々のシーケンスを示す。
【図８】図６〜１２は、図１の好ましい接合ヘッドの締結方法の種々のシーケンスを示す。
【図９】図６〜１２は、図１の好ましい接合ヘッドの締結方法の種々のシーケンスを示す。
【図１０】図６〜１２は、図１の好ましい接合ヘッドの締結方法の種々のシーケンスを示す。
【図１１】図６〜１２は、図１の好ましい接合ヘッドの締結方法の種々のシーケンスを示す。
【図１２】図６〜１２は、図１の好ましい接合ヘッドの締結方法の種々のシーケンスを示す。
【図１３】図１３は、本発明の締結方法の好ましい一実施形態のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る接合ヘッド１の好ましい一実施形態を図１に示す。接合ヘッド１は、接合ヘッド１をロボット又は自動接合機（図示せず）に接続するための取付又は締結プレート２を有する。接合ヘッド１は６軸ロボットと併用することが好ましい。また、２〜５軸ロボットを接合ヘッド１と併用することも考えられる。
【００２４】
支持体又は中間ピース４は締結プレート２に当接している。カートリッジ７０は、グリッパ３０を備えたグリッパアーム２０と共にこの中間ピース４に締結されている。グリッパ３０とグリッパアーム２０は揺動又は旋回機構によってカートリッジ７０に対して揺動させることができる。グリッパ３０を備えたグリッパアーム２０は、第１の接合方向Ｆ1と平行な接合位置（図１参照）をとるか、或いはカートリッジ７０から締結要素９を取り出すための第１の接合方向Ｆ1に垂直な揺動位置（図１０参照）をとる。グリッパ３０を備えたグリッパアーム２０の旋回動作に基づき、カートリッジ７０に収容されている締結要素９の内の１個を取り出し、その向きを接合方向Ｆに合わせる。この状態を図１に示す。
【００２５】
締結要素９はグリッパ３０内に保持されている。締結要素９はＴ字状を有し、そのプレート状締結表面（プレートとも称する）は接合方向Ｆ1,nに対して垂直である。この配置の接合ヘッド１をロボット（図示せず）によって接合方向Ｆ1,nに作動させると、接合ヘッド１によって締結要素９は部品表面Ｂに載置される。締結要素９を部品表面Ｂに載置した後、硬化源６０（後述参照）を作動させて、部品表面Ｂに対向する締結要素９のプレートの締結表面の接着剤を硬化させる。
【００２６】
少なくとも１個の収容レール７６内のカートリッジ７０に複数の締結要素９を収容することができる。２個の収容レール７６を設けることが好ましい。締結要素９をグリッパ３０へ受け渡すため、カートリッジ７０は第１の直動形調整器７２を有するが、これによって、カートリッジ７０を第１の接合方向Ｆ1又は中間ピース４の長手方向軸に対して平行に作動させることができる。締結要素９を少なくとも２個の収容レール７６から取り出すことができるよう、第２の直動形調整器７４を必要に応じて設ける。第２の直動形調整器７４によって、カートリッジ７０は第１の接合方向Ｆ1に対して垂直に作動するか、又は第１の直動形調整器７２の作動方向に垂直且つ揺動位置（図１０参照）にあるグリッパアーム２０に対して垂直に作動する。また、第３の直動形調整器（図示せず）を設けることも好ましく、これによって、カートリッジ７０を揺動位置にあるグリッパアーム２０と平行に作動させることができる。第３の直動形調整器は、短いサイクル時間で締結要素９をカートリッジ７０から取り出すことをサポートする。
【００２７】
締結要素９は、例えば、ばねバイアスや他の適切な移送機構によって収容レール７６内を移動させることができる。このように、締結要素９を取り出し位置Ｅから取り出しても、収容レール７６に収容された新しい締結要素９が取り出し位置Ｅまで移送され（図６参照）、そこでグリッパ３０によって取り出すことができる。１個の収容レール７６に１０個の締結要素９を収容することが好ましい。載置予定の締結要素９の数に応じて、また、ロボット及び接合ヘッド１によって達成可能な締結ポイントの数に応じて、収容レール７６の数を調節すると共に、収容レール７６に収容する締結要素９の数を調節することができる。
【００２８】
図２Ａは、図１の接合ヘッド１の一部を示す。より詳細には、グリッパアーム２０が旋回機構１０によって揺動することが分かる。旋回機構１０は、電気モータ１２又は回転動作用の他の適切な駆動部を有する。電気モータ１２は、第１の接合方向Ｆ1に対して４５°の角度で配置された回転軸Ｘ（図２Ｂ参照）の周りを回転する。電気モータ１２はグリッパアーム２０に接続されているため、電気モータ１２が回転するとグリッパアーム２０は回転軸Ｘの周りを旋回する。図２Ｂにおいて接合ヘッド１の簡単な概略図で示すように、この旋回機構によって、第１の接合方向Ｆ1は円錐の側面の表面線に対して平行となる。旋回機構の回転軸Ｘは円錐の輪郭線に対して平行となる一方、表面線と回転軸Ｘは４５°の角度を形成する。その結果、２本の対向する表面線によって９０°のテーパ角が形成される。このコンテクストにおいては、空間のどこかに位置する部品表面Ｂ上のアセンブル位置の範囲を広くするために、テーパ角の範囲を６０°〜１２０°とすることも好ましい。
【００２９】
図２Ｂを参照すると、第１の接合方向Ｆ1の向きが中間ピース４の長手方向軸と平行な表面線に平行となることも分かる。電気モータ１２によって接合ヘッド１が０°〜３６０°の任意の回転角で回転軸Ｘの周りを回転すると、他の接合方向Ｆnを円錐の側面の如何なる表面線に対しても平行となるように調整することができる。接合ヘッド１は調整可能な接合方向Ｆ1,nに沿って接合するため、接合ヘッド１は空間内の如何なる配列の締結位置にも到達する。想定される締結位置に合わせてテーパ角及び設定可能な接合方向Ｆ1,nを調節し、可能な限り速く、即ち、最も短い移動経路でこの締結位置まで到達するようにすることも好ましい。更に、旋回機構によって、グリッパ３０は１個の締結要素９を取り出し位置Ｅでカートリッジ７０から確実に取り出すことができる。テーパ角が９０°から外れる場合、グリッパ３０の揺動位置は直角に配置されるのではなく、第１の接合方向Ｆ1に対するテーパ角に応じて配置される。
【００３０】
この旋回機構１０によって、公知の配置に比べてロボット（図示せず）、接合ヘッド１及び回転軸への摩耗を抑制しながら、載置用の力がロボットにより締結要素９に確実に伝達される。これによって、供給及び載置動作がロボット（図示せず）のみで実行されるため、接合方向Ｆ1,nにおいて接合ヘッド１に供給ユニットを設ける必要がなくなる。
【００３１】
ロボット（図示せず）の供給及び載置動作から生じる接合ヘッド１への機械的なオーバーロードを抑制するため、グリッパアーム２０にダンピング機構２２を設けることが好ましい。グリッパアーム２０はダンピング機構２２の位置で遮断されており、グリッパアーム２０の２個の隣接パーツはダンピング機構２２によって互いに接続されている。ダンピング機構２２は、グリッピングアーム２０の長手方向軸に平行な直動ガイドを有する。グリッピングアーム２０の長手方向におけるグリッピングアーム２０の２個のパーツ間の機械的負荷を抑制するため、直動ガイドはダンパに連結されている。ダンパは、ばね、空気圧シリンダ又は油圧シリンダで構成されていることが好ましい。好ましい一実施形態によれば、ダンパは受動的要素として実現される。即ち、機械的負荷が閾値負荷を超える場合、ダンパの長さは減衰的に減少して機械的エネルギーを吸収する。同時に、グリッピングアーム２０の長さも減少する。一旦機械的負荷が閾値負荷よりも低くなれば、ダンパ及びグリッピングアーム２０はその初期の長さに戻る。他の好ましい実施形態によれば、ダンパの空気圧又は油圧シリンダは能動的要素として設計される。例えば、カートリッジ７０からの締結要素９の取り出しや部品表面Ｂへの締結要素９の載置をサポートするため、特にダンパを制御することによってグリッピングアーム２０を短くしたり長くすることができる。
【００３２】
グリッパ３０によって締結要素９をカートリッジ７０から取り出し、部品表面Ｂに固定する。グリッパ３０は、図３の矢印の方向に開閉動作を行い締結要素９を把持する少なくとも２個のグリッパジョー３２を有する。この目的で、締結要素９がボルトとプレート状端部を有する上述のＴ字状構造体で構成されていることが好ましい。
【００３３】
図３及び４に示すように、締結要素９のボルトは、グリッパ３０の中央開口部内に保持されている。グリッパジョー３２にはカラーピース５０が取付けられている。カラーピース５０は、接合方向Ｆに突出する径方向外周カラー５２を有する。カラー５２の中央内部には中央止め具５４が突出しており、締結要素９のボルトを収容するためのグリッパ３０の中央開口部を包囲している（図４参照）。
【００３４】
カラー５２内には硬化源６０が配置されている。本発明の好ましい一実施形態によれば、この硬化源６０は光源、特に環状ＬＥＤである。環状ＬＥＤは特定波長の光を発し、締結要素９の接着剤を活性化及び／又は硬化させる。環状ＬＥＤを個々のＬＥＤで構成し、各グリッパジョー３２に少なくとも１個のＬＥＤが配置されるようにすることも好ましい。グリッパ３０が締結要素９を把持すると、グリッパジョー３２は互いに近づき、個々のＬＥＤは環状の硬化源を形成する。本発明の他の実施形態によれば、光源６０をレンズと併用して光を締結要素９の方向に収束させる。レンズ（図示せず）は、接合方向Ｆ1,nにおいて光源６０の前方に配置する。
【００３５】
光源に加えて熱源とすることもできる硬化源６０は、硬化用放射線、即ち、光又は熱を接合方向Ｆ1,nに放出する。径方向外側に放出された光又は熱は、カラー５２の半径方向内側により反射されて締結要素９へ逆反射される。このようにして、硬化源６０によって発せられた硬化用放射線は、締結要素９に集中又は収束する。従って、更なるサポートを行うためには、カラー５２の半径方向内側を研磨又はミラーコートする、及び／又は該半径方向内側に輪郭表面を設けることが好ましい。これらの設計詳細によって、硬化用放射線の損失を防止し、締結要素９（特に締結要素９のプレート）に最大量の硬化用放射線を供給する。更に、締結要素９のプレートが部品表面Ｂへの載置状態にある場合に、該プレートの外周が略完全に外周カラー５２で包囲されるよう、外周カラー５２の寸法を設定することが好ましい。カラー５２によって反射された光／熱は締結要素９のプレートに供給され、これによって、接着剤を硬化させるためのサイクル時間が短縮される。同時に、該プレートは接合方向Ｆ1,nにおいてカラー５２を十分に超えて延在するため、締結要素９を部品表面Ｂに載置する際にカラー５２は部品表面Ｂとは衝突しない。
【００３６】
硬化源６０が操作中に発生する熱は除去する。硬化源６０が光源である場合、過剰な熱が例えば、放射光の波長を不利にシフトさせたり、光の強度を不都合に低下させる。熱の除去や硬化源６０の冷却をサポートするため、カラーピース５０とグリッパジョー３２は金属等の熱伝導性材料で構成する。更に、グリッパジョー３２をヒートシンクとして設計することが好ましい。或いは、ヒートシンクは、大きい表面を有するか、或いは先行技術と比べて大型のグリッパジョー３２として実現することが好ましい。他の好ましい実施形態によれば、グリッパジョー３２を冷却回路（図示せず）に接続し、冷却液がそこを流れる。グリッパジョー３２の少なくとも１個又はその各々に組み込まれた図４に示す液体冷却システムによって、この冷却液の流れが保証される。グリッパジョー３２では冷却液の供給ＫIN及び排出ＫOUTを行う。グリッパジョーでの冷却液の循環、及び冷却液を冷却するためのクーラ（図示せず）によって硬化源６０の操作温度を所望の温度範囲内に維持し、必要な硬化用放射線の放出を保証する。
【００３７】
更に、好ましい一実施形態によれば、接合ヘッド１は図４及び５に示すような補正機構４０を有することが好ましい。補正機構４０によって、締結要素９を部品表面Ｂに載置し、固定する際、締結要素９は確実に、硬化位置にある硬化源６０に隣接して最適に配置される。締結要素９をカートリッジ７０から取り出すため、グリッパジョー３２は、図３の矢印に示すように径方向外側へ広がる。この動作は、グリッパジョー３２に対して径方向内側に配置されたグリッパシェル４２によっても行われる。更に、グリッパシェル４２は、少なくとも１個の直動ガイド４４によってばねバイアスがかかっており、接合方向Ｆ1,nに可動に配置されている。ばねバイアスの直動ガイド４４の代わりに空気ばねを用いることも好ましい。
【００３８】
図４及び５に示す本発明の好ましい実施形態によれば、グリッパシェル４２はプレート４６によって直動ガイド４４に接続されており、ばね４８によって接合方向Ｆにばねバイアスがかかっている。空気圧シリンダ又は油圧シリンダによってグリッパシェル４２のプレテンションを実現することも好ましい。
【００３９】
グリッパジョー３２が開くと、補正機構４０が弛緩状態になり、プレート４６とグリッパジョー４２が接合方向Ｆ1,nに最大限にシフトする（図５参照）。この場合、グリッパシェル４２は、カラーピース５０の止め具５４へ径方向内側に接触する。
【００４０】
グリッパ３０によってカートリッジ７０から締結要素９が取り出されると、締結要素９のボルトは異なる軸方向位置で把持される。これは、接合ヘッド１のグリッパ３０とカートリッジ７０との間の制御公差に起因する。把持後、締結要素９はグリッパ位置Ｇにある。従って、図５に示すように、グリッパ位置Ｇにおいては、締結要素９のプレート状端部は再現可能には配置されず、硬化源６０からは常に異なる距離にある。
【００４１】
硬化を確実に行うため、締結要素９は、硬化位置Ａにおいて硬化源６０に隣接して配置する必要がある。これを確実にするため、接合方向Ｆ1,nにおいてグリッパシェル４２の機械的プレテンションを調整し、締結要素９を部品表面Ｂに載置する際に、グリッパシェル４２がグリッパ３０に入るか、或いは機械的プレテンション及び接合方向Ｆとは反対側にシフトするようにする。締結要素９とグリッパシェル４２は、締結要素９のプレート状端部が中央止め具５４に接触するまでグリッパ３０に入っている（図４参照）。この硬化位置Ａにおいては、締結要素９は硬化源６０及びカラー５２に対して最適に配置されている。硬化源又は光源６０から放射される光によって、締結要素９の接着剤は活性化及び／又は硬化する。次いで、グリッパジョー３２とグリッパシェル４２は広がって締結要素９を解放し、補正機構４０はその弛緩状態に戻る。
【００４２】
図６〜１２は、締結要素９を部品表面Ｂに締結するための好ましい方法の異なるシーケンスを示す。更に、図１３は、締結方法の好ましい一実施形態のフローチャートを示す。回転軸の向きが接合方向Ｆ1,nに対して４５°となっており、締結要素９を第１の接合方向Ｆ1において接合する構成を参照しつつ、締結方法の一例を説明する。同様に、回転軸を異なる角度に配置し（上述参照）、締結要素９を円錐の側面の如何なる所望の接合方向Ｆnにおいて接合する（上述参照）ことも好ましい。
【００４３】
図６は、接合ヘッド１が定位置（即ち、グリッパアーム２０の向きが第１の接合方向Ｆ1と平行である）にあることを示す。締結要素９を部品表面Ｂに固定できるようにする前に、ステップＳ１では、先ず、接着剤を複数の締結要素９に塗布する。次のステップＳ２では、これらの締結要素９をカートリッジ７０の少なくとも１個の収容レール７６に装填する（図示せず）。
【００４４】
接合ヘッドが図６に示す定位置にあれば、即ち、接着剤が塗布された締結要素９がカートリッジ７０の収容レール７６に装填されていれば、ステップＳ３では、グリッパ３０はカートリッジ７０に向かって揺動する（図７参照）。揺動しながら、グリッパ３０は、回転軸又は旋回軸Ｘ（上述参照、図示せず）（接合方向Ｆ1,nに対して４５°の角度に向いていることが好ましい）の周りを回転する。グリッパ３０を備えたグリッパアーム２０は載置位置まで揺動するが、そこでは、グリッパアーム２０の向きは第１の接合方向Ｆ1に対して垂直（好ましくは、カートリッジ７０の長手方向軸に対して垂直）である（図８参照）。テーパ角が９０°ではない場合（上述参照）、グリッパは回転軸Ｘの周りを回転してカートリッジ７０の取り出し位置Ｅ、即ち、接合方向Ｆ1,nに対して垂直に配置されていない載置位置まで揺動する。次に、後述同様にカートリッジ７０から締結要素９を取り出す。
【００４５】
次のステップＳ４では、グリッパ３０によってグリッパジョー３２と共にグリッパシェル４２が開く。次にステップＳ５では、収容レール７６の取り出し位置Ｅで締結要素９が開いたグリッパジョー３２間に配置されるようにカートリッジ７０を作動させる。カートリッジ７０は上述の直動形調整器７２、７４によって作動させる（図９参照）。
【００４６】
ステップＳ６では、グリッパ３０のグリッパジョー３２を閉じ、グリッパ位置Ｇで締結要素９を把持する。次にステップＳ７では、締結要素９をカートリッジ７０の取り出し位置Ｅから取り出すように、直動形調整器７２及び／又は７４によってカートリッジ７０を、第１の接合方向Ｆ1の反対側又はカートリッジ７０の長手方向軸の反対側又は接合方向Ｆ1,nに対して別の方向に作動させる（図１０参照）。
【００４７】
ステップＳ８では、図１１及び１２に示すように、グリッパ３０を備えたグリッパアーム２０とそこに保持されている締結要素９を逆方向に揺動させて第１の接合方向Ｆ1と平行に配置させる。続いて締結要素９を接合させるために、上述の円錐の側面の他の接合方向Ｆnと平行にグリッパ３０を揺動させることも好ましい。
【００４８】
接合ヘッド１が図１２に示す状態にあれば、ステップＳ９では、ロボット（図示せず）によって接合ヘッド１を部品表面Ｂ（図示せず）に向けて作動させて、締結要素９を部品表面Ｂに載置する。同時に、グリッパ位置Ｇと硬化位置Ａとの差を補正するために、補正機構４０のグリッパシェル４２がグリッパ３０に入る（上述参照）。これによって、締結要素９は硬化位置Ａの硬化源６０に隣接して配置される。ロボットによって接合ヘッド１が更に接合方向Ｆ1,nに部品表面Ｂへ向かって作動すれば、グリッパアーム２０で機械的なオーバーロードが生じる。この場合、ダンピング機構２２（上述参照）によってグリッパアーム２０は短くなり、オーバーロードは抑制される。これによって接合ヘッド１の損傷を防ぐ。
【００４９】
ステップＳ１０では、硬化源６０（好ましくは光源）を作動させて、特定波長の光によって締結要素９の接着剤を活性化及び／又は硬化させる。硬化時には、グリッパジョー３２の設計によって硬化源６０を冷却する。この目的で、グリッパジョー３２は十分に大きい表面を有しており、周囲の空気又はグリッパジョーに吹き付けられる空気によって確実に硬化源６０が十分に冷却されるようになっている。硬化源６０を冷却するためにグリッパジョー３２に冷却液を流すことも好ましい。
【００５０】
接着剤が硬化した後、ステップＳ１１ではグリッパジョー３２を開き、固定された締結要素９を解放する。そして、ロボットは接合ヘッド１と共に、固定要素９を固定する予定の新しい位置につくことができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  接合ヘッド
２  締結プレート
４  中間ピース
９  締結要素
１０  旋回機構
１２  電気モータ
２０  グリッパアーム
２２  ダンピング機構
３０  グリッパ
３２  グリッパジョー
３４  硬化源用水冷
４０  補正機構
４２  グリッパシェル
４４  直動ガイド
４６  プレート
４８  ばね
５０  カラーピース
５２  径方向周囲カラー
５４  中央止め具
６０  硬化源／光源
７０  カートリッジ
７２  接合方向の直動形調整器
７４  接合方向とは垂直の直動形調整器
７６  締結要素用収容レール
Ｆ1  第１の接合方向
Ｆn  更なる接合方向
Ｂ  部品表面
Ｅ  取り出し位置
Ｇ  グリッパ位置
Ａ  硬化位置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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