JP2001009646A - 金属部品の加熱圧入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ロボットの負荷を軽減して迅速かつ的確な金属
部品の圧入を行うことができる金属部品の加熱圧入装置
を提供する。 【解決手段】複数の金属部品を貯留可能なマガジンユニ
ット１０と、このマガジンユニット１０に貯留された金
属部品を保持しこれを熱可塑性の材質で成るワークＷに
圧入する圧入ユニット２０と、この圧入ユニット２０に
保持された金属部品をワークＷを溶融できる温度まで加
熱する加熱ユニット５０と、所定の位置にワークＷを保
持可能なワークホルダ６０とをそれぞれ個別に設けると
ともに、前記圧入ユニット２０をロボットＲに連結し、
このロボットＲの作動により圧入ユニット２０が他のユ
ニット間を移動できるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性の材質で
成るワークに金属部品を圧入する金属部品の加熱圧入装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属部品の加熱圧入装置としては
出願人によって創案された特開平９−２６７２２３号の
金属部品の加熱圧入装置が知られている。この金属部品
の加熱圧入装置は、複数の金属部品を整列させて貯留可
能な貯留部と、この貯留部に貯留された金属部品を加熱
する加熱部と、この加熱部によって加熱された金属部品
を１個ずつ保持し、これを熱可塑性の材質で成るワーク
に圧入する圧入ユニットとを備えており、圧入時、金属
部品はその熱によりワークを溶融させることにより所定
位置まで圧入されるように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の金
属部品の加熱圧入装置においては、貯留部、加熱部、圧
入ユニットが一つの装置としてまとめられているため、
所定の位置に固定して使用する所謂定置型の装置として
は有用であるものの、ロボットなどに連結して可動型の
装置として用いる場合には、その重量の重さからロボッ
トの動作不良を招き、圧入位置に誤差が生じるなど圧入
作業に支障を来すとともに、ロボットの可動部が摩耗し
易くなる等の問題が発生していた。また、加熱部からの
熱伝達による構成部品の劣化を防ぐため、ロボットには
相応箇所に断熱処理を施す必要があり、装置が構造複雑
にして高価なものとなってしまう等の問題が発生してい
た。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
て創成されたものであり、ロボットの負荷を軽減して迅
速かつ的確な金属部品の圧入を行うことができる金属部
品の加熱圧入装置の提供を目的とする。この目的を達成
するため、本発明は複数の金属部品を貯留可能なマガジ
ンユニットと、このマガジンユニットに貯留された金属
部品を保持しこれを熱可塑性の材質で成るワークに圧入
する圧入ユニットと、この圧入ユニットに保持された金
属部品をワークに圧入される前にワークを溶融できる温
度に加熱する加熱ユニットと、所定の位置にワークを保
持可能なワークホルダとをそれぞれ個別に有しており、
前記圧入ユニットは、ロボットに連結されて他のユニッ
ト間を移動可能に構成されていることを特徴とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１乃至図１０において、１は熱
可塑性の樹脂材より成るワークに、例えば金属製のナッ
ト部品など、中空穴を有する金属部品Ｐを圧入するため
の加熱圧入装置であり、前記金属部品Ｐを複数配列して
ストックするためのマガジンユニット１０と、このマガ
ジンユニットに隣接して配置された３軸の直交座標型ロ
ボットＲ（以下、単にロボットＲという）と、このロボ
ットＲに取り付けられた圧入ユニット２０と、前記金属
部品Ｐを加熱するための加熱ユニット５０と、ワークを
所定位置に保持するワークホルダ６０とを備えている。
以下、これらの構成要素について詳細に説明する。

【０００６】◎マガジンユニット 前記マガジンユニット１０は、複数の金属部品Ｐを配列
したマガジン１１を保持するマガジンテーブル１２を有
している。このマガジンテーブル１２は、マガジン供給
用コンベア（図示せず）に隣接するマガジン受取位置Ｍ
１と、圧入ユニット２０による部品取出位置Ｍ２とをス
ライド移動可能に構成されており、マガジン受取位置Ｍ
１においては、マガジン供給用コンベアとの間でマガジ
ン１１の交換が行われるようになっている。

【０００７】◎圧入ユニット 前記圧入ユニット２０は、ロボットＲのＺ軸可動部Ｒ１
に連結されるメインフレーム２１に作業ツール２２及び
エアシリンダ２３をそれぞれ回動自在に配置して構成さ
れている。前記作業ツール２２は、メインフレーム２１
に支持軸２１ａによって回動自在に軸支された回動フレ
ーム２４と、この回動フレーム２４に配置されたエアシ
リンダ２５と、このエアシリンダ２５のピストンロッド
２５ａに連結された圧入ヘッド２６とを有して成り、回
動フレーム２４には、前記エアシリンダ２３のピストン
ロッド２３ａ先端が回動自在に連結されるように構成さ
れている。つまり、作業ツール２２はエアシリンダ２３
のピストンロッド２３ａが伸長することによって９０°
回動するように構成されており、この回動動作は加熱ユ
ニット及びワークホルダに隣接する回動エリアＴにおい
て行われるよう構成されている。

【０００８】前記圧入ヘッド２６は、前記エアシリンダ
２５のピストンロッド２５ａ先端に連結された支持テー
ブル２７と、この支持テーブル２７に連結されたセンタ
リングデバイス２８と、このセンタリングデバイス２８
に取り付けた断熱ブロック２９と、この断熱ブロック２
９に取り付けられた部品保持ユニット３０と、前記セン
タリングデバイス２８に支持された冷却ホース３１とか
ら構成されている。

【０００９】前記センタリングデバイス２８は、断熱ブ
ロック２９をフローティング状態で支持するよう構成さ
れており、これにより断熱ブロック２９及び前記部品保
持ユニット３０は、水平面内を若干量移動できるように
なっている。また、前記断熱ブロック２９は、例えば断
熱性セラミック等の熱伝導率の低い材質で成る断熱材２
９ａを部品保持ユニット３０の連結位置に組み込んだも
のであり、これにより部品保持ユニット３０からの熱伝
導を最小限に抑えるように構成されている。さらに、前
記冷却ホース３１は、圧縮空気の供給源（図示せず）に
接続され、これの作動を受けて先端から圧縮空気を噴射
するように構成されており、後記するスライドスリーブ
３４の下方に先端に向けて配置されている。

【００１０】また、前記部品保持ユニット３０は、前記
断熱材２９ａに上部を覆われ、かつねじ部品２９ｂによ
り断熱ブロック２９に一体に固定された押圧ブッシュ３
２と、この押圧ブッシュ３２に内挿された保持ロッド３
３と、押圧ブッシュ３２に外挿されたスライドスリーブ
３４とを備えて構成されている。

【００１１】前記保持ロッド３３は、金属部品Ｐの中空
穴に進入可能な形状を成し、前記押圧ブッシュ３２内に
収納されたばね３５により常時押圧ブッシュ３２から突
出するように付勢されている。この保持ロッド３３には
収納溝３３ａが形成されており、この収納溝３３ａには
係止爪３６が回動自在に軸支して配置されている。この
係止爪３６は、先端の係止片３６ａが保持ロッド３３の
先端付近から常時突出するようばね３７により付勢され
ており、保持ロッド３３を金属部品Ｐの中空穴に挿入し
た時、この係止片３６ａが中空穴に押し付けられるよう
構成されている。

【００１２】前記スライドスリーブ３４は常時ばね３８
により押圧ブッシュ３２先端側へ付勢されており、この
スライドスリーブ３４の先端には、押圧ブッシュ３２の
先端面を含む面から僅かに下方に突出するワーク接地片
３４ａが一体形成されている。また、このスライドスリ
ーブ３４の上部には、被検出片３９が取り付けられてお
り、この被検出片３９に対向する前記断熱ブロック２９
側部には変位センサ４０が取り付けられている。なお、
この変位センサ４０は、その検出面と前記被検出片３９
上面との間隔が予め設定された近接範囲内にある場合に
のみＯＮするように構成されているものである。

【００１３】◎加熱ユニット 前記加熱ユニット５０は、筐体５１に内蔵された加熱シ
ステム（図示せず）を有し、この加熱システムには筐体
５１から突出するコイル５２が接続されている。このコ
イル５２は、金属部品Ｐの被加熱部分を内包できる内径
及び全長に形成されており、このコイル５２に加熱シス
テム５１から高周波電流を流して磁束を発生させ、この
磁束がコイル５２内に挿入された金属部品Ｐに集中する
ことによる電磁誘導作用で金属部品Ｐに渦電流を発生さ
せ、これにより金属部品Ｐを加熱するようになってい
る。また、前記筐体５１にはブラケット５３を介して非
接触式の温度センサ５４が、その検出面を前記コイル５
２の上空位置に向けて配置されており、この温度センサ
５４によってコイル５２から取り出された金属部品Ｐの
温度を検出できるように構成されている。

【００１４】◎ワークホルダ 前記ワークホルダ６０は、スライドユニット６１に連結
されたインデックステーブル６２と、このインデックス
テーブル６２上に配置された台座６３と、この台座６３
上に配置されかつワークＷを保持可能に構成されたワー
クテーブル６４とを備えており、スライドユニット６１
の作動によりワークテーブル６４を水平移動させ、これ
をワーク取得位置Ｗ１と前記回動エリアＴに隣接する圧
入作業位置Ｗ２とに位置決めするとともに、インデック
ステーブル６２の作動により圧入作業位置においてワー
クテーブル６４を水平面上で回転させ、ワークテーブル
６４に保持されたワークＷの向きを変えて位置決めでき
るように構成されている。

【００１５】上記加熱圧入装置１を使用してワークＷに
金属部品Ｐを圧入する時には、まず、マガジンユニット
１０のマガジンテーブル１２がマガジン受取位置Ｍ１に
移動してマガジン１１を受け取り、部品取出位置Ｍ２に
復動位置決めされる。同時にワークホルダ６０のワーク
テーブル６４がスライドユニット６１の作動によりワー
ク供給位置Ｗ１に移動してワークＷを受け取って保持
し、圧入作業位置Ｗ２に復動位置決めされる。このよう
にマガジン１１及びワークＷが所定の位置にセットされ
ると、続いてロボットＲの作動により圧入ユニット２０
がマガジン１１に移動し、所定の金属部品Ｐの中空穴に
部品保持ユニット３０の保持ロッド３３を挿入する。こ
れにより係止爪３６の係止片３６ａが金属部品Ｐの内部
に押し付けられるため、保持ロッド３３に金属部品Ｐを
保持することができる。

【００１６】続いて、圧入ユニット２０はロボットＲの
作動により加熱ユニット５０へ移動し、コイル５２に金
属部品Ｐを保持ロッド３３ごと挿入する。この時、コイ
ル５２には加熱システムの作動によって高周波電流が流
されており、これによる電磁誘導作用によって金属部品
Ｐは相応の温度に加熱される。この時、断熱ブロック２
９の断熱材２９ａにより部品保持ユニット３０からの熱
伝導は極力抑えられるため、変位センサ４０の精度が狂
うのを防止できるとともに、ロボットＲ及び圧入ユニッ
ト２０各部の熱劣化を防ぐことができる。

【００１７】加熱ユニット５２における金属部品Ｐの加
熱時間は制御ユニット（図示せず）によって制御されて
おり、この加熱時間が経過すると、圧入ユニット２０は
ロボットＲの作動により上昇して金属部品Ｐをコイル５
２から取り出す。金属部品Ｐがコイル５２から取り出さ
れる時、金属部品Ｐの温度は温度センサ５４によって測
定される。もし、金属部品Ｐが所定の温度以上に加熱さ
れていなければ、その金属部品Ｐは排除され、圧入ユニ
ット２０は再度マガジンユニット１０に戻り、別の金属
部品Ｐによって前述の加熱動作を繰り返す。

【００１８】金属部品Ｐが所定の温度以上に加熱されて
いる場合、圧入ユニット２０はロボットＲの作動により
ワークホルダ６０へ移動し、図９（ａ）に示すように金
属部品ＰをワークＷにおける所定の金属部品圧入用の穴
ｈ上方へ位置決めする。この状態でシリンダ２５が作動
して圧入ヘッド２６を下降させ、金属部品ＰをワークＷ
の穴ｈ入口へ押し付ける。このことにより、金属部品Ｐ
はワークＷの穴ｈの周縁部分を溶かしながらワークＷに
圧入される。この時、図９（ｂ）に示すように保持ロッ
ド３３は金属部品Ｐが受ける圧入抵抗の影響で押圧ブッ
シュ３２内へ逃げ、これによって押圧ブッシュ３２の先
端面が金属部品Ｐに当接する。

【００１９】圧入にともなって金属部品Ｐの上端面がワ
ークＷの表面に一致する直前、スライドスリーブ３４は
図９（ｃ）に示すようにワーク接地片３４ａがワーク表
面に当接することで下降できなくなり、これに対応して
保持ロッド３３及び押圧ブッシュ３２は、ばね３８を圧
縮しつつ下降を続ける。こうして図９（ｄ）に示すよう
に金属部品Ｐの上端面がワークＷの表面に一致して押圧
ブッシュ３２の先端面がワークＷの表面に押し付けられ
ると、その状態で冷却ノズル３１から一定時間圧縮エア
が噴射され、金属部品Ｐの熱で溶けたワークＷの穴ｈ周
縁部分が冷やし固められる。

【００２０】この時、圧入力の不足、ワークＷの変形な
どにより、万一押圧ブッシュ３２の先端面がワークＷの
表面に接していない場合、すなわち、金属部品Ｐがワー
クＷに正しく圧入されずにワークＷから浮き上がってい
る場合には、変位センサ４０と被検出片３９との間隔に
異常が現れるため、これが変位センサ４０によって検出
され、これを受けて装置の動作が一時ストップされると
ともに、警告ランプ、警告ブザー等により作業者に異常
が知らされる。変位センサ４０が異常を検出せず、金属
部品Ｐが正しく圧入されている場合には、圧入ヘッド２
６は冷却ノズル３１からのエア噴射完了後、エアシリン
ダ２５の復動を受けて元の位置に戻され、前述の動作を
繰り返し行ってワークＷの残りの穴ｈに金属部品Ｐを圧
入していく。

【００２１】前述の圧入作業において、ワークＷが鋳造
によって成形されていて、実際の穴位置が設計上の穴位
置から少しずれてしまっているような場合には、圧入段
階において金属部品Ｐの中心が穴ｈの中心からずれてし
まうが、このような場合には、金属部品Ｐ圧入時、ワー
クＷの穴ｈ周縁部分の溶融量に偏りが発生し、これが金
属部品Ｐに作用する圧入抵抗の偏りとなって現れ、この
圧入抵抗の偏りにより金属部品Ｐは自動的に穴ｈの中心
に沿う位置に移動しようとする。この時、部品保持ユニ
ット３０等はセンタリングデバイス２８の作用により金
属部品Ｐの求心動作に追従して水平面上を移動できるた
め、これによって金属部品Ｐと穴ｈとのずれを修正する
ことができる。

【００２２】また、ワークＷの穴ｈが水平方向に延びて
設けられている場合には、加熱ユニット５０により金属
部品Ｐを加熱した後、回動エリアＴにおいて圧入ユニッ
ト２０のエアシリンダ２３がロッド２３ａを伸長させる
よう作動し、図１０に示すように、作業ツール２２をシ
ョックアブソーバ２１ｂに当接する位置まで回動させ
る。これにより、圧入ヘッド２６は保持ロッド３３の軸
線が水平方向に向くよう、その姿勢を変化させる。ま
た、これに合わせて、ワークＷはインデックステーブル
６２の作動により、水平方向に延びる穴ｈの形成面が前
記回動エリアＴに向くよう回転位置決めされるため、こ
れによりワークＷの水平方向へ延びて設けられる穴ｈに
金属部品Ｐを圧入可能となる。

【００２３】以上の説明においては、作業ツールは９０
°回動するように構成されているが、この回動角度は、
エアシリンダのピストンロッドのストローク量の変更ま
たはショックアブソーバ２１ｂの取付け角度によって任
意に変更することができるものである。

【００２４】

【発明の効果】本発明の金属部品の加熱圧入装置によれ
ば、マガジンユニット、加熱ユニット、圧入ユニット、
ワークホルダをそれぞれ個別のユニットとし、圧入ユニ
ットをロボットに連結して移動可能に構成しているた
め、ロボットにかかる負荷を軽減してその動作を円滑な
し、金属部品の圧入位置も正確なすことができるととも
に、ロボットの可動部などの摩耗を軽減することができ
る等の利点がある。また、ロボット構成部品の熱劣化も
なくなるため、断熱処理の必要もなくなり、ロボットの
汎用性を高めることができる等の利点もある。さらに、
圧入ユニットがロボットの作動により移動するようにな
っているため、広い範囲で金属部品の圧入作業を行うこ
とができる等の利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属部品の加熱圧入装置の平面図
である。

【図２】本発明に係る金属部品の加熱圧入装置の正面図
である。

【図３】本発明に係る金属部品の加熱圧入装置における
マガジンユニットの拡大図であって、（ａ）は平面図、
（ｂ）は正面図である。

【図４】本発明に係る金属部品の加熱圧入装置における
圧入ユニットの一部切欠拡大正面図である。

【図５】本発明に係る金属部品の加熱圧入装置における
圧入ユニットの一部切欠拡大側面図である。

【図６】本発明に係る金属部品の加熱圧入装置における
部品保持ユニットの一部切欠拡大断面図である。

【図７】本発明に係る金属部品の加熱圧入装置における
加熱ユニットの拡大図であって、（ａ）は平面図、
（ｂ）は正面図である。

【図８】本発明に係る金属部品の加熱圧入装置における
ワークホルダの拡大正面図である。

【図９】本発明に係る金属部品の加熱圧入装置の動作説
明図である。

【図１０】本発明に係る金属部品の加熱圧入装置の動作
説明図である。

【符号の説明】

１ 金属部品の加熱圧入装置 １０ マガジンユニット １１ マガジン ２０ 圧入ユニット ２２ 作業ツール ２３ エアシリンダ ２４ 回動フレーム ２５ エアシリンダ ２６ 圧入ヘッド ３０ 部品保持ユニット ３１ 冷却ホース ３２ 押圧ブッシュ ３３ 保持ロッド ３４ スライドスリーブ ５０ 加熱ユニット ５２ コイル ６０ ワークホルダ ６２ インデックステーブル ６４ ワークテーブル Ｒ ロボット Ｗ ワーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の金属部品を貯留可能なマガジンユニ
   ットと、このマガジンユニットに貯留された金属部品を
   保持しこれを熱可塑性の材質で成るワークに圧入する圧
   入ユニットと、この圧入ユニットに保持された金属部品
   をワークに圧入される前にワークを溶融できる温度に加
   熱する加熱ユニットと、所定の位置にワークを保持可能
   なワークホルダとをそれぞれ個別に有し、前記圧入ユニ
   ットをロボットに連結し、このロボットの作動により圧
   入ユニットが他のユニット間を移動できるよう構成され
   ていることを特徴とする金属部品の加熱圧入装置。