JP2001038540A - 金属部品の加熱圧入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】様々な形状の金属部品を効率よく加熱すること
ができる金属部品の加熱圧入装置を提供する。 【解決手段】本発明は、金属部品を保持可能な圧入ユニ
ットと、この圧入ユニットに保持された金属部品を加熱
する加熱手段５０とを有し、圧入ユニットに保持された
金属部品を加熱ユニット５０により熱可塑性樹脂材より
成るワークを溶融可能な温度に加熱してから圧入する金
属部品の加熱圧入装置であって、前記加熱手段５０は、
金属部品が挿通可能な加熱コイル５２を備えており、こ
の加熱コイル５２に金属部品を挿入して加熱するように
構成されていることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属部品を加熱
し、これを熱可塑性樹脂材で成るワークに圧入する金属
部品の加熱圧入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から熱可塑性樹脂材で成るワークに
ナット等の金属部品を圧入する場合には、加熱圧入装置
が用いられてきた。この加熱圧入装置としては、先に出
願人によって創出された特開平９−２６７２２３号の金
属部品の圧入装置が知られている。この圧入装置は、鉛
直に延びて設けた筒状の貯留管に金属部品を整列させ、
この貯留管が連設される貯留ブロックを電熱素子によっ
て加熱することにより、貯留管下部の金属部品を加熱す
るように構成されており、加熱した金属部品を分離供給
手段によって１個ずつチャックユニットに供給保持し、
この金属部品を往復駆動源の駆動を受けて作動するステ
ムによりワーク上に押し出して圧入するように構成され
ている。この時、金属部品は自身の熱でワークを溶融し
ながら圧入される。

【０００３】前記チャックユニットには、チャックユニ
ット自体と前記圧入工具とを加熱するための電熱素子が
備えられており、この電熱素子でチャックユニット及び
圧入工具を加熱することにより、金属部品とチャック爪
との温度差をなくし、金属部品からチャック爪への熱伝
導で金属部品の温度が低下してしまうのを防止するよう
になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の金
属部品の圧入装置においては、その構造上、加熱できる
金属部品が限定されてしまい、その用途が限られてい
た。また、電熱素子が貯留ブロックに埋め込まれている
ため熱効率が悪く、金属部品の加熱に長時間を要すると
ともに、所定の温度まで金属部品を加熱しようとする
と、電熱素子の負担が大きくなり、電熱素子の故障が頻
発する等の問題が発生していた。また、予め圧入工具が
加熱保温されているため、その熱によって金属部品圧入
時のワークの凝固が遅くなり、圧入工具が復帰動作する
と金属部品が所定位置からずれたり、あるいはワークの
凝固膨張によって浮き上がってしまう等の問題が発生し
ていた。

【０００５】

【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、様々な形状の金属部品を効
率よく加熱する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
金属部品を保持可能な圧入ユニットと、この圧入ユニッ
トに保持された金属部品を加熱する加熱手段とを有し、
圧入ユニットに保持された金属部品を加熱ユニットによ
り熱可塑性樹脂材より成るワークを溶融可能な温度に加
熱して圧入する金属部品の加熱圧入装置であって、前記
加熱手段は、金属部品が挿通可能な加熱コイルを備えて
おり、この加熱コイルに金属部品を挿入して加熱するよ
うに構成されていることを特徴とする。

【０００６】前記構成において、金属部品は少なくとも
一端面に開口する中空穴を有し、また圧入ユニットには
前記中空穴に挿入可能な保持ロッドと、この保持ロッド
の中空穴壁面に対応する面から突出するよう付勢された
係止部材とが配置されており、保持ロッドを金属部品の
中空穴に挿入することで中空穴内で係止部材が突っ張
り、これにより保持ロッドに金属部品を保持するように
構成されていることが望ましい。

【０００７】

【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、少なくとも一端面に開口する中空穴が形成
された金属部品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。

【０００８】◎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。

【０００９】◎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。

【００１０】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に支持されたエア噴射ノズル３１
とから構成されている。

【００１１】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
記エア噴射ノズル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
を噴射するよう構成されており、後記する基準部材３４
の下方に先端に向けて配置されている。

【００１２】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に外挿されたスリーブ状の基準
部材３４とを備えて構成されている。

【００１３】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
係止部材３６が回動自在に軸支して配置されている。こ
の係止部材３６は、先端の係止片３６ａが保持ロッド３
３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。

【００１４】前記基準部材３４は、その先端が押圧ブッ
シュの先端面を含む面から僅かに突出するワーク接地片
３４ａに形成されており、このワーク接地片３４ａの先
端が押圧ブッシュ３２の先端面を含む面から僅かに突出
するよう常時ばね３８により押圧ブッシュ３２先端側へ
付勢されている。また、この基準部材３４の上部には、
被検出片３９が一体的に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。

【００１５】◎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から突出する加熱コイル５２が接続されている。こ
の加熱コイル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、この加熱コイル５
２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、この磁束が加熱コイル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、これによる金属部品Ｐ自身の発熱
作用で金属部品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、その検出面を前記加熱コイル５２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
よって加熱コイル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。

【００１６】◎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。

【００１７】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
れにより係止部材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。

【００１８】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、加熱コイル５２
に金属部品Ｐを保持ロッド３３ごと挿入する。この時、
加熱コイル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２９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。

【００１９】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を加熱コイ
ル５２から取り出す。金属部品Ｐが加熱コイル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。

【００２０】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。

【００２１】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、基準部材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、その状態でエア噴射ノズル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。なお、押圧ブッシュ３２
先端面がワークＷ表面に当接したことは、エアシリンダ
２５にエアを供給している空気圧回路（図示せず）中の
圧力変化を見ることなどにより検知できる。

【００２２】万一、圧入力の不足、ワークＷの変形など
により、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２６は
エア噴射ノズル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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】なお、以上の説明では加熱コイルに通電す
ることによる電磁誘導作用で金属部品Ｐ自身を発熱させ
る加熱ユニットを示したが、加熱ユニットは、加熱コイ
ル自体を高温に加熱し、この熱により金属部品を二次的
に加熱するタイプのものであってもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明の金属部品の加熱圧入装置によれ
ば、金属部品を加熱コイルに挿入して加熱するように構
成されているため、如何なる形状の金属部品であっても
加熱コイルに挿通可能なものであれば加熱することがで
き、よって幅広い用途に活用可能な金属部品の加熱圧入
装置を提供することができる。また、加熱コイルによっ
て直接的に金属部品を加熱することができるため、短時
間で効率よく金属部品を加熱することができるととも
に、加熱ユニットの負担を減らしてこれの故障もなくす
ことができる。

【００２７】一方、部品保持ユニットの保持ロッド先端
に金属部品を保持し、これを加熱コイルに差し込んで加
熱することができるため、従来のように部品保持ユニッ
トを常時加熱しておく必要がなくなり、圧入時における
ワークの余計な溶融などを防止することができ、また、
加熱ユニットが加熱コイル自体を高温に加熱し、この熱
により金属部品を加熱するタイプのものである場合に
は、加熱コイルに部品保持ユニットに保持した金属部品
を挿通させるだけで、金属部品外周面を全面的に効率よ
く加熱することができる。そればかりか、金属部品を再
加熱しなければならないような事態が発生した場合に
は、これに容易に対応することもできる。

【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２】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３】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４】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正面図である。

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

【図７】本発明に係る金属部品の加熱圧入装置における
部品保持ユニットの一部切欠拡大断面図である。

【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 エア噴射ノズル ３２ 押圧ブッシュ ３３ 保持ロッド ３４ 基準部材 ５０ 加熱ユニット ５２ 加熱コイル 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属部品を保持可能な圧入ユニットと、こ
   の圧入ユニットに保持された金属部品を加熱する加熱手
   段とを有し、圧入ユニットに保持された金属部品を加熱
   ユニットにより熱可塑性樹脂材より成るワークを溶融可
   能な温度に加熱して圧入する金属部品の加熱圧入装置で
   あって、 前記加熱手段は、金属部品が挿通可能な加熱コイルを備
   えており、この加熱コイルに金属部品を挿入して加熱す
   るように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。
2. 【請求項２】金属部品は少なくとも一端面に開口する中
   空穴を有し、また圧入ユニットには前記中空穴に挿入可
   能な保持ロッドと、この保持ロッドの中空穴壁面に対応
   する面から突出するよう付勢された係止部材とが配置さ
   れており、保持ロッドを金属部品の中空穴に挿入するこ
   とで中空穴内で係止部材が突っ張り、これにより金属部
   品が保持されるように構成されていることを特徴とする
   請求項１に記載の金属部品の加熱圧入装置。