JP2001038541A - 部品保持ユニット及びこれを用いた加熱圧入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属部品の保持に際して加熱保温しておく必要
のない部品保持ユニット及びこれを用いた加熱圧入装置
を提供する。 【解決手段】本発明は、少なくとも一端面に開口する中
空穴を有する部品を保持するための部品保持ユニットに
おいて、前記部品の中空穴に挿入可能な保持ロッド３３
を有し、この保持ロッド３３には部品の中空穴壁面に対
応する面から突出可能に係止部材３６を設け、この係止
部材３６が部品の中空穴に保持ロッド３３を挿入した時
に中空穴内で突っ張るように構成したことを特徴とする
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、少なくとも一端面
に開口する中空穴を有する部品を保持する部品保持ユニ
ット及びこれを用いた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
出願人によって創出された特開平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個ずつ押し出す分離供給手段と、この分離供給手段
によって押し出された金属部品を挟持可能な一対のチャ
ック爪を備えたチャックユニットと、このチャックユニ
ットのチャック爪に挟持された金属部品をワーク上に押
し出して圧入する圧入工具とを備えている。

【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。また、チャック爪は分離供給手段により
金属部品を押し込むことにより拡開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
属部品の加熱圧入装置においては、チャックユニット自
体を常時加熱するようになっているため、熱によるチャ
ックユニットの劣化が激しくなってしまい、非常に短い
サイクルでチャックユニットを交換しなければならない
等の問題が発生している。また、ワーク表面にチャック
爪が接してからの圧入工具の移動量を被検出体と近接セ
ンサとによって検出し、金属部品が正しい位置まで圧入
されたか否かを確認するようになっているが、この時、
常時加熱されているチャック爪によってワークが溶かさ
れてしまうため、金属部品を正しく圧入することができ
なくなってしまうとともに、ワークの溶融変形による製
品不良を発生させてしまう等の問題が発生している。さ
らに、チャック爪は金属部品を押し込むことにより押し
開かれるようになっているため、チャック爪に金属部品
を保持する段に金属部品表面を傷つけてしまう等の問題
も発生していた。

【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、金属部品の保持に際して加
熱保温しておく必要のない部品保持ユニット及びこれを
用いた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、少なくとも一端面に開口する中
空穴を有する部品を保持するための部品保持ユニットで
あって、前記部品の中空穴に挿入可能な保持ロッドを有
し、この保持ロッドには部品の中空穴壁面に対応する面
から突出可能に係止部材を設け、この係止部材が部品の
中空穴に保持ロッドを挿入した時に中空穴内で突っ張る
ように構成されている。

【０００６】また、本発明は少なくとも一端面に開口す
る中空穴を有する金属部品を加熱し、その熱により熱可
塑性樹脂材で成るワークを溶融させることによりワーク
に金属部品を圧入するように構成された加熱圧入装置に
おいて、前記金属部品の中空穴に挿入可能な保持ロッド
を有し、この保持ロッドには金属部品の中空穴壁面に対
応する面から突出可能に係止部材を設け、この係止部材
が保持ロッドを金属部品の中空穴に挿入した時に中空穴
内で突っ張るように構成した部品保持ユニットを備えて
いることを特徴とするものでもある。

【０００７】前記加熱圧入装置における部品保持ユニッ
トは、保持ロッドをスライド可能に案内しかつ自身往復
移動可能な押圧ブッシュを有し、金属部品の圧入の際
に、この押圧ブッシュが保持ロッドに保持された金属部
品を押圧するように構成される一方、この押圧ブッシュ
先端側に常時所定量突出するよう付勢され押圧ブッシュ
と一体に移動可能かつワーク表面に接することで押圧ブ
ッシュに対して停止可能な基準部材を有し、この基準部
材がワーク表面に接して停止した後の押圧ブッシュの変
位量を変位センサによって検出するように構成されてい
ることが望ましい。なお、この構成において、変位セン
サの取り付け位置は断熱部材によって断熱され、変位セ
ンサの熱量による影響がないように構成されていること
が好ましい。

【０００８】

【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。

【０００９】◎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。

【００１０】◎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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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て
突っ張るよう構成されている。

【００１５】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。

【００１６】◎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。

【００１７】◎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。

【００１８】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
部に押し付けらて突っ張るため、保持ロッド３３に金属
部品Ｐを保持することができる。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。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される。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】なお、金属部品を部品保持ユニットに保持
した後に加熱するように構成したが、従来例で紹介した
加熱圧入装置の加熱手段と分離供給手段を用いるなどし
て、予め加熱された金属部品を１個ずつ分離供給し、こ
れを部品保持ユニットに保持するようにしてもよい。ま
た、本実施の形態で述べた部品保持ユニットにおける部
品を保持する思想、すなわち保持ロッドを中空穴に挿入
することで係合部材が中空穴内で突っ張り、これにより
部品を保持する思想は、例えば特開昭５９−９７８２０
号、特開平１０−２６３９５１号などによって開示され
るナット締結装置のガイドピン構造に適用するなど、中
空部品を扱う様々な装置に適用可能である。その場合、
部品が金属であるか非金属であるかは特に問題ではな
い。

【００２７】

【発明の効果】本発明の部品保持ユニットによれば、部
品の中空穴に保持ロッドを挿入するだけで簡単に部品を
保持することができ、部品表面を傷つけてしまうような
こともなくなる。

【００２８】このような部品保持ユニットを金属部品の
加熱圧入装置に適用した場合には、ワークを溶融するの
に最も重要な金属部品外周部分に部品保持ユニットが接
しないため、従来のように予め加熱された金属部品を保
持する場合、部品保持ユニットを加熱保温しておかなく
ても、金属部品をワークを溶融できる温度に保って保持
することができる。したがって、加熱保温による部品保
持ユニットの早期劣化を防止し、製品寿命を延ばすこと
ができる。

【００２９】また、押圧ブッシュから常時突出して設け
た保持ロッドに金属部品を保持するようになっているた
め、金属部品を加熱する時に押圧ブッシュ及び基準部材
の温度上昇を防ぐことができる。したがって、金属部品
の圧入にともなって押圧ブッシュ及び基準部材がワーク
に接してもワークが溶けず、基準部材に対する押圧ブッ
シュの正確な変位量を変位センサにより検出して金属部
品の浮き状態などを正しく検出することができる。しか
も、ワークの溶融による製品不良を発生するような不具
合もなくすことができる。

【００３０】さらに、基準部材に対する押圧ブッシュの
変位量を変位センサにより検出するように構成されてい
るため、ワーク表面を基準とした金属部品の浮き量また
は沈み量を高精度に検出することができる。

【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
部品保持ユニットの一部切欠拡大断面図である。

【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
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 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 ３６ 係止部材 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一端面に開口する中空穴を有す
   る部品を保持するための部品保持ユニットであって、 前記金属部品の中空穴に挿入可能な保持ロッドを有し、
   この保持ロッドには部品の中空穴に保持ロッドを挿入し
   た時に中空穴内で突っ張るように構成した係止部材を設
   けたことを特徴とする部品保持ユニット。
2. 【請求項２】少なくとも一端面に開口する中空穴を有す
   る金属部品を加熱し、その熱により熱可塑性樹脂材で成
   るワークを溶融させることによりワークに金属部品を圧
   入するように構成された加熱圧入装置において、 前記金属部品の中空穴に挿入可能な保持ロッドを有し、
   この保持ロッドには金属部品の中空穴に保持ロッドを挿
   入した時に中空穴内で突っ張るように構成した係止部材
   を設けて成る部品保持ユニットを備えていることを特徴
   とする加熱圧入装置。
3. 【請求項３】部品保持ユニットは、 前記保持ロッドをスライド可能に案内しかつ往復駆動源
   の駆動を受けて往復移動可能な押圧ブッシュを有し、金
   属部品の圧入の際に、この押圧ブッシュが保持ロッドに
   保持された金属部品を押圧するように構成されるととも
   に、 前記押圧ブッシュ先端側に常時所定量突出するよう付勢
   され押圧ブッシュと一体に移動可能かつワーク表面に接
   することで押圧ブッシュに対して停止可能な基準部材を
   有し、この基準部材がワーク表面に接して停止した後の
   押圧ブッシュの変位量を変位センサによって検出するよ
   うに構成されていることを特徴とする請求項２に記載の
   加熱圧入装置。
4. 【請求項４】変位センサの取り付け位置は断熱部材によ
   って断熱され、変位センサの熱量による影響がないよう
   に構成されていることを特徴とする請求項３に記載の加
   熱圧入装置。