JP2001071221A - 金属部品の加熱圧入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属部品の温度を最適にし、この金属部品の圧
入の際にワークを適正に溶融することが可能な金属部品
の加熱圧入装置を提供する。 【解決手段】本発明は、金属部品を熱可塑性樹脂材より
成るワークを溶融可能な温度まで加熱し、この金属部品
の熱によりワークの圧入位置を溶かし、これにより金属
部品をワークに圧入するように成した金属部品の加熱圧
入装置であり、金属部品を保持可能な構成を有する圧入
ユニット２０をロボットＲの作動を受けて移動するよう
構成し、この圧入ユニット２０に保持された金属部品を
加熱する加熱コイル５２を設け、この加熱コイル５２に
よって加熱された金属部品の温度を検出可能な温度セン
サ５４を設け、この温度センサ５４の検出値に応じて金
属部品の加熱時間を補正する制御ユニットを設けたこと
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、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
が用いられている。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。圧入の際、金属部品は自身の熱でワークを溶か
すことによって所定位置まで圧入されるようになってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の金
属部品の圧入装置においては、金属部品が貯留状態で常
時加熱保温されているため、金属部品が必要以上に加熱
されてしまう不具合があった。このため、金属部品の圧
入時には、ワークが必要以上に溶融されて再凝固に時間
がかかることになり、その間、ステムによって金属部品
を支持しておかなければならず、これによって作業サイ
クルタイムが極めて長くなってしまう等の問題が発生し
ていた。また、装置の始動時などには、金属部品が十分
に加熱されていないが、にも関わらず、金属部品の圧入
作業を開始してしまうことがあり、ワークを適正に溶融
できずに圧入不良を発生してしまう等の問題も生じてい
る。

【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、金属部品の温度を最適にし
てワークを適正に溶融することが可能な金属部品の加熱
圧入装置の提供を目的とするものである。この目的を達
成するため、本発明は金属部品を熱可塑性樹脂材より成
るワークを溶融可能な温度まで加熱し、この金属部品の
熱によりワークの圧入位置を溶かし、これにより金属部
品をワークに圧入するように成した金属部品の加熱圧入
装置であって、金属部品を保持可能な構成を有する圧入
ユニットを移動手段の作動を受けて移動するよう構成
し、この圧入ユニットに保持された金属部品を加熱する
加熱手段を設け、この加熱手段によって加熱された金属
部品の温度を検出可能な温度検出手段を設け、この温度
検出手段の検出値に応じて金属部品の加熱時間を補正す
る制御ユニットを設けたことを特徴とするものである。

【０００５】前記構成には、ワークにエアを吹き付ける
ことにより金属部品の圧入にともなって溶けたワークを
凝固させる冷却手段が備えられていることが望ましい。
そうすれば、適正に溶融したワークをより速やかに再凝
固させることが可能になる。また、前記制御ユニット
は、温度検出手段により検出された金属部品の温度が所
定の値より高い場合、温度検出手段による検出温度が所
定の温度になるまで圧入ユニットをその場で停止させる
よう構成されていることが望ましい。

【０００６】

【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
して配置された移動手段の一例である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それぞれ詳細に説
明する。

【０００７】◎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。

【０００８】◎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。

【０００９】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。

【００１０】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、その先端を後記する基準部材
３４の下部付近に先端に向けて配置されており、エア供
給源（図示せず）の作動を受けて先端からエアを噴射す
るよう構成されている。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】◎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から突出して、加熱手段の一例である加熱コイル５
２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５
３を介して温度検出手段の一例である非接触式の温度セ
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。

【００１５】◎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。

【００１６】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。

【００１７】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ごと挿入して一定時間停
止する。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。

【００１８】加熱コイル５２に金属部品Ｐを挿入した状
態での圧入ユニット２０の停止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。この時、も
し金属部品Ｐが所定の温度に加熱されていなければ、そ
の金属部品Ｐはその時点で廃棄される。そして、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を保持してきて前述の加熱動作を繰り返す。こ
れと同時に制御ユニットにおいては、金属部品Ｐの加熱
時間が長くなるよう、金属部品加熱時における圧入ユニ
ット２０の停止時間が補正される。

【００１９】また、温度センサ５４による検出温度が所
定の温度よりも高い場合、制御ユニット７０からの指令
により、圧入ユニット２０は温度センサ５４による検出
温度が所定の温度に低下するまで、温度センサ５４の検
出範囲に金属部品Ｐを位置させた状態で停止する。この
間に制御ユニットにおいては、金属部品Ｐの加熱時間が
短くなるよう、金属部品加熱時における圧入ユニット２
０の停止時間が補正がされる。

【００２０】圧入ユニット２０の停止時間の補正は、例
えば予め停止時間の増減ピッチを記憶させておき、温度
センサ５４の検出温度に基づいてこの増減ピッチ分ずつ
停止時間を増減することによって行われる。なお、複数
種の金属部品Ｐを圧入する場合には、予め金属部品の種
類に対応する停止時間の増減ピッチ及び金属部品の種類
に対応する複数の基本停止時間が登録されたデータベー
ステーブルが設定され、金属部品Ｐが変更されると、そ
れに合う停止時間の増減ピッチ及び基本停止時間をデー
タベーステーブルから読み出し、この増減ピッチに従っ
て基本停止時間を補正する手法が採られる。

【００２１】金属部品Ｐが所定の温度に加熱されている
場合には、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、エアシリンダ２５を制御する空気圧回路（図示せ
ず）中の圧力変化が起こり、これを受けてエア噴射ノズ
ル３１からは一定時間圧縮エアが噴射される。これによ
り、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。この時噴射されるエアは、部品保持
ユニット３０先端部分にも及ぶため、これにより金属部
品からの熱伝導により若干温度上昇を起こしている押圧
ブッシュ３２先端部分などを冷却することができる。

【００２３】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も
前述の空気圧回路（図示せず）中に圧力変化が起こる
が、この場合には、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、この異常が変位センサ４０に
よって検出される。これを受けて装置の動作は一時スト
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。

【００２４】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、その後は前
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。

【００２５】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。このような場合には、金
属部品Ｐの圧入時にワークＷの穴ｈ周縁部分の溶融量に
偏りが発生するため、金属部品Ｐは求心動作を起こす。
これに合わせて部品保持ユニット３０等はセンタリング
デバイス２８の作用により水平面上を移動するため、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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】

【発明の効果】本発明の金属部品の加熱圧入装置によれ
ば、加熱された金属部品の温度を検出し、これに応じて
金属部品の加熱時間を補正するようになっているため、
金属部品の温度を一定の水準に保ち、ワークの過剰な溶
融または溶融不足などを防止し、常にワークを適正に溶
融することが可能である。したがって、常に金属部品を
正しく圧入することが可能であるとともに、ワークの凝
固を早めて迅速に圧入作業を行うことができる等の利点
がある。また、エア噴射ノズルにより金属部品の圧入箇
所にエアを吹き付け、ワークを強制的に凝固させるよう
にしているため、適正な温度の金属部品によって好適な
状態に溶融されたワークの凝固をさらに早めることがで
き、さらなる作業時間の短縮を実現することが可能であ
る。さらに、加熱された金属部品の温度が所定の温度以
上の場合には、これが所定の温度になるまで圧入ユニッ
トの動作を停止させるようになっているため、より精度
よく金属部品の温度を一定の水準に保つことが可能にな
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 エア噴射ノズル ３２ 押圧軸 ３３ 保持軸 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属部品を熱可塑性樹脂材より成るワーク
   を溶融可能な温度まで加熱し、この金属部品の熱により
   ワークの圧入位置を溶かし、これにより金属部品をワー
   クに圧入するように成した金属部品の加熱圧入装置であ
   って、 金属部品を保持可能な構成を有する圧入ユニットを移動
   手段の作動を受けて移動するよう構成し、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を設け、
   この加熱手段によって加熱された金属部品の温度を検出
   可能な温度検出手段を設け、この温度検出手段の検出値
   に応じて金属部品の加熱時間を補正する制御ユニットを
   設けたことを特徴とする金属部品の加熱圧入装置。
2. 【請求項２】ワークにエアを吹き付けることにより、金
   属部品の圧入にともなって溶けたワークを凝固させる冷
   却手段を備え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。
3. 【請求項３】制御ユニットは、温度検出手段により検出
   された金属部品の温度が所定の値より高い場合、温度検
   出手段による検出温度が所定の温度になるまで圧入ユニ
   ットをその場で停止させるよう構成されていることを特
   徴とする請求項１または請求項２に記載の金属部品の加
   熱圧入装置。