JP2014223770A - 熱カシメ装置および熱カシメ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 カシメに要する時間が短縮された熱カシメ装置を提供すること。【解決手段】 熱カシメ装置１は、被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２に装着された樹脂製のカシメ部材Ｔをその溶融温度以上に加熱する加熱ユニット１０と、加熱ユニット１０により加熱されたカシメ部材Ｔに接触するとともに接触部位から加圧力をカシメ部材Ｔに加えることにより、被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２がカシメ部材Ｔでかしめられるようにカシメ部材Ｔを変形させるカシメパンチ３４と、カシメパンチ３４がカシメ部材Ｔを加圧しているときにカシメパンチ３４の温度がカシメ部材Ｔの溶融温度未満の温度に維持されるようにカシメパンチ３４を冷却する冷却ユニット４０と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、熱カシメ装置および熱カシメ方法に関する。

一般に、熱カシメにより２つまたはそれ以上の部材（以下、被カシメ部材）を固定する場合、まずカシメピン等のカシメ部材をそれにかしめられるべき被カシメ部材に装着し、次いで、高温のヒータチップでカシメ部材の端末部分を加圧することにより、カシメ部材を熱変形させる。その後、カシメ部材を冷却する。冷却によってカシメ部材の変形部が固化することにより、被カシメ部材がかしめられる。

特許文献１は、カシメ部材を赤外線で予備加熱する予備加熱装置を備えた熱カシメ装置を開示する。赤外線でカシメ部材を均一に予熱した後に高温（カシメ部材の溶融温度以上且つ熱分解温度以下の温度）に加熱された溶融ヘッドでカシメ部材を加圧することによりカシメ部材が容易に変形する。その後に冷却用のエアを溶融ヘッドに吹き付けることにより溶融ヘッドに接触しているカシメ部材が冷却される。カシメ部材に赤外線を照射して予備加熱することにより、後の成形工程で効率的にカシメ部材を変形させることができる。

特許文献２は、熱可塑性樹脂製のカシメ部材の加熱が完了してから熱カシメツールによるカシメ部材の加圧が開始されるように、カシメ部材の温度プロファイルと熱カシメツールによる加圧のタイミングとを制御したカシメ装置を開示する。

特開２００３−１１２３２号公報 特開２００８−１５５４８７号公報

（発明が解決しようとする課題）
カシメ部材がＰＰＳ樹脂等の高融点を持つ樹脂である場合、カシメ部材の加熱時間および冷却時間が長いので、カシメに要する全体の時間（カシメ時間）が長い。特許文献１に示すカシメ方法をこのような高融点樹脂からなるカシメ部材に適用した場合、カシメ部材の予備加熱により加熱時間は短縮されるかもしれないが、予備加熱する分だけカシメ時間が長くなる。また、冷却時間を短縮することはできない。したがって、特許文献１に記載のカシメ方法では、カシメ部材が高融点樹脂である場合にカシメ時間を十分に短縮することができない。

また、特許文献１に記載の熱カシメ装置によれば、赤外線ランプによる予備加熱および溶融ヘッドによる加圧が同じ位置で行われる。このため赤外線ランプおよび溶融ヘッドなどが近接配置している。具体的には、カシメ部材の直上に赤外線ランプおよび溶融ヘッドが同軸的に配置されている。このような配置は、カシメ部材付近のワークスペースを狭くする。よって、被カシメ部材が大型部品であったり、あるいは高いリブ等が被カシメ部材に設けられている場合、狭いワークスペースに被カシメ部材が入りきらなかったり、あるいは赤外線ランプや溶融ヘッドに被カシメ部材が干渉するおそれがある。

また、特許文献２によれば、熱カシメツールがカシメ部材の表面を加圧する際にその表面がすでに軟化しており、それ故熱カシメツールがカシメ部材に接触する際の衝撃力が緩和される。よって、上記衝撃力に起因する熱カシメツールの損傷は抑えられる。しかしながら、カシメ部材中にガラス繊維などの繊維質が含有されている場合、熱カシメツールによる加圧時に繊維質が熱カシメツールとの接触面から露出して熱カシメツールに接触することにより熱カシメツールが損傷するおそれがある。熱カシメツールに傷が付くと、その部分にカシメ部材の材料が入り込んでしまい、カシメ部材と熱カシメツールとの離脱時にカシメ部材が熱カシメツールに張り付いてしまう。斯かる張り付きに起因して、カシメ部の外観不良、カシメ部材の張り付きによってカシメ部材が肉やせすることによる強度不良、等の不具合が発生するおそれがある。

本発明は、上記した問題点を解消することができる熱カシメ装置および熱カシメ方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）
本発明は、被カシメ部材に装着された樹脂製のカシメ部材をその溶融温度以上に加熱する加熱ユニットと、加熱ユニットで加熱されたカシメ部材に接触した状態で加圧力を加えることにより、被カシメ部材がカシメ部材でかしめられるようにカシメ部材を変形させる加圧部材と、加圧部材がカシメ部材を加圧しているときに加圧部材の温度がカシメ部材の溶融温度未満の温度に維持されるように加圧部材を冷却する冷却ユニットと、を備える、熱カシメ装置を提供する。また、本発明は、被カシメ部材に装着された樹脂製のカシメ部材をその溶融温度以上に加熱する加熱工程と、カシメ部材の溶融温度未満の温度に維持された加圧部材を加熱工程で加熱されたカシメ部材に接触させることによりカシメ部材を冷却するとともに、加圧部材がカシメ部材に接触した状態で加圧力をカシメ部材に加えることにより、被カシメ部材がカシメ部材でかしめられるようにカシメ部材を冷却しながら変形させる成形・冷却工程と、を含む、熱カシメ方法を提供する。

本発明によれば、加熱工程にて加熱ユニットにより被カシメ部材に装着された樹脂製のカシメ部材がその溶融温度以上に加熱される。また、成形・冷却工程にて、溶融温度以上に加熱されたカシメ部材が加圧部材に接触するとともに加圧部材で加圧されることにより変形される。このとき加圧部材の温度はカシメ部材の溶融温度未満の温度に維持されている。したがって、カシメ部材は、加圧部材により加圧されているときに冷却される。つまり、カシメ部材の加圧による変形と冷却による固化が同時進行する。このためカシメ部材の冷却のみに要する時間が短縮される。その結果、カシメ時間を短縮することができる。

また、加圧部材の加圧によってカシメ部材が変形されているときに、カシメ部材の表面のうち加圧部材に接触している面（接触面）がまず最初に冷却固化される。つまり、カシメ部材の変形の開始と同時にカシメ部材の接触面からの冷却が開始される。このようにカシメ部材の変形と接触面からの冷却とを同時に開始した場合、カシメ部材中に混入されたガラス繊維などの繊維質が接触面から露出する前に接触面が冷却によって固化される。このためガラス繊維の接触面からの露出が防止される。つまり、本発明によれば、ガラス繊維をカシメ部材の内部に閉じ込めることができる。よって、カシメ部材の加圧中にガラス繊維と加圧部材が接触して加圧部材が損傷することを防止することができる。

また、本発明の熱カシメ装置は、カシメ部材を加熱位置と成形位置との間に往復移動させるように構成された移動ユニットを備えるのがよい。そして、加熱位置にて加熱ユニットによりカシメ部材が加熱され、成形位置にて加圧部材によりカシメ部材が加圧されるとよい。また、本発明の熱カシメ方法は、加熱工程後のカシメ部材を加熱位置から成形・冷却工程が実施される成形位置に移動する移動工程を含むのがよい。これによれば、カシメ部材の加熱と加圧が異なる位置で行われる。したがって、加熱工程時におけるワークスペースおよび成形・冷却工程時におけるワークスペースを分離することができる。それ故、加熱工程時に用いられる加熱ユニットと成形・冷却工程時に用いられる加圧ユニットとを離間して設置することができ、それぞれの工程の実行時におけるワークスペースを広く取ることができる。その結果、被カシメ部材が大型部品である場合や被カシメ部材に高いリブ等が設けられている場合であってもかしめることができる。

また、前記加熱ユニットは、赤外線を放射する赤外線放射装置を備え、赤外線放射装置から放射される赤外線によりカシメ部材がその溶融温度以上に加熱されるように構成されるとよい。また、前記加熱工程にて、赤外線放射装置から放射された赤外線がカシメ部材に照射されることによりカシメ部材がその溶融温度以上に加熱されるのがよい。これによれば、赤外線放射装置から放射される赤外線をカシメ部材に照射することにより、均一に且つ素早くカシメ部材を加熱することができ、加熱時間を短縮することができる。その結果、カシメ時間をさらに短縮することができる。また、赤外線の波長は一般的に電子部品に影響を及ぼさない。よって、製品性能を損なうことなく電子部品を搭載した被カシメ部材をカシメ部材でかしめることができる。

赤外線放射装置として、近赤外線を放射する赤外線ランプ等を採用するのがよい。これによれば、近赤外線をカシメ部材に照射することによりカシメ部材を内部から加熱できる。したがって、カシメ部材のうち赤外線が照射されている領域を均一に且つ全体的に溶融させることができる。

この場合、前記加熱ユニットは、赤外線放射装置とカシメ部材とを結ぶ直線の途中に進退可能に配設されたシャッターを備えるのがよい。また、前記赤外線放射装置とカシメ部材とを結ぶ直線の途中に進退可能に配設されたシャッターの進退動作を制御することにより、前記加熱工程におけるカシメ部材への赤外線の照射時間が調節されるのがよい。これによれば、シャッターの進退動作を制御することにより、加熱工程時に赤外線放射装置からカシメ部材へ入力される熱量を調整することができる。その結果、安定的にカシメ部材を溶融させることができる。特に、赤外線の放射熱量が安定してからカシメ部材への赤外線の照射を開始するようにシャッターの進退動作を制御することにより、カシメ部材への入熱量をより安定化させることができる。

本実施形態にかかるカシメ装置の概略斜視図である。 保持台上に配設される被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２とカシメ部材Ｔを示す断面図である。 ホルダとカシメポンチの内部構造を示す断面図である。 カシメ部材Ｔの状態（温度状態、変形状態）を時系列的に示す図である。 準備工程が完了した状態における熱カシメ装置を示す斜視図である。 加熱工程時における熱カシメ装置を示す斜視図である。 移動工程が完了した状態における熱カシメ装置の斜視図である 成形・冷却工程にてカシメ部材の変形が完了した状態を示す熱カシメ装置の斜視図である。 従来のカシメ方法により被カシメ部材をかしめた場合における、カシメ部材の温度変化を工程とともに示すグラフである。 本実施形態のカシメ方法により被カシメ部材をかしめた場合における、カシメ部材の温度変化を工程とともに示すグラフである。 本実施形態の熱カシメ装置を用いてかしめられた製品のカシメ強度と、従来の熱カシメ装置を用いてかしめられた製品のカシメ強度とを比較したグラフである。 赤外線放射装置が放射する赤外線の出力と、赤外線に照射されるカシメ部材の昇温速度との関係を示すグラフである。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るカシメ装置の概略斜視図である。図１に示すように、本実施形態の熱カシメ装置１は、架台２と、加熱ユニット１０と、移動ユニット２０と、加圧ユニット３０と、冷却ユニット４０と、を備える。

架台２は、本実施形態においては平面視において矩形形状を呈する。平面方向から見た場合における架台２の一辺に沿った図１における左右方向をＸ方向（幅方向）と定義し、平面方向から見てＸ方向に垂直な方向をＹ方向（奥行き方向）と定義する。また、Ｘ方向とＹ方向に直交する方向をＺ方向（高さ方向）と定義する。Ｘ方向のうち図１において右方向をＸ１方向と定義し左方向をＸ２方向と定義する。Ｙ方向のうち図１において手前方向をＹ１方向と定義しその反対方向をＹ２方向と定義する。さらに、Ｚ方向のうち図１において下方向をＺ１方向と定義し上方向をＺ２方向と定義する。

加熱ユニット１０は、架台２上であってＸ２方向寄り且つＹ１方向寄りの部分に固定された固定プレート１１と、固定プレート１１に固定され固定プレート１１から鉛直上方（Ｚ２方向）に延設されたスタンド１２と、スタンド１２に取付けられた赤外線放射装置１３と、スタンド１２に取付けられた第１エアシリンダ１４と、第１エアシリンダ１４に取付けられた可動シャッター１５とを備える。

スタンド１２は、図１においてＸ１方向を向いた表面１２ａとＸ２方向を向いた裏面１２ｂとを有する。表面１２ａの上方部に保持プレート１６が固定される。保持プレート１６から２本の保持アーム１７，１７がＸ１方向に平行に突き出される。保持アーム１７の先端部分に赤外線放射装置１３がピン等を介して取付けられる。赤外線放射装置１３は例えば近赤外線ハロゲンランプ等の赤外線ランプおよびこの赤外線ランプを保持する保持カバーを含んで構成され、近赤外線を放射する。赤外線放射装置１３は、図示しない電源に電気的に接続され、電源からの電力供給により赤外線を放射する。また、赤外線放射装置１３から放射される赤外線が所定の方向に指向されるように構成される。本実施形態において赤外線の指向方向（出射方向）が図１においてＸ−Ｚ平面に平行であるように、赤外線放射装置１３が保持アーム１７，１７に取り付けられる。なお、赤外線放射装置１３は、放射される赤外線の指向方向とＺ方向とのなす角（傾斜角）を変更することができるように、保持アーム１７，１７に対して回転可能に取付けられる。

第１エアシリンダ１４は第１シリンダボディ１４ａと第１シリンダロッド１４ｂとを有し、図示しないエア源からエアが供給されることにより駆動して、第１シリンダボディ１４ａに対して第１シリンダロッド１４ｂが伸縮するように構成される。第１シリンダボディ１４ａはスタンド１２の裏面１２ｂに固定される。また、スタンド１２のうち保持プレート１６が取付けられている部分よりも下方位置に貫通孔１２ｃが形成され、この貫通孔１２ｃに第１シリンダロッド１４ｂが挿通される。そして、第１シリンダロッド１４ｂがＸ１方向に向けて伸長しＸ２方向に向けて収縮するように、第１エアシリンダ１４がスタンド１２に取り付けられる。

第１シリンダロッド１４ｂの先端に可動シャッター１５が取付けられる。可動シャッター１５は図１に示すようにＺ方向（平面方向）から見て矩形状のプレートであり、第１シリンダロッド１４ｂの伸縮に連動してＸ方向に変位可能に構成される。可動シャッター１５は、赤外線放射装置１３から放射される赤外線を透過しない材料（例えばセラミックス）で構成される。可動シャッター１５のＹ方向位置と赤外線放射装置１３のＹ方向位置は一致している。

架台２のうち加熱ユニット１０が設けられている部分よりもＸ１方向寄りの部分に、移動ユニット２０が設けられる。移動ユニット２０は、一対のガイドレール２１，２１と、ワーク保持台２２とを有する。一対のガイドレール２１，２１は、Ｙ方向に沿って互いに平行に形成される。一対のガイドレール２１，２１の上面には、延設方向に沿って溝が設けられる。この一対のガイドレール２１，２１上にワーク保持台２２が載置される。なお、ガイドレール２１，２１は架台２に一体的に形成されていてもよい。

ワーク保持台２２は図１に示すようにＸ方向に長く形成されており、一対のガイドレール２１，２１に跨るように配設される。ワーク保持台２２の下面に突条が形成されており、この突条が各ガイドレール２１，２１に設けられた溝に嵌合する。このためワーク保持台２２は、ガイドレール２１，２１の延設方向であるＹ方向に移動可能であるが、それ以外の方向には移動不能であるように構成される。

ワーク保持台２２上に一対の被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２およびこれらに装着（セット）されたカシメ部材Ｔが保持される。一対の被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２は、上下に重ね合わされた状態でワーク保持台２２上に載置される。図２は、ワーク保持台２２上に配設される被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２とカシメ部材Ｔを示す断面図である。図２に示すように、被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２の中央にはそれぞれ貫通孔Ｃ１，Ｃ２が形成されている。貫通孔Ｃ１，Ｃ２の軸心が一致するように、被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２がワーク保持台２２上で重ね合わされる。軸心が一致した貫通孔Ｃ１，Ｃ２にカシメ部材Ｔが挿入されることにより、カシメ部材Ｔが被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２に装着される。カシメ部材Ｔはピン状に形成されており、その一方端（基端）に拡径したフランジ部Ｔ１が形成される。フランジ部Ｔ１が被カシメ部材Ｗ２の下面に当接する。一方、カシメ部材Ｔの他方端（先端）は被カシメ部材Ｗ１の上面から突き出ている。したがって、カシメ部材Ｔの先端が変形されることにより、被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２がカシメ部材Ｔでかしめられる。本実施形態においては、カシメ部材Ｔは、ガラス繊維を含有したＰＰＳ樹脂により成形される。なお、カシメ部材Ｔが装着された被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２がワーク保持台２２上の定位置に載置されるように、ワーク保持台２２に凹部等の位置決め手段を設けても良い。

また、一対のガイドレール２１には、それぞれ第１ストッパ２１ａ，２１ａと第２ストッパ２１ｂ，２１ｂが形成されている。第１ストッパ２１ａ，２１ａは、ガイドレール２１上でＹ１方向に向かってスライドするワーク保持台２２に当接することによって、ワーク保持台２２のＹ１方向への移動を規制する。第２ストッパ２１ｂ，２１ｂは、ガイドレール２１上でＹ２方向に向かってスライドするワーク保持台２２に当接することによって、ワーク保持台２２のＹ２方向への移動を規制する。ワーク保持台２２が第１ストッパ２１ａ，２１ａに当接しているときにおけるカシメ部材ＴのＹ方向位置は赤外線放射装置１３のＹ方向位置に等しい。また、ワーク保持台２２が第２ストッパ２１ｂ，２１ｂに当接しているときにおけるカシメ部材ＴのＹ方向位置およびＸ方向位置は、後述するカシメパンチ３４のＹ方向位置およびＸ方向位置に等しい。

図１に示すように、架台２のうち移動ユニット２０が設けられている部分よりもＹ２方向寄りの部分に、加圧ユニット３０が設けられる。加圧ユニット３０は、支持プレート３１と、第２エアシリンダ３２と、ホルダ３３と、加圧部材としてのカシメパンチ３４とを備える。

支持プレート３１は架台２から図１において鉛直上方に立設される。この支持プレート３１のＹ１方向を向いた面の上方部位に第２エアシリンダ３２が固定される。第２エアシリンダ３２は第２シリンダボディ３２ａと第２シリンダロッド３２ｂとを有し、図示しないエア源により駆動して、第２シリンダボディ３２ａに対して第２シリンダロッド３２ｂが伸縮するように構成される。第２エアシリンダ３２は、第２シリンダロッド３２ｂが第２シリンダボディ３２ａから下方に伸びるように支持プレート３１に取り付けられる。

第２シリンダロッド３２ｂの先端（下端）にホルダ３３が取付けられており、このホルダ３３にカシメパンチ３４が保持される。カシメパンチ３４はカシメ部材Ｔを加圧して変形させるための部材である。カシメパンチ３４の先端面（下面）は、カシメ部材Ｔの先端部をドーム状に拡径することができるように、凹面状に形成されている。

冷却ユニット４０は、冷却水供給配管４１と、冷却水排出配管４２と、流量制御弁４３と、流量制御装置４４とを備える。冷却水供給配管４１および冷却水排出配管４２はホルダ３３に接続される。冷却水供給配管４１の他方端は図示しない冷却水供給源に接続される。流量制御弁４３は冷却水供給配管４１の途中に介装される。

また、カシメパンチ３４に温度センサ３６が取付けられる。温度センサ３６はカシメパンチ３４の温度を検出し、検出した温度情報を流量制御装置４４に出力する。流量制御装置４４は、冷却水供給配管４１の途中に介装された流量制御弁４３に、温度センサ３６から入力した温度情報に応じた制御信号を出力するように構成される。

図３は、ホルダ３３とカシメパンチ３４の内部構造を示す断面図である。図３に示すように、ホルダ３３からカシメパンチ３４にかけて冷却通路３５がこれらの内部に形成される。冷却通路３５の一方端が冷却水供給配管４１に接続され、他方端が冷却水排出配管４２に接続される。冷却通路３５内に冷却水が流通することによって、ホルダ３３およびカシメパンチ３４が冷却される。

次に、本実施形態の熱カシメ装置１を用いた熱カシメ方法を工程順に説明する。図４は、カシメ部材Ｔの状態（温度状態、変形状態）を時系列的に示す図である。

（準備工程）
まず、ガイドレール２１，２１上のワーク保持台２２に、カシメ部材Ｔが装着された被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２を載置する。次いで、ワーク保持台２２が第１ストッパ２１ａに当接するように、ワーク保持台２２を最もＹ１方向寄りに移動させ、その位置でワーク保持台２２を固定する。この位置が、カシメ部材Ｔの加熱位置である。

次に、赤外線放射装置１３（正確には赤外線を放射する光源）とワーク保持台２２上のカシメ部材Ｔ（正確にはカシメ部材Ｔのうち被カシメ部材Ｗ１の上面から突出した部分）とを結ぶ直線に沿って赤外線放射装置１３から赤外線が放射されるように、赤外線放射装置１３のＺ方向に対する傾斜角度を調整する。

次に、第１エアシリンダ１４を作動させて、第１シリンダロッド１４ｂをＸ１方向に向けて伸長させる。これにより、可動シャッター１５が、赤外線放射装置１３とワーク保持台２２上のカシメ部材Ｔとを結ぶ直線の途中に介在される。その後、図示しない電源から赤外線放射装置１３に電力を供給する。赤外線放射装置１３は電力の供給を受けて赤外線を放射する。赤外線は、赤外線放射装置１３とカシメ部材Ｔとを結ぶ直線に沿って出射される。

図５は、準備工程が完了した状態における熱カシメ装置１を示す斜視図である。また、図４（ａ）は、準備工程が完了した状態における可動シャッター１５とカシメ部材Ｔとの位置関係を示す。図４（ａ）および図５に示すように、可動シャッター１５が赤外線放射装置１３と加熱位置に固定されたワーク保持台２２上のカシメ部材Ｔとを結ぶ直線上に介在する。このため赤外線放射装置１３から放射されている赤外線ＩＲは可動シャッター１５に照射され、赤外線ＩＲがカシメ部材Ｔに照射されることはない。

（加熱工程）
準備工程にて赤外線の放射が開始されてから所定時間経過するまで待つ。この所定時間は、赤外線放射装置１３から放射される赤外線の出力が安定するまでの時間として予め定められる。所定時間経過後、第１エアシリンダ１４を作動させて、第１シリンダロッド１４ｂをＸ２方向に向けて収縮させる。これにより可動シャッター１５が図５のＸ２方向に移動する。すると、赤外線放射装置１３とワーク保持台２２上のカシメ部材Ｔとを結ぶ直線上に可動シャッター１５が介在しなくなる。つまり、可動シャッター１５は、赤外線放射装置１３とカシメ部材Ｔとを結ぶ直線の途中に進退可能に配設される。

赤外線放射装置１３とカシメ部材Ｔとを結ぶ直線上から可動シャッター１５が除去された場合、赤外線放射装置１３から放射された赤外線は、加熱位置に固定されたワーク保持台２２上のカシメ部材Ｔに照射される。特に、カシメ部材Ｔのうち、被カシメ部材Ｗ１から上方に突出した部分に赤外線が照射される。

本実施形態においてカシメ部材Ｔに照射される赤外線の波長は、カシメ部材Ｔを構成する熱可塑性樹脂（ＰＰＳ樹脂）に吸収される近赤外線波長を含む。このような近赤外線がカシメ部材Ｔに照射されることによってカシメ部材Ｔが内部加熱される。図６は、加熱工程時における熱カシメ装置１を示す斜視図である。また、図４（ｂ）は、加熱工程時における可動シャッター１５とカシメ部材Ｔとの位置関係を示す図である。図４（ｂ）に示すように、カシメ部材Ｔのうち赤外線ＩＲが照射されている部分が内部から加熱される。赤外線の照射時間は、カシメ部材Ｔの加熱温度が、カシメ部材Ｔを構成する熱可塑性樹脂（ＰＰＳ樹脂）の溶融温度以上であり熱分解温度以下の温度として予め定められる設定温度に達するまでに必要な時間として予め設定されている。したがって、上記設定時間だけカシメ部材Ｔに赤外線が照射された場合、カシメ部材Ｔの温度はその溶融温度以上に達し、カシメ部材Ｔが溶融状態とされる。そのためカシメ部材Ｔの自重によって図４（ｂ）に示すようにカシメ部材Ｔの先端部分が若干丸みを帯びる。

カシメ部材Ｔへの赤外線の照射を開始してから設定時間経過後に、第１エアシリンダ１４を作動させて、第１シリンダロッド１４ｂを図６に示す状態からＸ１方向に向けて伸長させる。これにより可動シャッター１５が図６のＸ１方向に移動して、可動シャッター１５が赤外線放射装置１３とカシメ部材Ｔとを結ぶ直線上に介在する。このため赤外線が可動シャッター１５に遮られてカシメ部材Ｔへの赤外線の照射が停止される。このように、可動シャッター１５の進退動作によって、加熱工程時のカシメ部材Ｔへの赤外線の照射時間が制御される。なお、本実施形態では、カシメ部材Ｔへの赤外線の照射が停止されているときでも、赤外線放射装置１３から赤外線は放射され続ける。

（移動工程）
カシメ部材Ｔへの赤外線の照射を停止させた後に、手動または自動により、ワーク保持台２２を図６に示す位置からＹ２方向に移動させる。そして、ワーク保持台２２が第２ストッパ２１ｂ，２１ｂに当接した位置まで移動させ、その位置でワーク保持台２２を固定する。この位置が成形位置である。図７は、移動工程が完了した状態における熱カシメ装置１の斜視図である。また、図４（ｃ）は、移動工程が完了した状態における、カシメ部材Ｔとカシメパンチ３４との位置関係を示す図である。これらの図に示すように、移動工程が完了した状態では、成形位置にあるカシメ部材Ｔの直上にカシメパンチ３４が配設される。

（成形・冷却工程）
移動工程が完了した後に、第２エアシリンダ３２を作動させて、第２シリンダロッド３２ｂを図７に示す状態からＺ１方向に向けて伸長させる。これによりカシメパンチ３４が下降して、その直下に配設されているカシメ部材Ｔに接する。図４（ｄ）に、カシメパンチ３４の先端面（下端面）がカシメ部材Ｔの上端に接した状態を示す。図４（ｄ）に示す状態からさらに第２シリンダロッド３２ｂが伸長することにより、カシメ部材Ｔにカシメパンチ３４が接触した状態で、カシメパンチ３４に加圧力が加えられる。図４（ｅ）は、カシメパンチ３４によりカシメ部材Ｔが加圧されている状態を示す図である。カシメ部材Ｔは赤外線による加熱で軟化しているので、図４（ｅ）に示すようにカシメパンチ３４の加圧力でカシメ部材Ｔが変形する。この場合において、カシメ部材Ｔは、加熱された部分が径方向に膨らむように変形する。

ここで、カシメパンチ３４の温度は、上記した各工程を通じて温度センサ３６で検出されており、検出された温度情報が流量制御装置４４に入力されている。流量制御装置４４はカシメパンチ３４の温度がカシメ部材Ｔの溶融温度よりも低い温度に常時維持されるように、流量制御弁４３の開閉状態を制御している。本実施形態では、カシメパンチ３４の温度が常温（２５℃〜３０℃）に維持されるように、流量制御弁４３の開閉状態を制御している。このためカシメパンチ３４の温度は常にカシメ部材Ｔの溶融温度未満の温度（例えば常温）に維持されている。したがって、カシメパンチ３４がカシメ部材Ｔに接触した状態でカシメ部材Ｔが加圧されるときに、高温のカシメ部材Ｔが常温のカシメパンチ３４に接触し、カシメ部材Ｔが冷却される。つまり、成形・冷却工程にて、カシメ部材Ｔの変形と冷却が同時進行する。

また、カシメ部材Ｔは、カシメパンチ３４との接触面（先端面）から冷却されるとともに固化される。ここで、カシメ部材Ｔの内部に含有されるガラス繊維は、カシメ部材Ｔが加圧されることにより流動して上記接触面から露出しようとするが、その前に接触面が冷却固化するため、ガラス繊維は接触面から露出することができずに接触面に沿ってカシメ部材Ｔの内部で配向する。つまり、カシメ部材の加圧による変形と冷却による固化とを同時進行させた場合、内部のガラス繊維が表面に露出することなく内部に閉じ込められる。よって、カシメ部材Ｔの接触面にガラス繊維が露出することはなく、その結果、接触面（先端面）が毛羽立つことを防止できる。

図４（ｅ）に示す状態からさらにカシメパンチ３４でカシメ部材Ｔを加圧し、図４（ｆ）の状態となったときにカシメ部材Ｔの変形が完了する。図８は、カシメ部材Ｔの変形が完了した状態を示す熱カシメ装置１の斜視図である。図４（ｆ）に良く示すように、カシメ部材Ｔの先端部分がドーム状に拡径されており、拡径された部分が被カシメ部材Ｗ１の上面に密着する。このためカシメ部材Ｔによって被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２がカシメられる。

図４（ｆ）に示す状態が、所定時間だけ維持される。この所定時間は、カシメ部材Ｔがカシメパンチ３４による冷却によって固化されるまでの時間として予め定められる。そして、所定時間経過後に、第２エアシリンダ３２を作動させて、第２シリンダロッド３２ｂを図８に示す状態からＺ２方向に収縮させる。これにより図４（ｇ）に示すようにカシメパンチ３４がカシメ部材Ｔから離れる。その後、ワーク保持台２２を第１ストッパ２１ａ，２１ａに当接する位置（加熱位置）までＹ１方向にスライドさせる。そして、ワーク保持台２２上の成形体をワーク保持台２２から取り出す。以降、ワーク保持台２２上にカシメ部材が装着された被カシメ部材を載置し、上記加熱工程、上記移動工程、上記成形・冷却工程を繰り返すことにより、連続して被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２をカシメ部材Ｔによりカシメることができる。

図９は、従来のカシメ方法により被カシメ部材をかしめた場合における、カシメ部材の温度変化を工程とともに示すグラフであり、図１０は、本実施形態のカシメ方法により被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２をかしめた場合における、カシメ部材Ｔの温度変化を工程とともに示すグラフである。図９、図１０の横軸は時間を表し、縦軸が温度を表す。図９に示すように、従来方法によれば、成形工程と冷却工程が別々に行われる。これに対し、図１０に示すように、本実施形態によれば、成形工程と冷却工程が同時進行する。このためカシメに係る全体時間を短縮することができる。

また、本実施形態では、加熱工程にて赤外線をカシメ部材に照射しているが、カシメ部材への赤外線の照射タイミングは可動シャッター１５の進退動作により制御することができる。このため赤外線の出力が安定してから可動シャッター１５を開いて赤外線をカシメ部材に照射することにより、素早く且つ均一にカシメ部材Ｔを加熱することができる。したがって、本実施形態によれば、加熱時間も短縮される。なお、図１０に示すように、本実施形態では、移動工程に要する時間が発生するが、この移動時間は極めて短時間である。よって、移動工程の存在によって、カシメに係る全体時間がさほど長くならない。

図１１は、本実施形態の熱カシメ装置１を用いてかしめられた製品のカシメ部分の強度（カシメ強度）と、従来の熱カシメ装置を用いてかしめられた製品のカシメ強度とを比較したグラフである。ここで、カシメ強度とは、被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２をかしめているカシメ部材Ｔの破断強度である。図１１において、強度の平均値（ａｖｅ．）を丸印で表わし、強度のバラツキを最大値（ｍａｘ．）と最小値（ｍｉｎ．）との差により表わす。図１１からわかるように、本実施形態によれば、カシメ強度の平均値が従来よりも高い。これは、加熱工程により均一にカシメ部材Ｔが加熱されたことに起因すると推察される。また、本実施形態によれば、カシメ強度のバラツキが従来よりも小さい。これは、可動シャッター１５の進退動作の制御によりカシメ部材への入熱量が均一化されたことにより起因すると推察される。このように、本実施形態によれば、カシメ品質（強度、バラツキ）をも向上させることができる。

図１２は、赤外線放射装置１３が放射する赤外線の出力と、赤外線に照射されるカシメ部材の昇温速度との関係を示すグラフである。図１２に示すように、出力が大きくなればなるほど、昇温速度も上昇する。このことから、さまざまな樹脂材料からなるカシメ部材に対しても、その樹脂材料に応じて出力を変更することにより、適切な時間で均一にカシメ部材を加熱することができる。

以上のように、本実施形態に係る熱カシメ装置１は、被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２に装着された樹脂製のカシメ部材Ｔをその溶融温度以上に加熱する加熱ユニット１０と、加熱ユニット１０で加熱されたカシメ部材Ｔに接触した状態で加圧力を加えることにより、被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２がカシメ部材Ｔでかしめられるようにカシメ部材Ｔを変形させるカシメパンチ３４と、カシメパンチ３４がカシメ部材Ｔを加圧しているときにカシメパンチ３４の温度がカシメ部材Ｔの溶融温度未満の温度に維持されるようにカシメパンチ３４を冷却する冷却ユニット４０と、を備える。また、本実施形態に係る熱カシメ方法は、被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２に装着された樹脂製のカシメ部材Ｔをその溶融温度以上に加熱する加熱工程と、カシメ部材Ｔの溶融温度未満の温度に維持されたカシメパンチ３４を加熱工程により加熱されたカシメ部材Ｔに接触させることによりカシメ部材Ｔを冷却するとともに、カシメパンチ３４がカシメ部材Ｔに接触した状態で加圧力をカシメ部材Ｔに加えることにより、被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２がカシメ部材Ｔでかしめられるようにカシメ部材Ｔを冷却しながら変形させる成形・冷却工程と、を含む。

本実施形態によれば、加熱工程にて加熱ユニット１０により被カシメ部材Ｗ１，Ｗ２に装着されたＰＰＳ樹脂製のカシメ部材Ｔがその溶融温度以上に加熱される。また、成形・冷却工程にて、溶融温度以上に加熱されたカシメ部材Ｔがカシメパンチ３４に接触するとともにカシメパンチ３４で加圧されることにより変形される。このときカシメパンチ３４の温度はカシメ部材Ｔの溶融温度未満の温度に維持されている。したがって、カシメ部材Ｔは、カシメパンチ３４により加圧されているときに冷却される。つまり、カシメ部材Ｔの加圧による変形と冷却による固化が同時進行する。このためカシメ部材Ｔの冷却のみに要する時間が短縮される。その結果、カシメ時間を短縮することができる。

また、カシメパンチ３４の加圧によってカシメ部材Ｔが変形されているときに、カシメ部材の表面のうちカシメパンチ３４に接触している面（接触面）がまず最初に冷却固化される。したがって、カシメ部材Ｔ中に混入されたガラス繊維が上記接触面から露出する前に上記接触面が固化することによりガラス繊維の露出が防止される。つまり、ガラス繊維がカシメ部材Ｔの内部に閉じ込められる。よって、ガラス繊維がカシメ部材の表面に露出することなく、その結果、ガラス繊維が表面に露出することにより生じる不具合（ガラス繊維がカシメパンチ３４に接触してカシメパンチ３４が損傷すること、カシメ部材Ｔがカシメパンチ３４に張り付くことにより強度不良を起こすこと、など）を防止することができる。

また、本実施形態に係る熱カシメ装置１は、カシメ部材Ｔを加熱位置と成形位置との間に往復移動させるように構成された移動ユニット２０を備える。そして、加熱位置にて加熱ユニット１０によりカシメ部材Ｔが加熱され、成形位置にてカシメパンチ３４によりカシメ部材Ｔが加圧される。このようにカシメ部材Ｔの加熱と加圧が異なる位置で行われるため、加熱工程時におけるワークスペースおよび成形・冷却工程時におけるワークスペースを分離することができ、それ故、それぞれの工程の実行時におけるワークスペースを広く取ることができる。その結果、大型の被カシメ部材や高いリブ等が設けられた被カシメ部材をカシメ部材でかしめることができる。

また、加熱ユニット１０は、赤外線を放射する赤外線放射装置１３を備え、赤外線放射装置１３から放射される赤外線によりカシメ部材Ｔがその溶融温度以上且つ熱分解温度未満の温度に加熱される。これによれば、赤外線放射装置１３から放射される赤外線をカシメ部材に照射することにより、均一に且つ素早くカシメ部材を加熱することができ、加熱時間を短縮することができる。その結果、カシメ時間をさらに短縮することができる。また、赤外線の波長は一般的に電子部品に影響を及ぼさない。よって、製品性能を損なうことなく電子部品を搭載した被カシメ部材をカシメ部材でかしめることができる。

また、加熱ユニット１０は、赤外線放射装置１３とカシメ部材Ｔとを結ぶ直線の途中に進退可能に配設された可動シャッター１５を備える。そして、可動シャッター１５の進退動作を制御することにより、加熱工程におけるカシメ部材Ｔへの赤外線の照射時間が調節される。これによれば、可動シャッター１５の進退動作を制御することにより、加熱工程時に赤外線放射装置１３からカシメ部材Ｔへ入力される熱量を調整することができる。その結果、安定的にカシメ部材Ｔを溶融させることができる。特に、赤外線の放射熱量が安定してからカシメ部材Ｔへの赤外線の照射を開始するように可動シャッター１５の進退動作を制御することにより、カシメ部材Ｔへの入熱量をより安定化させることができるとともに、より素早くカシメ部材Ｔを加熱することができる。

また、本実施形態では、カシメパンチ３４の温度は、成形・冷却工程時のみならず、加熱工程時や移動工程時にも常に常温程度となるように温度制御（冷却）される。したがって、成形・冷却工程時には確実にカシメパンチ３４の温度をカシメ部材Ｔの溶融温度未満の温度にすることができる。その結果、カシメ部材Ｔを変形と同時に急冷させることができ、冷却時間をより短縮することができる。

また、本実施形態では、加熱位置と成形位置が、カシメ部材Ｔの加圧方向（Ｚ方向）に直交する平面（Ｘ−Ｙ平面）にて異なる位置となるように、移動ユニット２０によりカシメ部材Ｔが移動される。したがって、加熱ユニット１０と加圧ユニット３０がカシメ部材Ｔの加圧方向に沿って同軸状に配置されることがない。よって、加熱工程と成形・冷却工程のそれぞれでワークスペースを十分に取ることができる。また、例えば成形・冷却工程時に、加熱ユニット１０の存在によってカシメパンチ３４の昇降ストローク等が制限されることはない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態においては、ガイドレール２１によってワーク保持台２２を直線的に移動させることによってカシメ部材Ｔの位置を加熱位置から成形位置に移動する例を説明したが、ロータなどによってワーク保持台を回転させることによってカシメ部材Ｔの位置を加熱位置から成形位置に移動してもよい。また、上記実施形態においては、冷却ユニット４０によりカシメパンチ３４をほぼ常温に維持するように構成されているが、カシメパンチ３４の温度は少なくともそれが接触することによりカシメ部材Ｔを冷却することができる温度であればよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

１…熱カシメ装置、２…架台、１０…加熱ユニット、１３…赤外線放射装置、１４…エアシリンダ、１４ａ…シリンダボディ、１４ｂ…シリンダロッド、１５…可動シャッター、２０…移動ユニット、２１…ガイドレール、２２…ワーク保持台、３０…加圧ユニット、３２…エアシリンダ、３２ａ…シリンダボディ、３２ｂ…シリンダロッド、３３…ホルダ、３４…カシメパンチ（加圧部材）、３５…冷却通路、３６…温度センサ、４０…冷却ユニット、４１…冷却水供給配管、４２…冷却水排出配管、４３…流量制御弁、４４…流量制御装置、Ｔ…カシメ部材、Ｗ１，Ｗ２…被カシメ部材

Claims (8)

1. 被カシメ部材に装着された樹脂製のカシメ部材をその溶融温度以上に加熱する加熱ユニットと、
   前記加熱ユニットで加熱されたカシメ部材に接触した状態で加圧力を加えることにより、被カシメ部材がカシメ部材でかしめられるようにカシメ部材を変形させる加圧部材と、
   前記加圧部材がカシメ部材を加圧しているときに前記加圧部材の温度が前記カシメ部材の溶融温度未満の温度に維持されるように前記加圧部材を冷却する冷却ユニットと、
   を備える、熱カシメ装置。
2. 請求項１に記載の熱カシメ装置において、
   カシメ部材を加熱位置と成形位置との間に往復移動させるように構成された移動ユニットを備え、
   前記加熱位置にて前記加熱ユニットによりカシメ部材が加熱され、
   前記成形位置にて前記加圧部材によりカシメ部材が加圧される、
   熱カシメ装置。
3. 請求項１または２に記載の熱カシメ装置において、
   前記加熱ユニットは、赤外線を放射する赤外線放射装置を備え、前記赤外線放射装置から放射される赤外線によりカシメ部材がその溶融温度以上に加熱されるように構成される、熱カシメ装置。
4. 請求項３に記載の熱カシメ装置において、
   前記加熱ユニットは、前記赤外線放射装置とカシメ部材とを結ぶ直線の途中に進退可能に配設されたシャッターを備える、熱カシメ装置。
5. 被カシメ部材に装着された樹脂製のカシメ部材をその溶融温度以上に加熱する加熱工程と、
   カシメ部材の溶融温度未満の温度に維持された加圧部材を前記加熱工程で加熱されたカシメ部材に接触させることによりカシメ部材を冷却するとともに、前記加圧部材がカシメ部材に接触した状態で加圧力をカシメ部材に加えることにより、被カシメ部材がカシメ部材でかしめられるようにカシメ部材を冷却しながら変形させる成形・冷却工程と、
   を含む、熱カシメ方法。
6. 請求項５に記載の熱カシメ方法において、
   前記加熱工程後のカシメ部材を加熱位置から前記成形・冷却工程が実施される成形位置に移動する移動工程を含む、熱カシメ方法。
7. 請求項５または６に記載の熱カシメ方法において、
   前記加熱工程にて、赤外線放射装置から放射された赤外線がカシメ部材に照射されることによりカシメ部材がその溶融温度以上に加熱される、熱カシメ方法。
8. 請求項７に記載の熱カシメ方法において、
   前記赤外線放射装置とカシメ部材とを結ぶ直線の途中に進退可能に配設されたシャッターの進退動作を制御することにより、前記加熱工程におけるカシメ部材への赤外線の照射時間が調節される、熱カシメ方法。

Images