JP2017514713A - ねじ留め装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ねじ留め作業を特に自動的に実行するねじ留め装置に関し、このねじ留め装置は、ねじ留め工具と、空気圧式送りシリンダを有する送り装置とを備える。ねじ留め工具は、ねじ留め行程において、空気圧式送りシリンダによって、第１の送り力により、ねじ留め工具がねじと係合し、かつねじ留めされる構成要素にねじが押し込まれるように送り方向に移動可能となっている。

Description

本発明は、特にねじ留め行程を自動的に実行するためのねじ留め装置であって、ねじ留め工具と、空気圧式送りシリンダを有する送り装置と、を備え、ねじ留め工具は、ねじ留め行程において、空気圧式送りシリンダによって、第１の送り力により、ねじ留め工具がねじと係合し、かつねじ留めされる構成要素にねじが押し込まれるように送り方向に移動可能となっている。

このような種類の周知のねじ留め装置では、空気圧式送りシリンダは、ねじおよびねじ留め位置へのねじ留め工具の送出と、ねじ留め行程におけるねじの前方への駆動との両方の役割を果たす。このようなねじ留め装置は、フロードリル加工によるねじ留め行程を実行するときに問題を有する。連結される構成要素のねじ留め位置を加熱するために、ねじを大きい力で構成要素に押し込む必要があり、これは空気圧式送りシリンダだけでは達成できないからである。周知のねじ留め装置で充分に高い圧力を得るには、空気圧式送りシリンダを大きくするしかなく、これは、比較的大きな形状や関連する空気量およびこれに伴う比較的大きい装置の慣性により望ましくない。

本発明の目的は、できるだけ小型の寸法を維持する一方で、フロードリル加工によるねじ留め行程の実行にも適した上述の種類のねじ留め装置をさらに開発することである。

上記の目的は、請求項１の特徴を有するねじ留め装置によって達成され、特に送り装置が、ねじ留め行程において、第１の送り力よりも大きい第２の送り力をねじ留め工具に加えることができる増圧器を有するねじ留め装置によって達成される。

本発明によると、ねじ留め工具の送り動作が、比較的小さい力（第１の送り力）による送出ストロークと、比較的大きい力（第２の送り力）による押込みストロークと、に分割され、送出ストロークは、空気圧送りシリンダのみによって生じ、押込みストロークにおいて増圧器によって力が追加される。空気圧送りシリンダは、送り動作の分割によってフロードリル加工用途で大きい寸法を有する必要がない。これは、フロードリル加工によるねじ留めにおいて、構成要素の加熱に必要なねじの押込み力が増圧器によって生じるからである。よって、フロードリル加工によるねじ留めにおいて、比較的小さい空気量で空気圧送りシリンダを作動させることが可能となり、これはねじ留め装置の経済性にプラスの効果を有する。増圧器の応答の速さによって、ねじ留め装置のより良好な動力性能が同時に得られる。

本発明の有利な実施例は、従属項、実施形態および図面に記載されている。

本発明の一実施例によると、増圧器はねじ留め工具の送り動作の所望の時間においてオンオフの切換えを行うことができる。増圧器は、さらに好ましくは、例えば、比例弁によって制御可能な制御圧によって特に調節することができる。押込みストロークは、結果として、所望のプロセスルーチンで要求されるように調節可能である。これにより、ねじ留め装置は、異なる用途、特に異なるねじやねじ留めされる構成要素に特に柔軟に適用可能となる。増圧器は、例えば、全ねじ留め行程を通して動作していなくてもよい。フロードリル加工によるねじ留め用途によっては、フロードリル加工によりねじが貫通できるようねじ留めされる構成要素が加熱されるまで、ねじに高い送り力を作用させれば充分である。よって、このような場合には、増圧器は、ねじ留め行程の初期段階のみにおいてオンに切り換えればよく、ねじ留め行程の残りの段階においては、送りシリンダによって作用する送り力がねじを押し込むのに充分でありうる。しかし、増圧器は、一般に、ねじ留め行程の他の段階で、選択的に異なる力で作動させることもでき、選択的に変化する力で全ねじ留め行程において作動させることもできる。

他の実施例によれは、送りシリンダは、最大の動作ストロークを実行できる空気圧作動の動作ピストンを有する。最大動作ストロークは、送りシリンダの長さによって限定され、長いねじのねじ留めの場合でも完全に伸びないように理想的に選択される。

増圧器はねじ留め工具の送り動作の所望の時間にオンに切り換えることができ、すなわち、動作ピストンの所望のストローク位置でオンに切り換えることができるので、増圧器が生じさせる動作ピストンの押込みストロークが最大動作ストロークよりも短くても、ねじ留め行程を確実に実行するのに充分であり、ねじ留め装置の寸法に有利である。

他の実施例では、増圧器は、作動ピストンを含む。作動ピストンは、送りシリンダの動作ピストンと同軸に整列していてもよい。しかし、ねじ留め装置の寸法をさらに小型にすることが可能となるため、作動ピストンが動作ピストンからオフセットして配置されることが特に有利である。例えば、作動ピストンは、動作ピストンと平行にオフセットして配置することができるとともに／または異なる方向、例えば、反対方向または非平行な方向で動作してもよい。

ガス状の流体を介して作動ピストンから動作ピストンへと力の伝達を行うことが一般的に考えられる。しかし、作動ピストンから動作ピストンへの力の伝達は、作動油によって行うことが好ましく、これは、増圧器のオンオフの切換えへの応答が早く、加えて大きい力の伝達が可能となるためである。作動油は、閉じたまたは密閉された油圧系に設けられることが好ましく、このことにより、ねじ留め装置の経済性が高くなるとともにドライな環境での使用が容易になる。

他の実施例によれば、作動ピストンは、空気圧により作動可能であり、これは、送りシリンダの作動に圧縮空気が既に利用可能であるため有利である。

作動ピストンの作動が空気圧により行われ、かつ作動ピストンから動作ピストンへの力の伝達が油圧により行われる場合、増圧器は、空気油圧式増圧器である。上述したように、作動ピストンを空気圧により作動し、作動ピストンから動作ピストンへの力の伝達も空気圧により行うこともでき、この場合には、増圧器は空気圧式増圧器となる。反対に、作動ピストンの作動と作動ピストンから動作ピストンへの力の伝達の両方を油圧により行うこともでき、この場合には、油圧式増圧器となる。

他の実施例によれば、送り装置は、ねじ留め工具をトルク測定装置と共に移動させる。しかし、送り装置は、ねじ留め工具をねじ留め工具用の駆動ユニットと共に移動させることもでき、選択的にトルク測定装置と共に移動させることもでき、ねじ留め工具のみを、すなわちトルク測定装置および駆動ユニットなしで移動させることもできる。

さらに他の実施例によれば、ねじ留め装置は、ねじ留め工具との係合のために整列した位置にねじを保持する供給ヘッドを含む。供給ヘッドは、送出されるねじ留め工具をねじと正しく係合させることに貢献し、ねじ留め行程の初期段階において、特にねじが傾かないようにすることに貢献する。

ねじ留め行程を自動的に実行するには、ねじ留め装置は、好ましくはさらに供給ヘッドにねじを自動的に供給する供給装置を含む。

可能な実施例および添付図面を参照して、以下で単に例示的に本発明を説明する。

本発明に係るねじ留め装置の部分的に断面を示す概略側面図である。

本発明によるねじ留め装置は、図１に概略的に示されており、フロードリル加工によるねじ留め行程を自動的に実行するために、例えば、ロボットアームに設置したり、ラックに固定することができる。

ねじ留め装置は、長手方向中心軸１１を定めるとともに、長手方向中心軸１１を中心に回転駆動装置１２によって回転駆動可能であるねじ留め工具１０を備える。トルク測定装置１４が、ねじ留め工具１０と回転駆動装置１２との間に接続される。

ねじ留め装置は、さらに、ねじ留め工具１０の長手方向中心軸１１と平行に延びるガイド１６を備え、このガイド１６上に供給ヘッド１８が移動可能に支持されており、供給ヘッド１８は、ねじ留めされる構成要素と接触する位置まで送出シリンダ２０によってガイド１６に沿って移動する。供給ヘッド１８は、ねじ留め行程のための図示省略のねじを整列させて保持するように機能する。供給ヘッド１８にねじを供給するためには、供給ヘッド１８は、例えば供給ヘッド１８に圧縮空気によってねじを打ち込む図示省略の自動供給装置に連結される。

ねじ留め工具１０を供給ヘッド１８に保持されたねじと係合させるには、ねじ留め工具１０をトルク測定装置１４と共に休止位置と呼ぶこともできる図１に示す後方端位置から図１では左側である前方に押し出す。送り装置２２が、この目的を果たし、ガイド１６に移動可能に支持されたトルク測定装置１４に作用する。

送り装置２２は、動作ピストン２８を有する空気圧式送りシリンダ２４を備え、動作ピストン２８は、ねじ留め工具１０およびガイド１６と平行に方向づけられているとともに、圧縮空気２６によって作動可能で、かつ送りシリンダ２４の長さによって予め定められる最大動作行程を実行可能である。動作ピストン２８は、トルク測定装置１４に接続されており、例えば、トルク測定装置１４のハウジングに成形可能である。

動作ピストン２８は、さらに中空のシリンダを形成し、図１では右側である後方から動作ピストン２８内に延びるパイプ片３０に移動可能に支持されている。パイプ片３０と動作ピストン２８とによって境界づけられる内部空間３２は、作動油によって満たされており、シール３４によって送りシリンダ２４の空気空間３６から密閉されている。

内部空間３２は、第１の断面を有し、後方端で流体収容空間３８に開口し、この流体収容空間３８も同様に作動油によって満たされているとともに、内部空間３２の断面よりも数倍大きい第２の断面を有する。流体収容空間３８は、後方側で移動可能に支持されたリングピストン４０によって境界づけられており、リングピストン４０は、釣合いばね４２によって、前方すなわち送りシリンダ２４の方向に付勢されている。内部空間３２および流体収容空間３８は、合わせて閉じた油圧系を構成する。

パイプ片３０と同軸に整列したプランジャ４４が、リングピストン４０を通って延びており、そのプロファイルは、パイプ片３０に密に挿入することができるようにパイプ片３０のプロファイルに一致するよう設けられており、パイプ片３０の端部領域に設けられたシール４６によって密封効果がさらに改善される。

プランジャ４４は、作動ピストン４８の一部であり、作動ピストン４８は、押込みシリンダ５０内に移動可能に支持されているとともに、圧縮空気５２によって作動可能である。押込みシリンダ５０の空気空間５４の流体収容空間３８に対する密閉は、リングピストン４０に嵌め込まれるシール５６によってなされる。

プランジャ４４は、ここでは圧縮コイルばねである戻りばね５８によって囲まれており、戻りばね５８は、一方側ではリングピストン４０の後面に支持されているとともに、他方側では作動ピストン４８の前面に支持されており、リングピストン４０と作動ピストン４８とを離すように付勢する。代わりに、戻りばね５８は、空気ばねの形態を有してもよい。

構成要素３０，５８は、合わせて送り装置２２の空気油圧式増圧器６０を構成する。空気油圧式増圧器６０の機能については以下に説明する。

ねじ留め工具１０を図１に示す休止位置から供給ヘッド１８に保持されたねじと係合する位置まで移動させるには、動作ピストン２８が図１で左に移動するように送りシリンダ２４に圧縮空気２６を供給し、このときトルク測定装置１４およびねじ留め工具１０が前方に押される。ねじ留め工具１０がねじと係合すると、ねじ留め工具１０は、ねじがねじ留めされる構成要素に隣接するまで圧縮空気によって作動する送りシリンダ２４によってさらに前方に押される。

動作ピストン２８の前方への移動により、内部空間３２が増加し、作動油は、釣合いばね４２が作用するリングピストン４０によって流体収容空間３８から内部空間３２内に押し出される。

圧縮空気２６によって送りシリンダ２４に加えられる力は、経済的なねじ留め行程で許容可能な時間内で、フロードリル加工によるねじ留め行程のための充分な熱をねじ留めされる構成要素に与えるのに充分でないため、ねじがねじ留めされる構成要素に接触するとすぐに増圧器６０が作動される。

これは、圧縮空気５２を作動ピストン４８に加え、これによりプランジャ４４を前方に押すことによってなされる。プランジャ４４がパイプ片３０に挿入されるとすぐに、内部空間３２は流体収容空間３８に対して密閉され、作動油は内部空間３２から流出することも内部空間３２に流入することもできなくなる。作動ピストン４８に圧縮空気５２がさらに加えられると、今度は動作ピストン２８によって第２の送り力がねじ留め工具１０に加わり、第２の送り力は、圧縮空気２６によって動作ピストン２８に加わる第１の送り力よりもかなり大きい。作動ピストン４８に作用する圧縮空気５２が動作ピストン２８に作用する圧縮空気２６と同じ圧力であると仮定すると、第１の送り力に対する第２の送り力の比は、プランジャ４４の断面に対する作動ピストン４８の断面の比にほぼ対応する。

圧縮空気５２の圧力は、第２の送り力を調整するために、例えば、制御装置によって制御される空気圧比例弁によって制御できる。

増圧器６０は、プロセス行程で許容可能な時間内に、フロードリル加工によるねじ留めのために充分に高い温度までねじ留めされる構成要素が加熱されるように、第２の送り力が充分に大きくなるよう寸法づけられる。

構成要素が充分なフロー可能状態に達すると、ねじがねじ留め工具１０のさらなる送りによって構成要素に押し込まれる。構成要素が充分なフロー可能状態に達すると、圧縮空気５２の供給を停止して増圧器６０の動作を停止することができ、戻りばね５８によってパイプ片３０からプランジャ４４が引き抜かれ、これにより、作動油が再び流体収納空間３８から内部空間３２に流出することが可能になり、ねじ留め行程の残りの段階におけるねじ留め工具１０の送りは、動作ピストン２８に圧縮空気２６を与えることによって行われる。しかし、充分に高いストロークを実行できれば、全てのねじ留め行程を増圧器がオンになった状態で行うこともでき、この場合でも、増圧器６０の圧力が調節された制御圧を利用して第２の送り力を調整できる。

最後に、図１に示す送りシリンダ２４に対する増圧器６０の構成は、概略的なものである。よって、増圧器６０は、必ずしも送りシリンダ２４と同軸に整列していなくてもよい。ねじ留め装置をより小型化するために、増圧器は、例えば、送りシリンダ２４と平行にオフセットして配置されてもよく、反対方向に作用してもよい。後者の場合には、パイプ片３０は、Ｕ字形の流体通路の一方のリムを構成することができ、増圧器６０の作動時には、プランジャ４４がＵ字形の流体通路の他方のリムに挿入される。

１０…ねじ留め工具
１１…長手方向中心軸
１２…回転駆動装置
１４…トルク測定装置
１６…ガイド
１８…供給ヘッド
２０…送出シリンダ
２２…送り装置
２４…送りシリンダ
２６…圧縮空気
２８…動作ピストン
３０…パイプ片
３２…内部空間
３４…シール
３６…空気空間
３８…流体収容空間
４０…リングピストン
４２…釣合いばね
４４…プランジャ
４６…シール
４８…作動ピストン
５０…押込みシリンダ
５２…圧縮空気
５４…空気空間
５６…シール
５８…戻りばね
６０…増圧器

Claims (11)

1. 特に自動的にねじ留め行程を実行するねじ留め装置であって、ねじ留め工具（１０）と、空気圧式送りシリンダ（２４）を有する送り装置（２２）と、を備え、ねじ留め工具（１０）は、ねじ留め行程において、空気圧式送りシリンダ（２４）によって、第１の送り力により、ねじ留め工具がねじと係合し、かつねじ留めされる構成要素にねじが押し込まれるように送り方向に移動可能となっているねじ留め装置において、
   送り装置（２２）は、ねじ留め行程において、第１の送り力よりも大きい第２の送り力をねじ留め工具（１０）に加えることができる増圧器（６０）を有することを特徴とするねじ留め装置。
2. 増圧器（６０）は、ねじ留め工具（１０）の送り動作中の所望の時間においてオンオフの切換えが可能であることを特徴とする請求項１に記載のねじ留め装置。
3. 増圧器（６０）は、調節可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のねじ留め装置。
4. 送りシリンダ（２４）は、最大動作ストロークを実行することができる空気圧作動の動作ピストン（２８）を有し、増圧器（６０）は、最大動作ストロークよりも短い動作ピストン（２８）の押込みストロークを引き起こすことを特徴とする請求項３に記載のねじ留め装置。
5. 増圧器（６０）の作動ピストン（４８）が、動作ピストン（２８）と同軸にまたは動作ピストン（２８）からオフセットして配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載のねじ留め装置。
6. 増圧器（６０）の作動ピストン（４８）から動作ピストン（２８）への力の伝達が、作動油によってなされることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のねじ留め装置。
7. 増圧器（６０）の作動ピストン（４８）は、空気圧により作動可能であり、特に空気作動圧により調節可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のねじ留め装置。
8. 増圧器（６０）は、空気圧式、油圧式または空気油圧式の増圧器（６０）であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のねじ留め装置。
9. 送り装置（２２）は、ねじ留め工具（１０）のみを移動させるか、トルク測定装置および／または駆動ユニットと共にねじ留め工具（１０）を移動させることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のねじ留め装置。
10. ねじをねじ留め工具（１０）との係合のために整列した位置に保持する供給ヘッドを備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のねじ留め装置。
11. 供給ヘッドにねじを自動的に供給する供給装置を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のねじ留め装置。

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