JPH09295227A - 金属部品の圧入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】チャックユニットに対する圧入工具の移動量を
検出可能な金属部品の圧入装置を提供する。 【解決手段】本発明は、貯留部５に貯留されたナットを
順次分離供給手段６によりチャックユニット４に供給保
持し、これをシリンダ９の作動により往復移動する圧入
工具３により押し出して熱可塑性樹脂材に圧入するよう
に構成されている。前記貯留部５には、電流を通すこと
により発熱する電熱素子７ａが埋設されており、ナット
をあらかじめ熱可塑性樹脂材が溶融する温度まで加熱し
ておくことが可能である。また、前記チャックユニット
４と圧入工具３とは、一体に移動可能かつ相対移動可能
であり、チャックユニット４と一体に移動可能な被検出
体１８ａと、圧入工具３と一体に移動可能な近接センサ
１８ｂとからなる検出手段１８によってチャックユニッ
ト４に対する圧入工具３の移動量を検出できるよう構成
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂材に
ナット、ボルトなどの金属部品を圧入して一体に固定す
る金属部品の圧入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から熱可塑性樹脂材（以下、樹脂材
という）は、各種機械、装置のカバー材などに成形され
て広範に利用されており、各種機械、装置の美感向上、
軽量化などに貢献している。このような樹脂材から成る
部品を各種機械、装置に取り付ける場合、直接金属製の
タッピンねじなどを用いて固定する場合もあるが、繰り
返し着脱を行う部分などにおいては、あらかじめ樹脂材
側に金属製のナットなどの金属部品を圧入固定してお
き、これに雄ねじ部品を螺合させて固定する手段が適用
されている。このように樹脂材にナットなどの金属部品
を一体に固定しておくために、一般には樹脂材上に供給
したナットに往復駆動源の駆動により昇降する圧入工具
を圧力的に当接させ、この圧入工具を超音波などにより
高速微振動させることにより樹脂材との摩擦で金属部品
を発熱させ、その熱で樹脂材が溶融することを利用して
金属部品を樹脂材に圧入する圧入装置が使用されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の圧
入装置においては、あらかじめ調査しておいたナットの
発熱時間をタイマによって計測することによってナット
の圧入量、すなわち圧入工具の下降量が定められてお
り、実際の圧入時には同じナットであっても、気温、湿
度などの影響あるいはナット個々の特性などの影響で発
熱時間に差があらわれる、あるいは樹脂材の圧入位置の
高さに変化があるなどして、各ナットで圧入量にばらつ
きが発生し、圧入不良の発生が極めて多くなっている等
の問題が発生している。また、樹脂材の形状が変更され
て、圧入位置の高さが変化したような場合には、タイマ
の計測開始位置の変更などの調整を行う必要があり、簡
単に樹脂材の形状変更、特に圧入位置の高さの変化に対
応できない等の問題も発生している。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、貯留部に貯留
された金属部品を順次分離供給手段によりチャックユニ
ットに供給保持し、これをシリンダの作動により往復移
動する圧入工具により押し出して熱可塑性樹脂材に圧入
するように構成されている。前記貯留部には、加熱手段
が設けられており、この加熱手段により貯留部を加熱し
て、そこに貯留される金属部品をあらかじめ熱可塑性樹
脂材が溶融する温度まで加熱しておくように構成されて
いる。また、チャックユニットと圧入工具とは、一体に
移動可能かつ相対移動も可能に構成されており、チャッ
クユニットと一体に移動可能な被検出体と、圧入工具と
一体に移動可能な近接センサとからなる検出手段によっ
てチャックユニットに対する圧入工具の移動量を検出で
きるよう構成されている。さらに、チャックユニットの
先端には圧入工具の移動路上に貫通する挟持溝が成形さ
れたチャック爪が設けられており、金属部品を挟持する
ように構成されているとともに、金属部品を挟持した状
態から拡開することなく金属部品を押し出すことができ
るように構成されている。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
の形態を説明する。図１ないし図６において、１はナッ
ト、ボルトなどの金属部品を熱可塑性樹脂材（以下、単
に樹脂材と称す）に圧入する圧入装置であり、機械ベー
ス２前方に設けられる圧入工具３と、この圧入工具３の
移動路上に金属部品を保持するチャックユニット４と、
このチャックユニット４の後方に複数の金属部品を貯留
する貯留部５と、この貯留部５に貯留される金属部品を
前記チャックユニット４に一個毎分離供給する分離供給
手段６と、前記貯留部５に貯留される金属部品を加熱す
る第１の加熱手段７と、前記チャックユニットをあらか
じめ所定の温度に加熱する第２の加熱手段１５とを具備
している。なお、本発明の実施の形態では、金属部品と
して図１１に示す樹脂材圧入用のナット３０を例に挙げ
て説明する。このナット３０は、一般に広く知られる六
角形のナットとは異なり、外形が円筒形状に成形される
ものであり、その円周面３０ａには、樹脂材との喰い付
きを得るための溝３０ｂが複数形成される。

【０００６】圧入工具３は、機械ベース２に固定した軸
材２ａに沿って上下に摺動自在な昇降台８に取り付けら
れており、この昇降台８が軸材２ａに沿って摺動するこ
とで一体に往復移動するように構成されている。この圧
入工具３は、前記ナット３０の径と同様の径か若しくは
それよりも小径を成す軸状部材から形成されており、そ
の先端部分は、ナットの雌ねじが成形される中空部分に
侵入可能なよう、他よりもさらに小径を成すように構成
されている。なお、この昇降台８は、機械ベース２上に
配置した往復駆動源の一例であるシリンダ９に連結され
ており、このシリンダ９の作動により往復移動するよう
に構成されている。

【０００７】前記昇降台８には、２本の案内軸８ａが上
下方向に摺動可能に案内されており、その下端側にはチ
ャックユニット４が一体に移動するよう取り付けられて
いる。前記案内軸８ａの周囲にはばね１０が嵌装されて
おり、チャックユニット４を常時下方に付勢するよう構
成されている。前記チャックユニット４は、前記圧入工
具３が挿通可能なチャック本体４ａと、このチャック本
体４ａの先端に拡開可能に設けられるな一対のチャック
爪４ｂとを備えて構成されている。前記チャック爪４ｂ
には、前記圧入工具３の移動路上に貫通する横断面略円
形の挟持溝４ｃと、この挟持溝４ｃに連通して後記する
貯留部５側に延びる案内路４ｄとが成形されている。こ
の案内路４ｄは、チャック爪４ｂが閉じた状態にあって
も所定の隙間を有するよう、貯留部５側に拡がるテーパ
状に削設されており、チャック爪４ｂはこの案内路４ｄ
にナット３０を押し込むことにより押し開けられて、ナ
ット３０を挟持するように構成されている。

【０００８】貯留部５は、機械ベース２の上下垂直方向
に延びて設けられる金属製の貯留管１１と、機械ベース
２下部に固定して設けられる金属製の貯留ブロック１２
とから成り、貯留管１１の下端は貯留ブロック１２に連
結されている。この貯留部５において、貯留管１１はナ
ット３０を軸線垂直な姿勢で垂直方向に案内可能な円筒
状を成し、その上端部には、連結具１３を介して外部の
部品供給装置（図示せず）から延びる給送ホース１４が
連結されている。また、貯留ブロック１２には、貯留管
１１に連通してナット３０を軸線垂直な姿勢で垂直方向
に案内可能な垂直穴１２ａと、この垂直穴１２ａに直交
してナット３０を軸線垂直な姿勢で水平方向に案内可能
な水平穴１２ｂとが形成されている。これら垂直穴１２
ａと水平穴１２ｂとは底面同一にして互いに連通して設
けられており、水平穴１２ｂの出口には前記チャック爪
４ｂの案内路４ｄが面して位置するように構成されてい
る。

【０００９】第１の加熱手段７は、電流を通すことによ
り発熱する電熱素子７ａと、被検出物の温度を検出する
温度センサ７ｂと、この温度センサ７ｂの検出温度をあ
らかじめ設定されている設定温度と比較し、電熱素子７
ａへの通電制御を行う制御装置（図示せず）とから構成
されている。この第１の加熱手段７の電熱素子７ａおよ
び温度センサ７ｂは前記貯留ブロック１２の水平穴１２
ｂを挟んで平行に埋設して設けられ、貯留ブロック１２
の水平穴１２ｂ付近が最も高温となるよう加熱して所定
の温度に保つように構成されている。なお、この加熱手
段７における電熱素子７ａは円柱状に形成されており、
貯留ブロック１２へ効率的に熱を伝達できるように構成
されている。

【００１０】前記第２の加熱手段１５は、第１の加熱手
段７と同じ電熱素子１５ａ、温度センサ１５ｂおよび制
御装置（図示せず）を備えて成るものであって、電熱素
子１５ａおよび温度センサ１５ｂをチャック本体４ａの
上面側から垂直下方に向けて埋設して構成されている。
これら電熱素子１５ａおよび温度センサ１５ｂは、前記
圧入工具３を挟むように配置されており、電熱素子１５
ａが発熱すると、チャック本体４ａとともに圧入工具３
も相応に加熱されるように構成されている。

【００１１】分離供給手段６は、前記貯留ブロック１２
の水平穴１２ｂ内に常時挿入される分離棒１６と、前記
機械ベース２後部に配置されるシリンダ１７とを備えて
おり、分離棒１６をシリンダ１７に連結し、シリンダ１
７の作動により分離棒１６が水平穴１２ｂに沿って往復
移動するように構成されている。この分離供給手段６の
分離棒１６は、その先端部分が段付き形状に成形されて
おり、その段差部分における垂直壁面１６ａは、ナット
３０の円周面３０ａに一致するよう円弧状に削設されて
いる。また、この分離棒１６は、先端部が常時貯留ブロ
ック１２の垂直穴１２ａ下方に位置するように配置さ
れ、垂直穴１２ａから貯留管１１まで積み重なるナット
３０の先頭のものを載置して支持するように構成されて
いる。

【００１２】また、本圧入装置には、前記チャックユニ
ット４に対して圧入工具３が所定量移動したことを検出
する検出手段１８が設けられている。この検出手段１８
は、前記チャックユニット４のチャック本体４ａ上面か
ら垂直上方に突出して設けられる被検出体１８ａと、こ
の被検出体１８ａに対向して前記昇降台８に一体に取り
付けられる近接センサ１８ｂとから成り、チャックユニ
ット４に対して昇降台８が所定量下降すると、近接セン
サ１８ｂが被検出体１８ａを検出してＯＮになり、前記
シリンダ９の作動が停止するよう構成されている。この
近接センサ１８ｂは、圧入工具３によって樹脂材２０に
圧入されるナット３０の上面が樹脂材２０の表面と同一
面上に達した時、すなわちその位置まで圧入工具３が下
降した時に被検出体１８ａを検出してＯＮになるように
構成されている。また、被検出体１８ａには六角ボルト
を利用しており、この六角ボルトの締緩をなすことによ
り近接センサ１８ｂとの間隔を調整することが可能であ
る。

【００１３】上記構成の圧入装置１において、ナット３
０はあらかじめ部品供給装置（図示せず）から給送ホー
ス１４を通じて所定量供給され、貯留ブロック１２の垂
直穴１２ａから貯留管１１上端付近まで積み重ねて貯留
される。この時、図７に示すように先頭のナット３０は
分離棒１６先端の垂直壁面１６ａに円周面３０ａの一部
を一致させて載置されている。

【００１４】このように貯留部５にナット３０が貯留さ
れた状態において、制御装置（図示せず）から各電熱素
子７ａ、１５ａへ通電が行われると、電熱素子７ａ、１
５ａが発熱することによって貯留ブロック１２およびチ
ャック本体４ａがそれぞれ加熱される。この時、貯留ブ
ロック１２、チャック本体４ａの温度は温度センサ７
ｂ、１５ｂによって検出され、逐次制御装置にフィード
バックされて設定温度と比較される。そして、温度セン
サ７ｂ、１５ｂの検出温度が設定温度に達すると、一旦
電熱素子７ａ、１５ａへの通電が停止され、その後は電
熱素子７ａ、１５ａへの通電、通電停止が繰り返され
て、貯留ブロック１２、チャック本体４ａの温度が設定
温度に保たれる。なお、設定温度は、ワークとなる樹脂
材に応じてその融点を上回る温度に設定されるものであ
り、通常、一般的な樹脂材であれば確実に溶融する２５
０°Ｃ〜３００°Ｃの範囲内に設定される。

【００１５】前述のように貯留ブロック１２が所定の温
度まで上昇する際、その熱は貯留管１１にも伝達される
ため、結果的に貯留部５全体が加熱され、同時に貯留部
５に貯留されるナット３０も相応に加熱される。このよ
うにして加熱されたナット３０の先頭のものは、図８に
示すように分離供給手段６の分離棒１６がシリンダ１７
の作動により前進することで、後続のナット３０と分離
されて貯留ブロック１２の水平穴１２ｂを前進し、チャ
ックユニット４のチャック爪４ｂに供給される。その
際、ナット３０は案内路４ｄに割り込むことでチャック
爪４ｂを押し開いて供給され、挟持溝４ｃに達してチャ
ック爪４ｂの閉止力によって挟持される。この時、既に
チャック爪４ｂはチャック本体４ａから熱伝達を受けて
暖められているため、挟持したナット３０を保温するこ
とが可能である。なお、チャック爪４ｂは電熱素子１５
ａから離れて位置するため、樹脂材２０を溶融する温度
まで上昇することはない。

【００１６】前述のようにナット３０をチャック爪４ｂ
に供給すると、分離棒１６は貯留ブロック１２内に後退
し、次のナット３０を支持して待機する。先頭のナット
３０が順次供給されることで、貯留されるナット３０は
一個分毎下方へ移動して徐々に加熱され、先頭に達する
時には設定温度に近い温度まで加熱されている。

【００１７】チャック爪４ｂにナット３０が供給される
と、シリンダ９が作動して昇降台８を下降させ、これを
受けてチャックユニット４および圧入工具３も一体に下
降する。このことによって、図９に示すようにチャック
爪４ｂ先端は樹脂材表面に接地するため、チャックユニ
ット４の下降は停止するが、昇降台８はばね１０を圧縮
して下降するため、図１０に示すようにチャック本体４
ａ内を圧入工具３が下降してチャック爪４ｂに挟持され
ているナット３０に係合して押し出し、これを樹脂材２
０に圧入する。この時、挟持溝４ｃはチャック爪４ｂに
貫通して設けられているため、それ以上チャック爪４ｂ
を拡開させることなくナット３０を押し出すことが可能
であり、したがって、チャック爪４ｂ先端が樹脂材２０
表面に当接していても、ナット３０を押し出して樹脂材
２０に圧入することができる。また、チャック爪４ｂ先
端を樹脂材２０表面に接地させることでチャックユニッ
ト４を停止させているため、例えば樹脂材２０の形状が
変更されてナット３０を圧入する位置の高さが変化して
も、ナット３０を常に正しい深さ（ナット３０上面と樹
脂材２０表面とが同一面上となる深さ）まで圧入するこ
とができる。

【００１８】その後、ナット３０の上面が樹脂材表面と
同一面上に達した時点で近接センサ１８ｂが被検出体１
８ａを検出してＯＮになり、このことによってシリンダ
９の作動が停止して昇降台８を停止させる。この時、ナ
ット３０は樹脂材２０を溶融することで圧入されている
が、樹脂材２０を溶融する際に熱を奪われているため、
冷却が極めて速やかに行われ、これにともなって樹脂材
２０の凝固も速くなる。したがって、一旦圧入されたナ
ット３０は、シリンダ９が復動して圧入工具３を上昇復
帰させても、その時の張力あるいは溶融した樹脂材２０
からの浮力などの影響で圧入した位置から浮き上がって
しまうようなことがなく、樹脂材２０の所定の位置に正
しい姿勢で固定保持される。

【００１９】なお、本発明の実施の形態では、チャック
爪４ｂ先端が樹脂材２０表面に当接することによってチ
ャックユニット４の下降が停止するように構成したが、
例えばチャックユニット４と一体に移動可能なストッパ
部材を設け、このストッパ部材がチャックユニット４の
下降にともなってチャック爪４ｂ下端よりも先に樹脂材
２０表面に当接するように構成し、その位置を基準とし
て圧入工具３の下降量を一定にするべく被検出体１８ａ
と近接センサ１８ｂとの間隔を設定しておいても得られ
る効果は同じである。この構成は、特にチャック爪が拡
開しなければ保持した金属部品を取り出すことができな
いようなチャックユニットを用いる場合に好適である。
また、樹脂材２０に圧入される金属部品としては、上記
したナット３０以外にも、六角ボルト、スタッドボルト
などの有頭あるいは無頭の雄ねじ部品、主に回動部分に
使用される部品の連結部分に圧入されるピン材などが考
えられるが、本圧入装置１は、これらの圧入にも対応で
きるものであり、その際得られる効果もナット３０の場
合と同様であることは謂うまでもない。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧入装置
は、チャックユニットと圧入工具とを相対移動可能に設
け、このチャックユニットに被検出体を設けるととも
に、昇降台には、この被検出体に対向する検出面を有す
る近接センサを取り付け、圧入工具によって熱可塑性樹
脂材に圧入される金属部品の上面が樹脂材表面と同一面
上に達した時に近接センサが被検出体を検出するように
構成されている。このため、近接センサの信号により圧
入工具を所定の位置で停止させることで、チャックユニ
ットに対する圧入工具の移動量を常に一定に保つことが
でき、チャックユニットの停止位置を基準としてナット
の圧入量を常に一定に保つことができる。しかも、近接
センサのＯＮ、ＯＦＦの状態で金属部品が正しく圧入さ
れているか否かを判断することもでき、タイマで所定時
間を計測するなどして圧入状態の可否判定を簡単に行う
ことができる等の利点もある。また、チャックユニット
のチャック爪に金属部品を挟持することによって、チャ
ック爪がそれ以上拡開せずとも挟持された金属部品を押
し出せるため、樹脂材表面にチャック爪先端が接地する
ことでチャックユニットを停止させることができ、樹脂
材の形状変更などで圧入位置の高さが変化した場合にも
金属部品を常に正しい位置に圧入することができる等の
利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属部品の圧入装置の一部を切り
欠いた正面図である。

【図２】本発明に係る金属部品の圧入装置の側面図であ
る。

【図３】本発明に係る金属部品の圧入装置の要部拡大一
部切欠断面図である。

【図４】本発明に係る金属部品の圧入装置の貯留部付近
の一部を切り欠いた要部拡大斜視図である。

【図５】本発明に係る金属部品の圧入装置の要部拡大一
部切欠断面図である。

【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。

【図７】本発明に係る金属部品の圧入装置の動作説明図
である。

【図８】本発明に係る金属部品の圧入装置の動作説明図
である。

【図９】本発明に係る金属部品の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圧入装置の動作説明
図である。

【図１１】金属部品の一例である樹脂圧入用のナットの
斜視説明図である。

【符号の説明】

１ 圧入装置 ３ 圧入工具 ４ チャックユニット ４ａ チャック本体 ４ｂ チャック爪 ４ｃ 挟持溝 ４ｄ 案内路 ５ 貯留部 ６ 分離供給手段 ７ 第１の加熱手段 ７ａ 電熱素子 ７ｂ 温度センサ ９ シリンダ １５ 第２の加熱手段 １５ａ 電熱素子 １５ｂ 温度センサ １８ 検出手段 １８ａ 被検出体 １８ｂ 近接センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】往復駆動源の作動を受けて往復移動可能な
   圧入工具と、この圧入工具の移動路上に金属部品を保持
   するチャックユニットと、金属部品を貯留する貯留部
   と、この貯留部に貯留される金属部品を前記チャックユ
   ニットに一個毎分離供給する分離供給手段と、前記貯留
   部に貯留される金属部品をあらかじめ所定の温度に加熱
   する加熱手段とを設けた圧入装置において、 前記チャックユニットと圧入工具とを一体に移動可能か
   つ相対移動も可能に設けるとともに、圧入工具がチャッ
   クユニットに対して所定量移動したことを検出する検出
   手段を設けたことを特徴とする金属部品の圧入装置。
2. 【請求項２】検出手段は、圧入工具と一体に移動可能な
   近接センサと、この近接センサに対向してチャックユニ
   ットに設けられる被検出体とから成り、近接センサは圧
   入工具によって熱可塑性樹脂材に圧入される金属部品の
   上面が熱可塑性樹脂材の表面と同一面上に達した時に被
   検出体を検出するよう構成されることを特徴とする請求
   項１に記載の金属部品の圧入装置。
3. 【請求項３】チャックユニットは先端に拡開可能なチャ
   ック爪を有し、このチャック爪には圧入工具の移動路上
   に貫通する挟持溝を成形し、金属部品を挟持可能に構成
   したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
   金属部品の圧入装置。