(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-13
(45)【発行日】2024-11-21
(54)【発明の名称】締結装置
(51)【国際特許分類】
B21D 39/00 20060101AFI20241114BHJP
B21J 15/28 20060101ALI20241114BHJP
B23K 11/11 20060101ALN20241114BHJP
【FI】
B21D39/00 B
B21J15/28 N
B23K11/11 540
(21)【出願番号】P 2021009079
(22)【出願日】2021-01-22
【審査請求日】2023-12-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(73)【特許権者】
【識別番号】000248886
【氏名又は名称】有限会社新城ホールディングス
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】岩瀬 哲
(72)【発明者】
【氏名】奥田 真三樹
(72)【発明者】
【氏名】仲宗根 健司
【審査官】石田 宏之
(56)【参考文献】
【文献】実用新案登録第2516366(JP,Y2)
【文献】実開平4-83438(JP,U)
【文献】特開昭59-137134(JP,A)
【文献】特開平1-228631(JP,A)
【文献】米国特許第4643344(US,A)
【文献】特開2000-150105(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B21D 39/00
B21J 15/28
B23K 11/11
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
接合位置に送り込まれた中実の締結具を接合用部材に打ち込む締結装置であって、
ダイと、
貫通孔を有し、前記ダイに対して近接方向へ移動することにより、前記ダイとの間に配置された前記接合用部材に、前記接合用部材との間の前記接合位置に送り込まれた前記締結具を打ち込んでかしめるパンチと、
前記接合位置に配置された前記締結具に対して前記パンチの前記貫通孔を通して検出光を照射し、その反射光を受光して前記締結具を検出する検出センサと、
を有する、
締結装置。
【請求項2】
前記締結具の送り込み方向に沿う前記接合位置の両側にそれぞれ配置された一対の保持板を有する保持部を備え、
前記保持部は、前記保持板によって前記接合位置に送り込まれた前記締結具を挟んで保持する、
請求項1に記載の締結装置。
【請求項3】
前記保持板は、前記パンチの両側部にそれぞれ固定されている、
請求項2に記載の締結装置。
【請求項4】
前記接合位置における前記締結具の送り込み側と反対側に位置決め部が設けられ、
前記接合位置に送り込まれる前記締結具が前記位置決め部に当接されて前記接合位置に位置決めされる、
請求項1~3のいずれか一項に記載の締結装置。
【請求項5】
前記位置決め部は、前記パンチに一体に形成されている、
請求項4に記載の締結装置。
【請求項6】
前記接合位置へ前記締結具を送り込む送給機構を備え、
前記送給機構は、
前記接合位置の側方に設けられて前記締結具を移動可能に保持する送出路と、
前記送出路に保持された前記締結具を前記接合位置へ向かって押し込むプッシャと、
を備える、
請求項1~5のいずれか一項に記載の締結装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、締結装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、接合工法として、板材等の接合用部材にリベット等の締結具をパンチで機械的に打ち込むセルフピアスリベット(SPR:Self Piercing Riveting)工法やパンチメタル工法などが知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
【0003】
上記工法では、締結具のない状態でパンチによる打ち込みが行われる、いわゆる空打ち動作が行われると、パンチや接合用部材である製品を損傷させてしまう。このため、締結装置では、締結具の未供給による空打ちを回避するために、締結具の供給経路の途中に締結具を検出するセンサを設けている(例えば、特許文献3参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第5192830号公報
【文献】特許第5704798号公報
【文献】特開2007-61909号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、締結具の供給経路の途中で締結具を検出したとしても、パンチによる接合位置に締結具が存在するか否かを正確に検出することが難しかった。例えば、センサによる検出後に締結具が引っ掛かると、接合位置に締結具が送り込まれず、空打ちが生じるおそれがある。
【0006】
また、供給経路の途中で締結具を検出する装置では、センサによる締結具の検出後に一定時間を確保したうえでパンチによる打ち込み動作を実行させる等の複雑な制御が必要となる。
【0007】
そこで本発明は、複雑な制御を行うことなく、接合用部材に締結具を良好に打ち込むことが可能な締結装置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】
【0008】
本発明は下記構成からなる。
接合位置に送り込まれた中実の締結具を接合用部材に打ち込む締結装置であって、
ダイと、
貫通孔を有し、前記ダイに対して近接方向へ移動することにより、前記ダイとの間に配置された前記接合用部材に、前記接合用部材との間の前記接合位置に送り込まれた前記締結具を打ち込んでかしめるパンチと、
前記接合位置に配置された前記締結具に対して前記パンチの前記貫通孔を通して検出光を照射し、その反射光を受光して前記締結具を検出する検出センサと、
を有する、
締結装置。
【発明の効果】
【0009】
本発明の締結装置によれば、複雑な制御を行うことなく、接合用部材に締結具を良好に打ち込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】本実施形態に係る締結装置及び送出機構の構成を説明する概略縦断面図である。
【
図4】締結装置における締結具の送出方向に沿う縦断面図である。
【
図7】接合位置に締結具が保持された状態の締結装置における締結具の送出方向に沿う縦断面図である。
【
図10】締結具の打ち込み時における
図7のC-C断面相当図である。
【
図11】締結具が打ち込まれた接合用部材を、スポット溶接する様子を段階的に示す工程説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る締結装置及び送出機構の構成を説明する概略縦断面図である。
【0012】
図1に示すように、本実施形態に係る締結装置101は、送給機構103を備えている。締結装置101及び送給機構103は、フレーム105に支持されている。締結装置101は、送給機構103の隣接位置に設けられている。締結装置101は、板状の接合用部材1にリベットからなる締結具3を打ち込んで締結させる装置である。接合用部材1は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板材である。
【0013】
図2は、締結具3の一例を示す斜視図であり、
図3は、
図2に示す締結具3の断面図である。
図2及び
図3に示すように、締結具3は、頭部4と軸部5とを有する。頭部4は、軸部より大径の略円盤形状であり、軸部5は、頭部4の中心から軸方向に突出する略円柱形状である。頭部4の軸部5から径方向に張り出したフランジ7と軸部5との接続部には、環状溝6が形成される。また、軸部5の先端面にはプロジェクションとなる突起8が形成される。締結具3は中実であり、後で述べる検出センサ57で、接合位置P2に位置決めされた状態で保持された締結具3を検出できる。
【0014】
図1に示すように、送給機構103は、締結装置101に繋がる送出路13を有している。送出路13は、締結具3をスライド可能に保持する。この送出路13の締結装置101と反対側には、送出路13に繋がる搬送路15が設けられている。この搬送路15は、斜め上方から下方の送出路13へ向かって湾曲されている。搬送路15には、締結具供給装置(図示略)から締結具3が一つずつ供給される。搬送路15には、締結具3の頭部4が軸部5から張り出すフランジ7の軸部5側の端面を支持する一対の連続溝15a(
図1には片側の連続溝15aのみ図示)が形成され、一対の連続溝15aによって締結具3が姿勢を一定に保ったまま搬送される。
【0015】
搬送路15の上部には、レバー21が設けられている。このレバー21は、軸23によって回動可能に支持されており、先端部21aが送出路13へ向かって延在されている。レバー21は、搬送路15に沿って円弧状に形成されたガイド面24を有しており、このレバー21のガイド面24が搬送路15の上面側を形成している。このレバー21の先端部21aには、締結具3のフランジ7を係止する係止凹部25が形成されている。
【0016】
レバー21の先端部21aにおける上方には、圧縮スプリング31が設けられており、この圧縮スプリング31は、レバー21の先端部21aを搬送路15が狭くなる方向に付勢する。また、レバー21の軸23によって支持された基端側には、調整ピン33が設けられている。調整ピン33は、ネジ(図示略)に螺合されており、ネジへのねじ込み量に応じて出没可能とされている。この調整ピン33は、その先端がレバー21の基端側に当接されている。レバー21は、調整ピン33が出没されることにより、軸23を中心に回動される。つまり、レバー21は、調整ピン33を出没させることにより、先端位置が上下に調整可能とされている。そして、このレバー21の先端位置が上下に調整されることにより、搬送路15の上下の間隔が調整される。
【0017】
レバー21は、搬送路15を移動する締結具3を圧縮スプリング31の弾性力により押し当てて、締結具3を送出路13の待機位置P1で停止させる。レバー21による締結具3の押し当ては、締結具3の種類(サイズ等)に応じて、圧縮スプリング31の弾性、レバー21の回り止めとなる調整ピン33を調整して設定される。
【0018】
また、送出路13には、その上部に、到着センサ35が設けられている。この到着センサ35は、送出路13に送り込まれて待機位置P1に到着した締結具3を、その上方に形成された貫通孔36を通じて検出するセンサであり、例えば、レーザセンサ等の各種の非接触センサである。
【0019】
送出路13の締結装置101と反対側には、搬送路15の下方側にプッシャ37が設けられている。このプッシャ37は、送出路13側の端部に係合部39を有している。このプッシャ37は、送出路13に対して近接及び離間する方向へ移動される。このプッシャ37は、送出路13に対して近接する矢印K1方向へ移動されることにより、係合部39が、送出路13の待機位置P1に保持されている締結具3に係合し、締結具3を矢印K2方向へ押し出す。これにより、締結具3は、送出路13から締結装置101の接合位置P2に送り込まれる。
【0020】
図4は、締結装置101における締結具3の送出方向に沿う縦断面図である。
図5は、
図4におけるA-A断面図である。
図6は、
図4におけるB-B断面図である。
図4~
図6に示すように、締結装置101は、ダイ51と、パンチ53とを有している。パンチ53は、ダイ51の上方に配置されている。パンチ53は、図示しないエアシリンダ等のパンチ駆動機構によって昇降され、これにより、ダイ51に対して近接及び離間する方向へ移動される。
【0021】
締結装置101は、ダイ51とパンチ53との間が、接合位置P2とされている。この接合位置P2には、接合用部材1が挿し込まれ、ダイ51の上部に配置される。また、この接合位置P2には、送給機構103から締結具3が押し出される。これにより、締結具3は、接合用部材1の上部に配置される。この状態でパンチ53が下降することにより、接合位置P2に配置された締結具3が接合用部材1に打ち込まれてかしめられる。
【0022】
パンチ53は、その略中心に貫通孔55を有している。また、パンチ53の上部には、検出センサ57が設けられている。なお、検出センサ57としては、指向性に優れた非接触センサを用いるのが好ましく、例えば、検出光としてレーザ光を照射するレーザセンサを用いるのが好適である。検出センサ57は、受発光部59を有しており、この受発光部59から検出光Lを照射するとともに、受発光部59で検出光Lの反射光を受光する。検出センサ57は、パンチ53の上方からパンチ53の貫通孔55を通して接合位置P2に配置された締結具3へ検出光Lを照射する。そして、締結具3で反射した反射光を受光し、その受光した反射光に基づいて、接合位置P2における締結具3の有無を検出する。
【0023】
締結装置101は、保持部61を備えている。保持部61は、弾性を有する金属材料から形成された一対の板バネからなる保持板63を有している。これらの保持板63は、その上端部分がパンチ53の両側部にそれぞれ固定されて一体に設けられている。これらの保持板63は、その下端部分が保持端65とされており、パンチ53の下端部から締結具3の頭部4のフランジ7の厚さ寸法よりも僅かに小さい突出寸法で下方へ突出されている。これらの保持端65同士は、締結具3の頭部4の外径よりも小さい間隔Gをあけて配置されている(
図6参照)。
【0024】
また、締結装置101は、位置決め部71を備えている。位置決め部71は、パンチ53に一体に形成されている。位置決め部71は、接合位置P2における送給機構103と反対側に配置されており、パンチ53の下端部から締結具3の頭部4のフランジ7の厚さ寸法よりも僅かに小さい突出寸法で下方へ突設されている。この位置決め部71は、接合位置P2側に、ガイド面73を有している。このガイド面73は、断面視において、締結具3の頭部4と略同一曲率半径の円弧状に凹む凹状に形成されている。
【0025】
次に、締結装置101による接合用部材1への締結具3の打ち込み動作について説明する。
図7は、接合位置P2に締結具3が保持された状態の締結装置101における締結具3の送出方向に沿う縦断面図である。
図8は、
図7におけるC-C断面図である。
図9は、
図7におけるD-D断面図である。
図10は、締結具3の打ち込み時における
図5のC-C断面相当図である。
【0026】
送給機構103の搬送路15に締結具供給装置から締結具3が供給されると、この締結具3は、搬送路15を通過して送出路13に送り込まれる。送出路13へ送り込まれた締結具3は、レバー21の係止凹部25によってフランジ7が係止されて待機位置P1に保持され、到着センサ35によって検出される。
【0027】
到着センサ35によって締結具3が検出されると、プッシャ37が送出路13へ向かってK1方向へ移動する。これにより、締結具3は、プッシャ37の係合部39に係合された状態で締結装置101の接合位置P2へ向かってK2方向へ押し出される。締結具3を押し出したプッシャ37は、送出路13から離間する方向へ移動されて退避位置に配置される。
【0028】
図7~
図9に示すように、プッシャ37によって押し出されて接合位置P2へ締結具3が送り込まれると、締結装置101の保持部61を構成する保持板63の保持端65の間に締結具3の頭部4が押し込まれる。すると、保持部61の保持板63が外側へ弾性変形され、これらの保持板63の弾性力によって締結具3の頭部4が外周側から挟持される。これにより、締結具3が接合位置P2で保持される。
【0029】
また、接合位置P2に押し出された締結具3は、その頭部4の外周部が、位置決め部71のガイド面73に当接する。これにより、保持部61によって保持された締結具3は、その中心軸がパンチ53の中心軸に一致された状態で接合位置P2に位置決めされる。
【0030】
このようにして接合位置P2に位置決めされた状態で保持された締結具3には、その上面に、パンチ53の貫通孔55を通して検出センサ57の受発光部59から検出光Lが照射される。この検出光Lは、接合位置P2に保持された締結具3の頭部4の上面で反射し、その反射光Lが検出センサ57の受発光部59で受光され、締結具3が検出される。
【0031】
図10に示すように、接合位置P2における締結具3の検出が行われると、パンチ53が下降し、接合位置P2に配置された締結具3の軸部5が接合用部材1に打ち込まれてかしめられ、締結具3が接合用部材1と一体にされる。このとき、締結具3は、パンチ53によって接合用部材1が配置された下方へ押し下げられることにより、パンチ53とともに下降される保持部61の保持板63に保持された状態で接合用部材1にかしめられる。なお、締結具3が接合用部材1に打ち込まれた際に生じる不要物1aは、ダイ51に形成された孔部51aに押し込まれて収容され、その後に回収される。その後、締結具3を接合用部材1へかしめたパンチ53は、上昇して上方の待機位置に配置され、締結具3を保持していた保持板63がパンチ53とともに上昇する。このとき、締結具3は、接合用部材1にかしめられて強固に接合されている。したがって、パンチ53とともに保持板63が上昇した際に締結具3が保持板63から外れ、保持板63による締結具3の保持が解除される。
【0032】
以上の手順により、1つの締結具3が接合用部材1に固定される。
次に、締結具3が打ち込まれた接合用部材1のスポット溶接手順を説明する。
【0033】
図11は、締結具3が打ち込まれた接合用部材1を、スポット溶接する様子を段階的に示す工程説明図である。
【0034】
図11の(A)に示すように、締結具3が打ち込まれた接合用部材1は、締結具3の環状溝6に材料1bが塑性流動して入り込み、強固にかしめ接合される。この締結具3と接合用部材1との中間接合体10は、締結具3が接合用部材1から抜け落ちることがないため、搬送時、溶接時等における中間接合体10のハンドリング性が高められる。
【0035】
図11の(B)に示すように、上記した中間接合体10と他の接合用部材80とを、板厚方向に重ね合わせ、締結具3の頭部4の位置を一対の溶接電極201,203同士の間に挟み込む。そして、一対の溶接電極201,203に溶接電流Iを流す。これにより、
図11の(C)に示すように、締結具3の軸部5の先端と接合用部材80との間にナゲットNが形成された、接合体90が得られる。
【0036】
ここでは、締結具3を1箇所に設けた例を示しているが、締結具3は任意の位置に任意の数だけ設けることができる。
【0037】
以上、説明したように、本実施形態に係る締結装置101によれば、接合位置P2に送り込まれた締結具3に対して、パンチ53に形成された貫通孔55を通して検出センサ57が検出光Lを照射し、その反射光を受光して締結具3を検出する。したがって、接合位置P2における締結具3の有無を高精度に検出することができる。これにより、接合位置P2へ締結具3を送り込む途中で締結具3の検出を行う場合と比べ、締結具3の検出後における接合位置P2への送出不良による空打ちを回避することができる。また、締結具3の検出後に一定時間を確保したうえで打ち込み動作を実行させる等の複雑な制御を不要にできる。しかも、パンチ53の貫通孔55を通して締結具3に照射する検出光Lをパンチ53の中心軸に一致させることにより、接合位置P2における締結具3の有無をより高精度に検出することができる。
【0038】
また、本実施形態に係る締結装置101では、保持部61の一対の保持板63が接合位置P2に送り込まれた締結具3を挟んで保持する。したがって、例えば、厚さが薄い薄形の締結具3など、様々な形状の締結具3を保持板63によって接合位置P2の両側から挟持し、パンチ53による打ち込みが完了するまで良好に保持させることができる。しかも、保持板63がパンチ53の両側部に固定されて一体化されているので、保持板63をパンチ53と別に設ける構成よりも装置の簡略化及びコンパクト化を図ることができる。なお、本実施形態では、板バネからなる保持板63の弾性力によって締結具3を保持させたが、保持部61では、別個のバネ等の弾性部材によって保持板63を互いに近接する方向へ付勢し、その付勢力によって締結具3を保持させてもよい。
【0039】
また、本実施形態に係る締結装置101では、位置決め部71に締結具3が当接することにより、締結具3が接合位置P2に正確に位置決めされる。これにより、接合位置P2に正確に保持された締結具3をパンチ53によって接合用部材1により高精度に打ち込むことができる。しかも、位置決め部71がパンチ53に一体に形成されているので、位置決め部71を別に設ける構成と比べ、装置の簡略化及びコンパクト化を図ることができる。
【0040】
また、本実施形態に係る締結装置101は、送出路13に保持された締結具3をプッシャ37によって接合位置P2へ向かって押し込む送給機構103を備える。したがって、接合位置P2へ締結具3を容易にかつ正確に送り込んで保持させることができ、打ち込み作業の効率を高めることができる。
【0041】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【0042】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 接合位置に送り込まれた中実の締結具を接合用部材に打ち込む締結装置であって、
ダイと、
貫通孔を有し、前記ダイに対して近接方向へ移動することにより、前記ダイとの間に配置された前記接合用部材に、前記接合用部材との間の前記接合位置に送り込まれた前記締結具を打ち込んでかしめるパンチと、
前記接合位置に配置された前記締結具に対して前記パンチの前記貫通孔を通して検出光を照射し、その反射光を受光して前記締結具を検出する検出センサと、
を有する、
締結装置。
【0043】
この締結装置によれば、接合位置に送り込まれた中実の締結具に対して、パンチに形成された貫通孔を通して検出センサが検出光を照射し、その反射光を受光して締結具を検出する。したがって、接合位置における締結具の有無を高精度に検出することができる。これにより、接合位置へ締結具を送り込む途中で締結具の検出を行う場合と比べ、締結具の検出後における接合位置への送出不良による空打ちを回避することができる。また、締結具の検出後に一定時間を確保したうえで打ち込み動作を実行させる等の複雑な制御を不要にできる。しかも、パンチの貫通孔を通して締結具に照射する検出光をパンチの中心軸に一致させることにより、接合位置における締結具の有無をより高精度に検出することができる。
【0044】
(2) 前記締結具の送り込み方向に沿う前記接合位置の両側にそれぞれ配置された一対の保持板を有する保持部を備え、
前記保持部は、前記保持板によって前記接合位置に送り込まれた前記締結具を挟んで保持する、(1)に記載の締結装置。
【0045】
この締結装置によれば、例えば、厚さが薄い薄形の締結具など、様々な形状の締結具を保持板によって接合位置の両側から挟持し、パンチによる打ち込みが完了するまで良好に保持させることができる。
【0046】
(3) 前記保持板は、前記パンチの両側部にそれぞれ固定されている、(2)に記載の締結装置。
【0047】
この締結装置によれば、保持板がパンチの両側部に固定されて一体化されているので、保持板をパンチと別に設ける構成よりも装置の簡略化及びコンパクト化を図ることができる。
【0048】
(4) 前記接合位置における前記締結具の送り込み側と反対側に位置決め部が設けられ、
前記接合位置に送り込まれる前記締結具が前記位置決め部に当接されて前記接合位置に位置決めされる、(1)~(3)のいずれか一つに記載の締結装置。
【0049】
この締結装置によれば、位置決め部に締結具が当接することにより、締結具が接合位置に正確に位置決めされる。これにより、接合位置に正確に保持された締結具をパンチによって接合用部材により高精度に打ち込むことができる。
【0050】
(5) 前記位置決め部は、前記パンチに一体に形成されている、(4)に記載の締結装置。
【0051】
この締結装置によれば、位置決め部がパンチに一体に形成されているので、位置決め部を別に設ける構成と比べ、装置の簡略化及びコンパクト化を図ることができる。
【0052】
(6) 前記接合位置へ前記締結具を送り込む送給機構を備え、
前記送給機構は、
前記接合位置の側方に設けられて前記締結具を移動可能に保持する送出路と、
前記送出路に保持された前記締結具を前記接合位置へ向かって押し込むプッシャと、
を備える、(1)~(5)のいずれか一つに記載の締結装置。
【0053】
この締結装置によれば、送出路に保持された締結具をプッシャによって接合位置へ向かって押し込む送給機構を備える。したがって、接合位置へ締結具を容易にかつ正確に送り込んで保持させることができ、打ち込み作業の効率を高めることができる。
【符号の説明】
【0054】
1 接合用部材
3 締結具
13 送出路
37 プッシャ
51 ダイ
53 パンチ
55 貫通孔
57 検出センサ
61 保持部
63 保持板
71 位置決め部
101 締結装置
103 送給機構
L 検出光
P2 接合位置