JP2022113006A - 締結装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】接合位置Ｐ２に送り込まれた中実の締結具３を接合用部材１に打ち込む締結装置１０１であって、ダイ５１と、貫通孔５５を有し、ダイ５１に対して近接方向へ移動することにより、ダイ５１との間に配置された接合用部材１に、接合用部材１との間の接合位置Ｐ２に送り込まれた締結具３を打ち込んでかしめるパンチ５３と、接合位置Ｐ２に配置された締結具３に対してパンチ５３の貫通孔５５を通して検出光Ｌを照射し、その反射光を受光して締結具３を検出する検出センサ５７と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、締結装置に関する。

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）。

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）。

特許第５１９２８３０号公報 特許第５７０４７９８号公報 特開２００７－６１９０９号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。 締結具の一例を示す斜視図である。 図２に示す締結具の断面図である。 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４におけるＡ－Ａ断面図である。 図４におけるＢ－Ｂ断面図である。 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７におけるＣ－Ｃ断面図である。 図７におけるＤ－Ｄ断面図である。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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

Claims (6)

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。
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。
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。
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。
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。
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。

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