JP6801636B2

JP6801636B2 - 結合部材ヘッド

Info

Publication number: JP6801636B2
Application number: JP2017228173A
Authority: JP
Inventors: 吉宏岩野; 康介櫻井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2037-11-28
Also published as: US20190160608A1; JP2019098418A; US10919120B2; CN109838442B; CN109838442A

Description

本発明は、結合部材ヘッドに関する。

板厚の薄い金属板等にタッピングスクリュを結合する場合には、金属板の表面でスクリュを高速回転させて金属板を加熱して軟化させることにより、タッピングスクリュを貫通させると共にタッピングを行う。

しかし、金属板が高強度材である場合には、金属板が軟化する前にスクリュの先端が溶解し、結合ができないことがあった。

一方、スクリュヘッドにレーザによる加熱手段を設け、この加熱手段によって金属板を予め加熱することにより、薄い金属板にスクリュを結合する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００１−２５４７１６号公報

上記従来技術の場合、レーザによる加熱であるため、打点（結合位置）毎にレーザの焦点や位置の補正が必要となり、取り扱いが煩雑であるという不都合があった。

本発明は上記事実を考慮し、高強度材でも結合を可能にすると共に、加熱処理を容易に行える結合部材ヘッドを提供できるものである。

請求項１記載の発明に係る結合部材ヘッドは、軸方向の被結合部材側端部に結合部材を保持すると共に、被結合部材に対して進退可能なホルダと、前記ホルダの結合部材保持領域よりも前記被結合部材側にそれぞれの先端が位置する一対の電極と、前記ホルダが前記被結合部材に対して接近した場合に、前記電極を前記ホルダの径方向外側に退避させる退避機構と、を備え、前記退避機構は、前記ホルダが前記被結合部材に対して進退するときに、前記ホルダと相対移動可能に構成されると共に、前記ホルダの軸方向端部よりも前記被結合部材から離間する側に配置されたリンク部材を備え、前記リンク部材は、前記ホルダの軸方向と直交する方向を回転軸として前記一対の電極を回転可能に支持していると共に、前記電極には前記ホルダが前記被結合部材に接近した時に当接される当接部が形成されている。

このように形成された結合部材ヘッドでは、先ず、被結合部材の結合位置にホルダを位置決めする。この際、ホルダの結合部材保持領域よりも被係合部材側に位置している一対の電極の先端が先ず被結合部材に当接する。この状態で一対の電極に通電することにより、被結合部材の結合位置が加熱され軟化する。続いて、ホルダを被結合部材に接近させることにより、ホルダの軸方向において被結合部材側端部に保持された結合部材が被結合部材の結合位置を貫通して被結合部材に結合される。

また、このように形成された結合部材ヘッドでは、ホルダが被結合部材に接近すると、リンク部材に支持されている電極の先端にホルダが相対的に接近していくことになる。この際、電極に設けられた当接部にホルダが当接し、リンク部材に回転自在に支持された電極がホルダの軸方向に直交する方向に延在する回転軸を中心として回転する。これにより、電極は、ホルダの被結合部材側からホルダの径方向外側に退避すると共に、被結合部材から離間する。したがって、被結合部材に結合部材が結合するときに、電極が結合部材やホルダと干渉することはない。

請求項１記載の発明に係る結合部材ヘッドは、上記構成としたので、高強度材でも結合可能であると共に、加熱処理が容易である。

請求項２記載の発明に係る結合部材ヘッドは、上記構成としたので、装置構成を簡略化できる。

一実施形態に係るスクリュヘッドの全体構成（電極当接状態）を示す側面図である。一実施形態に係るスクリュヘッドのスクリュ当接状態を示す側面図である。一実施形態に係るスクリュヘッドのスクリュ貫通状態を示す側面図である。である。一実施形態に係るスクリュヘッドのタッピング状態を示す側面図である。一実施形態に係るスクリュヘッドの締結状態を示す側面図である。

本発明の一実施形態に係る結合部材ヘッドの一種であるスクリュヘッドについて図１〜図５を参照して説明する。各図面において、矢印Ｘがホルダの軸方向、矢印Ｙがホルダの径方向、矢印Ｒは電極の回転方向を示す。また、ホルダの軸方向に沿って第１金属板５０側を「下」、反対側を「上」という場合がある。

［構成］
先ず、スクリュヘッドの構成について説明する。

スクリュヘッド１０は、結合部材であるタッピングスクリュ１２（以下、「スクリュ１２」という）を保持するホルダ１４と、ホルダ１４とは別体の保持部材（不図示）に支持されたリンク部材１６と、リンク部材１６に回転自在に支持された一対の電極１８Ａ、１８Ｂとを備えている。

ホルダ１４は、円柱形の本体部２０と、本体部２０の軸方向一端（下端）（矢印Ｘ１方向）側で本体部２０から縮径するテーパ面が形成されたテーパ部２２と、テーパ部２２の軸方向一端側に延在する円柱形の保持部２４と、を有する。

保持部２４は、軸方向一端部にスクリュ１２の頭部４０を保持するチャック（不図示）を有する。

リンク部材１６は、ホルダ１４と別体の保持部材に支持されている円柱形の軸体であり、ホルダ１４（本体部２０）の径方向が軸方向となるように配設されている。また、リンク部材１６は、一対の電極１８Ａ、１８Ｂをそれぞれ軸回りに回転自在に支持している。なお、リンク部材１６は、絶縁体で形成されている。

電極１８Ａは、図１に示すように、上端（矢印Ｘ２方向側端部）がリンク部材１６に支持されており、側面視でリンク部材１６からホルダ１４の本体部２０の外側まで延在する拡大部２６Ａと、拡大部２６Ａの下端（矢印Ｘ１方向側端部）から側面視でホルダ１４の軸方向に平行な方向に延在する平行部２８Ａと、平行部２８Ａの下端（矢印Ｘ１方向側端部）からホルダ１４の保持部２４に保持されたスクリュ１２（スクリュ保持領域Ａ）の下方に延在する縮小部３０Ａとを有する。

換言すると、電極１８Ａの下端（矢印Ｘ１方向側端部）は、ホルダ１４のスクリュ保持領域Ａの下方に位置している。

ここで、「スクリュ保持領域Ａ」とは、スクリュ１２のうちホルダ１４から外部に露出した部分を囲む円柱形の領域であり、スクリュ１２の径方向端部よりも１ｍｍ径方向外側までの範囲をいう。なお、電極１８Ａの下端は、スクリュ１２の露出部分（後述するネジ部４２、母材貫通部４４）の下方に位置することが一層好ましい。

拡大部２６Ａは、リンク部材１６に保持された上端部から下端部に向って幅（厚さ）が増加している。また、平行部２８Ａは、その幅（厚さ）が軸方向に沿ってほぼ一定である。

一方、縮小部３０Ａは、上端部から下端部に向ってその幅（厚さ）が漸減するように形成されている。ただし、縮小部３０Ａのホルダ１４側の面には、その上部（平行部２８Ａ側）にホルダ１４側に突出した当接部３２Ａが形成されている。

このように形成された電極１８Ａは、リンク部材１６に拡大部２６Ａの上端が回転自在に支持されることにより、図１に示すように、リンク部材１６（の軸）を中心として矢印Ｒ方向に回転自在とされている。

また、スクリュヘッド１０の初期位置では、電極１８Ａの当接部３２Ａがホルダ１４（テーパ部２２）に当接していることにより、ホルダ１４の先端に保持されたスクリュ１２やホルダ１４の他の部分から電極１８Ａが離間されている。

なお、リンク部材１６、電極１８Ａの当接部３２Ａ、ホルダ１４のテーパ部２２が退避機構に相当する。

電極１８Ｂも、電極１８Ａと左右対称に形成されているので、同様の構成要素には同一の参照番号にＢを付してその詳細な説明を省略する。

なお、電極１８Ａの縮小部３０Ａの先端と電極１８Ｂの縮小部３０Ｂの先端は、離間している。

また、保持部材に保持されたリンク部材１６とホルダ１４は、冶具の先端に共に取り付けられ一体的に移動可能に構成されているが、後述するようにスクリュ１２の結合のため第１金属板５０に対してホルダ１４が接近・離間する場合にはリンク部材１６は移動しない。すなわち、リンク部材１６は、ホルダ１４に対して相対移動可能に構成されている。

スクリュ１２は、六角柱に形成された頭部４０と、頭部４０から軸方向に延在し外周面にネジが形成されたネジ部４２と、ネジ部４２の軸方向下端部から先端に向って縮径する母材貫通部４４と、を有する。

なお、スクリュ１２によって結合されるのは、積層された第１金属板５０と、第２金属板５２である。この第１金属板５０、第２金属板５２が、被結合部材に相当する。

［作用］
次に、スクリュヘッドの作用について説明する。具体的には、積層された第１金属板５０と第２金属板５２とをスクリュ１２で結合する場合について説明する。

先ず、第１金属板５０と第２金属板５２がスクリュ１２で結合される結合位置Ｐの上方に、ホルダ１４を移動する（位置決めする）。この際、ホルダ１４と一体的に移動されるリンク部材１６に支持された電極１８Ａ、１８Ｂの先端は、ホルダ１４の保持部２４のスクリュ保持領域Ａの下方、すなわち、スクリュ１２の下端よりも下方に位置し、第１金属板５０に当接される。

電極１８Ａ、１８Ｂの下端は、第１金属板５０の結合位置Ｐを挟んだ対向する位置で第１金属板５０に当接する。したがって、電極１８Ａ、１８Ｂ間を一定時間通電することにより、積層された第１金属板５０、第２金属板５２の結合位置Ｐ近傍が加熱され、軟化する。

一定時間経過後、ホルダ１４を軸回りに回転させながら下方（第１金属板５０側（矢印Ｘ１方向側））に移動させる（加圧する）。この際、ホルダ１４は軸方向下側に下降するが、リンク部材１６に支持された電極１８Ａ、１８Ｂは、軸方向下側に移動しない。すなわち、電極１８Ａ、１８Ｂとホルダ１４は、軸方向に相対移動することになる。

この結果、図２に示すように、ホルダ１４の下降に伴って、電極１８Ａ、１８Ｂの当接部３２Ａ、３２Ｂがホルダ１４のテーパ部２２上を相対的に上側に移動する。この結果、リンク部材１６の軸を回転中心として電極１８Ａが矢印Ｒ１方向（図３上、反時計回り方向）、電極１８Ｂが矢印Ｒ２方向（図３上、時計回り方向）に回転する。すなわち、電極１８Ａ、１８Ｂがスクリュ１２（スクリュ保持領域Ａ）の下方からホルダ１４の径方向外側に退避すると共に、第１金属板５０から離間する。

この状態で、ホルダ１４をさらに下方に加圧すると共に軸回りに回転させることにより、図３に示すように、通電加熱によって軟化した第１金属板５０及び第２金属板５２の結合位置Ｐがスクリュ１２の母材貫通部４４によって貫通される。

この際、電極１８Ａ、１８Ｂの当接部３２Ａ、３２Ｂがホルダ１４のテーパ部２２から拡径した本体部２０の外周面上を移動するため、電極１８Ａ、１８Ｂの先端が一層ホルダ１４の径方向外側に移動する。この結果、下降してくるホルダ１４の保持部２４と電極１８Ａ、１８Ｂが干渉することが防止される。

さらに、ホルダ１４を下方に移動させつつ回転させることにより、図４に示すように、スクリュ１２のネジ部４２によって第１金属板５０、第２金属板５２の貫通部分をタッピングする。

さらに、図５に示すように、ホルダ１４を下方に加圧しつつ回転させることによって、スクリュ１２の頭部４０を第１金属板５０に当接させると共に、所定のトルクでスクリュ１２を第１金属板５０、第２金属板５２に結合させる。すなわち、第１金属板５０、第２金属板５２をスクリュ１２によって締結することができる。

このように、本実施形態に係るスクリュヘッド１０では、ホルダ１４の保持部２４のスクリュ保持領域Ａの下方に、一対の電極１８Ａ、１８Ｂの先端が位置するように配設されているため、ホルダ１４（スクリュ１２）を第１金属板５０に当接させる前に、一対の電極１８Ａ、１８Ｂが当接し、この電極１８Ａ、１８Ｂに通電させることで、積層された第１金属板５０、第２金属板５２の結合位置Ｐを含む部分を通電加熱することができる。

すなわち、スクリュ１２が第１金属板５０に到達する前に、通電加熱によって第１金属板５０の結合位置Ｐが軟化しているため、スクリュ１２の貫通等が容易になる。これにより、第１金属板５０、第２金属板５２が高強度鋼板の場合でもスクリュ１２を結合できる。

また、電極１８Ａ、１８Ｂは、当接部３２Ａ、３２Ｂのみがホルダ１４に当接されると共に、スクリュ１２に当接しない構成とされているため、スクリュ１２が電極１８Ａ、１８Ｂによって加熱されて溶解することが確実に防止される。

特に、ホルダ１４を被結合部材である第１金属板５０、第２金属板５２の結合位置Ｐの上方に位置決めするだけで、リンク部材１６に支持されホルダ１４のスクリュ保持領域Ａの下方に位置する電極１８Ａ、１８Ｂの下端を結合位置Ｐを挟んで第１金属板５０に当接させることができる。したがって、その電極１８Ａ、１８Ｂに通電するだけで、積層された第１金属板５０、第２金属板５２の結合位置Ｐを含む部分を通電加熱することができる。すなわち、ホルダ１４を第１金属板５０の結合位置Ｐに対して位置決めするだけで、電極１８Ａ、１８Ｂの下端が第１金属板５０の結合位置Ｐの近傍に位置決めされ、かつその電極１８Ａ、１８Ｂに通電するだけで、積層された第１金属板５０、第２金属板５２の結合位置Ｐ近傍を軟化させることができるため、加熱処理（電極１８Ａ、１８Ｂの位置決め等）が容易になる。

さらに、リンク部材１６は、ホルダ１４の軸方向と直交する方向に延在する回転軸を中心として電極１８Ａ、１８Ｂをそれぞれ回転自在に支持している。また、電極１８Ａ、１８Ｂは、ホルダ１４の先端側のテーパ部２２に当接される当接部３２Ａ、３２Ｂが突出形成されており、ホルダ１４と電極１８Ａ、１８Ｂがホルダ１４の軸方向に沿って相対移動するだけで、電極１８Ａ、１８Ｂの当接部３２Ａ、３２Ｂがホルダ１４のテーパ部２２、本体部２０の外周面上を移動し、電極１８Ａ、１８Ｂがスクリュ１２の下方から径方向外側に退避する。さらなるホルダ１４の下降によって、電極１８Ａ、１８Ｂはホルダ１４の保持部２４よりも径方向外側に退避する。すなわち、ホルダ１４の下降に伴って、電極１８Ａ、１８Ｂがスクリュ１２やホルダ１４と干渉することむが防止される。

このようにホルダ１４（テーパ部２２、本体部２０）の外周面に押圧されることによって電極１８Ａ、１８Ｂがホルダ１４のスクリュ保持領域Ａの下方から径方向外側に退避できるため、電極１８Ａ、１８Ｂをホルダ１４の径方向外側に退避させるために、新たな駆動機構を設ける必要がなく、装置構成が簡易化される。

リンク部材１６に支持された電極１８Ａ、１８Ｂの先端は、ホルダ１４の保持部２４の下方のスクリュ保持領域Ａの下方に位置しているため、電極１８Ａ、１８Ｂの先端が第１金属板５０の表面に当接しているときに、スクリュ１２に当接することはなく、スクリュ１２が通電によって加熱されることが防止できる。

また、電極１８Ａ、１８Ｂの先端は、第１金属板５０、第２金属板５２の結合位置Ｐを挟んで対向する位置で第１金属板５０に当接すれば良いので、位置精度が厳密ではなく、加熱処理が容易である。

［その他］
なお、本実施形態では、結合部材としてスクリュ１２について説明したが、釘やリベット等、他の結合部材にも適用可能である。なお、釘やリベットの場合には、タッピングが不要であるため、ホルダ１４は回転しない構成となる。

また、本実施形態では、第１金属板５０と第２金属板５２との結合にスクリュヘッド１０を用いる例を説明したが、一枚の金属板にスクリュを結合するものに適用しても良い。また、３枚以上の金属板にスクリュを結合する場合に適用しても良い。

さらに、ホルダ１４の下降時に電極１８Ａ、１８Ｂをホルダ１４の径方向外側に退避させる機構は、本実施形態に限定されるものではない。他のメカニカルな機構であっても良いし、電極１８Ａ、１８Ｂを他の駆動源の駆動力によって移動させる構成でも良い。

１０スクリュヘッド（結合部材ヘッド）
１２スクリュ（結合部材）
１４ホルダ
１６リンク部材（退避機構）
１８Ａ、１８Ｂ電極
２２テーパ部（退避機構）
３２Ａ、３２Ｂ当接部（退避機構）
５０第１金属板（被結合部材）
５２第２金属板（被結合部材）
Ａスクリュ保持領域（結合部材保持領域）

Claims

軸方向の被結合部材側端部に結合部材を保持すると共に、被結合部材に対して進退可能なホルダと、
前記ホルダの結合部材保持領域よりも前記被結合部材側にそれぞれの先端が位置する一対の電極と、
前記ホルダが前記被結合部材に対して接近した場合に、前記電極を前記ホルダの径方向外側に退避させる退避機構と、
を備え、
前記退避機構は、前記ホルダが前記被結合部材に対して進退するときに、前記ホルダと相対移動可能に構成されると共に、前記ホルダの軸方向端部よりも前記被結合部材から離間する側に配置されたリンク部材を備え、前記リンク部材は、前記ホルダの軸方向と直交する方向を回転軸として前記一対の電極を回転可能に支持していると共に、前記電極には前記ホルダが前記被結合部材に接近した時に当接される当接部が形成されている結合部材ヘッド。