JP2022507172A - 回転パンチを使用するマシンツーリング - Google Patents

Abstract

【構成】本発明のツーリングシステムは、ツールの動作端においてファスナーを保持するために真空を印加する手段を備える。真空源とファスナーとの間にエアウェイを形成することをのみを目的として中空のプッシャーピンのキャビティに横ポートを設ける。本発明の他の実施態様におけるプッシャーピンは、このキャビティに開口するプッシャーピン内の横経路内で移動可能なボールの形態を取るファスナー把持ジョーを有する。プッシャーピンを取り囲むツール本体の外側弾性バンドによってボールをファスナーに対して内向きに偏倚させる。磁気解除型ファスナーを装着するさい、プッシャーピンの底端部は磁気解除型ファスナーに挿入できる小径を有する。磁石を備えたアンビルによってファスナーを装着するパネルを支持することによって、ファスナーをパネルに圧入している間、ファスナーをプッシャーピンから解除する。【選択図】図１

Description

関連出願

本出願は、２０１８年１１月１５日を出願日とし、“回転パンチおよび磁気アンビルを使用するマシンツーリング”を発明の名称とする仮特許出願第６２/７６７，７０２号に関連する非仮特許出願の優先権を主張する出願である。

本発明は３種類の形式の回転装着パンチに関し、ＣＮＣマシンニングセンターを利用して直接回転装着ファスナーを装着することを可能にする一つの磁気的な解除アンビルシステムに関する。

現在多くの家庭用電子機器の分野では、美的観点および機械的な剛性の点から金属シャシを使用している。これらハウジングの場合、高速ＣＮＣマシンニングセンターで形成できる。シャシの切断後は、他の場所に移動し、そこでハードウェアを組み立て、かつ陽極酸化処理などの美観処理によって最終的に仕上げ処理を行う。これらシャシの場合、クリンチ式のファスナーを使用することが多いため、関与する高い装着力により化粧面に永続的な圧力痕が残る。この圧力痕は許容できない。関与する高い装着力対処するために、一般にファスナーを圧入するシャシにより厚い領域やボスを機械加工する。このより厚い領域を使用すると、圧力痕を化粧面に移すことなく高い応力を吸収しやすい。機械加工を行う前により厚い素材を使用する必要があるが、これは加工時間が長くなり、かつお廃物量が増えるため望むところではない。また、シャシを準備し、ハードウェアを装着するさい、別な場所で行うことが多いハードウェア装着用の二次的なマシンに再固定する必要がある。

磁気的な解除ファスナーの場合、小売店の販売環境において万引きを防止する目的で衣料品に万引き防止タグを取り付ける衣料品業界において主に知られている。これらファスナーは、多くの利用価値をもっている可能性があるが、一般的なハードウェアファスナーの分野では広く受け要られていない。この型式のファスナーを他の製造構成部材に組み付ける自動化システムは知られていない。

従って、きわめて薄いパネルを対象とするファスナーシステムを製造するさいのコストおよび効率を改善することがファスナー分野では求められている。特に、十分な取り付け性能だけでなく、許容可能な美観を備えた状態で家庭用電子機器に使用できる金属シャシ用ファスナーが求められている。また、回転装着式ファスナーの簡単な自動化システムも求められている。さらに、磁気解除型のファスナーを利用できる自動化組み立てシステムに対する需要も高い。

従来の需要を満足するため、以下の本発明の実施態様を発明した。装着用回転パンチが、個々のファスナーを引き取りかつこれを取り付ける機能をも果たす標準ＣＮＣ工作センターを利用する簡単な自動化システムにおいて回転装着を使用する。

本明細書に記載するように、回転装着を使用すると、ディスプレーサーの軸方向突出面積が小さくなるため、標準的なクリンチ式ファスナーに必要な装着力を大幅に小さくできる。小面積のディスプレーサーが回転すると、ファスナーの保持部に金属を押し付けるが、主な駆動作用は軸方向力ではなくトルクである。このため、きわめて薄い受け取りパネルへの圧痕の危険性が大幅に減少し、圧痕を完全に排除できることが多い。軸方向力が大幅に小さくなるため、シャシパネルの金属もかなり薄膜化し、スクラップ量も減りかつ工作時間（ｍａｃｈｉｎｅ ｔｉｍｅ）も短くなる。副次的な回転装着マシンも利用できるが、ＣＮＣマシニングセンターはトルクおよび軸方向力特性の両者をもつため、第２位置に再固定する必要性がなくなる。また、現実に、二次的な装着マシンを購入する必要性がない場合には、余計なコストもかからない。

本発明の実施態様の場合、真空制御および摩擦把持を使用する装着ツールにファスナーを保持するさいに異なる手段を使用する。本発明の具体的な適用例では、磁気解除型ファスナーを使用し、回転クリンチングを利用する自動組み立てプロセスにこれを組み込む。

より具体的には、上部駆動端、および回転軸線を中心にしてセンタリングした底部工作端を備えたツール本体を有するファスナー装着するツーリングシステム（ｔｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を発明した。工作端の複数の螺旋状ディスプレーサーが工作物に作用し、この工作物の素材成分をファスナーに移す。工作端におけるツール内のキャビティが工作物に装着すべきファスナーを一時的に保持する。これらディスプレーサーは回転軸を中心にしてセンタリングされた弧状のランプ（ｒａｍｐ）を備え、各ランプはランプの最大高さ点と最小高さ点との間に延在する。一つの実施態様では、回転軸を中心として対称的に設けた３つの同じディスプレーサーを利用する。

ツーリングシステムは軸方向に動くのと同時にツール本体を回転させるＣＮＣマシンを利用する。ＣＮＣマシンがファスナーを取り上げ、これを横方向に動かし、ファスナーを装着位置に移す。一つの実施態様では、このツーリングシステムは真空源からツールの上端に真空を印加する手段を備え、ツール本体が上端と底端との間にエアウェイを有し、これによって真空がファスナーをキャビティ内に保持する。いくつかの実施態様では、ツール本体とファスナーの工作物への装着時にファスナーにプレスする構成のファスナーとの間に作用する弾性偏倚プッシャーピンの端部にファスナー保持キャビティを設ける。このプッシャーピンはツール本体とプッシャーピンの上端と間に作用するバネを有する。真空を利用する場合、プッシャーピンは中空構成にでき、その横ポートは真空源とファスナーとの間にエアウェイを作り出すことのみを目的として設ける。

その他の実施態様では、プッシャーピンはこのプッシャーピンのキャビティに開口したプッシャーピン内の横方向経路内で動くことができるボールの形を取る複数のジョーを備えたファスナー把持手段を有する。プッシャーピンを取り囲むツール本体の外側弾性バンドによってボールはファスナーに対して内向きに偏倚（ｂｉａｓ）する。弾性バンドのボール係合底端については、４５度の面取り部を有しているのが好ましい。各経路の内端部は漸次狭くなるリップを備え、このリップがボールを保持する。

本発明のさらに別な実施態様では、ツーリングシステムは磁気解除型ファスナーを内装できる。この場合、ツール本体は軸方向にセンタリングされたプッシャーピンを有し、その小径底端部を磁気解除型ファスナーに挿入し、これによって装着位置への移動時にファスナーをツール本体に保持する。プッシャーピンのカラーがファスナーの上部に当接し、これを受け取り工作物、好ましくは受け取りブラインド孔を備えたパネルにプレスする。磁石を備えたアンビルによってファスナー受け取りパネルを支持し、これによってファスナーがパネルにプレスされている間に、ファスナーをプッシャーピンから解除する。装着時、ファスナー底部のフランジがディスプレーサーによって変位されたパネルから素材成分の冷間流れを受け取る。

即ち、本発明の主目的は、標準ＣＮＣマシンセンターを利用する自動化ツーリングシステムに回転装着式ファスナーを利用することである。別な目的は、装着プロセスにおいて磁気的な解除型ファスナーを取り上げ、設定できるツーリングシステムを提供することである。当業者ならば、添付図面および本発明のいくつかの実施態様の説明から本発明の上記目的を含む目的および作用効果を理解できるはずである。

図１は、ファスナー搬送システムを示す上部左側等角投影図である。 図２は、本発明の回転装着ツールを示す底面平面図である。 図３は、左側３Ａの回転装着ツールを示す立面図および右側３Ｂに示す断面図Ａ－Ａを含む複合図である。 図４は、図３の断面Ａ－Ａを示す拡大部分断面図である。 図５は、装着すべきファスナーピンを備えた回転装着ツールを左から右にかけて示す３つの断面図、即ち立面断面図５Ａ、底面平面図５Ｂおよび左側の部分拡大図５Ｃを示す複合図である。 図６は、メネジを刻設したファスナーと併用する回転装着ツールを示す立面断面図である。 図７は、上面７Ａにおける磁気解除ピン把持ファスナーと併用する部分断面化回転装着ツール、および底面７Ｂにおける部分断面化クローズアップ図である図７Ａおよび図７Ｂの複合的な図面である。

図１は、回転装着するためにＣＮＣマシニングセンターに直接ファスナーを送り込む本システムを示す図である。供給ボウル（ｓｏｕｒｃｅ ｂｏｗｌ）から装着パンチまでの進行について、以下に示す。
１．各部をバルク形態で振動供給ボウル１５にバルク形態で注ぐ。
２．次に、各部をボウル１５から送り出し、エスケープメント/シャトル（ｅｓｃａｐｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｈｕｔｔｌｅ）によって単体化し、マシンガード１４の小さな開口を通り抜ける可撓性供給管、あるいは剛性のあるトラック１７に送り出す。
３．次に、単体化されたボウルがステージングネスト（ｓｔａｇｉｎｇ ｎｅｓｔ）１２に入り、そこでボウルが本発明のツールなどのＣＮＣパンチツールによって受け取られる正確な位置１３に位置決めされる。
４．最後に、パンチまたはＣＮＣベッドが、パンチツールによって保持されたファスナーが装着される位置に移動する。

本発明の一実施態様の回転式ディスプレーサーパンチツール２２の尖端を示す底面平面図である図２を参照して本実施例を説明する。この実施態様では、３つの回転式ディスプレーサー２５、２６および２７を使用する。ファスナー装着時、パンチツール２２が軸線２８を中心にして回転している間、ディスプレーサーが金属受け取りパネル（図示省略）に対して駆動される。これらディスプレーサーは実際には螺旋形であり、高い点２１から低い点２３にかけて楔形であり、軸線２８によって定義されるツール２２の中心の周囲に円形に湾曲している。完全なリング形のディスプレーサーと比較した場合、ディスプレーサーの横断面積は装着パネルとの接触時に小さい。従って、ツールが回転するごとに、また軸方向に進行するごとに必要な装着力のほとんどが徐々に印加され、必要な最大軸方向力が小さくなる。このシステムは、ディスプレーサーを軸方向に駆動するために必要な力よりも金属に回転によりディスプレーサーを押し込むトルクを高く設定する必要がある。図３～図７を参照して以下に説明する実施態様は、この回転ファスナー装着方法を利用するものである。

図３は、パンチのさいに真空を利用できる本発明のＣＮＣパンチを示す正面図３Ａおよび側断面図３Ｂである。図２に示し、かつ図３Ａに示すツール２２は標準ツールホルダーによって保持される上部駆動端３０に位置できるサイズを有するため、自動ツール交換システムをＣＮＣマシニングセンターに設定した状態で、底部動作尖端３８が動作することになる。図３Ｂを参照して説明を続けると、ダイスプリング（ｄｉｅ ｓｐｒｉｎｇ）３５が発生する小さな弾性力が、パンチツールの動作尖端においてプッシャーピン３７を押す。回転ツールが被装着パネルに対して移動している間、パンチツールが回転装着ファスナー３１を底部が平坦なブラインド装着孔の底部までプレスする。ファスナーをパネルにプレスした状態でパンチツールを回しても、ファスナーだけでなくプッシャーピンも回ることはない。スプリング３５とプッシャーピン３７との間に位置しているスラストベアリング３２によって回転が抑えられているからである。スプリングへの圧縮力は、即ちファスナーを装着孔の底部にプレスする力は、パンチ上部の中空の止ネジ３４を回すことによって調節することができる。パンチの上部から尖端まで各部を通る中空のエアウェイが、ファスナーを受け取りかつ保持し、装着後にファスナーを解除する制御された真空３３の経路になる。

図４は、図３Ｂの底部を示すクローズアップ図であり、ツールの動作尖端部をより詳細に示し、かつ真空３３がプッシャーピン３７の側壁中の横ポート４４を介して中空のスタンドオフ式ファスナーのエッジまでどのように迂回して到達するかを示す図である。この構成のため、パンチツール２２がファスナー３１を受け取り、プッシャーピン３７の端壁４３によってブロックされたスタンドオフファスナー３１の中空の中心から吸引力が漏れることはない。従って、この形式のパンチは中空の、あるいは中実の各種のファスナーに使用できる。この図にはディスプレーサー４１も併せて示す。

図５に、図５Ｃのクローズアップ図に明示するリテーナー５８およびフローティングピン５４を備えたフローティングピンアセンブリ（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐｉｎ ａｓｓｅｍｂｌｙ）５０の装着に使用したさいのツーリングシステムを示す各種図面を示す。この場合だけでなくその他の場合も真空は使用しない。場合にもよるが、ＣＮＣミリングマシンのスピンドルを介して真空源を供給することは難しいか、あるいは不可能であるからである。図５に示すパンチの尖端は、ファスナーを受け取り、これを解除するために真空を必要としないが、代わりに摩擦把持機構（ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｇｒｉｐｐｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）を使用する。

この場合、エラストマーバンド５２によって内向きに押されるジョー（ｊａｗ）を形成する任意の適当な素材の３つの硬質のボール５６の把持力によってきわめて直径の小さいピン５４を保持する。ファスナーピン５４を受け取るキャビティを有するプッシャーピン５５にクロスカットする円筒形チャネル内で半径方向に動く。この場合、ファスナーピン５４がツール５３のプッシャーピン５５に簡単に滑り込み、ここにボール５６、およびボール５６をファスナーピンに対して内向きに偏倚させるエラストマーバンド５２によって得られる圧力および摩擦によって保持する。ボールによって十分であるが、かなり小さい把持力が得られるため、装着後にファスナーピン５４がちょうど同じくらい簡単に滑り出る。本実施態様では、エラストマーブッシュが上下に長さをもっているため、圧縮方向の大半は上向きである。これを代償するために、エラストマーバンド５２の内側エッジに４５度の面取り部を設け、ボール５６を下向きかつ内向きに押す。プッシャーピン５５の内径は十分小さいため、ボールが内向きに逃げ出ることができず、またパンチ本体５３とプッシャーピンとの間の隙間をボールの直径より小さくできるため、ボールが外側に逃げ出ることはない。従って、ボールを確実に取り込むことができる。

自動装着プロセス時、図５のツールが最初に動作し、フローティングピンアセンブリ５０がセンタリングされ、かつボール５６によって保持されるまで、ツールプッシャーピンキャビティ６０が挿入される引き取り位置に移動する。ここで、図５Ｃに示すように、ピンアセンブリがパネル５９の上にある装着位置に移動する。次に、ツール５３が回転し、パネルに対して軸方向下向きに移動している間に、フローティングピンアセンブリ５０がパネル中に装着する。この装着動作によって、プッシャーピン５５の面取り部をパネルに押し付けた状態で、フローティングピンリテーナー５８をセンタリングする。同時に、ツール本体５３上のディスプレーサー５７がパネルの素材成分をリテーナーに押し込み、これをパネルに固着する。この動作時に、ファスナーピンに作用する把持力が十分小さいため、装着終了のさいにツールがファスナーピンを簡単に解除し、ツールが装着位置から上向きに移動し、これから離れる。

即ち、本実施例に係るツーリングシステムの真空プッシャーピンは以下の４つの機能を果たす。
１．必要な時点でファスナーピンを保持しかつ解除する機能。
２．パンチ内にファスナーピンをセンタリングする機能。
３．フローティングピン上にリテーナーをセンタリングする機能。
４．装着時にリテーナーを下向きにプレスする機能。

図６に、真空を必要とせず、エラストマーバンド６５によってファスナー６６に接触する３つのボール６７に半径方向に加えられる圧力を使用してファスナーの外径部を把持する別な型式のパンチを示す。前述の実施態様と同様に、プッシャーピン６３ではなくパンチ本体６１内にファスナー６６が受け取られる。ボール６７は、パンチツール本体６１のクロスドリル横孔６８内に保持される。各孔の内端にリップ６４があるため、これらボール６７がパンチツール６１の中心ボア６９に完全に入り込むことはない。図５の場合と同様に、ボール６７はエラストマーバンド６５によって外向きに拘束される。パンチ６１が段付き部分６６に押し下げられ、これを引き取ると、この部分がボール間を通過するまで、ボール６７がバンド６５の弾性力に逆らって押し下げられ、次にこれを装着位置に保持する。ファスナーの装着後は、パンチが引き上げられ、ファスナーから自由になる。このパンチ態様は中実ピンの装着にも適する。

図７に、磁気解除型把持ファスナーを対象とするパンチを示す。一部のファスナーの場合、ピンを把持し、次に磁石を使用してこれを解除する。この型式のファスナーを装着するさいにも真空を必要としない。このツーリングシステムにこの型式のファスナーを使用するさいには、ＣＮＣマシニングセンターによってパンチピンを段付きファスナーに挿入し、ツーリング取り付け手段を必要とせずにこれを引き取る。ファスナーそれ自体がツーリングプッシャーピンを把持するからである。装着時に被加工体に位置決めした後は、被加工体の下にあるアンビル内の磁石がファスナーを外し、パンチを解除し、別なファスナーを取り付ける。

図７Ａには、パンチツール７３によって引き取る状態にある磁気解除型ファスナーを示す。このツールはプッシャーピン７１を備え、このピンはファスナー７５に嵌合する狭い端部を有する。前述の実施態様と同様にこのピンはスプリング偏倚式（図示省略）であり、ファスナー７５内にボールによって把持される。パンチツール７３は、図２に示す回転ディスプレーサー７７を備える。

次に図７Ｂを参照して説明を続けると、この実施態様では、受け取りブラインドホールである受け取りパネル７２に図７Ａの磁気解除型ファスナー７５を装着する。このブラインドホール内にファスナーを着座させる場合、アンビル７４内の磁石７６がプッシャーピン７１へのファスナーの把持を解除する。装着中、アンビル７４が支持するパネル７２に対してディスプレーサーが軸方向にプレスしている間、ツール７３が回転する。既にファスナーが解除されているため、ツールの回転運動が装着時にファスナーに伝わることはない。ツールが連続的に動作することによって、ディスプレーサー７７がパネル７２の素材成分をファスナー７５の基部フランジ上に移し、これをパネルに固定する。

以上のシステムに関しては多くの態様が考えられるが、本実施態様では磁気解除型アンビルを使用して以下の機能を実現する。
１．標準ＣＮＣマシニングセンターの自動ツールチャンジャーにおいてパンチを段階的に実施できる。
２．パンチによってファスナーを選択して引き取り、これを保持し、装着位置に搬送できる。
３．パンチによってディスプレーサーを回転し、ファスナーを固定した状態でファスナーのフランジ上に金属を押し付けることができる。
４．ファスナーの装着後、パンチによってファスナーを解除できる。

以上、本発明の各種実施態様の説明から、当業者にとっては本発明の目的が実現できたことは明らかなはずである。当業者ならば、上記以外の本発明の目的および作用効果については各種実施態様の以上の説明から限定されるわけではないが理解できるはずである。なお、本発明は特許請求の範囲およびその法的な等価物によってのみ限定されるものである。

１２ ステージングネスト
１３ 正確な位置
１４ マシンガード
１５ 振動供給ボウル
１７ トラック
２１ 高い点
２２ 回転式ディスプレーサーパンチツール
２３ 低い点
２５、２６、２７ 回転式ディスプレーサー
２８ 軸線
３０ 上部駆動端
３１ 回転装着ファスナー
３２ スラストベアリング
３３ 真空
３４ 止ネジ
３５ ダイスプリング
３７ プッシャーピン
３８ 底部動作尖端
４１ ディスプレーサー
４３ 端壁
４４ 横ポート
５０ フローティングピンアセンブリ
５２ エラストマーバンド
５３ ツール
５４ フローティングピン、ファスナーピン
５５ プッシャーピン
５６ ボール
５７ ディスプレーサー
５８ リテーナー
５９ パネル
６０ キャビティ
６１ パンチツール本体
６３ プッシャーピン
６４ リップ
６５ エラストマーバンド
６６ ファスナー、段付き部分
６７ ボール
６８ クロスドリル横孔
６９ 中心ボア
７１ プッシャーピン
７２ 受け取りパネル
７３ パンチツール
７４ アンビル
７５ 磁気解除型ファスナー
７６ 磁石
７７ 回転ディスプレーサー

Claims (20)

1. 回転軸を中心としてセンタリングされた、上部駆動端部および底部作動端部を有するツール本体と、
   工作物に作用する前記作動端部の複数の螺旋状ディスプレーサーと、
   前記工作物に装着されるファスナーを保持する前記動作端部における前記ツール内のキャビティと、
   を有することを特徴とするファスナー装着用ツーリングシステム。
   
2. 前記ツール本体の軸方向への移動と同時に前記ツール本体を回転させる手段を有する請求項１に記載のツーリングシステム。
   
3. 前記ディスプレーサーが前記回転軸を中心にしてセンタリングされた弧状ランプを有し、各ディスプレーサーがこれらランプの最大高さと最小高さとの間に延在する請求項１に記載のツーリングシステム。
   
4. 前記回転軸を中心にして同一かつ対称的に前記ディスプレーサーを設ける請求項１に記載のツーリングシステム。
   
5. 真空源から真空を前記上端部に印加する手段を有する請求項１に記載のツーリングシステム。
   
6. 前記ツール本体が前記上端部と前記底端部との間にエアウェイを有することによって、前記真空が前記ファスナーを前記キャビティ内に保持する請求項５に記載のツーリングシステム。
   
7. 前記ツーリング本体と前記ファスナーとの間に作用し、前記ファスナーの前記工作物への装着時に前記ファスナーをプレスする弾性偏倚式プッシャーピンの端部に前記キャビティを設ける請求項６に記載のツーリングシステム。
   
8. 前記プッシャーピンが中空であり、前記真空源と前記ファスナーとの間にエアウェイを形成するためだけの横ポートを有する請求項７に記載のツーリングシステム。
   
9. 前記ファスナーに下向き装着力を印加し、前記ツール本体と前記プッシャーピンの上端との間に作用するバネを有する弾性偏倚式プッシャーピンの底端部に前記キャビティを設ける請求項１に記載のツーリングシステム。
   
10. 前記プッシャーピンが、このプッシャーピン内の前記キャビティ内に開口する、前記プッシャーピン内の横経路内で移動可能な複数のボールを備えたファスナー把持手段を有する請求項９に記載のツーリングシステム。
    
11. 前記プッシャーピンを取り囲む外側弾性バンドによって前記ボールを前記ファスナーに対して内向きに偏倚させた請求項１０に記載のツーリングシステム。
    
12. 前記弾性バンドのボール係合底端部が４５度の面取り部を有する請求項１１に記載のツーリングシステム。
    
13. 前記ツール本体が、このツール本体内の横方向経路内で移動可能な複数のファスナー把持ボールを有する請求項１に記載のツーリングシステム。
    
14. 前記ボールが、前記経路を取り囲む弾性バンドによって内向きに偏倚している請求項１３に記載のツーリングシステム。
    
15. 前記各経路の内向き端部が、前記ボールを保持する次第に狭くなるリップを有する請求項１４に記載のツーリングシステム。
    
16. 前記ツール本体が軸方向にセンタリングされたプッシャーピンを有し、このピンの小径の底端部が磁気解除型ファスナーに挿入されることによって、前記ファスナーを前記ツーリングシステムに保持する請求項１に記載のツーリングシステム。
    
17. 前記プッシャーピンが前記ファスナーの上部に当接するカラーを有する請求項１６に記載のツーリングシステム。
    
18. さらに、ファスナーを受け取るパネルを支持するアンビルを有し、このアンビルが有する磁石によって、前記ツール本体の回転により前記ファスナーが前記パネルに圧入している間に前記ファスナーを前記プッシャーピンから解除する請求項１６に記載のツーリングシステム。
    
19. 前記ファスナーがその底部に、前記ディスプレーサーによって変位した前記パネルからの素材成分の冷間流れを受け取るフランジを有する請求項１８に記載のツーリングシステム。
    
20. 選択された個々のファスナーを引き取り点から装着点まで横方向に移動させるＣＮＣマシンである請求項２に記載のツーリングシステム。

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