JP4007292B2 - ワーク保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、加工、組み立て等のための装置に係り、特別にはセンサ等のワークの組み立て用のワーク保持装置に関する。更に本発明はより特別には、第１の部品を内部に保持して第２の部品と第３の部品を第１の部品に組付けかしめ加工する場合に、第１の部品の寸法が大きいため第２の部品と干渉し、かしめ荷重により第１の部品が破損する可能性があることを検出可能にするワーク保持装置に関するものである。

化学装置、燃焼機器、圧力容器、配管、等において、例えばその内部に含まれる流体の濃度、温度等を計測するための種々のセンサが使用されている。その様なセンサの一例として、酸素濃度を計測可能な酸素センサ２０の概略の構成を図７と８に示す。図８は酸素センサ２０の組立てられた状態を示し、図７は主要部が分離された状態を示す。酸素センサ２０は、例えば配管中にその先端部を挿入して、該先端部から配管を流れるガスを酸素センサ２０内に導入して酸素濃度を計測する。本酸素センサ２０は、計測値を電気的信号として表示器等に送るためのワイアアセンブリ等を具備する部品Ｃ２１と、部品Ｃ２１に組み込まれるエレメント部（サブアセンブリ）２２と、部品Ｃ２１を覆うように部品Ｃ２１に取り付けられる部品Ａ２３と、酸素センサ２０の先端部を覆うカバーである部品Ｂ２４とを具備する。

エレメント部２２は、部品Ｃ２１のインシュレータＢ２５に係合するインシュレータＡ２６と、インシュレータＡ２６の中央を貫通するように具備される細長いセンサ部２７とを具備する。センサ部２７は、エレメント部２２から突き出るように伸張しており、酸素センサ２０が組み立てられた後に部品Ａ２３からも突き出るように伸張する。本例において、インシュレータＡ２６とセンサ部２７は共にセラミックス製である。部品Ａ２３は、円筒状のハウジング２８を具備しており、ハウジング２８は、エレメント部２２を覆うように部品Ｃ２１に組み付けられて、エレメント部２２を保護する。部品Ａ２３の先端側の端部には部品Ｂ２４が、かしめにより取り付けられる。部品Ｂ２４は、共に複数の貫通孔を有するインナカバー２９と、アウタカバー３０とを具備しており、２つのカバー２９，３０は、酸素センサ２０組み立て後、部品Ａ２３から突き出るセンサ部２７を保護する。

酸素センサ２０の構成は概略上記のようなものであり、ハウジング２８が例えば配管に、部品Ｂ２４が配管中に突き出るように取り付けられて、配管中を流れる流体中の酸素濃度を計測する。酸素センサ２０については上記のような構成であるが、例えば温度センサの場合も同様な構成のものがあり、センサ部が酸素センサである代わりに、ヒータが具備されて温度を計測可能である。これとは別に、種々のセンサが同様な構成で形成されており、また形成可能である。

本発明のワーク保持装置の保持対象の一例である酸素センサ２０は、上記の如くまた図３に示すように、エレメント部２２を備える部品Ｃ２１と、部品Ｃ２１に被せるように取り付けられる部品Ａ２３と、部品Ａ２３から伸張するように部品Ａ２３に取り付けられる部品Ｂ２４とを具備する。該酸素センサ２０は、部品Ｃ２１と、部品Ａ２３と、部品Ｂ２４とを組み立てることにより形成される。

図５と６を参照して、酸素センサ用の従来のワーク保持装置の一例について説明する。本例のワーク保持装置５０は図５にその側断面図を示しており、円板上の台部６に形成された凹部に円柱状の保持具本体２が挿入された構成であり、保持具本体２には径の大きな第１の円形孔５１と、径の小さな第２の円形孔５２とが形成される。これらの孔５１，５２は、酸素センサ２０が適合するように収容される寸法で形成される。酸素センサ２０は、部品Ｃ２１と部品Ａ２３と部品Ｂ２４から、ワーク保持装置５０において組み立てられる。このため図６（Ａ）に示すように、先ず部品Ｃ２１を第１と第２の孔５１，５２内に設置し、部品Ａ２３を部品Ｃ２１に被せるようにセットし、その後部品Ｂ２４を部品Ａ２３上にセットする。この状態で、部品Ｃ２１と部品Ａ２３を嵌合組み立てし、部品Ａ２３をかしめて部品Ａ２３と部品Ｂ２４を組み立てるために、かしめ荷重がかけられる。この際、部品Ｃ２１のエレメント部２２の寸法が大き過ぎると、エレメント部２２はかしめ荷重により部品Ａ２３に押し潰されるように破損する。

この様に従来のワーク保持装置５０は、部品Ｃ２１の寸法は良品であるものとして、部品Ａ２３、部品Ｂ２４、部品Ｃ２１をワーク保持装置５０の所定の位置に挿入組付けた後、部品Ｂ２４を部品Ａ２３に押圧して、部品Ａ２３をかしめるため、部品Ａ２３を受け、かしめ荷重を支える構造である。また、部品Ｃ２１はワーク保持装置５０内で保持される。そのため、部品Ｃ２１の一部がセラミックスの様に寸法が安定しない場合で、特に寸法が大きい場合には、部品Ｃ２１はワーク保持装置５０と部品Ａ２３との間に挟まれ干渉し、押圧荷重やかしめ荷重が部品Ｃ２１にかかり部品Ｃ２１が破損し、不良品になるという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、部品Ｃが大きい場合でも、部品Ａとワーク保持装置間に挟まれ過大な荷重が部品Ｃにかかることが防止でき、しかも部品Ｃが大きいことを検出可能にするワーク保持装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１の形態では、上述した目的を達成するために、第１の部品（２１）に第２の部品（２３）を被せるように取り付け、第２の部品（２３）上に第３の部品（２４）をセットし、第３の部品（２４）を上から押圧して第２の部品（２３）と第３の部品（２４）とをかしめにより取り付けて形成されるワークのためのワーク保持装置は、上部に第１の孔（１１）が形成され、第１の孔（１１）の直下に第１の孔（１１）と繋がった第２の孔（１２）が形成された保持具本体（２）と、第２の孔（１２）内に収容され、第１の部品（２１）を第１の孔（１１）内で、可動な状態で仮保持する可動部（３）と、保持具本体（２）と可動部（３）との間に設けられ、可動部（３）を下方から支持する弾性体（４）とを備える。第１の部品（２１）の寸法が正常であったとき、第２の部品（２３）と第３の部品（２４）とをかしめにより取り付ける際、第３の部品（２４）から第２の部品（２３）を介して伝わる押圧力は、前記第１の部品に伝わることなく前記保持具本体（２）に直接伝わり、第１の部品（２１）の寸法が正常の物よりも大きい寸法であったとき、第２の部品（２３）と第３の部品（２４）とをかしめにより取り付ける際、第３の部品（２４）から第２の部品（２３）および第１の部品（２１）を介して伝わる押圧力は、可動部（３）を介して弾性体（２）に伝わり、弾性体（２）が変形する。

この様に構成することにより、即ち、特に、保持具本体に対し可動部を設け第２の部品を可動部で受けることにより、第２の部品に荷重がかかった場合は、弾性体が変形し移動することができると共に、第２の部品に所定荷重以上の荷重がかかることを防止できるようになる。
保持具本体に対し可動部を設け、第２の部品を可動部で受けることにより、第２の部品が大きいため荷重が作用した場合でも、第２の部品がワーク保持装置に押しつけられて過大な荷重が第２の部品に作用することが防止でき、しかも第２の部品が所定の寸法より大きいことを検出可能にするワーク保持装置を提供できる。

本発明の請求項２の形態では、上記請求項１の形態において、前記可動部は、弾性体が変形する時に前記保持具本体から突出する突出部を有する。
本形態によれば、可動部は押圧された時に前記保持具本体から突出する突出部を設けたことにより、決められた以上の荷重がかかって可動部が移動したことを容易に検出できるようになる。これによりワークの寸法異常を判定可能にする。

本発明の第３の形態では、突出部（５）は、弾性体（４）に囲まれるように設けられており、突出部（５）は弾性体（４）より長く、弾性体（４）を突き抜けるように形成されている。

本発明の請求項４の形態では、第１の孔（１１）の形状は、第１の部品（２１）の形状に合わせてある。

本発明の請求項５の形態では、第２の孔（１２）の径は、第１の孔の径よりも大きい。
本発明の請求項６の形態では、可動部は中央に第１の部品に適合した貫通孔が形成されている。
本発明の請求項７の形態では、可動部（３）は、上部に径の大きな平板状のフランジ部（１４）を有しており、弾性体（４）は、フランジ部（１４）の下に設けられている。

本発明の請求項８の形態では、上記請求項１から７の形態のいずれか一項において、前記弾性体のバネ定数は、前記第３の部品に掛けられる荷重が前記第１の部品に伝達された際に、該荷重により前記第１の部品が破損されることがないように、前記第１の部品の強度に応じて適切の設定されることを特徴とする。
本形態によれば、本発明のワーク保持装置によるワークの破損を防止する構成をより具体化する形態を開示する。

本発明の請求項９の形態では、第１の部品の一部がセラミックスである。
本発明の請求項１０の形態では、上記請求項１から９の形態のいずれか一項において、前記ワークは酸素センサであることを特徴とする。
本形態によれば、本発明のワーク保持装置の用途をより具体化する。

以下、図面に基づいて本発明の１つの実施の形態の装置を詳細に説明する。
図１から図４は、本発明に係るワーク保持装置の１つの実施の形態を示しており、図１は本発明の本実施の形態のワーク保持装置１の概略的な構成を示す側断面図であり、図２は図１のワーク保持装置１により酸素センサ２０であるワーク２０の組み立て手順の説明図であり、図３と図４は、ワーク２０の寸法が正常か異常かを判定する方法の説明図である。図１から４を参照すると、図５と６に開示される従来例の要素部分と同じ又は同様である図１から４の要素部分は、同じ参照符号により指定されている。

本実施の形態においても、対象となるワーク２０は酸素センサである。酸素センサ２０については既に前に詳しく説明したので、ここでは説明は省略する。
本実施の形態のワーク保持装置１は図１にその側断面図が示されており、円板上の台部６に形成された凹部に円柱状の保持具本体２が挿入された構成であることは、前出の従来例と同様である。保持具本体２には円形の第１の孔１１が上部に形成されている。第１の孔１１は、酸素センサ２０の形状に合わせた形状であっても良く、例えば酸素センサ２０の部品Ｃ２１が多角形であれば、同様な多角形でも良い。下部には第１の孔１１より大きな径の第２の孔１２が形成される。第２の孔１２は、適当な形状であれば、円形でも多角形であっても良い。

第２の孔１２には、部品Ｃ２１を可動な状態で仮保持していて該保持具本体２に移動可能に支持された、可動部３が収容される。本実施の形態において、可動部３は中央に部品Ｃ２１に適合した貫通孔が形成されており、該貫通孔内に部品Ｃ２１の下部の棒状部が収容される。該棒状部の長さに合わせて、台部６の中央にも貫通孔が設けられても良い。可動部３は図１に示されるように、上部に径の大きな平板状のフランジ部１４を有しており、下部には径の小さな円筒部１５を有する。可動部３の前記フランジ部１４の下には、複数の弾性体４が、可動部３を均等に支持するように、好適には軸対称で、保持具本体２と可動部３との間に具備されている。更に弾性体４内には、弾性体４に囲まれるように突出部５が、可動部３に設けられる。突出部５は。弾性体４より長く、弾性体４を突き抜けるように形成されており、保持具本体２には突出部５を通すための第３の孔１３が少なくとも突出部５と同じ数で設けられている。第３の孔１３は図１に示されるように、保持具本体２の下部において貫通する貫通孔であり、やはり好適には軸対称で設けられる。台部６にも図１に示すように、第３の孔１３に連続する第４の孔１６が設けられても良い。

上記構成にて本発明の本実施の形態の作動を説明する。
まず図２（Ａ）に示されるように、可動部３に部品Ｃ２１をセットする。次に図２（Ｂ）に示されるように、保持具本体２において、部品Ｃ２１に被せるように部品Ａ２３をセットする。更にその次に、部品Ａ２３に部品Ｂ２４を組付ける。次に、部品Ｂ２４を部品Ａ２３に押圧しながら、部品Ａ２３をかしめて部品Ａ２３と部品Ｂ２４を一体化する。この様な部品Ｃ２１と部品Ａ２３と部品Ｂ２４とによる酸素センサ２０の組み立ては前出の従来例の組み立て方法と同様である。

図３を参照すると、部品Ｃ２１の寸法が正常な場合が示されている。この場合は、押圧力は部品Ｂ２４から部品Ａ２３を介して保持具本体２に伝わり、部品Ｃ２１には伝わらない。また突出部５が保持具本体２の底面から突き出て台部６側に突き出ることはなく、これにより部品Ｃ２１の寸法が正常であることが分かる。もちろん、部品Ｃ２１のエレメント部２２は破損されることもない。

一方、部品Ｃ２１、特にはエレメント部２２の高さ寸法が異常である場合が図４に示される。この場合、部品Ｃ、Ａ、Ｂ、２１，２３，２４を組み立てた後、部品Ａ、Ｂ、２３，２４を一体化するためにかしめ荷重をかけた場合に、部品Ｃ２１の寸法が大きいため荷重が作用する。かしめ荷重は、部品Ｃ２１に接する可動部３を介して弾性体４に伝達され、下端が保持具本体２に接する弾性体４は、縮むように変位し、そのため突出部５が台部６内に突き出る。このように、部品Ｃの寸法が大きいと、押圧力により部品Ｂ２３が部品Ｃ２１を押し、部品Ｃ２１は可動部３を押し、可動部３に設けた突出部５が保持具本体２から突出する。この突出部５の位置を検出することにより、部品Ｃ２１の寸法が正常であったかどうかを判定できる。この際、エレメント部２２の材質に応じて弾性体４のバネ定数が適切に設定されているので、部品Ｃ２１のエレメント部２２は破損されることがない。この様子を、かしめ荷重をかける前の状態（図４（Ａ））と、かしめ荷重をかけた後の状態（図４（Ｂ））で示している。

次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。
本発明の上記の一実施の形態のワーク保持装置により以下の効果が期待できる。
・ 上記手段を採用したことにより、即ち、特に、保持具本体２に対し可動部３を設け部品Ｃ２１を可動部３で受けることにより、部品Ｃ２１に荷重がかかった場合は、弾性体４が変形し移動することができると共に、部品Ｃ２１に所定荷重以上の荷重がかかることを防止できるようになる。
・ また、可動部３は押圧された時に前記保持具本体２から突出する突出部５を設けたことにより、決められた以上の荷重がかかって可動部３が移動したことを容易に検出できるようになる。
・ 保持具本体２に対し可動部３を設け、部品Ｃ２１を可動部３で受けることと、可動部３は押圧された時に前記保持具本体２から突出する突出部５を設けたことにより、部品Ｃ２１が大きい場合でも、部品Ａ２３とワーク保持装置２との間に挟まれることによる過大な荷重が、部品Ｃ２１にかかることが防止でき、しかも部品Ｃ２１が所定の寸法より大きいことを検出可能にするワーク保持装置を提供できる。

上記の説明において、本発明のワーク保持装置は、酸素センサ用として記載されたが、該装置が酸素センサ以外のセンサの組み立てにおいて使用されても良く、あるいは酸素センサと類似の構造を有する装置の組み立てにおいて使用されても良く、本発明の適用対象は酸素センサに限定するものではない。
上記説明及び図面において、ワーク保持装置の実施例は円筒状の形状を有し、その内部に可動部３と弾性体４を収容するように構成されたが、本発明はこれに限定されず、種々の形状及び構成を有することが可能である。

上記の実施の形態は本発明の一例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。

図１は、本発明の１つの実施の形態のワーク保持装置１を説明する側断面図である。 図２は、図１のワーク保持装置１を使用して、ワークを組み立てる手順を示す説明図であり、ワーク保持装置１に部品Ｃがセットされて（図２（Ａ））、その後部品Ａと部品Ｂがセットされる（図２（Ｂ））状態を示す。 図３は、部品Ｃの寸法が正常な場合において、ワーク保持装置１に各部品Ｃ、Ａ、Ｂがセットされた（図３（Ａ））後、かしめ荷重がかけられた（図３（Ｂ））際の状態を示す説明図である。 図４は、部品Ｃの寸法が異常な場合において、ワーク保持装置１に各部品Ｃ、Ａ、Ｂがセットされた（図４（Ａ））後、かしめ荷重がかけられた（図４（Ｂ））際の状態を示す説明図である。 図５は、従来例のワーク保持装置５０を説明する側断面図である。 図６は、部品Ｃの寸法が異常な場合において、従来例のワーク保持装置５０に各部品Ｃ、Ａ、Ｂがセットされた（図６（Ａ））後、かしめ荷重がかけられた（図６（Ｂ））際の状態を示す説明図であり、図４に対応する。 図７は、ワークの例である酸素センサ２０の主要部品の分解部分側断面図であり、それの構成を説明する。 図８は、図７の酸素センサ２０が組み立てられた状態を示す部分側断面図である。

符号の説明

１…ワーク保持装置
２…保持具本体
３…可動部
４…弾性体
５…突出部
６…台部
１１…第１の孔
１２…第２の孔
１３…第３の孔
２０…ワーク
２１…部品Ｃ
２２…エレメント部
２３…部品Ａ
２４…部品Ｂ

Claims (10)

1. 第１の部品（２１）に第２の部品（２３）を被せるように取り付け、前記第２の部品（２３）上に第３の部品（２４）をセットし、前記第３の部品（２４）を上から押圧して前記第２の部品（２３）と前記第３の部品（２４）とをかしめにより取り付けて形成されるワーク（２０）のためのワーク保持装置（１）であって、
   上部に第１の孔（１１）が形成され、前記第１の孔（１１）の直下に前記第１の孔（１１）と繋がった第２の孔（１２）が形成された保持具本体（２）と、
   前記第２の孔（１２）内に収容され、前記第１の部品（２１）を前記第１の孔（１１）内で、可動な状態で仮保持する可動部（３）と、
   前記保持具本体（２）と前記可動部（３）との間に設けられ、可動部（３）を下方から支持する弾性体（４）とを備え、
   前記第１の部品（２１）の寸法が正常であったとき、前記第２の部品（２３）と前記第３の部品（２４）とをかしめにより取り付ける際、前記第３の部品（２４）から前記第２の部品（２３）を介して伝わる押圧力は、前記第１の部品に伝わることなく前記保持具本体（２）に直接伝わり、
   前記第１の部品（２１）の寸法が正常の物よりも大きい寸法であったとき、前記第２の部品（２３）と前記第３の部品（２４）とをかしめにより取り付ける際、前記第３の部品（２４）から前記第２の部品（２３）および前記第１の部品（２１）を介して伝わる押圧力は、前記可動部（３）を介して前記弾性体（２）に伝わり、前記弾性体（２）が変形することを特徴とするワーク保持装置。
2. 前記可動部は、前記弾性体（２）が変形する時に前記保持具本体（２）から突出する突出部（５）を有することを特徴とする請求項１記載のワーク保持装置。
3. 前記突出部（５）は、前記弾性体（４）に囲まれるように設けられており、
   前記突出部（５）は前記弾性体（４）より長く、前記弾性体（４）を突き抜けるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のワーク保持装置。
4. 前記第１の孔（１１）の形状は、前記第１の部品（２１）の形状に合わせてあることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のワーク保持装置。
5. 前記第２の孔（１２）の径は、前記第１の孔の径よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のワーク保持装置。
6. 前記可動部（３）は中央に前記第１の部品（２１）に適合した貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のワーク保持装置。
7. 前記可動部（３）は、上部に径の大きな平板状のフランジ部（１４）を有しており、前記弾性体（４）は、前記フランジ部（１４）の下に設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のワーク保持装置。
8. 前記弾性体（４）のバネ定数は、前記第３の部品（２４）に掛けられる荷重が前記第１の部品（２１）に伝達された際に、該荷重により前記第１の部品（２１）が破損されることがないように、前記第１の部品（２１）の強度に応じて適切の設定されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のワーク保持装置。
9. 前記第１の部品（２１）の一部がセラミックスであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のワーク保持装置。
10. 前記ワークは酸素センサであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載のワーク保持装置。

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