JP4200950B2 - 軸状部品の嵌め込み方法 - Google Patents

Description

本発明は、嵌入孔を有する本体部品の該嵌入孔に軸状部品を嵌め込む軸状部品の嵌め込み方法に係り、特に段付き孔に成形された嵌入孔に軸状部品を嵌め込む等の嵌め込み作業が極めて困難な場合であっても、人手またはロボットハンドにて容易でかつ比較的短時間に軸状部品を嵌入孔に嵌め込むことができる軸状部品の嵌め込み方法に関するものである。

例えばスプリングやスプールバルブなどの軸状部品を車輌用自動変速機のコントロールバルブのバルブボディに穿設されたバルブ孔などの嵌入孔に嵌め込む場合には、該嵌入孔が段付き孔であったり、該軸状部品が段付き形状等であるために、軸状部品の先端が段付き孔の縮径部に当接するなどしてしまい、嵌入孔にスムーズに嵌入するのが困難な状況であった。そこで、従来は人手の勘やこつに頼りながら慎重に軸状部品の嵌入をおこなう方法が一般的であった。

しかし、人手による軸状部品の嵌入作業は生産ラインの生産性を著しく低下させることから、ロボットハンドやアクチュエータ等を用いた自動嵌入方式の適用が各種提案され、実用化されている。

特許文献１では、嵌入穴を有する本体部品において、該嵌入孔が水平方向となるように載置し、軸状部材を鉛直方向に振動させながら本体部品の嵌入孔に押圧しながら挿入する軸状部品の嵌入方法および装置に関する発明が開示されている。かかる発明によれば、嵌入孔とそれに嵌入する軸状部品の位置に多少のばらつきがある場合であっても、水平に載置された軸状部品に鉛直方向に振動を与えることにより、軸状部品の傾きによる孔への食いつきが比較的短時間で解消されることとなる。
特開平８−１３２３２３号公報

特許文献１の軸状部品の嵌入方法および装置によれば、嵌入孔とそれに嵌入する軸状部品の位置に多少のばらつきがある場合であっても、水平に載置された軸状部品に鉛直方向に振動を与えることにより、確実に軸状部品を嵌入孔に嵌め込むことができる。しかし、軸状部品を嵌入孔に嵌めこんでなる組立て製品の製造においては、軸状部品の自重を効果的に利用して該軸状部品を鉛直方向の嵌入孔に自由落下させながら嵌め込むことの方が嵌め込み作業に要する時間を短縮することができる。また、かかる軸状部品の嵌入孔への嵌め込み作業をおこなう作業ユニットを複数併設してなる生産ラインにおいて、その生産性の向上を実現するためにも、原則としては軸状部品を鉛直方向の嵌入孔に自由落下させながら嵌め込むことが好ましいと考えられる。したがって、水平方向のみの嵌め込み方式を対象とする上記発明の嵌入装置および方法では、嵌め込み作業に要する時間が長期化するとともに、かかる作業をおこなう複数の作業ユニットからなる生産ラインの生産性の向上を図ることは極めて難しいものと考えられる。

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、段付き孔に成形された嵌入孔に軸状部品を嵌め込む等の嵌め込み作業が極めて困難な場合であっても、容易でかつ比較的短時間に軸状部品を嵌入孔に嵌め込むことができる軸状部品の嵌め込み方法を提供することを目的とする。また、組立て部品の生産ラインのうち、本体部品の嵌入孔に軸状部品を嵌め込む工程において、該生産ラインの生産性の向上を図ることのできる軸状部品の嵌め込み方法および軸状部品嵌め込み装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による軸状部品の嵌め込み方法は、嵌入孔を有する本体部品の該嵌入孔に軸状部品を嵌め込む軸状部品の嵌め込み方法であって、前記嵌入孔は段付き孔に成形され、および／または前記軸状部品は段付き形状に成形されており、前記本体部品を前記嵌入孔が鉛直方向となるように治具に固定し、該嵌入孔に少なくとも前記軸状部品の先端付近を挿入した状態で、該本体部品および該治具の固有振動数または固有振動数付近の振動数にて該本体部品および該治具を振動させ、前記軸状部品を前記嵌入孔に嵌入させることを特徴とする。

本発明の軸状部品の嵌め込み方法は、段付き孔に成形された嵌入孔にその長手方向にわたって断面寸法が変わらない棒状の軸状部品を嵌め込む場合や、段付き形状の軸状部品を嵌め込む場合などに適用される。軸状部品が比較的小型の精密部品であり、嵌入孔の内空が段付き孔に成形されていてその孔径が比較的小さい場合などにおいては、軸状部品を該嵌入孔に嵌めこんだ際に段付きの縮径部に軸状部品の先端部が当接してしまい、嵌め込み作業の効率性が悪いことに加えて、上記当接を繰り返すことによって軸状部品に損傷を与える可能性が高くなってしまう。軸状部品が段付き形状に成形されている場合などではその嵌め込み作業がさらに困難を極めることとなる。本発明は、軸状部品の自重を有効に利用できるように軸状部品が嵌め込まれる嵌入孔を鉛直方向に固定して該軸状部品を鉛直下方へ落とし込むことを前提とした上で、上記するような軸状部品の嵌め込み作業が極めて困難な場合においても比較的スムーズな嵌め込みをおこなうことのできる方法に関するものである。

本発明では、軸状部品が嵌め込まれる嵌入孔を鉛直方向となるように該本体部品を治具に固定した後に、軸状部品の先端を嵌入孔へ挿入していく。ここで、対象となる軸状部品は、その材質が鋼製やポリエチレン等の比較的軟質なプラスチック製材料など任意の材質からなるものでよいが、少なくとも該軸状部品がその長手方向にわたって鉛直方向に伸びた状態を維持しながら人手にて把持しておく。軸状部品の先端が嵌入孔の最初の縮径部に当接する直前または当接すると同時に治具を所定の振動数で振動させるとともに、人手から軸状部品を離す。人手から軸状部品を離した状態であっても、軸状部品がほぼ鉛直方向の立設状態を維持できるように、軸状部品に何らの押圧力を掛けないように指の間に軸状部品の一部を収容した状態としておくのがよい。

ここで、所定の振動数とは、本体部品を固定した状態での治具および該本体部品の全体の固有振動数または固有振動数付近の振動数のことである。例えば、治具に予め電気発振素子ないし磁気発振素子などの振動素子を内臓しておくとともに、本体部品と治具を組み合わせた重量ないし全体剛性に固有の振動数にて振動可能に設定しておくことができる。なお、振動方向は水平方向、鉛直方向、さらには水平および鉛直方向の組み合わせのいずれの方向であってもよい。水平方向の振動は、軸状部品が本体部品の嵌入孔の開口部にある際に有効であり、鉛直方向の振動は、軸状部品が嵌入孔の途中で引っかかるなどした際に有効であると考えられる。したがって、水平方向の振動と鉛直方向の振動を適宜組み合わせるのが好ましい。

一般に、比較的小型の軸状部品と、本体部品およびその固定用治具との固有振動数は大きく相違するものと考えられる。双方の重量等の相違から、本体部品およびその固定用治具の全体の固有振動数は軸状部品の固有振動数に比べて低周波振動となる。本体部品および治具に固有の振動数にて該本体部品および治具を振動させることにより、これらは大きく共振する一方で、その固有振動数からかけ離れた振動数にて振動を与えられた軸状部品は、本体部品等の振幅に比べてわずかに振幅するのみである。そのため、本体部品（の嵌入孔）が大きく振動している途中で、相対的に微振動状態の軸状部品の下方先端の端面が嵌入孔の孔（縮径部の孔）に収容された状態となる。この段階で軸状部品はその自重から嵌入孔へ落ち込むことによって嵌入孔へ嵌め込まれることとなる。

仮に、本体部品および治具の固有振動数と、軸状部品の固有振動数のどちらにもかけ離れた振動数（例えば、双方の固有振動数の中間の振動数など）にて本体部品等を振動させた場合には、双方ともに振動の程度がわずかとなり、軸状部品の先端面が嵌入孔の縮径部の孔に収容された状態となるまでに相対的に時間を要することとなる。一方の固有振動数または固有振動数付近で振動させて一方のみを大きく振動させることにより、軸状部品が嵌入孔へ嵌入するまでの時間を短縮することが可能となる。

さらに、軸状部品の固有振動数または固有振動数付近の振動数ではなくて、本体部品および治具の固有振動数または固有振動数付近で振動させることの利点は、相対的に低周波振動を与えることとなるため、振動に要する供給エネルギーを極力少なくできるからである。尤も、直接振動を与えられる治具（治具および本体部品）固有の固有振動数で振動させることの方が効率的でもある。

また、本発明による他の軸状部品の嵌め込み方法は、嵌入孔を有する本体部品の該嵌入孔に軸状部品を嵌め込む軸状部品の嵌め込み方法であって、前記嵌入孔は段付き孔に成形され、および／または前記軸状部品は段付き形状に成形されており、前記本体部品を前記嵌入孔が鉛直方向となるように治具に固定し、ロボットハンドにて前記軸状部品をチャックした状態で該嵌入孔に少なくとも該軸状部品の先端付近を挿入し、ロボットハンドから該軸状部品をアンチャックするとともに該本体部品および該治具の固有振動数または固有振動数付近の振動数にて該本体部品および該治具を振動させ、前記軸状部品を前記嵌入孔に嵌入させることを特徴とする。

本発明は、人手にて軸状部品を把持するとともに嵌入孔へ該軸状部品を導いてなる上記発明に対して、ロボットハンドにて軸状部品を把持（チャック）しながら嵌入孔へ導く方法である。そのほかの構成は上記する発明と同様である。

ここで、使用されるロボットは、多自由度を有するアームの先端に軸状部品のチャックおよびアンチャックを適宜おこなうことのできる産業用ロボットが使用される。かかるロボットはコントローラを内臓した別途の制御装置にて作動することができ、軸状部品の先端が嵌入孔の最初の段付き部（縮径部）に当接する直前または当接すると同時に該軸状部品をアンチャック可能に制御されている。また、人手の場合と同様に、軸状部品をアンチャックした後においても該軸状部品をほぼ鉛直方向に維持することができるように軸状部品に押圧力を与えないように、ハンド内に該軸状部品の一部を収容した状態を保持しておく。

かかるロボットを使用することにより、軸状部品の嵌め込み作業をおこなう作業ユニットを複数併設してなる無人化された生産ラインを構築することが可能となる。

さらに、本発明による軸状部品の嵌め込み方法の他の実施形態として、前記軸状部品の嵌め込み方法において、前記軸状部品はバルブスプールやスプリングやプラグなどのバルブ構成部品であり、前記本体部品はバルブボディであることを特徴とする。

嵌入孔の内空形状が段付き形状の段付き孔であって、軸状部品の嵌入孔への嵌め込み作業が極めて困難な嵌め込み作業の中でも、例えば、車輌用自動変速機のコントロールバルブのバルブボディに穿設されたバルブ孔などの嵌入孔に、段付き形状に成形されたスプールバルブやスプリング、プラグなどを組み合わせた状態で嵌め込む作業が、本発明の実施形態としては好適である。

以上の説明から理解できるように、本発明の軸状部品の嵌め込み方法によれば、段付き孔に成形された嵌入孔に軸状部品を嵌め込む等の嵌め込み作業が極めて困難な場合であっても、人手またはロボットハンドにて容易でかつ比較的短時間に軸状部品を嵌入孔に嵌め込むことができる。特に、ロボットハンドにておこなう場合には、かかる軸状部品の嵌め込み作業をおこなう作業ユニットを複数併設してなる無人化された生産ラインを構築することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の軸状部品の嵌め込み方法を実施するための装置の概要を示した斜視図である。図２〜図４は、本発明の軸状部品の嵌め込み方法を説明した縦断面図である。なお、使用する産業用ロボットや軸状部品などは図示する実施形態に限定されるものでないことは勿論のことである。また、産業用ロボットを使用せずに人手によって軸状部品を把持および嵌入孔へ導入する方法であってもよいことは勿論のことである。

図１に示す部品組み付け用の装置は、２つのロボットアーム１１，１１がボディ部１０の側面を上下に昇降可能に取付けられた産業用ロボット１と、該産業用ロボット１と配線２１で繋がれたコントローラ内臓の制御装置２、部品が組み付けられる本体部品であるバルブボディ５を固定するための治具３と、これらを載置するプレート６とから主に構成されている。各ロボットアーム１１，１１の先端には軸状部品であるスプールバルブ４を把持可能なロボットハンド１２，１２が取付けられている。なお、図示しなが、かかる装置を備えた作業ユニットを複数併設して生産ラインを構成する場合は、図示する組付け用治具３の図中の前方にコンベアが取付けられ、各作業ユニット間をコンベアが連通するように構成し、かかるコンベア上を順次組み付けられた本体部品が流れていくように生産ラインを形成することができる。さらに、図示しないが、産業用ロボット１が部品を取り出すための部品供給装置や、コンベア上を移動してきた本体部品を治具３に移載するための移載装置などを設置することができる。

治具３には、電気発振素子ないし磁気発振素子などの振動素子（図示せず）が内臓されており、該治具３およびバルブボディ５を組み合わせた全体の固有振動数または固有振動数付近の振動数にてかかる治具３が振動できるように設定されている。該治具３の振動素子の作動開始は産業用ロボット１と同様に制御装置２にて連動制御可能であり、ロボットハンド１２がスプールバルブ４をバルブ孔５１内に挿入していき、縮径部５１ａに該スプールバルブ４の先端４５が当接する直前または当接すると同時に振動素子の作動が開始されるように構成しておくことができる。なお、スプールバルブ４の直径に対する長手方向の長さの比が比較的大きな（すなわち細長い）場合には、該スプールバルブ４をバルブ孔５１に挿入させてロボットハンド１２をアンチャックした後に、振動素子の振動を開始させた方が有効な場合もある。

図２〜図４に基づいて、軸状部品（スプールバルブ４）を本体部品（バルブボディ５）の嵌入孔（バルブ孔５１）に嵌入させる方法について説明する。例えば外径の異なる複数の突起部４２，４３，４４を軸体４１でそれぞれ繋ぎ、鋼製材料からなるスプールバルブ４の一端付近をロボットハンド１１でチャックした状態でバルブ孔５１内へ挿入していく（図２の矢印Ｘ方向）。なお、図示するバルブ孔５１の実施形態は、該バルブ孔５１の開口から所定深度入ったところで孔径が狭くなる縮径部５１ａを備えており、縮径部５１ａから下方の孔径はスプールバルブ４の突起部４３，４４の外径に微小クリアランスを加えた程度の径に成形されており、該突起部４３，４４よりも径の大きな突起部４２の径よりも小さく成形されている。

スプールバルブ４の先端４５が縮径部５１ａに当接する直前または当接すると同時に、治具３に内臓の振動素子が、該治具３と該治具３に固定されたバルブボディ５を組み合わせた全体の固有振動数または固有振動数付近の振動数にて振動をはじめ、かかる振動によってバルブボディ５は図３に示す矢印Ｙ方向に振動する。バルブボディ５は固有振動数付近で振動しているため、共振作用によりその振幅は比較的大きなものとなる。

バルブボディ５１の振動と同時またはほぼ同時にロボットハンド１１がスプールバルブ４をアンチャックする（矢印Ｘ方向）。なお、該ロボットハンド１１はスプールバルブ４をアンチャックしながらも、スプールバルブ４がほぼ鉛直方向に起立した状態を維持できるようにスプールバルブ４のチャック付近をロボットハンド１１内に収容した状態としておく。バルブボディ５１の振動がスプールバルブ４の突起部４２の側面や先端４５などを通じて該スプールバルブ４に伝達され、スプールバルブ４も振動することとなる（矢印Ｚ方向）。バルブボディ５１の振動周期がスプールバルブ４の固有振動数からかけ離れた振動数にて振動しているため、スプールバルブ４は共振せず、したがって該スプールバルブ４の振動振幅は、バルブボディ５１の振幅に比して小さなものとなる。

上記するバルブボディ５の相対的に大きな振幅振動（矢印Ｙ方向）と、バルブ孔５１内でのスプールバルブ４の相対的に小さな振幅振動をしばらく繰り返している間に、スプールバルブ４の先端４５が縮径部５１ａ内に収容される状態がくる。ここで、スプールバルブ４は該先端４５から縮径部５１ａ内に落ち込み（図４の矢印Ｘ方向）、スプールバルブ４の突起部４２下端が縮径部５１ａに当接する状態となることでスプールバルブ４の嵌め込み作業が完了する。

なお、振動素子による治具３およびバルブボディ５の振動方向は、図示する水平方向のみならず、鉛直方向であってもよく、さらには水平方向と鉛直方向を同時に振動する場合であってもよい。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

本発明の軸状部品嵌め込み方法を実施するための装置の概要を示した斜視図。 本発明の軸状部品嵌め込み方法を説明した縦断面図。 図２に続いて、本発明の軸状部品嵌め込み方法を説明した縦断面図。 図３に続いて、本発明の軸状部品嵌め込み方法を説明した縦断面図。

符号の説明

１…産業用ロボット、３…治具、４…軸状部品（スプールバルブ）、５…本体部品（バルブボディ）、１２…ロボットハンド、４５…先端、５１…嵌入孔（バルブ孔）、５１ａ…縮径部

Claims (3)

1. 嵌入孔を有する本体部品の該嵌入孔に軸状部品を嵌め込む軸状部品の嵌め込み方法であって、
   前記嵌入孔は段付き孔に成形され、および／または前記軸状部品は段付き形状に成形されており、前記本体部品を前記嵌入孔が鉛直方向となるように治具に固定し、該嵌入孔に少なくとも前記軸状部品の先端付近を挿入した状態で、該本体部品および該治具の固有振動数または固有振動数付近の振動数にて該本体部品および該治具を振動させ、前記軸状部品を前記嵌入孔に嵌入させることを特徴とする、軸状部品の嵌め込み方法。
2. 嵌入孔を有する本体部品の該嵌入孔に軸状部品を嵌め込む軸状部品の嵌め込み方法であって、
   前記嵌入孔は段付き孔に成形され、および／または前記軸状部品は段付き形状に成形されており、前記本体部品を前記嵌入孔が鉛直方向となるように治具に固定し、ロボットハンドにて前記軸状部品をチャックした状態で該嵌入孔に少なくとも該軸状部品の先端付近を挿入し、ロボットハンドから該軸状部品をアンチャックするとともに該本体部品および該治具の固有振動数または固有振動数付近の振動数にて該本体部品および該治具を振動させ、前記軸状部品を前記嵌入孔に嵌入させることを特徴とする、軸状部品の嵌め込み方法。
3. 前記軸状部品はバルブスプールやスプリングやプラグなどのバルブ構成部品であり、前記本体部品はバルブボディであることを特徴とする、請求項１または２に記載の軸状部品の嵌め込み方法。

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