JP4974985B2 - 圧入装置と圧入方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークに圧入部品を圧入する技術に関する。

特許文献１に、ワークに圧入部品を圧入する圧入装置が開示されている。この圧入装置は、ワークが載置される治具と、治具に載置されたワークに圧入部品を圧入するポンチと、ポンチを超音波振動させる超音波振動子を備え、圧入部品を圧入する際にポンチに超音波振動を付与している。

特開２００３−３１１７６５号公報

特許文献１に記載されているように、ワークに圧入部品を圧入する際に、ポンチに超音波振動を付与することによって、圧入荷重を低減することができる。本発明は、この技術をさらに発展させたものであり、圧入荷重のさらなる低減を目的とする。

本発明は、ワークに圧入部品を圧入する圧入装置に具現化される。この圧入装置は、ワークが載置される治具と、治具に対してワークを位置決めする位置決め機構と、治具に載置されたワークに圧入部品を圧入するポンチと、治具とポンチの少なくとも一方を超音波振動させる超音波振動子を備えている。位置決め機構は、治具に対するワークの位置決め自由度を少なくとも二段階に調整可能であり、ポンチによる圧入部品の圧入時には、治具に対するワークの位置決め自由度を大きくする。
ここで、治具に対するワークの位置決め自由度とは、治具に対して位置決めされた状態のワークが、治具に対して相対移動できる程度を示す。即ち、治具に対するワークの位置決め自由度を大きくするとは、治具に対して位置決めされた状態のワークを、治具に対してより大きく相対移動できるようすることを意味する。

治具に載置したワークに圧入部品を圧入する際に、治具に対して位置決めしたワークに自由度を与えず、治具に対してワークが相対移動することを完全に禁止すると、圧入荷重が急激に増大することがある。それに対して、治具に対して位置決めしたワークに自由度を与え、治具に対してワークが相対移動することを許容すると、圧入荷重の急激な増大を防止することができる。しかしながら、位置決め機構によるワークの位置決めに自由度を与えると、治具に対してワークを載置する際に、治具に対してワークを正確に位置決めすることが困難となる。そこで、本発明に係る圧入装置では、位置決め機構が、治具に対するワークの位置決め自由度を少なくとも二段階に調整可能となっており、ポンチによる圧入部品の圧入時には、治具に対するワークの位置決め自由度を大きくすることができる。そのことから、治具に対してワークを載置する段階では、治具に対するワークの位置決め自由度を限りなく排除し、治具に対してワークを正確に位置決めすることができる。その後、ワークに圧入部品を圧入する段階では、治具に対するワークの位置決め自由度を大きくし、圧入荷重の急激な増大を防止することができる。

前記した位置決め機構は、ワークに形成された基準穴に挿入される位置決めピンと、その位置決めピンをワークの基準穴に対して進退させることによって、位置決めピンと基準穴との間のクリアランスを少なくとも二段階に調整するアクチュエータを有することが好ましい。この場合、アクチュエータは、ポンチによって圧入部品が圧入される圧入期間の少なくとも一部で、位置決めピンと基準穴との間のクリアランスを広くすることが好ましい。
この構成によると、ポンチによって圧入部品が圧入される圧入期間の少なくとも一部で、位置決めピンと基準穴との間のクリアランスを広げ、治具に対するワークの位置決め自由度を大きくすることができる。

上記した位置決め機構では、例えば、位置決めピンに、先端側に位置する第１部分と、基端側に位置するとともに第１部分よりも大径である第２部分が形成されていることが好ましい。この場合、アクチュエータが、ポンチによって圧入部品が圧入される圧入期間の少なくとも一部で、第１部分が基準穴内に位置するとともに第２部分が基準穴外に位置する後退位置まで、位置決めピンを後退させるとよい。

上記した位置決めピンでは、第１部分を、位置決めピンの先端に向かって径が縮小するテーパ部とすることが好ましい。また、第２部分を、軸方向において径が略一定のストレート部とすることが好ましい。
位置決めピンにテーパ部が形成されていると、そのテーパ部を基準穴に挿入する深さに応じて、位置決めピンと基準穴との間のクリアランスを調整することができる。従って、、位置決めピンを後退させる後退位置を調整することによって、治具に対するワークの位置決め自由度を調整することが可能となる。

本発明の技術は、ワークに圧入部品を圧入する圧入方法にも具現化される。この圧入方法は、位置決め機構を有する治具にワークを載置する載置工程と、治具とポンチの少なくとも一方に超音波振動を付与した状態で、治具に載置したワークに圧入部品をポンチによって圧入する圧入工程を備えている。そして、位置決め機構は、ワークに形成された基準穴に挿入される位置決めピンと、位置決めピンをワークの基準穴に対して進退させることによって、位置決めピンと基準穴との間のクリアランスを少なくとも二段階に調整するアクチュエータを有し、治具に対するワークの位置決め自由度を少なくとも二段階に調整可能な構成とする。位置決めピンには、先端側に形成されているとともに位置決めピンの先端に向かって径が縮小するテーパ部と、基端側に形成されているとともにテーパ部よりも大径であり、かつ軸方向に沿って径が略一定のストレート部が形成されている。圧入工程の少なくとも一部の期間では、アクチュエータが、テーパ部が基準穴内に位置するとともにストレート部が基準穴外に位置する後退位置まで位置決めピンを後退させ、位置決めピンと基準穴との間のクリアランスを広くすることによって、治具に対するワークの位置決め自由度を大きくすることを特徴とする。
この圧入方法によると、治具に対してワークを載置する工程では、治具に対するワークの位置決め自由度を限りなく排除し、治具に対してワークを正確に位置決めすることができる。ワークに圧入部品を圧入する工程では、治具に対するワークの位置決め自由度を大きくし、圧入荷重の急激な増大を防止することができる。

本発明によると、ワークに圧入部品を圧入する際に、圧入荷重の急激な増大を防止することができる。

最初に、本発明を実施する好適な実施形態を列記する。
（形態１） ワークに圧入部品を圧入する際には、ワークを保持する治具と、ポンチを圧入するポンチの、少なくとも一方に超音波振動を付与すればよい。ただし、治具及びその治具に載置されるワークよりも、ポンチ及びそのポンチによって圧入される圧入部品の方が小型である場合が多いので、治具のみに超音波振動を付与するよりは、ポンチのみに超音波振動を付与する方が好ましい。
（形態２） 治具にワークを載置する段階では、治具に対するワークの位置決め自由度を小さくし、ワークに圧入部品を圧入する段階で、治具に対するワークの位置決め自由度を大きくすることが好ましい。
（形態３） 位置決めピンのアクチュエータには、例えばエアシリンダやソレノイドを採用することが好ましい。
（形態４） 位置決めピンの後退位置は、調整可能であることが好ましい。そのために、例えば、後退位置へ移動した位置決めピンに当接する位置に、スペーサを着脱可能に設けることが好ましい。それにより、配設するスペーサの厚みによって、位置決めピンの後退位置を調整することが可能となる。

本発明を実施した実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例の圧入装置１０の構成を示している。圧入装置１０は、ワーク１００に形成された加工穴１０２に、筒状の圧入部品１１０を圧入する装置である。ワーク１００や圧入部品１１０の材質や形状は特に限定されない。本実施例のワーク１００は、金属製品であり、詳しくはシリンダヘッドである。また、圧入部品１１０は、同じく金属製品であり、詳しくはプラグチューブである。なお、図面では、ワーク１００や圧入部品１１０の形状を単純化して示している。ワーク１００には、位置決め用に複数の基準穴１０６が形成されている。

図１に示すように、圧入装置１０は、主に、フレーム１２と、ポンチユニット３０と、サーボシリンダ２０と、治具４０を備えている。
フレーム１２は、一対の上プレート１４及び下プレート１８と、上プレート１４及び下プレート１８を互いに固定している複数のピラー１６を備えている。
治具４０は、下プレート１８に固定されており、ワーク１００が載置される。治具４０には、載置されたワーク１００を位置決めするための位置決め機構５０が複数設けられている。それにより、治具４０に載置されたワーク１００が、圧入部品１１０の圧入方向に垂直な方向に関して、位置決め（所定の位置に固定）されるようになっている。
位置決め機構５０は、主に、ワーク１００の基準穴１０６に挿入される位置決めピン５２と、ワーク１００の基準穴１０６に対して位置決めピン５２を進退させるエアシリンダ５６を備えている。また、位置決め機構５０には、位置決めピン５２の後退位置を調整するためのスペーサ５４が着脱可能に設けられている。位置決め機構５０の構成については、後段において詳細に説明する。

ポンチユニット３０は、ワーク１００に圧入部品１１０を圧入するためのポンチ３４と、ポンチ３４に超音波振動を付与する超音波振動子３２を備えている。ポンチユニット３０には、複数のガイドロッド２２が固定されており、その複数のガイドロッド２２は、フレーム１２の上プレート１４に固定された複数のガイドブッシュ２４によって、摺動可能に支持されている。それにより、ポンチユニット３０は、フレーム１２に対して上下方向に移動可能となっている。
サーボシリンダ２０は、上プレート１４に固定されており、上プレート１４に対してポンチユニット３０を上下動させる。サーボシリンダ２０は、図示しないコントローラによってその動作が制御され、ポンチユニット３０の上下方向の位置をフィードバック制御する。サーボシリンダ２０がポンチユニット３０を下方に移動させると、ポンチ３４が治具４０に向かって移動し、圧入部品１１０がワーク１００の加工穴１０２に圧入される。
ここで、ポンチユニット３０を動かすアクチュエータは、サーボシリンダ２０に限定されない。ポンチユニット３０を動かすアクチュエータは、例えば油圧シリンダなどの他の種類のアクチュエータであってもよい。

図２、図３を参照し、位置決め機構５０の構成について詳細に説明する。図２、図３に示すように、位置決めピン５２は、治具４０からの突出量が変化するように、その軸方向に移動可能に設けられている。そして、位置決めピン５２には、エアシリンダ５６のピストンロッド５６ａが接続されている。エアシリンダ５６がピストンロッド５６ａを前進させると、位置決めピン５２は、ワーク１００の基準穴１０６に対して前進した前進位置（図２に示す位置）へ移動する。このとき、位置決めピン５２は、ワーク１００の基準穴１０６に深く挿入された状態となる。逆に、エアシリンダ５６がピストンロッド５６ａを後退させると、位置決めピン５２は、ワーク１００の基準穴１０６に対して後退した後退位置（図３に示す位置）へ移動する。このとき、位置決めピン５２は、ワーク１００の基準穴１０６に浅く挿入された状態となる。図３に示すように、後退位置に移動した位置決めピン５２は、位置決めピン５２とエアシリンダ５６の間に配設されたスペーサ５４が当接する。位置決め機構５０では、スペーサ５４の厚みを変更することによって、位置決めピン５２の後退位置を調節可能となっている。

位置決めピン５２には、その先端側から順に、テーパ部５２ａと、ストレート部５２ｂと、基端部５２ｃが設けられている。テーパ部５２ａは、先端に向かって径が縮小する部分であり、ストレート部５２ｂは、軸方向に沿って径が一定の部分である。ストレート部５２ｂは、テーパ部５２ａよりも大径（径が大きい）となっている。
図２に示すように、位置決めピン５２が前進位置にある状態では、位置決めピン５２のテーパ部５２ａとストレート部５２ｂの両者が、ワーク１００の基準穴１０６内に位置している。このとき、位置決めピン５２と基準穴１０６との間には、僅かなクリアランスしか存在しない（図面では図示されない）。従って、治具４０に対するワーク１００の相対移動は略禁止される。即ち、位置決めピン５２が前進位置にあると、治具４０に対するワーク１００の位置決め自由度（治具４０に位置決めされたワーク１００が治具４０に対して相対移動できる程度）は非常に小さくなる。

一方、図３に示すように、位置決めピン５２が後退位置に移動すると、位置決めピン５２のストレート部５２ｂは基準穴１０６外へ移動し、テーパ部５２ａの一部のみが基準穴１０６内に位置する状態となる。このとき、位置決めピン５２と基準穴１０６との間には、比較的に大きなクリアランスＣが形成される。その結果、治具４０に対するワーク１００の相対移動が、ある程度は許容されるようになる。即ち、位置決めピン５２が後退位置に移動すると、治具４０に対するワーク１００の位置決め自由度は大きくなる。
このように、位置決め機構５０は、位置決めピン５２を進退させることによって、治具４０に対するワーク１００の位置決め自由度を２段階に調整可能となっている。

ここで、後退位置に移動した位置決めピン５２と基準穴１０６との間のクリアランスＣは、位置決めピン５２の後退位置に応じて変化する。即ち、位置決めピン５２がより大きく後退するほど、位置決めピン５２と基準穴１０６との間のクリアランスＣは広くなり、治具４０に対するワーク１００の位置決め自由度は大きくなる。このように、位置決めピン５２にテーパ部５２ａが設けられていると、位置決めピン５２の後退位置を調整することによって、治具４０に対するワーク１００の位置決め自由度の拡大幅を調整することができる。即ち、本実施例の圧入装置１０では、スペーサ５４の厚みを変更することによって、治具４０に対するワーク１００の位置決め自由度の拡大幅を調整することができる。

位置決め機構５０において、位置決めピン５２を動かすアクチュエータは、エアシリンダ５６に限定されない。位置決めピン５２を動かすアクチュエータは、例えばソレノイドやサーボシリンダ等であってもよい。特に、サーボシリンダのような位置制御が可能なアクチュエータであると、スペーサ５４を必要とすることなく、位置決めピン５２の後退位置を調整することが可能となる。即ち、スペーサ５４を必要とすることなく、位置決めピン５２と基準穴１０６との間のクリアランスＣを自由に変化させ、治具４０に対するワーク１００の位置決め自由度を自由に調整することが可能となる。

図４は、圧入装置１０を用いた圧入方法の手順を示すフローチャートである。以下、図４に示すフローチャートに沿って、圧入装置１０を用いた圧入方法を詳細に説明する。
先ず、ステップＳ１０では、治具４０にワーク１００を載置する前に、位置決めピン５２をエアシリンダ５６によって前進位置に移動させておく。
次に、ステップＳ１２では、ワーク１００及び圧入部品１１０を、治具４０の上に載置する。このとき、位置決めピン５２をワーク１００の基準穴１０６に挿入し、治具４０に対してワーク１００を位置決めする。位置決めピン５２が前進位置にあるので、治具４０に対するワーク１００の位置決め自由度は極めて小さく、治具４０に対してワーク１００を正確に位置決めすることができる。なお、圧入部品１１０については、ワーク１００を治具４０に載置した後に、ワーク１００の加工穴１０２に配置してもよいし、ワーク１００を治具４０に載置する前に、ワーク１００の加工穴１０２に配置しておいてもよい。図１に示す状態は、ステップＳ１２の工程が完了した状態を示す。

次に、ステップＳ１４では、図５に示すように、位置決めピン５２を、後退位置に移動させる（位置決め機構５０は図３に示す状態となる）。それにより、ポンチ３４による圧入部品１１０の圧入に先立って、治具４０に対するワーク１００の位置決め自由度を大きくする。
次に、ステップＳ１６では、超音波振動子３２をオンし、ポンチ３４への超音波振動の付与を開始する。

次に、ステップＳ１８では、サーボシリンダ２０を動作させ、ポンチ３４を下降させていく。それにより、図６に示すように、圧入部品１１０は、超音波振動が付与されながら、ワーク１００の加工穴１０２に圧入されていく。このとき、位置決めピン５２は後退位置に位置しており、治具４０に位置決めされたワーク１００には、比較的に大きな自由度が与えられている。先にも説明したように、超音波振動を付与しながらワーク１００に圧入部品１１０を圧入する際に、治具４０に位置決めされたワーク１００に自由度を与えると、圧入荷重が急激に増大することを防止することができる。また、位置決め機構５０によるワーク１００の位置決めは、その自由度が大きいものの継続されてはいるので、ワーク１００や圧入部品１１０の位置が大きく移動することは禁止される。従って、ワーク１００や圧入部品１１０が大きく移動してしまい、圧入部品１１０の圧入ができなくなる、といった事態が生じることもない。
図７に示すように、圧入部品１１０の圧入が完了した後（ステップＳ２０でイエス）、ステップＳ２２では、サーボシリンダ２０の動作方向を反転させ、ポンチ３４を上昇させる。以上により、圧入装置１０による圧入部品１１０の圧入動作が完了する。

以上のように、本実施例の圧入装置１０では、治具４０に対してワーク１００を位置決めする位置決め機構５０が、その位置決め自由度を二段階に調整可能となっている。そして、位置決め機構５０は、ポンチ３４によって圧入部品１１０が圧入される圧入期間において、その位置決め自由度を大きくすることができる。それにより、圧入荷重の急激な増大を防止することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本実施例では、ワーク１００に圧入部品１１０を圧入する圧入期間の全体において、治具４０に対するワーク１００の位置決め自由度を大きくしているが、その必要は必ずしもない。圧入荷重が急激に増大するという現象は、圧入期間の初期で発生することは少なく、圧入期間の中期や後期で多く発生することが確認されている。従って、圧入期間の初期では、ワーク１００の位置決め自由度を小さいままに維持し、圧入期間の中期及び後期において、ワーク１００の位置決め自由度を大きくしてもよい。圧入期間の全体のなかで、ワーク１００の位置決め自由度を大きくする期間は、実験等に基づいて選択的に設定することができる。

本実施例の圧入装置１０では、位置決めピン５２の形状を適宜変更することができる。例えば、図８、図９に示すように、位置決めピン５２の先端部分には、先に説明したテーパ部５２ａ（図２、図３参照）に代えて、第２のストレート部５２ｄを設けてもよい。ここで、第２のストレート部５２ｄは、基端側のストレート部５２ｂよりも小径とする。このように、位置決めピン５２を段付き形状としても、位置決めピン５２をワーク１００の基準穴１０６に対して進退することにより、治具４０に対するワーク１００の位置決め自由度を変化させることができる。あるいは、位置決めピン５２を段付き形状にすることに代えて、ワーク１００の基準穴１０６を段付き形状とすることもできる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

圧入装置の構成を示す図。 位置決め機構の構成を示す図（位置決めピンが前進位置にある状態）。 位置決め機構の構成を示す図（位置決めピンが後退位置にある状態）。 圧入装置による圧入動作の流れを示すフローチャート。 圧入装置による圧入動作の一状態を示す図（ステップＳ１４）。 圧入装置による圧入動作の一状態を示す図（ステップＳ１８）。 圧入装置による圧入動作の完了状態を示す図（ステップＳ２２）。 位置決め機構の変形例を示す図（位置決めピンが前進位置にある状態）。 位置決め機構の変形例を示す図（位置決めピンが後退位置にある状態）。

符号の説明

１０：圧入装置
１２：フレーム
２０：サーボシリンダ
３０：ポンチユニット
３２：超音波振動子
３４：ポンチ
４０：治具
５０：位置決め機構
５２：位置決めピン
５２ａ：テーパ部
５２ｂ：ストレート部
５２ｄ：第２のストレート部
５４：スペーサ
５６：エアシリンダ
１００：ワーク
１０２：加工穴
１０６：基準穴
１１０：圧入部品

Claims (2)

1. ワークに圧入部品を圧入する圧入装置であって、
   ワークが載置される治具と、
   治具に対してワークを位置決めする位置決め機構と、
   治具に載置されたワークに圧入部品を圧入するポンチと、
   治具とポンチの少なくとも一方を超音波振動させる超音波振動子を備え、
   位置決め機構は、ワークに形成された基準穴に挿入される位置決めピンと、位置決めピンをワークの基準穴に対して進退させることによって、位置決めピンと基準穴との間のクリアランスを少なくとも二段階に調整するアクチュエータを有し、ワークの位置決め自由度を少なくとも二段階に調整可能であり、
   位置決めピンには、先端側に形成されているとともに位置決めピンの先端に向かって径が縮小するテーパ部と、基端側に形成されているとともにテーパ部よりも大径であり、かつ軸方向に沿って径が略一定のストレート部が形成されており、
   アクチュエータは、ポンチによって圧入部品が圧入される圧入期間の少なくとも一部で、テーパ部が基準穴内に位置するとともにストレート部が基準穴外に位置する後退位置まで位置決めピンを後退させ、位置決めピンと基準穴との間のクリアランスを広くすることによって、治具に対するワークの位置決め自由度を大きくすることを特徴とする圧入装置。
2. ワークに圧入部品を圧入する圧入方法であって、
   位置決め機構を有する治具にワークを載置する載置工程と、
   治具とポンチの少なくとも一方に超音波振動を付与した状態で、治具に載置したワークに圧入部品をポンチによって圧入する圧入工程を備え、
   前記位置決め機構は、ワークに形成された基準穴に挿入される位置決めピンと、位置決めピンをワークの基準穴に対して進退させることによって、位置決めピンと基準穴との間のクリアランスを少なくとも二段階に調整するアクチュエータを有し、治具に対するワークの位置決め自由度を少なくとも二段階に調整可能であり、
   位置決めピンには、先端側に形成されているとともに位置決めピンの先端に向かって径が縮小するテーパ部と、基端側に形成されているとともにテーパ部よりも大径であり、かつ軸方向に沿って径が略一定のストレート部が形成されており、
   アクチュエータは、前記圧入工程の少なくとも一部の期間で、テーパ部が基準穴内に位置するとともにストレート部が基準穴外に位置する後退位置まで位置決めピンを後退させ、位置決めピンと基準穴との間のクリアランスを広くすることによって、治具に対するワークの位置決め自由度を大きくすることを特徴とする圧入方法。

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