JP7226122B2

JP7226122B2 - 組立装置

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Publication number: JP7226122B2
Application number: JP2019113667A
Authority: JP
Inventors: 力蔵赤木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2039-06-19
Also published as: JP2020059114A

Description

本発明は、２以上の部材を組み立てる組立装置に関する。

例えば車両用の燃料ポンプなどのように高いシール性が求められる機器は、２以上の部材がいわゆる焼き嵌めといわれる手法で組み立てられる。焼き嵌めは、組み付けの対象となる２以上の部材のうちの一方に穴部を設け、この穴部に他方の部材を取り付ける手法である。この場合、穴部を有する部材は、加熱されることにより膨張し、拡大した穴部に他方の部材が挿入される。そして、これらを冷却することにより、部材の収縮によって２つの部材は密に組み立てられる。

しかしながら、このような焼き嵌めでは、２以上の部材の間で高いシール性を確保するために、穴部の内径は挿入される部材の外径よりも小さく設定されている。焼き嵌めのように加熱によって穴部を拡大する場合でも、材料の熱的な特性から過剰な加熱は困難である。そのため、加熱時における穴部への部材の挿入は、高い精度が要求される。仮に、穴部を有する部材に微小な傾きや寸法の誤差などがあると、穴部への部材の挿入は困難になるという問題がある。

特開昭３－２３９４３０号公報

そこで、一方の部材にあわせて他方の部材の位置および姿勢が変化することにより、一方の部材に他方の部材が安定して装着される組立装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、第二部材を保持して第一部材に装着する装着機構部は、揺動支持部および直線支持部を有している。第二部材を保持する第二保持部は、これら揺動支持部および直線支持部に支持されている。揺動支持部は、第二部材の中心軸に対して垂直なＸ１軸およびＹ１軸を中心に揺動可能に第二保持部を支持する。すなわち、揺動支持部は、第二保持部を、Ｘ１軸を中心とする旋回およびＹ１軸を中心とする旋回を合成した姿勢で保持する。また、直線支持部は、第二部材の中心軸に対して垂直なＸ２軸およびＹ２軸に沿って往復移動可能に第二保持部を支持する。すなわち、直線支持部は、第二保持部を、Ｘ２軸に沿った往復移動およびＹ２軸に沿った往復移動を合成した平面上の移動を可能とする。これらにより、第二保持部に保持されている第二部材は、Ｘ２－Ｙ２平面における移動と、Ｘ１軸およびＹ１軸を中心とする旋回を合成した姿勢の変化とが可能になる。そのため、第一保持部に保持されている第一部材にわずかな傾斜や寸法の誤差が生じていても、第一部材に装着される第二部材は、第一部材にあわせて位置および姿勢が変化する。したがって、第二部材を第一部材に安定かつ確実に装着することができる。

第１実施形態による組立装置の模式的な構造を示す概略図第１実施形態による組立装置で組み立てられる組立部品を示す模式的な断面図第１実施形態による組立装置で組み立てられる組立部品を示す模式的な分解断面図第１実施形態による組立装置の装着機構部の模式的な構造を示す概略図第１実施形態による組立装置の保持台の模式的な構造を示す概略図第１実施形態による組立装置の位置決定部の模式的な構造を示す概略図第１実施形態による組立装置による組立部品の手順を示す模式的な断面図第１実施形態による組立装置による組立部品の手順を示す模式的な断面図第１実施形態による組立装置による組立部品の手順を示す模式的な断面図第１実施形態による組立装置による組立部品の手順を示す模式的な断面図第１実施形態による組立装置による組立部品の手順を示す模式的な断面図第１実施形態による組立装置において組立部品の組立時に加わる荷重の変化を示す概略図第２実施形態による組立装置の模式的な構造を示す概略図第２実施形態による組立装置において組立部品の冷却部位を示す模式的な断面図

以下、組立装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図１に示す第１実施形態による組立装置１０は、第一部材としてのヘッド１１と、第二部材としてのシリンダ１２を第三部材としてのフランジ１３とともに一体に組み立てる。図２および図３に示すようにヘッド１１、シリンダ１２およびフランジ１３は、一体の組立部品１４となって、例えば燃料ポンプの吐出口などに用いられる。これらヘッド１１、シリンダ１２およびフランジ１３から組み立てられる組立部品１４は、燃料などの漏れを防止するために高いシール性が要求される。そのため、シリンダ１２は、フランジ１３とともにヘッド１１に焼き嵌めによって一体に組み立てられる。

シリンダ１２は、穴部１５および穴部１６を有している。穴部１５は、図１に示す中心軸Ｃ１方向に伸びている。一方、穴部１６は、この穴部１５と垂直に径方向に設けられている。穴部１６は、シリンダ１２の周方向へ複数設けられている。ヘッド１１は、シリンダ１２が挿入される挿入穴部１７を有している。挿入穴部１７は、中心軸Ｃ１方向に伸びている。また、ヘッド１１は、シリンダ１２の中心軸Ｃ１と垂直に設けられている穴部１８を有している。ヘッド１１とシリンダ１２とが組み付けられたとき、シリンダ１２の穴部１６とヘッド１１の穴部１８とは同軸上に位置するように位置が合わせられる。

図１に示すように組立装置１０は、第一保持部２１、装着機構部２２、位置決定部２３および加熱部２４を備えている。第一保持部２１は、第一部材としてのヘッド１１を保持する。装着機構部２２は、第二保持部３２、往復駆動部３３、回転駆動部３４および位置合わせ部３５を有している。第二保持部３２は、第二部材としてのシリンダ１２を保持する。具体的には、第二保持部３２は、図４に示すようにスリーブ３６およびチャック３７を有している。スリーブ３６およびチャック３７はシリンダ１２を保持する。第二保持部３２に保持されているシリンダ１２は、変形を低減するために芯金３８を設置してもよい。

図１に示すように往復駆動部３３は、シリンダ１２を保持する第二保持部３２を、シリンダ１２の中心軸Ｃ１に沿って直線状に往復駆動する。これにより、第二保持部３２に保持されているシリンダ１２と、第一保持部２１に保持されているヘッド１１とは、シリンダ１２の中心軸Ｃ１に沿って相対的に移動する。

往復駆動部３３は、サーボモータ４１および案内部４２を有している。サーボモータ４１は、組立装置１０の天板４３に設けられている。組立装置１０は、天板４３に加え、支柱４４、支柱４５、固定ベース４６、固定プレート４７、可動プレート４８および可動プレート４９を備えている。サーボモータ４１は、案内部４２を回転駆動する。案内部４２は、例えばボールねじなどによって構成されており、サーボモータ４１が発生する駆動力によって回転する。天板４３は、サーボモータ４１を支持している。天板４３は、支柱４４および支柱４５によって固定ベース４６を挟んで架台部５１に支持されている。架台部５１は、例えば工場などの設備の一部であり、組立装置１０の装着機構部２２が設けられている。本実施形態の場合、架台部５１は、設備に固定されている。

固定プレート４７は、可動プレート４８を挟んで天板４３と一対で設けられている。固定プレート４７は、支柱４４および支柱４５に固定されている。案内部４２は、軸方向の一方の端部がサーボモータ４１によって回転可能に支持されるとともに、他方の端部が固定プレート４７によって回転可能に支持されている。固定プレート４７は、図５に示すようにフランジ１３を保持する保持台５２を有している。ヘッド１１およびシリンダ１２は、固定プレート４７に保持されたフランジ１３とともに組み立てられる。このフランジ１３を保持する保持台５２が設けられている固定プレート４７は、ヘッド１１、シリンダ１２およびフランジ１３を組み立てる際の基準面となる。保持台５２は、サーボモータ５３によって位置が設定される。具体的には、フランジ１３を保持する保持台５２は、サーボモータ５３によって駆動される。これにより、保持台５２に保持されているフランジ１３は、第二保持部３２に保持されているシリンダ１２と位相つまり中心軸Ｃ１を中心とする位置が合わせられる。

図１に示す案内部４２は、可動プレート４８の噛み合い部５４においてねじ結合している。これにより、両端がサーボモータ４１および固定プレート４７によって支持されている案内部４２が回転すると、可動プレート４８は、シリンダ１２の中心軸Ｃ１に沿って往復移動する。第二保持部３２は、この可動プレート４８に設けられている。これにより、往復駆動部３３のサーボモータ４１が案内部４２を回転駆動することにより、シリンダ１２を保持する第二保持部３２はシリンダ１２の中心軸Ｃ１方向へ移動する。可動プレート４９は、支柱４４および支柱４５に支持されている。ヘッド１１を保持する第一保持部２１が第二保持部３２へ接近するとき、可動プレート４９は移動する第一保持部２１とともに支柱４４および支柱４５に支持された状態で第二保持部３２へ接近する。

回転駆動部３４は、シリンダ１２を保持する第二保持部３２を、中心軸Ｃ１を中心として回転駆動する。シリンダ１２は、図２および図３に示すように径方向に貫く穴部１６を有している。この穴部１６の位置および向きは、ヘッド１１の穴部１８と合わせる必要がある。そのため、第二保持部３２に保持されているシリンダ１２は、位置を合わせるために中心軸Ｃ１を中心に回転される。回転駆動部３４は、例えばサーボモータ３４１などを有しており、第二保持部３２とともに、これに保持されているシリンダ１２を回転させる。

位置合わせ部３５は、シリンダ１２を保持する第二保持部３２の姿勢を、第一保持部２１に保持されているヘッド１１に合わせて変化させる。具体的には、位置合わせ部３５は、図４に示すように揺動支持部５５および直線支持部５６を有している。これら揺動支持部５５および直線支持部５６は、位置合わせ部３５において一体に設けられている。揺動支持部５５は、中心軸Ｃ１に垂直であって直交する２つのＸ１軸およびＹ１軸を中心に揺動可能に第二保持部３２を支持する。詳細には、揺動支持部５５は、Ｘ１軸またはＹ１軸を中心とする円弧面状に沿った移動を案内する。本実施形態では、２つで一対の揺動支持部５５は、中心軸Ｃ１に垂直なＸ１軸を中心として揺動する第一揺動支持部５５１と、中心軸Ｃ１に垂直かつＸ１軸に垂直なＹ１軸を中心として揺動する第二揺動支持部５５２とを有している。これにより、位置合わせ部３５は、Ｘ１軸およびＹ１軸を中心とする揺動を複合した姿勢で第二保持部３２を支持する。図４に示す場合、Ｘ１軸は紙面の表裏方向に伸びており、Ｙ１軸は紙面の左右方向に伸びている。

また、位置合わせ部３５は、直線支持部５６を有している。直線支持部５６は、中心軸Ｃ１に垂直であって直交する２つのＸ２軸およびＹ２軸に沿って往復移動可能に第二保持部３２を支持する。詳細には、直線支持部５６は、例えばＬＭガイド（登録商標）などと称される直線方向の移動を案内する機構を有している。本実施形態では、２つで一対の直線支持部５６は、中心軸Ｃ１に垂直なＸ２軸に沿って往復移動を支持する第一直線支持部５６１と、中心軸に垂直かつＸ２軸に垂直なＹ２軸に沿って往復移動を支持する第二直線支持部５６２とを有している。これにより、位置合わせ部３５は、Ｘ２軸およびＹ２軸に沿った往復移動を複合した位置で第二保持部３２を支持する。図４に示す場合、Ｘ２軸は紙面の表裏方向に伸びており、Ｙ２軸は紙面の左右方向に伸びている。なお、Ｘ１軸とＸ２軸、Ｙ１軸とＹ２軸とは、本実施形態のように同一方向に限らず、異なる方向に伸びていてもよい。

このように、位置合わせ部３５は、揺動支持部５５および直線支持部５６によってＸ１軸およびＹ１軸を中心に揺動可能、かつＸ２軸およびＹ２軸に沿って往復移動可能に支持されている。これにより、第二保持部３２に保持されたシリンダ１２が第一保持部２１に保持されたヘッド１１の挿入穴部１７に取り付けられるとき、シリンダ１２は位置合わせ部３５によってヘッド１１の挿入穴部１７にあわせて姿勢を変化する。具体的には、第一保持部２１に保持されたヘッド１１に設けられている挿入穴部１７の中心と第二保持部３２に保持されたシリンダ１２の中心軸Ｃ１とが微小にずれているとき、シリンダ１２を保持する第二保持部３２は直線支持部５６に案内されてＸ２－Ｙ２平面を移動する。第二保持部３２が移動することにより、挿入穴部１７の中心とシリンダ１２の中心軸Ｃ１とは一致する。また、第一保持部２１に保持されたヘッド１１の姿勢と第二保持部３２に保持されたシリンダ１２の姿勢とが微小にずれているとき、シリンダ１２を保持する第二保持部３２は揺動支持部５５によってＸ１軸およびＹ１軸を中心に揺動する。第二保持部３２が揺動することにより、第二保持部３２に保持されているシリンダ１２の姿勢はヘッド１１の挿入穴部１７にあわせて変化する。これによって、第一保持部２１に保持されているヘッド１１の姿勢や寸法のわずかな誤差、および第二保持部３２に保持されているシリンダ１２の姿勢や寸法のわずかな誤差は、揺動支持部５５および直線支持部５６を含む位置合わせ部３５の位置および姿勢の変化によって吸収される。

第一保持部２１は、図１に示すようにシリンダ１２を保持する第二保持部３２と対向して設けられている。第一保持部２１は、往復駆動部５７によってシリンダ１２の中心軸Ｃ１方向へ往復駆動される。往復駆動部５７は、例えばサーボモータ５８および案内部５９を有している。案内部５９は、例えばボールねじによって構成されている。これにより、サーボモータ５８が回転すると、第一保持部２１は案内部５９によってシリンダ１２の中心軸Ｃ１方向に往復移動する。

位置決定部２３は、可動プレート４９に設けられている。位置決定部２３は、シリンダ１２の中心軸Ｃ１に垂直であって直交する２つのＸ３軸およびＹ３軸に沿って往復移動可能に第一保持部２１に保持されたヘッド１１を支持する。詳細には、位置決定部２３は、図６に示すように第一保持部２１に保持されたヘッド１１を、紙面の表裏方向のＸ３軸方向および紙面の左右方向のＹ３軸方向へ移動可能に支持する。第一保持部２１の保持台６１に保持されているヘッド１１は、位置決定部２３に進入することにより、Ｘ３軸方向の両側に設けられているチャック部６２に挟み込まれる。チャック部６２は、基準側チャック６３および従道側チャック６４を有している。基準側チャック６３は、中心軸Ｃ１に垂直な任意の軸方向において一方側に設けられ、ヘッド１１の位置を決定する基準となる。従道側チャック６４は、基準側チャック６３に対向して軸の他方側に設けられ、ヘッド１１を基準側チャック６３との間に挟み込む。第一保持部２１に保持されているヘッド１１は、基準側チャック６３と従道側チャック６４との間に挟み込まれる。これにより、位置決定部２３は、第一保持部２１に保持されているヘッド１１の位置を決定しつつ保持する。

また、位置決定部２３は、図示しない直線支持部によってＸ３軸およびＹ３軸に沿って往復移動可能に支持されている。すなわち、位置決定部２３は、第一保持部２１の保持台６１を除いて、ヘッド１１をＸ３－Ｙ３平面上において移動可能に支持している。これにより、位置決定部２３のチャック部６２に挟み込まれているヘッド１１は、挿入されるシリンダ１２に合わせて移動する。そのため、ヘッド１１の挿入穴部１７とシリンダ１２の中心軸Ｃ１とのずれは、チャック部６２に保持されたヘッド１１の移動によっても吸収される。なお、Ｘ３軸は、Ｘ１軸およびＸ２軸と同一方向に限らず異なる方向に伸びていてもよく、Ｙ３軸は、Ｙ１軸およびＹ２軸と同一方向に限らず異なる方向に伸びていてもよい。

図１に示す加熱部２４は、例えばヒータやコイルなどを有しており、第一保持部２１に保持されているヘッド１１を加熱する。焼き嵌めを利用してヘッド１１とシリンダ１２とを組み立てる場合、シリンダ１２が取り付けられる挿入穴部１７を有するヘッド１１は、加熱によって挿入穴部１７の内径が拡大される。すなわち、加熱部２４で第一保持部２１に保持されているヘッド１１を加熱することにより、ヘッド１１は膨張し、ヘッド１１に設けられている挿入穴部１７の内径は拡大する。シリンダ１２は、内径が拡大したヘッド１１挿入穴部１７に挿入される。そして、これを冷却することにより、ヘッド１１は収縮し、ヘッド１１とシリンダ１２とは高いシール性を有する状態で組み立てられる。

組立装置１０は、図１に示すように位置の基準となる固定プレート４７に位置検出部６５を有している。位置検出部６５は、例えばレーザ光などを照射および受光する一対のユニット６５１およびユニット６５２を有している。位置検出部６５は、このユニット６５１とユニット６５２との間を進む光により、第二保持部３２に保持されているシリンダ１２の位相、すなわち中心軸Ｃ１を中心とする周方向の位置を検出する。上述のようにシリンダ１２は、径方向に貫く穴部１６を有している。この穴部１６は、ヘッド１１の穴部１８と同一の軸上に位置させる必要がある。そこで、位置検出部６５によってシリンダ１２の位相を検出するとともに、回転駆動部３４を通してサーボモータ３４１によってシリンダ１２を保持する第二保持部３２を回転駆動する。また、上述のようにヘッド１１を保持する第一保持部２１はサーボモータ５８によって回転駆動される。これにより、第一保持部２１に保持されているヘッド１１の穴部１８と、第二保持部３２に保持されているシリンダ１２の穴部１６とは、同一の軸線上に位置するように制御される。

ヘッド１１は、図３に示すように挿入穴部１７に加え、穴部７２および環状部７３を有している。環状部７３は、中心軸Ｃ１と同心の円環状に設けられている。環状部７３は、内周側に穴部７２を形成している。この穴部７２は、挿入穴部１７の一方の端部側、すなわちヘッド１１においてシリンダ１２が挿入される端部側に設けられている。挿入穴部１７と穴部７２とは、中心軸Ｃ１を中心に同心となっている。穴部７２の内径は、挿入穴部１７の内径よりも大きい。そのため、挿入穴部１７と穴部７２との間には段差部７４が形成されている。また、ヘッド１１は、環状部７３の一方の端部側、すなわちヘッド１１においてシリンダ１２が挿入される端部側に、端面７５を有している。

フランジ１３は、穴部８１および突出部８２を有している。穴部８１は、中心軸Ｃ１と同心に設けられており、シリンダ１２が挿入される。突出部８２は、フランジ１３からヘッド１１側に突出している。突出部８２は、円環状に突出している。突出部８２は、内周側に穴部８１を形成している。フランジ１３は、突出部８２のヘッド１１側の端部に端面８３を有している。また、フランジ１３は、ヘッド１１側へ突出する突出部８２によって形成される外側段差面８４を有している。さらに、フランジ１３は、穴部８１のヘッド１１とは反対側に内側段差面８５を有している。

シリンダ１２は、軸方向の途中に径方向外側へ突出する円環状の鍔部９１を有している。鍔部９１は、シリンダ１２の他の部分よりも外径が大きく設定されている。これにより、シリンダ１２は、鍔部９１のヘッド１１側に段差面９２を有している。

図２に示すように、ヘッド１１、シリンダ１２およびフランジ１３を組み付けたとき、フランジ１３の突出部８２は、ヘッド１１の環状部７３の内周側に挿入される。このとき、突出部８２の外周面は、穴部７２を形成する環状部７３の内周面と接する。また、フランジ１３の外側段差面８４は、ヘッド１１の端面７５に接する。さらに、シリンダ１２の段差面９２は、フランジ１３の内側段差面８５に接する。このとき、外側段差面８４と端面７５との間、および段差面９２と内側段差面８５との間は、シール性を確保するために隙間なく形成することが要求される。

次に、上記の構成による組立装置１０による組立部品１４の組み付けについて説明する。
ヘッド１１は、第一保持部２１に保持される。一方、シリンダ１２は、第二保持部３２に保持される。組立部品１４を構成するフランジ１３は、固定プレート４７の保持台５２に保持される。保持台５２に保持されたフランジ１３は、サーボモータ５３によって位置決めがされる。この場合、フランジ１３は、例えば型番などに基づいてサーボモータ５３が駆動され、位置が決定される。シリンダ１２を保持する第二保持部３２は、往復駆動部３３によって駆動され、ヘッド１１が保持されている第一保持部２１側へ移動する。同様に、ヘッド１１を保持する第一保持部２１は、往復駆動部５７によって駆動され、シリンダ１２が保持されている第二保持部３２側へ移動する。

第二保持部３２に保持されているシリンダ１２は、往復駆動部３３によって第一保持部２１側へ移動する際に、保持台５２に保持されているフランジ１３を貫く。フランジ１３の内径は、シリンダ１２の外径よりもわずかに大きく設定されている。そのため、シリンダ１２は、フランジ１３の内周側に挿入される。シリンダ１２が保持台５２に保持されているフランジ１３を貫くとき、位置検出部６５はシリンダ１２の位相を検出する。サーボモータ５８は位置検出部６５で検出したシリンダ１２の位相に基づいて第一保持部２１を回転駆動するとともに、サーボモータ５３は第二保持部３２を回転駆動する。これにより、第一保持部２１に保持されているヘッド１１の穴部１８と第二保持部３２に保持されているシリンダ１２の穴部１６とは同一の軸線上に位置するように制御される。また、第一保持部２１に保持されているヘッド１１は、第二保持部３２側への移動にともない可動プレート４９の位置決定部２３に挿入される。このとき、ヘッド１１は、位置決定部２３に保持されて位置が決められる。これにより、ヘッド１１の挿入穴部１７の中心軸は、シリンダ１２の中心軸Ｃ１に合わせられる。

第一保持部２１と第二保持部３２とは、ヘッド１１の位置およびシリンダ１２の位相が決定された状態で互いに接近する。これにより、フランジ１３を貫いたシリンダ１２は、ヘッド１１に向けて移動する。このとき、ヘッド１１は、加熱部２４によって加熱されている。ヘッド１１は、材料の特性によって強度に変化が生じない程度の温度まで加熱される。ヘッド１１を加熱することにより、ヘッド１１は膨張し、ヘッド１１に設けられている挿入穴部１７は内径がわずかに拡大する。

第二保持部３２に保持されているシリンダ１２は、加熱によって内径が拡大したヘッド１１の挿入穴部１７に挿入される。このとき、シリンダ１２は、位置合わせ部３５によって位置が調整される。すなわち、シリンダ１２を保持している第二保持部３２は、揺動支持部５５および直線支持部５６によって、第一保持部２１に保持されているヘッド１１に合わせて位置および姿勢を変化する。具体的には、第二保持部３２は、揺動支持部５５によってＸ１軸およびＹ１軸を中心に揺動するとともに、直線支持部５６によってＸ２軸およびＹ２軸方向へ移動する。これにより、第二保持部３２に保持されているシリンダ１２は、第一保持部２１に保持されているヘッド１１に合わせて位置および姿勢が変化する。その結果、ヘッド１１とシリンダ１２との間に大きなあたりを生じることなく、シリンダ１２は滑らかにヘッド１１の挿入穴部１７に挿入される。

シリンダ１２が挿入されたヘッド１１は、冷却される。冷却によってヘッド１１は収縮し、挿入穴部１７に挿入されたシリンダ１２はヘッド１１に組み付けられる。このとき、フランジ１３は、ヘッド１１とシリンダ１２との間に強固に挟み込まれる。これにより、ヘッド１１、シリンダ１２およびフランジ１３からなる組立部品１４は、シール性が確保された状態で強固に組み立てられる。

次に、上記の構成の組立装置１０によってヘッド１１とシリンダ１２とを組み立てる際の詳細な作動について説明する。
図７に示すように第二保持部３２に保持されたシリンダ１２は、フランジ１３とともにヘッド１１と対向する。このとき、第二保持部３２を支持する揺動支持部５５および直線支持部５６は、いずれもロックされている。すなわち、揺動支持部５５の揺動および直線支持部５６の移動は制限されている。これにより、シリンダ１２を保持する第二保持部３２は、無用な動きが低減される。つまり、シリンダ１２は、無用な姿勢および位置の変化が低減される。また、第一保持部２１に保持されているヘッド１１は、位置決定部２３のチャック部６２によって位置が決定されている。すなわち、チャック部６２の基準側チャック６３および従道側チャック６４は、ヘッド１１を挟み込んでいる。一方、位置決定部２３は、図示しない直線支持部のロックが解除され、可動プレート４９に対してＸ３軸－Ｙ３軸方向へ移動可能となっている。これにより、第一保持部２１に保持されたヘッド１１は、挿入されるシリンダ１２の中心軸Ｃ１に合わせて移動可能である。このように、第二保持部３２に保持されたシリンダ１２は、揺動支持部５５、直線支持部５６およびチャック部６２がロックされた状態で第一保持部２１に保持されたヘッド１１に挿入が開始される。このとき、第一保持部２１に保持されたヘッド１１は、加熱部２４によって加熱されている。

図８に示すようにシリンダ１２の先端１２１がヘッド１１の挿入穴部１７に達すると、ヘッド１１を保持するチャック部６２はロックが解除される。これにより、ヘッド１１は、挿入されるシリンダ１２に追従した微小な移動が許容される。これらの手順によって、シリンダ１２の中心軸Ｃ１とヘッド１１の挿入穴部１７の中心軸との微小な位置合わせが行なわれる。

図９に示すようにシリンダ１２の先端がヘッド１１の挿入穴部１７に挿入されると、第二保持部３２を保持する装着機構部２２のうち揺動支持部５５はロックが解除される。これにより、第二保持部３２に保持されているシリンダ１２は、相手となるヘッド１１に追従した揺動が許容される。このように、揺動支持部５５のロックが解除されることにより、第二保持部３２はヘッド１１の姿勢に合わせてＸ１軸およびＹ１軸を中心に揺動する。第二保持部３２に保持されているシリンダ１２は、揺動支持部５５のロックが解除されたまま図１０に示すようにヘッド１１への挿入が進められる。

図１１に示すようにシリンダ１２の先端１２１がヘッド１１の穴部１８の下端に達すると、第二保持部３２を保持する装着機構部２２のうち直線支持部５６もロックが解除される。これにより、第二保持部３２に保持されているシリンダ１２は、相手となるヘッド１１に追従した移動が許容される。すなわち、シリンダ１２は、Ｘ２軸およびＹ２軸に沿った移動が可能となる。このように、直線支持部５６のロックが解除されることにより、第二保持部３２はヘッド１１の姿勢および位置に合わせてＸ２軸およびＹ２軸に沿って移動する。

そして、シリンダ１２の挿入が進行すると、第二保持部３２を保持する揺動支持部５５、およびヘッド１１を保持するチャック部６２は順にロックされる。これにより、第一保持部２１に保持されているヘッド１１および第二保持部３２に保持されているシリンダ１２の無用な移動が制限される。そして、図２に示すようにシリンダ１２の先端１２１がヘッド１１の下端に達すると、ヘッド１１、シリンダ１２およびフランジ１３の組立は完了する。

なお、上述の組立手順における揺動支持部５５、直線支持部５６、チャック部６２および位置決定部２３におけるロックの時期、ならびにロックの解除の時期は、一例であり、対象となる部品に応じて任意に変更することができる。

上記のような本実施形態の組立装置１０の構成および組立手順によって、図１２に示すようにシリンダ１２がヘッド１１に挿入されるとき、シリンダ１２の挿入荷重は極端な増加を招かない。一方、比較例のように第二保持部３２の姿勢がヘッド１１に合わせて変化しない従来構成の場合、シリンダ１２がヘッド１１に挿入される位置に到達すると、シリンダ１２の挿入荷重は増加し、限界値Ｌを超えることがわかる。このように、本実施形態のように揺動支持部５５および直線支持部５６を備える組立装置１０は、シリンダ１２をヘッド１１に挿入するとき、ヘッド１１の姿勢に追従してシリンダ１２の姿勢が変化する。その結果、本実施形態の組立装置１０では、ヘッド１１およびシリンダ１２に加わる挿入荷重の増加が抑えられる。

以上説明した第１実施形態では、シリンダ１２を保持してヘッド１１に装着する装着機構部２２は、揺動支持部５５および直線支持部５６を有している。シリンダ１２を保持する第二保持部３２は、これら揺動支持部５５および直線支持部５６に支持されている。揺動支持部５５は、シリンダ１２の中心軸Ｃ１に対して垂直なＸ１軸およびＹ１軸を中心に揺動しつつ第二保持部３２を支持する。すなわち、揺動支持部５５は、第二保持部３２を、Ｘ１軸を中心とする旋回およびＹ１軸を中心とする旋回を合成した姿勢で保持する。また、直線支持部５６は、シリンダ１２の中心軸Ｃ１に対して垂直なＸ２軸およびＹ２軸に沿って往復移動可能に第二保持部３２を支持する。すなわち、直線支持部５６は、第二保持部３２を、Ｘ２軸に沿った往復移動およびＹ２軸に沿った往復移動を合成した平面上の移動を可能とする。これらにより、第二保持部３２に保持されているシリンダ１２は、Ｘ２－Ｙ２平面における移動と、Ｘ１軸およびＹ１軸を中心とする旋回を合成した姿勢の変化とが可能になる。そのため、第一保持部２１に保持されているヘッド１１にわずかな傾斜や寸法の誤差が生じていても、ヘッド１１に装着されるシリンダ１２は、ヘッド１１にあわせて位置および姿勢が変化する。したがって、過大な荷重が加わることなくシリンダ１２をヘッド１１に安定かつ確実に装着することができる。

また、第１実施形態では、装着機構部２２は、Ｘ１軸およびＹ１軸を中心に揺動する揺動支持部５５、ならびにＸ２軸およびＹ２軸に沿って往復移動する直線支持部５６によってそれぞれ支持されている。すなわち、装着機構部２２は、揺動を支持する揺動支持部５５と、往復移動を支持する直線支持部５６とが別個の構成となっている。そのため、装着機構部２２は、剛性の向上が図られる。これにより、ヘッド１１の穴部１８とシリンダ１２の穴部１６との位置を合わせるために、ヘッド１１に挿入されるシリンダ１２に、この中心軸Ｃ１を中心とする回転を加えるとき、装着機構部２２の高い剛性によってシリンダ１２が回転してもヘッド１１およびシリンダ１２にはねじれが生じない。したがって、ヘッド１１とシリンダ１２とを安定かつ確実に装着することができるとともに、位置合わせの精度を高めることができる。

第１実施形態では、ヘッド１１を保持する第一保持部２１は、位置決定部２３によって位置が決定される。位置決定部２３は、シリンダ１２の中心軸Ｃ１に垂直なＸ３軸およびＹ３軸に沿ってヘッド１１を往復移動可能に支持する。これにより、第一保持部２１に保持されているヘッド１１は、シリンダ１２の中心軸Ｃ１と垂直なＸ３－Ｙ３平面の移動が許容される。そのため、ヘッド１１の挿入穴部１７とシリンダ１２の中心軸Ｃ１とは、高い精度で位置が合わせられる。したがって、ヘッド１１とシリンダ１２とを安定かつ確実に装着することができる。

第１実施形態では、第一保持部２１は、加熱部２４によって加熱される。これにより、ヘッド１１とシリンダ１２とを焼き嵌めによって組み立てるとき、第一保持部２１に保持されたヘッド１１は、加熱部２４によって加熱される。上述のように一実施形態の組立装置１０は、シリンダ１２を保持する装着機構部２２の姿勢がヘッド１１に合わせて変化する。そのため、焼き嵌めのように要求される寸法精度が高い場合でも、ヘッド１１やシリンダ１２に大きな荷重が加わることなく、ヘッド１１とシリンダ１２とは組み立てられる。これにより、加熱時におけるヘッド１１の温度も抑えることができ、ヘッド１１の材料特性に合わせて過剰な加熱が抑えられる。したがって、ヘッド１１とシリンダ１２とを安定かつ確実に装着できるとともに、各部材の信頼性を向上することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態による組立装置を図１３に示す。
第２実施形態による組立装置１０は、第１実施形態に加え、冷却部７１を備えている。冷却部７１は、加熱部２４によって加熱されたヘッド１１を冷却する。ヘッド１１は、焼き嵌めを利用して、加熱部２４で加熱された後、シリンダ１２およびフランジ１３が組み付けられる。このように加熱部２４で加熱されたヘッド１１は、冷却部７１によって冷却される。この場合、冷却部７１は、例えば空気、水あるいは油などヘッド１１を冷却する媒体を吹き付ける。例えば、冷却部７１から空気を吹き付ける場合、より迅速な冷却を図るために水蒸気を含む湿潤空気を用いて気化熱を利用してもよい。

第１実施形態でも説明したように、図１４の領域Ａで示すように外側段差面８４と端面７５との間、および段差面９２と内側段差面８５との間は、シール性を確保するために隙間なく組み付けることが要求される。一方、ヘッド１１、シリンダ１２およびフランジ１３は、材質が異なるとき、固有の線膨張係数が異なる。そのため、材質によっては、ヘッド１１の加熱の前後において寸法の変化が生じ、外側段差面８４と端面７５との間、または段差面９２と内側段差面８５との間に隙間が形成されるおそれがある。

ヘッド１１にシリンダ１２が挿入されたとき、ヘッド１１の先端側、すなわち挿入されるシリンダ１２から遠い側が先行して収縮すると、ヘッド１１とシリンダ１２とが他の部分に先行して固定される。そのため、ヘッド１１の先端から遠いフランジ１３側には、隙間が形成されやすくなる。特に、ヘッド１１やフランジ１３に比較してシリンダ１２の線膨張係数が大きいとき、ヘッド１１の先端が収縮すると、反対側の外側段差面８４と端面７５との間、および段差面９２と内側段差面８５との間は、隙間が形成されやすくなる。

そこで、第２実施形態では、組立装置１０は、冷却部７１を備えている。冷却部７１は、シリンダ１２およびフランジ１３を組み付けるために加熱部２４で加熱されたヘッド１１を冷却する。具体的には、冷却部７１は、ヘッド１１の環状部７３の径方向外側付近に設けられ、環状部７３の近傍を局所的に冷却する。このように、ヘッド１１は、シリンダ１２およびフランジ１３が組み付けられた後、環状部７３に近いフランジ１３側から先行して冷却される。そのため、ヘッド１１の環状部７３が先行して収縮し、他の部分に先立ってヘッド１１とフランジ１３とが固定される。その結果、外側段差面８４と端面７５との間、および段差面９２と内側段差面８５との間は、隙間が形成されにくくなる。

第２実施形態では、冷却部７１を備えている。冷却部７１は、ヘッド１１の環状部７３の近傍を局所的に冷却する。これにより、ヘッド１１は、環状部７３に近い側から先行して冷却され、環状部７３側から収縮する。そのため、ヘッド１１とフランジ１３とは、他の部分に先立って環状部７３の近傍で固定される。その結果、外側段差面８４と端面７５との間、および段差面９２と内側段差面８５との間は、隙間が形成されにくくなる。したがって、ヘッド１１、シリンダ１２およびフランジ１３から組み立てられる部品に要求されるシール性および寸法精度を容易に確保することができる。

第２実施形態では、冷却部７１でヘッド１１の環状部７３の近傍を局所的に冷却する例について説明した。しかし、このような第２実施形態の構成に代えて、以下のような構成を採用してもよい。
加熱部２４は、ヘッド１１のシリンダ１２から遠い側を高温に加熱する構成としてもよい。このように、ヘッド１１のシリンダ１２から遠い側を高温に加熱することにより、ヘッド１１はシリンダ１２に近い側ほど寸法の変化が小さくなる。すなわち、挿入穴部１７の内径は、ヘッド１１に近い側ほど小さくなる。そのため、冷却部７１による冷却と同様に、ヘッド１１とフランジ１３とが他の部分に先行して固定される。その結果、外側段差面８４と端面７５との間、および段差面９２と内側段差面８５との間は、隙間が形成されにくくなる。
また、同様の理由からヘッド１１の挿入穴部１７は、フランジ１３に近い側ほど小さく設定してもよい。これにより、冷却部７１による冷却と同様に、ヘッド１１とフランジ１３とが他の部分に先行して固定される。その結果、外側段差面８４と端面７５との間、および段差面９２と内側段差面８５との間は、隙間が形成されにくくなる。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１０は組立装置、１１はヘッド（第一部材）、１２はシリンダ（第二部材）、１７は挿入穴部、２１は第一保持部、２２は装着機構部、２３は位置決定部、２４は加熱部、３２は第二保持部、３３は往復駆動部、３４は回転駆動部、５５は揺動支持部、５６は直線支持部、７１は冷却部、７２は穴部、７３は環状部、８１は穴部、８２は突出部を示す。

Claims

第一部材（１１）を保持する第一保持部（２１）と、
前記第一部材（１１）に装着される第二部材（１２）の中心軸の軸方向において、前記第一保持部（２１）に保持された前記第一部材（１１）と相対的に移動して、第三部材（１３）とともに前記第二部材（１２）を前記第一部材（１１）に装着する装着機構部（２２）と、
前記第一保持部（２１）に保持されている前記第一部材（１１）を加熱する加熱部（２４）と、
前記第二部材（１２）および前記第三部材（１３）を組み付けるために前記加熱部（２４）で加熱された前記第一部材（１１）を、局所的に冷却する冷却部（７１）と、
を備え、
前記装着機構部（２２）は、
前記第二部材（１２）を保持する第二保持部（３２）と、
前記第一部材（１１）に対して前記第二保持部（１２）を前記第二部材（１２）の軸方向へ往復駆動する往復駆動部（３３）と、
前記第二部材（１２）の軸を中心に前記第二保持部（３２）を回転駆動する回転駆動部（３４）と、
前記第二保持部（３２）を、前記中心軸に垂直であって直交する２つのＸ１軸およびＹ１軸を中心に揺動可能に支持する揺動支持部（５５）と、
前記第二保持部（３２）を、前記中心軸に垂直であって直交する２つＸ２軸およびＹ２軸に沿って往復移動可能に支持する直線支持部（５６）と、
を有する組立装置。
前記第一保持部（２１）を、前記中心軸に垂直であって直交する２つのＸ３軸およびＹ３軸に沿って往復移動可能に支持する位置決定部（２３）をさらに備える請求項１記載の組立装置。
前記第一部材（１１）は、
前記中心軸と同心に設けられ、前記第二部材（１２）が挿入される挿入穴部（１７）と、
前記中心軸と同心に前記挿入穴部（１７）の一方の端部側に設けられ、内周側に前記挿入穴部（１７）よりも内径が大きな穴部（７２）を形成する円環状の環状部（７３）と、を有し、
前記第三部材（１３）は、
前記中心軸と同心に設けられ前記第二部材（１２）が貫く穴部（８１）と、
内周側に前記穴部（８１）を形成するとともに、前記第一部材（１１）側に円環状に突出して、前記環状部（７３）に挿入される突出部（８２）と、を有し、
前記冷却部（７１）は、前記環状部（７３）の径方向外側から、前記環状部（７３）の近傍を冷却する請求項１または２記載の組立装置。
前記加熱部（２４）は、前記第一部材（１１）の前記第三部材（１３）から遠い側ほど高温に加熱する請求項１から３のいずれか一項記載の組立装置。
前記第一保持部（２１）は、前記挿入穴部（１７）の内径が前記第三部材（１３）に近い側ほど小さく設定されている前記第一部材（１１）を保持する請求項３記載の組立装置。