圧入装置
【課題】加振によって圧入嵌合部品の圧入推力が損なわれないようにし、ポアソン効果による圧入嵌合代の縮小時に圧入部位の圧入ストロークを確保可能な圧入装置を提供する。
【解決手段】圧入部品３１を被圧入部品３２に圧入するよう一方の圧入部品３１を圧入方向に押圧する圧入推力を加える加圧ヘッド１４と、圧入部品３１を圧入方向に振動させる振動推力を加える加振ヘッド１３と、を備え、圧入部品３１および被圧入部品３２の嵌合部位３３に対し、加圧ヘッド１４からの圧入推力と加振ヘッド１３からの振動推力とを互いに独立した伝達経路で加えるように構成する。
【解決手段】圧入部品３１を被圧入部品３２に圧入するよう一方の圧入部品３１を圧入方向に押圧する圧入推力を加える加圧ヘッド１４と、圧入部品３１を圧入方向に振動させる振動推力を加える加振ヘッド１３と、を備え、圧入部品３１および被圧入部品３２の嵌合部位３３に対し、加圧ヘッド１４からの圧入推力と加振ヘッド１３からの振動推力とを互いに独立した伝達経路で加えるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧入装置に関し、特に圧入嵌合部位に振動を加えつつ圧入を行うようにした圧入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属部品のような高剛性の部品同士を圧入嵌合（圧力ばめ）させる場合に、その圧入嵌合部位に振動を加えることで、圧入荷重（推力）の低減やバリの防止を図るようにした圧入装置が知られている。
【０００３】
例えば、圧入部品に圧入推力を加える圧入ポンチに対して超音波振動を付与する超音波振動子を設けるとともに、その圧入ポンチを圧入方向に往復直線運動可能に案内するスライドガイド機構を設けることで、圧入ポンチから圧入部品に加えられる圧入推力に超音波振動の加振力を重ねるとともに、圧入部品に対する圧入ポンチの作用点の位置ずれを防止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、圧入時の超音波振動子への投入電力と、エアシリンダによる圧入荷重および圧入ストロークとをそれぞれモニタし、これらのうち少なくとも一つが良好な圧入の場合の基準変化域から外れると圧入不良と判定するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、圧入ヘッドの先端部に、圧入部品への突当て面から突出して圧入部品に挿入される保持部と、その保持部の外周に装着されて圧入部品の内周壁に弾性接触する接触部とを設けて、圧入ヘッドから圧入部品にガタツキなく超音波振動を確実に伝達させるようにしたものも知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２９６６１５号公報
【特許文献２】特開２００６−３１５１１２号公報
【特許文献３】特開２００７−２３７３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のような圧入装置にあっては、圧入部品への圧入推力の伝達経路中に直列に超音波振動子等の振動推力発生部を挿入する構成となっていた。そのため、振動推力によるハンマリング効果によって圧入推力（平均値）を小さく抑えることができるものの、圧入部品のポアソン効果によって圧入部位における圧入嵌合代（締め代）が小さくなる時点において十分な圧入（押込み）ストロークを確保できず、ポアソン効果を十分に活かせていなかった。
【０００８】
すなわち、圧入部品は、圧入ヘッドからの圧入推力および超音波加振力を受けるとき、ハンマリング効果による比較的大きな縦歪みを生じて圧入方向に高速に伸縮するとともにポアソン効果による径方向の寸法変化をも生じるので、圧入部位における圧入嵌合代が周期的に変化する。しかし、圧入部品への圧入推力の伝達経路中に直列に超音波振動子等が挿されていたため、圧入ヘッドからの振動推力、圧入部品の軸方向の伸縮およびポアソン効果による圧入嵌合代の変化の間に位相のずれが生じ得る加工条件下で、圧入嵌合代の縮小時に圧入ヘッドが圧入部品から遊離し易くなり、圧入嵌合代を低減させるポアソン効果を圧入ストロークの増加に十分に活用できていなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、ハンマリング効果を発揮するための加振によって圧入嵌合部品の安定した圧入推力を得るための加圧状態が損なわれないようにして、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入ストロークを十分に確保することができる圧入装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る圧入装置は、上記課題解決のため、（１）一方の圧入嵌合部品を他方の圧入嵌合部品に圧入するよう前記一方の圧入嵌合部品を圧入方向に押圧する圧入推力を加える加圧ヘッドと、前記一方の圧入嵌合部品または前記他方の圧入嵌合部品を前記圧入方向に振動させる振動推力を加える加振ヘッドと、を備え、前記一方の圧入嵌合部品および前記他方の圧入嵌合部品の嵌合部位に対する前記加圧ヘッドからの前記圧入推力の伝達経路と、該嵌合部位に対する前記加振ヘッドからの前記振動推力の伝達経路とが、互いに独立した伝達経路で構成されていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、加圧ヘッドから一方の圧入嵌合部品に圧入推力が加わる圧入時には、一方または他方の圧入嵌合部品に加振ヘッドからの振動推力が伝達され、その圧入嵌合部品に圧入方向の伸縮が生じたとしても、嵌合部位に対する加圧ヘッドからの圧入推力の伝達経路と加振ヘッドからの振動推力の伝達経路とは互いに独立していることから、加圧ヘッドから一方の圧入嵌合部品に圧入推力を加える状態は常に維持される。したがって、一方の圧入嵌合部材に対する加圧ヘッドの加圧状態が安定保持可能となり、ハンマリング効果を発揮するための加振によって圧入嵌合部品の加圧状態が損なわれ難くなる。その結果、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入ストロークを十分に確保可能となる。
【００１２】
本発明の圧入装置においては、（２）前記加圧ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品に前記圧入推力を加えるとともに、前記加振ヘッドが、前記加圧ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記圧入推力の伝達経路とは並列する他の伝達経路で、前記一方の圧入嵌合部品に前記振動推力を伝達することが好ましい。
【００１３】
この場合、一方の圧入嵌合部品に対する加圧ヘッドからの圧入推力の伝達経路と加振ヘッドからの振動推力の伝達経路とが並列するので、装置を大型化することなく、両ヘッドから一方の圧入嵌合部品への確実に独立した伝達経路を形成することができる。
【００１４】
上記（２）の構成を有する圧入装置においては、（３）前記加圧ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の軸方向一端面に対し該軸方向一端面の径方向両側で前記圧入推力を加え、前記加振ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の前記軸方向一端面に対し前記径方向中心側の加振領域内で前記振動推力を加えることが好ましい。
【００１５】
この場合、一方の圧入嵌合部品の圧入姿勢が加振ヘッドからの振動推力によって損なわれ難いことに加え、加圧ヘッドからの圧入推力によって一方の圧入嵌合部品の圧入姿勢が安定することになり、圧入時のかじり等の発生を有効に抑制できる。
【００１６】
本発明の圧入装置においては、（４）前記加圧ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記圧入推力が、前記加振ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記振動推力の変動範囲より狭い一定範囲内に保持されることが好ましい。これにより、圧入時には、ハンマリング効果を発揮するための振動推力によって圧入嵌合部位に圧入方向の伸縮が生じる一方で、圧入推力を加える加圧ヘッドの加圧状態が保持され、加振ヘッドが一方の圧入嵌合部品に対し間欠的な振動推力を加える状態となる。したがって、一定範囲内の所要の圧入推力が確保されるとともに、加振ヘッドからの振動推力によるハンマリング効果が得られ、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入ストロークも確保可能となる。
【００１７】
上記（４）の構成を有する圧入装置においては、（５）前記加圧ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記圧入推力が、一定の推力値に保持されることがより好ましい。この場合、圧入時には、加振ヘッドが一方の圧入嵌合部品に対し間欠的な振動推力を加える状態となる一方で、一定の圧入推力が確保されるから、効果的なハンマリング効果が得られるとともに、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入ストロークを十分に確保できることになる。
【００１８】
上記（３）ないし（５）のいずれかの構成を有する圧入装置においては、（６）前記一方の圧入嵌合部品が前記他方の圧入嵌合部品に圧入される間、前記加圧ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の軸方向一端面に対し前記圧入推力を加え続け、前記加振ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の前記軸方向一端面に対し接触と遊離を繰り返すことが好ましい。この場合、加振ヘッドが一方の圧入嵌合部品の軸方向一端面に接触するときの振幅や位相を適宜設定して、より効果的なハンマリング効果を得ることができる。
【００１９】
本発明の圧入装置においては、（７）前記加振ヘッドが、前記振動推力によって、前記一方の圧入嵌合部品または前記他方の圧入嵌合部品を前記圧入方向に超音波振動させることがより好ましい。この場合、圧入推力の低減効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、一方および他方の圧入嵌合部品の嵌合部位に対し、加圧ヘッドからの圧入推力と加振ヘッドからの振動推力とが独立した伝達経路で加わるようにして、加圧ヘッドによる圧入嵌合部品の加圧状態がハンマリング効果を得るための加振ヘッドからの加振によって損なわれないようにしているので、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入ストロークを十分に確保可能な圧入装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧入装置の概略正面断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る圧入装置の要部の構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る圧入装置の動作説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る圧入装置の作用説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
（一実施形態）
図１ないし図４は、本発明の一実施形態を示している。なお、本実施形態は、本発明に係る圧入装置を超音波圧入装置に適用したものであるが、超音波振動以外（可聴周波数域内）の振動推力を用いるものであってもよい。
【００２４】
図１および図２に示すように、本実施形態の圧入装置１０は、圧入用推力発生機構１１と、超音波振動ユニット１２、加振ヘッド１３、加圧ヘッド１４および保持部材１５からなる圧入ヘッドユニット１６と、その圧入ヘッドユニット１６の下方にワーク配置部１７を有する架台１８と、を備えている。
【００２５】
また、圧入装置１０は、有底円筒状の圧入部品３１（一方の圧入嵌合部品）を環状の被圧入部品３２（他方の圧入嵌合部品）の圧入穴３２ｈの内部に圧入嵌合させるものであり、圧入部品３１を圧入ヘッドユニット１６側で保持し、被圧入部品３２を架台１８のワーク配置部１７上に配置した状態で、圧入用推力発生機構１１によって圧入ヘッドユニット１６を下降させて、その圧入作業を行うようになっている。
【００２６】
圧入用推力発生機構１１は、詳細を図示しないが、直動出力が可能な公知のアクチュエータ類、例えば流体圧（液圧または空気圧）作動シリンダよって構成される。ただし、圧入用推力発生機構１１は、加圧ヘッド１４に圧入方向への押圧力である圧入推力を発生させるとともに加圧ヘッド１４の位置を制御できる機構であればよく、例えばボールねじ等の運動変換機構（回転運動と直線運動の変換が可能な機構）と電動モータその他のモータとの組合せで構成されてもよいし、ロボットによって構成されてもよい。
【００２７】
超音波振動ユニット１２は、例えば圧電素子を用いて超音波振動を励起する振動子を内蔵しており、加振ヘッド１３の上端部に固着されるとともに、圧入用推力発生機構１１により支持されている。この超音波振動ユニット１２は、加振ヘッド１３を圧入方向に超音波振動させることができる。ここでの超音波振動は、圧入部品３１や被圧入部品３２の材質、嵌合部位の大きさや形状等に応じて適宜設定され、例えば振動周波数が２０ｋＨｚ以上で、その振動振幅が数１０μｍ程度になるように調整される。
【００２８】
超音波振動ユニット１２による発振の周波数や振幅、発振の有無等は、超音波発振制御回路２１により制御されるようになっている。
【００２９】
この超音波発振制御回路２１は、例えば超音波振動ユニット１２の超音波振動子を所定の周波数および振幅で振動させるよう、印加電圧の変動周波数制御や電力増幅、昇圧等を実行することができる。また、超音波発振制御回路２１には、超音波振動ユニット１２の超音波振動振幅を設定値に保つよう、圧入負荷に応じて供給電力を増大させる定振幅化回路等が設けられている。
【００３０】
なお、超音波振動ユニット１２は、圧電素子でなく、超磁歪素子と駆動コイルを用いて超音波振動を励起するものであってもよい。その場合、超音波発振制御回路２１でなく、駆動コイルに対する電流制御によって超磁歪素子に対する磁界を変化させ、超磁歪素子を軸方向に伸縮変形させることで加振ヘッド１３を圧入方向に超音波振動させる駆動回路が用いられることになる。
【００３１】
加振ヘッド１３は、圧入方向において、例えば超音波の波長の整数倍の長さを有し、超音波振動ユニット１２の発振周波数で共振振動できるようになっている。
【００３２】
この加振ヘッド１３は、圧入部品３１および被圧入部品３２のうちいずれかに対し、その圧入嵌合部品を圧入方向に振動させる超音波の振動推力を加えるようになっている。
【００３３】
また、加振ヘッド１３は、例えば図２に示すように、圧入方向に伸びるハンマ状の本体部１３ａと、この本体部１３ａを軸方向変位可能に支持する支持板部１３ｂと、この支持板部１３ｂを支持するとともに超音波振動ユニット１２を収納する筒状部１３ｃとによって構成されている。
【００３４】
加圧ヘッド１４は、圧入部品３１および被圧入部品３２のうち任意の一方、例えば圧入部品３１を他方の被圧入部品３２に圧入するよう、圧入推力を加えるものである。
【００３５】
この加圧ヘッド１４は、加振ヘッド１３の本体部１３ａを取り囲む筒状の加圧部（あるいは、加振ヘッド１３の本体部１３ａの周りに等間隔に平行配置された複数の分割筒状の加圧部）１４ａと、加圧部１４ａを支持する段付きの筒状部１４ｂとによって構成されている。
【００３６】
ここで、加振ヘッド１３の本体部１３ａの先端面１３ｄの直径および加圧ヘッド１４の加圧部１４ａの外径は、これらに接触する圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄの直径（ここでは、中心穴付きであるので、外径と内径）に応じて、所要の加振や加圧が可能な接触面積が得られるように設定される。
【００３７】
加圧ヘッド１４の押圧範囲は、圧入部品３１が軸方向一端面３１ｄ側に段付き形状や面取り形状等を有する場合には、軸方向一端面３１ｄの周囲のそのような段差面やチャンファ面等に及んでもよい。また、加圧ヘッド１４は、圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄの近傍で圧入部品３１の外周面にゴム弾性体等を介して係合し、圧入部品３１を圧入姿勢に保持するものであってもよい。
【００３８】
加振ヘッド１３の筒状部１３ｃおよび加圧ヘッド１４の筒状部１４ｂは、互いに同軸に配置されるとともに、圧入用推力発生機構１１の先端部に装着された保持部材１５にそれぞれ着脱可能に保持されている。
【００３９】
これら加振ヘッド１３、加圧ヘッド１４および保持部材１５は、超音波振動ユニット１２と共に、全体として、圧入用推力発生機構１１に着脱可能に支持される圧入ヘッドユニット１６を構成している。
【００４０】
そして、この圧入ヘッドユニット１６は、加振ヘッド１３から圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄに対して、その軸方向一端面３１ｄの径方向中心側の加振領域（符号無し）内で振動推力を加える第１の推力伝達経路Ｐ１と、加圧ヘッド１４から圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄに対して、その軸方向一端面３１ｄの径方向両外側で圧入推力を加える第２の推力伝達経路Ｐ２とを、互いに並列に形成している。
【００４１】
すなわち、この圧入ヘッドユニット１６は、圧入部品３１の一部でもある圧入部品３１と被圧入部品３２との嵌合部位３３に対して、加振ヘッド１３からの振動推力と加圧ヘッド１４からの圧入推力とを互いに独立した第１、第２の推力伝達経路Ｐ１，Ｐ２で加えることができるように構成されている。
【００４２】
一方、圧入ヘッドユニット１６の下方に配置された架台１８のワーク配置部１７には、圧入部品３１が圧入される被圧入部品３２の圧入穴３２ｈより大径の逃げ穴１７ａと、被圧入部品３２を支持する受け面１７ｂとが形成されている。
【００４３】
ところで、圧入部品３１が被圧入部品３２に圧入される圧入作業中、加圧ヘッド１４から圧入部品３１への圧入推力は、加振ヘッド１３から圧入部品３１への振動推力の変動範囲より狭い一定範囲内に保持されるようになっている。具体的には、加圧ヘッド１４から圧入部品３１への圧入推力は、例えば一定の推力値に保持されるようになっている。
【００４４】
また、圧入部品３１が被圧入部品３２に圧入される間、加圧ヘッド１４は、圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄに対し図１中で下向きの圧入推力を加え続ける一方、加振ヘッド１３は、超音波振動ユニット１２からの超音波振動の振動推力によって、圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄに対し接触と遊離を繰り返すとともに、圧入部品３１に対して間欠的な振動推力を、ハンマリング効果を生じる衝撃荷重として加えるようになっている。
【００４５】
加振ヘッド１３を超音波振動させる超音波振動ユニット１２は、超音波発振制御回路２１によって制御されるようになっている。この超音波発振制御回路２１は、圧入作業全体を制御する圧入制御回路２２から超音波振動ユニット１２の駆動または停止の指令、駆動周波数、振幅等の指令値をそれぞれ入力し、それらの指令値に従って超音波振動ユニット１２の超音波発振制御を実行するようになっている。
【００４６】
また、圧入制御回路２２は、圧入ヘッドユニット１６から圧入部品３１に加わる圧入推力を、例えば加圧ヘッド１４の筒状部１４ｂの基端側に配置された推力センサ２３によって検出し、その圧入推力を一定範囲内に、例えば一定値に維持するように、圧入用推力発生機構１１の推力および先端位置（保持部材１５を支持する高さ）を制御する推力制御回路２４に検出推力をフィードバックするようになっている。あるいは、圧入制御回路２２は、予め圧入ストローク毎に設定された設定圧入荷重となるように、圧入用推力発生機構１１の推力および先端位置を特定する指令信号を出力するようになっている。そのような推力や位置の制御自体は公知であり、ここでは詳述しない。
【００４７】
圧入部材３１は、その有底円筒状の外周側の一部を互いに平行な面を有するように対称に切り欠いた一対の切欠き部３１ａと、それら一対の切欠き部３１ａの中央部に形成された半径方向の連通孔３１ｂと、軸線方向に延びる有底の中心孔３１ｃとを有している。
【００４８】
また、被圧入部品３２は、その圧入穴３２ｈから外周面３２ｅまで半径方向に貫通する一対の通路孔３２ａを有している。そして、圧入部材３１が被圧入部品３２の圧入穴３２ｈに所定深さまで圧入されると、圧入部材３１の中心孔３１ｃと被圧入部品３２の一対の通路孔３２ａとが一対の連通孔３１ｂを介して連通するようになっている。
【００４９】
次に、作用について説明する。
【００５０】
上述のように構成された本実施形態の圧入装置１０においては、圧入時には、加圧ヘッド１４から圧入部品３１に予め設定された一定範囲内の圧入推力が加わるように、圧入用推力発生機構１１の作動が制御される。
【００５１】
そして、図３に示すように、超音波振動ユニット１２と共に超音波振動する加振ヘッド１３が、圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄに対し接触と遊離を繰り返すとともに、圧入部品３１に対して間欠的な振動推力を、ハンマリング効果を生じる衝撃荷重として伝達する。
【００５２】
このとき、図４に示すように、圧入部品３１には、その弾性範囲内で、圧入方向に圧縮されるとともにポアソン効果によって径寸法に膨張する状態（図４中の状態Ａ）と、圧入方向に伸長するよう弾性回復するとともにポアソン効果によって径寸法に収縮する状態（図４中の状態Ｂ）とを、交互に繰り返すことになる。
【００５３】
しかし、圧入部品３１にそのような圧入方向の伸縮が生じても、加圧ヘッド１４から圧入部品３１への圧入推力の伝達経路Ｐ２は、加振ヘッド１３から圧入部品３１への振動推力の伝達経路Ｐ１からは独立しているので、直接的に振動推力の影響を受けることはない。したがって、圧入部品３１に対する加圧ヘッド１４の加圧状態が安定保持可能となる。
【００５４】
よって、加圧ヘッド１４による圧入部品３１の加圧状態は、ハンマリング効果を発揮するための加振ヘッド１３から圧入部品３１への加振入力によって損なわれ難くなり、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時、例えば図４中の状態Ａのような状態下においても、加圧ヘッド１４からの圧入推力によって圧入部品３１の圧入ストロークを十分に確保できることとなる。
【００５５】
また、本実施形態においては、加振ヘッド１３から圧入部品３１への振動推力の伝達経路Ｐ１が加圧ヘッド１４から圧入部品３１への圧入推力の伝達経路Ｐ２に対して並列になっていることから、圧入ヘッドユニット１６等を大型化することなく、両ヘッド１３、１４から圧入部品３１への確実に独立した伝達経路Ｐ１，Ｐ２を形成することができる。
【００５６】
しかも、加圧ヘッド１４が圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄの径方向両外側（中心に対し両側）に圧入推力を、加振ヘッド１３がその径方向中心側の加振領域内に振動推力を、それぞれ加えるので、圧入部品３１の圧入姿勢が加振ヘッド１３からの振動推力によって損なわれ難いことに加え、加圧ヘッド１４からの圧入推力によって圧入部品３１の圧入姿勢が安定することになり、圧入時のかじり等の発生を有効に抑制できることになる。
【００５７】
さらに、本実施形態では、加圧ヘッド１４から圧入部品３１への圧入推力が、加振ヘッド１３から圧入部品３１への振動推力の変動範囲（ゼロから衝撃荷重のピーク値までの範囲）より狭い一定範囲（圧入推力の許容変動範囲）内に保持される。したがって、所要の圧入推力が確保されるとともに、加振ヘッド１３からの間欠的な振動推力による十分なハンマリング効果が得られ、しかも、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入ストロークが確保可能となる。加えて、加圧ヘッド１４から圧入部品３１への圧入推力が、一定の推力値に保持されることから、その効果がより確実に得られることになる。
【００５８】
上記に加えて、本実施形態の圧入装置１０においては、圧入部品３１が被圧入部品３２に圧入される間、加圧ヘッド１４が、圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄに対し圧入推力を加え続ける一方で、加振ヘッド１３が、圧入部品３１の軸方向一端面に対し接触と遊離を繰り返す。したがって、超音波発振制御回路２１および圧入制御回路２２によって、加振ヘッド１３が圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄに接触するときの振幅や位相を適宜設定することで、より効果的なハンマリング効果を得ることができる。
【００５９】
また、本実施形態においては、加振ヘッド１３が、圧入部品３１を圧入方向に超音波振動させるので、圧入推力の低減効果を高めることができるとともに、圧入作業時の騒音を抑えることができる。
【００６０】
このように、本実施形態においては、圧入部品３１および被圧入部品３２の嵌合部位に対し、加圧ヘッド１４からの圧入推力と加振ヘッド１３からの振動推力とを独立した伝達経路で加えることにより、加圧ヘッド１４による圧入部品３１の加圧状態がハンマリング効果を得るための加振ヘッド１３からの加振によって損なわれないようにしている。その結果、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入部品３１の十分な圧入ストロークを確保することができる。
【００６１】
なお、上述の一実施形態においては、加振ヘッド１３が、超音波振動ユニット１２からの超音波振動の振動推力によって、圧入部品３１を圧入方向に超音波振動させる構成となっていたが、被圧入部品３２を圧入方向に超音波振動させる構成を採用し得ることはいうまでもない。
【００６２】
また、上述の一実施形態においては、加圧ヘッド１４を加振ヘッド１３と同一の保持部材１５に支持させる構成としていたが、圧入用推力発生機構１１に支持される加圧ヘッド１４とは別に、加振ヘッド１３を加圧ヘッド１４の圧入方向の変位に追従して移動させることができる移動機構に支持させることもできる。
【００６３】
さらに、加圧ヘッド１４は、架台１８側に支持され、推力センサ２３のような圧入荷重センサの検知情報に基づいて高さ位置制御される昇降台等に支持されてもよく、被圧入部品３２を圧入方向に移動させるとともに加圧するものとして構成されてもよい。その場合、被圧入部品３２が本発明にいう一方の圧入嵌合部品となり、圧入部品３１が他方の圧入嵌合部品となる。
【００６４】
圧入ヘッドユニット１６において、加圧ヘッド１４の筒状部１４ｂと保持部材１５との間に微振動の遮断に有効なゴム弾性体等を介在させてもよい。
【００６５】
また、加圧ヘッド１４から圧入部品３１への圧入推力を、加振ヘッド１３からの振動推力の変動幅より狭い変動幅内で積極的に変化させ、圧入部品３１の伸縮による推力変化をより小さく抑えるようなことも考えられる。
【００６６】
以上説明したように、本発明に係る圧入装置は、圧入部品３１および被圧入部品３２の嵌合部位に対し、加圧ヘッド１４からの圧入推力と加振ヘッド１３からの振動推力とを、互いに独立した伝達経路で加えるようにしている。したがって、加圧ヘッド１４による圧入部品３１の加圧状態がハンマリング効果を得るための加振ヘッド１３からの加振によって損なわれないで済み、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入部品３１の圧入ストロークを十分に確保可能な圧入装置を提供することができる。このような本発明は、圧入嵌合部位に振動を加えつつ圧入を行うようにした圧入装置全般に有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 圧入装置
１１ 圧入用推力発生機構
１２ 超音波振動ユニット
１３ 加振ヘッド
１３ａ 本体部
１３ｂ 支持板部
１３ｃ 筒状部
１３ｄ 先端面
１４ 加圧ヘッド
１４ａ 加圧部
１４ｂ 筒状部
１５ 保持部材
１６ 圧入ヘッドユニット
１７ ワーク配置部
１８ 架台
２１ 超音波発振制御回路
２２ 圧入制御回路
２３ 推力センサ
２４ 推力制御回路
３１ 圧入部品（圧入嵌合部品）
３１ｄ 軸方向一端面
３２ 被圧入部品（圧入嵌合部品）
３２ｈ 圧入穴
３３ 嵌合部位
Ｐ１ 第１の推力伝達経路（伝達経路）
Ｐ２ 第２の推力伝達経路（伝達経路）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧入装置に関し、特に圧入嵌合部位に振動を加えつつ圧入を行うようにした圧入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属部品のような高剛性の部品同士を圧入嵌合（圧力ばめ）させる場合に、その圧入嵌合部位に振動を加えることで、圧入荷重（推力）の低減やバリの防止を図るようにした圧入装置が知られている。
【０００３】
例えば、圧入部品に圧入推力を加える圧入ポンチに対して超音波振動を付与する超音波振動子を設けるとともに、その圧入ポンチを圧入方向に往復直線運動可能に案内するスライドガイド機構を設けることで、圧入ポンチから圧入部品に加えられる圧入推力に超音波振動の加振力を重ねるとともに、圧入部品に対する圧入ポンチの作用点の位置ずれを防止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、圧入時の超音波振動子への投入電力と、エアシリンダによる圧入荷重および圧入ストロークとをそれぞれモニタし、これらのうち少なくとも一つが良好な圧入の場合の基準変化域から外れると圧入不良と判定するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、圧入ヘッドの先端部に、圧入部品への突当て面から突出して圧入部品に挿入される保持部と、その保持部の外周に装着されて圧入部品の内周壁に弾性接触する接触部とを設けて、圧入ヘッドから圧入部品にガタツキなく超音波振動を確実に伝達させるようにしたものも知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２９６６１５号公報
【特許文献２】特開２００６−３１５１１２号公報
【特許文献３】特開２００７−２３７３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のような圧入装置にあっては、圧入部品への圧入推力の伝達経路中に直列に超音波振動子等の振動推力発生部を挿入する構成となっていた。そのため、振動推力によるハンマリング効果によって圧入推力（平均値）を小さく抑えることができるものの、圧入部品のポアソン効果によって圧入部位における圧入嵌合代（締め代）が小さくなる時点において十分な圧入（押込み）ストロークを確保できず、ポアソン効果を十分に活かせていなかった。
【０００８】
すなわち、圧入部品は、圧入ヘッドからの圧入推力および超音波加振力を受けるとき、ハンマリング効果による比較的大きな縦歪みを生じて圧入方向に高速に伸縮するとともにポアソン効果による径方向の寸法変化をも生じるので、圧入部位における圧入嵌合代が周期的に変化する。しかし、圧入部品への圧入推力の伝達経路中に直列に超音波振動子等が挿されていたため、圧入ヘッドからの振動推力、圧入部品の軸方向の伸縮およびポアソン効果による圧入嵌合代の変化の間に位相のずれが生じ得る加工条件下で、圧入嵌合代の縮小時に圧入ヘッドが圧入部品から遊離し易くなり、圧入嵌合代を低減させるポアソン効果を圧入ストロークの増加に十分に活用できていなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、ハンマリング効果を発揮するための加振によって圧入嵌合部品の安定した圧入推力を得るための加圧状態が損なわれないようにして、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入ストロークを十分に確保することができる圧入装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る圧入装置は、上記課題解決のため、（１）一方の圧入嵌合部品を他方の圧入嵌合部品に圧入するよう前記一方の圧入嵌合部品を圧入方向に押圧する圧入推力を加える加圧ヘッドと、前記一方の圧入嵌合部品または前記他方の圧入嵌合部品を前記圧入方向に振動させる振動推力を加える加振ヘッドと、を備え、前記一方の圧入嵌合部品および前記他方の圧入嵌合部品の嵌合部位に対する前記加圧ヘッドからの前記圧入推力の伝達経路と、該嵌合部位に対する前記加振ヘッドからの前記振動推力の伝達経路とが、互いに独立した伝達経路で構成されていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、加圧ヘッドから一方の圧入嵌合部品に圧入推力が加わる圧入時には、一方または他方の圧入嵌合部品に加振ヘッドからの振動推力が伝達され、その圧入嵌合部品に圧入方向の伸縮が生じたとしても、嵌合部位に対する加圧ヘッドからの圧入推力の伝達経路と加振ヘッドからの振動推力の伝達経路とは互いに独立していることから、加圧ヘッドから一方の圧入嵌合部品に圧入推力を加える状態は常に維持される。したがって、一方の圧入嵌合部材に対する加圧ヘッドの加圧状態が安定保持可能となり、ハンマリング効果を発揮するための加振によって圧入嵌合部品の加圧状態が損なわれ難くなる。その結果、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入ストロークを十分に確保可能となる。
【００１２】
本発明の圧入装置においては、（２）前記加圧ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品に前記圧入推力を加えるとともに、前記加振ヘッドが、前記加圧ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記圧入推力の伝達経路とは並列する他の伝達経路で、前記一方の圧入嵌合部品に前記振動推力を伝達することが好ましい。
【００１３】
この場合、一方の圧入嵌合部品に対する加圧ヘッドからの圧入推力の伝達経路と加振ヘッドからの振動推力の伝達経路とが並列するので、装置を大型化することなく、両ヘッドから一方の圧入嵌合部品への確実に独立した伝達経路を形成することができる。
【００１４】
上記（２）の構成を有する圧入装置においては、（３）前記加圧ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の軸方向一端面に対し該軸方向一端面の径方向両側で前記圧入推力を加え、前記加振ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の前記軸方向一端面に対し前記径方向中心側の加振領域内で前記振動推力を加えることが好ましい。
【００１５】
この場合、一方の圧入嵌合部品の圧入姿勢が加振ヘッドからの振動推力によって損なわれ難いことに加え、加圧ヘッドからの圧入推力によって一方の圧入嵌合部品の圧入姿勢が安定することになり、圧入時のかじり等の発生を有効に抑制できる。
【００１６】
本発明の圧入装置においては、（４）前記加圧ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記圧入推力が、前記加振ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記振動推力の変動範囲より狭い一定範囲内に保持されることが好ましい。これにより、圧入時には、ハンマリング効果を発揮するための振動推力によって圧入嵌合部位に圧入方向の伸縮が生じる一方で、圧入推力を加える加圧ヘッドの加圧状態が保持され、加振ヘッドが一方の圧入嵌合部品に対し間欠的な振動推力を加える状態となる。したがって、一定範囲内の所要の圧入推力が確保されるとともに、加振ヘッドからの振動推力によるハンマリング効果が得られ、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入ストロークも確保可能となる。
【００１７】
上記（４）の構成を有する圧入装置においては、（５）前記加圧ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記圧入推力が、一定の推力値に保持されることがより好ましい。この場合、圧入時には、加振ヘッドが一方の圧入嵌合部品に対し間欠的な振動推力を加える状態となる一方で、一定の圧入推力が確保されるから、効果的なハンマリング効果が得られるとともに、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入ストロークを十分に確保できることになる。
【００１８】
上記（３）ないし（５）のいずれかの構成を有する圧入装置においては、（６）前記一方の圧入嵌合部品が前記他方の圧入嵌合部品に圧入される間、前記加圧ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の軸方向一端面に対し前記圧入推力を加え続け、前記加振ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の前記軸方向一端面に対し接触と遊離を繰り返すことが好ましい。この場合、加振ヘッドが一方の圧入嵌合部品の軸方向一端面に接触するときの振幅や位相を適宜設定して、より効果的なハンマリング効果を得ることができる。
【００１９】
本発明の圧入装置においては、（７）前記加振ヘッドが、前記振動推力によって、前記一方の圧入嵌合部品または前記他方の圧入嵌合部品を前記圧入方向に超音波振動させることがより好ましい。この場合、圧入推力の低減効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、一方および他方の圧入嵌合部品の嵌合部位に対し、加圧ヘッドからの圧入推力と加振ヘッドからの振動推力とが独立した伝達経路で加わるようにして、加圧ヘッドによる圧入嵌合部品の加圧状態がハンマリング効果を得るための加振ヘッドからの加振によって損なわれないようにしているので、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入ストロークを十分に確保可能な圧入装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧入装置の概略正面断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る圧入装置の要部の構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る圧入装置の動作説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る圧入装置の作用説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
（一実施形態）
図１ないし図４は、本発明の一実施形態を示している。なお、本実施形態は、本発明に係る圧入装置を超音波圧入装置に適用したものであるが、超音波振動以外（可聴周波数域内）の振動推力を用いるものであってもよい。
【００２４】
図１および図２に示すように、本実施形態の圧入装置１０は、圧入用推力発生機構１１と、超音波振動ユニット１２、加振ヘッド１３、加圧ヘッド１４および保持部材１５からなる圧入ヘッドユニット１６と、その圧入ヘッドユニット１６の下方にワーク配置部１７を有する架台１８と、を備えている。
【００２５】
また、圧入装置１０は、有底円筒状の圧入部品３１（一方の圧入嵌合部品）を環状の被圧入部品３２（他方の圧入嵌合部品）の圧入穴３２ｈの内部に圧入嵌合させるものであり、圧入部品３１を圧入ヘッドユニット１６側で保持し、被圧入部品３２を架台１８のワーク配置部１７上に配置した状態で、圧入用推力発生機構１１によって圧入ヘッドユニット１６を下降させて、その圧入作業を行うようになっている。
【００２６】
圧入用推力発生機構１１は、詳細を図示しないが、直動出力が可能な公知のアクチュエータ類、例えば流体圧（液圧または空気圧）作動シリンダよって構成される。ただし、圧入用推力発生機構１１は、加圧ヘッド１４に圧入方向への押圧力である圧入推力を発生させるとともに加圧ヘッド１４の位置を制御できる機構であればよく、例えばボールねじ等の運動変換機構（回転運動と直線運動の変換が可能な機構）と電動モータその他のモータとの組合せで構成されてもよいし、ロボットによって構成されてもよい。
【００２７】
超音波振動ユニット１２は、例えば圧電素子を用いて超音波振動を励起する振動子を内蔵しており、加振ヘッド１３の上端部に固着されるとともに、圧入用推力発生機構１１により支持されている。この超音波振動ユニット１２は、加振ヘッド１３を圧入方向に超音波振動させることができる。ここでの超音波振動は、圧入部品３１や被圧入部品３２の材質、嵌合部位の大きさや形状等に応じて適宜設定され、例えば振動周波数が２０ｋＨｚ以上で、その振動振幅が数１０μｍ程度になるように調整される。
【００２８】
超音波振動ユニット１２による発振の周波数や振幅、発振の有無等は、超音波発振制御回路２１により制御されるようになっている。
【００２９】
この超音波発振制御回路２１は、例えば超音波振動ユニット１２の超音波振動子を所定の周波数および振幅で振動させるよう、印加電圧の変動周波数制御や電力増幅、昇圧等を実行することができる。また、超音波発振制御回路２１には、超音波振動ユニット１２の超音波振動振幅を設定値に保つよう、圧入負荷に応じて供給電力を増大させる定振幅化回路等が設けられている。
【００３０】
なお、超音波振動ユニット１２は、圧電素子でなく、超磁歪素子と駆動コイルを用いて超音波振動を励起するものであってもよい。その場合、超音波発振制御回路２１でなく、駆動コイルに対する電流制御によって超磁歪素子に対する磁界を変化させ、超磁歪素子を軸方向に伸縮変形させることで加振ヘッド１３を圧入方向に超音波振動させる駆動回路が用いられることになる。
【００３１】
加振ヘッド１３は、圧入方向において、例えば超音波の波長の整数倍の長さを有し、超音波振動ユニット１２の発振周波数で共振振動できるようになっている。
【００３２】
この加振ヘッド１３は、圧入部品３１および被圧入部品３２のうちいずれかに対し、その圧入嵌合部品を圧入方向に振動させる超音波の振動推力を加えるようになっている。
【００３３】
また、加振ヘッド１３は、例えば図２に示すように、圧入方向に伸びるハンマ状の本体部１３ａと、この本体部１３ａを軸方向変位可能に支持する支持板部１３ｂと、この支持板部１３ｂを支持するとともに超音波振動ユニット１２を収納する筒状部１３ｃとによって構成されている。
【００３４】
加圧ヘッド１４は、圧入部品３１および被圧入部品３２のうち任意の一方、例えば圧入部品３１を他方の被圧入部品３２に圧入するよう、圧入推力を加えるものである。
【００３５】
この加圧ヘッド１４は、加振ヘッド１３の本体部１３ａを取り囲む筒状の加圧部（あるいは、加振ヘッド１３の本体部１３ａの周りに等間隔に平行配置された複数の分割筒状の加圧部）１４ａと、加圧部１４ａを支持する段付きの筒状部１４ｂとによって構成されている。
【００３６】
ここで、加振ヘッド１３の本体部１３ａの先端面１３ｄの直径および加圧ヘッド１４の加圧部１４ａの外径は、これらに接触する圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄの直径（ここでは、中心穴付きであるので、外径と内径）に応じて、所要の加振や加圧が可能な接触面積が得られるように設定される。
【００３７】
加圧ヘッド１４の押圧範囲は、圧入部品３１が軸方向一端面３１ｄ側に段付き形状や面取り形状等を有する場合には、軸方向一端面３１ｄの周囲のそのような段差面やチャンファ面等に及んでもよい。また、加圧ヘッド１４は、圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄの近傍で圧入部品３１の外周面にゴム弾性体等を介して係合し、圧入部品３１を圧入姿勢に保持するものであってもよい。
【００３８】
加振ヘッド１３の筒状部１３ｃおよび加圧ヘッド１４の筒状部１４ｂは、互いに同軸に配置されるとともに、圧入用推力発生機構１１の先端部に装着された保持部材１５にそれぞれ着脱可能に保持されている。
【００３９】
これら加振ヘッド１３、加圧ヘッド１４および保持部材１５は、超音波振動ユニット１２と共に、全体として、圧入用推力発生機構１１に着脱可能に支持される圧入ヘッドユニット１６を構成している。
【００４０】
そして、この圧入ヘッドユニット１６は、加振ヘッド１３から圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄに対して、その軸方向一端面３１ｄの径方向中心側の加振領域（符号無し）内で振動推力を加える第１の推力伝達経路Ｐ１と、加圧ヘッド１４から圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄに対して、その軸方向一端面３１ｄの径方向両外側で圧入推力を加える第２の推力伝達経路Ｐ２とを、互いに並列に形成している。
【００４１】
すなわち、この圧入ヘッドユニット１６は、圧入部品３１の一部でもある圧入部品３１と被圧入部品３２との嵌合部位３３に対して、加振ヘッド１３からの振動推力と加圧ヘッド１４からの圧入推力とを互いに独立した第１、第２の推力伝達経路Ｐ１，Ｐ２で加えることができるように構成されている。
【００４２】
一方、圧入ヘッドユニット１６の下方に配置された架台１８のワーク配置部１７には、圧入部品３１が圧入される被圧入部品３２の圧入穴３２ｈより大径の逃げ穴１７ａと、被圧入部品３２を支持する受け面１７ｂとが形成されている。
【００４３】
ところで、圧入部品３１が被圧入部品３２に圧入される圧入作業中、加圧ヘッド１４から圧入部品３１への圧入推力は、加振ヘッド１３から圧入部品３１への振動推力の変動範囲より狭い一定範囲内に保持されるようになっている。具体的には、加圧ヘッド１４から圧入部品３１への圧入推力は、例えば一定の推力値に保持されるようになっている。
【００４４】
また、圧入部品３１が被圧入部品３２に圧入される間、加圧ヘッド１４は、圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄに対し図１中で下向きの圧入推力を加え続ける一方、加振ヘッド１３は、超音波振動ユニット１２からの超音波振動の振動推力によって、圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄに対し接触と遊離を繰り返すとともに、圧入部品３１に対して間欠的な振動推力を、ハンマリング効果を生じる衝撃荷重として加えるようになっている。
【００４５】
加振ヘッド１３を超音波振動させる超音波振動ユニット１２は、超音波発振制御回路２１によって制御されるようになっている。この超音波発振制御回路２１は、圧入作業全体を制御する圧入制御回路２２から超音波振動ユニット１２の駆動または停止の指令、駆動周波数、振幅等の指令値をそれぞれ入力し、それらの指令値に従って超音波振動ユニット１２の超音波発振制御を実行するようになっている。
【００４６】
また、圧入制御回路２２は、圧入ヘッドユニット１６から圧入部品３１に加わる圧入推力を、例えば加圧ヘッド１４の筒状部１４ｂの基端側に配置された推力センサ２３によって検出し、その圧入推力を一定範囲内に、例えば一定値に維持するように、圧入用推力発生機構１１の推力および先端位置（保持部材１５を支持する高さ）を制御する推力制御回路２４に検出推力をフィードバックするようになっている。あるいは、圧入制御回路２２は、予め圧入ストローク毎に設定された設定圧入荷重となるように、圧入用推力発生機構１１の推力および先端位置を特定する指令信号を出力するようになっている。そのような推力や位置の制御自体は公知であり、ここでは詳述しない。
【００４７】
圧入部材３１は、その有底円筒状の外周側の一部を互いに平行な面を有するように対称に切り欠いた一対の切欠き部３１ａと、それら一対の切欠き部３１ａの中央部に形成された半径方向の連通孔３１ｂと、軸線方向に延びる有底の中心孔３１ｃとを有している。
【００４８】
また、被圧入部品３２は、その圧入穴３２ｈから外周面３２ｅまで半径方向に貫通する一対の通路孔３２ａを有している。そして、圧入部材３１が被圧入部品３２の圧入穴３２ｈに所定深さまで圧入されると、圧入部材３１の中心孔３１ｃと被圧入部品３２の一対の通路孔３２ａとが一対の連通孔３１ｂを介して連通するようになっている。
【００４９】
次に、作用について説明する。
【００５０】
上述のように構成された本実施形態の圧入装置１０においては、圧入時には、加圧ヘッド１４から圧入部品３１に予め設定された一定範囲内の圧入推力が加わるように、圧入用推力発生機構１１の作動が制御される。
【００５１】
そして、図３に示すように、超音波振動ユニット１２と共に超音波振動する加振ヘッド１３が、圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄに対し接触と遊離を繰り返すとともに、圧入部品３１に対して間欠的な振動推力を、ハンマリング効果を生じる衝撃荷重として伝達する。
【００５２】
このとき、図４に示すように、圧入部品３１には、その弾性範囲内で、圧入方向に圧縮されるとともにポアソン効果によって径寸法に膨張する状態（図４中の状態Ａ）と、圧入方向に伸長するよう弾性回復するとともにポアソン効果によって径寸法に収縮する状態（図４中の状態Ｂ）とを、交互に繰り返すことになる。
【００５３】
しかし、圧入部品３１にそのような圧入方向の伸縮が生じても、加圧ヘッド１４から圧入部品３１への圧入推力の伝達経路Ｐ２は、加振ヘッド１３から圧入部品３１への振動推力の伝達経路Ｐ１からは独立しているので、直接的に振動推力の影響を受けることはない。したがって、圧入部品３１に対する加圧ヘッド１４の加圧状態が安定保持可能となる。
【００５４】
よって、加圧ヘッド１４による圧入部品３１の加圧状態は、ハンマリング効果を発揮するための加振ヘッド１３から圧入部品３１への加振入力によって損なわれ難くなり、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時、例えば図４中の状態Ａのような状態下においても、加圧ヘッド１４からの圧入推力によって圧入部品３１の圧入ストロークを十分に確保できることとなる。
【００５５】
また、本実施形態においては、加振ヘッド１３から圧入部品３１への振動推力の伝達経路Ｐ１が加圧ヘッド１４から圧入部品３１への圧入推力の伝達経路Ｐ２に対して並列になっていることから、圧入ヘッドユニット１６等を大型化することなく、両ヘッド１３、１４から圧入部品３１への確実に独立した伝達経路Ｐ１，Ｐ２を形成することができる。
【００５６】
しかも、加圧ヘッド１４が圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄの径方向両外側（中心に対し両側）に圧入推力を、加振ヘッド１３がその径方向中心側の加振領域内に振動推力を、それぞれ加えるので、圧入部品３１の圧入姿勢が加振ヘッド１３からの振動推力によって損なわれ難いことに加え、加圧ヘッド１４からの圧入推力によって圧入部品３１の圧入姿勢が安定することになり、圧入時のかじり等の発生を有効に抑制できることになる。
【００５７】
さらに、本実施形態では、加圧ヘッド１４から圧入部品３１への圧入推力が、加振ヘッド１３から圧入部品３１への振動推力の変動範囲（ゼロから衝撃荷重のピーク値までの範囲）より狭い一定範囲（圧入推力の許容変動範囲）内に保持される。したがって、所要の圧入推力が確保されるとともに、加振ヘッド１３からの間欠的な振動推力による十分なハンマリング効果が得られ、しかも、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入ストロークが確保可能となる。加えて、加圧ヘッド１４から圧入部品３１への圧入推力が、一定の推力値に保持されることから、その効果がより確実に得られることになる。
【００５８】
上記に加えて、本実施形態の圧入装置１０においては、圧入部品３１が被圧入部品３２に圧入される間、加圧ヘッド１４が、圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄに対し圧入推力を加え続ける一方で、加振ヘッド１３が、圧入部品３１の軸方向一端面に対し接触と遊離を繰り返す。したがって、超音波発振制御回路２１および圧入制御回路２２によって、加振ヘッド１３が圧入部品３１の軸方向一端面３１ｄに接触するときの振幅や位相を適宜設定することで、より効果的なハンマリング効果を得ることができる。
【００５９】
また、本実施形態においては、加振ヘッド１３が、圧入部品３１を圧入方向に超音波振動させるので、圧入推力の低減効果を高めることができるとともに、圧入作業時の騒音を抑えることができる。
【００６０】
このように、本実施形態においては、圧入部品３１および被圧入部品３２の嵌合部位に対し、加圧ヘッド１４からの圧入推力と加振ヘッド１３からの振動推力とを独立した伝達経路で加えることにより、加圧ヘッド１４による圧入部品３１の加圧状態がハンマリング効果を得るための加振ヘッド１３からの加振によって損なわれないようにしている。その結果、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入部品３１の十分な圧入ストロークを確保することができる。
【００６１】
なお、上述の一実施形態においては、加振ヘッド１３が、超音波振動ユニット１２からの超音波振動の振動推力によって、圧入部品３１を圧入方向に超音波振動させる構成となっていたが、被圧入部品３２を圧入方向に超音波振動させる構成を採用し得ることはいうまでもない。
【００６２】
また、上述の一実施形態においては、加圧ヘッド１４を加振ヘッド１３と同一の保持部材１５に支持させる構成としていたが、圧入用推力発生機構１１に支持される加圧ヘッド１４とは別に、加振ヘッド１３を加圧ヘッド１４の圧入方向の変位に追従して移動させることができる移動機構に支持させることもできる。
【００６３】
さらに、加圧ヘッド１４は、架台１８側に支持され、推力センサ２３のような圧入荷重センサの検知情報に基づいて高さ位置制御される昇降台等に支持されてもよく、被圧入部品３２を圧入方向に移動させるとともに加圧するものとして構成されてもよい。その場合、被圧入部品３２が本発明にいう一方の圧入嵌合部品となり、圧入部品３１が他方の圧入嵌合部品となる。
【００６４】
圧入ヘッドユニット１６において、加圧ヘッド１４の筒状部１４ｂと保持部材１５との間に微振動の遮断に有効なゴム弾性体等を介在させてもよい。
【００６５】
また、加圧ヘッド１４から圧入部品３１への圧入推力を、加振ヘッド１３からの振動推力の変動幅より狭い変動幅内で積極的に変化させ、圧入部品３１の伸縮による推力変化をより小さく抑えるようなことも考えられる。
【００６６】
以上説明したように、本発明に係る圧入装置は、圧入部品３１および被圧入部品３２の嵌合部位に対し、加圧ヘッド１４からの圧入推力と加振ヘッド１３からの振動推力とを、互いに独立した伝達経路で加えるようにしている。したがって、加圧ヘッド１４による圧入部品３１の加圧状態がハンマリング効果を得るための加振ヘッド１３からの加振によって損なわれないで済み、ポアソン効果による圧入部位の圧入嵌合代の縮小時における圧入部品３１の圧入ストロークを十分に確保可能な圧入装置を提供することができる。このような本発明は、圧入嵌合部位に振動を加えつつ圧入を行うようにした圧入装置全般に有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 圧入装置
１１ 圧入用推力発生機構
１２ 超音波振動ユニット
１３ 加振ヘッド
１３ａ 本体部
１３ｂ 支持板部
１３ｃ 筒状部
１３ｄ 先端面
１４ 加圧ヘッド
１４ａ 加圧部
１４ｂ 筒状部
１５ 保持部材
１６ 圧入ヘッドユニット
１７ ワーク配置部
１８ 架台
２１ 超音波発振制御回路
２２ 圧入制御回路
２３ 推力センサ
２４ 推力制御回路
３１ 圧入部品（圧入嵌合部品）
３１ｄ 軸方向一端面
３２ 被圧入部品（圧入嵌合部品）
３２ｈ 圧入穴
３３ 嵌合部位
Ｐ１ 第１の推力伝達経路（伝達経路）
Ｐ２ 第２の推力伝達経路（伝達経路）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の圧入嵌合部品を他方の圧入嵌合部品に圧入するよう前記一方の圧入嵌合部品を圧入方向に押圧する圧入推力を加える加圧ヘッドと、
前記一方の圧入嵌合部品または前記他方の圧入嵌合部品を前記圧入方向に振動させる振動推力を加える加振ヘッドと、を備え、
前記一方の圧入嵌合部品および前記他方の圧入嵌合部品の嵌合部位に対する前記加圧ヘッドからの前記圧入推力の伝達経路と、該嵌合部位に対する前記加振ヘッドからの前記振動推力の伝達経路とが、互いに独立した伝達経路で構成されていることを特徴とする圧入装置。
【請求項２】
前記加圧ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品に前記圧入推力を加えるとともに、
前記加振ヘッドが、前記加圧ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記圧入推力の伝達経路とは並列する他の伝達経路で、前記一方の圧入嵌合部品に前記振動推力を伝達することを特徴とする請求項１に記載の圧入装置。
【請求項３】
前記加圧ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の軸方向一端面に対し該軸方向一端面の径方向両側で前記圧入推力を加え、
前記加振ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の前記軸方向一端面に対し前記径方向中心側の加振領域内で前記振動推力を加えることを特徴とする請求項２に記載の圧入装置。
【請求項４】
前記加圧ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記圧入推力が、前記加振ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記振動推力の変動範囲より狭い一定範囲内に保持されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１の請求項に記載の圧入装置。
【請求項５】
前記加圧ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記圧入推力が、一定の推力値に保持されることを特徴とする請求項４に記載の圧入装置。
【請求項６】
前記一方の圧入嵌合部品が前記他方の圧入嵌合部品に圧入される間、前記加圧ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の軸方向一端面に対し前記圧入推力を加え続け、
前記加振ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の前記軸方向一端面に対し接触と遊離を繰り返すことを特徴とする請求項３ないし請求項５のうちいずれか１の請求項に記載の圧入装置。
【請求項７】
前記加振ヘッドが、前記振動推力によって、前記一方の圧入嵌合部品または前記他方の圧入嵌合部品を前記圧入方向に超音波振動させることを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１の請求項に記載の圧入装置。
【請求項１】
一方の圧入嵌合部品を他方の圧入嵌合部品に圧入するよう前記一方の圧入嵌合部品を圧入方向に押圧する圧入推力を加える加圧ヘッドと、
前記一方の圧入嵌合部品または前記他方の圧入嵌合部品を前記圧入方向に振動させる振動推力を加える加振ヘッドと、を備え、
前記一方の圧入嵌合部品および前記他方の圧入嵌合部品の嵌合部位に対する前記加圧ヘッドからの前記圧入推力の伝達経路と、該嵌合部位に対する前記加振ヘッドからの前記振動推力の伝達経路とが、互いに独立した伝達経路で構成されていることを特徴とする圧入装置。
【請求項２】
前記加圧ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品に前記圧入推力を加えるとともに、
前記加振ヘッドが、前記加圧ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記圧入推力の伝達経路とは並列する他の伝達経路で、前記一方の圧入嵌合部品に前記振動推力を伝達することを特徴とする請求項１に記載の圧入装置。
【請求項３】
前記加圧ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の軸方向一端面に対し該軸方向一端面の径方向両側で前記圧入推力を加え、
前記加振ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の前記軸方向一端面に対し前記径方向中心側の加振領域内で前記振動推力を加えることを特徴とする請求項２に記載の圧入装置。
【請求項４】
前記加圧ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記圧入推力が、前記加振ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記振動推力の変動範囲より狭い一定範囲内に保持されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１の請求項に記載の圧入装置。
【請求項５】
前記加圧ヘッドから前記一方の圧入嵌合部品への前記圧入推力が、一定の推力値に保持されることを特徴とする請求項４に記載の圧入装置。
【請求項６】
前記一方の圧入嵌合部品が前記他方の圧入嵌合部品に圧入される間、前記加圧ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の軸方向一端面に対し前記圧入推力を加え続け、
前記加振ヘッドが、前記一方の圧入嵌合部品の前記軸方向一端面に対し接触と遊離を繰り返すことを特徴とする請求項３ないし請求項５のうちいずれか１の請求項に記載の圧入装置。
【請求項７】
前記加振ヘッドが、前記振動推力によって、前記一方の圧入嵌合部品または前記他方の圧入嵌合部品を前記圧入方向に超音波振動させることを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１の請求項に記載の圧入装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１１１６７５（Ｐ２０１３−１１１６７５Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７９１３（Ｐ２０１１−２５７９１３）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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