(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一直線上において互いにしまり嵌合させられるべき２部材の少なくとも一方を前記直線のまわりに回転運動させつつ、それら２部材の少なくとも一方を前記直線上において相互に接近する向きに直線運動させることにより、それら２部材を衝突により互いにしまり嵌合させるためのしまり嵌合装置であって、
前記２部材の少なくとも一方をそれの両端部のうちの前記２部材の他方から遠い端部に大気圧より高圧の高圧エアを作用させることによって加速する加速装置を含み、その２部材の少なくとも一方に直線運動を付与する直線運動付与装置と、
前記２部材の少なくとも一方に回転運動を付与する回転運動付与装置と
を含むことを特徴とするしまり嵌合装置。
【請求項２】
一直線上において互いにしまり嵌合させられるべき２部材の少なくとも一方を前記直線のまわりに回転運動させつつ、それら２部材の少なくとも一方を前記直線上において相互に接近する向きに直線運動させることにより、それら２部材を衝突により互いにしまり嵌合させるためのしまり嵌合装置であって、
前記２部材の少なくとも一方に直線運動を付与する直線運動付与装置と、前記２部材の少なくとも一方に回転運動を付与する回転運動付与装置とを含み、
前記直線運動付与装置が、前記２部材の少なくとも一方である運動部材を、２部材の他方である相手方部材に接近する向きに直線運動させるために、運動部材に推力を付与する推力付与装置を含み、前記回転運動付与装置が、その推力付与装置により運動部材に付与される推力の一部を、運動部材を回転させる力に変換する力変換機構を含むことを特徴とするしまり嵌合装置。
【請求項３】
前記推力付与装置が、前記運動部材の両端部のうち前記相手方部材から遠い端部に大気圧より高圧の高圧エアを作用させることにより、運動部材に推力を付与するものであり、前記力変換機構が、前記運動部材と共に回転可能に設けられた複数の羽根であって、前記推力付与装置により高圧エアが作用させられると、その高圧エアの圧力の一部を運動部材を回転させる力に変換するものである請求項２に記載のしまり嵌合装置。
【請求項４】
当該しまり嵌合装置が、さらに、前記運動部材と前記直線上において直線運動可能かつ回転運動可能に嵌合されることにより、運動部材を案内する案内部材を含み、前記回転運動付与装置が、その案内部材と前記運動部材とに設けられた、前記直線に沿ってらせん状に延びるらせん状部材とそのらせん状部材に係合させられた係合部材とを含むものである請求項２に記載のしまり嵌合装置。
【請求項５】
当該しまり嵌合装置が、前記回転運動付与装置によって前記２部材の少なくとも一方を回転運動させた後に、その回転させられた２部材の少なくとも一方を前記直線運動付与装置によって直線運動させるようにされた請求項１に記載のしまり嵌合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２部材を互いにしまり嵌合させる方法およびその方法を行うためのしまり嵌合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平９−６６４２１号公報には、上記しまり嵌合方法の一従来例が記載されている。この従来例は、一直線上において互いにしまり嵌合させられるべき２部材の少なくとも一方をその直線上において相互に接近する向きに直線運動させることにより、それら２部材を衝突により互いにしまり嵌合させる方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および発明の効果】
本発明者らはその従来例について研究を行い、その結果、２部材の少なくとも一方を直線運動させることと、それら２部材の少なくとも一方を前記直線のまわりに回転運動させることとを互いに並行して行えば、２部材の少なくとも一方に直線運動のみ行わせる場合には得られない種々の効果が得られることに気がついた。
本発明は、そのような知見に基づいてなされたものであり、その課題は、２部材の少なくとも一方に直線運動のみ行わせる場合には得られない種々の効果が得られるしまり嵌合方法を提供することにあり、また、そのしまり嵌合方法を行うためのしまり嵌合装置を提供することにある。
【０００４】
それら課題は下記の本発明の各態様によって解決される。なお、以下の説明においては、本発明の各態様をそれぞれに項番号を付して請求項と同じ形式で記載する。各項に記載の特徴を組み合わせて採用することの可能性を明示するためであり、ここに記載された組合せ以外の組合せを採用することの可能性を排除したり、ここに記載された特徴以外の特徴を採用することの可能性を排除するものではない。なお、下記(6)項が請求項１に相当し、(7)項が請求項２に、(8)項が請求項３に、(9)項が請求項４に、(10)項が請求項５にそれぞれ相当する。
【０００５】
(1) 一直線上において互いにしまり嵌合させられるべき２部材の少なくとも一方を前記直線のまわりに回転運動させつつ、それら２部材の少なくとも一方を前記直線上において相互に接近する向きに直線運動させることにより、それら２部材を衝突により互いにしまり嵌合させることを特徴とするしまり嵌合方法。
この方法においては、２部材の少なくとも一方の直線運動と、２部材の少なくとも一方の回転運動とが互いに並行して行わせられ、そのような運動状態でそれら２部材が衝突により互いにしまり嵌合させられる。それら直線運動と回転運動とは、同じ部材について行っても、互いに異なる部材について行ってもよい。
ところで、衝突によるしまり嵌合においては、衝突によって２部材に発生させられた相対変位によって２部材に摩擦熱が発生させられ、その摩擦熱によって２部材が互いに溶着されることが、それら２部材の結合強度を向上させる上において重要である。この場合、結合強度は、２部材の相対変位量に応じて増加するため、目標の結合強度を実現するためには、目標の相対変位量を実現することが必要である。ここに、相対変位量は、２部材の少なくとも一方の直線運動は行わせられるが、２部材の少なくとも一方の回転運動は行わせられない場合には、相対変位量は、直線運動の距離と一致するため、２部材の、前記直線上における相対変位量である軸方向相対変位量と一致する。これに対して、直線運動と回転運動との双方を行わせられる場合には、相対変位量は、それら直線運動と回転運動とが合成された運動の距離と一致するため、軸方向相対変位量が、直線運動のみ行わせられる場合におけるより短くなる。
したがって、本項に記載の方法によれば、同じ結合強度を確保するために２部材に関して実現すべき軸方向相対変位量を短縮可能となり、その結果、２部材の軸方向長さも短縮可能となる。
この方法において、２部材の一方は、穴部を有する部材であり、他方は、その穴部に嵌合する嵌合部分を有する部材である。嵌合部分の、前記直線と直角な方向における寸法は、しまり嵌合前において、穴部の、前記直線と直角な方向における寸法より大きい。
また、この方法において、直線運動は、２部材のうち直線運動させられるべき運動部材の、前記直線上における両端部間に差圧を発生させることによって実現することができる。その運動部材の両端部のうち、その運動部材がしまり嵌合させられるべき相手方部材から遠い端部に大気圧より高い気体を作用させることや、運動部材の両端部のうち、相手型部材に近い端部に大気圧より低い気体を作用させることにより、運動部材の直線運動を実現することができるのである。さらに、直線運動は、２部材のうち直線運動させられるべき運動部材に磁気力を作用させることや、重力を作用させることや、遠心力を作用させることによっても実現することができる。
これに対して、回転運動は、２部材のうち回転運動させられるべき運動部材に回転力を機械的に伝達することや、圧力として伝達することや、磁気力として伝達することによって実現することができる。
(2) 前記直線運動と回転運動との双方が、前記２部材のうちの同じ部材について行われる(1) 項に記載のしまり嵌合方法。
この方法においては、２部材のうち直線運動させられる運動部材が回転運動させられる。一方、同じ部材に直線運動と回転運動との双方が付与されると、運動中、運動部材の姿勢が維持され、具体的には、運動部材が直線運動の方向に対して傾斜することが抑制される。
したがって、この方法によれば、直線運動と回転運動との双方が付与された運動部材が相手方部材に衝突する際に、それら２部材間に芯ずれが発生することが抑制される。
(3) 前記同じ部材が、円形断面で真っ直ぐに延びる円筒面を有しており、その円筒面にそれと同軸に移動可能に嵌合する円筒面を有する案内部材のその円筒面に前記同じ部材の円筒面が嵌合されることにより、前記同じ部材が前記直線に沿って直線運動するように案内される(2) 項に記載のしまり嵌合方法。
この方法においては、２部材のうち直線運動と回転運動との双方が付与される運動部材と案内部材との間に、円環断面状で真っ直ぐに延びる小さな空間が形成され、運動部材が回転させられると、その空間に、運動部材を案内部材の円筒面から浮上させるように作用する空気の流れが生起される。運動部材を案内部材の円筒面から浮上させることは、運動部材が案内部材に対してセンタリングされることを意味する。
したがって、この方法によれば、そのセンタリング効果と前述の姿勢維持効果との共同により、２部材間の芯ずれが一層効果的に抑制される。
(4) 前記回転運動が、前記直線運動を行うための駆動装置とは別の駆動装置により行われる(1) ないし(3) 項のいずれかに記載のしまり嵌合方法。
前記従来例においては、２部材のうち運動させられる運動部材の運動エネルギがその運動部材の直線運動によって付与される。一方、運動部材に付与された運動エネルギは、前述のように、２部材の摩擦熱に変換されるため、必要な摩擦熱を得るためには、必要な運動エネルギを運動部材に付与することが必要である。また、運動部材を直線運動させるためにはその運動部材を加速することが必要であり、そして、その運動部材の運動エネルギを増加させるためには、運動部材を運動させる力を増加させることができない場合には、その運動部材が加速される距離を長くすることが必要となる。しかし、この加速距離を長くすることは、しまり嵌合を行う装置が大形化することを意味する。
これに対して、本項に記載のしまり嵌合方法においては、運動エネルギが直線運動のみによって付与されるのではなく、回転運動によっても付与される。したがって、この方法によれば、必要な運動エネルギを付与するために運動部材を加速することが必要である距離が、運動エネルギが直線運動によって付与される場合におけるより短縮可能となる。
(5) 前記回転運動が、前記直線運動を行うための駆動装置と同じ駆動装置により行われる(1) ないし(3) 項のいずれかに記載のしまり嵌合方法。
この方法においては、同じ駆動装置が直線運動の実現と回転運動の実現との双方に使用される。したがって、この方法によれば、しまり嵌合を行う装置を、各運動ごとに駆動装置を使用する場合におけるより小形化可能となる。
この方法を実施する場合には、直線運動させられるべき部材に駆動装置が付与すべき力または付与した力の一部を、その部材を回転させる力に変換する力変換機構が使用される。
(6) (1) 項に記載のしまり嵌合方法を行うためのしまり嵌合装置であって、
前記２部材の少なくとも一方をそれの両端部のうちの前記２部材の他方から遠い端部に大気圧より高圧の高圧エアを作用させることによって加速する加速装置を含み、その２部材の少なくとも一方に直線運動を付与する直線運動付与装置と、
前記２部材の少なくとも一方に回転運動を付与する回転運動付与装置と
を含むことを特徴とするしまり嵌合装置。
(7) (1) 項に記載のしまり嵌合方法を行うためのしまり嵌合装置であって、
前記２部材の少なくとも一方に直線運動を付与する直線運動付与装置と、前記２部材の少なくとも一方に回転運動を付与する回転運動付与装置とを含み、
前記直線運動付与装置が、前記２部材の少なくとも一方である運動部材を、２部材の他方である相手方部材に接近する向きに直線運動させるために、運動部材に推力を付与する推力付与装置を含み、前記回転運動付与装置が、その推力付与装置により運動部材に付与される推力の一部を、運動部材を回転させる力に変換する力変換機構を含むことを特徴とするしまり嵌合装置。
(8) 前記推力付与装置が、前記運動部材の両端部のうち前記相手方部材から遠い端部に大気圧より高圧の高圧エアを作用させることにより、運動部材に推力を付与するものであり、前記力変換機構が、前記運動部材と共に回転可能に設けられた複数の羽根であって、前記推力付与装置により高圧エアが作用させられると、その高圧エアの圧力の一部を運動部材を回転させる力に変換するものである(7) 項に記載のしまり嵌合装置。
(9) さらに、前記運動部材と前記直線上において直線運動可能かつ回転運動可能に嵌合されることにより、運動部材を案内する案内部材を含み、前記回転運動付与装置が、その案内部材と前記運動部材とに設けられた、前記直線に沿ってらせん状に延びるらせん状部材とそのらせん状部材に係合させられた係合部材とを含むものである(7) 項に記載のしまり嵌合装置。
この装置においては、案内部材と運動部材との一方に設けられたらせん条部材（または係合部材）と、他方に設けられた係合部材（またはらせん状部材）とが互いに係合させられていて、運動部材に推力が付与されれば、それの一部がらせん状部材の斜面によって運動部材の回転力に機械的に変換される。
この装置において、らせん状部材は、らせん状溝としたり、らせん状突条とすることができ、一方、係合部材は、突起としたり、溝とすることができる。
(10)前記回転運動付与装置によって前記２部材の少なくとも一方を回転運動させた後に、その回転させられた２部材の少なくとも一方を前記直線運動付与装置によって直線運動させるようにされた(6)に記載のしまり嵌合装置。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
【０００７】
図１には、本発明の第１実施形態であるしまり嵌合方法を実施するのに好適なしまり嵌合装置が示されている。本実施形態であるしまり嵌合方法は、互いにしまり嵌合させられるべき第１および第２部材１０，１２のうちの第２部材１２について直線運動と回転運動とを互いに並行して行わせるとともに、それら直線運動と回転運動とを互いに異なる２つの駆動装置により実現するものである。
【０００８】
第１部材１０は、軸線に沿って延びる円筒形状を成している。第１部材１０は、それと同軸に穴部２４が形成され、その穴部２４の内周面は円筒面とされている。第１部材１０は、第１保持装置３０に着脱可能に保持され、かつ、装着時には固定的に保持される。第１部材１０にはさらに、エア抜き穴２６も形成されている。第２部材１２の前方空間、すなわち、第１部材１０と第２部材１２との間に形成された空間が気密であると、第２部材１２の加速が阻害される。このような事態の発生を防止するために、エア抜き穴２６が形成されているのである。
【０００９】
一方、第２部材１２は、軸線に沿って円形断面で延びる棒状を成している。第２部材１２の直径は、穴部２４の直径よりわずかに大きくされている。第２部材１２は、第２保持装置３２に保持されている。第２部材１２は、第１保持部材３０に保持されている第１部材１０と同軸となり、かつ、その第１部材１０の穴部２４の開口部に対向する姿勢で第２保持部材３２に保持されている。
【００１０】
第２保持装置３２は、フレーム３８と案内部材４０とを備えている。案内部材４０はベアリングを介してフレーム３８に、案内部材４０の軸線まわりに回転可能に取り付けられている。案内部材４０は円筒面である案内面４１を備えている。その案内面４１に第２部材１２が、それの軸線に沿って移動可能かつその軸線まわりに回転可能に嵌合されている。第２保持装置３２はさらに、導管４２を備えている。導管４２は、それの両端部において案内部材４０および第１保持装置３０にそれぞれ取り付けられている。この導管４２は、案内部材４０および穴部２４と同軸に延びていて、第２部材１２と、それの軸線に沿って移動可能かつその軸線まわりに回転可能に嵌合されている。導管４２の両端部のうち案内部材４０と接続される端部は、シール４４を介して案内部材４０に相対回転可能かつ実質的に気密に装着されている。
【００１１】
第２保持装置３２は、さらに、加速装置４６も備えている。加速装置４６もフレーム３８に取り付けられている。加速装置４６は、図示しないが、大気圧より高圧の高圧エアを収容する高圧源と、高圧エアが高圧源から放出することを許容する状態と阻止する状態とに切り換わる切換弁装置とを含むように構成されている。加速装置４６は、高圧エアが放出される部分においてシール４８を介して案内部材４０に相対回転可能かつ実質的に気密に接触させられている。本実施形態においては、第２保持装置３２に保持されている第２部材１２の両端部のうち第１部材１０から遠い端部に高圧エアが作用させられることにより、第２部材１２がそれの軸線上において加速されるようになっており、加速装置４６が、第２部材１２の直線運動を実現するための駆動装置なのである。
【００１２】
第２保持装置３２は、さらに、回転装置５０も備えている。回転装置５０は、駆動源としてのモータ５２と、そのモータ５２の回転トルクを案内部材４０に回転トルクとして伝達する伝達機構５４とを備えている。伝達機構５４は、モータ５２の回転軸と案内部材４０とにそれぞれ同軸に固定された２つの歯車５６，５８がかみ合わされた構成とされている。歯車５６は大径歯車、歯車５８は小径歯車とされていて、モータ５２の回転が増速されて案内部材４０に伝達されるようになっている。案内部材４０が回転させられれば、その案内部材４０と第２部材１２との間の摩擦力により、第２部材１２が回転させられる。すなわち、本実施形態においては、回転装置５０が、第２部材１２を回転運動させるための駆動装置を構成しているのである。
【００１３】
以上のように構成されたしまり嵌合装置においては、第２部材１２の加速に先立ち、第１および第２部材１０，１２が第１および第２保持装置３０，３２の所定位置にそれぞれセットされる。続いて、回転装置５０が作動させられ、それにより、第２部材１２がそれの軸線まわりに所定速度で回転させられる。その後、加速装置４６が高圧エアを第２部材１２の後端部に作用させ、それにより、第２部材１２が、回転運動と並行して直線運動を行わせられる。第２部材１２はその後、第１部材１０に衝突し、それら２部材１０，１２が互いにしまり嵌合させられる。この際、それら２部材１０，１２に摩擦熱が発生し、その摩擦熱によってそれら２部材１０，１２の接触部分が溶融し、結局、それら２部材１０，１２が熱溶着されて強固に結合される。
【００１４】
次に、本発明の第２実施形態であるしまり嵌合方法を説明する。
図２には、このしまり嵌合方法を実施するのに好適なしまり嵌合装置が示されている。以下、このしまり嵌合装置を説明するが、第１実施形態に係るしまり嵌合装置と共通する要素が多いため、共通する要素については同一の符号を使用することによって文章による詳細な説明を省略し、異なる要素についてのみ詳細に説明する。
【００１５】
第１実施形態においては、第２部材１２の直線運動と回転運動とが互いに異なる２つの駆動装置によって実現されるようになっているが、本実施形態においては、第２部材７０の直線運動と回転運動とが１つの駆動装置によって実現され、その駆動装置は前記加速装置４６である。
【００１６】
そのため、本実施形態においては、第２保持装置７１が、回転可能な案内部材を有しないで第２部材７０を、位置固定の案内面４１により、直線運動可能かつ回転運動可能に保持するものとされた上で、加速装置４６から放出された高圧エアによって第２部材７０を回転させる力変換機構７２が設けられている。
【００１７】
力変換機構７２は、高圧エアを第２部材７０にそれを回転させる向きに作用させる方式とされている。第２部材７０は、案内面４１に嵌合する大径部７４と、それより小径の小径部７５とを含むように構成されていて、力変換機構７２は、第２部材７０の小径部７５に着脱可能に取り付けられる。力変換機構７２は、第２部材７０に装着された状態では、第２部材７０との摩擦力によりその第２部材７０と一体的に回転させられる。力変換機構７２は、図３に拡大して断面図で示すように、放射状に延びる複数の羽根７６を有している。それら複数の羽根７６に高圧エアが作用させられると、それら複数の羽根７６が高圧エアの圧力の一部を第２部材７０を回転させる力に変換する。
【００１８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これらの他にも、特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者の知識に基づいて種々の変形，改良を施した形態で本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態であるしまり嵌合方法を実施するのに好適なしまり嵌合装置を示す側面断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態であるしまり嵌合方法を実施するのに好適なしまり嵌合装置を示す側面断面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ  断面図である。
【符号の説明】
１０  第１部材
１２，７０  第２部材
４６  加速装置
５０  回転装置
７２  力変換機構
【図１】
0003608028.tif 000002
【図２】
0003608028.tif 000003
【図３】
0003608028.tif 000004