(57)【要約】      （修正有）【課題】金属製の圧入部品に超音波振動を与えながら、金属製のワークに圧入するに際して、圧入部品に対する圧入ポンチの作用点の位置ずれによる不具合を解消する技術を提案する。【解決手段】圧入部品７を超音波で加振するとともに、圧入部品７にワークへの圧入荷重を作用させる圧入ポンチ９と、圧入ポンチ９に圧入荷重を与える荷重付与手段と、圧入ポンチ９と荷重付与手段とを、圧入ポンチ９を荷重付与手段に対して圧入部品７のワークへの圧入方向へ往復直線運動させるスライド式直動ガイド機構１１を介して、連結する連結具１０とを、備えて超音波圧入装置を構成する。荷重付与手段として、多軸産業ロボットを用いる。【選択図】図１
2007296615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製ワークに金属製圧入部品を圧入するための装置であって、
前記圧入部品を超音波で加振するとともに、該圧入部品に前記ワークへの圧入荷重を作用させる圧入ポンチと、
前記圧入ポンチに圧入荷重を与える荷重付与手段と、
前記圧入ポンチを、圧入時における前記圧入部品の前記ワークへの圧入方向へ往復直線運動可能に前記荷重付与手段と連結する、スライド式直動ガイド機構を備える連結具とを、
備えることを特徴とする、超音波圧入装置。
【請求項２】
前記スライド式直動ガイド機構によって、前記圧入ポンチの直線運動のみが許容された部位に、圧入荷重の検出手段を設けることを特徴とする、
請求項１に記載の超音波圧入装置。
【請求項３】
前記連結具に、圧入部品を圧入ポンチにて圧入可能な位置に保持する圧入部品治具を備えることを特徴とする、
請求項１又は請求項２に記載の超音波圧入装置。
【請求項４】
前記荷重付与手段を、
互いに連結された分節で構成されて複数の関節を有する姿勢変化可能なロボットアームを備えた多軸産業ロボットとすることを特徴とする、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の超音波圧入装置。
【請求項５】
前記多軸産業ロボットに備える前記ロボットアームの最も圧入ポンチに近い関節を所定の姿勢で固定することを特徴とする、
請求項４に記載の超音波圧入装置。
【請求項６】
前記荷重付与手段を、
エアシリンダとすることを特徴とする、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の超音波圧入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製ワークに金属製部品を圧入するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金具等の金属製部品に超音波振動を与えながら、樹脂製ワークに圧入する、「超音波インサート」の技術が知られている。超音波インサートでは、超音波により金属製部品と樹脂製ワークとの境界面に発生する局部的な摩擦熱にて、樹脂製ワークを溶融しながら金属製部品が該樹脂製ワークに圧入される。
【０００３】
例えば、特許文献１では、樹脂製ワークに形成された挿入孔に、金属製の圧入部品を圧入固定する超音波インサート技術が開示されている。この技術は、作業台をＸ−Ｙ方向駆動機構にて所定位置に移動させて自動的に位置決めしたうえで、圧入部品に超音波振動を与えながら、樹脂製ワークの挿入孔に圧入するものである。圧入部品と樹脂製ワークとの位置決めや、超音波付与、押圧等を装置で自動的に行うことによって、部品圧入作業の自動化が図られている。
【０００４】
また、従来、金属製の圧入部品を金属製のワークの挿入孔に圧入する際には、油圧シリンダ等の荷重付与手段にて荷重（圧入荷重）を圧入部品に付与して挿入孔に押し込む手法が採られていた。圧入部品をワークに圧入する際に必要なエネルギーは、塑性変形、弾性変形及び摩擦力に相応するものとなるため、圧入荷重は比較的大きく、荷重付与手段や、圧入荷重に耐えうる剛性を備える治具が大型化するという課題があった。
そこで、近年では、金属製の圧入部品に超音波振動を与えながら、金属製のワークに圧入する技術が提案されている。例えば、特許文献２及び被特許文献１に記載の技術である。
【０００５】
特許文献２では、アルミニウム製外部材に設けられた内孔に、鉄製内部材を圧入する技術が開示されている。この技術では、アルミニウム製外部材の内孔に鉄製内部材を圧入する際に、少なくとも一方の部材に対して、超音波にて軸心方向へ５０ｋＨｚ以上の振動が付与される。
【０００６】
また、非特許文献１では、モータサイクルエンジンのクランクケースに、テーパプラグやボール等の圧入部品を圧入する技術が開示されている。この技術では、埋栓しようとする孔の入口に圧入部品を置いて、エアシリンダによる荷重と超音波振動を加えた圧入ポンチを前記圧入部品に押し当てることによって、孔に圧入部品を圧入するものである。そして、前記圧入ポンチを備える圧入ユニット、圧入部品を保持する吸着パッド及びかしめユニット等をＸ−Ｙ方向移動ロボットに搭載して、圧入作業位置を可変とした圧入機が提案されている。
【０００７】
上述のように、金属製の圧入部品を金属製のワークに圧入する際に、何れか一方に超音波により振動を与えることによって、圧入荷重の低減が実現される。これにより、荷重付与手段及びその荷重に耐えうる剛性を備える設備や治具等を小型・軽量化することができ、圧入装置の小型化が実現される。
【０００８】
金属製の圧入部品に超音波振動を与えながら、金属製のワークの挿入孔に圧入するに際して、圧入部品と挿入孔との高い位置精度が要求される。例えば、上述の特許文献１や非特許文献１に記載のように、圧入部品と、該圧入部品に圧入荷重を付与する圧入ポンチと、ワークの挿入孔との位置あわせを、Ｘ−Ｙ方向移動ロボットやＸ−Ｙ方向駆動機構等を用いて行う場合に、位置合わせが精確に行われずに、圧入部品の圧入荷重を作用すべき場所と、圧入ポンチの作用点とが位置ずれしていれば、圧入部品がワークの挿入孔に圧入されたとしても、傾いていたり、バリが生じたり等の不具合の発生が想定される。
【特許文献１】特開２０００−１５８２４３号公報
【特許文献２】特開平１１−４２５１２号公報
【非特許文献１】深津  英治、“超音波振動を応用した圧入機の開発”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１４年４月１７日、ヤマハ発動機株式会社、［平成１８年４月５日検索］、インターネット〈URL：http://www.yamaha-motor.co.jp/profile/technical/publish/no33/pdf/print/gr-02.pdf〉
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明では、金属製の圧入部品に超音波振動を与えながら、金属製のワークに圧入するに際して、圧入部品に対する圧入ポンチの作用点の位置ずれによる不具合を解消する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、金属製ワークに金属製圧入部品を圧入するための装置であって、前記圧入部品を超音波で加振するとともに、該圧入部品に前記ワークへの圧入荷重を作用させる圧入ポンチと、前記圧入ポンチに圧入荷重を与える荷重付与手段と、前記圧入ポンチを、圧入時における前記圧入部品の前記ワークへの圧入方向へ往復直線運動可能に前記荷重付与手段と連結する、スライド式直動ガイド機構を備える連結具とを、備えるものである。
【００１２】
請求項２においては、前記スライド式直動ガイド機構によって、前記圧入ポンチの直線運動のみが許容された部位に、圧入荷重の検出手段を設けるものである。
【００１３】
請求項３においては、前記連結具に、圧入部品を圧入ポンチにて圧入可能な位置に保持する圧入部品治具を備えるものである。
【００１４】
請求項４においては、前記荷重付与手段を、互いに連結された分節で構成されて複数の関節を有する姿勢変化可能なロボットアームを備えた多軸産業ロボットとするものである。
【００１５】
請求項５においては、前記多軸産業ロボットに備える前記ロボットアームの最も圧入ポンチに近い関節を所定の姿勢で固定するものである。
【００１６】
請求項６においては、前記荷重付与手段を、エアシリンダとするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１８】
本発明においては、金属製圧入部品に超音波振動を与えながら、金属製ワークに圧入するに際して、圧入ポンチの作用点が、圧入部品の圧入荷重を作用すべき場所から多少位置ずれしたとしても、圧入ポンチが圧入部品に対して進退移動することによって、圧入ポンチによる圧入部品への圧入荷重付与方向は確実にワークへの圧入部品の圧入方向となるように維持され、圧入ポンチは安定して圧入部品を圧入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例１に係る超音波圧入ユニットの構成を示す正面図、図２は本発明の実施例１に係る超音波圧入ユニットの構成を示す側面図、図３は圧入軸の構造を説明する一部断面図である。
図４は本発明の実施例２に係る超音波圧入装置の構造を示す図、図５は超音波圧入装置の制御ブロック図、図６は超音波圧入装置の制御の流れ図、図７は超音波圧入装置の制御の流れ図である。
図８は本発明の実施例３に係る超音波圧入装置の構造を示す正面図、図９は本発明の実施例３に係る超音波圧入装置の構造を示す側面図である。
【００２０】
本発明に係る超音波圧入装置は、金属製のワークに、金属製の圧入部品を圧入するためのものである。
超音波圧入装置には、圧入部品を超音波で加振するとともに、該圧入部品に前記ワークへの圧入荷重を作用させる圧入ポンチと、前記圧入ポンチに圧入荷重を与える荷重付与手段と、圧入ポンチと荷重付与手段とを連結する連結具とが、少なくとも備えられる。
前記連結具には、圧入時における圧入部品のワークへの圧入方向へ、圧入ポンチを往復直線運動させるスライド式直動ガイド機構が具備される。これらに加え、圧入ポンチを、ワークの挿入孔に圧入部品を圧入可能な位置及び姿勢に移動させる移動手段を備えることもできる。
以下に、前記超音波圧入装置の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２１】
まず、本発明の実施例１を説明する。
実施例１では、図１及び図２に示すように、圧入ポンチ９と、圧入部品７を保持する圧入部品治具２１と、圧入ポンチ９と荷重付与手段５とを連結するための連結具１０とを一体的に備えた、超音波圧入ユニット８の構成について説明する。
この超音波圧入ユニット８は、荷重付与手段５に連結されて使用される。前記荷重付与手段５として、例えば、油圧シリンダやエアシリンダ等の流体圧シリンダ、モータ等を採用することができる。
【００２２】
〈圧入ポンチ９〉
前記超音波圧入ユニット８に具備される圧入ポンチ９は、圧入部品７に接して、該圧入部品７を超音波で加振するとともに、該圧入部品７に前記ワーク６への圧入荷重を作用させるためのものである。
前記圧入ポンチ９は、筐体１２と、該筐体１２に一方の端部が固設された圧入軸１５と、該圧入軸１５に超音波振動を与える超音波振動子１４とで、構成される。
【００２３】
前記筐体１２は中空筒状に形成され、該筐体１２に超音波振動子１４が内装される。超音波振動子１４は超音波を発振することにて、圧入軸１５を振動させるためのものである。該超音波振動子１４の発振（超音波の周波数、振幅、発振のオン・オフ等）は、超音波発振器３４により制御される。
【００２４】
前記圧入軸１５の、筐体１２に固設された端部と反対側の端部は、圧入部品７を超音波にて加振するとともに、該圧入部品７に圧入荷重を作用させるために、圧入ポンチ９のうち圧入部品７に接触する部分である。
【００２５】
この圧入軸１５の軸方向を、以下、『圧入軸方向』と記載する。
圧入軸方向は、圧入部品７をワーク６へ圧入する際には、圧入部品７のワーク６への圧入方向と略平行な方向となる。
【００２６】
図３に示すように、前記圧入軸１５は、筐体１２に固設される基部１５ａと、該基部１５ａに螺結される圧入ヘッド部１５ｂとで構成される。本実施例においては、前記圧入軸１５の基部１５ａには、雄ネジが形成され、圧入ヘッド部１５ｂには、該雄ネジを螺入する雌ネジが形成される。
上述のように、圧入ポンチ９のうち圧入部品７に接触する部分である圧入軸１５の圧入ヘッド部１５ｂは、圧入ポンチ９から着脱可能に構成されるので、圧入軸１５を圧入部品７の形状に応じて適宜異なる形状のものに交換することにより、一つの圧入ポンチ９にて多種多様の圧入部品７に対応することができ、超音波圧入ユニット８の汎用性を高めることができる。
【００２７】
〈連結具１０〉
上述の構成の圧入ポンチ９を荷重付与手段５と連結するための連結具１０は、荷重付与手段５に連結される連結基板１０ａと、該連結基板１０ａに固設された二枚のスライド基板３９・３９と、該スライド基板３９・３９に設けられたスライド式直動ガイド機構１１・１１とで構成される。
【００２８】
前記連結基板１０ａは、圧延軸方向と略直交する平面を有する板状部材であって、圧延軸方向と略平行な平面を有する二枚のスライド基板３９・３９が、該連結基板１０ａに固設される。
前記二枚のスライド基板３９・３９は、対向して配置され、当該対向する面にそれぞれ、圧入軸方向に伸延するスライドレール３８・３８が設けられる。該スライドレール３８・３８には、前記圧入ポンチ９の筐体１２に設けられたスライダ１３・１３が摺動可能に嵌設される。このスライドレール３８・３８と、スライダ１３・１３とで、スライド式直動ガイド機構１１・１１が構成される。
【００２９】
上述のように、圧入ポンチ９が連結具１０にスライド式直動ガイド機構１１・１１を介して支持されることによって、該圧入ポンチ９は、圧入時における圧入部品７のワーク６への圧入方向（圧入軸方向）へ往復直線運動可能とされる。
【００３０】
〈荷重センサ２０〉
前記圧入ポンチ９が圧入部品７に加える圧入荷重を検出するために、圧入荷重検出手段として荷重センサ２０が設けられる。本実施例においては、前記荷重センサ２０としてロードセルが採用される。
前記荷重センサ２０は、連結具１０の連結基板１０ａ及びスライド基板３９・３９と、圧入ポンチ９の筐体１２とに包囲され、連結具１０に具備されるスライド式直動ガイド機構１１・１１によって、圧入ポンチ９に圧入軸方向への直線運動のみが許容された部位に、荷重センサ２０が設けられる。本実施例において、荷重センサ２０は、圧入ポンチ９の圧入軸１５が固定された端部と反対側の端部に設けられる。
上述のように荷重センサ２０を配置することにより、圧入ポンチ９に加わる圧入軸方向のみの荷重を荷重センサ２０にて検出することが可能であり、圧入部品７の圧入荷重を正確に計測することができ、圧入品質管理精度を向上することができる。
【００３１】
〈圧入部品治具２１〉
圧入部品７を保持する圧入部品治具２１は、治具フレーム２２と、該治具フレーム２２の端部に設けられたエアチャック２３等で構成される。なお、前記エアチャック２３は、エアシリンダと、該エアシリンダで動作する物品を把持するための複数の爪部材とを備えたものである。
【００３２】
前記治具フレーム２２・２２は、圧入軸方向に伸延する二本の長尺部材であって、その一方の端部は前記連結基板１０ａに固設され、他方の端部にはエアチャック２３が設けられる。治具フレーム２２・２２の中途部には伸縮部２２ａ・２２ａが設けられて、該治具フレーム２２・２２は伸縮可能とされ、伸びる方向に付勢されている。
前記エアチャック２３に具備される二本の爪部材２３ａ・２３ａには、圧入部品７を把持するために適した把持用アタッチメント２４・２４が取り付けられる。
【００３３】
上記構成の圧入部品治具２１では、エアチャック２３の爪部材２３ａ・２３ａが動作することによって、把持用アタッチメント２４・２４にて圧入部品７が把持されたり、又は、把持用アタッチメント２４・２４による圧入部品７の把持が開放されたりする。
【００３４】
上述の構成の超音波圧入ユニット８を備えた超音波圧入装置では、圧入部品治具２１で保持された圧入部品７が、ワーク６の挿入孔に位置合わせされたうえで、荷重付与手段５にて超音波圧入ユニット８に対して圧入軸方向に圧入部品７を押圧する力が付与される。圧入ポンチ９の圧入軸１５より、圧入部品７が超音波加振されるとともに、該圧入部品７に圧入荷重が付加されて、該圧入部品７はワーク６に圧入される。
【００３５】
圧入部品７が圧入される際、圧入ポンチ９は該圧入部品７より反力を受ける。このとき、圧入ポンチ９はスライド式直動ガイド機構１１・１１によって圧入軸方向以外の方向へ移動不可能とされているので、圧入ポンチ９が受けた反力の圧入軸方向以外の成分は、該圧入ポンチ９が圧入軸方向にスライドすることによって逃がされる。
よって、例えば、圧入ポンチ９の作用点（圧入軸の軸心）が、圧入部品７の重心等の圧入荷重を作用すべき場所から外れた場合には、圧入ポンチ９は圧入軸方向以外の方向の反力を受けることとなるが、該圧入ポンチ９は圧入軸方向を変化させずに圧入部品７に対して進退移動することによって、圧入軸方向以外の方向の反力を逃がす。これにより、圧入ポンチ９の作用点（圧入軸の軸心）が、圧入部品７の重心等の圧入荷重を作用すべき場所から多少位置ずれしたとしても、圧入ポンチ９による圧入部品７への圧入荷重付与方向は確実にワーク６への圧入部品７の圧入方向となるように維持され、圧入ポンチ９は安定して圧入部品７を圧入することができる。
【００３６】
さらに、圧入部品７は、振動しながらワーク６に圧入されるので、圧入部品７が振動しない場合と比較して、圧入荷重と、圧入時間とが低減される。
発明者らによる実験では、超音波振動子１４の発振周波数が１５ｋＨｚ以上であって、振幅が４０μｍ以上であるときに、エンジンのシリンダブロックに金属パーツが圧入されたことが確認できた。
但し、超音波振動子１４に備えられる圧電素子は小型であることが望ましいので、超音波振動子１４より発される周波数は小さい方が電力値を低減させることができることが望ましい。よって、超音波振動子１４の発振周波数は、１５ｋＨｚ帯が適している。
【実施例２】
【００３７】
本発明の実施例２を説明する。
実施例２では、図４に示すように、実施例１に記載の超音波圧入ユニット８を、荷重付与手段５及び位置姿勢変更手段としての多軸産業ロボット３０に備えた超音波圧入装置について説明する。なお、前記超音波圧入ユニット８は、上記実施例１に記載のものと同一構成のものであるので、超音波圧入ユニット８についての詳細な説明は省略する。
【００３８】
前記多軸産業ロボット３０は、超音波圧入ユニット８の圧入ポンチ９に、圧入部品７をワーク６の挿入孔に圧入するための荷重を付与する荷重付与手段としての機能を有するものである。また、多軸産業ロボット３０は、超音波圧入ユニット８に具備される圧入ポンチ９を、ワーク６の挿入孔に圧入部品７を圧入可能な位置及び姿勢に移動させる移動手段としての機能を有するものである。
【００３９】
従来のシリンダヘッドやシリンダブロック等の金属製のワークに金属製の圧入部品を圧入する加工において、圧入ポンチを多軸産業ロボットに支持させるためには、圧入荷重がロボットアームの耐荷重よりも遙かに大きいために、ロボットアームのみでは圧入荷重を受けることができないので、別途反力受けが必要と考えられていた。また、圧入部品の圧入荷重を作用すべき場所と、圧入ポンチの作用点との位置ずれが懸念されていた。
【００４０】
これに対し、本実施例に係る超音波圧入ユニット８では、圧入部品７に超音波振動を付与することにより、圧入荷重の低減を実現し、また、荷重付与手段５である多軸産業ロボット３０のロボットアーム３０ａと圧入ポンチ９との間にスライド式直動ガイド機構１１・１１を介在させることによって、圧入部品の圧入荷重を作用すべき場所と圧入ポンチの作用点との位置ずれによる不具合を解消している。これらの技術によって、超音波圧入ユニット８を多軸産業ロボット３０に取り付けて使用することが実現可能となるのである。
【００４１】
前記多軸産業ロボット３０は、６自由度のマニピュレーターである。この多軸産業ロボット３０は、互いに連結された分節で構成されて６つの関節を有する姿勢変化可能なロボットアーム３０ａを備え、該ロボットアーム３０ａの端部に超音波圧入ユニット８が接続される。
前記多軸産業ロボット３０のロボットアーム３０ａの６つの関節のうち、超音波圧入ユニット８が取り付けられるロボットアーム３０ａの端部、すなわち、圧入ポンチ９に最も近い関節は動かないように所定の姿勢で固定される。これは、ロボットアーム３０ａにて超音波圧入ユニット８に荷重を付与する際に、関節が動いて位置ずれすることを防止して、安定した圧入動作を多軸産業ロボット３０にて行うためである。
【００４２】
なお、前記多軸産業ロボット３０は６自由度のマニピュレーターに限定されるものではなく、位置・姿勢変化可能なロボットアーム３０ａを備え、該ロボットアーム３０ａに超音波圧入ユニット８が固定可能であるとともに、該ロボットアーム３０ａの位置・姿勢変化により、ワーク６に対する圧入部品７及び圧入ポンチ９の位置決めと、圧入部品７に対する圧入荷重付与を行うことのできるロボットであれば、例えば、７〜３自由度のマニピュレーターとしたり、３自由度以下のポジショナとしたりすることもできる。
【００４３】
以下に、前記多軸産業ロボット３０の概略構造について説明する。
但し、多軸産業ロボット３０の構造や教示の方法などは公知であるので、これに関する詳細な説明は省略する。
【００４４】
図５に示すように、前記多軸産業ロボット３０に備えるロボットアーム３０ａの各々の関節１３１・１３２・・・１３６には、可変プログラマブルコントローラ３２の制御を受けるサーボモータ１０１・１０２・・・１０６が備えられる。
前記コントローラ３２には、圧入ポンチ９の作業位置及び姿勢が予め教示されており、教示された順序・条件・位置、及びその他の情報に沿って、ロボットアーム３０ａの各関節１３１・１３２・・・１３６に設けられたサーボモータ１０１・１０２・・・１０６の動作が個別に制御される。
【００４５】
前記コントローラ３２は、制御装置３３に接続される。該制御装置３３には、前記コントローラ３２の他、超音波圧入ユニット８に設けた荷重センサ２０や、超音波発振器３４、及びエアチャック２３等が接続される。
制御装置３３は、制御手段、演算手段、記憶手段、入力手段及び出力手段等を備えた電子計算機であって、例えば、汎用コンピュータを採用することができる。
【００４６】
上記構成の超音波圧入装置の動作は制御装置３３にて制御される。
図６及び図７を用いて、制御装置３３による超音波圧入装置の制御の流れの一例について説明する。
【００４７】
先ず、制御装置３３では、ワーク６及びその挿入孔と、圧入部品７との情報を取得して、当該圧入部品７をワーク６に圧入するための教示動作情報を取得する（Ｓ１）。
教示動作情報は、予め制御装置３３に設定されている。
【００４８】
続いて、制御装置３３はコントローラ３２に制御信号を送信して、第一作業位置に圧入ポンチ９及び圧入部品治具２１を移動させる（Ｓ２）。この第一作業位置は、圧入部品７が載置されている位置である。
圧入ポンチ９及び圧入部品治具２１が第一作業位置に移動すれば（Ｓ３）、続いて、制御装置３３はエアチャック２３に制御信号を送信して、爪部材２３ａ・２３ａの開閉動作によって把持用アタッチメント２４・２４にて圧入部品７を把持させる（Ｓ４）。
【００４９】
圧入部品７が圧入部品治具２１に保持されれば（Ｓ５）、制御装置３３はコントローラ３２に制御信号を送信して、第二作業位置に圧入ポンチ９及び圧入部品治具２１を移動させる（Ｓ６）。
この第二作業位置は、圧入部品７が、ワーク６の挿入孔への挿入開始可能な状態であって、且つ、圧入ポンチ９が、該圧入ポンチ９の圧入軸方向と圧入部品７の圧入方向とが合致する状態となる、位置及び姿勢である。
【００５０】
圧入ポンチ９及び圧入部品治具２１が第二作業位置に移動すれば（Ｓ７）、続いて、制御装置３３は、荷重センサ２０による圧入荷重の計測を開始するとともに（Ｓ８）、超音波発振器３４に制御信号を送信して、超音波振動子１４の発振を開始させる（Ｓ９）。
【００５１】
そして、制御装置３３はコントローラ３２に制御信号を送信して、第三作業位置への圧入ポンチ９の移動を開始させるとともに（Ｓ１０）、時間計測を開始する（Ｓ１１）。
第三作業位置は、第二作業位置から圧入軸方向に移動した位置であって、圧入ポンチ９が第二作業位置から第三作業位置に移動する過程で、圧入ポンチ９より圧入部品７に荷重が付与され、圧入部品７がワーク６に圧入される。
【００５２】
圧入部品７のワーク６への圧入が開始されてからの、圧入ポンチ９による圧入部品７の加振時間（以下、『設定加振時間』と記載する）は、予め制御装置３３に設定されている。加振時間が短すぎると、圧入部品７のワーク６への圧入に必要となる圧入荷重が大きくなり、加振時間が長すぎると、圧入部品７がうまくワーク６へ圧入されなかった場合に、該圧入部品７が圧入部品治具２１より落脱したり、ワーク６の他の部分へ振動による悪影響を与えたりする虞がある。そこで、予め当該圧入部品７のワーク６への圧入に適した設定加振時間が実験的に求められたうえで、制御装置３３に設定される。
【００５３】
時間計測開始後、設定加振時間が経過すれば（Ｓ１２）、制御装置３３は超音波発振器３４に制御信号を送信して、超音波振動子１４の停止を開始させる（Ｓ１３）。
そして、荷重センサ２０にて検出された圧入荷重が、予め設定された荷重となれば（Ｓ１４）制御装置３３は、ワーク６への圧入部品７の圧入が終了したと判断して、コントローラ３２に制御信号を送信して、第三作業位置への圧入ポンチ９の移動を終了させたうえで（Ｓ１５）、予め設定された待機位置へ圧入ポンチ９及び圧入部品治具２１を移動させる。
【００５４】
上述のように動作する超音波圧入装置では、一つのワーク６について複数箇所に圧入加工を施す場合であっても、予め教示された通りにロボットアーム３０ａが位置・姿勢変化することによって、一台の超音波圧入装置にて対応することができる。従って、一台の超音波圧入装置にて、圧入部品７の形状、圧入位置、圧入形状、圧入角度等の変更に対応することができるので、ワーク６の加工位置に応じて別途超音波圧入装置を備える必要がなく、設備台数を低減することができる。
【００５５】
また、上述のように多軸産業ロボット３０を用いた超音波圧入装置では、複数種のワーク６を一度に加工ライン上に流して圧入加工を行う場合においても、それぞれのワークについて多軸産業ロボット３０の作業位置及び姿勢を予め教示したプログラムを設定登録し、加工しようとするワーク６を機種検知して、当該ワークに合致するプログラムを呼び出して実行することによって、ランダムな圧入加工が可能となる。
上述のように、ワークの圧入ライン構成例として、一台の超音波圧入装置で、従来の複数設備分の作業を行うことができるため、設備台数を低減することができる。
【実施例３】
【００５６】
本発明の実施例３を説明する。
実施例３では、図８及び図９に示すように、超音波圧入ユニット８を、荷重付与手段５としてのエアシリンダ４０に備えた超音波圧入装置について説明する。
【００５７】
前記超音波圧入ユニット８には、圧入ポンチ９と、圧入部品７を保持する圧入部品治具２１と、圧入ポンチ９と荷重付与手段５とを連結するための連結具４１とが一体的に備えられる。
【００５８】
〈圧入ポンチ９〉
前記超音波圧入ユニット８に具備される圧入ポンチ９は、圧入部品７に接して、超音波振動と圧入荷重とを付与するためのものである。
前記圧入ポンチ９は、筐体１２と、該筐体１２に一方の端部が固設された圧入軸１５と、該圧入軸１５に超音波振動を与える超音波振動子１４とで、構成される。
【００５９】
前記筐体１２は中空筒状に形成され、該筐体１２に超音波振動子１４が内装される。超音波振動子１４は超音波を発振することにて、圧入軸１５を振動させるためのものである。該超音波振動子１４の発振（超音波の周波数、振幅、発振のオン・オフ等）は、超音波発振器３４により制御される。
【００６０】
前記圧入軸１５は筐体１２に固設される基部１５ａと、該基部１５ａに螺結される圧入ヘッド部１５ｂとで構成され、筐体１２に固設された端部と反対側の端部は、圧入部品７に振動と圧入荷重とを付与するために、圧入ポンチ９のうち圧入部品７に接触する部分である。
この圧入軸１５の軸方向を、以下、『圧入軸方向』と記載する。この圧入軸方向は、圧入部品７をワーク６へ圧入する際には、圧入部品７のワーク６への圧入方向と略平行となる。
【００６１】
〈連結具４１〉
前記連結具４１は、圧入ポンチ９の筐体１２の四周を包囲する矩形フレーム状に構成される。圧入軸方向に伸延し圧入ポンチ９の筐体１２を挟んで両側に配置されたフレーム部材４７・４８と、筐体１２の圧入軸方向両端部にそれぞれ配置されたフレーム部材４４・４５とが、略矩形状に組まれて連結具４１が構成される。
【００６２】
上記連結具４１の構成部材のうち、圧入軸方向に伸延するフレーム部材４８には、スライド式直動ガイド機構１１を介して圧入ポンチ９の筐体１２が支持される。スライド式直動ガイド機構１１は、フレーム部材４８に固設されたスライドレール４９と、圧入ポンチ９の筐体１２に固設されたスライダ１３とで構成され、当該スライド式直動ガイド機構１１により圧入ポンチ９の筐体１２は圧入軸方向に移動可能とされる。つまり、圧入ポンチ９が連結具４１にスライド式直動ガイド機構１１を介して支持されることによって、該圧入ポンチ９は、圧入時における圧入部品７のワーク６への圧入方向（圧入軸方向）へ往復直線運動可能とされる。
【００６３】
なお、スライドレール４９とスライダ１３との相対移動距離、つまり、圧入ポンチ９の移動距離は、変位検出センサ４６として備えられたマグネスケールにて検出される。
【００６４】
また、上記連結具４１の構成部材のうち、圧入ポンチ９の筐体１２の圧入軸方向一方の端部に設けられたフレーム部材４４には、エアシリンダ４０が接続される。また、該フレーム部材４４には、エアシリンダ４０のシリンダピストン４２が貫設され、圧入ポンチ９の存在する矩形状に組まれた連結具４１の内部へシリンダピストン４２が突出している。
連結具４１内へ突出したシリンダピストン４２には、押圧部材４３が被せられ、該押圧部材４３にて圧入ポンチ９に圧入部品７を圧入するための荷重が付与される。
【００６５】
なお、前記押圧部材４３が圧入ポンチ９と接する位置には、荷重センサ２０であるロードセルが設けられる。荷重センサ２０は、押圧部材４３より圧入ポンチ９に付与される荷重、つまり、圧入部品７の圧入荷重を計測するための荷重検出手段である。
前記荷重センサ２０は、連結具４１で包囲された空間であって、圧入ポンチ９の移動方向が確実に圧入軸方向である場所に設けられる。これにより、圧入ポンチ９に加わる圧入軸方向のみの荷重を荷重センサ２０にて検出することが可能である。よって、圧入部品７の圧入荷重を正確に計測することができ、圧入品質管理精度を向上することができる。
【００６６】
さらに、上記連結具４１の構成部材のうち、エアシリンダ４０が接続されたフレーム部材４４と、圧入ポンチ９の筐体１２を介して反対側に配置されるフレーム部材４５には、圧入ポンチ９の圧入軸１５が遊挿される。また、当該フレーム部材４５には、後述する圧入部品治具２１の治具フレーム２２・２２の端部が固設される。
【００６７】
〈圧入部品治具２１〉
圧入部品７を保持する圧入部品治具２１は、治具フレーム２２と、該治具フレーム２２の端部に設けられたエアチャック２３等で構成される。なお、前記エアチャック２３は、エアシリンダと、該エアシリンダで動作する物品を把持するための複数の爪部材とを備えたものである。
【００６８】
前記治具フレーム２２・２２は、圧入軸方向に伸延する二本の長尺部材であって、その一方の端部は前記連結具４１の構成部材であるフレーム部材４５に固設され、他方の端部にはエアチャック２３が設けられる。
前記エアチャック２３に具備される二本の爪部材２３ａ・２３ａには、圧入部品７を把持するために適した把持用アタッチメント２４・２４が取り付けられる。
【００６９】
上記構成の圧入部品治具２１では、エアチャック２３の爪部材２３ａ・２３ａが動作することによって、把持用アタッチメント２４・２４にて圧入部品７が把持されたり、又は、把持用アタッチメント２４・２４による圧入部品７の把持が開放されたりする。
【００７０】
上記構成の超音波圧入装置では、圧入部品治具２１にて保持された圧入部品７に、圧入ポンチ９の圧入軸１５が接して、超音波振動と、エアシリンダ４０のシリンダピストン４２による圧入軸方向への押圧力とが、付与される。これにより、圧入部品７は、ワーク６に圧入される。
【００７１】
圧入部品７が圧入される際、圧入ポンチ９は該圧入部品７より反力を受ける。このとき、圧入ポンチ９はスライド式直動ガイド機構１１・１１によって圧入軸方向以外の方向へ移動不可能とされているので、圧入ポンチ９が受けた反力の圧入軸方向以外の成分は、該圧入ポンチ９が圧入軸方向にスライドすることによって逃がされる。これにより、圧入ポンチ９の作用点（圧入軸１５の軸心）が、圧入部品７の圧入荷重を作用すべき場所から多少位置ずれしたとしても、圧入ポンチ９による圧入部品７への圧入荷重付与方向は確実にワーク６への圧入部品７の圧入方向となるように維持され、圧入ポンチ９は安定して圧入部品７を圧入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施例１に係る超音波圧入ユニットの構成を示す正面図。
【図２】本発明の実施例１に係る超音波圧入ユニットの構成を示す側面図。
【図３】圧入軸の構造を説明する一部断面図。
【図４】本発明の実施例２に係る超音波圧入装置の構造を示す図。
【図５】超音波圧入装置の制御ブロック図。
【図６】超音波圧入装置の制御の流れ図。
【図７】超音波圧入装置の制御の流れ図。
【図８】本発明の実施例３に係る超音波圧入装置の構造を示す正面図。
【図９】本発明の実施例３に係る超音波圧入装置の構造を示す側面図。
【符号の説明】
【００７３】
５  荷重付与手段
６  ワーク
７  圧入部品
８  超音波圧入ユニット
９  圧入ポンチ
１０  連結具
１１  スライド式直動ガイド機構
１２  筐体
１４  超音波振動子
１５  圧入軸
３０  多軸産業ロボット
３０ａ  ロボットアーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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