(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧入材を被圧入材に目標圧入長さ（Ｌ１）だけ圧入してなる圧入連結部材の製造方法であって、
圧入荷重Ｆに対する圧入材及び被圧入材の圧入方向への変形量または歪み量の計測値または計算値Ｓ１（Ｆ）と、前記圧入材を押圧する圧入装置の圧入材との当接部における圧入荷重Ｆに対する圧入方向への変位量の計測値または計算値Ｓ２（Ｆ）とを予め設定しておき、
圧入工程として、
目標圧入長さ（Ｌ１）から所定長（Ｌ２）を引いた長さ（Ｌ１−Ｌ２）に圧入長を制御し、圧入材を圧入する荒圧入工程と、
荒圧入工程の後、圧入材の圧入長さを計測し、目標圧入長さ（Ｌ１）との差（Ｌ′２）を求め、圧入時に圧入荷重Ｆ1 を測定し、この圧入荷重Ｆ1 に対する補正量Ｓ１（Ｆ1 ）、Ｓ２（Ｆ1 ）を加味して差（Ｌ′２）の所定長（Ｌ′２／Ｎ：ＮはＮ＝２）を圧入するため、差（Ｌ′２）の所定長（Ｌ′２／Ｎ）に前記補正量を加えた長さ｛（Ｌ′２／Ｎ）＋Ｓ１（Ｆ1 ）＋Ｓ２（Ｆ1 ）｝を圧入長として前記圧入材を圧入する本圧入工程Ｉと、
本圧入工程Ｉの後、前記圧入材の圧入長さを計測し、目標圧入長さ（Ｌ１）との差（Ｌ３）を求め、圧入時に圧入荷重Ｆ2 を計測し、この圧入荷重Ｆ2 を前記圧入荷重Ｆ1 と略同一となるように制御しつつ、この圧入荷重Ｆ2 に対する補正量Ｓ１（Ｆ2 ）、Ｓ２（Ｆ2 ）を加味して差（Ｌ３）を圧入するため、差（Ｌ３）に前記補正量を加えた長さ｛Ｌ３＋Ｓ１（Ｆ2 ）＋Ｓ２（Ｆ2 ）｝を圧入長として前記圧入材を圧入する本圧入工程IIと、
からなることを特徴とする圧入連結部材の製造方法。
【請求項２】
前記荒圧入工程が、圧入時に圧入荷重Ｆを測定し、圧入荷重Ｆに対する補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を加味して、目標圧入長さ（Ｌ１）に所定長さ（Ｌ２）を引いた長さ（Ｌ１−Ｌ２）に、補正量Ｓ１（Ｆ）及びＳ２（Ｆ）を加えた長さ｛Ｌ１−Ｌ２＋Ｓ１（Ｆ）＋Ｓ２（Ｆ）｝を圧入長として、圧入材を圧入することを特徴とする請求項１に記載の圧入連結部材の製造方法。
【請求項３】
圧入材を被圧入材に目標圧入長さ（Ｌ１）だけ圧入してなる圧入連結材の製造装置において、この製造装置が、
被圧入材を保持するワーク保持手段と、
圧入材を被圧入材に向けて押圧する圧入手段と、
圧入荷重Ｆに対する圧入材及び被圧入材の圧入方向への変形量又は歪み量の計測値または計算値Ｓ１（Ｆ）と、前記圧入手段の圧入材との当接部における圧入荷重Ｆに対する圧入方向への変位量の計測値または計算値Ｓ２（Ｆ）とを入力し記録する補正量設定手段と、
圧入材の被圧入材に対する圧入荷重Ｆ又はその反力−Ｆを検知する荷重検知手段と、
基準位置に対する圧入材の圧入方向への移動量を検知する移動量検知手段と、
前記荷重検知手段及び前記移動量検知手段の出力信号及び前記補正量設定手段の記録情報を受信し前記圧入手段を操作する制御手段と、
を有しており、
前記制御手段が、目標圧入長さ（Ｌ１）の近傍まで圧入材を圧入する荒圧入制御と、圧入後の圧入長さを計測し、目標圧入長さ（Ｌ１）に達するまでの残余の圧入長さ分を圧入する工程を２段階に分けて、それぞれ圧入荷重Ｆを測定してこの圧入荷重Ｆに対する補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を加味して圧入長を決め、圧入材の圧入を行う２回の本圧入制御（Ｉ，II）とよりなり、前記２回のそれぞれの本圧入制御による圧入材の圧入する移動距離を略同一距離にし、かつそれぞれの圧入荷重Ｆも略同一となるように制御することを特徴とする圧入連結部材の製造装置。
【請求項４】
前記制御手段が、前記荒圧入制御においても圧入荷重Ｆに対する補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を考慮して、これを加味して目標圧入長さ（Ｌ１）の近傍まで圧入材を圧入制御することを特徴とする請求項３に記載の圧入連結部材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧入材を被圧入材に圧入してなる圧入連結部材を高精度に製造することのできる圧入連結部材の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧入材を被圧入材に圧入してなる圧入連結部材が多く用いられている。このような圧入連結材を高速かつ高精度で製造するために、本出願人は、特開平９−２７７１２２号公報に示されるような圧入連結部材の製造方法及び製造装置を既に提案している。この方法は、図７に示すように荒圧入４１と本圧入４２の２段階で圧入を行っている。即ち、予め設定された圧入荷重Ｆに対する圧入材及び被圧入材の圧入方向への変形量又は歪み量の計測値または計算値Ｓ１（Ｆ）と、圧入装置の当接部における圧入荷重Ｆに対する圧入方向への変位量の計測値または計算値Ｓ２（Ｆ）とを考慮せず目標圧入長の近傍まで圧入材を圧入する荒圧入工程ト、圧入荷重Ｆ1 を測定し補正量Ｓ１（Ｆ1 ）、Ｓ２（Ｆ1 ）を加味して圧入を行う本圧入工程の２段階で圧入を行っている。
【０００３】
しかしながら、この方法では５μｍ未満の精度で圧入材の位置決めを成功させようとするとき、荒圧入と本圧入の２回しか圧入動作がないため、圧入材の加圧手段を駆動するモータの回転速度を一定にするように制御しても、モータの加減速が移動距離により若干バラツキが生じること、及び圧入部の静止摩擦力と動摩擦力の変動が圧入長の変動となり、圧入長の要求精度を満足できないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の問題は、圧入速度がバラツクことにより、圧入荷重がバラツクため、圧入時における補正量がバラツキ分だけ誤差を生み、目標とする圧入位置を得ることが出来ないという点にある。
そこで本発明の目的は、この問題点を解決し、ワークによりモータの加減速の変動、及び圧入部の静止摩擦力と動摩擦力の変動に影響されずに高精度な圧入精度が得られる圧入連結部材の製造方法及び製造装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された圧入連結部材の製造方法及び製造装置を提供する。
請求項１及び請求項３に記載の方法及び装置においては、目標圧入長さ（Ｌ１）の近傍まで圧入材を圧入する荒圧入工程と、圧入後の目標圧入長さ（Ｌ１）に到達するまでの残余の長さ分を、２回の本圧入工程Ｉ，IIに分けて、それぞれの圧入荷重Ｆに対する補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を加味して圧入長を決め、圧入材を圧入する２回の本圧入工程Ｉ，IIとを採用すると共に、荒圧入後の目標圧入長さ（Ｌ１）に到達するまでの残余の長さ分をほぼ等分に分けると共に、略同じ圧入荷重Ｆで本圧入工程ＩとIIを行うようにしたものである。これにより、本圧入工程Ｉの結果を後の本圧入工程IIに反映でき、本圧入工程Ｉと本圧入工程IIの間の誤差を少なくすることができ、正確な圧入精度が得られるようになる。また、本圧入工程Ｉと本圧入工程IIでの圧入力、圧入長、圧入速度等の条件を同じにすることで、ワークによるモータの加減速の変動、及び圧入部の静止摩擦力と動摩擦力の変動に影響されず、高精度な圧入精度が得られるようになる。
【０００６】
請求項２及び請求項４に記載の方法及び装置においては、荒圧入工程においても圧入荷重Ｆに対する補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を加味して荒圧入を行うようにしたものであり、更に一層高精度の圧入精度が得られるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態の連結部材の製造方法及び製造装置について説明する。図１、図２は、本発明の連結部材の製造装置である圧入材８１を被圧入材８２に所定の長さだけ圧入して圧入連結部材８０を形成するための圧入装置１０を示しており、基本的に従来の装置と同様の構造をしている。
圧入装置１０は、被圧入材８２をクランプし保持するワーク保持部１１と、圧入材８１を被圧入材８２に向けて押圧する加圧装置２０と、圧入荷重Ｆに対する圧入材８１及び被圧入材８２の圧入方向への変形量又は歪み量の計測値または計算値Ｓ１（Ｆ）と圧入装置１０の圧入材８１との当接部における圧入荷重Ｆに対する圧入方向への変位量の計測値または計算値Ｓ２（Ｆ）とを入力し記録する補正量設定手段（入力手段１２及び磁気ディスク１３に設けられた補正データファイル１３０）、圧入材８１の被圧入材８２に対する圧入荷重Ｆ又はその反力−Ｆを検知する荷重検知手段であるロードセル１５と、基準位置に対する圧入材８１の圧入方向への移動量（圧入量）を検知する移動量検知手段である位置センサ１６と、ロードセル１５及び位置センサ１６の出力信号及び上記補正量設定手段の補正データファイル１３０の記録情報を受信し加圧装置２０を操作する制御手段であるコントローラ３０とを有している。
【０００８】
図１に示されるように、ワーク保持部１１と加圧装置２０は、位置の基準となる安定したテーブル１９上に設置されている。圧入連結部材８０を製造する際は、被圧入材８２を圧入装置１０のワーク保持部１１に保持すると共に、被圧入材８２の圧入部に圧入材８１をセットして加圧装置２０により圧入する。加圧装置２０は、フレーム２１を介してテーブル１９に立設されており、圧入材８１に当接する圧入パンチ２２と制御装置２３１（図２を参照）を備えたサーボモータ２３と、カップリング２４１，２４２を介してサーボモータ２３に連結され圧入パンチ２２に当接するボールネジ２５とを有する。また、ボールネジ２５の上端部とテーブル１９の面（基準面）との間には変位センサ２３２が配設されており、ボールネジ２５の移動量を制御装置２３１にフィードバックし、ボールネジ２５の移動量を精度良くコントロール出来るようになっている。
【０００９】
加圧装置２０が圧入材８１を加圧する加圧力（圧入荷重Ｆ）を検知するロードセル１５の出力は、図２に示すようにオペアンプ１５１によって増巾された後、Ａ／Ｄ変換器１５２によりディジタル信号に変換されてコントローラ３０に入力される。また圧入材８１の圧入位置を計測する位置センサ１６は、圧入材８１の底面に接触し、基準位置からの距離に比例した数のパルスを発信し、発信されたパルスはパルスカウンター１６１でカウント（積算）され、エンコーダ１６２でコード化されてコントローラ３０に入力される。
【００１０】
コントローラ３０は、ハードウェア資源としてのマイクロコンピュータとアプリケーションプログラムとからなっている。そして、圧入荷重Ｆに対する圧入材８１及び被圧入材８２の圧入方向への変形量又は歪み量の計測値または計算値Ｓ１（Ｆ）、圧入装置１０の圧入材８１との当接部における圧入荷重Ｆに対する圧入方向への変位量の計測値または計算値Ｓ２（Ｆ）、圧入連結部材（圧入材、被圧入材）の製造データ等は、キーボード等の入力手段１２から入力され、圧入装置１０に関するデータは、表示装置３５や図示しない印字装置に出力することができる。図２において、符号３１はセントラルプロセッサ、符号３２は入出力装置であり、これらは内部バス３００を介して密に結合されている。
【００１１】
本発明の圧入装置１０においては、コントローラ３０は、圧入荷重Ｆに対する補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を考慮せずに目標圧入長さ（Ｌ１）の近傍にまで圧入材８１を圧入するように加圧装置２０を操作する荒圧入４１の制御と、荒圧入後の目標圧入長さ（Ｌ１）までの残余の長さ分（図４のＬ２）を２段階に分けて、それぞれ圧入荷重Ｆに対する補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を加味して圧入長を決めて圧入を行う本圧入工程Ｉ４２と本圧入工程II４３の本圧入制御とを行うようにしている。なお、コントローラ３０は、上記荒圧入制御においても、圧入荷重Ｆに対する補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を考慮してこれを加味して圧入制御を行うことも可能である。
【００１２】
ここで、従来より行われている補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を加味する理由について説明する。圧入荷重によって圧入材及び被圧入材に生じる変形と、同じ圧入荷重によって圧力装置に生じる変形とは、圧入量に対する誤差許容量が小さくなると無視できなくなり、目標の精度が得られなくなる。即ち図１に示した圧入装置１０を例に説明すると、圧入パンチ２２から圧入材８１及び被圧入材８２に加えられた圧力荷重により両部材８１，８２が弾性変形し、その変位の圧入方向成分の加算値Ｓ１（Ｆ）（誤差要素）を含んだものが位置センサ１６によって計測されることとなる。
同様に、圧入材８１に圧入荷重Ｆを加えることにより、圧入荷重Ｆとその反力−Ｆによって圧入装置１０が変形する。例えばボールネジ２５及び圧入パンチ２２は、モータ２３による圧入方向への推力と、上記反力−Ｆによる反対方向の力とを受けて弾性変形し、同様にフレーム２１も僅かに弾性変形する。それらの変形の加算値Ｓ２（Ｆ）は圧入材８１との当接点における圧入方向の位置ずれとなって表れ、誤差要素Ｓ２（Ｆ）を含んだものが位置センサ１６によって計測されることとなる。
【００１３】
それ故、上記誤差要素Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を考慮することなく圧入操作量を目標圧入長さ（Ｌ１）そのものとして制御すれば、工程終了後の弾性復元により上記Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）が製造誤差となる。
上記補正量（加算値）Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）は、実測又はコンピューターシミュレーション等の計算により定めることができ、通常の弾性変形の領域では、圧入荷重Ｆに対する１次関数として設定することができる。即ち図６に示すように圧入荷重Ｆに対する圧入材と被圧入材、及び圧入装置の変位Ｓ１、Ｓ２は、弾性変形領域では符号４５，４６で示すように直線で表すことができる。したがって、補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を加味して圧入長を決めることにより、精度良く目標圧入長さに合致した圧入が行える。
【００１４】
次に、本発明の圧入装置１０の制御手順について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。またこの圧入工程による圧入パターンが図４に示されている。
始めに、ステップ６０１において、コントローラ３０は磁気ディスク１３のファイルから圧入連結部材８０（圧入材８１、被圧入材８２）の製造データ（圧入値の許容範囲等）、補正データ（圧入荷重Ｆと変位Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）の関係式又はテーブル等）を読み込む。
【００１５】
次にステップ６０２において、図４に示すように操作圧入量を目標値（目標圧入長さ）Ｌ１の９０％程度の値、即ち目標圧入長さ（Ｌ１）から所定長（Ｌ２）を引いた長さ（Ｌ１−Ｌ２）に設定し、サーボモータ２３の制御装置２３１に指令する。これが荒圧入工程４１であり、図５に示すようなパターンでモータの回転数が制御される。荒圧入工程４１でのモータの最大回転数は、圧入距離が長く、圧入時間を稼ぐため、これ以降の本圧入工程でのモータの回転数より高く設定される。
【００１６】
次にステップ６０３において、荒圧入後における圧入材８１の圧入量とを、位置センサ１６により計測する。また、本圧入時の圧入荷重Ｆ1 をロードセル１５で計測する。
次にステップ６０４において、荒圧入後の圧入材の計測した圧入長さと目標圧入長さ（Ｌ１）との差（Ｌ′２）を求め、この差（Ｌ′２）の所定長（Ｌ′２／Ｎ：Ｎは１より大きい数で、好適にはＮ＝２）に、圧入荷重Ｆ1 に対する補正量Ｓ１（Ｆ1 ）、Ｓ２（Ｆ2 ）を加えた圧入長さで圧入操作量を決定する。次いでステップ６０５において、本圧入工程Ｉ４２を行う。
【００１７】
次にステップ６０６において、本圧入工程Ｉ４２後における圧入材８１の圧入長を位置センサ１６により計測する。また本圧入時の圧入荷重Ｆ2 をロードセル１５で計測する。
次にステップ６０７において、本圧入工程Ｉ４２後の圧入材の計測した圧入長さと目標圧入長さ（Ｌ１）との差（Ｌ３）を求め、この差（Ｌ３）に圧入荷重Ｆ2 に対する補正量Ｓ１（Ｆ2 ）、Ｓ２（Ｆ2 ）を加えた長さで圧入操作量を決定する。
次いでステップ６０８において本圧入工程II４３を行うことで終了する。図５に示されるように、本圧入工程ＩとIIにおいては、モータ回転数を略同じにすることが好ましい。
【００１８】
なお、上記の圧入工程における荒圧入においては、圧入荷重Ｆに対する補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を考慮していないが、これは目標値から（補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）よりも）大きく離れた状態で、補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を考慮した高度の制御を行っても無駄であり、工程を増大させることとなるから行わないのであり、一層高精度の圧入を達成するのに、上記荒圧入においても、圧入荷重Ｆを計測し、圧入荷重Ｆに対する補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を加えた形で圧入材の圧入を行うことも当然可能である。
【００１９】
また本圧入工程Ｉ４２と本圧入工程II４３において、圧入力（圧入荷重）、圧入長、圧入速度等の条件を同じにすることが、高精度な圧入精度を得るのに一層好ましい。この場合、圧入荷重Ｆ1 とＦ2 を同一にするには、サーボモータ２３の速度を同じにすればよい。
【００２０】
以上説明したように、本発明による圧入装置を用いて圧入を行えば、圧入の操作量は誤差要素Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を考慮した目標値に設定されるから、圧入荷重を印加したことによる変形誤差Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を除いた圧入量が結果として得られる。即ち、圧入工程の後で部材が上記Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）だけ弾性復元し、圧入工程中の弾性変形による製造誤差を生ずるということがなく、精度のよい圧入連結材を製造することができる。
更にまた本発明の圧入装置においては、荒圧入後に、圧入荷重Ｆによる補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）を考慮した本圧入を２回に分けて行うために、本圧入工程Ｉの結果を本圧入工程IIに反映でき、２回の本圧入工程での圧入力、圧入長、圧入速度等の条件を同じにすることにより、本圧入工程Ｉと本圧入工程IIの間のモータの加減速の変動及び圧入部の静止摩擦力と動摩擦力の変動等による誤差が生ずることがないので、極めて高精度な圧入精度が得られるものである。
本発明の圧入装置を使用した圧入連結部材の製造においては、圧入荷重が８００kgf 程度以下において圧入材の圧入位置決め精度３μｍ以下を３．５秒以内で達成できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の圧入装置の要部の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の圧入装置のシステム接続図である。
【図３】本発明の実施の形態の圧入装置の制御手順を示すフローチャート図である。
【図４】本発明の圧入装置による圧入工程における圧入パターンを示すグラフである。
【図５】本発明の圧入装置による圧入工程におけるサーボモータの回転速度パターンを示すグラフである。
【図６】圧入荷重Ｆと補正量Ｓ１（Ｆ）、Ｓ２（Ｆ）の関係を示す剛性グラフである。
【図７】従来の圧入工程における圧入パターンを示すグラフである。
【符号の説明】
１０…圧入装置
１５…ロードセル（荷重検知手段）
１６…位置センサ（移動量検知手段）
２０…加圧装置
２２…圧入パンチ
２３…サーボモータ
２５…ボールネジ
３０…コントローラ
８１…圧入材
８２…被圧入材
【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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