(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一部材の筒状開口部に第二部材を圧入する装置であって、
圧入軸方向に前記筒状開口部の側壁を、前記第一部材が弾性変形内で耐えることのできる最大荷重と同じセット荷重を加えて圧縮し前記第一部材を挟持するクランプと、
前記筒状開口部に前記第二部材を圧入する圧入手段と、
を備えることを特徴とする圧入装置。
【請求項２】
第一部材の筒状開口部に第二部材を圧入する方法であって、
圧入軸方向に前記筒状開口部の側壁を、前記第一部材が弾性変形内で耐えることのできる最大荷重と同じセット荷重を加えて圧縮し前記第一部材をクランプする工程と、
前記クランプされた第一部材の筒状開口部に前記第二部材を圧入する工程と、
を含むことを特徴とする圧入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧入装置及び圧入方法に関し、特に剛性の低い部材に別の部材を圧入するのに適した圧入装置及び圧入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２つの部材を圧入によって結合する装置として、圧入深さを測定しつつ所定の圧入深さが得られるまで圧入方向に荷重を加える圧入装置が知られている。
このような圧入装置を用い剛性の低い受け入れ側の部材に別部材（以下、「受け入れ側の部材」を第一部材といい、「別部材」を第二部材という。）を圧入する場合、部材間の摩擦力によっていわゆるスティックスリップが起こる。部材間の摩擦力によって部材間が滑らないスティック状態では、第二部材を圧入するエネルギーが第一部材の弾性エネルギーとして蓄積される。弾性エネルギーが第一部材に蓄積され部材の弾性力が摩擦力を上回ると、部材間が滑り始めスリップ状態に移行する。
【０００３】
例えば、圧入荷重を加えていない状態における第一部材の第二部材側端面の位置を基準とすると、圧入する方向に加える荷重を時間とともに増大させる場合、図３（Ａ）の直線１０１に示すように、第二部材の移動変位は時間とともに増大する。一方、図３（Ａ）の曲線１０２に示すように、弾性変形によって第一部材には圧入軸方向に歪みが生ずる。この場合、第二部材の移動変位と第一部材の歪みとの差が圧入深さにほぼ等しい。従って、図３（Ｂ）の曲線に示すように、圧入深さは時間の経過に対して不規則に増大する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スティック状態からスリップ状態に移行する瞬間は予測不可能であり、スリップ状態における部材間の滑り量も一定でないため、従来、剛性の低い第一部材に第二部材を圧入する場合、μｍ単位で圧入深さを調整することは困難であった。すなわち、圧入深さを測定しつつ圧入方向に荷重を加え、所定の圧入深さが得られる直前でスティック状態が起きる場合、圧入深さが再び増大し始めるまで圧入方向に加える力を増大させると、ある瞬間にスリップ状態に移行し、所定の圧入深さより深い位置まで一気に圧入されてしまうという問題があった。
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであって、圧入深さの精度を向上させる圧入装置及び圧入方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の圧入装置によると、圧入軸方向に第一部材の筒状開口部の側壁を圧縮し第一部材を挟持するクランプを備えるため、スティック状態からスリップ状態に移行するために必要な弾性エネルギーをあらかじめ第一部材に蓄積しておくことができる。したがって、筒状開口部の側壁と第二部材の外壁との間の摩擦によってスティック状態に移行して第一部材が弾性変形する前又は直後に、あらかじめ蓄えられている弾性エネルギーによって部材間が滑るため、スティック状態に移行することがないか或いはスティック状態にある期間が非常に短い。スティックスリップがほとんど起こらない状態で圧入手段によって第二部材を筒状開口部に圧入するため、所定の深さに正確に圧入することができる。
【０００６】
本発明の請求項２記載の圧入方法によると、圧入軸方向に筒状開口部の側壁を圧縮して第一部材をクランプする工程を含むため、スティック状態からスリップ状態に移行するために必要な弾性エネルギーをあらかじめ第一部材に蓄積しておくことができる。したがって、筒状開口部の側壁と第二部材の外壁との間の摩擦によってスティック状態に移行して第一部材が弾性変形する前又は直後に、あらかじめ蓄えられている弾性エネルギーによって部材間が滑るため、スティック状態に移行することがないか或いはスティック状態にある期間が非常に短い。スティックスリップがほとんど起こらない状態で筒状開口部に第二部材を圧入する工程を実施することにより、所定の深さに正確に圧入することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による圧入装置を図１に示す。圧入装置１は、受け入れ側の部材である第一部材２を挟持するクランプ１０と、第一部材２の筒状開口部４に第二部材３を圧入し第一部材２と第二部材３とを結合する圧入手段２０とを備える。以下の説明において第一部材２は第二部材３より剛性の低い金属であるものとする。
【００１０】
クランプ１０は、クランプ本体１１にサーボモータ１３でねじ１５をねじ込むことによってクランプ本体１１と当接部材１６とで第一部材２を挟持する。
クランプ本体１１の端部及び当接部材１６は筒状開口部４の縁部に当接している。ねじ１５の一端に当接部材１６が設けられ、他端にギア１４が設けられる。ギア１４にギア１２が噛み合い、サーボモータ１３が回転することによってねじ１５が回転する。サーボモータ１３の回転を制御することによって第一部材２を挟持するセット荷重が決まる。セット荷重は、ねじ１５と当接部材１６との間に設けられる荷重変換器１７によって測定される。荷重変換器１７によって測定されるセット荷重は制御装置２８を介してサーボモータ１３の回転にフィードバックされる。セット荷重はコイルスプリング等によって加えることも可能である。なお、セット荷重をコイルスプリング等によって加える場合、所定の荷重が加えられた位置で当接部材１６を固定する必要がある。また、ねじ２３と同じ方向からセット荷重を加えることも可能である。
【００１１】
圧入手段２０は、サーボモータ２６でねじベース２２にねじ２３をねじ込むことによって第二部材３を第一部材２の筒状開口部４に圧入する。
ねじ２３の一端は第二部材３に当接し、他端にギア２１が設けられる。ねじベース２２とクランプ本体１１とは図示しないハウジングに固定されている。ギア２１にギア２７が噛み合いサーボモータ２６が回転することによってねじ２３が回転する。第二部材３のねじ２３の反対側にロッド２４が当接している。ロッド２４の圧入軸方向の変位は測長器２５によって測定される。測長器２５によって測定される第二部材３の圧入深さは制御装置２８を介してサーボモータ２６の回転にフィードバックされる。
【００１２】
以下、圧入装置１を用いて第一部材２と第二部材３とを圧入によって結合する方法について説明する。
第二部材３を介して第一部材２に加えることのできる最大圧入荷重をあらかじめ測定しておく。最大圧入荷重は、第一部材２が弾性変形内で耐えることのできる圧入軸方向の最大荷重である。クランプ１０によって第一部材２の筒状開口部４の側壁を圧入軸方向に圧縮し第一部材２を挟持する。このとき、荷重変換器１７によってセット荷重を測定しながら、あらかじめ測定された最大圧入荷重とほぼ同じセット荷重になるようにサーボモータ１３を制御し第一部材２を挟持する。セット荷重によって第一部材２には弾性エネルギーが蓄積される。
【００１３】
クランプ１０に第一部材２を挟持した後、圧入手段２０によって第二部材３を圧入する方法は従来と同様である。すなわち、測長器２５によって所定の圧入深さが得られる位置までサーボモータ２６によってねじ２３をねじ込み、第一部材２と第二部材３とを結合する。
【００１４】
筒状開口部４の側壁に圧入軸方向のセット荷重を加えずに圧入する従来の圧入方法によると、第一部材２の剛性が低いときスティックスリップが発生していた。すなわち、筒状開口部４の側壁と第二部材３の外周面との間に生ずる摩擦力によって第一部材２と第二部材３とが滑らない場合、ねじ２３によって加えられる圧入荷重は第一部材２の弾性エネルギーとして蓄積され、第一部材２の弾性力が摩擦力を上回ったとき一気に両部材が滑る。
【００１５】
一方、本実施例の圧入装置を用いて圧入する場合、第一部材２にはクランプ１０によってあらかじめ弾性エネルギーを蓄積することができる。この弾性エネルギーは、最大圧入荷重とほぼ同じセット荷重を加えることによって蓄積されるものであるため、第一部材２の弾性力は筒状開口部４の側壁と第二部材３の外周面との間に生ずる摩擦力より常に大きいといえる。したがって、摩擦力が第一部材２の弾性力に打ち勝って、第一部材２がセット荷重を与えられた状態から更に圧入軸方向に歪むことはない。すなわち、圧入時にスティックスリップは起こり得ない。
【００１６】
上述のように、本実施例の圧入装置によると、圧入時にスティックスリップが起こらないため、サーボモータ２６の回転数に比例して圧入深さが増大し、所定の圧入深さに正確に第二部材３を圧入することができる。
【００１７】
（第１参考例）
本発明の第１参考例による圧入装置を図２に示す。第１実施例と実質的に同一の部分には同一の符号を付し説明を省略する。
圧入手段２０の第二部材３側の端部に振動ユニット３０が設けられている。振動ユニット３０は第二部材３に高周波の振動を与えるための装置である。
【００１８】
振動ユニット３０は、有底筒状の振動ユニットハウジング３１の第二部材３側の端部に開口部が形成され、開口部に支持部材３５が設けられる。支持部材３５は往復移動自在に当接部材３４を支持する。当接部材３４は一端にフランジ３６が形成されている円柱状の部材である。フランジ３６と振動ユニットハウジング３１との軸方向隙間にコイルスプリング３３が設けられ、図２の上方に当接部材３４を付勢している。振動ユニットハウジング３１の内部には圧電素子アクチュエータ３２が設けられている。圧電素子アクチュエータ３２の振動端は当接部材３４のフランジ３６側の端部に当接している。第一部材２を保持する当接部材１６とねじベース２２とは図示しないハウジングに固定されている。
【００１９】
圧入装置５を用いて第一部材２と第二部材３とを圧入によって結合するとき、制御装置２７によって所定の電圧を加え圧電素子アクチュエータ３２を振幅１μｍ、周波数１ｋＨｚで振動させつつ、サーボモータ２６によってねじ２３をねじ込み、第一部材２の筒状開口部４に第二部材３を圧入する。
筒状開口部４の側壁と第二部材３の外周面との摩擦が大きいとき、サーボモータ２６によって第二部材３に加えられる圧入荷重は第一部材２を弾性変形させる力として作用する。
【００２０】
一方、圧電素子が圧入軸方向に伸長するとき、圧電素子が伸長しようとして当接部材３４を図２の下方向に押し下げる力が発生する。この力は非常に短い時間に集中して発生し、当接部材３４を介して第二部材３に伝わる。圧電素子が伸長する期間内に第二部材３に与える力積は、圧電素子アクチュエータ３２を用いずに同じ期間内に与える力積より大きいため、部材間が滑りやすい。すなわち、第二部材３の圧入方向の移動変位に弾性変形による歪み量が追いつかず、第一部材２と第二部材３とが滑ることによって第二部材３が圧入方向に移動する。
【００２１】
圧電素子が圧入軸方向に収縮するとき、圧入荷重が抜けるため、収縮期間中に第二部材３の圧入方向の移動変位は生じない。したがって、収縮期間中に第一部材２の弾性変形は起こらない。
したがって、第一部材２に第二部材３を圧入するとき、第一部材２の筒状開口部４の側壁上を第二部材３が滑る状態と滑らない状態とが圧電素子アクチュエータ３２の振動に同期して交互に起こる。両部材が滑るときの滑り量は、圧電素子に加える電圧を制御することによって圧電素子アクチュエータ３２の振幅にあわせて小さくすることができる。本実施例においては振幅を１μｍとしているため、１μｍ単位で第一部材２の圧入深さを調整することができる。
【００２２】
上述のように本発明の第１参考例による圧入装置５によると、第一部材２と第二部材３とが周期的に滑り、その滑り量を制御できるため、一周期内に生ずる滑り量を小さくすることによって所定の深さに第二部材３を正確に圧入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例による圧入装置を示す模式的な断面図である。
【図２】  本発明の第１参考例による圧入装置を示す模式的な断面図である。
【図３】  従来の圧入方法による圧入時間と圧入深さの関係を説明するためのグラフである。（Ａ）は受け入れ部材の歪み量と別部材の移動変位との関係を示し、（Ｂ）は圧入時間と別部材の圧入深さとの関係を示す。
【図１】
0004244085.tif 000002
【図２】
0004244085.tif 000003
【図３】
0004244085.tif 000004