JP4244085B2 - Press-fitting device and press-fitting method - Google Patents
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Description
【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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a press-fitting device and a press-fitting method, and more particularly to a press-fitting device and a press-fitting method suitable for press-fitting another member into a member having low rigidity.
[0002]
[Prior art]
As a device that couples two members by press-fitting, a press-fitting device that applies a load in a press-fitting direction until a predetermined press-fitting depth is obtained while measuring the press-fitting depth is known.
When such a press-fitting device is used to press-fit another member (hereinafter referred to as “receiving member” as the first member and “separate member” as the second member) into the receiving member having low rigidity. So-called stick-slip occurs due to the frictional force between them. In a stick state where the members do not slip due to the frictional force between the members, the energy for press-fitting the second member is accumulated as the elastic energy of the first member. When elastic energy is accumulated in the first member and the elastic force of the member exceeds the frictional force, the members begin to slip and shift to a slip state.
[0003]
For example, when the position of the end face on the second member side of the first member in a state where no press-fitting load is applied is used as a reference, the load applied in the press-fitting direction increases with time as shown by a
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the moment of transition from the stick state to the slip state is unpredictable and the slip amount between the members in the slip state is not constant, conventionally, when the second member is press-fitted into the first member having low rigidity, the unit is μm. It was difficult to adjust the press-in depth. That is, when a load is applied in the press-fitting direction while measuring the press-fitting depth, and a stick state occurs immediately before a predetermined press-fitting depth is obtained, increasing the force applied in the press-fitting direction until the press-fitting depth begins to increase again. There has been a problem that the slip state is entered at a certain moment, and a position deeper than a predetermined press-fit depth is pressed at once.
The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a press-fitting device and a press-fitting method that improve the accuracy of the press-fitting depth.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the press-fitting device of the first aspect of the present invention, since the clamp is provided to compress the side wall of the cylindrical opening of the first member in the press-fitting axis direction and sandwich the first member, the transition from the stick state to the slip state is provided. The elastic energy required for the first member can be stored in advance in the first member. Therefore, before or immediately after the first member is elastically deformed by the friction between the side wall of the cylindrical opening and the outer wall of the second member, the members slide by the elastic energy stored in advance. Therefore, there is no transition to the stick state, or the period of the stick state is very short. Since the second member is press-fitted into the cylindrical opening by the press-fitting means in a state in which stick-slip hardly occurs, the press-fitting can be accurately performed to a predetermined depth.
[0006]
According to the press-fitting method according to
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a plurality of examples showing embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
A press-fitting device according to a first embodiment of the present invention is shown in FIG. The press-
[0010]
The
The end of the clamp body 11 and the
[0011]
The press-fitting means 20 press-fits the
One end of the
[0012]
Hereinafter, a method of joining the
The maximum press-fit load that can be applied to the
[0013]
The method of press-fitting the
[0014]
According to the conventional press-fitting method for press-fitting the side wall of the
[0015]
On the other hand, when press-fitting using the press-fitting device of the present embodiment, elastic energy can be stored in advance in the
[0016]
As described above, according to the press-fitting device of this embodiment, since stick-slip does not occur at the time of press-fitting, the press-fitting depth increases in proportion to the rotation speed of the
[0017]
( First Reference Example )
A press-fitting device according to a first reference example of the present invention is shown in FIG. Parts substantially the same as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
A
[0018]
The
[0019]
When the
When the friction between the side wall of the
[0020]
On the other hand, when the piezoelectric element extends in the press-fitting axis direction, a force is generated to push the
[0021]
When the piezoelectric element contracts in the press-fitting axis direction, the press-fitting load is released, so that the displacement of the
Therefore, when the
[0022]
As described above, according to the press-fitting
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a press-fitting device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a press-fitting device according to a first reference example of the present invention.
FIG. 3 is a graph for explaining a relationship between a press-fitting time and a press-fitting depth by a conventional press-fitting method. (A) shows the relationship between the amount of distortion of the receiving member and the movement displacement of the separate member, and (B) shows the relationship between the press-fitting time and the press-fit depth of the separate member.
Claims (2)
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。An apparatus for press-fitting the second member into the cylindrical opening of the first member,
A clamp that compresses the side wall of the cylindrical opening in the press-fitting axis direction by applying the same set load as the maximum load that the first member can withstand within elastic deformation, and sandwiches the first member;
Press-fitting means for press-fitting the second member into the cylindrical opening;
A press-fitting device comprising:
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。A method of press-fitting the second member into the cylindrical opening of the first member,
Compressing the side wall of the cylindrical opening in the press-fitting axis direction by applying the same set load as the maximum load that the first member can withstand within elastic deformation, and clamping the first member;
Press-fitting the second member into the cylindrical opening of the clamped first member;
The press-fitting method characterized by including.
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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