IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 株式会社デンソーの特許一覧

<>
  • 特許-圧入装置および圧入方法 図1
  • 特許-圧入装置および圧入方法 図2
  • 特許-圧入装置および圧入方法 図3
  • 特許-圧入装置および圧入方法 図4
  • 特許-圧入装置および圧入方法 図5
  • 特許-圧入装置および圧入方法 図6
  • 特許-圧入装置および圧入方法 図7
  • 特許-圧入装置および圧入方法 図8
  • 特許-圧入装置および圧入方法 図9
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-01
(45)【発行日】2024-07-09
(54)【発明の名称】圧入装置および圧入方法
(51)【国際特許分類】
   B23P 19/02 20060101AFI20240702BHJP
【FI】
B23P19/02 P
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2021102995
(22)【出願日】2021-06-22
(65)【公開番号】P2023002017
(43)【公開日】2023-01-10
【審査請求日】2023-10-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】110003214
【氏名又は名称】弁理士法人服部国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】川瀬 隆文
【審査官】八板 直人
(56)【参考文献】
【文献】特開平07-276155(JP,A)
【文献】特開2002-239849(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2015/0306715(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B23P 5/00-25/00
B25J 1/00-21/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
開口(82)の周縁部に押さえ端面(83)を有し、前記開口の内側に圧入穴(88)が形成された容器状のハウジング(80)を被圧入ワークとして、前記圧入穴に軸状部品(90)を圧入する圧入装置であって、
前記ハウジングの前記開口とは反対側に設けられた受け面(84、85)に下方から当接して前記ハウジングを受ける受け治具(40)と、
押さえ付勢部材(37)により下方に付勢され、前記ハウジングの前記押さえ端面に当接して前記ハウジングを前記受け治具に押し当てるハウジング押さえ(30)と、
前記軸状部品を把持しつつ前記圧入穴に向かって下降し、圧入荷重を印加するパンチ(20)と、
前記受け治具の前記ハウジングとは反対側において前記圧入穴の直下に位置する圧入穴直下部(45)を支持する支持ポスト(50)と、
前記支持ポストの軸に沿って形成された挿通穴(56)を貫通して前記受け治具の前記圧入穴直下部に接続された引き棒(61)と、
前記圧入穴直下部が前記支持ポストの頂部(55)に当接するように前記引き棒を下方に付勢する引き下げ付勢部材(62)と、
を備え、
前記ハウジング押さえが前記ハウジングの前記押さえ端面に当接したとき、前記受け治具は、前記圧入穴直下部を支点として傾くようにフローティング可能である圧入装置。
【請求項2】
前記軸状部品の先端が前記圧入穴の口元に当接したとき、前記軸状部品の先端が前記圧入穴に倣って平行移動するように、前記パンチがフローティング可能である請求項に記載の圧入装置。
【請求項3】
開口(82)の周縁部に押さえ端面(83)を有し、前記開口の内側に圧入穴(88)が形成された容器状のハウジング(80)を被圧入ワークとして、前記圧入穴に軸状部品(90)を圧入する圧入方法であって、
前記ハウジングの前記開口とは反対側に設けられた受け面(84、85)に下方から当接して前記ハウジングを受ける受け治具(40)と、
押さえ付勢部材(37)により下方に付勢され、前記ハウジングの前記押さえ端面に当接して前記ハウジングを前記受け治具に押し当てるハウジング押さえ(30)と、
前記軸状部品を把持しつつ前記圧入穴に向かって下降し、圧入荷重を印加するパンチ(20)と、
前記受け治具の前記ハウジングとは反対側において前記圧入穴の直下に位置する圧入穴直下部(45)を支持する支持ポスト(50)と、
前記支持ポストの軸に沿って形成された挿通穴(56)を貫通して前記受け治具の前記圧入穴直下部に接続された引き棒(61)と、
前記圧入穴直下部が前記支持ポストの頂部(55)に当接するように前記引き棒を下方に付勢する引き下げ付勢部材(62)と、
を備えた圧入装置(10)を用い、
前記ハウジング押さえ及び前記パンチが前記ハウジングに向かって下降する下降段階(S1)と、
前記ハウジング押さえが前記ハウジングの前記押さえ端面に当接したとき、前記受け治具が前記圧入穴直下部を支点として傾くようにフローティングする受け治具フローティング段階(S2)と、
前記パンチがさらに下降し、前記軸状部品が前記圧入穴に圧入される圧入段階(S4)と、
を含む圧入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧入装置および圧入方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、被圧入ワークの圧入穴に軸状部品を圧入する圧入装置および圧入方法が知られている。例えば特許文献1に開示された圧入装置では、ロボットハンドやマニピュレータなどの位置決め手段に取り付けられた取り付け部材に、圧入手段(油圧シリンダ)がフローティング接続されている。具体的には、圧入手段は、取り付け部材にばねを介して上下動または揺動可能に接続されている。これにより、圧入反力が位置決め手段に作用することが回避されると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2006-116669号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば鋳造品の被圧入ワークにおいて切削加工面でない鋳肌面を受け治具で受けて圧入する場合や、被圧入ワークの重心から外れた位置の圧入穴に圧入する場合、被圧入ワークの姿勢が傾くおそれがある。傾いた被圧入ワークに対し必要以上の圧入荷重をかけて軸状部品を圧入すると、圧入不足やワークの割れが生じるおそれがある。また、圧入用アクチュエータが必要以上のエネルギーを要するという問題がある。特許文献1の従来技術は、このような被圧入ワークの傾きに対する対策まで考慮していない。
【0005】
本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、被圧入ワークの姿勢が傾いた場合でも、必要以上の圧入荷重をかけずに適切な圧入を行う圧入装置および圧入方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の圧入装置は、開口(82)の周縁部に押さえ端面(83)を有し、開口の内側に圧入穴(88)が形成された容器状のハウジング(80)を被圧入ワークとして、圧入穴に軸状部品(90)を圧入する装置である。この圧入装置は、受け治具(40)と、ハウジング押さえ(30)と、パンチ(20)と、支持ポスト(50)と、引き棒(61)と、引き下げ付勢部材(62)と、を備える。
【0007】
受け治具は、ハウジングの開口とは反対側に設けられた受け面(84、85)に下方から当接してハウジングを受ける。ハウジング押さえは、押さえ付勢部材(37)により下方に付勢され、ハウジングの押さえ端面に当接してハウジングを受け治具に押し当てる。
【0008】
パンチは、軸状部品を把持しつつ圧入穴に向かって下降し、圧入荷重を印加する。支持ポストは、受け治具のハウジングとは反対側において圧入穴の直下に位置する圧入穴直下部(45)を支持する。引き棒は、支持ポストの軸に沿って形成された挿通穴(56)を貫通して受け治具の圧入穴直下部に接続されている。引き下げ付勢部材は、圧入穴直下部が支持ポストの頂部(55)に当接するように引き棒を下方に付勢する。
【0009】
ハウジング押さえがハウジングの押さえ端面に当接したとき、受け治具は、圧入穴直下部を支点として傾くようにフローティング可能である。
【0010】
ハウジング押さえが押さえ端面に当接した状態で、受け治具が圧入穴直下部を支点として傾くようにフローティングすることで、被圧入ワークは、姿勢が水平になるように矯正される。よって、必要以上の圧入荷重をかけずに適切な圧入を実現することができる。
【0011】
好ましくは、軸状部品の先端が圧入穴の口元に当接したとき、軸状部品の先端が圧入穴に倣って平行移動するように、パンチがフローティング可能である。これにより、受け治具のフローティングにより生ずる圧入穴の位置ずれに対し、軸状部品を追従させることができる。
【0012】
本発明の圧入方法は、上記の圧入装置を用い、上記のハウジング(80)を被圧入ワークとして、圧入穴に軸状部品(90)を圧入する方法である。この圧入方法は、下降段階(S1)と、受け治具フローティング段階(S2)と、圧入段階(S4)と、を含む。
【0013】
下降段階では、ハウジング押さえ及びパンチがハウジングに向かって下降する。受け治具フローティング段階では、ハウジング押さえがハウジングの押さえ端面に当接したとき、受け治具が圧入穴直下部を支点として傾くようにフローティングする。圧入段階では、パンチがさらに下降し、軸状部品が圧入穴に圧入される。これにより、上記の圧入装置と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】被圧入ワークの一例であるウェイストゲートバルブアクチュエータ用ハウジングの(a)平面図、(b)正面図、(c)底面図。
図2】シャフト(軸状部品)圧入工程の概略イメージを示す図。
図3】一実施形態の圧入装置を用いた圧入方法のフローチャ-ト。
図4】一実施形態の圧入装置の上部機構の図。
図5】一実施形態の圧入装置による[セット段階]~[下降段階]の図。
図6】一実施形態の圧入装置による[受け治具フローティング段階]の図。
図7】一実施形態の圧入装置による[パンチフローティング段階]の図。
図8】一実施形態の圧入装置による[圧入段階]の図。
図9】圧入穴が押さえ端面に対して直角でない場合の[圧入段階]の図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
(一実施形態)
本発明の一実施形態による圧入装置、及び、その圧入装置を用いた圧入方法について、図面に基づいて説明する。この圧入装置は、容器状のハウジングを被圧入ワークとして、ハウジングの圧入穴に軸状部品を圧入するものである。最初に図1を参照し、一実施形態で被圧入ワークとして用いられるウェイストゲートバルブアクチュエータ用ハウジングの形状について説明する。図1(b)を正面図とし、図1(a)、(c)には、それぞれ、図1(b)のIaから視た平面図、及び、Ic方向から視た底面図を示す。
【0016】
ハウジング80は、例えばアルミニウム合金の鋳造品であり、外面81の反対側に開口82を有している。平面図及び底面図において破線ハッチングを付した箇所は切削加工面を示す。切削加工面以外の部分は鋳肌面である。開口82の周縁部の切削加工面83は、圧入方法における「押さえ端面」として利用される。
【0017】
例えば特開2019-78177号公報等に開示されているようにウェイストゲートバルブアクチュエータの構造は周知である。ハウジング80の開口82の内側には、モータが収容されるモータ挿入穴86、モータ回転を伝達する中間ギヤ用の中間シャフトが圧入される穴87、88、最終ギヤ用のベアリングが圧入される穴89等が設けられている。中間シャフトやベアリングは、圧入対象である「軸状部品」に相当する。その中で本実施形態では、第2中間ギヤ用の中間シャフトが圧入される圧入穴88を例として、圧入装置及び圧入方法について説明する。
【0018】
圧入工程では、開口82を上に向けた姿勢でハウジング80が受け治具により下方から水平に支持された状態で、軸状部品が上方から圧入される。以下の説明では、図1(a)に現れる開口82側を「上」とし、図1(c)に現れる外面81側を「下」として記す。底面図に現れる平面は圧入受け治具に当接する荷重受け面として用いられる。例えば圧入穴88の下面84や他の圧入穴89の下面85、その他の鋳肌面が荷重受け面となる。
【0019】
図2に、圧入工程の概略イメージを示す。以下、第2中間ギヤ用の中間シャフトを単に「シャフト90」という。シャフト90は、昇降可能なパンチ20に保持される。パンチ20の具体的な構成については、図4を参照して後述する。ハウジング80は、開口82を上に向けた姿勢で受け治具409に支持される。シャフト90を把持しつつパンチ20が圧入穴88に向かって下降し圧入荷重を印加することで、シャフト90が圧入穴88に圧入される。
【0020】
従来の圧入工程では、製品の姿勢が安定するように受け面が加工され、受け面に対する圧入穴の直角度精度が確保され、更には圧入穴の口元やピン先端にガイド形状が形成されるなど、組み付けやすくなるように考えられていた。しかし近年では、加工工数を減らすため、大きな圧入荷重をかけて無理やり押し込む傾向となっている。
【0021】
ここで、切削加工面でない鋳肌面を受け治具40で受けて圧入する場合、受け治具40に対する姿勢が傾きやすい。特にハウジング80の重心から外れた位置にある圧入穴88は、バランスが悪い。そのため、傾いたハウジング80に対し必要以上の圧入荷重をかけてシャフト90を圧入すると、圧入不足やハウジング80の割れが生じるおそれがある。また、圧入用アクチュエータが必要以上のエネルギーを要するという問題がある。
【0022】
そこで本実施形態の圧入装置及び圧入方法は、ハウジング80の姿勢が傾いた場合でも、必要以上の圧入荷重をかけずに適切な圧入を行うことで、圧入荷重の平均値を低減することを目的とする。
【0023】
次に図3図9を参照し、一実施形態の圧入装置10の構成、及び、その圧入装置10を用いたシャフト90の圧入方法について説明する。図3のフローチャートにおいて記号「S」はステップを意味する。S0のセット段階の後、S1の下降段階、S2の受け治具フローティング段階、S3のパンチフローティング段階、S4の圧入段階、S5の上昇段階が順に実施される。
【0024】
圧入装置10は、ハウジング80の上部でシャフト90を把持して昇降する上部機構と、ハウジング80を受ける下部機構とに大きく分かれる。図4に上部機構を示す。駆動装置であるサーボプレスの昇降ロッド12の下端にパンチ20及びハウジング押さえ30が垂下するように取り付けられている。なお、各部材を締結するボルト等の部材は、適宜、図示を省略する。
【0025】
パンチ20は、パンチホルダ21、芯ずれ自動補正デバイス22、スペーサ23、ブラケット24、シャフトホルダ25、荷重プレート28等を含む。パンチホルダ21は、サーボプレスの昇降ロッド12の下端に取り付けられ、パンチ20の各部品を一体に昇降させるとともに、ハウジング押さえ30を高さ変位可能な状態で昇降させる。
【0026】
芯ずれ自動補正デバイス22は、デバイスの上側の軸と下側の軸との芯ずれを自動補正する装置であり、例えば市販品が用いられる。スペーサ23、ブラケット24及びシャフトホルダ25は、インローにより芯ずれ自動補正デバイス22の下部に同軸に結合されている。これにより、スペーサ23、ブラケット24及びシャフトホルダ25の軸Zwは、サーボプレスの機械軸Zmに対し平行に水平移動可能となっている。
【0027】
シャフトホルダ25は、軸状部品の寸法に応じた径及び長さ寸法のセット孔26が形成されている。また、セット孔26の内壁に開口し、シャフト90の外周面を押さえる保持機構27が設けられている。保持機構27は、例えば市販のショートプランジャを用いて構成される。セット孔26の下方から挿入されたシャフト90は、自重で落下しない程度の力で保持機構27により保持される。
【0028】
ブラケット24とシャフトホルダ25との間には、焼き入れ鋼等で製作された高硬度の荷重プレート28が設けられている。サーボプレスが生成した圧入荷重は、荷重プレート28を介してシャフト90の上端に印加される。荷重プレート28は、圧入の繰り返しにより劣化した場合に交換される消耗部品として使用される。
【0029】
ハウジング押さえ30は、ハウジング80の押さえ端面83に当接可能な枠板状に形成されている。ただし、ハウジング押さえ30は押さえ端面83の形状通りである必要はなく、複数箇所で押さえ端面83にバランス良く当接可能であれば、単純なリング円板状に形成されてもよい。
【0030】
ハウジング押さえ30は、周方向の複数個所(例えば120°間隔の3箇所)に、軸方向に延びる押さえロッド31が接続されている。押さえロッド31は、パンチホルダ21の周縁部に設けられたガイドブッシュ33のガイド穴34を貫通する。パンチホルダ21のガイド穴34の上下には、ガイドブッシュ33の脱落を防止する上カバー35及び下カバー36が設けられている。
【0031】
ガイド穴34の上方では、押さえロッド31の下降限を規制する鍔部32が押さえロッド31の外周に設けられている。ガイド穴34の下方では、下カバー36と、ハウジング押さえ30に固定されたばね座部38との間に「押さえ付勢部材」としての押さえばね37が設けられている。
【0032】
押さえばね37により下方に付勢されることで、ハウジング押さえ30は、図6に示すように、ハウジング80の押さえ端面83に当接してハウジング80を受け治具40に押し当てる。図7図8に示すようにパンチ20がさらに下降すると、ハウジング押さえ30及び押さえロッド31は、破線で示すように、パンチ20に対して相対的に上昇する。
【0033】
次に図5図8を参照し、圧入装置10の下部機構の構成として主に受け治具40及び支持ポスト50について説明する。受け治具40は略ブロック状を呈しており、上面41がハウジング80の受け面84、85に下方から当接してハウジング80を受ける。受け治具40のハウジング80とは反対側、すなわち下面42側において圧入穴88の直下に位置する部分を圧入穴直下部45という。
【0034】
支持ポスト50は略円筒状であり、基台16上に固定されている。支持ポスト50の頂部55は凸球面状に形成されている。ここで、受け治具40の圧入穴直下部45は、支持ポスト50の頂部55の凸球面の半径よりわずかに大きい半径の凹球面状を呈している。支持ポスト50の頂部55は、圧入穴直下部45の中央付近に点接触して圧入穴直下部45を支持する。したがって、受け治具40は、圧入穴直下部45を支点として傾くようにフローティング可能な状態で支持される。
【0035】
支持ポスト50の軸に沿って形成された挿通穴56に、「引き棒」としてのストリッパボルト61が挿通されている。ストリッパボルト61は、挿通穴56を貫通して受け治具40の圧入穴直下部45に形成されたねじ穴44に接続されている。ストリッパボルト61の頭部62と支持ポスト50のばね座部57との間には、「引き下げ付勢部材」としての引き下げばね63が設けられている。引き下げばね63によってストリッパボルト61が下方に付勢されることで、受け治具40の圧入穴直下部45は、支持ポスト50の頂部55に当接する。
【0036】
補助板13は、受け治具40の下面42に対向して支持ポスト50を囲むように、複数の支柱15を介して基台16に固定されている。図5に示すように、受け治具40が水平の状態で、受け治具40の下面42と補助板13との間は0.5mm程度の隙間δが確保されている。圧入荷重が印加されていないとき、受け治具40は、補助板13に設けられた保持機構14により水平に保持される。保持機構14は、例えば市販のショートプランジャを用いて構成される。
【0037】
続いて図3及び図5図8を参照し、圧入装置10を用いた圧入方法の各段階について説明する。説明の都合上、ハウジング80は、押さえ端面83と受け面84、85とが非平行になるように傾きを誇張して図示している。
【0038】
[S0 セット段階]~[S1 下降段階]
図5に示すように、セット段階S0では、サーボプレスが上昇した原位置において、パンチ20のシャフトホルダ25にシャフト90がセットされる。このとき、ハウジング押さえ30の下端面からシャフト90の先端までの長さL1は、ハウジング80の押さえ端面83から圧入穴88の口元までの長さL2よりも短く設定される。下降段階S1では、原位置からハウジング押さえ30及びパンチ20がハウジング80に向かって下降する。
【0039】
[S2 受け治具フローティング段階]
図6に示すように、受け治具フローティング段階S2では、ハウジング押さえ30がハウジング80の押さえ端面83に当接する。このとき、受け治具40は、圧入穴直下部45を支点として傾くようにフローティングする(円弧状の両方向矢印で示す)。ここで、押さえばね37の荷重は、フローティングの力よりも大きくなるように設定されている。これにより、ハウジング80は、押さえ端面83がハウジング押さえ30に倣って水平になるように姿勢が矯正される。それに伴って、圧入穴88の口元のセンタ位置Cwは機械軸Zmに対しずれる。
【0040】
[S3 パンチフローティング段階]
図7に示すように、パンチフローティング段階S3では、パンチ20がさらに下降し、シャフト90の先端が圧入穴88の口元に当接する。このとき、芯ずれ自動補正デバイス22の作用により、シャフト90の先端が圧入穴88に倣って平行移動するようにパンチ20がフローティングする。
【0041】
[S4 圧入段階]
図8に示すように、圧入段階S4では、パンチ20がさらに下降し、シャフト90が圧入穴88に圧入される。ここでは、受け治具40がフローティングした状態で押さえ端面83に対し圧入穴88が直角であるものとする。圧入段階S4の後、上昇段階S5でパンチ20及びハウジング押さえ30が上昇して原位置に復帰する。シャフト90が圧入されたハウジング80は、次工程へ搬送される。
【0042】
ところで、圧入穴88が押さえ端面83に対して直角でない場合、受け治具40がフローティングした状態で圧入穴88がシャフト90に対して傾く。その場合、図9に示すように、圧入途中で受け治具40が再びフローティングし、押さえ端面83がハウジング押さえ30から逃げることで、シャフト90を圧入穴88に対して真っ直ぐに圧入することができる。
【0043】
(本実施形態の効果)
(1)本実施形態の圧入装置10では、ハウジング押さえ30がハウジング80の押さえ端面83に当接したとき、受け治具40は、圧入穴直下部45を支点として傾くようにフローティング可能である。これにより、ハウジング80は、姿勢が水平になるように矯正される。よって、必要以上の圧入荷重をかけずに適切な圧入を実現することができる。
【0044】
実際に受け治具フローティングの有無による圧入荷重を比較した。データ数nが約30において、受け治具フローティング無の装置に対し、本実施形態の装置では圧入荷重の平均値が半分以下となり、標準偏差も30%以下にまで低減した。
【0045】
(2)圧入装置10は、支持ポスト50の軸に沿って形成された挿通穴56を貫通して受け治具40の圧入穴直下部45に接続されたストリッパボルト61と、圧入穴直下部45が支持ポスト50の頂部55に当接するようにストリッパボルト61を下方に付勢する引き下げばね62と、をさらに備える。これにより、フローティング時の支点が定まり、圧入穴直下部45と支持ポスト50の頂部55との位置ずれが防止される。
【0046】
(3)パンチ20に芯ずれ自動補正デバイス22を設けることで、シャフト90の先端が圧入穴88の口元に当接したとき、シャフト90の先端が圧入穴88に倣って平行移動するように、パンチ20がフローティング可能である。これにより、受け治具40のフローティングにより生ずる圧入穴88の位置ずれに対し、シャフト90を追従させることができる。
【0047】
(その他の実施形態)
(a)支持ポストに対する受け治具のフローティング機構において、上記実施形態とは逆に、受け治具に凸球面形状部を形成し、支持ポストに凹球面形状部を形成してもよい。
【0048】
(b)本実施形態の圧入装置は、軸状部品として、単一径のシャフトを単一径の穴に圧入する場合に限らず、多段の径を有する軸状部品を多段の穴に同時圧入する場合に適用されてもよい。また、被圧入ワークとして、開口の周縁部に押さえ端面を有し、開口の内側に圧入穴が形成されたあらゆる用途の容器状のハウジングに適用可能である。
【0049】
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【0050】
10・・・圧入装置、
20・・・パンチ、
30・・・ハウジング押さえ、 37・・・押さえばね(押さえ付勢部材)、
40・・・受け治具、 45・・・圧入穴直下部、
80・・・ハウジング(被圧入ワーク)、
82・・・開口、 83・・・押さえ端面、
84、85・・・受け面、 88・・・圧入穴、
90・・・シャフト(軸状部品)。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9