JP2007075894A - 変形締結のための締結装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変形締結のための締結装置を作成すること。
【解決手段】一方の側が開いたフレーム（１）と、該フレーム（１）上に配置され、可動パンチ（５）を有する駆動部（４）と、該フレーム（１）上で該パンチに向き合うように工具（１３）を支持する工具ホルダ（１２）を備えた変形締結のための締結装置において、前記工具ホルダ（１２）が、締結時に負荷が増加するにつれて弾性変形を受け、該変形が前記工具（１３）上でのフレーム（１）の負荷依存性広がりを少なくとも部分的に相殺するように設計する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一方の側が開いたフレームと、該フレーム上に配置され、可動パンチを有する駆動部と、該フレーム上において該パンチに向き合うように工具を支持する工具ホルダとを備えた変形締結のための締結装置に関する。本発明は、さらに、この特徴を有し、パンチに向き合うように工具を保持して支持する、長さが異なる交換可能な少なくとも二つの工具ホルダを含んだ一組の工具ホルダを備えた締結装置に関する。

主として板金の工作物を、例えばリベット締結、自己貫通式リベット締結、又は折り曲げなどによって接合するために、特定の型の締結装置が用いられている。そのような締結装置の多くの用途、例えば自動車産業において、締結すべき部品の形状のために、フレーム内でパンチに向き合うように配置される工具の位置を種々変えなければならなくなる、という問題が生じている。更に、締結装置を種々の締結作業に関して最適に適合させるためには、パンチと工具との間の開きの最大幅を変えることが多くの場合に必要となる。

ＤＥ １０ ２００４ ００５ ８８４ Ａ１により既知の締結装置においては、種々の長さの工具ホルダがフレーム内に取り付けられて、フレームの開き部分の内部で工具の位置を変えるようにしている。更に、二つの異なる位置でフレームに取り付けることのできるホルダの上に駆動部が配置され、その二つの異なる位置の各々において、休止位置にあるパンチが対向する工具から異なる間隔をもつようになる。このようにして、工具とパンチの間との開きの最大幅がさらに変更できる。

種々の長さの工具ホルダにより工具を支持すること、並びに、上記支持構造が原因となって、かつ、駆動装置の位置の変化が原因となって、フレーム及び駆動装置に対する接合部の位置が種々異なるものとなることのために、締結装置が締結時に負荷を受けている状態では、接合部の位置の変化に応じてパンチ及び工具の縦軸が、それらの最初の同軸の角度位置から異なる量だけ変位するという問題を生じる。これらの角度変位の和はまた、締結された接合部にも反映されるが、その理由は、工具とパンチの対向面の位置がまた、角度変位の関数として、無負荷状態における平行の初期位置から変位するからである。該角度変位は、締結された接合部の品質を著しく損ない、そのため、一定の量を超えてはならない。さらに、容認できる程度の大きさの角度変位が可能な限り等しくなり、締結装置内の接合部の位置に依存せず、その結果、この角度変位を締結工具の設計及び接合工程の配置において考慮に入れることができるようにすることが必要である。締結装置内において、接合部の位置が変化したとき角度変位も変化することは、欠点であると考えられる。

また、締結時に締結装置に負荷が加わると、パンチ及び工具の縦軸に垂直な方向に、フレームに対する接合部のオフセットを生ずる。このオフセットは、接合されている部品に対して、及び締結装置を保持するロボットなどの設備に対して、付加的な負荷を生ずるので、同じく、接合部の全ての位置において可能な限り小さくすべきである。
本発明の目的は、締結時の負荷から生じる、パンチと工具の縦軸との間の角度変位が小さくなるような特定の型の締結装置を作成することである。更なる目的は、フレームに対する接合部のオフセットを可能な限り小さく保つことである。

この目的は、請求項１に特定される本発明によって達成される。本発明の好都合な実施形態は、従属請求項において特定される。
本発明によれば、締結時の負荷増大に伴って負荷により生じるフレームのアームの広がりを少なくとも部分的に相殺する弾性変形を受けるように設計された特定の型の工具ホルダを有する締結装置が提供される。

本発明は、締結時に、パンチの縦軸と工具の縦軸との間に、工具ホルダをフレームのアームの曲がり方向と逆の方向に曲がるようにする角度変位を、負荷の下で工具ホルダの安定性及び支持機能を劣化させることなしに、負荷の下での工具ホルダの変形特性によって生じさせることができる、という発見に基づくものである。
本発明は、角度変位を小さくすることができ、それ故により良好な締結結果を、極めて僅かな努力で達成できるという利点を有する。締結装置に加わる横方向の力による負荷が減少して、締結装置及び工具の耐用年数が改善される。

フレーム上でパンチに向き合うように工具を保持して支持する少なくとも二つの異なる長さの互換性ある工具ホルダを含む、一組の工具ホルダを有する締結装置において、締結時の負荷から生ずる工具とパンチの縦軸の間の角度変位が、締結装置中の工具の位置とは概ね無関係となる結果を達成するために、本発明においては、さらに、工具ホルダの組における異なる工具ホルダを、それぞれの工具ホルダに締結時に働く負荷の下でのそれぞれの弾性変形が、工具の縦軸とパンチの縦軸との間に最大でも所定の狭い範囲に入る角度変位を生ずるように、設計する方法が提供される。

変形に対する抵抗特性、特に曲げ強度の選択的な変化によって、異なる工具ホルダを、それら個々の長さから生じる特定の負荷条件に適合させ、各工具ホルダに関して、同一の工程条件を仮定して、締結時に実質的に同じ最大角度変位が生じるようにすることができる。本発明の意味における工具ホルダの変形に対する抵抗特性に影響を及ぼすために必要となる知識と方法は、当業者には利用可能であり、経験的な測定値を役立たせることもできる。従って、例えば、本発明においては、比較的長い工具ホルダは、その断面を適当に弱めることによってその座屈傾向を助長することができ、負荷の下で工具ホルダに僅かな曲げ変形を生じさせ、その変形によりフレームの変形を部分的に相殺し、それにより、所定の角度変位を維持することが可能となる。許容限界の範囲内で、種々の工具ホルダを用いた際に維持すべき角度変位の大きさを選択して、所定の狭い角度範囲が全ての工具ホルダを用いた際に同様に維持されるようにすることは有益である。実際に、本発明により、長さが異なる三つの工具ホルダを設計して、負荷の下での最大角度変位が＜１°であるようなものに関して、個々の工具ホルダの間における角度変位の差を＜０．１°に制限することが可能となる。工具ホルダの入れ換えは、それゆえ、締結時に生じる角度変位に実質的になんの影響も与えない。

本発明の別の提案においては、工具ホルダの組における異なる工具ホルダについて、締結時の負荷の下でのそれらの弾性変形に関して、フレームに対する接合部の、接合力の方向に対して横方向のオフセットが、所定の最大値、特に最大値１ｍｍを超えないようにする設計が行われる。オフセットを制限する結果、工作物、締結装置及びその取付台に加わる剪断力を小さく保つことができる。

種々の工具ホルダに関する本発明の実施形態は、工具ホルダが均一形状のベースと均一形状のヘッドとを有し、該ヘッド及びベースが狭窄領域で互いに接合され、該領域の負荷の下での変形が所定の角度変位を維持するように最適化される設計による利点を有する。該狭窄領域は円筒形状を有することが好ましい。しかし、これとは異なる形状も有用であり得る。例えば、該領域の一部分は円錐形とし、円形断面の代わりに楕円形又は多角形の断面をもたせることもできる。工具ホルダの幾何学的設計を通して負荷の下での変形挙動に影響を及ぼすことの他に、材料の強度特性を変化させる手法も考慮される。従って、例えば、所望の変形特性は、例えば、加工硬化、焼き戻し、又はアニールによる、材料特性の帯状の変化を通じて達成することができる。
本発明は、図面に示される例示的実施形態に基づいて以下に詳しく説明される。

図１は、板金部品を自己貫通式リベット締結により接合するために用いることを目的とする締結装置を示す。該締結装置は、Ｃ字型フレーム１を含み、該フレームは、典型的には締結装置を所望の作業場所に移動させることのできる産業ロボットの多関節アームに取り付けられる。フレーム１の、図における上方アームであるアーム２には、ホルダ３が取り付けられ、該ホルダは受け穴内に駆動部４を収容し、前記駆動部はそれによって縦方向に可動なパンチ５を保持する。駆動部４の内部に位置するパンチ５は、その縦軸６に垂直な、特定の自己貫通式リベットを取り付けるように作用する端面を有する。フレーム１の第２のアーム７に向き合うように、駆動部４の端部にローダ８が配置され、該ローダはフィーダー管９によって個々に供給される自己貫通式リベットを取付けスリーブ１０に装填し、そこで該リベットは、パンチ５の面の前に次の締結工程に備えて準備される。フレーム１のアーム７の上に、駆動部４と向き合うように工具ホルダ１２が配置され、該ホルダはその自由端部に、締結時に工作物を支持して工作物を変形させるように作用する工具１３を保持する。工具ホルダ１２は、その軸方向の長さによって、確実に工具１３がアーム７から離れて位置するようにし、それにより、窪んだ場所において工具１３に対して接触点を有する工作物を締結することが可能となる。工具１３は、フレームに負荷が加わらないときには、パンチ５の縦軸６と一致する縦軸１４を有する。締結時に工作物と接触することになる工具１３の表面は、縦軸１４の周りの回転表面として具体化される。

図１において、フレーム１の無負荷状態が破線で示されている。実線は、説明のために著しく誇張されているが、自己貫通式リベットを取り付ける最終段階に生じるような大きな負荷の下での締結装置を示す。ここでは、フレーム１の二つのアーム３と７が離れる方向に曲がり、それにより駆動部４と工具１３の位置に変化が生じ、その結果、縦軸６と１４はもはや一致せず、代わりにそれらの角度位置が相互に変位して、二つの縦軸の角度変位の和に相当する角度αを形成する。同時に、角度αは、この負荷条件においては、パンチ５と工具１３の端面によって形成される角度となる。従ってこの角度はまた、パンチと工具の端面が相互に離れて広がる程度を規定するので、広がり角度とも呼ばれる。締結工程の間、この広がりは工作物に伝わって、接合部の一様でない変形をもたらし、それに加えて、その耐久性の多少の損傷をもたらす。それ故に、この広がりと、従ってパンチ５と工具１３の縦軸の角度変位とを、可能な限り小さくする努力が常になされる。しかし、締結装置の大きさと重さに関する制限が制限要因となる。通常は、＜１°のオーダーの最小広がり及び角度変位が許容される。フレームに高価な変更を加えずに、広がり角度をそのような値に低減することを可能にするために、本発明により、工具ホルダが、締結時の負荷の結果として、フレームのアームの広がりを少なくとも部分的に相殺する弾性変形を受けるように具体化される。これは、工具ホルダの中央に低減されたこわさをもつ狭窄領域を与えることによって達成することができ、その場合、該狭窄領域は、締結時にパンチと工具の端面における該広がりの低減を達成する形態の座屈を伴って工具ホルダが変形するように設計される。

図１からさらに明らかなように、締結時の負荷から生じるフレーム１の弾性変形は、締結力すなわち接合のための力の方向に対して横向きに、締結部すなわち接合部のオフセットｘをもたらす。オフセットｘは、駆動部４及びフレーム１の台に加わる横向きの力による負荷を引き起こし、従って可能な限り小さく留めなければならない。本発明により、負荷の下での工具ホルダの弾性変形特性の設計における変更の結果として、オフセットｘは、なお有利に小さな値に制限することができる。

図２及び図３に、適切な弾性変形特性を有する工具ホルダ２０が示される。工具ホルダ２０は、フレームのアーム上で支持台として働く平坦な底面２２をもった皿様ベース２１を有する。ベース２１は、取り付け穴２４をもつ後部の平坦部分２３、及びヘッド２６を保持する前部の高位部分２５を有する。平坦部分２３は、連続的に高位部分２５に移行する。高位部分２５とヘッド２６の間にネック状に凹形になった部分２７が配置され、該ネック状凹形部分は、締結装置内の負荷が増加するにつれて、ヘッド２６が平坦部分２３に向って僅かに傾くような寸法にされ、そのために、ヘッド２６によって保持される工具の、フレームの広がりによって引き起こされる角度変位が低減される。

工具ホルダ２０は、ヘッド２６、領域２７及び部分２５を底面２２に垂直に貫通する穴２８を有する。ヘッド２６内において、穴２８はヘッド上に取り付けられた締結工具の留めピンを収容する。ベース２１内に位置する穴２８の部分は、工具ホルダ２０をフレームのアーム上の駆動部のパンチに対して同軸に芯出し調整するための芯出しピンを収容する。ヘッド２６内の横向きのねじ穴２９は、工具のピンを穴２８内の位置に留める止めねじを収容するためのものである。締結工具を緩めるために緩め工具を挿入することのできる斜軸穴３０もまた、穴２８に通じて開いている。

図４は、工具ホルダ２０と図５に示される工具ホルダ５０とに比較して中間の長さの工具ホルダ４０を示す。工具ホルダ４０は、ベース４１及びヘッド４６を有する。ベース４１の形状及び大きさはベース２１に合わせられ、ヘッド４６はヘッド２６の形状と大きさに合わせられる。工具ホルダ４０のより大きな軸方向の長さは、単に、ベース４１とヘッド４６の間に延びている狭窄円柱領域４７の長さを大きくすることによって形成される。ここで領域４７のこわさは、工具ホルダ４０の軸方向の長さに調和させ、その結果、締結工具中の工具ホルダ４０に作用する負荷の下で、ヘッド４６が、フレームの広がりに起因する角度変位を部分的に相殺するような位置変化を受けるようにする。

図５に示される工具ホルダ５０は、同様に、ベース５１及びヘッド５６に関して工具ホルダ２０及び４０に適合させられる。中央の狭窄領域５７は、工具ホルダ４０の領域４７のおよそ２倍の長さを有し、その変形特性は、工具ホルダのこの軸方向の長さから生じる必要条件に調和させられる。
工具ホルダ２０，４０，５０は、共に、特定の締結装置における使用のために設計された工具ホルダの組を構成する。この点において、締結工具中における同一の負荷の下で三つの工具ホルダ２０，４０，５０の全てが、パンチと工具との縦軸の間に同じ角度変位を、即ち、それらが同じ広がり角αを生じるように設計が行われる。

工具ホルダの組の使用法が、図６から図８までを用いて簡単に説明される。これら三つの図の全ては、図１を用いて説明された締結装置の無負荷状態におけるフレーム１を示す。図６には、短い工具ホルダ２０がフレーム１のアーム７に取り付けられている。ホルダ３は、アーム２に結合され逆向きに取り付けることもできるが、駆動部を収容する部分がアーム７から比較的小さな距離となる第１の位置にある。この配置において、工具ホルダ２０のヘッドとホルダ３の間には距離Ｌ１がある。

図７に示される例においては、工具ホルダ２０が工具ホルダ４０に置き換えられている。このことは、工具ホルダ２０のヘッドとホルダ３の間の距離を減じて、より小さな距離Ｌ２とする。
図８は、ホルダ３が第２の位置に取り付けられた配置を示し、その場合、その収容部分は、フレーム１のアーム７からより大きな距離を有することになる。アーム７には長い工具ホルダ５０が取り付けられ、そのより大きな長さはホルダ３のより大きな間隔を相殺し、その結果、工具ホルダ５０とホルダ３の間の間隔が再びＬ２に等しくなる。

図６から図８までにおいて示された実施例の各々は、異なる用途に向けられ、それらに最適なものである。全体として、三つの工具ホルダ２０、４０、５０は、ホルダ３の二つの取付け位置との組合せによって６つの異なる配置を提供する。三つの工具ホルダの変形特性に関する本発明による設計を用いることにより、６つの異なる配置の全てにおいて、広がり角を、配置ごとに小さな程度にしか変化しない小さな値にすることが可能となる。

誇張された変形状態で示される本発明の締結装置の図である。 短い軸方向長さを有する工具ホルダの第１の図である。 図２の工具ホルダを示す別の図である。 中間の軸方向長さを有する工具ホルダの図である。 長い軸方向長さを有する工具ホルダの図である。 図２及び図３からの工具ホルダを取り付けた締結装置のフレームを示す。 図４からの工具ホルダを取り付けた締結装置のフレームを示す。 図５からの工具ホルダを取り付けた締結装置のフレームを示す。

符号の説明

１：Ｃ字型フレーム
２、７：アーム
３：ホルダ
４：駆動部
５：パンチ
６、１４：縦軸
８：ローダ
９：フィーダー管
１０：取付けスリーブ
１２：工具ホルダ
１３：工具
２０，４０，５０：工具ホルダ
２１，４１，５１：ベース
２４：取付け穴
２６、４６、５６：ヘッド
２７、４７，５７：狭窄領域
２８：穴
２９：ねじ穴
３０：斜軸穴

Claims (6)

1. 一方の側が開いたフレームと、該フレーム上に配置され、可動パンチを有する駆動部と、該フレーム上で該パンチに向き合うように工具を支持する工具ホルダとを備える、変形締結のための締結装置であって、前記工具ホルダ（２０，４０，５０）が、締結時に負荷が増加するにつれて弾性変形を受け、該変形が、前記工具の位置において、負荷による前記フレーム（１）の広がりを少なくとも部分的に相殺するように設計されていることを特徴とする、変形締結のための締結装置。
2. 前記工具ホルダ（２０，４０，５０）が、締結時に負荷が増加するにつれて弾性変形を受け、該変形が、締結力の方向に横向きの、前記フレームに対する締結部の負荷によるオフセットを低減するように設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の締結装置。
3. 前記工具ホルダ（２０，４０，５０）がその中央部に低減されたこわさをもつ狭窄領域（２７，４７，５７）を有し、該狭窄領域は、負荷の下で前記工具ホルダ（２０，４０，５０）が前記工具上での前記フレーム（１）の前記広がりを少なくとも部分的に相殺する方向に座屈変形するように、設計されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２のいずれか一つに記載の締結装置。
4. 前記フレーム（１）上で、前記パンチ（５）に向き合って位置する工具（１３）を保持して支持し、且つ、互換性ある、異なる長さをもつ少なくとも二つの工具ホルダ（２０，４０，５０）を含む工具ホルダの組を備え、該ホルダの組の前記異なる工具ホルダ（２０，４０，５０）が、それらそれぞれの締結時に作用する負荷の下での弾性変形が前記パンチ（５）の縦軸と前記工具（１３）の縦軸との間に最大の角度変位を生じ、前記角度変位が前記工具ホルダの組の全ての工具ホルダ（２０，４０，５０）に対して所定の狭い範囲内に入るように設計されていることを特徴とする、請求項１、請求項２、又は請求項３のいずれか一つに記載の締結装置。
5. 前記工具ホルダの組の前記工具ホルダ（２０，４０，５０）が、均一形状のベース（２１，４１，５１）及び均一形状のヘッド（２６，４６，５６）を有し、前記ヘッドとベースが狭窄領域（２７，４７，５７）によって相互に接合され、該狭窄領域の負荷の下での変形が前記所定の角度変位を満足するように最適化されていることを特徴とする、請求項４に記載の締結装置。
6. 前記工具ホルダの組の前記異なる工具ホルダ（２０，４０，５０）が、それらの締結時の負荷の下での弾性変形に関して、締結力の方向に横向きのフレームに対する締結部のオフセットが所定の最大値を超えないように設計されていることを特徴とする、請求項４又は請求項５のいずれか一つに記載の締結装置。

Images