JP2010517788A - 部品孔にリベットを押圧し固定する為の振動リベット装置及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

本発明は航空機の構成部品(8)の部品孔(7)にリベット(3)を圧入し固定する振動リベット装置(1,15)に関する。振動リベット装置はリベット・レセプタクル(2,14)及び大きな静的押圧力(5)を発生する駆動ユニット(4,16)を有する。本発明によれば、静的押圧力(5)は振幅がリベットの長手軸(6)に略沿って作用する機械的振動(1,19)によって重合される。部品孔(7)にリベット(3)を圧入し固定する為に必要な力が低減され、本発明に係る振動リベット装置(1,15)のサイズ及び質量は従来に比して小型化／軽量化される。小型化及び軽量化によって、振動リベット装置(1,15)は自動リベット工程により容易に組み込まれ得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品、特に、航空機用構成部品の部品孔にリベットを押圧し固定する為の振動リベット装置であって、リベット・レセプタクル及び駆動ユニットを有し、前記駆動ユニットがリベットの長手軸の方向に沿った静的押圧力を生成するように構成されている振動リベット装置に関する。

航空機構造体における振動リベット装置及びリベットハンマーの公知の形態は、特にリベットの軸方向に作用する大きな機械的な力を用いてリベットをリベット孔に押圧するように構成されている。この場合、前記リベット装置は、最大で１tonne（約１０ｋＮ）までの力を付加しなければならない。リベットを押圧する為に必要とされる力が大きい為に、前記リベット装置はそれに応じて大型化及び大重量化されなければならない。従って、構成部品を連結する為のリベット作業が自動化されている場合には、最大で１tonneまで大重量化されたリベット装置が要求される。

従って、構成部品が容易にはアクセスできない作業位置において自動的にリベット連結されるように、例えば従来の産業用多関節アームロボットを用いる等のリベット作業のさらなる自動化は妨げられる。

米国特許第5 027 490号明細書には、重合された被加工材にリベットを挿入する為の装置が開示されている。この複雑で且つ大重量の装置は、とりわけ、駆動ユニット及び振動ユニットを有している。まず、リベットを押圧する為の静的な力が前記駆動ユニットによって付加される一方で、前記振動ユニットは、リベットが所定位置に実際に固定された後における前記被加工材の機械的ストレスを低減する。

ドイツ特許第197 29 368 A1号明細書には、シート状の金属プレート，異形材及び／又は多層金属連結体を機械的に結合する為の装置及び方法が開示されている。このリベット装置の場合には、タペットに隣接するように金型が弾性的且つ減衰的に装着された状態で比較的低い衝撃エネルギーの高周波衝撃波によってリベットが被加工材へ圧入される。スプリングの剛性及び／又は金型の減衰性は、結合されるべきシート状金属プレートの共振周波数に依存して適合する。高周波振動を生成する為の分離された発生器は備えられていない。

米国特許第3 483 611号明細書には、力及び超音波を用いて２つの構成部品を結合する装置が開示されている。例えば織られたナイロン生地製の第１構成部品はディスク形状とされ、前記第１構成部品に連結されるべき第２構成部品は金属又は樹脂材料で製造され且つ上方を向く突起，舌尖又はスパイクを有している。両構成部品は、従来の成型プレスと同様の装置内で結合される。下方の第２構成部品の前記突起は、力と１ｋＨｚから１００ｋＨｚの間の超音波とを同時に使用することによって、上方の第１構成部品を貫通し、力及び超音波によって少なくとも部分的に可塑化された前記突起はマッシュルーム状に再成形される。この装置は、２つのシート状金属プレート間の従来のリベット連結を提供しない。

米国特許第5 027 490号明細書 ドイツ特許第197 29 368 A1号明細書 米国特許第3 483 611号明細書

本発明の目的は、同じリベット能力を有する従来のリベットハンマーに比して軽量化し得るリベット器具を提供することである。

前記目的は請求項１の発明特定事項を備えたリベット装置によって達成される。

機械的振動を生成する少なくとも一つの振動発生器が備えられ、前記機械的振動の振幅が静的押圧力に重合するように構成されている為、本発明に係る振動リベット装置によれば比較的小さい押圧力でリベット孔にリベットを挿入又は圧入することができる。従って、従来のリベットハンマーに比して、振動リベット装置の重量を十分に低減できる。前記振動リベット装置の重量削減の結果として、前記リベットハンマーの高重量の為に従前においては自動化できなかったリベット工程の自動化が可能となる。前記機械的振動の振幅は、０°及び９０°の間の所望角度でリベットの長手軸に作用させることができる。この角度は作動中において任意的に変化され、これは、例えば、旋回振動発生器によって達成され得る。前記少なくとも一つの振動発生器は、好ましくは、１０Ｈｚ及び１ＭＨｚの間の周波数範囲内の超音波範囲内で作動し得る。

有利な形態は、機械的振動の振幅がリベットの長手軸に対して平行な方向及び／又は横断する方向に延びるように構成される。結果として、振動リベット装置は構造簡略化され且つより小型化される。好ましくは、機械的振動の振幅はリベットの長手軸に対して平行に延びる。

前記振動リベット装置の有利な形態においては、機械的振動の周波数が、好ましくは連続的に、調整可能とされる。前記機械的振動の周波数は、例えば、連結される構成部品の周波数に合致するように調整され得る。これにより得られる共鳴効果の結果、押圧する為に必要とされる押圧力はさらに低減される。

振動リベット装置のさらなる有利な改良においては、機械的振動の強度、特に、振幅が、好ましくは連続的に、調整可能とされる。斯かる構成によれば、機械的押圧力に重合する振動の効果は、連結される構成部品の機械的特性に応じて変化され得る。

さらなる好ましい構成においては、駆動周波数が１ｋＨｚまでの状態で機械的振動の周波数が１０ｋＨｚまでの周波数範囲内において可変とされ得る。斯かる構成によれば、リベットを部品孔内に圧入することをより効果的に補助する機械的振動を得ることができる。前記少なくとも一つの振動発生器の（基本）周波数が１００ｋＨｚである場合には、１０ｋＨｚの周波数範囲又は周波数間隔は、駆動周波数（「ウォッブル周波数("wobble frequency"）が例えば１ｋＨｚの状態で、１００ｋＨｚの機械的振動が９５ｋＨｚ及び１０５ｋＨｚの間の周波数範囲内で変化可能であること（＝１００ｋＨｚ±５ｋＨｚ）を意味している。前記少なくとも一つの振動発生器の周波数は、特に好ましくは、共振点の近傍で変化される。

さらに、本発明は、航空機用構成部品の部品孔にリベットを圧入し固定する方法に関する。駆動ユニットによって生成される静的押圧力がリベットの長手軸に作用され、リベットの部品孔内への圧入容易化を図り得るように少なくとも一つの振動発生器によって生成される機械的振動が前記静的押圧力に重合されるので、構成部品はより迅速にリベット結合され得る。

前記方法の有利な改良においては、前記機械的振動の振動ベクトルは前記リベットの長手軸に対して平行な方向及び／又は横断する方向に沿って作用する。斯かる構成によれば、必要な押圧力がより大きく低減できる。

前記リベット装置及びそれを用いた方法のさらなる有利な構成は他の請求項に開示される。

図１は、振動リベット装置の第１形態を示している。 図２は、振動リベット装置の第２形態を示しており、構造上同一部材には同一符号が付されている。

図１は、振動リベット装置の第１形態を示している。
振動リベット装置１は、主として、リベット３を受け入れる為のリベット・レセプタクル２と駆動ユニット４とを有している。前記駆動ユニット４は、前記リベットの長手軸６に略平行に作用する相当な大きさの機械的な純粋の静的押圧力５を生成する。構成部品８の部品孔７にリベット３を圧入する工程の容易化を図る為に、機械的振動１１を生成する為の振動発生器９，１０がリベット・レセプタクル２の領域に配置されており、振動の振幅は静的押圧力５に重合される。図１に示される形態においては、前記振動発生器９，１０は、前記リベット・レセプタクル２の領域において互いに対して正反対に配設されている。原理的には、前記リベット・レセプタクル２の一方の側に振動発生器９又は振動発生器１０の何れか一方のみを配置させることも可能である。さらに、２つより多い振動発生器を、前記リベット・レセプタクル２の領域及び／又は前記駆動ユニット４の領域の周辺に好ましくは互いに対して等間隔に配置させることもできる。

機械的振動１１が前記２つの振動発生器９，１０によって生成され、前記機械的振動の振幅は双方向矢印１２，１３に対して略平行に延びている。前記構成部品８の前記部品孔７内に前記リベット３を押圧し固定する工程は、押圧力５に重合する機械的振動１１によって促進される。その結果、従来のリベット装置及びリベットハンマーに比して、押圧力５を十分に低減化でき、従って、本発明に係る振動リベット装置１は同程度又はより高いリベット能力を有しつつ、構造的に軽量化され得る。従来のリベット頭に比べて積載重量が小さい為、本発明に係る振動リベット装置１は、例えば、構成部品の自動リベット処理に用いられる従来の産業用多関節アームロボットに容易に使用され得る。

前記振動発生器９，１０によって生成される機械的振動１１の周波数及び／又は振幅は、制御及び調整ユニット（図示せず）によって、好ましくは連続的に調整され得る。機械的振動１１の周波数をリベットされるべき構成部品の共振周波数に合致するように調整することにより、押圧力５をさらに弱めることができる。機械的振動１１の振幅を変化させることによって、前記リベット３を押圧する工程の容易化を図り得るように押圧力５に重合する機械的振動１１の強度を高めることができる。

前記２つの振動発生器９，１０によって生成される機械的振動１１の周波数は、好ましくは、１０Ｈｚ及び１ＭＨｚの間とされ、且つ、好ましくは、超音波の範囲内とされる。変形形態においては、機械的振動１１は、１０ｋＨｚまでの周波数間隔内において変化され得る。この場合、機械的振動１１が変化される駆動周波数は、好ましくは、最大１ｋＨｚ（「ウォッブル周波数(wobble frequency)」）までとされる。結果として、押圧工程の容易化を図るという機械的振動１１の効果は、さらに増加される。

図１に示された形態に対する変形形態においては、機械的振動１１の振幅は前記リベット・レセプタクル２又は前記リベット３に対して、前記リベット３の長手軸６に沿うように作用する代わりに前記リベットの長手軸６に対して横断する方向に作用し得る。さらに、前記機械的振動１１の振幅は、前記リベットの長手軸６に対して０°及び９０°の間の所望角度変で傾斜され得る。さらに、振動発生器９，１０は、前記振動リベット装置の使用状態において重合される機械的振動の振動ベクトルの空間方位が前記リベットの長手軸６に対して調整され得るように、揺動自在に配設される。前記２つの振動発生器９，１０によって発せられる機械的振動１１は、圧電素子、対応して起動される電磁石、又は、空圧及び／又は油圧振動発生器によって生成され得る。前記駆動ユニット４によって生成される機械的押圧力５（押圧力Ｆ）は、例えば、電動手段、電磁手段、油圧手段又は空圧手段、若しくは、これらの駆動タイプの組み合わせによって発生され得る。

図２は、振動リベット装置の変形形態を示している。

前記リベット３は、振動リベット装置１５のリベット・レセプタクル１４内に受け入れられて、前記リベットの長手軸６に沿って作用する押圧力５によって構成部品８の部品孔７内に圧入され固定される。ここで、駆動ユニット１６が前記押圧力５を生成する。前記振動リベット装置の第１形態とは異なり、機械的振動１９を生成する為の振動発生器１８は、振動リベット装置１５の後方ハウジング領域１７内に配置されており、前記機械的振動の振幅は、前記リベットを押圧する工程を補助し得るように前記リベットの長手軸６に略平行な矢印２０，２１の方法に沿って作用する。前記振動発生器１８によって生成された機械的振動１９は、タペット２２によって前記リベット・レセプタクル１４へ伝達される。前記タペット２２は、前記リベット・レセプタクル１４の領域内に、ベル形状又は円筒形状のエンドピース２３を有している。図２の形態の変形においては、前記タペット２２の前記エンドピース２３は、それぞれが前記リベット・レセプタクル１４に支持される少なくとも２つ又はそれより多くの突起を備えたフォーク形状とされ得る。

図２に示された形態の有利な効果は、振動リベット装置１５のハウジングの後方領域内の前記振動発生器１８が一体化され得る点にあり、その結果、前記リベット・レセプタクル１４はより細く構成され、これにより、リベットの位置が容易にはアクセスできない際、特に、閉じ込められた装着領域内において構成部品にリベット加工を行う際における振動リベット装置１５の使用が可能となる。図２に示された形態は振動発生器１８を一つのみ備えているが、高い対称性を有している。即ち、振動１９はリベットの長手軸６に対して実質的に直接及び平行に作用する。

本発明に係る振動リベット装置１，１５は、静的な押圧力５に重合する機械的振動１１，１９によって、リベットハンマーの従来形態に比して、使用されるべき押圧力を十分に低減することができる。その結果、前記振動リベット装置１，１５は小型化可能となり、新しい分野、特に、ロボットの利用率が高い自動リベット加工の分野での利用が可能となる。さらに、リベット周波数及びリベット容量を向上させることができる。

１ 振動リベット装置
２ リベット・レセプタクル
３ リベット
４ 駆動ユニット
５ 押圧力（Ｆ）
６ リベットの長手軸
７ 部品孔
８ 構成部品
９ 振動発生器
１０ 振動発生器
１１ 機械的振動
１２ 双方向矢印
１３ 双方向矢印
１４ リベット・レセプタクル
１５ 振動リベット装置
１６ 駆動ユニット
１７ 後方ハウジング領域
１８ 振動発生器
１９ 機械的振動
２０ 矢印
２１ 矢印
２２ タペット
２３ エンドピース

Claims (15)

1. 航空機構成部品等の構成部品（８）の部品孔（７）内にリベット（３）を圧入して固定する為の振動リベット装置（１，１５）であって、リベット・レセプタクル（２，１４）及び駆動ユニット（４，１６）を有し、前記駆動ユニット（４，１６）がリベットの長手軸（６）の方向に沿った静的押圧力（５）を発生するように構成されている振動リベット装置（１，１５）において、
   機械的振動（１１，１９）を発生するように構成された少なくとも一つの振動発生器（９，１０，１８）が備えられ、前記機械的振動（１１，１９）の振幅は前記静的押圧力（５）に重合することを特徴とする振動リベット装置（１，１５）。
2. 前記機械的振動（１１，１９）の振幅は前記リベットの長手軸（６）に対して０°及び９０°の間の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の振動リベット装置（１，１５）。
3. 前記機械的振動（１１，１９）の振幅は前記リベットの長手軸（６）に対して平行な方向及び／又は横断する方向に延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動リベット装置（１，１５）。
4. 前記機械的振動（１１，１９）の周波数が好ましくは連続的に調整可能であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の振動リベット装置（１，１５）。
5. 前記機械的振動（１１，１９）の振幅値が好ましくは連続的に調整可能であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の振動リベット装置（１，１５）。
6. 前記機械的振動（１１，１９）の周波数は１０Ｈｚ及び１ＭＨｚの間であることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の振動リベット装置（１，１５）。
7. 駆動周波数が最大１ｋＨｚまでの状態で前記機械的振動（１１，１９）の周波数は最大１０ｋＨｚの周波数範囲内で可変とされていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の振動リベット装置（１，１５）。
8. 前記少なくとも一つの振動発生器（９，１０，１８）は前記リベット・レセプタクル（２，１４）の領域に配置されていることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の振動リベット装置（１，１５）。
9. 前記少なくとも一つの振動発生器（９，１０，１８）はタペットを介して前記リベット・レセプタクル（２，１４）に連結されていることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の振動リベット装置（１，１５）。
10. 前記少なくとも一つの振動発生器（９，１０，１８）は圧電素子であることを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の振動リベット装置（１，１５）。
11. 前記少なくとも一つの振動発生器（９，１０，１８）は電磁的に作動することを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載の振動リベット装置（１，１５）。
12. 前記少なくとも一つの振動発生器（９，１０，１８）は空圧的及び／又は油圧的に作動することを特徴とする請求項１から１１の何れかに記載の振動リベット装置（１，１５）。
13. 請求項１から１２の何れかに記載の振動リベット装置（１，１５）を用いて航空機の構成部品（８）の部品孔（７）にリベット（３）を圧入し固定する方法であって、
    駆動ユニット（４，１６）によって生成される静的押圧力（５）を前記リベット（３）の長手軸（６）に作用させ、前記リベット（３）の前記部品孔（７）内への圧入容易化を図り得るように少なくとも一つの振動発生器（９，１０，１８）によって生成される機械的振動を前記静的押圧力（５）に重合させることを特徴とするリベットの圧入及び固定方法。
14. 前記機械的振動の振幅は前記リベットの長手軸（６）に対して平行な方向及び／又は横断する方向に沿って作用することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記機械的振動（１１，１９）の振幅は前記リベットの長手軸（６）に対して０°及び９０°の間の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。

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