JP2020133861A - 締結方法及び締結装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファスナによる締結を安定的に行うことができる締結方法等を提供する。【解決手段】ファスナピンとカラーとを備えるファスナを用いて被締結部を締結する締結方法において、ファスナピンが挿通される被締結部の一方側にファスナピンのヘッド部が位置し、被締結部の他方側にファスナピンのロック部が位置した状態で、ロック溝にカラーを装着する装着工程Ｓ１４と、被締結部の厚さから導出される未かしめ部高さに基づいて、ロック溝にカラーをかしめて、被締結部を締結する締結工程Ｓ１５と、を含み、設定される未かしめ部高さをＨ２とし、ファスナピンに対応する被締結部の厚さの中央値をＴ１とし、被締結部の厚さの計測値をＴ２とし、中央値Ｔ１における未かしめ部高さの最適値をＨ１とすると、設定される未かしめ部高さＨ２は、「Ｈ２＝Ｔ１−Ｔ２＋Ｈ１」の算出式に基づいて導出される。【選択図】図４

Description

本発明は、ファスナピンとカラーとを備えるファスナを用いて被締結部を締結する締結方法及び締結装置に関するものである。

従来、複数のワークピースを互いに固定するスウェージ型締結具を用いた締結システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。スウェージ型締結具は、ピン部材と、カラーとを備えている。ピン部材は、シャンクを有し、シャンクの一方の端部が頭部となっている。また、シャンクは、円筒形のシャンク部分と、シャンク部分に隣接するロック溝を有するロック部分と、を有している。カラーは、スウェージされることでロック溝に係合する。

特表２０１０−５０９５４７号公報

ところで、ファスナピンとカラーとを備えるファスナは、被締結部の厚さに対応したものが用いられる。つまり、ファスナピンは、被締結部の厚さに対応した規定の長さとなっている。一方で、ファスナに対応可能な被締結部の厚さには、所定の幅があるため、被締結部の厚さが変わることがある。この場合、被締結部から突き出すファスナピンの突き出し量が変わってしまう。被締結部から突き出すファスナピンの突き出し量が長いと、被締結部からシャンク部とロック部との境界までの長さも長くなる。この場合において、カラーをファスナピンのロック部にかしめるときに、カラーの内周面がシャンク部に対して早々に干渉してしまう。カラーの内周面がシャンク部に対して干渉すると、締結荷重の負荷が増大する。また、ファスナピンの突き出し量が異なると、荷重制御を行って締結荷重を一様とする場合においては、被締結部に対するファスナピンのヘッド部の沈み込み量が異なってしまい、被締結部の表面とヘッド部の表面との平滑度がばらついてしまう。

そこで、本発明は、ファスナによる締結を安定的に行うことができる締結方法及び締結装置を提供することを課題とする。

本発明の締結方法は、ファスナピンとカラーとを備えるファスナを用いて被締結部を締結する締結方法において、前記ファスナピンは、軸方向の一方側に設けられるヘッド部と、前記ヘッド部に対して軸方向の他方側に設けられるシャンク部と、前記シャンク部に対してさらに軸方向の他方側に設けられるロック溝が形成されたロック部と、を含み、前記ファスナピンが挿通される前記被締結部の一方側に前記ファスナピンの前記ヘッド部が位置し、前記被締結部の他方側に前記ファスナピンの前記ロック部が位置した状態で、前記ロック溝に前記カラーを装着する装着工程と、前記ロック部の前記ロック溝に前記カラーをかしめて、前記被締結部を締結する締結工程と、を含み、前記ロック溝にかしめられていない前記カラーの軸方向における長さを、未かしめ部高さとし、前記締結工程では、設定された前記未かしめ部高さに基づいて、前記カラーを前記ロック部の前記ロック溝にかしめており、設定される前記未かしめ部高さをＨ２とし、前記ファスナピンに対応する前記被締結部の厚さの中央値をＴ１とし、前記被締結部の厚さの計測値をＴ２とし、中央値Ｔ１における前記未かしめ部高さの最適値をＨ１とすると、設定される前記未かしめ部高さＨ２は、「Ｈ２＝Ｔ１−Ｔ２＋Ｈ１」の算出式に基づいて導出される。

また、本発明の締結装置は、ファスナピンとカラーとを有するファスナを用いて被締結部を締結する締結装置において、前記ファスナピンは、軸方向の一方側に設けられるヘッド部と、前記ヘッド部に対して軸方向の他方側に設けられるシャンク部と、前記シャンク部に対してさらに軸方向の他方側に設けられるロック溝が形成されたロック部と、を含み、前記ファスナピンが挿通される前記被締結部の一方側に前記ファスナピンの前記ヘッド部が位置し、前記被締結部の他方側に前記ファスナピンの前記ロック部が位置した状態で、前記ロック溝に前記カラーを装着し、前記ロック部の前記ロック溝に前記カラーをかしめて、前記被締結部を締結しており、前記ロック溝にかしめられていない前記カラーの軸方向における長さを、未かしめ部高さとし、前記被締結部の厚さを計測する計測部と、前記被締結部の厚さの計測値に基づいて、前記未かしめ部高さを設定し、設定された前記未かしめ部高さに基づいて、前記カラーを前記ロック部の前記ロック溝にかしめる制御部と、を備え、前記制御部は、設定される前記未かしめ部高さをＨ２とし、前記ファスナピンに対応する前記被締結部の厚さの中央値をＴ１とし、前記被締結部の厚さの計測値をＴ２とし、中央値Ｔ１における前記未かしめ部高さの最適値をＨ１とすると、設定される前記未かしめ部高さＨ２を、「Ｈ２＝Ｔ１−Ｔ２＋Ｈ１」の算出式から、前記被締結部の厚さの計測値Ｔ２に基づいて設定する。

この構成によれば、被締結部の厚さが変化することにより、被締結部からシャンク部とロック部との境界までの長さが変化する場合であっても、算出式に基づいて未かしめ部高さを設定することができる。そして、被締結部の厚さに応じた適切な未かしめ部高さに基づいて、ファスナによる被締結部の締結を行うことができるため、締結荷重の過負荷を抑制し、また、被締結部に対するヘッド部の沈み込み量のバラツキを抑制することができる。よって、ファスナによる締結を安定的に行うことが可能となる。

また、前記被締結部の厚さの中央値Ｔ１は、前記ファスナピンに対応する前記被締結部の最大厚さと最小厚さとの平均値であることが、好ましい。

この構成によれば、被締結部の最大厚さと最小厚さとの平均値を、被締結部の厚さの中央値Ｔ１とすることができる。このため、被締結部の厚さの計測値Ｔ２を中央値Ｔ１から差し引くことで、被締結部の平均値に対する、実測された被締結部の厚さの差分を導出することができる。

また、前記未かしめ部高さの最適値Ｈ１は、予め実験によって導出された値であることが、好ましい。

この構成によれば、中央値Ｔ１の被締結部に対する最適な未かしめ部高さを、予め実験により導出することで、ファスナによる中央値Ｔ１の被締結部の最適な締結を行うことができる。

図１は、実施形態１に係る被締結部周りの締結装置を模式的に示した説明図である。 図２は、従来に係る締結装置のかしめ荷重に関するグラフである。 図３は、従来に係る締結装置のファスナ頭平滑度に関するグラフである。 図４は、実施形態１に係る締結装置の締結動作に関するフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
実施形態１に係る締結装置１０は、ファスナ２０を用いて被締結部５を締結する装置である。締結装置１０は、例えば、自動穴あけ打鋲装置（オートマチックリベッター）と呼ばれるものであり、被締結部５に穴あけ加工をして締結孔４を形成し、この締結孔４を用いてファスナ２０により被締結部５の締結を行っている。ファスナ２０は、ファスナピン２１とカラー２２とを有する２ピースファスナが用いられる。また、被締結部５は、重ね合わせた一対の板材５ａ，５ｂとなっている。先ず、図１を参照し、締結装置１０によって一対の板材５ａ，５ｂに締結されるファスナ２０について説明する。

図１に示すように、ファスナ２０は、軸方向に延在するファスナピン２１と、ファスナピン２１にかしめられるカラー２２とを有する。ファスナピン２１は、軸方向の一方側に設けられるヘッド部２４と、ヘッド部２４に対して軸方向の他方側（先端側）の部位となるシャンク部３１と、シャンク部３１に対して軸方向の他方側の部位となるロック溝３５が形成されたロック部３２と、を含んでいる。ヘッド部２４は、座面が円錐形状となる皿頭となっている。ヘッド部２４の上面は、被締結部５の表面よりも僅かに上方に位置するように締結される。シャンク部３１は、外周面が円柱面となっている。ロック部３２は、その周面にロック溝３５が形成されている。ロック溝３５には、カラー２２がかしめられる。

このファスナピン２１は、一対の板材５ａ，５ｂの積層方向に貫通形成される締結孔４に挿通される。締結孔４に挿通されるファスナピン２１は、締結時において、一対の板材５ａ，５ｂを挟んで、一方（図１の上側）の板材５ａ側にヘッド部２４が位置し、他方（図１の下側）の板材５ｂ側にロック部３２が位置する。そして、ファスナピン２１のシャンク部３１は、基端側（ヘッド部２４側）の一部が締結孔４の内部に位置し、先端側の一部が他方（図１の下側）の板材５ｂから露出する。

カラー２２は、円筒形状となっており、ファスナピン２１のロック部３２側から挿入されて、ロック部３２に装着される。ロック部３２に装着されたカラー２２は、締結装置１０によってかしめられる。

次に、締結装置１０について簡単に説明する。締結装置１０は、被締結部５に対してファスナピン２１のヘッド部２４側に設けられる受け部１２と、被締結部５を挟んで受け部１２の反対側に設けられる締結部１３と、を備えている。締結装置１０は、被締結部５の締結孔４に装着されたファスナピン２１に対して、受け部１２によりファスナピン２１のヘッド部２４を押さえつけている。また、締結装置１０は、受け部１２によりファスナピン２１のヘッド部２４を押さえつけた状態で、締結部１３によりロック部３２に装着されたカラー２２をかしめる。

また、締結装置１０は、受け部１２の外側に設けられる図示しないクランプ受け部（アッパープレッシャーフートブッシングとも呼ばれる）と、締結部１３の外側に設けられる図示しないクランプ力印加部（ロワープレッシャーフートブッシングとも呼ばれる）と、被締結部５の厚さを計測する計測部１５と、各部を制御する制御部１６と、を備えている。計測部１５は、クランプ受け部及びクランプ力印加部により一対の板材５ａ，５ｂを密着させた状態で、被締結部５の厚さの計測し、計測した被締結部５の厚さを計測値Ｔ２として、制御部１６に出力する。制御部１６は、計測値Ｔ２に基づいて、締結部１３を制御して、ファスナ２０を被締結部５に締結する。具体的に、制御部１６は、計測値Ｔ２から導出される未かしめ部高さＨ２に基づいて、ファスナピン２１にカラー２２をかしめることで、ファスナ２０を被締結部５に締結している。

ここで、ファスナピン２１の軸方向における長さは、締結する被締結部５の厚さに応じた規定された長さとなっている。このため、被締結部５の厚さが変化すると、ファスナピン２１の軸方向において、被締結部５からシャンク部３１とロック部３２との間の境界までの長さが変化する。境界は、ファスナピン２１において、ロック溝３５が形成される部位と、ロック溝３５が形成されない部位との間である。

従来において、上記したように、締結装置１０は、未かしめ部高さＨ２に基づいて、ファスナピン２１にカラー２２をかしめている。未かしめ部高さＨ２は、ロック溝３５にかしめられていないカラー２２の軸方向における長さとなっている。締結装置１０は、被締結部５からシャンク部３１とロック部３２との間の境界までの長さが変化する場合であっても、予め設定された固定値となる未かしめ部高さＨ２に基づいて、ファスナ２０により被締結部５を締結していた。このとき、締結装置１０のかしめ荷重（締結荷重）は、図２に示すグラフのとおりであり、また、被締結部５の表面に対するヘッド部２４の上面の平滑度は、図３に示すグラフのとおりである。図２は、従来に係る締結装置のかしめ荷重に関するグラフである。図３は、従来に係る締結装置のファスナ頭平滑度に関するグラフである。

図２は、その横軸が、未かしめ部高さＨ２となっており、その縦軸が、かしめ荷重となっている。また、図２の黒丸（●）は、被締結部５から突き出すファスナピン２１の突き出し量が小さい場合、すなわち、被締結部５の厚さが厚い場合のかしめ荷重の変化である。一方、図２の黒四角（◆）は、被締結部５から突き出すファスナピン２１の突き出し量が大きい場合、すなわち、被締結部５の厚さが薄い場合のかしめ荷重の変化である。

図２の黒丸（●）を見るに、ファスナピン２１の突き出し量が小さい場合、未かしめ部高さが短くなるにつれて、かしめ荷重が線形に増大する。一方で、図２の黒四角（◆）を見るに、未かしめ部高さが短くなるにつれて、かしめ荷重が非線形に増大する。すなわち、被締結部５からシャンク部３１とロック部３２との間の境界までの長さが所定の長さよりも短くなると、領域Ｅにおいて、急激にかしめ荷重が増大する。

図３は、その横軸が、かしめ荷重となっており、その縦軸が、ヘッド部２４の上面の平滑度となっている。図３の黒丸（●）は、図２と同様に、被締結部５から突き出すファスナピン２１の突き出し量が小さい場合、すなわち、被締結部５の厚さが厚い場合の平滑度の変化である。一方、図３の黒四角（◆）は、図２と同様に、被締結部５から突き出すファスナピン２１の突き出し量が大きい場合、すなわち、被締結部５の厚さが薄い場合の平滑度の変化である。

図３を見るに、かしめ荷重が、図３の黒丸（●）の場合と黒四角（◆）の場合とで、同じ値となるとき（例えば、Ａ１またはＡ２のかしめ荷重）、ヘッド部２４の上面の平滑度は、異なる値となる。すなわち、ファスナピン２１の突き出し量が異なる場合、ヘッド部２４の上面の平滑度は、ばらつくことが分かる。

図２に示すようなかしめ荷重の増大、図３に示すような平滑度のバラツキを低減すべく、実施形態１に係る締結装置１０では、所定の算出式から導出された未かしめ部高さＨ２に基づいて、ファスナ２０による被締結部５の締結を行っている。上記のように、設定される未かしめ部高さをＨ２とする。また、ファスナピン２１に対応する被締結部５の厚さの中央値をＴ１とする。上記のように、被締結部の厚さの計測値をＴ２とする。また、中央値Ｔ１における未かしめ部高さの最適値をＨ１とする。ここで、被締結部５の厚さの中央値Ｔ１は、ファスナピン２１に対応する被締結部５の最大厚さと最小厚さとの平均となっている。つまり、被締結部５の厚さの中央値Ｔ１は、被締結部５の最大厚さと最小厚さとを足し合わせて、２で割った値となっている。また、未かしめ部高さの最適値Ｈ１は、予め実験によって導出された値となっている。つまり、厚さが中央値Ｔ１となる被締結部５に対して、ファスナ２０を用いて締結したときに、被締結部５の締結を安定的に行うことができる未かしめ部高さを、最適値Ｈ１として、実験により導出している。そして、設定される未かしめ部高さＨ２は、「Ｈ２＝Ｔ１−Ｔ２＋Ｈ１」の算出式に基づいて導出される。

つまり、制御部１６は、計測部１５により計測された被締結部５の厚さの計測値Ｔ２を取得すると、被締結部５の厚さの中央値Ｔ１と、未かしめ部高さの最適値Ｈ１とは、既知であることから、所定の算出式に基づいて、未かしめ部高さＨ２を導出する。そして、制御部１６は、導出した未かしめ部高さＨ２に基づいて、ファスナ２０による被締結部５の締結を実行する。

次に、図４を参照して、上記の締結装置１０によるファスナ２０を用いた締結動作について説明する。締結装置１０は、一対の板材５ａ，５ｂに対してクランプ受け部及びクランプ力印加部によりクランプ荷重を与えることで、一対の板材５ａ，５ｂを密着させて固定する（ステップＳ１１：クランプ工程）。この後、締結装置１０は、計測部１５により被締結部５の厚さを計測し、計測値Ｔ２を取得する（ステップＳ１２：計測工程）。締結装置１０は、取得した計測値Ｔ２から、所定の算出式に基づいて、未かしめ部高さＨ２を導出する（ステップＳ１３：算出工程）。そして、締結装置１０は、一対の板材５ａ，５ｂに対して締結孔４を形成し、この締結孔４に、ファスナピン２１を挿通させる。締結装置１０は、ファスナピン２１のロック部３２側から、カラー２２をロック溝３５に装着する（ステップＳ１４：装着工程）。また、そして、締結装置１０は、導出した未かしめ部高さＨ２に基づいて、ロック溝３５にカラー２２をかしめて、被締結部５を締結する（ステップＳ１５：締結工程）。

以上のように、実施形態１によれば、被締結部５の厚さが変化する場合であっても、算出式に基づいて未かしめ部高さＨ２を設定することができる。これにより、被締結部５の厚さに応じた適切な未かしめ部高さＨ２に基づいて、ファスナ２０による被締結部５の締結を行うことができる。このため、かしめ荷重の過負荷を抑制し、また、被締結部５に対するヘッド部２４の沈み込み量のバラツキを抑制することができる。よって、ファスナ２０による被締結部５の締結を安定的に行うことが可能となる。

また、実施形態１によれば、被締結部５の最大厚さと最小厚さとの平均値を、被締結部５の厚さの中央値Ｔ１とすることができる。このため、被締結部５の厚さの計測値Ｔ２を中央値Ｔ１から差し引くことで、被締結部５の平均値に対する、実測された被締結部５の厚さの差分であるシフト量を導出することができる。

また、実施形態１によれば、中央値Ｔ１の被締結部５に対する最適な未かしめ部高さＨ１を、予め実験により導出することで、ファスナ２０による中央値Ｔ１の被締結部の最適な締結を行うことができる。

４ 締結孔
５ 被締結部
５ａ，５ｂ 板材
１０ 締結装置
１２ 受け部
１３ 締結部
１５ 計測部
１６ 制御部
２０ ファスナ
２１ ファスナピン
２２ カラー
２４ ヘッド部
３１ シャンク部
３２ ロック部
３５ ロック溝

Claims (4)

1. ファスナピンとカラーとを備えるファスナを用いて被締結部を締結する締結方法において、
   前記ファスナピンは、軸方向の一方側に設けられるヘッド部と、前記ヘッド部に対して軸方向の他方側に設けられるシャンク部と、前記シャンク部に対してさらに軸方向の他方側に設けられるロック溝が形成されたロック部と、を含み、
   前記ファスナピンが挿通される前記被締結部の一方側に前記ファスナピンの前記ヘッド部が位置し、前記被締結部の他方側に前記ファスナピンの前記ロック部が位置した状態で、前記ロック溝に前記カラーを装着する装着工程と、
   前記ロック部の前記ロック溝に前記カラーをかしめて、前記被締結部を締結する締結工程と、を含み、
   前記ロック溝にかしめられていない前記カラーの軸方向における長さを、未かしめ部高さとし、
   前記締結工程では、設定された前記未かしめ部高さに基づいて、前記カラーを前記ロック部の前記ロック溝にかしめており、
   設定される前記未かしめ部高さをＨ２とし、
   前記ファスナピンに対応する前記被締結部の厚さの中央値をＴ１とし、
   前記被締結部の厚さの計測値をＴ２とし、
   中央値Ｔ１における前記未かしめ部高さの最適値をＨ１とすると、
   設定される前記未かしめ部高さＨ２は、「Ｈ２＝Ｔ１−Ｔ２＋Ｈ１」の算出式に基づいて導出される締結方法。
2. 前記被締結部の厚さの中央値Ｔ１は、前記ファスナピンに対応する前記被締結部の最大厚さと最小厚さとの平均値である請求項１に記載の締結方法。
3. 前記未かしめ部高さの最適値Ｈ１は、予め実験によって導出された値である請求項１または２に記載の締結方法。
4. ファスナピンとカラーとを有するファスナを用いて被締結部を締結する締結装置において、
   前記ファスナピンは、軸方向の一方側に設けられるヘッド部と、前記ヘッド部に対して軸方向の他方側に設けられるシャンク部と、前記シャンク部に対してさらに軸方向の他方側に設けられるロック溝が形成されたロック部と、を含み、
   前記ファスナピンが挿通される前記被締結部の一方側に前記ファスナピンの前記ヘッド部が位置し、前記被締結部の他方側に前記ファスナピンの前記ロック部が位置した状態で、前記ロック溝に前記カラーを装着し、前記ロック部の前記ロック溝に前記カラーをかしめて、前記被締結部を締結しており、
   前記ロック溝にかしめられていない前記カラーの軸方向における長さを、未かしめ部高さとし、
   前記被締結部の厚さを計測する計測部と、
   前記被締結部の厚さの計測値に基づいて、前記未かしめ部高さを設定し、設定された前記未かしめ部高さに基づいて、前記カラーを前記ロック部の前記ロック溝にかしめる制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   設定される前記未かしめ部高さをＨ２とし、
   前記ファスナピンに対応する前記被締結部の厚さの中央値をＴ１とし、
   前記被締結部の厚さの計測値をＴ２とし、
   中央値Ｔ１における前記未かしめ部高さの最適値をＨ１とすると、
   設定される前記未かしめ部高さＨ２を、「Ｈ２＝Ｔ１−Ｔ２＋Ｈ１」の算出式から、前記被締結部の厚さの計測値Ｔ２に基づいて設定する締結装置。

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