JP4838761B2 - 打鋲装置 - Google Patents

Description

本発明は打鋲装置に関する。より詳しくは、複数の被連結部材（ワーク）をリベットにより鋲締めして連結させる装置に関する。

航空機の胴体や主翼などを組立てるにあたり、それらの構成部材である複数の被連結部材を互いに連結する手段としてリベットを使用するケースが多い。リベットによる鋲締めは、手作業でも可能であるが、生産効率を上げる観点から、打鋲装置により自動的に行うのが主流である（例えば下記特許文献１参照）。

図１３は従来の打鋲装置９０の要部を示す図である。図１３に示すように、打鋲装置９０は、上側押圧ヘッド９１、下側押圧ヘッド９２及びワーク支持台９３を備える。上側押圧ヘッド９１の先端には、リベット２を保持するチャック機構９４を備える。打鋲装置９０の動作について説明する。ワーク支持台９３には、鋲締め対象となる２つの被連結部材Ｗ１，Ｗ２が重ね合わせた状態で固定され、被連結部材Ｗ１，Ｗ２には、リベットを挿入するためのリベット孔Ｈが既に穿孔されているものとする。

まず、上側押圧ヘッド９１は、チャック機構９４によりリベット２を保持した状態で、リベット孔Ｈに向けて下降する（図１３（Ａ）参照）。これにより、リベット２はリベット孔Ｈに挿入される。続いて、上側押圧ヘッド９１によりリベット２の頭部を押圧しながら、下側押圧ヘッド９２によりリベット２の軸部端を押圧する（図１３（Ｂ）参照）。これにより、リベット２の軸部端を潰して頭を作ることで被連結部材Ｗ１，Ｗ２を連結させる。

特開２０００−１３５５４１号公報

このような打鋲装置９０では、リベット２がリベット孔Ｈに旨く挿入されないことが極く稀にある。リベット２の軸線とリベット孔Ｈの軸線とが一直線上にない状態で上側押圧ヘッド９１が下降した場合である。この場合、例えばリベット２がリベット孔Ｈの軸線から傾いて挿入されてしまったり、リベット孔Ｈの周辺部に突き当たったりする。このようにリベット２が旨くリベット孔Ｈに挿入されていない状態で押圧動作を行った場合、リベット孔Ｈの内周面または周辺部にリベット２による無理な力が加わり、被連結部材が損傷してしまうことがある。被連結部材が高価なものであれば、その損害は大きい。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、リベットが被連結部材のリベット孔に旨く挿入できなかったことから起きる被連結部材の損傷を防止することのできる打鋲装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の打鋲装置（１）は、複数の被連結部材（Ｗ１，Ｗ２）をリベット（２）により鋲締めして連結させる打鋲装置において、
リベット挿入ユニット（５０）が、
シリンダチューブ（５１）内を摺動可能に設けられた中空ピストン（５２）と、
中空ピストン（５２）内を摺動可能に設けられた中空ロッド（５３）と、
中空ロッド（５３）の下端面に設けられ中空ピストン（５２）内を所定のストローク幅の遊び距離を持たせて摺動可能なピストン部材（５６）と、ピストン部材（５６）に取り付けられたリベット押圧ロッド（５７）と、
中空ロッド（５３）の上部に取り付けられた位置検出ブロック（５３１，５３２）と、中空ピストン（５２）の上部に取り付けられた位置検出ブロック（５３２）を検出する近接センサー（５２２）とから構成されており、
リベット挿入実行時以外は中空ロッド（５３）が上方に配置され、リベット挿入時は中空ロッド（５３）と中空ピストン（５２）の間の空気室（５２Ｒ）に圧縮空気を供給することにより中空ロッド（５３）が下方に付勢される機構になっており、
複数の被連結部材（Ｗ１，Ｗ２）に穿孔されたリベット孔（Ｈ）に向けてリベット（２）を挿入する際に、空気室（５２Ｒ）にある圧縮空気による付勢に打ち勝って中空ロッド（５３）が上向きに上昇したことを位置検出ブロック（５３２）と近接センサー（５２２）により検出し、リベットがリベット孔に正常に挿入されなかったと判断する機能を備えることを特徴とする。

本発明の打鋲装置（１）は、リベット（２）がリベット孔（Ｈ）に正常に挿入されなかった場合に優れた作用効果を発揮する。図１１（Ｂ）に示すように、リベット（２）が正常に挿入されない場合、ピストン部材（５６）とリベット押圧ロッド（５７）は、リベット孔（Ｈ）に挿入されなかったリベット（２）からピストン部材（５６）とリベット押圧ロッド（５７）の付勢方向と反対方向の反力を受ける。ピストン部材（５６）とリベット押圧ロッド（５７）は、上記反力により、中空ピストン（５２）に対して所定の遊び距離（Ｌ）だけスライドする。近接センサー（５２２）と位置検出ブロック（５３２）は、ピストン部材（５６）とリベット押圧ロッド（５７）が前記所定の遊び距離（Ｌ）を移動し始めたことを検出するので、この検出信号に基づき、リベット（２）がリベット孔（Ｈ）に正常に挿入されなかったと判断することが可能となる。従って、リベット（２）による無理な力がリベット孔（Ｈ）の内周面または周辺部に加わることが防止される。これにより、被連結部材（Ｗ１，Ｗ２）が損傷してしまうことが防止される。

なお、特許請求の範囲及び課題を解決するための手段の各欄において各構成要素に付した括弧書きの符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明によると、リベットが被連結部材のリベット孔に旨く挿入できなかったことから起きる被連結部材の損傷を防止することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明に係る打鋲装置１の全体概略図、図２はアッパーヘッド１２の正面概略図、図３はドリルユニット４０の側面一部断面図、図４はリベット挿入ユニット５０の正面一部断面図、図５はピストン部材５６の斜視図、図６はロワーヘッド２２の正面一部断面図である。各図において、直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面は水平面、Ｚ軸方向は鉛直方向である。

図１に示すように、打鋲装置１は、アッパーヘッドフレーム１１、アッパーヘッド１２、アッパーヘッドスライド機構１３、昇降機構１４、ロワーヘッドフレーム２１、ロワーヘッド２２、ロワーヘッド昇降機構２３、支柱昇降機構２４、ワーク支持台３１及びリベット渡しロボット３２０などを備える。

アッパーヘッド１２は、図２に示すように、アッパーヘッドフレーム１１に取り付けられた支持板１５にレール１６を介してＸ軸方向にスライド自在に設置される。支持板１５は開口部１５Ｈを有し、レール１６はＸ軸方向に延びる形で支持板１５にネジ止めなどにより固定される。

アッパーヘッドスライド機構１３は、アッパーヘッド１２に連結したボールねじ３１、及びボールねじ１３１を回転駆動するサーボモータ１３２などを備える。アッパーヘッド１２には、ドリルユニット４０とリベット挿入ユニット５０とが取り付けられる。アッパーヘッドスライド機構１３をＸ軸方向に水平移動させることにより、ドリルユニット４０及びリベット挿入ユニット５０のいずれか一方が選択的に昇降機構１４における押圧部材１４１の真下位置に配置可能となる。

ドリルユニット４０は、図３に示すように、Ｚ軸方向に沿って立設したシリンダチューブ４１、シリンダチューブ４１内をＺ軸方向に摺動（スライド）可能な中空ピストン４２、中空ピストン４２内に内挿されＺ軸周り方向に回転可能なロッド４３、所定の回転数で回転駆動されるドリルモータ４４、ドリルモータ４４の回転軸４４Ｊとロッド４５とに掛け回されたベルト４６、ロッド４３の外周面と中空ピストン４２の内周面との間に設けられたベアリング４７、及び連結部４８を介してロッド４３に連結されたドリル４９などを備える。ドリルユニット４０の上部には押し板４０Ａが取り付けられており、昇降機構１４の押し込みを受けることでドリルユニット４０を下降させるようになっている。押し板４０Ａは、図示しない連結手段により昇降機構１４の底部と連結するようになっている。シリンダチューブ４１と中空ピストン４２との間の空気室４１Ｒには、圧縮空気が満たされている。

リベット挿入ユニット５０は、図４に示すように、Ｚ軸方向に沿って立設したシリンダチューブ５１、シリンダチューブ５１内をＺ軸方向に摺動可能な中空ピストン５２、中空ピストン５２内をＺ軸方向に摺動可能な中空ロッド５３、中空ロッド５３の中空部５３Ｒに真空圧を供給する吸引ポンプ５４、中空部５３Ｒの接続を吸引ポンプ５４側と大気解放側とに切り替える三方バルブ５４Ｖ、中空ピストン５２の空気室５２Ｒに圧縮空気を供給する加圧ポンプ５５、空気室５２Ｒの接続を吸引ポンプ５５側と大気解放側とに切り替える三方バルブ５５Ｖ、頭部が中空ロッド５３の下端面に当接可能に設けられ中空ピストン５２内を所定のストローク幅の遊び距離Ｌを持たせてＺ軸方向に摺動可能に設けられたピストン部材５６、及びピストン部材５６において中空ロッド５３の反対側に取り付けられたリベット押圧ロッド５７などを備える。遊び距離Ｌは、ピストン部材５６の外周面に形成された溝５９と、中空ピストン５２の厚み方向から溝５９に挿入される回り止めロッド５８とによって形成される。この回り止めロッド５８は、ピストン部材５６がＺ軸回り方向に回転することを規制する役割を果たす。また、シリンダチューブ５１と中空ピストン５２との間の空気室５１Ｒには、圧縮空気が満たされている。

中空ロッド５３の上部には、上下２つの位置検出ブロック５３１，５３２が取り付けられる。位置検出ブロック５３１，５３２は、鉄等の金属塊により構成される。中空ピストン５２の上部には、２つの位置検出ブロック５３１，５３２の位置をそれぞれ検出する２つの近接センサー５２１，５２２が取り付けられる。近接センサー５２１，５２２は、位置検出ブロック５３１，５３２の接近により生じた磁界の変化を検出する構成とされる。リベット押圧ロッド５７の先端には、チャック機構５７２を備える。チャック機構５７２は、コイルバネ５７１の付勢により開閉可能とされ、閉状態となることでリベット２の軸部を挟持可能である。リベット押圧ロッド５７は、図５に示すように、平面視が略長円形の取付部５７Ｔを有している。一方、ピストン部材５６は、取付部５７Ｔと略同一形状で取付部５６Ｔを嵌め合わすことができる略長円形の取付穴５６Ｔを有する。取付部５７Ｔを取付穴５６Ｔに挿入して水平方向に９０度回転させることで、取付部５７Ｔの底部両端は、取付穴５６Ｔの上の面に着座することで固定される。このような構造であるため、リベット押圧ロッド５７の交換作業を容易に実施することができる。なお、この交換作業の際は、吸引ポンプ５４から中空部５３Ｒに供給する真空圧を停止する。そして三方バルブ５４Ｖにより中空部５３Ｒを大気解放状態とする。

リベット挿入ユニット５０の上部には押し板５０Ａが取り付けられており、昇降機構１４の押し込みを受けるようになっている。押し板５０Ａは、図示しない連結手段により昇降機構１４の底部と連結するようになっている。

昇降機構１４は、アッパーヘッド１２の上方に設けられ、押圧部材１４１、押圧部材１４１に連結したボールねじ１４２、及びギヤを介してボールねじ１４２を回転駆動するサーボモータ１４３などを備え、ドリルユニット４０の押し板４０Ａまたはリベット挿入ユニット５０の押し板５０Ａのいずれか一方に選択的に連結してこれをＺ軸方向下方に押圧するように構成される。

ロワーヘッド２２は、図６に示すように、外側シリンダチューブ７１、支柱７２、ロワーヘッド昇降機構２３及び支柱昇降機構２４を備える。外側シリンダチューブ７１は、先端が円筒状とされる。支柱７２は円柱状とされる。ロワーヘッド昇降機構２３は、外側シリンダチューブ７１に連結したボールねじ２３１、及びギヤを介してボールねじ２３１を回転駆動するサーボモータ２３２などを備える。支柱昇降機構２４は、支柱７２に連結したボールねじ２４１、及びギヤを介してボールねじ２４１を回転駆動するサーボモータ２４２などを備える。支柱７２は、ドリル４９による穿孔時には支柱駆動機構２４により下方に配置され（図６の実線参照）、リベット圧着時には上方へ配置される（図６の一点鎖線参照）ように構成される。

リベット押圧ロッド５７と円柱状の支柱７２とは、ワーク支持台３１に保持されたワークＷのリベット孔Ｈに挿入されたリベット２を上下方向から圧着させるものである。アッパーヘッド１２とロワーヘッド２２とは上下に対向した状態で配置されている。昇降機構１４の軸と、ロワーヘッド２２における円柱状の支柱７２の軸とは一致している。

ワーク支持台３１は、鋲締め対象となる２つの被連結部材Ｗ１，Ｗ２を固定する固定手段３３を有し、位置決め機構３２によりＸＹ軸方向に水平駆動可能とされる。なお、本明細書では互いに重ね合わせた２つの被連結部材Ｗ１，Ｗ２を単にワークＷと記載することがある。

リベット渡しロボット３２０は、アーム３２１、アーム３２１を駆動するサーボモータ３２２、及びアーム３２１の一端部に設けられたロボットハンド３２３などを備え、ロボットハンド３２３によりリベットストッカー３から取り出したリベット２を、例えば３次元的に移動させて、チャック機構５７２に引き渡す（掴ませる）ように構成される。

次に、図７から図１２も参照して、打鋲装置１の動作を説明する。図７は打鋲装置１の動作概要を示すフローチャート、図８はリベット挿入動作を示すフローチャート、図９は穿孔動作を説明するための図、図１０はリベット挿入動作を説明するための図、図１１は本発明の動作原理を説明するための図、図１２はリベット挿入ユニットの正面一部断面図である（異常挿入時）。

打鋲装置１の動作は、大きく分けると、図７に示すように、ワークセットステップＳ１、穿孔準備ステップＳ２、穿孔実行ステップＳ３、リベット挿入準備ステップＳ４、リベット挿入実行ステップＳ５及びリベットかしめステップＳ６からなる。各ステップの動作について、順を追って説明する。

〔ワークセットステップＳ１〕
まず、２つの被連結部材Ｗ１，Ｗ２を互いに重ね合わせた状態で、ワーク支持台３１の固定手段３３により水平方向に支持し固定する。その後、位置決め機構３２により、ワーク支持台３１をＸＹ軸方向に水平駆動することで位置決めを行う。この位置決めは、ワークＷにおける穿孔予定位置がロワーヘッド２２における外側シリンダチューブ７１の軸上に位置されるように行う。

〔穿孔準備ステップＳ２〕
アッパーヘッドフレーム昇降機構（図示せず）により、アッパーヘッドフレーム１１を所定高さに位置決めする。続いて、ロワーヘッド昇降機構２３により、ロワーヘッドフレーム２１を所定高さに配置する。この配置は、外側チューブ７１がワークＷにおける穿孔予定位置の底部に当接するように行う。

続いて、サーボモータ１３２を駆動することで、アッパーヘッド１２をＸ軸方向に水平移動させる。この水平移動は、ドリルユニット４０の押し板４０Ａが昇降機構１４の真下に位置されるように行う。このとき、図示しない連結手段により押し板４０Ａと昇降機構１４との連結を行う。

〔穿孔実行ステップＳ３〕
ドリルモータ４４を回転駆動することでドリル４９を回転させる。この状態でサーボモータ１４３を回転駆動することで押圧部材１４１を下降させる。これにより、Ｚ軸方向に沿ってドリルユニット４０が下降する。ドリルユニット４０の下降に伴い、ドリル４９はワークＷの穿孔予定位置を貫通し、図９に示すようにリベット孔（貫通孔）Ｈを穿孔する。このとき、ワークＷを貫通したドリル４９は、外側シリンダチューブ７１における中空部７１Ｈに入る。リベット孔Ｈが穿孔された時点で、ドリルモータ１８の回転駆動を停止する。そして、サーボモータ１４３を反転駆動することで押圧部材１４１を上昇させる。押圧部材１４１の上昇に伴い、ドリルユニット４０は上昇し元の高さ位置に戻る。そして、押し板４０Ａと昇降機構１４との連結を解除する。

〔リベット挿入準備ステップＳ４〕
ドリルユニット４０における押し板４０Ａと、リベット挿入ユニット５０における押し板５０ＡとのＸ軸方向位置の入れ替えを、次のようにして行う。即ち、サーボモータ１３２を回転駆動することで、アッパーヘッド１２をＸ軸方向に水平移動させる。この水平移動は、リベット挿入ユニット５０の押し板５０Ａが昇降機構１４の真下に配置されるように行う。このとき、図示しない連結手段により押し板５０Ａと昇降機構１４との連結を行う。

続いて、リベット渡しロボット３２０は、リベットストッカー３からリベット２を１つ取り出し、リベット挿入ユニット５０の先端部に設けられたチャック機構５７２の真横から、リベット２の頭部をチャック機構５７２の挟持空間に押し込む。これにより、チャック機構５７２はコイルバネ５７１を収縮させて開口し、その後、コイルバネ５７１の伸張により、リベット２はチャック機構５７２に挟み込まれて保持される（図１０（Ａ）参照）。

〔リベット挿入実行ステップＳ５〕
本ステップＳ５の説明は、主に図４、８、１０、１１、１２を参照する。図４において、加圧ポンプ５５からは圧縮空気が空気室５２Ｒに供給されており、中空ロッド５３はその底面でピストン部材５６に当接している。この圧縮空気により中空ロッド５３は、Ｚ軸方向下方に付勢される。この状態でサーボモータ１４３を回転駆動することで、押圧部材１４１を下降させる。これにより、リベット挿入ユニット５０は、チャック機構５７２がリベット２を挟持した状態で下降する（図８のステップＳ５１）。なお、リベット挿入実行時以外は、空気室５２Ｒ内は大気解放状態とされ、中空ロッド５３は上方（上死点）に配置される。吸引ポンプ５４からは真空圧が中空部５３Ｒに供給され、その真空圧はピストン部材５６の上部空間５６Ｒに伝わり、ピストン部材５６を吸引上昇保持する。

図１０（Ｂ）に示すように、リベット２の軸線とリベット孔Ｈの軸線とが一直線上にある状態でリベット２が下降した場合は、リベット２はリベット孔Ｈに正常に挿入される（図１１（Ａ）参照）。このとき、下側の近接センサー５２２は、リベット２の頭部がリベット孔Ｈの周縁部に着座するまで、中空ロッド５３における下側の位置検出ブロック５３２の位置を検出し続ける。上記着座がなされた時点で、上側の近接センサー５２１は、中空ロッド５３における上側の位置検出ブロック５３１の位置を検出することで着座を確認する。この状態での検出信号を基に、リベット２がリベット孔Ｈに正常に挿入されたと判断されて（ステップＳ５３）、後述するリベットかしめステップＳ６に進む。なお、図４には、正常挿入時におけるリベット挿入ユニット５０の内部状態が示されている。

一方、リベット２の軸線とリベット孔Ｈの軸線とが一直線上にない状態でリベット２が下降した場合は、リベット２はリベット孔Ｈの途中で引っ掛かるなどして正常に挿入されない（図１１（Ｂ）参照）。この場合、リベット挿入ユニット５０におけるリベット押圧ロッド５７は、リベット孔Ｈに挿入されなかったリベット２からＺ軸方向上向きの反力を受ける。これにより、ピストン部材５６は、空気室５２Ｒにある圧縮空気による付勢に打ち勝って、Ｚ軸方向上向きに距離Ｌだけ上昇する。これに伴い中空ロッド５３もＺ軸方向上向きに距離Ｌだけ上昇する。このとき、下側の近接センサー５２２は、中空ロッド５３における下側の位置検出ブロック５３２の位置検出範囲から外れる（ステップＳ５２でイエス）。この状態での検出信号を基に、リベット２がリベット孔Ｈに正常に挿入されなかったと判断され（ステップＳ５４）、警報を発すると共に装置の動作を停止する（ステップＳ５５）。そして、作業者は正常に挿入されなかったリベットＨを取り除く等の処置をする。この警報は、リベットかしめステップＳ６に進む前に発せられるので、リベット２による無理な力がリベット孔Ｈの内周面または周辺部に加わることが防止される。これにより、ワークＷが損傷してしまうことが防止される。その後、チャック機構５７２は、リベット渡しロボット３２０から新しいリベット２を受取り（ステップＳ５６）、正常な挿入が行われるように、再びステップＳ５３からの動作に戻る。なお、図１２には、異常挿入時におけるリベット挿入ユニット５０の内部状態が示されている。

〔リベットかしめステップＳ６〕
ロワーヘッド２２において、支柱昇降機構２４のサーボモータ２４２を回転駆動することにより、図１０（Ｃ）に示すように、支柱７２を上昇させる。これによりリベット２は、リベット押圧ロッド５７と支柱７２とにより上下方向から圧着され、該リベット２の軸部を潰して塑性変形させることで頭を作ることにより被連結部材Ｗ１と被連結部材Ｗ２とを締結させる。

以上が１箇所についてのリベット止めの動作である。この動作の後に、ワーク支持台３１をＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させて、次の穿孔予定位置にワークＷを位置決めする。以後、上記したステップＳ１からＳ６の動作要領で、ワークＷにおける次の打鋲予定位置にリベット２を打鋲する。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上に開示した実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

本発明に係る打鋲装置の全体概略図である。 アッパーヘッドの正面概略図である。 ドリルユニットの側面一部断面図である。 リベット挿入ユニットの正面一部断面図である（正常挿入時）。 ピストン部材の斜視図である。 ロワーヘッドの正面一部断面図である。 本発明に係る打鋲装置の動作概要を示すフローチャートである。 リベット挿入動作を示すフローチャートである。 穿孔動作を説明するための図である。 リベット挿入動作を説明するための図である。 本発明の動作原理を説明するための図である。 リベット挿入ユニットの正面一部断面図である（異常挿入時）。 従来の打鋲装置の要部を示す図である。

符号の説明

１ 打鋲装置
２ リベット
５２ シリンダチューブ（第１駆動手段）
５６ ピストン部材（第２駆動手段）
５７ リベット押圧ロッド（第２駆動手段）
５２２ 近接センサー（検出手段）
５３２ 位置検出ブロック（検出手段）
５７２ チャック機構（リベット保持手段）
Ｈ リベット孔
Ｌ 遊び距離
Ｗ１ 被連結部材
Ｗ２ 被連結部材

Claims (1)

1. 複数の被連結部材（Ｗ１，Ｗ２）をリベット（２）により鋲締めして連結させる打鋲装置（１）において、
   リベット挿入ユニット（５０）が、
   シリンダチューブ（５１）内を摺動可能に設けられた中空ピストン（５２）と、
   中空ピストン（５２）内を摺動可能に設けられた中空ロッド（５３）と、
   中空ロッド（５３）の下端面に設けられ中空ピストン（５２）内を所定のストローク幅の遊び距離を持たせて摺動可能なピストン部材（５６）と、ピストン部材（５６）に取り付けられたリベット押圧ロッド（５７）と、
   中空ロッド（５３）の上部に取り付けられた位置検出ブロック（５３１，５３２）と、中空ピストン（５２）の上部に取り付けられた位置検出ブロック（５３２）を検出する近接センサー（５２２）とから構成されており、
   リベット挿入実行時以外は中空ロッド（５３）が上方に配置され、リベット挿入時は中空ロッド（５３）と中空ピストン（５２）の間の空気室（５２Ｒ）に圧縮空気を供給することにより中空ロッド（５３）が下方に付勢される機構になっており、
   複数の被連結部材（Ｗ１，Ｗ２）に穿孔されたリベット孔（Ｈ）に向けてリベット（２）を挿入する際に、空気室（５２Ｒ）にある圧縮空気による付勢に打ち勝って中空ロッド（５３）が上向きに上昇したことを位置検出ブロック（５３２）と近接センサー（５２２）により検出し、リベットがリベット孔に正常に挿入されなかったと判断する機能を備えた打鋲装置。

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