JP4842880B2 - 打鋲方法及び打鋲装置 - Google Patents

Description

本発明は、航空機および高速車両などの構造体、自動車の車体などに用いられるワークの組立において、打鋲作業をすることができる打鋲方法及び装置に関する。

航空機等のワークの組立において、締結具としてリベットが用いられている。リベット先端をかしめる通常の打鋲方法ではリベットを挿入した孔の周囲に打鋲に伴う応力が作用し孔の割れ、ひび、欠け等が発生し易いおそれがある。そこで、特許文献１に示すような打鋲装置が知られている。特許文献１には、ねじ部を形成したリベット（ピン）にワークを挟んだ反対側においてカラーを挿入し、リベットの先端ねじ部に螺合されたナットによってリベットに引き込み力を印加しながら、アンビルによりカラーをかしめ、スエージングによりねじ部に食い込ませることで、ワークのリベット止めを行っている。このような、カラーを用いた方法により、ワークＷの孔の周囲に上下方向の加圧力が付与されることがなく、孔の周囲の割れ、ひび、欠け等の問題が発生し難い利点がある。
米国特許第５３１５７５５号明細書

特許文献１に記載の技術は工具側で引き込みによるリベットの保持とカラーのかしめを行うことができ、手動操作により打鋲操作には適している。しかしながら、全自動化のためにはリベットの押さえはリベット頭部側で行い、リベット先端側ではアンビルによるカラーのかしめを行うとういう設計の合理性が勝る場合もある。このような設計例の場合、リベットにハンド工具からの引き込み力が常時加わった、特許文献１の方式と異なり、リベットは頭部で押さえているため先端側がフリーでも打鋲は可能であり、カラーに生じたスプリングバックによりアンビルの引き抜き時、リベットを介してワークに無理な力が加わり、ワークに損傷を与えるおそれがあった。即ち、カラーはかしめ（塑性変形）によりリベットねじ部に食い込むのであるが、部分的に弾性変形部が残留することはあり得るがこの場合にかしめ部分が半径外方に弾性復帰し、これがリベット引き抜き時抵抗となり、カラーを介してリベット、延いてはワークに無理な負荷をかけ得ていたのである。

この発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、リベットを頭部側から押さえを行う構成においてカラーのスプリングバックに拘わらずワーク損傷の懸念なくアンビルの引き抜きを行いうるようにすることを目的とする。

上記の課題を達成するために、本発明による打鋲方法では、ワークの所定位置の孔にリベットを挿入し、ワークから突出したリベットの部位にカラーを挿入し、リベットを上方からアッパーアンビルにより保持しつつ下側よりロワーアンビルによりリベットねじ部にカラーを食い込むようにかしめることによりワークをリベット止めしたのちロワーアンビルを引き抜くに際し、
ロワーアンビルに対して相対移動可能に押し抜きピンが設けられ、ロワーアンビルによるカラーのかしめ時に押し抜きピンをリベット端面にばね力下で当接維持するとともに、押し抜きピンはロワーアンビルの上昇とともに下方に相対的に変位し、カラーからのロワーアンビルの引き抜き時に、押し抜きピンがリベット端面と所定押圧力にて係合維持するように、押し抜きピンをリベットに向け加圧駆動しつつカラーかしめ後のカラーからロワーアンビルを下降させることによりロワーアンビル引き抜きを行うようにしている。

また、本発明の打鋲装置は、
ワークの所定位置の孔にリベットを挿入し、リベット先端部にカラーを挿入し、リベットを上方からアッパーアンビルにより保持しつつロワーアンビルによりねじ部にカラーを食い込むようにかしめることによりワークをリベット止めする装置であって、
ロワーアンビルに対して相対移動可能に設けられ、カラーのかしめ時にリベット先端に当接維持するようにばね付勢される押し抜きピンと、カラーかしめ後のカラーからのロワーアンビル引き抜き時に押し抜きピンがリベット端面と所定押圧力にて係合維持するように、押し抜きピンをリベットに向け加圧駆動する機構とを備える。

ロワーアンビルの軸心に備えられた押し抜きピンがリベット端面に下側より所定上向き荷重下で当接することで、アッパーアンビルと押し抜きピンとの間でリベットを強固に挟着保持することができ、カラーのスプリングバッグがあってもロワーアンビルの引き抜き時にリベットの安定姿勢を確保することができ、ワークに無理な力が加わることがないため、ワークの損傷を防止しつつロワーアンビルの確実な引き抜き動作を実現することができる。

以下本発明の打鋲装置を航空機および高速車両などの構造体、自動車の車体の打鋲のためワークに対する穿孔装置も組み込んだ実施形態として説明する。即ち、この実施形態の打鋲装置は、穿孔装置を組み込んでおり、ワークＷの所定の位置に穿孔装置のドリルで孔を穿孔し、この穿孔された孔にリベットを挿入し、リベット先端に装着されたカラーをかしめ塑性変形させることにより、ワークのリベット止めを行うものである。

打鋲装置１は、図１に示すように、ワークを上下方向から押さえるアッパーヘッド２及びロワーヘッド３と、アッパーヘッド２の内側を昇降して、アッパーヘッド２を組み込んだアッパーヘッドフレーム５と、とロワーヘッド３を組み込んだロワーフレーム３０と、集塵機６とで構成されて、全体が床面７上に設置されている。

アッパーヘッド２とロワーヘッド３は、ワークＷ（たとえば上下に重ねられた二枚のＣＦＲＰ板状部品で後述の図５〜図７に示す）を上下方向から押さえるもので、アッパーヘッド２が上部押さえ部材となり、ロワーヘッド３が下側押さえ部材となる。アッパーヘッド２とロワーヘッド３は上下に対向した状態で配置されている。

アッパーヘッド２は、アッパーフレーム５に設けられた支持板２４にレール１３を介して設置されている。支持板２４には開口部２５が設けられており、アッパーヘッド２がレール１３の案内によって開口部２５内を水平移動できるようになっている。アッパーヘッド２の水平駆動は、ボールネジ２７に連結されたサーボモータ２６を駆動することにより行われる。

アッパーヘッド２には、ドリルユニット１４とリベット挿入器１５が備えられており、サーボモータ２６によりアッパーヘッド２が水平面内で適正に位置決めされると、アッパーヘッド２の上部に設けられた昇降機構２８によりドリルユニット１４またはリベット挿入機１５が上下方向にスライドし下降できるようになっている。

昇降機構２８は、上下方向に延びるボールネジ９と、ボールネジ９に連結されたサーボモータ１０とを備え、サーボモータ１０を駆動することにより、アッパーヘッド２が上昇および下降するようになっている。

ロワーヘッド３は昇降機構８により昇降駆動され、昇降機構８はサーボモータ４８と上下方向に延び、サーボモータ４８の出力軸に連接されたボールネジ４９とを備え、ボールネジ４９はロワーヘッド３を支持するロワーヘッドフレーム３０と係合され（図５も参照）、サーボモータ４８を駆動することによりロワーヘッドフレーム３０、延いてはロワーヘッド３が上昇および下降するようになっている。

図２は、アッパーヘッド２のドリルユニット１４側（図１の矢印IIの方向）から見たドリルユニットの概略断面図である。また、図３は、アッパーヘッド２をレール１３の走行方向を左右方向にして（図２の矢印IIIの方向より）見た場合の概略平面図である。

図２に示すように、アッパーヘッド２は、レール１３を介して支持板２４と連結されており、アッパーヘッド２にドリルユニット１４が挿入されている。アッパーヘッド２のドリルユット１４の挿入部にはスライド空間１２が設けられている。ドリルユニット１４の外周にはストッパー１１が設けられており、アッパーヘッド２のスライド空間１２を上下移動する際、上方変位を規制するストッパーの役割をするようになっている。ドリルユニット１４の上部には押し板２２が取り付けられており、昇降機構２８の押し込みを受けるようになっている。ドリルユニット１４の軸心にはドリル軸１６が貫通しており、上部に設けられたドリルモータ１８を駆動することによりベルト１７を介してドリル軸１６が回転し、ドリル軸の下側先端に備えられたドリル連結部４７を介してドリル４が回転する。

支持板２４には、ドリル４が穿孔時に切粉を吸引する切粉吸引部１９と、切粉吸引部１９のワークＷ側に備えられたブッシュ２０と、切粉吸引部１９を上下に昇降させるシリンダ２１が備えられている。切粉吸引部１９はシリンダ２１を介して支持板２４に取り付けられている。

図３に示すように、アッパーヘッド２に備えられたドリルユニット１４とリベット挿入器１５がドリル４によって穿孔された孔Ｈに対して水平方向（矢印ａ）に移動可能になっている。

リベット挿入器１５は、リベットＲを１個ずつ摘んでドリル４により穿孔された孔Ｈに挿入するようになっている。リベット挿入器１５と一体若しくはこれに隣接してアッパーアンビル４６がアッパーヘッド２に設けられ、後述のように、アッパーアンビル４６はカラーかしめ時にワークに挿入されたリベットＲの頭部を保持するためのものである。

ワークＷは、ワーク支持台２３に固定され図示しないＸ軸位置決め機構およびＹ軸位置決め機構により、所定の位置に穿孔作業が行われるように位置決めされる。

図４は、ロワーヘッド３の概略側面図であり、ロワーヘッド３は、水平方向に伸びるレール３２を介してロワーヘッドフレーム３０に備えられている。ロワーヘッド３には、穿孔時のロワークランプユニット３３とカラーかしめ器３４が備えられており、ボールネジ４３に連結されたサーボモータ４２を駆動することにより、ロワーヘッド３は水平方向に移動可能になっている。

ロワークランプユニット３３は、支柱３５と、支柱３５の先端に設けられたワーク押さえツール３６より構成されている。ワーク押さえツール３６は円筒形状で、円筒中心部にはドリル４が通過する吸引孔３８が形成されている。吸引孔３８は、ワーク押さえツール３６の底部で集塵孔３９と連結されている。そして、集塵孔３９は集塵器６から伸びるホース４０に連通され、ドリル４によりワークに孔Ｈを穿孔時に発生する粉塵を下部より吸引できるようになっている。

カラーかしめ器３４は、リベット挿入器１５によって孔Ｈに挿入されたリベットＲを下部よりかしめるために設置される。図５に示すようにカラーかしめ器３４は、ロワーヘッド３に直立設置された筒状支柱５０と、支柱５０の上端に設けたロワーアンビル５２と、支柱５０の中心空洞に挿通位置された押し抜きピン５４と、支柱５０の内部に形成されたシリンダ５６と、シリンダ５６内を摺動するピストン５８と、押し抜きピン５４とピストン５８との間に設置されたスプリング６０と、エアーハイドロコンバータ（空油圧変換器）６２と、エアーハイドロコンバータ６２からの油圧をスプリング６０と対向したピストン端面側におけるシリンダ５６の内部空洞に導入する油圧配管６４とから構成される。後述のように、ロワーアンビル５２は先端にカラーＣを装着した状態で昇降機構８によって上昇せしめられ、カラーＣはリベットＲの先端ねじ部に挿入され、ロワーアンビル５２の更なる上昇によってロワーアンビル５２はカラーＣのかしめを行うことでカラーＣはリベットＲの先端ねじ部に食い込むように塑性変形せしめられる。その間、押し抜きピン５４はスプリング６０によってリベットＲの下端面との当接状態を維持される。スプリング６０によって押し抜きピン５４は上昇付勢されるが、そのフランジ部54-1が支柱対抗面５０Ａに当接することでそれ以上は上昇変位は制限され、このとき押し抜きピン５４の上端はカラーCから幾分突出位置するようになっている。

カラーＣのかしめ完了後、昇降機構８の下降によりロワーアンビル５２も下降するが、その際、エアーハイドロコンバータ６２にて生成された油圧は配管６４よりピストン５８の下面に導入され、この油圧によって押し抜きピン５４はリベットＲの下端面に約２５０ｋｇといった荷重が掛けられるようになっている。これにより、リベットＲは上下から強固に挟着保持され、ワークＷに損傷を与えることなくロワーアンビル５２をカラーＣから引き抜くことができる。これについては、より詳細な作動を後述する。

エアーハイドロコンバータ６２自体は公知のものであり、空気圧制御により高油圧を発生することができ、作動シーケンスの制御は空圧ベースで簡易確実となり、かつカラーかしめ時に押し抜きピン５４に必要となる高い荷重を油圧ベースで得ることができる。

かしめ工程時に支柱５０にかかる圧力を検出するためのセンサ６６がロワーヘッドフレーム３０の下面に設けられている。圧力センサ６６の検出圧力に応じてサーボモータ４８のボールネジ４９の送り量を調整するサーボ機構が設けられる。即ち、サーボモータ４８が駆動しボールネジ４９が回転すると、圧力センサ６６を経由して、ロワーヘッドフレーム３０延いては支柱５０が上下に移動するようになっている。

次に、図８のフロチャートを用いて、打鋲装置の動作を説明する。

まず、ワークＷがワーク支持台２３に固定されＸ軸位置決め機構およびＹ軸位置決め機構により、所定位置に位置決めする（ステップＳ０１）。

次に、アッパーヘッド２のサーボモータ１０が動作し、アッパーヘッドフレーム５を所定高さに位置決めする。続いて、ドリルユニット１４のシリンダ２１を伸張せしめ、ブッシュ２０をワークＷに当接せしめる（ステップＳ０２）。

次に、ロワーヘッド３のサーボモータ４８が動作し、ロワーヘッドフレーム３０を所定高さに位置決めする。続いて、ロワーヘッド３から直立するロワークランプユニット３３（図４）を所定位置に位置決めする。続いて、ワーク押さえツール３６をワークＷに当接せしめ、ワークＷを上下方向から挟んで押さえ固定する（ステップＳ０３）。

次に、ドリルモータ１８（図２）を回転させてアッパーヘッド２に沿ってドリルユニット１４が下降する。同時に集塵器６（図１）が動作し、ブッシュ２０内および切粉吸引部１９内の空気が吸引される。（ステップＳ０４）。

ドリルユニット１４の下降に伴い、ドリル４によるワークＷの穿孔作業が開始される（ステップＳ０５）。

ドリルモータ１８が所定量の下降を完了し、ワークＷに孔Ｈが穿孔されると、ドリルユニット１４は待機位置まで上昇する（ステップＳ０６）。ドリル４による穿孔作業中に生ずる切粉はワークＷの上面側においてはブッシュ２０を介して切粉吸引部１９に吸引され、ワークＷの下面側においては吸引孔３８及び集塵孔３９を介してホース４０に吸引され、いずれも集塵機６に回収される。

次に、ドリルユニット１４が待機位置に戻ると、ドリルモータ１８の回転を停止し、サーボモータ２６によってアッパーヘッド２が水平移動（図３の矢印ａ）され、ドリルユニット１４のドリルユニット１４とリベット挿入器１５の入れ替えが行われる。同時に、サーボモータ４２によってロワーヘッド３が水平移動（図４の矢印ｂ）され、ロワークランプユニット３３とカラーかしめ器３４の入れ替えが行われる（ステップＳ０７）。

次に、リベット挿入機１５が所定位置まで下降しリベットＲをワークＷの孔Ｈに挿入し、次いで、アッパーアンビル４６がリベットＲを上方より支える（ステップＳ０８）。ワークＷの孔Ｈに挿入されたリベットＲの頭部がアッパーアンビル４６により上側から支えられた状態は図５〜図７に示す。

かしめ操作の開始に際してのカラーかしめ器３４の待機位置は図５にて示し、先端にカラーＣを把持した状態でロワーアンビル５２はワークＷに挿入されたリベットＲの下方に位置しており、押し抜きピン５４はカラーＣから幾分突き出して位置している。図５の状態から、サーボモータ４８の駆動により、カラーかしめ器３４がロワーアンビル５２にカラーＣを把持し所定位置まで上昇し、その過程で押し抜きピン５４の上端はリベットＲの下端に当接し、押し抜きピン５４はスプリング６０に抗して支柱５０に対して相対的に下方に変位する。そして、ワークＷから下方に突出したリベットＲの下端ねじ部にカラーＣが挿入せしめられるに至る（ステップＳ０９）。ロワーアンビル５２の上昇によりワークＷから下方に突出したリベットＲの下端ねじ部にカラーＣが挿入された状態を図７（イ）に拡大状態にて示す。

次に、サーボモータ４８が更に駆動され、圧力センサ６６の検出圧力を所定値にしながら、支柱５０を押し上げ、これに伴いロワーアンビル５２がカラーＣを半径内方に塑性変形せしめ、カラーＣをリベットＲのネジ部Ｒ１に食い込ませていく。所定量だけ支柱５０に連結されたロワーアンビル５２が押し上げられるとリベットＲのかしめが完了する（ステップＳ１０）。かしめ工程の完了状態までロワーアンビル５２の押し上げが行われた状態は図６に示される。その拡大状態は図７（ロ）にて示す。図６に示すように、かしめの進行に連れて、押し抜きピン５４はロワーアンビル５２に対して相対的に下降され、その分だけスプリング６０は縮められる。

次に、エアーハイドロコンバータ６２から油圧が配管６４を介してピストン５８の下面に供給され、ピストン５８は上向き（図６の矢印ｄ）付勢され、ピストン凸部５８Ａは押し抜きピン５４の下端面に当接状態に至らしめられ、押し抜きピン５４の上端が当接するリベットＲにはピストン５８により上向きの荷重がかけられ、アッパーアンビル４６に加わる下向き荷重ｅと押し抜きピン５４からの上向き加重ｆとでリベットＲは上下間で強固に挟着保持される。他方、サーボモータ４８の逆転によりロワーアンビル５２は下降（矢印ｇ）せしめられ、リベットＲが押し抜きピン５４により上下で強固に保持されているため、カラーＣのかしめ部分にスプリングバックがあっても、リベットＲは安定保持され、ワークＷに無理な力を掛けることなく、ロワーアンビル５２をカラーＣから引き抜くことができる（ステップＳ１１）。尚、図６においてピストン５８の上面とこれに対向するシリンダ５６の下面との距離Ｄは、ピストン凸部５８Ａと押し抜きピン５４との当接状態で、カラーＣからのロワーアンビル５２の完全な抜去を確保するように設定されている。

そして、ロワーアンビル５２の引き抜きが完了すると、エアーハイドロコンバータ６２からの油圧の供給が停止し、また、カラーかしめ器３４が待機位置まで下降する。同様に、リベット挿入器１５が待機位置まで上昇する（ステップＳ１２）。

次に、シリンダ２１が待機位置まで縮んでリベット挿入器１５とドリルユニット１４の入れ替えが行われる。同様に、カラーかしめ器３４とロワークランプユニット３３との入れ替えが行われる（ステップＳ１３）。

次に、ワーク支持台２３がＸ軸方向、Ｙ軸方向に動作し次の穿孔位置にワークＷを位置決めする。以後、ステップＳ０２からの動作を繰り返し、ワークＷの所定位置にリベットＲを打鋲する（ステップＳ１４）。

本発明による打鋲装置の全体概略図である。 図１の矢印II方向より見たアッパーヘッドの側面図（一部断面にて示す）である。 図２の矢印III方向より見たアッパーヘッドの側面図 図１の矢印IV方向より見たロワーヘッドの側面図である。 図５はカラーかしめ動作のための準備位置にあるカラーかしめ機の断面図である。 図５はカラーかしめ動作の完了状態にあるカラーかしめ機の断面図である。 図７はカラーかしめ動作開始時（イ）及びかしめ動作完了時（ロ）のロワーアンビルの拡大断面図である。 図８は本発明の打鋲装置の動作フロチャートである。

符号の説明

１ 打鋲装置
２ アッパーヘッド
３ ロワーヘッド
４ ドリル
６ 集塵器
７ 床面
８ 昇降機構
１４ ドリルユニット
１５ リベット挿入器
１９ 切粉吸引部
２０ ブッシュ
２３ ワーク支持台
２４ 支持板
２８ 昇降機構
３４ カラーかしめ器
３５ 支柱
４６ アッパーアンビル
４８ サーボモータ
５２ ロワーアンビル
５６ シリンダ
５４ 押し抜きピン
５８ ピストン
６０ スプリング
６２ エアーハイドロコンバータ
Ｗ ワーク
Ｒ リベット
Ｃ カラー
Ｈ 孔

Claims (4)

1. ワークの所定位置の孔にリベットを挿入し、ワークから突出したリベットの部位にカラーを挿入し、リベットを上方からアッパーアンビルにより保持しつつ下側よりロワーアンビルによりリベットねじ部にカラーを食い込むようにかしめることによりワークをリベット止めしたのち、ロアーアンビルを引き抜く方法であって、
   ロワーアンビルに対して相対移動可能に押し抜きピンが設けられ、押し抜きピンはロワーアンビルによるカラーのかしめ時にリベット端面にばね力下で当接維持せしめられるとともに、ロワーアンビルの上昇とともに下方に相対的に変位し、ロワーアンビルのカラーからの引き抜き時に、押し抜きピンがリベット端面と所定加圧力にて係合維持するように、押し抜きピンをリベットに向け加圧駆動しつつカラーかしめ後のカラーから、ロワーアンビルを下降させて引き抜きを行う打鋲方法。
2. 請求項１に記載の発明において、押し抜きピンによるリベットの加圧駆動は油圧により行う打鋲方法。
3. 請求項１に記載の方法の実施のための打鋲装置であって、
   ワークの所定位置の孔に先端から挿入されたリベット頭部と係合し、リベットを保持するアッパーアンビルと、
   ワークに関しアッパーアンビルと反対側にカラーを把持するロワーアンビルと、
   前記アッパーアンビルに保持されたリベットをワークに向けて荷重する機構と、
   ロワーアンビルの昇降機構と、
   リベットを荷重しつつロワーアンビルをワークに向け駆動することによりカラーをリベットのねじ部にかしめにより食い込ませる機構と、
   前記ロワーアンビルの軸心に備えられ、ロワーアンビルに対し相対移動する押し抜きピンと、
   押し抜きピンをリベット端面と係合するように付勢する弾性手段と、
   ロワーアンビルをワークから離間方向に駆動時に押し抜きピンをリベット先端と係合方向に油圧により加圧する加圧機構と、
   からなる打鋲装置。
4. 請求項３に記載の発明において、押し抜きピンのための加圧機構はエアーハイドロコンバータである打鋲装置。

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