JP5027134B2 - 締結具据付け工具用の監視システム - Google Patents

Description

本発明は、締結具据付け工具用の監視システムに関し、より詳細には、例えばブレークステムリベット等のブレークステム締結具を据付ける工具用の力／ストローク監視システムに関する。簡潔には、このような締結具は、より強固な金属製のマンドレルを孔内に含むほぼ円筒形の変形可能な金属シェルを備え、マンドレルは、シェルの一端に隣接するとともに半径方向に拡張した頭部を有するステムを一端に備え、マンドレルの他端（末端）は、シェルの他端から突出している。このような締結具は当業者に既知であり、ＡＶＥＸ、ＭＯＮＯＢＯＬＴ、ＨＥＭＬＯＫ、及びＡＶＤＥＬＯＫという登録商標で広く市販されている。

よく知られているように、適した据付け工具は、上記締結具シェルの他端に接触するノーズピースと、上記マンドレルの突出している末端を把持するマンドレル把持手段とを備える。締結具が、合わせてリベット締めされる２つ以上の部材を含む加工物の適した開口に挿入されると、マンドレルの末端が把持手段に入り、且つ工具のノーズピースがシェルの端部と接触するように、据付け工具が締結具に提供される。工具は、ノーズピースに対して把持手段を引くように作動され、把持手段はマンドレルを把持するとともに、シェルに対して次第に増加する張力をマンドレルに加え、シェルにかかる反力は工具のノーズピースによって支持される。これにより、マンドレルがシェルに対して次第に移動して、マンドレルヘッドがシェルに入るとともに加工物の遠位面の向こうでシェルを半径方向に拡張し、また、工具のノーズピースが、接触しているシェルの端部を半径方向に拡張し、このように加工物の部分を合わせて締結している。増加する張力はやがて、長さに沿って適した所定位置にある弱化部分（ブレークネック）でのマンドレルの破損を引き起こす。工具は、流体圧システムによって動力を供給される。このような工具並びにこれらの操作及び使用の方法は当業者に既知である。このような工具の一例は、ＧＥＮＥＳＩＳという登録商標で広く市販されている。

実際には、上記工具が正確且つ最適に動作することを確実にすることが望ましい。本発明は、締結具の据付け中に工具のストローク（すなわちマンドレル把持手段のノーズピースに対する移動）が前進する際に、工具が締結具に次第に加える力の変化を監視することを可能にすることにより、上述のような動作を確実に行うシステムを提供することを意図する。

本発明は、その態様のうちの１つでは、添付の特許請求の範囲の請求項１に記載されているような監視装置を提供する。さらなる好適な特徴は、請求項２、６、及び８に記載される。

本発明はまた、その別の態様では、請求項３に記載されるような締結具据付け工具を提供する。さらなる好適な態様は、請求項４、５、６及び９に記載される。

ここで、本発明の具体的な実施の形態を、添付の図面を参照して例として説明する。

本例の締結具据付け工具は、ＧｅｎｅｓｉｓモデルＧ４ＨＤという名称で市販されている。その一般的な形態、構成並びに操作及び使用の方法（監視装置とは別に）は既知である。簡潔には、図１を参照すると、工具１１はピストルグリップ１２によって手で握られ、ピストルグリップ１２は、ホース１３内の圧力下の空気が供給される、空気圧／油圧の増圧器（intensifier）の油圧シリンダを囲む。ピストルグリップの上部にはトリガ１４があり、このトリガ１４を押下すると、空気弁１５（図４及び図５）が開かれて工具が起動して、圧縮空気が空気圧／油圧の増圧器に供給される。これにより、圧力下の油圧流体が、油圧ピストン１６を含む油圧シリンダへ流入し、油圧ピストン１６の前端部は、ジョーアセンブリ１７として提供されるマンドレル把持手段に接続されている。ピストン１６及びジョーアセンブリ１７は、軸２０に沿って動く。

工具は、管状のノーズピース１９の前方端にあるアンビル１８の形態で、据付けられる締結具のシェルと接触するシェル接触手段を含み、管状のノーズピース１９内で、ジョーアセンブリ１７が同軸上を移動する。監視装置がない標準的な工具では、ノーズピースの後方は、工具本体の前端部２１に直接螺合し、ジョーアセンブリは、油圧ピストン１６の前端部に直接螺合する。

本例では、監視装置は、工具本体２１とノーズピース１９との間に装着される監視アセンブリ２２と、油圧ピストン１６とジョーアセンブリ１７との間に装着されるほぼ管状のピストンアダプタ２３とを含む。当該装置を工具に装着するために、まずノーズピース１９及びジョーアセンブリ１７が、工具本体２１及び油圧ピストン１６から（ゆるめることにより）それぞれ取り外される。図４を参照すると、ピストンアダプタ２３の後端部がピストン１６の前部に固定されており、ジョーアセンブリがピストンアダプタ２３の前端部に固定されている。監視アセンブリ２２は、本体２４及びリアカバー２５を含む（図示を分かりやすくするために図４には示さず）。本体２４は、後方の突出するねじ部分２６を工具本体の前端部２１にねじ込むことによって、工具本体の前端部２１に固定されており、監視アセンブリ２２がその軸２０を中心として円周方向に適切に位置合わせされると、ロックナット２７によって固定される。ジョーアセンブリ１７のノーズピース１８に対する相対的な軸方向位置は、本来の工具にある場合と同じである。

図２及び図３を参照すると、監視アセンブリの本体は前部２８及び後部２９を含み、後部２９からねじ部分２６が延びる。これらの２つの部分２８及び２９は、３つのねじ３１によって共に固定されるとともに、（図３における２つの下方のねじの周りの）２つの座金３２と、第３のねじ３１の周りのロードセルセンサ３３とによって離間している。このセンサは、本体２４の２つの部分２８及び２９間の圧縮力を検出しており、したがって工具のノーズピース１９及び工具本体２１間の圧縮荷重を検出していることになる。工具が締結具の据付けに使用されているときに、この圧縮荷重は、ノーズアセンブリ１７が締結具に加える張力から導出される。したがって、工具の使用時に、ロードセルセンサ３３は、工具が締結具に加える力を検出する。ロードセル３３からの出力信号は、ケーブル３４に沿って供給される。

センサアセンブリ本体２４は、アナログ誘導型位置センサ３５の形態で、非接触ストロークセンサも担持する。図４及び図５に示すように、ピストンアダプタ２３は、外面がテーパ状の、より詳細には軸２０と同軸であるコーン３６の形状の部分を有する。これは、工具の使用時において、円錐状の表面３６がストロークセンサ３５に隣接して通過するように延びる。ストロークセンサ３５は、ストロークセンサの端部と円錐状の表面３６の隣接する部分との間の距離を検出し、この距離は、アダプタ２３が後退する距離に対して直線的に変化する。表面３６は軸２０を中心とする円錐状であるため、アダプタのこの軸を中心とした回転位置は、半径方向距離に関して差異を生じさせず、それによりアダプタの工具への組み付けが容易になる。ストロークセンサ３５の出力はケーブル３７に沿って伝達される。センサ本体３５は、後方本体部分２９のねじ孔３９（図２）内に螺合しているスリーブ３８内に固定され、その位置はロックリング４１によって固定される。

上述したように監視アセンブリ２２を工具に装着する前に、ストロークセンサを後退させることにより、アダプタ２３の円錐状のテーパ表面３６から離れる。上述したように部品を合わせて装着した後、ジョーアセンブリ１７及びアダプタ２３が通常の（起動されていない）前方位置にある状態において、ストロークセンサ３５の位置が、円錐状の表面３６から０．５ミリメートルの間隔を検出するまで調節され、次いでロックリング４１によってその位置に固定される。工具の使用時において、締結具の据付け中にジョーアセンブリ１７が後方に移動すると、センサ３５が検出する間隔は、ジョーアセンブリ１７が移動した距離に対して直線的に増加する。

力センサ３３及びストロークセンサ３５の出力は、図１に概略的に示すようにケーブル３４及び３７に沿って監視装置４２に供給される。この監視装置４２が、力センサ及びストロークセンサからの出力信号を読み取り、視覚表示スクリーン４３等の表示装置に結果を入力する。これにより、工具１１が締結具を据付ける動作中における力及びストロークの値の経過が、ストロークの値対力の値のグラフプロット（graphical plot）の形態で視覚的に表示され、視覚表示は、工具の次の動作の開始まで維持される。このようなグラフプロットの例を図６に示す。ストローク距離（ミリメートル）を水平軸に沿って示し、力（キロニュートン）を垂直軸に沿って示す。グラフプロットの形状は、例えば工具によって据付けられる締結具のデザイン、サイズ及び材料、並びに工具の動作進行中に可動部品の摩耗等に起因して生じるいかなる変化等、複数の要因に依存している。グラフプロットの観察により、例えば、締結具が工具の動作によって実際に取り付けられたかどうかを示すことができ、取り付けられた場合、工具の動作の良好性を示すことができる。

監視装置４２内の信号処理機器は、さらなる締結具を据付けるため、工具を使用する度に、その処理サイクルを起動及び終了する何らかの形態の開始信号及び停止信号を必要とする。この目的のために、工具トリガ１４の作動を使用することが好ましいであろう。本例では、工具にはトリガ作動センサ４４が設けられる（図４及び図５）。このセンサ４４は調整可能であり、トリガが工具が作動を開始するのに十分押下された場合にのみ出力を与えるように構成される。トリガセンサの出力はケーブル４５に沿って監視ユニット４２に供給され、前述したように監視ユニット４２の動作を起動する。ストロークセンサ及び力センサのように、トリガセンサスイッチ４４は、標準的な工具に容易に着脱可能である。

本発明は、上述の例の詳細に限定されない。

監視装置を組み込んでいる締結具据付け工具を外側から見た側部立面図である。 工具に装着される前の、監視装置アセンブリの本体の軸方向断面図である。 図２の矢印ＩＩＩの方向に見た端部正面図であり、いくつかの部品は示していない。 組み付けられる様子を分解して示す、工具の監視装置アセンブリ及び隣接する部品の軸方向断面図である。 組み付けられた構成の、同様の軸方向断面図である。 力対ストロークのグラフプロットの一例を示す図である。

Claims (7)

1. 締結具を据付ける締結具据付け工具とともに用いられる監視装置であって、
   前記締結具は、
   変形可能な円筒形のシェルと、
   前記シェルの孔内に含まれるマンドレルであって、前記シェルの一端に隣接する頭部と、前記シェルの他端から突出する末端とを有するマンドレルと
   を有するタイプであって、
   前記マンドレルに、次第に増加する相対的な力を加えて、前記マンドレルと前記シェルとの相対的な位置を次第に移動させ、それにより、前記シェルの前記一端を前記マンドレルの前記頭部によって変形させ、
   前記工具は、
   工具トリガ機構、
   前記シェルの前記他端に接触するシェル接触手段、
   前記マンドレルの前記末端を把持するマンドレル把持手段、及び
   前記マンドレル把持手段に、前記シェル接触手段に対して次第に増加する力を加え、それにより、前記シェルに対して前記マンドレルを次第に移動させる油圧ピストン
   を有しており、
   前記監視装置は、
   前記油圧ピストンと前記シェル接触手段との間で、前記工具に取り付け可能なアセンブリ本体と、
   前記アセンブリ本体に担持され、前記油圧ピストンが、前記シェル接触手段に対して前記マンドレル把持手段に加える力を検出する力センサと、
   前記アセンブリ本体に担持され、前記マンドレル把持手段の、前記シェル接触手段との相対的な位置を検出する非接触ストロークセンサと
   を有しており、
   前記ストロークセンサは、前記マンドレル把持手段、または前記マンドレル把持手段とともに移動する、前記工具のいかなる部品またはアセンブリに、物理的に接触することなく動作し、
   前記装置は、前記マンドレル把持手段と前記油圧ピストンとの間に位置し、前記マンドレル把持手段と前記油圧ピストンとともに移動するアダプタを備える監視装置。
2. 前記アダプタは、前記ストロークセンサを通って移動するテーパ状または傾斜した表面を備えており、
   前記ストロークセンサと前記テーパ状または傾斜した表面の隣接する部分との距離は、前記マンドレル把持手段が移動するにつれて変化して、前記ストロークセンサに検出される、請求項１に記載の監視装置。
3. 締結具を据付ける締結具据付け工具であって、
   前記締結具は、
   変形可能な円筒形のシェルと、
   前記シェルの孔内に含まれるマンドレルであって、前記シェルの一端に隣接する頭部と、前記シェルの他端から突出する末端とを有するマンドレルと
   を有するタイプであって、
   前記マンドレルに、次第に増加する相対的な力を加えて、前記マンドレルと前記シェルとの相対的な位置を次第に移動させ、それにより、前記シェルの前記一端を前記マンドレルの前記頭部によって変形させ、
   前記工具は、
   工具トリガ機構、
   前記シェルの前記他端に接触するシェル接触手段、
   前記マンドレルの前記末端を把持するマンドレル把持手段、及び
   前記マンドレル把持手段に、前記シェル接触手段に対して次第に増加する力を加え、それにより、前記シェルに対して前記マンドレルを次第に移動させる油圧ピストン
   を有しており、
   前記締結具据付け工具は、
   前記油圧ピストンと前記シェル接触手段との間で、前記工具に取り外し可能に取り付けられるアセンブリ本体と、
   前記アセンブリ本体に担持され、前記油圧ピストンが、前記シェル接触手段に対して前記マンドレル把持手段に加える力を検出する力センサと、
   前記アセンブリ本体に担持され、前記マンドレル把持手段の、前記シェル接触手段との相対的な位置を検出する非接触ストロークセンサと
   を有する監視装置を組み込んでおり、
   前記ストロークセンサは、前記マンドレル把持手段、または前記マンドレル把持手段とともに移動する、前記工具のいかなる部品またはアセンブリに、物理的に接触することなく動作し、
   前記監視装置は、前記マンドレル把持手段と前記油圧ピストンとの間に位置し、前記マンドレル把持手段と前記油圧ピストンとともに移動するアダプタを備える締結具据付け工具。
4. 前記アダプタは、前記ストロークセンサを通って移動するテーパ状または傾斜した表面を備えており、
   前記ストロークセンサと前記テーパ状または傾斜した表面の隣接する部分との距離は、前記マンドレル把持手段が移動するにつれて変化して、前記ストロークセンサに検出される、請求項３に記載の工具。
5. 前記アダプタの前記テーパ状または傾斜した表面は、円錐状の形状である、請求項４に記載の装置。
6. 前記力センサ及び前記ストロークセンサからの情報が供給され、ストロークの変化及び力の変化のグラフプロットを生成する、力／ストローク比較装置が結合される、請求項１または２に記載の監視装置、または請求項３〜５のいずれか１項に記載の締結具据付け工具。
7. トリガ作動センサを有し、前記力／ストローク比較装置に情報を供給するトリガ機構が設けられ、それにより、前記トリガが作動して前記力供給手段が起動したときに、前記比較装置を起動させる、請求項６に記載の工具。

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