JP7191657B2 - クランプ方法及びクランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランプ方法及びクランプ装置に関するものである。

航空機部品の板材（例えばスキン）を複数枚重ね合わせたり、板材に対して部品（例えばストリンガー）を取り付けたりする際、リベット等の締結部品によって複数の板材又は板材と部品（以下「複数の部材」という。）が互いに結合される。リベットを挿通するための貫通孔は、クランプ装置が複数の部材を両側から挟んだ後、ドリル等の切削加工によって形成される。その後、リベットが貫通孔に挿通され、リベット締結装置によってリベットが貫通孔に固定される。これにより、複数の部品が互いに結合される。

下記の特許文献１では、二つの部品を一体に固定するため、複数の部品を打鋲によって組み合わせることが記載され、ロボット装置が、初期締まり嵌めを実施した後、初期締まり嵌めよりも小さい力で最終締まり嵌めを実施する。

特開２０１６－１６４５５号公報

複数の部品に対して貫通孔を形成し、リベットを複数の部品に固定する間、従来の技術では、クランプ装置は、クランプ力を変更せず、同一のクランプ力で複数の部材を挟んでいる。しかし、部材の厚さや、部材を挟む際に部材を支持する位置によっては、部材が凸状又は凹状に撓む場合がある。その状態で、リベット締結装置によってリベットを打鋲しリベットを貫通孔に固定すると、貫通孔内部において部材とリベットの間に隙間が設けられてしまう。

その結果、リベットによって結合された複数の部材は、隙間以外の部分において板材からリベットへ荷重が伝達されるため、リベットの全面を用いて荷重を伝達することができない。その結果、重ね合わされた板材の強度が所定値よりも低下する。そのため、打鋲品質を維持する観点から、貫通孔内部において部材とリベットの間に隙間が設けられないように、リベットが固定されることが要求される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、重ね合わされた複数の部材に対して貫通孔を形成した後、貫通孔に挿通された締結部品を固定したとき、締結部品と複数の部材間に隙間が形成されにくくすることが可能なクランプ方法及びクランプ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のクランプ方法及びクランプ装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るクランプ方法は、重ね合わされた複数の部材の一面側に配置された第１支持部及び前記複数の部材の他面側に配置された第２支持部が、所定の第１圧力を前記複数の部材に付与して、前記複数の部材を挟むステップと、前記第１圧力が付与された状態で、切削工具が前記複数の部材に対して貫通孔を形成するステップと、前記貫通孔が形成された後、前記第１支持部及び前記第２支持部が前記第１圧力よりも低い所定の第２圧力を前記複数の部材に付与して、前記複数の部材を挟むステップと、前記第２圧力が付与された状態で、打鋲装置が、前記貫通孔に挿通された締結部品を前記複数の部材に固定するステップとを備える。

この構成によれば、貫通孔形成時は、所定の第１圧力、すなわち、比較的高い圧力で複数の部材が挟まれることから、複数の部材間に隙間が形成されない状態で、複数の部材に対して貫通孔を一気通貫に形成でき、複数の部材同士の内面が連続した貫通孔が形成される。また、所定の第２圧力、すなわち、貫通孔形成時よりも低い圧力で複数の部材が挟まれているとき、締結部品が複数の部材に固定される。このとき、複数の部材が撓まないように第１支持部と第２支持部に挟まれることによって、締結部品と複数の部材間に隙間が形成されにくくなり、打鋲品質が向上する。

上記発明において、前記第１支持部による前記複数の部材の支持位置と、前記第２支持部による前記複数の部材の支持位置とがずれていてもよい。

この構成によれば、複数の部材に第１圧力を付与すると、複数の部材が凸状又は凹状に撓む場合がある。その場合であっても、締結部品が複数の部材に固定されるときは、複数の部材が撓まないように第１支持部と第２支持部に挟まれるため、締結部品と複数の部材間に隙間が形成されにくくなり、打鋲品質が向上する。

本発明に係るクランプ装置は、重ね合わされた複数の部材の一面側に配置された第１支持部と、前記複数の部材の他面側に配置された第２支持部と、前記第１支持部及び前記第２支持部の少なくとも一つを駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、切削工具によって前記複数の部材に対して貫通孔が形成されている間、前記第１支持部及び前記第２支持部が、所定の第１圧力を前記複数の部材に付与した状態で、前記複数の部材を挟むように前記駆動部を制御する第１クランプ力制御部と、前記貫通孔が形成されてから、打鋲装置によって前記貫通孔に挿通された締結部品が前記複数の部材に固定されるまでの間、前記第１支持部及び前記第２支持部が、前記第１圧力よりも低い所定の第２圧力を前記複数の部材に付与した状態で、前記複数の部材を挟むように前記駆動部を制御する第２クランプ力制御部とを備える。

本発明によれば、重ね合わされた複数の部材に対して貫通孔を形成した後、貫通孔に挿通された締結部品を固定したとき、締結部品と複数の部材間に隙間が形成されにくくすることができる。

本発明の一実施形態に係るクランプ装置を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るクランプ装置及び貫通孔形成装置の一連の動作を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るクランプ装置、貫通孔形成装置及び打鋲装置の一連の動作を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るクランプ装置の動作を示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
クランプ装置１は、図１に示すように、上方支持部（第１支持部）２と、下方支持部（第２支持部）３と、駆動部４と、制御部５などを有する。クランプ装置１は、上方支持部２と下方支持部３の間に配置されたワーク５０を挟むことが可能である。ワーク５０は、例えば、板材５１が複数枚重ね合わされたものである。板材５１は、例えばアルミニウム合金、チタン合金、複合材などである。ワーク５０には、リベット５３を固定するための貫通孔５２が形成され、その後、貫通孔５２にリベット（締結部品）５３が挿通されて固定される。

上方支持部２は、例えば円筒形状を有する筒状部材を備え、ワーク５０の上面側に配置される。上方支持部２は、貫通孔５２を形成する位置を中心にして、筒状部材の下端でワーク５０を支持する。

下方支持部３は、例えば円筒形状を有する筒状部材を備え、ワーク５０の下面側に配置される。下方支持部３は、貫通孔５２を形成する位置を中心にして、筒状部材の上端でワーク５０を支持する。上方支持部２と下方支持部３は、駆動部４によって、ワーク５０に対して離隔したり接近したりする方向に移動可能に構成される。

上方支持部２の筒状部材の内部には、図２及び図３に示すように、貫通孔形成装置２０のドリル（切削工具）２１又は打鋲装置３０のアンビル（押圧部）３１が通過する。上方支持部２の筒状部材の径は、下方支持部３の筒状部材の径よりも大きい。そのため、上方支持部２がワーク５０を支持する位置と、下方支持部３がワーク５０を支持する位置は、ずれている。そのため、後述するとおり、ワーク５０に第１圧力を付与すると、ワーク５０が上方に凸状に撓む場合がある。

下方支持部３の筒状部材の内部には、図３に示すように、打鋲装置３０のアンビル（押圧部）３２が通過する。貫通孔形成装置２０のドリル２１が通過しない下方支持部３では、筒状部材の径を小さくすることによって、貫通孔５２の形成作業及びリベット５３の打鋲作業の際、下方支持部３の周囲に位置する他の部品と干渉しにくくなる。

なお、上方支持部２及び下方支持部３は、例えば円筒形状を有する筒状部材を備える場合に限定されず、上方支持部２及び下方支持部３は、貫通孔５２を形成する位置を中心にして、貫通孔５２を形成する位置の両側で１点ずつ、ワーク５０を合計２点支持する構成を有するものでもよい。この場合、上方支持部２の支持点は、貫通孔５２を形成する位置に対して、下方支持部３の支持点よりも外側に位置する。そのため、上方支持部２がワーク５０を支持する位置と、下方支持部３がワーク５０を支持する位置は、ずれている。

駆動部４は、例えばモータであり、電力を受けて駆動し、上方支持部２と下方支持部３の筒状部材の軸線方向に、上方支持部２と下方支持部３をそれぞれ移動させる。

制御部５は、例えば、第１クランプ力制御部６と、第２クランプ力制御部７とを備える。

第１クランプ力制御部６は、ドリル２１によって複数の板材５１が重ね合わされたワーク５０に対して貫通孔５２が形成されている間、上方支持部２及び下方支持部３が、所定の第１圧力をワーク５０に付与した状態で、ワーク５０を挟むように駆動部４を制御する。例えば、第１クランプ力制御部６は、予め設定された位置に、下方支持部３を移動させる。または、上方支持部２と下方支持部３の挟み込みによってワーク５０に作用されている負荷を検出する検出部の検出結果に基づいて、下方支持部３を移動させる。その結果、所定の第１圧力がワーク５０に付与された状態となる。

第１クランプ力制御部６によって、予め設定された位置に下方支持部３を移動させる場合、移動位置は、メモリ等において予め記録されており、クランプ装置１によって挟まれるワーク５０ごとに設定されてもよい。移動位置は、実際の製造の前に行われる試験又はシミュレーションにおいて、所定の第１圧力がワーク５０に付与された状態となる下方支持部３の位置を確認することで取得される。

所定の第１圧力は、重ね合わされた複数の板材５１の間隔がゼロ又はゼロに近い値となり、かつ、ドリル２１によって貫通孔５２が形成されているとき、複数の板材５１同士が離れないような圧力で設定される。

第２クランプ力制御部７は、貫通孔５２が形成されてから、打鋲装置３０によって貫通孔５２に挿通された締結部品が複数の板材５１に固定されるまでの間、上方支持部２及び下方支持部３が、第１圧力よりも低い所定の第２圧力をワーク５０に付与した状態で、ワーク５０を挟むように駆動部４を制御する。

例えば、第２クランプ力制御部７は、予め設定された位置に、下方支持部３を移動させる。または、上方支持部２と下方支持部３の挟み込みによってワーク５０に作用されている負荷を検出する検出部の検出結果に基づいて、下方支持部３を移動させる。その結果、所定の第２圧力がワーク５０に付与された状態となる。

第２クランプ力制御部７によって、予め設定された位置に下方支持部３を移動させる場合、移動位置は、メモリ等において予め記録されており、クランプ装置１によって挟まれるワーク５０ごとに設定されてもよい。移動位置は、実際の製造の前に行われる試験又はシミュレーションにおいて、所定の第２圧力がワーク５０に付与された状態となる下方支持部３の位置を確認することで取得される。

所定の第２圧力は、重ね合わされた複数の板材５１が凸状又は凹状に撓まないような圧力で設定されることが好ましい。

制御部５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

次に、図２～図４を参照して、本実施形態に係るクランプ装置１の動作について説明する。

ワーク５０をクランプ装置１に挟むため、まず、図２（ａ）に示すように、クランプ装置１に複数の板材５１が重ね合わされたワーク５０を載置する（ステップＳ１）。
ワーク５０を設置した後、上方支持部２を上方からワーク５０のほうへ接近させて、上方支持部２の筒状部材の下端をワーク５０に接触させる（ステップＳ２）。

次に、図２（ｂ）に示すように、下方支持部３を下方からワーク５０のほうへ接近させて、下方支持部３の筒状部材の上端をワーク５０に接触させる。下方支持部３を移動して、上方支持部２及び下方支持部３が、所定の第１圧力をワーク５０に付与した状態となるように、ワーク５０を挟む（ステップＳ３）。

所定の第１圧力がワーク５０に付与されることによって、重ね合わされた複数の板材５１の間隔がゼロ又はゼロに近い値となる。

そして、図２（ｃ）に示すように、第１圧力がワーク５０に付与されてワーク５０をクランプした状態で、ドリル２１がワーク５０に対して貫通孔５２を形成する（ステップＳ４）。第１圧力の設定値は、ドリル２１によって貫通孔５２が形成されているとき、複数の板材５１同士が離れないような圧力である。したがって、複数の板材５１間に隙間が形成されない状態で、複数の板材５１に対して貫通孔５２を一気通貫に形成でき、複数の板材５１同士の内面が連続した貫通孔５２が形成される。

図３（ｄ）に示すように、貫通孔５２が形成された後、下方支持部３を移動して、上方支持部２及び下方支持部３が、第１圧力よりも低い所定の第２圧力をワーク５０に付与した状態となるように、ワーク５０を挟む（ステップＳ５）。

所定の第２圧力がワーク５０に付与されることによって、重ね合わされた複数の板材５１が凸状又は凹状に撓まない状態となる。

次に、図３（ｅ）及び図３（ｆ）に示すように、第２圧力がワーク５０に付与された状態で、貫通孔５２にリベット５３を挿通し、打鋲装置３０が、貫通孔５２に挿通されたリベット５３をワーク５０に固定する（ステップＳ６）。貫通孔５２の形成時よりも低い圧力で複数の板材５１が挟まれて、重ね合わされた複数の板材５１が凸状又は凹状に撓まない状態で、リベット５３が打鋲装置３０によって固定される。

その結果、リベット５３と複数の板材５１の間に隙間が形成されにくくなり、打鋲品質が向上する。すなわち、リベット５３によって固定された複数の板材５１は、隙間以外の部分において部分的に板材５１からリベット５３へ荷重が伝達されるのではなく、リベット５３の外周全面を用いて荷重を伝達することができる。

１ ：クランプ装置
２ ：上方支持部（第１支持部）
３ ：下方支持部（第２支持部）
４ ：駆動部
５ ：制御部
６ ：第１クランプ力制御部
７ ：第２クランプ力制御部
２０ ：貫通孔形成装置
２１ ：ドリル（切削工具）
３０ ：打鋲装置
５０ ：ワーク
５１ ：板材
５２ ：貫通孔
５３ ：リベット（締結部品）

Claims (3)

1. 重ね合わされた複数の部材の一面側に配置された第１支持部及び前記複数の部材の他面側に配置された第２支持部が、所定の第１圧力を前記複数の部材に付与して、前記複数の部材を挟むステップと、
   前記第１圧力が付与された状態で、切削工具が前記複数の部材に対して貫通孔を形成するステップと、
   前記貫通孔が形成された後、前記第１支持部及び前記第２支持部が前記第１圧力よりも低い所定の第２圧力を前記複数の部材に付与して、前記複数の部材を挟むステップと、
   所定の前記第２圧力が前記複数の部材に付与された状態で、打鋲装置が、前記貫通孔に挿通された締結部品を前記複数の部材に固定するステップと、
   を備えるクランプ方法。
2. 前記第１支持部による前記複数の部材の支持位置と、前記第２支持部による前記複数の部材の支持位置とがずれている請求項１に記載のクランプ方法。
3. 重ね合わされた複数の部材の一面側に配置された第１支持部と、前記複数の部材の他面側に配置された第２支持部と、
   前記第１支持部及び前記第２支持部の少なくとも一つを駆動する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   切削工具によって前記複数の部材に対して貫通孔が形成されている間、前記第１支持部及び前記第２支持部が、所定の第１圧力を前記複数の部材に付与した状態で、前記複数の部材を挟むように前記駆動部を制御する第１クランプ力制御部と、
   前記貫通孔が形成されてから、打鋲装置によって前記貫通孔に挿通された締結部品が前記複数の部材に固定されるまでの間、前記第１支持部及び前記第２支持部が、前記第１圧力よりも低い所定の第２圧力を前記複数の部材に付与した状態で、前記複数の部材を挟むように前記駆動部を制御する第２クランプ力制御部と、
   を備えるクランプ装置。

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