JPH0780586A - リベットかしめ装置、及びこれに用いられるかしめピン良否判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】数値制御されたサーボモータで、かしめヘッド
の上下動を直接制御することにより、かしめ加工時のか
しめ圧、かしめ高さ、及びかしめ速度を、数値情報を基
にリアルタイムで監視する。併せてサーボモータの負荷
トルクを情報として利用することにより、かしめピンの
かしめ加工終了と同時にかしめピンの良・不良を判定す
ること。 【構成】ワークテーブル上方に配置固定された支持基体
（２）と、該支持基体に支持され、ボールネジ機構
（８）により上下動するピストン体（５）と、支持基体
に保持され、ボールネジ機構を駆動するサーボモータ
（１１）と、該サーボモータを制御する制御手段（２
２）と、前記ピストン体の下端部に軸回転自在に垂下保
持され、下端部にかしめヘッド（２１）を備えたスピン
ドル（１３）と、該スピンドルを軸回転させ、前記ピス
トン体に保持された駆動機構と、から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、リベットかしめ装置
に関し、特に、かしめ加工時に加工圧、Ｚ方向移動量、
及びＺ方向速度を数値情報により、監視制御をするかし
め装置と、併せてこれに用いられ、セット位置へ規格ど
おりのかしめピンが取付けられているか否かを検出する
かしめピン良否判定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に用いられているリベットか
しめ装置（別称「リベッター」）の主なものとしては、
図８にその概略を示したような構成が採られている。す
なわち、Ｘ−Ｙ移動手段を備えたワークテーブル５０の
上方に、腕体（図示省略）に保持された状態で支持基体
５１が配置され、該支持基体５１には、円筒状のピスト
ン体５２が上下摺動自在にして保持されている。該ピス
トン体５２の上端部５２ｕには、その中心軸において、
支持基体５１の上部に取付けられたモータ５３の駆動軸
５４が連結されている。そして、ピストン体５２は、支
持基体５１内に形成されたシリンダ５５内を気密に摺動
する受圧盤５２ｐが、取付けられている。シリンダ５５
内には、エアー又はオイル（以下「エアー等」と略
称。）を送るコンプレッサ装置５６が連通され、このエ
アー等が受圧盤５２に作用して、ピストン体５２を作動
させている。

【０００３】支持基体５１の下方部は、ピストン体５２
に環装された筒体５１ｄが一体的に形成されており、そ
の下端部外周面には、ら旋ネジ５７が刻設されている。
該ら旋ネジ５７には、有底筒状のストッパ体５８が下方
から環装するようにして螺合されている。ストッパ体５
８の外周には、ラック５９が刻設され、これと噛合する
ようにしてピニオン６０が配置されている。該ピニオン
６０は、タイミングベルト６１を介してサーボモータ６
２に連係され、必要量だけ回転駆動される。ストッパ体
５８の底部には、ピストン体５２の直径より小径にした
貫通孔６３が開設されている。

【０００４】ピストン体５２の下端部５２ｄには、前記
貫通孔６３を貫通する連結杆６４を介してスピンドル６
５が、取付けられている。スピンドル６５の下端部に
は、かしめヘッド６６が軸回転可能にして、かつ一定の
傾斜角をもって取付けられている。以上の構成から、ピ
ストン体５２、これに垂下連結されたスピンドル６５、
及びかしめヘッド６６は、モータ５３の駆動によって軸
回転させられると共に、コンプッサ装置５６によりシリ
ンダ５５内に送られたエアー等を、電磁弁７０等で適宜
切り替えて、上下方向（Ｚ方向）へ摺動させている。

【０００５】スピンドル体５２の下方移動に従って、ス
ピンドル５８、かしめヘッド６６が軸回転しながら下方
移動し、このかしめヘッド６６が、ワークテーブル５０
上の台座６７に載置された基板６８の、所定位置にセッ
トされたかしめピン６９の頭部６９ｔを押圧しながら、
かしめ加工が行なわれる。そして、種々のかしめピン頭
部６９ｔの高さに対応させるため、ピストン体５２のＺ
方向の下方移動の制限が、ストッパ体５８の設定によっ
て行われる。すなわち、サーボモータ６２の駆動力が、
タイミングベルト６１、ピニオン６０、及びラック５９
を介して、ストッパ体５８を軸回動させる。ストッパ体
５８は、筒体５１ｄに螺合されているため、軸回動しな
がら、Ｚ方向に適宜移動することになる。このストッパ
体５８の貫通孔６３の縁部に、ピストン体５２の下端部
５２ｄが当接することにより、下方移動量が制限される
ことになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のか
しめ装置では、ストッパ体５８によってストローク（Ｚ
方向の移動量）の設定をすることはできるが、かしめ
圧、かしめ速度、及びかしめ状態、等を最適に設定する
ことができず、あくまで熟練作業員が経験に基づいて一
定の推定のもとに行われているが実情であった。

【０００７】すなわち、かしめヘッド６６のＺ方向移動
過程は、通常、エアー等の加圧力により下降を開始し、
下降移動中は等速運動となり、逆に上昇においても、エ
アー等の切り替えにより上昇を開始し、上昇移動中は等
速運動となるものである。この特性から、かしめ工程に
おけるかしめヘッド６６の速度曲線ｘは図７に示すごと
く表される。スタートにより下降が起動され（点Ａ−点
Ｂ）、定速で下降移動した後（点Ｂ−点Ｃ）、かしめヘ
ッド６６がリベット頭部６９ｔに当接される（点Ｃ）。
この時点からかしめ加工が開始されその反力で減速され
る（点Ｃ−点Ｄ）。そして、一定時間経過後に（点Ｄ−
点Ｅ）に、上昇を開始し（点Ｅ−点Ｆ）、定速で上昇し
た後（点Ｆ−点Ｇ）、停止する（点Ｇ）ものである。こ
れらの移動は、タイマーの設定により行われ、このよう
に点Ａから点Ｇまでの時間が、１つのリベットのかしめ
加工のサイクルタイムとして設定されるものである。

【０００８】ところで、通常かかる方式のかしめヘッド
６６の速度設定は、起動時の加速と移動中の定速度とに
ついてのみを変更することはできるが、漸次減速移動に
ついては設定が行なわれていない。一部に、バルブ等を
調節して制御する方法もあるが、エアー等の流れを断続
させる方式である以上、レスポンス（応答反応）が鈍
く、実用に耐える程度の制御性は得難く、精度の高いタ
イマー設定は困難なものであった。

【０００９】そのため、点Ｄの時点でかしめ加工が終了
しているものと推定するが、かしめピンの材質、外径、
高さの違いから、不十分な場合も考慮して、一定の余裕
時間（点Ｄ−点Ｅ）が設けられている。本来、この余裕
時間は、無駄なものであり、このことが予定以上のサイ
クルタイムを招き、ひいては全体の加工時間の延長の原
因となっていた。

【００１０】また、逆に必要以上のかしめ加工を行っ
て、かしめピン頭部６９ｔに損傷を与えてしまう恐れも
あった。そのため、特に小径のかしめピン６９の加工に
おいては、上述のように減速ができないため、始めから
下降速度を遅く設定しておく必要があり、これまたサイ
クルタイムの伸長による加工時間の増加の原因ともなっ
ていた。

【００１１】さらに、１つの基板の複数箇所に異径異種
の各種かしめピンが配置され、特にそのセット高さも異
なる基板６８においては、上記方式で連続的に加工する
場合、セット高さは前記のストッパ体５８の設定により
ある程度対処することができるが、サイクルタイムは、
かしめピンの種類に係わらず同一時間となってしまう問
題点があった。すなわち、かしめに一番時間がかかると
思われるかしめピンを基準としてタイマーを設定するこ
とになり、それ以外のかしめピンに対しては加工時間に
無駄が発生していた。

【００１２】さらにまた、上記方式のかしめ加工は、タ
イマーの設定に基づいて行われるものであって、加工作
業中のかしめ状態をリアルタイム（同時進行的）に監視
する手段を何ら備えておらず、例えば、セット位置に適
合したかしめピンがセットされていない状態でもかしめ
加工を行ってしまう恐れがあった。かしめピンの適否、
かしめ状態の適否、等は、１つのワークの作業終了後
に、作業員の目視、又は測定器の使用によって検査する
工程が採られていた。このことは、作業効率の問題ばか
りでなく、通常、検査はロット単位の抜き取り検査で行
われるため、もし１個でも不良品があった場合には、ロ
ット全部が不良として排除され、大きな損失となる。

【００１３】そこで、本願発明は、上記問題点の解消を
目的としてなされたもので、数値制御されたサーボモー
タで、かしめヘッドの上下動を直接制御することによ
り、かしめ加工時のかしめ圧、かしめ高さ、及びかしめ
速度を、数値情報を基にリアルタイムで監視、かつ制御
することができるリベットかしめ装置を提供するもので
あり、併せてこれに用いられるサーボモータの負荷トル
クを情報として利用することにより、かしめピンのかし
め加工終了と同時にかしめピンの良・不良を判定するこ
とができるかしめピン良否判定方法をも提供するもので
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願発明にかかるかしめ装置は、次にように構成さ
れている。すなわち、ワークテーブル上方に配置固定さ
れた支持基体と、該支持基体に支持され、ボールネジ機
構により上下動するピストン体と、支持基体に保持さ
れ、ボールネジ機構を駆動するサーボモータと、該サー
ボモータを制御する制御手段と、前記ピストン体の下端
部に軸回転自在に垂下保持され、下端部にかしめヘッド
を備えたスピンドルと、該スピンドルを軸回転させ、前
記ピストン体に保持された駆動機構と、から成ることを
特徴としている。

【００１５】また、前記制御手段において、サーボモー
タの回転と同期する位置検出手段を利用し、ピストン体
の位置決め又はストローク（Ｚ方向移動量）を設定する
ことを特徴としている。さらに、上記構成を採ることに
より、かしめ加工時のサーボモータの負荷トルクを検出
し、該検出値と、予め良品の場合の負荷トルクとして指
定しておいた負荷トルク値とを、比較演算することによ
りかしめピンの良否を判定することを特徴とする。

【００１６】

【実施例】次に、本願発明にかかるかしめ装置の具体的
実施例について、図面に基づきその詳細を説明する。図
１は本実施例装置を示す縦断面図である。かしめ装置１
は、ワークテーブル（図示省略。）の上方に配置されて
おり、支持基体２は、ワークテーブルに取付けられた腕
体３によって保持固定されている。支持基体２の内部に
は、垂直方向（Ｚ方向）に貫通した円筒状の摺動管路４
が、形成されており、該摺動管路４には、略円筒状のピ
ストン体５が、摺動可能に形状適合されて挿入配置され
てる。

【００１７】ピストン体５内には、上方の開口６ａから
中心軸に沿って一定深さに開設された円筒状の挿通管路
６が形成されており、その開口６ａから一定長さの挿通
管路６の内側面には、内周面に螺旋ネジ７ｓが刻設され
た螺合管７が取付け固定されている。螺合管７の内周面
の螺旋ネジ７ｓには、ボールネジ８が、上方から挿通管
路６内に挿通するようにして螺合されている。

【００１８】ボールネジ８は、その上端部８ｔが、摺動
管路４の上方開口に嵌合された蓋体９によって回動自在
に支持され、その上端部８ｔは、カップリング１０を介
して、支持基体２の上部に載置固定されたサーボモータ
１１の駆動軸１２に連結されている。別言すると、ピス
トン体５は、カップリング１０を介してサーボモータ１
１に支持されたボールネジ８に、螺合接続されて、摺動
管路４内に垂下保持された構成になっている。

【００１９】かかる構成により、後述の制御手段２２か
らの数値情報によりサーボモータ１１が駆動され、カッ
プリング１０を介してボールネジ８が軸回転する。これ
により、ボールネジ８は上下方向の移動は制限されてい
るため、螺合管７を介して螺合したピストン体５が、摺
動管路４内を下降、又は昇降移動することになる（矢印
ａ）。

【００２０】次に、ピストン体５の下端部５ｄには、ス
ピンドル１３が回転自在にして取付けられている。すな
わち、スピンドル１３の上方に形成された支持軸１４
を、ピストン体５の下端部５ｄの中央に開設された保持
孔１５内に挿入し、これをベアリング手段１６によって
保持することにより、スピンドル１３を回転自在に垂下
保持している。

【００２１】さらに、該支持軸１４には、プーリ１７、
ベルト１８を介して駆動モータ１９が連係されている。
該駆動モータ１９は、取付台２０によってピストン体５
に取付固定され、ピストン体５に従って移動するように
されている（矢印ａ）。また、スピンドル１３の下端面
には、かしめヘッド２１が回転自在にして植設されてい
る。なお、このかしめヘッド２１の構成は、既に当業者
に広く知られた公知の技術であるため詳細は省略する。

【００２２】かかる構成により、スピンドル１３は、プ
ーリ１７、ベルト１８を介して駆動モータ１９により、
独自に軸回転させられる（矢印ｂ）。これらスピンドル
駆動機構は、ピストン体５の取付けられているため、こ
のスピンドル５の移動に従って、これと一体的に下降、
又は昇降移動することになる（矢印ａ）。前記サーボモ
ータ１１には、制御手段２２が接続され、この制御手段
２２は、ＮＣコントローラ（「数値制御手段」）、サー
ボアンプ、記憶手段、及び演算手段、等で構成されてい
る。作動中に逐次変化するサーボモータ１１の負荷トル
クは、リアルタイムでサーボアンプにより電圧変化とし
て出力され、それがＮＣコントローラに入力される。か
かる情報を基に、加工状態を監視するようにしている。
なお、かかる制御方法については、後述する。

【００２３】次に、本実施例かしめ装置の実施に用いら
れるサーボモータの制御速度と負荷トルクとの関係につ
いて説明する。図２はサーボモータ駆動速度特性（Ａ）
とサーボモータ負荷トルク特性（Ｂ）を経時的に示した
グラフである。図示するように、サーボモータ１１をス
タートさせると（点Ａ）、下降起動されて負荷トルクは
上昇し一時的に加減速トルクＴＳが生じ（点Ａ−点
Ｂ）、定速下降の間（点Ｂ−点Ｃ）はボールネジ８とピ
ストン体５との摺動間、及びピストン体５と摺動管路４
との摺動面に発生する摺動トルク（動摩擦力）ＴＭのみ
が生じる。かしめヘッド２１が、位置決め完了位置に接
近すると下降速度を漸次減速させる（点Ｃ−点Ｄ）。な
お、ここまでは、サーボモータ特有の台形駆動であり公
知の技術である。

【００２４】そして、点Ｄの時点でかしめヘッド２１が
かしめピン頭部６９ｔに当接し、押圧（かしめ）が開始
される。押圧開始により、かしめヘッド２１からＺ方向
の反力が生じ、この反力増加に従って負荷トルクも増加
することになる（（Ｂ）の点Ｄ−点Ｅを参照。）。かし
めヘッド２１の下降が、位置決め完了した地点で、位置
決め完了信号を出力させる（点Ｅ）。この時、負荷トル
クはピーク値ＴＰを示し、これをかしめ加工圧として記
憶する。このかしめ終了後は、位置決め完了信号出力後
一定時間ＴＨを経過した後、サーボモータ１１が上昇起
動（点Ｆ−点Ｇ）、定速上昇（点Ｇ−点Ｈ）、減速停止
（点Ｈ−点Ｉ）の過程を踏んで、ピストン体５は速やか
に上昇し、スタート位置に戻るようにされている。

【００２５】なおここで、上記の位置決め地点は、かし
め加工後のかしめピン６９の高さとして、予め指定設定
されるものである。また、上記の一定時間ＴＨを設けた
のは、後述のピーク値ＴＰの負荷トルク（かしめ加工
圧）と、予め設定した指定負荷トルクとを、比較演算す
るためである。したがって、この時間ＴＨは、演算速度
の改善により少なくなるものである。

【００２６】このように作動するサーボモータ１１の回
転数と回転角は、数値設定により制御され、これにより
かしめヘッド２１のストローク（Ｚ方向移動量）が高い
精度で制御される。その結果、かしめヘッド２１のかし
めピン６９への接近、又は離隔に要する時間（いわゆる
無効動作時間）を短く設定することができる一方、かし
めピン頭部６９ｔを押圧して押す潰す時間（いわゆる有
効動作時間）を遅く設定することができる。下降停止位
置（又はストローク量）は、１ミクロン単位で設定する
ことができる。

【００２７】次に本実施例装置の制御方法とかしめピン
の取付け位置の適不敵を判定する方法を説明する。図３
は、本実施例装置の動作手順を示すフローチャートであ
る。装置スタートにより、サーボモータ１１が起動し、
前記図２示した特性に従ってピストン体５、スピンドル
１３、及びかしめヘッド２１（「スピンドル等」と略
称。）が一体となって下降する（ステップ１、以下「Ｓ
１」と略称。）。下降が指定した位置で位置決め完了さ
れて停止し（Ｓ２）、この完了時点で完了信号を出力さ
せ（Ｓ３）、この時の負荷トルクをかしめ加工圧として
記憶する。

【００２８】次に、このときの負荷トルクと、正常なか
しめピン６９が適切なセット位置にセットされてかしめ
られた場合の最適かしめ圧として、予め指定された負荷
トルクと比較演算する（Ｓ４）。この比較演算でＹＥＳ
の場合は、適切なかしめピン６９がセットされていたも
のとしてスピンドル１３等を上昇させ（Ｓ５）、スター
ト位置に戻り（Ｓ６）、かしめ作業の終了となる。

【００２９】逆に、前記比較演算でＮＯの場合は、適性
な位置にかしめピン６９がセットされていない場合が考
えられるため、機械は停止し（Ｓ７）、作業が中断され
る。そして作業員により部品寸法のチェックが行なわれ
る（Ｓ８）。その結果、不良品である場合は良品と取り
替え（Ｓ９）、良品である場合は、前記比較演算（Ｓ
４）に用いた指定負荷トルクを見直し（Ｓ１０）、修正
することになる。

【００３０】なお、ワークテーブル５０をＸ−Ｙテーブ
ルとして、Ｘ−Ｙ−Ｚの三軸制御とするようにしてもよ
い。すなわち、予め設定された基板上のＸ−Ｙ座標位置
をＸ−Ｙテーブルの移動で対応し、基板上のＺ座標はか
しめヘッド２１のストロークをミクロン単位の設定で対
応するようにプログラムしてもよい。上記フローチャー
トにおいては、スタート位置に戻ったところで（Ｓ
６）、次の加工位置の設定があるか否かを検索し（Ｓ１
１）、次の加工位置がある場合には、Ｘ−Ｙテーブルを
移動させ（Ｓ１２）、これに対応したストローク設定が
なされる。

【００３１】ここで、かしめピン６９のかしめ状態は、
通常、図４に示したようになる。すなわち、適性なピン
孔７０に適性なかしめピン６９がセットされている場合
（Ａ）、かしめヘッド２１により最適にかしめられたと
きは、（Ｂ）示すように、ピン孔７０内に均一に拡張さ
れ、かつ上面に一定の盛り上がり部６９ａが形成され
る。これにより基板６８とかしめピン６９とが、一定の
強度をもって固着されることになる。

【００３２】逆に、図５に示したように、ピン孔７０に
適合しない小径のかしめピン６９がセットされて
（Ａ）、かしめ加工がされた場合には、（Ｂ）示すよう
に、ピン孔７０内に均一に拡張されず、かつ上面に一定
の盛り上がり部も形成されなくなる。そのため、適性な
固着力を確保できず、不良品扱いとなる。図６に負荷ト
ルク特性に示すとおり、セットされたかしめピン６９の
適不敵によって、かしめ時に生じる負荷トルクのピーク
値が、異なった値を示す。このことから、予め適性かし
め圧の負荷トルクを一定の範囲として指定しておき、こ
れと実際の加工作業時に検出された負荷トルクと比較す
ることにより、セットされたかしめピン６９の良否を判
定することができる。もっともあまり太いピンの場合
は、ピン孔７０に挿入されず問題ないが、目視て判断が
困難な僅かに太いピンの場合、又は細いピンの場合は、
負荷トルクに明確な差異が検出され、かかる判定方法は
非常に有効なものとなる。

【００３３】さらに、サーボモータ１１のストロークを
ミクロン単位で設定することにより、盛り上がり部６９
ａの高さＨをも精密に設定することができるようにな
る。

【００３４】

【効果】上記構成により、本願発明は以下に列挙する効
果を奏する。数値制御されたサーボモータで駆動される
ボールネジにより、かしめヘッドの移動を直接行ってい
るため、位置決めをミクロン単位で調節、及び設定する
ことができ、熟練作業者でなくても段取り時間が早くか
つ正確に行うことができる効果がある。

【００３５】また、かしめ加工時間のサイクルタイムの
設定ではなく、ストローク量、及び位置決め高さで設定
することができるため、長さ、径、さらには材質が異っ
た種々のかしめピンに対して、それぞれに最適のかしめ
状態となる。そのため、加工時間を、細く小さいピンは
早く、太く長いピンはある程度長く、と自動的に変化
し、無駄な時間を廃して作業効率の高い生産加工を行う
ことができる。このことは、各種かしめピンの高い取付
精度を得ることができ、製品の歩留りを高める効果があ
る。

【００３６】さらに、サーボモータの負荷トルクを電圧
出力として把握するものであるため、実際のかしめ加工
時の負荷トルクと、予め指定した最適かしめ圧の負荷ト
ルクとを、比較演算することにより、リアルタイムにか
しめピンの良不良を判断することができる。これによ
り、不良率を著しく低下させることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のかしめ装置を示す縦断面図である。

【図２】サーボモータ駆動速度特性（Ａ）とサーボモー
タ負荷トルク特性（Ｂ）を経時的に示したグラフであ
る。

【図３】本実施例のかしめ装置の動作手順を示すフロー
チャートである。

【図４】かしめピンのかしめ状態を示す縦断面図であ
る。

【図５】かしめピンのかしめ状態を示す縦断面図であ
る。

【図６】各種かしめピン毎のサーボモータの負荷トルク
特性を経時的に示したグラフである。

【図７】従来例のかしめヘッドによる加工時の速度曲線
を示すグラフである。

【図８】従来例のかしめ装置を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１・・・かしめ装置 ２・・・支持基体
４・・・摺動管路 ５・・・ピストン体 ６・・・挿通管路
８・・・ボールネジ 10・・・カップリング 11・・・サーボモータ
12・・・駆動軸 13・・・スピンドル 14・・・回転支持軸
16・・・ベアリング手段 19・・・駆動モータ 21・・・かしめヘッド
22・・・制御手段 69・・・かしめピン 70・・・ピン孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークテーブル上方に配置固定された支
   持基体（２）と、 該支持基体（２）に支持され、ボールネジ機構（７、
   ８）により上下動するピストン体（５）と、 支持基体（２）に保持され、ボールネジ機構（７、８）
   を駆動するサーボモータ（１１）と、 該サーボモータ（１１）を制御する制御手段（２２）
   と、 前記ピストン体（５）の下端部（５ｄ）に軸回転自在に
   垂下保持され、下端部にかしめヘッド（２１）を備えた
   スピンドル（１３）と、 該スピンドル（１３）を軸回転させ、前記ピストン体
   （５）に保持された駆動機構（１７、１８、１９）と、
   から成ることを特徴とするリベットかしめ装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段において、 サーボモータの回転と同期する位置検出手段を利用し、
   ピストン体の位置決め又はストローク（Ｚ方向移動量）
   を設定することを特徴とする請求項１記載のリベットか
   しめ装置。
3. 【請求項３】 かしめ加工時のサーボモータの負荷トル
   クを検出し、 該検出値と、予め良品の場合の負荷トルクとして指定し
   ておいた負荷トルク値とを、比較演算することによりか
   しめピンの良否を判定することを特徴とするかしめピン
   良否判定方法。