JP5954937B2

JP5954937B2 - ファスナー打ち込み装置

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Publication number: JP5954937B2
Application number: JP2011100770A
Authority: JP
Inventors: 結輔池田; 俊行船渡; 隆大稲垣; 中村　幹夫; 幹夫中村; 陽介池田; 邦宏黒井; 章仁鈴木; 裕司近藤; 山下　貢丸; 貢丸山下
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2031-04-28
Also published as: JP2012232317A; WO2012147824A1; US9421604B2; US20140223712A1

Description

本発明は、ボルトやリベットのようなファスナー（締結部品）を用いて被締結物を締結する技術に関する。

ボルトやリベットのようなファスナー（締結部品）を用いて被締結物を締結する技術は、航空機等の組立てに利用されている。リベットを用いて被締結物を締結する打鋲装置が知られている。

特許文献１に開示された自動打鋲装置は、ワークにリベットを打鋲する機構を有するリベッタ本体を備える。リベッタ本体は、ワークを上下方向から挟み込むようなＣ字形状を有している。リベッタ本体の上側先端にはアッパーヘッド部が設けられる。リベッタ本体の下側先端にはダイが設けられる。

図１は、上述のアッパーヘッド部３５１を示している。アッパーヘッド部３５１は、油圧シリンダ３５２により矢印方向に往復動可能とされている。アッパーヘッド部３５１の下面、つまりワーク３０４の上面側に対向する位置に、昇降自在なドリルスピンドル３５３と、昇降自在なリベットかしめ治具３５４と、昇降自在なシェービングカッター３５５が矢印方向に平行な一直線上に設けられる。ドリルスピンドル３５３にはドリル３５６が装着される。ワーク３０４がセットされた後、ドリルスピンドル３５３を下降させて、ワーク３０４にリベット孔３０４ａを形成する。次に、油圧シリンダ３５２は、これまでドリルスピンドル３５２があった位置にリベットかしめ治具３５４を移動させる。次に、リベットかしめ治具３５４がリベットＲを保持した状態で下降することにより、リベットＲの軸部をリベット孔３０４ａに挿入する。更に、リベッタ本体の下側先端に設けられたダイとリベットかしめ治具３５４とでリベットＲを押圧する。これにより、リベットＲの打鋲が完了する。尚、シェービングカッター３５５は、リベットＲの頭を除去する場合に利用される。

特許文献２及び３は、他のリベット打鋲装置を開示している。

近年、金属部品にかわって繊維強化プラスチックのような複合材の部品が用いられるケースが増加している。例えば、航空機には多くの複合材部品が用いられるようになってきた。

図２〜７を参照して、複合材の被締結物を手作業で締結する方法を説明する。

図２を参照して、被締結物としてのワーク１００は、重ねられた複数の複合材部品５１及び５２を含む。ワーク１００の一方側の表面１００ｂから他方側の表面１００ｃへ貫通する皿穴付き孔１００ａを形成する。皿穴付き孔１００ａの皿穴部分は表面１００ｂ側に配置される。ワーク１００は、皿穴付き孔１００ａの皿穴部分を囲む皿穴壁面１００ｄを有する。皿穴付き孔１００ａの形成後、ワーク１００を清掃して皿穴付き孔１００ａを形成したときに生じたバリを取り除く。

図３は、ワーク１００を締結するための締結部品としてのファスナー２５を示す。ファスナー２５は、皿ボルト２０と、スリーブ４０とを備える。皿ボルト２０は、頭部２１と、円筒部２２と、ねじ部２３とを備える。頭部２１は、頭部上面２１ａと、頭部側面２１ｂとを有する。頭部側面２１ｂは円錐面に形成されている。円筒部２２は、頭部２１とねじ部２３の間に配置される。円筒部２２にはねじが形成されていない。ねじ部２３は、端面２３ａを有する。頭部上面２１ａ及び端面２３ａは、ファスナー２５の軸方向の両端に配置される。スリーブ４０は、円筒部２２に被せられている。円筒部２２の頭部２１に近い部分がスリーブ４０から露出している。スリーブ４０は、頭部２１側に配置された皿部４１と、ねじ部２３側に配置された円筒部４２とを備える。皿部４１は円錐形状に形成されている。

図４を参照して、皿部４１が皿穴壁面１００ｄに突き当たるまで、ファスナー２５を皿穴付孔１００ａに押し込む。皿部４１が皿穴壁面１００ｄに接触した状態で、頭部２１は表面１００ｂから突き出しており、ねじ部２３は表面１００ｃから突き出している。

図５を参照して、エアーハンマー２００を用いて頭部上面２１ａに衝撃力を繰り返し付与してファスナー２５を打ち込む。

図６を参照して、ファスナー２５がワーク１００に着座するまで、すなわち頭部２１が皿部４１を介して皿穴壁面１００ｄに突き当たるまで、エアーハンマー２００を用いて頭部上面２１ａに衝撃力を繰り返し付与する。ここで、ファスナー２５が着座したことを作業者が音で判断してエアーハンマー２００による衝撃力の付与を停止する。

図７を参照して、ナット３０をねじ部２３に装着して複合材部品５１及び５２を締結する。

ここでは、衝撃力を繰り返し付与することでファスナー２５を打ち込んでいるため、頭部２１が皿部４１を介して皿穴壁面１００ｄに突き当たるまでファスナー２５を押し込む場合に比べて、複合材部品５１及び５２が破損するリスクが低減される。ただし、衝撃力を繰り返し付与することでファスナー２５を打ち込む作業を自動化する場合、ファスナー２５の着座を何らかの手段で自動的に検出する必要がある。

また、特許文献１に開示された自動打鋲装置を複合材への打鋲に適用する場合には以下のような問題が生じ得る。上記ワーク３０４が複合材の場合には、リベット孔３０４ａを形成した後、ワーク３０４を自動打鋲装置から取り外してリベット孔３０４ａの形成時に生じたバリを取り除く。その後、ワーク３０４を再び自動打鋲装置にセットし、リベットＲの軸部をリベット孔３０４ａに挿入するためにリベットかしめ治具３５４を下降させる。ここで、ワーク３０４をセットし直しているため、リベットかしめ治具３５４とリベット孔３０４ａとの間に芯ずれが生じる場合がある。

特開２０００−１３５５４１号公報特開２００２−２８７４５号公報実開平５−２４２号公報

本発明の目的は、ファスナーの打ち込みを自動的に停止することが可能なファスナー打ち込み装置及びファスナー打ち込み方法を提供することである。

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明によるファスナー打ち込み装置は、ファスナー（２５）に衝撃力を繰り返し付与する衝撃力付与装置（９２）と、前記衝撃力付与装置に作用する反力を検出するロードセル（８）とを具備する。前記衝撃力付与装置は、前記反力の検出結果に基づいて前記ファスナーへの衝撃力の付与を停止する。

上記ファスナー打ち込み装置は、ヘッド基部（９１）と、前記ヘッド基部を第１直線（Ｌ）に平行に動かす送り装置（７）と、前記第１直線に平行に移動可能なように前記ヘッド基部に支持された移動体（９３１）と、前記第１直線に平行な方向に前記移動体を付勢するばね（９３３）と、前記ファスナーを保持するチャック（９５）とを更に具備する。前記チャックは前記移動体に支持される。

前記衝撃力付与装置は、前記ヘッド基部に取り付けられたスナップ駆動部（９２１）と、前記スナップ駆動部に駆動されて前記第１直線上を往復するスナップ（９２２）とを備える。前記チャックは、前記ファスナーが前記第１直線上に配置されるように前記ファスナーを保持する。

前記チャックは、自動調芯ユニット（９４）を介して前記移動体に取り付けられる。前記自動調芯ユニットは、前記移動体と前記チャックとの間において並列配置された複数の弾性体８９４１）を備える。前記複数の弾性体は、前記チャックが前記第１直線に垂直な面内で移動可能なように、且つ、前記チャックが前記第１直線に垂直な揺動軸まわりに揺動可能なように前記移動体と前記チャックとを接続する。

上記ファスナー打ち込み装置は、前記ファスナーの頭部（２１）が下になるように前記ファスナーが立てられる棚板（５）と、前記ファスナーを前記棚板から前記チャックまで搬送するファスナー搬送装置（６）とを更に具備する。前記棚板に切り欠き（５ａ）が形成される。前記ファスナー搬送装置は、前記ファスナーを前記ファスナーの軸方向に挟持する挟持部（６３）を備える。前記挟持部は、前記ファスナーの前記軸方向の両端（２３ａ、２１ａ）の一方及び他方にそれぞれ接触する第１部分（６３ａ）及び第２部分（６３ｂ）を備える。前記挟持部は、前記第１部分及び前記第２部分の上下が逆になるように回転可能に構成される。

前記棚板は円形に形成される。前記切り欠きは前記棚板の周縁部から中心に向かって延びるように形成される。前記棚板は前記中心を通る回転軸（Ｓ）まわりに回転する。

上記ファスナー打ち込み装置は、前記ヘッド基部の前記第１直線に平行な第１変位を検出する第１検出器（８１）と、前記移動体の前記ヘッド基部に対する前記第１直線に平行な第２変位を検出する第２検出器（８２）とを更に具備する。前記チャックは、前記第１変位及び前記第２変位に基づいて前記ファスナーを離す。

本発明によるファスナー打ち込み方法は、衝撃力付与装置（９２）がファスナー（２５）に衝撃力を繰り返し付与するステップと、前記衝撃力付与装置に作用する反力を検出するステップと、前記反力の検出結果に基づいて、前記衝撃力付与装置による前記ファスナーへの衝撃力の付与を停止するステップとを具備する。

前記衝撃力付与装置は、スナップ（９２２）と、前記スナップを駆動するスナップ駆動部（９２１）とを備える。前記ファスナーに衝撃力を繰り返し付与する前記ステップは、送り装置（７）が前記スナップ駆動部を前記ファスナーが打ち込まれるワーク（１００）に向かって所定の速度で移動させるステップと、前記スナップ駆動部が前記ワークに向かって前記所定の速度で移動しながら前記スナップが前記ファスナーを繰り返し叩くステップとを含む。前記所定の速度は、前記ファスナーが前記スナップで叩かれて打ち込まれる速度より遅い。

上記ファスナー打ち込み方法は、挿入ヘッド（９）が前記ファスナーをワーク（１００）に形成された孔（１００ａ）に押し込むステップと、前記ファスナーを離すステップとを更に具備する。前記挿入ヘッドは、ヘッド基部（９１）と、第１直線（Ｌ）に平行に移動可能なように前記ヘッド基部に支持された移動体（９３１）と、前記第１直線に平行な方向に前記移動体を付勢するばね（９３３）と、前記ファスナーを保持するチャック（９５）とを備える。前記チャックは前記移動体に支持される。前記ファスナーを前記ワークに形成された前記孔に押し込む前記ステップは、前記ヘッド基部を前記第１直線に平行に動かすステップと、前記ばねが前記ファスナーを前記孔に押し込む力を調整するステップとを含む。前記ファスナーを離すステップにおいて、前記チャックが前記ファスナーを離す。

前記衝撃力付与装置は、前記ヘッド基部に取り付けられたスナップ駆動部（９２１）と、前記スナップ駆動部に駆動されるスナップ（９２２）とを備える。前記ファスナーを前記ワークに形成された前記孔に押し込む前記ステップにおいて、前記チャックは、前記ファスナーが前記第１直線上に配置されるように前記ファスナーを保持する。前記ファスナーに衝撃力を繰り返し付与する前記ステップにおいて、前記スナップ駆動部は、前記第１直線上を往復するように前記スナップを駆動する。

前記チャックは、自動調芯ユニット（９４）を介して前記移動体に取り付けられる。前記自動調芯ユニットは、前記移動体と前記チャックとの間において並列配置された複数の弾性体（９４１）を備える。前記ファスナーを前記ワークに形成された前記孔に押し込む前記ステップは、前記複数の弾性体が前記ファスナーと前記孔との芯ずれを調整するステップを含む。

上記ファスナー打ち込み方法は、切り欠き（５ａ）が形成された棚板（５）に前記ファスナーの頭部（２１）が下になるように立てられた前記ファスナーをファスナー搬送装置（６）の挟持部（６３）が前記ファスナーの軸方向に挟持するステップと、前記頭部が上になるように前記挟持部が回転するステップと、前記ファスナー搬送装置が移動するステップと、前記チャックが前記ファスナーの軸部（２２）を挟持するステップと、前記挟持部が前記ファスナーを離すステップとを更に具備する。

前記棚板は円形に形成される。前記切り欠きは前記棚板の周縁部から中心に向かって延びるように形成される。上記ファスナー打ち込み方法は、前記棚板が前記中心を通る回転軸（Ｓ）まわりに回転するステップを更に具備する。

上記ファスナー打ち込み方法は、前記ヘッド基部の前記第１直線に平行な第１変位を検出するステップと、前記移動体の前記ヘッド基部に対する前記第１直線に平行な第２変位を検出するステップと、前記第１変位及び前記第２変位に基づいて前記チャックが前記ファスナーを離すステップとを更に具備する。

本発明によれば、ファスナーの打ち込みを自動的に停止することが可能なファスナー打ち込み装置及びファスナー打ち込み方法が提供される。

図１は、ワークにリベット孔を形成してリベットを打鋲するためのアッパーヘッド部を示す。図２は、皿穴付き孔が形成された状態を示すワークの断面図である。図３は、ワークを締結するためのファスナーを示す。図４は、皿穴付き孔にファスナーを押し込んだ状態を示すワークの断面図である。図５は、エアーハンマーを用いてファスナーを打ち込んでいる状態を示すワークの断面図である。図６は、ファスナーの打ち込みが完了した状態を示すワークの断面図である。図７は、ファスナーにナットを装着した状態を示すワークの断面図である。図８は、本発明の第１の実施形態に係るファスナー打ち込み装置の概略図である。図９は、棚板の平面図である。図１０は、制御系のブロック図である。図１１は、ファスナー搬送装置の挟持部がファスナーを挟持した状態を示す。図１２は、チャックの挟持部がファスナーを挟持した状態を示す。図１３は、ファスナーをワークに形成された孔に押し込む工程におけるファスナー打ち込み装置の挿入打鋲ヘッドの近傍を示す。図１４は、自動調芯ユニットの動作を説明するための概念図である。図１５は、挿入力調整ユニットの動作時のファスナー打ち込み装置の挿入打鋲ヘッドの近傍を示す。図１６は、ファスナーを打ち込む工程におけるファスナー打ち込み装置の挿入打鋲ヘッドの近傍を示す。図１７は、ファスナーを打ち込む工程を説明するための概念図である。図１８は、ファスナーの着座前後における衝撃力付与装置に作用する反力の変化を示すグラフである。

添付図面を参照して、本発明によるファスナー打ち込み装置及びファスナー打ち込み方法を実施するための形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図８は、本発明の第１の実施形態に係るファスナー打ち込み装置１を示す。互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が定義される。Ｚ軸は鉛直又は概ね鉛直である。ファスナー打ち込み装置１は、バキュームレール２と、台座３と、カートリッジ４と、ファスナー搬送装置６と、送り装置７と、ロードセル８と、挿入打鋲ヘッド９と、フレーム１０とを備える。バキュームレール２はワーク１００に固定される。ワーク１００は、図２に示すように構成されている。ワーク１００の表面１００ｂ及び１００ｃは水平又は概ね水平であり、ワーク１００に形成された皿穴付き孔１００ａの軸方向は鉛直又は概ね鉛直である。台座３は、バキュームレール２に沿ってＺ軸に垂直な面内を移動可能である。カートリッジ４及びファスナー搬送装置６は、台座３上に設けられている。フレーム１０は台座３に固定されている。フレーム１０は送り装置７を支持する。送り装置７は、挿入打鋲ヘッド９をＺ軸に平行に動かす。カートリッジ４は、複数のファスナー２５を積載する機能を有する。ファスナー２５は、上述のように構成される。ファスナー搬送装置６は、カートリッジ４から挿入打鋲ヘッド９までファスナー２５を搬送する機能を有する。挿入打鋲ヘッドヘッド９は、ファスナー２５をワーク１００に形成された皿穴付き孔１００ａに押し込み且つ打ち込む機能を有する。

カートリッジ４は、複数の棚板５を備える。複数の棚板５は異なる高さに配置される。ファスナー２５は、頭部２１が下になるように棚板９に立てられる。複数の棚板５は、ファスナー２５が立てられた状態でＺ軸に平行な回転軸Ｓまわりに回転可能である。

ファスナー搬送装置６は、本体部６１と、昇降部６１と、把持部６３とを備える。本体部６１は、台座３に対してＺ軸に垂直な面内で移動する。昇降部６１は、本体部６１に支持され、本体部６１に対してＺ軸に平行に昇降する。把持部６３は、昇降部６１に支持され、昇降部６１に対して回転する。把持部６３の回転軸は、Ｚ軸に垂直である。

挿入打鋲ヘッド９は、ヘッド基部９１と、衝撃力付与装置９２と、挿入力調製ユニット９３と、自動調芯ユニット９４と、チャック９５とを備える。送り装置７は、ヘッド基部９１を支持し、ヘッド基部９１をＺ軸に平行に動かす。衝撃力付与装置９２は、スナップ駆動部９２１と、スナップ９２２とを備える。スナップ駆動部９２１は、ヘッド基部９１に取り付けられている。スナップ駆動部９２１は、スナップ９２２が直線Ｌ上を往復するように駆動する。直線ＬはＺ軸に平行である。衝撃力付与装置９２は、例えば、空気を用いてスナップ９２２を駆動するエアーハンマー、又は、電磁的にスナップ９２２を駆動する電磁式ハンマーである。挿入力調製ユニット９３は、移動体９３１と、ガイド９３２と、ばね９３３とを備える。移動体９３１は、Ｚ軸に平行に移動可能なようにヘッド基部９１に支持される。ガイド９３２は、移動体９３１をヘッド基部９１に対してＺ軸に平行に案内する。ばね９３３は、Ｚ軸に平行に移動体９３１を付勢する。より具体的には、ばね９３３は移動体９３１をワーク１００に向かって付勢する。チャック９５は、自動調芯ユニット９４を介して移動体９３１に取り付けられる。自動調芯ユニット９４は、移動体９３１とチャック９５との間において並列配置された複数の弾性体９４１を備える。複数の弾性体９４１は、チャック９５がＺ軸に垂直な面内で移動可能なように、且つ、チャック９５がＺ軸に垂直な揺動軸まわりに揺動可能なように、移動体９３１とチャック９５とを接続する。例えば、複数の弾性体９４１は、チャック９５がＸ軸に平行及びＹ軸に平行にそれぞれ移動可能なように、且つ、チャック９５がＸ軸に平行な揺動軸及びＹ軸に平行な揺動軸まわりにそれぞれ揺動可能なように、移動体９３１とチャック９５とを接続する。チャック９５は、ファスナー２５が直線Ｌ上に配置されるようにファスナー２５を保持する。チャック９５は、ファスナー２５の軸部（例えば円筒部２２）を挟持する挟持部９５１を備える。

図９は、棚板５の平面図である。棚板５は円形に形成されている。回転軸Ｓは棚板５の中心を通っている。棚板５には、棚板５の周縁部から中心に向かって延びるように複数の切り欠き５ａが形成される。複数の切り欠き５ａは、棚板５の中心のまわりに放射状に配置される。ファスナー２５は、切り欠き５ａの上に配置される。尚、棚板５が回転しない場合は、棚板５は円形でなくてもよい。

図１０を参照して、ファスナー打ち込み装置１の制御系を説明する。ファスナー打ち込み装置１の制御系は、ロードセル８、送り装置７、衝撃力付与装置９２、及びチャック９５に加えて、コントローラ８０と、送り量検出器８１と、挿入力調整動作量検出器８２とを備える。ロードセル８は、衝撃力付与装置９２のスナップ駆動部９２１に作用する反力を検出し、検出結果をコントローラ８０に出力する。送り量検出器８１は、送り装置７の送り量、すなわち、ヘッド基部９１のＺ軸に平行な変位を検出し、検出結果をコントローラ８０に出力する。挿入力調整動作量検出器８２は、挿入力調製ユニット９３の動作量、すなわち、移動体９３１のヘッド基部９１に対するＺ軸に平行な変位を検出し、検出結果をコントローラ８０に出力する。コントローラ８０は、送り装置７０、衝撃力付与装置９２、及びチャック９５を制御する。

以下、本実施形態に係るファスナー打ち込み方法を説明する。ファスナー打ち込み方法は、ファスナー２５を挿入打鋲ヘッド９に装填する工程と、ファスナー２５をワーク１００に形成された皿穴付き孔１００ａに押し込む工程と、ファスナー２５を打ち込む工程とを含む。

はじめに、ファスナー２５を挿入打鋲ヘッド９に装填する工程を説明する。

図１１は、ファスナー搬送装置６の挟持部６３が棚板５に立てられたファスナー２５を挟持した状態を示す。挟持部６３は、挟持部第１部分６３ａと、挟持部第２部分６３ｂとを備える。挟持部６３は、挟持部第１部分６３ａが端面２３ａに接触し、且つ、挟持部第２部分６３ｂが頭部上面２１ａに接触するように、ファスナー２５をファスナー２５の軸方向に挟持する。このとき、ファスナー２５が切り欠き５ａの上に配置されているため、挟持部６３が棚板５と干渉することが防がれる。棚板５が回転するため、挟持部６３は、異なる切り欠き５ａの上に配置されたファスナー２５を同じ位置で把持することができる。その後、ファスナー搬送装置６は、ファスナー２５を棚板５からチャック９５まで搬送する。ファスナー２５の搬送中、本体部６１が挿入打鋲ヘッド９の方へ移動し、昇降部６２がファスナー２５をチャック９５に引き渡すのに適した高さまで上昇又は下降し、挟持部６３が挟持部第１部分６３ａ及び挟持部第２部分６３ｂの上下が逆になるように回転する。挟持部６３が回転した結果、ファスナー２５の頭部２１が上になる。

図１２を参照して、チャック９５の挟持部９５１は挟持部６３が挟持しているファスナー２５の軸部を挟持する。ここで、挟持部６３がファスナー２５を軸方向に挟持しているため、挟持部９５１は、ファスナー２５の軸部の任意の位置を挟持することができる。したがって、挟持部９５１は、円筒部２２の頭部２１に近い部分（スリーブ４０から露出している部分）を挟持することができる。挟持部９５１は、頭部２１が上になった状態、すなわち、ねじ部２３がワーク１００の方を向いた状態、且つ、ファスナー２１が直線Ｌ上に配置された状態でファスナー２５を保持する。挟持部９５１がファスナー２５を挟持した後、挟持部６３がファスナー２５を離す。

尚、ファスナー２５を棚板５に立てること、ファスナー搬送装置６の挟持部６３がファスナー２５を軸方向に挟持すること、及び、挿入打鋲ヘッド９の挟持部９５１が円筒部２２の頭部２１に近い部分（スリーブ４０から露出している部分）を挟持することは、頭部側面２１ｂ及びスリーブ４０にシール材が塗布されている場合に特に有効である。

次に、ファスナー２５をワーク１００に形成された皿穴付き孔１００ａに押し込む工程を説明する。本工程においては、静荷重によりファスナー２５を皿穴付き孔１００ａに挿入する。

図１３を参照して、送り装置７は、ヘッド基部９１をＺ軸に平行に動かす。これにより、挿入打鋲ヘッド９の全体がワーク１００に接近する。

図１４を参照して、ファスナー２５と皿穴付き孔１００ａとの間に芯ずれがある場合、自動調芯ユニット９４の複数の弾性体９４１がその芯ずれを調整する。したがって、ワーク１００をファスナー打ち込み装置１にセットするときの位置合わせが多少粗い場合であっても、ファスナー２５が正しい姿勢で皿穴付き孔１００ａに挿入される。

図１５を参照して、送り装置７がヘッド基部９１をＺ軸に平行に動かし続けることで、ファスナー２５が皿穴付き孔１００ａに押し込まれる。このとき、ばね９３３がファスナー２５を皿穴付き孔１００ａに押し込む力を調整する。したがって、ファスナー２５及びワーク１００に過大な力が作用することが防止される。

送り装置７がヘッド基部９１をＺ軸に平行に動かし続けるため、ファスナー２５の皿部４１がワーク１００の皿穴壁面１００ｄに突き当たってファスナー２５、チャック９５、自動調芯ユニット９４、及び移動体９３１が停止した後は、送り量検出器８１が検出するヘッド基部９１の変位の時間変化率と挿入力調整動作量検出器９２が検出する移動体９３１のヘッド基部９１に対する変位の時間変化率とが同じになる。コントローラ８０は、ヘッド基部９１の変位と移動体９３１のヘッド基部９１に対する変位とに基づいてファスナー２５の押し込みが完了したと判断し、チャック９５にファスナー２５を離させる。

次に、ファスナー２５を打ち込む工程を説明する。本工程においては、衝撃荷重を繰り返し付与してファスナー２５を打ち込む。

図１６を参照して、コントローラ８０は、チャック９５にファスナー２５を離させた後、送り装置７にヘッド基部９１をＺ軸に平行に移動させながら、衝撃力付与装置９２にファスナー２５に衝撃力を繰り返し付与させる。衝撃力付与装置９２のスナップ駆動部９２１は、直線Ｌ上を往復するようにスナップ９２２を駆動してファスナー２５に衝撃力を繰り返し付与する。ファスナー２５を皿穴付き孔１００ａに押し込む工程においてチャック９５がファスナー２５を直線Ｌ上に配置されるように保持していたため、ファスナー２５を押し込む工程からファスナー２５を打ち込む工程への移行がスムーズである。

尚、ファスナー２５を打ち込む工程においては、チャック９５がワーク１００の表面１００ｂに突き当たっているため、移動体９３１、自動調芯ユニット９４、及びチャック９５は停止しており、ヘッド基部９１及び衝撃力付与装置９２だけがワーク１００の方へ移動する。

図１７を参照して、ファスナー２５を打ち込む工程において、チャック９５の挟持部９５１はファスナー２５から離れており、スナップ９２２が頭部上面２１ａを繰り返し叩く。

コントローラ８０は、送り装置７にヘッド基部９１及びスナップ駆動部９２１をワーク１００に向かって所定の送り速度で移動させる。ヘッド基部９１及びスナップ駆動部９２１がワーク１００に向かって所定の送り速度で移動しながら、スナップ９２２がファスナー２５を繰り返し叩いて打ち込む。所定の送り速度は、ファスナー２５がスナップ９２２で叩かれて打ち込まれる速度より遅い速度である。所定の送り速度は予め設定される。これにより、ファスナー２５を打ち込む際の底付きが防止される。

図１８は、ファスナー２５の着座前後における衝撃力付与装置９２に作用する反力の変化を示すグラフである。ファスナー２５が着座すると、すなわち頭部２１が皿部４１を介して皿穴壁面１００ｄに突き当たると、反力が急激に大きくなる。コントローラ８０は、ロードセル８による反力の検出結果に基づいて、衝撃力付与装置９２にファスナー２５への衝撃力の付与を停止させ、送り装置７を停止させる。衝撃力付与装置９２に作用する反力の検出結果に基づいてファスナー２５への衝撃力の付与を停止するため、ファスナー２５の打ち込みが自動的に停止される。

以上、実施の形態を参照して本発明によるファスナー打ち込み装置及びファスナー打ち込み方法を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、ガイド９３２及びばね９３３が設けられなくてもよい。この場合、移動体９３１がヘッド基部９１に固定される。自動調芯ユニット９４が設けられなくてもよい、この場合、チャック９５が移動体９３１に固定される。ファスナー２５を押し込む機能と、ファスナー２５を打ち込む機能とを別々のヘッドに持たせてもよい。挿入力調整ユニット９３、自動調芯ユニット９４、チャック９５が挿入打鋲ヘッド９に設けられなくてもよい。この場合、本発明によるファスナー打ち込み装置は、ファスナー２５の打ち込み専用に用いられる。

１…ファスナー打ち込み装置
２…バキュームレール
３…台座
４…カートリッジ
５…棚板
５ａ…切り欠き
６…ファスナー搬送装置
６１…本体部
６２…昇降部
６３…挟持部
６３ａ…挟持部第１部分
６３ｂ…挟持部第２部分
７…送り装置
８…ロードセル
８０…コントローラ
８１…送り量検出器
８２…挿入力調整動作量検出器
９…挿入打鋲ヘッド
９１…ヘッド基部
９２…衝撃力付与装置
９２１…スナップ駆動部
９２２…スナップ
９３…挿入力調製ユニット
９３１…移動体
９３２…ガイド
９３３…ばね
９４…自動調芯ユニット
９４１…弾性体
９５…チャック
９５１…挟持部
１０…フレーム
２５…締結部品（ファスナー）
２０…皿ボルト
２１…頭部
２１ａ…頭部上面
２１ｂ…頭部側面（円錐面）
２２…円筒部
２３…ねじ部
２３ａ…端面
３０…ナット
４０…スリーブ
４１…皿部（円錐部）
４２…円筒部
５１、５２…複合材部品
１００…ワーク（被締結物）
１００ａ…皿穴付き孔
１００ｂ、１００ｃ…表面
１００ｄ…皿穴壁面
２００…エアーハンマー
３０４…ワーク
３０４ａ…リベット孔
３５１…アッパーヘッド部
３５２…油圧シリンダ
３５３…ドリルスピンドル
３５４…リベットかしめ治具
３５５…シェービングカッター
３５６・・・ドリル
Ｒ…リベット
Ｓ…回転軸
Ｌ…直線

Claims

ファスナーに衝撃力を繰り返し付与する衝撃力付与装置と、
前記衝撃力付与装置に作用する反力を検出するロードセルと
を具備し、
前記衝撃力付与装置は、前記反力の検出結果に基づいて前記ファスナーへの衝撃力の付与を停止する
ファスナー打ち込み装置。
請求項１に記載のファスナー打ち込み装置であって、
ヘッド基部と、
前記ヘッド基部を第１直線に平行に動かす送り装置と、
前記第１直線に平行に移動可能なように前記ヘッド基部に支持された移動体と、
前記第１直線に平行な方向に前記移動体を付勢するばねと、
前記ファスナーを保持するチャックと
を具備し、
前記チャックは前記移動体に支持される
ファスナー打ち込み装置。
請求項２に記載のファスナー打ち込み装置であって、
前記衝撃力付与装置は、
前記ヘッド基部に取り付けられたスナップ駆動部と、
前記スナップ駆動部に駆動されて前記第１直線上を往復するスナップと
を備え、
前記チャックは、前記ファスナーが前記第１直線上に配置されるように前記ファスナーを保持する
ファスナー打ち込み装置。
ファスナーに衝撃力を繰り返し付与する衝撃力付与装置と、
前記衝撃力付与装置に作用する反力を検出するロードセルと、
ヘッド基部と、
前記ヘッド基部を第１直線に平行に動かす送り装置と、
前記第１直線に平行に移動可能なように前記ヘッド基部に支持された移動体と、
前記第１直線に平行な方向に前記移動体を付勢するばねと、
前記移動体に支持され、前記ファスナーを保持するチャックと
を具備し、
前記衝撃力付与装置は、前記反力の検出結果に基づいて前記ファスナーへの衝撃力の付与を停止し、
前記チャックは、自動調芯ユニットを介して前記移動体に取り付けられ、
前記自動調芯ユニットは、前記移動体と前記チャックとの間において並列配置された複数の弾性体を備え、
前記複数の弾性体は、前記チャックが前記第１直線に垂直な面内で移動可能なように、且つ、前記チャックが前記第１直線に垂直な揺動軸まわりに揺動可能なように前記移動体と前記チャックとを接続する
ファスナー打ち込み装置。
ファスナーに衝撃力を繰り返し付与する衝撃力付与装置と、
前記衝撃力付与装置に作用する反力を検出するロードセルと、
ヘッド基部と、
前記ヘッド基部を第１直線に平行に動かす送り装置と、
前記第１直線に平行に移動可能なように前記ヘッド基部に支持された移動体と、
前記第１直線に平行な方向に前記移動体を付勢するばねと、
前記移動体に支持され、前記ファスナーを保持するチャックと
を具備し、
前記衝撃力付与装置は、前記反力の検出結果に基づいて前記ファスナーへの衝撃力の付与を停止し、
前記ファスナーの頭部が下になるように前記ファスナーが立てられる棚板と、
前記ファスナーを前記棚板から前記チャックまで搬送するファスナー搬送装置と
を更に具備し、
前記棚板に切り欠きが形成され、
前記ファスナー搬送装置は、前記ファスナーを前記ファスナーの軸方向に挟持する挟持部を備え、
前記挟持部は、前記ファスナーの前記軸方向の両端の一方及び他方にそれぞれ接触する第１部分及び第２部分を備え、
前記挟持部は、前記第１部分及び前記第２部分の上下が逆になるように回転可能に構成される
ファスナー打ち込み装置。
請求項５に記載のファスナー打ち込み装置であって、
前記棚板は円形に形成され、
前記切り欠きは前記棚板の周縁部から中心に向かって延びるように形成され、
前記棚板は前記中心を通る回転軸まわりに回転する
ファスナー打ち込み装置。
ファスナーに衝撃力を繰り返し付与する衝撃力付与装置と、
前記衝撃力付与装置に作用する反力を検出するロードセルと、
ヘッド基部と、
前記ヘッド基部を第１直線に平行に動かす送り装置と、
前記第１直線に平行に移動可能なように前記ヘッド基部に支持された移動体と、
前記第１直線に平行な方向に前記移動体を付勢するばねと、
前記移動体に支持され、前記ファスナーを保持するチャックと
を具備し、
前記衝撃力付与装置は、前記反力の検出結果に基づいて前記ファスナーへの衝撃力の付与を停止し、
前記ヘッド基部の前記第１直線に平行な第１変位を検出する第１検出器と、
前記移動体の前記ヘッド基部に対する前記第１直線に平行な第２変位を検出する第２検出器と
を更に具備し、
前記チャックは、前記第１変位及び前記第２変位に基づいて前記ファスナーを離す
ファスナー打ち込み装置。
衝撃力付与装置がファスナーに衝撃力を繰り返し付与するステップと、
前記衝撃力付与装置に作用する反力を検出するステップと、
前記反力の検出結果に基づいて、前記衝撃力付与装置による前記ファスナーへの衝撃力の付与を停止するステップと
を具備する
ファスナー打ち込み方法。
衝撃力付与装置がファスナーに衝撃力を繰り返し付与するステップと、
前記衝撃力付与装置に作用する反力を検出するステップと、
前記反力の検出結果に基づいて、前記衝撃力付与装置による前記ファスナーへの衝撃力の付与を停止するステップと
を具備し、
前記衝撃力付与装置は、
スナップと、
前記スナップを駆動するスナップ駆動部と
を備え、
前記ファスナーに衝撃力を繰り返し付与する前記ステップは、
送り装置が前記スナップ駆動部を前記ファスナーが打ち込まれるワークに向かって所定の速度で移動させるステップと、
前記スナップ駆動部が前記ワークに向かって前記所定の速度で移動しながら前記スナップが前記ファスナーを繰り返し叩くステップと
を含み、
前記所定の速度は、前記ファスナーが前記スナップで叩かれて打ち込まれる速度より遅い
ファスナー打ち込み方法。
衝撃力付与装置がファスナーに衝撃力を繰り返し付与するステップと、
前記衝撃力付与装置に作用する反力を検出するステップと、
前記反力の検出結果に基づいて、前記衝撃力付与装置による前記ファスナーへの衝撃力の付与を停止するステップと
を具備し、
挿入ヘッドが前記ファスナーをワークに形成された孔に押し込むステップと、
前記ファスナーを離すステップと
を更に具備し、
前記挿入ヘッドは、
ヘッド基部と、
第１直線に平行に移動可能なように前記ヘッド基部に支持された移動体と、
前記第１直線に平行な方向に前記移動体を付勢するばねと、
前記ファスナーを保持するチャックと
を備え、
前記チャックは前記移動体に支持され、
前記ファスナーを前記ワークに形成された前記孔に押し込む前記ステップは、
前記ヘッド基部を前記第１直線に平行に動かすステップと、
前記ばねが前記ファスナーを前記孔に押し込む力を調整するステップと
を含み、
前記ファスナーを離すステップにおいて、前記チャックが前記ファスナーを離す
ファスナー打ち込み方法。
請求項１０に記載のファスナー打ち込み方法であって、
前記衝撃力付与装置は、
前記ヘッド基部に取り付けられたスナップ駆動部と、
前記スナップ駆動部に駆動されるスナップと
を備え、
前記ファスナーを前記ワークに形成された前記孔に押し込む前記ステップにおいて、前記チャックは、前記ファスナーが前記第１直線上に配置されるように前記ファスナーを保持し、
前記ファスナーに衝撃力を繰り返し付与する前記ステップにおいて、前記スナップ駆動部は、前記第１直線上を往復するように前記スナップを駆動する
ファスナー打ち込み方法。
請求項１０又は１１に記載のファスナー打ち込み方法であって、
前記チャックは、自動調芯ユニットを介して前記移動体に取り付けられ、
前記自動調芯ユニットは、前記移動体と前記チャックとの間において並列配置された複数の弾性体を備え、
前記ファスナーを前記ワークに形成された前記孔に押し込む前記ステップは、前記複数の弾性体が前記ファスナーと前記孔との芯ずれを調整するステップを含む
ファスナー打ち込み方法。
請求項１０乃至１２のいずれかに記載のファスナー打ち込み方法であって、
切り欠きが形成された棚板に前記ファスナーの頭部が下になるように立てられた前記ファスナーをファスナー搬送装置の挟持部が前記ファスナーの軸方向に挟持するステップと、
前記頭部が上になるように前記挟持部が回転するステップと、
前記ファスナー搬送装置が移動するステップと、
前記チャックが前記ファスナーの軸部を挟持するステップと、
前記挟持部が前記ファスナーを離すステップと
を更に具備する
ファスナー打ち込み方法。
請求項１３に記載のファスナー打ち込み方法であって、
前記棚板は円形に形成され、
前記切り欠きは前記棚板の周縁部から中心に向かって延びるように形成され、
前記棚板が前記中心を通る回転軸まわりに回転するステップを更に具備する
ファスナー打ち込み方法。
請求項１０乃至１４のいずれかに記載のファスナー打ち込み方法であって、
前記ヘッド基部の前記第１直線に平行な第１変位を検出するステップと、
前記移動体の前記ヘッド基部に対する前記第１直線に平行な第２変位を検出するステップと、
前記第１変位及び前記第２変位に基づいて前記チャックが前記ファスナーを離すステップと
を更に具備する
ファスナー打ち込み方法。
請求項１乃至３のいずれかに記載のファスナー打ち込み装置であって、
前記衝撃力付与装置は、前記反力の検出結果に基づいて前記ファスナーが着座したか否かを検出し、前記ファスナーの前記着座が検出されると前記ファスナーへの衝撃力の付与を停止する
ファスナー打ち込み装置。