(57)【要約】【課題】締結装置が自己穿孔型リベットの打ち込みにおいてパンチへの強い押圧力によって見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性的な変形を生じても、所定の出代をもって自己穿孔型リベットを締結する。【解決手段】自己穿孔型リベット締結装置は、自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に打込むパンチ２２及びダイ２３と、パンチをダイに向けて移動可能に支持して被締結部材の表面に当接するノーズピース１８とを包含する。ノーズピース１８とパンチ２２との相対位置を計測する位置計測装置３９と、パンチ２２への押圧力を計測する装置４１とを有し、位置計測装置と押圧力計測装置とからのデータに基づいて、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ及びノーズピース相対位置の変化量について押圧力対相対位置変化量テーブルを形成して保存する装置（４２）と、自己穿孔型リベットの締結のとき、押圧力対相対位置変化量テーブルを参照してパンチへの押圧力を補正する装置（４２）とを有する。【選択図】          図５
2004306115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭部と該頭部から垂下した、頭部より小径の中空脚部とから成る自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に打込むパンチ及びダイと、前記パンチを前記ダイに向けて移動可能に支持するとともに前記被締結部材の表面に当接する先端を有するノーズピースとを包含し、前記ノーズピース内を前記パンチが前記ダイに向けて押圧されて前記自己穿孔型リベットを前記被締結部材に打込むと、前記脚部が被締結部材を穿通しつつ脚部先端が半径方向外方に拡がるように変形させられ且つ該脚部先端は前記ダイに隣接する被締結部材を貫通しないでその中に留まるように打込まれ、前記変形拡開脚部と前記頭部とによって前記複数の被締結部材を相互に連結する、自己穿孔型リベット締結装置であって、
前記ノーズピースと前記パンチとの相対位置を計測する位置計測装置と、前記パンチへの押圧力を計測する装置とを有し、更に、前記位置計測装置と前記押圧力計測装置とからのデータに基づいて、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ及びノーズピース相対位置の変化量について押圧力対相対位置変化量テーブルを形成して保存する装置と、前記自己穿孔型リベットの締結のとき、前記押圧力対相対位置変化量テーブルを参照して前記パンチへの押圧力を補正する装置とを有することを特徴とする自己穿孔型リベット締結装置。
【請求項２】
頭部と該頭部から垂下した、頭部より小径の中空脚部とから成る自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に打込むパンチ及びダイと、前記パンチを前記ダイに向けて移動可能に支持するとともに前記被締結部材の表面に当接する先端を有するノーズピースとを包含し、前記ノーズピース内を前記パンチが前記ダイに向けて押圧されて前記自己穿孔型リベットを前記被締結部材に打込むと、前記脚部が被締結部材を穿通しつつ脚部先端が半径方向外方に拡がるように変形させられ且つ該脚部先端は前記ダイに隣接する被締結部材を貫通しないでその中に留まるように打込まれ、前記変形拡開脚部と前記頭部とによって前記複数の被締結部材を相互に連結する、自己穿孔型リベット締結装置であって、
前記被締結部材の表面に先端が当接した前記ノーズピースと前記リベットの頭部に先端が当接した前記パンチとの相対位置を計測して被締結部材に打込まれたリベット頭部表面の該被締結部材表面に対する高さ（出代）を計測することができる位置計測装置と、前記パンチへの押圧力を計測する押圧力計測装置と、前記位置計測装置及び前記押圧力計測装置の出力に接続され、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ先端とノーズピース先端との相対位置の変化量に基づいて押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成する装置とを備え、前記テーブル作成装置は、自己穿孔型リベットの締結に先だって前記パンチと前記ダイとの間に配置された前記パンチの最大押圧力に耐える剛性の基準プレートに、前記ノーズピース先端を当接させ且つ前記パンチに締結開始時の押圧力を与えて該パンチ先端を基準プレートに当接させた状態にあるとき、前記位置計測装置及び前記押圧力計測装置からのデータに基づいて前記位置計測装置の締結開始基準位置を設定し、且つ、前記パンチの押圧力が増大して前記基準プレートを押圧する前記パンチと該基準プレートに当接する前記ノーズピースとの相対的位置が変化することによって得られる、パンチの押圧力対パンチ先端及びノーズピース先端の相対位置の変化量から前記押圧力対相対位置変化量テーブルを作成して保存する構成であり、更に、自己穿孔型リベットの締結のとき、前記押圧力対相対位置変化量テーブルを参照して前記パンチへの押圧力を補正する装置を有し、これにより、前記自己穿孔型リベットの頭部の前記出代が所定の値に維持されることを特徴とする自己穿孔型リベット締結装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置において、Ｃ型フレームを包含し、前記ノーズピースは、前記Ｃ型フレームの一端の側に取付けられて前記パンチを該Ｃ型フレームの他端に向けて移動可能に支持しており、前記ダイは、前記Ｃ型フレームの他端に自己穿孔型リベットを受けるように前記パンチに対向して取付けられ、前記Ｃ型フレームは、前記パンチへの押圧力が強いとき一端に支持した前記ノーズピースと他端に支持した前記ダイとの相対距離が僅かに増大するが前記押圧力が無くなると復帰することを特徴とする自己穿孔型リベット締結装置。
【請求項４】
頭部と該頭部から垂下した、頭部より小径の中空脚部とから成る自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に打込むパンチ及びダイと、前記パンチを前記ダイに向けて移動可能に支持するとともに前記被締結部材の表面に当接する先端を有するノーズピースとを包含し、前記ノーズピース内を前記パンチが前記ダイに向けて押圧されて前記自己穿孔型リベットを前記被締結部材に打込むと、前記脚部が被締結部材を穿通しつつ脚部先端が半径方向外方に拡がるように変形させられ且つ該脚部先端は前記ダイに隣接する被締結部材を貫通しないでその中に留まるように打込まれ、前記変形拡開脚部と前記頭部とによって前記複数の被締結部材を相互に連結するように構成され、更に、前記被締結部材の表面に先端が当接した前記ノーズピースと前記リベットの頭部に先端が当接した前記パンチとの相対位置を計測して被締結部材に打込まれたリベット頭部表面の該被締結部材表面に対する高さ（出代）を計測することができる位置計測装置と、前記パンチへの押圧力を計測する押圧力計測装置とを包含する自己穿孔型リベット締結装置を用いて、自己穿孔型リベットを締結する方法において、
自己穿孔型リベットの締結に先だって、前記パンチと前記ダイの間に、前記パンチの最大押圧力に耐える剛性の基準プレートを配置し、
前記基準プレートに前記ノーズピース先端及び前記ダイを当接させ且つ前記パンチに締結開始時の押圧力を与えて該パンチ先端を基準プレートに当接させ、
前記位置計測装置からのノーズピースとパンチの相対位置データ及び前記押圧力計測装置からのパンチへの押圧力データとから前記位置計測装置の締結開始基準位置を設定し、
前記パンチへの押圧力を増大し、
前記位置計測装置からの前記相対位置データ及び前記押圧力計測装置からの前記押圧力データとから、前記パンチへの押圧力の増大に対して変化する、パンチ先端及びノーズピース先端の相対位置の変化量データを得て、押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成して保存し、
自己穿孔型リベットの締結のとき、前記押圧力対相対位置変化量テーブルを参照して前記パンチへの押圧力を補正して、これにより、前記自己穿孔型リベットの頭部の前記出代が所定の値に維持される
ことを特徴とする自己穿孔型リベットの締結方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、頭部と頭部から垂下する小径の中空脚部とを有する自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に締結する装置及び方法に関し、特に、自動車のアルミニウムボデーの組立作業で２枚若しくは３枚以上のパネル（又はパネルと部品）である被締結部材を自己穿孔型リベットを使用して相互に締結するのに適した装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自己穿孔型リベット締結装置の１例が、実開平６−００９８３０号公報（特許文献１）に記載され、図１６には自己穿孔型リベットの１例が示されている。現在使用されている代表的な自己穿孔型リベットと締結装置のパンチ及びダイ部分について図１及び図２を参照して説明する。図１において、自己穿孔型リベット１は、頭部２と頭部２から垂下する小径の中空脚部３（代表的には円筒形状）とを有する。図２に示すように、締結装置のノーズピース４に移動可能に支持されたパンチ５と、対向するダイ６とによって、自己穿孔型リベット１は、２枚のパネル等の複数の被締結部材７、９に打ち込まれる。脚部３は被締結部材７、９を穿通しつつ脚部の先端が拡がるように変形させられ、変形拡開脚部１０と頭部２とによって両被締結部材７、９が相互に連結される。軽量化が進められている自動車のボデーにはアルミニウムボデーが採用されつつあり、溶接に不向きなアルミニウムボデーパネルの連結には自己穿孔型リベットが適しており、自己穿孔型リベットの需要は増大している。特に、自己穿孔型リベット１は、パンチ５の側の被締結部材７を穿通するが、ダイ６に隣接する受側の被締結部材９を貫通せずにその中に留まるように打込まれる。これによって、受側の被締結部材９の表面にはリベット穿通穴が形成されず、外観を損なうことがなく、また、受側の被締結部材９に孔がないので密封性が損なわれないという利点もある。
【０００３】
自己穿孔型リベット１の打ち込みにおいて、被締結部材の締結強度を安定して確保するには、図２の高さＨ（すなわち、被締結部材７、９に打込まれたリベット１の頭部２の表面が被締結部材７の表面に対して出る高さＨであり、これを本願において「出代（デシロ）」と定義する）を常に一定（例えば、０．３ｍｍ）に維持する必要がある。出代Ｈが変化すると、リベット脚部の拡開変形した先端１０がダイ側の被締結部材へ穿通する量が変化し、締結後の複数の被締結部材の引張りせん断強度（水平方向の連結強度）や剥離強度（垂直方向の連結強度）が変化して締結の強度が安定しない。また、出代Ｈが大きすぎると被締結部材表面の出っ張りとなって好ましくないし、出代Ｈがマイナスの値になった状態では被締結部材表面の凹みになって好ましくない。そこで、出代Ｈを一定に維持するため、図２に図示のように、リベット打ち込み時に、リベット頭部に接するパンチ５の先端と被締結部材７の上面に接するノーズピース４の先端の相対位置を測定装置１１によって監視して、その相対位置が所定の指示値に達すると、出代Ｈが所定の値に達したとして打ち込みを終了するやり方が行われている。
【０００４】
【特許文献１】
実開平６−００９８３０号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９２２９３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示すように、パンチ５の先端とノーズピース４の先端の相対位置を監視して、その相対位置が所定の指示値に達すると打ち込みを終了するやり方は、簡単である。しかし、自己穿孔型リベットの打ち込みには１０ｋＮを越える押圧力を必要とするため、打ち込み時のパンチへの押圧力が増大するにつれてノーズピースに対する相対位置が徐々に変化して、見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性変形を生じたようになる。一般的に、自己穿孔型リベット締結装置には剛性の高いＣ型フレームが用いられる。Ｃ型フレームの一端にノーズピースが取付けられ、そのノーズピースにパンチがＣ型フレームの他端に向けて移動可能に支持され、Ｃ型フレームの他端にダイがパンチに対向して取付けられる。Ｃ型フレームは、一端のノーズピース側から１０ｋＮ、２０ｋＮｋ、３０ｋＮ等の強いパンチへの押圧力が他端のダイに加えられるので、ダイを支持した他端が強く押圧されて僅かであるが弾性的に変形する。剛性のＣ型フレームは、パンチへの強い押圧力によって、塑性変形しないが、ノーズピースのある一端とダイのある他端とを離すように弾性的に変形し、パンチへの押圧力が無くなると復帰する。この弾性的な変形によってダイが押圧されて相対的にノーズピースがダイから離れるので、ノーズピース先端とパンチ先端との相対間隔も増大する。それ故、ノーズピース先端とパンチ先端の相対位置を示す測定装置１１が所定の指示値に達しても、実際の出代Ｈは設定値に達していない状態にあり、そのため、測定装置１１が所定の指示値に達したときに打込みを終了しても適正な出代での打込みにはならない。出代Ｈの許容範囲は、通常、数μｍ〜１００μｍの範囲に定められるので、適正な打込みのために、測定装置１１の設定値をその範囲に納めるように何度か繰り返して微調整する必要があり、面倒な作業を伴っていた。このような弾性的な変形は、Ｃ型フレームだけでなく、ノーズピースとパンチとの間の他の機械的連結系統においても生じ得る。そして、自己穿孔型リベットのサイズを変更するためにパンチ５の直径を変えると、上記の弾性変形の量が異なるため、異なる直径のパンチ毎に、測定装置１１の設定値の微調整をやり直す必要があり、その作業は厄介であり、時間もかかっている。
【０００６】
特許文献１（実開平６−００９８３０号公報）には、被締結部材の硬度が変化したり、締結装置の油圧シリンダのオイルの温度が変化したりしても、自己穿孔型リベットの脚部の打込深さを一定に維持しようとする締結装置が開示されている。しかし、特許文献１には、自己穿孔型リベットの打ち込みにおいてパンチへの強い押圧力によって見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性変形を生じたようになり、出代が設定値に達していない状態で締結が終了する不具合については何も示されず、解決策も何も示されていない。特許文献２（特開２００２−１９２２９３号公報）には、自己穿孔型リベットを被締結部材へ打込むとき、被締結部材へダイ（受けポンチ）が当たるのをソフトにするため、Ｃ型フレームと取付基部との間にバランシングシリンダを設けた締結装置が開示されている。特許文献２でも、自己穿孔型リベットの打ち込みにおいてパンチへの強い押圧力によって見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性変形を生じたようになり、出代が設定値に達していない状態で締結が終了する不具合については何も示されず、その解決策も何も示されていない。
【０００７】
従って、本発明の目的は、自己穿孔型リベット締結装置が自己穿孔型リベットの打ち込みにおいてパンチへの強い押圧力によって見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性的な変形を生じても、所定の出代をもって自己穿孔型リベットを締結できる締結装置及び方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明は、頭部と頭部から垂下した、頭部より小径の中空脚部とから成る自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に打込むパンチ及びダイと、パンチをダイに向けて移動可能に支持するとともに被締結部材の表面に当接する先端を有するノーズピースとを包含し、ノーズピース内をパンチがダイに向けて押圧されて自己穿孔型リベットを被締結部材に打込むと、脚部が被締結部材を穿通しつつ脚部先端が半径方向外方に拡がるように変形させられ且つ脚部先端はダイに隣接する被締結部材を貫通しないでその中に留まるように打込まれ、変形拡開脚部と頭部とによって複数の被締結部材を相互に連結する、自己穿孔型リベット締結装置を提供する。この自己穿孔型リベット締結装置は、ノーズピースとパンチとの相対位置を計測する位置計測装置と、パンチへの押圧力を計測する装置とを有し、更に、位置計測装置と押圧力計測装置とからのデータに基づいて、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ及びノーズピース相対位置の変化量について押圧力対相対位置変化量テーブルを形成して保存する装置と、自己穿孔型リベットの締結のとき、押圧力対相対位置変化量テーブルを参照してパンチへの押圧力を補正する装置とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、頭部と頭部から垂下した、頭部より小径の中空脚部とから成る自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に打込むパンチ及びダイと、パンチをダイに向けて移動可能に支持するとともに被締結部材の表面に当接する先端を有するノーズピースとを包含し、ノーズピース内をパンチがダイに向けて押圧されて自己穿孔型リベットを被締結部材に打込むと、脚部が被締結部材を穿通しつつ脚部先端が半径方向外方に拡がるように変形させられ且つ脚部先端はダイに隣接する被締結部材を貫通しないでその中に留まるように打込まれ、変形拡開脚部と頭部とによって複数の被締結部材を相互に連結する、自己穿孔型リベット締結装置を提供し、この締結装置は、被締結部材の表面に先端が当接したノーズピースとリベットの頭部に先端が当接したパンチとの相対位置を計測して出代（被締結部材に打込まれたリベット頭部表面の被締結部材表面に対する高さ）を計測することができる位置計測装置と、パンチへの押圧力を計測する押圧力計測装置と、位置計測装置及び押圧力計測装置の出力に接続され、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ先端とノーズピース先端との相対位置の変化量に基づいて押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成する装置とを備え、テーブル作成装置は、自己穿孔型リベットの締結に先だってパンチとダイとの間に配置されたパンチの最大押圧力に耐える剛性の基準プレートに、ノーズピース先端を当接させ且つパンチに締結開始時の押圧力を与えてパンチ先端を基準プレートに当接させた状態にあるとき、位置計測装置及び押圧力計測装置からのデータに基づいて位置計測装置の締結開始基準位置を設定し、且つ、パンチの押圧力が増大して基準プレートを押圧するパンチと基準プレートに当接するノーズピースとの相対的位置が変化することによって得られる、パンチの押圧力対パンチ先端及びノーズピース先端の相対位置の変化量から押圧力対相対位置変化量テーブルを作成して保存する構成であり、更に、自己穿孔型リベットの締結のとき、押圧力対相対位置変化量テーブルを参照してパンチへの押圧力を補正する装置を有し、これにより、自己穿孔型リベットの頭部の出代が所定の値に維持されることを特徴とする。
【００１０】
上記の自己穿孔型リベット締結装置において、Ｃ型フレームを包含し、ノーズピースは、Ｃ型フレームの一端の側に取付けられてパンチをＣ型フレームの他端に向けて移動可能に支持しており、ダイは、Ｃ型フレームの他端に自己穿孔型リベットを受けるようにパンチに対向して取付けられ、Ｃ型フレームは、パンチへの押圧力が強いとき一端に支持したノーズピースと他端に支持したダイとの相対距離が僅かに増大するが押圧力が無くなると復帰する剛性を有するものにすることができる。
【００１１】
更に、本発明は、頭部と頭部から垂下した、頭部より小径の中空脚部とから成る自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に打込むパンチ及びダイと、パンチをダイに向けて移動可能に支持するとともに被締結部材の表面に当接する先端を有するノーズピースとを包含し、ノーズピース内をパンチがダイに向けて押圧されて自己穿孔型リベットを被締結部材に打込むと、脚部が被締結部材を穿通しつつ脚部先端が半径方向外方に拡がるように変形させられ且つ脚部先端はダイに隣接する被締結部材を貫通しないでその中に留まるように打込まれ、変形拡開脚部と頭部とによって複数の被締結部材を相互に連結するように構成され、更に、被締結部材の表面に先端が当接したノーズピースとリベットの頭部に先端が当接したパンチとの相対位置を計測して被締結部材に打込まれたリベット頭部表面の被締結部材表面に対する高さ（出代）を計測することができる位置計測装置と、パンチへの押圧力を計測する押圧力計測装置とを包含する自己穿孔型リベット締結装置を用いて、自己穿孔型リベットを締結する方法を提供し、この締結方法は、自己穿孔型リベットの締結に先だって、パンチとダイの間に、パンチの最大押圧力に耐える剛性の基準プレートを配置し、基準プレートにノーズピース先端及びダイを当接させ且つパンチに締結開始時の押圧力を与えてパンチ先端を基準プレートに当接させ、位置計測装置からのノーズピースとパンチの相対位置データ及び押圧力計測装置からのパンチへの押圧力データとから位置計測装置の締結開始基準位置を設定し、パンチへの押圧力を増大し、位置計測装置からの相対位置データ及び押圧力計測装置からの押圧力データとから、パンチへの押圧力の増大に対して変化する、パンチ先端及びノーズピース先端の相対位置の変化量データを得て、押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成して保存し、自己穿孔型リベットの締結のとき、押圧力対相対位置変化量テーブルを参照してパンチへの押圧力を補正して、これにより、自己穿孔型リベットの頭部の出代が所定の値に維持されることを特徴とする。
【００１２】
上記のように、パンチへの押圧力の増大に対して変化するパンチ先端及びノーズピース先端の相対位置の変化量データを基にして、押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成し、自己穿孔型リベットの締結のとき押圧力対相対位置変化量テーブルを参照してパンチへの押圧力を補正するので、自己穿孔型リベットの頭部の出代（被締結部材に打込まれたリベット頭部表面の被締結部材表面に対する高さ）が所定の値に維持される。従って、自己穿孔型リベット締結装置が自己穿孔型リベットの打ち込みにおいてパンチへ強い押圧力が加えられて見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性的な変形を生じても、打込み後の自己穿孔型リベットの出代を所定の値に維持でき、被締結部材は高い締結強度で連結され、出代の値を設定値に維持できるので高い締結品質を維持できる。また、出代の微調整及びその繰返しも不要になり、作業工数も減少する。出代の調整において、作業者が行う作業は基準プレートをパンチとダイの間に配置するだけであり、簡単であるだけでなく、例えば、締結装置の部品交換後の再調整（アジャスト）作業も、同様に、基準プレートの配置だけでよく、従来のアジャスト作業の面倒さを大きく軽減し、そのアジャスト作業のために使用していた専用部品も不要になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。図３は本発明の１実施例に係る自己穿孔型リベット締結装置１３の全体の概略を示している。図３において、自己穿孔型リベット締結装置１３は、剛性のＣ型フレーム１４を有し、Ｃ型フレーム１４の一端（図２の上端）には、スピンドル部１５の円筒のハウジング１７が固着されている。スピンドル部１５は、その先端側の内側に細長い円筒のノーズピース１８を軸方向にスライド可能に保持し、ノーズピース１８の先端部分をＣ型フレーム１４の他端（下端）に向けてＣ型フレーム１４の一端（上端）から延び出た状態に支持している。ノーズピース１８の先端には、給送チューブ１９から送られる自己穿孔型リベットを一定の姿勢で受けるレシーバ２１が固着され、レシーバ２１からは自己穿孔型リベットが脚部を先頭にした状態でノーズピース１８の先端に送られる。ノーズピース１８は中空に形成され、その内側には、棒状のパンチ（図４に符号２２で示す）が軸方向にスライド可能に収容される。パンチ２２は、ノーズピース１８の先端に収容された自己穿孔型リベットをＣ型フレーム１４の他端（下端）に向けて押圧するように作用する。Ｃ型フレーム１４の他端（下端）のパンチ２２に対向する位置にはダイ２３が固着される。パンチ２２とダイ２３とによって、図１に図示のように、自己穿孔型リベット１の脚部３を被締結部材７、９に穿通して締結する。
【００１４】
パンチ２２へ押圧力を加え、ノーズピース１８及びパンチ２２を軸方向に移動させるのはスピンドル部１５である。スピンドル部１５について、図３及び図４を参照して説明する。スピンドル部１５は、ノーズピース１８（及びその内側のパンチ２２）をスライド可能に支持する円筒のハウジング１７を有し、ハウジング１７の軸心部分には、パンチ２２を直接押圧するとともにノーズピース１８を連携して下降させる主軸２５を有する。主軸２５を駆動するため、スピンドル部１５は、サーボモータ２６と、サーボモータ２６の回転角度及び回転数を出力する光学エンコーダ（又はシャフトエンコーダ）２７と、サーボモータ２６の回転を減速してトルクを増大すると共にスピンドル部１５の直線長さを短くするように折返す減速歯車機構２９と、回転運動を直線運動に変換して主軸２５を軸方向に移動させる変換機構３０とを包含する。サーボモータ２６から減速歯車機構２９を介して変換機構３０に送られた回転運動は、変換機構３０によって主軸２５を下降させたり、上昇させたりする運動に変換される。主軸２５の先端（下端）はパンチ２２の上端に直接当接して、主軸２５が下降するときパンチ２２が押圧されて下降させられる。また、主軸２５はその外周面を包囲する第１コイルばね３１を介してノーズピース１８に連結され、主軸２５が下降するときノーズピース１８が弾性的に押圧されて下降させられる。更に、パンチ２２の外周面には第１コイルばね３１より弱い第２コイルばね３２が設けられている。主軸２５が下降すると、第１コイルばね３１によって、パンチ２２とノーズピース１８が一緒に下降し、ノーズピース１８の先端が被締結部材に当接するとノーズピース１８の下降はそこで停止する（図４の１点鎖線の位置）。しかし、パンチ２２は、主軸２５に直接当接しているので、主軸２５の下降によって更に下降して、ノーズピース１８の先端から延び出て自己穿孔型リベットを被締結部材に押圧して脚部を被締結部材に穿通させ、複数の被締結部材の締結作業を行う。
【００１５】
打込んだ自己穿孔型リベットの頭部が被締結部材の表面から出る高さすなわち出代が一定値に達したのを検出すると、被締結部材の締結を終えたとして、サーボモータ２６が逆転して、主軸２５が上昇し、パンチ２２が第２コイルばね３２のばね力によってノーズピース１８の中を上昇する。更に、主軸２５が上昇すると、ノーズピース１８も被締結部材から離れるようにパンチ２２とともに第１コイルばね３１のばね力によって上昇して、図４の実線の位置に復帰する。なお、サーボモータ２６の部分には、多関節型ロボットアーム等へのコネクタ３３が設けられ、コネクタ３３によって、スピンドル部１５及びＣ型フレーム１４を含む自己穿孔型リベット締結装置１３がロボットアーム等に機械的に及び電気的に連結される。
【００１６】
上記のように、主軸２５は、パンチ２２を直接押圧するが、ノーズピース１８は第１コイルばね３１を介して間接的に押圧し、パンチ２２はノーズピース１８に対して軸方向に移動可能に支持されている。パンチ２２の移動長さは、パンチを直接押圧する主軸２５の移動長さに等しいので、サーボモータ２６に連結された光学エンコーダ２７からの回転数及び回転角度データから得ることができる。ノーズピース１８は、先端が被締結部材に当接するまではパンチ２２と同じ移動長さであるが、当接以降は殆ど移動しないものの、段落番号０００５に記述したように弾性変形によって移動して、数ｍｍの範囲で移動することがある。この移動長さが出代の長さを左右する。そこで、この移動長さを検出するため、ノーズピース１８には、多数の格子が一定の細かい間隔（例えば、数μｍの間隔）で形成された透明フィルムで成る計測定規３４が固定され、ハウジング１７には、計測定規３４の格子を光学的に検出してパルスを出力する発光素子及び受光素子から成る光学センサ３５が固定される。図４の実線で示すように、締結作業を行わないときのホーム位置では、計測定規３４と光学センサ３５とは離れた位置にある。締結作業時において、ノーズピース１８はその先端が被締結部材に当接するまではパンチ２２と一緒に移動するので、計測定規３４は、矢印３７で示すようにノーズピース１８と一緒に移動し、ノーズピース１８の先端が被締結部材に近づいて図４の１点鎖線の位置に移動すると、計測定規３４が光学センサ３５によってその格子が検出できるように有機的に関連する。このように、計測定規３４を、ホーム位置では光学センサ３５から離し、作業時のみ光学センサと関連付けるようにしたことによって、図示のように、計測定規３４を短くできるだけでなく、ノーズピース１８の移動長さの計測の範囲及び計測の時間も短縮できる。
【００１７】
パンチ２２による自己穿孔型リベットへの押圧力がスピンドル部１５において計測される。その計測のため、図示の実施例では、スピンドル部１５の減速歯車機構２９と回転運動−直線運動変換機構３０との間に環状のロードセル３８が設けられている。ロードセル３８は、パンチ２２の自己穿孔型リベットの押圧力によって得られた計測値信号を出力する。更に詳しくは、主軸２５でパンチ２２を押圧すると、パンチ先端がノーズピース１８の先端にある自己穿孔型リベットを押圧する。この押圧力は、自己穿孔型リベットが被締結部材に穿通するときの反力となってパンチ２２に加わり、更に、主軸２５及び変換機構３０を介してロードセル３８を押圧する力となる。パンチ２２への反力によって押圧されたロードセル３８からはパンチ２２の押圧力に相当する計測値信号が出力される。
【００１８】
段落番号０００５に記述したように、ノーズピース１８とパンチ２２との間には、自己穿孔型リベットの打込みのときのパンチへの高い押圧力によって剛性のＣ型フレーム１４であっても弾性的な変形を生じる。Ｃ型フレーム１４は、パンチ２２への押圧力が強いとき一端に支持したノーズピース１８と他端に支持したダイ２３との相対距離が僅かに増大するように変形する。この変形は、塑性変形ではなく、パンチ２２への押圧力が無くなると元の状態に復帰する弾性変形である。この弾性変形は、Ｃ型フレーム１４だけでなく、ノーズピースとパンチとの間の他の機械的連結系統においても生じ得る。特に、自己穿孔型リベットのサイズを変更するために異なる直径のパンチに交換したときその弾性変形の量が大きくなる。この弾性変形の量は、異なる直径のパンチ毎に異なるため、出代の設定値の微調整をそのパンチ毎にやり直す必要があり、その作業は厄介であり、時間もかかっていた。
【００１９】
本発明によって、自己穿孔型リベット締結装置が自己穿孔型リベットの打ち込みにおいてパンチへの強い押圧力によって見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性的な変形を生じても、所定の出代をもって自己穿孔型リベットを締結できる締結装置及び方法を提供する。なお、出代とは、被締結部材に打込まれたリベットの頭部表面が被締結部材の表面に対して出る高さであり、図１のＨを指す。この出代は、例えば０．３ｍｍ程度であり、その許容範囲は、通常、数μｍ〜１００μｍの範囲に定められる。また、出代がマイナスの値にあるとき、被締結部材の表面のくぼみとなり、自動車のボデーパネル表面としては好ましくない。自己穿孔型リベットの打込みにおいて、打込んだ自己穿孔型リベットの頭部が被締結部材の表面から出る高さが、設定した出代値に達したことを検出すると、被締結部材の締結の完了と判断し、その打込み作業を終えて、次の位置での打込み作業に移る。
【００２０】
一般的に、自己穿孔型リベット締結装置では、パンチ等の部品交換を行ったとき、測定装置の基準点（代表的には０点）を再設定するため、基準点（０点）調整操作（アジャスト作業と呼ばれる）を実施している。従来のアジャスト作業においては、パンチを交換したとき、１５ｋＮ以下の押圧力をそのパンチに加えて基準点を再設定していた。しかし、上記の弾性的な変形を考慮していないので、押圧力を増大にするにつれて基準点がずれてしまっていた。基準点のずれに気付いた場合、その再設定は何度も繰り返して行って、長い時間をかけて繊細な調整を行っていた。
【００２１】
図５に示すように、本発明において、基準点の設定と出代の計測を正確に且つ短時間に自動的に行う設定及び計測システム４０が導入される。図５において、設定及び計測システム４０は、被締結部材の表面に先端が当接したノーズピース１８と自己穿孔型リベットの頭部に先端が当接したパンチ２２の先端との相対位置を計測して被締結部材に打込まれたリベット頭部表面の該被締結部材表面に対する高さ（出代）を計測する位置計測装置３９と、パンチ２２への押圧力を計測する押圧力計測装置４１とを備え、更に、位置計測装置３９及び押圧力計測装置４１の出力に接続され、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ先端とノーズピース先端との相対位置の変化量に基づいて押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成する装置を包含する処理装置４２を備えている。位置計測装置３９は、サーボモータ２６に連結された光学エンコーダ２７からの出力と計測定規３４の格子位置を検出する光学センサ３５からの出力とを受ける。位置計測装置３９では、光学エンコーダ２７からの出力によってパンチの移動長さが計測され、計測定規３４の格子位置を検出する光学センサ３５からノーズピース１８とパンチ２２との相対位置の距離が精密に計測される。位置計測装置３９の計測データは、テーブル作成装置を内包する処理装置４２に入力される。押圧力計測装置４１は、ロードセル３８からのパンチ２２の押圧力に相当する計測値信号を受けて、押圧力データとして出力してテーブル作成装置を内包する処理装置４２に入力される。
【００２２】
処理装置４２は、プロセッサＣＰＵとリードオンリメモリＲＯＭとランダムアクセスメモリＲＡＭとハードディスクドライブＨＤＤと入／出力装置Ｉ／Ｏ等を含むコンピュータシステムで構成される。処理装置４２は、位置計測装置３９からの計測データと、パンチ２２への押圧力を計測する押圧力計測装置４１からの押圧力データとを受けて、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ先端とノーズピース先端との相対位置の変化量に基づいて押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成する装置として機能する。また、処理装置４２は、自己穿孔型リベットの締結のとき、押圧力対相対位置変化量テーブルを参照してパンチ２２への押圧力を補正する装置としても機能して、サーボモータ２６へ補正信号４３を送ってパンチへの押圧力を補正する。更に、処理装置４２は、他の制御機能、例えば、ロボットアーム等からの指令を受けてサーボモータを起動させたり、停止させたりする、通常の制御機能も有する。また、処理装置４２は、アジャスト作業時における自動計測及び調整も行う。これらの動作は、例えば、リードオンリメモリＲＯＭ及びランダムアクセスメモリＲＡＭに格納されたプログラム、更にはハードディスクドライブＨＤＤのハードディスクに格納されたプログラム等によってプロセッサＣＰＵが演算処理動作を行い、入／出力装置Ｉ／Ｏを通して締結装置１３へ実行指令が送られる。
【００２３】
処理装置４２に内包されるテーブル作成装置によって作成される、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ先端とノーズピース先端との相対位置の変化量に基づいて押圧力対相対位置変化量のテーブルは、図６に示されている各グラフをデータにしたルックアップテーブルである。図６において、第１のグラフ４５は、直径３ｍｍ（φ３）の自己穿孔型リベットを打込むために用いるパンチの場合の押圧力対弾性変形量すなわち押圧力対相対位置変化量を示しており、第２のグラフ４６は、直径５ｍｍ（φ５）の自己穿孔型リベットを打込むために用いるパンチの場合の押圧力対弾性変形量すなわち押圧力対相対位置変化量を示している。これらのグラフに相当する実際のデータが、処理装置４２に内包されるテーブル作成装置によってルックアップテーブルとして作成される。
【００２４】
上記の図６の第１グラフ４５及び第２グラフ４６に示すような、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ先端とノーズピース先端との相対位置の変化量に基づいて押圧力対相対位置変化量のテーブルを得る方法を図７のフローチャートを用いて説明する。先ず、自己穿孔型リベットの締結に先だって、ノーズピース１８の先端のパンチ２２とダイ２３との間に、パンチ２２の最大押圧力に耐える剛性の基準プレートを配置する（ステップ４８）。次に、サーボモータ２６を起動してノーズピース１８の先端を基準プレートに当接させる（ステップ４９）。図５には、基準プレート４７がダイ２３の上に配置され、基準プレート上面にノーズピース１８の先端が当接し且つパンチ２２の先端が当接した様子が示されている。基準プレートはパンチ２２の最大押圧力（例えば３０ｋＮ）に耐える剛性を有する。そのため、基準プレートは、３ｍｍ以上の鉄鋼製のパネルで形成され、それによって、ノーズピース１８の先端に対するパンチ２２の先端の位置が固定され、また、パンチ２２からの押圧力がダイ２３には作用しないのでダイ２３への空打ちも防止できる。
【００２５】
図５に示すように、パンチ２２に締結開始時の所定の押圧力を与えた状態でパンチ先端を基準プレートに当接させる（ステップ５０）。この状態で、位置計測装置３９及び押圧力計測装置４１からのデータが処理装置４２に送られ、所定の締結開始時押圧力に基づくノーズピース・パンチ相対位置が算出され、その相対位置データに基づいて位置計測装置３９の締結開始基準位置（いわゆる、０点）が設定される（ステップ５１）。このように、基準プレート４７をパンチ２２とダイ２３の間に設置するだけで、締結開始基準位置すなわち基準点の設定を正確に且つ短時間に自動的に行うことができる。なお、締結開始時の押圧力は０ｋＮであるのが理想であるが、実際にはパンチ２２をノーズピース１８から少し押出す押圧力を必要とする。
【００２６】
次に、サーボモータ２６を更に回転させて主軸２５を介してパンチ２２への押圧力を徐々に増大する（ステップ５２）。パンチ２２への押圧力の増大に応じて変化する位置計測装置３９からのノーズピース対パンチの相対位置変化データと押圧力計測装置４１から押圧力データとが処理装置４２に入力されているので、パンチの押圧力が増大してパンチとノーズピースとの相対的位置が変化することによって得られる、パンチの押圧力に対する、パンチ先端及びノーズピース先端の相対位置の変化量から、押圧力対相対位置変化量テーブルを処理装置４２が作成する。この押圧力対相対位置変化量テーブルは、例えば、ランダムアクセスメモリＲＡＭやハードディスクドライブＨＤＤのハードディスクに保存される。また、押圧力対相対位置変化量テーブルは、図６のグラフのように、好ましくは、２０ｋＮ以上、更には、３０ｋＮ以上の押圧力まで徐々に増大して得る。また、押圧力対相対位置変化量テーブルすなわち押圧力（荷重）対ひずみ（ノーズピース及びパンチ系変形）量テーブルの作成は、例えば、従来から必要であったパンチの交換等のアジャスト作業において行うことができ、作業工数は増加しない。かかる押圧力対相対位置変化量テーブルは、異なる直径のパンチ毎に、作成され（ステップ５４）、保存される。これらの押圧力対相対位置変化量テーブルの作成及び保存は、作業者は、基準プレートをダイとパンチの間に配置する作業を行うだけであり、ステップ４９〜５４は、処理装置４２がすべて自動で行う。
【００２７】
図８は、自己穿孔型リベットを実際に複数の被締結部材に打込んで締結する動作のフローチャートを示している。先ず、ステップ５６において、複数の被締結部材をパンチ２２とダイ２３がの所定位置において挟むようにＣ型フレーム１４が位置決めされる。また、出代（打込み後のリベット頭部が被締結部材表面から出る高さ）は、所定の値（例えば、０．３ｍｍ）に設定される。更に、位置計測装置３９の締結開始基準位置（０点）は、既述のように、既に定められている。ノーズピース１８の先端にはレシーバ２１から自己穿孔型リベットが自動給送されて、パンチ２２の先端に自己穿孔型リベットが配置される（ステップ５７）。サーボモータ２６の動作を開始して、パンチ２２を押圧して自己穿孔型リベットを被締結部材に打込み始める（ステップ５８）。ステップ５９に示すように、パンチ２２への押圧力を増大して自己穿孔型リベットの打込みを進め、その打込みの進行中において、処理装置４２に内包された補正装置は、パンチ２２への押圧力を、用いているパンチの直径に対応した押圧力対相対位置変化量テーブルを参照して補正する。補正された押圧力値は、サーボモータ２６への補正信号４３として出力されて、サーボモータ２６には、設定された出代に対応するパンチ移動長さまで押圧する信号が送られる。これによって、適正な出代に達するように自己穿孔型リベットが被締結部材に打込まれる。パンチ２２の打込量は、弾性変形した分だけ長く押圧され、その押圧長さは、押圧力対相対位置変化量テーブルによって補正される。処理装置４２は、位置計測装置３９からの相対位置データが所定の出代値に達したと判定すると、パンチ２２への押圧力を除去するようにサーボモータ２６の駆動を停止し、逆転させて、締結動作を終了させる。打込み後の自己穿孔型リベットの出代値は設定したものと同じであり、被締結部材は高い締結強度で連結され、出代の値を設定値に維持できるので高い締結品質を維持できる。なお、図６のグラフ４５、４６は直線状に表されているが、実際には、Ｃ型フレーム１４の弾性変形だけでなく、第１コイルばね３１や第２コイルばね３２や、その他の機械的連結系における変形が加わるので、必ずしも、直線とはならない場合もある。しかし、実際に得たデータから押圧力対相対位置変化量テーブルが作成されたテーブルを参照するので、直線的に変化しても非直線的に変化しても、適正に補正できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、パンチへの押圧力の増大に対して変化するパンチ先端及びノーズピース先端の相対位置の変化量データを基にして、押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成し、自己穿孔型リベットの締結のとき押圧力対相対位置変化量テーブルを参照してパンチへの押圧力を補正するので、自己穿孔型リベットの頭部の出代が所定の値に維持される。従って、自己穿孔型リベット締結装置が自己穿孔型リベットの打ち込みにおいてパンチへ強い押圧力が加えられて見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性的な変形を生じても、打込み後の自己穿孔型リベットの出代を所定の値に維持でき、被締結部材は高い締結強度で連結され、出代の値を設定値に維持できるので高い締結品質を維持できる。また、出代の微調整及びその繰返しも不要になり、作業工数も減少する。出代の調整において、作業者が行う作業は基準プレートをパンチとダイの間に配置するだけであり、簡単であるだけでなく、例えば、締結装置の部品交換後の再調整（アジャスト）作業も、同様に、基準プレートの配置だけでよく、従来のアジャスト作業の面倒さを大きく軽減し、アジャスト作業のために使用していた専用部品も不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】被締結部材に締結された自己穿孔型リベットの断面図であって、リベット頭部が被締結部材表面から出る高さ（出代）を示す図である。
【図２】従来のノーズピース及びパンチと被締結部材とダイとを示す断面図であって、パンチとノーズピースの相対位置を計測する説明図である。
【図３】本発明の１実施例に係る自己穿孔型リベット締結装置の斜視図である。
【図４】図３の自己穿孔型リベット締結装置のスピンドル部の部分断面図である。
【図５】本発明の１実施例に係る、自己穿孔型リベット締結装置の計測及び処理部分のブロック図である。
【図６】パンチへの押圧力に対する、ノーズピースとパンチの相対位置変化量を示すグラフである。
【図７】本発明に従って、押圧力対相対位置変化量テーブルを得るフローチャートである。
【図８】本発明に従って、自己穿孔型リベットを被締結部材に打込むフローチャートである。
【符号の説明】
１  自己穿孔型リベット
２  リベットの頭部
３  脚部
４  ノーズピース
５  パンチ
６  ダイ
７、９  被締結部材
１０  変形拡開脚部部分
１１  測定装置
１３  自己穿孔型リベット締結装置
１４  Ｃ型フレーム
１５  スピンドル部
１７  ハウジング
１８  ノーズピース
１９  給送チューブ
２１  レシーバ
２２  パンチ
２３  ダイ
２５  主軸
２６  サーボモータ
２７  光学エンコーダ
２９  減速歯車機構
３０  回転−直線運動変換機構
３１  第１コイルばね
３２  第２コイルばね
３４  計測定規
３５  光学センサ
３８  ロードセル
３９  位置計測装置
４１  押圧力計測装置
４２  テーブル作成装置及び補正装置を内包する処理装置
４７  基準プレート
【図１】
2004306115.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004306115.tif 000007
【図６】
2004306115.tif 000008
【図７】
2004306115.tif 000009
【図８】
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