(57)【要約】【課題】超音波振動を用いて、ワークの孔にファスナを進入させていき、騒音及び振動の低減を図る。【解決手段】超音波振動装置１００は、超音波振動を発生する超音波振動部１０１と、ホーン１０２とで構成されており、発生した振動をアンビル５を介してファスナ４に伝達する。これによりファスナ４が、スキン１とストリンガ２に形成した孔３を押し広げつつ進入していき、スキン１とストリンガ２とを接続することができる。超音波振動を利用しているため、騒音や振動、及び加工力を低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせた複数の部材を通して形成された孔に、棒状連結材を挿入して前記複数の部材を連結する方法において、
超音波振動を発生する超音波振動部と、この超音波振動部に連結されており超音波振動を効率良く伝達するホーンと、でなる超音波振動装置により超音波振動を発生させておき、
前記超音波振動装置の前記ホーンから前記棒状連結材に超音波振動を伝達して、前記複数の部材を連結することを特徴とする棒状締結材の挿入方法。
【請求項２】
重ね合わせた複数の部材を通して形成された孔に、ファスナを挿入して前記複数の部材を連結する方法において、
超音波振動を発生する超音波振動部と、この超音波振動部に連結されており超音波振動を効率良く伝達するホーンと、でなる超音波振動装置により超音波振動を発生させておき、
前記ファスナの一端を前記孔に向かい合わせた状態で、前記超音波振動装置の前記ホーンから前記ファスナの他端に超音波振動を伝達することにより、前記ファスナを前記孔に進入させて、前記複数の部材を連結することを特徴とする棒状締結材の挿入方法。
【請求項３】
重ね合わせた複数の部材を通して形成された孔に、ファスナを挿入して前記複数の部材を連結する方法において、
超音波振動を発生する超音波振動部と、この超音波振動部に連結されており超音波振動を効率良く伝達するホーンと、でなる第１の超音波振動装置及びこれとは別の超音波振動装置により超音波振動を発生させておき、
前記ファスナの一端を前記孔に向かい合わせた状態で、前記第１の超音波振動装置のホーンから前記ファスナの他端に超音波振動を伝達することにより、前記ファスナを前記孔に進入させ、
同時に、第１の超音波振動装置とは別の前記超音波振動装置のホーンから、前記複数の部材のうち前記ファスナが挿入されてくる側とは反対側の部材に超音波振動を伝達することを特徴とする棒状締結材の挿入方法。
【請求項４】
重ね合わせた複数の部材を通して形成された孔に、リベットを挿入して前記複数の部材を連結する方法において、
前記リベットを前記孔に挿入し、
次に、超音波振動を発生する超音波振動部と、この超音波振動部に連結されており超音波振動を効率良く伝達するホーンと、でなる第１の超音波振動装置及び第２の超音波振動装置により超音波振動を発生させておき、
第１の超音波振動装置のホーンから前記孔に挿入されている前記リベットの頭部に超音波振動を伝達して前記頭部を圧潰すると同時に、第２の超音波振動装置のホーンから前記孔に挿入されている前記リベットの軸端部に超音波振動を伝達して前記軸端部を圧潰することを特徴とする棒状締結材の挿入方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１の超音波振動装置を油圧シリンダにより前記リベットの頭部に向けて押し付けており、前記第２の超音波振動装置を別の油圧シリンダにより前記リベットの軸端部に向けて押し付けていることを特徴とする棒状締結材の挿入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、棒状締結材の挿入方法に関するものである。
なお本明細書では、「棒状締結材」とは、ファスナとリベットを総称したものとして用いる。
【背景技術】
【０００２】
高度な品質と耐久性が要求される航空機や自動車等において、複数の部材（ワーク）を連結・接合するために、ファスナやリベットが使用されている。つまり、重ね合わせた複数のワークを通して穴明けされた孔に、ファスナやリベットを挿入して、複数のワークを締結している。
ファスナの場合には、ワークに穴明けされた孔にファスナを挿入（圧入）するだけでワーク同士の締結が完了する。リベットの場合には、ワークに穴明けされた孔にリベットを挿入した後、リベットの頭部とは反対側の軸端部を圧潰してかしめ部を形成することにより、ワーク同士の締結が完了する。
【０００３】
ここで航空機の胴体を組み立てるために、ファスナやリベットにより、ワークであるスキンとストリンガとを締結する従来例を説明する。なお、スキンとはボディー外板であり、ストリンガとは構造材（補強材）である。
【０００４】
図６（ａ）,図６（ｂ）はファスナを用いて締結する例である。両図に示すように連結・結合するスキン１とストリンガ２は重ねられており、両者に共通して孔３が形成されている。
図６（ａ）に示すように、ファスナ４の先端（下端）を孔３に向かい合わせ、ファスナ４の頭部（上端）にアンビル（金敷）５を乗せ、作業者がエアーハンマー６を手に持ってこのエアーハンマー６をアンビル５に押し付けていく。
そうすると、エアーハンマー６の衝撃力がアンビル５を介してファスナ４に伝わり、ファスナ４が孔３の中に押し進められていく。例えば、ファスナ４の直径は６〜１１ｍｍで長さは５０ｍｍであり、孔３の直径はファスナ４の直径に比べて、０．０６ｍｍ程度、小さくなっている。このため、ファスナ４が孔３の中に押し進められていくと、孔３の孔径を押し広げながら、ファスナ４が進んでいく。
最後には、図６（ｂ）に示すように、ファスナ４の孔３への侵入が完了して、スキン１とストリンガ２とが連結される。
【０００５】
図７（ａ）,図７（ｂ）はリベットを用いて締結する例である。両図に示すように連結・結合するスキン１とストリンガ２は重ねられており、両者に共通して孔３が形成されている。
図７（ａ）に示すように、リベット１４を孔３に挿通する。
次に図７（ｂ）に示すように、リベット１４の頭部にアンビル１５ａを当接・配置し、リベット１４の軸端部（下端部）にアンビル１５ｂを当接・配置する。そして、作業者がエアーハンマー１６ａを手に持ってこのエアーハンマー１６ａをアンビル１５ａに押し付けていくと同時に、作業者がエアーハンマー１６ｂを手に持ってこのエアーハンマー１６ｂをアンビル１５ｂに押し付けていく。
そうすると、エアーハンマー１６ａ,１６ｂの衝撃力がアンビル１５ａ,１５ｂを介してリベット１４に伝わり、図７（ｂ）に示すように、リベット１４の頭部及び軸端部が圧潰されて軸端部にかしめ部が形成され、同時に孔３に挿入されたリベット１４の径が拡大する。これにより、スキン１とストリンガ２とが連結される。
なおここでは、リベットの頭部及び下端部の両方にエアーハンマーを用いた例を示したが、頭部側もしくは下端部側ではエアーハンマーは使用せず、人力によりアンビルを押さえて施工する場合もある。
【０００６】
なお、下記特許文献１,２に示す技術は超音波を用いた加工技術であり、ひずみの矯正、残留応力改善といった、金属の変形に対して、超音波加工を適用するものである。
しかし、超音波振動を利用して、リベット、ファスナを孔に挿入するようにした例は、これまで存在しない。また、リベット等を挿入する際に発生する騒音を低減するという観点から超音波を活用した例もない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９―２６９６５９号公報
【特許文献２】特開２０１０―１４２８７０号公報
【特許文献３】特開２００１―２６９８２３
【特許文献４】実開平５−２４２号公報
【特許文献５】実開平４−６０３４２号公報
【特許文献６】特開２００８―３０２３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで上記従来技術では次のような問題があった。
（１）エアーハンマーを使用しているため、騒音が激しい。このため、防音設備が必要であり、作業できる場所が限られていた。また、作業者は保護具（耳栓など）を装着する必要があり、作業環境が悪かった。
（２）エアーハンマーを使用しているため、振動が大きく、作業者への負担が大きかった。
（３）一方、油圧を用いた自動打鋲装置（例えば、特開２００１―２６９８２３号公報、実開平５−２４２号公報、実開平４−６０３４２号公報、特開２００８―３０２３９９号公報）もあるが、狭い場所や、曲面が厳しい部材では、油圧を用いた自動打鋲装置を適用することは難しかった。
また、油圧を用いた自動打鋲装置では、大掛かりな装置が必要であり、設備投資も大きくなるという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記従来技術に鑑み、騒音や振動を低減でき、しかも大きな設備投資の必要がない、棒状締結材の挿入方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の構成は、
重ね合わせた複数の部材を通して形成された孔に、棒状連結材を挿入して前記複数の部材を連結する方法において、
超音波振動を発生する超音波振動部と、この超音波振動部に連結されており超音波振動を効率良く伝達するホーンと、でなる超音波振動装置により超音波振動を発生させておき、
前記超音波振動装置の前記ホーンから前記棒状連結材に超音波振動を伝達して、前記複数の部材を連結することを特徴とする。
【００１１】
また本発明の構成は、
重ね合わせた複数の部材を通して形成された孔に、ファスナを挿入して前記複数の部材を連結する方法において、
超音波振動を発生する超音波振動部と、この超音波振動部に連結されており超音波振動を効率良く伝達するホーンと、でなる超音波振動装置により超音波振動を発生させておき、
前記ファスナの一端を前記孔に向かい合わせた状態で、前記超音波振動装置の前記ホーンから前記ファスナの他端に超音波振動を伝達することにより、前記ファスナを前記孔に進入させて、前記複数の部材を連結することを特徴とする。
【００１２】
また本発明の構成は、
重ね合わせた複数の部材を通して形成された孔に、ファスナを挿入して前記複数の部材を連結する方法において、
超音波振動を発生する超音波振動部と、この超音波振動部に連結されており超音波振動を効率良く伝達するホーンと、でなる第１の超音波振動装置及びこれとは別の超音波振動装置により超音波振動を発生させておき、
前記ファスナの一端を前記孔に向かい合わせた状態で、前記第１の超音波振動装置のホーンから前記ファスナの他端に超音波振動を伝達することにより、前記ファスナを前記孔に進入させ、
同時に、第１の超音波振動装置とは別の前記超音波振動装置のホーンから、前記複数の部材のうち前記ファスナが挿入されてくる側とは反対側の部材に超音波振動を伝達することを特徴とする。
【００１３】
また本発明の構成は、
重ね合わせた複数の部材を通して形成された孔に、リベットを挿入して前記複数の部材を連結する方法において、
前記リベットを前記孔に挿入し、
次に、超音波振動を発生する超音波振動部と、この超音波振動部に連結されており超音波振動を効率良く伝達するホーンと、でなる第１の超音波振動装置及び第２の超音波振動装置により超音波振動を発生させておき、
第１の超音波振動装置のホーンから前記孔に挿入されている前記リベットの頭部に超音波振動を伝達して前記頭部を圧潰すると同時に、第２の超音波振動装置のホーンから前記孔に挿入されている前記リベットの軸端部に超音波振動を伝達して前記軸端部を圧潰することを特徴とする。
【００１４】
また本発明の構成は、
前記第１の超音波振動装置を油圧シリンダにより前記リベットの頭部に向けて押し付けており、前記第２の超音波振動装置を別の油圧シリンダにより前記リベットの軸端部に向けて押し付けていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、超音波振動装置で発生した超音波振動により、ファスナを孔に進入させたり、孔に挿入されたリベットの圧潰をしたりするため、棒状締結材による締結作業において、騒音や振動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係るファスナの挿入方法を示す構成図。
【図２】本発明の実施例２に係るファスナの挿入方法を示す構成図。
【図３】本発明の実施例３に係るファスナの挿入方法を示す構成図。
【図４（ａ）】本発明の実施例４に係るリベットの挿入方法を示す構成図。
【図４（ｂ）】本発明の実施例４に係るリベットの挿入方法を示す構成図。
【図５】本発明の実施例６に係るリベットの挿入方法を示す構成図。
【図６（ａ）】従来におけるファスナの挿入方法を示す構成図。
【図６（ｂ）】従来におけるファスナの挿入方法を示す構成図。
【図７（ａ）】従来におけるリベットの挿入方法を示す構成図。
【図７（ｂ）】従来におけるリベットの挿入方法を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の実施例１にかかる、ファスナの挿入方法を示す。
この実施例１では、超音波振動装置１００を用いて、ファスナ４を孔３に挿入するものである。超音波振動装置１００は、超音波振動部１０１とホーン１０２とで構成されている。
超音波振動部１０１は超音波振動素子を内蔵しており、例えば、周波数が２０ｋＨｚで電力が１０００Ｗ程度のｓｉｎ波やパルス波の電圧が印加されて、超音波振動を発生する。超音波の波形はサイン波が基本であるが、矩形波や片側振幅波とすることもできる。なお、電力はファスナ４のサイズに応じて最適な値とする。
ホーン１０２は、超音波振動部１０１に連結されており、超音波振動部１０１で発生した振動エネルギー（超音波振動）を効率よく伝達させるために、超音波振動の半波長を基本単位とする共鳴体であり、各種の合金や鋼材などにより形成されている。
【００１９】
上記超音波振動装置１００を用いてファスナ４を孔３に挿入する手法を説明する。
図１に示すように連結・結合するスキン１とストリンガ２は重ねられており、両者に共通して孔３が形成されている。
そこで、ファスナ４の先端（下端）を孔３に向かい合わせ、ファスナ４の頭部（上端）にアンビル（金敷）５を乗せ、作業者が、超音波振動を発生している超音波振動装置１００を手に持ってこの超音波振動装置１００のホーン１０２をアンビル５に押し付けていく。
そうすると、超音波振動装置１００の衝撃力がアンビル５を介してファスナ４に伝わり、スキン１側からストリンガ２側に向かって、ファスナ４が孔３の中に押し進められていく。例えば、ファスナ４の直径は６〜１１ｍｍで長さは５０ｍｍであり、孔３の直径はファスナ４の直径に比べて、０．０６ｍｍ程度、小さくなっている。このため、ファスナ４が孔３の中に押し進められていくと、孔３の孔径を押し広げながら、ファスナ４が進んでいく。
最後には、ファスナ４の孔３への侵入が完了して、スキン１とストリンガ２とが連結される。
【００２０】
実施例１では、次のような効果を奏する。
（１）超音波振動を付与することで、振動の減衰が速く、スキン１と共鳴しないため、騒音が低減する。
このことにより、作業場所の制限がなくなり、生産効率が向上し、専用の防音設備が不要となり、さらに作業環境の向上が図れる。
（２）手動で作業できるので、作業環境の制限がなくなる。また、大きな設備投資が不要となる。
（３）超音波振動を加えることで、油圧を用いた自動打鋲装置の加工力に比べて加工力が低減し、人力で施工可能となる。
【実施例２】
【００２１】
上記の実施例１では、超音波振動装置１００は作業者の手に持たれていたが、実施例２では、図２に示すように、ロボット５０の先端に超音波振動装置１００を取り付け、ティーチングで自動的にファスナ４を孔３に挿入する。
また、ロボット５０は基本的に位置制御で加工を行うが、超音波振動装置１００との間にバネ機構５１を設けることにより、荷重の制御をすることができ、ロボット５０側への負荷を下げることができる。
【００２２】
実施例２では、実施例１の効果に加えて、次のような効果を奏する。
（１）ロボットを使用するため、自動化が可能となり、生産効率が向上する。
（２）ロボットを使用するため、繰り返し精度がよく、高い加工精度を確保することができる。
（３）超音波振動により、加工力が低下するので、積載能力の小さいロボットを適用することができ、設備投資額を少なくすることができる。
【実施例３】
【００２３】
図３は本発明の実施例３にかかる、ファスナの挿入方法を示す。
この実施例３では、超音波振動装置１００のみならず、超音波振動装置２００,３００を用いて、ファスナ４を孔３に挿入するものである。超音波振動装置１００,２００,３００は、それぞれ、超音波振動部１０１,２０１,３０１とホーン１０２,２０２,３０２とで構成されている。
【００２４】
この実施例３では、超音波振動している超音波振動装置１００のホーン１０２を、スキン１側からストリンガ２側に向かって、アンビル５を介してファスナ４に押し付ける。これにより、ファスナ４はスキン１側からストリンガ２側に向かって孔３内を進入していく。
このとき同時に、超音波振動している超音波振動装置２００のホーン２０２を、ストリンガ２側からスキン１側に向かって、アンビル２５ａを介してストリンガ２に押し付けると共に、超音波振動している超音波振動装置３００のホーン３０２を、ストリンガ２側からスキン１側に向かって、アンビル２５ｂを介してストリンガ２に押し付ける。
【００２５】
結局、超音波振動している超音波振動装置１００の押し込み方向と、超音波振動している超音波振動装置２００,３００の押し込み方向を逆にしている。
【００２６】
実施例３では、実施例１の効果に加えて、次のような効果を奏する。
即ち、ストリンガ２側からスキン１側に向かって、ストリンガ２及びスキン１にも超音波振動を加えることにより、摩擦の低減効果が増加して、加工力を低減することが可能となり、適用可能なファスナのサイズを広くすることができる。
【実施例４】
【００２７】
図４（ａ）,図４（ｂ）は本発明の実施例４にかかる、リベットの挿入方法を示す。この実施例４では、２つの超音波振動装置４００,５００を用いて、リベット１４を孔３に挿入するものである。超音波振動装置４００,５００は、それぞれ、超音波振動部４０１,５０１とホーン４０２,５０２とで構成されている。
【００２８】
実施例４では、まず、図４（ａ）に示すように、リベット１４を孔３に挿通する。
次に図４（ｂ）に示すように、リベット１４の頭部にアンビル１５ａを当接・配置し、リベット１４の軸端部（下端部）にアンビル１５ｂを当接・配置する。そして、作業者が超音波振動装置４００を手に持ってこの超音波振動装置４００のホーン４０２をアンビル１５ａに押し付けていくと同時に、作業者が超音波振動装置５００を手に持ってこの超音波振動装置５００のホーン５０２をアンビル１５ｂに押し付けていく。
そうすると、超音波振動装置４００,５００の衝撃力がアンビル１５ａ,１５ｂを介してリベット１４に伝わり、図４（ｂ）に示すように、リベット１４の頭部及び軸端部が圧潰されて軸端部にかしめ部が形成され、同時に孔３に挿入されたリベット１４の径が拡大する。これにより、スキン１とストリンガ２とが連結される。
【００２９】
実施例４では、次のような効果を奏する。
（１）超音波振動を付与することで、振動の減衰が速く、スキン１と共鳴しないため、騒音が低減する。
このことにより、作業場所の制限がなくなり、生産効率が向上し、専用の防音設備が不要となり、さらに作業環境の向上が図れる。
（２）手動で作業できるので、作業環境の制限がなくなる。また、大きな設備投資が不要となる。
（３）超音波振動を加えることで、油圧を用いた自動打鋲装置の加工力に比べて加工力が低減し、人力で施工可能となる。
なおここでは、リベットの頭部及び下端部の両方に超音波振動装置を用いた例を示したが、頭部側もしくは下端部側では超音波振動装置は使用せず、人力によりアンビルを押さえて施工する場合もある。
【実施例５】
【００３０】
上記の実施例４では、超音波振動装置４００,５００は作業者の手に持たれていたが、実施例５では、図２に示すのと同様な２台のロボットの先端に超音波振動装置４００,５００を取り付け、ティーチングで自動的にリベット１４の圧潰やかしめ形成をすることができる。
また、ロボットは基本的に位置制御で加工を行うが、各ロボットと超音波振動装置４００,５００との間に、図２に示すのと同様なバネ機構を設けることにより、荷重の制御をすることができ、ロボット側への負荷を下げることができる。
【００３１】
実施例５では、実施例４の効果に加えて、次のような効果を奏する。
（１）ロボットを使用するため、自動化が可能となり、生産効率が向上する。
（２）ロボットを使用するため、繰り返し精度がよく、高い加工精度を確保することができる。
（３）超音波振動により、加工力が低下するので、積載能力の小さいロボットを適用することができ、設備投資額を少なくすることができる。
【実施例６】
【００３２】
実施例６では、図５に示すように、超音波振動装置４００及びアンビル１５ａを油圧シリンダ６１にて、スキン１側からストリング２側に押し付け、同時に、超音波振動装置５００及びアンビル１５ｂを油圧シリンダ６２にて、ストリング２側からスキン１側に押し付ける。
【００３３】
実施例６では、次のような効果を奏する。
（１）油圧シリンダで押し付けることにより、手動のときよりも大きなリベットに対しても適用可能となる。
（２）油圧シリンダを用いることにより、短時間での打鋲が可能となる。
（３）超音波振動を加えることで、荷重が低減し、低荷重の油圧シリンダで装置化が可能となり、装置費用を低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は航空機の胴体を構成するスキンとストリンガとを締結する場合のみならず、各種の産業分野において複数のワークを棒状締結材（ファスナやリベット）により締結する場合に適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  スキン
２  ストリンガ
３  孔
４  ファスナ
５,１５ａ,１５ｂ,２５ａ,２５ｂ  アンビル
６,１６ａ,１６ｂ  エアーハンマー
１４  リベット
５０  ロボット
５１  バネ機構
６１,６２  油圧シリンダ
１００,２００,３００,４００,５００  超音波振動装置
１０１,２０１,３０１,４０１,５０１  超音波振動部
１０２,２０２,３０２,４０２,５０２  ホーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
2013010144.tif 000007
【図５】
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【図６（ａ）】
2013010144.tif 000009
【図６（ｂ）】
2013010144.tif 000010
【図７（ａ）】
2013010144.tif 000011
【図７（ｂ）】
2013010144.tif 000012