JP2008281209A - シャフト部分と球状頭部とを有するボルト要素および部品アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】シャフト部分と球状頭部とを有するボルト要素および部品アセンブリを提供する。
【解決手段】シャフト部分（１２）の第一の端部（１４）がパネル要素（１８）、特に板金部品へのリベット結合（１６）のために設計されたシャフト部分を有するボルト要素（１０）は、シャフト部分（１２）が他方の端部（２０）に球状成形部（２２）を有し、該球状成形部の球の直径（Ｄ）がシャフト部分（１２）の直径（ｄ）より大きい。この直径は、球状成形部（２２）から第一の端部（１４）に至る全長にわたって一定である。シャフト部分（１２）の第一の端部（１４）は、中空であり、この中空領域は、部品の厚さを貫通し、部品の球状成形部から遠い方の側にリベットビードを形成し、かつ部品の球状成形部に近い方の側に環状の折り返し部を形成するための材料を中空領域に備えるのに十分な長さを有する。
【選択図】図３

Description

本発明はシャフト部分の第一の端部がパネル要素、特に板金部品とのリベット結合のために設計されたシャフト部分を有するボルト要素に関する。さらに本発明はこの種のボルト要素と部品とからなる部品アセンブリ、およびこのようなボルト要素の製造方法に関する。

上述の種類のボルト要素は国際出願ＰＣＴ／ＥＰ００／０６４６５または対応するドイツ特許出願第１００３３１４９．１号から、あるいは国際出願ＰＣＴ／ＥＰ００／０６４６８または対応するドイツ特許出願第１００２２１５２．１号から公知である。

機械設計における一つの問題は球状頭部を有するボルト要素を有利な価格で製造することである。このようなボルト要素は例えば自動車のトランクリッドやボンネット（フード）の支持に使用される緩衝ばね金具においてヒンジ要素として用いられる。このようなヒンジ要素はまた例えば気化器などの作動機構のリンケージのような、複数の他の機構にも見出される。

公知の球状ボルト要素はねじを有するシャフト部分とねじ部から半径方向に突出するフランジを有し、これによって板金部品などの支持物に固定的に取り付けられる。ボルト要素のシャフト部分のこのような設計はまた球状頭部の製造を困難にする。なぜならば球状頭部のねじ頭ヘッダの設計に制限が生じるからである。

球状頭部を有する公知のボルト要素においては、これらをねじ頭ヘッダ部品として有利な原価で製造することには問題が多い。なぜならば球状頭部を形成する可動工具部品はボルト要素の長手軸に向かって半径方向に移動しなければならないが、そうすると球状頭部表面の分割面、すなわちこれらの工具部品が互いに接する面においてバリが形成され、そのバリはいずれも半径方向の平面に存在するからである。これらのバリはたとえ本質的に小さくても、後の工程で原価をかけて除去しなくてはならない。さもなければ球状頭部を受け入れるソケットが比較的急速に磨耗してしまうという不利益を受け入れなければならない。これはソケットがプラスチックであろうと金属であろうと同じである。

本発明の目的は、非常に有利な原価で製造可能であり、なおかつ厄介なバリを生じることがない、球状頭部を有するボルト要素を提供することである。また、部品へのボルト要素の取り付けを有利な原価で可能とし、これにより、対応する部品アセンブリが同様に有利な価格で得られるようにすることが望ましい。さらにまた対応するボルト要素を有利な原価で製造するための方法を提供することが望ましい。

この目的を満足するために、シャフト部分がその他方の端部に球状成形部を有し、その球の直径がシャフト部分の直径より大であるという特殊な特徴を有する、上述の種類のボルトが提供される。

換言すれば、本発明によるボルト要素は基本的に球状頭部と円筒形のシャフト部分とからなり、シャフト部分はパネル要素、特に板金部品とリベット結合するために球状頭部から遠い方の端部が中空になっている。シャフト部分の直径は一定であるから、機能要素の製造は次のように行われる。すなわち、請求項１４にしたがって、円筒形の素材が金型の円筒形の通路に受け入れられ、金型の端面を越えて突出する。金型の通路が端面に移行する領域に半球形の凹部が形成されており、その半球形の凹部の球の直径はボルト要素の所望の球状成形部の直径に対応する。同様に半球形の凹部を有する工具が金型から突出している円筒形素材の自由端に押しつけられる。金型と工具は互いに接触させられ、かくして金型から突出する円筒状素材の端部を冷間成形によって成形して球状成形部を形成する。

先行技術においては、球状頭部を製造するために用いられるねじ頭ヘッダは対応する素材の長手軸に対して半径方向に動かなければならないのに対して、本発明においては、互いに協働する金型と工具というただ二つの工具が円筒形素材に対して言わば同軸に配置され、これらが互いに向かって移動することによって円筒形素材が冷間成形されて球状成形部が製造される。このことは次のことを意味する。すなわち、金型と工具とが閉じた状態になったとき、すなわちこれらが分割面において互いに接触したときは、この分割面は球状成形部の赤道に相当する位置にあり、円筒形素材あるいはボルト要素のシャフト部分の長手軸に対して垂直である。

このような設計においては金型と工具を互いに厳密に整列させて案内することができるので、赤道の領域にバリが生じても非常に小さなバリしか生じない。しかしながらこのようなバリは最早厄介なものではない。なぜならばこのようなバリはソケットが球状頭部の長手軸の周囲に回転するときにソケットに対して、半径方向に伸びるバリの場合のような著しい切削作用を及ぼすことがないからである。機能要素のシャフト部分は少なくとも実質的に円筒形に形成され、その外径は一定なので、円筒形素材は非常に有利な原価で円筒形の棒状素材またはワイヤーから製作される。あるいは管状の素材から製作されてもよい。シャフト部分の特徴的な形状を考慮して金型または工具の部品を半径方向に移動させることは最早必要ではない。なぜならこのような特徴的な形状は単なる円筒形のシャフト部分には存在しないからである。

しかもなお、上述のＰＣＴ出願あるいは対応するドイツ特許出願に記載される方法にしたがってリベット結合部を設計することによって、対応するボルト要素を有利な原価で、かつ十分な強度を持たせて部品または板金部品に固定することが可能である。

第一の場合（ＰＣＴ／ＥＰ００／０６４６５の場合）においては、ボルト要素はそのなかで頭部部分として設計された、穿孔およびリベット締めの特徴部を備える中空円筒状の形状を有し、これは自己穿孔式に板金部品に導入される。このような設計においては板金部品の一方の側で中空の頭部部分がリベットビードに変形され、板金部品の他方の側では円筒部分の壁が環状の折り返し部に変形され、かくして板金部品はリベットビードと環状の折り返し部の間に挟み込まれる。このようにしてボルト要素と板金部品の間に安定な結合部が生じる。

第二の場合（ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＥＰ００／０６４６８の場合）においては、ボルト要素はそのなかで同様に頭部部分と呼ばれる部分を有し、これも中空円筒状に形成されるが、これはその開放端面において強く丸みを帯びており、したがって全体として葉巻状の形状を有する。

どちらの場合も、それぞれの要素は好ましい実施例においてはその全長に亘って少なくとも実質的に一定の直径を有する。

葉巻状要素の場合は板金部品に自己穿孔式に導入されるのではなく、ボルト要素の中空領域が板金部品を金型の成形スペースに押し込むのに利用される。この過程で中空領域は変形して、環状の凹部によって互いに隔てられた二つの軸方向の環状折り返し部となり、板金材料はこの環状の凹部に押し込まれ、かくしてボルト要素と板金部品との間に安定なリベット結合が生じる。それぞれのボルト要素のシャフト部分には通常、おねじが備えられている。スプリングクランプを受け入れるための円周上に伸びる溝などの、その他の形状も記載されている。上に挙げた国際出願、または対応するドイツ出願の開示内容は本出願の内容の一部をなしている。なぜならばそのなかにそれぞれ記載された、板金部品に対してリベット結合するための設計は同じ形で本発明に用いることができ、本発明に用いられるリベット結合の好ましい実施例となっているからである。

いずれの場合も、シャフト部分の第一の端部、すなわち球状頭部から遠い方の端部における中空領域の変形によって十分に幅の広い環状折り返し部が生じて、板金部品への良好な取り付けを可能にしており、この部分が、球状頭部に半径方向の力が働いてもボルト要素のゆるみを生じさせないような、幅の広い基部を形成していると言ってよい。

本発明によるボルト要素および部品アセンブリ、方法、および金型と工具の特に好ましい実施例は、図面の説明および従属請求項から理解されよう。

以下において本発明を、実施例および図面を参照しつつさらに詳細に説明する。

以下の説明において同じまたは類似の部品および特徴には常に同じ参照符号が用いられる。これはある部品または特徴に対して一度与えられた説明は同じ符号を付した部品または特徴にも当てはまることを示して、不必要な説明の繰り返しを避けるためである。

図１は本発明によるボルト要素１０の側面図を示している。ボルト要素はシャフト部分１２を有し、このシャフト部分１２は、第一の端部１４においてパネル要素１８に板金部品とともにリベット結合１６されるように設計されている（図３参照）。シャフト部分１２はその他方の端部２０に球状成形部２２を有し、その球の直径Ｄはシャフト部分の直径ｄより大きい。

シャフト部分１２の直径ｄは球状成形部２２から第一の端部１４の端面２４に至る、少なくとも実質的にその全長にわたって少なくとも実質的に一定である。

板金部品にリベット結合１６されるように設計されたシャフト部分１２の第一の端部１４は中空になっており、かつシャフト部分１２の残りの部分の外径と少なくとも実質的に同じ外径を有する。このようにして形成された中空の空間２６は、図１に示されるように少なくとも実質的に円筒形である。シャフト部分１２の第一の端部１４は公知の方法で穿孔およびリベット締めのための特徴部を伴って形成されており、打ち抜きおよび絞り用に形成された円みを付けた縁部２８、および内側の円錐状の切断面３０を有する。ボルト要素１０の穿孔およびリベット締め部分は、このようにＤＥ−ＰＳ３４４７００６Ｃ２にしたがって形成されている。シャフト部分１２の外周は好ましくは円筒形とされる。すなわちその断面は円形の外周を有する。しかしながら円形とはやや異なるシャフト部分１２の形状を用いることも考えられる。例えば特殊な理由から有用であれば、多角形の形状とすることができる。

中空領域３２は、図３のリベット結合部１６の形成過程で、部品１８の球状成形部２２から遠い方の側３８にリベットビード３６を形成し、部品１８の厚みを貫通し、かつ部品１８の球状成形部に近い方の側４２に環状の折り返し部４０を形成するのに十分な材料が中空領域に存在することを保証するための最低長さＬ（ボルト要素１０の中央長手軸３４の方向に測って）を有しなければならない。

ボルト要素を全体にわたって中空にすることも考えられる。このようにすると要素を管状の材料から製造でき、かつ対応する外側金型の内部で高圧成形法を用いることによって球状成形部を製造できる、という利点が得られる。

中空のシャフトを用いる場合は必要に応じてめねじを設けることができる。この場合は、図３のリベット結合が形成され、図示されている打ち抜きスラグ４４が除去された後に、ボルト要素１０の球状成形部２２から遠い方の端部からめねじに対してボルトを挿入し、かくして必要に応じて板金部品への取り付けをさらに強化することができる。この種のボルト要素はボルト要素自体の剛性を増加させることもできる。このような設計（図示せず）においては板金部品１８の下側でボルトの頭を安定に座らせるために対応する形状のワッシャを設けることが必要であるが、この場合はプレス工程においてリベットビード３６の下側を平たくすることで十分である。

また図１から、球状成形部２２はシャフト部分の長手軸３４に対して垂直な平面に赤道線４６を有することが明らかである。赤道線４６の領域には基本的にバリ、すなわちボルト要素の製造過程で生じる隆起した部分が存在しない。この赤道線４６はむしろ球状成形部を形成するのに用いられた工具の分割線の位置を示しているのみである。これらの工具は図２に更に詳細に示されている。これらは下側の金型５０と上側の工具５２からなる。ここに言う“下側”あるいは“上側”という表現は、説明のその他の箇所および特許請求の範囲でも同様であるが、単に図面上の位置関係に関するもので、金型および工具の実際の位置関係についてのなんらの制限を表さない。これらの部品の配置は、金型を工具５２の上方に置く場合も、あるいは中央の長手軸５４が水平またはその他の方向に向いている場合も、同様に容易である。

金型５０は円筒形の通路５６を有し、これは金型の端面５８の領域において半球形の凹部６０に移行している。凹部の直径Ｄはボルト要素１０の球状成形部２２の直径に対応している。中央の通路５６の内部には円筒形のバー６２があり、その上端部６４はボルト要素１０の中空の空間２６にあって、例えば、中空の空間２６の横方向の壁６６に接触している。バー６２はその他方の、即ち下方の端部において金型５０と同様に強固な支持部に支持されている。バー６２はスリーブ６８の内部にあり、該スリーブは二重矢印７０のように双方に動かされて、仕上がったボルト要素１０を金型から押し出すことができる。

金型５０の上方にはこれと同軸に整列して工具５２があり、これは同様に半球形の凹部７４をその端部７２に有する。この半球形の凹部７４もまた円筒形の通路７６に移行し、該通路は同様に中央の長手軸５４と同軸に配置されている。この実施例において参照符号８０は通路７６内に置かれた円筒形のガイドを指す。このガイドは球状成形部２２の上端部に平坦部８４を作る働きをする。このガイド８０はまた、球状成形部を形成するための材料が許容誤差のために過剰に存在するときに少しだけ逃げることができるように、ばね装置によって付勢されるようにしてもよい。

以下において図２による配置の操作方法をさらに詳細に説明する。ボルト要素１０がまったくない初期状態を想定する。最初に中空の空間２６と穿孔およびボルト締めのための特徴部を有する円筒形の素材（図示せず）が金型５０の中央通路５６に導入され、横方向の壁６６がバー６２の上側に支持される。この状態では排出用スリーブ６８は後退しており、素材の下側端面２４はスリーブ６８と距離を置いているか、または軽い接触圧でこれを押しやることができる。次いで上側の工具５２がガイドバー８０の案内によって下方に案内され、円筒形素材の上端部を球形２２に変形する。工具５２の金型５０に向かう移動の終わりに工具５２の下側端面７２は金型５０の上側端面５８と接触する。このとき分割面、すなわち端面７２および５８が互いに接触する位置は、球状成形部の赤道線４６上に存在するように選択されている。円筒形素材の寸法は、工具５２が金型５０に向かって閉じる移動以前は金型５０の上側端面５８を越えてある量だけ突出するように決められる。その量は工具が閉じた状態において、すなわち工具５２の端面７２が金型５０の端面５８に接触したときに形成される球状の空間が、完全に材料で満たされるのにちょうど十分な材料が存在するような量である。

工具がこの閉じた位置に達すればボルト要素は完成し、工具５２は再び上方へ移動して金型５０から離れ、スリーブ６８が上方へ移動して図２に示されるように完成したボルト要素１０を金型５０から排出する。その後新しい円筒形素材が通路５６に挿入可能になり、次のボルト要素を製造するために工程が繰り返される。

金型５０はこの製造工程においてプレス機の下部工具上に配置可能である。一方、上部工具５２はプレス機の上部工具に、またはプレス機の中間プラテンに取り付けられる。

図３に示される、ボルト要素１０を板金部品１８に取り付ける方法は上述のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＥＰ００／０６４６５に詳述されており、ここではさらに詳しく説明することはしない。というのは、リベット結合の正確な内容および設計は本発明の主題ではないからである。ボルト要素１０の下端部は穿孔およびリベット締めのための特徴部を備えるので、自己穿孔式に板金部品１８に導入されることができ、この際打ち抜きスラグ４４を生じる。図３に示されるようにこの打ち抜きスラグはボルト要素１０の変形した中空空間２６に挟み込まれて、リベット結合１６の安定性に寄与する。環状の折り返し部４０の上面９０は板金部品１８の上面４２とほとんど同じ平面にあるように設計されるので、球状成形部２２にかぶせられるソケットの自由な動きが阻害されることはない。リベット結合１６の領域の（もともとは平坦な）板金部品の形状から、ボルト要素１０が板金部品１８に対して非常に安定して取り付けられていることが見て取れるであろう。

ボルト要素１０は必ずしも基本的に図１に示されるように実施される必要はなく、板金部品とのリベット結合に適した、第一の端部１４のその他の設計も考えられる。特にＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＥＰ００／０６４６８の図２に示されるような設計が考慮に値する。この設計もまた図４に示されるようなリベット結合１６’を可能にし、上述のＰＣＴ出願に述べられているのと同様に実現される。この形式のリベット結合の利点は板金部品１８が穿孔されないので、水を通さない結合が実現されることである。対応するＰＣＴ出願から読みとれるように、リベット結合１６’は次のように行われる。すなわち、ボルト要素の中空領域は変形されて、上部環状折り返し部４０’に加えて下部環状折り返し部９２という、二つの環状折り返し部を生じ、その間には環状の凹部９４が形成される。板金材料は取付時に、図４の９６に示されるように環状の凹部９４に押し込まれ、二つの環状の折り返し部４０’および９２の間に固く挟まれる。参照符号９８はこの例では回り止めを提供するための突出部を示している。これはこのＰＣＴ出願においては、対応する要素が長手軸の周囲の回転モーメントを受けとめなければならない場合において重要である。

ここではトルクを受けとめる必要のない球状頭部を有するボルト要素のことを取り扱っているので、回り止めを提供するこのような突出部９８は必須ではなく、したがってこれらの回り止め用突出部を形成するための工具の、対応する形態的特徴については省略することができる。

すべての実施例において、機能要素の材料としては冷間成形に関するＩＳＯ標準のクラス８の強度値を達成する全ての材料を例示することができる。例えばＤＩＮ１６５４による３５Ｂ２合金でもよい。このようにして形成される締結要素は取り分けすべての市販の鋼材料、例えば良質の板金部品の絞り加工に適合するが、アルミニウムその他の合金にも適合する。

図５は図１の球状ボルト要素１０と類似の球状ボルト要素１０の縦断面図を示している。ただしこの要素が管状の材料から製造され、したがって円形の断面を有する貫通した中央の通路１００を有することが相違している。図５の要素の下端部は図１のボルト要素と同様に形成されてよく、丸みを帯びたプレス用および絞り用縁部２８および円錐状の切断面３０などの、穿孔およびリベット締めのための特徴部を有する。ただしここに示す実施例においては円錐状の切断面３０は最小限度に縮小されている。このようにすることもまた可能である。長手方向の通路１００の下端部は図１の球状ボルト要素の中空空間に相当し、すなわちそのような中空空間を形成する。

球状ボルト要素１０は図２の工具に相当する工具中で図１の球状ボルト要素１０と同様に製造される。ただし相違点は、好ましくは円筒形の突起（図示せず）を有するガイドバー８０が装備されており、前記突起が管状素材の中央長手方向通路１００にはまり込んで下方に伸びて、ほぼガイドバー６２の上端部に達し、かくして球状頭部の成形中に管状素材の望ましくない変形を防止する点である。下方に伸びる円筒形突起はガイドスピゴットとしても働き、要素の中央長手方向通路に導入されるが、この突起とバー８０との間の段差は半径方向のショルダーを成し、球状頭部の上端部の平坦面８４を形成する。

図６は管状の材料から製造される球状ボルト要素１０の別の設計を示している。この場合は円筒形の管の部分が、図６の完成した球状ボルト要素の外部形状に相当する空洞部を有する２分割金型（図示せず）の中に置かれる。図６の球状ボルト要素１０の下端部２４は金型の空洞部の横方向の壁に支持される。加圧用の液体が適当なノズルを用いて図６の管部分の上部から管部分の内部に注入され、かくして内部に加えられた高圧によって球状頭部の球状の形状が作り出される。二分割金型は図示されないが、球状ボルト要素の領域に工具５２および金型５０と同様に形成され、これは図６に示される平面１０２のレベルに二つの分割金型の間の分割線を有する。球状ボルト要素１０が成形された後、金型が開けられ、球状ボルト要素が金型から取り出される。取り出しには必要に応じてスライダーが用いられてよく、これは分割金型の一つの内部で球状ボルトのシャフト部分の軸方向に摺動し、かつ好ましくは図６の球状ボルト要素１０の下端面２４に突き当たる。

図７は一例として図１による球状ボルト要素を、板金部品１８として示されるプレート状の加工物に取り付けるための、好ましい工具１０４を示している。板金部品１８は金型１０４の上端面に支持されている。この金型はその原理において欧州特許出願第９９１２０５５９．２号および欧州特許出願第００９３１１５５．６号の金型に似ている。前者の特許出願の図９によれば、ここに示す金型１０４は板金部品を支持するための端面１０８を有する中空の本体１０６を有し、前記端面は円錐状のテーパー壁１１０を経て係止要素１１２を有する空間に移行している。係止要素１１２は円錐状のテーパー壁とは間隔を置いて、楔形の断面を有する環状の隙間１１３を形成している。

楔形の環状の隙間の中には複数の同じ設計のセグメント状の形状づけられた部品がある。すなわち例えば１個ないし８個、特に４個の形状づけられた部品１１６が、楔形の環状の隙間１１３の中で長手軸１１８の周囲に配置されており、円錐状の壁１１０と係止要素１１２の両方に支持されている。形状づけられた部品１１６は例えばＥＰ出願第９９１２００５５９．２号の第１０図のように環状の隙間１１３を完全に埋めるように、すなわち隣り合う形状づけられた部品１１６の間には他の構造が存在しないように、長手軸１１８の周囲に配置されてもよく、あるいはＥＰ出願第００９３１１５５．６号の金型、あるいは同じ発明者の先の金型のように、金型の固定構造が金型の隣り合う形状づけられた部品の間に存在してもよい。

しかしながら係止要素は本実施例においては上に挙げたＥＰ出願とはいくらか異なるように設計されている。

まず第一に係止要素１１２は環状の、半径方向に伸びるカラー１２０を有し、これは形状づけられた部品の対応する溝１２２と係合しており、係止要素１１２は形状づけられた部品とともに金型１０４の長手軸１１８方向に移動可能なことは明らかである。係止要素の下端部１２４は金型本体１０６の中空空間１２６の中に突出しており、ねじ１２８でねじ止めされたディスク要素１３０のところで終わっている。この中空空間１２６には、金型外側部分から半径方向内側に突出するショルダー１３２と金型１３０との間に圧縮コイルばねがあり、該圧縮コイルばねは係止要素１１２を下方に引っ張るように設計されている。同時に、形状づけられた部品１１６も環状のカラー１２０を介して係止要素１１２とともに下方へ引っ張られる。形状づけられた部品の下方への最大移動は形状づけられた部品が環状のショルダーの上面１３４に接触することによって制限される。これによってまたカラー１２０および溝１２２を介して、係止要素１１２の可能最下方位置が制限される。係止要素１１２の上端部１３６は図８および図９に拡大図として示されているが、球状ボルト要素１０の管状の端部１４のための成形用空間１３８を形成している。この環状の成形用空間はその底部領域に半円形の断面を有する滑り面１４０を有し、該滑り面は半径方向内側に突出する形状づけられた部品１１６の突出部１４２より実質的に下方に配置されている。係止要素のセントラルポスト１４４の端面１４３は図８の形状づけられた部品の上面１４６と同じレベルにあり、さらに形状づけられた部品の上面は金型１０４の外側部分１０６、および金型を収容する工具（図示せず）の上面と同じレベルにある。

参照符号１５０は形状づけられた部品を係止要素に保持するリングばね要素を示す。

図８から明らかなように、形状づけられた部品は二重の線で示される丸みを帯びた縁部１５２を有する。

金型の中ではＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＥＰ００／０６４６８にしたがって、対応する要素が成形用空間に押し込まれる過程で、板金部品がポット状の凹部に成形される一方、セントラルポスト１４４は球状ボルト要素１０の下端部の穿孔およびリベット締め用の特徴部２８、３０と共働して、ドイツ特許第ＤＥ−ＰＳ３４４７００６号の成形用金型について述べられているのと類似の方法で、板金部品から打ち抜きスラグ４４を打ち抜く。

球状ボルト要素の下端面２４は係止要素１１２のセントラルポストの上端部１４３と協働して板金部品１８を貫通し、かくして形成される穴の周囲で板金部品を、形状づけられた部品の丸みを帯びた突出部１４２を越えて、金型の成形用空間１３８の中に引き込む。同時に球状ボルト１０の管状の端部の材料は係止要素の滑り面によって半径方向外側に、次いで上方に向かって曲げられ、球状ボルト１０の自由端２４が形状づけられた部品１１６の半径方向内側に突出する突出部１４２の下面１５４に係止される。

図９から、金型の成形用空間１３８中で円錐状１５６になった板金部品１８が、球状ボルト要素１０の折り返された端部１４に入り込んでこれとぴったりはまり合い、成形用空間１３８が少なくとも事実上すべて金属で満たされていることがわかる。この状態が達成されると球状ボルト要素の材料はそれ以上成形用空間１３８に流入することはできないが、管状のカラーの長さは図９に示される環状の折り返し部４０を形成することができるように決められている。球状ボルト要素の自由端部２４の動きは形状づけられた部品１１６の突出部の下面１５４によって効果的に阻止されるので、今度は環状の折り返し部４０が形成される。

板金部品の貫通によって生じた打ち抜きスラグ４４がセントラルポスト１４４の上端部１４３と中空空間２６の内部の横方向の壁６６の間に捕捉されて、ここで板金部品との結合を強化しているのに注目すべきである。

球状ボルト要素１０の打ち込みが終わった後、プレス機の開放に際して、まず球状ボルト要素が持ち上げられ、同時に今や球状ボルト要素が取り付けられている板金部品を金型から持ち上げる。これと同調して形状づけられた部品１１６が、係止要素１１２とともに持ち上げられるが、この際、中空空間１２６中のコイルばねが圧縮され、リベットビード３６の領域に働く力が充分になり、形状づけられた部品１１６を半径方向外側に押しやってリベットビード３６から離す。このようにして球状ボルト要素１０と板金部品１８とからなる部品アセンブリが金型１０４から解放される。

図７の工具１０４の上部部分１６０は１０のような球状ボルト要素を板金部品１８に取り付けるために設計されたセッティングヘッドを示しているが、この目的のために図示されないホルダーを介して、プレス機の上部工具１６３またはプレス機の中間プラテンに取り付けられてよい。あるいは上下逆の配置においてはプレス機の下部工具に取り付けられる。

この場合セッティングヘッド１６０は球状ボルト要素と金型との中心が一致するように整列され、かくしてボルト要素が定位置に打ち込まれるときのボルト要素の曲がりを防いでいる。金型によってリベットビード３６の自由端面２４が金型インサートすなわち形状づけられた部品１１６に行き当たったときにビード形成作業が終わり、これが環状のフランジ４０を形成するためのシャフト１４の隆起の明確な始点となることが保証される。これは形状づけられた部品１１６が１個しかない場合も同様であり、このような配置はＥＰ出願第００９３１１５５．６号と類似の構造の金型では原理的に可能である。

セッティングヘッド１６０は外側の管状部分１６２を有し、これは下端部１６６に円錐状の凹部１６４を有し、その中には複数の、例えば４個の形状づけられた部品１６８が収容されているが、図７ではそのうちの１個の形状づけられた部品１６８のみが示されている。それぞれの形状づけられた部品は円錐状の外壁１７０を有し、これはセッティングヘッド１６０の外側部分１６２の円錐状の壁１６４と一致する。

図７の形状づけられた部品の下部領域には半径方向内側に向かって伸びるジョー面１７２があり、これは球状ボルト要素１０のシャフト部分１４と係合する。ジョー面は球状ボルト要素との面接触を可能にするために円筒形の表面の一部として形成されており、かくして球状ボルト要素１０に必要な、金型の中央長手軸１１８と同軸にあるセッティングヘッドの中央長手軸１７４との整列が保証される。

形状づけられた部品１６８の上部領域には半径方向内側を向いた突出部１７６があり、セッティングヘッド１６０の移動スリーブ１８２に設けられた溝１８４中に入り込んでいる。溝の下端部１８４は突出部と係合しており、したがって形状づけられた部品１６８は強制的に案内される、すなわちスリーブ１８２とともに軸方向に移動する。

形状づけられた部品１６８が落ちないように、リングばね２０５が形状づけられた部品１６８を取り巻いている。スリーブ１８２はその上部領域に、半径方向外側に向いたカラー１８６を有し、これは工具１６０の外側部分１６２の円筒形の中空空間１８８中で移動可能である。工具１６０の外側部分１６２の半径方向内側を向いた環状のショルダー１９０が中空空間１８８の底部を画定し、これがスリーブ１８２の半径方向外側を向いたカラー１８６に対する係止面をなしている。

スリーブの上部領域には軽い圧縮のコイルばね１９２があり、その下端部１９４はスリーブ１８２の半径方向内側を向いたショルダー１９６に接触し、その上端部は図７ではプレス機の上部工具１６３に支持されている。この実施例ではコイルばねはこうしてスリーブに軸方向下方への軽い力をかけている。

円錐状の上端部２０２を有するプランジャーピン２００がスリーブ１８２の下部領域の円筒形の孔１９８の内部にあり、移動スリーブ１８２の内部の対応する円錐状の面に支持されている。したがってプランジャーピン２００はスリーブ１８２から下方に抜け落ちることはない。プランジャーピン２００の上部にはグラブねじ２０４が切ってあり、これは移動スリーブのねじを切った孔２０６にねじ込まれていて、プランジャーピン２００が上方へ逃げるのを防いでいる。グラブねじ２０４とスリーブ１８２との間のねじ結合はまたプレス機の圧力を最終的に伝達する。この圧力はプレス機の上部工具１６３から発してスリーブ１８２を下方に押し、したがってまたグラブねじ２０４およびプランジャーピン２００を下方に押す。プランジャーピン２００は球状ボルト要素１０の上端部の平坦面８４と接触しているのがわかる。

プレス機を閉じると球状ボルト要素は上方へ逃げることができず、下向きの力が前述の板金部品の穿孔と、球状ボルト要素１０の下端部１４の成形、および環状の折り返し部４０の形成を引き起こす。これらの成形作業が完了したときに上部工具１６０の下端部１６６が板金部品１８に接触し、これを下部工具をなす金型１０４に押しつける。

プレス機の開放に際して、上部工具１６０が球状ボルト要素１０を、取り付けられた板金部品１８とともに持ち上げ、これによって前述したように金型が部品アセンブリを解放する。次いで板金部品がプレス機の他の部品（図示せず）に当たり、球状ボルト要素に下向きの力がかかる。かくして球状ボルト要素は形状づけられた部品を部分的に上部工具の外側部分から引き抜き、これによって半径方向外側に伸びるカラー１８６が半径方向内側を向いた環状のショルダー１９０と接触するに至る。この軸方向の動きは球状頭部を形状づけられた部品１６８から解放するのに十分である。なぜならば形状づけられた部品は上部工具の外側部分から部分的に引き抜かれたとき、半径方向外側に逃げることができるからである。この半径方向外側に向かう動きを助けるために、形状づけられた部品１６８はジョー面１７２の軸方向上端部の領域に傾斜面または成形面２０８を有し、これが球状ボルト要素の丸みを帯びた球状頭部の球面と協働する。

こうして球状ボルト要素と板金部品からなる部品アセンブリは図７の工具の加工領域から取り出せる状態になる。

圧縮ばねが形状づけられた部品を開いた位置に維持しているので、新しい球状ボルト要素を下方から上部工具に導入して、上方へ押し込むことができる（形状づけられた部品のジョー面１７２が再び球状ボルト要素１０のシャフト部分１４と係合し、圧縮コイルばねが圧縮されるまで）。形状づけられた部品１６８を互いに押しつけるリングばね２０５は例えばポリウレタンからなり、円錐状の壁１６４に対する摩擦力でスリーブ１８２を形状づけられた部品１６８とともに、図７に示される位置に保つのに十分な力を持たされている。こうして新しい球状ボルト要素が図７の球状ボルト要素１０の位置を取る。

次いで板金部品１８をプレス機に導入し、前述のようにして新しい球状ボルト要素を新しい板金部品１８にリベット結合することができる。

ボルト要素を例えば手作業で、下方から上部工具の形状づけられた部品または形状づけられたセグメント１６８の間に挿入するかわりに、自動化された実施例において球状ボルト要素１０を斜めに向いた案内通路２１０を通して形状づけられた部品の間の空間に導入することができる。

もし例えば３個の形状づけられた部品１６８が備わっているならば、斜めに配置された案内通路は二つのセグメント状の形状づけられた部品１６８の中間の空間に導くことができる。このようにして、球状ボルト要素１０は案内通路２１０の斜めに向いた位置から、形状づけられた部品１６８の垂直に向いた位置に移動することができる。しかしながら工具１６０が４個の互いに接触する形状づけられた部品１６８を備えていたとしても、案内通路２１０に必要な空間を設けることができれば同様な方法は可能である。

最後に一連の概略図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、および１０Ｄは球状ボルトを厚手の板金に挿入することも可能であることを示している。約１．５ｍｍの厚さの板金においては、板金部品１８を穿孔することもできるが、図１０Ａに示されるように２１２のような孔を予備形成してもよい。

しかしながら１．５ｍｍ以上の厚さの板金においては板金の前加工工程を設けるのが有利である。すなわち孔２１４の周囲で板金が図１０Ｂのような形をとるようにする。この種の板金の前加工工程は例えばいわゆるクランプ孔リベット締めプロセス（欧州特許第５３９７９３号）に関連して、またＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＥＰ９６／０４１８８中のいわゆるＥＢＦ要素に関連して記載されているので、ここでは繰り返さない。図１０Ｃは、孔２１５の内径が孔の形成および板金部品の前加工の過程で少なくとも実質的に球状ボルト要素の下端部１４の外径ｄに相当することを示している。最後に図１０ＤはＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＥＰ００／０６４６５にしたがって実施された要素取り付け後の状態を示している。

図７の金型を用いて、ボルト要素を前加工された板金部品に取り付けることもまた可能であり、この場合には、球状ボルト要素が板金部品を穿孔せず、したがって打ち抜きスラグが生じない。取り付けの状況は図１０Ｄと類似であるが、リベットビード３６の折り返されたビード端部２４と板金部品との間に金型１０４の形状づけられた部品１１６の突出部１４２によって作り出された挟み込み部が存在することが異なっている。

長手方向において部分断面とした本発明によるボルト要素である。 図１の本発明のボルト要素を製造するための、本発明によって使用される工具である。 ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＥＰ００／０６４６５の図５に相当する図であり、本発明のボルト要素の板金部品への取り付けを説明している。 ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＥＰ００／０６４６８の図２に相当する図であり、このＰＣＴ出願のリベット結合の本発明への利用を示している。 管状の材料から製造された球状ボルト要素の長手方向の断面図である。 内部高圧成形法によって製造された球状ボルト要素の、図５と同様な図である。 球状ボルト要素を取り付けるための好ましい工具の図である。 図７で矩形で囲った部分の金型の詳細図であり、板金部品は省かれている。 球状ボルト要素を取り付けた後の、図８の詳細図である。 異なった板金の前加工工程を示す一連の概略図である。

符号の説明

１０…ボルト要素
１２…シャフト部分
１４…第一の端部
１６…リベット結合
１８…パネル要素
２０…他方の端部
２２…球状成形部
２４…第一の端部の端面
２６…中空の空間
２８…縁部
３０…切断面
３２…中空領域
３４…中央長手軸
３６…リベットビード
４０…環状の折り返し部
４６…赤道線
５０…下側の金型
５２…上側の工具
５４…長手軸
Ｄ…球状成形部の球の直径
ｄ…シャフト部分の直径

Claims (10)

1. 第一の端部（１４）が、パネル要素（１８）、特に板金部品へのリベット結合（１６）用に設計されたシャフト部分（１２）を有するボルト要素（１０）であって、
   シャフト部分（１２）は、その他方の端部（２０）に球状成形部（２２）を有し、
   球状成形部（２２）の球の直径（Ｄ）は、シャフト部分の直径（ｄ）より大きく、
   シャフト部分（１２）の直径（ｄ）は、球状成形部（２２）から第一の端部（１４）に至るその全長にわたって、実質的に一定であり、
   板金部品（１８）へのリベット結合（１６）用に設計されたシャフト部分（１２）の第一の端部（１４）は、中空であり、かつシャフト部分と実質的に同じ外径を有しており、
   シャフト部分の第一の端部の中空領域は、部品の厚さを貫通し、部品の球状成形部から遠い方の側にリベットビードを形成し、かつ部品の球状成形部に近い方の側に環状の折り返し部を形成するための十分な材料を中空領域に備えるのに十分な長さを有することを特徴とするボルト要素。
2. シャフト部分（１２）の第一の端部（１４）が穿孔およびリベット締め用の特徴部を備えていることを特徴とする、請求項１記載のボルト要素。
3. シャフト部分の中空の第一の端部において直円筒形のジャケット面がプレスおよび絞りのための丸みを帯びた縁部に移行し、かつ内部に円錐状の切断面を有することを特徴とする、請求項２記載のボルト要素。
4. シャフト部分の中空の第一の端部の内部空間が実質的に円筒形になっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のボルト要素。
5. ボルト要素全体が中空になっていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のボルト要素。
6. 中空のシャフトがめねじを備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のボルト要素。
7. 球状成形部が、シャフト部分の長手軸に対して垂直な平面に存在する赤道線を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のボルト要素。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のボルト要素と、部品と、を有する部品アセンブリであって、
   リベットビードが球状成形部から遠い方の部品の側に設けられるとともに、環状の折り返し部が球状成形部に近い方の部品の側に設けられ、これにより、この部品が、結合領域において環状の折り返し部とリベットビードとの間でシャフト部分に固定されることを特徴とする、部品アセンブリ。
9. 環状の折り返し部が、板金部品の環状の凹部の中に配置され、環状の折り返し部の球状成形部に近い方の環状の表面が、リベット結合領域においてシャフト部分に隣接する板金部品の側面よりわずかに低く、またはわずかに高く配置され、あるいは部品のこの側面と同じレベルに配置されることを特徴とする、請求項７記載の部品アセンブリ。
10. 打ち抜きスラグが環状のビードの内部に捕捉されてこのビードを押していることを特徴とする、請求項７または８記載の部品アセンブリ。

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