JP2011038635A - 機能性要素および機能性要素とシートメタル部品との間の締結部の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シートメタル部品への高品質の締結部を可能にするとともに、シートメタル部品への取付時にヘッド部の所望の変形以外の望ましくない変形が確実に生じることがない高品質の機能性要素を提供する。
【解決手段】機能性要素（１０）、特にボルト要素は、シャフト部（１４）とヘッド部（１６）からなり、ヘッド部は、パネル要素、特にシートメタル部品とのリベット締め用に設計されているとともに、中空でかつシャフト部よりも外径が大きく、シャフト部は、凸状に丸みづけられた、特に球形の面（１５）によって形成された環状のショルダ部を介してヘッド部に移行し、凸状に丸みづけられた面はシャフト部からヘッド部の少なくとも実質的に円筒状のジャケット面まで延在している。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、機能性要素、特にシャフト部とヘッド部からなるボルト要素であって、ヘッド部が、パネル要素、特にシートメタル部品とのリベット締め用に設計されているとともに、中空でかつシャフト部よりも外径が大きいものに関する。また、本発明は、機能性要素をシートメタル部品に取り付ける方法および結果として得られるコンポーネントアセンブリに関する。

上述の種類の機能性要素は、特許文献１の図６にヘッド部とシャフト部とが少なくとも実質的に同じ直径を有するボルト要素の変形例として示されている。特許文献１は、特許文献２などにつながっている。この種のボルト要素は、特許文献３の特許請求の範囲に記載の所謂球形のボルトの形態で、プロフィル フェルビンドゥングステヒニック ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー社により市販されている。ボルト要素は、ヘッド部の領域において車両のテールゲイトなどのシートメタル部品にリベット締めされ、ヘッド部とは反対側のシャフト部の端部が球形に設けられる。シャフト部の球形の端部は、玉継手の一部をなし、玉継手のソケットはテールゲイトを支持するガスばねの一部となる。

類似する機能性要素は、例えば、特許文献４により知られており、ヘッド部が、管状の孔と、シートメタル部品を穿孔して続いて要素をシートメタルに固定するリベットビードを形成するリベット締結部と、を有するねじ付ボルトである。ヘッド部は、管状の孔とリベット部との間にフランジを有し、このフランジは、要素の長手方向軸に対して垂直に延在する環状面を備えており、この環状面は、要素をシートメタル部品に取り付けた後に一般的にシャフト部に隣接するシートメタル部品の面の真下に配置される。

シートメタル部品の穿孔時に形成されるスラグは、穿孔／リベット締結部に押し込まれ、シートメタル部品とのリベット締めを補助する。特許文献４には、さらに、ナット要素の形態の機能性要素が開示されており、シャフト部はヘッド部の延長であって雌ねじを有する。しかし、シャフト部は、ねじとして設計する必要はなく、対応するクリップによってカーペットなどを固定することができるガイドスピゴットやピン様設計などの多くの設計を考慮に入れることができる。

このような機能性要素、すなわち、特許文献４に記載の機能性要素は、長年にわたって機能が実証されており、要素とシートメタル部品との間に高品質の締結部を提供する。しかし、このような要素の製造は比較的高価であり、非常に正確に作動し、かつ所望の品質を達成するために比較的動作が遅い冷間形成機械を一部必要とする。比較的高価な冷間形成機械を使用する必要性および制限された動作速度により、製造コストが比較的高くなる。さらに、用途によっては、要素の重量を減少させることがより望ましい。

特許文献１の図６に記載の機能性要素では、要素をシートメタル部品に取り付けるときに、ヘッド部をかなり変形させる必要があり、所望でない変形が生じるために締結部の品質が損なわれるという問題がある。このような難点は、望ましくない変形が時々起こるだけであっても、望ましくないスクラップを別にしても製造過程を乱すため、数千個の機能性要素が使用される大量生産では許容されない。

国際公開第０１／０３８８０号パンフレット 欧州特許第１２０２８３４号明細書 欧州特許第１３４６１６０号明細書 独国特許発明第３４４７００６号明細書

本発明は、シートメタル部品への高品質の締結部を可能にするとともに、シートメタル部品への取付時にヘッド部の所望の変形以外の望ましくない変形が確実に生じることがない上述の機能性要素を提供することを目的とする。さらに、回転防止特徴部を備えていない場合でも回転防止機能が改善されるとともに、引き抜きおよびボタン抜きに対する良好な耐性が提供され、機能性要素も同様に効率的でかつ有利な価格で製造可能であるべきである。

上述の目的を達成するために、上述した種類の機能性要素は、凸状に丸みづけられた面がシャフト部からヘッド部の少なくとも実質的に円筒状のジャケット面まで少なくとも実質的に延びるように、凸状に丸みづけられた面によって形成された環状ショルダを介してシャフト部がヘッド部に移行するように設けられる。

凸状に丸みづけられた面が、シャフト部から「少なくとも実質的に」ヘッド部の少なくとも実質的に円筒状のジャケット面まで延びるという記載は、シャフト部と丸みづけられた面との間の移行部として丸みまたは面取部、例えば丸みづけられた面と円筒状のジャケット面との間に円錐状の移行部を設けることをができることを示すことを意図しており、このような移行部は丸みづけられた面に比べて軸方向高さおよび角度範囲が小さい。

よって、本発明に係る機能性要素は、ヘッド部またはリベット部を超えて径方向に延在するフランジ部を有していない状態で製造される。これは、機能性要素の効率的でコスト的に有利な製造の一助となる。

フランジ部を有する周知の機能性要素では、フランジ部の機能は、一方では、シートメタル部品に対して要素が緩むのを防止する充分な表面積を提供することであり、他方では、例えばボルト要素の場合にはねじを有する機能性要素のシャフト部にねじ留めできるナットによって、追加のシートメタル部品や他のコンポーネントを固定することができる表面を形成することである。

本発明に係る機能性要素では、このフランジは機能性要素自体には設けられていない。機能性要素をシートメタル部品に取り付けるときに、周知の要素と同様に機能性要素の端面がシートメタル部品を打ち抜き、要素のシャフト部とは反対側のシートメタル部品の面にリベットビードを形成するように再度形状づけられる。さらに、機能性要素は長手方向に圧縮され、中空のヘッド部が環状折り曲げ部すなわち環状ビードを形成し、この環状ビードがフランジとして機能して上述した従来のフランジの機能を担う。

本発明によると、国際公開第０１／０３８８０号パンフレットの図６に記載の従来技術と同様に、少なくとも要素のヘッド部が中空に形成され、シートメタル部品への取付時にシートメタル部品の一方側でリベットビードとして形状づけられるとともに、シートメタル部品の他方側で環状折り曲げ部として形状づけられ、シートメタル部品の孔のリムがリベットビードと環状折り曲げ部との間に締め付けられる。

本発明に係る要素では、ヘッド部の外径がシャフト部の外径よりも大きいので、形成される環状折り曲げ部およびリベットビードは、ヘッド部とシャフト部とが同じ直径を有する要素に比較して直径が大きい。シャフト部からヘッド部への移行部の丸みづけられた形状により、ヘッド部の円筒状の領域の長さが国際公開第０１／０３８８０号パンフレットの図６に記載の実施例に比べて短縮され、これによって変形性をよりよく制御することができる。従って、丸みづけられた移行部の軸方向高さは、ヘッド部の全長を短縮する一助となる。

環状折り曲げ部およびリベットビードの拡大された直径により、単に孔との摩擦によって回転防止機能が高まる。さらに、比較的大きい直径は、引き抜きおよびボタン抜きに対する耐性がかなり大きくなることを意味する。

凸状の丸みづけられた面によって得られるとともに、シャフト部からヘッド部の少なくとも実質的に円筒状のジャケット面まで延びるシャフト部とヘッド部との間の移行部の特別な形状により、機能性要素のシートメタル部品への取付時に機能性要素およびシートメタル部品の望ましくない変形を驚くほど回避することができる。

凸状に丸みづけられた面は、少なくとも実質的に球形に丸みづけられた面であることが好ましい。さらに、中空のヘッド部の内部空間は、少なくとも実質的に円筒状に設けられるとともに、ヘッド部とシャフト部との移行領域が少なくとも実質的に半球形であり、その半径の起点は機能性要素の長手方向中心軸上にあるとともにヘッド部の円筒状の内部空間の半径と少なくとも実質的に同じ寸法である。

さらに、丸みづけられたすなわち球形に形状づけられたヘッド部からシャフト部への移行部の壁の厚さは、少なくとも実質的に一定である。ヘッド部からシャフト部への丸みづけられたすなわち球形に丸みづけられた移行部の壁の厚さは、中空のヘッド部の円筒状領域における壁の厚さに少なくとも実質的に対応し、このときリブやリセスなど回転防止のために設けられた特徴部の径方向高さを考慮する必要がない。

シャフト部からヘッド部への移行部の好適実施例は、本発明の目的を達成する一助となり、すなわち、全て機能性要素のシートメタル部品への取付時にヘッド部の望ましくない変形を防ぐ。

ヘッド部とは反対側のシャフト部の端部は、球形とすることができ、その半径はシャフト部の半径よりも大きい。これにより、環状折り曲げ部およびリベットビードの拡大された直径によって、特に良好なボタン抜き耐性を有する球形のボルトが実現され、この特性は球形のボルトでは特に重要である。球形のボルトは、一般に非常に大きな回転力にさらされないが、このような回転は原則的に摩擦不足によって生じるので、環状折り曲げ部およびリベットビードの拡大された直径によって回転に対する充分な耐性が得られる。

機能性要素は、球形のボルトとして実現する必要はない。代わりに、シャフト部に雄ねじまたはクリップが差し込まれる保持特徴部設けることができる。シャフト部の雌ねじを有する中空の設計も考慮に入れてもよい。

このような実施例、特に雄ねじまたは雌ねじを有する実施例では、ヘッド部のジャケット面に回転に対する耐性を増す長手方向リブおよび／または長手方向の溝などの回転防止機能を提供する特徴部を設けることができる。

請求項９〜１１に係る機能性要素の設計は、一方では機能性要素を自己穿孔式、すなわちシートメタル部品の取付時に要素自体がシートメタル部品に孔を穿孔するように設計することを可能にし、他方では本発明に係るリベットビードおよび環状折り曲げ部の所望の設計が確実に得られるようにする。

本発明に係る機能性要素は、ワイヤまたは棒状材料から冷間形成部品として形成可能である。しかし、中空のシャフト部が望ましい場合には管状材料から製造してもよい。この点に関して、シャフト部に設けられるねじは、ねじ転造プロセスまたは加圧成形プロセスによって形成可能である。取付特徴部も転造または加圧成形によって形成可能である。

さらに、機能性要素は、初期材料として管を使用した場合には冷間形成だけでなく高圧成形法でも有利なコストで製造可能である。さらに、他のコスト的に有利な製造法を考慮に入れることもできる。部品をワークピースに取り付けるには中空のヘッド部のみが必要であるが、機能性要素全体を中空部品として形成してもよい。初期材料として管を使用した場合には、有利なコストで中空のヘッド部の内径をシャフト部の内径よりも大きくすることができる。

上述したように、本発明では、実際のフランジは後で形成される。シートメタル部品が、面積が比較的大きい取付部によってリベットビードと管状折り曲げ部との間に嵌合されるので、本発明の機能性要素は回転に対する良好な耐性を有する。穿孔スラグがリベットビード内に固定される変形例では、回転がさらに防止されるとともに引き抜き耐性が向上する。

回転をさらに防止する必要がある場合には、種々の方法によって実行することができる。一方では、溝やノーズ部などの回転を防止する小さい特徴部をリベットビードを形成するヘッド部の領域に設けることができる。他方では、径方向に延びるノーズ部をリベットビードを形成するダイボタンおよび／または管状折り曲げ部を形成するプランジャの端面に設けることができ、このようなノーズ部は、シートメタル部品およびリベットビードおよび／または管状折り曲げ部の接触領域に相互の変形をもたらして回転防止機能を高める。

さらに、欧州特許第１６０９５６１号に従って、機能性要素をシートメタル部品に取り付ける前に、シートメタルの前処理として回転を防止する特徴部をシートメタル部品に刻印することができる。機能性要素の取付において、回転を防止する特徴部は環状折り曲げ部および／またはリベットビードに対応する局部的なくぼみを形成し、回転防止機能が向上する。

また、環状折り曲げ部の表面に端子との電気接点として機能する径方向に延びる尖ったノーズ部などを設けることもできる。このようなノーズ部は、要素の取付前にヘッド部の外面に設けるか、プランジャの端面の対応する形状によって環状折り曲げ部の形成時に環状折り曲げ部の露出面に後で形成または刻印してもよい。

機能性要素、要素をシートメタル部品に取り付ける方法、このように製造されたコンポーネントアセンブリ、コンポーネントアセンブリの製造に使用されるダイボタンおよび使用されるプランジャ装置の特定の利点および好適実施例は、特許請求の範囲および以下の詳細な説明に記載されている。

実施例および添付の図面を参照して、本発明を以下に詳細に説明する。

ボルト要素の形態を有する本発明に係る機能性要素の長手方向部分断面図である。 図１Ａのボルト要素のヘッド部の端面の平面図である。 球形ボルトの形態を有する本発明に係る機能性要素の長手方向部分断面図である。 図２Ａのボルト要素のヘッド部の端面の平面図である。 本発明に係る機能性要素を薄いシートメタル部品に取り付ける第１の段階を示す説明図である。 本発明に係る機能性要素を薄いシートメタル部品に取り付ける中間段階を示す説明図である。 本発明に係る機能性要素を薄いシートメタル部品に取り付ける中間段階を示す説明図である。 本発明に係る機能性要素を薄いシートメタル部品に取り付ける中間段階を示す説明図である。 プレスまたはトングを開く前の取付方法の最終段階を示す説明図である。 機能性要素を厚いシートメタル部品に取り付けた場合における図３Ｅに対応する説明図である。 機能性要素を取り付ける前に適用可能なシートメタルの前処理を示す説明図である。 機能性要素を取り付ける前に適用可能なシートメタルの前処理を示す説明図である。 機能性要素を取り付ける前に適用可能なシートメタルの前処理を示す説明図である。 機能性要素を取り付ける前に適用可能なシートメタルの前処理を示す説明図である。 シャフト部よりも直径が大きいヘッド部を有する本発明に係る機能性要素の図５Ａ〜図５Ｄに従って前処理したシートメタル部品への取付けを示す説明図である。 シャフト部よりも直径が大きいヘッド部を有する本発明に係る機能性要素の図５Ａ〜図５Ｄに従って前処理したシートメタル部品への取付けを示す説明図である。 シャフト部よりも直径が大きいヘッド部を有する本発明に係る機能性要素の図５Ａ〜図５Ｄに従って前処理したシートメタル部品への取付けを示す説明図である。 シャフト部よりも直径が大きいヘッド部を有する本発明に係る機能性要素の図５Ａ〜図５Ｄに従って前処理したシートメタル部品への取付けを示す説明図である。 本発明に係る機能性要素をシートメタル部品に取り付ける際に使用可能な取付ヘッドの断面図である。

図１Ａ，図１Ｂの機能性要素は、雄ねじ１２を有するシャフト部１４と、シャフト部よりも大きい外径、すなわちシャフト部１４のねじ付シリンダよりも大きい外径を有する中空のヘッド部１６と、を備える。図示のねじは、例えばプラスチック製のクリップの手動または自動のねじ留めなどの重要度が低い締結部で使用可能な特別な形態のねじを有する。ドイツ工業規格に従った略式でないねじも使用可能である。

中空のヘッド部１６内には、シャフト部１４とは反対側のヘッド部１６の端面２０からねじ付シリンダの真下まで延びるとともに、ここで連続する横壁２２で終端となる円筒状の中空キャビティ１８が設けられている。中空キャビティ１８は、ボアの形状を有する。横壁２２は、半球形の面によって形成されるが、円錐形などの他の凹形状を有してもよい。中空キャビティと横壁とは、冷間形成プロセスによって製造可能である。ここではボルト要素として実現されている機能性要素１０の長手方向軸は、２４として示されている。

要素１０は、端面２０において、ヘッド部の端面を形成するとともに長手方向軸２４に垂直な平面内に延在する環状面に移行する内側切断面２６を有する。上記の代わりに、独国特許発明第３４４７００６号、好ましくは欧州特許第１４３０２２９号の機能性要素の穿孔／リベット締結部の対応する端面と全く同じように、端面に外側が丸みづけられた穿孔／絞り端部を設けることもできる。

図１Ａでは、切断面２６は、比較的小さく形成されており、これは不可欠ではないが好ましい。

図１Ａ，図１Ｂの機能性要素の特徴は、シャフト部１４が環状ショルダを介してヘッド部１６に移行することであり、この環状ショルダは凸状に丸みづけられた面１５によって形成され、この丸みづけられた面１５は、シャフト部１４からヘッド部１６の少なくとも実質的に円筒状のジャケット面まで、すなわち位置１９から位置２１まで延在する。この点に関して、凸状に丸みづけられた面１５は、少なくとも実質的に球形に丸みづけられた面である。しかし、これは必ずしも必要ではなく、ほぼ球形に丸みづけられた面、例えば、丸みのある形状の回転体であり、長円または楕円の一部の湾曲面に対応するものも使用可能である。一例として、長円の短軸から約６０°にわたって、例えば２７０°〜３３０°まで延びるか、長円の長軸に関連して約−３０°〜約＋３０°の角度範囲を有するセクタを考慮に入れることもでき、長円の２つの直径の比率は、Ｄ１／Ｄ２≦２であることが好ましい。

上述したように、ヘッド部１６とシャフト部１４との間の中空のヘッド部１６の内部空間１８の移行領域は、少なくとも実質的に半球形を有することが好ましく、その半径Ｒの起点２３は機能性要素の長手方向中心軸２４上にあり、かつヘッド部の円筒状の内部空間の半径Ｒと少なくとも実質的に同じ寸法である。この半球形は、凸状面１５と同様に半長円または半楕円の形状に置き換えることもでき、すなわち面１５の可能な形状に関する上述の記載は、シャフト部に隣接する内部空間１８の端部の形状にも原則的に適用されるが、ここでは角度範囲は２７０°〜０°または２２５°〜３１５°にわたる。ヘッド部からシャフト部への丸みづけられたまたは球形に丸みづけられた移行部の壁の厚さは、（不可欠ではないが）少なくとも実質的に一定であることが特に好ましい。

図２Ａ，図２Ｂは、図１Ａの機能性要素１０と類似する機能性要素１０’を示している。図２Ａ，図２Ｂでは、図１Ａ，図１Ｂと同じ参照符号にアポストロフィ（’）を付けて使用しており、同じ意味を有する。すなわち、図１Ａ，図１Ｂの実施例に関して記載した対応する部分の説明および形状の特徴は図２Ａ，図２Ｂにも適用される。

図１Ａの機能性要素とは異なり、機能性要素１０’のヘッド部１６’は、長手方向に延びるリブ１７’を有する。ここでは６個のリブが設けられているが、これは重要ではない。６個のリブ１７’により回転を防止する代わりに、例えば、２〜２４個またはギザギザ形状を有する場合にはそれ以上のリブを設けてもよい。また、回転を防止するリブ１７’の代わりに、回転を防止する溝をヘッド部１６’の表面に設けることもでき、回転を防止する他のリブおよび溝を使用してもよい。回転を防止するこのような特徴部は、図１Ａ，図１Ｂの実施例にも設けることができる。

さらに、図２Ａ，図２Ｂの機能性要素１０’は、ヘッド部１６’とは反対側のシャフト部１４’の端部が球形であり、シャフト部１４’が円筒状部分、すなわち図１Ａ，図１Ｂの実施例のようにねじ付シリンダを有していないことを特徴とする。従って、これは球形のボルトである。他の変形例も可能である。例えば、図１Ａ，図１Ｂ，図２Ａ，図２Ｂの実施例において、シャフト部１４と任意にボール２５’を中空とすることができる。このような実施例は、管状材料で製造可能である。

図３Ａ〜図３Ｅは、ダイボタン３２と取付ヘッド４０を使用して、図１Ａ，図１Ｂの機能性要素をシートメタル部品３０に取り付ける際の種々の段階を示している。

ダイボタン３２は、図示省略のプレスの下部工具のボアに配置され、下部工具の上面は一般にダイボタンの端面と同一平面上に位置する。下部工具では、複数のピンがダイボタンの周囲に設けられ、これらのピンはばねによって上向きに付勢されており、プレス内にシートメタル部品３０を配置するときにこれを支持する。プレスが閉じられると、これらのピンは、図示省略の押下げ部材によってかかる力により下向きに押され、シートメタル部品３０はダイボタン３２の端面３３およびダイボタン３２の領域における下部工具の上面と接触する。これにより、シートメタル部品は、押下げ部材とダイボタン３２および／または下部工具との間で移動不能に固定される。例えば、３つのばね付勢ピンを下部工具に設けることができ、これらのピンは、例えばダイボタン３２の長手方向中心軸を中心に均等な角度で離間して配置される。ダイボタンの長手方向中心軸は、機能性要素１０の長手方向中心軸２４と整列している。参照符号７０は、取付ヘッドのばね付ノーズ片を示しており、このノーズ片は、プランジャ４８を案内するとともに、シートメタル部品３０がばね付ノーズ片７０によってダイボタン３２の端面３３に押し付けられるように押下げ機能を有する。

ダイボタン３２は、中心に設けられた円筒形のプランジャ突出部３４を備えており、このプランジャ突出部３４は、独国特許発明第３４４７００６号の対応するダイボタンのプランジャ突出部と同様に設計されているが、本発明ではダイボタンの端面３３と同一平面上に位置する。このプランジャ突出部３４は、環状リセスによって囲まれており、この環状リセスは、基部領域で丸みづけられているとともに、ダイボタンの端面においてシートメタル部品３０に面する環状面３３に移行する。全般的に、ダイボタン３２は、独国特許発明第３４４７００６号で説明されているダイボタン１８０に類似している。

図３Ａは、シートメタル部品３０がプレス内に配置され、プレスが閉じ始めて、押下げ部材７０および機能性要素１０の端面２０がシートメタル部品３０の上面に接触して、これらの部材とダイボタン３２との間にシートメタル部品が軽く固定された状態を示している。

図３Ｂの製造ステップの段階では、機能性要素の端面２０が、プランジャ４８の圧力の下でシートメタル部品をダイボタンの環状リセス３６内に部分的に押し込んでおり、プランジャ４８は、凸状に丸みづけられた面の上部領域と一致した形状を有して、この上部領域を押し、シートメタル部品３０に浅いほぼ円錐状のリセス３０’が絞られている。図３Ｂの段階では、プランジャ突出部３４は、機能性要素１０のヘッド部１６の端面の切断面２６とともにシートメタル部品から穿孔スラグ５０を切り取っている。

図３Ｂよりもプレスが閉じた状態を示す図３Ｃから明らかなように、シートメタル部品の円錐状のリセス３０”は、図２Ｂの円錐状のリセス３０’よりもかなり下方に絞られており、機能性要素１０の端面が機能性要素のヘッド部によって広げられたシートメタル部品の孔に押し通されており、円錐形の切断面２６が環状リセス３６の丸みづけられた底面に到達して、これにより、図３Ｄに示す続く段階で、円筒状のヘッド部が端面３０において環状に外側に巻き上げられ、ビードが形成される。

また、図３Ｄでは、図３Ｃに比べてプランジャ４８がさらに下方に移動していることも明らかであり、丸みづけられた環状のリセス、すなわちダイボタンの巻上げ面３６によって、シートメタル部品の孔の下向きに絞られたリムの周りに要素１０の中空のヘッド部の自由端領域が初期段階の環状リベットビード３７を形成するように形状づけられる。シートメタル部品に設けられた孔は、この段階ではトランペットの口に類似するリム３１を備える。

プランジャ４８がさらに下向きに移動する過程において、ヘッド部１６の壁が図３Ｅに示すように丸みづけられた面およびシャフト部１４の真下でこれに隣接する円筒壁の領域で圧縮され、環状折り曲げ部５２が形成される。一方ではプランジャ４８に案内されることで機能性要素１０が受ける制約により、他方では孔のリム３１および穿孔スラグ５０により、さらに環状リセス３６の形状により、図３Ａ〜図３Ｅに示す変形が確実に達成される。リベットビード３７は、図３Ｅにおいて最終的な形状を有する。

比較的薄いシートメタル部品、すなわち約０．６ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲の厚さを有するシートメタル部品では、孔のリム３１はほぼ円錐形状を有するとともに、リベットビード３７と環状折り曲げ部５２との間に固定され、環状面５７がシートメタル部品３０の上面と同じ平面内で環状折り曲げ部上に延在する。必要であれば、プランジャは、環状面がシートメタル部品の上面の上に突出せずにむしろ上面に対して僅かに引っ込むように、例えば、軸方向高さが０．０２ｍｍの小さい軸方向環状突出部をこの領域に有してもよい。

必要であれば、プランジャ４８のノーズ部５６は、丸みづけられた面との接触面の領域において、形状を与える特徴部を備えてもよい。このような特徴部は、一方ではシートメタル部品３０と中空のヘッド部１６との間に回転を防止する所望のかぎ状に曲がった構成を提供する。他方では、特徴部は図３Ｅの環状折り曲げ部５２の上部環状面に、例えば、ノーズ部が設けられるように形成可能であり、このようなノーズ部は、機能性要素が接地要素として使用される場合などに高品質の電気接点として機能する。このような回転防止形状の代わりに、またはこれに加えて、接着剤を用いて要素をシートメタル部品に接着することもできる。例えば、機能性要素をシートメタル部品に締結するときに加圧下で初めて作用する乾性接着剤で機能性要素１０のヘッド部１６の領域をコーティングすることができる。

図３Ｅの段階では、シートメタル部品３０に対する機能性要素の取付けが完了している。プレスが開いて、上述のように製造されたコンポーネントアセンブリは、図３Ｅに示す形状を有する。

この説明では、ダイボタン３２は、プレスの下部工具に配置されたダイボタンであると仮定している。この場合には、取付ヘッド４４は、プレスの上部工具またはプレスの中間プレートに固定される。しかし、ダイボタン３２を中間プレートに配置し、プレスの上部工具または下部工具に配置された取付ヘッドと協働するようにしてもよい。同様に、ダイボタン３２を工具の上部プレートに取り付けて、取付ヘッドを中間プレートまたはプレスの下部工具に設置してもよい。さらに、取付ヘッド４０とダイボタン３２とは、ロボットまたは力により作動するトングなどの他の装置によって互いに対して押し付けることもできる。

図３Ｅから分かるように、穿孔スラグ５０は、リベットビード３７の領域で中空の機能性要素１０の中央通路を閉鎖しており、これにより、機能性要素１０とシートメタル部品３０とのリベット締結部が強化される。

比較的厚い、例えば、約１．８ｍｍよりも厚いシートメタル部品を使用した場合における、プレスで製造されたコンポーネントアセンブリの完成品は、図４に示されており、図３Ｅとは僅かに異なる。

図４では、シートメタル部品は、全体として円錐状の孔のリム３１の領域において、比較的厚い領域３１’を全体としてＵ字型のリベットビード３７’で囲むようにより大きく変形している。しかし、締結部の機能および品質は、図３Ａ〜図３Ｅの実施例と同様である。

図５Ａ〜図５Ｄは、実行可能なシートメタルの前処理を示しており、図５Ａ〜図５Ｄに示すシートメタルの前処理自体が回転を防止するため、（回転を防止する特徴部を有する機能性要素の使用を除外しないが）回転を防止する特徴部なしで図１Ａ，図１Ｂに示す要素や図２Ａ，図２Ｂに示す要素を使用する場合に特に重要である。

基本的には、シートメタル部品３０は、図５Ａ〜図５Ｄのシートメタルの前処理に従って提供され、ここでは円形のディスクであるが、実際には他の所望形状とすることができ、シートメタル部品に回転を防止する特徴部を形成するための特別なくぼみを有する。すなわち、回転を防止する特徴部は、欧州特許出願公開第１６０９５６１号に従ってシートメタル部品に設けられる。

より詳細には、シートメタル部品には、図５Ｂの平面図または（図５Ａの丸で囲まれた領域に対応する拡大図である）図５Ｄの拡大断面図に最もよく示されているように、環状の鋳造特徴部７１が設けられている。この環状鋳造部は、周方向に延びる溝７４にそれぞれ囲まれた不連続な細長い突出部７２からなる。この例では、６個の規則正しく設けられた島様の突出部７２がシートメタル部品の長手方向中心軸７２を中心に配置されている。突出部７２の材料は、対応する溝７４の領域の材料を移動させることによって得られる。シートメタル部品は、ここでは予め穿孔されていないが、シートメタルの予穿孔は、全ての実施例において可能である。

続いて、図６Ａ，図６Ｂは、図１Ａ，図１Ｂの要素がどのようにシートメタル部品に取り付けられるかを示している。この点に関して、図６Ａは、図５Ａ〜図５Ｄに示したシートメタル部品３０上の要素を示しており、図６Ｂは、シートメタル部品にリベット締めされた要素を示している。図７Ａ，図７Ｂには、対応する部分断面図が示されており、製造方法は図３Ａ〜図３Ｅを参照して上述した製造方法に対応しており、シートメタル部品７０は、ここでは厚さのあるシートメタル部品である。このため、シートメタル部品３０の鋳造特徴部７２，７４によって環状折り曲げ部５２の下部領域に対応する鋳造特徴部が形成されて、追加の回転防止が達成されている他は、図７Ｂは対応する図４とほぼ同一である。

図８は、図１Ａ，図１Ｂに示す要素が、製造過程において、取付ヘッド１００によってそれぞれどのようにシートメタル部品に供給されるかを概略的に示している。この点に関して、図８の取付ヘッド１００は、欧州特許第７５５７４９号に示されている取付ヘッドにほぼ対応している。取付ヘッドは、上述の特許に詳細に説明されているので、ここでは取付ヘッドの重要な部分のみを簡潔に説明する。

図８に示す案内／取付装置１００は、ねじ１１４およびドエルピン１１６によってプレスの上部工具１０２に固定された取付ハウジング１１２を有する。カバー１１８を有する取付ハウジング１１２は、一方では上部工具１０２においてプランジャ１２０を案内するように機能し、他方では実際の取付ヘッド１００のガイドとして機能する。プランジャ１２０は、直径が大きい上部１２４と、比較的直径が小さい同様に円筒状の部分１２６と、を有する。プランジャの上部１２４は、ピストンとして形成され、シリンダ１２５内の空気圧によって下向きに付勢されている。シリンダ１２５は、カバー１１８によって閉じられている。プランジャの実質的に円筒状の下部１２６は、取付ヘッド１００のガイド片１４０内で摺動可能に案内される。ガイド片１４０は、それ自体がシリンダ１４５内にピストンロッド１４３を有するピストン１４１によって案内されており、シリンダ１４５自体も取付ハウジング１１２のボア１４７内でピストン１４６として摺動可能に案内されている。伸縮式の構成をなすピストン１４１，１４６は、共に下向きに付勢されている。

プランジャ１２０の下部１５１は、部分１２６に比べて直径が小さく、機能性要素１０のシャフト部１４を受け入れる寸法に設けられた円筒状の開口部１５３を有する。機能性要素１０のヘッド部１６は、ガイド片の内部に設けられた２つの保持部材つまり保持フィンガ１６２の間に突出する。各々の保持フィンガ１６２は、概略的に示された圧縮コイルばね１６６をそれぞれ収容する円筒状のボア１６４を有することが分かる。圧縮コイルばね１６６は、一端がボア１６４の端部１６８に固定されており、他端がガイド片１４０の対応するカバープレート１７０に固定されており、これにより、対応する保持フィンガ１６２を要素１０に向かって付勢する。

図示していないが、対応するセンタリングピンをばね１６６と同軸に設けることができ、センタリングピンは、保持フィンガの対応するボアを通って突出して機能性要素を中心に位置決めするとともに保持フィンガを案内するように機能する。これにより、センタリングピンの端部は、機能性要素のヘッド部の直径に対応する距離で互いに離間され、ガイド片に挿入される要素がセンタリングピンによって中心に位置決めされる。

この例では、２つの保持フィンガ１６２しか示されていないが、所望であればより多くの保持フィンガを設けることができる。

中空のガイド片１４０内で直線状で、かつプランジャ１２０の長手方向中心軸１７２に対して直角に移動可能な保持フィンガ１６２は、ピストン１２４の下に対応する圧力が加えられることでプランジャ１２０が図８に比べて上向きに付勢されたときにのみ、案内／取付装置１００によって取り扱われる要素１０が、円筒状のヘッド部１６を前にして供給チャネル１７８を通って保持フィンガ１６２の間の図８の位置へと個々に摺動可能となるように設けられている。

ここではホースによって形成される供給チャネル１７８は、口金１８０を介してガイド片１４０に固定されている。部品１７８は、制限された数の締結要素で満たされたマガジンとすることもできる。図３Ａ〜図３Ｅのノーズ片７０に対応するガイド片１４０の口金すなわちノーズ片１８２には、例えばポリウレタン製の弾性インサート１８４を設けることができ、これにより、口金１８２または環状のインサート１８４に機能性要素を押し入れるときに機能性要素のヘッド部１６に締付動作が加えられる。この締付動作は、機能性要素１０を案内するだけでなく、保持フィンガ１６２が開いているときまたは開かれるときに、機能性要素１０が口金１８２を通って落下するのを防止する。

保持フィンガ１６２は、制御端すなわち制御面１９０を有し、この制御面を介して移動可能に設けられたピストン１２０の部分１５１によって開かれる。保持フィンガ１６２は、このような開動作中にボア１６４の長手方向中心軸に平行に移動する。また、保持フィンガ１６２のこのような動作中には、センタリングピンの位置はガイド片１４０に対して固定される。

この動作は、停止部によって予め境界づけられた終端位置に保持フィンガを押し戻すばね１６６の力に対抗して起こる。さらに、締付面１９６が保持フィンガ１６２に形成されており、これらの締付面によって、対応する機能性要素１０が保持フィンガが開いた後に力で保持される。保持フィンガ１６２を閉じるばね１６６の力は、このために使用される。

図８に示す位置からプレスが閉じられる。口金１８２の端面がシートメタル部品と接触してシートメタル部品をダイボタンに対して押し付けると、ガイド片１４０は、上部工具１０２に対して後方に移動し始め、ピストン１２４の上端面がカバー１１８に接触するまで移動する。プレスのさらなる閉動作によって、取付ヘッドのガイド片１４０が上部工具に対してさらに後方に移動し、それ以上後方に移動することができないプランジャ１２０により、保持フィンガ１６２が開かれて機能性要素が保持フィンガの間そして口金を通って押し込まれる。これにより、機能性要素１０が図３Ａ，図３Ｂに記載のようにシートメタル部品に供給され、（図８には示していないが、ダイボタン３２に対応する）ダイボタンによってシートメタル部品にリベット締めされる。

ガイド片１４０の後方への移動は、ピストン１４１，１４６の伸縮式設計および取付ヘッドの幾何学的な設計によって可能となっている。

プレスの続く開動作中に、ピストン１４１，１４６は、空気圧の付勢により最初に伸長するとともに、プランジャ１２０はピストン１２４の下の対応する圧力によってカバー１１８と接触した状態に維持される。これは、プランジャ１２０の下端がガイド片１４０から充分に離れるように持ち上げられ、新たな機能性要素１０をプランジャ１２０の下から空気ブラストなどにより供給チャネルに供給できることを意味し、その後空気圧によってプランジャ１２０が下向きに付勢されて図８に示す位置まで移動する。

上述の方法を繰り返すことで、続いて、新たな機能性要素１０を新たなシートメタル部品に取り付けることができる。参照符号２００は、機能性要素１０の存在を感知する制御ピンを示し、この制御ピンは、機能性要素の存在を感知すると初めて空気圧による制御および／または機械的および／または電気的な制御により、プレスのさらなる閉動作を許可する。具体的には、参照符号２０４は、プランジャ１２０内の通路を閉鎖するグラブねじを示す。ピン２００の上部には、さらに大きい直径を有するピン２０２が設けられており、このピン２０２は、鉄合金などからなる下部の金属部２０６と合成樹脂などからなる上部の非導電部２０８とを有する。参照符号２１０は、ピン２００が持ち上げられたときにピン２０２の金属製領域２０６によって減衰される近接センサを示し、この近接センサは機能性要素１０の存在、すなわち機能性要素が中空空間１５３内に存在することを示す。中空空間内に機能性要素の存在が確認されると、ライン２１２を介してプレス制御部に制御信号が送られ、これにより、プレスの次のストロークが開始される。機能性要素１０が存在しない場合、すなわち絶縁領域２０８が近接センサの前に位置する場合には近接センサはもはや減衰されないので信号を送信しない。この状態は、ピン１２６の中空空間２１４の下または内部に機能性要素がない場合に生じる。グラブねじ２０４の下の中空空間２１４に存在する圧縮コイルばねがピン２０２，２００を下向きに押すためである。近接センサが信号を送信しないか、または機能性要素が存在しないのに信号を提供するときは、故障が直るまでプレスは停止される。

本明細書で説明した機能性要素は、例えば、強度５．６を有する全ての材料で製造可能である。このような金属材料は、一般に、炭素の含有量が０．１５〜０．５５％の炭素綱である。

全ての実施例において、機能性要素の材料の例として、ドイツ工業規格１６５４の３５Ｂ２合金など、冷間変形に関連して国際標準化機構によって採用された規格によるクラス８の強度を有する全ての材料を挙げることができる。このように形成された締結要素は、シートメタル部品の絞り加工のために、特に市販されている全ての綱材料に適しており、アルミニウム合金にも適している。機能性要素には、アルミニウム合金、特に例えばＡｌＭｇ５などの高強度のアルミニウム合金も使用可能である。

以前に行われた試験は、３５Ｂ２材料を使用したときのヘッド部の外径に対するヘッド部の径方向壁の厚さの比率は、０．１５〜０．２の範囲である必要があることを示している。比率が高い方が破断力や引き抜き力が増加するので、高い比率が望ましい。しかし、プレス力が許容されない変形につながらないようにする必要がある。

Claims (20)

1. 特にボルト要素である機能性要素（１０；１０’）であって、シャフト部（１４；１４’）と、ヘッド部（１６；１６’）と、からなり、ヘッド部は、パネル要素、特にシートメタル部品（３０）とのリベット締め用に設計されているとともに、中空でかつシャフト部の外径よりも大きい外径を有しており、
   シャフト部（１４；１４’）は、凸状に丸みづけられた面（１５；１５’）によって形成される環状ショルダ部を介してヘッド部に移行し、凸状に丸みづけられた面（１５；１５’）は、少なくとも実質的にシャフト部（１４；１４’）からヘッド部（１６；１６’）の少なくとも実質的に円筒状のジャケット面まで延在していることを特徴とする機能性要素（１０；１０’）。
2. 凸状に丸みづけられた面（１５；１５’）は、例えば回転体である少なくとも実質的に球形に丸みづけられた面であることを特徴とする請求項１記載の機能性要素（１０；１０’）。
3. 中空のヘッド部（１６；１６’）の内部空間（１８；１８’）が少なくとも実質的に円筒状に形成され、ヘッド部とシャフト部との間の移行部が少なくとも実質的に半球体形状を有し、この半球体の半径（Ｒ；Ｒ’）は、機能性要素の長手方向中心軸（２４；２４’）上に起点を有するとともに、ヘッド部の円筒状の内部空間（１８；１８’）の半径と少なくとも実質的に同じ寸法であることを特徴とする請求項１または２に記載の機能性要素（１０；１０’）。
4. 丸みづけられたもしくは球形に丸みづけられたヘッド部からシャフト部への移行部の壁の厚さは、少なくとも実質的に一定であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の機能性要素（１０；１０’）。
5. 丸みづけられたもしくは球形に丸みづけられたヘッド部からシャフト部（１４；１４’）への移行部の壁の厚さは、リブ（１７；１７’）やリセスなど回転防止のために設けられた特徴部の径方向高さを考慮しないで、円筒状領域における中空のヘッド部（１６；１６’）の壁の厚さに少なくとも実質的に対応することを特徴とする請求項４記載の機能性要素（１０；１０’）。
6. シャフト部（１４’）は、シャフト部よりも半径が大きいヘッド部（１６’）とは反対側の端部で球形（２５’）となっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の機能性要素（１０；１０’）。
7. シャフト部（１４）は、雄ねじ（１２）またはクリップが差し込まれる取付特徴部を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の機能性要素（１０；１０’）。
8. ヘッド部（１６’）のジャケット面は、長手方向のリブ（１７’）または長手方向の溝などの回転を防止する特徴部を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の機能性要素（１０；１０’）。
9. シャフト部（１４；１４’）とは反対側に設けられ、リベット部を形成するヘッド部（１６；１６’）の端面（２０；２０’）は、内部に円錐状の切断面（２６；２６’）を有するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の機能性要素（１０；１０’）。
10. 中空のヘッド部の端面は、丸みづけられた穿孔／絞り面に移行するとともに、内側に円錐状の切断面を有する円筒状のジャケット面を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の機能性要素（１０；１０’）。
11. 中空のヘッド部（１６；１６’）の長さと、ヘッド部とシャフト部との間の丸みづけられた移行部の軸方向高さと、を合わせた長さが、少なくともシャフト部（１４；１４’）とは反対側のシートメタル部品（３０）の面に形成されたリベットビード（３７；３７’）の長さと、シャフト部（１４；１４’）に隣接するシートメタル部品の面に形成された環状折り曲げ部（５２）の延長された長さと、シートメタル部品の厚さとを合わせた長さに達するように寸法づけられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の機能性要素（１０；１０’）。
12. シャフト部も中空であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の機能性要素（１０；１０’）。
13. 中空のシャフト部に雌ねじが設けられていることを特徴とする請求項１２記載の機能性要素（１０；１０’）。
14. 冷間形成部品として形成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の機能性要素（１０；１０’）。
15. 管状の材料から形成され、かつシャフト部に設けられたねじがねじ転造プロセスまたは圧力成形プロセスにより形成されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の機能性要素（１０；１０’）。
16. 請求項１〜１５のいずれかに記載の機能性要素（１０；１０’）とシートメタル部品（３０）との間の締結部の製造方法であって、シートメタル部品を、ダイボタン（３２）に支持すると同時に機能性要素の端面（２０；２０’）によって穿孔し、孔の下向きに絞られたリムの周囲にリベットビード（３７；３７’）を形成するように形状づけ、機能性要素（１０；１０’）を、リベットビード（３７；３７’）が完成した後または完成する直前に下向きに押して、シャフト部（１４；１４’）に隣接する中空のヘッド部（１６；１６’）の領域を環状折り曲げ部（５２）として形成することを含み、この環状折り曲げ部は、リベットビード（３７；３７’）とは反対側でかつシャフト部（１４；１４’）に隣接するシートメタル部品（３０）の面と接触することを特徴とする製造方法。
17. ヘッド部（１６；１６’）の穿孔部（２６；２６’）により形成される穿孔スラグ（５０）が、リベット締結部の強度をさらに増加させるように、ダイボタン（３２）のプランジャ突出部（３４）によりリベットビード（３７）内に押し込まれることを特徴とする請求項１６記載の方法。
18. シートメタル部品（３０）と、請求項１〜１５のいずれかに記載の機能性要素（１０；１０’）からなり、特に請求項１６または１７に記載の方法で形成されたコンポーネントアセンブリであって、
    リベットビード（３７；３７’）が、シャフト部（１４；１４’）とは反対側のシートメタル部品の面に設けられるとともに、環状折り曲げ部（５２）が、シャフト部（１４；１４’）に隣接するシートメタル部品（３０）の面に設けられ、シートメタル部品（３０）が、環状折り曲げ部（５２）とリベットビード（３７；３７’）との間の機能性要素（１０）の締結部の領域に固定されていることを特徴とするコンポーネントアセンブリ。
19. 環状折り曲げ部（５２）は、シートメタル部品の環状リセス内に設けられており、シャフト部（１４）に隣接する環状折り曲げ部（５２）の環状面（５７）が、リベット締結部の領域において、シャフト部（１４）に隣接するシートメタル部品の面の僅かに下あるいは僅かに上に設けられているか、シートメタル部品（１０）の面と同じ高さに設けられていることを特徴とする請求項１８記載のコンポーネントアセンブリ。
20. 穿孔スラグ（５０）が、環状のリベットビード（３７；３７’）内に設けられており、このリベットビードに対して好ましくは押し付けられていることを特徴とする請求項１８または１９に記載のコンポーネントアセンブリ。

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