JP2018008300A - セルフピアスリベット接合方法およびセルフピアスリベット接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】板状の母材として高張力鋼板や超高張力鋼板を採用した場合に、打ち込み後のセルフピアスリベットの位置を正確に測定できるセルフピアスリベット接合技術を提供する。【解決手段】セルフピアスリベット１５の打ち込み時に、（ｂ）のように、下板Ｗ２側に凸部Ｐ１ともにその根元部に膨出部Ｐ２が不可避的に形成されてしまうのを容認する。リベット打ち込み後に、（ｃ）のように、一旦パンチ１１を上昇させ、膨出部Ｐ２の形成により母材Ｗ１，Ｗ２がダイ２０から浮上する自己浮上量よりも大きい設定リフトアップ量Ｓだけ、リングリフター２４により母材Ｗ１，Ｗ２をリフトアップさせる。この状態で、（ｄ）のように、再度リベット１５にパンチ１１を当接させてリベット１５の位置を測定する。【選択図】図５

Description

本発明は、セルフピアスリベットによる接合方法と接合装置に関し、例えばアルミニウム合金板と高張力鋼板（超高張力鋼板を含む）との組み合わせのように、強度の異なる異材質の母材同士をセルフピアスリベット継手構造にて接合する方法とそれに用いる接合装置に関する。

自己穿孔型であって且つ母材を裏面側まで貫通しないセルフピアスリベット（セルフピアシングリベットあるいはパンチリベット等と称されることもある。）による接合方法は古くから知られており、特に自動車の外板パネル等でのセルフピアスリベットによる接合に際しては、品質管理の一貫として、打ち込み後のセルフピアスリベットの頭部が打ち込み側の母材の表面とほぼ面一状態となるように管理することが要求されている。そのための手段として、打ち込み後のセルフピアスリベットの頭部の高さ位置をその都度測定する技術が特許文献１，２に開示されている。

特開２００８−１７３６８８号公報 特開２００４−３０６１１５号公報

これら特許文献１，２に開示された技術では、セルフピアスリベットの打ち込みを司るダイとパンチとが共に共通のいわゆるＣ型フレームに支持されている場合に、セルフピアスリベットを打ち込んだ瞬間に多かれ少なかれＣ型フレームが弾性的に撓み変形することから、このＣ型フレームの撓み変形を考慮した計測手法を採用してはいても（特に特許文献１の段落［００１３］および特許文献２の段落［０００５］を参照のこと。）、機械的強度の異なる異材質の母材同士を接合する際の特殊性が考慮されておらず、なおも改良の余地を残している。

例えば、セルフピアスリベットにより接合すべき母材としての板材の組み合わせを上板と下板との二枚構成とし、下板側をダイに当接させた状態で上板側からセルフピアスリベットを打ち込むことを想定した場合、ダイには予め凹部が形成されていることから、セルフピアスリベットの打ち込みに伴い、当該セルフピアスリベットが末広がりのスカート状に拡径するようにして塑性変形する一方で、セルフピアスリベットによって打ち抜かれた上板の一部と下板側の材料が塑性流動して、それらがセルフピアスリベットの内部に入り込みつつダイの凹部に押し込まれて充満することになる。

そして、例えば下板にアルミニウム合金板を、上板に引っ張り強さが１０００ＭＰａを超えるような超高張力鋼板をそれぞれ採用した場合には、それに使用するセルフピアスリベットも相対的に硬度が高いものを使用する必要がある。この高硬度のセルフピアスリベットの採用に伴い、ダイの凹部に納まりきれかなかった材料が下板の裏面において膨出部として成長し、セルフピアスリベット打ち込み後の板材をダイから浮上させてしまい、その結果として、打ち込み後のセルフピアスリベットの頭部位置を正確に測定することができないという問題があった。なお、セルフピアスリベット打ち込み後の板材が自己浮上してしまう原因は後述する。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、セルフピアスリベットで接合すべき板状の母材（被接合部材）として引っ張り強さが大きな高張力鋼板や超高張力鋼板を採用した場合であっても、打ち込み後のセルフピアスリベットの位置を正確に測定することができるセルフピアスリベット接合技術を提供するものである。

本発明に係るセルフピアスリベット接合方法は、セルフピアスリベットの打ち込みのためのパンチはパンチ駆動機構により進退駆動されるようになっているとともに、このパンチ駆動機構は打ち込まれたセルフピアスリベットの位置をパンチの変位に基づいて測定する機能を有していることを前提に、セルフピアスリベットの打ち込みによって接合された母材を予め設定してある浮上量だけダイから離間させた状態で、セルフピアスリベットの位置を測定する方法とした。

本発明によれば、セルフピアスリベット打ち込み後の母材が自己浮上してしまう現象が生じたとしても、その母材を自己浮上量以上の設定浮上量だけダイから離間させた状態でセルフピアスリベットの位置を測定することで、自己浮上量の影響を回避して、セルフピアスリベットの位置を正確に測定することが可能となる。

本発明に係るセルフピアスリベット接合方法に用いるリベット打ちガンの一例を示す概略説明図。 図１に示したリベット打ちガンでのセルフピアスリベットの打ち込み過程を段階的に示す工程説明図。 上板に超高張力鋼板を、下板にアルミニウム合金板をそれぞれ採用した場合のセルフピアスリベット打ち込み後の拡大断面図。 押し上げ部材としてリングリフターを併用したダイの詳細を示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の下面図。 本発明に係るセルフピアスリベット接合方法の第１の実施の形態として、図４に示したダイを用いて行うセルフピアスリベットの打ち込み過程を段階的に示す工程説明図。 図４に示したものとはリングリフターの駆動方式が異なる別のダイの詳細を示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の下面図。 本発明に係るセルフピアスリベット接合方法の第２の実施の形態として、図６に示したダイを用いて行うセルフピアスリベットの打ち込み過程を段階的に示す工程説明図。 図４に示したものとはリングリフターの駆動方式が異なるさらに別のダイの詳細を示す縦断面図。 本発明に係るセルフピアスリベット接合方法の第３の実施の形態として、図８に示したダイを用いて行うセルフピアスリベットの打ち込み過程を段階的に示す工程説明図。

図１〜５は本発明に係るセルフピアスリベット接合方法を実施するためのより具体的な形態を示し、特に図１はセルフピアスリベット接合装置としてのリベット打ちガン１の一例を示し、図２はリベット打ちガン１によるセルフピアスリベット打ち込み時の詳細を示している。

図１に示すように、リベット打ちガン１はいわゆるＣ型フレーム２を母体として形成されていて、このＣ型フレーム２の開放側の一端には例えば中実円筒状のダイ３がダイポスト４を介して装着されているとともに、Ｃ型フレーム２の開放側の他端には後述するパンチ１１（図２参照）を含むパンチ駆動機構としてのパンチ駆動ユニット５が装着されている。これにより、Ｃ型フレーム２は、ダイ３およびパンチ１１の双方を共に支持している共通の支持体として機能する。

パンチ駆動ユニット５は、円筒状の胴部６と、胴部６の上端に連結された動力伝達機構部７と、この動力伝達機構部７に装着された回転駆動源としてのサーボモータ８と、サーボモータ８に付帯している回転検出器としてのロータリーエンコーダ９と、を備えている。そして、パンチ１１および胴部６がダイ３と同一軸線上に位置するように、パンチ駆動ユニット５がＣ型フレーム２の開放側の他端に固定支持されている。また、Ｃ型フレーム２の中間部にはブラケット１０が装着されていて、このブラケット１０を介してリベット打ちガン１が例えばティーチング−プレイバック型の産業用ロボット（以下、単にロボットと言う。）のアーム１１の先端に支持される。

動力伝達機構部７には例えば減速機構および歯付きベルト伝達機構が収容されていて、サーボモータ８の回転駆動力が減速されて胴部６側に伝達される。胴部６内には回転変位−直動変位変換機構として例えばボールねじが収容配置されていて、動力伝達機構部７側からの回転力を受けたボールねじのスクリューシャフトの回転駆動に伴い、そのスクリューシャフトに螺合しているナット部材が胴部６の長手方向に進退駆動されることになる。そして、進退駆動されるナット部材に図２に示すパンチ１１が連結されているとともに、パンチ１１の先端部外周に板押さえとして機能する円環状のノーズピース１２が相対移動可能に装着されている。なお、ノーズピース１２は図示しない圧縮コイルスプリングにより下向きに付勢されている。

サーボモータ８およびロータリーエンコーダ９はコントローラ１３に接続されていて、進退駆動されるパンチ１１の速度（サーボモータ８の回転軸の回転速度）やストロークが任意に設定可能となっているとともに、ロータリーエンコーダ９からの出力に基づいてパンチ１１の位置をモニタリングすることが可能となっている。

なお、図１に示したリベット打ちガン１には、当該リベット打ちガン１によるセルフピアスリベットの打ち込みに先立って、パンチ１１の先端のノーズピース１２内にセルフピアスリベットを供給するリベットフィーダが付帯しているが、図面の錯綜化を避けるために、図１ではリベット供給チューブ１４以外の要素の図示を省略している。

そして、ロボットの自律機能に基づいてリベット打ちガン１が接合すべき母材に対しアプローチ動作し、リベット打ちガン１が所定の位置に位置決めされたならばセルフピアスリベットの打ち込み作業を実行することになり、そのリベット打ち込みの一般的な基本動作を図２に示す。なお、図２では、リベット継手対象となる母材（被接合部材）としての上板Ｗ１を例えば軟鋼板またはアルミニウム合金板、下板Ｗ２を例えば高張力鋼板としている。

図２の（Ａ）に示すように、予め重ね合わせた状態で位置決めされている上板Ｗ１および下板Ｗ２のうち下板Ｗ２の下面にダイ３を押し当てるとともに、ダイ３と対向配置されたノーズピース１２を下降させて、そのノーズピース１２とダイ３とで軽く上板Ｗ１および下板Ｗ２を加圧拘束する。この時、パンチ１１の先端にはセルフピアスリベット１５が予め供給されて吸着支持されている。

ここで、セルフピアスリベット１５はフルチューブラリベットに類似した形状であって、平頭状の頭部１５ａと中空円筒状の軸部１５ｂとを備えたものである。また、ダイ３には打ち込むべきセルフピアスリベット１５の大きさに応じた皿状または凹状の加圧拘束面となる凹部３ａが形成されていて、その中央部に略円錐形状の突出部３ｃが形成されている。

続いて、図２の（Ｂ）に示すように、ノーズピース１２とともにダイ３と対向配置されたパンチ１１を下降させてセルフピアスリベット１５を上板Ｗ１側から打ち込む。セルフピアスリベット１５はその名のとおり自己穿孔方式にて上板Ｗ１および下板Ｗ２に打ち込まれ、その打ち込み進行に伴い上板Ｗ１と下板Ｗ２の一部がダイ３の凹部３ａ側に向けて膨出するように塑性変形することになる。

そして、同図（Ｃ）に示すように、最終的にはセルフピアスリベット１５は上板Ｗ１は貫通するも下板Ｗ２は貫通せず、軸部１５ｂの先端が外側に拡がりながら下板Ｗ２に食い込み、頭部１５ａが上板Ｗ１とほぼ面一となる状態をもってリベット継手としての締結、すなわちセルフピアスリベット１５による上材Ｗ１と下板Ｗ２との締結接合が完了する。なお、下板Ｗ２側にはセルフピアスリベット１５による接合痕あるいは締結痕として、ダイ３の凹部３ａの形状が転写されるかたちで中央部が窪んだ凸部Ｐ１が不可避的に形成されることになる。

この場合において、パンチ１１の昇降ストローク方向での位置、すなわちパンチ１１の先端面が接触しているセルフピアスリベット１５の頭部１５ａの位置（ダイ３の上面を基準とした時の頭部１５ａの上面の位置）は、図１に示したロータリーエンコーダ９の出力から検出可能であり、セルフピアスリベット１５の打ち込みが完了した時点でパンチ１１の最下降位置の位置データをピークホールドして取り込み、予め設定してある基準値と比較することで、セルフピアスリベット１５の打ち込み品質の良否判定をその都度行ったり、あるいは全打点位置の品質保証のためのデータとして保存することが可能となる。

図２は、先にも述べたように、上板Ｗ１を例えば軟鋼板またはアルミニウム合金板、下板Ｗ２を例えば高張力鋼板とした場合の例であって、逆に上板Ｗ１に例えば引っ張り強度が１１８０ＭＰａで板厚が１．６ｍｍ程度の超高張力鋼板を、下板Ｗ２に上板Ｗ１よりも板厚が大きい（板厚が２．８ｍｍ程度）アルミニウム合金板を採用した上で、両者をセルフピアスリベット１５により接合した場合の例を図３に示す。なお、図３では、下板Ｗ２側に不可避的に形成される凸部Ｐ１での割れの発生等を防止するために、ダイ３の凹部３ａに図２のような突出部３ｃが形成されていないタイプのものが使用される。

同図に示すように、特に上板Ｗ１に引っ張り強度が１０００ＭＰａを超えるような超高張力鋼板を、下板Ｗ２に上板Ｗ１よりも軟質のアルミニウム合金板をそれぞれ採用した場合には、下板Ｗ２側に不可避的に形成される凸部Ｐ１と下板Ｗ２の裏面とのなすコーナー部、すなわち凸部Ｐ１の根元部に、下板Ｗ２側の材料が溢れ出して成長した膨出部Ｐ２が円周方向に沿って形成されることが判明した。この膨出部Ｐ２が形成されると、相対的に母材全体をパンチ１１とともにダイ３から所定量αだけ相対的に押し上げてしまい、セルフピアスリベット１５による接合品質としては問題とならないものの、打ち込まれたセルフピアスリベット１５の頭部１５ａの位置を正確に測定できないことになる。

この膨出部Ｐ２が形成されることにより母材全体を所定量αだけ押し上げてしまう原因としては次のように説明できる。すなわち、上板Ｗ１に超高張力鋼板を採用し、下板Ｗ２に上板Ｗ１よりも軟質のアルミニウム合金板を採用した場合、それら両者を接合するためのセルフピアスリベット１５としても硬度が高いものが必要となる。そのため、セルフピアスリベット１５の軸部１５ｂが拡径しにくくなるとともに、セルフピアスリベット１５で打ち抜かれた上板Ｗ１の一部Ｗｎの塑性流動が緩慢となることで、図２の（Ｃ）と比較すると明らかなように、その打ち抜かれた上板Ｗ１の一部Ｗｎと下板Ｗ２側の材料がセルフピアスリベット１５の内部（軸部１５ｂの内部）に十分に入り込まず、その反動としてダイ３の凹部３ａに充満すべき材料の一部が溢れ出す現象が発生する。

また、図１に示したＣ型フレーム２を母体とするリベット打ちガン１を用いた場合、セルフピアスリベット１５の打ち込みに伴う反力の全てをＣ型フレーム２が負担しているので、セルフピアスリベット１５の打ち込みの瞬間にＣ型フレーム２自体に多かれ少なかれ撓み変形（弾性変形）が発生することになる。その結果として、セルフピアスリベット１５の打ち込みが完了してＣ型フレーム２の撓み変形が復元した際に、ダイ３の凹部３ａに納まりきれかなかった材料が下板Ｗ２の裏面において膨出部Ｐ２として成長し、ダイ３から母材全体を押し上げてしまうとともに、パンチ１１までも押し戻してしまうものと推測される。ここでは、上記のようなセルフピアスリベット１５の打ち込み時に、膨出部Ｐ２の形成によって母材全体を押し上げてしまう図２の浮上量αを自己浮上量と定義するならば、この自己浮上量αは０．２〜０．３ｍｍ程度とされる。

そこで、本実施の形態では、上板Ｗ１と下板Ｗ２との組み合わせ次第で不可避とされる膨出部Ｐ２の形成を容認した上で、打ち込まれたセルフピアスリベット１５の頭部１５ａの位置を正確に測定できる工法を提供するもので、その詳細を図４，５に示す。

図４は図１〜３に示したものに代わるダイ２０を拡大した模式図を示し、図５は図４のダイ２０を用いたセルフピアスリベット１５の打ち込み過程を段階的に示している。

図４の（Ａ）はダイ２０の断面説明図を、（Ｂ）は同図（Ａ）の下面図をそれぞれ示していて、これらの図に示すように、ダイ２０を支えているダイポスト２１の外周にはリテーナ２２が固定されていて、そのリテーナ２２の上にダイ２０に外挿されるかたちで圧縮コイルスプリング（以下、単にスプリングと言う。）２３が装着されている。さらに、スプリング２３の上面には押し上げ部材としてワッシャーに類似した円環状のリングリフター２４が装着されている。

スプリング２３としては、その伸縮に際してダイ２０あるいはダイポスト２１と干渉しないような巻き径のものが採用されているとともに、リングリフター２４が無負荷の状態で、そのリングリフター２４の上面とダイ２０の上面とのなす距離が予め設定した設定浮上量としての設定リフトアップ量Ｓとなるように、リングリフター２４の上昇限位置Ｌ１が図示を省略したストッパーで機械的に規制されている。つまり、リングリフター２４がスプリング２３の伸縮を伴いながら下降動作と上昇動作とを繰り返したとしても、常に一定の高さ位置である上昇限位置Ｌ１に復帰するように、スプリング２３が所定量だけ圧縮された状態（スプリング２３が自由長さの状態にないこと）でリングリフター２４の上昇限位置Ｌ１が設定されている。

なお、リングリフター２４の上面とダイ２０の上面とのなす距離である設定リフトアップ量Ｓは、先に述べたように不可避的に形成される膨出部Ｐ２に基づく自己浮上量αよりも十分に大きい値に設定される。

図５の（ａ）は、図４のリングリフター２４が付帯するダイ２０を用いた上で、上板Ｗ１と下板Ｗ２とからなる母材にセルフピアスリベット１５が打ち込まれた直後の状態を示している。なお、同図の符号Ｌ１はリングリフター２４の上昇限位置レベルを示し、符号Ｌ２はダイ２０およびダイポスト２１を支えている図１のＣ型フレーム２が撓み変形していない状態でのダイ２０の上面レベルを示している。

図５の（ａ）に示すように、ダイ２０を下板Ｗ２に押し当てることで、リングリフター２４はセルフピアスリベット１５の打ち込みに際して障害とならないように母材により相対的に押し下げられる。また、先に述べたように、セルフピアスリベット１５の打ち込みに伴って、ダイ２０およびダイポスト２１を支えている図１のＣ型フレーム２が撓み変形することになる。そのため、図５の（ａ）では、同図の（ｂ）に比べてダイ２０およびダイポスト２１が押し下げられた状態を誇張して描いている。

図５の（ｂ）は、セルフピアスリベット１５の打ち込み完了後であって且つ同図（ａ）のＣ型フレーム２の撓み変形が復元した後の状態を示していて、Ｃ型フレーム２の撓み変形が復元したタイミングで、下板Ｗ２側に膨出部Ｐ２が形成されることは先に述べたとおりである。これらのＣ型フレーム２の撓み変形の復元と膨出部Ｐ２の形成により、母材である上板Ｗ１および下板Ｗ２とともにパンチ１１までもがわずかながら押し戻されることになる。

図５の（ｃ）は、上記のような膨出部Ｐ２の形成を容認した上で、リングリフター２４により母材である上板Ｗ１および下板Ｗ２を強制的にリフトアップさせた状態を示している。このリフトアップに際しては、パンチ１１をノーズピース１２とともに一旦所定ストロークだけ上昇動作させるものとし、そのパンチ１１の上昇動作に伴って、スプリング２３の力によりリングリフター２４が予め設定してある設定リフトアップ量Ｓだけ上昇して、母材である上板Ｗ１および下板Ｗ２を押し上げてダイ２０から浮上させる。

リングリフター２４が母材である上板Ｗ１および下板Ｗ２を押し上げる設定リフトアップ量Ｓは、先に述べたように、膨出部Ｐ２が不可避的に形成されることに基づく自己浮上量αよりも大きい値に設定してあるため、凸部Ｐ１を含む下板Ｗ２は必ずダイ２０から離間することになる。なお、パンチ１１の上昇ストロークは、図１に示したコントローラ１３に予め設定されている。また、当然のことながら、リングリフター２４を押し上げているスプリング２３の力は、母材である上板Ｗ１および下板Ｗ２の自重に十分に対抗できるだけの大きさに予め設定されている。

こうして、母材である上板Ｗ１および下板Ｗ２が設定リフトアップ量Ｓだけリフトアップされたならば、図５の（ｄ）に示すように、一旦上昇動作させたパンチ１１をノーズピース１２とともに再度下降させて、打ち込み後のセルフピアスリベット１５の頭部１５ａに当接させる。この場合、下降するパンチ１１がリングリフター２４を押し戻してしまうことがないように、パンチ１１はセルフピアスリベット打ち込み時よりも低速且つ低荷重で下降させるものとする。なお、パンチ１１を再度下降させる際のストロークおよび速度等は、先に述べたコントローラ１３に予め設定されている。

そして、セルフピアスリベット１５の頭部１５ａにパンチ１１が当接して停止した時点で、図１に示したロータリーエンコーダ９が指示する位置データをピークホールドして取り込み、打ち込み後のセルフピアスリベット１５の高さ位置データとして記憶する。さらに、取り込んだセルフピアスリベット１５の高さ位置データを予め設定してある基準値（設定リフトアップ量Ｓを加味した基準値）と比較することで、セルフピアスリベット１５の打ち込み品質（打ち込み後のセルフピアスリベット１５の頭部１５ａと上板Ｗ１との面一度合い）の良否判定をリアルタイムでその都度行ったり、あるいは全打点位置の品質保証のためのデータとして保存・記録することになる。

なお、取得したセルフピアスリベット１５の高さ位置データにはリングリフター２４による設定リフトアップ量Ｓが反映されている一方で、設定リフトアップ量Ｓは膨出部Ｐ２が不可避的に形成されることに基づく自己浮上量αよりも大きい値となるように予め設定したものであるため、その値は既知である。このようなことから、リングリフター２４による設定リフトアップ量Ｓが反映されていないセルフピアスリベット１５の高さ位置データを取得したい場合には、単に測定後のセルフピアスリベット１５の位置データから設定浮リフトアップ量Ｓの値を減ずれば良いことになる。

このように本実施の形態によれば、押し上げ部材としてのリングリフター２４による設定リフトアップ量Ｓとして、膨出部Ｐ２が不可避的に形成されることに基づく自己浮上量αよりも大きい値に設定してある一方、セルフピアスリベット打ち込み後の母材を上記設定リフトアップ量Ｓだけリフトアップさせた上で、セルフピアスリベット１５の頭部１５ａの高さ位置を測定するようにしているため、下板Ｗ２の下面に不可避的に形成される膨出部Ｐ２やＣ型フレーム２の撓み変形の影響を受けることなく、打ち込み後のセルフピアスリベット１５の頭部１５ａの位置を正確に測定することが可能となる。

図６，７は本発明に係るセルフピアスリベット接合方法の第２の実施の形態を示す図で、図４，５に示した第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。そして、図６の（Ａ）はダイ２０の断面説明図を、（Ｂ）は同図（Ａ）の下面図をそれぞれ示している。また、図７は図６のダイ２０を用いたセルフピアスリベット１５の打ち込み過程を段階的に示している。

この第２の実施の形態では、図６に示すように、リングリフター２４をエアシリンダに代表されるような流体圧アクチュエータ２９にて積極的に昇降動作させるようにしたものである。より詳しくは、ダイポスト２５の下部にホルダ２６が昇降可能に案内支持されているとともに、ダイポスト２５を径方向に貫通する逃げ孔２５ａにはバー状のリテーナ２７が配設されている。リテーナ２７はホルダ２６に連結支持されているとともに、リテーナ２７の両端から左右一対のタイバー２８が立設されていて、それらのタイバー２８の上端にリングリフター２４が連結支持されている。

そして、ホルダ２６には例えば直動型アクチュエータとしてエアシリンダに代表されるような流体圧アクチュエータ２９の出力ロッドが連結されているとともに、流体圧アクチュエータ２９が収縮状態にある時には、リングリフター２４の上面はダイ２０の上面と面一状態もしくはダイ２０の上面よりもわずかに下位の高さとなる下降限位置で待機するように設定されている。

図７は、図６に示した流体圧アクチュエータ駆動のリングリフター２４を用いた上でのセルフピアスリベット１５の打ち込み過程を段階的に示していて、同図の（ａ）〜（ｄ）は図５の（ａ）〜（ｄ）にそのまま対応している。

図７の（ａ）に示すように、母材である上板Ｗ１および下板Ｗ２にセルフピアスリベット１５が打ち込まれた段階のほか、同図（ｂ）に示すように、Ｃ型フレーム２の撓み変形が復元し且つ下板Ｗ２に膨出部Ｐ２が形成されるまでは、リングリフター２４は下降限位置Ｌ２にある。

図７の（ｃ）に示すように、セルフピアスリベット１５の打ち込み後、パンチ１１がノーズピース１２とともに一旦所定ストロークだけ上昇すると、それに続いて初めて図６に示した流体圧アクチュエータ２９の伸長動作に基づいてリングリフター２４がリフトアップして、母材である上板Ｗ１および下板Ｗ２を押し上げることになる。このリングリフター２４のリフトアップ状態において、リングリフター２４の上面とダイ２０の上面とのなす距離であるところの設定リフトアップ量Ｓは、先の第１の実施の形態と同様に、膨出部Ｐ２が不可避的に形成されることに基づく自己浮上量αよりも大きい値に予め設定されている。

そして、このようなリフトアップ状態において、図７の（ｄ）に示すように、パンチ１１をノーズピース１２ともに再度下降させて、打ち込み後のセルフピアスリベット１５の頭部１５ａに当接させることでその高さ位置を測定することになる。

この第２の実施の形態においても先の第１の実施の形態と同様の効果が得られることになる。

図８，９は本発明に係るセルフピアスリベット接合方法の第３の実施の形態を示す図で、図６，７に示した第２の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。

この第３の実施の形態では、図８に示すように、リングリフター２４を昇降動作させる直動型アクチュエータとして、図６の流体圧アクチュエータ２９に代えて電磁石３１を用いたものである。より詳しくは、ダイポスト２５の下部に昇降可能に案内支持されたホルダ３０が永久磁石で形成されている一方、そのホルダ３０の下側に隣接して電磁石３１を固定配置してある。この電磁石３１は、後述する図９の（ｂ）と（ｃ）とを比較すると明らかなように、通電方向を切り換えれることで当該電磁石３１上下の極性を反転させることができるようになっている。そして、図８の状態ではホルダ３０が電磁石３１に吸着されていて、これによりリングリフター２４の上面はダイ２０の上面と面一状態もしくはダイ２０の上面よりもわずかに下位の高さとなる下降限位置で待機するように設定されている。

図９は、図８に示した電磁石駆動のリングリフター２４を用いた上でのセルフピアスリベット１５の打ち込み過程を段階的に示していて、同図の（ａ）〜（ｄ）は図５，７の（ａ）〜（ｄ）にそのまま対応している。

図９の（ａ）に示すように、母材である上板Ｗ１および下板Ｗ２にセルフピアスリベット１５が打ち込まれた段階のほか、同図（ｂ）に示すように、Ｃ型フレーム２の撓み変形が復元し且つ下板Ｗ２に膨出部Ｐ２が形成されるまでは、リングリフター２４は下降限位置にある。すなわち、電磁石３１がホルダ３０を吸着したままの状態にある。

図９の（ｃ）に示すように、セルフピアスリベット１５の打ち込み後、パンチ１１がノーズピース１２とともに一旦所定ストロークだけ上昇すると、電磁石３１での通電方向がそれまでとは逆方向に切り換えられて、電磁石３１の上下の極性が反転することになる。この電磁石３１の極性反転により、当該電磁石３１とホルダ３０とが反発し合うかたちとなって、この時点で初めてリングリフター２４がホルダ３０とともにリフトアップして、母材である上板Ｗ１および下板Ｗ２を押し上げることになる。このリングリフター２４のリフトアップ状態において、リングリフター２４の上面とダイ２０の上面とのなす距離であるところの設定リフトアップ量Ｓは、先の第１の実施の形態と同様に、膨出部Ｐ２が不可避的に形成されることに基づく自己浮上量αよりも大きい値に予め設定されている。

そして、このようなリフトアップ状態において、図９の（ｄ）に示すように、パンチ１１をノーズピース１２ともに再度下降させて、打ち込み後のセルフピアスリベット１５の頭部１５ａに当接させることでその高さ位置を測定することになる。

この第３の実施の形態においても先の第１，第２の実施の形態と同様の効果が得られることになる。ただし、配管や配線等の付帯機器が少なく構造の簡素化を図る上では、先の第１の実施の形態のものが最も有利となる。

また、上記第１〜第３の実施の形態においては、母材である上板に超高張力鋼板を、同じく母材である下板にアルミニウム鋼板をそれぞれ採用した場合を例にとって説明したが、母材同士の組み合わせは超高張力鋼板とアルミニウム鋼板との組み合わせに限定されるものではないだけでなく、母材として三枚重ねのものを採用しても良い。要は、異材質の上板と下板との強度差により、それらに打ち込まれるセルフピアスリベットとして相対的に硬質材料製のものを採用する場合であれば本発明を適用することができる。

さらに、上記第１〜第３の実施の形態において押し上げ部材として用いているリングリフター２４はあくまで一例にすぎず、同一機能が発揮されるならば、他の形状のものを用いることができることは言うまでもない。

１…リベット打ちガン
２…Ｃ型フレーム（支持体）
５…パンチ駆動ユニット（パンチ駆動機構）
８…サーボモータ
９…ロータリーエンコーダ
１１…パンチ
１５…セルフピアスリベット
２０…ダイ
２３…圧縮コイルスプリング
２４…リングリフター（押し上げ部材）
Ｐ２…膨出部
Ｓ…設定リフトアップ量（設定浮上量）
Ｗ１…上板（母材）
Ｗ２…下板（母材）
α…自己浮上量

Claims (6)

1. 強度が異なる少なくとも二枚の板状の母材同士を重ね合わせて、強度の小さな母材側にダイを当接させるとともに、強度の大きな母材側からダイに向けて当該ダイと共通の支持体に支持されているパンチによりセルフピアスリベットを打ち込むことにより、母材同士をリベット継手のかたちで接合する方法であって、
   上記パンチはパンチ駆動機構により進退駆動されるようになっているとともに、
   上記パンチ駆動機構は打ち込まれたセルフピアスリベットの位置をパンチの変位に基づいて測定する機能を有していて、
   上記セルフピアスリベットの打ち込みによって接合された母材を予め設定してある浮上量だけダイから離間させた状態で、セルフピアスリベットの位置を測定することを特徴とするセルフピアスリベット接合方法。
2. 上記設定浮上量は、セルフピアスリベットの打ち込み後に、ダイに当接している母材が塑性流動によってダイから浮き上がる自己浮上量よりも大きい値に設定してあることを特徴とする請求項１に記載のセルフピアスリベット接合方法。
3. 上記セルフピアスリベットの打ち込み後に当該セルフピアスリベットからパンチを一旦離間させる一方、
   上記セルフピアスリベットの打ち込みによって接合された母材を設定浮上量だけダイから離間させた後に、再度セルフピアスリベットにパンチを当接させてセルフピアスリベットの位置を測定することを特徴とする請求項２に記載のセルフピアスリベット接合方法。
4. 上記ダイとパンチが支持されている支持体はＣ型フレームであって、
   上記Ｃ型フレームの一端にダイが支持されているとともに、
   上記Ｃ型フレームの他端にダイと同一軸線上に位置するパンチがパンチ駆動機構とともに支持されているものであることを特徴とする請求項３に記載のセルフピアスリベット接合方法。
5. 上記強度の小さな母材がアルミニウム合金板であり、強度の大きな母材が高張力鋼板または超高張力鋼板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のセルフピアスリベット接合方法。
6. 請求項４に記載のセルフピアスリベット接合方法に用いるセルフピアスリベット接合装置であって、
   上記セルフピアスリベットの打ち込みによって接合された母材を設定浮上量だけダイから離間させるように浮上させる押し上げ部材をダイ側に設けてあることを特徴とするセルフピアスリベット接合装置。

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