JP3955074B2 - 締結工具を使った接合方法及び締結工具の操作用装置 - Google Patents

Description

本発明は、類似する又は異なった材料からなる少なくとも二枚の板状の加工物を締結工具によって接合するための方法、並びにこの締結工具を操作するための装置に関する。好ましくはこの締結工具は、自己穿孔型リベットをセットするためのリベット用工具、若しくはクリンチ操作を行うためのクリンチ工具である。

自己穿孔型リベット用工具やクリンチ用工具等の締結工具に使用する様々なタイプの駆動装置が知られている。最も一般的なタイプの駆動装置は、例えば国際特許出願公開第ＷＯ９３／２４２５６号や欧州特許出願公開第ＥＰ０６７５７７４号に示されるように、パンチを作動させて接合操作を行うための油圧式ピストン−シリンダー組立体と、接合操作中にクランプを作動させて加工物にクランプ力をかける油圧式ピストン−シリンダー組立体を備えている。欧州特許出願公開第ＥＰ０６７５７７４号に記載の方法及び装置では、接合操作前及び操作中に「相当の」クランプ力がかけられており、この公報には、クランプ力は１．５トンまでとすることができると記載されている。実際には、例えば８〜１０ｋＮ程度のクランプ力が用いられている。この方法にはそれなりの効果はあるが、接合操作前及び操作中に大きいクランプ力をかけることには欠点もある。例えば、接合操作中に大きいクランプ力をかけると、自己穿孔型リベットの自由な変形を損ねる恐れがある。さらに、接合操作前に大きいクランプ力をかけると、加工物を接合するためにリベットと接着剤とを組合わせて使用する方法において欠点が生じる。これは大きいクランプ力により接着剤が圧迫されて接合領域から流れ出てしまうためである。

本願出願人の従来の自己穿孔型リベット装置では、接合操作中、バネによって小さいクランプ力をかけ、パンチ用油圧シリンダのピストンからパンチ力の一部を当接手段を介してクランプに伝達させることによって、接合操作の終期に向けて次第にクランプ力を増加させている。上記の欧州特許出願公開第ＥＰ０６７５７７４号には同様の装置が記載されているが、この装置では、接合操作前及び操作中に、別個の油圧シリンダが「相当の」クランプ力をかけており、このクランプ力は、パンチ用ピストンとクランプ用ピストンとの間の当接手段によって、リベット接合の終期において瞬間的に約５トンまで増加するものである。

接合操作後にパンチを引き戻し、パンチを引き戻したら加工物にクランプ力をかけて、板状の加工物（シート）の平面を逸脱した変形を低減することが、国際特許出願公開第ＷＯ００／２９１４５号によって知られている。この文献では、この結果を得るための二つの基本原理を開示している。一つの原理によれば、パンチを引き戻すことによってリベットセット装置で使用するＣ字型フレームの下脚部がはね返った時に、クランプがずれるのを防止するために、クランプの保持装置を設ける。他方の原理によれば、接合操作中、パンチとクランプを当接手段を介して同時に高圧で加圧し、接合操作後、パンチを引き戻すと同時にクランプを再度加圧し、比較的大きいクランプ力をかける。さらにこの文献には、接合操作中には、大きいクランプ力、小さいクランプ力、若しくはクランプ力を全くかけなくてもよいと記載されている。

さらに、例えば国際特許出願公開第ＷＯ９３／２４２５８号に開示されるように、接合操作前に少なくとも小さいクランプ力をかけて、加工物を互いに押し付け、相対的にすべるのを防止して、特にリベット及び加工物のチェック操作を行うことが知られている。

国際特許出願公開第ＷＯ９３／２４２５６号 欧州特許出願公開第ＥＰ０６７５７７４号 国際特許出願公開第ＷＯ００／２９１４５号 国際特許出願公開第ＷＯ９３／２４２５８号

本発明の第一の目的は、類似する又は異なった材料からなる少なくとも二枚の板状の加工物を締結工具によって接合するための方法、並びにこの締結工具を操作するための、簡単な構造及び操作でコンパクトな設計の装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、大きいクランプ力によって接合操作が悪影響を受けるのを防止することにある。

本発明のさらに別の目的は、高品質の接合部を提供し、接合領域及びその周辺で加工物の変形を最小限とすることができる、少なくとも二枚の板状の加工物を接合するための方法及び装置を提供することにある。

本発明の方法によれば、接合操作中、接合操作を行うために大きいパンチ力をかけると共に、接合領域において材料の自由な変形を可能とするためにクランプ力を実質的にかけず、接合操作後、加工物の変形が少なくなるように大きいパンチ力及び大きいクランプ力を同時にかけて、接合領域において加工物を圧縮する。

本明細書において接合操作とは、接合部を形成するために必要な材料の変形の開始から終了までの操作を意味するものとする。自己穿孔型リベットの場合、接合操作とは、接合しようとする加工物に自己穿孔型リベットを貫通させる工程の開始から終了までを意味するものとする。クリンチの場合には、接合操作とは、接合領域における加工物の材料変形の開始から終了までの操作を意味するものとする。

接合操作後にかける大きいクランプ力は、接合操作によって生じる接合領域及びその周辺における加工物の変形が少なくなるように、且つ加工物の接合領域において何らかの圧縮効果若しくは圧密化効果が得られ、接合部の品質を高め、接合部が充分な最終強度となるように選択する。大きいクランプ力が接合部に悪影響を与えることを防止するために、接合操作後に、接合領域に大きいクランプ力をかけるのと同時に大きいパンチ力をもかけることが重要である。従って、接合操作後に接合領域及びその周辺の全ての表面に大きな力をかけ、それにより上述の効果を得ると共に、このような締結工具のC字型フレームの反作用及びたわみ動作を低減する。本発明によればさらに、接合操作中にC字型フレームにはクランプ力が実質的にかからず、パンチ力のみしかかからないので、C字型フレームの重量及び強度を低減した設計とすることができるという効果も得られる。

本発明の好ましい装置は、油圧シリンダを一つしか備えず、この一つの油圧シリンダがパンチ用のメインピストンによって、ピストンロッド遠隔側作業チャンバーとピストンロッド隣接側作業チャンバーとに分割されている。油圧シリンダのピストンロッド隣接側作業チャンバー内にクランプを操作するためのクランプピストンが配置され、ピストンロッド隣接側作業チャンバーのクランプピストンの軸方向に対向する両側の区域は、ピストンロッド隣接側作業チャンバー内の圧力によってクランプピストンの軸方向に対向する両側が加圧されるように、流体流通路手段によって互いに連通している。

この装置の構造設計は、本発明の方法を実施するのに適している。このためこの装置は、好ましくはピストンロッド遠隔側作業チャンバーが接合操作を行うのに充分な圧力で加圧されると共に、ピストンロッド隣接側作業チャンバーが減圧される操作位置を有しており、さらにこの装置は好ましくは、接合操作後に、大きいクランプ力及び大きいパンチ力を同時に接合領域にかけることができるように、二つの作業チャンバーの両方が高圧で加圧される操作後位置を有する。

本発明の装置は、パンチとクランプを操作するために二つの作業チャンバーを有する油圧シリンダーを一つしか必要としないので、二つの圧力流体ポートと二つの圧力流体管しか必要とせず、よって構造にかかる費用が最小限で済む。さらに本発明によれば、メインピストンとクランプピストンとが「挿入」式になっているので、装置をコンパクトな設計とすることができる。従って、二つの別個の油圧シリンダーを有する駆動装置においては、装置のストロークを所定量だけ増加させると、装置の長さがその二倍長くなってしまうが、本発明の装置では、装置のストロークを所定量だけ増加させても、装置の長さはその分だけしか長くならない。

本発明の別の実施態様では、二つの油圧シリンダが設けられている。しかしながら、二つのシリンダーの二つの作業チャンバーは流体流通路手段によって互いに永久的に連通しているので、先の第一実施態様の効果の多くがこの第二実施態様においても得られる。例えば、この第二実施態様でも二つの圧力流体ポートしか必要としないので、構造にかかる費用を削減することができ、流体制御システムを簡素化することができる。

本発明の重要な利点は、接合操作がクランプ力の悪影響を受けないということである。本発明を、例えば自己穿孔型リベットをセットするための工具に使用すると、自己穿孔型リベットは加工物を貫通する際に自由に変形することができる。リベットは正解に変形し、リベット操作中に大きいクランプ力がかかる従来の方法よりも大きく広がることができる。さらに本発明では、リベットに割れや亀裂が生じるのを避けることができる。

本発明の方法は、加工物を接合するための接着剤と組み合わせて使用することができる。この方法では、加工物にクランプを押付ける前に、接合領域及びその周辺の加工物間に接着剤層を設ける。本発明の方法では、接合操作前に小さなクランプ力しかかけず、接合操作中にはクランプ力を実質的にかけないので、接合操作中、接着剤は自由に押圧されて接合領域から自由に流れることができる。さらに、接合操作中にクランプ力を実質的にかけないので、以下に詳細に説明するように、加工物間に生じる気泡を少なくすることができる。

加工物間に気泡が生じる危険性は、外表面がテーパー付き、好ましくは円錐形状のシャンクを有する自己穿孔型リベットを使用することにより、さらに低下させることができる。テーパー付きリベットシャンクは、接合操作中、接合領域において加工物同士の接触を維持するように、上側加工物に力をかけて、上側加工物の反発を防止、若しくは少なくとも低減する。これにより、以下にさらに詳細に説明するように、加工物間に気泡が生じる危険性を低減することができる。

既に述べたように、本発明はC字型フレームの反作用動作やたわみを避け、若しくは少なくとも低減することができ、よって接合部の品質及び最終強度を向上することができる。

図面を参照して本発明の好ましい実施態様を詳細に説明する。

図１〜図３に概略的に示す締結工具２は、二枚（若しくはそれ以上）の板状加工物A及びB（金属板）間に接合部を形成するように配置されている。図示した実施態様では、締結工具２は自己穿孔型リベットNをセットするためのリベットセッティング装置であるが、例えばクリンチ装置等の他の工具であってもよい。自己穿孔型リベット及び自己穿孔型リベット接合は基本的に知られているので、ここでは詳細には説明しない。

締結工具２は、油圧シリンダー４を有する駆動装置とダイ６とを備え、加工物Ａ、Ｂがダイ６上に支承されている。シリンダー４はこの種の締結工具において通常行われているようにＣ字型フレーム（図示せず）上に支承されている。

油圧シリンダー４は、ピストンロッド１４を有するメインピストン１２を摺動可能に受け入れる円筒形キャビティー１０を有する。メインピストン１２のピストンロッド１４は、リベットＮをセットするためのパンチ１６に一体的に接続されている。

図１〜図３に示すように、メインピストン１２は円筒形キャビティー１０を、ピストンロッド遠隔側上方作業チャンバー１０ａとピストンロッド隣接側下方作業チャンバー１０ｂとに分割する。下方作業チャンバー１０ｂはクランプピストン１８を受け入れ、このクランプピストン１８はピストンロッド２０を介してスリーブ状クランプ２２（クランプ用突出部）に一体的に連結されている。クランプピストン１８及びそのピストンロッド２０はメインピストン１２のピストンロッド１４を同軸的に取り囲み、メインピストン１２に対して軸方向に相対移動することができるように、シリンダー４の円筒形内壁に沿って摺動的に案内される。

上方作業チャンバー１０ａは、制御下で流体圧（油圧）による加圧又は減圧を選択的に行うための圧力流体ポート２４を有し、下方作業チャンバー１０ｂも制御下で流体圧による加圧又は減圧を選択的に行うための専用の圧力流体ポート２６を有している。図面に概略的に示すように、クランプピストン１８の両側にある作業チャンバー１０ｂ部分は、クランプピストン１８の軸方向に対向する両側が同じ流体圧で常に加圧されるように、流体流通路手段２８によって互いに連通している。流体流通路手段２８は、クランプピストン１８を貫通する一つ又は幾つかの孔であってもよく、若しくは例えばクランプピストン１８の外表面に設けた１本又は数本の縦溝として設けてもよい。

さらに、メインピストン１２のピストンロッド１４とクランプピストン１８のスリーブ状ピストンロッド２０との間には、当接手段３０が設けられる。この当接手段３０は、軸方向の一方向にしか作用しない、つまりメインピストン１２が下方作業チャンバー１０ｂから離れる方向（図面では上へ）に移動する際にしか作用しない。

上述した装置の操作を以下に説明する。
図１において、装置は、上方作業チャンバー１０aが圧力流体ポート２４を介して減圧されていると共に、下方作業チャンバー１０bが圧力流体ポート２６を介して比較的低い流体圧で加圧されている基本位置にある。下方作業チャンバー１０b内の流体圧によってメインピストン１２が上方端位置へと付勢される。下方作業チャンバー１０ｂ内の流体圧はクランプピストン１８の軸方向に対向する両側に作用する。クランプピストン１８の上面面積は下面面積よりもピストンロッド２０の断面積とほぼ同じ程度だけ大きいので、クランプピストン１８に下向きの圧力差が作用する。しかしながら二つのピストンロッド１４、２０間の当接手段３０がクランプピストン１８を、図１に示す軸方向中間部の位置である基本位置に維持する。

自己穿孔型リベットＮの操作、つまり接合部の形成操作は三段階で行う。

第一段階において、接合操作に先立って、図２に示すようにクランプ２２及びリベットＮが比較的小さな力で加工物Ａ及びＢに押し付けられている操作前位置へ、メインピストン１２及びクランプピストン１８を移動させる。ここで二つの作業チャンバー１０ａ、１０ｂはそれぞれ各圧力流体ポート２４、２６を介して低い流体圧によって加圧されている。メインピストン１２の上面面積は下面面積よりもピストンロッド１４の断面積とほぼ同じ程度だけ大きいので、パンチ１６は、クランプ２２とダイ６との間の加工物領域及びリベットＮを含む接合領域８において対応する下向きのパンチ力をリベットＮにかける。またクランプピストン１８は上記の面積差による流体圧によって下方へ付勢され、それによりクランプ２２が、対応するクランプ力を、接合領域８におけるリベットＮの隣接周辺部の加工物Ａ、Ｂにかける。パンチ力及びクランプ力は、加工物Ａ、Ｂのダイ６に対する動き及び相対的な動きを防止するのに充分な大きさ、且つリベット及び加工物チェック操作ができる大きさであればよい。クランプ力は好ましくは７．８ｋＮ未満であり、例えば３〜５ｋＮ程度とすることができる。一般にクランプ力は３．９ｋＮ未満で充分である。パンチ力は好ましくは５ｋＮ未満であり、１〜３ｋＮ程度とすることができる。

第二段階つまり接合操作自体において、装置は、図３に示すように上方作業チャンバー１０ａが圧力流体ポート２４を介して接合操作に必要な流体圧で加圧されていると共に、下方作業チャンバー１０ｂが圧力流体ポート２６を介して減圧されている操作位置にある。メインピストン１２は、ピストンロッド１４及びパンチ１６を介して、接合領域８において接合部を形成するのに充分な値のパンチ力をリベットＮにかける。下方作業チャンバー１０ｂは減圧されているので、接合操作中、クランプ２２は何の機能も果たさない。言うまでもなく、油圧システムにおいては、下方作業チャンバーが減圧されて完全に無圧力となるとなることがないように、低圧側には常に残留圧力がある。しかしながら、残留圧力による０．３〜０．５ｋＮ程度のクランプ力は無視できる程度のものである。使用する加工物の材質によっては、例えば４ｋＮ未満のクランプ力では、何ら加工物の性質に測定できる程の影響を与えるものではない。いずれにせよこのことは１．５ｋＮ未満のクランプ力に当てはまる。

上述の通り、顕著なクランプ力が存在しないので、リベットＮはセット操作中に加工物Ａ、Ｂ内及びダイ６内で自由に変形することができ、決められた通り正確に変形することができる。リベットに割れや亀裂が生じないようにするために、大きいクランプ力を用いる従来の方法と比較して多少リベットＮの底部が大きくなる。

自己穿孔型リベットＮをセットするのに必要なパンチ力は、通常例えば３０〜８０ｋＮ程度である。

接合操作に続く第三段階では、装置は、これも図３に示すように、どちらの作業チャンバー１０ａ及び１０ｂも、圧力流体ポート２４及び２６を介して高い流体圧で加圧されている操作後位置にある。これは、好ましくは作業チャンバー１０ａ内に高い流体圧を維持すると共に、作業チャンバー１０ｂを圧力流体ポート２６を介して同じ流体圧若しくはほぼ同じ高い流体圧で加圧することによって行うことができる。

接合操作において自己穿孔型リベットを確実に最後まで妨害されることなく続けて変形させることができるように、接合操作の終了後、短時間のうちに、作業チャンバー１０ｂの加圧、よってクランプ力の上昇を開始する。この短時間とは例えば０．２〜０．３秒程度であり、好ましくは０．１秒を超える。

上述の作業チャンバー１０ａ及び１０ｂの加圧により、パンチ１６が上述したメインピストン１２の表面面積差によって生じる大きいパンチ力でリベットＮに押し付けられる。それと同時に、クランプ２２は上述したクランプピストン１８の表面面積差によって生じる大きいクランプ力を加工物Ａ、Ｂにかける。この大きいクランプ力は、接合領域８において加工物Ａ、Ｂがそれ自身の平面を逸脱して変形する可能性を低下させることを目的としたものであり、さらにこの領域において加工物Ａ、Ｂにある程度の圧縮作用を及ぼして、接合部の最終強度及び品質を高めることをも目的としたものである。また、クランプ２２のみならずパンチ１６も接合部に大きい力をかけるので、接合部に作用する力にある程度の均等化作用がもたらされる。さらに、パンチ力及びクランプ力が、Ｃ字型フレーム（図示せず）の反作用動作や反発を防止若しくは少なくとも低減する。

パンチ力及びクランプ力は、特定の用途に応じて、これらの機能が達成できるように選択する。好ましくは、クランプ力は５ｋＮより大きく、特に７．８ｋＮである。パンチ力は好ましくは５ｋＮより大きく、特に６．５ｋＮである。

パンチ力及びクランプ力は所定時間維持される。その後、圧力流体ポート２４を介して上方作業チャンバー１０ａを減圧すると共に、圧力流体ポート２６を介して低い流体圧で下方作業チャンバー１０ｂを加圧することによって、装置は図１に示す基本位置に戻る。

図４は、図１〜図３を参照して先に説明した締結工具２を、締結工具を操作するための油圧制御システム（図示せず）のバルブ組立体と接続した状態で概略的に示すものである。このバルブ組立体は一対の別個の方向制御弁３２及び３４からなり、方向制御弁３２は圧力流体ポート２４を介して作業チャンバー１０ａと連通し、方向制御弁３４は圧力流体ポート２６を介して作業チャンバー１０ｂと連通して、作業チャンバー１０ａ及び１０ｂを加圧・減圧する。従って方向制御弁３２及び３４は、各作業チャンバー１０ａ、１０ｂと圧力制御装置（例えば比例式制御弁）（図示せず）及び油圧制御システムの低圧領域との間の連通を制御する。

油圧制御システムの操作は、図１〜図３を参照して先に説明した操作と同様である。但し追加として以下の事項に注意が必要である。

図４に示す装置の基本位置において、方向制御弁３２は圧力逃し位置にあり、方向制御弁３４は加圧位置にある。締結工具が操作前位置にある場合には、方向制御弁３２、３４は加圧位置にあり、作業チャンバー１０ａ、１０ｂは両方とも低い流体圧で加圧されている。締結工具が操作位置つまり接合位置にある場合には、パンチが大きいパンチ力をかけることができるように、方向制御バルブ３２は加圧位置にあり、一方クランプが実質的にクランプ力をかけないように、方向制御弁３４は圧力逃し位置にある。締結工具が操作後位置にある場合には、パンチ及びクランプが共に大きい力をかけることができるように、方向制御弁３２及び３４はどちらも加圧位置にある。

図５に示す実施態様と図４に示す実施態様では締結工具のシリンダー組立体の構造が異なる。図４の部品と類似する部品には同じ参照番号にａを付して示す。図５の締結工具は、共通の油圧シリンダー４の代わりに二つのシリンダー４ａ、５ａを設けている点で、図４の締結工具と異なる。シリンダー４ａはパンチ１６ａのためのメインピストン１２ａを受け入れ、シリンダー５ａはクランプ２２ａのためのクランプピストン１８ａを受け入れるものである。シリンダー４ａ、５ａ間の隔壁２９は、クランプピストン１８ａと共に作業チャンバー３１を画定し、図示した実施態様ではこの作業チャンバー３１は専用の圧力流体ポートを有している。

これまで説明してきたように、この組立体は、パンチ用とクランプ用に別個のシリンダーを有する従来の自己穿孔型リベット用工具と似ている。しかしながら従来の自己穿孔型リベット用工具とは異なり、図５の実施態様は、シリンダー４ａのピストンロッド隣接側作業チャンバーとシリンダー５ａの作業チャンバー３１とが、流体流通路３３によって互いに永久的に連通している設計となっている。流体流通路３３は、図示するようにシリンダーの外に延在していても、隔壁２９を通して延在していてもよい。

シリンダー４ａのピストンロッド隣接側作業チャンバーとシリンダー５ａの作業チャンバー３１とが永久的に連通しているので、図５の組立体の操作は、図４の組立体の操作と同様である。よって図５の組立体でも、各作業チャンバーの加圧及び圧力逃しを制御するのに、二つの簡単な方向制御弁３２及び３４で充分である。従って図５の組立体の操作については、図４の組立体の操作についての記載を参照されたい。

図６を参照して、図示した油圧シリンダー４ａ、５ａを含む締結工具の構造は、図５の工具の構造と同じである。図５と図６とは、方向制御弁３２と３４とを並列に設ける代わりに、バイパス弁３６と方向制御弁３８とを直列に設けた点のみが異なる。

方向制御弁３８は、基本位置（図６に示す状態）と操作位置との間で切り換えることができる。方向制御弁３８が基本位置にある場合には、一対の圧力流体管３７、３９を圧力源及び油圧システムの低圧領域から隔離する。方向制御弁３８が操作位置にある場合には、圧力流体管３７を圧力源と連通させると共に、圧力流体管３９を低圧領域と連通させる。

バイパス弁３６は、基本位置（図６に示す状態）とバイパス位置との間で切り換えることができる。バイパス弁３６が基本位置にある場合には、圧力流体管３７を圧力流体ポート２４ａと連通させると共に、圧力流体管３９を圧力流体ポート２６ａと連通させる。バイパス弁３６がバイパス位置にある場合には、圧力流体ポート２４ａ及び２６ａの両方を圧力流体管３７と連通させる。

操作は以下の通りである。
図６において、バイパス弁３６及び方向制御弁３８は共に基本位置にある。締結工具を操作前位置にセットするには、方向制御弁３８を操作位置へと切り換え、締結工具が操作及び操作後位置となるまでその位置に維持する。

締結工具が操作前位置にある場合には、バイパス弁３６はバイパス位置にあり、シリンダー４ａのピストンロッド遠隔側作業チャンバー並びにピストンロッド隣接側作業チャンバー及びシリンダー５ａの作業チャンバー３１を、圧力流体管３７及び方向制御弁３８を介して油圧システムの（制御可能な）圧力源と連通させる。締結工具を操作位置へ動かすには、バイパス弁３６を基本位置へ戻して、シリンダー４ａのピストンロッド遠隔側作業チャンバーを圧力源と連通させ、ピストンロッド隣接側作業チャンバー及び作業チャンバー３１を油圧システムの低圧側と連通させる。締結工具が操作後位置にある場合には、バイパス弁３６はまたバイパス位置となり、全ての作業チャンバーを圧力源と連通させる。

図６のバルブ組立体は図４の締結工具においても使用可能であることに留意すべきである。

図７に示す締結工具は、図６に示す工具と基本的に同様の構造である。対応する部品には同じ参照番号のａをｂに変えて付してある。図６との違いは、流体流通路３３がないことである。代わりにシリンダー５ｂの作業チャンバー３１ｂは、圧力流体ポート２４ｂ、２６ｂとは別の圧力流体ポート２７ｂを有している。圧力流体ポート２７ｂは圧力制御弁４０（例えば比例式制御弁）を介して加圧・減圧することができる。よって、パンチ及びクランプを作動させるための二つのシリンダー４ｂ及び５ｂを備える締結工具は、従来の締結工具と似ている。

シリンダー４ｂの作業チャンバーの圧力流体ポート２４ｂ及び２６ｂは、図６のものと同じバイパス弁３６及び方向制御弁３８を介して制御することができるように適合されている。

図７は、弁が基本位置にある状態を示している。接合操作の前、間、及び後におけるバイパス弁３６及び方向制御弁３８の作動については、図６の記載を参照されたい。圧力制御弁４０の操作は、作業チャンバー３１ｂが、締結工具の操作前位置においては比較的低い圧力で、操作位置においては無視できる程度の圧力で、操作後位置においては高い圧力で加圧されるように行う。

図７の配置では、操作後位置において、シリンダー４ｂのピストンロッド隣接側作業チャンバーを、バイパス弁３６を介して減圧することができるので、メインピストン１２ｂがかけるパンチ力をそれだけ増加させることができる。

図８の配置は、図７のバイパス弁３６をバイパス弁３６ｂで置換した点のみが図７と異なる。このバイパス弁３６ｂは、バイパス位置にある場合に、シリンダー４ｂのピストンロッド遠隔側作業チャンバーをピストンロッド隣接側作業チャンバーと連通させるが、これらの作業チャンバーを油圧システムの圧力源からは隔離するものである。締結工具が操作前位置にある場合には、シリンダー４ｂの作業チャンバーは両方とも無圧力であるので、パンチはいかなるパンチ力もかけない。従って、この実施態様では、締結工具が操作前位置にある場合に、リベット検出を行うことはできない。本発明の他の全ての実施態様では、締結工具が操作前位置にある場合に、パンチがパンチ力をかけているので、この力をリベット検出に用いることができる。それ以外については図８の配置の操作は図７の配置の操作と同様である。

図１〜図７の実施態様では、接合操作前の第一作業工程を、まずクランプを作動させて必要とされる比較的小さいクランプ力をかけ、次いでパンチによってリベットを比較的小さいパンチ力で加工物に押付けるという二段階で行うことができる。それにより加工物がリベットによって互いに接触状態で保持されるので、リベットをセットする少し前にクランプを減圧することができる。

上述したように、本発明のリベット方法は、少なくとも接合領域において加工物の隣接する表面間に接着剤を用いる方法と組合わせることができる。より詳細には、そのために加工物ＡとＢとの間に接着剤層Ｋを設ける（図１〜図３参照）。

例えば欧州特許出願公開第ＥＰ０６７５７７４号に開示されるような、接合操作前及び操作中に大きいクランプ力をかける従来のリベット方法では、接合操作前には、接着剤はクランプ圧力によって接合領域中央部に封入されている。そのため接合操作中、接着剤は自由に圧縮されたり、接合領域から半径方向外方へ自由に流れたりすることはできない。また、大きいクランプ力によって、自己穿孔型リベットが上方加工物を貫通した時の該加工物の反発が高まる。その結果、接着剤層内に気泡や溝が生じる。

これとは異なり、本発明の方法によれば、接合操作前には比較的小さいクランプ力しかかけず、接合操作中にはクランプ力は実質的にかけないので、接合操作中、接着剤は自由に圧縮されたり、接合領域から半径方向外方へ自由に流れたりすることができる。さらに、接合操作中にクランプ力を実質的にかけないので、上方加工物Ａの反発を低減することができ、よって接着剤層Ｋ内に気泡や溝が生じる危険性を低減することができる。

この危険性をさらに低くするために、この組み合わせ方法において接着剤と共に、図９に示す自己穿孔型リベットＮ’を使用する。この自己穿孔型リベットＮ’は、リベットヘッドＮ１とリベットシャンクＮ２とを有する。従来のリベットとは異なり、リベットシャンクＮ２の外表面Ｎ３は円筒形ではなく、リベットヘッドＮ１に向かって広がるようにわずかにテーパーしている。より詳細には、外表面Ｎ３は円錐角αの円錐形である。よって円錐形外表面Ｎ３を有するリベットＮ’を加工物Ａ、Ｂを貫通するように（図３）押し込むと、リベットシャンクＮ２は、外表面がテーパーしているため、上方加工物Ａが反発するつまり上向きにたわむのを防ぐ下向きの力を上方加工物Ａにかける。その結果、加工物Ａ、Ｂは接合領域において互いに接触したままであり、加工物Ａ、Ｂ間にいかなる空隙が生じるのも避けることができ、接着剤層Ｋ内に気泡や溝が形成されるのを防止することができる。

どの場合にも円錐角αは０を超え、好ましくは０．５〜１０°の範囲内、特に１〜５°の範囲内である。図示したように、リベットシャンクＮ２の外表面はその全長に渡ってテーパーしていてもよい。若しくは、外表面の特定部分のみをテーパーさせて、残りの部分を円筒形としてもよい。特に底部分の外表面Ｎ３を円筒形とし、底部分とヘッドＮ１との間の部分のみをテーパーさせることも可能である。この底部分の軸方向長さは、好ましくは上方加工物Ａの厚さを超えないように選択することができる。

加工物を接合するためのリベット−接着剤組合わせ方法においてこのような自己穿孔型リベットＮ’を使用することは、加工物Ａ、Ｂ間の接合領域においていかなる空隙が生じるのも避けるため、及び接着剤層Ｋ内に気泡や溝が生じるのを防止するために、特に効果的である。

図１は、本発明の締結工具を基本位置で示す縦断面図である。 図２は、本発明の締結工具を操作前位置で示す図１と同様の縦断面図である。 図３は、本発明の締結工具を操作位置及び操作後位置で示す図１と同様の縦断面図である。 図４は、締結工具の油圧制御用のバルブ組立体を備える図１〜図３に示す締結工具を基本位置で示す縦断面図である。 図５は、締結工具とバルブ組立体の変更例を示す図４と同様の図である。 図６は、締結工具とバルブ組立体の変更例を示す図４と同様の図である。 図７は、締結工具とバルブ組立体の変更例を示す図４と同様の図である。 図８は、締結工具とバルブ組立体の変更例を示す図４と同様の図である。 図９は、本発明の方法及び装置で使用する特殊自己穿孔型リベットを示す。

Claims (27)

1. 類似する又は異なった材料からなる少なくとも二枚の板状加工物を締結工具によって接合するための方法であって、該締結工具は、接合領域において接合操作を行うためのパンチ力をかけるためのパンチと、ダイに支承された該加工物にクランプ力をかけるためのクランプとを備え、該方法は、
   接合操作中には、大きなパンチ力をかけて接合操作を行うと共に、クランプ力を実質的にかけずに、接合領域において自由な材料変形を可能にし、
   接合操作後には、大きなパンチ力及び大きなクランプ力を同時にかけて加工物の変形を低減し、接合領域において加工物を圧縮する、加工物を接合するための方法。
2. 接合操作後にかける前記大きなパンチ力、及び接合操作後にかける前記大きなクランプ力を所定時間維持する、請求項１に記載の方法。
3. 前記大きなクランプ力を、接合操作終了後短時間のうちにかける、請求項１に記載の方法。
4. 接合操作後にかける前記大きなクランプ力が５ｋＮより大きく、好ましくは７．８ｋＮである、請求項１に記載の方法。
5. 接合操作後にかける前記大きなパンチ力が５ｋＮより大きく、好ましくは６．５ｋＮである、請求項１に記載の方法。
6. 接合操作前に、クランプを小さいクランプ力で加工物に押付け、加工物の相対的移動を防止する、請求項１に記載の方法。
7. 前記小さいクランプ力が７．８ｋＮ未満、好ましくは３．９ｋＮ未満である、請求項６に記載の方法。
8. 接合操作の前に、小さいパンチ力をかける、請求項１に記載の方法。
9. 接合操作の前にかける小さいパンチ力が、５．０ｋＮ未満、好ましくは２．５ｋＮ未満である、請求項８に記載の方法。
10. 接合操作の前にパンチ力をかけない、請求項１に記載の方法。
11. クランプを加工物に押し付ける前に、接合領域及びその周辺の加工物間に接着剤層を設ける、請求項１に記載の方法。
12. 前記締結工具が自己穿孔型リベットをセットするためのリベット用工具である、請求項１に記載の方法。
13. 前記締結工具が自己穿孔型リベットをセットするためのリベット用工具であり、該自己穿孔型リベットがリベットシャンクとリベットヘッドとを有し、該リベットシャンクが、少なくとも所定のシャンク領域においてリベットヘッドに向かって広がるようにテーパーしている外表面を有する、請求項１に記載の方法。
14. 前記リベットシャンクの外表面が、少なくとも前記所定シャンク領域において円錐形である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記締結工具がクリンチ用工具である、請求項１に記載の方法。
16. 前記パンチと前記クランプとを共通の油圧ピストン−シリンダー組立体によって作動させる、請求項１に記載の方法。
17. 前記パンチと前記クランプとをそれぞれ専用のピストン−シリンダー組立体によって作動させる、請求項１に記載の方法。
18. 類似する又は異なった材料からなる少なくとも二枚の板状加工物を接合するための締結工具を操作するための装置であって、該装置は、
    円筒形状キャビティーを有する油圧シリンダーと、
    接合操作を行うための、パンチと一体的に連結されたピストンロッドを有するメインピストンであって、
    該メインピストンは前記シリンダーのキャビティーを、ピストンロッド遠隔側作業チャンバーとピストンロッド隣接側作業チャンバーとに分割しており、メインピストンの一方の側がピストンロッド遠隔側作業チャンバー内の圧力によって加圧されると共に、軸方向に対向する反対側がピストンロッド隣接側作業チャンバー内の圧力によって加圧されるメインピストンと、
    加工物にクランプ力をかけるための、クランプに一体的に連結されたピストンロッドを有するクランプピストンであって、
    該クランプピストン及びそのピストンロッドは、前記メインピストンのピストンロッドの周囲に同軸的に延在し、且つ相対的に移動可能であるクランプピストンとを備え、
    前記各作業チャンバーは選択的に加圧又は減圧するための圧力流体ポートを有する装置において、
    前記クランプピストンは、前記油圧シリンダーの前記ピストンロッド隣接側作業チャンバー内に配置され、該ピストンロッド隣接側作業チャンバーは、前記クランプピストンの軸方向に対向する両側にそれぞれ配置されたセクションを有し、該セクションは、ピストンロッド隣接側作業チャンバー内の圧力によって該クランプピストンの軸方向に対向する両側が加圧されるように、流体流通路手段によって互いに連通している、締結工具を操作するための装置。
19. 前記ピストンロッド遠隔側作業チャンバー及びピストンロッド隣接側作業チャンバーは、選択的に加圧又は減圧することができるように、別個の制御弁と関連している、請求項１８に記載の装置。
20. 類似する又は異なった材料からなる少なくとも二枚の板状加工物を接合するための締結工具を操作するための装置であって、該装置は、
    円筒形状キャビティーを有する第一油圧シリンダーと、
    接合操作を行うための、パンチと一体的に連結されたピストンロッドを有するメインピストンであって、
    該メインピストンは前記シリンダの円筒形状キャビティーを、ピストンロッド遠隔側作業チャンバーとピストンロッド隣接側作業チャンバーとに分割しており、各作業チャンバーは選択的に加圧又は減圧するための圧力流体ポートを有する、メインピストンと、
    クランプピストンと、クランプ力をかけるためにクランプに一体的に連結されたピストンロッドとを含む第二油圧シリンダーであって、該クランプピストンは、圧力流体によって選択的に加圧又は減圧される一つの作業チャンバーを画定する、第二油圧シリンダーとを備える装置において、
    前記第二油圧シリンダーの前記一つの作業チャンバーと、前記第一油圧シリンダーの前記ピストンロッド隣接側作業チャンバーとが、流体連通手段によって永久的に連通している、締結工具を操作するための装置。
21. 前記ピストンロッド遠隔側作業チャンバーと前記ピストンロッド隣接側作業チャンバーは、選択的に加圧又は減圧することができるように、別個の方向制御弁と関連している、請求項２０に記載の装置。
22. 前記ピストンロッド隣接側作業チャンバーと前記ピストンロッド遠隔側作業チャンバーは、選択的に加圧又は減圧することができるように、直列に接続された共通のバイパス弁及び共通の方向制御弁と関連している、請求項２０に記載の装置。
23. 前記メインピストンと前記クランプピストンとが、該メインピストンの端部位置への移動によって、該クランプピストンが対応する基本位置へと駆動されるように、軸方向の一方向にのみ作用する一方向当接手段によって互いに接続可能である、請求項１８に記載の装置。
24. 前記ピストンロッド遠隔側作業チャンバーが前記接合操作を行うための高い圧力によって加圧されると共に、クランプが実質的にクランプ力をかけないように前記ピストンロッド隣接側作業チャンバーが減圧される操作位置を有する、請求項１８に記載の装置。
25. 接合操作後に、パンチとクランプがそれぞれ大きいパンチ力と大きいクランプ力をかけるように、前記ピストンロッド遠隔側作業チャンバーと前記ピストンロッド隣接側作業チャンバーがそれぞれ高い圧力によって加圧される操作後位置を有する、請求項２４に記載の装置。
26. 接合操作の前に、パンチとクランプがそれぞれ小さいパンチ力と小さいクランプ力をかけるように、前記ピストンロッド遠隔側作業チャンバーと前記ピストンロッド隣接側作業チャンバーが共に低い圧力で加圧される操作前位置を有する、請求項２４に記載の装置。
27. 前記メインピストンが接合領域から離隔している端部位置へ付勢されるように、前記ピストンロッド隣接側作業チャンバーが低い圧力で加圧され、前記ピストンロッド遠隔側作業チャンバーが減圧される基本位置を有する、請求項２４に記載の装置。

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