JP4037613B2 - 管状部材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、壁部に長手方向スロットを有する管状部材を製造する方法に関する。たとえば、そのような管状部材は、多数の長手方向スロットを備えた形式のブラインドブレークステムリベット(blind breakstem rivet)の管状外殻であって、外殻の一部分を軸方向に圧縮することによってリベットを打ち付けた時、外殻が変形して多数の外向き突出脚部になり、これらが加工物に係合する比較的大きい半径方向寸法を有するブラインドヘッド(blind head)を形成する。スロット付き外殻を有するそのようなブラインドリベットの例が、ＢＵＬＢＥＸおよびＴＬＲの登録商標で市販されている。しかし、そのような長手方向スロット付き部材は多くの他の目的にも使用される。
【０００２】
「スロット」という用語は、スロットによって分離された管状部材の材料部分の縁部または壁部の間にギャップがある構造と、スロットの２つの縁部または壁部が互いに接触しているが、材料が機械的に不連続である構造の両方を含む意味で用いる。
【０００３】
そのようなスロット付き部材は一般的に金属製である。アルミニウムのような比較的軟質の金属では、管状の半製品でのスロットの形成は一般的に、鋼などのはるかに硬質の材料製で、それぞれが少なくとも管状の半製品の壁厚と同じ半径方向長さを有し、半径方向に突出した複数の長手方向リブを設けた密接工具(close-fitting tool)を半製品の内孔に押し進めることによって行われる。各リブが半製品内に対応の長手方向スロットを形成する。しかし、この方法を鋼製の管状の半製品に適用した場合、急速かつ過大な摩耗が工具に、特にリブの先端部に発生することがわかっている。
【０００４】
本発明は、この問題を解決する、壁部に長手方向スロットを有する管状部材の新しい製造方法を提供することを目的としている。
【０００５】
したがって、本発明は、１つの態様として、壁の一部分に沿ってスロットを有する管状部材を製造する方法であって、請求項１に記載された方法を提供している。
【０００６】
本発明のさらなる特徴は、請求項２乃至１６に記載されている。本発明は、請求項１６に記載されているような、本発明に従った方法によって製造された管状部材を含む。
【０００７】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の幾つかの特別な例を説明する。
【０００８】
「半製品(blank)」という用語は、完成品を除いたすべての段階的形状の管状部材を示すために使用される。
【０００９】
図１、図２および図３において、半製品が少なくとも長手軸方向断面で、また一部の図面では長手方向断面上の矢印線に沿って見た横断面でも示す。一部の図面では、半製品が収容されている金型と、パンチおよびイジェクタまたはそのいずれか一方も示す。
【００１０】
これらの例では、半製品が一般的に低炭素鋼製であり、約５ｍｍ外径のリベット外殻の製造に使用されるように設計されている。製造工程で使用されるパンチおよび金型は、工具鋼製である。製造方法は、そのようなリベット外殻および他の製品の製造に一般的に使用される、周知であって当該技術分野の専門家には理解される形式の段階的ねじ頭ヘッダ機(progressive cold-heading machine)を使用して実施される。
【００１１】
このため、最初に図１ａを参照すると、半製品１１は、ワイヤから切断された円筒形のスラグから形成されており、ヘッド１２とヘッド端部のテーパ状軸方向くぼみ１３とを備えている。半製品１１は、円筒形の金型１４にはめ込まれる。円筒形の金型１４の周囲には、９０゜間隔で４つの長手方向リブ１５が設けられている。図１ａに示すように、リブの断面は９０゜の内頂角をなし、かなり尖った頂部を有する三角形である。
【００１２】
次に、パンチを半製品のくぼみ１３に押し込む。パンチ１６は、半製品のヘッドの周囲にはめるために、環状凹部１８を先端部に有するばね付勢式工具１７と同軸である。図１ｂに示すように、半製品の先端部が金型の底部（イジェクタピン２１の端面が底部となっている）と接触するまで、パンチおよび工具で半製品を金型に押し込む。このとき半製品のヘッドの下側が金型の表面と接触する。図１ｂおよび図１ｃに示すように、パンチ１６の直径は、リブ１５の向き合った頂部間の直径方向距離より幾分小さい。パンチ１６を金型１４内へ押し進め続けると、半製品の材料の逆向きの押し出しがパンチ１６を取り囲んで上向きに発生し、同軸工具１７がばね付勢力に抗して上昇する。図１ｃに示すように、金型１４内のリブ１５により、逆向きに押し出される半製品の外表面に長手方向溝１９が形成される。これらの溝は、半製品のヘッド下面付近から半製品の先端部まで延在している。図１ｃおよび図１ｄに示すように、パンチ１６は、その先端部が、金型の端部壁から半製品の端部に肉厚ウェブ２２を残す距離を残す位置まで金型に押し込まれる。
【００１３】
次に、パンチ１６および工具１７を引き出し、半製品をイジェクタ２１によって金型から取り出す。半製品は、図１ｄに示す形状になっており、それを参照符号２３で示す。半製品の長手方向の大部分に、４つの十分な厚さの長手方向領域３４を有し、これらの長手方向領域３４は、図１ｄに示す肉薄の長手方向ウェブ３５により、それぞれ結合されている。
次に、図１ｅに示すように、半製品２３を次の金型２４に挿入する（半製品２３に挿入させるパンチ２５も示す）。金型２４の下端部は、イジェクタピン２６の上面により賄われている。イジェクタ２６に隣接した金型の内側端部２７と、金型２４の外側端部２８とは、半製品２３の外径に合わせた適当な直径を有する。しかし、金型の長手方向中間部２９は、半製品２３より大径となるように構成されている。この大径部２９は、テーパ状部３１、３２により、小径端部２７、２８の各々に接続されている。
【００１４】
半製品２３が金型２４内に完全に挿入され、半製品２３の底端部がイジェクタピン２６と当接し、半製品２３のヘッド下面が金型の外面に当接すると、半製品のウェブ２２が金型の小径の内側端部２７内に収容される。円筒形のパンチ２５を半製品に押し込む。図１ｅは、この工程の開始段階を示している。パンチは、半製品２３の内孔より大きい主直径を有しており、また、半製品の内孔に挿入させ易くするための面取り先縁部３３を備える。パンチ２５が順次金型内に挿入されていくと、パンチ２５は半製品２３を半径方向に拡張する。この作用によって、４つの肉薄ウェブ３５が少なくともその長手方向の大部分にわたって破断されることにより、４つの十分な厚さを有する長手方向領域３４が裂けて離れ、図１ｆに示す４つのギャップ３６が生じる。肉薄ウェブ３５の材料は、半製品の他の部分よりはるかに硬く加工されている。これにより、ウェブでの応力集中と相まって、ウェブの破断が促進される。図１ｆは、パンチ２５が半製品内へ完全に挿入されたところを示している。パンチの底端面が金型の下側テーパ状部３１と向き合い、半製品のウェブ部分２２からわずかに離間されている。ギャップは、半製品の端部のウェブ部分までは延びていない。各ギャップ３６の端部には、金型のテーパ状部３１、３２の作用により、幅方向のテーパが設けられる。
【００１５】
次に、パンチ２５を引き出し、イジェクタピン２６を作動させて半製品を金型２４から引き出す。図１ｇは、この動作の中間段階を示している。４つの長手方向領域３４の形をした半製品の大部分が、金型のテーパ状部３２および小径外部分２８に押し通されて通過し、４つの領域３４が半径方向内側に押しつけられるため、４つの長手方向ギャップ３６は閉じられる。図１ｈは、この工程が完了した後の半製品の形を示している。各隣接した対をなす長手方向領域３４の縁部は、管状部材の内壁付近で互いに接触しており、その間のスロット３７は実質的に厚さが零であり（すなわち、物理的に分離されており）、部材の外側に溝が刻まれている。
【００１６】
次に、図１ｈに示す形状の半製品は、別の金型（図示せず）に挿入され、そこで、図１ｉに概略的に示すように、半製品の端部のウェブ部分２２が適当な工具（図示せず）によち取り除かれる。これによって、図１ｉに符号３８で示すような完成したスロット付き管状部材を得ることができる。
【００１７】
段階的ねじ頭ヘッダの技術の専門家であれば、図１ａの初期半製品１１のくぼみの圧造および形成用の２つの金型と、２つの金型１４および２４と、端部ウェブの除去用のさらなる金型とを準備して、本例の製造処理を５段階段階的ねじ頭ヘッダで行うことができることを理解できるであろう。
【００１８】
図２は、図１を参照しながら説明した方法の変更例を示している。図２では、図２ｄ〜図２ｈがそれぞれ図１ｄ〜図１ｈに対応している。比較および理解を容易にするために、同一部材を同一の参照符号で示し、対応部分は同様の参照符号に１００を加えて示す。
【００１９】
この変更例の唯一の違いは、金型１２４の口の直径がわずかに大きくなっていることである。このことは、半製品２３と金型の口付近の外部分１２８との間に環状のギャップ４１を示す図２ｅおよび図２ｆから明らかである。これの作用によって、半製品を突き出した時、それの半径方向拡大部分が半製品の元の寸法よりわずかに大きい直径まで縮められる。したがって、４つの長手方向領域１３４は互いに縁部同士で接触しないで、図２ｈに示すように、狭いギャップ１３７で分離される。
【００２０】
同様に、それぞれ図１ｄ〜図１ｈに対応する図３ｄ〜図３ｈにさらなる例が示す。これらの例においても、同一部分には同一の参照符号が付けられており、対応部分は同様の参照符号に２００を加えて示す。これも、第１例の方法の変更例であるが、先行のものより大きい変更が加えられている。
【００２１】
本例では、半径方向に拡張する前の管状の半製品２２３が、実質的にその内表面に沿って４つの等間隔の長手方向溝２１９を有する。半製品の内孔は、図３ｄに示すように、断面が事実上、正方形である。これは、図１に示すものの変更形である金型およびパンチを使用して行なわれる。金型の断面は円筒形であり、パンチの断面は正方形である。冷間成形技術の専門家であれば、図１のものと構成が反対であるこれらの金型およびパンチの設計の仕方を容易に理解できるであろう。他の違いは、このように形成された半製品に内孔が貫設されており、端部に渡されるウェブがないことであるが、対応する末端部を図３ｄの２２２のように肉厚にしてもよい。
【００２２】
半製品の半径方向への拡張は、金型２２４とパンチ２２５とによって行われる。パンチ２２５の端部４４が小径になっており、これは図１および図２ではウェブ部分２２が存在していた半製品内孔の先端部内にはまる。半製品がこのように半径方向に拡張し、続いて金型から引き出される時に半径が縮小されることは、図１を参照しながら第１例の方法で説明したものとほぼ同一である。完成した管状部材２３８における唯一の実質的な違いは、それぞれが管状部材の外側付近の厚さ零のスロット２３７になる長手方向内側溝により、４つの長手方向領域２３４が分離されていることである。管状部材の端部には除去すべきウェブが存在しない。このため、この製造処理は４段階ヘッダで行うことができる。
【００２３】
図４は、どのようにして３８、１３８または２３８などの管状部材がブラインドリベットにおいてステムヘッド４２を有するステム４１に組み付けられて使用されるかを示している。外殻３８、１３８または２３８を軸方向に圧縮することによってリベットを打ち付けた時、外殻が４つのスロット３７、１３７または２３７の位置で分離して、図５に示すように外向きに曲がった脚部４３を形成する。
【００２４】
図２ｈに示す管状部材１３８の構造は、ブラインドリベット外殻として使用するのに特に好都合である。外殻の長手方向の中間部分の外表面がそれの端部に対して半径方向外側にずれることによって、軸方向圧縮力を受けた時の外殻の初期座屈が促進される。
【００２５】
本発明は上記例の詳細に限定されることはない。スロット付き管状部材をブラインドリベット外殻以外の適当な目的にも使用することができる。
【００２６】
内側および外側溝の組み合わせを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 例示的な一の形態による方法における半製品の段階的な形状を示している。
【図１ｂ】 例示的な一の形態による方法における半製品の段階的な形状を示している。
【図１ｃ】 例示的な一の形態による方法における半製品の段階的な形状を示している。
【図１ｄ】 例示的な一の形態による方法における半製品の段階的な形状を示している。
【図１ｅ】 例示的な一の形態による方法における半製品の段階的な形状を示している。
【図１ｆ】 例示的な一の形態による方法における半製品の段階的な形状を示している。
【図１ｇ】 例示的な一の形態による方法における半製品の段階的な形状を示している。
【図１ｈ】 例示的な一の形態による方法における半製品の段階的な形状を示している。
【図１ｉ】 例示的な一の形態による方法における半製品の段階的な形状を示している。
【図２ｄ】 図１ｄに対応し、第１例の変更例である第２例の方法を示している。
【図２ｅ】 図１ｅに対応し、第１例の変更例である第２例の方法を示している。
【図２ｆ】 図１ｆに対応し、第１例の変更例である第２例の方法を示している。
【図２ｇ】 図１ｇに対応し、第１例の変更例である第２例の方法を示している。
【図２ｈ】 図１ｈに対応し、第１例の変更例である第２例の方法を示している。
【図３ｄ】 図１ｄに対応し、第１例の変更例である第３例の方法を示している。
【図３ｅ】 図１ｅに対応し、第１例の変更例である第３例の方法を示している。
【図３ｆ】 図１ｆに対応し、第１例の変更例である第３例の方法を示している。
【図３ｇ】 図１ｇに対応し、第１例の変更例である第３例の方法を示している。
【図３ｈ】 図１ｈに対応し、第１例の変更例である第３例の方法を示している。
【図４】 本発明に従って製造された管状外殻を組み込んだブラインドリベットアセンブリを示している。
【図５ａ】 図４のリベットの打ち付け状態を示している。
【図５ｂ】 図４のリベットの打ち付け状態を示している。

Claims (14)

1. 壁部の中間部分に沿って長手方向スロットを有する管状部材を製造する方法であって、
   前記管状部材は、一方の端部にヘッドを有するとともに、前記ヘッドに対して遠位端にウェブ部分を有し、
   前記中間部分は前記ヘッドと前記ウェブ部分との間に位置しており、
   前記管状部材の壁部の一部に沿って長手方向の強度の弱い領域を形成する第１段階と、
   前記管状部材の前記壁部の前記中間部分を半径方向に拡張することにより、前記壁部の前記中間部分を前記長手方向領域に沿って破断させ、それによって前記中間部分に長手方向スロットを形成する第２段階とを含む方法。
2. さらに、前記管状部材を半径方向に圧縮する第３段階を含む請求項１記載の方法。
3. 前記第３段階は、各スロットの長手方向の少なくとも一部の縁部または壁部が互いに接触するまで、前記管状部材を半径方向に圧縮する工程を有する請求項２記載の方法。
4. 前記第３段階は、各スロットの少なくとも一部の縁部または壁が互いに接近し、かつ、互いに接触しないように、前記管状部材を半径方向に圧縮する工程を有する請求項２記載の方法。
5. 前記管状部材の半径方向への拡張は、前記管状部材の内孔より大径のピンを前記内孔に軸方向に押し込むことによって行われる請求項１記載の方法。
6. 前記管状部材の半径方向への拡張は、前記管状部材の前記中間部分に対応した長手方向部分を有すると共に、前記管状部材の所望拡大直径に対応した直径を有する金型キャビティ内に前記管状部材を配置し、前記管状部材の内孔より大径のピンを前記内孔に軸方向に圧入することによって行われ、該金型は、少なくとも１つの別の小径の長さ部分を備えている請求項１記載の方法。
7. このように前記半径方向に拡張した管状部材の半径方向の圧縮は、前記管状部材の拡張部分を前記金型の小径部分に軸方向に押し通すことによって行われる請求項６記載の方法。
8. 前記長手方向における強度の弱い領域は、前記管状部材の前記壁部の内表面に沿った長手方向溝によって形成される請求項１記載の方法。
9. 前記長手方向の強度の弱い領域は、前記管状部材の前記壁部の外表面に沿った長手方向溝によって形成される請求項１記載の方法。
10. 前記長手方向の強度の弱い領域は、前記管状部材の内表面に沿った長手方向溝と、外表面に沿った長手方向溝とによって形成される請求項１記載の方法。
11. 前記長手方向溝の形成は、前記管状部材の内孔の形成と同一作業で行われる請求項８、９および１０のいずれか一項記載の方法。
12. 前記溝の形成は、引き出し工程によって行われる請求項１１記載の方法。
13. 初めに前記管状部材に前記管状部材の一端部の手前までの内孔を形成し、後続の作業において前記管状部材の前記一端部で該内孔を開く請求項１乃至１２のいずれか一項記載の方法。
14. 初めに前記管状部材にその全長にわたって完全に貫通した内孔を形成する請求項１乃至１２のいずれか一項記載の方法。

Images