JP5660560B2 - 打抜きリベット、ダイ及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、単一のリベットとして、又は例えば打抜きボルト（Stanzbolzen: punch bolt：パンチボルト）若しくは打抜きナット（Stanzmutter: punch nut：パンチナット）のような機能要素としても形成することができる打抜きリベットに関する。本発明は特に、１つ又は複数の板状の接合部品（板金）との打抜きリベット接合を形成するための、半中空打抜きリベット又は中空打抜きリベットの形態の打抜きリベットに関する。本発明はさらに、リベット接合の形成において使用可能なダイに関する。このダイは、好ましくは特別な様態でこの打抜きリベットの形状に適合しているが、従来の打抜きリベットと共に使用することもできる。

接合方法としての打抜きリベットは、近年ますます重要になっている。打抜きリベット接合の接合工程及び接合品質の重要なパラメータは打抜きリベットの形状である。当該技術分野において、打抜きリベットの多数の異なる形状が既知であり、例えば欧州特許第０ ７２０ ６９５号、欧州特許第１ ０６４ ４６６号、欧州特許第１ ２２９ ２５４号、欧州特許出願公開第１ ３８７ ０９３号、ドイツ特許第４４ ３１ ７６９号、ドイツ実用新案第２０３ １９ ６１０号、ドイツ実用新案第２００ ０１ １０３号、米国特許出願公開第２００４／００６８８５４号、特開２００１−１５９４０９号、特開平９−３１７７３０号等を参照されたい。

通常Ｃ型リベット（C-Niet: C-rivet）と呼ばれる、上述の欧州特許第０ ７２０ ６９５号による打抜きリベットは、自動車産業において広範に使用されているが、他の技術分野においても使用されている。この特許文献においては、リベット頭部と、中心軸穴を有するリベット軸部とを有する半中空打抜きリベットが考慮されており、これらのうち、リベット頭部は平らな上部と円筒状の頭部外面とを有し、リベット軸部は円筒状の軸部外面と、中心軸穴を画定する円筒状の軸部内側面とを有する。円筒状の頭部外面と円筒状の軸部外面とは、比較的大きい半径を通じて互いに直接接続している。打抜きリベットの脚領域では、中心軸穴が円錐として形成されており、円錐側面は、この特許文献の記載によればわずかに湾曲するように意図されている。これによって、製造技術上可能な範囲内で、リベット軸部の外側縁部において、いわば「鋭利な縁」が得られ、この縁は実際には、概して幾らか面取りされている。この特許文献の記載によれば、円錐の開き角は２５度〜１２０度の間にある。

打抜きリベットを形成する場合、当該技術水準においては通常、打抜きリベットのいわゆる「ピアースアンドロール（Pierce-and-Roll）」挙動から開始する。「ピアースアンドロール」とは、打抜きリベット接合において打抜きリベットの可能な限り大幅な拡幅と、ひいては可能な限り大きなアンダーカットとを実現するために、打抜きリベットが、板金内への穿孔（ピアース）後、可能な限り直ぐに拡幅される（ロール）ことを意味する。これらの思案によって、例えばＣ型リベットのリベット形状のようなリベット形状と、例えば心棒を有する対応するダイとがもたらされた。

Ｃ型リベットが実用において有効であることが証明されたが、例えば打抜きリベット接合の支持挙動の改善及び接合方法の経済性の改善のようなさらなる改善が望ましい。

本発明は、１つ又は複数の接合部品との打抜きリベット接合を形成するための打抜きリベットであって、特に打抜きリベットの材料の強度及び硬度の要件の低減と、接合工程に必要な据付け力の低減とによって、打抜きリベット接合の支持挙動の最適化と、特に経済的な接合方法とを可能にする、打抜きリベットを作製するという課題に基づく。さらに、これに適したダイを作製することが意図され、このダイは、好ましくは本発明に従って形成される打抜きリベットの形状に適合しているが、他のリベット形状と共に使用することもできる。

この課題を解決するための本発明による打抜きリベットは、請求項１及び２において規定されている。

本発明に従って形成される打抜きリベットは、特に、請求項１及び２から明らかであるような特別なリベット脚部形状と、特別な頭部下形状とを特徴とする。

請求項１の解決策によれば、軸部外面と軸部内面とはリベット脚部の端部において、半径方向において外側の第１の半径Ｒ_１と半径方向において内側の第２の半径Ｒ_２とを通じて接続しており、半径Ｒ_１及び半径Ｒ_２は接線方向で互いに移行する。Ｒ_１及びＲ_２の共通の接線は、打抜きリベットの半径面に対して１０度±２０度の角度αを成す。接線方向で軸部外面に移行するか又は斜角面に対応する長さに置き換えられる第１の半径Ｒ_１は０．３ｍｍ±０．２ｍｍであり、接線方向で軸部内面に移行する第２の半径Ｒ_２は、（０．７〜１．２）（ｄ_Ｎ−ｄ_ｉ）／２、特に（０．８〜１．０）（ｄ_Ｎ−ｄ_ｉ）／２である。係数（０．７〜１．２）又は（０．８〜１．０）は好ましくは、Ｒ_１が大きくなるとさらに大きく選択される。

半径Ｒ_１及びＲ_２が提示された値範囲内で選択された状態で、半径Ｒ_１にも軸部内面にも接する第２の半径Ｒ_２を得ることができないことが判明した場合、請求項２の代替の解決策によれば、第２の半径Ｒ_２と軸部内面との間に第３の半径Ｒ_３が設けられ、この第３の半径は、第２の半径Ｒ_２にも軸部内面にも接線方向で移行し、０．８ｍｍ±０．４ｍｍである。この場合、Ｒ_１、Ｒ_２の共通の接線と打抜きリベットの半径面との間の角度αは５度±１０度の範囲内で選択される。

上記の両方の解決策において、リベット頭部の頭部下領域における形状は、頭部外面と軸部外面とが円錐状の又はわずかに湾曲した頭部下斜角面と頭部下半径とを通じて接続しており、これらのうち、頭部下半径は頭部下斜角面にも軸部外面にも接線方向で移行することを特徴とする。円錐状の頭部下斜角面の場合、頭部下斜角面は打抜きリベットの半径面に対して２５度±１０度、特に２５度±７度の角度βを成す。わずかに湾曲した頭部下斜角面の場合、曲率半径にはＲ_７≧２．０ｍｍが適用される。

本発明による打抜きリベット形状は、上記で説明した打抜きリベットの「ピアースアンドロール」挙動からの転向を意味する。図面に基づいてさらにより詳細に説明されるように、本発明は、リベット脚部における、拡幅された打抜きリベット部分のアンダーカット、及びダイ側の接合部品（板金）の軸方向最低厚さの品質基準に加えて、最適な支持挙動を達成するために、打抜きリベット接合のさらなる品質基準が考慮されるという認識に基づく。これは、図面に基づいてさらにより詳細に説明されるように、いわゆる貫入長さＬ（リベット脚部の外面とダイ側の接合部品との間の貫入）、いわゆる支持深さＴ（貫入長さＬの軸方向成分）、及びリベット脚部を含むダイ側の接合部品の肉厚ｔ_ＮＦである。

リベット形状は本発明に従って、打抜きリベット接合の貫入長さＬ、支持深さＴ、及び厚さｔ_ＮＦが最大化されるように選択された。ここで、リベット軸部とダイ側の接合部品（板金）との間の「力による結合」を改善するために、拡幅された打抜きリベット部分のアンダーカットの最大化を放棄すると、打抜きリベット接合の支持挙動を改善することができるという思案が存在する。改善された「力による結合」は、一方の打抜きリベット及び他方の接合部品の、貫入において存在する断面及び外面の拡大によって生じ、これによって力伝達領域の特定の荷重が最小化される。これはさらに、半径方向の圧縮応力の低下をもたらし、その結果、打抜きリベット接合が外側から荷重されている場合、重ね合わせから生じる全応力が限度内にとどまるようになる。拡幅された打抜きリベット部分のアンダーカットが十分であり且つ軸方向の接合部品厚さが最小のｔ_ｍｉｎである場合に、本発明によって達成される貫入長さＬ、支持深さＴ，及び厚さｔ_ＮＦの最大化に起因して、打抜きリベットと接合部品との間の表面圧力が低下し、そしてこれによって、打抜きリベット接合の剛性及び疲労強度が改善される。本発明によるリベット脚部形状によってさらに、接合工程において打抜きリベットがパンチ側の接合部品を実質的に切断工程において貫通すること、及び、打抜きリベットがダイ側の接合部品を穿孔するときに初めて拡幅されることをもたらす。この場合、リベット脚部は少ない抵抗で接合部品に沿って滑動することになる。この実態によって、必要とされる据付け力が最小化され、そしてこれによって結果的に、打抜きリベット材料の硬度及び強度の要件が大幅に減少し、打抜きリベットの製造及び加工が容易になり、その費用が大幅に低減する。

本発明のさらなる実施の形態では、本発明に従って形成される打抜きリベットのための、特別な寸法を有するダイが設けられている。本発明に従って形成されるダイは請求項１９において規定されている。これによれば、変形性能が良好な材料から成る接合部品、特に展伸用合金の場合、ダイ直径には以下、
Ｄ_Ｍ＝ｄ_Ｎ＋（０．６〜１．５）２ｔ_Ｍ、特にｄＮ＋（０．７〜１．２）２ｔ_Ｍ
が適用され、鋳造材料、又は変形性能が低い他の材料から成る接合部品の場合、以下、
Ｄ_Ｍ≦２．２ｄ_Ｎ
が適用され、式中、ｄ_Ｎはリベット軸部の軸部外径であり、ｔ_Ｍはダイ側の接合部品の厚さである。変形性能が良好な材料から成る接合部品の深さＴ_Ｍは、好ましくはＴ_Ｍ＝（１．０〜２．５）ｔ_Ｍ、特にＴ_Ｍ＝（１．１〜２．２）ｔ_Ｍの範囲内にある。変形性能が低い材料から成る接合部品の深さＴ_Ｍは、好ましくは≦０．１５Ｄ_Ｍ且つ／又は≦ｔ_Ｍである。

これらの式から、ダイ直径が当該技術水準におけるものよりも小さいことが明らかである。より小さいダイ直径自体は、リベット軸部の拡幅の望ましい低減を促進する。

請求項２０によれば、本発明に従って形成されるダイは、このダイがダイ底部において中央凹部を備え、この中央凹部は、接合工程において接合工程における圧力除去を提供することを特徴とする。

本発明に従って形成される打抜きリベットは、高強度鋼、特にＡＨＳＳ鋼及びＨ４００のような準安定オーステナイト鋼から成る接合部品の接合に特に適している。しかし、基本的に、この打抜きリベットは、合成樹脂を含む任意の材料から成る接合部品の接合に適している。この打抜きリベットは従来の材料から成ることができるが、上述したように、材料の硬度及び強度を当該技術水準におけるよりもはるかに小さくすることができる。本発明によって可能になる、必要とされる据付け力の低減と、支持挙動の大幅な改善とによって、例えば、特許請求されるリベット形状を用いて、例えばＡｌＭｇＳｉ１ Ｔ６／Ｔ７のようなアルミニウム合金から成るリベットさえ、アルミニウム半製品のリベット固定に適切であり得る。

本発明に従って形成される打抜きリベットは、（中央軸穴が止まり穴である）半中空打抜きリベット又は（中央軸穴が貫通穴である）中空打抜きリベットとすることができる。この打抜きリベットは、純粋なリベット、又はさらに機能要素、特に打抜きボルト若しくは打抜きナットとすることができる。

リベット軸部は、円筒状の軸部外面、又は軸方向に波形起伏を設けられた軸部外面も有することができる。軸方向の波形起伏は、特に打抜きリベットが機能要素として形成されている場合に、接合工程における捻り防止として機能する。軸部外面の軸方向の波形起伏は追加の接合力を必要としない。これは、当該技術水準から既知であるような、リベット頭部の下の星形状の波形起伏に比べて有利である。

打抜きリベットは、機能要素として形成されている場合、単独の接合部品（板金）と共に使用することもできる。

リベット頭部は好ましくは皿頭として形成されている。しかし、用途に応じてなべ頭も使用することができる。

本発明のさらなる有利な実施の形態及びさらなる構成は従属請求項において規定されている。

図面に基づいて、本発明のさらなる詳細及び本発明の好ましい実施形態を説明する。

本発明に従って形成されている打抜きリベットの軸方向断面図である。 打抜きリベット接合の所定の品質基準を具体的に説明するための、完成した打抜きリベット接合の半分の軸方向断面図である。 異なる動作段階における打抜きリベット接合の概略図である。 変更されたダイの一部の断面図である。 打抜きリベットの変形実施形態の軸方向断面図である。 図８の矢印ＩＸ−ＩＸの観察方向における断面図である。

図１に基づいて、本発明に従って形成される半中空打抜きリベットの具体的な実施例を説明する。

打抜きリベット２は中心軸Ｘに関して回転対称に形成されており、リベット頭部４と、止まり穴として形成されている中心軸穴８を備えるリベット軸部６とから成る。リベット頭部４は、平らな上部１０と円筒状の頭部外面１２とを有する。頭部外面１２は、直径ｄ_Ｋと軸方向の高さＨ_Ｋとを有する。

リベット軸部６は、円筒状の軸部外面１４と、軸穴８を画定する円筒状の軸部内面１６とを有する。円筒状の軸部外面１４は軸部外径ｄ_Ｎを有し、円筒状の軸部内面は軸部内径ｄ_ｉを有する。

頭部外面１２は、頭部下斜角面１８と半径Ｒ_４とを介して軸部外面１４と接続している（「半径」という概念は本枠内では、軸方向断面において半径Ｒを有する円弧の形状を有する円環面として理解されたい）。

半径Ｒ_４は、頭部下斜角面１８内にも、軸部外面１４内にも接線方向で延在し、一方、頭部下斜角面１８は頭部外面１２に（例えば半径又は鋭利な縁を介して）直接隣接している。頭部下斜角面１８は、打抜きリベット２の半径面に対して角度βを成す。

リベット脚部の端部において、軸部外面１４は、中心Ｍ１を有する半径Ｒ_１、中心Ｍ２を有する半径Ｒ_２、及び場合によっては第３の半径Ｒ_３を介して軸部内面１６と接続している。半径Ｒ_１は、軸部外面１４にも第２の半径Ｒ_２にも接線方向で移行する。第２の半径Ｒ_２は、軸部内面１６内又は第３の半径Ｒ_３のいずれかに接線方向で直接移行し、この第３の半径自体は軸部内面１６に接線方向で移行する。

図１において明白に見てとれるように、半径Ｒ_１は半径Ｒ_２よりも実質的に小さい。中心Ｍ１及びＭ２の接続線上に垂直に存在する、半径Ｒ_１及びＲ_２の共通の接線Ｔａｎは打抜きリベット２の半径面Ｅに対して角度αを成す。

軸穴８は、リベット頭部の端部において円錐角γを有する円錐状の底面２４を有し、この底面は、外側軸穴半径Ｒ_５を通じて軸部内面１６と接続しており、半径Ｒ_６内の中心軸Ｘの領域において終端する。軸穴８は軸穴深さｔ_Ｂを有し、この軸穴深さは、リベット脚部の端部から、円錐状の底面２４の想定される延長線と軸部内面１６の想定される延長線とが互いに交差する位置まで測定される。中心軸Ｘ上のリベット頭部１２の厚さはＤ_Ｋによって示されている。

これより、本発明による打抜きリベットの形状を規定する量の具体的な値範囲に言及する前に、図２に関連して、本発明をもたらした基本的な思案を略述する。既に冒頭で述べたように、当該技術分野では、形成された打抜きリベット接合を評価する場合、一方では拡幅されたリベット軸部断面のアンダーカットＨが、他方ではダイ側の接合部品（板金）の軸方向の最小厚さｔ_ｍｉｎが品質基準として考慮されてきた。基本的に、アンダーカットＨ及び最小厚さｔ_ｍｉｎを可能な限り大きくすることに労力が注がれてきた。

これとは対照的に、本発明は、アンダーカットＨ及び最小厚さｔ_ｍｉｎに加えて、リベット脚部を含む接合部品（板金）の貫入長さＬ、支持長さＴ、及び肉厚ｔ_ＮＦが、打抜きリベット接合の基本的な品質基準であるという思案に基づく。図２から読み取れるように、貫入長さＬは、リベット軸部６の外側とダイ側の接合部品２６との間の貫入の長さであり、支持長さＴは貫入長さＬの軸方向成分である。リベット脚部を含むダイ側の接合部品２６の肉厚ｔ_ＮＦは、リベット脚部の、半径方向において最も外側の位置において測定される。

本発明の教示によれば、基本的に、貫入長さＬと支持長さＴと肉厚ｔ_ＮＦとを最大化することに労力が注がれる。膨大な調査に基づいて確認されたように、以下でさらにより詳細に説明されるようにこの方法で打抜きリベット接合の支持挙動を改善及び最適化することができる。

本発明の根底にあるさらなる思案は、同様に以下でより詳細に説明されるように、リベット頭部、リベット軸部、及びリベット接合の形成に使用されるダイの形成に関する。

リベット脚部の形成
本発明の図示されている実施例によるリベット脚部の形状は、以下の値範囲によって規定されている。
Ｒ_１＝０．３ｍｍ±０．２ｍｍ
Ｒ_２＝（０．７〜１．２）（ｄ_Ｎ−ｄ_ｉ）／２、特にＲ_２＝（０．８〜１．０）（ｄ_Ｎ−ｄ_ｉ）／２
α＝１０度±２０度

半径Ｒ_１の代わりに例えば４５度の斜角面を用いることができるが、これは、斜角面の長さが半径Ｒ_１の対応する割線よりも大きくない場合に限る。

これらの値範囲は、半径Ｒ_２が接線方向で直接軸部内面１６に移行する場合に適用される。半径Ｒ_１にも軸部内面１６にも接する半径Ｒ_２をこの提示された値範囲内で得ることができない場合、半径Ｒ_２は、さらなる半径Ｒ_３を介して軸部内面と接続していることになる。この場合、Ｒ_３及び角度αには以下の値範囲を選択することができる。
α＝５度±１０度
Ｒ_３＝０．８ｍｍ±０．４ｍｍ

半径Ｒ_１が０．２ｍｍ以下の場合、有利には角度α＝５度±１０度である。半径Ｒ_１がより大きい場合（０．４ｍｍまで）、角度α＝１０度±２０度とすることができる。

リベット脚部の形状の１つの基本パラメータは、半径Ｒ_１及びＲ_２の共通の接線Ｔａｎが打抜きリベットの半径面Ｅに対して成す角度αである。図示されているように且つ提示された値範囲から明らかであるように、角度αは非常に小さく、負である場合さえある。これによって、リベット脚部が、当該技術水準とは異なり、実質的に鈍く形成されている、すなわちより狭い意味では、縁が鋭利な刃を備えないことが明らかである。この実態は、これより図３〜図６を参照して２つの接合部品（板金）間の打抜きリベット接合の一例において説明されるように、打抜きリベットによる固定工程と、打抜きリベット接合の形成とに対して重要な影響を有する。

打抜きリベットによる固定において、接合される接合部品２６、２８は、ダイ３０の上部と圧力パッド３２の下部との間で保持される。ダイ３０は空洞部３４を有し、この空洞部は、好ましくは突起（心棒）の形態の底面３６と、円筒状の周囲面３８とによって画定される。接合工程において、打抜きリベット２はパンチ（図示せず）によって接合部品２６、２８内に押し付けられ、ここで、接合部品２６、２８の変形した部分はダイ３０の空洞部３４内に変形される。打抜きリベットはパンチ側の接合部品２８を打ち抜き、このとき、接合部品２８の断片２８ａを分離させ、打ち抜くことなくダイ側の接合部品を変形させる。これによって、或る種の「閉鎖頭部（Schliesskopf: closing head：叩き潰された、突き出た方のリベット端部）」が形成され、その結果、両方の接合部品２６、２８はリベット頭部４と「閉鎖頭部」との間で係合して結合される。

リベット脚部の上記で規定された形状は、接合工程と打抜きリベット接合の形成とに対して以下の効果を有する：
ａ）接合工程の第１部において、リベット脚部は、パンチ側の接合部品２８を過度に変形せずに接合部品２８を打ち抜く。すなわち、これはほとんど、打抜き工程又は切断工程以外の何物でもない。
ｂ）この打抜き工程では、リベット脚部が、実質的に切断工程においてパンチ側の接合部品２８を貫通するため、リベット脚部及びリベット軸部はより規模の大きい変形を被らない。これは、図４及び図５によって具体的に示されている。結果的に、パンチ側の接合部品２８を打ち抜くために必要な据付け力は比較的小さくなる。
ｃ）そしてリベット脚部は、ダイ側の接合部品２６がダイ３０の底面３６に接するまで、打ち抜かれた断片２８ａを下方の接合部品２６と共にダイ３０の空洞部３４内に押し下げる。
ｄ）リベット脚部は、パンチ側の接合部品２８を打ち抜くと、断片２８ａの表面上で半径方向において外側に且つ軸方向において下側に「滑り込み」、その結果、断片２８ａの材料は、半径方向において内側に軸穴８内へと圧出され、ダイ側の接合部品２６は、半径方向において外側に且つ軸方向においてダイ底部に対して変形される（図５、図６）。ここで、アンダーカットＨ（図２）が生じる。ダイ側の接合部品２６は、半径方向及び軸方向において大幅に削られることなく又は完全に切断されることなくリベット脚部を包囲する。

したがって、手短に述べると、接合工程は、リベット軸部６及びパンチ側の接合部品２８が過度に変形することなく、パンチ側の接合部品２８が純粋な切断工程においてほとんど打ち抜かれること、並びに、リベット軸部６の拡大（拡幅）が、ダイ側の接合部品２６を穿孔するときに初めて生じることを特徴とする。これによって、リベット脚部を包囲するダイ側の接合部品２６の貫入長さＬ、支持長さＴ、肉厚ｔ_ＮＦが最大化される。

結果的に、リベット軸部６と接合部品２６、２８との間の力による結合（摩擦結合）は、支持挙動に対して重要な貢献を提供する。特に、これによって、打抜きリベット２と接合部品２６、２８との間の力伝達領域の特定の荷重が最小化される。さらに、打抜きリベット接合内の半径方向の圧縮応力の低下が生じるため、打抜きリベット接合が外側から荷重されている場合、外側応力と内側応力との和は許容可能な範囲内にとどまるようになる。さらに、十分なアンダーカットＨ及び最小厚さｔ_ｍｉｎの場合、Ｌ、Ｔ、及びｔ_ＮＦの最大化によって、打抜きリベット２と接合部品２６、２８との間の表面圧力が低下し、これによって、打抜きリベット接合の剛性及び疲労強度が改善される。

打抜きリベット接合のこの実施形態のさらなる重要な利点は、上述したように、打抜きリベット接合の形成に必要な据付け力の大幅な低減にある。これは、据付け工具の形状及び操作に対して有利に働くだけでなく、特に、打抜きリベットの硬度及び強度の要件を大幅に低減する。したがって、所定の材料の接合部品間の打抜きリベット接合の形成のために、硬度及び強度が当該技術水準におけるよりもはるかに小さい打抜きリベットを使用することができる。例えば、例えばＡｌＭｇＳｉ１のような従来のアルミニウム合金から成るリベットを、アルミニウム半製品をリベット固定するために使用することができる。

打抜きリベット接合の説明されている実施形態のさらなる利点は、一方の打抜きリベットと他方の接合部品との間の隙間、及び接合部品の互いの間の隙間が回避又は少なくとも最小化されることにある。これは、打抜きリベット接合のそれ以外の特性と共に、打抜きリベット接合の支持挙動と、特に疲労挙動とに対して有利に働く。

リベット頭部の形成
リベット脚部の形成は、打抜きリベットの残りの部分、特にリベット頭部、リベット軸部、及び軸穴の形成と関連して理解することができる。

図示されている実施例では、リベット頭部４は円錐状の頭部下斜角面１８を備える皿頭として形成されており、この頭部下斜角面は、半径Ｒ_４を通じて軸部外面１４と接続しており、円筒状の頭部外面１２と交差する。

皿頭として形成されているリベット頭部４の頭部直径ｄ_Ｋには以下が適用される。
ｄ_Ｋ＝（１．３〜１．８）ｄ_Ｎ、特にｄ_Ｋ＝（１．４〜１．６５）ｄ_Ｎ

頭部外面１２の軸方向長さＨ_Ｋには以下が適用される。
Ｈ_Ｋ＝（０．０２５〜０．２）ｄ_Ｎ、特にＨ_Ｋ＝（０．０２５〜０．１２）ｄ_Ｎ

頭部直径ｄ _Ｋ がより大きくなると、より大きいＨ_Ｋを選択することができる。提示された範囲は、特に軸部外径ｄ_Ｎ≦６ｍｍの場合に適用される。

頭部下斜角面１８が半径面に対して成す角度βは、２５度±１０度、特に２５度±７度の範囲内にある。半径Ｒ_４は０．６ｍｍ±０．４ｍｍ、特に０．５ｍｍ±０．２ｍｍである。

頭部下斜角面は、図１の右側において破線で暗示されているように、わずかに湾曲して形成することもできる。ここで、湾曲が円錐面からほんのわずかにずれ、曲率半径Ｒ_７が２．０ｍｍ以上であるように意図される。

ここで、角度β又は半径Ｒ_７及び半径Ｒ_４は、リベット頭部４とパンチ側の接合部品２８との間の隙間（図２及び図６）を閉じるための力、ひいては据付け力が可能な限り小さく選択される。据付け力の大きさは、頭部下斜角面１８の角度β又は半径Ｒ_７と、打ち抜かれた、パンチ側の接合部品２８の上部の対応する角度との間の差、及び半径Ｒ_４の大きさによって決定的な影響を受ける。

角度βが大きすぎるか又は半径Ｒ_７が小さすぎる場合、頭部下部とパンチ側の接合部品２８との間の隙間を閉じるために非常に大きな据付け力が必要である。角度βが小さすぎる場合、半径Ｒ_４の領域において、打抜きリベット２とパンチ側の接合部品２８との間に隙間が生じる。そして、対応して大きい据付け力によってこの隙間を閉じるように試みる場合、リベット頭部４は屈曲するほど荷重されて、わずかに壊れる可能性がある。

半径Ｒ_４が大きく選択される場合（これは例えば、当該技術分野では例えばいわゆるＣ型リベットの場合である）、打抜きリベットは、半径Ｒ_４の領域において、打ち抜かれた、パンチ側の接合部品２８の隣接する角を対応して変形しなければならず、このとき、パンチ側の接合部品２８の材料はまた、部分的に半径方向において外側に押し退けなければならない。このために非常に大きな力が必要であり、これは同様に、必要な据付け力の大きさを増大させる。半径Ｒ_４が小さすぎる場合、これによって引き起こされるノッチ効果がリベット頭部４の破壊をもたらす可能性がある。

説明されている、皿頭として形成されているリベット頭部、特に上記で規定された頭部下形状は、全ての金属材料及び場合によっては他の材料からも成る接合部品のリベット固定に非常に普遍的に適している。合成樹脂、特に繊維強化合成樹脂の接合の場合、リベット頭部への移行半径が小さい、平らに載っているリベット頭部、いわゆるなべ頭も有利であり得る。この場合、通常、リベット頭部の下部と、パンチ側の接合部品の上部との間の特定の面荷重を低減するために、頭部直径ｄ_Ｋは皿頭リベットにおけるよりも大きく選択される。この場合、リベット頭部直径の大きさは、上記で規定された範囲外にある。

軸穴を備えるリベット軸部の形成
当該技術水準では、半中空打抜きリベットの軸部外径ｄ_Ｎは通常３ｍｍ〜８ｍｍの間にあり、リベット軸部の壁厚は通常０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの間にある。打抜きリベットの全長は１０ｍｍを超えることはほとんどない。車体部品を接合するための、自動車技術において使用される半中空打抜きリベットは多くの場合に、５．３ｍｍ又は３．２ｍｍの軸部外径ｄ_Ｎを有する。

本発明による打抜きリベットの場合も、軸部外径ｄ_Ｎはこの範囲内で選択することができる。好ましくは、軸部外径ｄ_Ｎは５．０ｍｍ〜６．０ｍｍの範囲内にある。しかし、さらにより詳細に説明されるように、本発明による打抜きリベットでは、軸部外径ｄ_Ｎは基本的に、当該技術水準におけるよりも幾らか大きく選択することができる。これは、本発明に従って形成される打抜きリベットが必要とする据付け力がより小さいためである。

軸部内径ｄ_ｉは好ましくは（０．５〜０．８）ｄ_Ｎである。量Ｒ_５、Ｒ_６、γ、ｔ _Ｂ、及びＤ_Ｋの大きさには、好ましくは以下の値範囲が適用される。
Ｒ_５＝０．７ｍｍ±０．５ｍｍ、特にＲ_５＝０．８ｍｍ±０．３ｍｍ。
Ｒ_６＝０．９ｍｍ±０．５ｍｍ、特にＲ_６＝０．８ｍｍ±０．３ｍｍ。
γ＝１１０度〜１４０度、特にγ＝１１０度〜１３０度。
ｔ_Ｂ≧０．２ｄ_Ｎ、特にｔ_Ｂ≧０．３ｄ_Ｎ 。
Ｄ_Ｋ≧０．１５ｄ_Ｎ 。

軸部形状を規定する量の提示された値範囲によって、各用途において、十分な圧力安定性（接合工程において許容されない圧縮がない）と、十分な座屈強度及び歪曲強度（接合工程においてリベット軸部の座屈及び／又は歪曲がない）と、十分な曲げ強度及び圧縮強度（接合工程において変形が適切である）とをリベット軸部６に確実に提供することができる。

軸穴の図示されている形状及び特に角度γは、軸穴の形成を容易にするために選択された。しかし、軸穴の形状を他の様態で選択することもできることに留意されたい。したがって、例えば軸穴の底部はドーム形状に、すなわち半径Ｒ_５を介して軸部内面１６に移行する円弧の形で形成することができる。他の穴形状も可能である。

打抜きリベットの製造
上述したように、本発明による打抜きリベットによって、当該技術水準と比べてはるかに小さい据付け力が可能になる。調査によって、打抜きリベット接合の形成に必要な据付け力の程度が２０％低いことが分かった。そしてこれによって、打抜きリベットの圧力安定性、座屈強度及び歪曲強度、並びに曲げ強度及び圧縮強度を損なうことなく、軸部外径ｄ_Ｎ、ひいては軸部内径ｄ_ｉも当該技術水準におけるよりも大きくすることが可能である。

打抜きリベットの軸部外径ｄ_Ｎの増大は、打抜きリベットの技術的に容易で経済的な製造を可能にする。

冷間成形による打抜きリベットの製造において、軸穴はいわゆるピンを用いて成形される。軸穴８の、ひいてはピンの断面が小さければ小さいほど、打抜きリベットの製造は難しくなる。

ここで、リベット製造のためのコストは製造工具のためのコストに本質的に依存し、製造工具の耐用年数が重要な役割を果たすということを考慮されたい。軸穴の、ひいてはピンの断面の拡大によって、製造がはるかに容易になり、さらに、ピンの誘導が改善されることに起因して軸穴の形成精度が向上する。これによって、製造工具の耐用年数が並外れて延長され、その結果、リベット製造のためのコストが対応して低減される。

この思案においてさらに、軸部外径ｄ_Ｎをわずかに変更することによって、打抜きリベットの安定性を損なうことなく、結果的に軸部内径ｄ_ｉを大きく変更することができることを考慮されたい。軸部外径ｄ_Ｎを０．３ｍｍ変更することによって、例えば、リベット軸部の圧力安定性を損なうことなく、軸部内径ｄ_ｉを０．４ｍｍ変更することが可能になる。軸部内径ｄ_ｉ＝２．９ｍｍを０．３ｍｍ変更すると、ピンの断面が３３％拡大し、０．４ｍｍ変更すると、ピンの断面が４１％拡大する。

この数値例から、本発明に従って形成される打抜きリベットは当該技術水準の打抜きリベットよりもはるかに経済的に製造することができることが明らかである。

ダイの形成
製造において使用されるダイ３０、特に、ダイ３０の空洞部３４の円筒状周囲面３８の体積又は直径Ｄ_Ｍは、接合工程と打抜きリベット接合の形成とに多大な影響を有する（図２〜図６を参照されたい）。

良好な変形性能の材料から成る接合部品、特に展伸用合金の場合、直径Ｄ_Ｍには好ましくは以下が適用される。
Ｄ_Ｍ＝ｄ_Ｎ＋（０．６〜１．５）２ｔ_Ｍ、特にＤ_Ｍ＝ｄ_Ｎ＋（０．７〜１．２）２ｔ_Ｍ
式中、ｔ_Ｍはダイ側の接合部品２６の厚さである。したがって、ダイ３０の直径Ｄ_Ｍはダイ側の接合部品２６の厚さと共に増大する。有利には、ダイ３０の空洞部３４の深さＴ_Ｍも、ダイ側の接合部品２６の厚さと共により大きく選択されるように意図される。好ましくは以下が適用される。
Ｔ_Ｍ＝（１．０〜２．５）ｔ_Ｍ、特にＴ_Ｍ＝（１．１〜２．２）ｔ_Ｍ

提示された値範囲によって、当該技術水準と比較して小さい、ダイの周囲面３８の直径Ｄ_Ｍが生じる。ダイの空洞部の、特に直径Ｄ_Ｍのこの縮小は、いわゆる「ダイクリアランス」、すなわち軸部外径ｄ_Ｎとダイ内径、すなわち直径Ｄ_Ｍとの間の隙間を低減する。そしてこれは、接合工程において、リベット脚部の形成との関連で説明された工程を促進する。特に、これによって、「切断工程」におけるパンチ側の接合部品２８の打抜き、ダイ側の接合部品２６の変形、並びにリベット軸部６の対応する運動及び変形が促進される。

鋳造材料から成る接合部品、及び例えばマグネシウムのような成形性能が低いか又は伸び率が低い他の材料から成る接合部品には好ましくは以下が適用される。
Ｄ_Ｍ≦２．２ｄ_Ｎ
Ｔ_Ｍ≦０．１５Ｄ_Ｍ

図３〜図６の実施例において、ダイ３０の底面３６は、従来の様態で上方へ突出している心棒を設けられている。図７は、ダイ３０'の本発明による実施形態を示しており、このダイにおいては、底面３６'は中央凹部４０を設けられている。図示されている実施例では、凹部４０は円筒状に形成されており、直径Ｄ_ＥＢ≦０．５Ｄ_Ｍ及び深さＴ_ＥＢ≧０．３ｄ_Ｎを有する。半径Ｒ_ＥＢには以下が適用される。
Ｒ_ＥＢ≧０．３ｍｍ、特に０．４ｍｍ〜１．０ｍｍ

凹部４０は接合工程において圧力除去を提供し、これによって、打抜きリベット接合における過度に高い半径方向応力が回避され、割れの危険が低減する。有利には、凹部の寸法、すなわち直径及び深さは、リベット穴の直径及びダイ側の接合部品の厚さにもそれぞれ対応しており、この場合、以下のようになる。
Ｄ_ＥＢ≧ｄ_ｉ
Ｔ_ＥＢ≧０．１ｔ_Ｍ、例えば≧０．１ｍｍ

図８及び図９は、打抜きリベット２'の変形実施形態を示している。図１〜図６の実施例では軸部外面１４は円筒状に形成されている一方、変更された打抜きリベット２'の軸部外面は軸方向の波形起伏４２を設けられている。軸方向の波形起伏４２は、接合工程における捻り防止を形成し、これは、特に打抜きリベットが、リベット頭部がボルト形状又はナット形状で始まっている機能要素（図示せず）として形成されている場合に有利である。軸方向に延在する波状起伏４２はさらに、必要な接合力の増大を伴わずに、打抜きリベット２'の良好な誘導を提供する。

Claims (24)

1. リベット頭部と、中央軸穴を備えるリベット軸部とを備える打抜きリベットであって、
   該リベット頭部及び該リベット軸部は共通の中心軸Ｘを有し、
   前記リベット頭部は、
   平らな上部と、
   予め定められた頭部直径ｄ_Ｋを有する円筒状の頭部外面と、
   を有し、
   前記リベット軸部は、
   予め定められた軸部外径ｄ_Ｎを有し、円筒状の又は軸方向の波形起伏が設けられている軸部外面と、
   前記中央軸穴を画定する、予め定められた軸部内径ｄ_ｉを有する軸部内面と、
   を有し、
   前記頭部外面と前記軸部外面とは、円錐状の又は湾曲した頭部下斜角面と頭部下半径Ｒ_４とを通じて接続しており、該頭部下半径は、前記頭部下斜角面にも前記軸部外面にも接線方向で移行し、且つ
   前記軸部外面と前記軸部内面とは、リベット脚部の端部において、半径方向において外側の第１の半径Ｒ_１と半径方向において内側の第２の半径Ｒ_２とを介して接続しており、該第１の半径Ｒ_１及び該第２の半径Ｒ_２は互いに接線方向で移行し、共通の接線Ｔａｎは該打抜きリベットの半径面に対して角度αを成すこと、
   前記第１の半径Ｒ_１は、前記軸部外面に接線方向で移行するか又は斜角面に対応する長さに置き換えられ、前記第２の半径Ｒ_２は前記軸部内面に接線方向で移行すること、並びに
   前記第１の半径Ｒ_１、前記第２の半径Ｒ_２、及び前記角度αには以下の値範囲：
   Ｒ_１＝０．３ｍｍ±０．２ｍｍ
   Ｒ_２＝（０．７〜１．２）（ｄ_Ｎ−ｄ_ｉ）／２
   α＝１０度±２０度
   が適用されること、
   を特徴とする、打抜きリベット。
2. リベット頭部と、中央軸穴を備えるリベット軸部とを備える打抜きリベットであって、
   該リベット頭部及び該リベット軸部は共通の中心軸Ｘを有し、
   前記リベット頭部は、
   平らな上部と、
   予め定められた頭部直径ｄ_Ｋを有する円筒状の頭部外面と、
   を有し、
   前記リベット軸部は、
   予め定められた軸部外径ｄ_Ｎを有し、円筒状の又は軸方向の波形起伏が設けられている軸部外面と、
   前記中央軸穴を画定する、予め定められた軸部内径ｄ_ｉを有する円筒状の軸部内面と、
   を有し、
   前記頭部外面と前記軸部外面とは、円錐状の又は湾曲した頭部下斜角面と頭部下半径Ｒ_４とを通じて接続しており、該頭部下半径は、前記頭部下斜角面にも前記軸部外面にも接線方向で移行し、且つ
   前記軸部外面と前記軸部内面とは、リベット脚部の端部において、半径方向において外側の第１の半径Ｒ_１と半径方向において内側の第２の半径Ｒ_２とを介して接続しており、該第１の半径Ｒ_１及び該第２の半径Ｒ_２は互いに接線方向で移行し、共通の接線Ｔａｎは該打抜きリベットの半径面に対して角度αを成すこと、
   前記第１の半径Ｒ_１は、前記軸部外面に接線方向で移行するか又は斜角面に対応する長さに置き換えられ、前記第２の半径Ｒ_２は第３の半径Ｒ_３を通じて前記軸部内面に接続しており、該第３の半径Ｒ_３は該第２の半径Ｒ_２にも該軸部内面にも接線方向で移行すること、並びに
   前記第１の半径Ｒ_１、前記第２の半径Ｒ_２、前記第３の半径Ｒ_３、及び前記角度αには以下の値範囲：
   Ｒ_１＝０．３ｍｍ±０．２ｍｍ
   Ｒ_２＝（０．７〜１．２）（ｄ_Ｎ−ｄ_ｉ）／２
   Ｒ_３＝０．８ｍｍ±０．４ｍｍ
   α＝５度±１０度
   が適用されること、
   を特徴とする、打抜きリベット。
3. 前記第２の半径Ｒ_２には、
   Ｒ_２＝（０．８〜１．０）（ｄ_Ｎ−ｄ_ｉ）／２
   が適用されることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の打抜きリベット。
4. 前記円錐状の頭部下斜角面は前記打抜きリベットの半径面に対して角度β＝２５度±１０度、特に２５度±７度を成すことを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の打抜きリベット。
5. 前記頭部下斜角面は半径Ｒ_７≧２．０ｍｍを有することを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の打抜きリベット。
6. 前記頭部下半径Ｒ_４には、
   Ｒ_４＝０．６ｍｍ±０．４ｍｍ、特にＲ_４＝０．５ｍｍ±０．２ｍｍ
   が適用されることを特徴とする、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の打抜きリベット。
7. 前記軸部内径ｄ_ｉには、
   ｄ_ｉ＝（０．５〜０．８）ｄ_Ｎ
   が適用されることを特徴とする、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の打抜きリベット。
8. 前記リベット頭部の前記頭部直径ｄ_Ｋには、
   ｄ_Ｋ＝（１．３〜１．８）ｄ_Ｎ、特にｄ_Ｋ＝（１．４〜１．６５）ｄ_Ｎ
   が適用されることを特徴とする、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の打抜きリベット。
9. 前記頭部外面の軸方向長さＨ_Ｋには、
   Ｈ_Ｋ＝（０．０２５〜０．２）ｄ_Ｎ、特にＨ_Ｋ＝（０．０２５〜０．１２）ｄ_Ｎ
   が適用されることを特徴とする、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の打抜きリベット。
10. 前記軸穴の前記リベット頭部の端部は閉じて形成されており、
    前記軸穴の前記閉じている端部は円錐状の底面を含み、
    該底面は外側軸穴半径Ｒ_５を介して前記軸部内面に移行し、前記中心軸Ｘの領域において内側軸穴半径Ｒ_６内で終端することを特徴とする、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の打抜きリベット。
11. 前記円錐状の底面の円錐角γは１１０度〜１４０度、特に１１０度〜１３０度であることを特徴とする、
    請求項１０に記載の打抜きリベット。
12. 前記外側軸穴半径Ｒ_５には、
    Ｒ_５＝０．７ｍｍ±０．５ｍｍ、特にＲ_５＝０．８ｍｍ±０．３ｍｍ
    が適用されることを特徴とする、
    請求項１０又は１１に記載の打抜きリベット。
13. 前記内側軸穴半径Ｒ_６には、
    Ｒ_６＝０．９ｍｍ±０．５ｍｍ、特にＲ_６＝０．８ｍｍ±０．３ｍｍ
    が適用されることを特徴とする、
    請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の打抜きリベット。
14. 前記リベット脚部の端部から、前記円錐状の底面の想定される延長線と前記軸部内面の想定される延長線とが交差する位置までの、前記軸穴の深さｔ_Ｂには、
    ｔ_Ｂ≧０．２ｄ_Ｎ、特にｔ_Ｂ≧０．３ｄ_Ｎ
    が適用されることを特徴とする、
    請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の打抜きリベット。
15. 前記中心軸Ｘ上の、前記リベット頭部の厚さＤ_Ｋには、
    Ｄ_Ｋ≧０．１５ｄ_Ｎ
    が適用されることを特徴とする、
    請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の打抜きリベット。
16. 前記軸穴はリベット頭部の端部において開いて形成されていることを特徴とする、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の打抜きリベット。
17. 機能要素として、特に打抜きボルト又は打抜きナットとして形成されていることを特徴とする、
    請求項１〜１６のいずれか一項に記載の打抜きリベット。
18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載の打抜きリベットを用いて、打抜きリベット接合を形成するためのダイであって、
    ダイ底部と円筒状の周囲面とによって画定されるダイ空洞部を備え、
    前記打抜きリベットの前記リベット軸部の軸部外径をｄ_Ｎ、ダイ側の接合部品の厚さをｔ_Ｍとすると、
    前記接合部品が、変形性能が良好な他の材料を含む場合、特に展伸用合金の場合、ダイ直径Ｄ_Ｍ及び前記ダイ空洞部の深さＴ_Ｍには、
    Ｄ_Ｍ＝ｄ_Ｎ＋（０．６〜１．５）２ｔ_Ｍ、特にｄ_Ｎ＋（０．７〜１．２）２ｔ_Ｍ
    Ｔ_Ｍ＝（１．０〜２．５）ｔ_Ｍ、特にＴ_Ｍ＝（１．１〜２．２）ｔ_Ｍ
    が適用され、
    前記接合部品が、鋳造材料または成形性能が低い材料を含む場合、前記ダイ直径Ｄ_Ｍ及び前記ダイ空洞部の深さＴ_Ｍには、
    Ｄ_Ｍ≦２．２ｄ_Ｎ
    Ｔ_Ｍ≦０．１５Ｄ_Ｍ
    が適用されることを特徴とする、
    ダイ。
19. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載の打ち抜きリベットを用いて、打抜きリベット接合を形成するためのダイであって、
    ダイ底部と円筒状の周囲面とによって画定されるダイ空洞部を備え、
    該ダイは前記ダイ底部において中央凹部を備え、
    該中央凹部は接合工程において圧力除去を提供することを特徴とする、
    ダイ。
20. 前記中央凹部は、
    Ｄ_ＥＢ≦０．５Ｄ_Ｍの直径Ｄ_ＥＢと、
    Ｔ_ＥＢ≧０．２ｄ_Ｎ、特にＴ_ＥＢ≧０．３ｄ_Ｎの深さＴ_ＥＢと、
    を有することを特徴とする、
    請求項１９に記載のダイ。
21. 前記中央凹部は、
    Ｄ_ＥＢ≧ｄ_ｉの直径Ｄ_ＥＢと、
    Ｔ_ＥＢ≧０．１ｔ_Ｍの深さＴ_ＥＢと、
    を有することを特徴とする、
    請求項１９に記載のダイ。
22. 請求項１から請求項１７までの何れか一項に記載の打抜きリベットと、請求項１８から請求項２１までの何れか一項に記載のダイとを用いて、接合されるべき２つの部品を打抜きリベット接合する、
    方法。
23. 請求項１から請求項１７までの何れか一項に記載の打抜きリベットと、請求項１８から請求項２１までの何れか一項に記載のダイとを準備する段階と、
    前記ダイと前記打抜きリベットとの間に、接合されるべき部品を配置する段階と、
    前記接合されるべき部品に、前記打抜きリベットを押し付ける段階と、
    を備える、
    打抜きリベット接合を形成する方法。
24. 請求項１８から請求項２１までの何れか一項に記載のダイを用いて、接合されるべき２つの部品の間に打抜きリベット接合を形成する、
    ダイの利用方法。

Images