JP5661805B2 - ホットリベット接続及びその製造方法 - Google Patents

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本発明は、請求項1の前提部分に基づく、少なくとも1つの構成部品を別の構成部品に分離不能に固定する方法、ならびに請求項2、3、4、5、6、7、8及び9の前提部分に基づくホットリベット接続に関する。
ホットリベット接続ならびにその製造方法は特許文献1から知られている。ホットリベットの場合、ホットリベットが構成部品の開口部に挿入され、ホットリベットのシャフトの端面が別の構成部品の表面と溶接される。このことは、抵抗溶接、特にプロジェクション溶接によって行うことができる。続いて、ホットリベットは塑性変形しながら、ホットリベットのヘッドが第1の構成部品の表面上に少なくとも部分的に接触するまで、ホットリベットのシャフトが熱間圧造される。圧造の際、シャフトの材料が側方に押し出され、第1の構成部品の開口部を少なくとも部分的に埋める。両方の構成部品の間には、これらの構成部品を互いに固定するプレテンション力が発生する。
しかし、周知のホットリベット法ではこのプレテンション力を調整することはできない。追加的な作動力と関連して、大きすぎるプレテンション力が過負荷又はホットリベット接続の異常を引き起こすおそれがある。
独国特許出願公開第102006028771号明細書
本発明は、冒頭で述べた種類の方法ならびにホットリベット接続を発展させ、接続する構成部品間のプレテンション力を規定の値に調整できるようにするという課題に基づいている。
この課題は、請求項1の特徴を備える方法ならびに請求項2、3、4、5、6、7、8及び9の特徴を備えるホットリベット接続によって解決される。
少なくとも1つの構成部品を別の構成部品に分離不能に固定する方法では、ホットリベットが少なくとも1つの第1の構成部品の開口部に挿入され、ホットリベットのシャフトの端面が別の構成部品の表面と溶接される。続いて、ホットリベットは塑性変形しながら、ホットリベットのヘッドがプレテンション力によって少なくとも1つの構成部品の表面上に少なくとも部分的に接触するまで、ホットリベットのシャフトが圧造される。
ホットリベットのヘッドはプレテンション力によって少なくとも1つの構成部品の表面上に少なくとも部分的に接触し、このプレテンション力は、本発明に基づき、規定された値に調整されるようになっている。このことによって、プレテンション力と作動中に発生するホットリベット接続の負荷との合計が常に最大の力よりも低い値に留まるように設計されたホットリベット接続を提供することができる。これにより、作動負荷状態におけるホットリベット接続の異常は確実に回避される。
この場合、プレテンション力を調整するために、予想される作動負荷に応じて、適切なホットリベットが選択される。このための重要な要素は、リベットヘッド又はリベットヘッドの接触面とホットリベットのシャフトとの間の弾性である。プレテンション力を低下させるためには、例えば、シャフトとヘッドとの間に溝の形で凹部を備えるリベットを選択することができる。適切なヘッド厚さ及び/又はシャフトと少なくとも1つの構成部品上のヘッド接触面との適切なテコ比を備えるホットリベットの選択も、プレテンション力の調整に用いることができる。
プレテンション力を調整するもう1つの方法は、適切に形成されたシャフトを備えるホットリベットの選択にある。例えば、熱間圧造可能な部分が適切に制限されたリベットを選択することができる。そのようなリベットは、直径が形状的な段階を有している。最も小さな断面をもつシャフト長さ部分だけがホットリベットの間に圧造される。冷却時のリベットシャフトの収縮は加熱された部分に限定されることから、この時に発生するプレテンション力が低下する。
ホットリベット用の取付け開口部の形状によってもプレテンション力を調整することができる。このために、例えば、適切に選択された弾性を生じるアンダーカットを設けることができる。
プレテンション力を選択するもう1つの方法は、ホットリベットの溶接又は圧造中にプロセスパラメータを調整することにある。溶接又は熱間圧造に使用する電極間の電極力を増加することによって、低いリベットシャフト温度で圧造が行われる。圧造したリベットに結果的に生じる収縮は僅かであることから、プレテンション力がより低く調整される。ホットリベット中に入力される熱量も、プレテンション力の調整に利用することができる。リベットの電流量及びリベット時間との組合せにより、熱量を制御することができる。入力される熱力が小さいとプレテンション力は小さくなり、熱量が大きいとプレテンション力は大きくなる。
本発明は、さらに、少なくとも1つの構成部品を別の構成部品に分離不能に固定するホットリベット接続にも関する。このホットリベット接続は、ヘッドとそのヘッドに接続しているシャフトとを備えるホットリベットを有し、ヘッドと反対側のシャフトの端面が別の構成部品の表面に溶接され、ホットリベットのシャフトが塑性変形しながら圧造される。この場合、本発明に基づき、ヘッドとシャフトとの間の移行部分に凹部が設けられており、この凹部によって、少なくとも1つの構成部品の表面上の少なくとも部分的なヘッド接触面に対するプレテンション力が、規定された値に調整可能である。そのような凹部は、例えばヘッドとシャフトとの間の接続部分の全周を取り囲む溝の形状を有することができ、この凹部によって、ホットリベットの弾性が向上するため、全体としてこのホットリベット接続は低いプレテンション力を有する。
以下に説明する本発明のその他の視点は、単独でも組み合わせても使用することができる。
本発明のもう1つの視点は、本発明に基づき、ホットリベットのヘッドのヘッド厚さが、少なくとも1つの構成部品の表面上の少なくとも部分的なヘッド接触面に対するプレテンション力を規定された値に調整するために形成されている、説明した種類のホットリベット接続に関する。ヘッド厚さの小さいホットリベットは、このホットリベットのヘッドとシャフトとの間の移行部分の弾性が増加することから、ここでもプレテンション力が小さくなる。
この場合もプレテンション力を規定値に調整することが可能であるため、作動負荷との関連におけるプレテンション力によるリベット接続の過負荷が回避される。
本発明のもう1つの視点では、本発明に基づき、少なくとも1つの構成部品の表面上のヘッド接触面とシャフトの断面積との比率が設定されており、この比率によって、少なくとも1つの構成部品の表面上の少なくとも部分的なヘッド接触面に対するプレテンション力が、規定された値に調整可能であるようになっている。このテコ比がリベットの剛性を決定し、それによって直接プレテンション力を制御するため、ここでも、適切なテコ比の選択によって過負荷が確実に回避される。
本発明のもう1つの視点は、本発明に基づき、ホットリベットのシャフトが第1と第2の長さ部分を有しており、シャフトの両方の長さ部分の一方のみが塑性変形しながら圧造されている、説明した種類のホットリベット接続に関する。このことは、異なる断面の2つの長さ部分を備えるホットリベットの選択により実現することができ、ホットリベットの圧造においては、断面の小さい部分のみが圧造される。加熱されない長さ部分は、冷却時の収縮がないことにより、プレテンション力に僅かしか関与しないため、第1と第2の長さ部分間の比率を選択することによりプレテンション力が調整可能であり、同様にリベット接続の引張力が高すぎることによるリベット接続の過負荷も回避される。
本発明のもう1つの視点は、本発明に基づき、少なくとも1つの第1の構成部品がアンダーカットを有し、このアンダーカットはシャフトの塑性変形部分と相互作用するようになっている、説明した種類のもう1つのホットリベット接続に関する。このアンダーカットにより、ホットリベットのシャフトの一部が支持されるため、アンダーカットとホットリベットのヘッドとの間にあるホットリベット部分だけがプレテンション力に関与する。アンダーカットの位置の選択により、ここでも、プレテンション力を望ましい値に正確に調整することが可能であり、リベット接続の過負荷が回避される。
本発明のもう1つの視点は、本発明に基づき、少なくとも1つの構成部品の開口部が拡張部を有するようになっている、説明した種類のもう1つのホットリベット接続に関する。この拡張部の幅と高さとを選択することによっても、プレテンション力を望ましい値に調整することができる。
本発明のもう1つの視点は、本発明に基づき、構成部品の下部がリベットのシャフトとは反対側の面に厚さの削減部分を有するようになっている、説明した種類のもう1つのホットリベット接続に関する。この厚さの削減部分の寸法及び高さを選択することにより、同じようにプレテンション力の適切な調整を行うことができる。
本発明のもう1つの視点は、本発明に基づき、ヘッドの下部が傘型に形成されているため、ヘッドは外側部分でしか構成部品に接触しないようになっている、説明した種類のもう1つのホットリベット接続に関する。この方法により、ヘッドと構成部品との間の接触面の内径の比が大きくなり、それによって間接的にプレテンション力を制御することができる。
以下に、本発明及びその実施形態を図に基づいてさらに詳しく説明する。
本発明に基づくホットリベット接続の実施例用リベットの代替の実施形態である。 本発明に基づくホットリベット接続の実施例用リベットの代替の実施形態である。 本発明に基づくホットリベット接続の実施例用リベットの代替の実施形態である。 本発明に基づくホットリベット接続の実施例用リベットの代替の実施形態である。 本発明に基づくホットリベット接続の実施例用リベットの代替の実施形態である。 本発明に基づくホットリベット接続の3つの実施例である。 本発明に基づくホットリベット接続の3つの実施例である。 本発明に基づくホットリベット接続の3つの実施例である。 本発明に基づくホットリベット接続用リベットのもう1つの実施例である。
全体が符号10で示されているホットリベット接続では、ホットリベット12が構成部品16の開口部14に挿入され、ホットリベット12のシャフト20の端面18が別の構成部品24の表面22と溶接される。続いてシャフト20は熱間圧造されるため、ホットリベット12のヘッド28の表面26が構成部品16の表面30に接触する。熱い状態で実施される圧造後、ホットリベット12は収縮するため、構成部品16と24との間にプレテンション力が生じる。このプレテンション力が高すぎると、ホットリベット接続10は追加的な作動負荷によって異常をきたすおそれがある。
プレテンション力を軽減する方法は図1に示されているリベット12の使用であり、このリベットは、ヘッド28とシャフト20との間の移行部分32に、その全周を取り囲む溝の形で凹部34を有している。この凹部34によってヘッドの厚さが縮小され、それによってヘッド28とシャフト20との間の移行部分32の弾性が増加するため、ホットリベット12は熱間圧造後に変形することができ、このことが構成部品16と24との間のプレテンション力を軽減する。この実施形態では、よってヘッド28が適切に弱化される。ホットリベット接続10のこの形態は、特に、開口部14の直径が構造的に固定されており、変更することができない場合に有利に用いることができる。従って、凹部34がまだ、プレテンション力に影響を与えることができる。
図2に示されているように、プレテンション力は、シャフト厚さd1とヘッド厚さd2との比によっても調整することができる。ヘッド厚さd2が小さくなればなるほど、ホットリベット12のヘッド28とシャフト20との間の移行部分の弾性は大きくなる。ホットリベット接続10のこの形態は、構造的な理由から、特に薄い又は平坦なヘッド28を選択しなければならない場合に用いられる。
図3に示されているように、シャフト厚さd1と構成部品16の表面30上のヘッド28の接触面の内径Diとの間の比率も、プレテンション力を調整するもう1つ方法である。シャフト厚さd1に比べて内径Diが大きくなると、シャフト厚さd1が同じで内径Diが小さい場合と比較して、ヘッド28とシャフト20との間のテコ比が変化し、それによってプレテンション力も変化する。
シャフト20の形状自体もプレテンション力の調整に用いることができる。図4に示されている実施例は、ホットリベット12のシャフト20が第1の部分範囲36と第2の部分範囲38とに分割され、第2の部分範囲38は第1の部分範囲36よりも小さな直径を有している。ホットリベット12の圧造時には、第2の部分範囲38だけが圧造され、より厚い第1の部分範囲36は変化しないままである。両方の部分範囲38、36の長さd4とd5との比率により、シャフト20の圧造される部分が決定される。圧造される部分、すなわち部分範囲38の長さd4が短くなればなるほど、圧造後にリベット12を冷却する際の収縮も少なくなり、プレテンション力も小さくなる。
このことは、図5に示されているように、2つの部分からなるリベット40によっても実現することができる。第1の部分リベット42はヘッド44と直径d6のシャフト46を有し、第2の部分リベット48はヘッド50と直径d7のシャフト52とを有している。部分リベット48の直径d7は、第1の部分リベット42の直径d6よりも大きい。両方の部分リベットはリベット留めする構成部品の取付け開口部の中で、それらのシャフト46、52の端面54、56を介して溶接される。続く圧造では、第1の部分リベットのシャフト46の直径がより小さいことから、第1の部分リベットのシャフト46だけが圧造される。シャフト長さ46、52の比率により、ここでもリベット接続10のプレテンション力が調整可能である。
代替又は補足として、図6に示されているように、取付け開口部14の形状もリベット接続10のプレテンション力への作用を持つことができる。リベット12の取付け開口部14は、ここではアンダーカット58を有している。同時に、リベットのシャフト20も同様に2つの部分から形成され、すなわち2つの部分に分割されており、直径の大きな第1の部分36と直径の小さな第2の部分38とを有している。圧造は第2の部分範囲38でのみ行われ、第2の部分範囲38の形状はアンダーカット58に対応している。このアンダーカット58は収縮時にリベット12のシャフト20を支持するため、プレテンション力の一部がアンダーカット58によって保持される。このことは、全体的にヘッドに作用するプレテンション力FKopfを低下させるため、ここでもリベット接続の過負荷を回避することができる。同時に圧造された部分の応力により、リベット12と構成部品24との間のシール機能が実現される。
図7はホットリベット接続の代替の実施形態を示している。図6に示されている実施形態との違いは、この場合、構成部品16の取付け開口部14が拡張部60によって部分的に拡張されていることである。この拡張部60は、ホットリベット接続10の追加的な弾性を生じる。この拡張部60の正確な仕様、すなわちその高さと幅とによって、プレテンション力を適切に調整することができる。
図8は、ホットリベット接続10に追加的な弾性を設けることのできるもう1つの方法を示している。この場合、シャフト20を溶接する構成部品24は、ホットリベット接続10の部分に厚さの削減部分62を備えている。この厚さの削減部分62は、この例に示されているように、構成部品16とは反対側の構成部品24の面にリセスの形で実施することができる。代替の方法として、この厚さの削減部分62は、もう一方の、構成部品16に対向する構成部品24の面にも配置することができる。これによって、ホットリベット接続10の部分における構成部品24の厚さが削減又は変更されることにより、プレテンション力に適切な影響を与えることができる。
図9には、リベットヘッド28の下側が傘型になっている実施形態が示されている。これにより、リベットヘッド28の構成部品16との接触面を、開口部14から半径方向に外側へずらすことができる。このことにより、シャフト20の直径d1に対する接触面の内径Diの比率が大きくなる。このことは、すでに説明したように、プレテンション力を調整又は削減する。
もちろん、ホットリベット接続10は、図1〜9に示されている個々の実施形態の組合せとしても実施することができる。例えば、図9のような傘型ヘッドを、図6のアンダーカット及び図8の厚さの削減部分と組み合わせることが考えられるだろう。この方法により、非常に多様な構造的基本条件においても、プレテンション力を望ましい値に適切に調整する様々な調整方法が可能となる。
引用された実施例に示されているリベット12及び/又は開口部14の丸い断面の他にも、別の断面を使用することも可能である。特に、リベットシャフト20及び/又は該当する取付け開口部14の断面を四角形又は多角形にすることが考えられる。丸い断面を備える具体的な実施例に示された直径及び比率の仕様は、それぞれの断面の大きさについても同じである。
10 ホットリベット接続
12 ホットリベット
14 開口部
16 構成部品
18 端面
20 シャフト
22 表面
24 構成部品
26 表面
28 ヘッド
30 表面
32 移行部分
34 凹部
36 第1の部分範囲
38 第2の部分範囲
40 リベット
42 第1の部分リベット
44 ヘッド
46 シャフト
48 第2の部分リベット
50 ヘッド
52 シャフト
54 シャフト46の端面
56 シャフト52の端面
58 アンダーカット
60 拡張部
62 厚さの削減部分
d1 シャフト厚さ
d2 ヘッド厚さ
d4 部分範囲38の長さ
d5 部分範囲36の長さ
d6 直径
d7 直径
Di 内径
Kopf プレテンション力

Claims (9)

  1. 少なくとも1つの構成部品(16)を別の構成部品(24)に分離不能に固定する方法であり、ホットリベット(12)が少なくとも1つの前記第1の構成部品(16)の開口部に挿入され、前記ホットリベット(12)のシャフト(20)の端面(18)が別の前記構成部品(24)の表面(22)と溶接され、続いて、前記ホットリベット(12)が塑性変形しながら、前記ホットリベット(12)のヘッド(28)がプレテンション力によって少なくとも1つの前記構成部品(16)の表面(30)上に少なくとも部分的に接触するまで、前記ホットリベット(12)の前記シャフト(20)が圧造される、方法であって、
    前記ホットリベット(12)の前記ヘッド(28)はプレテンション力によって少なくとも1つの前記構成部品(16)の表面(30)上に少なくとも部分的に接触し、前記プレテンション力が規定された値に調整されることを特徴とする方法。
  2. 少なくとも1つの構成部品(16)を別の構成部品(24)に分離不能に固定するホットリベット接続(10)であり、ヘッド(28)と該ヘッドに接続しているシャフト(20)とを備えるホットリベット(12)を有し、前記ヘッド(28)と反対側の前記シャフトの端面(18)が別の前記構成部品(24)の表面(22)に溶接され、前記ホットリベット(12)の前記シャフト(20)が塑性変形しながら圧造される、ホットリベット接続であって、
    少なくとも1つの前記構成部品(16)の表面(30)上の前記ヘッド(28)接触面の内径(Di)と前記シャフト(20)の厚さ(d1)との比率が設定されており、前記比率によって、少なくとも1つの前記構成部品(16)の表面(30)上の少なくとも部分的な前記ヘッド(28)接触面に対するプレテンション力が、規定された値に調整されることを特徴とする、ホットリベット接続(10)。
  3. 少なくとも1つの構成部品(16)を別の構成部品(24)に分離不能に固定するホットリベット接続(10)であり、ヘッド(28)と該ヘッドに接続しているシャフト(20)とを備えるホットリベット(12)を有し、前記ヘッド(28)と反対側の前記シャフトの端面(18)が別の前記構成部品(24)の表面(22)に溶接され、前記ホットリベット(12)の前記シャフト(20)が塑性変形しながら圧造される、ホットリベット接続であって、
    前記ヘッド(28)と前記シャフト(20)との間の移行部分(32)に凹部(34)が設けられており、該凹部によって、少なくとも1つの前記構成部品(16)の表面(30)上の少なくとも部分的な前記ヘッド(28)接触面に対するプレテンション力が、規定された値に調整されることを特徴とする、ホットリベット接続(10)。
  4. 少なくとも1つの構成部品(16)を別の構成部品(24)に分離不能に固定するホットリベット接続(10)であり、ヘッド(28)と該ヘッドに接続しているシャフト(20)とを備えるホットリベット(12)を有し、前記ヘッド(28)と反対側の前記シャフトの端面(18)が別の前記構成部品(24)の表面(22)に溶接され、前記ホットリベットの前記シャフト(20)が塑性変形しながら圧造される、ホットリベット接続であって、
    前記ヘッド(28)のヘッド厚さ(d2)が、少なくとも1つの前記構成部品の表面(30)上の少なくとも部分的な前記ヘッド(28)接触面に対するプレテンション力を規定された値に調整するために形成されていることを特徴とする、ホットリベット接続(10)。
  5. 少なくとも1つの構成部品(16)を別の構成部品(24)に分離不能に固定するホットリベット接続(10)であり、ヘッド(28)と該ヘッドに接続しているシャフト(20)とを備えるホットリベット(12)を有し、前記ヘッド(28)と反対側の前記シャフトの端面(18)が別の前記構成部品(24)の表面(22)に溶接され、前記ホットリベット(12)の前記シャフト(20)が塑性変形しながら圧造される、ホットリベット接続であって、
    前記シャフト(20)が異なる断面の第1(36)と第2(38)の長さ部分を有しており、前記シャフト(20)の前記長さ部分(36、38)の一方のみが塑性変形しながら圧造されるものであり、前記第1と第2の長さ部分間の比率を選択することにより少なくとも1つの前記構成部品(16)の表面(30)上の少なくとも部分的な前記ヘッド(28)接触面に対するプレテンション力が規定された値に調整されることを特徴とする、ホットリベット接続(10)。
  6. 少なくとも1つの構成部品(16)を別の構成部品(24)に分離不能に固定するホットリベット接続(10)であり、ヘッド(28)と該ヘッドに接続しているシャフト(20)とを備えるホットリベット(12)を有し、前記ヘッド(28)と反対側の前記シャフトの端面(18)が別の前記構成部品(24)の表面(22)に溶接され、前記ホットリベット(12)の前記シャフト(20)が塑性変形しながら圧造される、ホットリベット接続であって、
    前記シャフト(20)が直径の大きな第1の部分(36)と直径の小さな第2の部分(38)とを有し、少なくとも1つの前記構成部品(16)がアンダーカット(58)を有し、該アンダーカットに形状が対応する前記第2の部分(38)でのみ圧造が行われるものであり、前記アンダーカットの位置の選択により少なくとも1つの前記構成部品(16)の表面(30)上の少なくとも部分的な前記ヘッド(28)接触面に対するプレテンション力が規定された値に調整されることを特徴とする、ホットリベット接続(10)。
  7. 少なくとも1つの構成部品(16)を別の構成部品(24)に分離不能に固定するホットリベット接続(10)であり、ヘッド(28)と該ヘッドに接続しているシャフト(20)とを備えるホットリベット(12)を有し、前記ヘッド(28)と反対側の前記シャフトの端面(18)が別の前記構成部品(24)の表面(22)に溶接され、前記ホットリベット(12)の前記シャフト(20)が塑性変形しながら圧造される、ホットリベット接続であって、
    少なくとも1つの前記構成部品(16)の開口部(14)がその途中に拡張部(60)を有するものであり、前記拡張部の幅と高さとを選択することによって少なくとも1つの前記構成部品(16)の表面(30)上の少なくとも部分的な前記ヘッド(28)接触面に対するプレテンション力が規定された値に調整されることを特徴とする、ホットリベット接続(10)。
  8. 少なくとも1つの構成部品(16)を別の構成部品(24)に分離不能に固定するホットリベット接続(10)であり、ヘッド(28)と該ヘッドに接続しているシャフト(20)とを備えるホットリベット(12)を有し、前記ヘッド(28)と反対側の前記シャフトの端面(18)が別の前記構成部品(24)の表面(22)に溶接され、前記ホットリベット(12)の前記シャフト(20)が塑性変形しながら圧造される、ホットリベット接続であって、
    前記構成部品(24)が、前記シャフト(20)とは反対側の面に厚さの削減部分(62)を有するものであり、前記厚さの削減部分の寸法及び高さを選択することにより少なくとも1つの前記構成部品(16)の表面(30)上の少なくとも部分的な前記ヘッド(28)接触面に対するプレテンション力が規定された値に調整されることを特徴とする、ホットリベット接続(10)。
  9. 少なくとも1つの構成部品(16)を別の構成部品(24)に分離不能に固定するホットリベット接続(10)であり、ヘッド(28)と該ヘッドに接続しているシャフト(20)とを備えるホットリベット(12)を有し、前記ヘッド(28)と反対側の前記シャフトの端面(18)が別の前記構成部品(24)の表面(22)に溶接され、前記ホットリベット(12)の前記シャフト(20)が塑性変形しながら圧造される、ホットリベット接続であって、
    前記ヘッド(28)の下部が傘型に形成されているため、前記ヘッド(28)は外側部分でしか前記構成部品(16)に接触しないものであり、前記ヘッドと前記構成部品との間の接触面の内径の比によって少なくとも1つの前記構成部品(16)の表面(30)上の少なくとも部分的な前記ヘッド(28)接触面に対するプレテンション力が規定された値に調整されることを特徴とする、ホットリベット接続(10)。
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