JP6325702B2 - 少なくとも2つの被加工物を連結するための連結要素及び方法 - Google Patents
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Description
したがって、穴形成部分による穴形成後に作られる穴が、環状突起の区域内でシャフトの外径よりも幾分か小さい。特に、穴形成部分によって形成される穴の直径は環状突起の外径よりも約3%から約10%小さい。
したがって、保持部分は、実際には、形成された穴の中にシャフト方向圧力によって押し込まれなければならないが、この形成された穴の中での環状突起の確実な保持も実現される。この場合には、穴形成部分による穴の形成の後にその形成された穴と取り囲む材料が、非常に高温であり、かつ、それぞれに少なくとも部分溶融状態、または、少なくともペースト状でさえあるということが、考慮されなければならない。
したがって、環状突起を有する保持部分は、わずかなシャフト方向の力だけしか用いずに押し込まれるだろう。この場合に、このシャフト方向の力が、互いに重なり合った被加工物がそれぞれに湾曲、または、変形させられる危険性がないほど、小さいように選択されるだろう。
したがって、軽量の金属シートの比較的大きい変形を心配する必要なしに、軽量の金属シートが、本発明による連結要素を使用して相互連結されることが可能である。このことは、例えば、連結されるべき被加工物を貫通する形で単にシャフト方向に打ち込まれる釘に比べて、本発明による連結要素の決定的な利点である。
保持部分が、穴形成部分によって形成されている穴の中に押し込まれ終わると、この穴を取り囲む材料が、環状突起の間の中間空間の中に流れ込むが、少なくとも冷却中に収縮し、こうして環状突起の確実な固定を確保するだろう。
外周部に沿った一対の2つの環状突起の間の間隔が互いに異なる大きさであるので、または、環状突起の一対の環状突起の両方が、相互に平行であるように、且つ、縦軸線に対して少なくとも部分的に傾斜しているように配置されているので、連結要素の固着が、形成された穴の中に連結要素が完全に押し込まれ終わった後に連結要素を捻ることによって実現されるだろう。
したがって、連結要素のねじ緩み(unscrewing)に対する耐久性が増大させられ、かつ、2つの被加工物の間の相互偏倚(mutual bias)さえもが実現されるだろう。フロードリルねじ(flow drilling screw)に比較して、著しくより短い連結時間が実現されることが可能である。
したがって、採用随意に連結要素の回転との組合せの形での、シャフト方向の押込み嵌合の際には、加速区域が穴の中に入った直後に、形成された穴と連結要素との間の摩擦が大きく減少させられる。
したがって、連結要素はシャフト方向の圧力を被って、穴の中へ入ることを促進されるだろう。この場合に、加速区域は、すでに穴形成部分の最大直径で始まり、保持部分の始点で、即ち、第1の環状突起において終わる。
したがって、シャフトの直径は、最初は、穴形成部分の最大直径から進むにつれて加速区域の円筒形部分に移行するように減少するだろう。
穴形成部分の長さと、さらに、加速区域の長さ、特に加速区域の円筒形部分の長さは、相互連結される被加工物の厚さに適合化させられている。
穴形成部分の長さの20%から50%の間の、好ましくはその30%の加速区域の長さが、連結要素ヘッドの下方側部が外側被加工物の表面上に載るまでの、形成穴の中への保持部分の非常に迅速な押込み嵌合を実現するように、被加工物に対する連結要素の適切な加速を確実なものにする。
本発明の改善策では、穴形成部分は、少なくともその自由端部の区域内に、多角形の横断面を有する。
穴形成時の穿孔時間の減少が、丸いことが有利である先端部に続いてもよい、こうした多角形断面によって実現される。
本発明の改善策では、この多角形断面は丸コーナーを有する。
本発明の改善策では、多角形横断面は、丸コーナーを有する三角形であるように構成されている。
穴形成時の特に確実な結果が、丸コーナーを有する三角形によって実現され、かつ、この丸コーナーは、凸状に湾曲した側方端縁によって連結されてもよい。
穴形成部分の横断面が多角形である場合にさえ、円形の穴が穴形成部分によって生じさせられる。加速区域が穴の内側に位置している場合にさえ、被加工物に対して、及び、さらには穴に対して連結要素を加速するように、連結要素と穴の壁との間の摩擦が可能な限り減少させられなければならない。
これを実現するためには、加速区域の横断面が円形である場合には、加速区域の外壁が穴の壁全体から均一に間隔をあけられるので、加速区域の円形の横断面が非常に適している。
保持部分は、その環状突起によって、穴形成部分によって形成されている穴の壁と噛み合うために設けられている。
この場合も、保持部分の円形横断面が有利であり、かつ、少なくとも保持部分の外周部が円形であることが有利である。
穴形成部分の回転によって、被加工物は、局所的に激しく加熱され、かつ、穴形成部分は、その2つの被加工物内に通路を有する穴を形成する。
このために、穴形成部分の回転とは別に、連結要素に作用するシャフト方向圧力も必要とされる。このシャフト方向圧力は、連結要素ヘッドに面する外側構成要素の表面上に連結要素の下方側部が載るまで維持される。
フロードリルねじに対する大きな違いが、この点にある。ねじ山を保持部分に有するフロードリルねじの場合には、典型的にはタッピンねじであるねじ山が、穴形成部分によって形成され終わった穴の壁の中に噛み合ってしまえば、シャフト方向圧力は必要とされない。
この場合に、フロードリルねじの単純な回転によって、フロードリルねじが、ねじ山によって、そのねじヘッドの下方側部が載るまで、穴の中に引き込まれる。
本発明による方法と、本発明による連結要素の場合には、保持部分内にねじ山が備えられておらず、したがって、穴形成部分によって形成され終わっている穴の中に連結要素が押込み嵌合させられるように、シャフト方向圧力が維持されなければならない。
本発明による方法では、この場合に、このシャフト方向の押込み嵌合が、連結要素が回転し続けるのに応じて行われてもよい。
フロードリルねじとは対照的に、連結を確立するための必要とされる時間に関する著しい削減が、本発明による連結要素と本発明による方法とを使用することによって達成されることが可能である。
驚くべきことに、外側被加工物上に連結要素のヘッドが載り終わった後にさえ、連結要素のさらなる回転が、連結要素の保持力を損なうことがないということが実証されている。特に、フロードリルねじのヘッドが外側被加工物の上に載った直後に回転が止められない時にフロードリルねじの場合に常に発生する穴壁の断裂のような、穴壁の断裂が生じることがない。
連結要素ヘッドの下方側部の配置時に、行われている被加工物内の連結要素の固着が簡単であるだけではない。360°未満の回転だけしか、こうした固着のためには必要とされないだろう。
驚くべきことに、連結要素ヘッドの配置時に、360°を越える回転角は、さらに、連結要素の非常に確実な保持力を生じさせることが実証されている。
穴形成部分によって形成され終わっている穴の壁、または、この壁を形成する材料が、それぞれに激しく加熱され、かつ、環状突起の相互間の中間間隔の中に流れ込むだろうし、または、ペースト状態であり、かつ、それぞれに環状突起の間を移動するだろう。
このことは、外側の構成要素の上での連結要素ヘッドの配置時に、連結要素のさらなる回転によって補助される。
形成穴の壁を形成している材料の激しい加熱が、さらに、冷却中の穴の収縮を生じさせる。したがって、形成穴の中の連結要素の保持部分の固着または阻止がそれぞれに容易化される。
したがって、連結要素の回転駆動は、連結要素ヘッドの配置時に停止させられてもよく、かつ、単純に摩擦によって連結要素が停止状態へ自然に減速させられてもよい。
このようにして、決められた回転移動がその配置時に行われてもよく、かつ、この場合に、回転移動は、360°を越える回転角を容易に有してもよい。
連結要素ヘッド12の下方側部18は、周囲を取り囲む環状溝20を備えており(図2を参照されたい)、この環状溝20は、連結要素10の下方側部18が外側被加工物の上に載る時に、その外側被加工物の材料の凹みを受け入れるために備えられている。
半径方向に外向きの方向に、連結要素10の中央縦軸線に対して直角に配置されている平らな環状面22が、環状溝20に隣接している。
駆動構造16は、1つだけの回転方向に連結要素10が駆動されることと、図1では下向きに作用するシャフト方向圧力が連結要素ヘッド12に加えられることとを可能にする。
保持部分24の後に、円筒形部分を有する加速区域30が続き、この加速区域30は、角括弧の長さによって示されているように、連結要素ヘッド12の下方側部18から最も遠い環状突起26から、穴形成部分32の始点まで延びる。
したがって、この加速区域は、さらに別の延長区域を有し、この別の延長区域では、加速区域30の外径が、円筒形区域内の一定不変の外径から、穴形成部分32の最大外径にまで増大する。
穴形成部分32は、丸い先端部34で終端するシャフト14の自由端部に向かう方向に先細になっている。
丸コーナーの各々は、わずかに凸状に湾曲した側方端縁によって相互連結されている。穴形成部分32は、先端部34までその全長にわたって、こうした多角形の横断面を有する。
シャフト14の横断面も、保持部分24内において円形である。
穴形成部分32の最大外径は、穴形成部分32のヘッド側の端部に位置しており、かつ、照合符号Aによって示されている。加速区域30の円筒形区域内の直径が、符号Bによって示されている。環状突起26、28の最大外径は符号Cで示されている。環状突起26、28の外径は、保持部分24が円筒形の包絡面を有するように同一の大きさである。保持部分24のコア直径が符号Eによって示されている。
しかし、外周部に沿った2つの環状突起26、28の間の、連結要素10の縦方向の間隔が、可変的な大きさであり、かつ、図5の説明図では右から左に増大し、かつ、左から右へ減少する。
したがって、環状突起28は、連結要素10の縦軸線に対して傾斜しているように配置されており、一方、環状突起26は、その縦軸線に対して直角方向に延びる。
このように、環状突起は、部分的にだけ、縦軸線に対して傾斜して延びてもよい。
図1では、合計で3対の環状突起26、28が保持部分24内に連続して配置されていることが見てとれる。その後に、加速区域30が始まる前に、縦軸線に対して直角方向に延びる3つの環状突起26が続く。
本発明による連結要素の場合には、加速区域30の長さFは、穴形成部分32の長さEの20%から50%の間である。
図示している実施形態では、加速区域30の長さFは、穴形成部分32の長さEの約30%である。
特に、穴形成時と、さらには保持部分24をシャフト方向に押込み嵌合させる時において、非常に短いサイクル時間が実現されるだろう。
全体的に見て、フロードリルねじ、または、他の連結要素に比較して、サイクル時間の50%までの削減が実現されるだろう。
本発明による連結要素10と、本発明による方法とが、例えば、アルミニウムパネルをスチールパネルに連結するために、または、さらには、2つのアルミニウムパネルを連結するために使用される。
この場合に、連結要素10は、2つの被加工物が接着接合される場合には、接着剤が硬化し終わるまで被加工物を一体状に圧着させる役割を果たすだけでもよい。
さらに、図7から図10の構成に基づいて想定可能であるものとは対照的に、連結工程中に相互連結される2つの被加工物40、42が不動状態であり且つ同一の高さのままであるということが指摘される。
この場合に、シャフト方向圧力Pは、必ずしも経時的に一定不変である必要はない。この時点では、穴形成部分32は、下方の被加工物42内に穴と通路44とを形成し終わっている。
加速区域30は、この時点で、それぞれに、穴の区域内に、または、通路44の区域内に位置させられている。穴形成区域32の端部における最大外径Aに比較して減少している加速区域30内の直径Bが、連結要素10がシャフト方向圧力Pに対してより大きく屈服し、したがって2つの被加工物40、42に向かう方向に加速されることが可能であることを生じさせる。
この回転は、連結要素ヘッド12の下方側部の配置時に、360°より大きい角度にわたって行われるだろう。
連結要素12の回転駆動装置(図7から図10には示されていない)が停止させられること、または、連結要素10が駆動され続けることが、本発明に関連して実現される。
図10の位置における連結要素10が回転し続ける間に、被加工物40、42内の穴を形成する材料が、保持部分24の環状突起26、28の間を流動するか、または、それぞれに環状突起26、28の間の中間空間の中に移動するだろう。
これは、加熱された材料の実際の流動移動によって生じてもよい。しかし、被加工物40、42内の穴を形成する材料が単独で温度低下するので、穴の直径も減少し、かつ、穴の壁と保持部分24の環状突起26、28との間で噛み合いが生じる。
詳述したように、被加工物40、42の互いに対向する表面が接着剤で被覆されてもよく、連結要素10が、追加的に2つの被加工物を互いに固定し、且つ、接着剤が硬化し終わるまで2つの被加工物を相互に圧着した状態に保持する働きをする。
12 連結要素ヘッド
14 シャフト
16 駆動構造
24 保持部分
26、28 環状突起
30 加速区域
32 穴形成部分
40、42 被加工物
Claims (15)
- 少なくとも2つの被加工物を相互連結するための連結要素(10)であって、
シャフト(14)と、
前記シャフト(14)の一方の端部において、前記シャフト(14)の外側側部を越えて半径方向に突き出す、連結要素ヘッド(12)と、
前記連結要素ヘッド(12)上の駆動構造と、
を有しており、
前記連結要素ヘッド(12)の下方側部(18)から延びる前記シャフト(14)の保持部分(24)内において、少なくとも一対の閉じた環状突起(26、28)が前記保持部分(24)上に配置されており、
少なくとも1つの環状突起(28)は、前記シャフト(14)の縦軸線に対して直角に延びる平面内に完全には配置されておらず、
外周部に沿った前記一対の環状突起(26、28)の間の間隔が可変的な大きさであるか、または、前記一対の環状突起が互いに平行であるように配置されており、
前記シャフトの前方端部が、先細の穴形成部分(32)として構成されている、
連結要素(10)において、
前記穴形成部分(32)の最大外径が、前記環状突起(26、28)の最大外径に比べて、3%〜10%小さく、好ましくは5%小さく、
前記穴形成部分(32)の最大外径(A)は、前記環状突起(26、28)の相互間の前記シャフト(14)のコア直径(D)よりも大きく、
少なくとも部分的に一定不変の外径(B)を有する加速区域(30)が、前記穴形成部分(32)のヘッド側部の端部と前記保持部分(24)の始点との間に配置されており、
縦方向で見た場合に、すべてが互いに平行な形で延びる3つの環状突起(26)が、前記加速区域(30)の開始の前に、連続して配置されており、
前記一対の環状突起(26、28)が3対、前記保持部分(24)内に連続して配置されている、
ことを特徴とする連結要素。 - 前記加速区域(30)のこの外径(B)は、前記穴形成部分(32)の前記最大外径(A)よりも小さい、
ことを特徴とする請求項1に記載の連結要素。 - 前記加速区域(30)の前記外径(B)は、前記環状突起(26、28)の相互間の前記シャフト(14)の前記コア直径(D)よりも大きいか、または、大きさが等しい、
ことを特徴とする請求項2に記載の連結要素。 - 前記加速区域(30)の長さ(F)、特に、一定不変の直径を有する前記加速区域(30)の一部分の長さが、前記穴形成部分32の長さ(E)の20%〜50%の間であり、好ましくは30%である、
ことを特徴とする請求項2または3に記載の連結要素。 - 前記穴形成部分(32)は、その自由端部に、丸い先端部(34)を有する、ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の連結要素。
- 前記穴形成部分(32)は、少なくともその自由端部の区域内に、多角形の横断面を有する、ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の連結要素。
- 前記多角形の横断面は丸コーナーを有する、ことを特徴とする請求項6に記載の連結要素。
- 前記多角形の横断面は、丸コーナーを有する三角形であるように構成されている、ことを特徴とする請求項6または7に記載の連結要素。
- 前記加速区域(30)は円形の横断面を有する、ことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の連結要素。
- 前記保持部分(24)は円形の横断面を有する、ことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の連結要素。
- 少なくとも2つの被加工物(40、42)を連結するための方法であって、
前記被加工物(40、42)は互いに重なり合って配置されており、かつ、
請求項1から10のいずれか一項に記載の連結要素(10)が回転させられて、前記被加工物(40)の外側被加工物の上に配置され、かつ、前記連結要素ヘッド(12)に面する前記外側構成要素(40)の表面上に、前記連結要素ヘッド(12)の下方側部(18)が載るまで、シャフト方向圧力(P)が前記連結要素(10)に付与される、
ことを特徴とする方法。 - 前記連結要素(10)は、前記外側被加工物(40)の表面上への前記連結要素ヘッド(12)の前記下方側部(18)の配置時に、回転し続ける、
ことを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 前記外側被加工物(40)上への前記連結要素ヘッド(12)の前記下方側部(18)の配置時に、前記連結要素(10)の回転運動の回転角が360°よりも大きい、
ことを特徴とする請求項12に記載の方法。 - 前記外側被加工物(40)上への前記連結要素ヘッド(12)の前記下方側部(18)の配置時に、前記連結要素(10)は、回転運動を行う駆動が停止され、摩擦によって、前記連結要素(10)の回転が停止状態に減速させられる、
ことを特徴とする請求項12または13に記載の方法。 - 前記連結要素(10)は、前記外側被加工物(40)上への前記連結要素ヘッド(12)の前記下方側部(18)の配置時に、前記連結要素ヘッド(12)の前記下方側部(18)が前記外側被加工物(40)の上面に接した後、予め決められた角度だけ回転させられる、
ことを特徴とする請求項12または13に記載の方法。
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