JP6668989B2 - Self-piercing rivet joining method and self-piercing rivet joining device - Google Patents
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Description
本発明は、セルフピアスリベットによる接合方法と接合装置に関し、例えばアルミニウム合金板と高張力鋼板(超高張力鋼板を含む)との組み合わせのように、強度の異なる異材質の母材同士をセルフピアスリベット継手構造にて接合する方法とそれに用いる接合装置に関する。 The present invention relates to a joining method and a joining apparatus using self-piercing rivets, and for example, self-piercing between base materials made of different materials having different strengths, such as a combination of an aluminum alloy plate and a high-tensile steel plate (including an ultra-high-tensile steel plate). The present invention relates to a joining method using a rivet joint structure and a joining device used for the method.
自己穿孔型であって且つ母材を裏面側まで貫通しないセルフピアスリベット(セルフピアシングリベットあるいはパンチリベット等と称されることもある。)による接合方法は古くから知られており、特に自動車の外板パネル等でのセルフピアスリベットによる接合に際しては、品質管理の一貫として、打ち込み後のセルフピアスリベットの頭部が打ち込み側の母材の表面とほぼ面一状態となるように管理することが要求されている。そのための手段として、打ち込み後のセルフピアスリベットの頭部の高さ位置をその都度測定する技術が特許文献1,2に開示されている。
A joining method using a self-piercing rivet (also referred to as a self-piercing rivet or a punch rivet) which is a self-piercing type and does not penetrate a base material to the back surface side has been known for a long time, and particularly, outside a car. When joining with self-piercing rivets on board panels, etc., as part of quality control, it is necessary to control the head of self-piercing rivets after driving so that it is almost flush with the surface of the base material on the driving side Have been. As means for that purpose,
これら特許文献1,2に開示された技術では、セルフピアスリベットの打ち込みを司るダイとパンチとが共に共通のいわゆるC型フレームに支持されている場合に、セルフピアスリベットを打ち込んだ瞬間に多かれ少なかれC型フレームが弾性的に撓み変形することから、このC型フレームの撓み変形を考慮した計測手法を採用してはいても(特に特許文献1の段落[0013]および特許文献2の段落[0005]を参照のこと。)、機械的強度の異なる異材質の母材同士を接合する際の特殊性が考慮されておらず、なおも改良の余地を残している。
According to the techniques disclosed in
例えば、セルフピアスリベットにより接合すべき母材としての板材の組み合わせを上板と下板との二枚構成とし、下板側をダイに当接させた状態で上板側からセルフピアスリベットを打ち込むことを想定した場合、ダイには予め凹部が形成されていることから、セルフピアスリベットの打ち込みに伴い、当該セルフピアスリベットが末広がりのスカート状に拡径するようにして塑性変形する一方で、セルフピアスリベットによって打ち抜かれた上板の一部と下板側の材料が塑性流動して、それらがセルフピアスリベットの内部に入り込みつつダイの凹部に押し込まれて充満することになる。 For example, a combination of plate materials as a base material to be joined by a self-piercing rivet is configured as an upper plate and a lower plate, and the self-piercing rivet is driven in from the upper plate while the lower plate is in contact with the die. In this case, since the concave portion is formed in the die in advance, the self-piercing rivet is plastically deformed so that the self-piercing rivet expands in a flared skirt shape with the driving of the self-piercing rivet. A part of the upper plate and the material of the lower plate punched out by the piercing rivet are plastically flowed, and they are pushed into the concave portion of the die while filling into the inside of the self-piercing rivet, and are filled.
そして、例えば下板にアルミニウム合金板を、上板に引っ張り強さが1000MPaを超えるような超高張力鋼板をそれぞれ採用した場合には、それに使用するセルフピアスリベットも相対的に硬度が高いものを使用する必要がある。この高硬度のセルフピアスリベットの採用に伴い、ダイの凹部に納まりきれかなかった材料が下板の裏面において膨出部として成長し、セルフピアスリベット打ち込み後の板材をダイから浮上させてしまい、その結果として、打ち込み後のセルフピアスリベットの頭部位置を正確に測定することができないという問題があった。なお、セルフピアスリベット打ち込み後の板材が自己浮上してしまう原因は後述する。 If, for example, an aluminum alloy plate is used for the lower plate, and an ultra-high tensile strength steel plate whose tensile strength exceeds 1000 MPa is used for the upper plate, the self-piercing rivets used therefor also have relatively high hardness. Must be used. With the adoption of this high-hardness self-piercing rivet, the material that did not fit in the recess of the die grows as a bulge on the back surface of the lower plate, and the plate material after the self-piercing rivet is driven up from the die, As a result, there is a problem that the head position of the self-piercing rivet after driving cannot be accurately measured. The cause of the self-floating plate material after the self-piercing rivet driving will be described later.
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、セルフピアスリベットで接合すべき板状の母材(被接合部材)として引っ張り強さが大きな高張力鋼板や超高張力鋼板を採用した場合であっても、打ち込み後のセルフピアスリベットの位置を正確に測定することができるセルフピアスリベット接合技術を提供するものである。 The present invention has been made in view of such a problem, and employs a high-tensile steel plate or an ultra-high-tensile steel plate having a large tensile strength as a plate-like base material (member to be joined) to be joined by self-piercing rivets. The present invention also provides a self-piercing rivet joining technique that can accurately measure the position of a self-piercing rivet after driving.
本発明に係るセルフピアスリベット接合方法は、セルフピアスリベットの打ち込みのためのパンチはパンチ駆動機構により進退駆動されるようになっているとともに、このパンチ駆動機構は打ち込まれたセルフピアスリベットの位置をパンチの変位に基づいて測定する機能を有していることを前提に、セルフピアスリベットの打ち込みによって接合された母材を予め設定してある浮上量だけダイから離間させた状態で、セルフピアスリベットの位置を測定する方法とした。 In the self-piercing rivet joining method according to the present invention, the punch for driving the self-piercing rivet is driven forward and backward by a punch driving mechanism, and the punch driving mechanism determines the position of the driven self-piercing rivet. Assuming that it has a function of measuring based on the displacement of the punch, the self-piercing rivet is set in a state where the base material joined by driving the self-piercing rivet is separated from the die by a predetermined floating amount. Was measured.
本発明によれば、セルフピアスリベット打ち込み後の母材が自己浮上してしまう現象が生じたとしても、その母材を自己浮上量以上の設定浮上量だけダイから離間させた状態でセルフピアスリベットの位置を測定することで、自己浮上量の影響を回避して、セルフピアスリベットの位置を正確に測定することが可能となる。 According to the present invention, even if a phenomenon occurs in which the base material after self-piercing rivet driving is self-floating, the self-piercing rivet is kept in a state where the base material is separated from the die by a set floating amount equal to or more than the self-floating amount. By measuring the position of the self-piercing rivet, the position of the self-piercing rivet can be accurately measured while avoiding the influence of the self-flying amount.
図1〜5は本発明に係るセルフピアスリベット接合方法を実施するためのより具体的な形態を示し、特に図1はセルフピアスリベット接合装置としてのリベット打ちガン1の一例を示し、図2はリベット打ちガン1によるセルフピアスリベット打ち込み時の詳細を示している。 1 to 5 show a more specific embodiment for carrying out the self-piercing rivet joining method according to the present invention. In particular, FIG. 1 shows an example of a riveting gun 1 as a self-piercing rivet joining device, and FIG. 3 shows the details of the self-piercing rivet driving by the rivet driving gun 1.
図1に示すように、リベット打ちガン1はいわゆるC型フレーム2を母体として形成されていて、このC型フレーム2の開放側の一端には例えば中実円筒状のダイ3がダイポスト4を介して装着されているとともに、C型フレーム2の開放側の他端には後述するパンチ11(図2参照)を含むパンチ駆動機構としてのパンチ駆動ユニット5が装着されている。これにより、C型フレーム2は、ダイ3およびパンチ11の双方を共に支持している共通の支持体として機能する。
As shown in FIG. 1, the rivet driving gun 1 is formed by using a so-called C-
パンチ駆動ユニット5は、円筒状の胴部6と、胴部6の上端に連結された動力伝達機構部7と、この動力伝達機構部7に装着された回転駆動源としてのサーボモータ8と、サーボモータ8に付帯している回転検出器としてのロータリーエンコーダ9と、を備えている。そして、パンチ11および胴部6がダイ3と同一軸線上に位置するように、パンチ駆動ユニット5がC型フレーム2の開放側の他端に固定支持されている。また、C型フレーム2の中間部にはブラケット10が装着されていて、このブラケット10を介してリベット打ちガン1が例えばティーチング−プレイバック型の産業用ロボット(以下、単にロボットと言う。)のアーム11の先端に支持される。
The
動力伝達機構部7には例えば減速機構および歯付きベルト伝達機構が収容されていて、サーボモータ8の回転駆動力が減速されて胴部6側に伝達される。胴部6内には回転変位−直動変位変換機構として例えばボールねじが収容配置されていて、動力伝達機構部7側からの回転力を受けたボールねじのスクリューシャフトの回転駆動に伴い、そのスクリューシャフトに螺合しているナット部材が胴部6の長手方向に進退駆動されることになる。そして、進退駆動されるナット部材に図2に示すパンチ11が連結されているとともに、パンチ11の先端部外周に板押さえとして機能する円環状のノーズピース12が相対移動可能に装着されている。なお、ノーズピース12は図示しない圧縮コイルスプリングにより下向きに付勢されている。
The
サーボモータ8およびロータリーエンコーダ9はコントローラ13に接続されていて、進退駆動されるパンチ11の速度(サーボモータ8の回転軸の回転速度)やストロークが任意に設定可能となっているとともに、ロータリーエンコーダ9からの出力に基づいてパンチ11の位置をモニタリングすることが可能となっている。
The
なお、図1に示したリベット打ちガン1には、当該リベット打ちガン1によるセルフピアスリベットの打ち込みに先立って、パンチ11の先端のノーズピース12内にセルフピアスリベットを供給するリベットフィーダが付帯しているが、図面の錯綜化を避けるために、図1ではリベット供給チューブ14以外の要素の図示を省略している。
The rivet driving gun 1 shown in FIG. 1 is provided with a rivet feeder for supplying a self-piercing rivet into the
そして、ロボットの自律機能に基づいてリベット打ちガン1が接合すべき母材に対しアプローチ動作し、リベット打ちガン1が所定の位置に位置決めされたならばセルフピアスリベットの打ち込み作業を実行することになり、そのリベット打ち込みの一般的な基本動作を図2に示す。なお、図2では、リベット継手対象となる母材(被接合部材)としての上板W1を例えば軟鋼板またはアルミニウム合金板、下板W2を例えば高張力鋼板としている。 Then, based on the autonomous function of the robot, the riveting gun 1 performs an approaching operation on the base material to be joined, and when the riveting gun 1 is positioned at a predetermined position, the self-piercing rivet setting operation is performed. FIG. 2 shows a general basic operation of the rivet driving. In FIG. 2, the upper plate W1 as a base material (member to be joined) to be riveted is, for example, a mild steel plate or an aluminum alloy plate, and the lower plate W2 is, for example, a high-tensile steel plate.
図2の(A)に示すように、予め重ね合わせた状態で位置決めされている上板W1および下板W2のうち下板W2の下面にダイ3を押し当てるとともに、ダイ3と対向配置されたノーズピース12を下降させて、そのノーズピース12とダイ3とで軽く上板W1および下板W2を加圧拘束する。この時、パンチ11の先端にはセルフピアスリベット15が予め供給されて吸着支持されている。
As shown in FIG. 2A, the
ここで、セルフピアスリベット15はフルチューブラリベットに類似した形状であって、平頭状の頭部15aと中空円筒状の軸部15bとを備えたものである。また、ダイ3には打ち込むべきセルフピアスリベット15の大きさに応じた皿状または凹状の加圧拘束面となる凹部3aが形成されていて、その中央部に略円錐形状の突出部3cが形成されている。
Here, the self-
続いて、図2の(B)に示すように、ノーズピース12とともにダイ3と対向配置されたパンチ11を下降させてセルフピアスリベット15を上板W1側から打ち込む。セルフピアスリベット15はその名のとおり自己穿孔方式にて上板W1および下板W2に打ち込まれ、その打ち込み進行に伴い上板W1と下板W2の一部がダイ3の凹部3a側に向けて膨出するように塑性変形することになる。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, the
そして、同図(C)に示すように、最終的にはセルフピアスリベット15は上板W1は貫通するも下板W2は貫通せず、軸部15bの先端が外側に拡がりながら下板W2に食い込み、頭部15aが上板W1とほぼ面一となる状態をもってリベット継手としての締結、すなわちセルフピアスリベット15による上材W1と下板W2との締結接合が完了する。なお、下板W2側にはセルフピアスリベット15による接合痕あるいは締結痕として、ダイ3の凹部3aの形状が転写されるかたちで中央部が窪んだ凸部P1が不可避的に形成されることになる。
Then, as shown in FIG. 3C, the self-piercing
この場合において、パンチ11の昇降ストローク方向での位置、すなわちパンチ11の先端面が接触しているセルフピアスリベット15の頭部15aの位置(ダイ3の上面を基準とした時の頭部15aの上面の位置)は、図1に示したロータリーエンコーダ9の出力から検出可能であり、セルフピアスリベット15の打ち込みが完了した時点でパンチ11の最下降位置の位置データをピークホールドして取り込み、予め設定してある基準値と比較することで、セルフピアスリベット15の打ち込み品質の良否判定をその都度行ったり、あるいは全打点位置の品質保証のためのデータとして保存することが可能となる。
In this case, the position of the head 11a of the self-piercing
図2は、先にも述べたように、上板W1を例えば軟鋼板またはアルミニウム合金板、下板W2を例えば高張力鋼板とした場合の例であって、逆に上板W1に例えば引っ張り強度が1180MPaで板厚が1.6mm程度の超高張力鋼板を、下板W2に上板W1よりも板厚が大きい(板厚が2.8mm程度)アルミニウム合金板を採用した上で、両者をセルフピアスリベット15により接合した場合の例を図3に示す。なお、図3では、下板W2側に不可避的に形成される凸部P1での割れの発生等を防止するために、ダイ3の凹部3aに図2のような突出部3cが形成されていないタイプのものが使用される。
FIG. 2 shows an example in which the upper plate W1 is, for example, a mild steel plate or an aluminum alloy plate, and the lower plate W2 is, for example, a high-tensile steel plate. An ultrahigh-strength steel plate having a thickness of about 1.6 mm at 1180 MPa and an aluminum alloy plate having a thickness greater than that of the upper plate W1 (a thickness of approximately 2.8 mm) are adopted as the lower plate W2. FIG. 3 shows an example in which the self-piercing
同図に示すように、特に上板W1に引っ張り強度が1000MPaを超えるような超高張力鋼板を、下板W2に上板W1よりも軟質のアルミニウム合金板をそれぞれ採用した場合には、下板W2側に不可避的に形成される凸部P1と下板W2の裏面とのなすコーナー部、すなわち凸部P1の根元部に、下板W2側の材料が溢れ出して成長した膨出部P2が円周方向に沿って形成されることが判明した。この膨出部P2が形成されると、相対的に母材全体をパンチ11とともにダイ3から所定量αだけ相対的に押し上げてしまい、セルフピアスリベット15による接合品質としては問題とならないものの、打ち込まれたセルフピアスリベット15の頭部15aの位置を正確に測定できないことになる。
As shown in the figure, especially when an ultra-high tensile strength steel plate having a tensile strength exceeding 1000 MPa is used for the upper plate W1 and an aluminum alloy plate softer than the upper plate W1 is used for the lower plate W2, the lower plate is used. A bulge P2 formed by overflowing the material of the lower plate W2 into a corner formed by the protrusion P1 inevitably formed on the W2 side and the back surface of the lower plate W2, that is, the base of the protrusion P1. It was found to be formed along the circumferential direction. When the bulging portion P2 is formed, the entire base material is relatively pushed up from the
この膨出部P2が形成されることにより母材全体を所定量αだけ押し上げてしまう原因としては次のように説明できる。すなわち、上板W1に超高張力鋼板を採用し、下板W2に上板W1よりも軟質のアルミニウム合金板を採用した場合、それら両者を接合するためのセルフピアスリベット15としても硬度が高いものが必要となる。そのため、セルフピアスリベット15の軸部15bが拡径しにくくなるとともに、セルフピアスリベット15で打ち抜かれた上板W1の一部Wnの塑性流動が緩慢となることで、図2の(C)と比較すると明らかなように、その打ち抜かれた上板W1の一部Wnと下板W2側の材料がセルフピアスリベット15の内部(軸部15bの内部)に十分に入り込まず、その反動としてダイ3の凹部3aに充満すべき材料の一部が溢れ出す現象が発生する。
The reason why the formation of the bulging portion P2 causes the entire base material to be pushed up by a predetermined amount α can be explained as follows. In other words, when an ultra-high tensile strength steel plate is used for the upper plate W1 and an aluminum alloy plate softer than the upper plate W1 is used for the lower plate W2, the self-piercing
また、図1に示したC型フレーム2を母体とするリベット打ちガン1を用いた場合、セルフピアスリベット15の打ち込みに伴う反力の全てをC型フレーム2が負担しているので、セルフピアスリベット15の打ち込みの瞬間にC型フレーム2自体に多かれ少なかれ撓み変形(弾性変形)が発生することになる。その結果として、セルフピアスリベット15の打ち込みが完了してC型フレーム2の撓み変形が復元した際に、ダイ3の凹部3aに納まりきれかなかった材料が下板W2の裏面において膨出部P2として成長し、ダイ3から母材全体を押し上げてしまうとともに、パンチ11までも押し戻してしまうものと推測される。ここでは、上記のようなセルフピアスリベット15の打ち込み時に、膨出部P2の形成によって母材全体を押し上げてしまう図2の浮上量αを自己浮上量と定義するならば、この自己浮上量αは0.2〜0.3mm程度とされる。
When the riveting gun 1 having the C-shaped
そこで、本実施の形態では、上板W1と下板W2との組み合わせ次第で不可避とされる膨出部P2の形成を容認した上で、打ち込まれたセルフピアスリベット15の頭部15aの位置を正確に測定できる工法を提供するもので、その詳細を図4,5に示す。
Therefore, in the present embodiment, the position of the
図4は図1〜3に示したものに代わるダイ20を拡大した模式図を示し、図5は図4のダイ20を用いたセルフピアスリベット15の打ち込み過程を段階的に示している。
FIG. 4 is an enlarged schematic view of a die 20 instead of the die shown in FIGS. 1 to 3, and FIG. 5 shows a stepwise driving process of the self-piercing
図4の(A)はダイ20の断面説明図を、(B)は同図(A)の下面図をそれぞれ示していて、これらの図に示すように、ダイ20を支えているダイポスト21の外周にはリテーナ22が固定されていて、そのリテーナ22の上にダイ20に外挿されるかたちで圧縮コイルスプリング(以下、単にスプリングと言う。)23が装着されている。さらに、スプリング23の上面には押し上げ部材としてワッシャーに類似した円環状のリングリフター24が装着されている。
4A is a cross-sectional explanatory view of the die 20, and FIG. 4B is a bottom view of FIG. 4A. As shown in these figures, the
スプリング23としては、その伸縮に際してダイ20あるいはダイポスト21と干渉しないような巻き径のものが採用されているとともに、リングリフター24が無負荷の状態で、そのリングリフター24の上面とダイ20の上面とのなす距離が予め設定した設定浮上量としての設定リフトアップ量Sとなるように、リングリフター24の上昇限位置L1が図示を省略したストッパーで機械的に規制されている。つまり、リングリフター24がスプリング23の伸縮を伴いながら下降動作と上昇動作とを繰り返したとしても、常に一定の高さ位置である上昇限位置L1に復帰するように、スプリング23が所定量だけ圧縮された状態(スプリング23が自由長さの状態にないこと)でリングリフター24の上昇限位置L1が設定されている。
The
なお、リングリフター24の上面とダイ20の上面とのなす距離である設定リフトアップ量Sは、先に述べたように不可避的に形成される膨出部P2に基づく自己浮上量αよりも十分に大きい値に設定される。
Note that the set lift-up amount S, which is the distance between the upper surface of the
図5の(a)は、図4のリングリフター24が付帯するダイ20を用いた上で、上板W1と下板W2とからなる母材にセルフピアスリベット15が打ち込まれた直後の状態を示している。なお、同図の符号L1はリングリフター24の上昇限位置レベルを示し、符号L2はダイ20およびダイポスト21を支えている図1のC型フレーム2が撓み変形していない状態でのダイ20の上面レベルを示している。
FIG. 5A shows a state immediately after the self-piercing
図5の(a)に示すように、ダイ20を下板W2に押し当てることで、リングリフター24はセルフピアスリベット15の打ち込みに際して障害とならないように母材により相対的に押し下げられる。また、先に述べたように、セルフピアスリベット15の打ち込みに伴って、ダイ20およびダイポスト21を支えている図1のC型フレーム2が撓み変形することになる。そのため、図5の(a)では、同図の(b)に比べてダイ20およびダイポスト21が押し下げられた状態を誇張して描いている。
As shown in FIG. 5A, by pressing the die 20 against the lower plate W2, the
図5の(b)は、セルフピアスリベット15の打ち込み完了後であって且つ同図(a)のC型フレーム2の撓み変形が復元した後の状態を示していて、C型フレーム2の撓み変形が復元したタイミングで、下板W2側に膨出部P2が形成されることは先に述べたとおりである。これらのC型フレーム2の撓み変形の復元と膨出部P2の形成により、母材である上板W1および下板W2とともにパンチ11までもがわずかながら押し戻されることになる。
FIG. 5B shows a state after the driving of the self-piercing
図5の(c)は、上記のような膨出部P2の形成を容認した上で、リングリフター24により母材である上板W1および下板W2を強制的にリフトアップさせた状態を示している。このリフトアップに際しては、パンチ11をノーズピース12とともに一旦所定ストロークだけ上昇動作させるものとし、そのパンチ11の上昇動作に伴って、スプリング23の力によりリングリフター24が予め設定してある設定リフトアップ量Sだけ上昇して、母材である上板W1および下板W2を押し上げてダイ20から浮上させる。
FIG. 5C shows a state in which the formation of the bulging portion P2 as described above is allowed, and the upper plate W1 and the lower plate W2, which are the base materials, are forcibly lifted up by the
リングリフター24が母材である上板W1および下板W2を押し上げる設定リフトアップ量Sは、先に述べたように、膨出部P2が不可避的に形成されることに基づく自己浮上量αよりも大きい値に設定してあるため、凸部P1を含む下板W2は必ずダイ20から離間することになる。なお、パンチ11の上昇ストロークは、図1に示したコントローラ13に予め設定されている。また、当然のことながら、リングリフター24を押し上げているスプリング23の力は、母材である上板W1および下板W2の自重に十分に対抗できるだけの大きさに予め設定されている。
The set lift-up amount S by which the
こうして、母材である上板W1および下板W2が設定リフトアップ量Sだけリフトアップされたならば、図5の(d)に示すように、一旦上昇動作させたパンチ11をノーズピース12とともに再度下降させて、打ち込み後のセルフピアスリベット15の頭部15aに当接させる。この場合、下降するパンチ11がリングリフター24を押し戻してしまうことがないように、パンチ11はセルフピアスリベット打ち込み時よりも低速且つ低荷重で下降させるものとする。なお、パンチ11を再度下降させる際のストロークおよび速度等は、先に述べたコントローラ13に予め設定されている。
When the upper plate W1 and the lower plate W2, which are the base materials, are lifted up by the set lift-up amount S in this manner, the
そして、セルフピアスリベット15の頭部15aにパンチ11が当接して停止した時点で、図1に示したロータリーエンコーダ9が指示する位置データをピークホールドして取り込み、打ち込み後のセルフピアスリベット15の高さ位置データとして記憶する。さらに、取り込んだセルフピアスリベット15の高さ位置データを予め設定してある基準値(設定リフトアップ量Sを加味した基準値)と比較することで、セルフピアスリベット15の打ち込み品質(打ち込み後のセルフピアスリベット15の頭部15aと上板W1との面一度合い)の良否判定をリアルタイムでその都度行ったり、あるいは全打点位置の品質保証のためのデータとして保存・記録することになる。
When the
なお、取得したセルフピアスリベット15の高さ位置データにはリングリフター24による設定リフトアップ量Sが反映されている一方で、設定リフトアップ量Sは膨出部P2が不可避的に形成されることに基づく自己浮上量αよりも大きい値となるように予め設定したものであるため、その値は既知である。このようなことから、リングリフター24による設定リフトアップ量Sが反映されていないセルフピアスリベット15の高さ位置データを取得したい場合には、単に測定後のセルフピアスリベット15の位置データから設定浮リフトアップ量Sの値を減ずれば良いことになる。
In addition, while the set lift-up amount S by the
このように本実施の形態によれば、押し上げ部材としてのリングリフター24による設定リフトアップ量Sとして、膨出部P2が不可避的に形成されることに基づく自己浮上量αよりも大きい値に設定してある一方、セルフピアスリベット打ち込み後の母材を上記設定リフトアップ量Sだけリフトアップさせた上で、セルフピアスリベット15の頭部15aの高さ位置を測定するようにしているため、下板W2の下面に不可避的に形成される膨出部P2やC型フレーム2の撓み変形の影響を受けることなく、打ち込み後のセルフピアスリベット15の頭部15aの位置を正確に測定することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the set lift-up amount S by the
図6,7は本発明に係るセルフピアスリベット接合方法の第2の実施の形態を示す図で、図4,5に示した第1の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。そして、図6の(A)はダイ20の断面説明図を、(B)は同図(A)の下面図をそれぞれ示している。また、図7は図6のダイ20を用いたセルフピアスリベット15の打ち込み過程を段階的に示している。
FIGS. 6 and 7 are views showing a second embodiment of the self-piercing rivet joining method according to the present invention, in which parts common to those of the first embodiment shown in FIGS. It is. 6A is a cross-sectional explanatory view of the die 20, and FIG. 6B is a bottom view of FIG. 6A. FIG. 7 shows stepwise the driving process of the self-piercing
この第2の実施の形態では、図6に示すように、リングリフター24をエアシリンダに代表されるような流体圧アクチュエータ29にて積極的に昇降動作させるようにしたものである。より詳しくは、ダイポスト25の下部にホルダ26が昇降可能に案内支持されているとともに、ダイポスト25を径方向に貫通する逃げ孔25aにはバー状のリテーナ27が配設されている。リテーナ27はホルダ26に連結支持されているとともに、リテーナ27の両端から左右一対のタイバー28が立設されていて、それらのタイバー28の上端にリングリフター24が連結支持されている。
In the second embodiment, as shown in FIG. 6, the
そして、ホルダ26には例えば直動型アクチュエータとしてエアシリンダに代表されるような流体圧アクチュエータ29の出力ロッドが連結されているとともに、流体圧アクチュエータ29が収縮状態にある時には、リングリフター24の上面はダイ20の上面と面一状態もしくはダイ20の上面よりもわずかに下位の高さとなる下降限位置で待機するように設定されている。
An output rod of a
図7は、図6に示した流体圧アクチュエータ駆動のリングリフター24を用いた上でのセルフピアスリベット15の打ち込み過程を段階的に示していて、同図の(a)〜(d)は図5の(a)〜(d)にそのまま対応している。
FIG. 7 shows stepwise the driving process of the self-piercing
図7の(a)に示すように、母材である上板W1および下板W2にセルフピアスリベット15が打ち込まれた段階のほか、同図(b)に示すように、C型フレーム2の撓み変形が復元し且つ下板W2に膨出部P2が形成されるまでは、リングリフター24は下降限位置L2にある。
As shown in FIG. 7A, in addition to the stage where the self-piercing
図7の(c)に示すように、セルフピアスリベット15の打ち込み後、パンチ11がノーズピース12とともに一旦所定ストロークだけ上昇すると、それに続いて初めて図6に示した流体圧アクチュエータ29の伸長動作に基づいてリングリフター24がリフトアップして、母材である上板W1および下板W2を押し上げることになる。このリングリフター24のリフトアップ状態において、リングリフター24の上面とダイ20の上面とのなす距離であるところの設定リフトアップ量Sは、先の第1の実施の形態と同様に、膨出部P2が不可避的に形成されることに基づく自己浮上量αよりも大きい値に予め設定されている。
As shown in FIG. 7 (c), after the
そして、このようなリフトアップ状態において、図7の(d)に示すように、パンチ11をノーズピース12ともに再度下降させて、打ち込み後のセルフピアスリベット15の頭部15aに当接させることでその高さ位置を測定することになる。
Then, in such a lift-up state, as shown in FIG. 7D, the
この第2の実施の形態においても先の第1の実施の形態と同様の効果が得られることになる。 In the second embodiment, the same effects as those in the first embodiment can be obtained.
図8,9は本発明に係るセルフピアスリベット接合方法の第3の実施の形態を示す図で、図6,7に示した第2の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。 8 and 9 are views showing a third embodiment of the self-piercing rivet joining method according to the present invention, in which parts common to those of the second embodiment shown in FIGS. It is.
この第3の実施の形態では、図8に示すように、リングリフター24を昇降動作させる直動型アクチュエータとして、図6の流体圧アクチュエータ29に代えて電磁石31を用いたものである。より詳しくは、ダイポスト25の下部に昇降可能に案内支持されたホルダ30が永久磁石で形成されている一方、そのホルダ30の下側に隣接して電磁石31を固定配置してある。この電磁石31は、後述する図9の(b)と(c)とを比較すると明らかなように、通電方向を切り換えれることで当該電磁石31上下の極性を反転させることができるようになっている。そして、図8の状態ではホルダ30が電磁石31に吸着されていて、これによりリングリフター24の上面はダイ20の上面と面一状態もしくはダイ20の上面よりもわずかに下位の高さとなる下降限位置で待機するように設定されている。
In the third embodiment, as shown in FIG. 8, an
図9は、図8に示した電磁石駆動のリングリフター24を用いた上でのセルフピアスリベット15の打ち込み過程を段階的に示していて、同図の(a)〜(d)は図5,7の(a)〜(d)にそのまま対応している。
FIG. 9 shows stepwise the driving process of the self-piercing
図9の(a)に示すように、母材である上板W1および下板W2にセルフピアスリベット15が打ち込まれた段階のほか、同図(b)に示すように、C型フレーム2の撓み変形が復元し且つ下板W2に膨出部P2が形成されるまでは、リングリフター24は下降限位置にある。すなわち、電磁石31がホルダ30を吸着したままの状態にある。
As shown in FIG. 9 (a), in addition to the stage where the self-piercing
図9の(c)に示すように、セルフピアスリベット15の打ち込み後、パンチ11がノーズピース12とともに一旦所定ストロークだけ上昇すると、電磁石31での通電方向がそれまでとは逆方向に切り換えられて、電磁石31の上下の極性が反転することになる。この電磁石31の極性反転により、当該電磁石31とホルダ30とが反発し合うかたちとなって、この時点で初めてリングリフター24がホルダ30とともにリフトアップして、母材である上板W1および下板W2を押し上げることになる。このリングリフター24のリフトアップ状態において、リングリフター24の上面とダイ20の上面とのなす距離であるところの設定リフトアップ量Sは、先の第1の実施の形態と同様に、膨出部P2が不可避的に形成されることに基づく自己浮上量αよりも大きい値に予め設定されている。
As shown in FIG. 9C, after the
そして、このようなリフトアップ状態において、図9の(d)に示すように、パンチ11をノーズピース12ともに再度下降させて、打ち込み後のセルフピアスリベット15の頭部15aに当接させることでその高さ位置を測定することになる。
Then, in such a lift-up state, as shown in FIG. 9D, the
この第3の実施の形態においても先の第1,第2の実施の形態と同様の効果が得られることになる。ただし、配管や配線等の付帯機器が少なく構造の簡素化を図る上では、先の第1の実施の形態のものが最も有利となる。 In the third embodiment, the same effects as in the first and second embodiments can be obtained. However, in order to simplify the structure because there are few ancillary devices such as piping and wiring, the first embodiment is most advantageous.
また、上記第1〜第3の実施の形態においては、母材である上板に超高張力鋼板を、同じく母材である下板にアルミニウム鋼板をそれぞれ採用した場合を例にとって説明したが、母材同士の組み合わせは超高張力鋼板とアルミニウム鋼板との組み合わせに限定されるものではないだけでなく、母材として三枚重ねのものを採用しても良い。要は、異材質の上板と下板との強度差により、それらに打ち込まれるセルフピアスリベットとして相対的に硬質材料製のものを採用する場合であれば本発明を適用することができる。 Further, in the first to third embodiments, an example in which an ultra-high-strength steel plate is used as an upper plate serving as a base material and an aluminum steel plate is used as a lower plate also serving as a base material has been described as an example. The combination of the base materials is not limited to the combination of the ultra-high-strength steel sheet and the aluminum steel sheet, and a three-layered base material may be adopted. In short, the present invention can be applied to a case where a relatively hard material is used as the self-piercing rivet to be driven into the upper and lower plates due to the difference in strength between the upper and lower plates made of different materials.
さらに、上記第1〜第3の実施の形態において押し上げ部材として用いているリングリフター24はあくまで一例にすぎず、同一機能が発揮されるならば、他の形状のものを用いることができることは言うまでもない。
Further, the
1…リベット打ちガン
2…C型フレーム(支持体)
5…パンチ駆動ユニット(パンチ駆動機構)
8…サーボモータ
9…ロータリーエンコーダ
11…パンチ
15…セルフピアスリベット
20…ダイ
23…圧縮コイルスプリング
24…リングリフター(押し上げ部材)
P2…膨出部
S…設定リフトアップ量(設定浮上量)
W1…上板(母材)
W2…下板(母材)
α…自己浮上量
1.
5. Punch drive unit (punch drive mechanism)
8
P2: bulging portion S: set lift-up amount (set floating amount)
W1: Upper plate (base material)
W2: Lower plate (base material)
α: Self-floating amount
Claims (6)
上記パンチはパンチ駆動機構により進退駆動されるようになっているとともに、
上記パンチ駆動機構は打ち込まれたセルフピアスリベットの位置をパンチの変位に基づいて測定する機能を有していて、
上記セルフピアスリベットの打ち込みによって接合された母材を予め設定してある浮上量だけダイから離間させた状態で、セルフピアスリベットの位置を測定することを特徴とするセルフピアスリベット接合方法。 At least two plate-shaped base materials having different strengths are overlapped with each other, and the die is brought into contact with the base material having the lower strength, and the support is common to the die from the base material having the higher strength toward the die. A method of joining base materials together in the form of a rivet joint by driving a self-piercing rivet with a punch supported by
The punch is driven forward and backward by a punch drive mechanism,
The punch drive mechanism has a function of measuring the position of the driven self-piercing rivet based on the displacement of the punch,
A self-piercing rivet joining method, wherein the position of the self-piercing rivet is measured while the base material joined by driving the self-piercing rivet is separated from the die by a predetermined floating amount.
上記セルフピアスリベットの打ち込みによって接合された母材を設定浮上量だけダイから離間させた後に、再度セルフピアスリベットにパンチを当接させてセルフピアスリベットの位置を測定することを特徴とする請求項2に記載のセルフピアスリベット接合方法。 While the punch is once separated from the self-piercing rivet after driving the self-piercing rivet,
After the base material joined by driving the self-piercing rivet is separated from the die by a set floating amount, a punch is again brought into contact with the self-piercing rivet to measure the position of the self-piercing rivet. 3. The method for joining self-piercing rivets according to item 2.
上記C型フレームの一端にダイが支持されているとともに、
上記C型フレームの他端にダイと同一軸線上に位置するパンチがパンチ駆動機構とともに支持されているものであることを特徴とする請求項3に記載のセルフピアスリベット接合方法。 The support on which the die and the punch are supported is a C-shaped frame,
A die is supported at one end of the C-shaped frame,
4. The self-piercing rivet joining method according to claim 3, wherein a punch located on the same axis as the die is supported at the other end of the C-shaped frame together with a punch driving mechanism.
上記セルフピアスリベットの打ち込みによって接合された母材を設定浮上量だけダイから離間させるように浮上させる押し上げ部材をダイ側に設けてあることを特徴とするセルフピアスリベット接合装置。 A self-piercing rivet joining apparatus used in the self-piercing rivet joining method according to claim 4,
A self-piercing rivet joining apparatus, characterized in that a push-up member is provided on the die side for causing the base material joined by driving the self-piercing rivet to separate from the die by a set floating amount.
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