JP6805376B2 - リベッティング方法 - Google Patents

Description

本発明は、リベッティング方法に関する。この方法は、特に自動車産業にて用いられる
が、当業界のみに限定されない。

自己穿孔リベット、いわゆるＳＰＲは、スポット接合技術である。この場合、自己穿孔
リベットは、ダイ上に設置される積層された加工物にパンチで打ち込まれる。ダイは、ダ
イに向かってリベットを加工物に打ち込めば加工物の材料が塑性変形するように形成され
ている。加工物材料をこのように処理すれば、リベットの環状先端部が外向きに裾状に拡
がり、加工物材料のアップセット環状部に包み込まれた状態に保たれる。リベットの裾状
に広がる先端が加工物のアップセット環状部と噛み合った状態で結合することにより、リ
ベットの外れや加工物の層の分離を防ぐ。

ＳＰＲは、リベットの貫入およびアップセットのために加工物の塑性処理を要するため
、いくつかの材料は、ＳＰＲ技術に用いるには、適さないと一般的に考えられてきた。例
えば、マグネシウム合金、超高強度鋼（UHSS）、および航空機グレードアルミニウムは、
従来のＳＰＲに用いるのに十分な延性を有さないと考えられてきた。このような強度を有
する材料に貫入可能な柱強度を有する従来のリベットは、適正なアップセットのために裾
状とすることができない程の過度の強度を有する。他の例として、重合体加工物層または
、複合材料の加工物層は、リベットと接触することで、塑性変形するのではなく、亀裂や
破砕を生じさせかねない。これにより、接合が弱くなり、および／または、湿気の侵入に
より酸化が生じやすくなる。そのため、従来技術において、ＳＰＲは、標準グレードの鋼
や形成段階のアルミニウムなどの材料のみに用いられてきた。

ソリッドリベッティング、すなわち、従来のリベッティングは、他のスポット接合技術
である。円柱状のシャンクおよび拡張されたヘッドを、加工物内の予め形成された穴に挿
入することで、ヘッドが加工物の上側表面に当接し、積層された加工物の裏面側からシャ
ンクが突き出る。続いて、シャンクの突出端は、アップセットされる。例えば、ハンマー
または当盤と共にプレス機を用いること、リベットの除去または加工物の層の分離を防止
する拡径型ローブを形成するためにシャンクの端部をピーニングすることで、アップセッ
トが行われる。ソリッドリベッティングの問題として、加工物内に予め形成された穴を要
する点が挙げられる。これにより接合工程の複雑性および所要時間が増し、従って、コス
トも上昇する。更に、リベットおよび関連するツールが適切な位置に移動する間に、各層
、従って層内の穴同士が不整列となることを防止するために、穴の形成後に加工物を適切
な位置に保持する工程を要する。

他の既知のスポット接合技術として、摩擦攪拌スポット溶接が挙げられる。摩擦攪拌ス
ポット溶接においては、その先端にＴ字型のプローブを有する円柱状パンチを、回転させ
、接合されるべき加工物の層に打ち込む。プローブと加工物層との間の摺動摩擦は、層を
溶かすことなく、軟化および可塑化させる。また、プローブの回転により、材料を変位さ
せ、２つの層の可塑化部分を合体させる。パンチが引き戻され、加工物が冷却されると、
合体可塑化部分が硬化し、２つの層の間を溶接する。

上述の合体可塑化部分は、加工物における組成が類似した材料を軟化させた場合にのみ
形成可能であるため、摩擦攪拌スポット溶接は、非常に似通った溶接材料同士のみに用い
られてきた。更に、いくつかの材料は、摩擦攪拌スポット溶接に全く適さない。例えば、
熱硬化性重合体のように所要の方法により発生する温度によっては軟化しない材料、ある
いは、摩擦攪拌スポット溶接の領域内の温度にて特性が変わる硬化鋼のように、所要の温
度にて機械特性が変化する材料が挙げられる。

上述した不利な点を軽減もしくは除去し、および／または改善されたまたは代替的なリ
ベッティング方法を提供することは、本発明の目的の１つである。

第１態様において、本発明は、リベットを加工物に挿入するために、リベットおよび加
工物をリベットの縦軸方向に沿って相対的に動かすことにより、リベットを加工物に打ち
込むステップを備える方法を提供する。この方法においては、
リベットが加工物と接触する時間の少なくとも一部に亘り、リベットを、その縦軸を中
心に加工物に対して回転させ、
リベットの回転速度またはリベットの縦軸方向に沿う移動速度を、リベットの加工物へ
の打ち込みが完了する前に少なくとも一度は変更し、
リベットの軸の一端に、加工物を穿孔するための先端部を設けると共に、リベットに、
先端部から縦方向に伸張する実質的に円柱状のシャンクを設け、
シャンクに、１つ以上の表面凹凸部を設ける。

本態様または他の態様において、上述した加工物内のリベットをその縦軸方向に沿って
相対的に動かすことは、リベットをその縦軸方向に沿って加工物に対して動かすこと、加
工物をリベットの縦軸方向に沿ってリベットに対して動かすこと、または、両者を相対的
に動かすことを含む。リベットの回転速度またはリベットの縦軸方向に沿う移動速度の変
更は、速くするものであっても、遅くするものであってもよい。変更の前後の速度は、実
質的にゼロである。リベットの回転速度またはリベットの縦軸方向に沿う移動速度の変更
は、リベットが加工物と接触する間、例えば、加工物にリベットが打ち込まれる間に生じ
る。

シャンクの半径方向外面に１つ以上の表面凹凸部を設けることができる。

リベットに、先端部および少なくとも一部のシャンクを通過する穿孔を設けることによ
り、シャンクの半径方向内面を規定し、半径内方向のシャンク面に１つ以上の表面凹凸部
を設けることができる。

１つ以上の表面凹凸部を、細長い形状とすることができる。

１つ以上の細長い形状の表面の凹凸を、実質的に軸線方向に整列させることができる。

代替的または追加的に、１つ以上の細長い形状の表面の凹凸を、実質的に円周方向に整
列させることができる。

代替的または追加的に、１つ以上の細長い形状の表面凹凸部を、それぞれ実質的にらせ
ん形状とすることができる。

１つ以上の細長い形状の表面凹凸部を、それぞれ突起形状とすることができる。

１つ以上の細長い形状の表面の凹凸が、それぞれ開口部形状とすることができる。

上述の開口部、または複数の場合には各開口部を、凹部、穿孔、または平面形状として
もよい。なお、平面形状を有する場合、実際には平面は、リベットシャンクの残余の構成
要素の円柱状外面の裏側に凹みを有する。

リベットに、１つ以上の開口部を備える場合、１つ以上の開口部を、シャンクの半径方
向内面と半径方向外面との間で伸張させることができる。

１つ以上の表面凹凸部を備えるリベットは、異なる形状の凹凸部を備えてもよい。例え
ば、リベットは、シャンクに刻み面を設けるために軸線列の環状溝または円周列の縦溝を
備えてもよい。他の例として、リベットは、１つの突起部と３つの開口部を備えてもよい
。

第２態様において、本発明は、リベットを加工物に挿入するために、リベットおよび加
工物をリベットの縦軸方向に沿って相対的に動かすことにより、リベットを加工物に打ち
込むステップを備える方法を提供する。この方法においては、
リベットが加工物と接触する時間の少なくとも一部に亘り、リベットを、その縦軸を中
心に加工物に対して回転させ、
リベットの回転速度またはリベットの縦軸方向に沿う移動速度を、リベットの加工物へ
の打ち込みが完了する前に少なくとも一度は変更し、
リベットの軸の一端に、加工物を穿孔するための円周方向に不連続の先端部を設け、リ
ベットに、先端部から縦方向に伸張する実質的に円柱状のシャンクおよびシャンクの半径
方向外面を設ける。

円周方向に不連続の先端部は、リベットの縦軸方向に対して垂直であり、先端部の軸線
方向にて最も末端にある点と交差する場合に存在すると考えられる。この場合、上記の点
は、リベット縦軸方向から少なくとも１つの半径方向距離を隔てた位置にて、先端部が１
つの特定の角度位置にある平面と交差するが、他の角度位置では平面と交差しない点を指
す。言い換えると、先端部は、少なくとも上述した平面の半径部が、円形または環状形状
を有しない場合に、円周方向に不連続の先端部となる。例えば、星形形状の先端部は、そ
の半径方向外面が環状でないことから、円周方向に不連続であると考えられる。これは、
縦軸から大きく離れる半径方向距離を有することで、先端部が、星の点の角度位置にて平
面と交差するが、点同士の間の角度位置においては交差しないことから生じる。他の例と
して、ライフル砲身形状の先端部は、ライフリングを除いた残余の部分の半径方向内面が
環状でないことから、円周方向に不連続であると考えられる。これは、縦軸から小さく離
れる半径方向距離を有することで、先端部が、ライフリングの角度位置にて平面と交差す
るが、ライフリングの溝の角度位置においては交差しないことから生じる。

円周方向に不連続の先端部は、本発明の第１態様に関して上述した１つ以上の表面凹凸
形状により設けられる。

円周方向に不連続の先端部に、複数の歯部を設けることができる。

先端部を、その全ての半径方向範囲に亘って円周方向に不連続とすることができる。

リベットは、リベットの縦軸方向に対して垂直であり、先端部の軸線方向にて最も末端
にある点と交差する場合にリベットの全ての半径方向範囲に亘って円周方向に不連続とし
てもよい。この場合、上記の点は、リベット縦軸方向から少なくとも１つの半径方向距離
を隔てた位置にて、先端部が１つの特定の角度位置にある平面と交差するが、他の角度位
置では平面と交差しない点を指す。言い換えると、先端部は、上述した平面の半径部が、
円形または環状形状を有しない場合に、その全ての半径方向範囲に亘って円周方向に不連
続となる。例えば、星形形状の先端部は、そのハブが環状でないことから、その全ての半
径方向範囲に亘って円周方向に不連続であると考えられる。これは、縦軸から小さく離れ
る半径方向距離を有することで、先端部が、星の点の角度位置にて平面と交差するが、点
同士の間の角度位置においては交差しないことから生じる。他の例として、ライフル砲身
形状の先端部は、その半径外部が環状であることから、円周方向に不連続ではないと考え
られる。これは、縦軸から大きく離れる半径方向距離を有することで、先端部が、全ての
角度位置にて平面と交差するためである。例えば、三日月形の先端部は、その全ての半径
方向範囲に亘って円周方向に不連続であると考えられる。起伏または凹凸形状の切削片を
有する先端部もその全ての半径方向範囲に亘って円周方向に不連続であると考えられる。

リベットに先端部およびシャンクの一部を通過する穿孔を設けることで、シャンクの半
径方向内面に実質的に管状のシャンクを設けることができる。

リベットが上述のような穿孔を有する場合、先端部において実質的に管状である部分に
縦方向のスロットを設けることができる。

スロットは、シャンクの半径方向内面とシャンクの半径方向外面との間に伸張させるこ
とができる。

代替的に、スロットを、シャンクの半径方向外面またはシャンクの半径方向内面に設け
ることができるが、スロットがシャンクの厚さの全てに亘って貫通することはない。

前記先端部に、シャンクの半径方向内面と交差するテーパー内面を設けることができる
。

代替的または追加的に、前記先端部に、シャンクの半径方向外面と交差するテーパー外
面を設けることができる。

前記先端部は、穿孔または凹面を有しない場合、テーパー外面により、縦軸と交差する
点または交差しない点にてテーパーを施すことができる。

テーパー面は、上述の面と５０度未満の角度で交差してもよく、例えば、４０度未満ま
たは３０度未満の角度であってもよい。

先端部が、テーパー内面またはテーパー外面を有する場合、テーパー面または各テーパ
ー面を、ファセット面とすることができる。

代替的に、テーパー面は、平滑形状、例えばナーリングによるテクスチャー形状、起伏
形状、または他の適切な形状を有していてもよい。

前記先端部により、リベットの縦軸に対して垂直でない平面を規定することができる。

例えば、平面を、縦軸に対して、少なくとも１度の角度を有する位置に配置することも
できる。例えば、平面を、縦軸に対して、少なくとも５度または少なくとも１０度の位置
に配置してもよい。代替的または追加的に、平面を、縦軸に対して、少なくとも４０度未
満の角度を有する位置に配置することもできる。例えば、平面を、縦軸に対して、少なく
とも３０度未満または少なくとも２０度未満の位置にしてもよい。

このような先端部は、上述した平面と単一点にて交差することから、円周方向に不連続
である。

第３態様において、本発明は、リベットを加工物に挿入するために、リベットおよび加
工物をリベットの縦軸方向に沿って相対的に動かすことにより、リベットを加工物に打ち
込むステップを備える方法を提供する。この方法においては、
リベットが加工物と接触する時間の少なくとも一部に亘り、リベットを、その縦軸を中
心に加工物に対して回転させ、
リベットの回転速度またはリベットの縦軸方向に沿う移動速度を、リベットの加工物へ
の打ち込みが完了する前に少なくとも一度は変更し、
加工物に、マグネシウム、航空機用アルミニウム、超高強度鋼、チタニウム、または、
金属マトリックス材からなる層を設ける。

超高強度鋼は、約1,000 MPaの超高強度を有する鋼または、約12.5％未満の伸張率を有
する鋼であると考えられる。航空機グレードアルミニウムは、約12.5％未満の伸張率を有
するアルミニウムであると考えられる。航空機グレードアルミニウムは、例えば、7000シ
リーズまたは2000シリーズのアルミニウムであってもよい。

加工物に、マグネシウム、航空機用アルミニウム、超高強度鋼、チタニウム、金属系複
合材、炭素繊維複合体、または、ポリマーからなる更なる層を設けてもよい。

代替的または追加的に、加工物に、標準グレードの鋼または、形成段階のアルミニウム
からなる追加的な層を設け、リベットを加工物に挿入する際に該追加的な層を、リベット
が接触する最後の層としてもよい。

標準グレードの鋼は、約1,000 MPa未満の超高強度を有する鋼または、約12.5％超の伸
張率を有する鋼であると考えられる。形成段階のアルミニウムは、約12.5％超の伸張率を
有するアルミニウムであると考えられる。

第４態様において、本発明は、リベットを加工物に挿入するために、リベットおよび加
工物をリベットの縦軸方向に沿って相対的に動かすことにより、リベットを加工物に打ち
込むステップを備える方法を提供する。この方法においては、
リベットが加工物と接触する時間の少なくとも一部に亘り、リベットを、その縦軸を中
心に加工物に対して回転させ、
リベットの回転速度またはリベットの縦軸方向に沿う移動速度を、リベットの加工物へ
の打ち込みが完了する前に少なくとも一度は変更し、
リベットを、航空機用アルミニウム、ステンレス鋼、チタニウム、または、セラミック
で構成する。

これらのうちの一材料から構成されるリベットは、リベットおよびリベットにより形成
される接合が酸化などの腐食に対してより高い耐性を有する。

第４態様において、本発明は、リベットを加工物に挿入するために、リベットおよび加
工物をリベットの縦軸方向に沿って相対的に動かすことにより、リベットを加工物に打ち
込むステップを備える方法を提供する。この方法においては、
リベットが加工物と接触する時間の少なくとも一部に亘り、リベットを、その縦軸を中
心に加工物に対して回転させ、
リベットの回転速度またはリベットの縦軸方向に沿う移動速度を、リベットの加工物へ
の打ち込みが完了する前に少なくとも一度は変更し、
リベットツールにより、リベットと摩擦係合する１つ以上の回転駆動部材を通じてリベ
ットを回転させる。

リベットツールに、その内部で往復動可能なツールノーズおよびパンチを設け、該パン
チによって、リベットを加工物に打ち込むための軸線方向力を加えることができる。

リベットおよび加工物がリベットの縦軸方向に沿う相対的な動きが、加工物を動かすこ
とにより生じる場合、パンチによって加えられる軸線方向力は、反力であってもよい。

回転駆動部材（複数の場合には１つの回転駆動部材）を、パンチで構成することができ
る。

代替的または追加的に、回転駆動部材（複数の場合には１つの回転駆動部材）を、ツール
ノーズで構成することができる。

ノーズツールが回転駆動部材である場合、リベットツールに、ノーズに対して回転可能
に取り付けられる圧力面を設け、該圧力面が、リベットの挿入中に加工物に接触し、該加
工物と接触する少なくとも一部の時間に亘り、リベットをノーズに対して回転させる構成
としてもよい。

第６態様において、本発明は、リベットツールを用いてリベットを加工物に挿入するた
めに、リベットおよび加工物をリベットの縦軸方向に沿って相対的に動かすことにより、
リベットを加工物に打ち込むステップを備える方法を提供する。この方法においては、
リベットツールに、その内部で往復動可能なツールノーズおよびパンチを設け、
リベットを加工物に打ち込むための軸線方向力が該パンチにより加えられるものとし
リベットが加工物と接触する時間の少なくとも一部に亘り、リベットツールのノーズに
より、リベットをその縦軸を中心に加工物に対して回転させ、
リベットの回転速度またはリベットの縦軸方向に沿う移動速度を、リベットの加工物へ
の打ち込みが完了する前に少なくとも一度は変更する。

リベットを加工物に打ち込む際に、パンチを加工物に対して非回転状態に維持すること
ができる。

代替的に、パンチをリベットに沿って回転させてもよい。例えば、パンチが回転可能で
あることにより、パンチは自由回転可能となりまたは、ツールノーズをパンチ駆動と係合
させることもできる。

リベットに沿って回転するパンチは、パンチと回転面（例えば、リベットの表面または
リベットツールの他の構成要素）との間のインターフェイスにおける、パンチの摩損の速
度を低減させることができるため有益である。

第７態様において、本発明は、リベットを加工物に挿入するために、リベットおよび加
工物をリベットの縦軸方向に沿って相対的に動かすことにより、リベットを加工物に打ち
込むステップを備える方法を適用する。この方法においては、
リベットが加工物と接触する時間の少なくとも一部に亘り、リベットを、その縦軸を中
心に加工物に対して回転させ、
リベットの回転速度またはリベットの縦軸方向に沿う移動速度を、リベットの加工物へ
の打ち込みが完了する前に少なくとも一度は変更し、
リベットツールが、リベットの一部の円周方向にてリベットと係合する回転駆動部材を
通じて、リベットを回転させる。

リベットの軸の一端に、加工物を穿孔するための先端部を設け、リベットに、先端部か
ら縦軸方向に伸張するシャンク、および該シャンクから半径方向に外側に伸張するヘッド
を設けることができる。

リベットがヘッドを有する場合、回転駆動部材と係合するリベットの一部に、半径方向
周辺端またはヘッドにより規定される表面を設けることができる。代替的または追加的に
、回転駆動部材と係合するリベットの一部に、ヘッドとシャンクとの交点にて、フィレッ
ト部または面取り部を設けることもできる。

第８態様において、本発明は、リベットを加工物に挿入するために、リベットおよび加
工物をリベットの縦軸方向に沿って相対的に動かすことにより、リベットを加工物に打ち
込むステップを備える方法を提供する。この方法においては、
リベットが加工物と接触する時間の少なくとも一部に亘り、リベットを、その縦軸を中
心に加工物に対して回転させ、
リベットの回転速度またはリベットの縦軸方向に沿う移動速度を、リベットの加工物へ
の打ち込みが完了する前に少なくとも一度は変更し、
リベットに、その全軸長に亘って伸張する縦方向の穿孔を設ける。

リベットを、リベットツールの回転駆動部材により回転させ、該回転駆動部材を、非円
形断面を設けた穿孔の一部と係合させることができる。この穿孔の一部は、例えば、その
断面にて、四角形、六角形または卵形であってもよい。

回転駆動部材を、リベットに、該リベットを加工物に打ち込むための軸線方向力を加え
るパンチで構成し、該パンチから突き出る補完的な形状の打ち込みビットを通じて、該パ
ンチを穿孔と係合させる構成としてもよい。

打ち込みビットを、該打ち込みビットがパンチの端面から突き出る伸張位置と、打ち込
みビットがパンチの端面からより少ない程度で突出し、または、パンチの端面と同一平面
となる格納位置との間で可動としてもよい。

リベットを、縦軸に沿って実質的に対称とすることができる。

パンチに、リベットの一端に軸線方向力を加え、リベットを加工物へ打ち込む際にリベ
ットの端部を変形させる成形先端部を設けることができる。

第９態様において、本発明は、リベットおよび加工物をリベットの縦軸方向に沿って相
対的に動かすことにより、リベットを加工物に打ち込むステップを備える方法を提供する
。この方法においては、
リベットが加工物と接触する時間の少なくとも一部に亘り、リベットを、その縦軸を中
心に加工物に対して回転させ、
リベットの回転速度またはリベットの縦軸方向に沿う移動速度を、リベットの加工物へ
の打ち込みが完了する前に少なくとも一度は変更し、
リベットの軸の一端に、加工物を穿孔するための先端部を設けると共に、リベットに、
先端部から縦軸方向に伸張するシャンク、および該シャンクから半径方向に外側に伸張す
るヘッドを設け、
ヘッドにより、先端部に対向する底面を規定し、
リベットに、ヘッドの底面または該ヘッドに隣接するシャンクの一部に設けられ、その
内部に加工材料を収容するキャビティを設ける。

シャンクに上記のようなキャビティを設ける場合、キャビティは、本発明の第１態様に
係る表面凹凸部を構成する。

加工物へのリベットの挿入中に、加工材料をキャビティに押し入れてもよい。

代替的に、キャビティは、不測の事態に備えて設けることもできる。工程が、適正に実
施される場合、加工物は、キャビティを避けたままである。

第10態様において、本発明は、リベットを加工物に挿入するために、リベットおよび加
工物をリベットの縦軸方向に沿って相対的に動かすことにより、リベットを加工物に打ち
込むステップを備える方法を提供する。この補法においては、
リベットが加工物と接触する時間の少なくとも一部に亘り、リベットを、その縦軸を中
心に加工物に対して回転させ、
リベットの回転速度またはリベットの縦軸方向に沿う移動速度を、リベットの加工物へ
の打ち込みが完了する前に少なくとも一度は変更し、
リベットの軸の一端に、加工物を穿孔するための先端部を設け、リベットに、先端部か
ら縦軸方向に伸張するシャンク、および該シャンクから半径方向に外側に伸張するヘッド
を設け、
リベットの端部にある、ヘッドに最も近いシャンクの一部を、シャンクの残余の構成要
素よりも大径とする。

シャンクの一部は、第１態様に係る円周方向に環状の突起部を備えてもよい。

シャンクの一部を、実質的に円柱形状としてもよい。

代替的に、シャンクの一部を、円錐台形状としてもよい。

第11態様において、本発明は、リベットを加工物に挿入するために、リベットおよび加
工物をリベットの縦軸方向に沿って相対的に動かすことにより、リベットを加工物に打ち
込むステップを備える方法を提供する。この方法においては、
リベットが加工物と接触する時間の少なくとも一部に亘り、リベットを、その縦軸を中
心に加工物に対して回転させ、
リベットの回転速度またはリベットの縦軸方向に沿う移動速度を、リベットの加工物へ
の打ち込みが完了する前に少なくとも一度は変更し、
リベットを加工物に打ち込む前後または打ち込む際に、加工物および／またはリベット
に少なくとも一地点において補助加熱を加える。

補助加熱は、リベットとの接触により摩擦加熱と共に、またはその代わりに、加工物を
軟化させるために用いてもよい。

補助加熱の少なくとも一部をレーザービームによって行うことができる。

代替的また追加的に、補助加熱の少なくとも一部を超音波エネルギによって行ってもよ
い。

補助加熱の少なくとも一部を超音波エネルギによって行う場合、リベットをダイに向け
て加工物に打ち込み、少なくとも一部の超音波エネルギを、ダイから加工物に与えること
もできる。代替的または追加的に、ツールノーズまたはパンチによって、超音波エネルギ
を、加工物および／またはリベットに与えてもよい。

本発明の任意の態様において、リベットにより、第１回転速度にて第１加工物層を穿孔
した後に、第２回転速度にて第２加工物層を穿孔することができる。

第１回転速度を第２回転速度以上とすることができる。

代替的に、第１回転速度を第２回転速度以下としてもよい。

リベットにより、第１軸線方向速度にて第１加工物層を穿孔した後に、第２軸線方向速
度にて第２加工物層を穿孔することができる。

リベットにより、第１回転速度にて第１加工物層を穿孔した後に、第２回転速度にて第
２加工物層を穿孔し、リベットにより、第１軸線方向速度にて第１加工物層を穿孔した後
に、第２軸線方向速度にて第２加工物層を穿孔する場合、第１回転速度にて穿孔された第
１加工物は、第１軸線方向速度にて穿孔された第１加工物層と同一の層であっても、そう
でなくともよい。同様に、第２回転速度にて穿孔された第２加工物は、第２軸線方向速度
にて穿孔された第２加工物層と同一の層であっても、そうでなくともよい。

第１軸線方向速度を第２軸線方向速度以上とすることができる。

代替的に、第１軸線方向速度を第２軸線方向速度以下としてもよい。

リベットを実質的にゼロの回転速度にて、加工物の少なくとも一部に貫入させることが
できる。

ここに「実質的にゼロ」とは、リベットおよび加工物の動作にほとんど影響を与えない
程度に低い値であることを意味する。

実質的にゼロの速度は、上述した第１回転速度または第２回転速度であってもよいし、
そうでなくともよい。

リベットの回転速度を、リベットの加工物への打ち込みが完了する前に少なくとも二度
は変更することができる。

リベットの軸線方向移動速度を、リベットの加工物への打ち込みが完了する前に少なく
とも二度は変更することができる。

リベットの軸線方向速度または回転速度を少なくとも二度変更するということは、３つ
の異なる軸線方向速度または回転速度にてリベットを移動することに制限するものではな
い。例えば、リベットの回転速度または軸線方向速度を一度変更した後に、元の値に速度
を戻すよう二度目の変更をしてもよい。

リベットの回転速度または、軸線方向移動速度の変更（複数の場合には少なくとも一度
の変更）を、加工物によりリベットに適用される抵抗力により生じさせることができる。

例えば、加工物をより深く貫入することにより、リベットの速度は減速するだろう。こ
れは、加工物層の材料成分と無関係に、より深く貫入するに連れてより強い抵抗力が生じ
るため、あるいは、リベットが加工物の異なる層に接触することで、加工物層が更に硬く
なる結果、より強い抵抗力が生じるためである。

リベットの回転速度の変更（複数の場合には少なくとも一度の変更）を、リベットを回
転させるためにリベットに適用するトルク値の変更により生じさせることができる。

リベットの軸線方向移動速度の変更（複数の場合には少なくとも１つの変更）を、リベ
ットを加工物に打ち込むためにリベットまたは加工物に適用するトルク値の変更により生
じさせることができる。

リベットを加工物に打ち込むために適用する軸線方向移動速度を、実質的に一定とする
ことができる。

加工物内の異なる層にリベットを接触させることで、リベットの軸線方向移動速度また
は、回転速度の変更（複数の場合には少なくとも一度の変更）を生じさせることができる
。

上述したように、速度の変更は、抵抗力または能動的な操作により生じ得る。例えば、
リベットを挿入するリベットツールは、加工物内のリベットの位置を検知し、それに対応
して速度を変更することができる。

加工物に対するリベットの軸線方向での移動を、リベットの加工物への打ち込みが完了
する前に少なくとも一地点にて休止させることができる。例えば、加工物に対するリベッ
トの軸線方向での移動を、リベットが最初に加工物の層に接触したときに、休止させるこ
とができる。上記の層が加工物の上側の層である場合、加工物に対するリベットの軸線方
向での移動を、リベットが最初に加工物に接触したときに、休止させるものとしてもよい
。

第12態様において、本発明は、上述した方法を使用して加工物の２つ以上の層を留め合
わせる製品の製造方法を提供する。

第13態様において、本発明は、第12態様に係る方法を使用して製造する製品を提供する
。

第１１態様または第12態様において、形成される製品は、オートバイ、自動車、バン、
トラックまたは航空機などの車両であってもよい。

第14態様において、本発明は、第１態様、第２態様、第４態様、第８態様〜第10態様の
うち、それらの任意の特徴を備えるリベットを提供する。

本発明の態様は、特に、約12．5％未満の伸張率、例えば、約10％未満の伸張率の延性
を有する１つ以上の層を備える加工物に用いるのに適する。例えば、本発明の態様は、マ
グネシウム（マグネシウムは約８％の伸張率を有し得る）から構成される加工物に用いる
のに特に適している。また、本発明の態様は、約1,000 MPa超、例えば約1,200 MPa超の超
高強度を有する超高強度鋼から構成される１つ以上の層を備える加工物に用いるのに特に
適している。

図１は、従来のＳＰＲリベットの側面断面図である。 図２は、更なる従来のＳＰＲリベットの側面断面図である。 図３は、更なる従来のＳＰＲリベットの側面断面図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係る方法の各段階を示す、一連の模式的側面断面図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る方法にて用いられる装置の一部の模式的側面断面図である。 図６は、本発明の第３実施形態に係る方法にて用いられる装置の一部の模式的側面断面図である。 図７は、本発明の第４実施形態に係る方法の各段階を示す、一連の模式的側面断面図である。 図８は、本発明での使用に適するリベットの側面図である。 図９は、本発明での使用に適する更なるリベットの側面図である。 図１０は、本発明での使用に適する更なるリベットの側面図である。 図１１は、本発明での使用に適する更なるリベットの斜視図である。 図１２は、本発明での使用に適する更なるリベットの側面図である。 図１３は、本発明での使用に適するリベット、リベットに挿入するのに適するツールの一部、およびリベットを用いた接合の一連の模式的側面図である。 図１４は、本発明での使用に適する更なるリベットの側面図である。 図１５は、本発明での使用に適する更なるリベットの側面断面図である。 図１６は、本発明での使用に適するリベットの一部の破断図である。 図１７は、本発明での使用に適する更なるリベットの側面図である。 図１８は、本発明での使用に適するリベットの斜視図である。 図１９は、本発明での使用に適する更なるリベットの斜視図である。 図２０は、本発明での使用に適する更なるリベットの斜視図である。 図２１は、本発明での使用に適する更なるリベットの側面断面図である。 図２２は、本発明での使用に適するリベットの斜視図である。 図２３は、本発明での使用に適する更なるリベットの側面断面図である。 図２４は、本発明での使用に適するリベットおよびリベットに挿入するのに適するツールの一部の一連の模式的側面図である。 図２５は、本発明での使用に適する更なるリベットの側面断面図である。 図２６は、本発明での使用に適する更なるリベットおよびリベットに挿入するのに適するツールの一部の一連の模式的側面図である。 図２７は、本発明での使用に適する更なるリベットの側面図である。 図２８は、本発明での使用に適する更なるリベットの側面図である。 図２９は、本発明での使用に適する更なるリベットの側面図である。 図３０は、本発明での使用に適する更なるリベットの側面図である。 図３１は、本発明での使用に適する更なるリベットの側面図である。

実施の形態

本発明の特定の実施形態を実施例のみによって、添付の図面を参照しながら以下に述べ
る。

以下、図面について詳述する。図１は、従来の自己穿孔リベット２を示す。リベット２
は、リベットの一方の端部に先端部６、他方の端部にヘッド８、およびその両端部間に伸
張する円柱状のシャンクを備え、縦軸４を規定する。リベットは、リベット縦軸４と実質
的に同軸上にある穿孔12を備える。本実施例において、穿孔12は、先端部６を通過し、シ
ャンク10の全長に亘って伸張する。そのため、シャンク10は、シャンクの半径方向外面14
とシャンクの半径方向内面16を規定する。各面を、実質的に円柱形状とし、実質的に縦軸
４周りで円周方向に配置する。リベット２の先端部６は、テーパー内面18を備える。テー
パー内面18は、先端部６に環状切削片20を設けるものである。この実施例において、テー
パー内面18は、約140度の角度にて、シャンクの半径方向内面16と交差する。更に、テー
パー内面18は、半径方向に外側に十分に伸張するため、この実施例の切削片20は、テーパ
ー面18の交差点にて、実質的に円周方向にある切削端であり、シャンクの半径方向におけ
る外面14であると考えられる。

リベット２のヘッドは、外周縁部22を規定する。外周縁部22は、実質的に円柱状表面の
形状を有し、実質的にリベット縦軸４の円周方向に配置される。ヘッド８は、リベット２
の先端部６に最も近いヘッドの表面にて底面24を規定する。本実施例において、底面24は
、円錐台形状を有し、実質的にリベット縦軸４の円周方向に配置され、シャンク10の半径
方向外面14とフィレット交点26にて交わる。さらにヘッド8は、圧力面28を規定する。圧
力面28には、リベットを加工物（図面では見えていない）に打ち込むための軸線方向力を
加えることができる。

本実施例において、穿孔12は、シャンク10の全長に亘って伸張する。そのため、シャン
クは、実質的に管状である。他の実施例においては、穿孔12は、シャンク10の一部に沿っ
て伸張するのみである。この場合、穿孔１２が通るシャンクの一部を、シャンクの実質的
な管状部と称する。

図２は、図１にて示した自己穿孔リベット２と同様の更なる従来の自己穿孔リベット２
を示す。本実施例において、リベット２の先端部６は、図１のリベットにて示すテーパー
内面18ではなく、テーパー外面30を備える。テーパー外面30は、この場合、約140度の角
度にて、シャンクの半径方向外面14と交差する。更に、図１の示すリベットの切削片20は
、鋭利な先端部を有するが、図２のリベットの切削片20は、環状面形状を有し、実質的に
縦軸４周りに円周方向に配置される。更に、本実施例において、リベット２のヘッド８の
底面24は、専らフィレット交点26により規定される。また、ヘッド８の外周縁部22は、円
柱状面ではなく、環状縁部により規定される。

図３は、更なる従来の自己穿孔リベット２を示す。図１および図２のリベットとは異な
り、図３の穿孔12は、丸み帯びた端部ではなく、テーパー端部32を有する。追加的に、ヘ
ッド８の底部24は、環状面形状を有し、実質的に縦軸４周りに円周方向に配置される。ヘ
ッドの底部とシャンク10の半径方向外面との間の交点は、フィレット交点を有さない。更
に、リベット２の先端部６は、図１および図２にてそれぞれテーパー面18、30として示さ
れるテーパー面を有さない。代わりに、切削片20は、環状面形状を有し、実質的にシャン
ク10の半径方向外面14と半径方向内面16との間にて伸張する縦軸４周りに円周方向に配置
される。

本発明の第１実施形態に係る方法について、その各段階を図４Ａ〜４Ｅに図示する、図
４を参照しながら以下に詳述する。本実施形態は、他の製品の製造にも用いることができ
るが、車両の製造工程の一部である。第１実施形態において、加工物46は、マグネシウム
合金で構成する車両用シャーシの一部である第１層42、および従来の形成段階のアルミニ
ウムで構成する車体構造パネルの一部である第２層44を備える。これらの層は、図１に示
されるタイプのリベットをこれらの層に挿入することで接合する。この場合、リベット２
をチタニウムで構成する。本実施形態において、第２層44は、追加的な層の具体例である
。リベット２は、パンチ48を備えるリベットツールを用いて挿入する。パンチ48は、ツー
ルノーズ50およびダイ52の内部に相互に収容される。本実施形態において、ツールノーズ
50は実質的に管状であり、パンチ48は、実質的に円柱形状である。ツールノーズとパンチ
は、実質的に互いに同軸上に配置される構成とする。ダイ52は、ピップ54および環状キャ
ビティ56を有する。ピップ54および環状キャビティ56は、実質的に互いに同軸上に配置さ
れる構成とする。ツールノーズ50をパンチ48に弾性的に接続することで、パンチが軸線方
向に移動するとそれに伴ってツールノーズも移動するが、ツールノーズの移動が妨げられ
た場合においてもパンチの動作が継続するような構成とすることができる。本実施形態に
係るツールノーズ50は、その遠位先端部に温度センサ57を備える。

なお、加工物の地面に対する空間的な方向とは無関係に、加工物の「上側」は、リベッ
トが最初に接触する部分を指し、加工物の「下側」は、リベットが最後に接触する部分、
この場合、ダイに接触する部分を指す。例えば、下方からリベットを加工物に挿入するこ
ともできるが、この場合においてもリベットは、最初に「上側」層に接触する。

加工物46の層42、44を接合するため、加工物をダイ52の環状支持面57に配置し、リベッ
ト２をツールノーズ50内に取り付ける。より具体的には、この場合、リベット２を、圧力
面28がパンチ48の端面58に当接するように取り付け、ツールノーズ50およびパンチ48と実
質的に同軸上になるよう配置する。パンチ48およびリベット２に沿う、ツールノーズ50を
ダイ52の反対側に配置する。従って、ツールノーズ50、パンチ48およびリベット２は、全
てピップ54およびダイ52のキャビティ56と同軸上にある。油圧シリンダ形状のアクチュエ
ータにより、パンチをその縦軸、すなわち、ツールノーズ50およびリベット２の縦軸に沿
って、加工物に向けて前進させる。この際、パンチと共にツールノーズも軸線方向に移動
する。ツールノーズ50が加工物46の上側に接触すると、ツールノーズ50は、更に前進する
できなくなるが、パンチは、加工物に向けて、前進し続ける。パンチ48とツールノーズ50
が弾性接続する結果、パンチの継続的な動きが、ツールノーズを加工物に対して変位させ
る。そのため、加工物は、ダイ52とツールノーズ50の遠位端との間の位置にて保持される
。パンチ48の端面58が、リベット２の圧力面28と接触することにより、パンチ48が、加工
物に向けて、ツールノーズ50内で軸線方向に前進すると、それに伴いリベットも前進する
。このことは、図４Ａに示されている。パンチおよびリベットは、加工物に向けて前進し
、例えば、軸線方向速度300 mm／秒にて前進する。

リベット２が、加工物46の上側表面に接触すると、パンチ48の軸線方向動作、従って、
リベットの軸線方向動作を、制御ユニットにより休止させる。リベットが加工物46に接触
している間に、ツールノーズ50内にて、パンチ48をモータによりその縦軸を中心として回
転させる。パンチ48の端面58とリベット２の圧力面28との間の摩擦により、パンチ48が回
転すると、リベット２も共に回転する。そのため、パンチ48は、リベット２と摩擦係合す
る回転駆動部材として機能する。パンチを、位置エンコーダにより制御ユニット（いずれ
も図面では見えていない）に連結する。エンコーダを通して、制御ユニットは、パンチの
速度を検知し、モータの速度を調整する。これにより、パンチを一定の速度、例えば、こ
の場合は6,000 RPMにて回転させることができる。

図４Ｂに示すように、リベット２がその縦軸を中心として、加工物46の表面上で回転す
ると、リベット２と加工物46間の摺動摩擦により熱が生じ、リベット２と接触する位置に
ある加工物46が軟化する。これにより、特に第１層42のマグネシウムが軟化することによ
り、リベット２の尚早な変形または当該層に亀裂を生じさせることなく、その延性がリベ
ット２を貫入するのに十分なものとなる。制御ユニットは、センサ57を用いて加工物46の
上側の温度を検知する。ひとたび、十分に温度が上昇すると、制御ユニットは、モータに
より回転するパンチ48の速度を調整することで、リベット２の回転速度を変更する。より
具体的には、パンチ48の速度、従って、リベット２の速度は、500 RPMまで減速する。続
いて、制御ユニットは、油圧シリンダ（図面では見えていない）により、再びパンチ48お
よびリベット２を軸線方向に前進させる。この時点では、リベットは、例えば、軸線方向
速度200 mm／秒にて移動する。

図４Ｃに示すように、加工物４６に対するリベット２の継続的な動作により、リベット
２は、加工物46の上側、すなわち第１層42に貫入し始める。リベット２が、加工物46に貫
入するに連れて、加工物の上側の加工物材料60の一部は、リベット２の穿孔12に押し込め
られる。更に、リベット２により加工物46に加えられる軸線方向力によって、加工物の上
側の加工物材料62の一部はダイ５２のキャビティ56に押し込められる。

リベット２は、500 RPMの速度で回転しながら、加工物46に貫入し続ける。この速度は
、無視できる程度の追加的な摩擦加熱しか生じさせないものであるが、この速度にてリベ
ット２が軸線方向に回転しながら前進することで、加工物材料がリベット２に密着する度
合い、ひいてはリベット２により加工物46に押し込まれる度合いを低減させることができ
る。リベット２が加工材料に深く押し込まれることで、加工物の上側表面にリベットを取
り囲む著しい凹凸が生じる。このような凹凸は、審美的には望ましくなく、湿気が侵入す
るリスクを増やし、従って、接合部分に酸化を生じさせかねない

リベット２を、第２加工物層44に接触する地点まで加工物４６に貫入した場合、軸線方
向にてリベット２が更に移動することによりアップセットが行われる。キャビティ56に押
し込まれる第２層４４の加工物材料62は、ピップ54により半径方向に外側に向かって拡が
る。リベット２の先端部６が加工物の上記部分に貫入することで、塑性流れにより先端部
が外向きに裾状に拡がり、リベットのアップセットを行うことができる。リベット２の挿
入を通して、加工物材料60は、リベットの穿孔12に到るまで移動し続ける。

図４Ｄに示すように、接触面28が加工物46の上側表面と同一平面上に並ぶ地点までリベ
ットが到達すると、リベット２の加工物46への打ち込みが完了する。従って、制御ユニッ
ト（図面では見えていない）によりパンチ48の回転および軸線方向への前進が停止される
ため、リベット２も動作を停止する。接合が完了した状態において、リベット２の穿孔に
押し込まれた加工物材料60は、「スラグ」64を形成する。本実施形態において、スラグは
、実質的に穿孔の容量全体を占め、ダイ52のキャビティ56に押し込まれた加工物材料62は
、上述のように、外向きに裾状に拡がるリベットの先端部を包み込むアップセット環状部
66を形成する。

図４Ｅに示すように、接合が完了すると、パンチ48が引き戻され、リベット２は所定位
置に残る。当初は、ツールノーズ50は、パンチ48への弾性接続により加工物46に対して変
位されたままである。しかしながら、ひとたびパンチ48が十分に引き戻されると、ツール
ノーズ50は、パンチ48と共に上方に移動し、加工物46の表面から離れる。続いて、後続の
リベット２をツールノーズ50に取り付けることで、加工物46の異なる位置または異なる加
工物に、更なる接合を行うことができる。

本実施形態において、6,000 RPMの回転速度は第１回転速度の一例として、500 RPMの回
転速度は第２回転速度の一例として示している。この場合、第１回転速度は第２回転速度
以上である。他の回転速度を用いてもよい。

本実施形態において、制御ユニットによって、リベット２による加工物46への貫入の開
始が選択される時点では、上側層42に加える摩擦攪拌加熱の温度は、下側層44の大部分を
軟化させるのに十分な程度にまで上昇していない。これは、本実施形態において、第２加
工物層44を、従来のＳＰＲに適する機械特性を有する形成段階のアルミニウムから構成し
ているからである。そのため、リベット２の回転速度の変更を一定の時間内に行うことに
より、第２加工物層44の大部分への影響を与えることなく、ＳＰＲを、通常通りに実施す
ることができる。この場合においても、リベット２は、低速で回転し続けている。リベッ
ト２の回転が、リベット２の挿入時においても上側層42を軟化させるのに十分な速さの回
転速度に維持された場合、下側層44は、キャビティ５６に流入し、リベット２をアップセ
ットすることができない程、過度に軟化してしまう。

本実施形態においては、マグネシウム合金およびアルミニウムの接合について、参照し
ているが、他の材料を接合に用いてもよい。6,000 RPMの回転速度、および500 RPMの回転
速度について上記にて参照したが、他の回転速度を適用することもできる。回転速度は、
実験的に材料との組み合わせにより選択することもできる。

本発明の第２実施形態に係る方法について、図５を参照しながら以下に詳述する。第２
実施形態は、第１実施形態と同様であるため、相違点のみを以下に詳述する。第２実施形
態は、他の製品の製造にも用いることができるが、車両の製造工程の一部である。本実施
形態において、加工物46は、ポリマー材料で構成する絶縁パネルの一部である第１層42、
チタニウム合金で構成する車体構造パネルの一部である第２層44、および標準グレードの
鋼で構成する車両用シャーシ部材の一部である第３層70を備える。この場合、第１層42が
上側層であり、第３層70が下側層である。リベット２は、図１に関して上述したタイプの
リベットであるが、本実施形態においては、リベットをステンレス鋼で構成する。本実施
形態において、第１層42または第２層44の（双方ではなく）いずれか一方が「更なる層」
を構成し、第３層70は、「追加的な層」を構成すると考えられる。

本実施形態において、リベットツールはクランプ座金72を備える。クランプ座金72は、
ベアリング74によりツールノーズ50に回転可能に取り付けられている。クランプ座金72は
、圧力面76を有する。本実施形態において、圧力面76は、環状面形状を有し、実質的にツ
ールノーズ50およびパンチ48の縦軸周りに円周方向に配置される。第１実施形態において
、加工物46は、ツールノーズ50と直接接触するが、本実施形態において、加工物46は、ダ
イ52の支持面57とクランプ座金72の圧力面76との間で保持される。後述するように、第２
実施形態は、レーザー78の形状の補助加熱ユニットおよびレーザー78からの平行ビーム82
を発散ビーム84として拡散させるレンズ80を備える。

本実施形態においては、パンチ48ではなく、ツールノーズ50が回転駆動部材として機能
する。本実施形態において、実際にパンチ48は、加工物46に対して、非回転状態である。
リベット２は、加工物に挿入される前に、ツールノーズ50に取り付けられると、リベット
２と締まりばめとなる寸法としたツールノーズ50の穿孔86に挿入される。本実施形態にお
いては、穿孔86は、リベット２のヘッド8の周縁部22と締まりばめとなる。リベット２と
穿孔86との締りばめにより実質的に摩擦係合が生じることで、ツールノーズ50によって、
リベット２を動かすことが可能となり、例えば、リベット２とツールノーズ50との回転を
一致させることができる。本実施形態において、穿孔86は、リベット２の周縁部22（この
場合、リベット２のヘッド8）に対して補完的な形状を有するが、適切な締りばめを形成
するために補完的な形状であることを必ずしも要するわけではない。締りばめの代わりに
、穿孔86に設ける補完的な手段と係合する、軸線方向リッジまたは溝をリベットヘッドに
設けることもできる。

接合を形成するためにダイ52およびツールノーズ50をパンチ48およびリベット２と共に
配置する前に、加工物46の底面、すなわち第３層70を加熱するようレーザー78を用いる。
リベット接合を形成する第３層70の一部であって、リベット接合を形成する位置にビーム
84を照射する。後述するように、レーザーからのエネルギが第３層70を加熱することによ
り、所要の摩擦攪拌加熱の総量を低減させることができる。制御ユニット（図面では見え
ていない）は、レーザー78の作動時間を検知し、それにより、間接的に加工物46の第３層
70の温度を検知することができる。制御ユニットが、第３層70を所要の温度に到達させる
に十分な時間に亘ってレーザー78が作動したと決定すると、レーザーを遮断させ、ツール
ノーズ50（従って、パンチ48とリベット２）およびダイ52を、接合が所望される加工物46
の位置に実質的に一直線に配置する。レーザーを作動させる前後またはその作動の際、あ
るいは、ツールノーズ50を配置する前後または配置する際に、リベット２をツールノーズ
50に取り付けてもよい。

ツールノーズ50内にリベット２を取り付け、ツールノーズ50およびダイ52を適切な位置
に配置すると、ツールノーズ50およびパンチ48、従ってリベット２が、ダイ上に支持され
た加工物46に向けて、例えば、速度300 mm／秒にて軸線方向に前進する。本実施形態にお
いて、軸線方向への移動は、電気リニアアクチュエータ（図面では見えていない）または
油圧シリンダにより生じさせる。上述したように、クランプ座金72の圧力面76が加工物46
の上側層42に接触するのに十分な程度にまでツールノーズ50が前進すると、ツールノーズ
50は、加工物46に対して保持される。本実施形態において、ツールノーズ50とパンチ48と
の間の弾性接続は、加工物46を適切な位置に保持するだけでなく、パンチ48の継続的な動
作中にクランプ座金72とダイ52との間の加工物46をクランプする構成とする。この場合、
パンチ48がツールノーズ50内で、リベット２が加工物46に接触するのに十分な程度にまで
前進するときに適用されるクランプ力は3kNにまで到る。いくつかの状況下では、このよ
うな方法で加工物46をクランプすることで、材料に変形を生じさせかねない加工物46の表
面領域を制限することができ、接合の質の向上を図ることができる。例えば、上述したよ
うな、加工物がリベット２により押し込まれる度合いを制限することができる。

ひとたびリベット２が加工物46に接触すると、加工物に対するリベットの軸線方向での
移動が休止する。この時点にて、制御ユニット（図面では見えていない）は、2 Ｎｍのト
ルクをツールノーズ50に適用するようモータに指令を送り、例えば、ツールノーズ50が4,
000 RPMにて回転するよう作用する。なお、制御ユニットは、ツールノーズ50に適用され
るトルクを、変換器を介して検知する。これにより、加工物46の表面上でリベット２が同
一速度で回転することで、摩擦加熱が生じる。リベット２と加工物46との間の摩擦に加え
、パンチ48が非回転状態であることから、パンチ48の端面58とリベット２の圧力面28との
間に著しい摩擦加熱が生じる。これにより、リベット２が熱せられ、いくらかの熱がリベ
ット２から加工物46へと伝導することで、加工物材料を軟化させるために要する時間を短
縮することができる。リベット２が熱せられることで、リベット２の延性が向上し、必要
に応じて、リベット２を所要の程度に裾状に拡げることが可能となる。対照的に、いくつ
かの用途において、このような加熱工程を経ないリベットのステンレス鋼材料は、適正な
変形が不可能な程、脆弱である場合がある。しかしながら、他の用途においては、ステン
レス鋼リベットは、室温あるいは加工物単体の摩擦接触により到達する温度により、十分
な延性を有することができる。

ツールノーズ50は、回転するが、クランプ座金72は、非回転状態にある。クランプ座金
72をツールノーズ50に連結するベアリング74は、ツールノーズ50により、クランプ座金72
に適用されるトルクを制限する。また、クランプ座金72の圧力面76と加工物46との間の摩
擦は、クランプ座金72を実質的に回転静止状態にて保持する。対照的に、クランプ座金72
がツールノーズ50と共に回転する場合、ベアリング74は加工物材料自体に入り込み、審美
的にも望ましくない、脆弱な接合を形成しかねない。

リベット２が、最初に回転し始めると、リベット２と加工物46間、リベット２とパンチ
48間、およびベアリング74に生じる摩擦として、リベット２に作用する回転に対する抵抗
力が生じ、ツールノーズ50およびリベット２の回転速度を、例えば、2,000 RPMに制限す
る。しかしながら、加工物46の上側が加熱され、軟化すると、加工物46間およびリベット
の摩擦抵抗は減少する。制御ユニットは、ツールノーズ50の速度を検知し、速度が当初の
速度、例えば、3,000 RPMにまで加速すると、パンチ48が、リベット２を加工物46に向け
て押し始める。この場合、制御ユニットは、歪みゲージなどの力変換器を用いることで、
パンチ48およびリベット２に加えられる力を検知することができ、制御ユニットは、アク
チュエータ２を規制することができる。そのため、アクチュエータ２は、パンチ48に2 kN
の力を加えることで、速度180 mm／秒にてリベット２を第１加工物層の重合体材料内へと
移動させることができる。

ひとたびリベット２が加工物46の第２層44に接触すると、重合体材料よりも著しく硬い
第２層44のチタニウム材料によって、リベット２に加わる摩擦抵抗が上昇し、軟化するた
めにより高い温度を要することとなる。この抵抗力の上昇により、リベット２およびツー
ルノーズ50の回転速度は減速する。この変化を、制御ユニットにより検知する。この変化
に応答して制御ユニットはリベット２の軸線方向での移動を休止させ、モータによってツ
ールノーズ50に適用するトルクを5 Ｎｍまで上昇させる。従って、リベット２の回転速度
は、例えば、5,000 RPMまで加速する。従って、リベット２は第２層44の上側表面にて回
転し、この層のチタニウム材料を軟化させるために要する追加的な摩擦攪拌加熱を行う時
間ができる。回転への抵抗力が再び減少すると、制御ユニットが、連動して加速する速度
を検知し、1.5 kNの軸線方向力を適用するようにアクチュエータを規制することで、140
mm／秒にて、第２層44へのリベット２の打ち込みが開始する。

リベット２が第３層70に到達すると、リベット２、従って、ツールノーズ50への抵抗力
が、再び増加する。この時点では、制御ユニットは、ツールノーズ50に作用するトルクを
変更しない。結果的に、リベット２の回転速度は、例えば、3,000 RPMまで減速する。レ
ーザー78により第３層70を加熱し、リベット２をアップセットするために第３層70が変形
への一定の抵抗力を要することから、第３層70は、ＳＰＲを行うのに十分な軟化を生じさ
せるために、リベット２からのわずかな摩擦攪拌加熱しか必要とせず、あるいは、そのよ
うな加熱を全く必要としない。そのためリベット２は、第３層70にて休止することなく、
第３層70への軸線方向への移動をし続ける。実際に、制御ユニットは、パンチ48に加えら
れる軸線方向力を3 kNまで増加することで、リベットの軸線方向速度を、例えば、150 mm
／秒まで加速する。リベット２の第３層70への貫入中に、加工物材料は、上述したように
ダイ52のキャビティ５６に押し込まれることで変形し、リベット２をアップセットする。

本実施形態において、180 mm／秒の軸線方向速度は第１軸線方向速度の一例として、14
0 mm／秒の軸線方向速度は第２回軸線方向速度の一例として示している。この場合、第１
軸線方向速度は第２軸線方向速度以上である。「第１軸線方向速度」と「第２軸線方向速
度」は、軸線方向速度とそれに続く軸線方向速度とを区別するために用いる。これらの用
語は、第１軸線方向速度の前には軸線方向速度が存在しないことを示すものでも、第１軸
線方向速度と第２軸線方向速度との間に軸線方向速度が存在しないことを示すものでもな
い。同様に、本実施形態において、4,000 RPMの回転速度は第１回転速度として、2,000 R
PMまたは、3,000 RPMの回転速度は第２回転速度のとして示している。この場合、第１回
転速度は第２回転速度以上である。「第１回転速度」と「第２回転速度」は、回転速度と
それに続く回転速度とを区別するために用いる。これらの用語は、第１回転速度の前には
回転速度が存在しないことを示すものでも、第１回転速度と第２回転速度との間に回転速
度が存在しないことを示すものでもない。

第３層70を、専ら摩擦攪拌加熱により軟化することもできるが、これを効果的に実施す
るために要するリベット２の回転速度が、第１層42に不利な影響を与えかねない。例えば
、このような速度で回転するリベット２により第１層42が過熱され、この層の加工物材料
は、軟化ではなく、溶解しかねず、この場合、溶解した加工材料が遠心力により放出され
、接合領域に不適切な材料を残すこととなるか、あるいはキャッチライトを生じさせかね
ない。そのため、本実施形態においては、リベット２を第２層44に貫入した後に回転速度
を減速することで、第３層が要するレーザー78による追加的な加熱によりもたらされかね
ない、上述のような不利な影響を被るリスクを低減する。

本実施形態においては、特定の組み合わせの材料の接合のみを参照するが、他の組み合
わせの材料を用いて接合を行ってもよい。異なる組み合わせの材料を用いる場合、適正な
回転速度は、実験的に決定することができる。

本発明の第３実施形態に係る方法について、図６を参照しながら以下に詳述する。第３
実施形態は、第１実施形態と同様であるため、相違点のみを以下に詳述する。本実施形態
において、第１層42は、炭素繊維複合体で構成する車体構造パネルの一部であり、第２層
46は、形成段階のアルミニウムで構成する車両用シャーシ部材の一部である。本実施形態
は、他の任意の実施形態のように、他の材料および／または他の製品にも用いることがで
きる。また、リベットを、ステンレス鋼、非ステンレス鋼、マグネシウム、チタニウムま
たは異なるグレードのアルミニウムなど、異なる適切な材料から構成してもよい。

本実施形態において、ツールノーズ50は、例えば、互いに係合する摩擦または補完的な
軸線方向手段によりリベット２と係合する回転駆動部材である。この場合、ツールノーズ
50は、実質的に円周列に配置され、リベット２と摩擦係合する４つの牽引可能なクランプ
ジョー90を備える。ジョー90は、半径方向内側に突出しているために、リベット２を把持
することできる閉位置と、ジョー90をその内部に収容するツールノーズ50内の開位置との
間で可動である。ツールノーズ50の遠位先端部は、制御ユニット（図面では見えていない
）に連結する力変換器92を備える。本実施形態において、パンチ48は、自由回転可能であ
る。

ジョー90を開いた状態で、ツールノーズ50内にリベット２を取り付けるためには、上述
したように、リベット２の圧力面28が、パンチ48の端面58に当接するように、リベット２
を配置しなければならない。続いて、ジョー90を閉じると、図１により詳細に示すように
、各ジョー90は、リベット２のフィレット交点26の円周部にてクランプする。クランプジ
ョー90が、このスロープ面にて作用することにより、リベット２は、上方に移動する、す
なわち、加工物46から離れる傾向にある。しかし、これは、リベット２の圧力面28とパン
チ48の端面58との接触により防止することができる。図６に示すように、ツールノーズ50
内にリベット２を取り付けた状態では、その先端部６は、ツールノーズ50の遠位端から突
き出ている。本実施形態において、リベット２は、実質的に加工物46の第１層42の厚さと
同じ長さだけツールノーズ50より突出している。

第３実施形態は、ダイ52が超音波ホーン94の一部であるという点においても第１実施形
態と異なる。超音波ホーン94は、超音波エネルギ源（図面では見えていない）に接続可能
であり、そのエネルギ源にて生成される超音波エネルギを収束させし、ダイ52を介して超
音波エネルギを、加工物46に作用させる。すなわち、超音波ホーン94と超音波エネルギ源
は、共働して、補助加熱ユニットを形成するものである。本実施形態において、超音波エ
ネルギとしいての補助加熱を、加工物46にリベット２を打ち込む前およびリベット２を打
ち込む際に加工物46に対して行う。制御ユニットは、超音波エネルギを加工物46に作用さ
せた時間を検知する。ひとたび、制御ユニットが、超音波エネルギの作用により、加工物
46の温度が十分に上昇したと判断すると、パンチ48、従ってツールノーズ50とリベット２
が前進し始める。本実施形態において、パンチ48、従ってツールノーズ50とリベット２が
前進すると、ノーズ片50ではなく、リベット２が最初に加工物46に接触する。実際には、
リベット２は、実質的に加工物46の第１層42の厚さと同じ長さだけツールノーズ50より突
出しているため、後述するように、ツールノーズ50は、リベット２が第２層44に到達した
際に一度だけ加工物46に接触するのみである。

ツールノーズ50により、クランプジョー90を通じてリベット２が加工物46に向けて前進
すると、リベット２は、例えば速度4,000 RPM にて回転する。パンチ48の端面58とリベッ
ト２の圧力面28との間に摩擦が生じることで、リベット２の作用により、パンチ48も共に
回転する。ひとたび、リベット２が第１層44の上側に接触すると、この層はダイ52を介し
て適用される超音波エネルギにより十分に加熱されるため、わずかな摩擦攪拌加熱のみを
要する。そのため、本実施形態においては、リベット２の軸線方向での移動を、加工物46
の表面上にて休止させる必要がない。代わりに、パンチ48、リベット２、およびノーズ片
50は前進し続け、リベット２は、遅滞することなく、加工物46に貫入し始める。第１層44
の炭素繊維は、それ自体が軟化するものではないが、炭素繊維を維持する繊維内のマトリ
ックスを軟化させることで、炭素繊維を切断するのではなく、リベット２により、変形さ
せることができる。これにより、摩耗を軽減することができる。

リベット２が第２層44に到達すると、制御ユニットは、ツールノーズ50が加工物46に接
触したという指令を力変換器92から受信する。この時点で制御ユニットは、ツールノーズ
50の回転を停止させ、クランプジョー90を引き戻すことでリベット２をツールノーズ50か
ら離脱させる。この時点でも、パンチ48は、軸線方向に前進し続けているが、ツールノー
ズ50に対するパンチ48の動きにより、クランプジョー90に損傷を与えることのないよう、
減速しながら前進する。これにより、任意の十分な力によって、ツールノーズ50が加工物
46に対して変位する前に、ツールノーズ50を確実に停止させることができ、ツールノーズ
50が加工物に入り込むことという，上述したような事態を防止することができる。リベッ
ト２は、第２層44に打ち込まれる際にはもはや非回転状態にあることから、この時点では
、リベット２をアップセットすることができない程、過度に軟化しかねないアルミニウム
材料を加熱することはない。その後、接合およびリベット２のアップセットが完了する。

本実施形態においては、補助加熱により加工物46を軟化させるため、リベット２が、加
工物46の表面上にて休止することはないが、これは、補助加熱を用いる場合にのみ、休止
なしにリベット２を加工物46に向けて前進させることができるという意味ではない。例え
ば、他の実施形態において、リベットが加工物に接触する際に、それが十分な角運動速度
を有することにより、十分な速度にて摩擦攪拌による軟化を生じさせることができる場合
には、軸線方向の移動を休止させる必要がない。

本発明の第４実施形態に係る方法について、図７を参照しながら以下に詳述する。本実
施形態は、ソリッドリベッティングの方法に関する。リベットをアップセットすることに
より、リベットと加工物との間に機械的な係合を行わせてリベットの両面に拡張部分を形
成する、従来のリベッティングと異なり、本実施形態においては、リベット２は、全く変
形しない。実際に、本実施形態に係るリベット２は、破砕が生じるまでは、通常、著しく
変形することのないセラミック材料で構成する。更に、本実施形態においては、リベット
を加工物内の予め形成された穴に挿入するのではなく、リベット２を直接、加工物46に貫
入させる。

上述したＳＰＲリベットと同様に、本実施形態のリベット２は、実質的に円柱状のシャ
ンク10、環状切削片20を有する先端部６および円錐台形状底面24を有するヘッド8を備え
る。この場合、リベット２の環状切削片20は、穿孔ではなく、凹面100の周囲に設ける。
リベット２は、ヘッド8にて、実質的に90度の間隔をおいて円周列上に配置され、実質的
に半径方向にある４本の溝102（１本のみが図示されている）形状の駆動係合手段を備え
る。他の構成を有する溝またはリッジを用いてもよい。

リベット２も、シャンク10の半径方向外面14に表面凹凸部を有する。この場合、表面凹
凸部は、細長く、開口部の一例である、溝104形状を有する。溝104を、実質的に円周方向
にて、リベットシャンク10の全円周を取り囲むように設ける。そのため、溝104は、環状
形状を有し、リベットシャンク10に、くびれた中央部、すなわち縮小直径部分を設ける。

第４実施形態に係る方法は、加工物46の第１層42と第２層44とを接合する方法である。
各層は、形成段階のアルミニウムで構成する車体構造パネルの一部である。本方法は、他
の材料および／または製品にも用いることができる。本実施形態において用いるリベット
ツールは、ＳＰＲのように、パンチ48をその内部に相互に収容するツールノーズ50を備え
る。この場合、パンチ48は、リベット２の半径方向にある溝102に収容される実質的に半
径方向にある４本のリッジ106（１本のみ図示されている）の環状列を有する。本実施形
態に係るダイ52は、コイニング型ダイである。このダイは、環状リップ112が上方に突き
出る平面108を備える。リップ108は、ダイ52を通じて穿孔110の入口を包囲する。

先の実施形態とは異なり、本実施形態においては、リベット２を一定の回転速度、例え
ば、6,000 RPMにて、加工物46に打ち込む。更に、制御ユニットが、パンチ48の直線運動
を能動的に制御するのではなく、アクチュエータ（図面では見えていない）を規制するこ
とで、例えば、700 Nの一定の力を加えることができる。これにより、リベット２の加工
物46へ向かう軸線方向の移動は、先端部６接触する加工物材料の状態により決定すること
ができる。リベット２は、加工物46に接近するに連れて、回転する。リベット２が加工物
46に接触するとき、アルミニウム材料の上側層42は室温下にあるため十分に軟化していな
い。そのため、加工物46によりリベット２に対する軸線方向抵抗力が加えられ、リベット
２の加工物46内への移動が妨げられる。従って、リベット２は、加工物46の上側面にてス
ピンする。ひとたび、加工物46の上層部領域が摩擦攪拌により十分に軟化すると、リベッ
ト２に加えられる軸線方向抵抗力が減少する。リベット２に下方向への軸線方向力を作用
させることにより、リベット２を加工物46に打ち込み始めることができる。リベット２が
、十分に軟化していない加工物46に接触するに連れて、あるいは、接触する際に、リベッ
ト２の軸線方向への移動が減速または停止することで、所要の摩擦加熱を生じさせる時間
を確保する。

リベット２を加工物46に挿入するに連れて、凹面下の加工物材料60の一部は、リベット
２と共に下方に押されるスラグ64を形成する。リベット２を完全に貫入し終えると、スラ
グ64は、リベット先端部６とダイ52のリップ112との間で切り落とされ、廃棄のために穿
孔110を通って落下する。いくつかの用途において、加工物46から構成されるスラグ64は
、例えば、審美的または空気力学上の理由により、加工物46の底面をより平滑にする仕上
げが所望されることもある。この段階でスラグ64を除去することにより、例えば、後の段
階におけるスラグの分離を防止することができる。後の段階でスラグが分離する場合には
、スラグ64が他の部材や製品に損傷を与え、あるいは、製品内に緩みを残し、製品が動く
時にがたつきを生じさせかねない、

リベット２が加工物46に貫入するに連れて、リップ112により、加工物46の下側に環状
のインデントを形成するのに十分な力を、ダイ52のリップ112に対する加工物46の下側表
面に加える。この力により、下側層44から溝104へと加工物材料が入り、第２層44とリベ
ット２との係合を設けることができる。リベット２のヘッド8が、リベット２に対する第
１加工物材料層43の上方移動を防止し、溝104内の材料が、リベット２に対する下側層44
が下方移動を防止することで、加工物層は、結合状態に保持され、接合が完了する。

上述したような形式のソリッドリベットの挿入は、リベット２を貫入し、リベット２と
の機械的な係合を設けるために塑性変形を要するので、本技術は、第１実施形態において
記載した強度および延性に関する懸念事項と同様の課題を伴う。従って、回転速度の変更
および／またはソリッドリベット２の軸線方向の挿入により、ＳＰＲに関連して記載した
１つ以上の利点を提供することができる。

本実施形態において、加工物46は、リベット２を介するパンチ48およびツールノーズ50
からの力により、ダイ52のリップ112に対して変位させるが、他の実施形態においては、
加工物46は、専らパンチまたはノーズ片によって変位させることもできる。更に、他の実
施形態においては、リベット２の挿入中の少なくとも一部に亘り、ダイ52は、上方に変位
させることができる。代替的または追加的に、ダイ52は、リベット２の挿入中の少なくと
も一部に亘り、ツールノーズ50および／またはパンチ48により下方に変位させることがで
きる。

図８は、上述の実施形態およびその変形実施形態での使用に適する代替的なソリッドリ
ベットを示す。図８のリベット２は、図７のリベット２と同様に、先端部６、シャンク10
および半径方向にある溝102を有するヘッド8を備える。しかしながら、図８のリベット２
は、図７における凹面100のような凹面を備えていない。その代わりに、実質的にリベッ
トの縦軸方向４に対して垂直である位置に配置され、実質的に円形形状を有するリベット
２の先端部６を備える。加えて、図８のリベット２の溝104は、実質的にシャンク10の全
軸長に亘って伸張でき、ヘッド8の底面24と交差するに十分な幅を有する。図７のリベッ
ト２に比べて、図８のリベット２の溝104がより大きな容積を有することで、より大きな
容積の加工物材料を収容することができ、加工物層42、44とリベット２との間の係合強度
を潜在的に高めることができる。

上述したように、スラグ64の動きを制御するために、図７における環状切削片20のよう
な環状切削片を設けることは、リベット２に対しては有益であるが、いくつかのリベッテ
ィング方法においては、そのような手段を不必要に残すことのないよう、接合が形成され
たときに加工物の下側を研磨するなど、スラグ64の能動的除去工程を設けてもよい。

図９は、本発明での使用に適する更なるリベットを示す。このリベット２は、シャンク
10の半径方向外面14に２つの表面凹凸部を有し、各表面凹凸部が実質的に円錐台形状の半
径方向突起部120である点を除いては、図７ａのリベット２と同様である。この場合、突
起部120を円周方向にて互いに対向する位置に配置する。突起部120が、例えば、下側加工
物層44に突き出ることで、加工物46と機械的に係合させることができる。加えて、突起部
120は、リベット２が回転しながら加工物46へ挿入する間に、攪拌作用をもたらすことが
できる。この攪拌作用は、２つの加工物層42、44の軟化した材料を混ぜ合わせるように作
用し、合体領域を形成し、摩擦攪拌スポット溶接を行う。このような溶接は、接合に補完
的な強度を提供し、あるいは、例えば、図９のリベット２の突起部120が２つの加工物層4
2、44間に突き出る場合には、加工物層42、44との間における全ての連結を形成するよう
適用することができる。

図９のリベット２は、実質的に円周方向で互いに対向する位置に配置する２つの円錐台
形状突起部120を備えるが、異なる数の突起部、異なる形状の突起部および／または、例
えば、１つ、３つ、もしくは、４つ以上の異なる数の突起部を備える他のリベットも使用
することができる。他のリベットの突起部は、任意の適切な方法で配置することができる
。例えば、突起部は、実質的に円周方向に均等な間隔または不均等な間隔を有する環状列
上に、および／または、リベットの長さに沿った異なる軸線上の点に間隔を設けて配置し
てもよい。

更なるソリッドリベット２を図１０に示す。このリベット２も、図７に関して記載した
リベット２と同様である。この場合、リベット２のシャンク10は、実質的に対向位置にあ
る円形開口部122形状を有する２つの表面凹凸部を備える。これらの円形開口部122は、直
径貫通孔124により設けるものである。例えば、コイニング型ダイにより変形させること
で、リベット２の挿入中に開口部122に加工物を収容することができ、リベット２と加工
物層42、44との間に係合を設けることができる。

図９のリベット２における突起部120と同様に、異なる数の開口部、異なる形状または
配置の開口部を備える他のリベットも使用することができる。例えば、図１０のリベット
２の変形実施形態として、各開口部を、別個の盲孔として設けることもできる。

図１１は、本発明の実施形態での使用に適するＳＰＲリベットを示す。図７〜図１０に
示すソリッドリベットと同様に、図１１のＳＰＲリベット２は、シャンク10の半径方向外
面14に表面凹凸部を有する。本実施例において、各表面凹凸部は、溝126形状の細長い開
口部である。各溝126は、リベット２のシャンク10に実質的に縦方向に整列する。図１１
から明白なように、溝126は、異なる縦方向の長さを有し、実質的にリベットシャンク10
周りの円周列に均一に配置される。溝126は、上述したようなリベット２と加工物との間
の所要の係合を改善し、あるいは、リベットがアップセットされていない他の実施形態に
おいても、両者間に係合を設け、および／または攪拌作用を生じさせる。

図１２は、本発明の実施形態での使用に適するソリッドリベット２を示す。このリベッ
ト２は、シャンク10の半径方向外面14の表面凹凸部がらせん形状の細長い溝128を備える
点を除いて、図７に関して記載したリベット２と同様である。この溝128は、上述したよ
うな攪拌作用および／または機械的な係合を提供することができる。溝128のらせん形状
は、リベット２が回転しながら加工物へ挿入する間に、スクリューねじとして作用するこ
とができる。例えば、リベット２の挿入中に、リベット２に最も近い先端部６の溝128の
一部に加工物材料を収容する。この加工物材料は、ねじを動かす方法に類似する方法でリ
ベット２が連続回転するのに従い、リベット２を加工物へと変位させるように作用するこ
とができる。代替的に、溝128のようならせん形状により、代替的にまたは追加的に、上
述したような攪拌作用または機械的な係合を提供することができる。例えば、図１２に示
すリベット２を逆転させながら加工物に打ち込むことで、溝128は、スクリューねじとし
て作用することができる。

本実施例において、リベット２は、単一のらせん溝128を有するが、他のリベットは、
例えば、二重らせんを形成するように互いに噛み合う２本以上のらせん溝を備えてもよい
。更に、本実施例において、らせん溝128は、リベットシャンク10を完全に１回以上周回
するが、他の実施形態においては、リベットシャンク周りを完全には周回せず、らせん形
状の一部のみを形成する１つ以上の溝であってもよい。このような溝は、らせん形状を有
すると考えられる。

図１３は、本発明での使用に適する更なるＳＰＲリベット２（図１３ａ）、リベット２
を加工物46に挿入するリベットツールの構成要素（図１３ｂ）、およびこれらを用いて形
成することのできる接合（図１３ｃ）を示す。図１３のリベット２は、図１のリベット２
と同様であるため、相違点のみを以下に詳述する。このリベット２は、図７〜図１２に示
すリベットと同様に、表面凹凸部を有する。この場合、リベット２は、４つの表面凹凸部
140a〜140dを有する。各凹凸部140a〜140dは、らせん状リブ、すなわち、らせん状の細長
い突起形状を有する。４つのらせん状リブ140a〜140dは、互いに噛み合い、各端部がリベ
ット２のシャンク10の周りを約1¹/₄回転（約450度の角度）だけ周回する。リブ140a〜140
dは、図１２の溝に関して記載した任意の利点を提供することができる。

図１３のリベット２は、ヘッド8が、圧力面28に設けられる４本の、実質的に半径方向
の溝142形状の係合手段を備える点で図１とは異なる。溝142は、約90度の角度間隔で実質
的に円周列に配置され、各溝142はその半径方向遠位端に向かって深さ方向にテーパー加
工されている。溝142は、フィリップス型ドライバソケットに近似する十字状のインデン
トを協働して形成する。加えて、図１３のリベット２は、テーパー内面18が弧状であり、
入口を備える穿孔12がトランペット形状を有する点でも図１のリベット２とは異なる。言
い換えると、図１のリベット２のテーパー面18は面取り部であるが、図１３のリベット２
のテーパー面18はフィレット部である。

図１３ｂに示すように、リベットヘッド8の圧力面128の溝124は、それぞれ、パンチ48
の端面58にて補完的な形状を有し、かつ間隔をあけて配置されるリッジ144と係合する。
なお、リッジ144は、フィリップス型ドライバビットに近似する十字状のインデントを協
働して形成する。図１３ｂは、図４〜図６のダイとわずかに形状の異なるＳＰＲダイ52を
図示する。図４〜図６に示すダイは、支持面57の後方にわずかに凹んだピップ54を備える
が、図１３ｂにおいては、ピップ54は支持面57から突き出ている。更に、図１３ｂのダイ
52のキャビティ56は、図４〜図６のダイに比べ、より浅い深さを有する。

図１３Ｃは、リベット２を用いて形成した接合を図示している。また、リベット２と加
工物46との間の係合がリベットシャンク10の裾状の拡がりによってのみならず、リブ140a
〜140d間に収容される加工物材料により形成されることを示している。

図１４は、本発明の実施形態での使用に適する更なるリベット２を示す。この場合、リ
ベット２は、ソリッドリベットである。このリベット２は、２本の表面凹凸部を備え、各
表面凹凸部が細長い溝144形状を有する点を除いて、図７のリベット２と同様である。溝1
44は、リベットシャンク10周りにらせん状に整列するのではなく、溝144の長さに沿って
湾曲している。各溝144は、漸近的な経路に沿う。

図７〜１４のリベットはシャンクの外面に表面凹凸部を備えるが、リベットが半径方向
内面を規定する穿孔を有する場合には、リベットは、その内面に１つ以上の表面凹凸部を
備えることができる。図１５は、図１３のリベットの変形例として、内面に凹凸部を備え
るリベット２を示す。より具体的には、図１５のリベット２は、図１３のリベット２と同
様に、らせん状の配列を有するリブ140a、140bを備える。しかしながら、図１５において
、リブ140a、140bは、シャンク10の内面16に設けられるものである。らせん状リブ140a、
140bは、図１３のリブと同様の機能を発揮させることができる。図１５のリベット２は、
円形開口部122を有する。これらの開口部122は、それぞれ、シャンク10の半径方向内面16
および半径方向外面14を通過する、実質的に半径方向に伸張する穿孔の形状を有する。開
口部122は、半径方向内面16および半径方向外面14の両社と交差するため、内側および外
側に、すなわち内面および外面に配置することができる。代替的な構成として、各開口部
122は、一組の盲孔により置き換えることもできる。この場合、一方の盲孔を半径方向外
面14に、他方の盲孔を半径方向内面16に配置することができる。なお、これらの盲孔を互
いに整列させる必要はない。

内面凹凸部は、リベット２の挿入中に穿孔12内に導入される加工物材料のスラグを穿孔
12内に確実に保持するように作用させることができる。これにより、スラグによって緩み
が生じ、最終製品の機能に影響を与えかねないという、上述したリスクを最小限に抑える
ことができる。例えば、図１５のリベット２において、スラグからの加工物材料により、
１つ以上の開口部122の一部および／または内部らせん状リブ140a、140b間のスペースの
一部を塞ぐことができる。これにより、リベット２とスラグが係合するたねにスラグを穿
孔内に保持することができる。

図１６は、本発明の実施形態での使用に適する更なるＳＰＲリベット２の先端部６およ
びシャンク10を示す。このリベット２は、図１３に関して上述したタイプのらせん状リブ
140a〜140cに加えて、円周方向に内部溝104a、104bを備える。らせん状リブ140a〜140cは
、図１３にて上述した機能を発揮し、円周方向内部溝104a、104bは、スラグを穿孔12内に
保持するという上述した機能を発揮することができる。図１６のリベット２の穿孔12は、
ショルダ146形状の表面凹凸部を備え、ショルダの後方のスペースを塞ぐために穿孔12の
加工物材料が変形される場合においても、リベット２と加工物材料のスラグが係合するよ
うに作用することができる。

いくつかの用途においては、リベット２に円周方向に不連続の先端部を備えることを要
する。円周方向に不連続の先端部は、リベットの縦軸方向に対して垂直であり、その円周
にて均一形状を有さない先端部であると考えられる。円周方向に不連続の先端部を備える
例示的なリベット２を図１７に示す。このリベット２は、実質的に円周列の縦方向スロッ
ト150を備える点を除いて図１のリベット２と同様である。スロット150は、リベット２の
先端部６まで伸張し、シャンク10の軸長に沿い、その長さの約70％に亘って伸張する。こ
の場合、スロット150は、シャンク10の半径方向外面14および半径方向内面16の双方と交
差する。言い換えると、スロット150は、シャンク10の円柱形状部の全厚さに亘って、半
径方向に伸張する。

先端部が円周方向に不連続であることにより、加工物材料を単に変形させるのではなく
、リベット先端部が加工物への経路をそれ自体が切り開き、ドリルすることができるとい
う点で有益である。円周方向に不連続の先端部６は、シャンク10の縦方向のスロット150
をシャンク10の主要部に伸張させることができ、シャンク10の力を円周方向に弱めること
ができるために有益である。これにより、リベットのアップセットのために生じる加工物
材料の塑性流れによる力を低減することができる。

図１８は、本発明の実施形態での使用に適する更なるＳＰＲリベット２を示す。図１７
のリベット２と同様に、図１８のリベット２は、スロット150によって設けられる円周方
向に不連続の先端部６を備える。図１８のリベット２の場合、スロット150は、例えば、
シャンク10の長さの4分の１未満のように短い寸法にてシャンク10の縦方向に伸張する。
これにより、リベット２は、尚早に裾状に拡がることなく、より硬い加工物材料に貫入さ
せることができる。図１８のリベット２は、９０度の角度間隔で配列した４本の半径方向
リッジで構成された駆動係合手段152を備える。これらのリッジ152は、パンチの半径方向
にある対応する溝102に収容される構成とする。

図１９は、円周方向に不連続の先端部６を備える更なるＳＰＲリベット２を示す。この
場合、円周方向に不連続の先端部６は、実質的に円周列上に均一な間隔を置いて配列する
歯部154により設ける。リベット２は、実質的にピラミッド形状の歯部154を規定するテー
パー内面18およびテーパー外面30を備える。このような鋭利な先端を備えるリベット２の
歯部154は、特に効果的に作用させることができる。しかしながら、図１７および図１８
のリベットと比べて、歯部154は、特に硬い材料への挿入中に生じる先端部６の変形また
は摩損に対して耐性が不足する場合がある。

図２０は、歯部154を備える更なるＳＰＲリベット２を示す。このリベット２の歯部154
は、鋸歯形状を有する。リベット２の回転方向に応じて、リベット２の切削作用の効力は
変更することができる。より具体的には、リベット２が図８の上方から見て時計周りに回
転する方が、反時計周りに回転するよりも、リベット２は高い切削作用を有する。図２０
のリベット２において、歯部154は、実質的に半径方向で直線的に伸張する点ではなく、
エッジにて終端する。これにより、図１９のリベットと比べて、歯部154は、リベットの
挿入中に生じる摩損または変形に対して、より強い耐性を有する。

本発明での使用に適する更なるＳＰＲリベット２を図２１に示す。このリベット２の円
周方向に不連続の先端部６は、切削片20の方位により設けられる。より具体的には、前述
のリベットは、リベット２の縦軸に対して実質的に垂直である平面上に先端部６を備える
が、本実施例においては、リベット２の縦軸４に対して約８０度の角度162で傾斜した平
面180上に切削片20を配置する。図２１のリベット２は、図１７〜図２０のリベットとは
形式の異なる駆動係合手段を備える。この場合、リベット２のヘッド８は、実質的に六角
断面を有するソケット164を備える。ソケット164は、補完的な六角断面形状を有するパン
チの突起部を収容する構成とする。

円周方向に不連続の先端部６を備える、更なるＳＰＲリベット２を図２２に示す。この
場合、リベット２は、盲孔リベットであり、当業者にとって既知の態様でマンドレル172
を牽引することにより変形する構成とした本体170を備える。更に、リベット２の円周方
向に不連続の先端部６をマンドレル172におけるバルブ174に設け、本体170におけるシャ
ンク10は、バルブ174の近位部176によりバルブ174から離間している。なお、バルブ174の
近位部176は、本体170をアップセットするマンドレル172の一部である。先端部６は、本
実施形態において、リベット２の縦軸（図示せず）と交差する先端点173に向けてテーパ
ー加工を施したテーパー外面30形状を有する。リベット２のテーパー面は、ファセット面
とする。より具体的には、テーパー面30は、実質的に側面がピラミッド形状の４つのファ
セット面を有する。図２２のリベット２は、回転駆動部材の無頭ねじにより係合するため
にマンドレル172に設けられる駆動係合平面178を備える。リベット２のヘッド８を、本体
170に設ける。ヘッド８は、図１８に関して上述した形式の、半径方向に伸長するリッジ1
52を備える。

図２３は、図１のリベットの更なる変形実施形態を示す。この場合、穿孔12は、リベッ
ト２の全軸長に亘って伸張する。これは、穿孔の端部を超えた位置にあるヘッドによる、
あらゆる機械的な支持を排除することで、リベットの円周方向強度を低減させ、シャンク
のアップセットをより簡易にすることができるため有益である。完全に管状であるリベッ
トは、穿孔内の空間への制限がより少ない点で有益である。穿孔の空間が小さ過ぎると、
穿孔が満杯である場合に、追加的な加工物材料が穿孔に貫入できず、リベットと共に下方
に向かって変形するために貫入が妨げられる。

図２４は、図２３のリベットの変形実施形態を示す。この場合、穿孔12の一部が非円形
断面である駆動係合部190を有する、穿孔12を備える。本実施例において、駆動係合部190
を、先端部６の反対側に位置する穿孔12の軸端、従って、リベット２の軸端に配置する。
他の実施例においては、異なる位置に配置してもよい。例えば、本実施例においては、駆
動係合穿孔部190の断面形状は、実質的に八角形である。駆動係合穿孔部190は、パンチ48
の端面58に設ける補完的な形状の駆動係合突起部192形状の打ち込みビットを収容するよ
うな構成とする。この構成を図２４Ｂに示す。例えば、上述したように穿孔が満杯である
ことにより生じる抵抗を回避するため、あるいは、完了した接合のスラグの上部が実質的
にリベット２の圧力面28と同一平面上にあることから、加工物材料を穿孔12の実質的に全
長に亘って貫入することが所望される場合、パンチ8の駆動係合突起部192を牽引可能な構
成とすることができる。これにより、パンチ48がリベット２と接触している際に、駆動係
合突起部192の少なくとも一部を駆動係合穿孔部190から引き戻すことができる。より具体
的には、図２４Ｃに示すように、駆動係合突起部192は、パンチ48の端面58と同一平面と
なるような位置まで。あるいは、端面58から突出するが、より少ない程度で突出する位置
まで引き戻すことができる。

図２４の駆動係合穿孔部190は、穿孔12の残余の構成要素よりも大径とされているが、
他の実施例において、駆動係合穿孔部は、残余の構成要素よりも小径としてもよく、ある
いは、同径とするが、形状の異なる穿孔部で構成してもよい。更に、他の構成において、
駆動係合穿孔部190は、実質的に穿孔の全長に亘って伸張させてもよい。

他の完全に管状であるリベット、すなわち、全軸長に亘って伸張する穿孔を備えるリベ
ットを図25に示す。このリベット２は、その縦軸４を中心に実質的に対称である。つまり
、リベットの縦軸方向４に対して垂直な平面にて対称である。リベット２のいずれか一端
は、先端部６であり、その切削片20を加工物の穿孔のために使用し、他端の切削片20はリ
ベット２の接触面28として作用させる。リベット２が、縦軸４に沿って実質的に対称であ
ることにより、リベット２の両端のいずれも先端部６として機能させることができる。こ
のため、リベットをいずれの軸線方向からもリベットツールのツールノーズに供給できる
点で有益である。対照的に、リベットの一方の端部しか加工物を穿孔するのに適していな
い場合には、ツールノーズ内にてリベット先端部を下方に向けて確実に取り付けるに配向
機構を備えなければならない。このような配向機構により、リベットツールの複雑性が増
し、および／または嵩が増しかねない。

図２６は、図２５のリベット２の挿入方法について、その各段階を図２６ａ〜２６ｃに
図示する。上述した実施形態のリベットツールと同様に、本実施例において、リベットツ
ールは、パンチ48、ツールノーズ50、並びに、ピップ54およびキャビティ56を有するダイ
52を備える。

この場合、ツールは、対向位置に配置された一組の支持部材200を備える。各支持部材2
00は、リベット２のシャンク10を補完する形状を有する弧状インデント202を備え、シャ
ンク10の一部を収容する構成とされている。図２６のツールは、パンチ48が成形先端部を
有する点においても上述した実施形態とは異なる。より具体的には、パンチ48の端面58は
、そこから突き出る半球状の突起部を有する。前述の実施形態においては、パンチ48は、
実質的にリベットと同径であるが、本実施形態においては、パンチ48は、リベット２より
も直径が著しく大きい。

リベット２を加工物に打ち込むために、リベット２を支持部材200間に取り付ける。ダ
イ52を加工物46の下側表面に対して配置し、支持部材200が上側表面にて休止する状態で
、リベット２と摩擦係合する回転駆動部材として機能するパンチ48を作用させることによ
り、リベット２を前進および回転させる。

リベット２が、加工物46の第１層42に打ち込まれる際に支持部材200と係合しているた
め、シャンク10を半径方向に支持し、かつ、シャンク10が外側に向かって変形するのを防
ぐことができる。リベット２が第２層44に到達すると、支持部材200は互いに離れ、支持
部材200のインデント202をリベット２のシャンク10から離脱させる。この動作により、パ
ンチ48が支持部材200間を通過するスペースを設けることができる。更に、リベット２の
上側端、すなわち先端部６とは反対側の軸端を、突起部204の作用により外側に裾状に拡
げることができる。これにより、リベット２の上側端と加工物46の上側層42とを係合させ
ることができる。同時に、上述したように、下側層44での加工物材料の塑性流れにより先
端部６が外向きに裾状に拡がる。この様子は、図２６ｃに図示している。

本実施形態においては、リベット２の尚早な貫入を防止するために２つの支持部材200
を互いに反対側に配置しているが、他の実施形態においては、別の手段によりリベットを
支持してもよい。他の実施形態においては、例えば３つまたは４つ以上の異なる数の支持
部材部材200を用いてもよく、あるいは、支持部材を他の適切な構成としてもよい。例え
ば、他の実施形態において、リベット２の周囲の異なる円周上の位置に４つの支持部材を
配置してもよい。図２６の他の変形実施形態において、リベットのシャンクが、支持部材
によって全く支持されない構成とすることもできる。例えば、支持部材により支持される
ことのない場合、リベット２は、その上側端がいくらか変形するが、それでもリベットは
加工物46に効果的に貫入させることができる。支持部材を用いると、これらはリベットか
ら適時に離脱させることができる。支持部材は、異なる形状を有していてもよい。例えば
、インデントを設けた表面ではなく、リベットと接触する平面を備えていてもよく、ある
いは、異なる形状のインデントを備えていてもよい。支持部材が存在する場合には、それ
らは互いに同一であっても、そうでなくともよい。

リベットツールが、縦軸に沿って実質的に対称であるリベットの端部を変形させるため
の成形先端部を有するパンチを備える他の構成において、成形先端部は、円錐形状、ピラ
ミッド形状、または、円錐台形状もしくは切頭角錐形状の突起部を備えていてもよい。こ
の突起部は、半球状の突起部ではなく、パンチの端面から突き出る構成でも、パンチの遠
位端全体がこのような形状を有する構成であってもよい。代替的に、パンチ先端部を他の
適切な形状に成形することができる。

リベットを加工物に挿入する間に、いくらかの加工物材料が、加工物の当初の上側表面
よりも上方に押しやられる場合がある。加えて、リベットが、切削またはドリルにより加
工物に貫入する場合、削り屑が生成される。上述した加工物スラグを保持するのと同様の
理由から、いくつかの用途においては、これらの材料を後の段階で分離するのではなく、
積極的に保持することを要する。そのため、リベットのヘッドの底面、あるいは、ヘッド
の底面に隣接するシャンクの一部に、１つ以上のキャビティを設けることで、上記の材料
を保持するような構成としてもよい。図２７〜図２９は、上記の構造を有する３種類のＳ
ＰＲリベットを図示する。

図２７のリベット２は、ヘッド8の底面24に環状キャビティ210を設けたものである。ま
た、図２８のリベット２は、ヘッド8の底面24に隣接するシャンク10の一部に環状キャビ
ティ201を配置したもんである。更に、図２９は、ヘッド8の底面24とそれに隣接するシャ
ンク10の一部との交点に環状キャビティを配置したリベット２を図示するものである。図
２９のキャビティ210は、一方をヘッド8に、他方をシャンク10に配置する２つの連結した
キャビティであってもよい。

本実施形態においては、各リベット２のキャビティ210を実質的に円周方向に配置する
。しかしながら、他の本実施形態において、キャビティ210を他の適切な構成で配置して
もよい。更に、他のリベットは、非環状の加工物材料を保持するキャビティを備えていて
もよい。このようなリベットの一例として、リベットは円周列上に配置する３つの別個の
キャビティを備えていてもよい。図２７および図２８に示すリベット２を加工物に向けて
打ち込むことで、リベットの底面24が加工物の上側表面に接触する。それにより、ヘッド
によって変形される加工物がなくなり、加工物材料をより完全な状態で維持することがで
きる。代替的に、リベット２の圧力面28が、加工物と実質的に同一平面となるようにリベ
ット２を加工物に打ち込むことで、接合部分をより平滑な表面とすることができる。

いくつかの用途においては、リベットの挿入中に、加工物における上側層または複数の
層が従来のリベットのシャンクよりも大径の穴を残しかねない。例えば、加工物の上側層
が他の層よりも著しく軟性であると、層は過度に軟化、例えば溶解し、溶解した加工材料
は、リベットの遠心力により半径方向に外側に向かって放出されかねない。これにより、
リベットと加工物の上側層との間に、審美的には望ましくなく、湿気が侵入する際の経路
となるギャップが生じかねない。そのため、ヘッド端におけるリベットのシャンクの一部
が、シャンクの残余の部分よりも半径方向に大きいリベットを用いることが所望される。
図３０および図３１は、このような２つリベットを図示するものである。図３０のリベッ
ト２は、先端部６に隣接する第１シャンク部10ａと、ヘッド８に隣接する第２シャンク部
10ｂを有する段付シャンク10とを備える。第２シャンク部10ｂの直径は、第１シャンク部
10ａの直径よりも大きいため、第１シャンク部10ａの貫入により、加工物の上側層または
複数の層が押し広がり、拡張した穴を発生させた場合、第２シャンク部10ｂにより塞ぐこ
とができる。図３１のリベット２は、ヘッド８から先端部６に亘って、連続してテーパー
加工が施されたされるシャンク10を備える。図３０のリベット２と同様に、リベットのヘ
ッド端におけるシャンク10の一部は、シャンクの先端部の端部よりも大径の穴を塞ぐこと
がきる。

上述したデザインへの数多くの変形は、添付の特許請求の範囲から逸脱するものではな
いことを理解されたい。例えば、本明細書において、ダイとノーズツールとの間の加工物
のクランピングについては、特定の実施形態に関連して述べたのみであるが、他の適切な
実施形態においても同様に利用し得る。加えて、加工物の補助加熱は、摩擦撹拌加熱の補
助的な手段として記載しているが、他の実施形態において、摩擦撹拌加熱を生じさせるに
は十分でない回転速度にてリベットが加工物に打ち込まれる場合、加工物材料を軟化させ
るために要する温度の上昇の実質的に全てを補助加熱により行うことができる。本発明の
任意の実施形態において、補助加熱を行う場合、任意の適切な手段により行うことができ
る。例えば、超音波エネルギの適用、レーザーの使用、電磁誘導の使用、または、熱線も
しくはガスバーナーなどの放射加熱部材もしくは対流加熱部材を用いることができる。更
に、一実施形態に対して、異なる時点または同時に使用する１つ以上のタイプの補助加熱
を用いることができる。

ダイおよびパンチ、および／またはツールノーズを使用する本発明の任意の実施形態に
おいて、ダイおよびパンチ、および／またはツールノーズをＣ字形フレームなどの反力フ
レームにて互いに対向するように取り付けてもよい。

本発明のいくつかの実施形態は、ＳＰＲリベットに関連し、他の実施形態は、ソリッド
リベットに関するものを含むが、ＳＰＲリベットに関連して記載した1つ以上の特徴は、
ソリッドリベットも有するものであり、また逆も成立することを理解されたい。同様に、
リベットの挿入に用いる回転速度および／または軸線方向速度の代わりに、摩擦撹拌によ
る軟化をブラインドリベットの挿入に用いてもよい。従って、１つ以上の本発明の態様お
よび適正な任意の手段において、ブラインドリベット工程を備えてることもできる。この
場合、リベッティング方法は、加工物に挿入されたブラインドリベットのマンドレルをブ
ラインドリベットの本体に対して移動させることで、リベットをアップセットする工程を
更に含む。ブラインドリベットの構造および本発明の方法を用いて加工物を挿入した後に
ブラインドリベットのアップセットを行うことは、当業者にとっては自明の事項である。

特定の実施形態に関して、具体的にレーザーおよび超音波エネルギを用いる特定のタイ
プの補助加熱について記載したが、これらのタイプまたは他のタイプの補助加熱は、本発
明のいずれの態様に係るいずれの実施形態においても用いることができる。

上述した実施形態は、車両の製造に関するものであるが、本発明の実施形態は、他の適
切な製品の製造にも適用することができる。これらの製品には、産業機器、空調システム
、道路標識、機械支持構造、水タンクおよび穀物サイロを含む。

リベットが穿孔を有するいずれの実施形態においても、穿孔は、盲孔または貫通孔であ
ってもよい。穿孔は、実質的に円形断面を有していても、他の任意の断面形状を有してい
てもよい。穿孔は、リベットの縦軸に平行に配置することができ、例えば、リベットの縦
軸と同線上に配置してもよい。穿孔は、その長さに沿って、直径および／または、断面形
状を変更してもよいし、しなくてもよい。

本発明の２実施形態および第３実施形態、すなわち、ツールノーズが回転駆動部材とし
て機能する実施形態において、ツールノーズがリベットに円周方向にて摩擦係合すること
を記載しているが、他の実施形態において、ツールノーズは、リベットの異なる部分に係
合させることができ、および／または、摩擦により係合させなくともよい。同様に、リベ
ットを円周方向にて非摩擦係合させること、および／または、ツールノーズではなく、リ
ベットツールの構成要素により係合させることが可能である。具体例として、リベットが
、八角形などの非円形ヘッドを有し、ノーズピース内の八角形穿孔または四角形穿孔など
の補完的な形状の穿孔に収容される構成としてもよい。この場合、リベットは、ツールノ
ーズに非摩擦係合する。他の例として、リベットが、非円形断面を有するヘッドを備え、
パンチ内の補助的な形状のソケット内に収容される構成としてもよい。具体的には、リベ
ットヘッドが五角形であり、パンチ内の五角形のソケットに収容される構成が挙げられる
。この場合、リベットを円周方向にて係合するが、非摩擦状態にて、ツールノーズによら
ないで係合する。

本明細書にて参照する金属には、その金属の合金が含まれることを理解されたい。第２
実施形態において、クランプ座金に設けるリベットツールの圧力面は、ベアリングによっ
て取り付けられることにより、ツールノーズに対して自由回転可能な構成となっている。
しかしながら、他の代替的な実施形態において、圧力面をツールノーズに連結し、圧力面
とツールノーズとの間の相対的な回転を抑制する構成とすることもできる。これは、圧力
面が加工物の表面にて回転するよう変位されることで、摩擦熱を生成することができる点
で有益である。

リベットの支持に関連して、縦軸に沿って実質的に対称な支持部材について記載したが
、この支持部材は、他の実施形態により適用してもよい。例えば、支持部材により、完全
に管状であるがヘッドを有するリベットを支持することにより、上述したように低下した
強度を補うことができ、あるいは、リベットが成形パンチによりヘッド端にて変形した場
合に、そのヘッドを半径方向に拡張させることができる。更に、支持部材は、任意の他の
タイプのリベットを支持することができる。例えば、耐腐食性のために比較的軟質のリベ
ットを使用する場合に、そのリベットの低減した柱強度を支持部材による支持により補う
ことができる。

ソリッドリベッティングに関連して上述した各ソリッドリベットは拡径型ヘッドを備え
るものとして記載したが、他の実施形態において、ソリッドリベットはそのようなヘッド
を備えていなくてもよい。この場合、リベットと加工物層との間の機械的係合は、専ら、
表面凹凸部内またはその周囲の加工物材料の変形により形成される。例えば、リベットは
、一方が上側加工物層からの材料を収容し、他方が下側加工物層からの材料を収容する、
２本の溝を備えていてもよい。

上述の実施形態に関連して、特定の形状を有するダイについて記載したが、他の実施形
態において、異なる形状のダイを用いてもよい。例えば、実施形態において、平面を有す
るダイ、ピップのない凹部を有するダイ、凹部のないピップを有するダイ、凸状の支持部
を有するダイ、または、他の適切な形状を有するダイを用いることもできる。更に、本発
明のいくつかの実施形態において、例えば、ブラインドリベットを適用する場合には、ダ
イを用いなくてもよい。

いくつかの実施形態においては、例えば、異なる材料から構成される厚さの異なる加工
物を接合する際、または、異なるリベットを用いる際など、いくつもの異なるリベッティ
ング工程にて、特定の形状を有するダイを用いてもよい。具体例として、10 ｍｍの軸長
を有するリベットを、総厚が８ ｍｍまたは、12 ｍｍの加工物と接合するダイは、いずれ
の加工物にも対応する同じダイを用いることができる。12 ｍｍの厚さを有する加工物の
場合、加工物材料がダイのキャビティの最深部まで入り込まず、リベット自体は全くキャ
ビティに貫入しない。それにも関わらず、ダイのピップは、リベットを完全にアップセッ
トするのに十分な加工物材料の塑性流れを生じさせることができる。８ ｍｍの厚さを有
する加工物の場合、加工物材料は、キャビティのより深部まで入り込み、リベットの先端
部が加工物内で完全に包み込まれた状態でキャビティ内に貫入可能である。

加工物の下側層にアップセットされ、加工物内で包み込まれた状態となるリベットに関
連して、ＳＰＲについて記載したが、他のリベッティング形態において、リベットは加工
物を完全に貫通させてもよい。例えば、リベットは、加工物の下側表面の下方にてシャン
クの端部を裾状に拡げるようダイによりアップセットされる前に、著しく変形することな
く加工物を完全に貫通させることもできる。これは、リベットを下側層の内部にアップセ
ットするには延性が不十分である場合に、加工物をリベット接合する場合に有用である。

上述の実施形態において、リベッティング工程を検知する手段について例示したが、い
ずれの実施形態においても、情報を収集するための適切な検知手段を用いることができる
。例えば、リベットの回転方向および／または軸線方向の位置または速度、あるいは、リ
ベットツールのその他の属性は１つ以上の位置エンコーダを用いる制御ユニットにより検
知することができ、このような一エンコーダには、光学式（例えば、レーザー式）、磁気
式、誘導式、容量式または過電流エンコーダ等が含まれる。同様に、温度センサおよび力
変換器（またはトルク変換器）は、それぞれ、特定の位置および他の多数の特徴と関連し
て上述したが、上記のような複数の変換器または他の任意のタイプの変換機器は、ツール
のノーズ、パンチ、ダイなど適切な位置に配置することができ、本発明のあらゆる態様に
係る適切な実施形態にも適用することができる。同様に、例えば、リベットを軸線方向に
移動または回転させる時間、あるいは補助加熱を加える時間など、特定の作業の所要時間
は、本発明のいずれの実施形態においても検知可能とすることができ、後続の動作を開始
する時を判断するために用いることができる。代替的に、本発明の実施形態は、いずれの
タイプの指令も収集しない構成とすることができる。例えば、リベットツールを用いてリ
ベットの挿入する作業は、専ら操縦者が制御する構成としてもよい。

上述の実施形態は、静止状態の加工物に対して、リベットを軸線方向に移動させること
について記載しているが、他の実施形態においては、加工物を静止状態のリベットに対し
て、その軸線方向に沿って移動させる構成、あるいは、リベットおよび加工物の両者を共
に移動させる構成としてもよい。なお、回転または軸線方向速度は、加工物に対するリベ
ットの速度であると理解されたい。

上述の実施形態は、加工物層、加工物層材料、リベット材料、軸線方向速度およびその
変更、並びに、回転方向速度およびその変更について、その数値の組み合わせを記載して
いるが、これらの選択は、上述の組み合わせによる使用のみが適切であるわけではない。
加工物層、加工物層材料、リベット材料、軸線方向速度およびその変更、並びに、回転方
向速度およびその変更について、あらゆる適切な数値の組み合わせを適用することができ
る。

リベットの軸線方向速度を調整可能とした本発明のいずれの実施形態においても、リベ
ットの回転速度は、挿入を通して終始一定とすることができる。同様に、リベットの回転
速度を調整することができる場合、リベットの軸線方向速度は、挿入を通して終始一定と
することができる。

上述した特定の実施形態は、リベットを回転させるために油圧モータまたは電気モータ
を用いるが、他の実施形態においては、リベットを回転させるための他の任意の適切な手
段を用いることができる。例えば、一実施形態において、誘導モータ、同期モータ、また
はＤＣモータなどの電気モータあるいは、油圧または空圧モータを用いてもよい。同様に
、上述の実施形態においては、リベットを軸線方向に移動させるための油圧シリンダまた
は電気リニアアクチュエータの使用について記載したが、任意の実施形態においては、ソ
レノイド、油圧または空圧シリンダ、あるいは、電気リニアアクチュエータなどの適切な
形状のアクチュエータを用いることができる。

リベットが１つ以上の表面凹凸部を有するいずれの実施形態においても、これらの凹凸
部は、１つ以上の特定の加工物層の位置に対応する寸法および／または配置とすることが
できる。

上述の実施形態において、縦方向にスロットを設けたシャンクおよびその代替として用
いる、歯部列について記載したが、これら双方をリベットに組み込むこともできることを
理解されたい。例えば、リベットは、縦方向のスロットを備え、そのスロット間に１つ以
上の歯部をそれぞれ有する円周部を設けることもできる。代替的に、統合した歯部を提供
するために縦方向のスロットに、それぞれがその遠位先端部に向かってテーパーを有する
円周部を設けてもよい。

リベットが、実質的にシャンクの管状部分に縦方向のスロットを有する場合、スロット
は、その管状部分の全軸長に亘って伸張してもよいし、そうでなくともよい。そして、ス
ロットが管状部分の全軸長に亘って伸張する場合、スロットは、シャンクの全軸長に亘っ
て伸張してもよいし、そうでなくともよい。上述の実施例において、スロットは、均一な
縦方向の幅および均一な半径方向の深さを有するが、他の実施形態においては、そのよう
な寸法を有さなくてもよい。例えば、スロットの円周方向の幅は、先端部に向かって、均
一または不均一に増減させることができる。代替的または追加的に、半径方向の深さも先
端部に向かって、均一または不均一に増減させることができる。上述した実施例において
、スロットは、実質的に同一であり、実質的に均一に配置しているが、他の実施形態にお
いては、スロットは、その縦方向の長さ、円周方向の幅または半径方向の深さにおいて、
互いに異なり、および／または、異なる構成を有していてもよい。

最終製品の組み立て後に、完了した接合から加工物材料のスラグが分離するリスクがあ
る場合に、例えば、ＳＰＲリベットの穿孔またはソリッドリベットの凹面などの位置にて
、リベットに一定量の接着剤を付着することができる。これによりスラグをリベットに接
着し、スラグの分離のリスクを低減することができる。これは、スラグを保持する方法と
して、上述した手段と組み合わせて用いても、単独で用いてもよい。

多様な材料から構成される加工物層について上述したが、選択した材料の構成は例示に
過ぎない。本発明の実施形態において、加工物は、マグネシウム、航空機グレードアルミ
ニウム、超高強度鋼、チタニウム、または、金属マトリックス材などの任意の材料から構
成される１つ以上の層を有する。代替的または追加的に、加工物は、炭素繊維複合体、ガ
ラス繊維複合体、ポリマー、標準グレードの鋼（ステンレス鋼もしくは非ステンレス鋼）
などの金属、形成段階のアルミニウム、革などの有機材料、または他の適切な材料を備え
ることができる。

単純化のために、リベットの動作の変化、および変形が生じる場合のリベットの変形は
、層から層へ段階を追って生じるように記載した。しかしながら、現実問題として、リベ
ットの変形やおよび／または、回転方向および／または直線方向の速度の変化は、このよ
うには生じない。例えば、リベットが、より硬い加工物層に接触すると直ちに生じるとさ
れる事態であっても、実際には、その加工物材料が、徐々に冷たくなり、従って徐々に硬
くなる構造を有する場合には、そのような変化は、当該材料が新たにリベットに接触する
加工物層であるか、そうでないかとは関係なく、リベットが加工物層に接触してから徐々
に生じる場合がある。従って、リベットの加工物層に対する位置ではなく、リベットに加
えられる抵抗力などの力によりリベットの動作を制御することができる。

本発明の異なる態様について、個別または特定の組み合わせにより記載したが、各態様
は、個別または他の複数もしくは１つの態様と組み合わせて適用することができることを
理解されたい。例えば、本発明の第７態様において、リベットは円周方向にて係合するこ
とを記載したが、そのような係合は、第11態様においては補助加熱の適用と組み合わせて
記載している。本発明に係る方法は、これらのコンセプトのいずれか１つのみを適用する
ことができる。他の例として、本発明の第8態様において、リベットは、その全軸長に亘
って伸張する縦方向の穿孔を備えることを、第8態様において、リベットにヘッドの底面
に設けるキャビティを備えることを、そして第9態様において、リベットは、ツールのノ
ーズによって回転されることをそれぞれ記載した。実際に、リベットが、ヘッドにおいて
拡張されたシャンクおよび加工物材料を収容するキャビティの両者を備えることで、拡張
されたシャンクを故意にオーバーサイズとすることができる点において、有益である。こ
れにより、常識的に想定される任意のサイズの加工物の上部の穴をリベットにより確実に
塞ぐことができる。この際、加工物の上部の穴がより小さい直径を有する場合、加工物材
料を収容するキャビティは、拡張されたシャンクにより変形される。

更に、本明細書において、特定の特徴、構成について、本発明の一態様のみに関連して
述べたものであるが、そのような特徴および構成は、他の適切な本発明の態様においても
同様に適用することができる。例えば、図１４のリベットは、表面凹凸部である溝につい
て詳述しているため、リベットは、本発明の第１態様に関連して記載されていると考えら
れる。これらの溝は、その全ての半径方向範囲に亘って円周方向に不連続のリベットでは
ないが、円周方向に不連続のリベットを設けているため、このリベットは、本発明の第２
態様にも関連して記載されていると考えられる。他の例として、図１７のリベットは、円
周方向に不連続のスロットについて、詳述しているため本発明の第２態様にも関連して記
載されていると考えられる。このスロットは、開口部形状の表面凹凸部を構成するため、
リベットは、本発明の第１態様にも関連して記載されていると考えられる。

本明細書に記載する任意的および／または好適な特徴は、個別または互いに組み合わせ
て使用することができ、組み合わせの適切性および具体的な組み合わせは、添付の特許請
求の範囲の記載に従う。本発明の各態様に関して開示された任意および／または好適な特
徴は、適切である限り本発明の他の態様に適用することができる。

Claims (12)

1. リベットを加工物に挿入する方法であって、前記リベットおよび前記加工物を前記リベットの縦軸方向に沿って相対的に動かすことにより、前記リベットを前記加工物に打ち込むステップを備え、
   前記リベットが前記加工物と接触する時間の少なくとも一部に亘り、前記リベットを、その縦軸を中心に前記加工物に対して回転させ、
   前記リベットの回転速度を、前記リベットの回転が完了する前に少なくとも一度は変更し、または、前記リベットの縦軸方向に沿う移動速度を、前記リベットの前記加工物への打ち込みが完了する前に少なくとも一度は変更し、
   前記リベットの軸の一端に、前記加工物を穿孔するための先端部を設けると共に、前記リベットに、前記先端部から縦方向に伸張する実質的に円柱状のシャンクを設け、前記リベットの軸の他端にヘッドを設け、前記ヘッドの底面に１つ以上のキャビティを設け、
   前記シャンクに、１つ以上の表面凹凸部を設ける、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、シャンクの半径方向外面に１つ以上の前記表面凹凸部を設ける、方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の方法であって、前記リベットに、前記先端部および少なくとも一部の前記シャンクを通過する穿孔を設けることにより、シャンクの半径方向内面を規定し、半径内方向の前記シャンク面に１つ以上の前記表面凹凸部を設ける、方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、１つ以上の前記表面凹凸部を、細長い形状とする、方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、１つ以上の前記細長い形状の表面の凹凸を、実質的に軸線方向に整列させる、方法。
6. 請求項４または請求項５に記載の方法であって、１つ以上の前記細長い形状の表面の凹凸を、実質的に円周方向に整列させる、方法。
7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の方法であって、１つ以上の前記細長い形状の表面凹凸部を、それぞれ実質的にらせん形状とする、方法。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法であって１つ以上の前記細長い形状の表面凹凸部を、それぞれ突起形状とする、方法。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法であって、１つ以上の前記細長い形状の表面の凹凸が、それぞれ開口部形状とする、方法。
10. 請求項２および３に従属する場合の請求項９に記載の方法であって、１つ以上の前記開口部を、シャンクの半径内面と半径方向外面との間で伸張させる、方法。
11. リベットを加工物に挿入する方法であって、前記リベットおよび前記加工物を前記リベットの縦軸方向に沿って相対的に動かすことにより、前記リベットを前記加工物に打ち込むステップを備え、
    前記リベットが前記加工物と接触する時間の少なくとも一部に亘り、前記リベットを、その縦軸を中心に前記加工物に対して回転させ、
    前記リベットの回転速度を、前記リベットの回転が完了する前に少なくとも一度は変更し、または、前記リベットの縦軸方向に沿う移動速度を、前記リベットの前記加工物への打ち込みが完了する前に少なくとも一度は変更し、
    前記リベットの軸の一端に、前記加工物を穿孔するための先端部を設けると共に、前記リベットに、前記先端部から縦軸方向に伸張するシャンク、および該シャンクから半径方向に外側に伸張するヘッドを設け、
    前記ヘッドにより、前記先端部に対向する底面を規定し、
    前記リベットに、前記ヘッドの底面または該ヘッドに隣接するシャンクの一部に設けられ、その内部に加工材料を収容するキャビティを設ける、方法。
12. 請求項11に記載の方法であって、前記加工物への前記リベットの挿入中に、加工材料を前記キャビティに押し入れる、方法。