JPH10501744A - リベット締めによる薄板締結の改良された方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくともひとつが薄板材料である２又はそれ以上の部材（１，１）を自己穿孔リベット締めの手段によって接合する方法が記載されている。部材（１，１）の一体化された厚さは領域３で低減され、その中に自己穿孔リベット（４）が全ての部材（１，１）を貫通して広がる穴を創設することなく導入される。

Description

【発明の詳細な説明】 リベット締めによる薄板締結の改良された方法 技術分野 本発明は、自己穿孔（self−piercing）リベットを使用して薄板材料を締結す る新規の方法に関する。 「自己穿孔」という用語は、薄板を貫通して穿設された１又は複数の穴を必要 とすることなく２枚又はそれ以上の薄板材料を合わせて締結するために使用でき る管状（チューブラ）リベットの、あるいは部分的な管状リベットを定義するた めのリベットに関して用いられる。産業上多くの適用性があり、そこでは自己穿 孔リベットがそれらの経済性、そしてそれらが与える安全性の高い締結のおかげ で有利に採用される傾向にある。 薄板材料は、圧延、押出し成形又は鋳造のような多くの方法によって生産され る。押出し成形又は鋳造時、それは押出し成形又は鋳造の縦断面で全体に生産さ れる。それは、金属、プラスチック、木あるいはガラスのような種々の材料から 形成される。 自己穿孔リベット工法が開発される前、薄板材料をリベット締めする従来の方 法は予め穿孔したかあるいは予めドリル加工をした穴を各薄板に必然的に包含し 、穴をそろえてから薄板を互いに締結するためにリベッ トを挿入する。この工程で時間がかかりかつ不経済な部分は、通常は穴をそろえ ることであり、特に各薄板が各々そろえることを要する相当数の穴を有する場合 である。そろえることの問題により、予め穿孔することあるいはあらかじめドリ ル加工することはしばしば実現不可能であり、そして少なくとも１枚の薄板の締 結穴は複数の薄板が共にもたらされた後に設けられるべきである。 技術背景 従来の自己穿孔リベット締めは予め穿孔すること又は予めドリル加工すること の必要性を排除することによってこの問題を克服している。それは、リベット打 込機を使用して、材料の薄板に薄板の平面に対して正しい角度でリベットを打ち 込むことによって薄板材料を守る。リベットが２枚の薄板に押し進められるので 、それは最初に穿孔パンチのように行動し、結果としてリベットによる材料の穿 孔によって画成された材料のスラグが中空のリベット内にある。その後、このス ラグはリベットと共に前方へ打ち込まれ、さらに一体化されたスラグ及びリベッ トはそれらの通路内の材料に対し引き抜きパンチとして作用する。リベット打ち 込み装置はさらに、中央に配置されて直立する鉄床を備えた円形凹部をその中に 有している雌ダイス型を包含し、その中へ一体化されたスラグ及びリベットの前 方への動きによって移動させられた材料が引き抜かれる。 移動させられた材料が雌ダイス型の鉄床に到達すると、それは前進しているリベ ットと鉄床との間に閉じ込められる。さらに、リベット及びスラグの前方への動 きは、リベットの管状部分を放射状に外向きに丸めるための原因になる。リベッ トの管状部分は従って放射状に外向きに広がり、そして移動させられた材料はダ イス型の凹部によって成形される。 従来の自己穿孔リベット締めの重大な欠点は、崩壊することなしに薄板材料に 穿孔するための強度を有するために、リベットの寸法が効果的な締結をもたらす のに要する寸法よりもはるかに大きいことである。リベット締結された接合が破 壊された時の破損の通常の形態は、薄板材料をリベットが引き抜かれる空間まで 広げることである。リベット自体は通常は機能上の荷重で破損することはなく、 その理由は、その方法で薄板の適所に穿孔するために必要とする強度が、薄板が その降伏点に到達するので薄板によりそれに転嫁された力に抵抗するのに必要と する強度よりも大きいためである。 従来の自己穿孔リベット締めのさらなる欠点は、下側の薄板の延性が鋳物又は 押し出し成形されたアルミニウムのように低い時、それが下側薄板の強制移動さ せられる材料のクラック発生の原因になることである。関係している材料に穿孔 するのに大きなリベットが必要ならば強制移動させられたボリュームもまた大き く、 そして、巻き込まれた引き延ばしはその降伏点をこえて強制移動させられた材料 を取り除く。 さらにまた、従来の自己穿孔リベット締めのさらなる欠点は、厚い材料を穿孔 するのに十分な強度のリベットは薄い下側の薄板を巻き込むには強すぎるので、 厚い材料の下側に薄い材料を締結するための能力が制限されることである。 本発明の説明 本発明の目的は、これらのそして他の従来の自己穿孔の不都合が除去され、あ るいは最小限度にされる自己穿孔リベットの設計及び自己穿孔リベット締めの方 法を提供することにある。 我々は、もしも我々が次のようにすれば、我々が多くの適用において従来の寸 法の自己穿孔リベットをより小さい自己穿孔リベットに置きかえることができ、 さらに同等の締結安全性を達成できることがわかる。 １）リベット締めの位置で薄板材料を除去することによってリベットにより穿孔 される薄板材料の厚さを減じる。この材料は、従来のどんな金属除去工程によっ ても、すなわちドリル加工及び穿孔によって上側又は下側の薄板から除去される かもしれない。この除去は、部分的に又は完全に薄板を貫く穴を生み出すだろう 。そして、 ２）残った材料を自己穿孔し、薄板間に必要な噛合せを生み出し、薄板材料の移 動によって生じた空洞を満 たすために十分な軸部拡張を有する。 本発明は、１つの態様において、少なくともそのうちの１枚が薄板材料である ２又はそれ以上の部材を、部材の組み合された厚さがリベット締めされる領域で 全ての部材を貫通して広がる穴を創設することなく低減され、自己穿孔リベット がその領域で導入されるという、自己穿孔リベット締めの手段によって接合する 方法を提供するものとみなされるかもしれない。 我々の新規な締結方法に必要とするリベットは独特な特徴を有しており、 ａ）上側の薄板のどんな穴でも通り抜け、そしてさらに下側の薄板の内部で巻き 込みを発生させるのに適した十分な長さの軸部が必要であり、 ｂ）上側の薄板の穴の壁における摩擦グリップを原因とする軸部膨張を許すこと なく薄板が相応に守られるまで下側の薄板で巻き込み動作を支持するのに十分な 強度の軸部が必要であり、そして一方では適当な巻き込み後の軸部膨張を許すこ とが上側薄板において穴を完全に満たすために場所を占める。 ｃ）薄板間に噛合を発生させるために材料の十分なすみ肉を含むための軸部／頭 部接合部が与えられる。 我々の手段によれば、 １）我々は、リベットの適用期間中薄板からダイス型へ強制移動させられる材料 を低減し、そしてその故に強制移動させられた材料にクラックを生じることなく この方法で締結可能な材料の範囲が広がり、そしてまた下側薄板上のあらゆる保 護コーティングの減少を低減し、 ２）我々は自己穿孔リベット締めにより締結可能な薄板の厚さを増大させる。薄 板の厚さが増大するので、リベットの寸法及び従来の自己穿孔リベット締めによ りそれらを締結するために必要となるリベット打込機の寸法は急速に大きくなり 、さらにこれはこの方法により締結可能な薄板の厚さに実用上の目的から上限を 課し、 ３）我々は締結金具により組立体に追加される重量を低減する。これは、大きな 数のスチール製リベットが軽量車両のアルミニウムのように軽量材料を締結する のに使用される時、非常に意義深いことになり、 ４）我々は必要となる締結圧力を低減し、そしてその故により小さくより移動し やすいリベット打込機の使用を容易にし、 ５）我々は、ドリル加工又は穿孔によって除去される材料の総量が変化すること によって適用範囲をカバーするのに必要となるリベット配列の数を低減し、１個 のリベット配置は広範囲の厚さの薄板を組み合わせて締結するのに使用可能とな り、 ６）我々は強制移動させられた材料が下側の薄板から突出する必要性を除く。突 出部がないことはしばしば重要であり、そして、下側の薄板からセットされてい るダイス型への部分的な移動金属が適合できることにより、我々は強制移動させ られた材料が薄板のレベルをこえて突出しないことを確実にし、 ７）我々はリベットの仮位置決めを可能にする。ここでのポイントは自己穿孔に あり、リベットが工作物に完全に一致して与えられることが不可欠であり、そし てこのことは通常正しく設計された導入システムによってのみ達成可能である。 我々の発明では、もしも上側の薄板がドリル加工又は穿孔されれば、手作業又は 機械によって挿入されたリベットは、リベット打込機による締結の前に、導入シ ステムを必要とすることなく、正確に一列に並べて保持可能になり、 ８）我々は、軸部及び頭部の接合部で材料の周辺すみ肉と共にリベットを設計す ることにより薄板噛合を最大にすることができ、 ９）我々は、締結の剪断強度を増加させるために２枚の薄板間の接触面に堅固な 軸部材料が通るようにリベットを設計することができ、 10）我々は早すぎる巻き込みの危険を除去可能である。ここでのポイントは効果 的な締結のためにあり、巻き込みの非常に早い段階でリベットが下側の薄板に入 り込むのを確実にする必要があり、さもなければ下側の薄板に全く入り込むこと なく接触面で巻き込むかもしれないという危険があり、 11）我々は製造するのにもっと安価なより小さいリベ ットの使用を許し、 12）我々は、基板にセットされる前にリベットの軸部が通り抜けることができる もろい材料の穴を発生させることによって基材にもろい材料を締結するための装 置を有し、それによって効果的に基板とリベットの頭部との間のもろい材料を守 り、 13）我々は、厚さに従来の自己穿孔リベット締めでは対処できないよう不一致が ある時、薄い材料を厚い材料の下に首尾よく締結することができる。ここのポイ ントは、リベットがより厚い材料を完全に貫通して穿孔するのに十分な強度を必 要とするなら、それはしばしばリベットにとって突破することなく薄い又は柔ら かい下側の薄板の中に巻き込まれることが可能ではないことにある。我々の発明 ならば、十分な材料が、薄い又は柔らかい下側の薄板内で巻き込み可能なリベッ トの使用を許すために上側の薄板から部分的に移動することができる。 14）我々は、上側の薄板にある穴を通り抜けてリベットを通し、そしてそれを下 側の薄板に通常の自己穿孔によりセットすることによって、溶接スタッドの非常 に効果的な代役として機能するように我々の発明にのっとってリベットを設計す ることができる。この構造ならば、上側の薄板は横に向けたサポートを提供する ことができ、そしてこれは、管の正常な巻き込み動作によって達成される非常に 効果的なしっかりとした固 定と組み合わされて、上側の薄板の上にあらゆる所望量を突出することが可能な 安全ペグを提供する。 我々の新規な締結方法は、締結の安全性、気密性及び水密性に関して従来の自 己穿孔の全ての利点を保有しており、さらに締結可能な材料に関して非常に融通 がきく。これらは金属、プラスチック又は複合材料、圧延薄板、鋳造品、押し出 し成形品又はモールド成形品を包含する。それはまた薄板から移動させられる材 料のボリュームに関しても融通がきく。たとえばドリル加工された穴は、上側の 薄板を通り抜けて部分的に通るかもしれないし、あるいはそれを完全に貫通する かもしれず、そしてある実例ではさらに下側の薄板まで通り、同時に全ての場合 において安全な締結に影響を及ぼすために十分な材料が除去される。 我々の発明に基づいてリベット締めする時、もちろん上側又は下側の薄板に関 して正確にリベット打込機を位置決めする必要がある。手で保持されるリベット 打込機ならば、これはリベット打込機の機首又はダイスが穴をふさぐように接触 することによって容易に達成可能である。リベット打込機がロボット又は他の特 別な目的の機械に据え付けられている場合、穴の位置は、穴の存在を検知してリ ベット打込機を正確に位置決めするために制御機構へもたらす信号を与えるレー ザー光線の使用により、容易に探知が可能である。 図面の簡単な説明 我々の発明は、我々の発明に基づいて締結可能な薄板の幾何学的配置のいくつ かの典型的な組み合せを示す図１〜７を参照することによって容易に理解するこ とができる。 本発明の実施態様 図１Ａは据え付けダイス型２の上に位置する２枚の薄板材料１を示す。最上部 の薄板材料１は、プランジャ５によって穴３を通り抜けて下側の薄板材料１まで 強引に押し込まれるリベット４の軸部を受け入れるための貫通孔３を有する。下 側の薄板材料１から強制移動させられた材料はダイス型２のキャビティ６に押し 込まれる。図１Ｂは材料１に設置された後のリベット４の断面を示す。 明瞭にするためダイス型２及びプランジャ５は図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、４ Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂ、７Ａそして７Ｂから省略されている。 図２Ａは、下側の薄板が部分的な穴８を有する材料７を示し、穴８には、リベ ット４が材料７に設置された時、強制移動させられた材料を、図２Ｂに示したよ うに、下側の薄板に面一仕上げをもたらすために収容可能である。 図３Ａは、上側の薄板がリベット４の軸部を受け入れるための貫通孔１１を有 し、そして下側の薄板が部分的な穴８を有する材料１０を示している。上述した 図２Ｂのように、強制移動させられた材料は図３Ｂに 示すように少なくとも部分的に穴８に収容可能である。 図４Ａは、図４Ｂに示すように、リベット３が材料１２に設置された時、上側 の薄板がリベット４の頭部１４を受け入れるための部分的な穴１３を有する材料 １２を示している。 図５Ａは、図５Ｂに示すように、リベット４が材料１５に設置された時、上側 の薄板にリベット４の頭部及び軸部を受け入れるためのふたつの直径の貫通孔16 を有する材料１５を示している。 図６Ａは、３枚の薄板よりなる材料１７を示し、図６Ｂに示すように、その上 側の薄板が、材料１７に設置された時リベット４の軸部が通り抜けできる貫通孔 １８を包含する。 図７Ａは、上側の２枚の薄板に貫通孔２０を、そして下側の薄板に部分的な穴 ２１を備えた３枚の薄板よりなる材料１９を示している。図７Ｂは材料１９に設 置されたリベット４の断面を示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 部材の一体化された厚さが領域（３）で低減され、そこに自己穿孔リベット （４）が全ての部材を貫通して広がる穴を創設することなく導入されることを特 徴とする、少なくともひとつが薄板材料である２又はそれ以上の部材（１，１） を自己穿孔リベット締めの手段により締結する方法。 ２ 厚さが、部材（７）の露出面から、セットされるリベット（４）の頭部から 最も離れた部材を部分的に貫通して広がる穴（８）を創設することによって低減 される請求項１記載の方法。 ３ 厚さが、部材（１２）の露出面から、セットされるリベット（４）の頭部に 近い部材を部分的に貫通して広がる穴（１３）を創設することによって低減され る請求項１記載の方法。 ４ 穴がリベット（４）の頭部（１４）をこぢんまりと受け入れるような寸法よ りなる請求項３記載の方法。 ５ 厚さがセットされるリベット（４）の頭部に近い部材（１；１０；１５；１ ７；１９）を完全に貫通して広がる穴（３；１１；１６；１８；２０）を創設す ることによって低減され、この穴は、部材の露出表面から広がりかつリベット頭 部が穴を通り抜けできないような寸法になっている請求項１記載の方法。 ６ 穴は、リベット軸部が穴にすべるように受け入れられるような寸法よりなる 請求項５記載の方法。 ７ 穴（２０）は、穴が完全に貫通して広がる部材に隣接する部材（１９）まで 達する請求項５又は６のいずれか一方に記載の方法。 ８ 厚さが、対向する露出面から組み合わされた部材（１０，１０；１９，１９ ）へ広がっているふたつの対向する穴（８，１１；２０，２１）を創設すること によって低減される上記各請求項のいずれかひとつに記載の方法。 ９ 上記各請求項記載の方法により相互にリベット締めされた複数の部材を包含 する組立体。