KR20080075230A - 샤프트 부분과 구형 헤드로 구성되는 볼트 요소 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 단부(14)가 판형 요소(18), 특히 판금 부분과 리벳 연결부(16)를 형성하도록 설계된 샤프트 부분(12)을 구비하는 볼트 요소(20)에 관한 것이다. 상기 볼트 요소는, 상기 샤프트 부분(12)이 그 타단부(20)에 구형 성형부(22)를 갖고, 그 구형 성형부의 직경이 샤프트 부분의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다. 이로 인하여, 작업 중에 구형 헤드 상에서 활주하는 소켓의 마모를 야기하는 버를 확실히 없앨 수 있는 구형 헤드를 구비하는 볼트 요소를 매우 비용 효율적인 방식으로 제조할 수 있다.

Description

샤프트 부분과 구형 헤드로 구성되는 볼트 요소{BOLT ELEMENT COMPRISING A SHAFT PART AND A SPHERICAL HEAD}

본 발명은 그 일단부가 패널 부품, 특히 판금 부분에 리벳 결합되도록 설계된 샤프트 부분을 구비하는 볼트 요소에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 유형의 볼트 요소와 부품(component)으로 이루어지는 부품 조립체와, 그러한 볼트 요소를 제조하는 제조 방법에 관한 것이다.

위에서 설명한 유형의 볼트 요소는 국제 출원 PCT/EP00/06465(대응 독일 특허 출원 100 33 149.1)와 국제 출원 PCT/EP00/06468(대응 독일 특허 출원 100 22 152.1)로부터 공지되어 있다.

기계 설계의 측면에서의 한 가지 문제는 구형 헤드를 갖는 저렴한 가격의 볼트 요소를 제조하는 것이다. 이러한 볼트 요소는 예컨대 자동차의 트렁크 뚜껑(boot lid) 또는 보닛(후드)을 지지하는 데 사용되는 완충 스프링 지지부를 위한 힌지 요소로서 사용된다. 그러나, 이러한 힌지 요소는 예컨대 카뷰레터 작동 기구의 링크 장치 등과 같은 복수의 다른 구조에서도 발견된다.

공지의 구형 볼트 요소는 샤프트 부분의 나사부와, 이 나사부로부터 반경 방 향으로 돌출하는 플랜지를 구비하여, 볼트 요소는 판금 부분 또는 캐리어에 고정 설치될 수 있다. 또한, 볼트 요소의 샤프트 부분의 이러한 구조로 인하여 구형 헤드를 제조하기가 곤란한데, 그 이유는 구형 헤드용의 냉간 헤딩 도구(tool)의 구조에 제한이 생기기 때문이다.

공지의 볼트 요소의 구형 헤드에 있어서는, 이들 볼트 요소를 냉간 헤딩 부품으로서 저렴한 비용으로 제조해야 하는 경우에, 구형 헤드를 형성하는 가동 도구 부분이 볼트 요소의 종축을 향해 반경 방향으로 이동되어야 하고, 분할면(partition surface), 즉 이들 도구 부분이 서로 만나는 곳에서 구형 헤드의 표면에, 각각 반경 방향 평면에 버가 형성되는 문제가 존재한다. 이들 버는 본질적으로 미세한 경우에도 추가의 공정에서 비용을 들여서 제거해야만 하거나, 또는 소켓이 플라스틱으로 구성되든 금속으로 구성되든 상관없이 구형 헤드를 수용하는 소켓이 버에 의해 비교적 빠르게 마모된다는 단점을 감수해야만 한다.

본 발명의 목적은, 매우 저렴한 비용으로 제조될 수 있으면서도 장애가 되는 어떠한 버도 갖지 않는 구형 헤드를 갖춘 볼트 요소를 제공하는 것이다. 또한, 볼트 요소를 저렴한 비용으로 부품에 결합하는 것이 가능하여, 대응하는 부품 조립체를 마찬가지로 저렴한 비용으로 얻을 수 있다. 또한, 대응하는 볼트 요소를 저렴한 비용으로 제조하는 제조 방법도 제공된다.

이들 목적을 만족시키기 위하여, 초반에 언급한 유형의 볼트 요소는, 샤프트 부분이 타단부에 구형 성형부를 갖고, 이 구형 성형부의 볼 직경이 샤프트 부분의 직경보다 크게 되어 있는 특별한 특징을 갖는다.

달리 말하면, 본 발명에 따른 볼트 요소는 주로 구형 헤드와 원통형 샤프트 부분으로 구성되며, 상기 샤프트 부분은 구형 헤드로부터 먼 단부가 중공이어서, 패널 부품, 특히 판금 부분과 리벳 결합하도록 도입된다. 샤프트 부분의 직경이 일정하므로, 청구항 14에 따라 원통형 블랭크를 다이의 원통형 통로에 부분적으로 수용하고 다이의 단부면을 넘어서 돌출하게 하며, 직경이 볼트 요소의 원하는 구형 성형부의 볼 직경과 일치하는 반구형 리세스를 단부면으로 전이되는 통로의 영역에서 다이에 형성하고, 유사한 반구형 리세스를 갖는 도구를 다이의 외부로 돌출된 원통형 블랭크의 자유단에 대해 압박하고, 다이와 도구를 서로 접촉시켜 다이의 외부로 돌출된 원통형 블랭크의 단부를 냉간 성형에 의해 구형 성형부로 재성형함으 로써, 기능적 요소를 제조할 수 있다.

종래 기술에서는, 구형 헤드의 제조에 사용되는 냉간 헤딩 도구가 대응 블랭크의 종축에 대해 반경 방향으로 이동되어야 하는 반면에, 본 발명에서는, 두 부품, 즉 다이와, 이 다이와 협력하는 도구로만 이루어진 공구가 원통형 블랭크에 동축으로 배치되고 서로를 향해 이동되어 원통형 블랭크의 냉간 성형에 의해 구형 성형부를 성형한다. 이는, 다이와 도구의 폐쇄 상태에서, 즉 이들 다이와 도구가 분할면에서 서로 접촉할 때, 이 분할면이 구형 성형부의 적도(equator)에 상응하는 위치에 배치되어 있고, 볼트 요소의 샤프트 부분 또는 원통형 블랭크의 종축에 수직하게 유지되는 것을 의미하는 것이다.

이러한 구조에서는, 한편으로 다이와 도구가 서로에 대해 정확하게 정렬되고, 적도의 영역에 있다고 해도 단지 극히 작은 버만 형성되도록 다이와 도구를 안내하는 것이 가능하다. 그러나, 이 버는 더 이상 그다지 방해가 되지 않는데, 그 이유는 소켓이 구형 헤드의 종축 둘레에서 회전할 때에 어떠한 현저한 스크랩핑 작용도 소켓에 가해지지 않기 때문인데, 그 경우 버는 반경 방향 평면에서 연장된다. 기능적 요소의 샤프트 부분이 적어도 실질적으로 원통형으로 제조되고 그 외경이 일정하기 때문에, 원통형 블랭크는 원통형 바 재료 또는 와이어로 매우 저렴한 비용으로 제조될 수도 있고, 튜브 재료로 제조될 수도 있다. 샤프트 부분의 특징적인 형상을 고려한 다이 또는 도구 부분의 반경 방향 운동은 더 이상 필요하지 않은데, 이는 그러한 특징적인 형상이 완전히 원통형인 샤프트 부분에 존재하지 않기 때문이다.

전술한 PCT 출원 또는 대응 독일 특허 출원에 개시된 방식에 따른 리벳 연결부의 구조를 통하여, 대응 볼트 요소를 저렴한 비용과 적절한 강도로 부품 또는 판금 부분에 고정하는 것이 가능하다.

첫 번째(PCT/EP00/06465) 경우에, 볼트 요소는 중공 실린더 형태의 헤드 부분으로서 지칭되는 부분을 구비하는데, 이 부분은 천공 및 리벳 체결을 위한 특징부(features)를 갖고, 자가 천공식(self-piercing manner)으로 판금 부분 내로 도입된다. 이러한 구조에 있어서, 중공 헤드 부분의 자유단은 판금 부분의 일측에서 리벳 비드로 변형되고, 원통형 부분의 벽은 판금 부분의 타측에서 링 폴드(ring fold)로 형성되어, 판금 부분은 리벳 비드와 링 폴드 사이에서 클램프된다. 이러한 방식으로, 볼트 요소와 판금 부분 사이에 안정적인 결합이 이루어진다.

두 번째(국제 출원 PCT/EP00/06468) 경우에, 마찬가지로 볼트 요소는 역시 중공 실린더로서 형성되는 헤드 섹션으로서 지칭되는 부분을 구비하는데, 이 부분은 그 개방 단부면이 매우 둥글게 되어 있어서 전체적으로 시가와 유사한 형상을 갖는다.

양 특허 모두의 경우에, 각각의 요소는 바람직한 실시예에서 그 전체 길이에 걸쳐 적어도 실질적으로 일정한 직경을 갖는다.

시가와 유사한 형상의 요소의 경우에, 이 요소는 자가 천공식으로 판금 부분 내로 도입되지 않고, 오히려 볼트 요소의 중공 영역이 판금 부분을 다이의 성형 공간 내로 압박하는 데 활용되고, 그 동안에 링 리세스에 의해 서로 간격을 두고 있는 2개의 축방향 링 폴드(ring fold)로 변형되며, 시트 재료가 링 리세스 내로 프 레싱되어 볼트 요소와 판금 부분 사이에 안정적인 리벳 결합을 형성한다. 각 볼트 요소의 샤프트 부분에는 일반적으로 수나사가 형성되어 있다. 스프링 클램프를 수용하도록 둘레에서 연장되는 홈과 같은 다른 구조도 또한 설명되어 있다. 또한, 전술한 국제 출원 또는 대응 독일 출원의 개시 내용은 본 명세서의 내용의 일부를 이루는데, 그 이유는 판금 부분에 대한 리벳 연결을 위하여 그들 출원에서 각각 설명되어 있는 구조가 본 발명에 동일한 형태로 사용될 수 있고, 본 발명에 사용될 수 있는 리벳 연결의 바람직한 실시예를 나타내기 때문이다.

양 특허 모두의 경우에, 구형 헤드로부터 먼 샤프트 부분의 일단부에 있는 중공 영역의 변형으로 인하여, 판금 부분에 대한 양호한 접촉을 가능하게 하는 적당히 넓은 링 폴드가 형성되는데, 다시 말하면 구형 헤드에 반경 방향으로 작용하는 힘이 볼트 요소의 느슨해짐을 야기하지 않도록 하는 넓은 베이스를 형성한다.

본 발명에 따른 볼트 요소, 부품 조립체, 방법, 그리고 다이와 도구의 특히 바람직한 실시예는 도면에 대한 설명과 종속 청구항으로부터 알 수 있다.

이제 본 발명을 실시예 및 도면을 참고로 보다 상세하게 설명하기로 한다.

이하의 설명에서, 동일 참조 번호는 항상 동일하거나 유사한 부품 또는 특징부에 대해 사용되고 있으며, 따라서 소정 부분 또는 특징부에 제공되는 설명은 동일 번호를 갖는 부분 또는 특징부에도 적용되므로, 반복적으로 설명하지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 볼트 요소(10)의 측면도를 도시하고 있으며, 이 볼트 요소는 샤프트 부분(12)을 구비하며, 이 샤프트 부분의 일단부(14)는 판금 부분 및 패널 부품(18)에 대한 리벳 연결부(16; 도 3 참조)를 위하여 설계된다. 샤프트 부분(12)은 타단부(20)에 구형 성형부(22)를 구비하며, 이 구형 성형부의 볼 직경(D)은 샤프트 부분의 직경(d)보다 크다.

샤프트 부분(12)의 직경(d)은 구형 성형부(22)로부터 일단부(14)의 단부면(24)에 이르기까지 적어도 실질적으로 그 전체 길이에 걸쳐 적어도 실질적으로 일정하다.

판금 부분에 대한 리벳 연결부(16)를 위하여 설계되는 샤프트 부분(12)의 일단부(14)는 중공으로 제조되고, 샤프트 부분(12)의 나머지 부분과 적어도 실질적으로 동일한 외경(d)을 갖는다. 이러한 방식으로 형성된 중공 공간(26)은 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 실질적으로 구형 단면의 원통 형상이다. 샤프트 부분(12)의 일단부(14)에는 그 자체로 공지된 방식으로 천공 및 리벳 체결 특징부가 실제로는 라운드진 펀칭 및 드로잉 에지(28)의 형태로 형성되며, 그 내측에 원추형 절삭면(30)이 마련되어 있다. 따라서, 볼트 요소(10)의 천공 및 리벳 체결 섹션은 DE-PS 34 470 06 C2에 따라 형성되어 있다. 또한, 샤프트 부분(12)의 외주는 직원통 형상으로 제조되는 것이 바람직한데, 즉 원형 외주의 단면을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 특별한 이유로 유리한 경우에는, 다각형 형상과 같이 원형 형상과 약간 상이한 형상의 샤프트 부분(12)을 사용하는 것도 또한 고려할 수 있다.

중공 영역(32)은, 도 3의 리벳 연결부(16)의 형성 중에 구형 성형부(22)로부터 먼 부품(18)의 측부(38)에 리벳 비드(36)를 형성하고, 부품(18)의 두께만큼 이어져서(bridge), 구형 성형부에 인접한 부품(18)의 측부(42)에 링 폴드(40)를 형성 하기 위하여 그 중공 영역 내에 적절한 물질이 존재하는 것을 보장하도록 〔볼트 요소(10)의 중앙 종축(34)의 방향으로 측정했을 때〕 최소 길이(L)를 가져야 한다.

볼트 요소를 전체적으로 중공으로 제조하는 것도 생각할 수 있는데, 이 경우 볼트 요소를 튜브 재료로 제조할 수 있다는 장점과, 구형 성형부를 대응 외부 다이 내측에서 고압 성형 공정에 의해 제조할 수 있다는 장점을 갖는다.

중공의 샤프트 부분을 이용할 때, 이 부분에는 선택적으로 암나사가 형성될 수 있어서, 도 3의 리벳 연결부의 형성 및 도 3에 도시된 스탬핑 슬러그(44)의 제거 후에, 필요한 경우에 판금 부분에 대한 결합을 더욱 개선하도록 구형 성형부(22)로부터 먼 볼트 요소(10)의 단부로부터 볼트가 나사 내로 도입될 수 있다. 이러한 유형의 볼트 요소는 볼트 요소 자체의 강성도 또한 증가시킬 수 있다. (도시 생략된) 이러한 구조에 있어서는, 판금 부분(18)의 하측에 볼트의 헤드가 안정적으로 안착될 수 있도록 상응하는 형상의 와셔를 제공할 필요가 있는데, 이를 위하여 그러한 상황에서는 프레스 가공에 의해 리벳 비드(36)에 평평한 하측(도 3 참조)을 제공하는 것으로 충분할 수 있다.

구형 성형부(22)가 샤프트 부분의 종축(34)에 수직하게 있는 평면에 놓이는 적도선(46)을 갖는 것은 도 1로부터 또한 명백하다. 적도선(46)의 위치에서는 본질적으로 버가 없는데, 즉 볼트 요소의 제조 중에 융기된 부분이 발견되지 않고, 오히려 상기 적도선(46)은 단순히 구형 성형부를 형성하는 데 사용되는 도구의 분리 조인트의 위치를 나타내는 것이다. 이들 도구는 도 2에 보다 상세하게 도시되어 있다. 이들 도구는 하부 다이(50)와 상부 도구(52)를 구비한다. 여기서, "하 부"와 "상부"에 대한 지시는 상세한 설명 및 청구범위의 다른 부분에서와 같이 순전히 도면의 정렬에 관한 것이며, 다이 또는 도구의 실제 정렬에 대해 어떠한 제한도 나타내지 않는 것이다. 이들 부분은, 다이가 도구(52) 위에 배치되거나 중앙 종축(54)이 수평으로 또는 다른 방향으로 배치되도록 용이하게 배열될 수 있다.

다이(50)는 다이의 단부면(58)의 영역에서 반구형 리세스(60)로 이행되는 원통형 통로(56)를 구비하며, 그러한 구의 직경은 볼트 요소(10)의 구형 성형부(22)의 직경(D)과 일치한다. 다이의 중앙 통로(56) 내에는 원통형 바(62)가 배치되어 있으며, 이 바의 상단(64)은 볼트 요소(10)의 중공 공간(26)에 배치되어, 예컨대 중공 공간(26)의 횡방향 벽(66)과 접촉한다. 그 타측인 하단에서, 바(62)는 다이(50)와 유사한 단단한 지지부에 지지되어 있다. 바(62)는 완성된 볼트 요소(10)를 다이 밖으로 방출하도록 이중 화살표(70) 방향으로 앞뒤로 이동될 수 있는 슬리브(68) 내에 위치되어 있다.

다이(50) 위에는 그 다이에 동축으로 도구(52)가 있으며, 이 도구는 유사하게 그 단부(70)에 반구형 리세스(74)가 마련되어 있으며, 이 반구형 리세스(74)는 직원통형 통로(76)로 이행되며, 이 통로는 유사하게 중앙 종축(54)에 동축으로 유사하게 배치되어 있다. 본 실시예에서 참조 부호 80은 통로(76) 내에 배치되어 있는 원통형 가이드를 지시하며, 이 가이드의 하단(82)은 구형 성형부(22)의 상단에 평탄부(84)를 형성하는 역할을 한다. 또한, 이 가이드(80)는, 허용 오차 상의 이유로 구형 성형부(22)를 형성하기에는 너무 많은 재료가 존재하는 경우에 약간 편위될 수 있도록 스프링 기구에 의해 편향될 수 있다.

이제 도 2에 따른 구조의 조작 방식을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 처음에는, 모든 볼트 요소(10)가 생략된 것으로 가정한다. 먼저 중공 공간(26)과 천공 및 리벳 체결 특징부를 갖는 원통형 블랭크(도시 생략)가 다이(50)의 중앙 통로(56) 내로 도입되고, 횡방향 벽(66)이 바(62)의 상측에 지지된다. 이 상태에서, 방출용 슬리브(68)가 후퇴되어, 블랭크의 하측 단부면(24)이 슬리브(68)와 거리를 두거나 그 슬리브를 가벼운 접촉 압력으로 멀어지게 가압할 수 있다. 이제, 상부 다이(52)가 가이드 바(80)의 안내 하에 하향으로 안내되어, 원통형 블랭크의 상단을 구형 성형부(22)로 변형시킨다. 다이(50)를 향한 도구(52)의 운동 종료 시에, 도구(52)의 하측 단부면(72)은 다이(50)의 상측 단부면(58)과 접촉하며, 분할 조인트, 즉 단부면(72, 58)이 서로 접촉하는 위치는 그 분할 조인트가 구형 성형부의 적도선(46)에 놓이도록 선택된다. 원통형 블랭크의 치수는 다이(50)에 대한 도구(52)의 폐쇄 운동 이전에 다이(50)의 단부면(58)을 넘어서 돌출하도록 정해지는데, 실제로는 도구의 폐쇄 상태에서, 즉 도구(52)의 단부면(72)이 다이(50)의 단부면(58)에 대해 접촉하고 있는 상태에서 전술한 바와 같이 형성된 구형 공간을 완전하게 채우기에 충분한 재료가 존재하게 되는 크기만큼 돌출되도록 정해진다.

도구가 상기 폐쇄 위치에 도달하는 즉시, 볼트 요소는 완성되고, 도구(52)는 다시 상향으로 다이(50)로부터 멀어지게 이동되며, 슬리브(68)는 도 2에 도시된 바와 같이 완성된 볼트 요소(10)를 다이(50)로부터 방출하도록 상향으로 이동된다. 그 후에, 새로운 원통형 블랭크가 통로(56) 내로 삽입될 수 있으며, 추가의 볼트 요소를 제조하기 위하여 방법이 반복된다.

다이(50)는 이 제조 공정에서 프레스의 하부 도구에 배치될 수 있고, 상부 도구(52)는 프레스의 상부 도구 또는 프레스의 중간 플래튼(platen)에 결합된다.

도 3에 도시된 바와 같이 볼트 요소(10)를 판금 부분(18)에 결합하기 위한 방법은 전술한 국제 출원 PCT/EP00/06465에 상세하게 설명되어 있으므로, 본 명세서에서는 추가의 설명을 하지 않는데, 이는 리벳 연결부의 정확한 성질 및 구조가 본 발명의 주제가 아니기 때문이다. 볼트 요소(10)의 하단에는 천공 및 리벳 체결용 특징부가 마련되어 있으므로, 그 하단은 자가 천공식으로 판금 부분(18) 내로 도입될 수 있고, 이로써 펀칭 슬러그(44)가 발생된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이 펀칭 슬러그는 볼트 요소(10)의 변형된 중공 공간(26)으로 클램프되어 리벳 연결부(16)의 안정성에 기여한다. 링 폴드(40)의 상측(90)은 판금 부분(18)의 상측(42)과 대략 동일 평면에 놓이도록 배치되며, 따라서 구형 성형부(22) 상에 배치되는 소켓의 운동 자유도에 어떠한 장애도 제공하지 않는다. 리벳 연결부(16)의 영역에서 (원래 평평한) 판금 부분의 형상으로부터 볼트 요소(10)를 판금 부분(18)에 매우 안정적으로 결합하는 방법을 알 수 있을 것이다.

볼트 요소(10)는 반드시 도 1에 도시된 바와 같이 구현될 필요는 없고, 오히려 판금 부분과의 리벳 연결에 적합한 다른 구조의 제1 단부(14)를 생각할 수도 있다. 특히, 국제 출원 PCT/EP00/06468의 도 2에 도시된 바와 같은 구조를 고려할 수 있다. 이 구조는 도 4에 도시된 바와 같은 리벳 연결부(16')를 또한 가능하게 하며, 상기 PCT 출원에서 설명한 바와 유사하게 구현된다. 이러한 타입의 리벳 연결의 장점은, 판금 부분(18)이 천공되지 않고, 그 결과 수밀식 연결이 존재한다는 것이다. 대응 PCT 출원에 개시된 바와 같이, 리벳 연결부(16')는 볼트 요소의 중공 영역이 2개의 링 폴드, 실제로는 상부 링 폴드(40')와 추가의 하부 링 폴드(92)로 형성되도록 구현되며, 이들 링 폴드는 그들 사이에 링형 리세스(94)를 형성한다. 판금 재료는 도 4에 96으로 도시된 바와 같이 판금 요소의 결합에 의해 링형 리세스(94) 내로 가압되고, 두 링 폴드(40', 92) 사이에서 강하게 클램프된다. 이 예에서 참조 부호 98은, 대응 요소가 종축 둘레의 토크를 흡수해야 하는 상기 PCT 출원에서는 중요한 것인 회전에 대한 안전을 제공하는 노즈(nose)를 지시한다.

본 명세서에서는 구형 헤드를 갖춘 볼트 요소를 고려하고 있어서 어떠한 토크도 흡수할 필요가 없으므로, 회전에 대한 안전을 제공하는 그러한 노즈(98)는 필수적인 것이 아니며, 회전에 대한 안전을 제공하는 이들 노즈를 형성하는 데 필요한 도구의 형상에 상응하는 특징부는 생략될 수 있다.

모든 실시예에서, 모든 물질은, 예컨대 DIN 1654에 따른 35B2 합금을 냉간 성형하는 경우에 ISO 표준에 따른 등급 8(class 8)의 강도값을 얻는 기능적인 요소의 물질에 대한 예로서 명명될 수 있다. 그렇게 형성된 고정 요소는 모든 상업적으로 입수 가능한 강 재료, 예컨대 가공용 판금 부분과, 알루미늄 또는 기타 합금에 특히 적합하다.

도 5는 도 1의 구형 볼트 요소(10)와 유사한 볼트 요소(10)의 축방향 단면도를 도시하고 있지만, 볼트 요소가 튜브 재료로 제조되어, 원형 단면의 관통 중앙 통로(100)를 구비한다는 점에서 상이하다. 도 5의 볼트 요소의 하단은 라운드진 프레싱 및 드로잉 에지(28) 형태의 천공 및 리벳 체결 특징부와 원추형 절삭면(30) 을 갖는 도 1의 볼트 요소의 하단에 상응하게 형성될 수 있지만, 본 실시예에서는 원추형 절삭면(30)이 가능한 한 최소로 감소된 것으로 도시되어 있다. 종방향 통로(100)의 하단은 도 1의 구형 볼트 요소(10)의 중공 공간(26)에 상응하는데, 즉 이 중공 공간을 형성한다.

구형 볼트 요소(10)는 도 2에 상응하는 도구에서 도 1의 구형 볼트 요소(10)에 따라 제조되지만, 가이드 바(80)에 바람직하게는 관형 블랭크 또는 구형 볼트 요소의 중앙 종방향 통로(100) 내로 끼워지는 원통형 돌출부(도시 생략)가 마련되는 점에서 상이한데, 상기 돌출부는 가이드 바(62)의 상단에 대략 인접하게 하향 연장되어, 구형 헤드의 형성 중에 내측으로부터 튜브 물질을 지지하고, 튜브 물질의 원치 않는 변형을 방지한다. 가이드 바(80)와, 가이드 스피곳으로서도 기능하고 볼트 요소의 중앙 종방향 통로 내로 도입되는 하향 원통형 돌출부 사이의 단(step)은 구형 헤드의 상단의 평판부(84)를 이루게 하는 반경 방향 쇼울더를 형성한다.

도 6은 튜브 재료로 제조되는 구형 볼트 요소(10)의 변형 구조를 도시하고 있다. 이 경우에, 직원통형 튜브 섹션은 두 부품 다이(도시 생략) 내에 놓이며, 이 다이의 중공 캐비티는 도 6의 완성된 구형 볼트 요소의 외형을 갖는다. 도 6에서, 구형 볼트 요소(10)의 하단은 몰드의 중공 캐비티의 횡방향 벽에 대해 지지되고, 작동 유체는 적합한 노즐에 의해 도 6의 튜브 섹션의 상단을 통하여 고압으로 튜브 섹션의 내부로 강제 도입되어, 내측에 가해지는 고압에 의해 구형 헤드의 구형 형상이 형성된다. 도구(52)와 다이(50)에 따른 구형 볼트 요소의 영역에 형성 되는 도시 생략된 두 부품 몰드는 도 6에 도시되어 있는 평면(102)의 레벨에서 몰드의 두 절반부 사이에 분할면을 갖는다. 구형 볼트 요소(10)의 형성 후에, 몰드는 개방되고, 구형 볼트 요소는 선택적으로 슬라이드의 도움으로 몰드로부터 이동될 수 있으며, 상기 슬라이드는 몰드 절반 중 하나의 내부에서 구형 볼트의 샤프트 부분의 축방향으로 활주하여 도 6의 구형 볼트 요소(10)의 하측 단부면(24)을 압박하는 것이 바람직하다.

도 7은 예컨대 도 1에 따른 구형 볼트 요소를 판금 부분(18) 형태의 판형 공작물에 결합하기 위한 바람직한 도구(104)를 도시하고 있다. 판금 부분(18)은 다이(104)의 상측 단부면에 지지되는데, 이 다이는 그 기본 원리가 유럽 특허 출원 99 120 559.2 및 00 931 155.6의 다이와 유사하다. 이전에 언급한 특허 출원의 도 9에 따르면, 이 특허에 존재하는 다이(104)는 판금 부분의 지지를 위한 단부면(108)이 있는 중공 몸체(106)를 구비하며, 그 단부면은 원추형으로 테이퍼지는 벽(110)을 경유하여 접합 요소(112)가 있는 공간으로 이행되며, 접합 요소(112)는 쐐기형 단면의 링 갭(113; ring gap)을 형성하도록 원추형으로 테이퍼지는 벽으로부터 간격을 두고 있다.

쐐기 형태의 링 갭에는, 복수 개의, 예컨대 1개 내지 8개, 특히 4개의 동일 구조의 세그먼트형 성형 부분(116)이 있으며, 이들 성형 부분은 다이의 종축(118)의 둘레에서 쐐기 형태의 링 갭(113)에 배치되어 있고, 원추형 벽(110)과 또한 접합 요소(112) 모두에 지지되어 있다. 성형 부분(116)은 종축(118) 둘레에서 링 갭(113)을 완전히 채우도록, 즉 예컨대 EP 출원 99 120 559.2의 도 10에 따라 인접 성형 부분(116) 사이에 구조물이 존재하지 않도록 배치될 수도 있고, 다이의 고정 구조가 EP 특허 00 931 155.6의 다이 또는 동일 발명자의 초기의 관련 다이에서와 같이 다이의 인접 성형 부분 사이에 제공될 수도 있다.

그러나, 접합 요소는 본 실시예에서는 상기 EP 출원과 약간 상이하게 설계된다.

먼저, 접합 요소(112)가 링형으로 반경 방향으로 연장되는 칼라(120; collar)를 구비하며, 이 칼라는 성형 부분의 대응 홈(122)에 맞물리고, 접합 요소(112)는 다이(104)의 축방향(118)으로 성형 부분과 함께 이동될 수 있다는 것은 명백하다. 접합 요소의 하단(124)은 다이 몸체(106)의 중공 공간(126)으로 돌출하고, 그곳에서 나사(128)에 의해 디스크 요소(130)에 나사 결합된 상태로 종료된다. 이 중공 공간(126)에는 다이의 외부 부분의 반경 방향 내측으로 돌출하는 쇼울더(132)와 다이(130) 사이에 압축 코일 스프링이 있으며, 이 압축 코일 스프링은 접합 요소(112)와, 또한 링형 칼라(120)를 매개로 접합 요소(112)와 함께 성형 부분(116)을 하향으로 당기도록 설계된다. 성형 부분의 최대 하향 운동은 성형 부분이 맞닿게 접촉하는 링 쇼울더의 상측(134)에 의해 제한된다. 이는 칼라(120)와 홈(122)을 매개로 접합 요소(112)의 가능한 최하측 위치도 또한 제한한다. 도 8 및 도 9의 확대된 형태로부터 볼 수 있는 접합 요소(112)의 상단(136)은 구형 볼트 요소(10)의 관형 단부(14)를 위한 성형 공간(138)을 형성한다. 이 링형 성형 공간에는 그 베이스 영역에 반구형 단면의 롤링 표면(140)이 마련되어 있으며, 이 표면은 성형 부분(116)의 반경 방향 내측 돌출 노즈(142)보다 상당히 아래에 배치되어 있다. 도 8에 있어서, 접합 요소의 중앙 포스트(144)의 단부면(143)은 성형 부분의 상측면(146)과 동일 높이로 있으며, 이 상측면은 다이를 수용하는 도구(도시 생략)와 다이(104)의 외측 부분(106)의 상측면과 동일 높이로 있다.

도면 부호 150은 접합 요소에 대해 성형 부분을 유지하는 링 스프링 요소를 지시한다.

도 8로부터 명백하듯이, 성형 부분은 라운드진 에지(152)를 구비하며, 이 에지는 이중 라인 표시로부터 분명하다.

이와 달리, 국제 출원 PCT/EP00/06468에 따른 다이에서는, 판금 부분이 다이의 성형 공간 내로 대응 요소를 스탬핑하는 중에 단지형(pot-like) 리세스로 성형되며, 중앙 포스트(144)는 구형 볼트 요소(10)의 하단의 천공 및 리벳 체결 특징부(28, 30)와 협동하여, 독일 특허 DE-PS 34 47 006의 성형 다이에 대해 설명한 방식과 유사하게 판금 부분으로부터 펀칭 슬러그(44)를 펀칭해낸다.

구형 볼트 요소의 하측 단부면(24)은 접합 요소(112)의 중앙 포스트의 상단(143)과 협력하여 판금 부분(18)을 관통 펀칭하고, 성형 부분의 둥근 노즈(142)에 걸쳐 다이의 성형 공간(138) 내로 위와 같이 형성되는 구멍의 둘레에서 판금 부분을 잡아 당긴다. 동시에, 구형 볼트 요소(10)의 관형 단부의 부분은 반경 방향 외측으로 편향되며, 이어서 구형 볼트 요소(10)의 자유단(24)이 성형 부분(116)의 반경 방향 내측 돌출 노즈(142)의 하측(154)에 닿을 때까지 다이의 접합 요소의 롤링 표면에 의해 다시 상향으로 편향된다.

도 9로부터, 이제 다이의 성형 공간(138)에 있는 판금 부분(18)의 원추 부 분(156)이 구형 볼트 요소(10)의 구부러진 단부(14)에 형상 끼워맞춤식으로 놓이고, 적어도 본질적으로 전체 성형 공간(138)이 금속으로 채워지는 것을 알 수 있다. 이 위치에 도달하는 즉시, 구형 볼트 요소의 재료는 성형 공간(138) 내로 더 이상 들어갈 수 없게 되지만, 관형 칼라의 길이는 이전에 설명한 링 폴드가 도 9에 도시된 바와 같이 형성될 수 있도록 치수가 정해진다. 구형 볼트 요소의 자유단(24)의 이동은 성형 부분(116)의 노즈의 하측(154)에서 효과적으로 정지되고, 그 결과 이제 링 폴드(40)가 형성될 수 있다.

판금 부분을 관통 펀칭할 때에 생기는 펀칭 슬러그(44)는 중앙 포스트(144)의 상단(143)과 중공 공간(26) 내측의 횡방향 벽(66) 사이에서 트랩되어, 거기서 판금 부분에 대한 연결을 강화한다.

구형 볼트 요소(10)에 의한 펀칭 후의 프레스의 개방 중에, 구형 볼트 요소가 먼저 들어올려지고, 동시에 그 요소가 결합되는 판금 부분이 다이로부터 들어려진다. 그렇게 함으로써, 성형 부분(116)은 접합 요소(112)와 함께 결합되어 상향으로 들어올려지고, 중공 공간(126) 내의 코일 스프링은 리벳 비드(36)의 영역에서 작용하는 힘이 성형 부분(116)을 리벳 비드(36)로부터 멀어지게 반경 방향 외측으로 압박하기에 충분할때까지 압축되고, 이로써 구형 볼트 요소(10)와 판금 부분(18)으로 이루어진 부품 조립체가 다이(104)로부터 자유롭게 된다.

도 7의 도구(104)의 상측 부분(160)은 구형 볼트 요소(10)를 판금 부분(18)에 결합하도록 설계되는 세팅 헤드를 나타내며, 이 목적을 위하여 상기 세팅 헤드는 홀더(도시 생략)를 통하여 프레스의 상부 도구(163) 또는 프레스의 중간 플래 튼, 또는 역전 구조에서는 프레스의 하부 도구에 결합될 수 있다.

여기서, 세팅 헤드(160)는 구형 볼트 요소와 다이의 중앙 정렬을 달성하도록 정렬되며, 볼트 요소가 적소에 스탬핑될 때 볼트 요소의 비틀림을 방지한다. 리벳 비드(36)의 자유 단부면(24)이 다이 인서트(die insert)에 도달할 때, 즉 성형 부분(116)과, 그로 인해 링 플랜지(40)를 형성하도록 샤프트 부분(12)을 팽창시키기 위한 규정된 출발 지점에 도달할 때, 실제로는 단지 하나의 성형 부분(116)이 마련될 때, 다이는 비드 작업(beading operation)의 종료를 보장하는데, 이는 기본적으로 EP 출원 00 931 155.6과 유사한 다이 구조에 의해 가능하다.

세팅 헤드(160)는 그 하단(166)에 원추형 리세스(164)가 마련된 외측 관형 부분(162)을 구비하고, 상기 리세스 내에 복수 개의 성형 부분, 예컨대 4개의 성형 부분(168)이 수용되는데, 도 7에는 이들 성형 부분(168) 중 단지 하나만이 보인다. 각 성형 부분은 세팅 헤드(160)의 외측 부분(162)의 원추벽(164)과 상보적인 형상으로 제조되는 원추형 외벽(170)을 구비한다.

도 7의 성형 부분의 하부 영역에서, 이들 성형 부분은 반경 방향 내측으로 연장되는 조우 면(172, jaw face)을 구비하며, 이 조우 면은 구형 볼트 요소(10)의 샤프트 부분(12)에 맞물리며, 구형 볼트 요소에서의 면접촉이 가능하도록 부분 원통형 표면으로서 형성되어, 구형 볼트 요소(10)와 세팅 헤드의 중앙 종축(174)과의 요구되는 정렬을 보장하는데, 상기 종축은 다이의 중앙 종축(118)에 동축을 이루고 있다.

상부 영역에서, 성형 부분(168)은 반경 방향 내측을 향하는 노즈(176)를 구 비하며, 이 노즈는 세팅 헤드(160)의 변위 가능한 슬리브(182)에 있는 홈(180)으로 연장된다. 홈의 하부 경계(184)는 노즈의 뒤에 맞물려서, 성형 부분(168)은 강제적으로 안내되는데, 즉 슬리브(182)와 함께 축방향으로 이동될 수 있다.

링 스프링(205)이 성형 부분(168)을 둘러싸서, 성형 부분(168)의 분실을 방지한다. 슬리브(182)는 그 상부 영역에 반경 방향 외측을 향하는 칼라(186)를 구비하며, 이 칼라는 도구(160)의 외측 부분(162)의 직원통형 중공 공간(188)에서 이동 가능하며, 도구(160)의 반경 방향 내측을 향하는 링 쇼울더(190)는 바닥에서 중공 캐비티(188)를 구획하고, 슬리브(182)의 반경 방향 외측을 향하는 칼라(186)를 위한 접합부를 형성한다.

슬리브의 상부 영역 내에는 약한 압축 코일 스프링(192)이 위치되어 있으며, 이 스프링의 하단(194)은 슬리브(182)의 반경 방향 내측을 향하는 쇼울더(196)와 접촉하고, 그 스프링의 상단은 도 7에서 프레스의 상부 도구(163)에 지지되어 있다. 이 실시예에서, 스프링은 슬리브를 반경 방향 하측으로 약간 편위시킨다.

원추형 상단(202)을 갖는 플런저 핀(200)은 슬리브의 하부 영역에서 슬리브(182)의 원통형 보어(198) 내에 배치되고, 변위 가능한 슬리브(182) 내에서 대응 원추면에 대해 지지되며, 그 결과 플런저 핀(200)은 슬리브(182)로부터 하향으로 낙하될 수 없다. 플런저 핀(200) 위에는 변위 가능한 슬리브의 나사 형성 보어(206)에 나사 결합되는 그러브 나사(204; grub screw)가 있어서, 플런저 핀(200)이 상향으로 벗어나는 것을 방지한다. 그러브 나사(204)와 슬리브(182) 사이의 나사 접속은 궁극적으로 프레스의 상부 도구(163)로부터의 가압력을 또한 전달하고, 슬리브(182), 그러브 나사(204) 및 플런저 핀(200)을 하향으로 압박한다. 플런저 핀(200)이 구형 볼트 요소(10)의 상단의 평탄부(84)와 접촉하는 것을 볼 수 있다.

프레스의 폐쇄 시에, 구형 볼트 요소는 상방으로 편향될 수 없으며, 하향 힘이 판금 부분의 전술한 천공과, 구형 볼트 요소(10)의 하단(14) 및 링 폴드(40)의 형성을 유도한다. 이들 성형 작업이 종료될 때, 상부 도구(160)의 하단(166)은 판금 부분(18)에 접촉하고, 판금 부분을 다이(104) 형태의 하부 도구에 대해 압박한다.

프레스의 개방 시에, 상부 도구(160)는 구형 볼트 요소(10)를 그에 결합된 판금 부분(18)과 함께 다이로부터 들어 올려서, 다이는 전술한 바와 같이 부품 조립체를 해제한다. 그 후, 판금 부분은 프레스의 다른 부분(도시 생략)에 부딪혀서, 구형 볼트 요소에 하향 작용력이 가해진다. 그에 따라, 구형 볼트 요소는 외향 연장 칼라(186)가 반경 방향 내측을 향하는 링 쇼울더(190)와 접촉하는 정도로 성형 부분을 상부 도구의 외측 부분으로부터 부분적으로 잡아 당긴다. 이러한 축방향 이동은 구형 헤드를 성형 부분(168)으로부터 분리하기에 충분한데, 그 이유는 이들 성형 부분이 상부 도구의 외측 부분으로부터 부분적으로 잡아 당겨질 때 반경 방향 외측으로 편향될 수 있기 때문이다. 이러한 반경 방향 외측을 향하는 이동을 돕기 위하여, 성형 부분(168)은 조우 면(172)의 축방향 상단의 영역에 경사면 또는 성형면(208)을 구비하고, 이 성형면은 구형 볼트 요소의 구형 헤드의 둥근 구면과 협력한다.

이제 구형 볼트 요소와 판금 부분으로 이루어지는 부품 조립체는 도 7에 따 라 도구의 작업 영역으로부터 제거될 수 있다.

압축 코일 스프링이 성형 부분을 개방된 위치로 유지하기 때문에, 새로운 구형 볼트 요소는 아래로부터 상부 도구로 도입될 수 있으며, 〔성형 부분의 조우 면(172)이 구형 볼트 요소(10)의 샤프트 부분(12)에 다시 맞물리고, 압축 코일 스프링이 압축될 때까지) 상향으로 압박된다. 예컨대 폴리우레탄으로 구성되며 성형 부분(168)을 서로를 향해 압박하는 링 스프링(205)은 원추벽(164)에서의 마찰에 의해 슬리브(182)를 성형 부분(168)과 함께 도 7에 도시된 위치로 유지하기에 충분히 강하도록 제조된다. 이제 새로운 구형 볼트 요소는 도 7의 구형 볼트 요소(10)의 위치를 갖는다.

이제 새로운 판금 부분(18)이 이전에 설명한 바와 같이 프레스 내로 도입될 수 있고, 새로운 구형 볼트 요소가 새로운 판금 부분(18)에 리벳 고정될 수 있다.

볼트 요소를 예컨대 손으로 아래로부터 상부 도구의 성형 부분 또는 세그먼트(168) 사이에 삽입하는 대신에, 비스듬하게 정렬된 가이드 채널(210)을 통하여 성형 부분 사이의 공간으로 구형 볼트 요소(10)를 자동으로 도입할 수 있다.

예컨대 3개의 성형 부분(168)이 제공되는 경우, 비스듬하게 정렬된 가이드 통로는 두 세그먼트형 성형 부분(168)의 사이의 중간 공간에 이를 수 있다. 이로 인하여, 구형 볼트 요소(10)가 가이드 통로(210)의 비스듬하게 정렬된 위치로부터 성형 부분(168) 사이의 수직 정렬된 위치로 이동할 수 있게 된다. 그러나, 가이드 통로(210)를 위한 필요 공간이 마련될 수 있다면 도구(160)에 4개의 접촉 성형 부분(168)이 제공되는 경우에도 유사한 과정이 가능하다.

마지막으로, 일련의 도 10a, 10b, 10c, 10d는 구형 볼트 요소를 보다 두꺼운 판금 부분 내로 삽입할 수도 있다는 것을 보여주고 있다. 두께가 대략 1.5 ㎜인 판금에 있어서는, 판금 부분(18)을 천공하거나 도 10a에 도시된 바와 같이 구멍(212)을 미리 마련하는 것으로 충분하다.

그러나, 판금 두께가 1.5 ㎜를 초과하는 경우에는, 판금이 구멍(214)의 영역에 도 10b의 형상을 갖도록 판금 준비 단계를 실행하는 것이 유리하다. 이러한 타입의 판금 준비는, 예컨대 소위 클램핑 구멍 리벳팅 공정(유럽 특허 539 793)과 국제 출원 PCT/EP96/04188의 소위 EBF 요소와 관련하여 설명되어 있으므로, 이에 대해서는 반복해서 설명하지 않는다. 도 10c는, 구멍의 예비 성형과 판금 부분의 준비 중에 구멍(214)의 내경이 구형 볼트 요소의 하단(14)의 외경(d)과 적어도 실질적으로 일치하는 것을 보여주고 있다. 마지막으로, 도 10d는 국제 출원 PCT/EP00/06465에 따라 실행되는 요소 결합 후의 위치를 보여주고 있다.

도 7의 다이를 사용하여 볼트 요소를 준비된 판금 부분에 결합하는 방법도 있으며, 판금 부분이 구형 볼트 요소에 의해 천공되지 않기 때문에 여기서는 펀칭 슬러그가 생기지 않는다. 리벳 비드(36)의 비드형 오버 단부(24)와 판금 부분 사이에 닙(nip)이 존재하고, 이 닙은 다이(104)의 성형 부분(116)의 노즈(142)에 의해 형성되는 것을 제외하고는, 설치 환경 자체는 도 10d와 유사하게 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 볼트 요소를 종방향으로 부분적으로 구획하여 도시하고 있고,

도 2는 도 1의 발명의 볼트 요소를 제조하기 위하여 본 발명에 따라 사용되는 도구를 도시하고 있고,

도 3은 본 발명의 볼트 요소를 판금 부분에 결합하는 것을 설명하기 위하여 국제 출원 PCT/EP00/06465의 도 5에 해당하는 다이어그램을 도시하고 있고,

도 4는 본 발명에 국제 출원 PCT/EP00/06468의 리벳 연결을 사용하는 것을 보여주기 위하여 PCT/EP00/06468의 도 2에 해당하는 도면을 도시하고 있고,

도 5는 튜브 물질로 제조된 구형 볼트 요소를 종방향으로 구획하여 도시하고 있고,

도 6은 내부 고압 성형 공정에 의해 제조되는 구형 볼트 요소의 도 5와 유사한 도면이고,

도 7은 구형 볼트 요소의 결합을 위한 바람직한 도구를 도시하고 있고,

도 8은 도 7의 다이의 사각형 영역에서 판금 부분을 생략하고 도시한 상세도이고,

도 9는 구형 볼트 요소의 결합 후를 나타내는 도 8의 상세 도면이고,

도 10a 내지 도 10d는 다른 가능한 판금 준비 단계를 예시하는 일련의 스케치이다.

Claims (8)

1. 일단부(14)가 패널 부품(18)에 대한 리벳 연결부(16)를 위하여 설계되는 샤프트 부분(12)을 구비하는 볼트 요소(10)에 있어서,

   상기 샤프트 부분(12)은 그 타단부(20)에 구형 성형부(22)를 갖고, 이 구형 성형부의 볼 직경(D)은 샤프트 부분의 직경(d)보다 크며,

   상기 샤프트 부분(12)의 직경(d)은 구형 성형부(22)로부터 상기 일단부(14)에 이르기까지 적어도 전체 길이에 걸쳐 적어도 실질적으로 일정하고,

   상기 패널 부품(18)에 대한 리벳 연결부(16)를 위하여 설계되는 샤프트 부분(12)의 일단부(14)는 중공으로 제조되며, 그 외경은 샤프트 부분의 외경과 적어도 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 볼트 요소.
2. 제1항에 있어서, 상기 샤프트 부분(12)의 일단부(14)에는 주지의 방식으로 천공 및 리벳 체결 특징부가 형성되는 것을 특징으로 하는 볼트 요소.
3. 제2항에 있어서, 상기 샤프트 부분의 중공의 일단부는 직원통형(right cylindrical) 재킷 표면으로부터 라운드진 프레싱 및 드로잉 에지로 이행되며, 내부에 원추형 절삭면을 갖는 것을 특징으로 하는 볼트 요소.
4. 제1항에 있어서, 상기 샤프트 부분의 중공 일단부의 내부 공간은 적어도 실 질적으로 원통형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼트 요소.
5. 제1항에 있어서, 상기 샤프트 부분의 일단부의 중공 영역은, 구형 성형부로부터 멀리 있는 부품의 측부에 리벳 비드(rivet bead)를 형성하고, 부품의 두께만큼 이어져서(bridge), 구형 성형부에 인접한 부품의 측부에 링 폴드(ring fold)를 형성하기 위하여, 상기 중공 영역 내에 적절한 재료가 존재하도록 충분히 길게 제조되는 것을 특징으로 하는 볼트 요소.
6. 제1항에 있어서, 전체 볼트 요소가 중공으로 제조되는 것을 특징으로 하는 볼트 요소.
7. 제1항에 있어서, 상기 샤프트 부분의 중공의 일단부에는 암나사가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 볼트 요소.
8. 제1항에 있어서, 상기 구형 성형부는 상기 샤프트 부분의 종축에 수직인 평면에 적도선을 갖는 것을 특징으로 하는 볼트 요소.

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