(57)【要約】【課題】  ダイに隣接する受側被締結部材の板厚が薄い場合でも、自己穿孔型リベットの脚部が受側被締結部材の中に留まるようにして、被締結部材に穴があくのを防止する。【解決手段】  自己穿孔型リベット締結装置は、自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に打込むパンチとダイを有し、リベット脚部が被締結部材を穿通しつつ脚部先端が半径方向外方に展開し且つ脚部先端はダイに隣接する受側の被締結部材を貫通せずにその中に留まるように打込まれ、展開した脚部と頭部とによって複数の被締結部材が相互に連結される。ダイ２９は、パンチによって打込まれた自己穿孔型リベット１４によって突き出された被締結部材部分５、６を受入れるキャビティ３０を有し、キャビティ３０にはその中央にパンチ側に突出する突部３１が設けられており、突部の斜面３５の表面には、被締結部材６と接触する際の摩擦係数を増大するように、多数の凹凸３７が形成されている。【選択図】          図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大径の頭部と該頭部から垂下する中空の脚部とを有する自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に打込むパンチとダイを有し、前記ダイ上に配置された前記被締結部材に前記自己穿孔型リベットを前記パンチによって前記被締結部材に打込むように構成され、この打込みにおいて前記脚部が被締結部材を穿通しつつ脚部先端が半径方向外方に展開するように変形させられ且つ該脚部先端は前記ダイに隣接する受側の被締結部材を貫通せずにその中に留まるように打込まれ、前記展開した脚部と前記頭部とによって前記複数の被締結部材が相互に連結されるようになった、自己穿孔型リベット締結装置において、
前記ダイは、前記パンチによって打込まれた自己穿孔型リベットによって突き出された被締結部材部分を受入れるキャビティを有し、該キャビティにはその中央にパンチ側に突出する突部が設けられており、該突部の表面には、前記被締結部材と接触する際の摩擦係数を増大するように、多数の凹凸が形成されていることを特徴とする自己穿孔型リベット締結装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記突部は頂部からキャビティ底面の間に斜面部分を有し、前記凹凸が前記斜面部分に形成されていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置において、前記凹凸は筋形状に形成されており、該凹凸の筋は前記被締結部材への前記自己穿孔型リベットの打込みのときの被締結部材の滑りを防止する方向に延びて形成されていることを特徴とする装置。
【請求項４】
大径の頭部と該頭部から垂下する中空の脚部とを有する自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に打込むパンチとダイを有し、前記ダイ上に配置された前記被締結部材に前記自己穿孔型リベットが前記パンチによって前記被締結部材に打込まれるように構成され、この打込みにおいて前記脚部が被締結部材を穿通しつつ脚部先端が半径方向外方に展開するように変形させられ且つ該脚部先端は前記ダイに隣接する受側の被締結部材を貫通せずにその中に留まるように打込まれ、前記展開した脚部と前記頭部とによって前記複数の被締結部材が相互に連結されるようになった、自己穿孔型リベット締結装置において、
前記ダイは、前記パンチによって打込まれた自己穿孔型リベットによって押込まれて該ダイの側に突き出された被締結部材部分を受入れるキャビティを有し、該キャビティの底面はほぼ平坦に形成されており、該底面の平坦部分の全体が、前記被締結部材と接触する際の摩擦係数を増大するように、多数の凹凸が形成されていることを特徴とする自己穿孔型リベット締結装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置において、前記の凹凸は、旋盤加工又は放電加工によって形成されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大径の頭部と該頭部から垂下する中空の脚部とを有する自己穿孔型リベットを用いて複数の被締結部材を締結する自己穿孔型リベット締結装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自己穿孔型リベット締結装置の１例が、特表平８−５０５０８７号公報（特許文献１）に記載されている。図１及び図２は、特許文献１に記載の自己穿孔型リベット締結装置及び被締結部材を締結した自己穿孔型リベットの図面を示す。図１に示すように、自己穿孔型リベット締結装置１は、ダイ２とノーズ３とによって２つの被締結部材５及び６を強い力（矢印参照）でクランプして、パンチ７で自己穿孔型リベット９を被締結部材５、６に打込む。自己穿孔型リベット９は、大径の頭部１０と頭部１０から垂下する中空円筒の脚部１１とを有する。ダイ２に配置された被締結部材５、６にはパンチ７によって自己穿孔型リベット９が被締結部材５、６に打込まれる。図２に図示のように、自己穿孔型リベット９は、被締結部材５、６に打込まれると、脚部１１が被締結部材５、６を穿通しつつ脚部１１の先端が半径方向外方に展開するように変形させられ、脚部先端１３はダイ２に隣接する受側の被締結部材６を貫通せずにその中に留まる。被締結部材６の中で展開した脚部１１と頭部１０とによって被締結部材５、６が相互に連結される。かかる自己穿孔型リベットは、溶接に不向きなアルミニウムボデーパネルの連結に適しており、現在軽量化が進められている自動車のボデーではアルミニウムボデーが採用されつつあり、自己穿孔型リベットの需要は増大している。特に、自己穿孔型リベットは、パンチ側の被締結部材５は穿通するが、ダイ２に隣接する受側の被締結部材６を貫通せずにその中に留まるように打込まれるので、これによって、受側の被締結部材６の表面にはリベット穿通穴が形成されない。そのため、受側被締結部材６への密封性が損なわれず、また外観がそのまま維持される利点がある。
【０００３】
【特許文献１】特表平８−５０５０８７号公報（国際公開第WO94/14554号公報）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自己穿孔型リベットによる締結では複数の被締結部材（２つに限らず、３つ以上でも可能である）ダイに隣接する受側の被締結部材を自己穿孔型リベットの脚部が貫通せずに締結できるのが利点である。しかし、被締結部材、特に、ダイに隣接する受側被締結部材の厚さ（例えば自動車のボデーパネルの板厚）に依存して、自己穿孔型リベットの脚部が受側被締結部材を僅かではあるが貫通して小さな穴があくことがある。
【０００５】
本発明の目的は、ダイに隣接する受側被締結部材の板厚が薄い場合でも、自己穿孔型リベットの脚部が受側被締結部材の中に留まるようにして、被締結部材に穴があくのを防止する、自己穿孔型リベット締結装置を提供することにある。
【０００６】
かかる目的を達成するため、発明者は、穴あきの原因について種々の分析を行った。ダイは、パンチによって打込まれた自己穿孔型リベットによって突き出された被締結部材部分を受入れるキャビティを有する。前記分析において、穴あきの１つの原因として、パンチによって打込まれる被締結部材がダイの中に押込まれてそのキャビティの中で変形するとき、被締結部材とダイのキャビティ表面との間にすべりがあることをつきとめた。厄介なことに、被締結部材となるボデーパネル等には、プレス成形油が付着し、キャビティ内ですべりが発生し易くて適切な変形が得られないことがあり、自己穿孔型リベットの展開した脚部先端がボデーパネルを突き抜けてしまうことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による自己穿孔型リベット締結装置は、大径の頭部と該頭部から垂下する中空の脚部とを有する自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に打込むパンチとダイを有し、ダイ上に配置された被締結部材に自己穿孔型リベットをパンチによって被締結部材に打込むように構成され、この打込みにおいて脚部が被締結部材を穿通しつつ脚部先端が半径方向外方に展開するように変形させられ且つ脚部先端はダイに隣接する受側の被締結部材を貫通せずにその中に留まるように打込まれ、展開した脚部と頭部とによって複数の被締結部材が相互に連結されるようになった、自己穿孔型リベット締結装置であって、ダイは、パンチによって打込まれた自己穿孔型リベットによって突き出された被締結部材部分を受入れるキャビティを有し、キャビティにはその中央にパンチ側に突出する突部が設けられており、突部の表面には、被締結部材と接触する際の摩擦係数を増大するように、多数の凹凸が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
上記のように、ダイのキャビティの中央の突部には多数の凹凸が形成されて被締結部材と接触する際の摩擦係数を増大するので、ボデーパネル等の被締結部材にプレス成形油等が付着していても、ダイのキャビティ内でのすべりが阻止されあるいはすべりが減少し、被締結部材がキャビティの形状に沿って適正に変形させられる。これによって、ダイに隣接する受側被締結部材の厚さが薄い場合でも、自己穿孔型リベットの脚部が受側被締結部材の中に留まるようになり、被締結部材に穴があくのを防止する。
【０００９】
上記自己穿孔型リベット締結装置において、突部は頂部からキャビティ底面の間に斜面部分を有し、前記凹凸が突部の斜面部分に形成されているのが、すべりの防止効果が高いので好ましい。また、前記凹凸は筋形状に形成されており、該凹凸の筋は被締結部材への自己穿孔型リベットの打込みのときの被締結部材の滑りを防止する方向に延びて形成されているのが、すべりの防止効果が高いので好ましい。
【００１０】
なお、ダイのキャビティの底面がほぼ平坦に形成されて中央には突部がない場合には、本発明に係る自己穿孔型リベット締結装置において、ダイの平坦なキャビティ底面の全体に、被締結部材と接触する際の摩擦係数を増大するように、多数の凹凸が形成される。この場合にも、ボデーパネル等の被締結部材にプレス成形油等が付着していても、ダイのキャビティ内でのすべりが阻止され又はすべりにくくなるので、被締結部材がキャビティの形状に沿って適正に変形させられる。これによって、ダイに隣接する受側被締結部材の厚さが薄い場合でも、自己穿孔型リベットの脚部が受側被締結部材の中に留まるようになり、被締結部材に穴があくのを防止する。
【００１１】
上記の凹凸は、旋盤加工又は放電加工によって形成することができる。また、凹凸は、前記突部斜面又は前記キャビティ底面の全面にあるのが好ましいが、全面ではなく局部的に且つ散在して形成されていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る自己穿孔型リベット締結装置のダイの実施形態について、公知のダイ形状と対比しながら、図３〜図１０を参照して説明する。図３は公知の自己穿孔型リベット１４と、公知のダイ１５とを示す。自己穿孔型リベット１４は、頭部１７と、パンチ（図示せず）によって被締結部材５及び６に打込まれて先端１８が半径方向外方に展開するように変形されている脚部１９とを有する。また、ダイ１５は、パンチ（図示せず）によって打込まれた自己穿孔型リベット１４の脚部１９によって突き出された被締結部材５及び６の部分を受入れるキャビティ２１を有する。キャビティ２１には、その中央にパンチ側に突出する突部２２が設けられている。突部２２は、やや平坦に形成された頂部２３と、頂部２３からキャビティ底面２５の間に斜面部分２６を有する。公知のダイ１５は、キャビティ２１の内面、すなわち、突部２２の頂部２３と斜面２６、及びキャビティ底面２５等はいずれも滑らかな面に仕上げ加工されている。
【００１３】
このような、公知のダイ１５を用いて、被締結部材５及び６を締結した場合、パンチによって打込まれる自己穿孔型リベット１５の脚部先端１８が被締結部材の中に穿孔して押込まれてそのキャビティの中で変形したとき、脚部先端１８とキャビティ底面２５と間の被締結部材５及び６の厚さ（ワークピース残厚）２７が極めて少なく、更には、突き抜けてしまう場合もあった。被締結部材となるボデーパネル等には、多くの場合プレス成形油が付着してしまい、他方、キャビティ２１の内面は、上記のように滑らかな面に加工されているので、被締結部材５、６（特に、ダイ１５に隣接する受側被締結部材６）が、キャビティ２１の内面すべりが発生し易く、自己穿孔型リベット１４の脚部先端１８によって変形される被締結部材部分がすべって、ワークピース残厚２７が一定の範囲に確保できないことをつきとめた。
【００１４】
図４は、公知の自己穿孔型リベット１４と、本発明の１実施形態に係る、ダイ２９を示す。図４において、ダイ２９は、パンチ（図示せず）によって打込まれた自己穿孔型リベット１４の脚部１９によって突き出された被締結部材５及び６の部分を受入れるキャビティ３０を有する。キャビティ３０には、その中央にパンチ側に突出する突部３１が設けられている。突部３１は、やや平坦に形成された頂部３３と、頂部３３からキャビティ底面３４の間に斜面部分３５を有する。ダイ２９は、更に、突部３１の表面には、被締結部材６と接触する際の摩擦係数を増大するように、多数の凹凸３７が形成されている。かかる凹凸３７は、図示のように、斜面３５に設けられるのが最も好ましい。この点については後述する。また、凹凸３７は、凹凸は筋形状に形成され、凹凸の筋は、被締結部材５、６へ自己穿孔型リベット１４を打込むときに被締結部材の滑りを防止する方向に延びて形成されるのが好ましい。凹凸３７は、他の形状にも形成できる。例えば、縦横に延びる溝によってマトリックス形状に凸部を配列したものでもよく、凸部をランダムに配列したものでもよい。いずれにしても、凹凸３７は、ダイ２９の内面とダイ２９に隣接する受側被締結部材６との間の摩擦係数を増大させる機能を有する限り、任意の形状や配列にできる。なお、かかる凹凸３７は、旋盤又は放電加工によって微小の凹凸として形成される。図４のダイ２９を用いた場合、ワークピース残厚２７は、図３のダイ１５の場合に比べて十分に確保できた。
【００１５】
本発明者は、被締結部材５及び６がダイのキャビティの中で滑らないように、種々の部分で摩擦係数μを０．１から０．３に増大し、どの部分で、変形後の受側の被締結部材６の厚さが確保でき、また、自己穿孔型リベットの脚部先端とキャビティ底面との間のワークピース残厚が十分に確保できるかをシミュレーションによってテストした。図５に示すように、被締結部材５を自己穿孔型リベット締結装置のノーズ（図１のノーズ３参照）でクランプするクランプ部分３８と、クランプされた被締結部材５と被締結部材６との間のワークピース間部分３９と、被締結部材５リベット脚部との間のリベットワークピース間部分４１と、ダイと被締結部材との間のダイワークピース間部分４２とのそれぞれにおいて、摩擦係数μを０．１から０．３に増大した。図６は、摩擦係数の増大なしの部分４３と、クランプ部分３８と、ワークピース間部分３９と、リベットワークピース間部分４１と、ダイワークピース間部分４２とにおいて、変形後の受側の被締結部材６の肉厚（菱形状部分）と、ワークピース残厚（四角形部分）とを示すグラフである。なお、変形後の受側の被締結部材６の肉厚は、図５の符号４５で示され、ワークピース残厚は、図５の符号４６で示されている。図６の符号４７で示す部分から明らかなように、変形後の受側の被締結部材６の肉厚（菱形状部分）とワークピース残厚（四角形部分）とを十分に確保しているのは、ダイワークピース間部分４２である。すなわち、ダイと被締結部材との間において摩擦係数を増大させるのが最も効果的であることを見出した。
【００１６】
次に、被締結部材６とダイのキャビティ内の突部の種々の部分で、摩擦係数μを０．１から０．３に増大し、どの部分で、変形後の受側の被締結部材６の厚さが確保でき、自己穿孔型リベットの脚部先端とキャビティ底面との間のワークピース残厚が十分に確保できるかをシミュレーションによってテストした。図７に図示のように、突部の頂部部分４８と、突部の斜面部分４９と、斜面部分とキャビティ底面との境界部分５０と、平坦なキャビティ底面部分５１とにおいて、摩擦係数μを、０．１から０．３に増大した。図８は、摩擦係数の増大なしの部分５３と、頂部部分４８と、斜面部分４９と、境界部分５０と、キャビティ底面５１とにおいて、変形後の受側の被締結部材６の肉厚（菱形状部分）と、ワークピース残厚（四角形部分）とを示すグラフである。なお、変形後の受側の被締結部材６の肉厚は図５の符号４５に対応する部分であり、ワークピース残厚は、図５の符号４６に対応する部分である。図８の符号５４で示す部分から明らかなように、変形後の受側の被締結部材６の肉厚（菱形状部分）とワークピース残厚（四角形部分）とを十分に確保しているのは、斜面部分４９である。また、境界部分５０も次善のものとして利用可能である。すなわち、摩擦係数を増大させるための、凹凸３７は、図４に図示のように、斜面部分３５に形成されるのが最も効果的である。斜面部分３５へ凹凸３７を施した場合、リベットの打込時において受側被締結部材６がダイ２９のキャビティ３０内で半径方向外方に流れるのを抑制でき、これによって、ワークピース残厚が十分に確保できるからと考えられる。このように、キャビティ中央の突部に多数の凹凸が形成されて被締結部材と接触する際の摩擦係数を増大するので、ボデーパネル等の被締結部材にプレス成形油等が付着していても、ダイのキャビティ内でのすべりが阻止されあるいはすべりが減少し、被締結部材がキャビティの形状に沿って適正に変形させられる。これによって、ダイに隣接する受側被締結部材の厚さが薄い場合でも、自己穿孔型リベットの脚部が受側被締結部材の中に留まるようになり、被締結部材に穴があくのを防止する。
【００１７】
本発明の別の実施形態においては、ダイのキャビティの底面には突部がなく、キャビティ底面がほぼ平坦に形成されているダイが用いられる。この実施形態の場合、ダイの平坦なキャビティ底面の全体に、被締結部材と接触する際の摩擦係数を増大するように、図４の凹凸３７と同様に、多数の凹凸が形成される。
【００１８】
被締結部材６とダイのキャビティ内の種々の部分とにおいて、摩擦係数μを０．１から０．３に増大し、どの部分で、自己穿孔型リベットの脚部先端とキャビティ底面との間のワークピース残厚が十分に確保できるかをシミュレーションによってテストした。図９に示すように、底面の中央部分５５と、自己穿孔型リベットの脚部先端部分５７と、中央部分５５及び脚部先端部分５７を含む底面全体部分５８とのそれぞれにおいて、摩擦係数μを、０．１から０．３に増大した。図１０は、摩擦係数の増大なしの部分５９と、脚部先端部分５７と、底面全体部分５８とにおける、ワークピース残厚を示すグラフである。なお、ワークピース残厚は、図９の符号６１に対応する部分である。図１０から明らかなように、ワークピース残厚を十分に確保しているのは、底面全体部分５８である。従って、摩擦係数を増大させるための凹凸は、ダイのキャビティの平坦な底面全体に形成されるのが最も効果的である。この場合にも、ボデーパネル等の被締結部材にプレス成形油等が付着していても、ダイのキャビティ内でのすべりが阻止され又はすべりにくくなるので、被締結部材がキャビティの形状に沿って適正に変形させられる。これによって、ダイに隣接する受側被締結部材の厚さが薄い場合でも、自己穿孔型リベットの脚部が受側被締結部材の中に留まるようになり、被締結部材に穴があくのを防止する。
【００１９】
本発明において、摩擦係数を増大させるための前記凹凸は、前記突部斜面３５又は前記キャビティ底面５８の全面にあるのが好ましい。しかし、全面に凹凸が形成できない場合には、局部的に形成しても摩擦係数の増大を得ることができる。局部的にしか凹凸が形成できない場合には、その凹凸のある領域が突部斜面３５又はキャビティ底面５８に散在して形成されているのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】公知の自己穿孔型リベット締結装置のパンチとダイの間に被締結部材がクランプされて自己穿孔型リベットが打込まれる前の様子を示す、断面図図である。
【図２】被締結部材に打込まれた後の自己穿孔型リベットの断面図である。
【図３】公知のダイを用いて自己穿孔型リベットを被締結部材に打込んだ場合の断面図である。
【図４】本発明に係るダイを用いて自己穿孔型リベットを被締結部材に打込んだ場合の断面図である。
【図５】摩擦係数の増大部位を示す、自己穿孔型リベットを被締結部材に打込んだ場合の断面図である。
【図６】図５の部位に対応する、被締結部材の板厚及び残厚を示すグラフである。
【図７】ダイと受側被締結部材との摩擦係数の増大部位を示す、自己穿孔型リベットを被締結部材に打込んだ場合の断面図である。
【図８】図７の部位に対応する、被締結部材の板厚及び残厚を示すグラフである。
【図９】キャビティに突部がないダイにおいて、ダイと受側被締結部材との摩擦係数の増大部位を示す、自己穿孔型リベットを被締結部材に打込んだ場合の断面図である。
【図１０】図９の部位に対応する、被締結部材の残厚を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２１】
１  自己穿孔型リベット締結装置
２  ダイ
３  ノーズ
５  （パンチ側）被締結部材
６  受側被締結部材
７  パンチ
９  自己穿孔型リベット
１０  頭部
１１  脚部
１３  脚部先端
１４  自己穿孔型リベット
１５  公知のダイ
１７  頭部
１８  脚部先端
１９  脚部
２１  キャビティ
２２  突部
２３  頂部
２５  キャビティ底面
２６  斜面
２７  ワークピース残厚
２９  本発明の実施形態に係るダイ
３０  キャビティ
３１  突部
３３  頂部
３４  キャビティ底面
３５  斜面
３７  凹凸
３８  クランプ部分
３９  ワークピース間部分
４１  リベットワークピース間部分
４３  摩擦係数増大しない部分
４５  受側被締結部材の肉厚
４６  ワークピース残厚
４８  頂部部分
４９  斜面部分
５０  境界部分
５１  底面部分
５３  摩擦係数を増大しない部分
５５  キャビティ底面の中央部分
５７  脚部先端部分
５８  キャビティ底面全体部分
５９  摩擦係数を増大しない部分
６１  ワークピース残厚
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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