(57)【要約】【課題】自己穿孔型リベットにより、展延性が悪い被締結部材を割れが発生しないように締結する自己穿孔型リベット締結装置。【解決手段】自己穿孔型リベット締結装置(1)は、大径の頭部(11)と中空の脚部(12)とを有する自己穿孔型リベット(10)を被締結部材(41,42)に打込んで締結する。  ダイは、ダイ本体(30)と、中央ピン(50)とを備える。ダイ本体(30)は、上面(31)と、上面の内側に形成された凹部と、凹部の中央部から下端部(37)まで貫通する中央ピン孔(34)とを有する。中央ピン(50)は、中央ピン孔内に軸方向に移動可能に支持され、軸部(52)を有する。軸部の一端部にピンフランジ(53)を有することができる。スプリング(55)が、中央ピンを上方へ押圧している。  自己穿孔型リベットを締結するとき、被締結部材は中央ピンを押して、中央ピン孔に入る。締結後、中央ピンは締結された被締結部材を押し出す。【選択図】図３
2019013942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大径の頭部と前記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、被締結部材に打込んで締結する自己穿孔型リベット締結装置であって、
前記被締結部材を押えるためのノーズと、
前記被締結部材に前記自己穿孔型リベットを打ち込むためのパンチと、
前記被締結部材を受けるためのダイと、を備え、
前記ダイは、上面と、前記上面の内側に形成された凹部とを有し、前記凹部の中央部から下方に貫通する中央ピン孔が形成されたダイ本体と、
前記ダイ本体の前記中央ピン孔に軸方向に移動可能に支持された中央ピンと、を備え、
前記中央ピンは、前記中央ピン孔の内径に適合する外径を有する円柱形の軸部、を有し、
前記自己穿孔型リベット締結装置は、更に前記中央ピンを軸方向に押圧するための押圧装置を備える、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に記載の自己穿孔型リベット締結装置であって、
前記中央ピンは、前記中央ピンの上面が、前記ダイ本体の前記凹部の底面より下の位置から、前記凹部の前記底面より上の位置まで移動可能である自己穿孔型リベット締結装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の自己穿孔型リベット締結装置であって、
前記押圧装置は、前記中央ピンの下側に配置されたスプリングであり、
前記スプリングは、前記中央ピンに上方への押圧力をかけ、
前記中央ピンの上面に、前記スプリングの押圧力より強い下方への押圧力がかかると、前記中央ピンは、前記上面が前記凹部の底面より下方に位置するまで下方へ移動し、
前記中央ピンの前記上面に、前記下方への押圧力がかからないと、前記中央ピンは前記スプリングの押圧力に押されて、前記中央ピンは、前記上面が前記凹部の底面より上方に位置するまで上方へ移動するようになっている自己穿孔型リベット締結装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の自己穿孔型リベット締結装置であって、
前記押圧装置は、前記中央ピンを上方へ押圧する油圧装置又は空圧装置又は電動装置である自己穿孔型リベット締結装置。
【請求項５】
自己穿孔型リベット締結装置により、自己穿孔型リベットを締結する締結方法であって、前記自己穿孔型リベット締結装置は、ノーズと、パンチと、被締結部材を受けるためのダイと、を備え、
前記ダイは、上面と、前記上面の内側に形成された凹部とを有し、前記凹部の中央部から下方に貫通する中央ピン孔が形成されたダイ本体と、
前記ダイ本体の前記中央ピン孔に軸方向に移動可能に支持された中央ピンと、を有し、
更に前記自己穿孔型リベット締結装置は、前記中央ピンを軸方向に押圧するための押圧装置を備え、前記締結方法は、
(a) 前記ダイ本体の前記上面に前記被締結部材を配置し、
(b) 前記ノーズにより前記被締結部材を押さえ、
(c) 前記パンチと前記被締結部材の間に前記自己穿孔型リベットを配置し、
(d) 前記パンチを下降させて、前記自己穿孔型リベットを前記被締結部材に押圧し、前記被締結部材は下方へ移動し、前記自己穿孔型リベットの脚部先端は前記被締結部材の中に穿孔し、
(e) 前記被締結部材の材料は前記中央ピン孔内まで侵入し、前記中央ピンは、前記押圧装置の押圧力に抗して、前記中央ピンの上面が、前記ダイ本体の前記凹部の底面より低い位置にくるまで下降し、締結が完了する、ステップを備えることを特徴とする締結方法。
【請求項６】
請求項５に記載の締結方法であって、更に、
(f) 締結完了後、前記押圧装置の押圧力により、前記中央ピン孔内で前記中央ピンが上昇し、前記中央ピン孔内にある前記被締結部材を押し出す締結方法。
【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（セルフピアス）リベットを使用し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。特に、ダイカスト材等の展延性の悪い材料で出来た被締結部材を締結する場合に使用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は、被締結部材に予め締結するためのボルト等を挿通する孔を加工しておかなくても、リベットを打ち込むだけで簡単に複数の被接合部材を接合できるという利点がある。
【０００３】
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いる。自動車のボデーは軽量化が進められ、アルミニウムボデーも採用され、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、上側（パンチ側）の被締結部材は貫通するが、ダイに隣接する下側（受け側）の被締結部材は貫通せずにその中に留まるように打込まれるので、受け側の被締結部材の表面にはリベット貫通孔が形成されない。そのため、受け側被締結部材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という利点がある。
【０００４】
従来のダイを用いる自己穿孔型リベット締結装置を使用して、ダイカスト材等の展延性の悪い被締結部材を締結する場合、自己穿孔型リベットの脚部の先端がパンチにより被締結部材の中に打ち込まれ、ダイの凹部により被締結部材が変形するとき、被締結部材が塑性変形に耐えられず、割れが発生する場合がある。特に、下側の被締結部材に割れが発生する場合が多い。
【０００５】
特許文献１は、パンチ（自己穿孔型）リベット取付工具用の、基部本体を備えるパンチリベット取付金型を開示する。基部本体に形成された凹部は、底面の基部と、基部の周りの環状壁とを有する。凹部の基部の中央領域に環状隆起部が設けられ、その内側領域から半径方向外側に出る材料流を制限する。又は、環状隆起部の代わりに、凹部の基部の中央部にキャビティが設けられ、半径方向外側に出る材料流を制限する。
特許文献１は、中央領域における半径方向の材料流が制限されるので、パンチリベットを締結した後、最下部の被加工物は十分な厚さが維持され、最下部の被加工物にひび割れが発生しにくい、としている。  
しかし、特許文献１の取付金型のキャビティの形状は、締結するときにも変化しない。また、取付金型の環状隆起部は軸方向長さが短いので、その効果は限定的であった。
【０００６】
特許文献２は、自動穿孔リベット締結装置用のダイを開示する。ダイは、自動穿孔リベットの脚部の中央部分を受ける中央ピンと、自動穿孔リベットの脚部先端が半径方向外側へ変形するようにガイドする凹部が形成されたダイ本体とを有する。ダイ本体をパンチ側に押し付ける皿ばねが設けられている。
自動穿孔リベットがパンチによって押圧され、被締結部材に打ち込まれて、脚部先端が受け側の被締結部材を貫通し始めるとき、皿ばねが縮んで、ダイ本体が下方へ移動し、中央ピンがダイ本体に対して相対的に上方へ移動し、中央ピンが受け側の被締結部材の下面に当接する。
特許文献２では、中央ピンは自動穿孔リベットの脚部の中心位置にあるので、自動穿孔リベットの脚部の先端は、半径方向に大きく拡開して締結される。そのため、被締結部材を十分な結合力で締結することができるとしている。
【０００７】
しかし、特許文献２の自動穿孔リベット締結装置は、自動穿孔リベットを締結するとき、受け側の被締結部材の下面を自動穿孔リベットの脚部先端の中央部で、中央ピンが押し上げ、自動穿孔リベットの脚部が開くように作用する。被締結部材が展延性の悪い材料で出来ている場合は、受け側の被締結部材に割れが発生する場合がある。
【０００８】
そのため、展延性の悪い被締結部材を自己穿孔型リベットにより締結する場合でも、被締結部材に割れが発生するのを防止する自己穿孔型リベット締結装置が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２０１５−５２９５６２号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ０３／０６１８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、自己穿孔型リベットにより、展延性が悪い被締結部材を割れが発生しないように締結することが出来る自己穿孔型リベット締結装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するため、本発明の自己穿孔型リベット締結装置のダイは、ダイ本体と、ダイ本体の軸方向に形成された中央ピン孔内を軸方向に移動可能な中央ピンとを備える。自己穿孔型リベット締結装置は、中央ピンを上方へ押圧する押圧装置を備える。パンチにより被締結部材に自己穿孔型リベットを打ち込んで締結するとき、被締結部材の材料が中央ピンを下方に押して、中央ピンが移動した後の中央ピン孔に被締結部材の材料が入る。被締結部材は必要以上に拡径されず、割れにくくなる。
また、締結完了後に、押圧装置が中央ピンを上方へ押し、孔内にある被締結部材を押し出すこともできる。
【００１２】
本発明の第１の態様は、大径の頭部と前記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、被締結部材に打込んで締結する自己穿孔型リベット締結装置であって、
前記被締結部材を押えるためのノーズと、
前記被締結部材に前記自己穿孔型リベットを打ち込むためのパンチと、
前記被締結部材を受けるためのダイとを備え、
前記ダイは、上面と、前記上面の内側に形成された凹部とを有し、前記凹部の中央部から下方に貫通する中央ピン孔が形成されたダイ本体と、
前記ダイ本体の前記中央ピン孔に軸方向に移動可能に支持された中央ピンと、を備え、
前記中央ピンは、前記中央ピン孔の内径に適合する外径を有する円柱形の軸部、を有し、
前記自己穿孔型リベット締結装置は、更に前記中央ピンを軸方向に押圧するための押圧装置を備える、ことを特徴とする自己穿孔型リベット締結装置である。
【００１３】
自己穿孔型リベット締結装置が、中央ピンを軸方向に押圧するための押圧装置を備えると、ダイ本体の中央ピン孔内で中央ピンが上方へ押圧された状態で保持することが出来、中央ピンの上面に大きい力がかかると、中央ピンは下方へ移動することができる。
【００１４】
前記中央ピンは、前記中央ピンの上面が、前記ダイ本体の前記凹部の底面より下の位置から、前記凹部の前記底面より上の位置まで移動可能であることが好ましい。
【００１５】
中央ピンの上面が、ダイ本体の凹部の底面より下の位置にくるまで、中央ピンが下方へ移動可能であると、中央ピンが下方へ移動することにより、自己穿孔型リベットの下の被締結部材の材料が、中央ピン孔内に入ることができる。
中央ピンの上面が、凹部の底面より上の位置にくるまで、中央ピンが上方へ移動可能であると、中央ピンが上方へ移動することにより、締結された被締結部材をダイ本体から押し出すことができる。
【００１６】
前記押圧装置は、前記中央ピンの下側に配置されたスプリングであり、
前記スプリングは、前記中央ピンに上方への押圧力をかけ、
前記中央ピンの上面に、前記スプリングの押圧力より強い下方への押圧力がかかると、前記中央ピンは、前記上面が前記凹部の底面より下方に位置するまで下方へ移動し、
前記中央ピンの前記上面に、前記下方への押圧力がかからないと、前記中央ピンは前記スプリングの押圧力に押されて、前記中央ピンは、前記上面が前記凹部の底面より上方に位置するまで上方へ移動するようになっていることが好ましい。
【００１７】
押圧装置が、中央ピンの下側に設けられたスプリングであると、簡単に中央ピンを上方へ押圧することができ、パンチにより自己穿孔型リベットを打ち込む応力がかかると、スプリングは収縮し、中央ピンは下方へ移動することができる。
【００１８】
被締結部材が自己穿孔型リベットに押されて中央ピンの上面を押圧すると、中央ピンが下方へ移動し、被締結部材は中央ピンが移動したあとの中央ピン孔に入ることができる。
自己穿孔型リベットの締結が完了すると、スプリングの押圧力により、中央ピンが上方へ押され、締結された被締結部材を、ダイ本体から押し出すことができる。
【００１９】
前記押圧装置は、前記フレームに取り付けられ、前記中央ピンを押圧する油圧装置又は空圧装置又は電動装置であることが好ましい。
【００２０】
押圧装置が油圧装置又は空圧装置又はモーター等の電動装置であると、中央ピンに接続されたシリンダにオイル又は空気を供給し、又はモーター等の力により中央ピンを軸方向に移動させることができる。中央ピンを油圧又は空気圧又は電動装置で押圧すると、より細かく中央ピンの移動を制御することができる。
【００２１】
本発明の第２の態様は、自己穿孔型リベットを締結する締結方法であって、
前記自己穿孔型リベット締結装置は、ノーズと、パンチと、被締結部材を受けるためのダイと、を備え、
前記ダイは、上面と、前記上面の内側に形成された凹部とを有し、前記凹部の中央部から下方に貫通する中央ピン孔が形成されたダイ本体と、
前記ダイ本体の前記中央ピン孔に軸方向に移動可能に支持された中央ピンと、を有し、
更に前記自己穿孔型リベット締結装置は、前記中央ピンを軸方向に押圧するための押圧装置を備え、前記締結方法は、
(a) 前記ダイ本体の前記上面に前記被締結部材を配置し、
(b) 前記ノーズにより前記被締結部材を押さえ、
(c) 前記パンチと前記被締結部材の間に前記自己穿孔型リベットを配置し、
(d) 前記パンチを下降させて、前記自己穿孔型リベットを前記被締結部材に押圧し、前記被締結部材は下方へ移動し、前記自己穿孔型リベットの脚部先端は前記被締結部材の中に穿孔し、
(e) 前記被締結部材の材料は前記中央ピン孔内まで侵入し、前記中央ピンは、前記押圧装置の押圧力に抗して、前記中央ピンの上面が、前記ダイ本体の前記凹部の底面より低い位置にくるまで下降し、締結が完了する、ステップを備えることを特徴とする締結方法である。
【００２２】
パンチが自己穿孔型リベットを押圧し、自己穿孔型リベットが被締結部材の材料を下方に押圧すると、被締結部材の材料はダイ本体の凹部に入り、更に中央ピンを下方に押して、中央ピン孔に入る。中央ピンの上面は、ダイ本体の凹部の底面より低い位置まで下降している。自己穿孔型リベットは、必要以上に半径方向外側に拡径されない。そのため、被締結部材の割れを防止することができる。
【００２３】
(f) 締結完了後、前記押圧装置の押圧力により、前記中央ピン孔内で前記中央ピンが上昇し、前記中央ピン孔内にある前記被締結部材を押し出すことができる。
【００２４】
締結完了後、中央ピンが、中央ピン孔内で押圧装置の押圧力により上方に押圧されて上昇し、中央ピン孔内にある被締結部材を押し出すと、締結装置から被締結部材を自動的に取り外すことが出来る。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の自己穿孔型リベット締結装置により自己穿孔型リベットを締結すると、被締結部材の変形を少なくすることができ、展延性の悪い被締結部材を締結する場合でも割れを少なくすることができる。
その結果、展延性が悪い被締結部材を割れがないように締結することが出来る自己穿孔型リベット締結装置を提供することが出来る。
また、中央ピンの降下する際の押圧力、距離を調整することにより、自己穿孔型リベットの脚の開き方を調整することが出来、少ない数のダイで色々な厚さ、材質の被締結部材の締結に対応することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の自己穿孔型リベット締結装置の自己穿孔型リベットを締結する部分の拡大図である。
【図２】従来のダイを用いて、自己穿孔型リベットにより被締結部材を締結した後の拡大断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による自己穿孔型リベット締結装置の一部の断面図である。
【図４】図３のダイの一部を断面にした斜視図である。
【図５】図４のダイを使用して、自己穿孔型リベットにより被締結部材を締結する前の断面図である。
【図６】図５の段階から、パンチが自己穿孔型リベットの頭部を下方へ少し押圧した段階を示す断面図である。
【図７】図６の段階から、パンチが自己穿孔型リベットの頭部を更に下方へ押圧した段階を示す断面図である。
【図８】図７の段階から、パンチが自己穿孔型リベットの頭部を更に下方へ押圧した段階を示す断面図である。
【図９】図８の段階から、パンチが自己穿孔型リベットの頭部を更に下方へ押圧した段階を示す断面図である。
【図１０】自己穿孔型リベットの締結が完了した段階を示す断面図である。
【図１１】第２の実施形態による自己穿孔型リベット締結装置の一部の断面図である。
【図１２】従来のダイを使用して、締結動作が完了した段階において、自己穿孔型リベットと被締結部材にかかる力のシミュレーションである。
【図１３】図４のダイを使用して、締結動作が完了した段階において、自己穿孔型リベットと被締結部材にかかる力のシミュレーションである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明による自己穿孔型リベット締結装置に使用するダイの実施形態について、従来のダイと比較して説明する。
図１は、従来の自己穿孔型リベット締結装置の自己穿孔型リベットを締結する部分の拡大図である。自己穿孔型リベット締結装置1は、Ｃ型フレーム（図示せず）を備え、Ｃ型フレームに従来のダイ20が固定される。Ｃ型フレームには、上下方向に移動可能なノーズ3が取り付けられ、また、自己穿孔型リベット10を打ち込むためのパンチ4が取り付けられる。
ダイ20の上面とノーズ3の下面の間に、被締結部材41,42をクランプすることができる。
【００２８】
自己穿孔型リベット10は、大径の頭部11と頭部11から垂下する円筒形の脚部12とを有する。脚部12の下端部は、幅が狭くなった脚部先端13である。
【００２９】
ダイ20は短い円柱形の大径部24と、その下の円柱形の小径部26とを有する。大径部24の上端部は平らな上面21であり、上面21の中央部には、自己穿孔型リベット10の脚部12を変形させるための凹部が形成されている。凹部は、中央部の円形平面の底面22と、底面22の周りの湾曲面23とからなる。
【００３０】
ダイ20上に被締結部材41,42が配置され、被締結部材41,42の上方から、パンチ4により、自己穿孔型リベット10が打込まれると、自己穿孔型リベット10の脚部先端13はパンチ側の被締結部材41を貫通し、ダイ20に隣接する受け側の被締結部材42は貫通せずに、その中に留まる。自己穿孔型リベット10の脚部12の先端がダイ20により半径方向外方に拡径するように変形する。被締結部材42の中で開いた脚部12と頭部11とによって被締結部材41,42が相互に連結される。
【００３１】
図２は、従来のダイ20を用いて、自己穿孔型リベット10により被締結部材41,42を締結した後の拡大断面図である。ノーズ3とパンチ4は、上方へ移動している。自己穿孔型リベット10がパンチ4により打込まれると、脚部12は、パンチ4によりパンチ側の被締結部材41を貫通し、受け側の被締結部材42を塑性変形させる。脚部12により被締結部材42は下方へ突き出され、被締結部材42の突き出された部分は、凹部内に受入れられ、被締結部材42の下面は凹部の底面22に当たる。被締結部材42は底面22に突き当たると、下方へ移動できないので、自己穿孔型リベット10の脚部12は、被締結部材42を半径方向外方へ押しながら、半径方向外方に拡径するように変形する。脚部先端13はダイ20に隣接する受け側の被締結部材42を貫通せずにその中に留まる。被締結部材42の中で拡径した脚部12と頭部11とによって被締結部材41,42が相互に連結される。
【００３２】
被締結部材42は、拡径した脚部12により、半径方向外側に押される。被締結部材42が展延性の悪い材料で出来ている場合は、ダイ20の湾曲面23の近くで、割れが発生しやすい。
【００３３】
（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態による自己穿孔型リベット締結装置1のダイとダイを支持するＣ型フレーム45の一部を示す断面図である。自己穿孔型リベット締結装置1には、Ｃ型フレーム45が使用されている。Ｃ型フレーム45は、上部水平アーム部分と、垂直アーム部分と、下部水平アーム部分とが一体になっている。図３には、下部水平アーム部分のみが示されている。上部水平アーム部分には、締結機構が取り付けられる。Ｃ型フレーム45の下部水平アーム部分には、ダイが取り付けられている。
上部水平アーム部分に取り付けられた締結機構は、ノーズ3を有し、ダイ上に被締結部材を押さえることができるようになっている。またパンチ4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10を打ち込むことができるようになっている。図３には、ノーズ3、パンチ4は図示していない。
【００３４】
自己穿孔型リベット10は、大径の頭部11と頭部11から垂下する円筒形の脚部12とを有する。脚部12の下端部は、幅が狭くなった脚部先端13である。自己穿孔型リベット10の材質は、被締結部材の材質に合わせ選択され、アルミニューム、アルミニューム合金、鉄鋼、ステンレス等が使用される。
【００３５】
図４は、図３の本発明の自己穿孔型リベット締結装置1のダイの一部を断面にした斜視図である。以下、図３と図４を参照して、ダイについて詳述する。
ダイは、ダイ本体30と、ダイ本体30の中央ピン孔34に摺動可能に収容された中央ピン50とを備える。ダイ本体30は、大径の大径部35と、大径部35の下方のほぼ円筒形の大径部35より小径の小径部36とを有する。
【００３６】
大径部35はリベット10の脚部12を変形させることができるように、高速度工具鋼等の硬質材料で出来ている。ダイ本体30の大径部35は、中心軸の周りに軸対称である。上端部は平らな上面31であり、上面31の中央部には、自己穿孔型リベット10の脚部12を変形させるための凹部が形成されている。凹部は、中央部の円形平面の底面32と、底面32の周りの湾曲した湾曲面33とからなる。凹部は、これ以外に色々の形状をとることができる。
【００３７】
Ｃ型フレーム45の下部水平アーム部分には、断面が円形のダイ本体孔46が形成されている。ダイ本体孔46にダイ本体30の小径部36が収容され、大径部35は、ダイ本体孔46の上方に出ている。ダイ本体孔46の内径は、ダイ本体30の小径部36の外径と等しいかそれより少し大きい。ダイ本体30の小径部36は、ダイ本体孔46に収容され、ねじ（図示せず）等によりＣ型フレーム45に対して相対的に移動しないように固定される。
【００３８】
ダイ本体30の小径部36はほぼ円筒形で、下端部37は平面となっている。
ダイ本体30の上面の底面32の中央部には、断面が円形の中央ピン孔34が形成されている。中央ピン孔34は、ダイ30の上面31から、下端部37まで貫通している。
【００３９】
中央ピン孔34には、中央ピン50が軸方向に摺動可能に配置されている。中央ピン50は、円柱形の軸部52と、軸部52の一端部に形成された軸部52より大径のピンフランジ53とを有する。ピンフランジ53はなくてもよい。
中央ピン50の軸部52の上端部は平らな上面51である。ピンフランジ53の外径は、中央ピン孔34の内径より大きい。中央ピン孔34内に中央ピン50を摺動させると、中央ピン50のピンフランジ53が、ダイ本体30の下端部37に当接して停止する。
【００４０】
Ｃ型フレーム45のダイ本体孔46の底部と、中央ピン50のピンフランジ53の下面との間には、スプリング55が配置され、中央ピン50に上向きの力をかけている。中央ピン50のピンフランジ53がない場合は、スプリング55の上端部は中央ピン50の下端部に当接する。
中央ピン50の下部には、ストッパー56が形成され、ピンフランジ53がストッパー56に当接すると、中央ピン50はそれより下方へは移動できないようになっている。ストッパー56は、なくてもよい。
図３、４では、中央ピン50は一番下がった下降位置にある。下降位置では、中央ピン50の上面51は、ダイ本体30の凹部の底面32より、下の位置にあり、ピンフランジ53とダイ本体30の下端部37との間は隙間がある。
【００４１】
中央ピン孔34内で中央ピン50を上方へ移動していくと、ピンフランジ53の上面が、ダイ本体30の下端部37に当接して、中央ピン50は停止するようになっている。この位置を中央ピン50のホーム位置とする。
中央ピン50にピンフランジ53がない場合は、スプリング55の上端部がダイ本体30の下端部37に当接して、中央ピン50は停止する。
中央ピン50の軸部52の長さは、ダイ本体30の凹部の底面32から下端部37までの長さより長い。そのため、中央ピン50のホーム位置において、中央ピン50の上面51は、凹部の底面32より上の位置にある。
【００４２】
更に好ましくは、中央ピン50の軸部52の長さは、ダイ本体30の上面31から下端部37までの長さと等しい。そのため、中央ピン50のホーム位置において、中央ピン50の上面51は、ダイ本体30の上面31と同一平面にある。中央ピン50がホーム位置にある状態で、ダイ本体30の上に被締結部材41,42を配置すると、被締結部材41,42が撓むことがなく好都合である。
【００４３】
自己穿孔型リベット10を締結する前は、スプリング55のばね力により、中央ピン50が上昇したホーム位置にある。
自己穿孔型リベット10を締結するとき、自己穿孔型リベット10が、被締結部材41,42内に穿孔していくと、被締結部材41,42の材料が下方へ移動し、凹部内に入り、更に中央ピン50の上面51を押して、中央ピン50は、中央ピン孔34内を下降する。締結が完了する段階では、中央ピン50は下降位置、又はその近くまで下降する。
自己穿孔型リベット10の材質と大きさ、被締結部材41,42の材質と厚さ等の条件が変わった場合は、スプリング55のばね力が調整される。そして、締結前は中央ピン50がスプリング55により押されて、ホーム位置に位置し、締結時は中央ピン50がスプリング55の押圧力に抗して、下降位置まで下降し、締結後は、スプリング55の押圧力により、中央ピン50が中央ピン孔34内の被締結部材41,42を押し出すようにする。
【００４４】
図５〜１０を参照して、本発明の第１の実施形態による自己穿孔型リベット締結装置を使用して、自己穿孔型リベット10を被締結部材41,42に打ち込む工程について説明する。
図５は、中央ピン50がホーム位置にある状態で、ダイ本体30の上面31に被締結部材41,42を重ねて置かれる。
【００４５】
図示の例では、受け側の被締結部材42は、パンチ側の被締結部材41より厚い。被締結部材41、被締結部材42は、アルミニウム等の軟質の材料、鉄鋼等の硬質の材料で出来ている。パンチ側の被締結部材41は、カーボン、樹脂等の材料で出来ていても良い。受け側の被締結部材42が硬質で展延性の悪い材料で出来ていても、被締結部材42を厚くし、本発明のダイを用いることにより、割れが発生せずに締結することができる。
被締結部材41,42はノーズ3により押さえられ、ノーズ3の開口部の被締結部材41の上に自己穿孔型リベット10が配置され、その上にパンチ4が配置されている。
【００４６】
ダイ本体30の上面31と、中央ピン50の軸部52の上面51とは、同一平面にあることが好ましい。ダイ本体30の上面31と、中央ピン50の上面51とは、共に下側の被締結部材42の下面に当接している。
中央ピン50の軸部52の上面51は、ダイ本体30の上面より低い位置にあってもよい。その場合は、中央ピン50の軸部52の上面51は、被締結部材42の下面を支持しない。
図５には、中央ピン50の下部は示していないが、中央ピン50はホーム位置にある。
【００４７】
図６は、パンチ4が、自己穿孔型リベット10の頭部11を下方へ少し押圧した段階を示す。スプリング55（図示せず）は少し撓んでいる。自己穿孔型リベット10の脚部先端13が、上側の被締結部材41に入り込んでいる。被締結部材41,42の自己穿孔型リベット10の下にある部分は、少し下方へ移動している。
被締結部材42の下面は、中央ピン50の上面51に当接したままである。中央ピン50は、被締結部材42により下方へ押されて少し下方へ移動している。
被締結部材42の下面と、ダイ本体30の湾曲面33、底面32との間はまだ空間が空いている。中央ピン50のピンフランジ53は、ダイ本体30の下端部37から少し離れている。
【００４８】
図７は、パンチ4が、自己穿孔型リベット10の頭部11を更に下方へ押圧した段階を示す。自己穿孔型リベット10の脚部先端13が上側の被締結部材41を貫通する直前まで、被締結部材41に入り込んでいる。脚部先端13は、少し外側へ広がっている。自己穿孔型リベット10の下にある被締結部材41,42の部分は、更に下方へ移動している。
被締結部材42の下面は、中央ピン50の上面51に当接したまま、中央ピン50を更に下方へ押す。中央ピン50の軸部52の上面51は、ダイ本体30の底面32と同一平面まで下降している。
被締結部材42の下面の一部は、ダイ本体30の底面32に当接している。被締結部材42の下面と、ダイ本体30の湾曲面33との間はまだ空間が空いている。
【００４９】
図８は、パンチ4が、自己穿孔型リベット10の頭部11を更に下方へ押圧した段階を示す。脚部先端13が上側の被締結部材41を貫通し、被締結部材41の脚部先端13の内側の部分は断面円形に切断されている。被締結部材41,42の自己穿孔型リベット10の下の部分は、更に下方へ移動している。脚部先端13は、まだ被締結部材42には入り込んでいない。
中央ピン50は更に下方へ押され、下方に移動している。中央ピン50の軸部52の上面51は、ダイ本体30の底面32より低い位置にある。
【００５０】
被締結部材42の下面は、ダイ本体30の底面32に当接している。被締結部材42の下面と、ダイ本体30の湾曲面33との間はまだ空間が空いている。
図８の段階は、図７の段階から、パンチ4がかなり下方へ移動しているが、自己穿孔型リベット10の脚部先端13は、下側の被締結部材42に入り込んでいない。自己穿孔型リベット10により、中央ピン50が下方へ押されて、被締結部材42の材料の一部は、中央ピン50を押し下げて、中央ピン孔34内に入る。そのため、被締結部材42の材料は、横方向へはあまり移動していない。
【００５１】
図９は、パンチ4が、自己穿孔型リベット10の頭部11を更に大きく下方へ押圧した段階を示す。脚部先端13は、パンチ側の被締結部材41を突き破り、受け側の被締結部材42に入り込んでいる。
この段階では、脚部先端13の下部には、被締結部材41の薄い部分を介してダイ本体30の底面32があるので、脚部12はあまり下方へは移動できない。そのため、脚部先端13は半径方向外側に広がる。中央ピン50は、図８の段階から、あまり下方へ移動していない。
ダイ本体30の底面32は、被締結部材42の下面に当接している。被締結部材42の下面と、ダイ本体30の湾曲面33との間はまだ空間が少し残っている。
【００５２】
図１０は、自己穿孔型リベット10の締結が完了した段階を示す。ピンフランジ53の下面が、ストッパー56に当接し、中央ピン50は下降位置にある。自己穿孔型リベット10の軸方向の位置は、図９の段階とあまり変わらないが、パンチ4が、自己穿孔型リベット10の頭部11を更に下方へ押圧している。自己穿孔型リベット10の頭部11の上面は、被締結部材41の上面とほぼ同一平面となる。
【００５３】
自己穿孔型リベット10の脚部12の内側は、頭部11の下面と被締結部材41の上面の間は空間が空いている。
被締結部材41が、厚く軟質の金属材料で出来ている場合は、この空間は小さくなる傾向がある。
自己穿孔型リベット10の脚部先端13は半径方向外側に更に広がって、被締結部材41と被締結部材42が締結される。
【００５４】
自己穿孔型リベット10を締結した後、パンチ4は上方へ移動し、被締結部材41,42を押えていたノーズ3も上方へ移動する。被締結部材41,42を上方から押圧する力がなくなると、スプリング55は、中央ピン50を上方へ押圧する。中央ピン50は、中央ピン孔34に入っている被締結部材42を上方へ押す。締結された被締結部材41,42は、ダイ本体30の上方へ押し出される。
【００５５】
第１の実施形態では、自己穿孔型リベット10を締結するとき、中央ピン50が下方へ移動し、中央ピン孔34の部分に受け側の被締結部材42が入り込む。そのため、被締結部材42は、半径方向外側に大きくは拡径しない。自己穿孔型リベット10の脚部12は、従来のダイ20を使用する場合より、小さく拡径する。被締結部材42に、強い引張り応力が発生しないようになっている。そのため、受け側の被締結部材42が硬質の材料で出来ていても、割れが発生しにくい。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態による自己穿孔型リベット締結装置のダイとダイを支持するＣ型フレーム45の一部を示す断面図である。第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、ダイは、ダイ本体30と、ダイ本体30の中央ピン孔34に移動可能に支持された中央ピン50とを有する。
第１の実施形態では、スプリング55により中央ピン50を上方へ押圧する。第２の実施形態では、ダイ本体孔46の底部と、ピンフランジ53の下面の間の空間にポンプ58によりオイルを供給し、油圧により中央ピン50のピンフランジ53を押し上げる。又は、ポンプによりオイルの代わりに空気を供給し、空気圧により中央ピン50のピンフランジ53を押し上げることもできる。
第２の実施形態では、ダイ本体孔46とピンフランジ53により密封された空間にオイル又は空気を供給するので、ピンフランジ53は必要である。
又は、油圧装置又は空圧装置の代わりにモーター等の電動装置を用いて、中央ピン50を上下に移動することもできる。
【００５７】
第２の実施形態では、パンチ4を打ち込む前は、ダイ本体孔46の底部と、ピンフランジ53の下面の間の空間にオイルを供給して、中央ピン50が上昇したホーム位置に位置するようにする。自己穿孔型リベット10を打ち込むため、パンチ4を下降させるにつれて、オイルを抜き、中央ピン50が下降位置に下がるようにする。
自己穿孔型リベット10を締結するとき、中央ピン50が下降位置まで一定の速度で下降するように、ポンプ58を制御することができる。又は、中央ピン50がプログラムされた速度で下降するように制御し、締結する初めの段階では中央ピンの下降距離を小さくし、後半に被締結部材42の変形が大きくなる段階で、中央ピンの下降距離を大きくすることもできる。
又は、自己穿孔型リベット10を打ち込む前に、中央ピン50を下げておくこともできる。
【００５８】
自己穿孔型リベット10を締結した後、ダイ本体孔46の底部と、ピンフランジ53の下面の間の空間にオイル又は空気を供給して、中央ピン50を上昇させ、中央ピン孔34から被締結部材42を押し出すこともできる。
【００５９】
第２の実施形態では、中央ピン50の上面にかかる圧力によらず、中央ピン50の動きを制御することができる。
また、スプリング55による押圧力に抗して、中央ピン50の押し下げる第１の実施形態と比較して、より精密に中央ピン50の移動を制御することができる。
【００６０】
本発明の第２の実施形態でも、自己穿孔型リベット10を締結するとき、中央ピン50が下方へ移動し、中央ピン孔34の部分に受け側の被締結部材42が入り込む。そのため、被締結部材42は、半径方向外側に大きくは変形せず、被締結部材42に強い引張り応力が発生しないようになっている。そのため、受け側の被締結部材42に割れが発生しにくい。
【００６１】
（従来のダイのシミュレーション）
従来のダイを使用して被締結部材41,42を締結した場合と、本発明の第１の実施形態のダイを使用して被締結部材41,42を締結した場合について、自己穿孔型リベット10と、被締結部材41,42の内部応力をシミュレーションした結果について説明する。
図１２は、従来のダイ20（図１）を使用して被締結部材41,42を締結する場合に、自己穿孔型リベット10と、被締結部材41,42の内部応力をシミュレーションした結果である。
図１３は本発明の第１の実施形態によるダイ本体30と中央ピン50を組み合わせたダイを使用して被締結部材41,42を締結する場合に、自己穿孔型リベット10と、被締結部材41,42の内部応力をシミュレーションした結果である。
【００６２】
受け側の被締結部材42は、パンチ側の被締結部材41より厚い。
色が白い部分は、内部応力が大きいことを表す。色が濃く黒い部分は、内部応力がマイナスで絶対値が大きいことを表す。中間のグレーの部分は、内部応力がプラス又はマイナスで小さいことを表す。
【００６３】
図１２は、図１に示す従来のダイ20の上に被締結部材41,42を配置し、自己穿孔型リベット10により被締結部材41,42を締結した段階のシミュレーションである。ノーズ3と、パンチ4は二点鎖線により示す。
【００６４】
自己穿孔型リベット10がパンチ4により打込まれると、脚部12は、上側の被締結部材41を破断し、受け側の被締結部材42の中に入る。被締結部材42は下方へ押され、被締結部材42の下方へ押された部分は、ダイ20の凹部内に入る。被締結部材42は底面22に突き当たると、下方へは移動できない。脚部12は、下方へ移動できないので、半径方向外側へ拡径する。そのため、被締結部材42も半径方向外側へ広がる。
【００６５】
自己穿孔型リベット10を締結した後は、自己穿孔型リベット10の頭部11、脚部12とも、非常に内部応力が高くなっている。脚部12は、全体の内部応力が高い。
パンチ側の被締結部材41は、締結部近くでは、自己穿孔型リベット10により引っ張られ、マイナスの内部応力となっている。パンチ側の被締結部材41の脚部12により切り取られ、脚部12の中に入った丸い部分は、拡径する脚部12により、半径方向外側へ引っ張られ、マイナスの内部応力となっている。
【００６６】
受け側の被締結部材42については、自己穿孔型リベット10の脚部先端13の下は、脚部先端13から強い圧力を受けて、内部応力が高い。
被締結部材42の湾曲面23に接する部分は、マイナスの内部応力がかかっている。
【００６７】
被締結部材42は、あまり下方へ移動できないので、自己穿孔型リベット10の脚部12には、高い内部応力がかかる。そのため、脚部先端13の先にある被締結部材42の部分に高い内部応力が発生して、被締結部材42に割れが発生する場合がある。
【００６８】
（第１の実施形態のシミュレーション）
図１３は、本発明の第１の実施形態によるダイを使用して、自己穿孔型リベット10を被締結部材41,42に打ち込み、締結が完了した段階のシミュレーションである。
【００６９】
第１の実施形態では、ダイ本体30と中央ピン50からなるダイを使用する。被締結部材41,42に自己穿孔型リベット10を打ち込むとき、中央ピン孔34内で中央ピン50が下方へ移動し、中央ピン孔34の上部に受け側の被締結部材42が入り込む。
【００７０】
第１の実施形態では、図１２の従来のダイ20を使用した場合と比較して、自己穿孔型リベット10の頭部11の内部応力は、低くなっている。従来のダイ20を使用した場合は、脚部12の内部応力が高かったが、第１の実施形態では、脚部12の内部応力は、一部のみで高い。
パンチ側の被締結部材41は、締結部近くでは、自己穿孔型リベット10により引っ張られ、マイナスの内部応力となっている。パンチ側の被締結部材41の脚部12により切り取られ、脚部12の中に入った丸い部分は、拡径する脚部12により、半径方向外側へ引っ張られ、マイナスの内部応力が発生しているが、従来のものよりマイナスの内部応力が大きい部分は狭くなる。
受け側の被締結部材42については、自己穿孔型リベット10の脚部先端13の下の部分は、図１２の従来のものより内部応力は低い。
【００７１】
第１の実施形態では、自己穿孔型リベット10を被締結部材41,42に打ち込み、締結するとき、中央ピン50が下方へ移動して、中央ピン50が移動した後の中央ピン孔34の部分に、被締結部材42の材料が移動する。被締結部材42の材料は、あまり半径方向外側に広がらない。自己穿孔型リベット10の脚部12の内側の材料は、あまり半径方向外側に引っ張られず、内部応力が高くならない。脚部12は、必要以上に半径方向外側へ拡径されない。脚部先端13の下の被締結部材42の部分の内部応力は低減され、下側被締結部材42に割れが発生しにくい。
【００７２】
シミュレーション結果をまとめると、図１２の従来のダイ20を使用すると、自己穿孔型リベット10の頭部11と脚部12に強い応力が発生し、受け側の被締結部材42に強いマイナスの応力が発生する。これに対して、図１３の第１の実施形態のダイを使用すると、自己穿孔型リベット10の頭部11と脚部12に強い応力が発生する部分が小さくなり、受け側の被締結部材42に強いマイナスの応力が発生する部分は殆どなくなる。このように、シミュレーションによっても、第１の実施形態では、脚部12は必要以上に半径方向外側へ拡径されず、脚部先端13の内部応力は低減され、下側被締結部材42に割れが発生しにくいことが確認された。第２の実施形態でも、同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７３】
1  自己穿孔型リベット締結装置
3  ノーズ
4  パンチ
10  自己穿孔型リベット
11  頭部
12  脚部
13  脚部先端
20  ダイ（従来）
21  上面
22  底面
23  湾曲面
24  大径部
26  小径部
30  ダイ本体
31  上面
32  底面
33  湾曲面
34  中央ピン孔
35  大径部
36  小径部
37  下端部
41  被締結部材（パンチ側）
42  被締結部材（受け側）
45  Ｃ型フレーム
46  ダイ本体孔
50  中央ピン
51  上面
52  軸部
53  ピンフランジ
55  スプリング
56  ストッパー
58  ポンプ
【図１】
2019013942.tif 000003
【図２】
2019013942.tif 000004
【図３】
2019013942.tif 000005
【図４】
2019013942.tif 000006
【図５】
2019013942.tif 000007
【図６】
2019013942.tif 000008
【図７】
2019013942.tif 000009
【図８】
2019013942.tif 000010
【図９】
2019013942.tif 000011
【図１０】
2019013942.tif 000012
【図１１】
2019013942.tif 000013
【図１２】
2019013942.tif 000014
【図１３】
2019013942.tif 000015