(57)【要約】自己穴あけセミチューブラリファスナ（１３）は、セッティングダイ（１）の手段により被加工物（９，１１）に取り付けられる。セッティングダイ（１）には半径方向内側空どう（１７）とこの半径方向内側空どうを囲繞する半径方向外側空どう（５）とが形成され、これにより、前記ファスナ（１３）が前記被加工物内に入り込むにしたがって変形した材料の第１の部分が前記半径方向内側空どう内に流れ込み、一方前記変形した材料の第２の部分が前記半径方向外側空どう内に流れ込む。
2004501774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己穴あけチューブラリファスナ（１３）をひとつの被加工物（９，１１）に取り付ける方法であって、
（ａ）セッティングダイ（１）とポンチとを前記被加工物の対向する両側に整列して配置する段階と、
（ｂ）前記穴あけファスナを前記ポンチと前記被加工物との間に配置する段階と、
（ｃ）前記ポンチを前進させて前記ファスナを前記被加工物内に打ち込み、これにより前記被加工物の材料を変形させる段階と、
を包含する方法において、
前記セッティングダイ（１）には半径方向内側空どう（１７）とこの半径方向内側空どうを囲繞する半径方向外側空どう（５）とが形成され、これにより、前記ファスナ（１３）が前記被加工物内に入り込むと、変形した前記材料の第１の部分が前記セッティングダイの半径方向内側空どう内に流れ込み、一方前記変形した材料の第２の部分が前記半径方向外側空どう内に流れ込むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記ファスナ（１３）が第１の被加工物（９）を貫通して打ち込まれて第２の被加工物（１１）とは穴あけしない係合とされていることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の方法において、前記セッティングダイ（１）の内側空どう（１７）が制限した深さの盲穴から成り、これにより、前記被加工物（９，１１）へのファスナの入り込み中に制限した量の前記変形した材料が前記盲穴内に流れ込むのを許し、前記被加工物が前記セッティングダイから取り除かれたときには前記変形した材料が前記被加工物と一体となって残ることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の方法において、前記セッティングダイ（１）の内側空どう（１７）が貫通穴から成ることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、前記セッティングダイ（１）の内側空どう（１７）が可動部材（２３）を収容しており、この可動部材が、ファスナの入り込みの早い段階で制限した量の前記変形した材料を前記貫通穴内に入れるようにするが、しかし締結サイクルのその後では力を加えて前記貫通穴内の前記材料の少なくとも一部分を押して前記変形した材料のボタン部（１５）に戻すようにすることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４記載の方法において、前記セッティングダイ（１）の内側空どう（１７）が多数の直径を有する貫通穴から成り、この貫通穴が前記変形した材料の幾らかの部分を前記被加工物から分離し、次の連続するファスナの取り付けによる更なる変形した材料により出口場所（２７）に押されるまでは前記貫通穴内に残すようにすることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、前記被加工物（９，１１）に隣接する前記貫通穴（１７）の一部分が最大直径であることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項４記載の方法において、前記貫通穴（１７）がテーパしていることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、前記貫通穴（１７）はその断面積が前記被加工物からの距離が増大するにしたがって減少するようにテーパしていることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８記載の方法において、前記貫通穴（１７）はその断面積が前記被加工物からの距離が増大するにしたがって増大するようにテーパしていることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法において、前記ファスナ（１３）が第１の被加工物（９）及び第２の被加工物（１１）を貫通して打ち込まれて完全に穴あけした係合とされていることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１又は１１記載の方法において、前記ファスナ（１３）の管状端（２９）が前記セッティングダイ（１）の内側空どう（１７）を囲繞する、一部トロイダル状の外側空どう（５）内で外向きに巻回され、前記内側空どうが貫通穴から成り、この貫通穴は前記被加工物（９，１１）へのファスナの入り込み中に制限した量の前記変形した材料が前記貫通穴内に流れ込むのを許す直径であることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、前記貫通穴（１７）がテーパしていることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、前記貫通穴（１７）はその断面積が前記被加工物（９，１１）からの距離が増大するにしたがって減少するようにテーパしていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法において、前記貫通穴（１７）はその断面積が前記被加工物（９，１１）からの距離が増大するにしたがって増大するようにテーパしていることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法において、ひとつの追加の部材（３３，３５）が前記被加工物（９，１１）の少なくとも一方の側部上に配置され、前記ファスナ（１３）が前記追加の部材に予め形成している穴を通っていることを特徴とする方法。
【請求項１７】
自己穴あけチューブラリファスナ（１３）をひとつの被加工物（９，１１）に取り付ける締結機であって、
（ａ）ポンチと、
（ｂ）前記ファスナを前記被加工物に挿入するために前記ポンチへ給送する手段と、
（ｃ）前記被加工物の、前記ポンチとは反対側の側部に前記ポンチと整列して配置されているセッティングダイ（１）と、
を包含する締結機において、
前記セッティングダイ（１）には半径方向内側空どう（１７）とこの半径方向内側空どうを囲繞する半径方向外側空どう（５）とが形成され、これにより、前記ファスナ（１３）が前記被加工物内に入り込むと、変形した前記材料の第１の部分を前記半径方向内側空どうが受け入れ、また前記変形した材料の第２の部分を前記半径方向外側空どうが受け入れることを特徴とする締結機。
【請求項１８】
請求項１７記載の締結機において、前記セッティングダイ（１）の内側空どう（１７）が制限した深さの盲穴から成り、この盲穴が制限した量の前記変形した材料を保持することができて、前記変形した材料が前記被加工物と一体となって残ることを特徴とする締結機。
【請求項１９】
請求項１７記載の締結機において、前記セッティングダイ（１）の内側空どう（１７）が貫通穴から成ることを特徴とする締結機。
【請求項２０】
請求項１９記載の締結機において、前記セッティングダイ（１）の内側空どう（１７）が可動部材（２３）を収容しており、この可動部材が、ファスナの入り込みの早い段階で制限した量の前記変形した材料を前記貫通穴内に入れるようにするが、しかし締結サイクルのその後では力を加えて前記貫通穴内の前記材料の少なくとも一部分を押して前記変形した材料のボタン部（１５）に戻すようにすることを特徴とする締結機。
【請求項２１】
請求項１９記載の締結機において、前記セッティングダイ（１）の内側空どう（１７）が多数の直径を有する貫通穴から成ることを特徴とする締結機。
【請求項２２】
請求項２１記載の締結機において、前記被加工物（９，１１）に隣接する前記貫通穴（１７）の一部分が最大直径であることを特徴とする締結機。
【請求項２３】
請求項１９記載の締結機において、前記貫通穴（１７）がテーパしていることを特徴とする締結機。
【請求項２４】
請求項２３記載の締結機において、前記貫通穴（１７）はその断面積が前記被加工物（９，１１）からの距離が増大するにしたがって減少するようにテーパしていることを特徴とする締結機。
【請求項２５】
請求項２３記載の締結機において、前記貫通穴（１７）はその断面積が前記前記被加工物（９，１１）からの距離が増大するにしたがって増大するようにテーパしていることを特徴とする締結機。
【請求項２６】
請求項１９〜２５のいずれか一項に記載の締結機において、前記セッティングダイ（１）の内側空どうの貫通穴（１７）が、前記変形した材料のスラグ（２５）を前記セッティングダイを囲繞している締結機のアーム内に排出する出口通路（２７）に連通していることを特徴とする締結機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、自己穴あけ締結（ｓｅｌｆ−ｐｉｅｒｃｅ　ｆａｓｔｅｎｉｎｇ）に関し、より詳細には、自己穴あけチューブラリファスナ（すなわち、チューブラリ又はセミチューブラリのリベット又はアイレット）が被加工物内にその一方の側部から完全な入り込みで又は完全な入り込みでなく挿入され、このファスナの挿入により変形した材料の少なくとも一部分が被加工物の他方の側部に配置したセッティングダイの中央空どう内に流れ込むようになっている型式の締結のための方法及び装置に関する。
【０００２】
現在の実施によれば、自己穴あけファスナ、例えばリベットは例えば米国特許第６０７３５２５号明細書に記載されているようなリベット締め機により取り付けられる。これらの各リベット締め機は、プランジャと、ノーズアセンブリと、セッティングダイとを包含する。ノーズアセンブリは、リベット案内管とクランピング表面とを包含する。セッティングダイは、隆起した中央突出部を備えている半トロイダル状の空どうを囲繞する環状のクランピング表面を有する。中央突出部は、２つの目的を果す。すなわち、この中央突出部は、第１にリベットの入り込み中に被加工物（例えば、シート材料の２つ又はそれ以上の層）のための支持体として働き、また第２に、変形した材料及びリベット管部を半トロイダル状の空どう内に外向きに流し込むようにさせる。作動において、プランジャは自己穴あけリベットをリベット案内管に沿って打ち込み、これにより、リベットをノーズアセンブリ及びセッティングダイのクランピング表面間にクランプされた被加工物に接触せしめる。プランジャの更なる動きはリベットを更に打ち込んで被加工物に係合せしめて、材料を被加工物からセッティングダイの半トロイダル状の空どう内に変形せしめ、これにより、被加工物（２枚の場合は下側の被加工物）の下側に変形した材料のボタン部を作る。
【０００３】
この型式の自己穴あけリベット締めは、多数の制限及び欠点を有する。例えば、もし締結しようとする被加工物が非常に厚く又は金属変形に対して非常に抵抗があるものである場合には、リベットの入り込みのために要求される力が、リベットが破壊することなしに耐えることができる力よりも大きくなる。また、もし下側の被加工物が非常に厚い場合には、下側の被加工物に穴をあけることなしにリベットの巻回部の十分な幅を得ることが困難であるために、有効な結合を成し遂げることは不可能である。更に、もし被加工物がリベットを外向きに巻回させることを生じさせるために十分な内部圧力をリベット内に発生することができない、たとえばプラスチックス材料のような材料から成る場合には、２枚の被加工物を固定するために下側の被加工物内にリベット管部の十分な外向き巻回部を形成することが不可能である。
【０００４】
本発明の目的は、上述した制限及び欠点を除去又は軽減することにある。
【０００５】
本発明の一態様によれば、自己穴あけチューブラリファスナをひとつの被加工物に取り付ける方法であって、
（ａ）セッティングダイとポンチとを前記被加工物の対向する両側に整列して配置する段階と、
（ｂ）前記穴あけファスナを前記ポンチと前記被加工物との間に配置する段階と、
（ｃ）前記ポンチを前進させて前記ファスナを前記被加工物内に打ち込み、これにより前記被加工物の材料を変形させる段階と、
を包含する方法において、
前記セッティングダイには半径方向内側空どうとこの半径方向内側空どうを囲繞する半径方向外側空どうとが形成され、これにより、前記ファスナが前記被加工物内に入り込むと、変形した前記材料の第１の部分が前記セッティングダイの半径方向内側空どう内に流れ込み、一方前記変形した材料の第２の部分が前記半径方向外側空どう内に流れ込むことを特徴とする方法、が提供される。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、自己穴あけチューブラリファスナをひとつの被加工物に取り付ける締結機であって、
（ａ）ポンチと、
（ｂ）前記ファスナを前記被加工物に挿入するために前記ポンチへ給送する手段と、
（ｃ）前記被加工物の、前記ポンチとは反対側の側部に前記ポンチと整列して配置されているセッティングダイと、
を包含する締結機において、
前記セッティングダイには半径方向内側空どうとこの半径方向内側空どうを囲繞する半径方向外側空どうとが形成され、これにより、前記ファスナが前記被加工物内に入り込むと、変形した前記材料の第１の部分を前記半径方向内側空どうが受け入れ、また前記変形した材料の第２の部分を前記半径方向外側空どうが受け入れることを特徴とする締結機、が提供される。
【０００７】
したがって、本発明は、締結作業中に変形した材料の流れを制御する新規な方法を提供する。これは、従来のセッティングダイの隆起した中央突出部のコアの頂部又は少なくとも一部分を、種々の形状の中央又は半径方向内側の空どうに代えることにより成し遂げられ、これらの空どう内には変形した材料が流れ込むことができる。本発明にしたがって使用するためのダイは、締結作業の早い段階中に変形した材料が、中央突出部の頂部がある場合に要求されるよりも低い変形力の下で流れ込むことができる空間を提供する内側空どうと、変形した材料の残りが流れ込むことができる空間を提供する外側空どうとを有する。外側空どうが変形した材料の一部分のみを保持しなければならないだけなので、外側空どうは従来のダイの空どうよりも小さくすることができ、したがって従来のダイに対して要求される変形力よりも低い変形力で充填することができる。
【０００８】
本発明の一実施例において、例えばチューブラリ又はセミチューブラリのリベット又はアイレットのようなファスナは、第１の（例えば上側の）被加工物を貫通して打ち込まれ、第２の（例えば、下側の）被加工物とは穴あけしない係合とされる。すなわち、ファスナは（第２の）被加工物を完全に貫通しないでこの被加工物内に巻回する。
【０００９】
このような実施例において、内側空どうは、通常、ファスナ及び締結機のプランジャと軸方向に整列する丸穴である。この形状は、変形した材料がファスナの入り込みの早い段階で内側空どう内に容易に流れ込むのを許す。そして、内側空どうが充填されたときには、この内側空どう内の変形した材料は中央突出部として有効に働き、残っている変形した材料を外側空どう内に外向きに流れ込むようにする。内側空どう内に流れ込む変形した材料の量は、この内側空どうの直径及び深さ（すなわち、容積）を調節することにより所望した量に正確に調節することができる。中央穴は、初期の材料変形のために要求される力を減少せしめ、これにより、ファスナが側部支持体を有していないときに生じるファスナ管部の破壊の危険を減少せしめる。また、中央穴は、外側ボタン部へ流れ込む変形した材料の量を減少せしめ、これによりボタン部の亀裂の危険を最少にする。
【００１０】
したがって、セッティングダイの内側空どうは制限した深さの盲目から成ることができ、これにより、被加工物のファスナの入り込み中に所定量の変形した材料が盲穴内に流れ込むのを許し、被加工物がセッティングダイから取り除かれたときには変形した材料が被加工物と一体となって残る。
【００１１】
選択的に、内側空どうは貫通穴から成ることができる。この場合において、セッティングダイの貫通穴は可動部材を収容することができ、この可動部材はファスナの入り込みの早い段階で制限した量の変形した材料を内側空どうの貫通穴に入れるようにするが、しかし締結サイクルのその後では力を加えて貫通穴内の材料の少なくとも一部分を押して変形した材料のボタン部に戻すようにする。この方法における変形した材料のボタン部の圧縮は、結合部の強さを改善せしめる。
【００１２】
変形した材料の第１の部分の少なくとも一部分を（第２の）被加工物から分離することが所望される場合には、内側空どうは多数の直径を有する貫通穴とすることができ、この貫通穴は変形した材料の第１の部分の少なくとも一部分を被加工物から分離し、次の連続するファスナの取り付けによる更なる変形した材料により出口場所に押されるまで貫通穴内に残すようにする。そして、被加工物が取り除かれると、所望した量の変形した材料が空どうの下側部分内に残る。被加工物に隣接する貫通穴の一部分は、最大直径とすることができる。しかしながら、多数の直径を有する貫通穴は絶対不可欠なものではなく、単一の直径の貫通穴を用いることができることを留意すべきである。この場合には、変形した材料の第１の部分の一部分がボタン部と一体になって残り、またその一部分が裂けてダイの内側空どう内に残る。変形した材料の第１の部分の少なくとも一部分が（第２）の被加工物から分離することは、ボタン部の量を減少せしめることを可能にする。貫通穴内に流れ込む変形した材料の量は、貫通穴の直径と、変形した材料が貫通穴を下向きに流れるときの側壁の摩擦ドラグとに依存する。
【００１３】
更なる選択にしたがって、貫通穴はテーパすることができる。このテーパは、貫通穴の断面積が被加工物からの距離が増大するにしたがって減少又は増大するようにすることができる。
【００１４】
本発明の選択的な実施例において、ファスナは第１の（例えば、上側の）被加工物及び第２の（例えば、下側の）被加工物を貫通して打ち込まれて完全に穴あけした係合とされる。したがって、ファスナは被加工物を完全に貫通して穴あけし、ファスナの管状端をセッティングダイに接触せしめ、セッティングダイがファスナを環状又は半環状の形状に外向きに巻回せしめて、被加工物をファスナの頭部とこの巻回部との間に固定せしめる。
【００１５】
本発明の以上述べた各実施例において、ファスナの管状端はセッティングダイの内側空どうを囲繞する、一部トロイダル状の外側空どう内で外向きに巻回することができ、内側空どうは所望した量の変形した材料が被加工物内へのファスナの入り込み中に貫通穴内へ流れ込むことを許す直径の貫通穴から成る。この場合において、各ファスナの取り付けから生じた変形した材料のスラグは貫通穴を下向きに通り、各スラグは自由に落下するまで次の連続するスラグにより押される。
【００１６】
以上述べたように、貫通穴はテーパすることができ、このテーパは貫通穴の断面積が被加工物からの距離が増大するにしたがって減少又は増大するようにすることができる。
【００１７】
変形した材料は、２つの部分に自動的に分割される。ファスナは、ファスナの柄部の直径と大体等しい直径を持つ材料スラグを変形させる。このスラグの中央部（第１の部分）はダイの内側空どう内に進み、その直径はファスナの柄部の直径よりも小さく、変形した材料の外側管部（第２の部分）を残し、この外側管部は外側空どう内に流れ込む。もし外側管部の量が少ない場合には、この外側管部はファスナの巻回部内に収容することができる。しかしながら、外側管部の量が収容するのには非常に多い場合には、過剰の材料がファスナの巻回部のすぐまわりに密封リングを形成する。
【００１８】
理想的には、ファスナは、ファスナの首部が（第１の）被加工物としっかりした接触させられたときに、ファスナの首部のソリッド区域が内側空どうの上側部分と接触させられ、変形した材料の大部分がセッティングダイの貫通穴内に追いやられるような、寸法とされる。この構成は、ファスナの管部がセッティングダイの表面に自由に接近することができるようにし、その結果、管部を環状又は一部環状の形状、若しくはもしダイが半径方向せん断線部を有している場合には星状の形状に容易に巻回することができる。この構成は、また、変形した材料の残りが運ばれて、ファスナの巻回部のすぐまわりに密封シールを形成することができるようにする。
【００１９】
この実施例は、特に、締結シート材料が例えばプラスチックス材料のような材料であって、ファスナを（第２の）シート内に外向きに巻回せしめるのに十分な内部圧力をファスナに発生せしめることができず、したがってファスナが材料を貫通することにより締結することが必要であり、ファスナの管状部分の端がセッティングダイに接触して外向きに巻回し、材料の下側表面に係合できるようにするものに有益である。
【００２０】
この実施例は、また、低圧縮性の弱い強度の材料を締結するのに有益である。なぜなら、このような材料のスラグはファスナの管状部分を迅速に充填し、ファスナが被加工物の下側区域を通してきれいに切断するのを防止し、これにより完全な入り込み結合を可能にするからである。実際に、もしファスナの管状部分がスラグに適応するのに長い場合には、管状部分は広い巻回を生じさせるのに要求される力にさらされたときに破壊しがちである。広い巻回は、弱い強度の材料を締結するときには絶対不可欠である。実際に、ＤＥ−Ａ−１９９２２２４６に記載されているような完全な巻回を有することが強く望まれる。なぜなら、このような完全な巻回はスプリングバック効果を発生せしめ、このスプリングバック効果は被加工物の一層高い残留圧縮を提供し、したがって結合部の安全性を増大せしめるからである。
【００２１】
本発明において、ファスナはセッティングダイの内側空どうに入らない。したがって、内側空どうの最大直径は、ファスナがセッティングダイに接近したときのファスナの管部の内径よりも小さくされる。この特徴は、ファスナが外向きに巻回するにしたがってファスナの内径が増加することにあり、このファスナの直径は管部の口部に内部テーパが形成されることにより更の増大せしめることができる。
【００２２】
内側空どうは、外側空どうの内壁内に位置することができる。外側空どうは、変形した材料及びファスナの管部の両方の外向き流れを助ける任意な形状とすることができるが、しかし通常は一部トロイダルの形状を有するものとされる。また、外側空どうはクランピング表面により囲繞されることができる。外側空どうの内壁は、そのクランピング表面に関連して任意の所望する高さとすることができる。したがって、この内壁は被加工物支持機能を果たすことができる。この内壁の頂部表面は、切断縁の形とすることができる。選択的に、この内壁は任意の所望する幅のランドに終ることができる。
【００２３】
内側空どうはプランジャを収容することができ、このプランジャは要求に応じて締結機により駆動され、内側空どうの容積を増大又は減少せしめる。セッティングダイを支持するのアームには、変形した材料から分離された部分を都合の良い出口場所に流れ落とすことができる通路を形成することができる。
【００２４】
以上述べたすべての実施例において、内側空どうは、通常、ポンチ及び前進するファスナと軸方向に整列させられるが、しかし、本発明はこのような軸方向に整列する内側空どうに限定されるものではない。すなわち、内側空どうは、例えば材料スラグを都合のよい出口場所に排出するために、直線貫通穴からそらすことができる。
【００２５】
本発明による方法は、追加の部材を被加工物の少なくとも一方の側部に固定することができる。これは、追加の部材を被加工物の少なくとも一方の側部に配置し、それからファスナを追加の部材に予め形成している穴を通すことにより成し遂げられる。
【００２６】
本発明をよく理解し、また本発明が実際にどのようにして実施されるかを明確に示すために、以下添付図面を参照して本発明の実施例について詳述する。
【００２７】
図面において、同一の参照符号は同一又は類似の要素を示すために用いられている。
【００２８】
図１に示されている公知のセッティングダイ１は、隆起した中央突出部７を有する半トロイダル状の空どう５を囲繞している環状クランピング表面３を包含する。図１Ａは、自己穴あけリベット１３を用いて２つの被加工物９，１１を結合するためにこのような公知のセッティングダイ１を用いた結果を示す。この図１Ａから見ることができるように、リベット１３は打ち込まれて上側の被加工物９を貫通し、下側の被加工物１１と穴あけしない係合状態にされ、変形した材料のボタン部１５が下側の被加工物１１の下側に形成されている。
【００２９】
図２に概略的に示されているリベット締め（締結）機は、一方のアームに取り付けられている液圧シリンダ３７と他方のアームに取り付けられているセッティングダイ３８とを備えているＣ形フレーム３６を包含する。液圧シリンダ３７はプランジャ３９を動かし、それからプランジャ３９がリベット（ファスナ）４０を被加工物４１内に打ち込む。後述するように、セッティングダイ３８の内側空どう内に流れ込む変形した材料の一部分は、Ｃ形フレーム３６の下側アームの通路４２を通して収集場所（図示せず）に進む。
【００３０】
図３に示されているような本発明にしたがって使用するためのセッティングダイ１においては、図１のセッティングダイの隆起した中央突出部が中央空どう１７に代えられ、その結果、外側の半トロイダル状空どう５と中央空どう１７とは円形の直立壁１９により分離されている。図３の中央空どう１７は制限された深さの盲穴の形の半径方向内側空どうから成り、一方半トロイダル状空どう５はこの内側空どうを囲繞している半径方向外側空どうの形である。図３Ａは、図３のセッティングダイを用いた結果を示す。この図３Ａから見ることができるように、変形した材料の多くの部分（第２の部分）は半トロイダル状の空どう５内に流れ込んでボタン部１５を形成するに対し、変形した材料の所定量（第１の部分）は中央空どう１７に流れ込んで、ボタン部１５上に一体に形成された中央突出部２１を形成する。したがって、半トロイダル状空どう５の容積は中央突出部２１の容積に相当する量だけ減少することができる。
【００３１】
図４に示されているセッティングダイ１においては、中央空どう１７は貫通穴の形である、この貫通穴はプランジャ２３の形の可動部材を収容し、このプランジャ２３は（この図４に示されているように）上向きに動くことができる。したがって、プランジャ２３はリベット入り込みの早い段階において変形した材料が貫通穴１７に入る量を制限することを可能にする。プランジャ２３は、しかし、リベット締めサイクルにおいてその後上向きに動かすことができ、これにより貫通穴内の変形した材料の少なくとも一部分を押してボタン部１５に戻すことができる。図４Ａから見ることができるように、小さい突出部２１がボタン部１５上に一体に形成されて残る。
【００３２】
図５に示されているセッティングダイ１においては、中央空どう１７は多数の直径（図示の例では２つの直径）を有する貫通穴の形であって、最大直径の部分が被加工物１１に隣接して位置されている。この図５のセッティングダイの使用において、最小直径の貫通穴の部分内の変形した材料のスラグ２５は被加工物１１から分離し、結合した被加工物９，１０が取り除かれると貫通穴内に残る。次の連続するリベットの取り付けは、変形した材料から分離される更なるスラグ２５を生じせしめ、この更なるスラグ２５は先に形成されたスラグ２５を貫通穴１７に沿って出口場所２７に押す。図５Ａは、図５のセッティングダイを使用した結果を示す。この図５Ａから見ることができるように、ボタン部１５上に一体に形成された小さい突出部２１が残る。多数の直径は絶対不可欠なものではなく、一定の直径の貫通穴を同様に用いることができることを留意すべきである。
【００３３】
図６に示されているセッティングダイ１においては、中央空どう１７は一定の比較的大きい直径の貫通穴の形である。図６Ａは、このようなセッティングダイ１を使用した結果を示し、自己穴あけリベット１３を用いて２つの被加工物９，１１を結合し、リベット１３は上側及び下側の被加工物を完全に貫通して、すなわち完全に穴あけして係合した状態に打ち込まれている。この図６Ａから見ることができるように、ボタン部はなく、リベットの管状端２９が一部トロイダル状の外側空どう５内で外向きに巻回される。中央空どう１７は、リベットが被加工物９，１０に入り込むにしたがって、変形した材料の第１の部分により形成されたスラグ２５が中央空どう１７内に流れ込み、セッティングダイ１の下側面から自由に落下することを許し、一方変形した材料の第２の部分２５Ａはリベットの巻回部でもって囲まれる。図６Ｂは、変形した材料の外側管部の量がリベットの巻回部内に適合できるよりも多く、その過剰分がリベットの巻回部と被加工物との間に密封リング２５Ｂを形成している場合を示す。
【００３４】
図７に示されているセッティングダイ１は、図６に示されているセッティングダイ１とは、変形した材料のスラグ２５を都合の良い出口場所２７に排出するために貫通穴１７が直線からそれている点で異なっている。図７Ａは、スラグ２５が被加工物９，１１から分離されると横方向に移動させられることを示していることを除いては、図６Ａと同様である。
【００３５】
図８に示されているセッティングダイ１においては、中央空どう１７はテーパ形状の貫通穴の形である。すなわち、貫通穴の断面積は被加工物１１からの距離が増大するにしたがって減少している。しかしながら、テーパは、選択的に、貫通穴の断面積が被加工物１１からの距離が増大するにしたがって増大するようにできることを留意すべきである。
【００３６】
図９に示されているセッティングダイ１においては、半径方向外側空どう５に半径方向せん断線部３１が形成され、これらのせん断線部３１はリベット１３を半径方向外側空どう５の形状に対応する星の形に成形せしめる。図９Ａから見ることができるように、ボタン部はなく、リベットの管状端２９が星の形に外向きに巻回されている。図面には示していないけれども、中央空どう１７は、リベットが被加工物９，１１に入り込むにしたがって、変形した材料のスラグが中央空どう１７内に流れ込み、セッティングダイ１の下側面から自由に落下することを許す。
【００３７】
図１０〜図１２は、例えば図７に示されているようなセッティングダイ１を用いて、被加工物９，１１を完全に貫通するリベット締めをどのようにして追加の板３３，３５をリベット１３と被加工物９，１１との間に固定するために用いることができるかを示す。追加の板３３，３５は、例えば、予め穴あけした補強又は固定板の形とすることができる。追加の板３３，３５は、リベット１３の頭部と一方の被加工物との間及びリベット１３の外向きに巻回した管状端２９と他方の被加工物との間に配置することができる。図１０に示されているように、被加工物９，１１は図１０に示されている領域内で有効に共通して広がることができるし、又は選択的に、図１１に示されているように、被加工物９，１１は共通して広がる必要はない。図１２に示されているように、追加の板３３，３５は被加工物を一層複雑な形状に形成するために用いることができる。
【００３８】
図１３は、追加の板３３，３５が平らである必要がないこと、及びこれら追加の板の一方が例えばヒューズボックス、ワイヤハーネス用クリップ及び同種のもののような補助的な目的のために用いることができる要素の形とすることができることを示す。
【００３９】
分離した材料は、図面を簡単にするために図１０〜図１３では省略されていることを留意すべきである。
【００４０】
本発明は多数の利点を提供し、例えば次のとおりである。
１．本発明は、ファスナの入り込みにより発生する力を減少せしめ、これにより自己穴あけ締結を厚い及びがんじょうな被加工物を締結するために用いることを可能にする。
２．本発明は、（下側の）被加工物の下側の外側ボタン部を形成する変形した材料の量を減少せしめ、したがって変形した材料が外側ボタン部を充填するために移動しなければならない距離を減少せしめる。これは、クラックすることなしには遠くに流れることができない低延性のシート材料のために自己穴あけ締結を用いることが要求されるときに、重要である。
３．本発明は、不必要な変形した材料を分離して結合部から取り除くことを可能にする。
４．本発明は、ファスナ挿入段階の終りで変形した材料の圧縮を可能にする。
５．本発明は、たとえファスナの管部が変形した材料で完全に充填されたときでもファスナが穴あけを続けることを可能にする。すなわち、空どうなしのセッティングダイにおいては変形した材料がファスナの切断縁を覆ってしまうが、しかし、セッティングダイが空どうを有するときには、変形した材料を空どう内へ前方に押すことができ、これにより切断縁を自由に残してその通常の穴あけ作用を行うことができる点が特徴である。
【図面の簡単な説明】
【図１】現在の実施に用いられているセッティングダイの断面側面図である。
【図１Ａ】現在の実施による自己穴あけリベット締めにより作られたリベット結合の断面図である。
【図２】自己穴あけリベットを取り付けるための本発明によるリベット締め機の概略側面図である。
【図３】本発明にしたがって使用するためのセッティングダイの断面側面図であって、このセッティングダイは外側空どうにより囲繞されている内側空どうを備えている。
【図３Ａ】図３に示されているセッティングダイを用いて作られたリベット結合の断面図である。
【図４】本発明にしたがって使用するためのセッティングダイの断面側面図であって、このセッティングダイの内側空どうはプランジャを収容する貫通穴である。
【図４Ａ】図４に示されているセッティングダイを用いて作られたリベット結合の断面図である。
【図５】本発明にしたがって使用するためのセッティングダイの断面側面図であって、このセッティングダイの内側空どうは２つの直径を有する貫通穴である。
【図５Ａ】図５に示されているセッティングダイを用いて作られたリベット結合の断面図であって、変形した材料のスラグがボタン部から分離されている。
【図６】本発明にしたがって使用するためのセッティングダイの断面側面図であって、このセッティングダイの内側空どうはリベットが被加工物を完全に貫通するようにしている。
【図６Ａ】図６に示されているセッティングダイを用いて作られたリベット結合の断面図であって、リベットは下側の被加工物の下側に巻回されており、またリベットの挿入により分離された材料が被加工物から自由に落下することを示している。
【図６Ｂ】他の例を示す、図６Ａと同様な図である。
【図７】本発明にしたがって使用するためのセッティングダイの断面側面図であって、このセッティングダイの内側空どうは変形した材料のスラグを都合の良い出口場所に排出するために直線貫通穴からそれている。
【図７Ａ】図７に示されているセッティングダイを用いて作られたリベット結合の断面図であって、リベットは下側の被加工物の下側に巻回されており、またリベットの挿入により分離された材料がダイの側部の出口場所に排出されることを示している。
【図８】本発明にしたがって使用するためのセッティングダイの断面側面図であって、このセッティングダイの内側空どうはテーパ貫通穴である。
【図９】半径方向せん断線部及び中央貫通穴を有するセッティングダイの平面図である。
【図９Ａ】図９のセッティングダイを用いて取り付けられたリベットを示す図であって、リベットは被加工物を完全に貫通している。
【図１０】被加工物を完全に貫通するリベット締めがどのようにして補強又は固定板を被加工物に固着するために用いることができるかを概略的に示す図である。
【図１１】他の例を示す、図１０と同様な図である。
【図１２】更に他の例を示す、図１０と同様な図である。
【図１３】更に他の例を示す、図１０と同様な図である。
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年1月29日(2002.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【書類名】明細書
【発明の名称】自己穴あけ締結で変形する材料の流れ制御
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己穴あけファスナ（１３；４０）をひとつの被加工物（９，１１）に取り付ける方法であって、
（ａ）ポンチ（３９）を、半径方向内側空どう（１７）とこの半径方向内側空どうを囲繞する半径方向外側空どう（５）とが形成されているセッティングダイ（１）に整列して配置する段階と、
（ｂ）前記被加工物（９，１１）を前記ポンチ（３９）と前記セッティングダイ（１）との間に配置する段階と、
（ｃ）前記自己穴あけファスナ（１３；４０）を前記被加工物（９，１１）と前記ポンチ（３９）との間に配置する段階と、
（ｄ）前記ポンチ（３９）を前進させて前記ファスナを前記被加工物（９，１１）内に打ち込み、これにより前記被加工物の材料を前記セッティングダイ（１）内に変形させる段階と、
を包含する方法において、
前記ファスナが頭部と柄部とを有するセミチューブラリファスナから成ると共に、前記柄部が前記被加工物（９，１１）に係合する管状部分を有し、
前記ファスナ（１３；４０）が前記被加工物内に入り込むと、前記ファスナがその柄部の直径と実質的に等しい材料スラグを変形させ、この変形した材料の第１の部分が前記セッティングダイの半径方向内側空どう（１７）内に流れ込むと共に、この変形した材料の第２の部分が前記セッティングダイの半径方向外側空どう内（５）に流れ込むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記ファスナ（１３）が第１の被加工物（９）を貫通して打ち込まれて第２の被加工物（１１）とは穴あけしない係合とされていることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の方法において、前記セッティングダイ（１）の内側空どう（１７）が制限した深さの盲穴から成り、これにより、前記被加工物（９，１１）へのファスナの入り込み中に制限した量の前記変形した材料が前記盲穴内に流れ込むのを許し、前記被加工物が前記セッティングダイから取り除かれたときには前記変形した材料が前記被加工物と一体となって残ることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の方法において、前記セッティングダイ（１）の内側空どう（１７）が貫通穴から成ることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、前記セッティングダイ（１）の内側空どう（１７）が可動部材（２３）を収容しており、この可動部材が、ファスナの入り込みの早い段階で制限した量の前記変形した材料を前記貫通穴内に入れるようにするが、しかし締結サイクルのその後では力を加えて前記貫通穴内の前記材料の少なくとも一部分を押して前記変形した材料のボタン部（１５）に戻すようにすることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４記載の方法において、前記セッティングダイ（１）の内側空どう（１７）が多数の直径を有する貫通穴から成り、この貫通穴が前記変形した材料の幾らかの部分を前記被加工物から分離し、次の連続するファスナの取り付けによる更なる変形した材料により出口場所（２７）に押されるまでは前記貫通穴内に残すようにすることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、前記被加工物（９，１１）に隣接する前記貫通穴（１７）の一部分が最大直径であることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項４記載の方法において、前記貫通穴（１７）がテーパしていることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、前記貫通穴（１７）はその断面積が前記被加工物からの距離が増大するにしたがって減少するようにテーパしていることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８記載の方法において、前記貫通穴（１７）はその断面積が前記被加工物からの距離が増大するにしたがって増大するようにテーパしていることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法において、前記ファスナ（１３）が第１の被加工物（９）及び第２の被加工物（１１）を貫通して打ち込まれて完全に穴あけした係合とされていることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１又は１１記載の方法において、前記ファスナ（１３）の管状端（２９）が前記セッティングダイ（１）の内側空どう（１７）を囲繞する、一部トロイダル状の外側空どう（５）内で外向きに巻回され、前記内側空どうが貫通穴から成り、この貫通穴は前記被加工物（９，１１）へのファスナの入り込み中に制限した量の前記変形した材料が前記貫通穴内に流れ込むのを許す直径であることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、前記貫通穴（１７）がテーパしていることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、前記貫通穴（１７）はその断面積が前記被加工物（９，１１）からの距離が増大するにしたがって減少するようにテーパしていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法において、前記貫通穴（１７）はその断面積が前記被加工物（９，１１）からの距離が増大するにしたがって増大するようにテーパしていることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法において、ひとつの追加の部材（３３，３５）が前記被加工物（９，１１）の少なくとも一方の側部上に配置され、前記ファスナ（１３）が前記追加の部材に予め形成している穴を通っていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、自己穴あけ締結（ｓｅｌｆ−ｐｉｅｒｃｅ　ｆａｓｔｅｎｉｎｇ）に関し、より詳細には、自己穴あけセミチューブラリファスナが被加工物内にその一方の側部から完全な入り込みで又は完全な入り込みでなく挿入され、このファスナの挿入により変形した材料の少なくとも一部分が被加工物の他方の側部に配置したセッティングダイの中央空どう内に流れ込むようになっている型式の締結のための方法及び装置に関する。
【０００２】
ＵＳ−Ａ−４７１１０２１は、雌要素をパネルに取り付ける方法を開示し、雌要素はこの雌要素を貫通している穴と大体環状の穴あけ及びリベット締め部分とを有している。パネルは環状ダイ空どうと中央ダイ穴とを有しているダイ部材上に支持され、雌要素の環状穴あけ及びリベット締め部分はパネルに対して偏倚される。丸い端を有しているポンチは雌要素の穴を通して打ち込まれ、これによりパネル部分を中央ダイ穴内に半球状に隆起せしめる。環状穴あけ及びリベット締め部分はパネルに打ち込まれ、パネルの半球状隆起パネル部分を穴あけし、穴あけしたパネル開口とパネルスラグとを形成し、ポンチはスラグを中央ダイ穴内に動かす。最後に、穴あけ及びリベット締め部分は変形させられて、雌要素の穴あけ及びリベット締め部分とパネルとの間に機械的なインタロックを形成する。
【０００３】
ＧＢ−Ａ−２３１４７９４は自己穴あけリベット締めの方法を開示し、この方法においては自己穴あけリベットは部分的に重なっている材料の少なくとも２つの層から成る被加工物内に挿入され、その結果、リベットの端部はリベット締めの工程中に変形させられ、リベットの衝撃点から最も遠い材料に包まれて残る。リベット締めの工程中、リベットの両側部は、ダイによりリベットが被加工物に入る領域で強制的に半径方向外向きに変形させられる。ポンチは、アンビル上に支持されている上記の層内にリベットを押し入れる。
【０００４】
現在の実施によれば、自己穴あけファスナ、例えばリベットは例えば米国特許第６０７３５２５号明細書に記載されているようなリベット締め機により取り付けられる。これらの各リベット締め機は、プランジャと、ノーズアセンブリと、セッティングダイとを包含する。ノーズアセンブリは、リベット案内管とクランピング表面とを包含する。セッティングダイは、隆起した中央突出部を備えている半トロイダル状の空どうを囲繞する環状のクランピング表面を有する。中央突出部は、２つの目的を果す。すなわち、この中央突出部は、第１にリベットの入り込み中に被加工物（例えば、シート材料の２つ又はそれ以上の層）のための支持体として働き、また第２に、変形した材料及びリベット管部を半トロイダル状の空どう内に外向きに流し込むようにさせる。作動において、プランジャは自己穴あけリベットをリベット案内管に沿って打ち込み、これにより、リベットをノーズアセンブリ及びセッティングダイのクランピング表面間にクランプされた被加工物に接触せしめる。プランジャの更なる動きはリベットを更に打ち込んで被加工物に係合せしめて、材料を被加工物からセッティングダイの半トロイダル状の空どう内に変形せしめ、これにより、被加工物（２枚の場合は下側の被加工物）の下側に変形した材料のボタン部を作る。
【０００５】
この型式の自己穴あけリベット締めは、多数の制限及び欠点を有する。例えば、もし締結しようとする被加工物が非常に厚く又は金属変形に対して非常に抵抗があるものである場合には、リベットの入り込みのために要求される力が、リベットが破壊することなしに耐えることができる力よりも大きくなる。また、もし下側の被加工物が非常に厚い場合には、下側の被加工物に穴をあけることなしにリベットの巻回部の十分な幅を得ることが困難であるために、有効な結合を成し遂げることは不可能である。更に、もし被加工物がリベットを外向きに巻回させることを生じさせるために十分な内部圧力をリベット内に発生することができない、たとえばプラスチックス材料のような材料から成る場合には、２枚の被加工物を固定するために下側の被加工物内にリベット管部の十分な外向き巻回部を形成することが不可能である。
【０００６】
本発明の目的は、上述した制限及び欠点を除去又は軽減することにある。
【０００７】
本発明によれば、自己穴あけファスナをひとつの被加工物に取り付ける方法であって、
（ａ）ポンチを、半径方向内側空どうとこの半径方向内側空どうを囲繞する半径方向外側空どうとが形成されているセッティングダイに整列して配置する段階と、
（ｂ）前記被加工物を前記ポンチと前記セッティングダイとの間に配置する段階と、
（ｃ）前記自己穴あけファスナを前記被加工物と前記ポンチとの間に配置する段階と、
（ｄ）前記ポンチを前進させて前記ファスナを前記被加工物内に打ち込み、これにより前記被加工物の材料を前記セッティングダイ内に変形させる段階と、
を包含する方法において、
前記ファスナが頭部と柄部とを有するセミチューブラリファスナから成ると共に、前記柄部が前記被加工物に係合する管状部分を有し、
前記ファスナが前記被加工物内に入り込むと、前記ファスナがその柄部の直径と実質的に等しい材料スラグを変形させ、この変形した材料の第１の部分が前記材料の第１の部分が前記セッティングダイの半径方向内側空どう内に流れ込むと共に、この変形した材料の第２の部分が前記セッティングダイの半径方向外側空どう内に流れ込むことを特徴とする方法、が提供される。
【０００８】
したがって、本発明は、締結作業中に変形した材料の流れを制御する新規な方法を提供する。これは、従来のセッティングダイの隆起した中央突出部のコアの頂部又は少なくとも一部分を、種々の形状の中央又は半径方向内側の空どうに代えることにより成し遂げられ、これらの空どう内には変形した材料が流れ込むことができる。本発明にしたがって使用するためのダイは、締結作業の早い段階中に変形した材料が、中央突出部の頂部がある場合に要求されるよりも低い変形力の下で流れ込むことができる空間を提供する内側空どうと、変形した材料の残りが流れ込むことができる空間を提供する外側空どうとを有する。外側空どうが変形した材料の一部分のみを保持しなければならないだけなので、外側空どうは従来のダイの空どうよりも小さくすることができ、したがって従来のダイに対して要求される変形力よりも低い変形力で充填することができる。
【０００９】
本発明の一実施例において、セミチューブラリのリベット又はアイレットのようなファスナは、第１の（例えば上側の）被加工物を貫通して打ち込まれ、第２の（例えば、下側の）被加工物とは穴あけしない係合とされる。すなわち、ファスナは（第２の）被加工物を完全に貫通しないでこの被加工物内に巻回する。
【００１０】
このような実施例において、内側空どうは、通常、ファスナ及び締結機のプランジャと軸方向に整列する丸穴である。この形状は、変形した材料がファスナの入り込みの早い段階で内側空どう内に容易に流れ込むのを許す。そして、内側空どうが充填されたときには、この内側空どう内の変形した材料は中央突出部として有効に働き、残っている変形した材料を外側空どう内に外向きに流れ込むようにする。内側空どう内に流れ込む変形した材料の量は、この内側空どうの直径及び深さ（すなわち、容積）を調節することにより所望した量に正確に調節することができる。中央穴は、初期の材料変形のために要求される力を減少せしめ、これにより、ファスナが側部支持体を有していないときに生じるファスナ管部の破壊の危険を減少せしめる。また、中央穴は、外側ボタン部へ流れ込む変形した材料の量を減少せしめ、これによりボタン部の亀裂の危険を最少にする。
【００１１】
したがって、セッティングダイの内側空どうは制限した深さの盲目から成ることができ、これにより、被加工物のファスナの入り込み中に所定量の変形した材料が盲穴内に流れ込むのを許し、被加工物がセッティングダイから取り除かれたときには変形した材料が被加工物と一体となって残る。
【００１２】
選択的に、内側空どうは貫通穴から成ることができる。この場合において、セッティングダイの貫通穴は可動部材を収容することができ、この可動部材はファスナの入り込みの早い段階で制限した量の変形した材料を内側空どうの貫通穴に入れるようにするが、しかし締結サイクルのその後では力を加えて貫通穴内の材料の少なくとも一部分を押して変形した材料のボタン部に戻すようにする。この方法における変形した材料のボタン部の圧縮は、結合部の強さを改善せしめる。
【００１３】
変形した材料の第１の部分の少なくとも一部分を（第２の）被加工物から分離することが所望される場合には、内側空どうは多数の直径を有する貫通穴とすることができ、この貫通穴は変形した材料の第１の部分の少なくとも一部分を被加工物から分離し、次の連続するファスナの取り付けによる更なる変形した材料により出口場所に押されるまで貫通穴内に残すようにする。そして、被加工物が取り除かれると、所望した量の変形した材料が空どうの下側部分内に残る。被加工物に隣接する貫通穴の一部分は、最大直径とすることができる。しかしながら、多数の直径を有する貫通穴は絶対不可欠なものではなく、単一の直径の貫通穴を用いることができることを留意すべきである。この場合には、変形した材料の第１の部分の一部分がボタン部と一体になって残り、またその一部分が裂けてダイの内側空どう内に残る。変形した材料の第１の部分の少なくとも一部分が（第２）の被加工物から分離することは、ボタン部の量を減少せしめることを可能にする。貫通穴内に流れ込む変形した材料の量は、貫通穴の直径と、変形した材料が貫通穴を下向きに流れるときの側壁の摩擦ドラグとに依存する。
【００１４】
更なる選択にしたがって、貫通穴はテーパすることができる。このテーパは、貫通穴の断面積が被加工物からの距離が増大するにしたがって減少又は増大するようにすることができる。
【００１５】
本発明の選択的な実施例において、ファスナは第１の（例えば、上側の）被加工物及び第２の（例えば、下側の）被加工物を貫通して打ち込まれて完全に穴あけした係合とされる。したがって、ファスナは被加工物を完全に貫通して穴あけし、ファスナの管状端をセッティングダイに接触せしめ、セッティングダイがファスナを環状又は半環状の形状に外向きに巻回せしめて、被加工物をファスナの頭部とこの巻回部との間に固定せしめる。
【００１６】
本発明の以上述べた各実施例において、ファスナの管状端はセッティングダイの内側空どうを囲繞する、一部トロイダル状の外側空どう内で外向きに巻回することができ、内側空どうは所望した量の変形した材料が被加工物内へのファスナの入り込み中に貫通穴内へ流れ込むことを許す直径の貫通穴から成る。この場合において、各ファスナの取り付けから生じた変形した材料のスラグは貫通穴を下向きに通り、各スラグは自由に落下するまで次の連続するスラグにより押される。
【００１７】
以上述べたように、貫通穴はテーパすることができ、このテーパは貫通穴の断面積が被加工物からの距離が増大するにしたがって減少又は増大するようにすることができる。
【００１８】
変形した材料は、２つの部分に自動的に分割される。ファスナは、ファスナの柄部の直径と大体等しい直径を持つ材料スラグを変形させる。このスラグの中央部（第１の部分）はダイの内側空どう内に進み、その直径はファスナの柄部の直径よりも小さく、変形した材料の外側管部（第２の部分）を残し、この外側管部は外側空どう内に流れ込む。もし外側管部の量が少ない場合には、この外側管部はファスナの巻回部内に収容することができる。しかしながら、外側管部の量が収容するのには非常に多い場合には、過剰の材料がファスナの巻回部のすぐまわりに密封リングを形成する。
【００１９】
理想的には、ファスナは、ファスナの首部が（第１の）被加工物としっかりした接触させられたときに、ファスナの首部のソリッド区域が内側空どうの上側部分と接触させられ、変形した材料の大部分がセッティングダイの貫通穴内に追いやられるような、寸法とされる。この構成は、ファスナの管部がセッティングダイの表面に自由に接近することができるようにし、その結果、管部を環状又は一部環状の形状、若しくはもしダイが半径方向せん断線部を有している場合には星状の形状に容易に巻回することができる。この構成は、また、変形した材料の残りが運ばれて、ファスナの巻回部のすぐまわりに密封シールを形成することができるようにする。
【００２０】
この実施例は、特に、締結シート材料が例えばプラスチックス材料のような材料であって、ファスナを（第２の）シート内に外向きに巻回せしめるのに十分な内部圧力をファスナに発生せしめることができず、したがってファスナが材料を貫通することにより締結することが必要であり、ファスナの管状部分の端がセッティングダイに接触して外向きに巻回し、材料の下側表面に係合できるようにするものに有益である。
【００２１】
この実施例は、また、低圧縮性の弱い強度の材料を締結するのに有益である。なぜなら、このような材料のスラグはファスナの管状部分を迅速に充填し、ファスナが被加工物の下側区域を通してきれいに切断するのを防止し、これにより完全な入り込み結合を可能にするからである。実際に、もしファスナの管状部分がスラグに適応するのに長い場合には、管状部分は広い巻回を生じさせるのに要求される力にさらされたときに破壊しがちである。広い巻回は、弱い強度の材料を締結するときには絶対不可欠である。実際に、ＤＥ−Ａ−１９９２２２４６に記載されているような完全な巻回を有することが強く望まれる。なぜなら、このような完全な巻回はスプリングバック効果を発生せしめ、このスプリングバック効果は被加工物の一層高い残留圧縮を提供し、したがって結合部の安全性を増大せしめるからである。
【００２２】
本発明において、ファスナはセッティングダイの内側空どうに入らない。したがって、内側空どうの最大直径は、ファスナがセッティングダイに接近したときのファスナの管部の内径よりも小さくされる。この特徴は、ファスナが外向きに巻回するにしたがってファスナの内径が増加することにあり、このファスナの直径は管部の口部に内部テーパが形成されることにより更の増大せしめることができる。
【００２３】
内側空どうは、外側空どうの内壁内に位置することができる。外側空どうは、変形した材料及びファスナの管部の両方の外向き流れを助ける任意な形状とすることができるが、しかし通常は一部トロイダルの形状を有するものとされる。また、外側空どうはクランピング表面により囲繞されることができる。外側空どうの内壁は、そのクランピング表面に関連して任意の所望する高さとすることができる。したがって、この内壁は被加工物支持機能を果たすことができる。この内壁の頂部表面は、切断縁の形とすることができる。選択的に、この内壁は任意の所望する幅のランドに終ることができる。
【００２４】
内側空どうはプランジャを収容することができ、このプランジャは要求に応じて締結機により駆動され、内側空どうの容積を増大又は減少せしめる。セッティングダイを支持するのアームには、変形した材料から分離された部分を都合の良い出口場所に流れ落とすことができる通路を形成することができる。
【００２５】
以上述べたすべての実施例において、内側空どうは、通常、ポンチ及び前進するファスナと軸方向に整列させられるが、しかし、本発明はこのような軸方向に整列する内側空どうに限定されるものではない。すなわち、内側空どうは、例えば材料スラグを都合のよい出口場所に排出するために、直線貫通穴からそらすことができる。
【００２６】
本発明による方法は、追加の部材を被加工物の少なくとも一方の側部に固定することができる。これは、追加の部材を被加工物の少なくとも一方の側部に配置し、それからファスナを追加の部材に予め形成している穴を通すことにより成し遂げられる。
【００２７】
本発明をよく理解し、また本発明が実際にどのようにして実施されるかを明確に示すために、以下添付図面を参照して本発明の実施例について詳述する。
【００２８】
図面において、同一の参照符号は同一又は類似の要素を示すために用いられている。
【００２９】
図１に示されている公知のセッティングダイ１は、隆起した中央突出部７を有する半トロイダル状の空どう５を囲繞している環状クランピング表面３を包含する。図１Ａは、自己穴あけリベット１３を用いて２つの被加工物９，１１を結合するためにこのような公知のセッティングダイ１を用いた結果を示す。この図１Ａから見ることができるように、リベット１３は打ち込まれて上側の被加工物９を貫通し、下側の被加工物１１と穴あけしない係合状態にされ、変形した材料のボタン部１５が下側の被加工物１１の下側に形成されている。
【００３０】
図２に概略的に示されているリベット締め（締結）機は、一方のアームに取り付けられている液圧シリンダ３７と他方のアームに取り付けられているセッティングダイ３８とを備えているＣ形フレーム３６を包含する。液圧シリンダ３７はプランジャ３９を動かし、それからプランジャ３９がリベット（ファスナ）４０を被加工物４１内に打ち込む。後述するように、セッティングダイ３８の内側空どう内に流れ込む変形した材料の一部分は、Ｃ形フレーム３６の下側アームの通路４２を通して収集場所（図示せず）に進む。
【００３１】
図３に示されているような本発明にしたがって使用するためのセッティングダイ１においては、図１のセッティングダイの隆起した中央突出部が中央空どう１７に代えられ、その結果、外側の半トロイダル状空どう５と中央空どう１７とは円形の直立壁１９により分離されている。図３の中央空どう１７は制限された深さの盲穴の形の半径方向内側空どうから成り、一方半トロイダル状空どう５はこの内側空どうを囲繞している半径方向外側空どうの形である。図３Ａは、図３のセッティングダイを用いた結果を示す。この図３Ａから見ることができるように、変形した材料の多くの部分（第２の部分）は半トロイダル状の空どう５内に流れ込んでボタン部１５を形成するに対し、変形した材料の所定量（第１の部分）は中央空どう１７に流れ込んで、ボタン部１５上に一体に形成された中央突出部２１を形成する。したがって、半トロイダル状空どう５の容積は中央突出部２１の容積に相当する量だけ減少することができる。
【００３２】
図４に示されているセッティングダイ１においては、中央空どう１７は貫通穴の形である、この貫通穴はプランジャ２３の形の可動部材を収容し、このプランジャ２３は（この図４に示されているように）上向きに動くことができる。したがって、プランジャ２３はリベット入り込みの早い段階において変形した材料が貫通穴１７に入る量を制限することを可能にする。プランジャ２３は、しかし、リベット締めサイクルにおいてその後上向きに動かすことができ、これにより貫通穴内の変形した材料の少なくとも一部分を押してボタン部１５に戻すことができる。図４Ａから見ることができるように、小さい突出部２１がボタン部１５上に一体に形成されて残る。
【００３３】
図５に示されているセッティングダイ１においては、中央空どう１７は多数の直径（図示の例では２つの直径）を有する貫通穴の形であって、最大直径の部分が被加工物１１に隣接して位置されている。この図５のセッティングダイの使用において、最小直径の貫通穴の部分内の変形した材料のスラグ２５は被加工物１１から分離し、結合した被加工物９，１０が取り除かれると貫通穴内に残る。次の連続するリベットの取り付けは、変形した材料から分離される更なるスラグ２５を生じせしめ、この更なるスラグ２５は先に形成されたスラグ２５を貫通穴１７に沿って出口場所２７に押す。図５Ａは、図５のセッティングダイを使用した結果を示す。この図５Ａから見ることができるように、ボタン部１５上に一体に形成された小さい突出部２１が残る。多数の直径は絶対不可欠なものではなく、一定の直径の貫通穴を同様に用いることができることを留意すべきである。
【００３４】
図６に示されているセッティングダイ１においては、中央空どう１７は一定の比較的大きい直径の貫通穴の形である。図６Ａは、このようなセッティングダイ１を使用した結果を示し、自己穴あけリベット１３を用いて２つの被加工物９，１１を結合し、リベット１３は上側及び下側の被加工物を完全に貫通して、すなわち完全に穴あけして係合した状態に打ち込まれている。この図６Ａから見ることができるように、ボタン部はなく、リベットの管状端２９が一部トロイダル状の外側空どう５内で外向きに巻回される。中央空どう１７は、リベットが被加工物９，１０に入り込むにしたがって、変形した材料の第１の部分により形成されたスラグ２５が中央空どう１７内に流れ込み、セッティングダイ１の下側面から自由に落下することを許し、一方変形した材料の第２の部分２５Ａはリベットの巻回部でもって囲まれる。図６Ｂは、変形した材料の外側管部の量がリベットの巻回部内に適合できるよりも多く、その過剰分がリベットの巻回部と被加工物との間に密封リング２５Ｂを形成している場合を示す。
【００３５】
図７に示されているセッティングダイ１は、図６に示されているセッティングダイ１とは、変形した材料のスラグ２５を都合の良い出口場所２７に排出するために貫通穴１７が直線からそれている点で異なっている。図７Ａは、スラグ２５が被加工物９，１１から分離されると横方向に移動させられることを示していることを除いては、図６Ａと同様である。
【００３６】
図８に示されているセッティングダイ１においては、中央空どう１７はテーパ形状の貫通穴の形である。すなわち、貫通穴の断面積は被加工物１１からの距離が増大するにしたがって減少している。しかしながら、テーパは、選択的に、貫通穴の断面積が被加工物１１からの距離が増大するにしたがって増大するようにできることを留意すべきである。
【００３７】
図９に示されているセッティングダイ１においては、半径方向外側空どう５に半径方向せん断線部３１が形成され、これらのせん断線部３１はリベット１３を半径方向外側空どう５の形状に対応する星の形に成形せしめる。図９Ａから見ることができるように、ボタン部はなく、リベットの管状端２９が星の形に外向きに巻回されている。図面には示していないけれども、中央空どう１７は、リベットが被加工物９，１１に入り込むにしたがって、変形した材料のスラグが中央空どう１７内に流れ込み、セッティングダイ１の下側面から自由に落下することを許す。
【００３８】
図１０〜図１２は、例えば図７に示されているようなセッティングダイ１を用いて、被加工物９，１１を完全に貫通するリベット締めをどのようにして追加の板３３，３５をリベット１３と被加工物９，１１との間に固定するために用いることができるかを示す。追加の板３３，３５は、例えば、予め穴あけした補強又は固定板の形とすることができる。追加の板３３，３５は、リベット１３の頭部と一方の被加工物との間及びリベット１３の外向きに巻回した管状端２９と他方の被加工物との間に配置することができる。図１０に示されているように、被加工物９，１１は図１０に示されている領域内で有効に共通して広がることができるし、又は選択的に、図１１に示されているように、被加工物９，１１は共通して広がる必要はない。図１２に示されているように、追加の板３３，３５は被加工物を一層複雑な形状に形成するために用いることができる。
【００３９】
図１３は、追加の板３３，３５が平らである必要がないこと、及びこれら追加の板の一方が例えばヒューズボックス、ワイヤハーネス用クリップ及び同種のもののような補助的な目的のために用いることができる要素の形とすることができることを示す。
【００４０】
分離した材料は、図面を簡単にするために図１０〜図１３では省略されていることを留意すべきである。
【００４１】
本発明は多数の利点を提供し、例えば次のとおりである。
１．本発明は、ファスナの入り込みにより発生する力を減少せしめ、これにより自己穴あけ締結を厚い及びがんじょうな被加工物を締結するために用いることを可能にする。
２．本発明は、（下側の）被加工物の下側の外側ボタン部を形成する変形した材料の量を減少せしめ、したがって変形した材料が外側ボタン部を充填するために移動しなければならない距離を減少せしめる。これは、クラックすることなしには遠くに流れることができない低延性のシート材料のために自己穴あけ締結を用いることが要求されるときに、重要である。
３．本発明は、不必要な変形した材料を分離して結合部から取り除くことを可能にする。
４．本発明は、ファスナ挿入段階の終りで変形した材料の圧縮を可能にする。
５．本発明は、たとえファスナの管部が変形した材料で完全に充填されたときでもファスナが穴あけを続けることを可能にする。すなわち、空どうなしのセッティングダイにおいては変形した材料がファスナの切断縁を覆ってしまうが、しかし、セッティングダイが空どうを有するときには、変形した材料を空どう内へ前方に押すことができ、これにより切断縁を自由に残してその通常の穴あけ作用を行うことができる点が特徴である。
【図面の簡単な説明】
【図１】現在の実施に用いられているセッティングダイの断面側面図である。
【図１Ａ】現在の実施による自己穴あけリベット締めにより作られたリベット結合の断面図である。
【図２】自己穴あけリベットを取り付けるための本発明によるリベット締め機の概略側面図である。
【図３】本発明にしたがって使用するためのセッティングダイの断面側面図であって、このセッティングダイは外側空どうにより囲繞されている内側空どうを備えている。
【図３Ａ】図３に示されているセッティングダイを用いて作られたリベット結合の断面図である。
【図４】本発明にしたがって使用するためのセッティングダイの断面側面図であって、このセッティングダイの内側空どうはプランジャを収容する貫通穴である。
【図４Ａ】図４に示されているセッティングダイを用いて作られたリベット結合の断面図である。
【図５】本発明にしたがって使用するためのセッティングダイの断面側面図であって、このセッティングダイの内側空どうは２つの直径を有する貫通穴である。
【図５Ａ】図５に示されているセッティングダイを用いて作られたリベット結合の断面図であって、変形した材料のスラグがボタン部から分離されている。
【図６】本発明にしたがって使用するためのセッティングダイの断面側面図であって、このセッティングダイの内側空どうはリベットが被加工物を完全に貫通するようにしている。
【図６Ａ】図６に示されているセッティングダイを用いて作られたリベット結合の断面図であって、リベットは下側の被加工物の下側に巻回されており、またリベットの挿入により分離された材料が被加工物から自由に落下することを示している。
【図６Ｂ】他の例を示す、図６Ａと同様な図である。
【図７】本発明にしたがって使用するためのセッティングダイの断面側面図であって、このセッティングダイの内側空どうは変形した材料のスラグを都合の良い出口場所に排出するために直線貫通穴からそれている。
【図７Ａ】図７に示されているセッティングダイを用いて作られたリベット結合の断面図であって、リベットは下側の被加工物の下側に巻回されており、またリベットの挿入により分離された材料がダイの側部の出口場所に排出されることを示している。
【図８】本発明にしたがって使用するためのセッティングダイの断面側面図であって、このセッティングダイの内側空どうはテーパ貫通穴である。
【図９】半径方向せん断線部及び中央貫通穴を有するセッティングダイの平面図である。
【図９Ａ】図９のセッティングダイを用いて取り付けられたリベットを示す図であって、リベットは被加工物を完全に貫通している。
【図１０】被加工物を完全に貫通するリベット締めがどのようにして補強又は固定板を被加工物に固着するために用いることができるかを概略的に示す図である。
【図１１】他の例を示す、図１０と同様な図である。
【図１２】更に他の例を示す、図１０と同様な図である。
【図１３】更に他の例を示す、図１０と同様な図である。
【国際調査報告】
2004501774.tif 000026
2004501774.tif 000027