特許 6235582 パンチリベット取付用金型及びパンチリベット取付方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6235582

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】パンチリベット取付用金型及びパンチリベット取付方法

(51)【国際特許分類】

   B21J 15/30 20060101AFI20171113BHJP

   B21J 15/00 20060101ALI20171113BHJP

   F16B 19/08 20060101ALI20171113BHJP

   F16B 5/04 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   B21J15/30 L

   B21J15/00 U

   F16B19/08 A

   F16B5/04 A

【請求項の数】21

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-520880(P2015-520880)

(86)(22)【出願日】2013年6月20日

(65)【公表番号】特表2015-529562(P2015-529562A)

(43)【公表日】2015年10月8日

(86)【国際出願番号】EP2013062921

(87)【国際公開番号】WO2014009129

(87)【国際公開日】20140116

【審査請求日】2016年1月4日

(31)【優先権主張番号】102012013829.6

(32)【優先日】2012年7月13日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】504075577

【氏名又は名称】ニューフレイ リミテッド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(72)【発明者】

【氏名】バーティグ ポール

(72)【発明者】

【氏名】ヴィースナー マルコ

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第６７２２０１３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００６−０２１２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００１／０００３４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 英国特許出願公開第２４５９５５７（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｊ １５／００ − １５／３０

Ｆ１６Ｂ ５／０４

Ｆ１６Ｂ １９／０４ − １９／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パンチリベット接合部の底部を形成するための、凹部（３２）を有する基部本体（２４）を備え、前記凹部（３２）が基部（４６）及び環状壁（４８）を有し、
環状の半径流抑止装置（４０；４０^I；４０^III；４０^IV；４０^V）が前記基部（４６）の中央領域に設けられ、前記抑止装置が、前記環状半径流抑止装置（４０；４０^I；４０^II；４０^III；４０^V）の内側領域から出る半径方向材料流を制限するように構成された、
パンチリベット取付用工具（１０）のためのパンチリベット取付用金型（２２）であって、
前記半径流抑止装置（４０^IV）は、前記凹部（３２）の前記基部（４６）上にキャビティ（５２）を有し、該キャビティ（５２）は、該キャビティ（５２）から出る材料の半径方向流を制限するものであり、
前記キャビティ（５２）の中央部に、突起（５４）が形成された
ことを特徴とするパンチリベット取付用金型。

【請求項2】

前記突起（５４）の軸方向高さ（T_W）は、前記キャビティ（５２）の深さ（T^V_V）より小さいことを特徴とする請求項１に記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項3】

前記半径流抑止装置（４０；４０^I；４０^II；４０^III）は、前記凹部（３２）の前記基部（４６）上に環状隆起部（４２）を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項4】

前記基部（４６）に対する前記環状隆起部（４２）の高さ（Ｔ_E）は、前記凹部（３２）の深さ（Ｔ_A）掛ける０．０５乃至０．５の高さ係数の範囲にあることを特徴とする、請求項３に記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項5】

前記高さ係数は、０．１乃至０．４の範囲、特に０．１５乃至０．２５の範囲にあることを特徴とする、請求項４に記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項6】

前記環状隆起部（４２^III）は、先端領域において角丸にされ、前記角丸部分は０．１ｍｍ乃至１ｍｍの範囲の先端半径（Ｒ_SE）を有することを特徴とする、請求項３〜請求項５のいずれかに記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項7】

前記先端半径（Ｒ_SE）は、０．１５ｍｍ乃至０．４ｍｍの範囲、特に０．２ｍｍ乃至０．３ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項６に記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項8】

前記環状隆起部（４２）は、先端に向かって鋭角をもたせて設けられることを特徴とする、請求項３〜請求項５のいずれかに記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項9】

前記環状隆起部（４２^II）は、先端の領域で平らにされることを特徴とする、請求項３〜請求項５のいずれかに記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項10】

前記環状隆起部（４２）の隆起部直径（Ｄ_E）は、前記リベット取付用金型（２２）と共に用いることができる半中空パンチリベット（１８）のシャンク内径（Ｄ_Ni）掛ける１．０乃至２．０の隆起部直径係数の範囲にあることを特徴とする、請求項３〜請求項９のいずれかに記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項11】

前記隆起部直径係数は、１．２乃至１．８の範囲、特に１．４乃至１．６の範囲にあることを特徴とする、請求項１０に記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項12】

前記キャビティ（５２^V）は、環状キャビティであることを特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項13】

前記キャビティ（５２^V）の内側領域は、前記凹部（３２）の前記基部（４６）に対してオフセットされることを特徴とする、請求項１２に記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項14】

前記キャビティ（５２）は、前記凹部（３２）の前記深さ（Ｔ_A）掛ける０．０５乃至０．５の深さ係数の範囲にある深さ（Ｔ_V）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項15】

前記深さ係数は、０．１乃至０．４の範囲、特に０．１５乃至０．２５の範囲にあることを特徴とする、請求項１４に記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項16】

前記キャビティ（５２）のキャビティ直径（Ｄ_V）は、前記パンチリベット取付用金型（２２）と共に使用できる半中空パンチリベット（１８）のシャンク内径（Ｄ_Ni）掛ける０．１乃至１．０のキャビティ直径係数の範囲にあることを特徴とする、請求項１〜請求項１５のいずれかに記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項17】

前記キャビティ直径係数は、０．５乃至１．０の範囲、特に０．８乃至１．０の範囲にあることを特徴とする、請求項１６に記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項18】

前記キャビティ（５２）の環状外壁（５６）から前記キャビティ（５２）のキャビティ基部（５８）への遷移部は角丸にされ、前記角丸にされた部分は、０．１ｍｍ乃至１ｍｍの範囲、特に０．３ｍｍ乃至０．７ｍｍの範囲、特に好ましくは０．４ｍｍ乃至０．６ｍｍの範囲にあるキャビティ基部半径（Ｒ_VB）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項１７のいずれかに記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項19】

前記キャビティ（５２）の環状外壁（５６）から前記凹部（３２）の前記基部（４６）への遷移部は角丸にされ、前記角丸にされた部分は、０．１ｍｍ乃至２ｍｍの範囲、特に０．１ｍｍ乃至１ｍｍの範囲、特に好ましくは０．１ｍｍ乃至０．６ｍｍの範囲、及び好ましくは０．２ｍｍ乃至０．４ｍｍの範囲にあるキャビティ遷移部半径（Ｒ_VU）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項１８のいずれかに記載のパンチリベット取付用金型。

【請求項20】

パンチリベット取付用パンチ（１６）を備えるパンチリベット取付用ヘッド（１４）がパンチする方向（１５）に可動であるように上に取り付けられ、かつ請求項１〜請求項１９のいずれかに記載のパンチリベット取付用金型（２２）が上に固定されたフレーム（１２）を備える、パンチリベット取付用工具（１０）。

【請求項21】

請求項１〜請求項１９のいずれかに記載のパンチリベット取付用金型（２２）の上面上に配置された少なくとも２つの被加工物（６２、６４、６６）にパンチリベット接合部（６０）を形成するための方法であって、
半中空パンチリベット（１８）を前記最上部の被加工物（６６）に打ち込み、前記半中空パンチリベット（１８）の中空シャンクを前記最下部被加工物（６２）内に貫入させ、そこで半径方向に広がらせ、前記パンチリベット取付用金型（２２）により前記パンチリベット接合部（６０）の底部が形成されるようにするステップを含むことを特徴とする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パンチリベット接合部の底部を形成するための、基部及び環状壁を有する凹部を有する基部本体を備える、パンチリベット取付用工具のためのパンチリベット取付用金型に関する。
さらに、本発明は、パンチリベット取付用パンチを備えるパンチリベット取付用ヘッドがパンチ方向に可動に取り付けられ、かつパンチリベット取付用金型が固定されたフレームを備える、パンチリベット取付用工具に関する。
最後に、本発明は、パンチリベット取付用金型を使用して、少なくとも２つの被加工物のパンチリベット接合部を形成するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

通常、パンチリベット取付方法においては、パンチリベットを、パンチを用いてシート内に打ち込むことにより、金属シート部分が互いに接合される。
この場合において、中実リベットを用いるパンチリベット取付方法と、半中空リベットを用いるパンチリベット取付方法とは区別される。中実リベットを用いるパンチリベット取付方法では、リベット自体が非常に硬い材料により構成され、被加工物の配列内に完全に打ち込まれ、パンチングにより生じる残留物は排出される。この場合には、被加工物の配列が互いに押し付けられ、少なくとも１つの被加工物の材料が中実リベットの半径方向溝に押し込まれることにより、接合部が形成される。

【0003】

本発明は、本質的に、半中空リベットを用いるパンチリベット取付方法に関する。半中空リベットの場合には、リベットは、ヘッドと、ヘッドに隣接する中空シャンクとを有する。リベットは、被加工物配列内に打ち込まれ、中空シャンクが半径方向に広がり、これにより、被加工物の恒久的接合をもたらすのに必要なバックテーパが形成される。シャンクの端部は、被加工物配列から突出しない。むしろ、被加工物最下層の材料のいわゆる残留基部厚さが、リベットシャンクの端部とこのように形成されたパンチリベット接合部の底面との間に残る。

【0004】

パンチリベット及びパンチリベット接合部を形成するための金型が、特許文献１に記載されている。特許文献１は、一つの実施形態において、基部表面に中央キャビティが形成され、該中央キャビティの直径が凹部の直径の半分より小さく、該中央キャビティの深さがリベットシャンクの外径の０．３倍より大きくされた、パンチリベット取付用金型を提案する。キャビティと凹部との間の遷移部には、０．３ｍｍより大きいか又はこれと等しい値を有する半径が形成される。該キャビティは、接合工程における圧力の解放を意図して設けられたものであり、結果としてパンチリベット接合部における過剰な半径方向応力を防ぎ、亀裂発生のリスクを低減させる。

【0005】

中央キャビティの深さが比較的大きいので、パンチリベット取付用金型を用いて形成されたパンチリベット接合部は、非常に厚いものとなる。
さらに、一般的に、２つの被加工物、特に複数の被加工物を互いに接合するパンチリベット接合部を形成するためには、比較的長いパンチリベットを用いることが必要になるので、そのようなパンチリベット接合部の形成は困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】独国特許１０ ２００６ ０２８ ５３７ Ｂ３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

この背景に対して、本発明の目的は、２つより多い被加工物を互いに接合する場合であっても、軸方向にコンパクトであり、及び／又は機能及び品質の面で満足できるパンチリベット接合部を形成できる、改良されたパンチリベット取付用金型、改良されたパンチリベット取付用工具及び改良されたパンチリベット接合部を形成するための方法を特定することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的は、冒頭部分で述べたパンチリベット取付用金型において、基部の中央領域に環状の半径流抑止装置を形成し、該環状の半径流抑止装置が、該環状の半径流抑止装置の内周領域から流出する半径方向の材料流を制限するようにすることにより達成される。

【0009】

上述の特許文献１においては、用いる手法は、実質的に、材料成形動作中に、中央領域において圧力を解放させるものであるが、本発明は、環状の半径流抑止装置を設けることを提案する。この場合に達成できることは、半径流抑止装置の環状形状により、中央領域に比較的高い圧力が作用する可能性があるにも関わらず、材料の流れ、特に被加工物最下層の材料の流れが、半径方向には制限できることである。

【0010】

これは、安全な残留基部厚さを達成することを可能にするものであり、特に長いパンチリベット、例えば８ｍｍより長いもの、特に１０ｍｍより長いパンチリベットの場合においても、安全な残留基部厚さを達成することを可能にするものである。
言い換えると、該環状形状により、かつ、中央領域において比較的高い力をかけることができるという事実により、安全な残留基部厚さが達成される。
安全な残留基部厚さを達成することにより、パンチリベット接合部が、パンチリベットの端部とパンチリベット接合部の底面との間の領域において閉じられた状態に留まること、つまり、特に、ひび割れが発生しないという状態を達成することが可能になる。これは、腐食の問題の防止を可能にするものである。
さらに、好ましいことに、比較的小さい軸方向厚さを有するパンチリベット接合部を形成することが可能になる。

【0011】

使用できるパンチリベットは、６ｍｍより長く、特に７ｍｍより長い軸方向の全長を有するものであることが好ましい。特に、全長は、８乃至１４ｍｍの範囲とすることができる。
これにより、目的は完全に達成される。

【0012】

特に好ましい実施形態によれば、半径流抑止装置は、凹部の基部上に環状隆起部を有する。凹部の基部は、平坦であることが好ましいが、環状隆起部内の中央領域に、基部に対してオフセットされたキャビティを有するものとすることもできる。

【0013】

このパンチリベット取付用金型を用いて実施されるパンチリベット取付方法の場合には、パンチの圧力を通して、リベットシャンクの中の材料に高い圧力が印加される。特に成形動作の最終段階において、環状隆起部内の中央領域から出る被加工物最下層の半径方向材料流は、環状隆起部により防止されるか、又は少なくとも抑制される。その結果、高い圧力にも関わらず、残留基部厚さがゼロまで減少するのが防止され、すなわち、この領域におけるひび割れの発生が防止される。

【0014】

中央領域に比較的高い圧力を作用させることができるので、さらに、被加工物最下層の領域において、中空シャンクの安全な拡がりを達成でき、高い強度のパンチリベット接合部を達成することができる。
基部に対する環状隆起部の高さは、凹部の深さに高さ係数０．０５乃至０．５を乗じた範囲にあることが特に好ましい。
特に、高さ係数は、０．１乃至０．４の範囲であることが好ましく、０．１５乃至０．２５の範囲であることが特に好ましい。
かかる高さの環状隆起部は、特に良好なパンチリベット接合部をもたらすことが分かっている。

【0015】

さらに別の好ましい実施形態によれば、環状隆起部は、先端の領域において丸められ、この丸められた部分は、０．１ｍｍ乃至１ｍｍの範囲の先端半径を有するものとされる。
この先端半径は、０．１５ｍｍ乃至０．４ｍｍの範囲であることが特に好ましく、特に０．２ｍｍ乃至０．３ｍｍの範囲にあることが好ましい。
このような丸めた形状にすることにより、ノッチにおける応力の増大を防止できる。

【0016】

代替的実施形態によれば、環状隆起部は、先端に向かって鋭角となるように、つまり断面が概ね三角形となるように形成される。
過剰なノッチの応力が先端領域で発生しない状態が保証されるように隆起部を形成する必要があるが、この実施形態の場合には、必要に応じて、半径方向流をより大きい程度まで抑止することができる。

【0017】

好ましい実施形態によれば、環状隆起部は、先端領域で平らにされる。
この変形態様は、必要に応じて安価に作製でき、それにも関わらず半径流抑止装置の機能を達成できる。
先端の領域で平らにされた環状隆起部の場合にも、基部に対する高さは、凹部の深さに０．０１乃至０．３の高さ係数を乗じた範囲とすることができる。

【0018】

さらに、環状隆起部の隆起部直径は、パンチリベット取付用金型と共に用いることができる半中空リベットのシャンク内径に隆起部直径係数１．０乃至２．０を乗じた範囲とすることが有利である。
隆起部直径係数は、１．２乃至１．８の範囲、特に１．４乃至１．６の範囲であることが特に好ましい。

【0019】

この手法により達成されることは、パンチリベットの取付工程中に、シャンクの底部端が半径方向に広げられた状態にされた場合であっても、広げられたパンチリベットシャンクの下方に位置する凹部の基部の比較的大きい部分が環状隆起部により囲まれた状態にあり、材料の半径方向流出が防止されることである。
この場合において、隆起部の直径は、凹部の基部の直径の０．５倍より大きく、特に０．５５倍より大きくすることができる。

【0020】

さらに別の好ましい実施形態は、請求項１の前提部分と組み合わせることにより明確に区別される発明を構成するものであるが、この実施形態によれば、半径流抑止装置が凹部の基部にキャビティを有し、該キャビティが、該キャビティから出る半径方向の材料流を制限する。この場合における基部のキャビティは、このキャビティがパンチリベット取付工程中にパンチリベットのシャンク内の圧力を大きくは低下させず、かつ長いパンチリベット及び／又は２つより多い被加工物を用いるパンチリベット接合部の場合であっても、シャンクの安全な拡がりを可能にするように設けられることが好ましい。しかし、このキャビティの縁部により、キャビティの領域から出る材料の半径方向流が制限され、それにより、なお安全な残留基部厚さを達成することができる。

【0021】

一般的に、キャビティは、均一の深さ、つまりキャビティの基部が平坦なものすることができる。その結果、安全な残留基部厚さを達成することができる。
代替的な好ましい実施形態によれば、キャビティは環状のキャビティである。
環状のキャビティの場合には、該環状キャビティの内側領域は、パンチリベット取付の接合動作中に、リベットシャンクの内側領域に比較的高い圧力を維持することができる。
この環状キャビティの内側領域は、凹部の基部と少なくとも部分的に同一平面内にあるように位置決めすることができる。
しかし、環状キャビティの内側領域は、凹部の基部に対してオフセットされることが特に好ましい。

【0022】

これにより、パンチの軸方向の圧力によって材料がキャビティ内に流入させられたとき、半径方向流を環状キャビティの外径部分により制限することを保証できる。
一般的に、環状キャビティの内側領域は、凸状、つまり突起の形態で設けることができる。特に、環状キャビティは、断面がＷ形状を有するように形成することができる。
一般的に、キャビティの型式に関わらず、該キャビティは、凹部の深さに０．０５乃至０．５の深さ係数を乗じた範囲の深さを有するものとすることが好ましい。

【0023】

深さが比較的小さいので、パンチリベット取付工程中に、パンチリベットシャンクの内側に、特にパンチリベットシャンクの端部の領域に、比較的高い圧力を作用させて多くの被加工物を接合する場合、及び／又はパンチリベットの軸長が長い場合であっても、安全な拡がりを達成することができる。

【0024】

深さ係数は、０．１乃至０．４の範囲、特に０．１５乃至０．２５の範囲にあることが好ましい。
さらに別の好ましい実施形態によれば、キャビティの直径は、パンチリベット取付用金型と共に用いることができる半中空リベットのシャンク内径に０．１乃至１．０のキャビティ直径係数を乗じた範囲にされる。
この実施形態においては、半径方向流は中央領域に制限され、その結果、該半径方向流は、中空パンチリベットシャンクの広げられた端部よりも小さくなる。

【0025】

残留基部厚さが許容できないほど減少する危険性があり、特に中央領域においてそのような危険性があるが、該中央領域における半径方向流のこのような制限は、パンチリベット接合部の所望の品質を達成するのに十分であるようにするものであることが分かった。

【0026】

キャビティ直径係数は、０．５乃至１．０の範囲、特に０．８乃至１．０の範囲にあることが特に好ましい。
一般的に、最終的に半径方向流を制限するものとなるキャビティの環状外壁からキャビティ基部まで、すなわち凹部基部までの遷移部分を、傾斜させて設けることが考えられる。
しかし、遷移部は半径部とされることが好ましい。

【0027】

特に好ましい実施形態によると、キャビティの環状外壁からキャビティ基部までの遷移部は、丸みを付された形状とし、その丸みを付された部分は、０．１ｍｍ乃至１ｍｍの範囲、好ましくは０．３ｍｍ乃至０．７ｍｍの範囲、特に好ましくは０．４ｍｍ乃至０．６ｍｍの範囲のキャビティ基部半径を有するものとする。
特に、上述のキャビティの深さとの組み合わせにより、この実施形態の場合には、一方では、最下部被加工物の材料の半径方向流の十分な制限を達成し、同時に、許容できない応力、又は縁部の剥がれを防止することができる。

【0028】

同様の理由により、キャビティの環状外壁から凹部の基部までの遷移部は、丸みを付されており、この丸みを付された部分は、０．１ｍｍ乃至２ｍｍの範囲、特に０．１ｍｍ乃至１ｍｍの範囲、特に好ましくは０．１ｍｍ乃至０．６ｍｍの範囲、好ましくは０．２ｍｍ乃至０．４ｍｍの範囲のキャビティ遷移部半径を有するものとすることができる。
さらに、上記の目的は、パンチリベット取付用パンチを備えるパンチリベット取付用ヘッドがパンチング方向に可動であるように取り付けられ、かつパンチリベット取付用金型が固定されたフレームを備える、パンチリベット取付用工具により達成される。

【0029】

最後に、上記の目的は、本発明による型式のパンチリベット取付用金型の上面に配置された、少なくとも２つ、好ましくは３つの被加工物のパンチリベット接合部を形成するための方法であって、半中空パンチリベットを最上部の被加工物に打ち込み、半中空パンチリベットの中空シャンクを最下部被加工物に貫入させ、そこで半径方向に広がらせ、パンチリベット取付用金型によりパンチリベット接合部の底部が形成されるようにするステップを含む方法により達成される。

【0030】

上述の特徴及び以下にこれから説明する特徴は、それぞれ特定される組み合わせのみでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせ又は単独でも適用できることを理解されたい。
本発明の例示的実施形態は、図面に示され、以下により完全に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明によるパンチリベット取付用金型を有する、本発明によるパンチリベット取付用工具の概略図を示す。

【図2】本発明によるパンチリベット取付用金型のさらに別の実施形態の斜視図を示す。

【図3】本発明によるパンチリベット取付方法において、本発明によるパンチリベット取付用金型と組み合わせて用いることができるパンチリベットの部分的長手方向断面図を示す。

【図4】図２のパンチリベット取付用金型の基部本体上部の断面図を示す。

【図5】本発明によるパンチリベット取付用金型の２つの代替的実施形態を示す。

【図6】本発明によるパンチリベット取付用金型のさらに別の実施形態を示す。

【図7】本発明によるパンチリベット取付用金型のさらに別の実施形態を示す。

【図8】図６のパンチリベット取付用金型を用いて作製されたパンチリベット接合部を示す。

【発明を実施するための形態】

【0032】

パンチリベット取付用工具は、図１に概略的形態で表され、１０により示される。
パンチリベット取付用工具１０は、いわゆるＣ型フレームとして設けられたフレーム１２を有する。該フレーム１２の上部端に、キャリッジ１４が長手方向軸（パンチ軸）１５に沿って移動可能であるように取り付けられる。パンチ１６は、パンチリベット取付工程を行うために、キャリッジ１４上に配置される。パンチリベット１８は、詳しくは図示されていない保持装置を用いて、パンチ１６上に配置される。パンチリベット１８は、パンチ１６上の、詳細は図示されていない保持装置によって保持される。

【0033】

フレーム上１２には、パンチリベット取付用金型２２を受けるための金型受け２０がさらに設けられる。
パンチリベット取付用金型２２は、基部本体２４と、基部本体から軸方向に延びる、より小さい直径の金型シャンク２６とを有する。基部本体２４とシャンク２６との間の遷移部の半径方向表面は、金型受け２０の肩部２８に当接する。基部本体２４は、形態が回転方向対称であることが好ましい。

【0034】

パンチリベット取付用金型２２は、パンチ１６に面する第１の軸方向面３０（上面）を有する。第１の軸方向面３０には、形成される材料を受けるための凹部３２が設けられる。
パンチリベット取付用金型２２は、金型シャンク２６の軸方向端面により構成される、第２の軸方向面３４をさらに有する。

【0035】

通常、パンチリベット取付工程では、シート形態の２つ又はそれ以上の被加工物がパンチ１６と金型２２との間に配置される。さらに、被加工物のスタックを、パンチリベット取付用金型２２に対して上面から動かないように固定することができる。次に、パンチ１６を長手方向軸１５に沿って下向きに動かし、その結果、パンチリベット１８を被加工物構成に打ち込む。この場合、パンチリベット１８の中空シャンクは、被加工物内で半径方向に変形し、半径方向外向きに撓み、その結果、被加工物間に非ポジティブ及び／又はポジティブ接合が形成される。パンチリベット取付用金型２２の凹部３２は、特別な形状により、被加工物、又はパンチリベット１８のこの種の材料変形に役立つ。結果として形成されるパンチリベット接合部の品質は、使用するパンチリベット１８及びパンチリベット取付用金型２２に大いに影響される。この型式のパンチリベット接合部は、自動車工業の分野、特に車体外殻構造の分野に使用されるのが好ましい。異なる材料の被加工物を、この型式のパンチリベット接合部によって一緒に接合できる。

【0036】

工程の安全上、金型の交換の間違いを防止するため、パンチリベット取付用金型２２は、金型２２の第２の軸方向面３４に設けられることが好ましい、符号化手段３６を有する。パンチリベット取付用金型２２が挿入されると、挿入されたパンチリベット取付用金型２２が計画した工程に対して正しい金型であるかどうかを検知するための、符号化手段３６を解読できる符号解読手段３８を金型受け２０の領域に設けることができる。

【0037】

図１は、パンチリベット取付用工具１０が、例えば、第１のアームＡ１及び／又は第２のアームＡ２、及びさらに別のアームを有するロボットＲに固定できることをさらに示す。
さらに、図１は、半径流抑止装置４０が、パンチリベット取付用金型２２の凹部３２の基部に配置されることを示す。半径流抑止装置は、パンチリベット取付用工程中に、比較的厚い被加工物の積重ね体及び／又は３つ又はそれ以上の被加工物を有する被加工物スタック及び／又は長い軸方向全長を有するパンチリベットを用いる場合であっても、形成されるパンチリベット接合部に対して十分な残留基部厚さを達成できるように、最下部被加工物の材料の半径方向流を抑止し、又は制限する。

【0038】

図２は、上述のパンチリベット取付用金型に、構造及び動作様式に関して一般的に対応する、パンチリベット取付用金型２２^Iのさらに別の実施形態の斜視図を示す。同一の要素は、同一の参照符号で示す。以下では、主として違いを説明する。
パンチリベット取付用金型２２^Iの場合、凹部３２の基部の中央領域に環状隆起部４２が設けられ、隆起部が半径流抑止装置４０^Iを構成する。環状隆起部４２の詳細は、パンチリベット取付用金型２２^Iの基部本体２４を通る断面図を示す図４を参照して以下に説明する。

【0039】

初めに、図３を参照して典型的パンチリベット１８^Iを説明し、パンチリベット１８^Iは、上述のパンチリベット取付用金型と組み合わせて及び／又は以下に説明するパンチリベット取付用金型の各々と組み合わせて使用することができる。
パンチリベット１８^Iは、いわゆるＣ型リベットとして作製され、軸方向全長Ｌ_Nを有し、軸方向全長Ｌ_Nは、好ましくは６ｍｍより大きい、好ましくは７ｍｍより大きい、特に８ｍｍ乃至１５ｍｍの範囲とすることができる。

【0040】

さらに、パンチリベット１８^Iは、皿頭として設けられた、より詳しくは示さないヘッドと、ヘッドに隣接する中空シャンクとして設けられたシャンクとを有する。中空シャンクの外径は、Ｄ_Naで示され、例えば５乃至６ｍｍの範囲、特に５．２乃至５．５ｍｍの範囲とすることができる。
シャンクの内径Ｄ_Niは、３乃至３．５ｍｍの範囲、特に３．１乃至３．３ｍｍの範囲にあることが好ましい。
図４は、図２のパンチリベット取付用金型２２^Iの基部本体２４を通る断面図を示す。

【0041】

基部本体２４の上面３０上の凹部３２は、軸方向深さＴ_Aを有し、軸方向深さＴ_Aは、２乃至３ｍｍの範囲、特に２．２乃至２．６ｍｍの範囲にあることが好ましい。さらに、凹部３２は、長手方向軸に対して概ね横方向に位置合わせされた基部４６と、基部４６と上面３０との間に延びる環状壁４８とを有する。
壁４８は、１５乃至２５°の範囲、特に１７．５乃至２２．５°の範囲のテーパ角度を有する円錐台表面の様式で設けられる。
壁４８は、凹部基部半径Ｒ_ABを介して、基部４６へと次第に変化する。凹部基部半径Ｒ_ABは、０．５乃至２ｍｍの範囲、特に０．７５乃至１．５ｍｍの範囲であることが好ましく、好ましくは１ｍｍである。

【0042】

さらに、壁４８は、角丸部を介して、基部本体２４の上面３０へと次第に変化し、この目的のために用いられる凹部遷移半径Ｒ_AUは、０．１乃至１ｍｍの範囲、特に０．２５乃至０．７５ｍｍの範囲、特に０．４乃至０．６ｍｍの範囲とすることができる。
壁４８は、上部端に、遷移半径Ｒ_AUに隣接して、例えば、１０乃至１３ｍｍの範囲、特に１０．５乃至１２．５ｍｍの範囲、特に１１乃至１２ｍｍの範囲とすることができる第１の凹部直径Ｄ_A1を有する。
さらに、壁は、基部半径Ｒ_ABに隣接して、例えば、１０乃至１２ｍｍの範囲、特に１０．５乃至１１．５ｍｍの範囲とすることができる、軸方向により低い、第２の凹部直径Ｄ_A2を有する。

【0043】

基部４６の、より詳細には示されない外径（半径方向の、基部半径Ｒ_AB内の）は、８乃至１０ｍｍの範囲、特に８．５乃至９．５ｍｍの範囲にあることが好ましい。

【0044】

環状隆起部４２は、長手方向軸１５に対して同軸に配置され、凹部３２の深さＴ_A掛ける０．０５乃至０．５の高さ係数の範囲にある高さＴ_Eを有する。基部４６に対する環状隆起部の軸方向高さＴ_Eは、例えば、０．２乃至０．８ｍｍの範囲、特に０．３乃至０．７ｍｍの範囲、特に０．４乃至０．６ｍｍの範囲とすることができる。
環状隆起部４２は、断面が三角形であり、先端部に向かって鋭角をつけて設けられる。基部４６の軸方向高さにおいて、環状隆起部４２は半径方向厚さ、つまり半径方向幅Ｂ_Eを有し、半径方向幅Ｂ_Eは、例えば０．５乃至２ｍｍの範囲、特に０．２乃至１ｍｍの範囲とすることができる。
環状隆起部の直径Ｄ_Eは、用いられる半中空パンチリベット１８^Iのシャンク内径Ｄ_Ni掛ける１．０乃至２．０の隆起部直径係数の範囲にあることが好ましい。例えば、隆起部直径Ｄ_Eは、４乃至６ｍｍの範囲、特に４．５乃至５．３ｍｍの範囲、特に４．７乃至４．９ｍｍの範囲とすることができる。この場合、環状隆起部４２の直径Ｄ_Eは、環状隆起部の先端部で測定される。

【0045】

パンチリベット取付用金型２２^Iを用いて行われるパンチリベット取付方法において、パンチリベット取付用パンチに加わる軸方向力は、被加工物が少なくとも部分的に凹部３２の領域に貫通するような方法で、被加工物の変形を生じさせる。すると、凹部３２により、仕上げられたパンチリベット接合部の底部が形成される。被加工物最下層が凹部の基部４６の領域に入ると、環状隆起部４２から出る、最下部被加工物の材料の半径方向流は抑止される。これにより、十分に大きい残留基部厚さをもたせてパンチリベット接合部を形成することを保証することができる。同時に、環状隆起部内の中央領域で生じる圧力解放が事実上ないか、又は圧力解放があってもごくわずかなので、シャンク内部の圧力を十分に高くさせることができるため、パンチリベットのシャンクを好適に広げることができる。

【0046】

図５乃至図７は、上述のパンチリベット取付用金型に、構造及び動作様式に関して一般的に対応する、本発明によるパンチリベット取付用金型のさらに別の実施形態を示す。従って、同一の要素は、同一の参照符号で示される。特に、以下の全ての実施形態において、凹部３２の設計は、上述の実施形態と同一である。以下では、主に違いを説明する。

【0047】

図５の左側は、先端部の領域が平らにされた環状隆起部４２^IIを有するパンチリベット取付用金型２２^IIのさらに別の実施形態を示す。この実施形態において、対応する高さＴ_E^IIは、上述の実施形態においてより小さく、特に、凹部３２の深さＴ_A掛ける０．０２乃至０．３の高さ係数の範囲とすることができる。
図５の右側は、先端部の領域で環状隆起部４２^IIIが角丸にされたパンチリベット取付用金型２２^IIIのさらに別の実施形態を示す。ここでは、図５に示す先端半径Ｒ_SEは、０．１ｍｍ乃至１ｍｍの範囲、特に０．１５ｍｍ乃至０．４ｍｍの範囲にあることが好ましく、特に０．２ｍｍ乃至０．３ｍｍの範囲にあることが好ましい。
環状隆起部４２^IIIの高さＴ_E^IIIは、図４の環状隆起部４２の高さＴ_Eと同一とすることができる。

【0048】

さらに、この実施形態において、環状隆起部は、遷移半径を介して、凹部３２の基部４６へと次第に変化することが好ましく、図５にはより詳細には示さない隆起遷移半径は、先端半径Ｒ_SEの１．５乃至２．５倍の範囲にあり、０．３乃至０．７ｍｍの範囲にあることが好ましい。
図６は、変形において、環状隆起部を有する代わりに、凹部３２の基部４６上に中央キャビティを有する、さらに別のパンチリベット取付用金型２２^IVを示し、キャビティは、図６において５２により示される。別の変形において、キャビティ５２は、上述の隆起部４２と組み合わせることができる。

【0049】

キャビティ５２は、凹部の深さＴ_Aかける０．０５乃至０．５の深さ係数の範囲にある、基部４６に対する深さＴ_Vを有する。深さ係数は、０．１乃至０．４の範囲、特に０．１５乃至０．２５の範囲にあることが特に好ましい。
結果として得られた小さい軸方向深さにより、パンチリベット取付動作中に、凹部３２の中央領域に十分高い圧力を維持して、パンチリベット１８^Iのシャンクを適正に広げさせることができる。キャビティ５２は、基部４６に平行に位置合わせされたキャビティ基部５８を有する。さらに、キャビティ５２は、キャビティ基部５８を凹部基部４６に接続する、外壁５６を有する。

【0050】

キャビティ５２には、半中空パンチリベット１８のシャンク内径Ｄ_Ni掛ける０．１乃至１．０のキャビティ直径係数の範囲にあるキャビティ直径Ｄ_Vを与えることができる。特に、キャビティ直径係数は、０．５乃至１．０の範囲、特に０．８乃至１．０の範囲にあることが好ましい。キャビティ直径係数は、０．９乃至１．０であることが好ましい。
キャビティ直径Ｄ_Vは、ボアの直径に対応し、ボアを用いてキャビティ５２が形成される。キャビティ直径Ｄ_Vから始まり、外壁５６は、キャビティ遷移半径Ｒ_VUを介して、凹部基部４６へと次第に変化し、キャビティ遷移半径Ｒ_VUは、０．１ｍｍ乃至２ｍｍの範囲、特に０．２ｍｍ乃至０．４ｍｍの範囲とすることができる。

【0051】

さらに、キャビティ基部半径Ｒ_VBがキャビティ直径Ｄ_Vとキャビティ基部５８との間に設けられ、キャビティ基部半径Ｒ_VBは、キャビティ遷移半径Ｒ_VUより大きいことが好ましく、かつ例えば、０．１ｍｍ乃至１ｍｍの範囲、好ましくは０．３ｍｍ乃至０．７ｍｍの範囲、特に０．４ｍｍ乃至０．６ｍｍの範囲とすることができる。
図７は、構造及び動作様式に関して一般的にパンチリベット取付用金型２２^IVに対応する、パンチリベット取付用金型２２^Vを示す。従って、同一の要素は、同一の参照符号で示す。

【0052】

キャビティ５２^Vは、環状キャビティとして設けられる。外壁５６及び遷移半径は、図６の実施形態の様式と同一の様式で設けることができる。
しかし、キャビティ５２の中央部には、キャビティ５２^Vの深さＴ_Vより小さい軸方向高さＴ_Wを有する突起５４が設けられる。その結果、環状キャビティ５２^Vの内側領域は、凹部３２の基部４６に対してオフセットされる。
この構成により、パンチリベット取付用動作中、中央領域において、圧力を比較的高く保持できる。
図６及び図７の実施形態において、キャビティ５２、５２^Vの外壁５６は、特に、半径流抑止装置の機能を発揮する。

【0053】

図８は、パンチリベット取付用金型２２^IVを用いて形成されたパンチリベット接合部６０を示す。さらに、図３によるパンチリベット１８^Iを用いてパンチリベット接合部が形成される。パンチリベット接合部６０は、第１の被加工物６２、第２の被加工物６４及び第３の被加工物６６を接合し、第３の被加工物６６は、最上部の被加工物であり、上面がパンチリベット１８^Iの上面と概ね面一であるように位置合わせされる。パンチリベット１８^Iのシャンクは、打ち抜いた材料がパンチリベット１８^Iの中空シャンクの内側にあるように、第３の被加工物及び第２の被加工物６６、６４を打ち抜く。さらに、中空シャンクは、特に最下部被加工物６２の領域で半径方向に広がり、最上部被加工物６６と最下部被加工物６２との間に非ポジティブ又はポジティブ接合が形成される。

【0054】

パンチリベット接合部６０の底部は、概ねパンチリベット取付用金型２２^IVの凹部３２の形状を引き継ぐ。さらに、この場合は、中央のより低い領域に、形状がキャビティ５２の形状に対応する突起がある。
キャビティ５２により、中央領域における半径方向流は制限されるか、又は抑制され、一方、形成動作は、最下部被加工物６２の材料の十分な残留基部厚さ６８があるように行われ、特に、残留基部厚さ６８にひび割れ等がなく、発錆のリスクが低減されるように行われる。

【符号の説明】

【0055】

１０：パンチリベット取付用工具
１２：フレーム
１４：キャリッジ
１５：長手方向軸（パンチ軸）
１６：パンチ
１８、１８^I、：パンチリベット
２０：金型受け
２２、２２^I、２２^II、２２^III、２２^IV、２２^V：パンチリベット取付用金型
２４：基部本体
２６：シャンク
２８：肩部
３０：第１の軸方向面（上面）
３２：凹部
３４：第２の軸方向面
３６：符号化手段
３８：符号解読手段
４０、４０^I、４０^III、４０^IV、４０^V：半径流抑止装置
４２、４２^II、４２^III：環状隆起部
４６：基部
４８：壁
５２、５２^V：キャビティ
５４：突起
５６：外壁
５８：キャビティ基部
６０：パンチリベット接合部
６２：第１の被加工物
６４：第２の被加工物
６６：第３の被加工物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】