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(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】
(24)【登録日】2023-12-20
(45)【発行日】2023-12-28
(54)【発明の名称】自己穿孔型リベットの締結装置
(51)【国際特許分類】
   B21J 15/32 20060101AFI20231221BHJP
   B21J 15/00 20060101ALI20231221BHJP
【FI】
B21J15/32 L
B21J15/00 U
【請求項の数】 9
(21)【出願番号】P 2020026325
(22)【出願日】2020-02-19
(65)【公開番号】P2021130122
(43)【公開日】2021-09-09
【審査請求日】2022-11-21
(73)【特許権者】
【識別番号】390025243
【氏名又は名称】ポップリベット・ファスナー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(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】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】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
(74)【代理人】
【識別番号】100139712
【弁理士】
【氏名又は名称】那須 威夫
(74)【代理人】
【識別番号】100141553
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 信彦
(72)【発明者】
【氏名】水川 典子
(72)【発明者】
【氏名】牧野 浩余
(72)【発明者】
【氏名】三浦 大介
【審査官】石川 健一
(56)【参考文献】
【文献】特開平11-216622(JP,A)
【文献】特開2005-028390(JP,A)
【文献】特開平09-327770(JP,A)
【文献】特開2002-059305(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2018/0009041(US,A1)
【文献】特開昭49-109978(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B21J 15/00-15/38
B23P 19/00
B23K 9/20
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
リベットを送給して締結するのに用いられる円筒状のリベット締結用送給装置であって、
前記リベットを受け付けて支持する入口部と、
前記入口部から繋がり、前記リベットを送給するように構成された第1の送給部と、
前記第1の送給部に対して前記入口部とは反対側に繋がり、前記リベットを送給するように構成された第2の送給部と、
前記第2の送給部に対して前記第1の送給部とは反対側に繋がり、前記第2の送給部から送給された前記リベットを支持する出口部と、
を備え、
前記入口部及び前記第1の送給部は、対角に少なくとも2本の第1のすり割りを有しており、
前記第2の送給部及び前記出口部は、前記入口部及び前記第1の送給部が有するすり割りより多い数の第2のすり割りを有しており、
前記リベットが前記入口部から送給され、前記第1の送給部に進入すると、前記第1のすり割りが開くことにより、前記第2のすり割りが閉じるように構成される、
リベット締結用送給装置。
【請求項2】
前記第1のすり割りは、前記第2の送給部まで延びている、請求項1に記載のリベット締結用送給装置。
【請求項3】
前記第2の送給部の肉厚は、前記第1の送給部の肉厚より薄い、請求項1又は2に記載のリベット締結用送給装置。
【請求項4】
前記出口部の肉厚は、前記第2の送給部の肉厚より厚い、請求項1から3のいずれか1つに記載のリベット締結用送給装置。
【請求項5】
前記第2のすり割りの長さは、前記第1のすり割りの長さより長い、請求項1から4のいずれか1つに記載のリベット締結用送給装置。
【請求項6】
前記第1のすり割りの数は、2つであり、
前記第2のすり割りの数は、6つである、請求項1から5のいずれか1つに記載のリベット締結用送給装置。
【請求項7】
前記入口部は、前記第1の送給部よりすり割り幅が狭く、
前記出口部は、前記第2の送給部よりすり割り幅が狭い、請求項1から6のいずれか1つに記載のリベット締結用送給装置。
【請求項8】
前記入口部、第1の送給部、第2の送給部及び前記出口部は、一体成型により形成される、請求項1から7のいずれか1つに記載のリベット締結用送給装置。
【請求項9】
請求項1から8のいずれか1つに記載の前記リベット締結用送給装置を内側に配置するケースであって、
前記リベットが前記出口部に到達したとき、前記出口部の前記第2のすり割りは、径方向外側に広がり、前記ケースの内面に当接する、ケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、自己穿孔型リベット(SPR:self-piercing rivet)を送給及び締結するための装置に係り、特にSPRを送給及び締結するためのコレットに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、スポット溶接などの直接接合技術に代替する技術として、SPRを用いて母材を機械的に接合する技術が用いられている。SPRは、山状又は皿状の頭部と、頭部の下に空洞を形成する半筒状の脚部とを有する半筒状のリベットである。
SPRの打込みは、概略以下のような手順で行われる。まず、接合対象の上板(例えば、アルミニウム板)と下板(例えば、高張力鋼板)が、締結装置のダイとノーズピースによってクランプされる。ノーズピース内に提供されたSPRがパンチにより打ち込まれると、SPRの脚部が上板を穿孔して貫通する。上板を貫通したSPRの脚部が下板内に進入して下板の下面がダイの底部に接すると、ダイのキャビティの底部が下板を押し返す。この結果、SPRの脚部は下板から反力を受けて、下板を貫通することなく下板内で環状に開脚する。SPRの脚部が開脚することによって機械的インターロックが形成され、上板と下板が機械的に接合される。ダイとノーズピースが被接合部材から離れて接合が完了する。
【0003】
ノーズピース内に配置され、SPRを送給する従来のコレットは、特許文献1に示されるように、弧形状左右2枚のコレットを合わせ、出口にOリングを取り付けて固定している。コレットは左右2枚を合わせた時に、内径が楕円になるように入口から出口に向けてテーパーになっている。合わせたコレットの中を真円のリベットが通過する時、Oリングがリベットフランジ径まで伸びて開口するため、2枚合わせの隙聞が大きくなり5mm以下の短いSPR(軸部長さがフランジ径より短いSPR)の場合、反転するスペースができてしまう。また、Oリングに拡張負荷がかかり、一定回数使用するとOリングの取付用加工溝のエッジでOリングが裂傷し破断してしまう。SPRの動作中、コレットはノーズピースの中に格納されているため、Oリングが破断した事に気づきにくく、そのまま使用するとコレット内で、リベットが保持できなくなり反転してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許4355380号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従って、本発明の目的は、短寸のSPRの反転を防止すると共に裂傷し難い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】
【0006】
この目的を達成するため、本発明の1つの態様は、
リベットを送給して締結するのに用いられる円筒状のリベット締結装置であって、
前記リベットを受け付けて支持する入口部と、
前記入口部から繋がり、前記リベットを送給するように構成された第1の送給部と、
前記第1の送給部に対して前記入口部とは反対側に繋がり、前記リベットを送給するように構成された第2の送給部と、
前記第2の送給部に対して前記第1の送給部とは反対側に繋がり、前記第2の送給部から送給された前記リベットを支持する出口部と、
を備え、
前記入口部及び前記第1の送給部は、対角に少なくとも2本の第1のすり割りを有しており、
前記第2の送給部及び前記出口部は、前記入口部及び前記第1の送給部が有するすり割りより多い数の第2のすり割りを有しており、
前記リベットが前記入口部から送給され、前記第1の送給部に進入すると、前記第1のすり割りが開くことにより、前記第2のすり割りが閉じるように構成される。
【0007】
前記リベット締結装置において、好ましくは、前記第1のすり割りは、前記第2の送給部まで延びている。
【0008】
前記リベット締結装置において、好ましくは、前記第2の送給部の肉厚は、前記第1の送給部の肉厚より薄く構成されている。
【0009】
前記リベット締結装置において、好ましくは、前記出口部の肉厚は、前記第2の送給部の肉厚より厚く構成されている。
【0010】
前記リベット締結装置において、好ましくは、前記第2のすり割りの長さは、前記第1のすり割りの長さより長く構成されている。
【0011】
前記リベット締結装置において、好ましくは、前記第1のすり割りの数は、2つであり、前記第2のすり割りの数は、6つであるように構成されている。
【0012】
前記リベット締結装置において、好ましくは、前記入口部は、前記第1の送給部よりすり割り幅が狭く、前記出口部は、前記第2の送給部よりすり割り幅が狭く構成されている。
【0013】
前記リベット締結装置において、好ましくは、前記入口部、第1の送給部、第2の送給部及び前記出口部は、一体成型により形成される。
【0014】
本発明の別の態様は、前記リベット締結装置を内側に配置するケースであって、
前記リベットが前記出口部に到達したとき、前記出口部の前記第2のすり割りは、径方向外側に広がり、前記ケースの内面に当接するように構成されている。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、短寸のSPRの送給の際に反転を防止すると共に裂傷し難いリベット締結装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】リベットを送給及び締結するシステム10の構成を示す図である。
図2図1のリベットを送給及び締結するシステム10のA-A断面を示す図である。
図3】本発明の一実施例に係るコレット100の構成を示す図である。
図4図3のコレット100の正面図(a)、背面図(b)、左側面図(c)、右側面図(d)、平面図(e)、底面図(f)及びg-g線断面図(g)をそれぞれ示した図である。
図5】一実施例に係るコレット100を用いたSPR204の送給の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。同一又は類似の部材には同一又は類似の参照番号を付すことにより、重複する説明は省略する。なお、本発明を分かりやすく説明するため、図面のスケールは一定ではない。
【0018】
[リベットを送給及び締結するシステムの構成]
図1及び2を参照して、リベットを送給及び締結するシステム10の構成について説明する。図1はリベットを送給及び締結するシステム10により被締結部材が保持されている部分の部分斜視図であり、図2図1のAA断面図である。
【0019】
図1に示されているとおり、システム10は、リベット供給装置から1つずつ供給される自己穿孔型リベット(SPR)を受け取るレシーバ101と、供給されたSPRを打ち込むためのパンチ102と、パンチ102を摺動可能に保持するパンチホルダ103と、パンチ102の打込時の直線運動を保護するノーズピース104と、被締結部材の一部に当接されるダイ105と、一端がダイ105に連結された、ダイ105を保持するためのCフレーム106と、を有する。なお、図では図示を省略しているが、Cフレーム106の他端はパンチホルダ103を収容する不図示のハウジングを保持する構造となっている。
【0020】
図2に示されているとおり、レシーバ101は、リベット供給装置から供給されるSPRが通過する通路101bと、通路101bを通過するSPRの前進を停止させるためのリベット通過防止壁101cとを有する。リベット供給装置は圧縮空気の空気圧を利用してSPRを供給し、レシーバ101にはその圧縮空気を逃がすための排気口101a、101dが備えられている。レシーバ101の上部には凹部101eが形成されており、凹部101eにはパンチホルダ103の先端部が嵌合される。レシーバ101は、凹部101eを形成する壁面の一部に凹部101eに突出するように凸部101fを有するとともに、凸部101fと反対側の壁面には凹部101eから窪むように形成された貫通溝101gを有する。レシーバ101の下部には凹部101hが形成されており、コレット100がノーズピース104に挿入された状態でノーズピース104が凹部101hに圧入される。
【0021】
パンチホルダ103はパンチ102を摺動可能に保持する。図示は省略しているが、パンチホルダ103を収容する不図示のハウジングがCフレーム106の一端により保持される構造となっている。パンチホルダ103の先端部には、レシーバ101の凸部101fの形状に適合するように形成された凹溝103aと、パンチホルダ103とレシーバ101の嵌合時にレシーバ101の貫通溝101gと対向するように形成された貫通溝103bとが形成されている。凹溝103aはパンチホルダ103の先端部を周方向に例えば1/4周延び、さらにパンチホルダ103の先端に向かって軸方向に沿って延びる。レシーバ101の凸部101fがパンチホルダ103の先端の溝から案内されて軸方向に沿ってスライドされ、更に周方向に回動されることによって、図2のような状態となる。レシーバ101の貫通溝101gとパンチホルダ103の貫通溝103bとは、対向することによって一体的に貫通孔を形成する。この貫通孔に不図示の棒状のロック部材が挿入されることによって、パンチホルダ103とレシーバ101が固定される。
【0022】
パンチ102は、供給されたSPR204を被結合部材201、202に打ち込むための棒状の部材である。SPR204がリベット通過防止壁101cに当接するまで送出されて、リベット通過防止壁101cと不図示のばね等によるリベット保持部材とにより保持されると、パンチ102はSPR204を被結合部材201、202に打ち込む。パンチ102の打込み動作は、リベット打込装置により行われる。
【0023】
ノーズピース104は、図2に示されているとおり、その根元部がレシーバ101の凹部101hに圧入されることによってレシーバ101に取り付けられる。ノーズピース104の内部はコレット100を収容するために空洞となっており、ノーズピース104の空洞にコレット100が挿入された状態でノーズピース104はレシーバ101の凹部101hに圧入される。ノーズピース104は、その先端が上板201に当接して、ダイ105とともに上板201と下板202をクランプする。
【0024】
レシーバ101、パンチホルダ103、及びノーズピース104は、圧縮コイルばねなどの不図示の駆動手段により、一体的にノーズピース104の軸方向に沿って直線運動可能となっている。
【0025】
ダイ105は、上板201、下板202を支持する部材である。SPR204の打込時に脚部204bが開脚できるようにするため、ダイ105はその頭部にSPR204の脚部204bの外径よりも大きい径のキャビティ105aを有する。
【0026】
Cフレーム106の一端は、図2に示されているように、ダイ105を保持する。また、Cフレーム106の他端は、パンチホルダ103を収容する不図示のハウジングと固定されている。SPRの打込みでは典型的には20~100kNの強い力がSPRに印加されるので、Cフレーム106はそのような強い力が印加されてもアラインメントが崩れないような剛性を有する材料からできている。
【0027】
[リベット締結装置(コレット)の構成]
図3は、本発明の一実施例に係るリベット締結装置(コレット100)の構成を示す斜視図である。図4は、コレット100の正面図(a)、背面図(b)、左側面図(c)、右側面図(d)、平面図(e)、底面図(f)及びg-g線断面図(g)をそれぞれ示している。
【0028】
コレット100は、全体として円筒状となっており、SPRが送給される上流側から順に、入口部200、第1の送給部220、第2の送給部230及び出口部240を有しており、これらは一体成型により形成することができる。
【0029】
入口部200及び第1の送給部220には、すり割り212が対角に2本入っている。図3に示されるように、すり割り212は、第2の送給部230の第1の送給部220側の一部まで延びていてもよい。すり割り212の一例として、長さは30mm、幅は1.2mmである。また、入口部200のすり割り212が入っている部分は、絞り加工が施されており、すり割り幅を縮め、断面のリベット入口径が楕円形に形成されている。また、すり割り212は、この楕円形の長軸方向に施されており、これにより入口部200は2つに分離される。この楕円形の短軸の長さは、SPRのフランジの径より小さくなっており、SPRを入口部200で保持することができ、コレット100内に落下しないように構成されている。また、入口部200の開口形状は、SPRのフランジ部が嵌り込む形状になっており、レシーバ101から受け付けたSPRを入口部200でSPRが反転するスペースを作らない構造となっている。
【0030】
入口部200で保持されたSPRがパンチ102によりコレット100の円筒形の軸方向に加圧されると、すり割り212の2枚合わせの隙聞が大きくなり、入口部200の開口が楕円形から短軸方向に広がる。そして、入口部200の短軸方向の内径がSPRのフランジ径まで広がることにより、SPRは、フランジ部分が入口部200の内径に沿って軸方向に通過することができる。
【0031】
第1の送給部220は、入口部200に対してSPRが流れる方向の下流側に繋がっており、入口部200から挿入されたSPRを送給する。第1の送給部220は、入口部200側の部分に絞り加工が施されている。入口部200のすり割り212が開いてSPRが通過するとき、入口部200に繋がる第1の送給部220の内径は、これに連動して広がるように構成され、SPRは、フランジ部分が第1の送給部220の内面に沿って通過するようになっている。
【0032】
第2の送給部230は、第1の送給部220に対して入口部200とは反対側に繋がっており、SPRを出口部240まで送給する。第2の送給部230は、出口部240側から繋がるすり割り222を円筒6分割で有しており、6枚の爪形状となっており、一例では、すり割りの長さは39mm、幅は1mmである。また、入口部200から第1の送給部220に形成されているすり割り212は、第2の送給部230まで延びていることが望ましい。例えば、この場合、第2の送給部230に施されているすり割り212は、6枚のすり割り222を3本ずつに分ける位置に形成される。すなわち、第2の送給部230の第1の送給部220側の部分は、2枚のすり割り212と6枚のすり割り222の両方が形成されている。このように構成することにより、入口部200からSPRが進入することにより、上流側の2つ割り部分(すり割り212)が開くと第2の送給部230から出口部240までの下流側の6つ割り爪部分(すり割り222)が閉じる作用が働き易くなる。また、この作用は、下流側のすり割り222の数を、上流側のすり割り212の数より多くすることの他、下流側の6つ割り爪部分(すり割り222)の長さを、上流側の2つ割り部分(すり割り212)の長さより長く形成することによっても、働き易くすることができる。
【0033】
第2の送給部230は、入口部200及び第1の送給部220より肉厚を薄くして絞り込むことにより弾力牲を持たせている。
【0034】
出口部240は、第2の送給部230から送給されたSPRを締結する際に支持するように構成される。出口部240は、入口部200と同様に絞り加工が施されており、SPRがパンチ102により押圧されない限り、SPRが出口部240を通過できないようになっている。
【0035】
出口部240は、第2の送給部230より肉厚を厚くすることにより、SPRが通過する時、外側を覆っているノーズピース104の内経との隙間を少なくし、必要以上に広がらない構造になっている。
【0036】
入口部200のすり割り212は、絞り加工が施されており、第1の送給部220のすり割り212よりすり割り幅が狭くなっている。また、出口部240のすり割り222も、絞り加工が施されており、第2の送給部230のすり割り222よりすり割り幅が狭くなっている。このように構成することにより、入口部200及び出口部240では、入口部200をSPRが通過する際に、入口部200が広がる為、出口部240が狭められ、SPRに対して外側から十分なテンションがかかり安定して保持することができるようになっている。
【0037】
上述の通り、コレット100の上流側と下流側のそれぞれにすり割りを形成しておくことにより、コレット100内をSPRが通過する際に、どの位置にいても常にSPRの方向性を保ちながら適度にテンションがかかる構造となっている。この為、SPRの上下方向性を維持しながらコレット100の出口部240まで装填可能としている。
【0038】
なお、本実施例では、材質を剛性の高いものを想定して、上流側のすり割り212を2枚として、下流側のすり割り222を6枚としたが、すり割り212を4枚にして、すり割り222を8枚とするなどすり割りの数を増やしてもよい。この場合、例えば、材料を樹脂などにしてもよい。このようにすり割りの数を増やす構造にすることにより、従来の2枚のすり割りに比べて、SPRに対して内側に安定したテンションを与えつつ、より滑らかに送給することが可能となる。
【0039】
上述の通り、本実施例では、コレット100の先端径の広がりを抑えることにより、SPRが反転しにくい構造となっている。また、コレット100に施されたすり割り212及び222の各々は、コレット100の軸方向の全体に延びるものではなく、一体成型により作製することができる構成となっており、従来必要とされたOリングは不要となる。
【0040】
[コレットを用いたSPRの送給動作]
図5は、一実施例に係るコレット100を用いたSPR204の送給の様子を示す図である。
【0041】
図5(a)は、レシーバ101から送給されたSPR204を入口部200において保持している状況を示している。この状況では、入口部200の内径よりSPRのフランジ部分の外径が大きいため、入口部200においてSPR204を保持することができる。
【0042】
図5(b)は、パンチ102によりSPR204を下方に押圧し、第1の送給部220に到達した状況を示している。この状況では、パンチ102によりSPR204を押し出すとコレット100の上部の2つ割り部分(すり割り212)が開き、下部の6つ割り部分(すり割り222)が閉じるようになっている。図5(b)の符号300は、上部の2つ割り部分(すり割り212)が開いた状況を示しており、符号310は、下部の6つ割り部分(すり割り222)が閉じた状況を示している。このように、上部と下部のすり割りをそれぞれ別個に有することにより、常にSPRの方向性を保ちながら適度にテンションがかかる構造となっている。
【0043】
図5(c)では、SPR204が、パンチ102により更に下方に押圧され、第1の送給部220及び第2の送給部230を通過して出口部240に到達した状況を示している。この状況では、SPR204の通過に伴い、出口部240の6つ割り(すり割り222)が肉厚に形成されているためにノーズピース104の内径まで開いており、SPR204の上下方向性を維持しながらコレット100の先端である出口部240まで装填可能となっており、SPR204を用いた締結が可能となる。このように、コレット100の出口部240は、コレット100のケースとして機能するノーズピース104の内側に配置されていることから、SPR204が、出口部240に到達したとき、出口部240の径方向の外面は、ノーズピース104の内面に当接し、これを越えて広がることはできず、SPR204を出口部240内で反転できないように支持することができ、また、締結時のSPR204のセンタリングを確実にすることができる。
【0044】
以上のように、本発明に係るSPRを送給及び締結するためのコレットの実施の一形態及び実施例について説明してきたが、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、これに種々の変更を加え得るものであることは容易に理解される。そして、それらが特許請求の範囲の各請求項に記載した事項、及びそれと均等な事項の範囲内にある限り、当然に本発明の技術的範囲に含まれる。上記の実施例は、送給する対象をSPRとするものであったが、これはあくまでも一例であり、本発明がこの特定の具体例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0045】
10:システム
100:コレット
101:レシーバ(ノーズピース支持部)
101a:排気口
101b:通路
101c:リベット通過防止壁
101d:排気口
101e:凹部
101f:凸部
101g:貫通溝
101h:凹部
102:パンチ
103:パンチホルダ
103a:凹溝
103b:貫通溝
104:ノーズピース
105:ダイ
105a:キャビティ
106:Cフレーム
200:入口部
212:2つ割り部分
220:第1の送給部
222:6つ割り部分
230:第2の送給部
240:出口部
201:上板
202:下板
204:自己穿孔型リベット
図1
図2
図3
図4
図5