JP2021532989A - リベット挿入方法および装置 - Google Patents

Abstract

リベット挿入装置を使用してリベットを被加工物に挿入する方法であって、第１のリベット挿入ステップ中に、被加工物材料のスラグが被加工物から取り除かれ、ダイに設けられた孔の中に移動するように、パンチおよびダイを使用してリベットを被加工物に打ち込むステップと、ダイを変更または交換してリベット受けダイ表面を用意するステップと、次に、第２のリベット挿入ステップ中に、リベットの軸部がリベット受けダイ表面によって据え込まれるように、パンチを使用してリベットをさらに被加工物に打ち込むステップとを含む方法。【選択図】 図１

Description

本発明は、リベットを被加工物に挿入する方法、および関連する装置に関する。

セルフピアシングリベット（ｓｅｌｆ−ｐｉｅｒｃｉｎｇ ｒｉｖｅｔ：自己穿孔リベットとも称される）は十分に確立された技術であり、接着剤と組み合わせて金属被加工物を接合するために使用される。セルフピアシングリベットは、自動車産業でアルミニウム製の車両パネルを接合するために使用される。アルミニウムは、比較的柔らかく、比較的延性があるため、セルフピアシングリベットを使用した接合に特に適している。セルフピアシングリベットを使用して形成される典型的な接合部では、２枚の重なり合う材料シートを含む被加工物が適切な形状のダイ上に配置される。セルフピアシングリベットは、材料シートに挿入される。リベットの軸部は、上の材料シートを通過し、次に、下の材料シートの中に移動し、ダイに接近したときに外側に広がる。軸部を外側に広げることは、リベットの据え込みと呼ばれ得る。軸部は、外側に広がったとき、下の材料シートが軸部の広がった部分を包み込むように下のシート内に延びる。これは、リベットと下の材料シートとの安定した係合をもたらす。上の材料シートおよび下の材料シートは、リベットの頭部とリベットの広がった軸部との間にしっかりと保持され、これにより、材料シート間の安定した接合部が形成される。リベットの挿入中に、下のシート材料は、ダイに入り込み、材料のいわゆるボタン（***したディスク）を形成する。この方法でアルミニウムのシートを接合することは、効率的かつ効果的であり、自動車産業でアルミニウムボディの車両の製造中に広く使用されている。

セルフピアシングリベットは、アルミニウムなどの比較的柔らかく延性のある材料の接合には非常に効果的であるが、超高強度鋼（引張強度が８００ＭＰａ以上の鋼を意味すると考えられ得る）、マグネシウム、７０００系アルミニウム、鋳造アルミニウム、および炭素繊維などの延性のより低い材料の接合にはあまり適さない。セルフピアシングリベットは、良好な接合部を形成するために２つの要件を、すなわち、最下部の被加工物との係合（連結とも呼ばれる）をもたらすために被加工物に貫入し、外側に広がることを満たさなければならない。延性がより低い材料でこれらの要件を満たすことは困難であり得る。なぜなら、低延性材料に亀裂を生じさせることなく、低延性材料に連結部を設けるために、低延性材料に貫入することは難しく、十分な広がりを達成することも難しいからである。

リベットが損傷なく超高強度鋼（ＵＨＳＳ：Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔｅｅｌ）などの低延性材料に貫入し得ることを保証する１つの方法は、硬度が非常に高い（例えば、硬度が５３０ＨＶ以上の）リベットを使用することである。これにより、リベットが潰れることなくＵＨＳＳに貫入することが可能になる。しかしながら、硬度が非常に高いリベットは、比較的脆く、被加工物に挿入されたときに亀裂を示すことがよくある。これにより、接合部は、比較的弱くなり、接合部に動的な負荷（例えば、車両が移動しているときに発生し得るような）がかかったときに破損しやすくなり得る。

本発明の目的は、従来技術に関連する欠点を克服する方法および装置を提供することである。本方法および本装置は、ＵＨＳＳ、マグネシウム、７０００系アルミニウム、鋳造アルミニウム、炭素繊維、または他の低延性材料を含む被加工物を接合するのに適し得る。

本発明の第１の態様によれば、リベット挿入装置を使用してリベットを被加工物に挿入する方法であって、第１のリベット挿入ステップ中に、被加工物材料のスラグ（ｓｌｕｇ）が被加工物から取り除かれ、ダイに設けられた孔の中に移動するように、パンチおよびダイを使用してリベットを被加工物に打ち込むステップと、ダイを変更または交換してリベット受けダイ表面を用意するステップと、次に、第２のリベット挿入ステップ中に、リベットの軸部がリベット受けダイ表面によって据え込まれるように、パンチを使用してリベットをさらに被加工物に打ち込むステップとを含む方法。

第２のステップの終了時に、リベットの頭部は、被加工物の上面に対して所望の位置に静止し得る。例えば、頭部は、被加工物の上面と接触し得る。

本発明の実施形態は、数十ｋＮの水準の力を加えることができるアクチュエータを被加工物の両側に設けることを必要とせずに、２つの別々の工程で被加工物を穿孔し、次にかしめることを可能にする。

リベットの挿入の全体を通して、被加工物は、リベット挿入装置のノーズによってダイアセンブリにクランプされ得る。

一部の事例では、第１のリベット挿入ステップの後、かつ第２のリベット挿入ステップの前に、リベットの軸部の下端は、被加工物を越えて延びていない。リベットの軸部の下端は、第２のリベット挿入ステップの前、被加工物の最下面と実質的に面一であり得る。他の事例では、軸部の下端は、被加工物の最下面を越えて（例えば、わずかに越えて）延び得る。

ダイを交換することは、孔を備えるダイを取り除いて、リベット受けダイ表面を有するダイに取り替えることを含み得る。

ダイを変更することは、ダイの内側部分を取り除いて、リベット受けダイ表面を含むダイ内側部分に取り替えることを含む。

リベットは、リベットの軸部に沿って途中に特徴的外形を含み得、特徴的外形は、特徴的外形が被加工物と接触したときにリベットを被加工物に押し込むのに必要な力が増加するようにリベットと被加工物との係合を高める。

リベット挿入装置は、リベットの位置を示すフィードバックを受信し得、第１のリベット挿入ステップがリベットを所望の位置に挿入したときに力を加えることを停止し得る。

本発明の第２の態様によれば、ノーズアセンブリ、パンチ、およびダイアセンブリを備えるリベット挿入装置であって、ダイアセンブリが、被加工物を受けるように構成されたクランプ表面を有するダイハウジングを備え、被加工物が、ノーズアセンブリによってクランプ表面に対してクランプされ、ダイアセンブリが、孔を含むダイと、リベット受け表面を有するダイとを入れ替えるように構成されたダイ交換装置をさらに含むか、またはダイ孔を備えるダイ内側部分と、ダイ受け表面を備えるダイ内側部分とを入れ替えるように構成されたダイ変更装置を含むリベット挿入装置が提供される。

ダイ交換装置は、一方のダイまたは他方のダイをダイアセンブリのリベット受け位置に移動させることを可能にする枢動支持体に保持された２つのダイを備え得る。

ダイ変更装置は、ダイ孔が設けられた軸線方向に移動可能なロッドを備え得、さらに、リベット受け表面を備える取り外し可能なダイピースを備え得、取り外し可能なダイピースは、軸線方向に移動可能なロッドの一端の位置に移動可能であり、またこの位置から移動可能である。

ダイアセンブリは、ダイまたはダイ内側部分を所定の位置に保持するように構成されたロックを備え得る。

ダイアセンブリは、ダイまたはダイ内側部分を移動させるように構成された電気アクチュエータまたは空気圧アクチュエータをさらに備え得る。

リベット挿入装置は、リベットの位置を示すフィードバックを受信するように構成されたコントローラを備え得る。コントローラは、第１のリベット挿入ステップがリベットを所望の位置に挿入したときに、リベットに加えられている力を停止するように構成され得る。

本発明の第３の態様によれば、頭部および円筒形の軸部を備えるリベットであって、リベットの軸部の途中から上に頭部の下側まで延びる複数のリブを備えるリベットが提供される。

リブは、頭部に向かって延びるにつれて外側にテーパ状であり得る。

本発明の第４の態様によれば、頭部と、凹部を備える円筒形の軸部とを備えるリベットであって、軸部が、上側部分および下側部分を備え、上側部分の直径が、下側部分よりも大きいリベットが提供される。凹部の深さは、軸部の下側部分の長さ未満であり得る。

面取りされた移行部または湾曲した移行部は、軸部の上側部分と下側部分との間に延び得る。

本発明の第５の態様によれば、頭部および円筒形の軸部を備えるリベットであって、軸部の周りに周方向に延びるリッジを備えるリベットが提供される。

リッジは、湾曲した外面を有し得る。

本発明の第６の態様によれば、頭部および円筒形の軸部を備えるリベットであって、リベット軸部の周りに延びる刻み付き帯状部を備えるリベットが提供される。

本発明の第７の態様によれば、本発明の第１の態様の方法を使用して形成されたリベット接合部を備える車両が提供される。

本発明の態様のうちの１つの特徴に関して上に述べた利点は、同じまたは同等の特徴を有する本発明の他の態様にも等しく当てはまる。本発明のいずれか１つの態様に関して上に述べた任意選択の特徴は、本発明の他の態様のいずれかと組み合わされ得る。

次に、添付の図を参照して、単なる例として本発明の特定の実施形態を説明する。

本発明の実施形態によるリベット挿入装置の斜視図である。 リベットおよび被加工物に加えて、図１のリベット挿入装置の一部を形成し得るダイアセンブリおよびノーズの断面図である。 図２と同じ断面図であるが、第１のリベット挿入ステップ中の被加工物へのリベットの挿入を示している。 同じ断面図であるが、ダイアセンブリのダイの変更を示している。 ダイの変更をより詳細に示す、ダイアセンブリの一部の斜視図である。 ダイの変更をより詳細に示す、ダイアセンブリの一部の斜視図である。 図２〜図４と同じ断面図であるが、第２のリベット挿入ステップ中の、被加工物へのリベットのさらなる挿入およびリベット軸部のかしめを示している。 図７と同じ断面図であるが、ノーズの後退およびダイの変更を示している。 ダイの変更をより詳細に示す、ダイアセンブリの一部の斜視図である。 ダイの変更をより詳細に示す、ダイアセンブリの一部の斜視図である。 本発明の実施形態によるリベットを示している。 本発明の実施形態によるリベットを示している。 本発明の実施形態によるリベットを示している。 本発明のさらなる実施形態によるリベットを示している。 本発明のさらなる実施形態によるリベットを示している。 本発明のさらなる実施形態によるリベットを示している。

図１は、本発明の実施形態によるリベット挿入装置２および関連するキャリアを示している。キャリアは、上顎６および下顎８を有するＣフレーム４を備える。ダイアセンブリ１０は、Ｃフレームの下顎８に設けられる。リベット挿入装置２は、以下でさらに説明するように、ダイアセンブリ１０上に配置された被加工物（図示せず）にリベットを挿入する。

リベット挿入装置２は、円筒形ハウジング１４およびノーズアセンブリ１６において軸線方向に移動する慣性駆動往復パンチ（ｉｎｅｒｔｉａｌｌｙ ｄｒｉｖｅｎ ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ ｐｕｎｃｈ）（図１では隠れている）を駆動するように動作する電気駆動部１２を備える。慣性電気駆動部が示されているが、他の形態の駆動部が使用されてもよい。例えば、電気駆動部は、パンチを直接駆動する電気モータ（パンチの位置に関するリアルタイムのフィードバックに基づいて制御され得る）を備え得る。別の例では、油圧駆動部が使用され得る。しかしながら、電気駆動部は油圧油の供給を必要としないため、電気駆動部が好ましくあり得る（油圧油の供給は困難な場合があり、油圧油は、漏れた場合に安全衛生上のリスクをもたらし得る）。往復パンチは、ノーズアセンブリ１６から被加工物（図示せず）中にリベットを挿入するために使用される。リベット挿入装置２は、（以下でさらに説明するように）リベットの挿入中およびリベットの据え込み中にノーズアセンブリ１６を被加工物にクランプするために使用され得る追加の駆動部（見えない）をさらに備え得る。電気駆動部１２および追加の駆動部は、（例えば、制御装置を使用して）独立して制御可能であり得る。追加の駆動部は、例えば、電気駆動部または油圧駆動部であり得る。ノーズアセンブリ１６を被加工物にクランプするために使用され得る駆動部の例は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５７５２３０５号明細書に記載されている。

リベットは、空気圧またはガス圧下で、供給管（図示せず）を介してノーズアセンブリ１６に供給される。次に、リベットは被加工物中に挿入される。代替的な構成では、リベットは、キャリアテープ（図示せず）で搬送によってノーズアセンブリ１６に供給され得る。

制御システム２３は、ノーズアセンブリ１６へのリベットの供給を制御するように構成され、往復パンチの動作を制御するように構成される。制御システム２３はまた、パンチを移動させる駆動部およびノーズを移動させる駆動部などの、リベット挿入装置２の他の部分を制御し得る。制御システム２３は、プロセッサおよびメモリを備え得、メモリは、リベット挿入装置２の動作に関する命令を記憶する。プロセッサは、命令を処理し、リベット挿入装置２の動作を制御する出力を提供し得る。

図２は、被加工物２４およびリベット挿入装置のノーズ２６と共に、本発明の実施形態によるダイアセンブリ１０を断面で示している。このリベット挿入装置は、図１に示されているリベット挿入装置２に対応し得る（ノーズ２６は、図１に示されているノーズアセンブリ１６の一部を形成する）。ダイアセンブリは、ハウジング３０と、ハウジング内で移動可能なロッド３２とを備える。ダイアセンブリは、Ｃフレームの下顎８に取り付けられた基部３３（両方とも概略的に示されている）を含む。アクチュエータ３１（概略的に示されている）は、ロッド３２をハウジング３０内で軸線方向に移動させる。アクチュエータ３１は電気的なものであり得る。以下でさらに述べる理由により、アクチュエータ３１は、リベットの配置に必要な大きさの力を加える必要がない。したがって、パンチを駆動するために使用される慣性駆動装置よりもコンパクトな電気アクチュエータが使用され得る。他の形態のアクチュエータが使用されてもよい。例えば、空気圧アクチュエータが使用されてもよい。

ロック（図示せず）は、ロッド３２が図２に示されている位置にあるときにロッド３２を所定の位置にロックして、ロッドが軸線方向に移動し得ないようにする。一実施形態では、ロックは、ロッド３２に形成された開口（例えば、盲孔（ｂｌｉｎｄ ｂｏｒｅ））に通されるピンである。開口は、軸線方向に対して横方向にロッド３２内に延び得る。アクチュエータ（例えば、電気または空気圧）は、ピンを移動させてロッド３２と係合およびロッド３２から離脱させることで、ロッドをロックおよびロック解除するために使用され得る。

代替的なロックでは、ロッド３２は、図２に示されている位置に移動されるときに回転（例えば、部分的に回転）され得る。ロッド３２は、ロッド３２が回転されるときにハウジング３０のスロットに入るピンを備え得る。スロットは、例えば、ピンがスロットに配置されたときにロッド３２が軸線方向に移動し得ないように、軸線方向に対して横方向に延び得る。ロッド３２を軸線方向に移動させたい場合、ピンがスロットから離れるようにロッドを回転させることで、ロッド３２を軸線方向に移動させることが可能になり得る。１つより多くのピンおよび関連するスロットが設けられ得る。代替的な構成では、ロッド３２はスロットを備えてもよく、ハウジング３０はピンを備えてもよい。

リベット挿入ツール２のノーズ２６は、既知の方法で圧縮コイルばねを使用して被加工物２４にクランプされ得る。圧縮コイルばね（図示せず）は、ノーズアセンブリ１６に収容され、ノーズ２６を下方に付勢する。Ｃフレーム４が被加工物２４の位置に移動されたら、ノーズ２６は、設定位置まで前進される。ノーズ２６が設定位置にあるとき、コイルばねは、被加工物にクランプ力を加える。

ハウジング３０の上端は、ダイアセンブリ１０のダイ３７の外側部分３４を形成し、ロッド３２の上端は、ダイの内側部分３６を形成する。孔３８は、ロッドの上端を起点として、ロッド３２内に下方に延びる。孔３８の上端は、ダイ外側部分３４およびダイ内側部分３６によって形成される、ダイ３７の中央開口を提供する。ダイ外側部分３４、ダイ内側部分３６、および孔３８によって形成されるダイ３７は、リベットが被加工物２４を貫通する穴を穿孔することを可能にすることから、ピアシングダイ（ｐｉｅｒｃｉｎｇ ｄｉｅ）３７と呼ばれ得る。

ロッド３２の孔３８は、円筒形の上側部分４０、テーパ状の中央部分４２、および円筒形の下側部分４４を備える。円筒形の下側部分３４の直径は、円筒形の上側部分４０よりも大きい。これは、被加工物材料のスラグが、妨げられることなく孔３８の円筒形の下側部分４４を下方に移動する（以下でさらに説明するように）ことを可能にする。代替的な実施形態（図示せず）では、孔の上側部分は、外側にテーパ状であってもよい（すなわち、ダイの上側部分は円筒形ではない）。

ロッド３２の上端の近傍に内側段部４６が設けられる。ハウジング３０には、対応する内側段部４８が設けられる。段部４６、４８は、ロッド３２がハウジング３０内で上方に移動されるときに段部がハウジングに対するロッドの最終的な位置を決定するように構成される。例えば、段部が互いに係合されたときに、ハウジング３０によって形成されたダイ外側部分３４の最上面が、ロッド３２によって形成されたダイ内側部分３６の最上面と同一平面上（または実質的に同一平面上）にある（図示のように）ように、段部４６、４８は配置され得る。段部４６、４８は、協同して、ロッド３２の軸線方向の移動を制限するハードストップ（ｈａｒｄ ｓｔｏｐ）を形成する。

ダイアセンブリ１０は、取り外し可能なダイピース５０および枢動アーム５２をさらに備える。これらについては、以下でさらに詳細に説明する。ダイアセンブリ１０は、Ｃフレーム（例えば、図１に示されているタイプの）の下顎８に固定される。

使用中、ロッド３２は、最初に、ハウジング３０に対して係合する（ロッド３２の段部４６がハウジングの段部４８と係合する）ように配置される。ダイ外側部分３４、ダイ内側部分３６、および孔３８の上側部分４０は、協調して、平面状（または実質的に平面状）の最上面を有するダイ３７を形成する。リベット挿入装置２（図１を参照）を保持するＣフレーム４は、被加工物２４がリベット挿入装置のダイアセンブリ１０とノーズアセンブリ１６との間に配置されるように操作される。実施形態では、被加工物は、超高強度鋼（ＵＨＳＳ）から形成された上層６０を含み得、ＵＨＳＳまたは何らかの他の材料の下層をさらに含み得る。他の材料もまた、低延性のもの、例えば、マグネシウム、７０００系アルミニウム、鋳造アルミニウム、または炭素繊維であってもよい。リベット挿入装置のノーズ２６は、ダイ３７に向かって移動され、ノーズは、ノーズとダイとの間に被加工物２４をクランプする。リベット５が、ノーズに提供される。パンチ３は、リベットを被加工物２４に打ち込むために使用される。

図３を参照すると、リベット５は、ダイ３７と協働して、被加工物２４からスラグ６０ａ、６２ａを切断している。スラグ６０ａ、６２ａは、孔３８の上側部分４０に押し込まれ、次に、孔の、外側にテーパ状の中央部分４２を通って移動する。次に、スラグ６０ａ、６２ａは、孔３８の円筒形の下側部分４４を通って下方に落下する。ダイ３７の円筒形の上側部分４０の直径は、リベット軸部７の直径よりも大きい（例えば、リベット軸部の直径よりも少なくとも０．１ｍｍ大きい）。孔３８の上側部分４０は、リベットの軸部７と協働して、被加工物２４から切断されるスラグ６０ａ、６２ａの直径を決定する。これらの直径は、孔３８の円筒形の下側部分４４の直径よりも小さいため、スラグは、妨げられることなく容易に、孔の円筒形の下側部分を下方に移動することができる。図３は、孔３８の円筒形の下側部分４４を降下する途中のスラグ６０ａ、６２ａを示している。

孔３８の上側部分４０の直径は、例えば、リベット軸部７の直径（被加工物２４へのリベットの挿入前に測定される）よりも最大で約３０％大きくてもよい。孔３８の上側部分４０の直径が、リベット軸部７の直径よりも大幅に大きい（例えば、１０％以上大きい）場合、これにより、リベット５によって被加工物に開けられる穴は外側にテーパ状になる。すなわち、被加工物の穴の最下端の直径は、被加工物の穴の最上端よりも大きくなる。これは、好適には、次のステップ（以下でさらに説明する）中にリベットが外側にかしめられ得るテーパ状の空間を提供する。

図３では、リベット５が、被加工物２４に挿入されている。しかしながら、リベット５の軸部７は有意に広がっておらず、したがって、リベットと被加工物の下層６２とは有意に連結されていない。本方法の次のステップは、この連結をもたらす。図３から理解されるように、リベット５は、被加工物２４に完全に打ち込まれていない。そうではなく、リベット５は、被加工物２４に途中まで打ち込まれている。リベット５の軸部７の下端は、被加工物２４の最下面と実質的に面一である。他の実施形態では、軸部７は、被加工物２４の最下面と実質的に面一でなくてもよい。しかしながら、すべての実施形態において、この段階のリベット５は、被加工物２４に完全に挿入されていない（すなわち、さらなるリベット挿入ステップはまだ行われていない）。一般に、リベット頭部９の上面は、例えば、第１のリベット挿入ステップの後、被加工物２４の上面から１〜４ミリメートル突出し得る。

図４に示されているように、パンチ３は、リベット５から引き離される。ロッド３２は、リベット５および被加工物２４から引き離される。ノーズ２６は、ハウジング３０の上端に対して被加工物２４をクランプし続ける。ダイ内側部分３６は、ロッド３２の後退によって被加工物２４から取り除かれているが、ダイ外側部分３４は、被加工物の所定の位置に留まる。

ロッド３２の初期位置からの後退は、図５および図６にも示されている（図５は、初期位置にあるロッドを示しており、図６は、後退されている最中のロッドを示している）。最初に図５を参照すると、ロッド３２、取り外し可能なダイピース５０、枢動アーム５２、および基部３３がすべて斜視図に示されている。ロッド３２は、ロッド３２に凹設された、ロッドに沿って途中まで延びるスロット３５を含む。ロッドの反対側には、対応するスロット（見えない）が設けられている。取り外し可能なダイピース５０は、スロット３５に受け入れられるピン（見えない）を備えるアーム５３を含む。スロット３５は、取り外し可能なダイピース５０がロッド３２に沿って上下に移動することを可能にする。

ロッドが後退されるとき、取り外し可能なダイピース５０は、最初はロッド３２と共に移動する。この移動の結果として、取り外し可能なダイピース５０は、枢動アーム５２の肩部５１と接触する。枢動アーム５２の肩部５１は、取り外し可能なダイピース５０のさらなる下方運動を阻止する。その結果、ロッド３２が下方に移動し続けると、取り外し可能なダイピース５０は、スロット３５に沿って、ロッド３２の上方に移動する。この移動は、取り外し可能なダイピース５０がスロット３５の上部に達するまで続く。次に、ロッド３２をさらに下方に移動させると、図４および図６に示されているように、取り外し可能なダイピース５０はアーム５３のピンを中心に回転する。取り外し可能なダイピース５０の回転は、取り外し可能なダイピースがロッドの上端に着座するまで続く。

図７を参照すると、取り外し可能なダイピース５０が、ロッドの端部の真上に配置されるまで、枢動アーム５２の肩部５１によって押されるように、ロッド３２は十分に後退される。次に、ロッドは、リベット５および被加工物２４に向かって上方に移動されて戻される。取り外し可能なダイピース５０は、リベット受けダイ表面５４を備える。リベット受けダイ表面５４は、その中心に突起５５（ピップ（ｐｉｐ）と呼ばれ得る）を含み得る。他の実施形態では、リベット受けダイ表面５４は実質的に平坦であってもよい。取り外し可能なダイピース５０は、上側部分５６および下側部分５７をさらに備える。下側部分５７は、上側部分５６よりも広く、上側部分と下側部分との間には、段部５８が存在する。この段部５８は、ダイアセンブリハウジング３０の段部４８と係合するように構成される。段部４８、５８間の係合は、ロッド３２および取り外し可能なダイピース５１のさらなる上方移動を阻止する。

図７において、ロッド３２は、取り外し可能なダイピース５０の段部５８がダイアセンブリ１０のハウジング３０の段部４８と係合するまで上方に移動されている。取り外し可能なダイピース５０の段部５８とリベット受けダイ表面５４（ピップ５５を除く）との間隔は、ハウジング３０の段部４８と最上面との間隔よりも小さい。その結果、リベット受けダイ表面５４は、ダイ外側部分３４と同一平面上にない。取り外し可能なダイピース５０は被加工物２４と接触せず、それどころか、リベット受けダイ表面５４と被加工物２４との間には、隙間７０が存在する。ダイ外側部分３４およびリベット受けダイ表面５４は、リベットの軸部７を据え込むために使用され得るダイ３９を一緒に形成する。これは、かしめと呼ばれ得、ダイ３９は、かしめダイ３９と呼ばれ得る。

ハウジング３０の段部４８および取り外し可能なダイピース５０の段部５８は、協同して、ロッド３２の軸線方向の移動を制限するハードストップを形成する。リベット受けダイ表面５４（ピップ５５を除く）と、ハウジング３０によって形成されたダイ外側部分３４の上面との間隔は、例えば、約１．５ｍｍ（例えば、プラスマイナス０．５ｍｍ）であり得る。この間隔は、リベット受けダイ表面５４から突き出たピップ５５の高さに対応し得る。リベット受けダイ表面５４とダイ外側部分３４の上面との間隔の大きさは、かしめステップの後で（すなわち、接合が完了したときに）被加工物から延びるリベット軸部７の長さを決定する。実施形態（図示せず）では、リベット受けダイ表面５４は、ダイ外側部分３４の上面と実質的に面一であってもよく、その場合、リベット軸部７は、接合が完了したときに被加工物２４の最下面と実質的に面一であってもよい。一般に、リベット受けダイ表面５４（ピップ５５を除く）とダイ外側部分３４の上面との間隔は、最大で２ｍｍまたは最大で３ｍｍであり得る（または、上で指摘したように間隔は存在しなくてもよい）。

ロッド３２が所定の位置に配置されると、取り外し可能なダイピースの段部５８がハウジング３０の段部４８と係合した状態で、パンチ３は、下方に移動されて、リベット５を再び下方に打ち込む。この第２のリベット挿入ステップでは、リベットの頭部９が被加工物２４の上層６０に押し込まれるように、リベット５はさらに下方に押される。同時に、軸部７の下端が、取り外し可能なダイピース５０のリベット受けダイ表面５４に押し付けられる。これにより、概略的に示したように、軸部７は外側に広がる。軸部７の広がりは、リベット受けダイ表面５４から突き出たピップ５５によって促進され得る。

ノーズ２６は、この第２のリベット挿入ステップ中、被加工物２４をダイアセンブリ１０のハウジング３０にクランプし続ける。第２のリベット挿入ステップの結果として、図７に示されているように、軸部７の下端は、外側に広がり、被加工物の下層６２との連結部を形成する。さらに、頭部９は、被加工物の上層６０に押し込まれ、上層との連結部を形成する。このようにして、リベット３は、被加工物の上層６０および下層６２に連結されて被加工物２４の接合部を形成する。

被加工物に外側にテーパ状の穴を開ける利点は、かしめステップ中に、リベット軸部が被加工物材料を外側に押し出す必要なしに、リベット軸部７が変形するのに利用可能な空間が存在することである。これは、例えば、被加工物が延性の低い最下シート（例えば、ＵＨＳＳ、マグネシウム、７０００系アルミニウム、鋳造アルミニウム、または炭素繊維）を備える場合に好適であり得る。なぜなら、リベット軸部が、シートまたはリベットを損傷させることなく低延性シートを外側に押し出すことが困難であり得るからである。

リベット挿入装置のノーズ２６が、上記のリベット挿入プロセスの全体を通して、ノーズと、ハウジング３０によって形成されたダイ外側部分３４との間に被加工物２４をクランプすることに留意されたい。すなわち、ノーズ２６は、第１のリベット挿入ステップ（穿孔ステップ）の前に被加工物２４をハウジング３０にクランプし、第２のリベット挿入ステップ（かしめステップ）が完了するまで所定の位置に留まる。これにより、リベット挿入プロセスの全体を通して被加工物２４およびリベット５がパンチ３およびダイ３７に位置合わせされたままとなることが保証される。穿孔ステップの後にノーズが外される場合、かしめステップのためにパンチ３とダイ３７との位置合わせを保証することは困難である。さらに、リベットの軸部と被加工物最下層６２とが連結されていないため、被加工物２４の層６０、６２が反り返って離れ得る。クランプはまた、リベット挿入プロセス中に被加工物２４が曲がることを阻止するか、または最小限に抑える。

図８を参照すると、パンチ３は、ノーズ２６内に後退されており、ノーズ２６は、被加工物２４から後退されている。ロッド３２は、ハウジング３０内に後退されており、被加工物２４から離れている。図９および図１０は、取り外し可能なダイピース５０がロッド３２の端部からどのように取り外されるかを斜視図で示している。最初に図９を参照すると、ロッド３２が後退されるとき、アーム５３の下角部分が、カム表面４１と接触する。カム表面は、図８にも示されている。カム表面は、例えば、ハウジング３０の一部または基部３３の一部を形成してもよい。カム表面４１は、アーム５３の下角部分を押す。対応するカム表面は、取り外し可能なダイピース５０の他方のアーム（見えない）の下角部分を押し得る。図１０に示されているように、アーム５３の下角部分を押すカム表面は、ピン（見えない）を中心に取り外し可能なダイピース５０を枢動させる。これにより、取り外し可能なダイピース５０は、ロッド３２の脇のその元の位置に戻される。

続いて、ロッド３２は、図２に示されている位置にロッドを戻すために、ハウジング３０の上部に向かって上方に移動され得る。枢動アーム５２は、枢動アームがロッド３２に押し付けられるように、例えばねじりばね（図示せず）などのばねによって、弾性的に付勢され得る。ロッド３２の上方移動中に、枢動アーム５２は、取り外し可能なダイピース５０によって、枢動アームのカム表面７２との係合により、脇に押しやられる。取り外し可能なダイピース５９が枢動アームを越えて移動したら、枢動アーム５２に加えられている弾性付勢は、枢動アームを移動させて再びロッド３２と係合させる。このようにして、ロッド３２および取り外し可能なダイピース５０は、図２に示されている配置に戻される。次に、リベット挿入装置２は、別のリベットを被加工物２４または異なる被加工物に挿入するために使用され得る。代替的な構成では、枢動アーム５２の回転移動を制限して、ロッド３２と係合しないようにするストップが設けられてもよい。

アクチュエータ３１は、図２〜図６では詳細に示されていない。任意の適切なアクチュエータ、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第９３８７５５７号明細書に示されているようなアクチュエータが使用され得る。

従来技術と比較される本発明の利点は、リベット３の軸部７を変形させるのに十分な力を加えることができるアクチュエータをリベット挿入装置２のダイ側に設ける必要がないことである。リベットの軸部７を変形させるのに必要な力は、数十ｋＮ（例えば、７０ｋＮ以上）であり得る。代わりに、必要なのは、ロッド３２を移動させるのに十分な力（例えば、数ｋＮ以下）を提供するアクチュエータだけである。ロック（上記の）が、ロッド３２を所定の位置に保持する。ロックは、リベットの軸部７を変形させるのに必要な力に耐えるのに十分な強度がある。リベット５の軸部７を変形させる力は、駆動部１２によって駆動されるパンチ３を使用して加えられる。したがって、パンチ３を駆動する駆動部１２は、最初のリベット挿入ステップ（穿孔ステップと呼ばれ得る）および次のリベット軸部広げステップ（かしめステップと呼ばれ得る）の両方に使用される。これは、穿孔ステップにリベット側の駆動部を使用し、かしめステップにダイ側の駆動部を使用する代わりとなる。

リベット変形力を提供することができる駆動部が装置のダイ側に配置される場合、これは、かなりの体積を占めることになる。例えば、占められる体積は、図１に示されているハウジング１４および電気駆動部１２によって占められる体積と同様である。理解されるように、反対側にこのような駆動装置を有することに加えてダイ側にこのような大きな駆動装置を有することにより、非常にかさばる装置がもたらされる。このようなかさばる装置は、操作するのが困難であり、狭い体積内（例えば、接近するのが困難な車両の部分内）の被加工物の位置に接近することができない。この潜在的な問題は、本発明の実施形態によって回避される。なぜなら、リベット側の駆動部１２が、穿孔ステップおよび次のかしめステップに使用されるからである。

リベットかしめ力を提供するために油圧アクチュエータを使用することが可能な場合がある。油圧アクチュエータは比較的コンパクトであり、電気駆動部に比べて占める体積が少なくなり得る。しかしながら、油圧油の供給が困難であり得るため、また、油圧油に関連する安全衛生上の懸念があるため、油圧アクチュエータを使用しないことが好ましい。

本発明の実施形態のさらなる利点は、リベット変形力を加えることができる単一の駆動部のみが使用されるため、装置のコストが低い（リベット変形力を提供することができる駆動部がリベット側およびダイ側に設けられる装置と比較して）ことである。さらなる利点は、リベット挿入装置の総重量が低減されることである（リベット変形力を加えることができる駆動部は重い）。これにより、好適には、ロボットアームを使用するリベット挿入装置のより容易な操作が可能になる。

リベット５の軸部７の下端に力を加えることによってかしめステップを実行しようとすると、これによりリベットが被加工物から上方に押し出されるリスクがある。このリスクは、本発明の実施形態によって回避される。

再び図３を参照すると、第１のリベット挿入ステップの後、リベット３の頭部９は、被加工物２４の上面から突出している。軸部７の最下端は、被加工物２４の最下面と面一（または実質的に面一）である。第１のリベット挿入ステップ（穿孔ステップと呼ばれ得る）後のリベットのこの位置は、第２のリベット挿入ステップ（かしめステップと呼ばれ得る）中にリベットのさらなる下方移動を行うことを可能にするので望ましい。かしめステップ中のリベット３のこの下方移動は、取り外し可能なダイピース５０に対してリベットの軸部を変形させるために必要である。

リベットが被加工物に挿入されるとき、挿入に必要な力は、被加工物へのリベットの挿入深さの関数として徐々に増加する。特に、リベット頭部が被加工物に挿入されるときに、さらなる力が必要になる。これは、頭部の表面領域が大きく、この領域を被加工物の上層に押し込む必要があるためである。リベットを挿入するのに必要な力は、リベット挿入深さの関数として増加するため、リベットが挿入される深さは、穿孔ステップ中にリベットに加えられる力の選択によって制御され得る。力は、例えば、被加工物の層（特に、ＵＨＳＳの上層６０）の引張強度、被加工物層の厚さ、およびリベットの特性を考慮に入れる計算に基づいて選択され得る。追加的または代替的に、試行的なリベット挿入が、使用される望ましいリベット挿入力を決定するために使用されてもよい。慣性駆動がリベットを被加工物に打ち込むために使用される場合、パンチに加えられる力は、事前に決定され、穿孔ステップが開始されたら変更され得ない。したがって、穿孔ステップ中に加えられる力を、その穿孔ステップが行われる前に決定することが好適であり得る。

代替的な例では、パンチ３に加えられる力は、リベット挿入中に（例えば、電気モータによって）直接加えられ得る（すなわち、慣性駆動なし）。この場合、リベットに加えられる力は、フィードバックループを使用してパンチ（およびリベット）の位置の関数として制御され得る。フィードバックループは、例えば、位置エンコーダまたは他の位置測定装置から位置情報を受信し得る。この代替的な手法では、パンチに加えられている力が、パンチおよびリベットが所望の位置に達したときに（例えば、電気モータへの電源を切ることによって）停止され得る。所望の位置は、第１のリベット挿入ステップ（穿孔ステップ）の終了時のリベットの所望の位置であり得る。ダイが変更（または交換）されたら、次に、リベットが第２の所望の位置に前進するまで、リベットに力が再び加えられ得る。第２の所望の位置は、第２のリベット挿入ステップ（かしめステップ）の終了時の所望の位置であり得る。パンチによるリベットへの力の印加は、コントローラ２３によって制御され得る。

リベット５の形状は、最初のリベット挿入ステップ（穿孔ステップ）中にリベットが被加工物２４内に移動し過ぎないことを保証するのを助けるために選択され得る。これにより、被加工物内へのリベット５のさらなる移動が第２のリベット挿入ステップ（かしめステップ）中に行われ得ることが保証される。

一例では、リベット５は、面取りされた下面を有する頭部９を備えてもよい。面取りは、軸部７の上端から頭部９の外縁に及び得る（図２〜図６に示されているように）。面取りの角度は、例えば、リベットの中心軸線に垂直な線に対して２０°〜６０°の範囲であり得る。リベット挿入中に、面取りの下端が被加工物２４の上層６０に達すると、リベットを挿入するのに必要な力が大幅に増加する。リベットを被加工物２４内にさらに移動させるのに必要な力のこの大幅な増加は、第１のリベット挿入ステップ（穿孔ステップ）中にリベット挿入装置２によって加えられる力を超え得るものであり、結果として、リベットは被加工物内への移動を停止する。

代替的な形状では、面取りの代わりに、リベットは、軸部７と頭部９との間にアール状の接続部を備えてもよい。曲率半径は、リベットを被加工物２４に押し込み続けるのに必要な力が大幅に増加するように十分に大きくされ得る（例えば、少なくとも１．５ｍｍ）。同様に、これは、リベットを移動させるのに必要な力が、第１のリベット挿入ステップ中にリベット挿入装置２によって加えられる力を超えたとき、被加工物内へのリベットのさらなる移動を停止させ得る。

他の形態のリベット頭部が使用されてもよい。

リベット軸部を被加工物に挿入するのに必要な力は、例えば１０〜４５ｋＮの範囲であり得る。リベット頭部を被加工物に挿入し、リベット軸部をかしめるのに必要な力は、例えば３０〜８０ｋＮの範囲であり得る。

図２〜図６に示されている実施形態では、リベット５は、その下端に凹部（図示せず）を備える。一実施形態では、凹部は円錐形（例えば、９０°の夾角をなす）であり得るが、他の実施形態では、凹部は何らかの他の形状を有し得る。一実施形態では、凹部は１．７ｍｍの深さを有し得るが、他の実施形態では、凹部は、幾らかの他の深さ（例えば、１．７ｍｍ未満）を有し得る。リベット５は、例えば、軸部７の下端の凹部を取り囲む平坦な足部を有し得る。リベットの長さは、例えば、少なくとも５ｍｍであり得、例えば、最大で１０ｍｍまたはそれ以上であり得る。リベットの形状の例については、以下でさらに述べる。

上で指摘したように、面取りされた頭部をリベット３に設けることが望ましくあり得る。なぜなら、このタイプの頭部は、第１のリベット挿入ステップ（穿孔ステップ）中にリベットが被加工物２４の上層６０内に移動し過ぎることを阻止し得るからである。これは、例えば、最大で約５００ＭＰａの引張強度の上層６０でうまく機能し得る。しかしながら、引張強度が５００ＭＰａを超える材料の場合、面取りされた頭部を設けないことが望ましくあり得る。なぜなら、この頭部をＵＨＳＳ層に押し込んで、この層と面一にすることが非常に困難であり得るからである。この場合、過度でない力（例えば、最大で８０ｋＮ）を使用して軸部およびアール状部分をＵＨＳＳ層に完全に挿入することを可能にするのに十分に小さなアールが頭部の下に設けられ得る。このようなリベットは、「鍋」または「皿」頭リベット（“ｐａｎ” ｏｒ “ｆｌａｔ” ｈｅａｄｅｄ ｒｉｖｅｔｓ）と呼ばれ得る。このような形状が使用される場合、リベットの挿入が完了した後、リベット頭部は、被加工物２４の上層６０から突出したままである。リベット頭部の最下面は、被加工物２４の上面と接触してもよい（リベット頭部の最下面と被加工物との接触は望ましい）。

一般に、リベット頭部の下の設計は、穿孔ステップがリベットを被加工物に完全に挿入しないように選択され得、これにより、かしめステップが行われるとき、被加工物内へのリベットのさらなる移動が行われ得る。

本発明に関連して使用され得るリベットが、図７〜図１０に示されている。軸部と頭部との間に面取りされた接続部を有するリベットなど、他の形態のリベットが使用され得る。

最初に図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、鍋頭リベットが使用され得る。このリベット１００は、平坦な最下面１０１を有する一方で、湾曲した最上面１０３を有する頭部１０２を有する。リベット頭部１０２は、リベットの挿入が完了したときに被加工物から突出するように意図されている。３つのリブ１０４は、リベットの軸部１０６の途中から上に延び、リベットの頭部１０２の下側に辿り着くまで外側にテーパ状になっている。これらのリブは互いに周方向に１２０度離されている。軸部１０６の底部には凹部１０８が設けられている。この事例の凹部は、形状が円錐形であるが、何らかの他の形を有してもよい。軸部１０６の最下端には、平坦な足部１１０が設けられている。使用中、リベット１００が被加工物に挿入されるとき、平坦な足部１００は、被加工物２４に貫入し、被加工物の下層６２内に移動する。リブ１０４が上層６０（ＵＨＳＳ層であり得る）に入るとき、リベットをさらに移動させるためにはかなりのさらなる力が必要とされる。これは、リブ１０４を上層６０に押し込むためにかなりの力が必要とされるためである。このかなりのより一層の力は、パンチ３によって加えられる力を超え得るものであり、その結果、リベットは、被加工物２４内への移動を停止し得る。次のかしめステップ中に、リブ１０４を被加工物の上層に打ち込み、ダイに対してリベットの軸部を広げるために、十分な力がリベットに加えられ得る。他の場所で述べたように、リベットは凹部１０８を含むため、ダイにピップがなくても、リベットは広がる。必要に応じて、ピップを有するダイが使用され得る。

リブ１０４は、図１１Ｃの断面図に示されている。リブ１０４は、例えば、テーパ状の側面を有し得る（テーパ状の側面は、リブの外縁に対して９０°にある側面よりも鍛造を使用して形成するのがより容易である）。リブ１０４の厚さは、所望の閾値力レベル（すなわち、リブを被加工物に押し込むために超えられるべき力のレベル）に基づいて選択され得る。選択では、被加工物の上層の引張強度が考慮に入れられ得る。実施形態では、リブの厚さは、約１ｍｍであり得る。

リブ１０４の長さは、第１のリベット挿入ステップ中の、被加工物へのリベットの所望の貫入に基づいて選択され得る。実施形態では、リブ１０４の長さ（リベット１００の軸線方向で測定される）は、約２ｍｍであり得る。

さまざまな数のリブが設けられ得る。例えば、４つ以上のリブが設けられてもよい。

図１１に示されているリベットは平坦な足部１１０を有するが、他の足部の形状が使用されてもよい。足部の形状は、軸部が被加工物２４の上層６０（ＵＨＳＳ層であり得る）を通過するときに軸部の広がりが発生しないか、または軸部の無視できる広がりしか発生しないように選択され得る。例えば、ＵＨＳＳ上部シートを接合する場合、内側にテーパ状の足部は、早過ぎる広がりを発生させ得るため、好ましくない場合がある。しかしながら、他の実施形態では（例えば、被加工物の上層がＵＨＳＳよりも硬くない場合）、内側にテーパ状の足部を有するこのようなリベットが使用されてもよい。これは、かしめ工程後に被加工物の下層との最大の連結を提供するのに役立つため、有益である。

軸部の外縁（先端と呼ばれ得る）は丸められ得る。先端を丸めることで、第１のリベット挿入ステップ（穿孔ステップ）中にリベット軸部が広がる度合いがある程度制御され得る。先端の曲率半径が大きいと、リベット軸部の広がりは小さくなり、先端の曲率半径が小さいと、リベット軸部の広がりは大きくなる。丸められた先端１６の曲率半径は、少なくとも０．０５ｍｍであり得る。従来のリベット製造技術を使用する場合、０．０５ｍｍ未満の曲率半径を与えることは困難であり得る。曲率半径は、例えば、最大で０．３ｍｍであり得る。曲率半径は０．３ｍｍより大きくてもよい。しかしながら、曲率半径が大き過ぎる場合、これにより、被加工物の上層６０を突き通すリベットの能力が低下し得る。

空洞１０８は円錐形であるが、他の形状の空洞が使用されてもよい。

代替的なリベットが、図１２に示されている。このリベット１２０は、頭部１２２および軸部１２６を備える。軸部は、上側部分１２８および下側部分１３０を備える。上側部分１２８の直径は、下側部分１３０よりも大きい。面取りされた移行部１３２は、上側部分１２８と下側部分１３０との間に延びる。代替的な構成では、移行部は、例えば丸められ得る。リベット頭部１２２は、平坦な上面を有する。リベット頭部１２２は、接合が完了したときに被加工物から突出して着座するように意図されている。接合部が形成されるとき、リベット頭部の最下面は、被加工物の上面と接触してもよい（リベット頭部の最下面と被加工物との接触は望ましい）。軸部１３０の最下端には、平坦な足部１３６が設けられている。軸部１３０の最下端には、凹部１３４が設けられている。

移行部１３２は、第１のリベット挿入ステップ中に被加工物内へのリベットのさらなる移動を停止することが望まれるリベットシャフト上の点に配置されている。凹部の深さは、リベット軸部の下側部分の長さ未満である。凹部の深さは、リベット軸部の下側部分の長さの半分未満であってもよい。凹部を比較的浅くする（従来のリベットと比較して）ことは好適である。なぜなら、これにより、より強度の高いリベット軸部がもたらされるからである。

リベットの挿入中に、軸部１２６の下側部分１３０は、第１のリベット挿入段階中に被加工物２４に貫入する。面取りされた移行部１３２が被加工物と接触すると、リベットを被加工物に押し込み続けるのに必要な力が大幅に増加する。この力は、パンチ３によってリベットに加えられている力よりも大きくなり得、その場合、被加工物内へのリベットの移動は停止する。第２のリベット挿入ステップ（かしめステップ）中に、さらなる力がリベット１２０に加えられ、これにより、面取りされた移行部１３２および軸部の上側部分１２８が、被加工物２４に打ち込まれる。同時に、軸部１２６はダイと接触し、外側に広がる。軸部に凹部１３４が設けられているため、ダイはピップを必要としない。しかしながら、ピップを備えるダイが使用されてもよい。

リベットが被加工物２４の上層６０に穴を開けるときに軸部下側部分１３０がある程度広がる場合、上層に開けられる穴は、リベット軸部下側部分の広がっていない状態の直径よりも大きくなる。より大きな直径のリベット軸部上側部分１２８が、好適には、そのより大きな直径の穴を塞ぎ得る。これにより、リベットと被加工物２４の上層６０との間に隙間が存在する場合よりも疲労に対してより耐性のある接合部が提供され得る。リベット軸部上側部分１２８の直径は、下側部分によって開けられた穴よりも大きいため、上側部分を穴に押し込むために力の増加が必要とされる。

軸部上側部分１２８の直径は、例えば、軸部下側部分１３０の直径（被加工物へのリベットの挿入前に測定される）よりも１から１２％大きくてもよい。軸部上側部分１２８の直径と軸部下側部分１３０の直径との差は、所望の閾値力レベル（すなわち、軸部上側部分を被加工物に押し込むために超えられるべき力のレベル）に基づいて選択され得る。選択では、被加工物の上層の引張強度が考慮に入れられ得る。図示の実施形態の移行部１３２は面取りされているが、湾曲した移行部などの他の形態の移行部が使用されてもよい。図１２に示されているリベットは平坦な足部１３６を有するが、他の足部の形状が使用されてもよい。しかしながら、平坦な足部は、リベットに最大の柱強度を与えるため、平坦な足部が好ましくあり得る。空洞１３４はドーム形状であるが、空洞は何らかの他の形状を有してもよい。

さらなる実施形態によるリベットが、図１３に示されている。リベット１４０は、頭部１４２および軸部１４４を備える。リベット頭部１４２は、平坦な最上面を有し、接合が完了したときに被加工物から突出して着座するように意図されている。接合部が形成されるとき、リベット頭部１４２の最下面は、被加工物の上面と接触してもよい（リベット頭部の最下面と被加工物との接触は望ましい）。リッジ１４８が、軸部１４４の周りに周方向に延びる。この実施形態では、リッジ１４８は頭部１４２に隣接しているが、リッジは、軸部１４４のどこか他の位置に設けられてもよい（この位置は、第１のリベット挿入ステップに望まれるリベット挿入の深さに基づいて選択され得る）。リッジ１４８は、湾曲した外面を有し、例えば、約１ｍｍの曲率半径を有してもよい（ただし、何らか他の曲率半径が使用されてもよい）。軸部１４４の最下端には、平坦な足部１５０が設けられている。軸部１４４の最下端には、凹部１４６が設けられている。凹部は、円錐形の外側部分およびドーム形状の内側部分を有する。他の実施形態では、凹部は、何らかの他の形状を有してもよい。

リベット挿入中、軸部１４４は、第１のリベット挿入段階中に被加工物２４に貫入する。リッジ１４８が被加工物と接触すると、リベットを被加工物に押し込み続けるのに必要な力が大幅に増加する。この力は、パンチ３によってリベットに加えられている力よりも大きくなり得、その場合、被加工物内へのリベットの移動は停止する。第２のリベット挿入ステップ（かしめステップ）中に、さらなる力がリベット１４０に加えられ、これにより、リッジ１４８および軸部１４４の残りの部分が、被加工物２４に打ち込まれる。同時に、軸部１４４はダイと接触し、外側に広がる。軸部に凹部１４６が設けられているため、ダイはピップを必要としない。しかしながら、ピップを備えるダイが使用されてもよい。

リッジ１４８の外径と軸部１４４の直径との差は、所望の閾値力レベル（すなわち、軸部上側部分を被加工物に押し込むために超えられるべき力のレベル）に基づいて選択され得る。リッジ１４８の外径は、例えば、軸部１４４の直径（被加工物へのリベットの挿入前に測定される）よりも１から１２％大きくてもよい。選択では、被加工物の上層の引張強度または被加工物の上層の厚さ（より薄い材料はより容易に変形する）が考慮に入れられ得る。より小さなリッジは、被加工物のより高い強度の上層または被加工物のより薄い上層に使用され得、より大きなリッジは、被加工物のより低い強度の上層または被加工物のより厚い上層に使用され得る。リッジ１４８は丸い表面を有するが、リッジは、何らかの他の形状を有してもよい。図１３に示されているリベットは平坦な足部１５０を有するが、他の足部の形状が使用されてもよい。しかしながら、平坦な足部は、リベットに最大の柱強度を与えるため、平坦な足部が好ましくあり得る。空洞１３４は円錐形およびドーム形状であるが、空洞は何らかの他の形状を有してもよい。

凹部１４６の深さは、リベットのリッジ１４８から足部１５０までの距離の半分未満であってもよい。凹部を比較的浅くする（従来のリベットと比較して）ことは好適である。なぜなら、これにより、より強度の高いリベット軸部がもたらされるからである。

さらなる実施形態によるリベットが、図１４に示されている。リベット１６０は、頭部１６２および軸部１６４を備える。リベット頭部１６２は、平坦な最上面を同様に有し、接合が完了したときに被加工物から突出して着座するように意図されている。リベット頭部１６２の最下面は、接合部が形成されるときに被加工物の上面と接触してもよく（リベット頭部の最下面と被加工物との接触は望ましい）、リベットの挿入が完了したときに被加工物２４の最上面と面一になってもよい。図９〜図１１に示されているリベットとは異なり、軸部１６４の底部に凹部が設けられていない。したがって、他の場所で述べたように、かしめステップ中に軸部１６４の広がりを促進するために、ピップを含むダイが必要とされ得る。刻み付き帯状部１６６が、リベット軸部１６４の周りに延びる。刻み付き帯状部１６６は、リベット１６０の頭部１６２に隣接しているが、軸部１６４のどこか他の位置に設けられてもよい。刻み付き帯状部１６６は、例えば、リベットが鍛造された後に、リベット軸部１６４の選択された位置で帯状部に刻み目を付ける圧延機にリベットを移送することによって形成され得る。

リベット挿入中、軸部１６４は、第１のリベット挿入ステップ中に被加工物２４に貫入する。刻み付き帯状部１６６が被加工物に達すると、刻み付き帯状部１６６と被加工物との摩擦により、リベットが被加工物２４に貫入し続けるために必要な力が大幅に増加する。この力は、パンチ３によって加えられている力よりも大きくなり得、その場合、被加工物内へのリベットの移動は停止する。第２のリベット挿入ステップ（かしめステップ）中に、パンチ３によってさらなる力がリベット１６０に加えられる。このさらなる力は、刻み付き帯状部１６６と被加工物との摩擦に打ち勝つのに十分であり、したがって、リベットは被加工物にさらに貫入する。軸部１６４は、ダイ（例えば、ピップを有する）に押し付けられ、外側に広がる。

軸部１６４の刻み付き帯状部１６６の位置は、第１のリベット挿入ステップに望まれるリベット挿入の深さに基づいて選択され得る。

図示の実施形態では、軸部１６４に凹部が設けられていない。しかしながら、他の実施形態では、凹部が設けられてもよい。凹部の深さは、刻み付き帯状部１６６からリベットの足部までの距離の半分未満であってもよい。凹部を比較的浅くする（従来のリベットと比較して）ことは好適である。なぜなら、これにより、より強度の高いリベット軸部がもたらされるからである。

図７〜図１０に示されているリベットのさまざまな特徴的外形は互いに組み合わされ得る。

本発明の実施形態によるリベットの頭部直径は、例えば、約７．７５ｍｍであり得る（これにより、従来のリベット取り扱いシステムを使用してこのリベットを取り扱うことが可能になる）。他の実施形態では、リベットは、何らかの他の頭部直径（例えば、７．７５ｍｍ未満の頭部直径）を有してもよい。

本発明の実施形態によるリベットは、軸部の底部から上方に延びる凹部を有し得る。一般に、凹部を浅くすると、リベット軸部の強度は高くなるが、軸部を広げることはより困難になる。本発明の実施形態は、深さが２ｍｍ未満の凹部を有し得る。一部の実施形態では、軸部は、凹部を備えなくてもよい。

本発明の実施形態によるリベットは、軸部の下端で測定される直径が少なくとも５ｍｍ（例えば、約５．１ｍｍ＋／−０．１ｍｍ）の軸部を有し得る。本発明の実施形態によるリベットは、軸部の下端で測定される直径が最大で６ｍｍの軸部を有し得る。

本文書では、ＵＨＳＳという用語は、引張強度が８００ＭＰａ以上の鋼を意味すると考えられ得る。ＵＨＳＳの引張強度は、１０００ＭＰａ以上であってもよく、最大で２０００ＭＰａであってもよい。典型的なＵＨＳＳの引張強度は、例えば、約１５００ＭＰａ（例えば、プラスマイナス１００ＭＰａ）であり得る。

本文書では、何度も、上方移動および下方移動、上面および下面などに言及している。これらの用語は、図に示されている装置およびリベットの向きの文脈で使用されている。実際には、実施形態による装置およびリベットは任意の向きを有し得ることが理解されよう。使用される用語は、装置によって規定された基準フレームの文脈で解釈され得る。

穿孔ステップ中に使用されるダイとかしめステップ中に使用されるダイとを切り替えるための特定の装置が示され説明されているが、他の装置が使用されてもよい。

図示の実施形態では、リベット挿入ツールのノーズ２６が、被加工物２４をダイ３７の外側部分３４にクランプする。しかしながら、ノーズが被加工物をダイの一部にクランプする必要はない。例えば、代替的な構成では、ノーズは、ダイを取り囲むハウジングに被加工物をクランプし得る。一般に、ノーズは、被加工物をダイアセンブリの一部にクランプし得る。

ＵＨＳＳシートを含む被加工物を接合する従来技術の方法は、しばしば、硬度が５３０ＨＶ以上のリベットの使用を必要とする。しかしながら、本発明の実施形態を使用する場合、より柔らかいリベットが使用され得る。従来技術のリベットは、通常、本発明の実施形態に従って使用されるリベットよりも深い孔を必要とする（十分なリベットの広がりを達成するために、従来技術ではより深い孔が必要とされる）。このより深い孔は、リベットの柱強度を低下させるため、強度の低下を補償するために、より硬いリベット材料が必要とされる。本発明の実施形態では、リベットは、例えばリベットの長さの最大で４０％のより浅い凹部を有し得る（または凹部を有さなくてもよい）ため、より高い柱強度を有する結果として、リベットは、より柔らかい材料から形成され得る。例えば、硬度が５３０ＨＶ未満のリベットが使用され得る。例えば、ＵＨＳＳ（例えば、引張強度が１２００ＭＰａであり、かつ厚さが１．５ｍｍであるＵＨＳＳ）を含む被加工物に接合部を形成する場合、例えば、硬度が４５０ＨＶから５１０ＨＶの間のリベットが使用され得る。従来から使用されているものよりも硬度が低いリベットを使用することは好適である。なぜなら、硬度がより低いリベットはより容易に広げられ得、より破損しにくいからである。他の実施形態では、硬度が５１０ＨＶ以上のリベット（例えば、硬度が５３０ＨＶ以上のリベット）が使用されてもよい。

本発明の利点は、下の材料シート（例えば、マグネシウム、７０００系アルミニウム、鋳造アルミニウム、または炭素繊維）が非常に低い延性を示す被加工物に接合部を形成することができることである。従来のセルフピアシングリベットの方法は、このような被加工物に接合部を形成することができない。しかしながら、本発明の実施形態は、リベットの広がりに対応することができる。例えば、図８を参照すると、リベット５の軸部７は、被加工物２４の下で広げられる。リベット軸部７は、被加工物の下で広げられるため、広がるときに被加工物材料を外側に変位させる必要がない。したがって、被加工物材料を外側に押し出すことから生じる問題が回避される。本発明の実施形態がリベットの広がりに対応することができる別の方法は、外側にテーパ状の穴を被加工物に形成することによる（上でさらに説明したように）。

本発明のさらなる利点は、５０００系アルミニウムおよび低合金鋼などのより延性のある材料を含む被加工物に接合部を形成することができることである。したがって、本発明は、非常に低い延性の材料を含む被加工物に接合部を形成するために使用され得る一方で、非常に低い延性の材料を含まない被加工物に接合部を形成するためにも使用され得るという意味で非常に用途が広い。

上でさらに指摘したように、リベット受けダイ表面５４は、その中心に突起５５（ピップと呼ばれ得る）を含んでもよいし、実質的に平坦（すなわち、ピップなし）であってもよい。ピップが存在しない状態でリベット軸部７が十分に広がる場合、ピップを含まないダイが選択されてもよい。これは、例えば、被加工物２４に開けられた穴が外側にテーパ状である場合に当てはまり得る。なぜなら、リベット軸部７は、かしめステップ中に非常に容易に外側にかしめられ得るからである（リベット軸部によって被加工物材料を横に押す必要はほとんどまたはまったくない）。リベット軸部７の広がりを達成することがより困難である場合、例えば、被加工物の穴がほとんどまたはまったく外側にテーパ状になっていない場合、ピップを有するダイが、リベット軸部の広がりを促進するために使用され得る。

代替的な実施形態（図示せず）では、孔のあるダイ内側部分と孔のないダイ内側部分とを入れ替える代わりに、ダイ全体が交換されてもよい。すなわち、孔のあるダイが、孔のないダイに取り替えられてもよい。この場合、ノーズは、被加工物をダイアセンブリのハウジングまたは他の部分にクランプし得る。ダイを異なるダイに取り替え得る１つの方法は、一方のダイまたは他方のダイを所定の位置に移動させることを可能にする枢動支持体に２つのダイを設けることによる。ダイを所定の位置に保持し、リベット挿入力およびリベットかしめ力に耐えることができるロックが提供され得る。

Claims (21)

1. リベット挿入装置を使用してリベットを被加工物に挿入する方法であって、
   第１のリベット挿入ステップ中に、被加工物材料のスラグが前記被加工物から取り除かれ、ダイに設けられた孔の中に移動するように、パンチおよび前記ダイを使用して前記リベットを前記被加工物に打ち込むステップと、
   前記ダイを変更または交換してリベット受けダイ表面を用意するステップと、次に、
   第２のリベット挿入ステップ中に、前記リベットの軸部が前記リベット受けダイ表面によって据え込まれるように、前記パンチを使用して前記リベットをさらに前記被加工物に打ち込むステップと
   を含む、方法。
2. 前記リベットの挿入の全体を通して、前記被加工物が、前記リベット挿入装置のノーズによってダイアセンブリにクランプされる、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のリベット挿入ステップの後で、前記第２のリベット挿入ステップの前に、前記リベットの前記軸部の下端が、前記被加工物を越えて延びていない、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記リベットの前記軸部の前記下端が、前記第２のリベット挿入ステップの前に、前記被加工物の最下面と実質的に面一である、請求項３に記載の方法。
5. 前記ダイを交換することが、前記孔を備える前記ダイを取り除いて、前記リベット受けダイ表面を有するダイに取り替えることを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記ダイを変更することが、前記ダイの内側部分を取り除いて、前記リベット受けダイ表面を含むダイ内側部分に取り替えることを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記リベットが、前記リベットの前記軸部に沿って途中に特徴的外形を含み、前記特徴的外形は、前記特徴的外形が前記被加工物と接触したときに前記リベットを前記被加工物に押し込むのに必要な力が増加するように前記リベットと前記被加工物との係合を高める、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記リベット挿入装置が、前記リベットの位置を示すフィードバックを受信し、前記第１のリベット挿入ステップが前記リベットを所望の位置に挿入したときに力を加えることを停止する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. ノーズアセンブリ、パンチ、およびダイアセンブリを備えるリベット挿入装置であって、
   前記ダイアセンブリが、被加工物を受けるように構成されたクランプ表面を有するダイハウジングを備え、前記被加工物が、前記ノーズアセンブリによって前記クランプ表面に対してクランプされ、
   前記ダイアセンブリが、孔を含むダイと、リベット受け表面を有するダイとを入れ替えるように構成されたダイ交換装置をさらに含むか、またはダイ孔を備えるダイ内側部分と、ダイ受け表面を備えるダイ内側部分とを入れ替えるように構成されたダイ変更装置を含む、リベット挿入装置。
10. 前記ダイ交換装置が、一方のダイまたは他方のダイを前記ダイアセンブリのリベット受け位置に移動させることを可能にする枢動支持体に保持された２つのダイを備える、請求項９に記載のリベット挿入装置。
11. 前記ダイ変更装置が、前記ダイ孔が設けられた軸線方向に移動可能なロッドを備え、前記リベット受け表面を備える取り外し可能なダイピースをさらに備え、前記取り外し可能なダイピースが、前記軸線方向に移動可能なロッドの一端の位置に移動可能であるとともに、前記位置から移動可能である、請求項９に記載のリベット挿入装置。
12. 前記ダイアセンブリが、前記ダイまたは前記ダイ内側部分を所定の位置に保持するように構成されたロックを備える、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のリベット挿入装置。
13. 前記ダイアセンブリが、前記ダイまたは前記ダイ内側部分を移動させるように構成された電気アクチュエータまたは空気圧アクチュエータをさらに備える、請求項９〜１２のいずれか一項に記載のリベット挿入装置。
14. 頭部および円筒形の軸部を備えるリベットであって、当該リベットには、前記軸部の途中から上に前記頭部の下側まで延びる複数のリブが設けられている、リベット。
15. 前記リブが、前記頭部に向かって延びるにつれて外側にテーパ状になっている、請求項１４に記載のリベット。
16. 頭部と、凹部を備える円筒形の軸部とを備えるリベットであって、前記軸部が、上側部分および下側部分を備え、前記上側部分の直径が、前記下側部分よりも大きく、前記凹部の深さが、前記軸部の前記下側部分の長さ未満である、リベット。
17. 面取りされた移行部または湾曲した移行部が、前記軸部の前記上側部分と前記下側部分との間に延びている、請求項１６に記載のリベット。
18. 頭部および円筒形の軸部を備えるリベットであって、前記リベットは、前記軸部の周りに周方向に延びるリッジを備える、リベット。
19. 前記リッジが、湾曲した外面を有する、請求項１８に記載のリベット。
20. 頭部および円筒形の軸部を備えるリベットであって、当該リベットは、前記軸部の周りに延びる刻み付き帯状部を備える、リベット。
21. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法を使用して形成されたリベット接合部を備える車両。

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