部品を締結するための方法及びその方法を実行するためのファスナ

专利摘要:
本方法において、締結端部をもつスリーブ（２）と、スリーブ（２）内に配置され、スリーブ（２）を可塑的に変形させてその直径を増大させることができるマンドレルとを有するファスナ（１）の助けにより、少なくとも１つの部品（１４）が基部構成材（１２）に締結され、ファスナ（１）はその締結端部により基部構成材（１２）に締結され、部品（１４）は、基部構成材（１２）及びファスナ（１）に対して所定の位置に位置合わせされ、ファスナ（１）は部品（１４）の開口部（１５）を通って突出し、スリーブ（２）の直径は、マンドレルの助けにより、部品（１４）と基部構成材（１２）との間の領域において拡張され、座部（１８）が部品（１４）の裏側（１７）に形成され、対向する頭部（２０）が部品（１４）の頂部（１９）上にかしめられ、マンドレルは、後で少なくとも部分的に除去される。
公开号:JP2011514491A
申请号:JP2010548867
申请日:2009-02-26
公开日:2011-05-06
发明作者:ラインホルト オッパー；ミハエル クレンゲル；ヨーヘン ハイン
申请人:ニューフレイ リミテッド ライアビリティ カンパニー；
IPC主号:F16B19-10

专利说明:

[0001] 本発明は、部品の開口部を通って延び、締結端部により基部構成材の一部に締結され、その後可塑的に変形されるようにされたファスナの助けにより、少なくとも１つの部品を基部構成材に締結するための方法に関する。本発明はまた、当該方法を実行するためのファスナにも関する。
（関連出願の相互参照）
本出願は、その開示が引用により本明細書に組み入れられる２００８年２月２７日に出願された独国特許出願第１０ ２００８ ０１１ ３４４．１号に基づく優先権を主張する。]
背景技術

[0002] 前述の種類の方法が、特許文献１に開示される。この従来技術の方法においては、Ｔ字型のスタッドが、締結される部品の穴を通して挿入され、次いでその端面が、基部構成材の表面に電気溶接される。その後、その自由端に頭部を有するスタッドのシャンクが、端面が溶接された後に生成される第２の電気インパルスにより加熱され、同時に、頭部の裏側が部品の表面に接触するまで、かしめられる（スエージ加工される）。このプロセスにおいて、スタッドのシャンクは、これが、幾つかの区域において部品の穴を周方向に完全に塞ぐ程度までかしめることができる。この従来技術の方法は、接合の際、部品を基部構成材に対してしっかりと押し付けることができる用途にしか適さない。さらに、従来技術の方法は、スタッドが溶接される前に部品を基部構成材上に配置しなければならず、スタッドの溶接は、両方の部品がある状態で行なわれるという不利な点を有する。このことは、溶接方法、さらに部品のための材料の選択を大幅に制限する。また、スタッドをかしめるのに必要な力により基部構成材に応力がかかり、幾つかの状況下では、接合側とは反対に面する側で基部構成材をさらに支持する必要があることも不利である。]
[0003] 部品の接合は、製造許容差によりもたらされる寸法のばらつきが接合位置で生じるという問題をはらむことが多い。特に、自動車製造における薄板部品の接合では、接合時に、接合される部品又は組立体が歪んだり座屈したりしないように、製造許容差によりもたらされる接合位置における寸法のばらつきを補償しなければならない場合が生じ得る。接合の際にこのような寸法のばらつきを補償するために、補償ねじ付き接合部が、例えば、特許文献２から知られているが、これらは一般に、３つ又は４つの別個の要素からなり、高価で、取り付けが複雑である。]
先行技術

[0004] 独国特許第１０ ２００５ ００６，２５３ Ｂ４号
独国特許第１０ ８４ ７６６ Ｔ５号]
発明が解決しようとする課題

[0005] 本発明の目的は、部品と基部構成材との間の寸法のばらつきを補償し、部品の応力のない接合を可能にするに適した、冒頭に述べた種類の方法を特定することである。さらに、本方法は、実行するのが簡単かつ経済的でなければならない。本発明は、さらに、本方法を実行するのに適しており、かつ、製造が簡単かつ経済的なファスナを製造するさらなる目的を有する。]
課題を解決するための手段

[0006] 本発明によれば、特定された目的は、締結端部をもつスリーブと、該スリーブ内に配置された、スリーブを可塑的に変形させてその直径を増大させることができるマンドレルとを有するファスナの助けにより、少なくとも１つの部品を基部構成材に締結する方法により達成され、ファスナは、その締結端部により基部構成材に締結されることにより締結され、部品は、基部構成材及びファスナに対して所定の位置に位置合わせされ、ファスナは、部品の開口部を通して突出し、スリーブの直径は、部品で囲まれた領域において、マンドレルの助けにより拡張され、スリーブと部品との間に、付着力、特に穴の内側との表面接触が生成され、マンドレルは、後で少なくとも部分的に除去される。スリーブの拡張により、部品の裏側に座部が形成され、対向する頭部が部品の頂部上にかしめられることが好ましい。]
[0007] 本発明の方法の結果、部品間のゼロの離隔距離からスリーブの長さにより定められる離隔距離まで延びる領域において、部品を基部構成材に接合することが可能になる。このように、部品の歪み又は座屈を生じさせることなく、製造によりもたらされる既存の許容差の位置で、部品を基部構成材に接合することができる。ファスナが基部構成材に締結されると、ブラインドリベットの取り付けで知られている従来の工具の助けをかりて、マンドレルに引張力をかけることにより、ファスナと部品との間の接合が確立され、反力は、工具の助けにより、スリーブの自由端において支持される。従って、基部構成材又は部品に応力を加える著しい外力が生じることはない。部品の底部に座部が形成され、対向する頭部が部品の頂部の上にかしめられると、増大した引張力を用いて、頭部から離れるように対向する頭部から突出するマンドレルの一部分が破断され、そのため、ブラインドリベットに用いられるものと類似した方法で、マンドレルの一部が、変形し、除去される。ここで、２つの部品は、応力のない方法で互い対して予め配置された位置において、例えば、穴の内側との表面接触、又は、インターロック係合によるなど、少なくとも摩擦係合によって互いに固定される。代替的に、マンドレルを、変形したスリーブから外に完全に引き抜くこともできる。]
[0008] ファスナの締結端部は、例えば、溶接、はんだ付け、のり付けによって、又は、例えばねじ込みなど機械的に、種々の方法で基部構成材に締結することができる。しかしながら、好ましい締結形式は、特に自動車製造において実証され、安定しかつ迅速に生成できる、基部構成材とスリーブとの間の接続を保証する電気アーク溶接（ｄｒａｗｎ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ）である。本発明の別の提案に従って、溶接又ははんだ付けの際、ファスナの締結端部に環状リングを形成できるため、部品の裏側に、環状リングを収容できる、開口部を囲む凹部を設けることができる。このことにより、接合位置の近くであっても、部品を基部構成材に押し当てることができ、ファスナの助けにより、この位置において部品を接合することができる。]
[0009] 本発明の方法は、２つの異なるプロセス・シーケンスを可能にする。第１のプロセス・シーケンスによれば、最初に、ファスナ自体が、例えば溶接により基部構成材に締結される。次に、部品の開口部がファスナ上に配置され、所定の接合位置に運ばれる。代替的なプロセス・シーケンスでは、最初に、ファスナが部品の開口部を通して挿入され、その後、基部構成材に対するファスナの締結が行なわれる。しかしながら、このプロセス・シーケンスは、例えば、抵抗溶接等の特別な溶接プロセス、又は、非導電性材料からなる部品のいずれかを必要とする。さらに、ファスナを部品から電気的に絶縁し、ファスナが部品内に組み立てられた状態で、電気アーク溶接によりファスナを溶接することが可能である。]
[0010] 本発明によれば、ファスナは、締結端部をもつスリーブと、スリーブ内に配置された、スリーブを可塑的に変形させてその直径を増大させることができる、スリーブの外に突出するマンドレルとを含む。スリーブは、溶接により、特に電気アーク溶接方法により、取り付けるように設計された閉鎖端を有することが好ましい。マンドレルは、締結端部に隣接するより大きい直径の頭部と、スリーブから突出するより小さい直径のシャンクと、シャンクを頭部から取り外すことができる、頭部とシャンクとの間のくびれた切り離し部分とを有する。ファスナのスリーブは、円筒形の外面を有し、その内面は、マンドレルの頭部、シャンク、及び切り離し部分を緊密に囲むことが好ましい。]
図面の簡単な説明

[0011] 本発明によるファスナの第１の実施形態を示す。
本発明によるファスナの第２の実施形態を示す。
本発明の方法に従って確立された接合部を通る断面を示す。
本発明の方法に従って接合部を確立する際の個々のステップの概略図を示す。
本発明の方法に従って接合部を確立する際の個々のステップの概略図を示す。
本発明の方法に従って接合部を確立する際の個々のステップの概略図を示す。
本発明の方法に従って接合部を確立する際の個々のステップの概略図を示す。
本発明の方法に従って接合部を確立する際の個々のステップの概略図を示す。
本発明の方法に従って接合部を確立する際の個々のステップの概略図を示す。
本発明の方法に従って接合部を確立する際の個々のステップの概略図を示す。
本発明の方法に従って接合部を確立する際の個々のステップの概略図を示す。
本発明の方法に従って接合部を確立する際の個々のステップの概略図を示す。]
実施例

[0012] 本発明は、図面に示される例示的な実施形態に基づいて以下に詳細に説明される。
図１に示すファスナ１は、閉鎖底部３を有する円筒形スリーブ２で構成される。スリーブ２内には、頭部５と、シャンク６と、それらの間にくびれた切り離し部７とを有するマンドレル４が配置される。頭部５は、底部３と直接隣接し、円筒形状を有する。頭部５は、切り離し部７に面する側に肩部８を有し、この肩部は、円錐台のような形状で、切り離し部７の小さい直径への遷移部を形成する。切り離し部７も同様に円筒形である。切り離し部７は、直径が切り離し部７の直径より大きく、頭部５の直径より小さい、円筒形シャンク６の半径方向肩部と隣接する。シャンク６の長さの大部分は、スリーブ２から外に突出し、シャンクの自由端は、円錐台形状に面取りされる。シャンク６の長さは、主として取り付け工具の設計により決定され、工具のあご部は、変形及び切り離しに必要な引張力をシャンク６に伝達できるように、シャンク６に対して十分に大きい係合面を必要とする。] 図１
[0013] 図２に示すファスナ１ａの異なる実施形態においては、シャンク６ａの自由端に球状のキャップ９が設けられる。球状キャップ９は、シャンク６ａより大きい直径を有し、その裏側は、工具が係合することができる肩部１０を形成する。これにより、シャンク６ａの軸方向の長さを短く保つことが可能になる。さらに、球状キャップ９は、取り付けられる部品の開口部の配置及び通過を容易にするという利点を有する。球状キャップ９の最大直径は、スリーブ２ａの外径より大きくはない。] 図２
[0014] ファスナ１ａのスリーブ２ａは、頭部５ａに対して張り出し、溶接端部を形成するカラー１１を有する開放底部を有する。この設計により、ファスナ１ａの製造を簡単にすることが可能になる。]
[0015] 図３は、基部構成材１２と部品１４との間に本発明に従って確立された接合部を示す。ここでは、基部構成材１２は、可塑変形前に、溶接又は別の適切な方法によりファスナ１が取り付けられる部品を指す。基部構成材１２及び部品１４は、自動車産業において車体の構成に用いられるもののような薄板又はパネルであることが好ましい。] 図３
[0016] 図３に示す実施形態において、スリーブ２の底部３は、基部構成材１２に溶接される。組み立てのために、部品１４には開口部１５が設けられ、基部構成材と面する部品１４の裏側１７には、隆起リムにより形成された凹部１６が設けられる。部品１４を基部構成材１２に対して示される位置に保持するために、スリーブ２の壁部を拡張して座部１８を形成し、ここに部品１４の裏側１７が支持されるようにする。部品１４の上部１９には、かしめにより変形されたスリーブ２の上縁領域が、開口部１５の縁部の上に重なる環状の対向する頭部２０を形成し、これにより、部品１４が座部１８上の所定の位置に保持される。スリーブ２の拡張の際、マンドレル４の頭部５は、図示される位置に引き込まれる。この時点において、部品１４により与えられる、スリーブ２のさらなる拡張に対する抵抗の結果として、頭部５は、それ以上、上方に移動できなくなるため、マンドレルに作用する引張力、及び、関連して対向頭部２０のかしめが、ある程度増大をすると、マンドレル４のシャンクが、切り離し部７で破断する。] 図３
[0017] 図３に示す接合部の確立は、図４乃至図１２を用いて以下に説明される。] 図１２ 図３ 図４
[0018] 図４において、ファスナ１の底部３が、電気アーク溶接方法を用いて、溶接装置３０により基部構成材１２に溶接される。ここで、２つの部品の間の電気的接触が良好であるため、マンドレル４を通して溶接電流をスリーブ２に伝達することができる。] 図４
[0019] 図５は、溶接装置３０が除去された後の、ファスナ１が基部構成材１２に溶接された状態を示す。] 図５
[0020] 図６に示すように、次のステップにおいて、溶接されたファスナ１のスリーブ２上に開口部１５を有するように、部品１４を位置決めする。ここで部品１４がとる位置は、基部構成材１２と部品１４との間の種々の接触点がもたらす応力のない位置に対応するが、これを図では見えない。] 図６
[0021] 次に、図７に示すように、取り付け工具の先端部３２がマンドレル４のシャンク６上に配置され、その前端部３３がスリーブ２の端部と接触させる。] 図７
[0022] 図８及び図９において、マンドレル４のシャンク６が、先端部３２に引き込まれ、このプロセスにおいて、取り付け工具はスリーブ２に当たっている。このプロセス中、基部構成材１２と部品１４との間に配置されたスリーブ２の領域は、頭部５により底部から上部へと次第に可塑的に変形され、より大きい直径に拡張される。図９において、頭部５によって拡張されたスリーブ２の領域は、部品１４の開口部１５に当たり始めるため、頭部５による拡張に対してスリーブ２により与えられる抵抗が大きくなる。これに応じて、マンドレル４にかかる引張力及び先端部３２にかかる耐力も増大する。図１０から明らかであるように、このことにより、ここで、スリーブ２の材料が、部品１４の開口部１５の両側でかしめられ、スリーブ２と開口部１５の縁部との間に、穴の内側での表面接触が生じることになる。] 図８
[0023] マンドレル４に対する引張力のさらなる増大、従って、同じくこれに対向する先端部３２に対する耐力の増大により、図１１に示すように、座部１８及び対向する頭部２０が完全に形成される。最後に、切り離し部７が切り離され、マンドレル４のシャンクが、取り付け工具の中に引き込まれることになる（図１２を参照されたい）。] 図１１ 図１２
[0024] 説明された接合方法は、多くの利点を有する。第一に、接合プロセス中、基部構成材と部品との間に存在する間隙のサイズが保存される、つまり、部品が歪まないことは重要である。基部構成材と部品との間に存在する間隙のサイズは、ゼロとスリーブの長さにより制限される値との間で変化し得る。基部構成材の後部には突出部が生成されないため、接合プロセス全体を、基部構成材の片側から行なうことができる。基部構成材内に開口部を必要としないことから、いかなる場合でも、基部構成材に対してきつく接続されることが保証される。リベット留め又はねじ込み接続に要求されるような、一方が基部構成材にあり、他方が部品にある２つの穴の正確な位置合わせは、もはや必要とされない。接合部の製造には、使用される締結機能が統合された、単一のファスナのみが用いられる。接合部の製造には、スリーブの溶接取り付けのためのスタッド溶接、及び、ブラインドリベットの取付け用に知られているような引き抜き工具の助けによるファスナの変形等の、既存の実証済みの技術が用いられる。接続は恒久的であり、耐振動性であり、生成するのに経済的である。]
[0025] 本発明の例示的な実施形態が示され、説明されたが、当業者であれば、特許請求の範囲及びその均等物においてその範囲が定められる、本発明の原理及び精神から逸脱することなく、これらの実施形態に変更をなし得ることを理解するであろう。]
[0026] １、１ａ：ファスナ
２、２ａ：スリーブ
３：底部
４：マンドレル
５、５ａ：頭部
６：シャンク
７：切り離し部
８、１０：肩部
９：球状キャップ
１１：カラー
１２：基部構成材
１４：部品
１５：開口部
１６：凹部
１７：裏側
１８：座部
１９：頂部
２０：対向する頭部
３０：溶接装置
３２：先端部
３３：前端部]

权利要求:

請求項1
締結端部をもつスリーブと、前記スリーブ内に配置された、該スリーブを可塑的に変形させてその直径を増大させることができるマンドレルとを有するファスナの助けにより、少なくとも１つの部品を基部構成材に締結するための方法であって、前記ファスナは、前記締結端部により前記基部構成材に締結され、前記部品は、該基部構成材及び該ファスナに対して所定の位置に位置合わせされ、該ファスナは該部品の開口部を通って突出し、該スリーブの直径は、該部品で囲まれた領域において、前記マンドレルの助けにより拡張され、該スリーブと該部品との間に、付着力、特に前記穴の内側との表面接触が生成され、該マンドレルは、後で少なくとも部分的に除去されることを特徴とする方法。
請求項2
前記スリーブの前記直径は、前記マンドレルの助けにより、前記部品と前記基部構成材との間の領域において拡張され、該部品の裏側に、座部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
請求項3
対向する頭部が前記部品の頂部の上にかしめられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
請求項4
前記スリーブは、該スリーブが前記部品の前記開口部を完全に塞ぐように変形されることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
請求項5
前記部品の裏側には、前記開口部を囲む凹部が設けられることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
請求項6
前記スリーブの前記締結端部は、前記基部構成材の上に溶接されることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
請求項7
前記ファスナが前記基部構成材に締結された後、前記部品は前記ファスナ上に配置されることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
請求項8
前記スリーブは、前記マンドレルの頭部により可塑的に変形され、前記頭部は、前記付着力、又は前記座部及び対向する頭部の生成後に該マンドレルから分離され、前記変形されたスリーブ内に残されることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
請求項9
前記マンドレルは、前記付着力、又は前記座部及び対向する頭部の生成後に前記スリーブから完全に除去されることを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の方法。
請求項10
締結端部をもつスリーブと、前記スリーブ内に配置され、該スリーブから突出する、該スリーブを可塑的に変形させてその直径を増大させることができるマンドレルとを含む、少なくとも１つの部品を基部構成材に締結するためのファスナ。
請求項11
前記スリーブは、電気アーク溶接法を用いて、電気溶接により取り付けるように設計された閉鎖端を有することを特徴とする、請求項１０に記載のファスナ。
請求項12
前記スリーブは、開放端と、前記マンドレルに対して張り出し、かつ溶接端部を形成するカラーとを有することを特徴とする、請求項１０に記載のファスナ。
請求項13
前記マンドレルは、前記締結端部に隣接するより大きい直径の頭部と、より小さい直径のシャンクと、前記頭部と前記シャンクとの間のくびれた切り離し部とを有し、前記スリーブは、円筒形の外面を有し、その内面は該マンドレルを緊密に囲むことを特徴とする、請求項１０から請求項１２までのいずれか１項に記載のファスナ。
請求項14
基部と、穴を含む部品と、前記基部に溶接された底部と、前記底部から離れるように、前記部品に向かって延びるスリーブ部分と、前記底部とは反対の対向する頭部とを有する、該基部と該部品を接続するファスナと、を含み、前記スリーブは、概ね中空であり、かつ、マンドレル頭部を含み、前記ファスナは、前記穴を形成する前記部品の縁部において該部品に接続され、該部品の縁部は、該ファスナ内の座部と前記対向する頭部との間に保持されることを特徴とするファスナ組立体。
請求項15
前記部品は、前記穴に隣接して凹部を含むことを特徴とする、請求項１４に記載のファスナ組立体。