JP3725877B2

JP3725877B2 - Self-piercing rivet caulking machine and improved punch used in this caulking machine

Info

Publication number: JP3725877B2
Application number: JP2003036287A
Authority: JP
Inventors: 修一郎岩月; 雅藤田; 直哉藤井; 正樹山崎
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Fukui Byora Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Fukui Byora Co Ltd
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP2003305531A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セルフピアシングリベット用かしめ機及びこのかしめ機で用いられる改良されたポンチに関し、より詳しくは、ワークの板厚や材質、積層枚数等のワーク条件が変化しても、リベットの変更（全長が異なるリベットに交換）、ポンチの変更（皿径や皿深さが異なるポンチに交換）をせずに確実にシールド状態で且つリベットとワークの間及びワーク同士の間に隙間が無い強固なかしめ締結を行うことができ、しかも、ワーク上層部のダレ込みを極力小さくすることができるセルフピアシングリベット用かしめ機及びこのかしめ機で用いられる改良されたポンチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車製造等の分野において、車体の金属薄板同士をかしめ締結する際には、リベットの脚部が少なくとも下層ワークを貫通せず、脚部が下層ワーク内でテーパ状に拡径するかしめが行われることがある。ここで使用されるリベットはセルフピアシングリベットと称され、通常、脚部にその先端から基端部にかけて円筒状の中空部が形成され、先端面が開口している。
このようなかしめ締結を行えば、かしめ部から水漏れが生じないので、防水性に優れた車体を製造することができる。
【０００３】
ところで、ワークの板厚や材質、積層枚数等のワーク条件を変更する場合には、従来、かしめ用凹部の径（皿径）、同凹部の深さ（皿深さ）、かしめ用凹部中央に設けた隆起部の高さ（隆起高さ）が相違するポンチに交換し、或いは、脚長や脚径が相違するリベットに交換することで、かしめ後におけるワークのシールド状態すなわち最下層のワークがリベットによって貫通されない状態、及び、ワーク相互の接合強度を確保していた。ここで使用されるポンチは、従来、金属一体成形品のポンチであった。
【０００４】
このように、従来の一体成形型ポンチを用いる場合には、ワークの変化に応じて種々のポンチやリベットを用意する必要があった。この場合、リベットやポンチの在庫管理が煩雑になるとともにその管理費用が増大し、又、リベットやポンチの交換に必要な時間が作業のタイムロスに繋がるという問題があった。また、タイムロスや交換作業費をかけないようにするためには、リベットやポンチの種類に応じて多数のかしめ機が必要となり、かしめ機の設置スペースの拡大やかしめ装置にかかるコストも高くなるという問題があった。
【０００５】
尚、ワークの板厚や材質、積層枚数等のワーク条件に変更がある場合、その変更に対応してポンチの皿深さを変更しないと、ワークにリベットが打ち込まれていく工程において、リベットがワークを打ち抜きワーク下部を押し出す体積と、ポンチ皿部内の容積のバランスがとれなくなり、その結果、リベットが最下層ワークを突き破ってシールド状態とならないことがあり、又、リベットとワークの間及びワーク同士の間に隙間が生じて接合強度が低下すると共に接合の耐久性が低下するという問題があった。
【０００６】
また、従来より、リベット打ち込み用ステムの周面を囲むと共に該ステムに先行してワークの上面を押え付けるワーク押え部材を設けたかしめ機が提案されている（例えば、特表平９−５０６１５３号参照）。
従来提案されていたこの種のかしめ機は、上層ワークのダレ込みを小さくすることができたが、ワークの条件が変化した場合、かしめ時にワークに反りが発生するという問題が残っていた。ワークに反りが発生すると、かしめ作業後に、その反りを真直ぐに直したり、更に形状を整える等の作業が必要となっていた。
【０００７】
また、従来提案されていたこの種のかしめ機を用いた場合、ワークの厚みやリベットの全長等が変わると、かしめ後においてリベットの頭部上面がワークの上面から大きく出てしまったり、或いは、リベットの頭部上面がワークの中に大きく埋もれてしまうことが多かった。リベット頭部の位置がこのような状態にあると、ワークの接合強度（ワークの剥離強度、せん断強度、耐振強度）が低下するとともに、かしめを完了したもの同士の間で前記接合強度に大きなばらつきが生じ、該強度の安定性が欠けてしまうという問題があった。このため、安全を期すために強度計算上より多くの本数のリベットをかしめる必要があった。
尚、ワーク押え部材を有さないかしめ機においては、例えばリベット頭部上面を常に上層ワークの上面と同一平面上に位置させようとすると、ワークの条件が変わる度にステム駆動装置の油圧力やステムの移動ストロークを微調整する必要があり、この微調整にはかなりの熟練が必要であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、ワークの板厚や材質、積層枚数等のワーク条件が変化しても、リベットの変更（全長が異なるリベットに交換）、ポンチの変更（皿径や皿深さが異なるポンチに交換）をせずに確実にシールド状態で且つリベットとワークの間及びワーク同士の間に隙間が無い強固なかしめ締結を行うことができ、しかも、ワーク上層部のダレ込みを極力小さくすることができるセルフピアシングリベット用かしめ機及びこのかしめ機で用いられる改良されたポンチの提供を目的とする。
また、ワークの板厚や積層枚数が変化しても、リベットの変更（全長が異なるリベットに交換）、ポンチの変更（皿径や皿深さが異なるポンチに交換）の作業頻度が低下し、リベット頭部上面と上層ワークの上面との前後方向の距離をかしめ条件毎に常に一定にして、ワークの接合強度（ワークの剥離強度、せん断強度、耐振強度）の安定性を高めることができ、更に、ワーク押え部材の先端面をテーパ面にすることで、かしめによるワークの反り（歪み）をより小さくすることができるセルフピアシングリベット用かしめ機の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、頭部と中実又は中空の脚部とからなるセルフピアシングリベットの該脚部をかしめ変形させるポンチと、このポンチに向かって進退するステムと、このステムの周面を包囲するように配置されると共に該ステムに先行してワークの上面を押え付ける筒状のワーク押え部材とを備え、前記ポンチは、少なくとも外筒体と、この外筒体の内周面に内接し該外筒体の前後方向に沿って移動可能である内筒体と、この内筒体の内周面に内接すると共に先端部中央に隆起部を有する中心軸体とを備えるとともに、このポンチは、前記内筒体をその前後方向に移動させる内筒体移動手段に連結され、この内筒体移動手段は前記ステムが前進して前進端に到達しその状態を維持しているときに前記内筒体を前記ステムに向けて所定位置まで前進させる構成とされ、前記内筒体が前記所定位置に到達したとき、該内筒体の先端が下層ワークの下面に食い込み、前記リベットとワークの間及びワーク同士の間の隙間が小さくなり若しくは無くなることを特徴とするセルフピアシングリベット用かしめ機である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記内筒体移動手段は、該内筒体を所定方向に往復運動させ得るように構成されており、前記ワークの厚みや材質、積層枚数等のワーク条件、或いは、前記リベットの全長等のリベット条件、のうち少なくともいずれか一方の条件に応じて、前記内筒体が所定位置まで到達したときの該内筒体の前進量及び／又は該内筒体が所定位置まで到達したときの前記ポンチ先端部の皿深さの寸法を予め決められた寸法に設定し又は無段階に変更設定し、該内筒体を移動させることができることを特徴とする請求項１に記載のセルフピアシングリベット用かしめ機である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記内筒体移動手段を制御する制御手段は、前記ワークの厚みや材質、積層枚数等のワーク条件、或いは、前記リベットの全長等のリベット条件、のうち少なくともいずれか一方の条件に応じて、前記内筒体が所定位置まで到達したときの該内筒体の前進量及び／又は該内筒体が所定位置まで到達したときの前記ポンチ先端部の皿深さの寸法を予め設定記憶し、又は、同寸法を任意に変更設定することができることを特徴とする請求項１又は２に記載のセルフピアシングリベット用かしめ機である。
【００１２】
請求項４記載の発明は、前記ワーク押え部材の先端面は、内周縁から外周縁にかけて次第に前方へ迫り出すテーパ面とされることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のセルフピアシングリベット用かしめ機である。
【００１３】
請求項５記載の発明は、前記ステムの位置を制御するステム位置制御手段を備え、このステム位置制御手段は、前記ステムが前進して前進端に到達したとき、該ステムの先端面とこのワーク押え部材の先端内周縁との前後方向の距離を、様々な厚み或いは各種材質等のワークにより決定されるかしめ条件及び／又は、様々な全長或いは各種材質等のリベットにより決定されるかしめ条件を基に決められた最適な距離にすることを特徴とする請求項４に記載のセルフピアシングリベット用かしめ機である。
【００１４】
請求項６記載の発明は、頭部と中実又は中空の脚部とからなるセルフピアシングリベットの該脚部をかしめ変形させるポンチであって、このポンチは、少なくとも外筒体と、この外筒体の内周面に内接し該外筒体の前後方向に沿って移動可能である内筒体と、この内筒体の内周面に内接すると共に先端部中央に隆起部を有する中心軸体とを備え、前記内筒体は、このポンチに接続された内筒体移動手段によって前後方向に移動され、この内筒体移動手段は前記ステムが前進して前進端に到達しその状態を維持しているときに前記内筒体を前記ステムに向けて所定位置まで前進させる構成とされ、前記内筒体が前記所定位置に到達したとき、該内筒体の先端が下層ワークの下面に食い込み、前記リベットとワークの間及びワーク同士の間の隙間が小さくなり若しくは無くなることを特徴とする改良されたポンチである。
【００１５】
請求項７記載の発明は、前記内筒体移動手段は、該内筒体を所定方向に往復運動させ得るように構成されており、前記ワークの厚みや材質、積層枚数等のワーク条件、或いは、前記リベットの全長等のリベット条件、のうち少なくともいずれか一方の条件に応じて、前記内筒体が所定位置まで到達したときの該内筒体の前進量及び／又は該内筒体が所定位置まで到達したときの前記ポンチ先端部の皿深さの寸法を予め決められた寸法に設定し又は無段階に変更設定し、該内筒体を移動させることができることを特徴とする請求項６に記載の改良されたポンチである。
【００１６】
請求項８記載の発明は、前記内筒体移動手段を制御する制御手段は、前記ワークの厚みや材質、積層枚数等のワーク条件、或いは、前記リベットの全長等のリベット条件、のうち少なくともいずれか一方の条件に応じて、前記内筒体が所定位置まで到達したときの該内筒体の前進量及び／又は該内筒体が所定位置まで到達したときの前記ポンチ先端部の皿深さの寸法を予め設定記憶し、又は、同寸法を任意に変更設定することができることを特徴とする請求項６又は７に記載の改良されたポンチである。
これらの発明を提供することにより、上記課題を悉く解決する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係るセルフピアシングリベット用かしめ機を側面から見た部分断面図である。図２及び３は、図１におけるポンチ付近を拡大して示す部分断面図である。
【００１８】
第１実施形態に係るセルフピアシングリベット用かしめ機（１）は、ポンチ（２）と、このポンチに向かって進退するステム（３）と、このステム（３）の周面を包囲するように配置されると共に該ステム（３）に先行してワーク（１３）の上面を押え付ける筒状のワーク押え部材（３５）とを備えている。
以下、これら構成要素について詳説する。
【００１９】
ポンチ（２）は、図２に例示されるように頭部（４）と中実又は中空の脚部（５）とからなるセルフピアシングリベット（６）の該脚部（５）をかしめ変形させるものである。図示例には、中空の脚部（５）を有するリベット（６）が挙げられている。
このポンチ（２）は、図２及び３に示されるように、外筒体（７）と、この外筒体（７）の内周面に内接し該外筒体（７）の前後方向に沿って移動可能であり好ましくは常に先端部が外筒体（７）の先端面よりも前方に突出している内筒体（８）と、この内筒体（８）の内周面に内接すると共に先端部中央に隆起部（９）を有し好ましくはこの隆起部（９）の先端が常に内筒体（８）の先端面より後方に位置する中心軸体（１０）とを備えると共に、内筒体（８）をその前後方向に移動させる内筒体移動手段（１１）に連結されている。
【００２０】
内筒体移動手段（１１）は、内筒体（８）を所定方向に往復運動させ得るように構成されており、ワーク（１３）の厚みや材質、積層枚数等のワーク条件、或いは、リベット（６）の全長等のリベット条件、のうち少なくともいずれか一方の条件に応じて、内筒体（８）が所定位置まで到達したときの該内筒体（８）の前進量及び／又は該内筒体（８）が所定位置まで到達したときのポンチ（２）先端部の皿深さの寸法を予め決められた寸法に設定し又は無段階に変更設定し、該内筒体（８）を移動させることができる。
【００２１】
内筒体移動手段（１１）は、ステム（３）が前進して前進端に到達しその状態を維持しているときに内筒体（８）をステム（３）に向けて前記所定位置まで前進させる。内筒体（８）が前記所定位置に到達したとき、該内筒体（８）の先端が下層ワーク（１３）の下面に食い込み、リベット（６）とワーク（１３）の間及びワーク（１３）（１３）同士の間の隙間が小さくなり、若しくは無くなる（図８参照）。
【００２２】
内筒体移動手段（１１）の具体的構成は、特に限定されるものではないが、例えば以下の構成を採ることができる。
図１乃至３に示す例では、内筒体移動手段（１１）は、カム機構（１５）と、このカム機構（１５）を作動させる駆動装置（３０）とから構成されている。駆動装置（３０）の種類は特に限定されないが、例えば、油圧シリンダ等の各種シリンダ装置、或いは、サーボモータ等の各種モータを採用することができる。
カム機構（１５）は、ステム（３）の移動方向に対して直角な方向に往復運動するスライダ（２４）を備えている。このスライダ（２４）は、かしめ機（１）のフレーム（３１）上をスライドし、シリンダ装置やモータ等の駆動装置（３０）によって往復運動することができる。
【００２３】
スライダ（２４）には、所定形状のカム溝（２５）が形成されている。カム溝（２５）の形状は特に限定されるものではないが、例えば、図２乃至４に例示する如く、１又は複数の段差部をスライダ（２４）の移動方向に伸びる直線部で繋いだ形状（図４（ａ）参照）、若しくは、該スライダ（２４）のスライド方向に対して斜め方向に伸びる全傾斜型の直線形状（図４（ｂ）参照）とすることができる。このカム溝（２５）には、従動片（２６）が摺動自在に嵌め込まれている。この従動片（２６）は、内筒体（８）に設けられている。
スライダ（２４）をスライド移動させることにより、カム溝（２５）が従動片（２６）を内筒体（８）の前後方向へ移動させ、これに伴って、内筒体（８）が前後方向へ移動する。内筒体（８）を前進させることで、前述の如く該内筒体（８）の先端が下層ワーク（１３）の下面に食い込み、リベット（６）とワーク（１３）の間及びワーク（１３）（１３）同士の間の隙間が小さくなり、若しくは無くなる。
【００２４】
図２及び３に示される如くカム溝（２５）の段部を一段にした場合には、内筒体（８）の前進距離を１段階に設定することができる。図４（ａ）に示される如くカム溝（２５）の段部を複数段にした場合には、内筒体（８）の前進距離を複数段階に設定することができる。
内筒体（８）の前進距離を複数段階に設定した場合、リベット（６）とワーク（１３）の間及びワーク（１３）（１３）同士の間の隙間が小さくなり若しくは無くなるという効果に加え、ポンチ（２）の皿深さ、すなわち内筒体（８）の先端面と中心軸体（１０）先端部における隆起部（９）周辺の平坦面（３２）（図５乃至８参照）との距離を複数段階に変更することができるという効果を奏することができる。
【００２５】
図４（ｂ）に示される如くカム溝（２５）を全傾斜型の直線形状とした場合には、内筒体（８）の前進距離を無段階に設定することができる。この場合、ポンチ（２）の皿深さ、すなわち内筒体（８）の先端面と中心軸体（１０）先端部における隆起部（９）周辺の平坦面（３２）（図５乃至８参照）との距離を無段階に変更することができるという効果を奏することができる。
【００２６】
駆動装置（３０）は、該駆動装置（３０）の動きを制御する制御部（図示せず）に接続されている。この制御部は、例えば、かしめ機（１）を移動させるロボット（図示せず）等の制御部から、ワーク（１３）の厚みや材質、積層枚数等のワーク条件、リベット（６）の全長等のリベット条件に関する情報を含む信号を受けて駆動装置（３０）を作動させ、ステム（３）の降下端位置に対応した最適な位置まで内筒体（８）を前方へ移動（前進）させる。このときの前進距離の如何により、かしめ終了時におけるポンチ（２）の皿深さが決定する。この皿深さは、ワーク（１３）の厚みや材質、積層枚数等のワーク条件、或いは、リベット（６）の全長等のワーク条件のうちの少なくともいずれか一方の条件に応じて設定することができる。
【００２７】
尚、駆動装置（３０）を制御する制御部は、ワーク（１３）の厚みや材質、積層枚数等のワーク条件、或いは、リベット（６）の全長等のリベット条件、のうち少なくともいずれか一方の条件に応じて、内筒体（８）が所定位置まで到達したときの内筒体（８）の前進量及び／又は該内筒体（８）が所定位置まで到達したときのポンチ（２）先端部の皿深さの寸法を予め設定記憶し、又は、同寸法を任意に変更設定することができる。
この制御部は、ロボットから入力されるこれらの条件に応じて適宜に駆動装置（３０）を制御し、かしめ終了時におけるポンチ（２）先端部の皿深さを適切に変更することができる。
【００２８】
ここで、前記した適切な皿深さとは、かしめ完了時に、かしめ状態が完全なシールド状態となり、且つ、リベット（６）とワーク（１３）間、及び、ワーク（１３）（１３）間に隙間が最も生じにくい皿深さである。
尚、制御部は、ステム（３）の先端がワーク（１３）に接触したことをセンサ（図示せず）で検知し、その検知信号に基づいて駆動装置（３０）を作動させる。
かしめ位置、ワーク条件、リベット条件、カム溝（２５）の位置等の情報を記憶媒体により保存しておけば、品質情報として有用なものとなる。
【００２９】
次に、このかしめ機（１）の動作の一例について説明する。
まず、かしめ位置に対応して予め設定されたワーク厚やリベット全長等の情報を制御部に記憶させておく。ステム（３）の先端にリベット（６）を装着し、ポンチ（２）の上に、例えば３層に積層されたワーク（１３）を載置する。制御部は、記憶した設定ワーク条件やリベット条件の情報に基づいてスライダ（２４）を初期位置まで移動させる命令を駆動装置（３０）に与える。駆動装置（３０）は、この命令に従ってスライダ（２４）を移動させ、かしめ開始時に対応した位置まで内筒体（８）の先端部を突出させる。
【００３０】
スライダ（２４）を初期位置まで移動させたら、ワーク押え部材（３５）をステム（３）とともに前進させ、このワーク押え部材（３５）の先端で上層ワーク（１３）を押え付ける（図５参照）。リベット（６）がワーク（１３）に接触したら、該リベット（６）によるワーク（１３）の打ち抜きを開始する（図６参照）。
【００３１】
リベット（６）によるワーク（１３）の打ち抜きが終わり（図７参照）、該ステム（３）がその降下端位置に到達したら、ステム（３）が降下端位置に到達したことをセンサ等で検知する。尚、図７に示される如くワーク（１３）の打ち抜きが終わった段階では、リベット（６）とワーク（１３）の間及びワーク（１３）（１３）同士の間に隙間が生じていることがある。
前記検知信号は、制御部に入力される。制御部は、駆動装置（３０）を作動させ、内筒体（８）を前方所定位置まで移動させてそこで停止させる（図３、８参照）。このとき、ステム（３）は降下端位置で停止している。
内筒体（８）が前方所定位置に到達したとき、該内筒体（８）の先端が下層ワーク（１３）の下面に食い込み、リベット（６）とワーク（１３）の間及びワーク（１３）（１３）同士の間の隙間が小さくなり、若しくは無くなる（図８参照）。
【００３２】
この一連の動作の間に、ワーク（１３）はリベット（６）によってシールド状態で且つリベット（６）とワーク（１３）の間及びワーク（１３）同士の間に隙間が無い状態でかしめ締結される（図８参照）。かしめが完了したらステム（３）はワーク押え部材（３５）とともに後退し、これに伴って内筒体（８）は元の位置に戻る。かしめられた部分は、内筒体（８）の後退によって自動的に押し出される。
以上により、かしめ作業が完了する。
【００３３】
このかしめ作業においては、内筒体（８）の先端面が外筒体（７）の先端面及び中心軸体（１０）の先端部よりも常に前方へ突出しているので、ワーク押え部材（３５）の先端面と内筒体（８）の先端面との間でワーク（１３）を確実にクランプすることができる。これにより、かしめ時における上層ワーク（１３）のダレ込みを小さくすることができる。ダレ込みを小さくすることは、リベット（６）とワーク（１３）の間及びワーク（１３）（１３）同士の間の隙間を小さくすることに好影響を与える。
【００３４】
また、ステム（３）が降下端位置に達したときに、内筒体（８）の先端面が下層ワーク（１３）の下面を突き上げ、これによって内筒体（８）の先端が下層ワーク（１３）の下面に食い込む（図８参照）ので、リベット（６）とワーク（１３）の間及びワーク（１３）（１３）同士の間の隙間が確実に小さくなり、若しくは無くなることになる。これにより、ワーク（１３）（１３）同士の接合強度が向上するとともに、その接合状態が安定する。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態に係るかしめ機について説明する。
図９及び１０は、第２実施形態におけるかしめ工程を順に示す断面図である。この第２実施形態は、主として、ワーク押え部材（２３０）の先端がテーパ形状となっている点が上記第１実施形態と相違している。ポンチ（２）の構成・動作については、第１実施形態のポンチ（２）と同様とすることができる。
【００３６】
第２実施形態に係るセルフピアシングリベット用かしめ機（１）は、ポンチ（２）と、このポンチ（２）に向かって進退するステム（３００）と、このステム（３００）の周面を包囲するように配置されると共に該ステム（３００）に先行してワーク（１３０）の上面を押え付ける筒状のワーク押え部材（２３０）及びワーク押え部材（２３０）の前進後退位置を制御するワーク押え部材位置制御手段（図示せず）と、ステム（３００）の前進端位置を制御するステム位置制御手段（図示せず）とを備えている。
【００３７】
ワーク押え部材（２３０）は、その先端面（２４０）が、内周縁（２５０）から外周縁（２６０）にかけて次第に前方へ迫り出すテーパ面である（図９及び１０参照）。
ステム位置制御手段（図示せず）は、ステム（３００）が前進して前進端に到達したとき、該ステム（３００）の先端面とワーク押え部材（２３０）の先端内周縁（２５０）との前後方向の距離を、様々な厚み或いは各種材質等のワーク（１３０）により決定されるかしめ条件及び／又は、様々な全長或いは各種材質等のリベット（６）により決定されるかしめ条件を基に決められた最適な距離にする。
その最適距離は、例えば、ワーク上層部のダレ込み及び反りを極力小さくすることができる距離であり、一例として、かしめをした時にリベット（６）の頭部（４）上面を上層ワーク（１３０）の上面と同一平面上に位置させることができる距離である。
【００３８】
ステム位置制御手段（図示せず）の例としては、次のものが挙げられる。
ステム位置制御手段（図示せず）は、ワーク押え部材（２３０）がワーク（１３０）に当たって該ワーク（１３０）を押し付けたときに該ワーク押え部材（２３０）の位置を検出するセンサ（図示せず）と、このセンサからの検出信号に基づきステム（３００）の前進端位置を決定する演算装置（図示せず）とから構成される。ステム（３００）の駆動装置（３２０）（図１参照）は、前記演算装置から出た制御信号によりその動作が制御される。
【００３９】
次に、第２実施形態に係るかしめ機（１）の動作について説明する。
ここでは、ステム（３００）の先端面をワーク押え部材（２３０）の先端面（２４０）の内周縁（２５０）と同一平面上に位置させた場合を例にとって説明する。
ポンチ（２）の動作は、第１実施形態と同様とすることができるので、その説明を省略する。
まず、ステム（３００）の先端にリベット（６）を装着し、ポンチ（２）の上に、例えば３層に積層されたワーク（１３０）を載置する。
ワーク押え部材（２３０）を前進させ、その先端でワーク（１３０）の上面を押え付ける（図９参照）。ワーク（１３０）は、ポンチ（２）の先端面とワーク押え部材（２３０）の間で挟み付けられる。
【００４０】
ワーク押え部材（２３０）がワーク（１３０）の上面を押え付けたら、ステム（３００）が駆動装置（３２０）の作動によって前進する。駆動装置（３２０）は、例えばサーボモータ等によって構成されている。この駆動装置（３２０）は、様々な厚み或いは各種材質等のワークのかしめ締結、及び／又は、様々な全長或いは各種材質等のリベットの打ち込みに対応できるように、制御装置により数値制御できるようになっている。
【００４１】
ステム（３００）は、その先端面がワーク押え部材（２３０）の先端面（２４０）の内周縁（２５０）と同一平面上に位置まで前進する。後は、第１実施形態と同様、ポンチ（２）の突き上げを行って、かしめ作業が完了する（図１０参照）。
かしめ完了後は、ステム（３００）及びワーク押え部材（２３０）を元の位置へ戻す。
【００４２】
ワーク押え部材（２３０）の先端面（２４０）がテーパ面とされるので、ワーク（１３０）は、ワーク押え部材（２３０）に押え付けられている間、図１０に示されるように、やや山形状に弾性変形しているが、ワーク押え部材（２３０）による押圧力が除去されると、その山形に変形していた部分はほぼ元の平坦形状に復元する。
【００４３】
このような一連の過程を経てかしめ作業が行われることにより、ワーク（１３０）の条件が変化しても、リベット（６）の頭部（４）上面を常に上層ワーク（１３０）の上面と同一平面上に位置させることができ、これにより、ワークの接合強度（ワークの剥離強度、せん断強度、耐振強度）の安定性を高めることができる。
また、ワーク押え部材（２３０）の先端面をテーパ状に形成することで、かしめによるワーク（１３０）の反りをより小さくすることができる。これにより、反りを平坦に直す作業が不要となるか又は軽減される。
尚、ステム（３００）の先端面とワーク押え部材（２３０）の先端内周縁（２５０）との前後方向の距離は、様々な厚み或いは各種材質等のワーク（１３０）により決定されるかしめ条件及び／又は、様々な全長或いは各種材質等のリベット（６）により決定されるかしめ条件を基に決められた最適な距離であって必ずしもゼロではなく、ゼロ以外に設定された場合でも、相応の最適距離であれば、リベット（６）頭部上面と上層ワーク（１３０）の上面との前後方向の距離をかしめ条件毎に常に一定にして、ワーク（１３０）の接合強度（ワークの剥離強度、せん断強度、耐振強度）の安定性を高めることができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、ワークの板厚や材質、積層枚数等のワーク条件が変化しても、リベットの変更（全長が異なるリベットに交換）、ポンチの変更（皿径や皿深さが異なるポンチに交換）をせずに確実にシールド状態で且つリベットとワークの間及びワーク同士の間に隙間が無い強固なかしめ締結を行うことができ、しかも、ワーク上層部のダレ込みを極力小さくすることができるセルフピアシングリベット用かしめ機及びこのかしめ機で用いられる改良されたポンチを提供することができる。
また、リベット頭部上面と上層ワークの上面との前後方向の距離をかしめ条件毎に常に一定にして、ワークの接合強度（ワークの剥離強度、せん断強度、耐振強度）の安定性を高めることができ、更に、ワーク押え部材の先端面をテーパ面にすることで、かしめによるワークの反り（歪み）をより小さくすることができるセルフピアシングリベット用かしめ機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセルフピアシングリベット用かしめ機を側面から見た部分断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るセルフピアシングリベット用かしめ機のポンチ付近を側面から見た拡大断面図であり、かしめ開始前における内筒体の状態を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るセルフピアシングリベット用かしめ機のポンチ付近を側面から見た拡大断面図であり、かしめ終了時における内筒体の状態を示す図である。
【図４】本発明におけるスライダを示す図であり、（ａ）は、カム溝を複数の段差部をスライダの移動方向に伸びる直線部で繋いだ形状としたものを示す図、（ｂ）は、カム溝を全傾斜型の直線形状としたものを示す図である。
【図５】ポンチの動作を示す部分断面図である。
【図６】ポンチの動作を示す部分断面図である。
【図７】ポンチの動作を示す部分断面図である。
【図８】ポンチの動作を示す部分断面図であり、特に、内筒体が所定位置まで前進してその先端が下層ワークの下面に食い込んだ状態を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るセルフピアシングリベット用かしめ機によるかしめ工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るセルフピアシングリベット用かしめ機によってかしめられたワークの状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・かしめ機
２・・・・・・・改良されたポンチ
３，３００・・・ステム
４・・・・・・・頭部
５・・・・・・・中空脚部
６・・・・・・・セルフピアシングリベット
７・・・・・・・外筒体
８・・・・・・・内筒体
９・・・・・・・隆起部
１０・・・・・・中心軸体
１１・・・・・・内筒体移動手段
１３，１３０・・ワーク
１５・・・・・・カム機構
２４・・・・・・スライダ
２５・・・・・・カム溝
２６・・・・・・従動片
３５，２３０・・ワーク押え部材
２４０・・・・・先端テーパ面
２５０・・・・・内周縁
２６０・・・・・外周縁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a caulking machine for a self-piercing rivet and an improved punch used in the caulking machine. More specifically, even if a work condition such as a work plate thickness, a material, and the number of stacked layers changes, the rivet can be changed ( Replace with rivets with different overall lengths), change punches (change to punches with different dish diameters and dish depths), and be securely shielded with no gaps between rivets and workpieces or between workpieces The present invention relates to a caulking machine for a self-piercing rivet that can perform caulking and that can minimize the sagging of the upper layer of the work, and an improved punch used in the caulking machine.
[0002]
[Prior art]
In the field of automobile manufacturing and the like, when caulking and fastening thin metal plates of a vehicle body, rivet legs do not penetrate at least the lower layer workpiece, and caulking is performed so that the leg portion expands in a tapered shape within the lower layer workpiece. Sometimes. The rivet used here is called a self-piercing rivet, and a cylindrical hollow portion is usually formed in the leg portion from the distal end to the proximal end portion, and the distal end surface is opened.
By performing such caulking, water leakage does not occur from the caulking portion, so that a vehicle body excellent in waterproofness can be manufactured.
[0003]
By the way, when changing workpiece conditions such as workpiece thickness, material, number of layers, etc., conventionally, the caulking recess diameter (dish diameter), the recess depth (dish depth), and the caulking recess center Replace the punch with a different height (bump height), or replace it with a rivet with a different leg length or leg diameter. As a result, the workpiece is not penetrated and the bonding strength between the workpieces is ensured. The punch used here has hitherto been a metal integrated molded punch.
[0004]
As described above, when using the conventional integrally-molded punch, it is necessary to prepare various punches and rivets in accordance with changes in the workpiece. In this case, inventory management of rivets and punches becomes complicated and the management cost increases, and there is a problem that time required for exchanging rivets and punches leads to time loss of work. Also, in order to avoid time loss and replacement work costs, a large number of caulking machines are required depending on the type of rivets and punches, which increases the installation space for caulking machines and the cost for caulking equipment. There was a problem.
[0005]
If there is a change in workpiece conditions such as workpiece thickness, material, number of stacked layers, etc., the rivet will be driven in the process of driving the rivet into the workpiece unless the punch pan depth is changed in response to the change. The volume that punches out the workpiece and pushes out the lower part of the workpiece and the volume in the punch tray cannot be balanced. There was a problem that a gap was generated between the two layers, the bonding strength was lowered, and the durability of the bonding was lowered.
[0006]
Conventionally, a caulking machine has been proposed that surrounds the peripheral surface of a rivet driving stem and is provided with a work pressing member that presses the upper surface of the work in advance of the stem (for example, Japanese Patent Publication No. 9-506153). reference).
This type of caulking machine that has been proposed in the past can reduce the sagging of the upper layer work, but the problem remains that the work warps during caulking if the work conditions change. When warping occurs in the workpiece, after the caulking work, it is necessary to straighten the warping or further shape the work.
[0007]
In addition, when this type of caulking machine that has been proposed in the past is used, if the thickness of the workpiece, the overall length of the rivet, or the like changes, the upper surface of the head of the rivet greatly protrudes from the upper surface of the workpiece after caulking, or The upper surface of the rivet head was often buried in the workpiece. When the position of the rivet head is in such a state, the joint strength of the workpiece (work peel strength, shear strength, vibration resistance strength) decreases, and the joint strength varies greatly between those that have been caulked. And the stability of the strength is lost. For this reason, in order to ensure safety, it was necessary to caul a larger number of rivets in the strength calculation.
In a caulking machine that does not have a workpiece pressing member, for example, if the upper surface of the rivet head is always positioned on the same plane as the upper surface of the upper layer workpiece, the hydraulic pressure of the stem driving device It was necessary to finely adjust the moving stroke of the stem, and this fine adjustment required considerable skill.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such circumstances, and even if workpiece conditions such as workpiece thickness, material, and number of stacked layers change, rivets can be changed (replaced with rivets having different overall lengths) and punches can be changed. It is possible to perform strong caulking and fastening without any gaps between the rivet and the workpiece and between the workpieces without failing (change to a punch with a different pan diameter or pan depth) It is an object of the present invention to provide a self-piercing rivet caulking machine capable of minimizing the sagging of the upper layer portion and an improved punch used in the caulking machine.
In addition, even if the workpiece thickness and number of stacked sheets change, the work frequency of changing rivets (replacing rivets with different overall lengths) and punching (changing punches with different pan diameters and pan depths) decreases. The distance in the front-rear direction between the upper surface of the rivet head and the upper surface of the upper layer workpiece is always constant for each condition, and the stability of the workpiece bonding strength (work peel strength, shear strength, vibration resistance strength) can be improved. It is another object of the present invention to provide a caulking machine for self-piercing rivets that can further reduce the warpage (distortion) of the workpiece due to caulking by making the tip surface of the workpiece pressing member a tapered surface.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a punch for caulking and deforming a leg of a self-piercing rivet comprising a head and a solid or hollow leg, a stem that advances and retreats toward the punch, and a peripheral surface of the stem And a cylindrical workpiece pressing member that presses the upper surface of the workpiece in advance of the stem, and the punch has at least an outer cylinder and an inner peripheral surface of the outer cylinder. An inner cylinder that is inscribed and movable along the front-rear direction of the outer cylinder, and a central shaft that is inscribed in the inner peripheral surface of the inner cylinder and has a raised portion at the center of the tip, The punch is connected to an inner cylinder moving means for moving the inner cylinder in the front-rear direction, and the inner cylinder moving means is moved when the stem moves forward and reaches the forward end and maintains its state. The inner cylinder is directed to the stem at a predetermined position When the inner cylinder reaches the predetermined position, the tip of the inner cylinder bites into the lower surface of the lower layer workpiece, and the gap between the rivet and the workpiece and between the workpieces is reduced. Or, it is a caulking machine for self-piercing rivets characterized by disappearance.
[0010]
The invention according to claim 2 is configured such that the inner cylinder moving means can reciprocate the inner cylinder in a predetermined direction, and the workpiece conditions such as the thickness and material of the workpiece, the number of stacked layers, or the like The advance amount of the inner cylinder when the inner cylinder reaches a predetermined position and / or the inner cylinder is determined in accordance with at least one of the rivet conditions such as the total length of the rivet. The inner cylindrical body can be moved by setting the dimension of the dish depth of the tip of the punch when reaching the position to a predetermined dimension or steplessly changing the dimension. The caulking machine for self-piercing rivets described in 1.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, the control means for controlling the inner cylinder moving means is at least one of work conditions such as the thickness and material of the work, the number of stacked layers, and rivet conditions such as the total length of the rivets. Depending on one of the conditions, the amount of advancement of the inner cylinder when the inner cylinder reaches a predetermined position and / or the dish depth of the tip of the punch when the inner cylinder reaches a predetermined position The self-piercing rivet caulking machine according to claim 1, wherein the dimensions of the self-piercing rivet can be set and stored in advance, or the dimensions can be arbitrarily changed and set.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, the front end surface of the work pressing member is a tapered surface that gradually protrudes forward from the inner peripheral edge to the outer peripheral edge. It is a rivet caulking machine.
[0013]
The invention according to claim 5 is provided with a stem position control means for controlling the position of the stem. The stem position control means, when the stem moves forward and reaches the advance end, the tip surface of the stem and the workpiece. The distance in the front-rear direction from the inner periphery of the tip of the presser member is based on caulking conditions determined by workpieces of various thicknesses or various materials and / or caulking conditions determined by rivets of various full lengths or various materials. The self-piercing rivet caulking machine according to claim 4, wherein the distance is set to an optimum distance determined in accordance with (1).
[0014]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a punch for caulking and deforming a leg of a self-piercing rivet comprising a head and a solid or hollow leg, the punch comprising at least an outer cylinder and the outer cylinder. An inner cylinder that is inscribed in the inner circumferential surface of the body and movable along the front-rear direction of the outer cylinder, and a central shaft that is inscribed in the inner circumferential surface of the inner cylinder and has a raised portion at the center of the tip The inner cylinder is moved in the front-rear direction by an inner cylinder moving means connected to the punch, and the inner cylinder moving means maintains the state as the stem moves forward to reach the forward end. The inner cylinder is advanced to a predetermined position toward the stem when the inner cylinder reaches the predetermined position, and the tip of the inner cylinder bites into the lower surface of the lower layer workpiece when the inner cylinder reaches the predetermined position. , The gap between the rivet and the workpiece and between the workpieces It is an improved punch and said smaller becomes or eliminated it.
[0015]
The invention according to claim 7 is configured such that the inner cylinder moving means can reciprocate the inner cylinder in a predetermined direction, and the workpiece conditions such as the thickness and material of the workpiece, the number of stacked layers, or the like. The advance amount of the inner cylinder when the inner cylinder reaches a predetermined position and / or the inner cylinder is determined in accordance with at least one of the rivet conditions such as the total length of the rivet. The inner cylindrical body can be moved by setting the dimension of the dish depth of the punch tip when reaching the position to a predetermined dimension or steplessly changing the dimension. Is an improved punch.
[0016]
According to an eighth aspect of the present invention, the control means for controlling the inner cylinder moving means is at least one of work conditions such as the thickness and material of the work, the number of stacked layers, and rivet conditions such as the total length of the rivets. Depending on one of the conditions, the amount of advancement of the inner cylinder when the inner cylinder reaches a predetermined position and / or the dish depth of the tip of the punch when the inner cylinder reaches a predetermined position The improved punch according to claim 6 or 7, characterized in that the dimensions can be preset and stored, or the dimensions can be arbitrarily changed and set.
By providing these inventions, the above problems can be solved.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a caulking machine for a self-piercing rivet according to a first embodiment as viewed from the side. 2 and 3 are enlarged partial sectional views showing the vicinity of the punch in FIG.
[0018]
The caulking machine for self-piercing rivet (1) according to the first embodiment is arranged so as to surround a punch (2), a stem (3) that advances and retreats toward the punch, and a peripheral surface of the stem (3). And a cylindrical work pressing member (35) for pressing the upper surface of the work (13) prior to the stem (3).
Hereinafter, these components will be described in detail.
[0019]
The punch (2) caulks and deforms the leg (5) of a self-piercing rivet (6) comprising a head (4) and a solid or hollow leg (5) as illustrated in FIG. Is. The illustrated example includes a rivet (6) having a hollow leg (5).
2 and 3, the punch (2) is inscribed in the outer cylinder (7) and the inner peripheral surface of the outer cylinder (7) in the front-rear direction of the outer cylinder (7). The inner cylindrical body (8) that is movable along the inner cylindrical body (8) is preferably in contact with the inner cylindrical surface (8) that protrudes forward from the distal end surface of the outer cylindrical body (7). And a central shaft body (10) having a raised portion (9) at the center of the distal end portion, and preferably having the distal end of the raised portion (9) always positioned rearward from the distal end surface of the inner cylindrical body (8), It is connected to an inner cylinder moving means (11) for moving the inner cylinder (8) in the front-rear direction.
[0020]
The inner cylinder moving means (11) is configured to reciprocate the inner cylinder (8) in a predetermined direction. The inner cylinder body moving means (11) can be moved in a predetermined direction. The advance amount of the inner cylinder (8) when the inner cylinder (8) reaches a predetermined position and / or the rivet condition such as the total length of (6) and / or the When the inner cylindrical body (8) reaches a predetermined position, the dimension of the dish depth at the tip of the punch (2) is set to a predetermined dimension or set steplessly, and the inner cylindrical body (8) Can be moved.
[0021]
The inner cylinder moving means (11) moves the inner cylinder (8) toward the stem (3) to the predetermined position when the stem (3) advances and reaches the forward end and maintains the state. Move forward. When the inner cylinder (8) reaches the predetermined position, the tip of the inner cylinder (8) bites into the lower surface of the lower layer work (13), and between the rivet (6) and the work (13) and the work (13 ) (13) The gap between them becomes smaller or disappears (see FIG. 8).
[0022]
Although the specific structure of an inner cylinder moving means (11) is not specifically limited, For example, the following structures can be taken.
In the example shown in FIGS. 1 to 3, the inner cylinder moving means (11) includes a cam mechanism (15) and a drive device (30) for operating the cam mechanism (15). Although the kind of drive device (30) is not specifically limited, For example, various cylinder apparatuses, such as a hydraulic cylinder, or various motors, such as a servomotor, are employable.
The cam mechanism (15) includes a slider (24) that reciprocates in a direction perpendicular to the moving direction of the stem (3). The slider (24) slides on the frame (31) of the caulking machine (1) and can be reciprocated by a driving device (30) such as a cylinder device or a motor.
[0023]
The slider (24) is formed with a cam groove (25) having a predetermined shape. The shape of the cam groove (25) is not particularly limited. For example, as illustrated in FIGS. 2 to 4, a shape in which one or a plurality of stepped portions are connected by a linear portion extending in the moving direction of the slider (24). (See FIG. 4 (a)), or an all-inclined linear shape (see FIG. 4 (b)) extending obliquely with respect to the sliding direction of the slider (24). A driven piece (26) is slidably fitted in the cam groove (25). The driven piece (26) is provided on the inner cylinder (8).
By sliding the slider (24), the cam groove (25) moves the driven piece (26) in the front-rear direction of the inner cylinder (8). Accordingly, the inner cylinder (8) is moved in the front-rear direction. Move to. By advancing the inner cylinder (8), the tip of the inner cylinder (8) bites into the lower surface of the lower layer work (13) as described above, and between the rivet (6) and the work (13) and the work (13 ) (13) The gap between them becomes smaller or disappears.
[0024]
2 and 3, when the cam groove (25) has one step, the advance distance of the inner cylinder (8) can be set to one step. When the cam groove (25) has a plurality of steps as shown in FIG. 4A, the advance distance of the inner cylinder (8) can be set to a plurality of steps.
In addition to the effect that the gap between the rivet (6) and the workpiece (13) and between the workpieces (13) and (13) is reduced or eliminated when the advance distance of the inner cylinder (8) is set in a plurality of stages. The dish depth of the punch (2), that is, the tip surface of the inner cylinder (8) and the flat surface (32) around the raised portion (9) at the tip of the central shaft (10) (see FIGS. 5 to 8) It is possible to achieve an effect that the distance can be changed in a plurality of stages.
[0025]
When the cam groove (25) has a fully inclined linear shape as shown in FIG. 4 (b), the advance distance of the inner cylinder (8) can be set steplessly. In this case, the dish depth of the punch (2), that is, the tip surface of the inner cylinder (8) and the flat surface (32) around the raised portion (9) at the tip of the central shaft (10) (see FIGS. 5 to 8). ) Can be changed steplessly.
[0026]
The drive device (30) is connected to a control unit (not shown) that controls the movement of the drive device (30). This control unit is, for example, a control unit such as a robot (not shown) that moves the caulking machine (1), a work condition such as the thickness and material of the work (13), the number of stacked layers, the total length of the rivet (6), etc. The drive device (30) is actuated in response to a signal including information relating to the rivet condition, and the inner cylinder (8) is moved forward (advanced) to an optimum position corresponding to the lower end position of the stem (3). The pan depth of the punch (2) at the end of caulking is determined depending on the advance distance at this time. The dish depth may be set according to at least one of the work conditions such as the thickness and material of the work (13), the number of stacked layers, and the work conditions such as the total length of the rivet (6). it can.
[0027]
The control unit for controlling the driving device (30) is at least one of work conditions such as the thickness and material of the work (13), the number of stacked layers, and rivet conditions such as the total length of the rivet (6). Depending on conditions, the advance amount of the inner cylinder (8) when the inner cylinder (8) reaches a predetermined position and / or the punch (2) when the inner cylinder (8) reaches a predetermined position. The size of the dish depth at the tip can be set and stored in advance, or the same size can be arbitrarily changed and set.
This control unit can appropriately control the drive device (30) according to these conditions inputted from the robot, and can appropriately change the dish depth of the tip of the punch (2) at the end of the caulking.
[0028]
Here, the above-mentioned appropriate dish depth means that when the caulking is completed, the caulking state becomes a complete shield state, and there is a gap between the rivet (6) and the work (13) and between the work (13) and (13). The dish depth is the least likely to occur.
In addition, a control part detects that the front-end | tip of the stem (3) contacted the workpiece | work (13) with a sensor (not shown), and operates a drive device (30) based on the detection signal.
If information such as a caulking position, a work condition, a rivet condition, and a cam groove (25) position is stored in a storage medium, it is useful as quality information.
[0029]
Next, an example of the operation of the caulking machine (1) will be described.
First, information such as the workpiece thickness and the total rivet length set in advance corresponding to the caulking position is stored in the control unit. A rivet (6) is attached to the tip of the stem (3), and a work (13) laminated in, for example, three layers is placed on the punch (2). The control unit gives a command for moving the slider (24) to the initial position to the driving device (30) based on the stored information on the set work condition and the rivet condition. The drive device (30) moves the slider (24) according to this command, and projects the tip of the inner cylinder (8) to a position corresponding to the start of caulking.
[0030]
When the slider (24) is moved to the initial position, the work pressing member (35) is advanced together with the stem (3), and the upper layer work (13) is pressed by the tip of the work pressing member (35) (see FIG. 5). . When the rivet (6) contacts the work (13), punching of the work (13) by the rivet (6) is started (see FIG. 6).
[0031]
When the workpiece (13) has been punched by the rivet (6) (see FIG. 7) and the stem (3) has reached its lower end position, it is detected by a sensor or the like that the stem (3) has reached the lower end position. To do. As shown in FIG. 7, when the workpiece (13) has been punched, there is a gap between the rivet (6) and the workpiece (13) and between the workpieces (13) and (13). is there.
The detection signal is input to the control unit. A control part operates a drive device (30), moves an inner cylinder (8) to the front predetermined position, and stops there (refer FIG. 3, 8). At this time, the stem (3) is stopped at the lower end position.
When the inner cylinder (8) reaches a predetermined position in front, the tip of the inner cylinder (8) bites into the lower surface of the lower layer work (13), and between the rivet (6) and the work (13) and the work (13 ) (13) The gap between them becomes smaller or disappears (see FIG. 8).
[0032]
During this series of operations, the work (13) is caulked and fastened by the rivet (6) in a shielded state and with no gap between the rivet (6) and the work (13) and between the works (13). (See FIG. 8). When the caulking is completed, the stem (3) is retracted together with the work pressing member (35), and the inner cylinder (8) is returned to the original position accordingly. The caulked portion is automatically pushed out by the retraction of the inner cylinder (8).
Thus, the caulking work is completed.
[0033]
In this caulking operation, the tip surface of the inner cylinder (8) always protrudes forward from the tip surface of the outer cylinder (7) and the tip of the central shaft (10). ) And the workpiece (13) can be reliably clamped between the tip surface of the inner cylinder (8). Thereby, sagging of the upper layer work (13) at the time of caulking can be reduced. Reducing the sagging has a positive effect on reducing the gap between the rivet (6) and the work (13) and between the works (13) and (13).
[0034]
Further, when the stem (3) reaches the lower end position, the front end surface of the inner cylinder (8) pushes up the lower surface of the lower layer work (13), whereby the front end of the inner cylinder (8) becomes lower layer work ( 13) (see FIG. 8), the gap between the rivet (6) and the work (13) and between the work (13) and (13) is surely reduced or eliminated. Thereby, while joining strength of work (13) (13) improves, the joining state is stabilized.
[0035]
Next, a caulking machine according to a second embodiment of the present invention will be described.
9 and 10 are cross-sectional views sequentially showing the caulking process in the second embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment mainly in that the tip of the work pressing member (230) has a tapered shape. The configuration and operation of the punch (2) can be the same as the punch (2) of the first embodiment.
[0036]
The caulking machine for self-piercing rivet (1) according to the second embodiment surrounds a punch (2), a stem (300) that advances and retreats toward the punch (2), and a peripheral surface of the stem (300). The cylindrical work presser member (230) that presses the upper surface of the work (130) ahead of the stem (300) and the work presser member that controls the forward / backward position of the work presser member (230). Position control means (not shown) and stem position control means (not shown) for controlling the forward end position of the stem (300) are provided.
[0037]
The work pressing member (230) is a tapered surface whose front end surface (240) gradually protrudes forward from the inner peripheral edge (250) to the outer peripheral edge (260) (see FIGS. 9 and 10).
When the stem (300) moves forward and reaches the forward end, the stem position control means (not shown) is formed between the distal end surface of the stem (300) and the inner peripheral edge (250) of the distal end of the work pressing member (230). The distance in the front-rear direction is determined based on caulking conditions determined by workpieces (130) of various thicknesses or various materials and / or caulking conditions determined by rivets (6) of various full lengths or various materials. To the optimum distance.
The optimum distance is, for example, a distance that can minimize the sagging and warpage of the workpiece upper layer. For example, when caulking, the top surface of the head (4) of the rivet (6) is placed on the upper workpiece (130). It is the distance which can be located on the same plane as the upper surface of.
[0038]
Examples of stem position control means (not shown) include the following.
The stem position control means (not shown) is a sensor (not shown) that detects the position of the workpiece pressing member (230) when the workpiece pressing member (230) hits the workpiece (130) and presses the workpiece (130). ) And an arithmetic unit (not shown) for determining the forward end position of the stem (300) based on the detection signal from the sensor. The operation of the driving device (320) (see FIG. 1) of the stem (300) is controlled by a control signal output from the arithmetic device.
[0039]
Next, the operation of the caulking machine (1) according to the second embodiment will be described.
Here, a case where the tip end surface of the stem (300) is positioned on the same plane as the inner peripheral edge (250) of the tip end surface (240) of the workpiece pressing member (230) will be described as an example.
Since the operation of the punch (2) can be the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
First, the rivet (6) is mounted on the tip of the stem (300), and the workpiece (130) laminated in, for example, three layers is placed on the punch (2).
The work pressing member (230) is advanced, and the top surface of the work (130) is pressed by the tip (see FIG. 9). The work (130) is sandwiched between the front end surface of the punch (2) and the work pressing member (230).
[0040]
When the work pressing member (230) presses the upper surface of the work (130), the stem (300) moves forward by the operation of the driving device (320). The drive device (320) is configured by, for example, a servo motor. This drive device (320) can be numerically controlled by a control device so as to be able to cope with caulking and fastening of workpieces of various thicknesses or various materials and / or driving of rivets of various full lengths or various materials. It has become.
[0041]
The stem (300) advances to a position on the same plane as the inner peripheral edge (250) of the tip surface (240) of the workpiece pressing member (230). Thereafter, as in the first embodiment, the punch (2) is pushed up to complete the caulking operation (see FIG. 10).
After completion of caulking, the stem (300) and the work pressing member (230) are returned to their original positions.
[0042]
Since the front end surface (240) of the work pressing member (230) is a tapered surface, the work (130) is slightly piled as shown in FIG. 10 while being pressed against the work pressing member (230). Although the shape is elastically deformed, when the pressing force by the work pressing member (230) is removed, the portion that has been deformed into the mountain shape is restored to the substantially flat shape.
[0043]
By performing the caulking work through such a series of processes, the upper surface of the head (4) of the rivet (6) is always the same as the upper surface of the upper work (130) even if the conditions of the work (130) change. It can be positioned on a flat surface, and thereby the stability of the bonding strength of the workpiece (peeling strength of the workpiece, shear strength, vibration resistance strength) can be enhanced.
Moreover, the warp of the workpiece | work (130) by caulking can be made smaller by forming the front end surface of a workpiece pressing member (230) in a taper shape. This eliminates or reduces the need for flattening the warp.
The distance in the front-rear direction between the distal end surface of the stem (300) and the inner peripheral edge (250) of the distal end of the work pressing member (230) is determined by the caulking conditions determined by the work (130) of various thicknesses or various materials. / Or the optimum distance determined based on the caulking conditions determined by the rivets (6) of various total lengths or various materials, etc., and is not necessarily zero. If it is a distance, the distance in the front-rear direction between the top surface of the rivet (6) and the upper surface of the upper layer work (130) is always constant for each caulking condition, and the bonding strength (work peel strength, shear) of the work (130). The stability of strength and vibration resistance strength can be increased.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, even when workpiece conditions such as workpiece thickness, material, number of stacked layers, etc. change, rivets can be changed (replaced with rivets having different overall lengths), punches can be changed (punch with different dish diameters and dish depths). Can be securely clamped without any gaps between the rivet and the workpiece and between the workpieces, and the sag of the upper layer of the workpiece can be minimized. It is possible to provide a caulking machine for self-piercing rivets and an improved punch used in the caulking machine.
In addition, the longitudinal distance between the upper surface of the rivet head and the upper surface of the upper layer workpiece is always constant for each caulking condition, thereby improving the stability of the workpiece bonding strength (workpiece peel strength, shear strength, vibration resistance strength). In addition, it is possible to provide a caulking machine for self-piercing rivets that can further reduce the warpage (distortion) of the workpiece due to caulking by making the tip surface of the workpiece pressing member a tapered surface.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial sectional view of a caulking machine for a self-piercing rivet according to a first embodiment of the present invention as seen from the side.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the punch of the caulking machine for self-piercing rivets according to the first embodiment of the present invention as viewed from the side, and shows the state of the inner cylinder before the start of caulking.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the punch of the caulking machine for self-piercing rivets according to the first embodiment of the present invention as seen from the side, and shows the state of the inner cylinder at the end of caulking.
4A and 4B are diagrams showing a slider according to the present invention, wherein FIG. 4A is a diagram showing a cam groove having a shape in which a plurality of stepped portions are connected by linear portions extending in the moving direction of the slider, and FIG. FIG. 5 is a view showing a cam groove having a fully inclined linear shape.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing the operation of the punch.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing the operation of the punch.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing the operation of the punch.
FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing the operation of the punch, and in particular, is a view showing a state in which the inner cylinder has advanced to a predetermined position and the tip has bite into the lower surface of the lower layer workpiece.
FIG. 9 is a sectional view showing a caulking process by a caulking machine for self-piercing rivets according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state of a workpiece caulked by a caulking machine for self-piercing rivets according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 .... Caulking machine
2 ・・・・・・・・・・・ Improved punch
3,300 ... stem
4 ... head
5 .... Hollow leg
6 .. Self-piercing rivet
7 ・・・・・・・・・・・ Outer cylinder
8 .... Inner cylinder
9 ・・・・・・・ Bump
10 ・・・・・・ Center shaft
11... Inner cylinder moving means
13,130 ・・ Work
15 .... Cam mechanism
24 ・・・・・・ Slider
25 ・・・・・・ Cam groove
26 ..
35,230 ・・ Workpiece holding member
240 ... Tapered end surface
250 ... inner periphery
260 ... outer periphery

Claims

A punch for caulking and deforming the leg of a self-piercing rivet comprising a head and a solid or hollow leg, a stem that advances and retreats toward the punch, and a peripheral surface of the stem. And a cylindrical workpiece pressing member that presses the upper surface of the workpiece prior to the stem, and the punch is in contact with at least the outer cylindrical body and the inner peripheral surface of the outer cylindrical body, and the front and rear of the outer cylindrical body. An inner cylinder that is movable along a direction, and a central shaft that is inscribed in the inner peripheral surface of the inner cylinder and has a raised portion at the center of the tip, and the punch includes the inner cylinder Connected to the inner cylinder moving means for moving in the front-rear direction, the inner cylinder moving means moves the inner cylinder to the stem when the stem moves forward and reaches the forward end and maintains its state. To advance to a predetermined position When the inner cylinder reaches the predetermined position, the tip of the inner cylinder bites into the lower surface of the lower layer workpiece, and the gap between the rivet and the workpiece and between the workpieces is reduced or eliminated. A self-piercing rivet caulking machine.

The inner cylinder moving means is configured to be able to reciprocate the inner cylinder in a predetermined direction, and the work conditions such as the thickness and material of the workpiece, the number of stacked layers, or the rivet such as the total length of the rivet The amount of advancement of the inner cylinder when the inner cylinder reaches a predetermined position and / or the punch when the inner cylinder reaches a predetermined position according to at least one of the conditions 2. The caulking for self-piercing rivet according to claim 1, wherein the inner cylindrical body can be moved by setting the dimension of the dish depth of the tip part to a predetermined dimension or steplessly changing the dimension. Machine.

The control means for controlling the inner cylinder moving means is based on at least one of the work conditions such as the thickness and material of the work, the number of stacked layers, or the rivet conditions such as the total length of the rivets. The advance amount of the inner cylinder when the inner cylinder reaches a predetermined position and / or the dish depth dimension of the punch tip when the inner cylinder reaches a predetermined position are preset and stored. Alternatively, the self-piercing rivet caulking machine according to claim 1, wherein the same dimension can be arbitrarily changed and set.

The self-piercing rivet caulking machine according to any one of claims 1 to 3, wherein a tip surface of the work pressing member is a tapered surface that gradually protrudes forward from an inner peripheral edge to an outer peripheral edge.

Stem position control means for controlling the position of the stem, and the stem position control means is configured such that when the stem moves forward and reaches the forward end, the tip surface of the stem and the inner peripheral edge of the tip of the work pressing member The distance in the front-rear direction is an optimum distance determined based on caulking conditions determined by workpieces of various thicknesses or various materials and / or caulking conditions determined by rivets of various full lengths or various materials. The self-piercing rivet caulking machine according to claim 4, wherein:

A punch for caulking and deforming a leg of a self-piercing rivet comprising a head and a solid or hollow leg, the punch being inscribed at least on the outer cylinder and the inner peripheral surface of the outer cylinder An inner cylinder that is movable along the front-rear direction of the outer cylinder; and a central shaft that is inscribed in the inner peripheral surface of the inner cylinder and has a raised portion at the center of the tip. Is moved in the front-rear direction by the inner cylinder moving means connected to the punch, and the inner cylinder moving means moves the inner cylinder when the stem moves forward and reaches the forward end and maintains its state. The body is advanced to a predetermined position toward the stem, and when the inner cylinder reaches the predetermined position, the tip of the inner cylinder bites into the lower surface of the lower layer workpiece, and between the rivet and the workpiece and There is little or no gap between workpieces Improved punch characterized by comprising.

The inner cylinder moving means is configured to be able to reciprocate the inner cylinder in a predetermined direction. The amount of advancement of the inner cylinder when the inner cylinder reaches a predetermined position and / or the punch when the inner cylinder reaches a predetermined position according to at least one of the conditions The improved punch according to claim 6, wherein the inner cylinder can be moved by setting the dimension of the dish depth of the tip portion to a predetermined dimension or changing it steplessly.

The control means for controlling the inner cylinder moving means is based on at least one of the work conditions such as the thickness and material of the work, the number of stacked layers, or the rivet conditions such as the total length of the rivets. The advance amount of the inner cylinder when the inner cylinder reaches a predetermined position and / or the dish depth dimension of the punch tip when the inner cylinder reaches a predetermined position are preset and stored. The improved punch according to claim 6 or 7, wherein the same dimension can be arbitrarily changed and set.