专利名称：自动穿孔铆钉连接装置及该连接装置用的冲模的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动穿孔铆钉连接装置及该连接装置用的冲模，尤其是涉及在汽车组装等扳金组装作业(特别是铝车身的组装作业)中，可将多个板构件(或板构件和部件)，即被连接构件相互连接起来的自动穿孔铆钉连接技术。
背景技术：
自动穿孔铆钉连接装置的1例，记载在特表平8-505087号公报中。自动穿孔铆钉的一例示于图1中。自动穿孔铆钉具有大直径的头部和从该头部垂下的中空脚部，用连接装置的冲头和冲模打入例如2片车身壳体即被连接构件中，脚部穿透壳体且变形成脚部前端扩大的状态，通过该变形而扩开的脚部和大直径的头部将两片被连接构件相互连接起来。自动穿孔铆钉适合于不宜焊接的铝车身壳体的连接，现在轻量化进展很快的汽车车身采用铝车身，自动穿孔铆钉的需求增大。特别是，自动穿孔铆钉虽然穿透冲头侧的被连接构件，但，不穿透与冲模接邻的承受侧的被连接构件，而是以留在其中的方式打入，故承受侧的被连接构件的表面不形成自动穿孔铆钉的穿孔穴。因此，具有不损坏承受侧的被连接构件密封性，而且，能保持其外观原样的优点。
现在的自动穿孔铆钉的打入，在冲头的打入方向上，冲头侧的被连接构件的厚度，比与冲模接邻的承受侧之被连接构件厚时，自动穿孔铆钉脚部可倾斜地穿透承受侧被连接构件的、半径方向的穿透长度，即底切量少，往往不能获得足够的结合强度。其状态示于图1。图1所示为自动穿孔铆钉1打入2片被连接构件2和3内，将冲头侧的被连接构件2(图示例子中为1片，也可为多片)和接邻冲模的承受侧的被连接构件3连接起来的状态。自动穿孔铆钉1具有大直径头部4和从该头部垂下的中空脚部5。如图所示，冲头侧的被连接构件2比承受侧的被连接构件3厚时，自动穿孔铆钉的脚部5可倾斜地穿通承受侧的被连接构件3的、半径方向穿通长度即底切量6会减小，得不到将被连接构件3与被连接构件2结合起来所需的足够的强度。目前，冲头侧的被连接构件的厚度，与接邻冲模的承受侧的被连接构件的厚度之比，为了获得足够的接合力，而设为不超过2∶1。
另外，在变更被连接构件的极厚和层叠张数时，现在是通过将冲模更换成冲模的凹部直径(皿径)、冲模凹部的深度(皿深)、设在冲模凹部中央的隆起部的高度(隆起高度)不同的冲模，或更换成脚长和脚径不同的自动穿孔铆钉，从而确保了连接后的被连接构件的密封状态、即最下层的被连接构件未被自动穿孔铆钉贯穿的状态，以及被连接构件相互的接合强度。这里所使用的冲模，是金属整体成形品冲模。
这样，在使用现在的一体成形冲模的场合，需要根据被连接构件的变化来准备各种冲模和自动穿孔铆钉。这种情况下，存在着自动穿孔铆钉和冲模的库存管理繁杂、且管理费用增加。另外，还存在着更换自动穿孔铆钉和冲模所需时间而造成作业时间浪费的问题。为了不浪费时间和不花费更换作业的费用，需要很多适应自动穿孔铆钉和冲模种类的连接装置，存在着设置连接装置的空间扩大和连接装置所需的费用增加的问题。
在被连接构件的板厚和层叠张数有变化的情况下，若不使用与其变化相对应的合适的自动穿孔铆钉和冲模，则在将自动穿孔铆钉打入被连接构件的工序中，最下层被连接构件的垂下高度不为一定值，这样，最下层的被连接构件与冲模前端的隆起部接触的时间发生变化，自动穿孔铆钉往往会刺破最下层的被连接构件，而不能成为密封状态。若不能成为密封状态，则自动穿孔铆钉和被连接构件之间以及被连接构件之间会产生间隙，使接合强度降低，强度方面存在着产生波动的问题。而且，还存在着自动穿孔铆钉头部附近的被连接构件大变形的问题。
如上所述，由于冲头一侧的被连接构件的厚度与接邻冲模的承受侧的被连接构件的厚度之比有限制，故在自动穿孔铆钉的打入部位，为使承受侧的被连接构件的厚度不变成其他部分被连接构件的厚度之1/2以下的薄构件，打入方向有限制。例如，图1中的被连接构件2的厚度，与另外的被连接构件3的厚度之比，例如像3∶1或4∶1那样超过了2∶1时，若将承受侧被连接构件作为被连接构件3，而将自动穿孔铆钉打入时，如图所示，得不到足够的底切量，故得不到足够的连接强度。因此，使自动穿孔铆钉连接装置颠倒，将被连接构件2作为承受侧的被连接构件，或使被连接构件2和被连接构件3整体颠倒，同样，将被连接构件2作为承受侧被连接构件，将被连接构件2和3以足够的强度连接起来。但是，连接装置的颠倒和被连接构件的颠倒要花时间，不能迅速地进行连接作业。而且，因被连接构件形状或连接部位的限制等，往往不能进行上述颠倒动作。
在国际公开编号WO 00/23213号公报中公开了这样一种自动穿孔铆钉连接装置，该装置由将冲模固定于连接装置主体上的冲模主体，和在轴向上可移动地支承于冲模主体中的中央销构成，冲模主体上形成有凹部，该凹部对自动穿孔铆钉的脚部前端进行导向，使其向半径方向外方变形。该连接装置，在将自动穿孔铆钉打入被连接构件的最初，为了对自动穿孔铆钉的脚部中央进行定位，使中央销突出而与被连接构件接触，在打入自动穿孔铆钉的最后工序，中央销被冲模主体拉入。这种现有技术的自动穿孔铆钉连接装置，是对自动穿孔铆钉打入时的中心位置进行定位的装置，不是解决因向被连接构件的底切量不足而引起的不能牢固地连接的问题的装置。
发明内容
因此，本发明的第一个目的是提供一种减少或消除打入被连接构件的打入方向的制约的自动穿孔铆钉连接装置。
另外，现有技术如上所述，在不使用适合于被连接构件的板厚和层叠张数的自动穿孔铆钉和冲模的情况下，会在自动穿孔铆钉和被连接构件之间、以及被连接构件之间产生间隙，存在着接合强度降低，从而产生该强度波动的问题。另外，还存在着自动穿孔铆钉的头部附近的被连接构件大变形的问题。因此，本发明的第二个目的是提供一种自动穿孔铆钉连接装置及该装置所用的冲模，这种装置和冲模，即使被连接构件的板厚和层叠张数发生变化，也可在不用改变自动穿孔铆钉(换成全长不同的自动穿孔铆钉)、不用改变冲模(换成凹部直径和凹部深度不同的冲模)的情况下，在确实密封的状态下、且在自动穿孔铆钉和被连接构件之间、以及被连接构件之间没有间隙地进行牢固的接合，可使自动穿孔铆钉的头部附近的被连接构件的变形小。
为了达到该第一个目的，本发明的自动穿孔铆钉连接装置是这样一种自动穿孔铆钉连接装置，即具有冲头和冲模，该冲头用于将具有大直径的头部和从该头部垂下的中空脚部的自动穿孔铆钉打入多个被连接构件，将上述自动穿孔铆钉打入上述被连接构件时，上述脚部一边穿通被连接构件、脚部前端一边向半径方向外方扩展地进行变形，且该脚部前端不贯通与上述冲模接邻的承受侧的被连接构件，而留在其中地打入，利用上述变形扩开脚部和上述头部，将上述多个被连接构件相互连接起来，其特征在于，上述冲模由位于承受上述自动穿孔铆钉的脚部之中空部分的位置上、且向上述冲头延伸的中央销和冲模主体构成，该冲模主体在该中央销的外周侧形成有凹部，该凹部对上述自动穿孔铆钉的脚部前端进行导向，使其向半径方向外方变形，该冲模具有使该中央销向上述冲模主体进行相对移动的机构，该机构以这种方式构成，即上述中央销和上述冲模主体沿着朝向上述冲头的中央销的轴向可相对移动地被支承着，被上述冲头推压的自动穿孔铆钉被打入上述被连接构件，其脚部前端开始穿通上述承受侧的被连接构件时，上述中央销与该承受侧的被连接构件的冲模一侧的面接触。
根据该自动穿孔铆钉连接装置，在自动穿孔铆钉的脚部前端开始穿通与冲模接邻的承受侧的被连接构件时，冲模的中央销与该承受侧的被连接构件的冲模侧的面接触，由于在此之前中央销不作用于承受侧的被连接构件，故自动穿孔铆钉脚部在进入承受侧的被连接构件之前不扩开而直线前进，自动穿孔铆钉脚部开始穿通承受侧的被连接构件时，中央销顶出，使自动穿孔铆钉脚部前端开始向半径方向外方展开大而扩开，根据其展开的大小而获得充分的底切量。由于该充分的底切量，即使承受侧的被连接构件的厚度为另外的被连接构件(即冲头侧的被连接构件)的厚度的1/2以下的薄构件时，也能得到足够的接合力。因此，可减少或消除被连接构件打入方向的制约，可减少或节省如现有的连接装置那样将连接装置颠倒，或将被连接构件颠倒的工夫，可进行迅速的连接。即使是现在不能连接的打入方向，也可进行连接，消除了连接部位的制约，扩大自动穿孔铆钉的适用处或部位。
上述自动穿孔铆钉具有C形架，冲头安装在C形架的一端上，可向该C形架的另一端移动，冲模以承受被冲头打入的自动穿孔铆钉的方式与该冲头相向地安装在C形架的另一端上，冲模主体在中央销的轴向上可移动地支承在C形架的上述另一端上，中央销以销的前端贯通冲模主体、且向冲头突出的方式固定在C形架的上述另一端上，使中央销相对于冲模主体相对移动的机构，可用设在冲模主体和C形架之间、并将冲模主体向冲头侧推压的弹簧机构。
这种情况下，可动的冲模主体由冲头侧的大直径筒状部分和在C形架的上述另一端的安装孔中滑动的小直径筒状部分构成，在两筒状部分的中心，贯穿着可滑动地接受中央销的孔，而作为中空的筒状体形成。弹簧机构由设在大直径筒状部分和C形架之间的碟形弹簧构成，该碟形弹簧所施的力将可动的冲模主体向冲头侧推压，直至被冲头打入的自动穿孔铆钉的脚部前端穿通被连接构件而进入承受侧的被连接构件时为止，但，用冲头施加使自动穿孔铆钉脚部开始穿通承受侧的被连接构件的强有力的推压力时，是使冲模主体向C形架一侧移动，中央销可与该承受侧的被连接构件的冲模一侧的面接触的弹簧力。
另外，C形架的上述另一端形成有可滑动地收放冲模主体的小直径筒状部分的安装孔，该C形架的另一端，在与冲模相反一侧形成有与上述安装孔相连的大直径的中央销收放孔，冲模主体的小直径筒状部分可滑动地安装在安装孔内，中央销收放孔的内壁上形成有阴螺纹，中央销拧合在阴螺纹上便可收放在该中央销收放孔内。
在具有上述C形架上的自动穿孔铆钉上具有C形架，冲模主体固定在C形架的上述另一端上，该冲模主体上形成有将中央销以该销的前端贯通冲模主体而向冲头突出的方式进行收放的中央销收放室，中央销在中央销收放室中沿该销的轴向可移动地被支承着，使中央销相对于冲模主体移动的机构，也可以是利用油压或气压将中央销向冲头侧推压的液压或气压机构。这种情况下，液压或气压机构，在冲头所打入的自动穿孔铆钉的脚部前端穿通被连接构件而进入承受侧的被连接构件之前，不使中央销移动，但，利用冲头施加使自动穿孔铆钉脚部开始穿通承受侧的被连接构件的强推压力时，便使中央销动作，以便与上述承受侧的被连接构件的冲模一侧的面接触。
下面，为了达到第二个目的，本发明的自动穿孔铆钉连接装置备有使由头部和中空脚部构成的自动穿孔铆钉的该中空脚部进行连接变形的冲模，和向着该冲模进退的冲头，其特征在于，上述冲模备有外筒体；与该外筒体的内周面内切而且可沿着该外筒体的前后方向移动的内筒体；与该内筒体的内周面内切，可沿着该内筒体的前后方向移动，前端部中央具有隆起部的中央销，而且，该冲模与使上述内筒体在其前后方向上移动的内筒体移动机构、以及使上述中央销在其前后方向上移动的中央销移动机构连接。各移动机构单独地与上述冲头的动作联动，上述自动穿孔铆钉在由被连接构件的厚度及自动穿孔铆钉全长的条件导出的长度上将被连接构件打孔之前，使上述内筒体的前端、中央销的隆起部前端、以及外筒体的前端彼此位于大致同一平面上。上述自动穿孔铆钉在由被连接构件的厚度及自动穿孔铆钉全长的条件导出的长度上将被连接构件打孔、或使上述内筒体和中央销单独地移动到设定的后方规定位置，并使其在此停止，而且，此时的内筒体和中央销的移动速度被设为与上述冲头的移动速度基本一致的速度。这些内筒体和中央销到达各自的上述规定位置后，上述中央销的前端部周缘和上述内筒体的前端位于大致同一平面上。
在上述连接装置上，上述内筒体移动机构及中央销移动机构可分别由将上述冲头的运动转变成上述内筒体、或中央销的前后方向运动的连杆机构、和凸轮机构构成。
上述连接装置，也可设成具有停止位置设定机构的装置，该停止位置设定机构根据上述被连接构件的厚度或自动穿孔铆钉的全长中的至少任一方的条件，对上述内筒体的后方停止位置和上述中央销的后方停止位置进行设定、变更。
另外，上述连接装置所用的冲模，是使具有大直径的头部和从该头部垂下的中空脚部的自动穿孔铆钉的该中空脚部进行连接变形的冲模，其特征在于，该冲模具有外筒体；与该外筒体的内周面内切、且可沿着该外筒体的前后方向移动的内筒体；与该内筒体的内周面内切，可沿着该内筒体的前后方向移动、且前端部中央具有隆起部的中央销，上述内筒体通过与该冲模连接的内筒体移动机构而在前后方向上移动，上述中央销通过与该冲模连接的中央销移动机构进行移动，各移动机构单独地与上述冲头的动作连动，上述自动穿孔铆钉在根据被连接构件的厚度和自动穿孔铆钉全长的条件导出的长度上、在将被连接构件打孔之前，使上述内筒体的前端、中央销的隆起部前端、以及外筒体的前端彼此位于大致同一平面上，上述自动穿孔铆钉在根据被连接构件的厚度及自动穿孔铆钉全长的条件导出的长度上，在将被连接构件打孔之后，将上述内筒体和中央销移动至单独设定的后方规定位置，并且，此时的内筒体和中央销的移动速度被设定为基本与上述冲头的移动速度一致的速度，内筒体和中央销到达各自的上述规定位置时，上述中央销的前端部周缘和上述内筒体的前端位于大致同一平面上。
提供以上所述的自动穿孔铆钉连接装置和冲模，上述问题便全部解决了。
图1是表示用现有的连接装置打入自动穿孔铆钉后的被连接构件的连接状态。
图2是本发明一实施例的自动穿孔铆钉连接装置的概略正视图。
图3是本发明一实施例的自动穿孔铆钉连接装置的冲模部分之断面图。
图4是表示用图2及图3所示的自动穿孔铆钉连接装置，将自动穿孔铆钉打入被连接构件的中途的状态的冲模和冲头部分的断面图。
图5是表示用本发明的连接装置将自动穿孔铆钉打入被连接构件，从而将被连接构件相互连接起来的状态的、和图4一样的断面图。
图6是本发明其他实施例的自动穿孔铆钉连接装置之冲模部分的断面图。
图7是从侧面看本发明的自动穿孔铆钉连接装置的部分断面图。
图8是从A方向看图7所示的连接装置的部分断面图。
图9是从A方向看图7的冲模之放大断面图。
图10是从侧面看图7的冲模之放大断面图(包含内筒体移动机构)。
图11是从侧面看图7的冲模之放大断面图(包含中央销移动机构)。
图12A-图12C是按工序表示冲模的动作的断面图，图12A是表示连接的初期阶段，图12B是表示连接的中间阶段，图12C是表示连接的最后阶段之图。
图13是表示用本发明的连接装置连接起来的被连接构件之断面图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的实施例作说明。
首先，对与上述第一目的相对应的本发明的实施例作说明。
图2是表示本发明一实施例的自动穿孔铆钉连接装置9的整体概略情况。图2中，自动穿孔铆钉连接装置9，具有设置了往多关节型机器人臂(未图示)上连接的连接部10的C形架11。C形架11由刚体构成，该刚体是由安装有上部水平臂部分及连接部10的垂直臂部分和下部水平臂部分组成一体而形成的。C形架11的上部水平臂部分的端部即一端侧，安装有成为自动穿孔铆钉连接装置的主要部分的连接机构部13。在连接机构部13上的前端(图2中的下端)侧，可移动地安装有冲头14，冲头14的更前端侧设有接收部15。被送到接收部15、且在那里被保持的自动穿孔铆钉(例如参照图1的自动穿孔铆钉1)，被冲头14打入。冲头14上方设有主轴驱动部17，压入冲头14，便将保持在其下侧的接收部上的自动穿孔铆钉打入。冲模18，安装在C形架11的下部水平臂端部即C形架的另一端上。主轴驱动部17，包括例如驱动用电动马达19和传递马达的旋转力的减速齿轮机构21及齿轮机构22、利用马达的旋转力一边旋转、一边上下运动的丝杠23，电动马达旋转、丝杠便向下运动，该运动传递给冲头14，于是，将接收部15所保持的自动穿孔铆钉强有力地压入冲模18一侧。多个被连接构件(例如，参照图1的被连接构件2和3)被载置在冲模18上，通过冲头14的下降，自动穿孔铆钉便一边对多个被连接构件进行穿孔、一边插入，从而将这些被连接构件相互连接起来。
以承受自动穿孔铆钉的方式安装在C形架11的另一端上的、本发明的冲模18的详细情况示于图3。图3中，冲模18由中央销25和冲模主体27构成，该中央销位于自动穿孔铆钉脚部的中空部分、更详细地说位于承受自动穿孔铆钉脚部的轴心位置的位置，且向冲头延伸，该冲模主体形成有凹部26，该凹部对自动穿孔铆钉的脚部前端进行导向，使其围绕中央销25的外周向半径方向外方变形。中央销25和冲模主体27，沿着朝向冲头14的中央销25的轴向可相对移动地被支承在C形架11的另一端部上。在该实施例中，冲模主体27在中央销25的轴向上，可移动地被支承在C形架11上，中央销25固定在C形架11上，贯通冲模主体27，销的前端向冲头14突出。因此，可动冲模主体27由冲头侧的大直径的筒状部分30，和在形成于C形架11上的安装孔31中滑动的小直径的筒状部分33构成，可滑动地接收中央销25的孔34以贯通两筒状部分之中心的中空筒状体方式形成。在C形架11上，在冲模主体27的安装孔31的下方还形成有大直径中央销的收装孔35，中央销收装孔35的内壁上形成有阴螺纹。中央销25形成有大直径圆筒状安装部38，其外周面上形成有与中央销收装孔35的阴螺纹相适合的阳螺纹。这样，将中央销25的安装部38拧入中央销收装孔35内，中央销25便可固定在C形架11上。另外，在C形架11上安装有止动螺钉39，以使中央销25的固定不松动。
本发明设有使中央销25相对于冲模主体27移动的机构，以便在用冲头14将已压入的自动穿孔铆钉打入被连接构件，其脚部前端开始穿通承受侧的被连接构件(参照图1的被连接构件3)时，中央销25不与承受侧的被连接构件之冲模一侧的面接触。图3所示的实施例，是设在冲模主体27和C形架11之间而将冲模主体27向冲头14一侧推压的弹簧机构。具体地说，弹簧机构由设在大直径筒状部分30和C形架11之间的碟形弹簧41构成。碟形弹簧41，载置在设于C形架11上的座40上，防止碟形弹簧41挠曲时C形架磨损。蝶形弹簧41的施力，即，将大直径筒状部30向冲头侧上推的力，在用冲头打入的自动穿孔铆钉的脚部前端穿通被连接构件而进入承受侧的被连接构件时为止，一直将可动冲模主体向冲头侧推压。在用冲头施加使自动穿孔铆钉脚部开始穿通承受侧之被连接构件的较强的推压力时，冲模主体27向C形架11一侧移动，设定成中央销25可与承受侧之被连接构件的冲模一侧的面接触的弹簧力。另外，小直径筒状部33的下端，设有止动用C形环42，以使冲模27不会因上述碟形弹簧的施力而脱离安装孔31。
参照图4和图5对用这种自动穿孔铆钉连接装置9将自动穿孔铆钉打入的动作进行说明。图4中，自动穿孔铆钉1从送给部(未图示)自动送给接收部15，在接收部15中以位于冲头14下方的方式被保持着。冲头14，受到来自主轴驱动部17(图2)的推压力后，降到下方，将自动穿孔铆钉1打入冲头侧的被连接构件2中。通过该打入，自动穿孔铆钉1的中空脚部5穿通被连接构件2而前进。如图4所示，本发明中在打入的第一阶段，由于冲模18的冲模主体27处于拱起状态，中央销25不与接邻冲模18的承受侧的被连接构件3接触，故铆钉脚部5不在被连接构件2中扩开而一直前进。然后，铆钉脚部5的穿通动作向前进展而到达接邻冲模的承受侧的被连接构件3，来自冲头14的向自动穿孔铆钉的推压力，变成相当于铆钉脚部5穿通其承受侧的被连接构件3那么大的强力时，碟形弹簧41挠曲，冲模主体27下降到C形架11一侧。其形态示于图5。
图5中，自动穿孔铆钉1的脚部5的前端开始穿通与冲模18接邻的承受侧的被连接构件3时，中央销25的前端与承受侧之被连接构件3的冲模一侧的面接触。中央销25起这样的作用，即，抗拒承受冲头14之推压力的承受侧的被连接构件的推压力，顶出接触位置的承受侧之被连接构件3的部分，由于其位置位于自动穿孔铆钉1的脚部5的中心位置，故使得自动穿孔铆钉1的铆钉脚部5的前端向半径方向外方扩展大，从而开始扩开。这样，脚部5以向半径方向外方扩展大的方式变形，从而在承受侧的被连接构件中穿通，在贯通承受侧的被连接构件之前结束打入动作。但，脚部5向半径方向的变形量大，可充分获得脚部5的半径方向的穿通长度，即底切量。2片被连接构件2和3，通过自动穿孔铆钉1的变形扩开脚部5和大直径头部4而相互连接起来。本发明中，由于扩开的脚部5的足够的底切量，故即使承受侧的被连接构件3的厚度为另外的被连接构件2(即冲模侧的被连接构件)的厚度的1/2以下的薄构件，被连接构件2和3也能以足够大的接合力相互接合起来。于是，可减少或消除被连接构件之打入方向的制约，可减少或节省像现有的自动穿孔铆钉连接装置那样将连接装置颠倒、或将被连接构件颠倒所需的工夫，可迅速地进行连接。而且，即使是现在不能连接的打入方向也可连接，消除了连接部位的制约，扩大了自动穿孔铆钉的适用处或部位。
图6是表示本发明自动穿孔铆钉连接装置的另外的实施例，该实施例中，冲模43由与冲头14相向地固定在C形架11上的冲模主体45，和可移动地保持在冲模主体45中的中央销46构成。为此，冲模主体45内形成有中央销收放室47，该收放室以销的前端贯通冲模主体、且向冲头14突出的方式收放中央销46。中央销46，沿着销的轴向可移动地被支承在中央销收放室47中。因此，在该实施例中，中央销46向冲头14一侧移动。用于该移动的机构，是用泵49等从中央销收放室47的下部供液压或气压，将中央销46向冲头侧推压的液压或气压机构。该液压或气压机构，在被冲头14打入的自动穿孔铆钉的脚部前端5穿通冲头侧的被连接构件2而进入承受侧的被连接构件3之前，不使中央销46移动，但通过冲头14施加较强的推压力而使铆钉脚部5开始穿通承受侧的被连接构件3时，以使中央销46不贯通承受侧的被连接构件3而留在其中的方式进行打入。使用图6的冲模43的情况也和就图4和图5说明的情况一样，在将自动穿孔铆钉1打入了被连接构件2和3的场合，自动穿孔铆钉1的脚部5以足够的底切量穿通承受侧的被连接构件3中。
下面，对与上述第二个目的对应的本发明实施例作说明。
图7是从侧面看本发明的自动穿孔铆钉连接装置的部分断面图。图8是从A方向看图7所示的连接装置的部分断面图。图9～图11是将图7的冲模放大后表示的断面图。
本发明的自动穿孔铆钉连接装置(51)，是包括冲模(52)和朝向该冲模进退的冲头(53)的连接装置。另外，包围着冲头(53)的周面设置有筒状接收部(85)。
以下，对这些构成要素作说明。
冲模(52)如图7所例示的那样，是使由头部(54)和从该头部(54)垂下的中空脚部(55)构成的自动穿孔铆钉(56)的该中空脚部(55)进行连接变形用的。
该冲模(52)如图12所示，具有外筒体(57)；与该外筒体(57)的内周面内切、且沿着该外筒体(57)的前后方向可移动的内筒体(58)；与该内筒体(58)的内周面内切、沿着该内筒体(58)的前后方向可移动，且前端部中央具有隆起部(59)的中央销(60)，并且与内筒体移动机构(61)和中央销移动机构(62)连接，其中，内筒体移动机构使内筒体(58)在其前后方向上移动，中央销移动机构使中央销(60)在其前后方向上移动。图7仅示出了中央销移动机构(62)，内筒体移动机构(61)未图示。
各移动机构(61)、(62)，单独地与冲头(53)的动作连动。这些移动机构(61)、(62)，在自动穿孔铆钉(56)(参照图13)根据被连接构件(63)的厚度和自动穿孔铆钉(56)的全长的条件导出的长度上，对被连接构件(63)进行穿孔之前，使内筒体(58)的前端、中央销(60)的隆起部(59)的前端以及外筒体(57)的前端彼此位于大致同一平面上(参照图9～图11和图12A)。
自动穿孔铆钉(56)在根据被连接构件(63)的厚度和自动穿孔铆钉(56)的全长的条件导出的长度上，对被连接构件(63)进行穿孔后，使内筒体(58)和中央销(60)移动至单独设定的后方规定位置，并在此停止。这时，内筒体(58)和中央销(60)的移动速度，被设定为与冲头(53)的移动速度基本一致的速度。这些内筒体(58)和中央销(60)到达各自的上述后方规定位置时，中央销(60)的前端部周缘和内筒体(58)的前端位于大致同一平面上(参照图12C)。
内筒体(58)和中央销(60)到达各自的上述后方规定位置时，中央销(60)的前端部周缘和内筒体(58)的前端也可完全位于同一平面上，但，中央销(60)的前端部周缘也可比内筒体(58)的前端位于稍前方位置。中央销(60)的前端部周缘即使位于稍前方位置，该形态也不会干扰下层的被连接构件(63)的变形。
另外，在主要连接工序的初始阶段(参照图12A)和最终阶段(参照图12C)之间的中间阶段，冲模(52)之中央销(60)的前端部周缘和内筒体(58)的前端位于大致同一平面上(参照图12B)。这时，中央销(60)的前端部周缘和内筒体(58)的前端也可完全位于同一平面上，中央销(60)的前端部周缘也可比内筒体(58)的前端位于稍前方位置。
在中间阶段，中央销(60)的前端部周缘和内筒体(58)的前端位于大致同一平面上之后，在中央销(60)的前端部周缘与内筒体(58)前端的位置关系保持不变的情况下，中央销(60)和内筒体(58)移动到最终阶段的规定位置(参照图12C)。
内筒体移动机构(61)和中央销移动机构(62)的具体结构没有特别限制，例如，可采用以下结构。
在图7～图11所示的例子中，内筒体移动机构(61)和中央销移动机构(62)，分别由将冲头(53)的运动变换成内筒体(58)或中央销(60)的前后方向的运动之连杆机构(64)及凸轮机构(65)构成。
连杆机构(64)，有使内筒体(58)移动用的连杆机构，和使中央销(60)移动用的连杆机构，这些连杆机构(64)分开设置[图7中仅示出中央销(60)用的连杆机构]。连杆机构(64)与冲头(53)的动作联动。
连杆机构(64)如图7例示的那样，可由例如3段连杆机构构成。在该3段连杆机构(64)中，外侧的第1段(66)和第3段(68)通过中间的第2段(67)连接起来。第1段(66)的外侧端部，以销接合方式接合在导向板(71)上，该导向板通过导向板移动装置(70)安装在滑块罩(69)的侧面上。第2段(67)的中间部，可回转地以销接合方式接合在位于冲头(53)和冲模(52)之间的架(72)上。第3段(68)的外侧端部，可回转地以销接合方式接合在设于冲模(52)的支承台(73)上的滑动器(74)上。
滑动器(74)，与冲头(53)的移动方向成直角地进行滑动。滑动器(74)上形成有全倾斜型的第1凸轮槽(75)，该凸轮槽整体相对于该滑动器(74)的滑动方向以平缓的倾斜角度呈直线状地延伸。该第1凸轮槽(75)内嵌入有从动片(76)。该从动片(76)如图9所示，分别设在内筒体(58)和中央销(60)上。
通过使滑动器(74)滑移，第1凸轮槽(75)便使从动片(76)向前后方向移动，随之，内筒体(58)、中央销(60)便单独地向前后方向移动。
在位于滑块(79)外侧的不动滑块罩(69)的侧面，设有导向板移动装置(70)。该导向板移动装置(70)，是使后述的导向板(71)在前后方向上移动用的装置。导向板移动装置(70)，可将例如汽缸装置或马达作为驱动源而构成。移动装置(70)主体固定在滑块罩(69)上，导向板(71)可回转地以销接合方式接合在移动装置(70)上的杆等的从动部分上。
导向板移动装置(70)是停止位置设定机构(80)的一构成要素，该停止位置设定机构是根据被连接构件(63)的厚度或自动穿孔铆钉(56)的全长中的至少一方的条件，根据需要还可依据被连接构件(63)的层叠片数和层叠顺序等条件对内筒体(58)的后方停止位置和中央销(60)的后方停止位置进行设定、变更。
该停止位置设定机构(80)(参照图7)，由导向板移动装置(70)，和控制该装置(70)的动作的控制部(未图示)构成。控制部由计算机构成，输入被连接构件(63)的厚度、层叠片数、层叠顺序、自动穿孔铆钉(56)的全长等条件，便计算出内筒体(58)和中央销(60)各自的最佳后方停止位置，将与该计算出的结果相对应的动作指令给予内筒体(58)用及中央销(60)用的各导向板移动装置(70)。
被连接构件(63)的厚度等条件可由作业者输入，也可用传感器所获得的厚度实测值，由控制部自动计算出来。
或者，将该连接装置(51)安装在机器人臂(未图示)的前端部上，连接装置(51)通过机器人臂的动作，可在被连接构件(63)的任意位置动作。机器人臂的动作由计算机控制，预先将进行连接的位置以及与该位置对应的被连接构件的厚度等信息存储在计算机的存储部内。将该存储的连接位置和被连接构件的厚度等信息输出到连接装置(51)的控制部。这样，每个连接位置的被连接构件的厚度等信息便自动地被输入到控制部。
实际测定被连接构件(63)的厚度的场合，可采用例如以下形式。
首先，预设定接收部(85)的下端与冲模(52)的外筒体(57)之上端的距离(d1)，将该值预先存储在控制部内。在进入由被连接构件穿孔工序和被连接构件变形工序构成的主要连接工序之前，接收部(85)比冲头(53)先接触被连接构件(63)，从这时接收部(85)推压被连接构件(63)开始，在该时刻用各种传感器(未图示)检测从接收部(85)的起动位置至停止位置的移动距离(d2)。
其检测值输出到控制部。在控制部进行从(d1)减去(d2)的处理。将该计算出的结果作为被连接构件(63)整体厚度的实测值(d3)。该厚度实测值(d3)作为被连接构件(63)的厚度条件利用。
另外，在控制部对该厚度实测值(d3)和预先决定的被连接构件(63)整体的厚度进行比较，若其差值在允许范围内，便自动调整冲模(52)凹部的深度并进行连接，若其差值超过允许限定，也可发出警报。这种场合，由于考虑到被连接构件(63)的层叠状态等有问题，故其优点是不会进入主要连接工序而浪费被连接构件(63)。
另外，若利用存储媒体将上述厚度实测值(d3)和调整后的冲模(52)的凹部深度和凸轮机构(65)的状态等保存起来，作为质量信息是有用的。
导向板(71)具有第2凸轮槽(81)。该第2凸轮槽(81)内嵌有设于滑块(79)侧面的从动片(76)。滑块(79)和冲头(53)一起移动。
第2凸轮槽(81)，由沿着冲头(53)的移动方向延伸的直线部(82)，和从该直线部(82)的前端从弯曲状态延伸的弯曲部(83)构成。滑块(79)前进、且从动片(76)进入弯曲部(83)时，导向板(71)便转动，随之，第1段(66)向着与冲头(53)的移动方向呈直角的方向移动。于是，第3段(68)通过第2段(67)向着与第1段(66)相反方向移动。滑动器(74)向着和第3段(68)相同方向移动。
下面，对连接装置(51)的动作进行说明。
首先，预设定接收部(85)的下端和冲模(52)的外筒体(57)的上端的距离(d1)，将其值存储在控制部中。与连接位置对应地将预先设定的被连接构件厚度和自动穿孔铆钉全长等信息存储在控制部中。将自动穿孔铆钉(56)安装在冲头(53)的前端，将例如层叠成3层的被连接构件(63)载置在冲模(52)上。控制部根据所存储的设定被连接构件厚度和自动穿孔铆钉全长等信息，将各导向板(71)在前后方向上移动的指令给予导向板移动装置(70)。导向板移动装置(70)，根据该指令使导向板(71)移动。
使导向板(71)移动后，使接收部(85)和冲头(53)一起前进，用该接收部(85)的前端推压上层的被连接构件(63)。这时，用传感器(未图示)检测从接收部(85)起动至停止的距离(d2)，在控制部进行从接收部(85)和冲模(52)之间的距离(d1)中减去该检测值(d2)的处理。将该计算结果(d3)作为被连接构件(63)的整体厚度的实测值。根据该实测值、预先设定的与连接位置对应的被连接构件厚度和自动穿孔铆钉全长等，控制部计算出与被连接构件(63)、自动穿孔铆钉(56)的条件相对应的内筒体(58)和中央销(60)的最佳后方停止位置。
控制部将厚度实测值和预先设定的与连接位置对应的整个被连接构件的厚度进行比较，其差值若在允许范围内，则直接转移到主要连接工序。另一方面，其差值若超过允许限度，一般不进入主要连接工序，发出警报。但是，即使超过允许限度，其值超出得小，若通过调节冲模(52)的凹部深度便可连接，则自动调节冲模(52)凹部的深度，也可转移到主要连接工序。
发出允许转移到主要连接工序的信息后，驱动装置(84)(参照图7)使冲头(53)进一步前进，进入主要连接工序。内筒体移动机构(61)和中央销移动机构(62)，与冲头(53)的动作联动，自动穿孔铆钉(56)在根据被连接构件(63)的厚度和自动穿孔铆钉(56)的全长的条件导出的长度上，对被连接构件(63)进行穿孔之前，使内筒体(58)的前端、中央销(60)的隆起部(59)的前端及外筒体(57)的前端彼此位于同一平面上(参照图12A)。自动穿孔铆钉(56)，在根据被连接构件(63)的厚度及自动穿孔铆钉(56)的全长的条件导出的长度上，经上层的被连接构件(63)对被连接构件(63)进行穿孔后，将内筒体(58)和中央销(60)移动到单独设定的后方规定位置，并在此停止。此时的内筒体(58)和中央销(60)的移动速度，设定为与冲头(53)的移动速度基本一致的速度。这些内筒体(58)和中央销(60)到达各自的上述后方规定位置时，中央销(60)的前端部周缘和内筒体(58)的前端位于大致同一平面上(参照图12C)。
在这一系列动作期间，被连接构件(63)在密封状态下，并且在自动穿孔铆钉(56)和被连接构件(63)之间、以及被连接构件(63)之间无间隙的状态下，用自动穿孔铆钉(56)连接起来(参照图13)。连接完毕后，冲头(53)和接收部(85)一起后退，随之，内筒体(58)和中央销(60)回到原位置。连接之后的部分，由内筒体(58)和中央销(60)自动推出。
通过上述过程，连接作业结束。
经过这样的一系列过程进行连接作业，这样，最下层的被连接构件(63)的连接部经常被支承在中央销(60)的隆起部(59)和内筒体(58)上。需要大的变形的部分，当连接变形在根据被连接构件(63)的厚度和自动穿孔铆钉(56)的全长的条件导出的长度上进行时，在后退到和中央销(60)的前端部周缘成为大致同一平面的内筒体(58)的前端前方的大凹部(参照图12B)内，在自由度高的状态下进行连接变形。在连接的最终阶段，被连接构件(63)在与连接完毕的形状相对应的形状的凹部(参照图12C)内，进行连接变形。因此，不合适的力不会作用在最下层的被连接构件(63)上，这样，便可确实地在密封状态下，且在自动穿孔铆钉和被连接构件之间，以及被连接构件相互之间无间隙的状态下进行牢固接合，而且还可减小自动穿孔铆钉头部附近的被连接构件变形。
另外，由于预先将被连接构件(63)的条件输入控制部，故，即使被连接构件(63)的板厚、层叠片数、材质发生变化，在不用变更自动穿孔铆钉(换成全长不同的自动穿孔铆钉)、不用变更冲模(换成凹部的直径和凹部深度不同的冲模)的情况下，也可在密封状态、且在自动穿孔铆钉和被连接构件之间以及被连接构件相互之间无间隙的状态下，进行牢固接合，而且还可减小自动穿孔铆钉头部附近的被连接构件的变形。
权利要求
1.一种自动穿孔铆钉连接装置，具有冲头和冲模，该冲头用于将具有大直径的头部和从该头部垂下的中空脚部的自动穿孔铆钉打入多个被连接构件，将上述自动穿孔铆钉打入上述被连接构件时，上述脚部一边穿通被连接构件、脚部前端一边向半径方向外方扩展地进行变形，且该脚部前端不贯通与上述冲模接邻的承受侧的被连接构件而留在其中地进行打入，利用上述变形扩开脚部和上述头部，将上述多个被连接构件相互连接起来。其特征在于，上述冲模由位于承受上述自动穿孔铆钉的脚部之中空部分的位置上、且向上述冲头延伸的中央销和冲模主体构成，该冲模主体在该中央销的外周侧形成有凹部，该凹部对上述自动穿孔铆钉的脚部前端进行导向，使其向半径方向外方变形，该冲模具有使该中央销向上述冲模主体进行相对移动的机构，该机构以这种方式构成，即上述中央销和上述冲模主体沿着朝向上述冲头的中央销的轴向可相对移动地被支承着，被上述冲头推压的自动穿孔铆钉被打入上述被连接构件，其脚部前端开始穿通上述承受侧的被连接构件时，上述中央销与该承受侧的被连接构件的冲模一侧的面接触。
2.如权利要求1所述的自动穿孔铆钉连接装置，其特征在于，具有C形架，上述冲头安装在C形架的一端上，可向该C形架的另一端移动，上述冲模以承受被上述冲头打入的自动穿孔铆钉的方式与该冲头相向地安装在C形架的另一端上，上述冲模主体在中央销的轴向上可移动地支承在上述C形架的上述另一端上，上述中央销以销的前端贯通冲模主体、且向上述冲头突出的方式固定在上述C形架的上述另一端上，使上述中央销相对于冲模主体相对移动的机构，可用设在上述冲模主体和上述C形架之间、并将上述冲模主体向上述冲头侧推压的弹簧机构。
3.如权利要求2所述的自动穿孔铆钉连接装置，其特征在于，上述可动的冲模主体由冲头侧的大直径筒状部分和在上述C形架的上述另一端的安装孔中滑动的小直径筒状部分构成，在两筒状部分的中心，贯穿着可滑动地接受上述中央销的孔，作为中空的筒状体形成，上述弹簧机构由设在上述大直径筒状部分和上述C形架之间的碟形弹簧构成，该碟形弹簧所施的力将上述可动的冲模主体向冲头侧推压，直至被冲头打入的自动穿孔铆钉的脚部前端穿通被连接构件而进入上述承受侧的被连接构件时为止，用上述冲头施加使自动穿孔铆钉脚部开始穿通上述承受侧的被连接构件的强有力的推压力时，使上述冲模主体向C形架一侧移动，具有上述中央销可与该承受侧的被连接构件的冲模一侧的面接触的弹簧力。
4.如权利要求3所述的自动穿孔铆钉连接装置，其特征在于，上述C形架的上述另一端形成有可滑动地收放上述冲模主体的上述小直径筒状部分的安装孔，该C形架的另一端，在与冲模相反一侧形成有与上述安装孔相连的大直径的中央销收放孔，上述冲模主体的上述小直径筒状部分可滑动地安装在上述安装孔内，上述中央销收放孔的内壁上形成有阴螺纹，上述中央销通过拧合在阴螺纹上而安装在该中央销收放孔内。
5.如权利要求1所述的自动穿孔铆钉连接装置，其特征在于，该连接装置具有C形架，上述冲头安装在C形架的一端上，可向该C形架的另一端移动，上述冲模以承受被上述冲头打入的自动穿孔铆钉的方式与该冲头相向地安装在C形架的另一端上，冲模主体固定在C形架的上述另一端上，该冲模主体上形成有将上述中央销以该销的前端贯通冲模主体而向上述冲头突出的方式进行收放的中央销收放室，上述中央销在上述中央销收放室中沿该销的轴向可移动地被支承着，使上述中央销相对于冲模主体移动的机构，也可以是利用油压或气压将中央销向上述冲头侧推压的液压或气压机构。
6.如权利要求5所述的自动穿孔铆钉连接装置，其特征在于，上述液压或气压机构，在上述冲头所打入的自动穿孔铆钉的脚部前端穿通上述被连接构件而进入上述承受侧的被连接构件之前，不使中央销移动，但利用上述冲头施加使上述自动穿孔铆钉脚部开始穿通上述承受侧的被连接构件的强推压力时，便使上述中央销动作，以便与上述承受侧的被连接构件的冲模一侧的面接触。
7.一种自动穿孔铆钉连接装置，该装置具有冲模和朝着该冲模进退的冲头，其中冲模用于使由大直径的头部和从该头部垂下的中空脚部构成的自动穿孔铆钉的该中空脚部进行连接变形，其特征在于，上述冲模备有外筒体；与该外筒体的内周面内切而且可沿着该外筒体的前后方向移动的内筒体；与该内筒体的内周面内切，可沿着该内筒体的前后方向移动，前端部中央具有隆起部的中央销，而且，该冲模与使上述内筒体在其前后方向上移动的内筒体移动机构、以及使上述中央销在其前后方向上移动的中央销移动机构连接，各移动机构单独地与上述冲头的动作联动，上述自动穿孔铆钉在由被连接构件(63)的厚度及自动穿孔铆钉(56)全长的条件导出的长度上将被被连接构件打孔之前，使上述内筒体的前端、中央销的隆起部前端、以及外筒体的前端彼此位于大致同一平面上，上述自动穿孔铆钉在由被连接构件(63)的厚度及自动穿孔铆钉(56)全长的条件导出的长度上将被连接构件(63)打孔、或使上述内筒体和中央销单独地移动到设定的后方规定位置，并使其在此停止，而且，此时的内筒体和中央销的移动速度被设为与上述冲头的移动速度基本一致的速度，这些内筒体和中央销到达各自的上述规定位置后，上述中央销的前端部周缘和上述内筒体的前端位于大致同一平面上。
8.如权利要求7所述的自动穿孔铆钉连接装置，其特征在于，上述内筒体移动机构及中央销移动机构可分别由将上述冲头的运动转变成上述内筒体或中央销的前后方向运动的连杆机构和凸轮机构构成。
9.如权利要求7所述的自动穿孔铆钉连接装置，其特征在于，具有停止位置设定机构，该停止位置设定机构根据上述被连接构件的厚度或自动穿孔铆钉的全长中的至少任一方的条件，对上述内筒体的后方停止位置和上述中央销的后方停止位置进行设定、变更。
10.一种冲模，它是使由大直径的头部和从该头部垂下的中空脚部构成的自动穿孔铆钉的该中空脚部进行连接变形的冲模，其特征在于，该冲模具有外筒体；与该外筒体的内周面内切、且可沿着该外筒体的前后方向移动的内筒体；与该内筒体的内周面内切，可沿着该内筒体的前后方向移动、且前端部中央具有隆起部的中央销，上述内筒体通过与该冲模连接的内筒体移动机构而在前后方向上移动，上述中央销通过与该冲模连接的中央销移动机构而在前后方向上进行移动，各移动机构单独地与上述冲头的动作联动，上述自动穿孔铆钉在根据被连接构件(63)的厚度和自动穿孔铆钉(56)全长的条件导出的长度上，在对被连接构件(63)打孔之前，使上述内筒体的前端、中央销的隆起部前端、以及外筒体的前端彼此位于大致同一平面上，上述自动穿孔铆钉在根据被连接构件(63)的厚度及自动穿孔铆钉(56)全长的条件导出的长度上，在将被连接构件(63)打孔之后，将上述内筒体和中央销移动至单独设定的后方规定位置，并且，此时的内筒体和中央销的移动速度被设定为基本与上述冲头的移动速度一致的速度，内筒体和中央销到达各自的上述规定位置时，上述中央销的前端部周缘和上述内筒体的前端位于大致同一平面上。
全文摘要
一种自动穿孔的铆钉连接装置，其冲模(18)由承受自动穿孔铆钉(1)的脚部(5)的中空部分之中央销(25)和冲模主体(27)构成，其中冲模主体在该中央销(25)的外周侧形成有凹部(26)，该凹部对自动穿孔铆钉的脚部前端进行导向，使其向半径方向外方变形，中央销(25)和冲模主体(27)沿着朝向冲头(14)的中央销(25)的轴向可相对移动地被支承着，设有使中央销(25)相对于冲模主体(27)移动的碟形弹簧(41)，以便在被冲头(14)推压的自动穿孔铆钉(1)被打入被连接构件(2、3)且其脚部前端开始穿通承受侧的被连接构件(3)时，中央销(25)与承受侧的被连接构件(3)的冲模一侧的面接触。可减少或消除被连接构件的打入方向的制约。
文档编号B21J15/02GK1607983SQ02826150
公开日2005年4月20日 申请日期2002年12月27日 优先权日2001年12月27日
发明者岩月修一郎, 藤田雅, 内藤畅治, 浅冈辰雄, 山崎正树 申请人:纽飞利有限公司, 福井鋲螺株式会社