专利名称：铆钉、铆接结构、铆接装置与铆接方法
技术领域：
本发明涉及一种铆钉、铆接结构、铆接装置与铆接方法。更具体的说，本发明涉及用于汽车车体之类的铆钉、铆接结构、铆接装置与铆接方法。
背景技术：
日本的公开专利文献平8-4732中公开了一种用于汽车车体的铆接结构和铆接方法。
如图1所示，这种铆接结构中所用的铆钉150是一种空心的铆钉，它由一个头部152和一个从头部152的下表面延伸出来的圆筒形部分154所组成。圆筒形部分154的远端154A在其外圆周上形成一个锐角，使得该远端154A从其外边缘向其内边缘呈圆锥状。由于远端154A具有这样的形状，所以铆钉150能很容易地以很高的效率进入或穿透一块金属板或多块金属板。
但是，如图2所示，在这种铆接结构中，当铆钉150作为一个工件插入两块板156和158中时，铆钉首先压入的那一块板156被弯曲并且变形了。结果，在铆钉150的头部152与板156之间便形成了一个空隙或间隙160，从而降低了强度。
另一个用于汽车车体之类的铆接结构与铆接方法的公知的例子公开在1998年7月23日的WO 98/31487公报中。
如图3A所示，在上述出版物中公开的铆钉是一种自攻管状铆钉，它具有圆筒形的铆钉本体200。如图3B示，轴向相对的两个端部200A、200B都有向铆钉铆入工件的方向倾斜的内圆周表面，结果，就能减小铆入所需要的载荷，或者将铆钉铆入工件内所需要的力。
但是，在以上所描述的铆接结构中，铆钉本体200在其整个长度上具有均匀的强度。在这种情况下，如果增强铆钉本体200的强度，以防止铆钉在打入工件的过程中不必要的变形，例如防止中间部分200C的挠曲时，将使轴向相对的两个端部200A、200B以及附近的材料不能获得足够的变形程度，将造成连接力或紧固力的降低。另一方面，如果降低铆钉本体200的强度，以便使得轴向相对的两个端部200A、200B以及附近的材料能获得足够的变形程度，从而增大紧固力，但是，在将铆钉铆入工件的过程中，又会产生使中间部分200C挠曲之类的问题。因此，很难做到既使得将铆钉铆入工件时能有所需要的效率，又使得铆钉具有所需要的变形特性，也很难做到同时又提供很大的紧固力或连接力。
另一种用于汽车车体之类的铆接结构的公知的例子公开在日本的公开专利文献平2-66707中。
在上述出版物中公开的铆接结构示于图4，铆钉300由头部302和从头部302的下表面延伸出来的杆部304所组成。如图5所示，在杆部304三外圆周表面上有许多锯齿状的凸起306，每一个凸起在其与杆部304的纵向垂直的平面上都具有三角形的横断面，。在将铆钉300插入并固定在工件上之后，铆钉300的这些凸起306便与工件啮合，从而防止了铆钉300的转动。
但是，在这种铆接结构中，凸起306的高度在杆部纵向的整个长度上都是相同的，而杆部304的远端304A的面积相当大。这样，就需要很大的打入力才能把铆钉300铆入并紧固工件，因为，杆部304的远端304A将受到工件很大的阻力。此外，由于这些凸起306，远端304A不会很快地向杆部304外部变形，而且为此也需要很大的打入力。因此，将图4和5中的铆钉铆入工件内的效率很低。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的是提供一种能提供紧固强度提高的铆钉、铆接结构、铆接装置以及铆接方法。
本发明的另一个目的是提供一种能使得铆钉以很高的效率、并且能很容易地铆入工件内的铆接结构。
按照本发明的第一方面，提供了一种铆钉，这种铆钉具有沿轴向相对的两个端部，其中至少一个端部比铆钉的其余部分更容易沿着径向向外变形，上述其余的部分对于施加在铆钉轴向的载荷比上述沿轴向相对的端部具有更大的抵抗能力。
在本发明第一方面的一个优选实施例中，上述铆钉包括一个包括上述轴向相对的两个端部中的一个端部的头部，一个具有上述轴向相对端部中的另一个端部的圆筒形部分，以及一条在上述头部上形成的、在上述头部顶面敞开的凹槽。此外，在上述圆筒形部分上可以有一个孔，并且在这个孔的底壁上有一个凸起。
当具有以上描述的结构的铆钉被铆入工件内时，或者在铆钉被铆入工件之后，由于对在铆钉头部形成的凹坑的壁部，和在圆筒形部分的底部形成的凸起施加了压力，就能够消除在铆钉头部与工件(例如，平板)之间空隙。结果，提高了紧固或连接强度。
在本发明第一方面的另一个优选实施例中，上述铆钉包括至少一个变形被限制的部分，这一部分不易产生塑性变形。上述变形被限制部分基本上位于铆钉沿轴向的中部。
在本发明第一方面的又一个优选实施例中，上述铆钉包括一个头部，和一个从上述头部沿着铆钉的轴线方向延伸的圆筒形部分；其中，在上述圆筒形部分的外圆周表面上设有一个沿着圆筒形部分的纵向延伸的凸起，并且该凸起具有一向上倾斜的部分，该倾斜部分从圆筒形部分的外圆周表面度量的高度，从其沿纵向两个相对的端部的接近圆筒形部分远端的端部，到接近铆钉头部的另一端，逐渐增大。
按照本发明的第二方面，提供了一种利用铆钉紧固工件的方法，这种铆钉包括一个在其上带有一个凹坑的头部，以及一个从上述头部延伸出来的圆筒形部分；其特征在于，这种方法包括下列步骤把上述铆钉铆入工件内；以及使头部的围绕着上述凹坑的一部分扩张开来，使得头部的这一部分沿径向向外张开呈喇叭形。
采用以上所描述的方法，在将铆钉插入工件的过程中或插入之后，就能借助于使头部的这一部分扩张，来消除铆钉头部与工件(例如，平板)之间的空隙。结果，铆钉的紧固强度提高了。
按照本发明的第三方面，提供了一种使用具有管状本体的铆钉的铆接装置，这种装置包括一个能用于将铆钉打入工件的冲头，这个冲头包括一个传递要施加在铆钉上的打入载荷的传递载荷的部分，以及一个夹持上述铆钉的导向部分，上述传递载荷的部分和上述导向部分能在将铆钉打入工件的过程中，沿着铆钉打入工件的方向互相作相对运动。
采用以上所描述的铆接装置，上述冲头的传递载荷的部分和导向部分，在把铆钉插入工件的过程中，是互相作相对运动的，所以，铆钉本体能在铆入工件内时，其某一部分不发生变形，而其它部分则有效地发生变形。这样，这种铆钉本体就能容易而且高效率地打入工件内，同时能保证所需要的变形特性和足够强大的紧固力或强度。
按照本发明的第四方面，提供了一种采用具有管状体的铆钉来紧固工件的方法，其特征在于，这种方法包括下列步骤用一个冲头把铆钉铆入工件内，使铆钉沿轴向的相对两端变形；以及在上述冲头的一次往复运动过程中，把位于上述铆钉管状体内部的工件的一部分冲出来。
图1是一个公知的铆钉的例子的侧断面图；图2是使用公知铆钉的铆接结构的侧断面图；图3A是另一种公知的铆钉本体的例子的立体图，图3B是图3A中的公知的铆钉本体的侧断面图；图4是又一种公知的铆钉例子的侧视图；图5是沿图4中的5-5线的断面图；图6A是按照本发明的第一和第二方面的第一实施例的铆钉，在铆钉铆入工件之前的侧断面图，图6B是第一实施例的铆钉正在铆入工件内时的侧断面图，图6C是第一实施例的铆钉已经铆入工件内时的侧断面图；图7是本发明第一实施例的铆钉的立体图；图8A是本发明的第一实施例的铆钉经过改进的例子，表示铆钉铆入工件之前的侧断面图，图8B是上述铆钉经过改进的例子中，铆钉正在铆入工件内时的侧断面图，图8C是上述铆钉经过改进的例子中，铆钉已经铆入工件内之后的侧断面图；图9A是按照本发明的第一和第二方面的第二实施例的铆钉，在铆钉铆入工件之前的侧断面图，图9B是第二实施例的铆钉正在铆入工件内时的侧断面图，图9C是第二实施例的铆钉已经铆入工件内时的侧断面图；图10是本发明第一实施例的改进型铆钉的立体图；图11A是按照本发明的第一和第二方面的第三实施例的铆接结构中的铆钉本体的立体图，图11B是第三实施例的铆接结构中的铆钉本体的侧断面图；图12是第三实施例中的铆接结构在铆钉铆入工件内时的侧断面图；图13A是按照第三实施例的一个经过改进的例子的铆接结构中的铆钉本体的侧断面图，图13B是按照第三实施例的另一个经过改进的例子的铆接结构中的铆钉本体的侧断面图，图13C是按照第三实施例的又一个经过改进的例子的铆接结构中的铆钉本体的侧断面图；图14是按照第三实施例的一个经过改进的例子的铆接结构的侧断面图，其中的铆钉正在铆入工件；图15A是按照本发明的第一和第二方面的第四实施例的铆接结构中的铆钉本体的立体图，图15B是第四实施例的铆接结构中的铆钉本体的侧断面图，图15C是第四实施例的铆接结构中的铆钉本体的轴向中部的断面图，图15D是第四实施例的经过改进的例子的铆接结构中的铆钉本体的轴向中部的断面图；图16A是按照本发明的另一个实施例的铆接结构中铆钉本体的侧断面图，图16B是按照本发明的另一个实施例的铆接结构中铆钉本体的侧断面图，图16C是按照本发明的又一个实施例的铆接结构中铆钉本体的侧断面图；图17A是使用按照本发明第三方面的第一实施例的铆接装置，表示把铆钉打入或插入工件的工序中的最初状态的侧断面图，图17B是使用上述第一实施例的铆接装置的插入铆钉的工序已经完成时的状态的侧断面图；图18A是使用按照本发明第三方面的第一实施例的经过改进的铆接装置，表示把铆钉打入或插入工件的工序中的最初状态的侧断面图，图18B是使用上述第一实施例的经过改进的铆接装置的插入铆钉的工序已经完成时的状态的侧断面图；图19A是使用按照本发明第三方面的第二实施例的铆接装置，表示把铆钉打入或插入工件的工序中的最初状态的侧断面图，图19B是使用上述第二实施例的铆接装置的插入铆钉的工序已经完成时的状态的侧断面图；图20A是采用按照本发明的第三方面的第三实施例，按照本发明的第四方面的第一实施例的铆接方法，把铆钉打入或插入工件的工序中的最初状态的侧断面图，图20B是当采用图20A中的铆接装置和铆接方法的插入铆钉的工序已经完成时的侧断面图；
图21A是采用按照本发明的第三方面的第四实施例，按照本发明的第四方面的第二实施例的铆接方法，把铆钉打入或插入工件的工序中的最初状态的侧断面图，图21B是当采用图21A中的铆接装置和铆接方法的插入铆钉的工序已经完成时的侧断面图；图22是按照本发明的第一方面的第五实施例的铆接结构的立体图；图23是图22中所示的铆接结构的侧断面图；图24是沿图23中的24-24现的断面图；图25是图22中的铆接结构当铆钉正在铆入或插入工件内时的侧断面图；图26A是图22中的第五实施例的铆接结构经过改进的例子的立体图，图26B是与图24相对应的断面图，表示按照图26中的经过改进的例子的铆接结构；图27是按照本发明的第一方面的第六实施例的铆接结构的立体图；图28是按照本发明的第一方面的第七实施例的铆接结构的立体图；图29是图28中的第七实施例的铆接结构经过改进后的例子的立体图；图30A到30F是按照本发明的另一些铆接结构的实施例的侧断面图。
具体实施例方式
下面，参照图6A到6C，以及图7说明本发明的第一和第二方面的第一实施例。
如图7所示，本实施例的铆钉10是一种空心铆钉，它由头部12，和从上述头部12的背面延伸出来的圆筒形部分14所构成。铆钉10的头部12在其大致中心部分上有一个倒截锥状的凹槽20。此外，在铆钉10的圆筒形部分14的底部22A上有一个锥形的凸起24。
下面，说明利用本实施例的铆钉的铆入或紧固的方法。一开始，如图6A所示，把铆钉10圆筒形部分14的远端14A放在两块要紧固的平板16和18中的一块平板(16)上。
接着，如图6B所示，用一个第一冲头32对铆钉10的头部12加压或击打，于是，设置在平板18这一面的凹模34使得铆钉10的圆筒形部分14的远端14A沿径向向外变形。
接着，如图6C所示，用第二冲头36对铆钉10的头部12加压或击打。第二冲头36在其远端具有普通的截锥凸起38，并且该凸起38的锥顶角θ1做成大于在铆钉10上形成的凹槽20的锥顶角θ2(θ1＞θ2)。当第二冲头36对铆钉10的头部12加压时，在头部12上形成的凹槽20的外圆周壁部20A便沿径向向外扩张。此外，凸起38的远端38A还沿着圆筒形部分14的轴向(图6C中箭头A的方向)对凹槽20的底壁20B加压，结果，圆筒形部分14也沿径向向外扩张。
下面，说明本实施例的作用。
在本实施例中，在铆钉10被打入平板16和18之后，上述第二冲头36的凸起38便对在铆钉10头部12所形成的凹槽20的壁部加压，于是凹槽20的外圆周壁部20A便向外扩张。结果，在铆钉10头部12与平板16之间的任何空隙或间隙都被消除了，从而保证平板16、18能以更大的强度连接或紧固在一起。
此外，在本实施例中，压力是从第二冲头36的凸起38的远端38A施加在位于上述圆筒形部分14的范围内的平板16、18的各部分上的。使用这样施加的压力，就使得圆筒形部分14的远端部分14A处，由于圆筒形部分14的底部22上形成的凸起24而引起的变形所形成的锥顶角增大了。于是，进一步增大了紧固的强度。
虽然在本实施例中在铆钉10的圆筒形部分14的底部形成了圆锥形的凸起24，但，本发明的铆接方法也可以用于按照本实施例的改进型的铆钉，即，如图8A、8B和8C所示，在铆钉10的圆筒形部分14的底部22上没有凸起的铆钉。
下面，参照附图9A到9C描述本发明第一和第二方面的第二实施例。在图9A到9C中，对于与第一实施例的图6A到6C中同样的要素，使用同样的标号，不再进行详细的描述。
如图9C所示，在本实施例中，铆钉10的头部12的凹槽20的底壁20B被冲切掉。
接着，说明本实施例的铆接方法。如图9A所示，一开始，把铆钉10的圆筒形部分14的远端14A的位置定在两块要紧固的平板16、18中的一块平板(16)上。
接着，如图9B所示，用第一冲头32压紧或击打铆钉10的头部12，于是，设置在平板18下面的凹模34便使铆钉10的圆筒形部分14的端部14A沿径向向外变形。
接着，如图9C所示，用第二冲头40和凹模41冲切铆钉10的头部12。第二冲头40的形状做成其远端部分带有很长的，具有普通的截锥形的凸起42，并且该凸起42的锥顶角θ1做成大于铆钉10的凹槽20的锥顶角θ2(θ1＞θ2)。此外，该凸起42的远端部分42A呈杆状，从第二冲头40的主体延伸出来，而凹模41上有一个凹槽41A，上述凸起42的远端部分能插入这个凹槽内。
按照以上所描述的方式，用凸起42对铆钉10头部12上形成的凹槽20的外圆周壁部20A加压，从而使它沿径向向外扩张。同样，凸起42的远端部分42A沿圆筒形部分14的轴向(沿图9C中箭头A的方向)对凹槽20的底壁20B加压，从而使得该圆筒形部分14沿径向向外扩张，同时，把凹槽20的底壁20B冲切掉。
下面，说明本实施例的效果。在本实施例中，在铆钉10被打入平板16、18之后，第二冲头36的凸起42便压向在铆钉10头部12上形成的凹槽20，于是，凹槽20的外圆周壁部20A便向外扩张。结果，就能将铆钉10的头部12与平板16之间的所有空隙消除掉，从而保证平板16、18连接或紧固在一起的强度增大。
同样，在本实施例中，压力是从第二冲头36的凸起42的远端42A传递给位于上述圆筒形部分14范围内的平板16、18的那些部分的。由于这样施加的压力，由圆筒形部分14的远端部分14A所形成的锥顶角在其变形之后就能增大。还有，凹槽20的底壁20A被凸起42的远端部分42A冲切掉了，于是，圆筒形部分14就进一步沿径向向外扩张。因此，进一步加强了紧固的强度。
虽然以上仅仅是为了说明的目的描述了本发明的几个实施例，但本发明并不是只限于这些实施例中的细节，而是在不脱离本发明构思范围的前提下，可以用各种变化，改型和/或改进的形式来实施。在以上描述的这些实施例中，在借助于第一冲头32把铆钉10铆入平板16、18之后，是使用第二冲头36或40对在铆钉10头部12上形成的凹槽20的壁部施加压力的。但，这种铆接方法可以用另一种方法来代替，在这种方法中，压力是在把铆钉10打入平板16、18的同时施加在凹槽的壁部的。当凹槽20具有倒截锥形状，而凸起24具有所描述的实施例中的形状时，凹槽20和凸起24的形状不局限于这些形状，而是可以变化的。例如，凹槽20和凸起24可以是其它的形状，例如，如图10所示的半球形，或者柱形(图中未表示)。按照本发明的铆接结构和铆接方法也可以用于三块或更多块平板要连接在一起的情况。
下面，参照附图11A、11B和12说明按照本发明第三实施例的铆接结构。
如图11A所示，本发明的一种铆钉是自攻式管状铆钉。铆钉本体50座位一个整体呈圆筒形或管状。
如图11B所示，铆钉本体50沿轴向的相对两端50A和50B，具有与铆钉打入工件的方向(图11B中的箭头A的方向)垂直的平坦表面。在铆钉本体50沿轴向的中间部分，在铆钉本体50的整个厚度上(沿图11B中箭头B的方向)有阻止塑性变形的部分50C。更具体的说，上述铆钉本体50是由能进行热处理的金属，例如铁制成的，而上述阻止塑性变形的部分50C则是由经过热处理，例如加热淬火或高频淬火而制成的，以使它与从铆钉的打入方向看的相对的两端50D和50E相比，更不容易发生塑性变形。这就是说，在铆钉本体50中，位于铆钉本体50的轴向中部的阻止塑性变形的部分50C，与从铆钉的打入方向看的相对的两端50D和50E相比，更不容易发生塑性变形。
下面，说明本实施例的效果。在本实施例中，设置在铆钉本体50沿轴向中部的阻止塑性变形的部分50C，在铆钉插入工件后，不容易变形，从而保证能提高效率，或者能使铆钉易于打入工件内。而从铆钉的打入方向看的铆钉本体50的相对两端50D和50E，则在铆钉插入时比较容易变形，因而肯定能被挤扁或压扁。因此，末定本体50既具有所需要的打入铆钉的效率，又具有所需要的变形特性，从而保证了足够强大的紧固强度。还有，在本实施例中，上述阻止塑性变形的部分50C能够很容易地借助于热处理来形成。
如图12所示，在本实施例中，铆钉本体50是借助于具有半球形或凸形的远端部分52A的冲头12打入作为要紧固的工件的两块平板56、58中的。结果，铆钉本体50中的一个端部50E，很容易由支承平板56、58的凹模60使其变形，沿径向向外扩张(重叠边缘L1)，并向铆钉本体50的内部扩张(重叠边缘L2)。与此同时，由冲头52的远端52A加压的铆钉本体50的另一个端部50D，也由于在铆钉本体50被打入工件时所施加的一部分载荷(图12中用箭头F表示的)，而有效地向平板56的平面方向变形。因此，进一步加大了紧固力。
虽然在本实施例中铆钉本体50在整体上呈圆筒形，但铆钉本体50的形状不仅限于此，它还可以是其它形状。例如，铆钉本体50可以是实心的杆状或柱状构件，或者，也可以把它头部的直径做得比它的圆筒形部分或杆部的直径大。
虽然在本实施例中，上述阻止塑性变形的部分50C是在铆钉本体50的沿轴向的中部的整个厚度上形成的，但，这种阻止塑性变形的部分50C也可以如图13A所示，只在铆钉本体50的沿轴向的中部的外圆周部分或沿径向的外部形成，或者，如图13B所示，这种阻止塑性变形的部分50C也可以只在铆钉本体50的沿轴向的中部的内圆周部分，或沿径向的内部形成。或者，也可以沿铆钉本体50的轴向隔开一定的间隔，形成许多阻止塑性变形的部分50C。
虽然在本实施例中是借助于热处理形成上述阻止塑性变形的部分50C的，但是，也可以借助于调节碳、氮之类的含量(例如，渗碳、氮化等等)来形成不容易塑性变形的阻止塑性变形的部分50C。
虽然在本实施例中冲头52的远端部分52A呈半球形，但是，远端部分52A不仅限于这种形状，它也可以做成其它的凸形，例如，如图14所示的截锥形。
下面，参照图15A到15D，说明按照本发明第四实施例的铆接结构。
在图15A到15D中，凡是使用与图12中同样的标号都用于表示相应的同样的元素，，并不再给以详细描述。
如图15A所示，本实施例的铆钉50是用于铝、镁之类的轻合金制成的。在铆钉本体50沿轴向的中部，在其外圆周部分(或沿径向的外部)有一圈环状的阻止塑性变形的部分50C。
更具体的说，如图15B所示，在铆钉本体50沿轴向的中部，在其外圆周部分有一圈环形的凹槽62。在这个凹槽62中，放置了一个用强度比制造铆钉50的轻合金的高(在杨氏模量，屈服应力或硬度方面)，并且不容易塑性变形的其它的轻合金或铁制成的金属环64。如图15C所示，这个金属环64的横断面呈C形，围绕着铆钉本体50，配合在凹槽62里。
与第三实施例一样，结构按照本实施例设计的铆钉本体50既能够满足高效率地将铆钉铆入工件内的要求，也能够满足变形特性的要求，从而保证足够的紧固强度。此外，由于阻止塑性变形的部分50C的材料能够根据需要来选择，因此就能通过适当地选择这种阻止塑性变形的部分50C，精细地调节打入铆钉的效率和铆钉本体50的变形特性。
虽然在本实施例中如图15C所示，把金属环64的横断面做成C形，并且容纳在环形凹槽62中，但，也可以把金属环切成两件，每一件的横断面都是半圆形，并将这两件都配合在环形凹槽62内。
在第三和第四实施例中，铆钉本体50的两个轴向相对的端部50A和50B，都具有与铆钉铆入工件内的方向垂直的平坦的表面。然而，这两个铆钉本体50轴向相对的端部50A和50B也可以如图16A所示，做成沿径向向内的锥形，即，各轴向端面与外圆周表面之间形成一个锐角，在外圆周上形成一圈尖锐的边缘。同样，如图16B所示，铆钉本体50的轴向相对的端部50A和50B也可以做成向外的锥形，即，各轴向端面与内圆周表面之间形成一个锐角，在内圆周上形成一圈尖锐的边缘。也可以如图16C所示，把铆钉本体50的轴向相对的端部50A和50B做成指向铆入方向的尖角。
下面，参照图17A和17B说明按照本发明的第三方面的第一实施例的铆接装置。
如图17A所示，在本实施例中，铆钉本体70作为一个整体，做成圆筒形。用于把铆钉本体70铆入工件56、58内的冲头72包括一个圆筒形的，用于把铆入载荷传递给铆钉本体70的传递载荷的部分74，和一个设置在上述传递载荷的部分74内部，用于夹持上述铆钉本体70的柱状导向部分76。冲头72的远端部分72A作为一个整体，做成凸出的半球形。当铆钉本体70铆入或插入工件时，上述传递载荷的部分74能相对于上述导向部分76，沿着铆钉铆入方向(即图17A中箭头C的方向)及与其相反的方向运动。更具体的说，在插入铆钉本体70时，在铆钉本体70的远端70B(沿铆钉铆入方向的前端)达到平板56之后，导向部分76相对于传递载荷的部分74的运动速度减小了。
下面，说明本实施例的效果。在本实施例中，冲头72的传递载荷的部分74和导向部分76互相之间的相对位置是这样的，即，在铆钉本体70压在平板56上之前，传递载荷的部分74从导向部分76缩回一定的距离，于是铆钉本体70就能保持在导向部分76的外圆周上。在铆钉本体70铆入平板56之后，导向部分76相对于传递载荷的部分的运动速度减小了，因而，导向部分76便沿着与铆钉铆入方向相反的方向(图17A中箭头C的方向)，相对于传递载荷的部分74运动。因此，冲头72的传递载荷的部分74和导向部分76所在的位置就不会妨碍铆钉本体70的端部70A(在冲头一侧)沿径向向内部变形。
采用上述结构，如图17A所示，导向部分76能防止铆钉本体70在插入的过程中其轴向中间部分的变形，从而保证能提高将铆钉本体70铆入工件内的效率，并且易于铆入。此外，如图17B所示，铆钉本体70相对的两个端部70A、70B必然在铆钉本体70完成插入时发生变形，从而保证了所要求的变形特性和足够大的紧固力。
在本实施例中，在铆钉本体70的远端70B(沿铆钉铆入方向的前端)达到平板56之后导向部分76相对于传递载荷的部分74的运动速度就减小了。相反，在铆钉本体70的远端70B达到平板56之后，导向部分76相对于传递载荷的部分74的运动速度也可能增大。在这种情况下，铆钉本体70就能保持或者支承在导向部分76的外圆周上，一直到铆钉本体70靠压在平板56上为止。还有，由于在铆钉本体70铆入平板56之后，导向部分76相对于传递载荷的部分74的运动速度增大了，所以导向部分76便相对于传递载荷的部分74向着铆钉的铆入方向(图17A中箭头C的方向)运动，把压力施加在处于铆钉本体70内部的平板56、58上，于是铆钉本体70的前端部70B就能沿径向向外作更大的变形。这样，就能提高把铆钉本体70铆入工件内的效率，并且易于铆入，同时还保证所要求的变形特性和足够大的紧固力。
虽然在本实施例中冲头72的远端部分72A作为一个整体是呈凸出的半球形，但冲头72的端部72A的形状不限于这种形状，也可以是其它形状，例如，也可以使用图18A和18B中所示的截锥形。
下面，参照附图19A和19B，说明按照本发明第三方面的第二实施例的铆接装置。
如图19A所示，在本实施例中，铆钉本体70作为一个整体做成圆筒形。用于把铆钉本体70铆入工件(56、58)内的冲头82包括一个用于把打入载荷传递给铆钉本体70的圆筒形传递载荷的部分84；以及一个内导向部分86和一个外导向部分88，这两个部分分别设置在传递载荷的部分84的内部和外部，用于在铆钉本体70铆入工件之前将其夹持住。上述内导向部分86呈柱状或杆状，而上述外导向部分88呈圆筒形。冲头82的远端部分82A作为一个整体呈凸出的形状。在把铆钉本体70插入工件时，传递载荷的部分84能相对于内导向部分86和外导向部分88向铆入铆钉的方向(图19A中箭头C的方向)运动。更具体的说，当铆钉本体70被铆入工件时，上述传递载荷的部分84就从内导向部分86和外导向部分88缩回(如图19A所示)，而铆钉本体70被夹在内导向部分86与外导向部分88之间。此时，只有传递载荷的部分84起着把铆钉本体70铆入工件内的作用。
当内导向部分86和外导向部分88达到上平板56时，上述传递载荷的部分84便相对于内导向部分86和外导向部分88，向铆钉铆入的方向(图19A中箭头C的方向)运动，使得铆钉本体70的上端70A沿径向向外和向内变形。然后，传递载荷的部分84停止在如图19B所示的位置上，此时，传递载荷的部分84，内导向部分86，和外导向部分88的端面都互相对齐，或互相连续。
下面，说明本实施例的工作过程。在本实施例中，冲头82的传递载荷的部分84，内导向部分86和外导向部分88相互之间的位置是这样确定的，即，铆钉本体70能保持或支承在内导向部分86和外导向部分88之间，直到内导向部分86和外导向部分88达到上平板56为止。一当内导向部分86和外导向部分88达到上平板56时，传递载荷的部分84便相对于内导向部分86和外导向部分88，向着铆入铆钉的方向运动，从而使得铆钉本体70的上端70A沿着径向向内和向外变形。然后，传递载荷的部分84停止在如图19B所示的位置上，此时，传递载荷的部分84，内导向部分86，和外导向部分88的端面都互相对齐，或互相连续。
采用上述结构，内、外导向部分86、88就如图19A所示，能够防止铆钉本体70在插入的过程中其轴向的中间部分变形，从而保证提高铆钉本体70铆入工件的效率，并且易于铆入。此外，如图19B所示，铆钉本体70的相对的两个端部70A、70B在完成铆钉本体70的插入之后，肯定能变形，从而保证所要求的变形特性和足够大的紧固力。
虽然在本实施例中，冲头82的远端部分82A作为一个整体做成了凸出的截锥形，但冲头82的远端部分82A的形状并不是仅限于此，也可以是其它凸出的形状，例如，可以是截头的半球形。
下面，参照图20A和20B，说明按照本发明第三方面的第三实施例的铆接装置。
如图20A所示，在本实施例中，铆钉本体70作为一个整体呈圆筒形，而用于把铆钉本体70铆入工件(56、58)内的冲头92是穿透式的。冲头92的远端部分设有导向部分92A，用于夹持或支承铆钉本体70。上述导向部分92A的直径R1小于传递载荷的部分(主体)92B的直径R2(R1＜R2)。传递载荷的部分92B的直径R2基本上等于铆钉本体70的外径R3(R2＝R3)，而导向部分92A的直径R1是这样确定的，即，上述导向部分92A能够配合在铆钉本体70的内圆周中，以便支承铆钉本体70。
另一方面，在用于支承平板56和58的凹模94上有一个与冲头92的导向部分92A相对的冲切孔96。采用这种结构，铆钉本体70就能铆入工件内，并且，仅仅依靠冲头92向着铆入铆钉方向(图20A中箭头C的方向)的运动，即，借助于冲头92的一次往复运动，就能把位于圆筒形铆钉本体70内部的平板56、58的一部分冲切掉。
下面，说明利用本实施例的铆接装置的铆接方法。在本实施例中，如图20A和20B所示，冲头92沿着铆入铆钉的方向(图20A中箭头C的方向)作一次往复运动，就能完成下列各个步骤用冲头92把铆钉本体70打入平板56和58内的步骤；使铆钉本体70沿轴向相对的两个端部70A和70B变形的步骤；以及把位于圆筒形铆钉本体70内部的平板56、58的部分冲切掉的步骤。
下面，说明本实施例的效果。在本实施例中，由于铆钉本体70的内圆周部分是由冲头92的导向部分92A支承的，所以就能将铆钉本体70铆入平板56、58中，而不使铆钉本体70轴向的中间部分变形。此外，如图20B所示，铆钉本体70沿轴向相对的两个端部70A和70B却能够借助于上述冲头92和带有冲切孔96的凹模94使其有效地变形。因此，就能提高将铆钉本体70铆入工件内的效率，并使其易于打入，同时，还保证了所要求的变形特性和足够大的紧固力。
此外，在本实施例中，由铆钉本体70把两块平板56和58连接在一起，以及把位于铆钉本体70内部的平板56、58冲切掉，可以在一个工步中完成，从而能保证提高效率。
下面，参照图21A和21B说明按照本发明第四实施例的铆接装置。
如图21A所示，在本实施例中，铆钉本体70作为一个整体呈圆筒形，而用于把铆钉本体70铆入工件(56、58)内的冲头102是穿透式的。冲头102的远端部分设有内导向部分102A，用于夹持或支承铆钉本体70。上述内导向部分102A的直径R1小于传递载荷的部分(主体)102B的直径R2(R1＜R2)。传递载荷的部分102B的直径R2基本上等于铆钉本体70的外径R3(R2＝R3)。
此外，在冲头102的传递载荷的部分102B的外圆周上设有外导向部分102C，使得该外导向部分102C，能沿着铆入铆钉的方向(图21A中箭头C的方向)相对于传递载荷的部分102B作相对运动，并且铆钉本体70能支承在内导向部分102A与外导向部分102C之间。
另一方面，在用于支承平板56和58的凹模94上有一个与冲头102的内导向部分102A相对的冲切孔96。采用这种结构，铆钉本体70就能铆入工件56、58内，并且，仅仅依靠冲头102向着铆入铆钉方向(图21A中箭头C的方向)的运动，即，借助于冲头102的一次往复运动，就能把位于圆筒形铆钉本体70内部的平板56、58的一部分冲切掉。
下面，说明利用本实施例中的铆接方法。在本实施例中，如图21A和21B所示，冲头92沿着铆入铆钉的方向(图21A中箭头C的方向)作一次往复运动，就能完成下列各个步骤用冲头92把铆钉本体70打入平板56和58内的步骤；使铆钉本体70沿轴向相对的两个端部70A和70B变形的步骤；以及把位于圆筒形铆钉本体70内部的平板56、58的一部分冲切掉的步骤。
下面，说明本实施例的效果。在本实施例中，由于铆钉本体70的内圆周部分是由冲头92的内导向部分102A支承的，所以就能将铆钉本体70铆入平板56、58中，而不使铆钉本体70轴向的中间部分变形。此外，如图21B所示，铆钉本体70沿轴向相对的两个端部70A和70B却能够借助于上述冲头102和带有冲切孔96的凹模94使其有效地变形。因此，就能提高将铆钉本体70铆入工件内的效率，并使其易于打入，同时，还保证了所要求的变形特性和足够大的紧固力。
此外，在本实施例中，由铆钉本体70把两块平板56和58连接在一起，以及把位于铆钉本体70内部的平板56、58冲切掉，可以在一个工步中完成，从而能保证提高效率。
以上，只是为了说明的目的，详细描述了本发明的若干个实施例，但，本发明不仅仅限于这些实施例的细节，而是可以在不脱离本发明构思范围的前提下，以各种不同的变化、变形和/或改进的方式实施。例如，本发明也可以用于这样的情况，即，三块或更多决平板互相紧固或连接在一起的情况。
下面，参照附图22到25，说明按照本发明的第一方面的第五实施例的铆接结构。
如图23所示，本实施例的铆钉110是一种空心铆钉，它由一个头部112，和一个从上述头部112的下表面延伸出来的圆筒形部分114。圆筒形部分114的远端部分114A向内呈锥形，在外圆周表面与轴向端面之间形成了一个锐角，在外圆周上形成一圈尖锐的边缘。
如图22所示，本实施例的铆钉110的圆筒形部分114在其外圆周表面上有四条沿着圆筒形部分114的纵向延伸的长形凸起116。如图24所示，这四条长形凸起116是在圆筒形部分114的外圆周表面上形成的，在圆周方向互相间隔90度的角度。每一条长形凸起116都在垂直于圆筒形部分114纵向的平面上具有等边三角形的横断面，所以凸起116的尖顶116A就很容易咬入作为要紧固的工件的平板118和120，或与其连接(如图25所示)。
如图23所示，每一条长形凸起116都有一个更靠近铆钉110的圆筒形部分114的远端的向上倾斜的部分116B。向上倾斜的部分116B的高度H，从圆筒形部分114的外圆周表面开始度量，从圆筒形部分114的远端逐渐向铆钉110的头部112增大。当铆钉110的圆筒形部分114从其远端开始插入平板118和120，以便与它们连接时(如图25所示)，上述圆筒形部分114所受到的平板118和120的阻力，开始时较小，但随着向上倾斜的部分116B的高度的增加而逐渐增大。
每一条长形凸起116都有向下倾斜的部分116C，这个部分靠近铆钉110的头部112。向下倾斜的部分116C的高度H，从圆筒形部分114的外圆周表面开始度量，向铆钉110的头部112逐渐减小。做成这种形状的向下倾斜的部分116C能防止在长形凸起116与平板120之间形成空隙或间隙。
此外，上述长形凸起116是在离开圆筒形部分114的远端114A一定的距离S处开始形成的，所以，在将铆钉110铆入工件操作的最初阶段，这种长形凸起116不会与平板118产生干涉。
下面，说明本实施例的效果。在本实施例中，如图25所示，当铆钉110铆入作为要紧固的工件的平板118和120时，借助于冲头122和凹模124，长形凸起116便就咬入平板118和120中，并与其连接。结果，铆钉110与平板118和120之间的紧固强度，特别是抵抗铆钉110旋转的紧固强度增大了。
在本实施例中，由于各长形凸起116是在离开圆筒形部分114的远端114A一定的距离S处开始形成的，所以，在将铆钉110铆入工件操作的最初阶段，这种长形凸起116不会与平板118产生干涉。
此外，向上倾斜的部分116B的高度H，从圆筒形部分的外圆周表面开始度量，是从靠近远端114A的这一部分116B的一端，逐渐向靠近铆钉110的头部112的另一端增大的。因此，当铆钉110的圆筒形部分114咬入平板118和120时，上述圆筒形部分114所受到的平板118和120的阻力，最初是很小的，但随后逐渐增大。因此，这种铆钉能以更高的效率，更容易铆入工件内。此外，如图25所示，圆筒形部分114的远端部分114A很容易沿径向向外变形而不会发生故障，从而保证了紧固或连接强度的提高。
此外，在本实施例中，向上倾斜的部分116B的高度H，从圆筒形部分的外圆周表面开始度量，是从靠近远端114A的这一端，逐渐向靠近铆钉110的头部112的另一端增大的。因此，在铆钉插入工件的过程中可能弯曲和变形的那一部分圆筒形部分114，即，圆筒形部分114沿纵向的中间部分，就能有效地用上述长形凸起116来加强。同样的道理，铆钉110铆入工件的效率提高了，也容易了。
此外，在本实施例中，每一条长形凸起116都在靠近铆钉头部的向上倾斜的部分116B的一侧形成了向下倾斜的部分116C，使得它的从圆筒形部分的外圆周表面开始度量的高度H，向着铆钉的头部逐渐降低。采用这样的结构，上述向下倾斜的部分116C就能防止在凸起116与平板118之间形成空隙或间隙，从而进一步增强紧固的强度。此外，平板118的一部分发生了塑性变形，并进入头部112的外圆周112A与铆钉110的向下倾斜的部分116C之间，而这一部分平板118将与向下倾斜的部分116C咬合或啮合，使得铆钉难于从平板118、120中拉出来。
此外，在本实施例中，每一条长形凸起116都在垂直于铆钉110的圆筒形部分114的纵向的平面上具有等边三角形的横断面。因此，当铆钉110铆入工件内时，凸起116的尖顶116A就会与平板118、120咬合或啮合。这样，铆钉110就能以很高的效率，易于顺利地铆入平板118、120。
虽然在图24所示的实施例中，在圆筒形部分114的外圆周表面上形成的是四条相隔90度相等角度的长形凸起116，但，长形凸起116的数量和位置并不是仅限于图24所示的那样，而是可以变化的。例如，可以在圆筒形部分114的外圆周表面上只形成一条长形凸起116，或者，可以在圆筒形部分114的外圆周表面上形成许多条在圆周方向角度的间隔相等的长形凸起116。此外，虽然在图24所示的实施例中，每一条长形凸起116都在垂直于铆钉110的圆筒形部分114的纵向的平面上具有等边三角形的横断面，但，凸起116的断面形状不是仅限于等边三角形，也可以是任何其它类型的普通的三角形。同样，凸起116的尖顶116A也可以做成弧形，如图26A和26B所示。
下面，参照图27说明按照本发明第一方面第六实施例的铆接结构。在图27中，对于与图22中的第五实施例中所使用的同样的元素，使用同样的标号，并不再进行详细的描述。
如图27所示，铆钉110的长形凸起116相对于圆筒形部分114的纵向(轴向L)倾斜一定的角度θ。采用这样的结构，由于凸起116与平板118、120之间的啮合，能够防止铆钉110沿着圆筒形部分114的纵向被拉出来(见图25)。
因此，本发明除了第五实施例的效果之外，还有以下的效果由于相对于圆筒形部分114的纵向倾斜的凸起116与平板118、120之间的啮合，能够防止铆钉110被拉出来，从而保证了进一步提高紧固或连接的强度。
下面，参照图28说明按照本发明的第七实施例的铆接结构。在图28中，对于与图22中的第五实施例中所使用的同样的元素，使用同样的标号，并不再进行详细的描述。
如图28所示，铆钉110的长形凸起116的向上倾斜的部分116B相对于圆筒形部分114的纵向(轴向L)倾斜一定的角度θ，而长形凸起116的向下倾斜的部分116C则与圆筒形部分114的纵向(轴向L)平行。采用这样的结构，由于平板118、120与相对于圆筒形部分114的纵向倾斜的凸起116的向上倾斜的部分116B之间的啮合，能够防止铆钉110沿着圆筒形部分114的纵向被拉出来(见图25)。
因此，本发明除了第五实施例的效果之外，还有以下的效果由于平板118、120与相对于圆筒形部分114的纵向倾斜的凸起116的凸起116的向上倾斜的部分116B之间的啮合，能够防止铆钉110被拉出来，从而保证了进一步提高紧固或连接的强度。
此外，由于长形凸起116的向上倾斜的部分116C与圆筒形部分114A的纵向(轴向L)平行地延伸，所以能防止在向下倾斜的部分116C与平板120之间产生空隙或间隙。
虽然在图28中铆钉110的每一条长形凸起116是在向上倾斜的部分116B与向下倾斜的部分116C之间的边界上弯曲的，但上述凸起116的向上倾斜的部分116B也可以这样相对于圆筒形部分114A的纵向发生倾斜，即，如图29所示，把凸起116做成弧形。
以上，仅仅为了说明的目的，详细描述了本发明的若干实施例，但，本发明不仅限于这些实施例的细节，而是可以在不脱离本发明构思的范围内，以各种变化，改型和/或改进的方式来实施。在所描述的实施例中，铆钉110的圆筒形部分114的远端部分114A沿径向向内呈锥形，使得轴向的端面与圆筒形部分114的外圆周部分之间形成一个锐角，在外圆周上形成尖锐的边缘。相反，铆钉110的圆筒形部分114的远端部分114A也可以沿径向向外呈锥形，使得轴向的端面与圆筒形部分114的内圆周部分之间形成一个锐角，在内圆周上形成尖锐的边缘。此外，如图30B所示，铆钉110的圆筒形部分114的远端，也可以在垂直于铆钉110铆入工件的方向上具有平坦的表面。外，如图30C所示，铆钉110的圆筒形部分114的远端部分114A的断面，还可以具有朝向铆钉铆入方向的尖角。
虽然在所描述的实施例中，铆钉110的圆筒形部分114具有空心的结构，但是，铆钉110也可以是实心的结构，如图30D所示，这种铆钉包括一根沿着铆钉110的轴向延伸的实心的杆部(114)。铆钉110也可以如图30E所示，做成圆筒形，或者，如图30F所示，做成圆柱形。此外，本发明还可以用于三决或更多块平板紧固或连接在一起的情况。
权利要求
1.一种铆钉，它包括沿轴向相对的两个端部，其中至少一个端部比铆钉的其余部分更容易沿着径向向外变形，上述其余部分对于施加在铆钉轴向的载荷比上述沿轴向相对的端部具有更大的抵抗能力。
2.如权利要求1所述的铆钉，其特征在于，它还包括一个包括上述轴向相对的两个端部中的一个端部的头部；以及一个包括上述轴向相对端部中的另一个端部的圆筒形部分。
3.如权利要求1或2所述的铆钉，其特征在于，它还包括一条在上述头部上形成的、在上述头部顶面敞开的凹坑。
4.如权利要求2或3所述的铆钉，其特征在于，在上述圆筒形部分上有一个孔，并且在这个孔的底壁上有一个凸起。
5.如权利要求1所述的铆钉，其特征在于，上述铆钉包括至少一个变形被限制部分，这一部分不易产生塑性变形。
6.如权利要求5所述的铆钉，其特征在于，上述变形被限制部分基本上位于铆钉沿轴向的中部。
7.如权利要求5或6所述的铆钉，其特征在于，上述至少一个变形被限制部分是经过热处理的。
8.如权利要求5或6所述的铆钉，其特征在于，上述至少一个变形被限制部分是用强度大于铆钉的其余部分的材料制成的。
9.如权利要求5到8中任何一项权利要求所述的铆钉，其特征在于，上述铆钉是管状体。
10.如权利要求1所述的铆钉，其特征在于，上述铆钉包括一个头部，和一个从上述头部沿着铆钉的轴线方向延伸的圆筒形部分；其中，在上述圆筒形部分的外圆周表面上设有一个大致沿着圆筒形部分的纵向延伸的凸起，并且该凸起具有一向上倾斜的部分，该倾斜部分从圆筒形部分的外圆周表面度量的高度，从其沿纵向两个相对的端部的接近圆筒形部分远端的端部，到接近铆钉头部的另一端，逐渐增大。
11.如权利要求10所述的铆钉，其特征在于，上述凸起还包括一个向下倾斜的部分，上述向下倾斜的部分相对于上述向上倾斜的部分位于上述头部的一侧，并且，上述向下倾斜的部分从圆筒形部分的外圆周表面度量的高度，逐渐向着铆钉的头部减小。
12.如权利要求10或11所述的铆钉，其特征在于，上述凸起相对于上述圆筒形部分的纵向是倾斜的。
13.如权利要求10或11所述的铆钉，其特征在于，上述凸起包括一个相对于上述圆筒形部分的纵向是倾斜的部分。
14.如权利要求10到13中任何一项权利要求所述的铆钉，其特征在于，上述凸起是这样形成的，即，上述凸起的沿纵向的相对两端中的靠近圆筒形部分的远端的那一端，与上述圆筒形部分的远端隔开距离。
15.如权利要求10到14中任何一项权利要求所述的铆钉，其特征在于，上述凸起的垂直于圆筒形部分纵向的横断面基本上呈三角形。
16.一种用于紧固工件用的铆接结构，它包括一个如权利要求2或3或4所述的铆钉。
17.如权利要求16所述的铆接结构，其特征在于，上述铆钉的圆筒形部分由于沿轴向对上述凹坑的底壁所施加的载荷而沿径向向外张开。
18.如权利要求17所述的铆接结构，其特征在于，上述凹坑的底壁是冲切掉的，使得上述凹坑与圆筒形部分上的孔连在一起，形成一个穿过铆钉整个轴向长度的通孔。
19.一种用于紧固工件用的铆接结构，它包括一个如权利要求5到9中任何一项权利要求所述的铆钉。
20.一种利用铆钉紧固工件的方法，上述铆钉包括一个在其上带有一个凹坑的头部，以及一个从上述头部延伸出来的圆筒形部分；其特征在于，这种方法包括下列步骤把上述铆钉铆入工件内；以及把头部的围绕着上述凹坑的一部分扩张开来，使得头部的这一部分沿径向向外张开呈喇叭形。
21.一种利用铆钉紧固工件的方法，上述铆钉包括一个头部，以及一个从上述头部延伸出来的圆筒形部分；其特征在于，这种方法包括下列步骤把上述铆钉铆入工件内；以及沿上述圆筒形部分的轴向、在铆钉头部上形成的凹坑的底壁上施加载荷。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，它还包括下列步骤冲切上述凹坑的底壁，使得上述凹坑与圆筒形部分上的孔连在一起，形成一个穿过铆钉整个轴向长度的通孔。
23.一种利用具有管状本体的铆钉紧固工件的方法，其特征在于，它在冲头的一次往复运动中完成下列工步用冲头把铆钉铆入工件内；使铆钉沿轴向的相对两个端部变形；以及冲切工件上位于上述铆钉的管状本体内部的那一部分。
24.一种利用具有管状本体的铆钉的铆接装置，这种装置包括一个能用于将铆钉打入工件的冲头，这个冲头包括一个传递要施加在铆钉上的打入载荷的传递载荷的部分，以及一个夹持上述铆钉的导向部分，上述传递载荷的部分和上述导向部分能在将铆钉打入工件的过程中，沿着铆钉打入工件的方向互相作相对运动。
25.如权利要求24所述的铆接装置，其特征在于，在上述铆钉的前端沿铆入方向达到上述工件后，上述导向部分就以减低了的速度相对于上述传递载荷的部分运动。
26.如权利要求24所述的铆接装置，其特征在于，在上述铆钉的前端沿铆入方向达到上述工件后，上述导向部分就以提高了的速度相对于上述传递载荷的部分运动。
27.一种利用具有管状本体的铆钉的铆接装置，这种装置包括一个能用于将铆钉打入工件的冲头，以及一个支承上述工件的凹模，上述冲头包括一个传递要施加在铆钉上的打入载荷的传递载荷的部分，以及一个夹持上述铆钉的导向部分，上述凹模包括一个与上述导向部分对准、并且能让工件冲切的孔。
全文摘要
本发明提供了一种铆钉，它包括沿轴向相对的两个端部，其中，至少一个端部比其余部分更容易沿径向向外变形，并且，其余部分对于沿铆钉的轴向施加的载荷的抵抗力要比沿轴向相对的两个端部大。作为一个例子，上述铆钉(10)包括一个头部(12)和一个从头部延伸出来的圆筒形部分(14)，在上述头部(12)上有一个凹坑(20)，这个凹坑在头部的顶面上是敞开的。
文档编号F16B5/00GK1411399SQ00817258
公开日2003年4月16日 申请日期2000年10月17日 优先权日1999年10月26日
发明者井口博行, 佐野夏茂 申请人:丰田自动车株式会社