JP3976244B2

JP3976244B2 - Self-piercing rivet fastening device

Info

Publication number: JP3976244B2
Application number: JP2002097228A
Authority: JP
Inventors: 修一郎岩月
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003290864A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層された板状の被締結材を自己穿孔リベットにより完全には貫通することなく締結するための自己穿孔リベット締結装置に関するものである。
【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締結するために自己穿孔リベットが使用されることがある。
自己穿孔リベットとは、金属薄板同士を締結する際に、リベットの脚部が最下層の金属薄板を噛み込んで朝顔状に展開し、リベットが最下層の金属薄板を突き抜けることなく金属板同士を締結するリベットのことである。
【０００３】
この自己穿孔リベットの形状を図４（ａ）に示した。自己穿孔リベット１００は、拡径した円形の頭部１０１とこの頭部１０１から延出する脚部１０２とを有している。本例においては脚部１０２は内部がくり抜かれた円筒となっているが、脚部１０２は端面に所定形状の窪みを有するものであれば、中空円筒である必要はない。尚、以下、「自己穿孔リベット」を単に「リベット」と称する。
【０００４】
このリベット１００による金属薄板の締結の様子を図４（ｂ）に示した。
リベット１００による金属薄板の締結には、専用のリベット締結装置２００が使用される。リベット締結装置２００は、ポンチ２０１、ダイ２０２、アーム２０３及び本体２０４等からなる。
本体２０４の端部にはリベット１００の頭部１０１を押圧するためのポンチ２０１が設けられている。本体２０４の側面からはＵ字型のアーム２０３が延出しており、アーム２０３の端部には、前記したポンチ２０１に臨んで、ダイ２０２が設けられている。
【０００５】
ポンチ２０１は、不図示の油圧機構等により、リベット１００を保持したままダイ２０２方向に移動可能であり、金属薄板２０５ａ，２０５ｂを位置決めした上で、ポンチ２０１とダイ２０２との間に挿入し、リベット１００を保持したポンチ２０１とダイ２０２とにより金属薄板２０５ａ，２０５ｂを挟み込む。すると、リベット１００の脚部１０２は金属薄板２０５ａを貫通し、金属薄板２０５ｂに達したところで、金属薄板２０５ｂを噛み込んでかしめて朝顔状に展開し、金属薄板２０５ｂを貫通することなく、金属薄板２０５ａ，２０５ｂ同士を締結する。
【０００６】
リベット１００による金属薄板２０５ａ，２０５ｂの締結を図５の工程図を参照して詳細に説明する。
図５（ａ）は、リベット１００が金属薄板２０５ａ，２０５ｂに貫入する直前の様子を描いた模式図である。
リベット１００はポンチ２０１により押圧されて、まさに金属薄板２０５ａに貫入しようとしている段階（開始段階）を描いた模式図である。
ポンチ２０１とダイ２０２との間には、ポンチ２０１側から順に、リベット１００、金属薄板２０５ａ、金属薄板２０５ｂが配置されており、リベット１００の頭部１０１は、ポンチ２０１により押圧されている。また、金属薄板２０５ｂは、ダイ２０２により支持されている。
【０００７】
ダイ２０２の先端部は、正面視で円形であり、外周部と中心部が隆起しており、この外周部と中心部との間が円環状の底面となった部材である。以降、ダイ２０２の中心部の隆起を中央突起２０２ａと、外周部の隆起を外周突起２０２ｂと称する。ダイ２０２は、リベット１００の金属薄板２０５ａ，２０５ｂへの貫入に伴い、ダイ２０２方向に突出してくる金属薄板２０５ａ，２０５ｂを支持するとともに、後記するように中央突起２０２ａによりリベット１００の脚部１０２を朝顔状に展開する機能を有している。
【０００８】
図５（ｂ）は、リベット１００が、金属薄板２０５ａ，２０５ｂに貫入している途中の段階（ピアス段階）を描いた模式図である。
ポンチ２０１により頭部１０２を押圧されたリベット１００は、金属薄板２０５ａ中に貫入していく。それに伴い、金属薄板２０５ａ，２０５ｂはダイ２０２の表面に押し付けられ、ダイ２０２の形状に沿って塑性変形している。
【０００９】
図５（ｃ）は、リベット１００がさらに押圧され、リベット１００の脚部１０２が中央突起２０２ａと干渉することにより展開し始めた段階（フレア段階）を示す模式図である。
この段階においては、リベット１００の脚部１０２の先端が金属薄板２０５ａ，２０５ｂを介してダイ２０２の中央突起２０２ａと干渉することにより、脚部１０２が、中央突起２０２ａのアールに沿って図面の左右方向に展開し始めている。
【００１０】
図５（ｄ）は、リベット１００がさらに押圧され、リベット１００の頭部１０１と金属薄板２０５ａの表面とが面一となり、金属薄板２０５ａ，２０５ｂの締結が完了した段階（完了段階）を示す模式図である。
この段階においては、リベット１００の頭部１０１は完全に金属薄板２０５ａに押し込まれ、頭部１０１と図面左右方向に展開した脚部１０２との間で金属薄板２０５ａ，２０５ｂとを挟み込むことにより両金属薄板２０５ａ，２０５ｂを締結している。さらに、リベット１００の脚部１０２の先端は、金属薄板２０５ａを突き破り、金属薄板２０５ｂに喰い込むことにより両金属薄板２０５ａ，２０５ｂをかしめて締結している。
このようにリベット１００は、下層の金属薄板２０５ｂを貫通することなく、金属薄板２０５ａ，２０５ｂを締結することが可能である。
【００１１】
続いて、図６を参照して、前記した各段階（開始段階〜最終段階）において、ポンチ２０１によりリベット１００に加えられる荷重とリベット１００の押し込みストロークとの関係を説明する。
この図において縦軸は、リベット１００に加えられる荷重を示し、横軸は、リベット１００の頭部１０１の変位量である押し込みストロークを示している。
開始段階においては、リベット１００にポンチ２０１より荷重が加えられているが、リベット１００はまだ金属薄板２０５ａに喰い込んでおらず、従って、リベット１００の押し込みストローク量は０となる。
【００１２】
ポンチ２０１からリベット１００に加えられる荷重がある値を超えると、リベット１００は、金属薄板２０５ａ，２０５ｂに喰い込んでいく、締結の初期段階においては、リベット１００は、スムーズに金属薄板２０５ａ，２０５ｂに喰い込んでいく。つまり、リベット１００に加えられる荷重の増加量に対して、押し込みストロークの増加量が大きいので、グラフの傾きは小さくなる（ピアス段階）。
【００１３】
続いて、リベット１００が、金属薄板２０５ａ，２０５ｂを介してダイ２０２の中央突起２０２ａと接触すると、リベット１００の脚部１０２は朝顔状に展開を開始する（フレア段階）この段階においては、ピアス段階に比べてグラフの傾きが大きくなるが、これは、リベット１００を金属薄板２０５ａ，２０５ｂに喰い込ませつつ朝顔状に展開させるために大きな荷重が必要となるためである。
【００１４】
さらに、リベット１００に荷重を加えていくと、展開した脚部１０２が金属薄板２０５ａ，２０５ｂにより深く喰い込んでいき、やがて、リベット１００の頭部１０１（頭部１０１のフランジ下面）が金属薄板２０５ａと面一となり、リベット１００による金属薄板２０５ａ，２０５ｂの締結が完了する（最終段階）。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
この自己穿孔リベット１００を用いた金属薄板２０５ａ，２０５ｂの締結において、下層の金属薄板２０５ｂを貫通することなく充分な締結力を得るためには、金属薄板２０５ａ，２０５ｂの材質、板厚等によりダイ２０２の中央突起２０２ａの高さや形状を変更しなければならなかった。つまり、形状を微妙に変化した複数のダイ２０２を準備しておき、これらのダイ２０２を交換しながら締結条件を決定しなければならないという問題点があった。
【００１６】
また、下層の金属薄板２０５ｂが上層の金属薄板２０５ａよりも薄い場合が特に問題であり、用いるダイ２０２の選択が悪いと、下層の金属薄板２０５ｂが薄いために、前記した最終段階（図５（ｄ））において、リベット１００が充分に金属薄板２０５ｂに喰い込まず、締結力が不足したり、逆にリベット１００が、金属薄板２０５ｂを貫通してしまうという不良が発生したりすることがあった。
【００１７】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、金属薄板の材質、板厚の組合せ如何に拘わらず充分な締結強度を得ることができる自己穿孔リベット締結装置を提供することを課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために次のように構成した。
請求項１に記載の発明は、対向したポンチとダイとを有し、前記ポンチに支持された自己穿孔リベットを押下することにより前記ダイ上に積層された板状の被締結材を完全には貫通することなく締結する自己穿孔リベット締結装置であって、前記ダイは、前記被締結材を支持する皿状の支持面を有するダイ部と、このダイ部を前記ポンチ方向に進退自在に支持する基部と、この基部に固定され、前記ダイ部の中心軸を貫通する貫通穴に挿入される中央ピンと、前記ダイ部をポンチ方向に所定の弾発力で付勢する弾性部材と、前記ダイ部の反ポンチ端部付近に螺合され、前記基部に係止されるアジャストプレートと、からなり、リベット締結時に前記支持面に掛かる押圧力が前記弾性部材の弾発力よりも大きくなると、前記ダイ部が反ポンチ方向に移動して、前記貫通穴より前記中央ピンが突出し、前記自己穿孔リベットを径方向に拡径させる自己穿孔リベット締結装置として構成するとともに、前記アジャストプレート及び前記ダイ部のいずれか一方は、前記基部に対して回転不能に構成され、前記アジャストプレート及び前記ダイ部のいずれか他方を回転させることにより、前記所定の弾発力を連続的に変更可能に構成したことを特徴とする自己穿孔リベット締結装置である。
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、弾性部材がダイ部を所定の弾発力でポンチ方向に付勢しており、この弾発力を連続的に変更することができる。被締結材を介して支持面に掛かる押圧力が、この弾発力以上となったときに、ダイ部は反ポンチ方向に移動して、貫通穴より中央ピンが突出し、リベットの脚部を朝顔状に拡径させる。
本発明の自己穿孔リベット締結装置では、弾性部材の弾発力を変更できるので、中央ピンが突出するタイミング（押圧力）を連続的に変化することが可能となる。これにより、被締結材の材質や板厚に拘わらず、リベットの脚部を常に最適のタイミング（押圧力）で展開することが可能となる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、前記アジャストプレートには、突部が設けられ、前記基部には、前記突部を回転不能に係止する溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の自己穿孔リベット締結装置である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を適宜図面を参照して説明する。
図１（ａ）は、本発明の自己穿孔リベット締結装置におけるダイの断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
図１（ａ）に示したダイ１は、例えば、図４（ｂ）に示した自己穿孔リベット締結装置２００のダイ２０２に替えて用いられるものである。
ダイ１は、基部２、ダイ部３、中央ピン４、アジャストプレート５、皿バネ６、ストッパ７等からなる。
【００２３】
ダイ部３は、径の異なる２個の円柱（大径円柱３ａ、小径円柱３ｂ）が同軸に接続された部材であり、ダイ部３の中心軸に沿って貫通穴３ｄが貫通している。
大径円柱３ａはポンチ側に配されており、大径円柱３ａのポンチ側端面は、皿状に形成され、リベット締結時に、ダイ１側に押圧される被締結材を支持する役割を果たす支持面３ｃとなっている。また、大径円柱３ａと基部２との間には、皿バネ６が介設されており、大径円柱３ａはこの皿バネ６の弾発力により常にポンチ方向に付勢されている。
【００２４】
大径円柱３ａよりも径の小さな小径円柱３ｂは、基部２に設けられた円筒形開口２ａに挿入されており、この円筒形開口２ａの内部でポンチ方向に沿って摺動可能である。小径円柱３ｂは、円筒形開口２ａよりも長く形成されており、そのため、小径円柱３ｂは、円筒形開口２ａより突出した部分を有する。この突出した部分に円環状のアジャストプレート５が螺合されており、このアジャストプレート５により大径円柱３ａと基部２との距離（クリアランス）を変化させて、皿バネ６の弾発力を調整可能である。
尚、図１（ｂ）に示すように、アジャストプレート５には、突部５ａが、基部２には溝２ｂが設けられており、ダイ部３を回転しても、アジャストプレート５がとも回りしないようになっている。これにより、大径円柱３ａを指や工具で回転させることにより大径円柱３ａと基部２との距離、ひいては皿バネ６の弾発力を連続的且つ微妙に調整することができる。
【００２５】
また、基部２には、貫通穴３ｄに嵌装される中央ピン４が螺合されている。この中央ピン４を回転させて、上下することにより、中央ピン４の支持面３ｃからの突出量を変化させることができる。この中央ピン４を所定位置で固定するために、基部２の側面から中央ピン４のネジ部に達するネジ穴が設けられており、このネジ穴には、中央ピンストッパ８が螺合されている。
【００２６】
また、大径円柱３ａの側面部には、リベット締結時にダイ部３が不用意に回転して大径円柱３ａと基部２との距離が変化しないように、ストッパ７が設けられている。
【００２７】
リベット締結時には、不図示のポンチがリベットを介して板状の被締結材を支持面３ｃに押圧する。この際、大径円柱３ａは、皿バネ６によりポンチ方向に付勢されているので、支持面３ｃに掛かる押圧力が皿バネ６の弾発力よりも小さい間は、小径円柱３ｂが円筒形開口２ａ内部で摺動することはない。しかし、リベット締結が進行し、支持面３ｃに掛かる押圧力が皿バネ６の弾発力よりも大きくなると、小径円柱３ｂは円筒形開口２ａ内部で、反ポンチ方向に摺動し、その結果、基部２に固定されている中央ピン４が、ダイ部３の貫通穴３ｄより突出する。リベットは被締結材を介して、この突出した中央ピン４と干渉することで、脚部が朝顔状に展開して被締結材に喰い込み、被締結材を締結する。
【００２８】
前記したように、皿バネ６の弾発力は、アジャストプレート５の高さ、より詳しくは、アジャストプレート５と大径円柱３ａとの距離、つまり、大径円柱３ａと基部２（その上面）との間隔（クリアランス）を変化することにより変更可能である。例えば、ダイ部３をねじ込んで大径円柱３ａと基部２との間隔を狭くすれば、皿バネ６が収縮するので、皿バネ６の弾発力が大きくなり、従って、ダイ部３を円筒形開口２中で摺動させるために必要な押圧力は大きくなる。つまり、中央ピン４の支持面３ｃからの突出量を増加させるために必要な押圧力が大きくなる。
【００２９】
逆に、ダイ部３を抜き出して、大径円柱３ａと基部２との間隔を広げれば、皿バネ６が伸張するので、皿バネ６の弾発力が小さくなり、従って、ダイ部３を円筒形開口２中で摺動させるために必要な押圧力は小さくなる。つまり、中央ピン４の支持面３ｃからの突出量を増加させるために必要な押圧力が小さくなる。
【００３０】
ところで、中央ピン４の突出時期は、リベットを被締結材中で朝顔状に展開させるタイミングと密接に関係している。本発明の自己穿孔リベット締結装置においては、ダイ部３のねじ込み量を変化することにより、中央ピン４を突出させるタイミングを連続的に変更可能であるので、従来、被締結材の材質や、板厚に応じて行われていたダイの交換作業を行う必要がなくなり、常に、充分な強度で被締結材を締結することが可能となる。
【００３１】
尚、本実施の形態においては、ダイ部３をポンチ側に付勢するために皿バネ６が用いられているが、この皿バネ６に替えて、例えば、ウレタンゴム等の弾性体を用いても構わない。また、皿バネ６に替えて、油圧機構や電磁機構等によりダイ部３をポンチ側に付勢しても構わない。
【００３２】
続いて、本発明の自己穿孔リベット締結装置を用いた被締結材の締結を図２の工程図を参照して説明する。
図２（ａ）は、ポンチ３０により所定の荷重で押圧された自己穿孔リベット２０が金属薄板３５ａ，３５ｂに喰い込む直前の開始段階を描いた模式図である。
積層された金属薄板３５ａ，３５ｂの下層の金属薄板３５ｂはダイ部３の支持面３ｃにより支持されている。この段階では、支持面３ｃに掛かる押圧力は不図示の皿バネ６の弾発力よりも小さいので、大径円柱３ａは反ポンチ方向に変位することは無く、従って、ダイ部３の貫通穴３ｄに嵌装されている中央ピン４は突出していない。
【００３３】
図２（ｂ）は、ポンチ３０にさらに荷重が加えられ、その結果、自己穿孔リベット２０が、金属薄板３５ａ，３５ｂに貫入するピアス段階を描いた模式図である。ポンチ３０により自己穿孔リベット２０が更に押圧されることにより、自己穿孔リベット２０の脚部２０ｂは、金属薄板３５ａを押圧しながら金属薄板３５ａの内部に深く貫入する。その結果、金属薄板３５ａ，３５ｂは塑性変形して、支持面３ｃの底部に接触している。
このピアス段階では、支持面３ｃに掛かる押圧力は不図示の皿バネ６の弾発力よりも小さく、前記したように、中央ピン４は、貫通穴３ｄより突出しない。そのため、自己穿孔リベット２０の脚部２０ｂは、中央ピン４と干渉せず、自己穿孔リベット２０の脚部２０ｂが展開することはない。
【００３４】
図２（ｃ）は、ポンチ３０にさらに荷重が加えられ、その結果、自己穿孔リベット２０の脚部２０ｂが図面左右方向に展開するフレア段階を描いた模式図である。
この段階では、支持面３ｃに加えられる押圧力が皿バネ６の弾発力を上回るために、ダイ部３が、皿バネ６の弾発力に抗して反ポンチ方向に変位する。その結果、貫通穴３ｄから中央ピン４が突出し、この中央ピン４は、金属薄板３５ａ，３５ｂを介して自己穿孔リベット２０の脚部２０ｂと干渉し、脚部２０ｂは、中央ピン４の先端形状に沿って、図面の左右方向に朝顔状に展開し始める。このように脚部２０ｂが展開することにより、脚部２０ｂは金属薄板３５ａ，３５ｂに喰い込み、大きな締結力が生まれる。
【００３５】
図２（ｄ）は、ポンチ３０にさらに荷重が加えられ、その結果、自己穿孔リベット２０の頭部２０ａと金属薄板３５ａとが面一となり、締結が終了する最終段階を描いた模式図である。
この段階においては、支持面３ｃに掛かる押圧力は皿バネ６の弾発力を上回っているので、中央ピン４は貫通穴３ｄより突出した状態となっている。そのために、ポンチ３０より自己穿孔リベット２０に掛かる押圧力は主に、自己穿孔リベット２０の脚部２０ｂを展開させることに消費され、自己穿孔リベット２０は、金属薄板３５ａ，３５ｂに、さらに喰い込み、両者を強い締結力で締結する。
【００３６】
続いて、図３を参照して、ポンチ３０からリベット２０に加えられる荷重（押圧力）と自己穿孔リベット２０の押し込みストロークとの関係を説明する。
尚、押し込みストロークとは、自己穿孔リベット２０の頭部２０ａの変位量を示すものである。
【００３７】
開始段階（図２（ａ））においては、ポンチ３０から自己穿孔リベット２０に荷重が加えられているが、まだ自己穿孔リベット２０が金属薄板３５ａ，３５ｂに貫入していないので、押し込みストロークは０となる。
【００３８】
ピアス段階（図２（ｂ））においては、自己穿孔リベット２０は支持面３ｃ等と干渉することなくポンチ３０から加えられる荷重に応じてスムーズに金属薄板３５ａ，３５ｂ中に貫入していくので、グラフの傾きは小さくなる。つまり、ポンチ３０より自己穿孔リベット２０に加えられる荷重の増加量に比して、自己穿孔リベット２０の押し込みストローク増加量が大きくなる。
【００３９】
その後、自己穿孔リベット２０に加える荷重を大きくしていくと、やがて、ポンチ３０より自己穿孔リベット２０に加えられる荷重が、皿バネ６の弾発力を上回り、ダイ部３が反ポンチ方向に移動することにより、貫通穴３ｄより中央ピン４が突出し始める。これにより、自己穿孔リベット２０の脚部２０ｂは、金属薄板３５ａ，３５ｂを介して中央ピン４と干渉することにより中央ピン４の形状に沿って朝顔状に展開し始める（フレア段階（図２（ｃ）））。
【００４０】
本発明の特徴点の１つは、前記したように、ダイ部３の大径円柱３ａと基部２との間隔を上下（広狭）することで、皿バネ６の弾発力を予め調整し、この中央ピン４の突出のタイミングを連続的に変えることができる点にある。
図３には、皿バネ６の弾発力を変更した３本のグラフＡ，Ｂ，Ｃが描かれている。グラフＡは、皿バネ６を収縮させ、皿バネ６の弾発力を大きくした場合のグラフである。この場合には、中央ピン４を突出させる（突出を開始させる）ために必要な荷重は大きくなる。また、グラフＣは、皿バネ６を伸張させ、皿バネ６の弾発力を小さくした場合のグラフである。この場合には、中央ピン４を突出させる（突出を開始させる）ために必要な荷重は小さくなる。
【００４１】
このように本発明においては、アジャストプレート５により、ダイ部３をねじ込むことで中央ピン４が突出を開始するための荷重を連続的に変更できるので、ダイそのものを交換しなくとも、金属薄板３５ａ，３５ｂの材質や板厚に応じて最適の中央ピン４の突出タイミングを調整することが可能となり、常に充分な強度の締結を行うことができる。大径円柱３ａと基部２との間隔（クリアランス）の調整は、指や工具で大径円柱３ａを回転してねじ込んだり、抜き出したりすることにより連続的且つ微妙に行うことができる。なお、この実施形態では、アジャストプレート５を回転不能として、ダイ部３をねじ込むことにより間隔を調整することとしたが、ダイ部３（大径円柱３ａ）を回転不能とし、一方でアジャストプレート５を回転可能とし、アジャストプレート５の回転量により前記した間隔を調整するようにしてもよい。この場合、アジャストプレート５を外部から回転可能にしておくと間隔（大径円柱３ａと基部２の上面との間隔）の調整が容易で都合がよい。つまり、皿バネ６の弾発力を連続的に調整するのに都合がよい。
【００４２】
最終段階（図２（ｄ））においては、自己穿孔リベット２０に加える荷重がさらに大きくなる。この荷重は主に、自己穿孔リベット２０の脚部２０ｂを展開して金属薄板３５ａ，３５ｂに喰い込ませることに使用される。そして、自己穿孔リベット２０の頭部２０ａが金属薄板３５ａと面一となり、締結工程が終了する。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は以下のような顕著な効果を奏する。
本発明の自己穿孔リベット締結装置は、弾性部材の弾発力を連続的に変更することができるので、自己穿孔リベットの脚部を展開させるための中央ピンの突出タイミングを任意の押圧力に設定することが可能となる。これにより、被締結材の板厚や、材質によらず、常に最適のタイミング（押圧力）で中央ピンを突出させることが可能となり、充分な強度を有する締結を行うことができるとともに、中央ピンを突出させるタイミングを容易に設定できる（請求項１）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自己穿孔リベット締結装置におけるダイの断面図（ａ）と、図１（ａ）のＸ−Ｘ断面図（ｂ）である。
【図２】本発明の自己穿孔リベット締結装置を用いた被締結材の締結の工程図である。
【図３】本発明の自己穿孔リベット締結装置におけるポンチからリベットに加えられる荷重（押圧力）と自己穿孔リベットの押し込みストロークとの関係を示すグラフである。
【図４】自己穿孔リベットの斜視図（ａ）と、自己穿孔リベット締結装置の側面図（ｂ）である。
【図５】従来の自己穿孔リベットによる金属薄板の締結の工程図である。
【図６】従来のポンチにより自己穿孔リベットに加えられる荷重と自己穿孔リベットの押し込みストロークとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ダイ
２基部
３ダイ部
３ａ大径円柱
３ｂ小径円柱
３ｃ支持面
３ｄ貫通穴
４中央ピン
５アジャストプレート
６皿バネ
７ストッパ
２０自己穿孔リベット
２０ａ頭部
２０ｂ脚部
３０ポンチ
３５ａ，３５ｂ金属薄板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a self-piercing rivet fastening device for fastening a laminated plate-like material without completely penetrating with a self-piercing rivet.
[0002]
[Prior art]
In fields such as automobile manufacturing, self-drilling rivets are sometimes used to fasten metal sheets of a vehicle body.
Self-drilling rivet means that when metal sheets are fastened together, the legs of the rivet bite into the lowermost metal sheet and expand in a morning glory shape, and the rivets do not penetrate through the lowermost metal sheet. It is a rivet to be fastened.
[0003]
The shape of this self-piercing rivet is shown in FIG. The self-piercing rivet 100 has a circular head 101 having an enlarged diameter and leg portions 102 extending from the head 101. In this example, the leg portion 102 is a cylinder with a hollow inside, but the leg portion 102 does not have to be a hollow cylinder as long as it has a recess of a predetermined shape on the end surface. Hereinafter, the “self-piercing rivet” is simply referred to as “rivet”.
[0004]
FIG. 4B shows how the metal thin plate is fastened by the rivet 100.
A dedicated rivet fastening device 200 is used for fastening the metal thin plate with the rivet 100. The rivet fastening device 200 includes a punch 201, a die 202, an arm 203, a main body 204, and the like.
A punch 201 for pressing the head 101 of the rivet 100 is provided at the end of the main body 204. A U-shaped arm 203 extends from the side surface of the main body 204, and a die 202 is provided at the end of the arm 203 so as to face the punch 201 described above.
[0005]
The punch 201 can be moved in the direction of the die 202 while holding the rivet 100 by a hydraulic mechanism (not shown), etc., and after positioning the metal thin plates 205a and 205b, the punch 201 is inserted between the punch 201 and the die 202, The metal thin plates 205 a and 205 b are sandwiched between the punch 201 holding the rivet 100 and the die 202. Then, the leg portion 102 of the rivet 100 penetrates the metal thin plate 205a, and when it reaches the metal thin plate 205b, the metal thin plate 205b is bitten and caulked to develop a morning glory, and the metal thin plate 205b is not penetrated. 205a and 205b are fastened together.
[0006]
The fastening of the thin metal plates 205a and 205b by the rivet 100 will be described in detail with reference to the process diagram of FIG.
FIG. 5A is a schematic diagram depicting a state immediately before the rivet 100 penetrates into the metal thin plates 205a and 205b.
The rivet 100 is a schematic diagram depicting a stage (starting stage) where the rivet 100 is pressed by the punch 201 and is about to penetrate into the metal thin plate 205a.
Between the punch 201 and the die 202, a rivet 100, a thin metal plate 205a, and a thin metal plate 205b are disposed in this order from the punch 201 side, and the head 101 of the rivet 100 is pressed by the punch 201. The thin metal plate 205 b is supported by the die 202.
[0007]
The front end portion of the die 202 is circular when viewed from the front, and the outer peripheral portion and the central portion are raised, and a member having an annular bottom surface between the outer peripheral portion and the central portion. Hereinafter, the protrusion at the center of the die 202 is referred to as a central protrusion 202a, and the protrusion at the outer periphery is referred to as an outer protrusion 202b. The die 202 supports the metal thin plates 205a and 205b protruding in the direction of the die 202 as the rivet 100 penetrates into the metal thin plates 205a and 205b, and the leg 102 of the rivet 100 is supported by the central protrusion 202a as described later. Has the function of developing a morning glory.
[0008]
FIG. 5B is a schematic diagram depicting a stage (piercing stage) in the middle of the rivet 100 penetrating into the metal thin plates 205a and 205b.
The rivet 100 whose head 102 has been pressed by the punch 201 penetrates into the thin metal plate 205a. Accordingly, the metal thin plates 205 a and 205 b are pressed against the surface of the die 202 and are plastically deformed along the shape of the die 202.
[0009]
FIG. 5C is a schematic diagram showing a stage (flare stage) where the rivet 100 is further pressed and the leg portion 102 of the rivet 100 starts to expand due to interference with the central protrusion 202a.
At this stage, the tip of the leg portion 102 of the rivet 100 interferes with the central projection 202a of the die 202 through the thin metal plates 205a and 205b, so that the leg portion 102 is aligned with the left and right sides of the drawing along the radius of the central projection 202a. Has begun to expand in the direction.
[0010]
FIG. 5D is a schematic view showing a stage (completion stage) in which the rivet 100 is further pressed, the head 101 of the rivet 100 and the surface of the metal thin plate 205a are flush with each other, and the fastening of the metal thin plates 205a and 205b is completed. FIG.
At this stage, the head 101 of the rivet 100 is completely pushed into the metal thin plate 205a, and the metal thin plates 205a and 205b are sandwiched between the head 101 and the legs 102 developed in the left-right direction of the drawing, so The thin plates 205a and 205b are fastened. Furthermore, the tip of the leg portion 102 of the rivet 100 breaks through the metal thin plate 205a and bites into the metal thin plate 205b to crimp the two metal thin plates 205a and 205b together.
Thus, the rivet 100 can fasten the metal thin plates 205a and 205b without penetrating the lower metal thin plate 205b.
[0011]
Next, with reference to FIG. 6, the relationship between the load applied to the rivet 100 by the punch 201 and the pushing stroke of the rivet 100 in each of the above-described stages (start stage to final stage) will be described.
In this figure, the vertical axis indicates the load applied to the rivet 100, and the horizontal axis indicates the pushing stroke that is the amount of displacement of the head 101 of the rivet 100.
At the start stage, a load is applied to the rivet 100 from the punch 201, but the rivet 100 has not yet digged into the thin metal plate 205a, and therefore the pushing stroke amount of the rivet 100 becomes zero.
[0012]
When the load applied to the rivet 100 from the punch 201 exceeds a certain value, the rivet 100 bites into the thin metal plates 205a and 205b. In the initial stage of fastening, the rivet 100 smoothly moves to the thin metal plates 205a and 205b. I will bite in. That is, since the increase amount of the pushing stroke is larger than the increase amount of the load applied to the rivet 100, the inclination of the graph becomes small (piercing stage).
[0013]
Subsequently, when the rivet 100 comes into contact with the central protrusion 202a of the die 202 through the metal thin plates 205a and 205b, the leg portion 102 of the rivet 100 starts to develop in a morning glory shape (flare stage). In this stage, the piercing stage The inclination of the graph is larger than that of FIG. 6 because a large load is required to develop the rivet 100 into the morning glory while biting into the metal thin plates 205a and 205b.
[0014]
Further, when a load is applied to the rivet 100, the developed leg portion 102 bites deeper into the thin metal plates 205a and 205b, and eventually the head 101 of the rivet 100 (the lower surface of the flange of the head 101) is moved to the thin metal plate 205a. And the fastening of the metal thin plates 205a and 205b by the rivet 100 is completed (final stage).
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
In the fastening of the metal thin plates 205a and 205b using the self-piercing rivet 100, in order to obtain a sufficient fastening force without penetrating the lower metal thin plate 205b, a die is formed depending on the material and thickness of the metal thin plates 205a and 205b. The height and shape of the central projection 202a of 202 had to be changed. That is, there is a problem in that a plurality of dies 202 whose shapes have been changed slightly are prepared, and the fastening conditions must be determined while exchanging these dies 202.
[0016]
Further, the case where the lower metal thin plate 205b is thinner than the upper metal thin plate 205a is particularly problematic. If the selection of the die 202 to be used is poor, the lower metal thin plate 205b is thin, so that the above-described final stage (FIG. 5 ( In d)), the rivet 100 does not sufficiently bite into the metal thin plate 205b, and the fastening force may be insufficient, or conversely, the rivet 100 may pass through the metal thin plate 205b. .
[0017]
The present invention has been made in view of such problems, and it is an object of the present invention to provide a self-piercing rivet fastening device capable of obtaining sufficient fastening strength regardless of the combination of the material and thickness of the metal thin plate. And
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is configured as follows to solve the above-described problems.
The invention according to claim 1 has a plate-like material to be fastened laminated on the die by pressing a self-drilling rivet supported by the punch and having opposed punches and dies. A self-drilling rivet fastening device for fastening without penetrating, wherein the die supports a die part having a dish-like support surface for supporting the material to be fastened, and supports the die part so as to advance and retreat in the punch direction. A base, a central pin fixed to the base and inserted into a through-hole penetrating the central axis of the die, an elastic member for biasing the die with a predetermined elastic force in a punch direction, and the die And an adjustment plate that is screwed in the vicinity of the anti-punch end portion and locked to the base portion, and when the pressing force applied to the support surface when the rivet is fastened is larger than the elastic force of the elastic member, part is the anti-punch side Go to, wherein the through-hole central pin protrude, as well as configured as the self-piercing rivet fastening device increase the diameter of the self-piercing rivet radially either one of the adjustment plate and the die unit, the A self-drilling rivet configured to be non-rotatable with respect to a base and configured to continuously change the predetermined elasticity by rotating either the adjustment plate or the die. Fastening device.
[0019]
According to the first aspect of the present invention, the elastic member urges the die portion in the punch direction with a predetermined elastic force, and the elastic force can be continuously changed. When the pressing force applied to the support surface through the material to be fastened exceeds this resilience, the die moves in the anti-punch direction, the center pin protrudes from the through hole, and the rivet leg is in the morning glory The diameter is expanded.
In the self-piercing rivet fastening device of the present invention, the elastic force of the elastic member can be changed, so that the timing (pressing force) at which the central pin protrudes can be continuously changed. As a result, regardless of the material and thickness of the material to be fastened, the leg portion of the rivet can always be deployed at an optimal timing (pressing force).
[0020]
The invention according to claim 2 is characterized in that the adjustment plate is provided with a protrusion, and the base is provided with a groove for locking the protrusion in a non-rotatable manner. The self-drilling rivet fastening device according to claim 1.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
Fig.1 (a) is sectional drawing of the die | dye in the self-drilling rivet fastening apparatus of this invention, FIG.1 (b) is XX sectional drawing of Fig.1 (a).
The die 1 shown in FIG. 1A is used in place of the die 202 of the self-piercing rivet fastening device 200 shown in FIG. 4B, for example.
The die 1 includes a base portion 2, a die portion 3, a center pin 4, an adjustment plate 5, a disc spring 6, a stopper 7, and the like.
[0023]
The die part 3 is a member in which two cylinders having different diameters (a large-diameter cylinder 3 a and a small-diameter cylinder 3 b) are connected coaxially, and a through hole 3 d passes through the central axis of the die part 3.
The large-diameter cylinder 3a is arranged on the punch side, and the punch-side end surface of the large-diameter cylinder 3a is formed in a dish shape, and supports to support a material to be fastened that is pressed to the die 1 side when rivets are fastened. It is the surface 3c. Further, a disc spring 6 is interposed between the large-diameter column 3 a and the base 2, and the large-diameter column 3 a is always urged in the punch direction by the elastic force of the disc spring 6.
[0024]
A small-diameter column 3b having a diameter smaller than that of the large-diameter column 3a is inserted into a cylindrical opening 2a provided in the base 2, and can slide along the punch direction inside the cylindrical opening 2a. The small-diameter column 3b is formed longer than the cylindrical opening 2a. Therefore, the small-diameter column 3b has a portion protruding from the cylindrical opening 2a. An annular adjustment plate 5 is screwed to the protruding portion, and the adjustment plate 5 changes the distance (clearance) between the large-diameter cylinder 3a and the base 2 to adjust the elastic force of the disc spring 6. Is possible.
As shown in FIG. 1B, the adjustment plate 5 is provided with a protrusion 5a, and the base 2 is provided with a groove 2b. Even if the die 3 is rotated, the adjustment plate 5 rotates. It is supposed not to. Accordingly, the distance between the large-diameter column 3a and the base 2 and the elastic force of the disc spring 6 can be continuously and finely adjusted by rotating the large-diameter column 3a with a finger or a tool.
[0025]
Further, a central pin 4 fitted into the through hole 3d is screwed to the base portion 2. By rotating the center pin 4 and moving it up and down, the amount of protrusion of the center pin 4 from the support surface 3c can be changed. In order to fix the center pin 4 at a predetermined position, a screw hole reaching the screw portion of the center pin 4 from the side surface of the base portion 2 is provided, and the center pin stopper 8 is screwed into the screw hole. .
[0026]
Further, a stopper 7 is provided on the side surface of the large diameter cylinder 3a so that the die part 3 does not rotate carelessly when the rivet is fastened and the distance between the large diameter cylinder 3a and the base 2 does not change.
[0027]
When the rivet is fastened, a punch (not shown) presses the plate-like material to be fastened to the support surface 3c via the rivet. At this time, since the large-diameter column 3a is urged in the punch direction by the disc spring 6, the small-diameter column 3b is cylindrical while the pressing force applied to the support surface 3c is smaller than the elastic force of the disc spring 6. There is no sliding inside the opening 2a. However, when the rivet fastening is advanced and the pressing force applied to the support surface 3c becomes larger than the elastic force of the disc spring 6, the small-diameter column 3b slides in the anti-punch direction inside the cylindrical opening 2a. A central pin 4 fixed to the base portion 2 protrudes from the through hole 3 d of the die portion 3. The rivet interferes with the protruding central pin 4 via the material to be fastened, so that the leg portion develops in a morning glory shape and bites into the material to be fastened, thereby fastening the material to be fastened.
[0028]
As described above, the elastic force of the disc spring 6 is the height of the adjustment plate 5, more specifically, the distance between the adjustment plate 5 and the large-diameter cylinder 3a, that is, the large-diameter cylinder 3a and the base 2 (the upper surface thereof). It can be changed by changing the interval (clearance). For example, if the die portion 3 is screwed to reduce the distance between the large-diameter column 3a and the base portion 2, the disc spring 6 contracts, so that the elastic force of the disc spring 6 increases, and therefore the die portion 3 is cylindrical. The pressing force required for sliding in the opening 2 increases. That is, the pressing force required to increase the amount of protrusion of the center pin 4 from the support surface 3c increases.
[0029]
On the contrary, if the die part 3 is extracted and the space between the large-diameter column 3a and the base part 2 is widened, the disc spring 6 is extended, so that the elastic force of the disc spring 6 is reduced. The pressing force required for sliding in the shaped opening 2 is reduced. That is, the pressing force required to increase the amount of protrusion of the center pin 4 from the support surface 3c is reduced.
[0030]
By the way, the protrusion timing of the center pin 4 is closely related to the timing at which the rivet is developed in the morning glory shape in the material to be fastened. In the self-drilling rivet fastening device according to the present invention, the timing of projecting the central pin 4 can be continuously changed by changing the screwing amount of the die part 3. There is no need to perform die replacement work that has been performed according to the thickness, and it is possible to always fasten the material to be fastened with sufficient strength.
[0031]
In the present embodiment, the disc spring 6 is used to urge the die portion 3 toward the punch side. Instead of the disc spring 6, for example, an elastic body such as urethane rubber is used. It doesn't matter. Further, instead of the disc spring 6, the die portion 3 may be urged to the punch side by a hydraulic mechanism or an electromagnetic mechanism.
[0032]
Next, fastening of a material to be fastened using the self-piercing rivet fastening device of the present invention will be described with reference to the process diagram of FIG.
FIG. 2A is a schematic diagram illustrating a start stage immediately before the self-piercing rivet 20 pressed by the punch 30 with a predetermined load bites into the metal thin plates 35a and 35b.
The metal thin plate 35b below the stacked metal thin plates 35a and 35b is supported by the support surface 3c of the die portion 3. At this stage, since the pressing force applied to the support surface 3c is smaller than the elastic force of the disc spring 6 (not shown), the large-diameter cylinder 3a is not displaced in the anti-punch direction. The central pin 4 fitted in 3d does not protrude.
[0033]
FIG. 2B is a schematic diagram depicting a piercing stage in which a load is further applied to the punch 30 and, as a result, the self-piercing rivet 20 penetrates into the thin metal plates 35a and 35b. When the self-piercing rivet 20 is further pressed by the punch 30, the leg portion 20b of the self-piercing rivet 20 penetrates deeply into the metal thin plate 35a while pressing the metal thin plate 35a. As a result, the metal thin plates 35a and 35b are plastically deformed and are in contact with the bottom of the support surface 3c.
In this piercing stage, the pressing force applied to the support surface 3c is smaller than the elastic force of the disc spring 6 (not shown), and as described above, the central pin 4 does not protrude from the through hole 3d. Therefore, the leg portion 20b of the self-piercing rivet 20 does not interfere with the central pin 4, and the leg portion 20b of the self-piercing rivet 20 does not expand.
[0034]
FIG. 2C is a schematic diagram depicting a flare stage in which a load is further applied to the punch 30 and, as a result, the leg portion 20b of the self-piercing rivet 20 expands in the horizontal direction of the drawing.
At this stage, since the pressing force applied to the support surface 3 c exceeds the elastic force of the disc spring 6, the die portion 3 is displaced in the anti-punch direction against the elastic force of the disc spring 6. As a result, the central pin 4 protrudes from the through hole 3d, and the central pin 4 interferes with the leg portion 20b of the self-drilling rivet 20 through the metal thin plates 35a and 35b, and the leg portion 20b has the tip shape of the central pin 4. Along the left and right sides of the drawing. As the leg portion 20b expands in this way, the leg portion 20b bites into the metal thin plates 35a and 35b, and a large fastening force is generated.
[0035]
FIG. 2D is a schematic diagram depicting the final stage in which the load is further applied to the punch 30 and, as a result, the head 20a of the self-drilling rivet 20 and the metal thin plate 35a are flush with each other, and the fastening is completed. .
At this stage, since the pressing force applied to the support surface 3c exceeds the elastic force of the disc spring 6, the center pin 4 is in a state of protruding from the through hole 3d. Therefore, the pressing force applied to the self-piercing rivet 20 from the punch 30 is mainly consumed for expanding the legs 20b of the self-piercing rivet 20, and the self-piercing rivet 20 further bites into the thin metal plates 35a and 35b. , Fasten both with strong fastening force.
[0036]
Next, the relationship between the load (pressing force) applied from the punch 30 to the rivet 20 and the pushing stroke of the self-piercing rivet 20 will be described with reference to FIG.
The pushing stroke indicates the amount of displacement of the head 20a of the self-piercing rivet 20.
[0037]
In the starting stage (FIG. 2A), a load is applied from the punch 30 to the self-piercing rivet 20, but since the self-piercing rivet 20 has not yet penetrated into the thin metal plates 35a and 35b, the pushing stroke is zero. It becomes.
[0038]
In the piercing stage (FIG. 2B), the self-drilling rivet 20 smoothly penetrates into the thin metal plates 35a and 35b according to the load applied from the punch 30 without interfering with the support surface 3c and the like. The slope of the graph becomes smaller. That is, the amount of increase in the pushing stroke of the self-piercing rivet 20 is larger than the amount of increase in the load applied to the self-piercing rivet 20 from the punch 30.
[0039]
Thereafter, as the load applied to the self-piercing rivet 20 is increased, the load applied to the self-piercing rivet 20 from the punch 30 eventually exceeds the elastic force of the disc spring 6, and the die portion 3 moves in the anti-punch direction. By doing so, the central pin 4 begins to protrude from the through hole 3d. Thereby, the leg part 20b of the self-drilling rivet 20 begins to develop in a morning glory shape along the shape of the central pin 4 by interfering with the central pin 4 via the metal thin plates 35a and 35b (flare stage (FIG. 2 ( c))).
[0040]
One of the features of the present invention is that, as described above, the elastic force of the disc spring 6 is adjusted in advance by increasing or decreasing (broad and narrow) the distance between the large-diameter column 3a of the die 3 and the base 2; This is in that the projection timing of the center pin 4 can be continuously changed.
In FIG. 3, three graphs A, B, and C in which the elastic force of the disc spring 6 is changed are drawn. Graph A is a graph when the disc spring 6 is contracted to increase the elastic force of the disc spring 6. In this case, the load required to cause the center pin 4 to protrude (start protrusion) increases. Graph C is a graph when the disc spring 6 is extended to reduce the elastic force of the disc spring 6. In this case, the load required to cause the center pin 4 to protrude (start protrusion) is reduced.
[0041]
In this way, in the present invention, the load for starting the protrusion of the central pin 4 can be continuously changed by screwing the die portion 3 with the adjusting plate 5, so that the metal thin plate 35a can be replaced without replacing the die itself. , 35b, and the optimal projection timing of the center pin 4 can be adjusted in accordance with the thickness and thickness of the plate, so that sufficient fastening can always be performed. Adjustment of the space | interval (clearance) of the large diameter cylinder 3a and the base 2 can be performed continuously and delicately by rotating and screwing in the large diameter cylinder 3a with a finger | toe or a tool, or extracting. In this embodiment, the adjustment plate 5 is made non-rotatable and the interval is adjusted by screwing the die part 3. However, the die part 3 (large-diameter column 3 a) is made non-rotatable, while the adjustment plate 5 Can be rotated, and the interval described above may be adjusted by the amount of rotation of the adjustment plate 5. In this case, it is easy and convenient to adjust the interval (the interval between the large-diameter cylinder 3a and the upper surface of the base 2) if the adjustment plate 5 is rotatable from the outside. That is, it is convenient to continuously adjust the resilience of the disc spring 6.
[0042]
In the final stage (FIG. 2D), the load applied to the self-piercing rivet 20 is further increased. This load is mainly used for expanding the leg portion 20b of the self-drilling rivet 20 and biting it into the metal thin plates 35a and 35b. Then, the head 20a of the self-piercing rivet 20 is flush with the metal thin plate 35a, and the fastening process is completed.
[0043]
【The invention's effect】
The present invention has the following remarkable effects.
Since the self-drilling rivet fastening device of the present invention can continuously change the elastic force of the elastic member, the projection timing of the center pin for deploying the legs of the self-drilling rivet is set to an arbitrary pressing force It becomes possible to do. This makes it possible to always project the center pin at the optimal timing (pressing force) regardless of the plate thickness and material of the material to be fastened, and to perform fastening with sufficient strength. Can be easily set.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view (a) of a die in a self-drilling rivet fastening device of the present invention, and a cross-sectional view (b) taken along line XX of FIG. 1 (a).
FIG. 2 is a process diagram of fastening of a material to be fastened using the self-piercing rivet fastening device of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the load (pressing force) applied from the punch to the rivet and the pushing stroke of the self-piercing rivet in the self-piercing rivet fastening device of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view (a) of a self-piercing rivet and a side view (b) of the self-piercing rivet fastening device.
FIG. 5 is a process diagram of fastening a thin metal plate by a conventional self-drilling rivet.
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a load applied to a self-piercing rivet by a conventional punch and a pushing stroke of the self-piercing rivet.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Die 2 Base part 3 Die part 3a Large diameter cylinder 3b Small diameter cylinder 3c Support surface 3d Through hole 4 Center pin 5 Adjustment plate 6 Belleville spring 7 Stopper 20 Self-drilling rivet 20a Head 20b Leg 30 Punch 35a, 35b Metal thin plate

Claims

A self-drilling rivet having opposing punches and a die, and fastening the plate-like material to be fastened stacked on the die without completely penetrating by pressing the self-drilling rivet supported by the punch A fastening device,
The die has a die portion having a dish-like support surface that supports the material to be fastened;
A base portion that supports the die portion so as to freely advance and retract in the punch direction;
A central pin fixed to the base and inserted into a through hole penetrating the central axis of the die portion;
An elastic member that urges the die part in a punch direction with a predetermined elastic force ;
An adjustment plate that is screwed into the vicinity of the anti-punch end portion of the die portion and locked to the base portion ,
When the pressing force applied to the support surface at the time of rivet fastening becomes larger than the elastic force of the elastic member, the die portion moves in the anti-punch direction, the central pin protrudes from the through hole, and the self-piercing rivet is While configured as a self-drilling rivet fastening device that expands in the radial direction,
Either the adjustment plate or the die part is configured to be non-rotatable with respect to the base part,
A self-piercing rivet fastening device characterized in that the predetermined elastic force can be continuously changed by rotating either the adjustment plate or the die part .

The adjustment plate is provided with a protrusion,
The self-drilling rivet fastening device according to claim 1, wherein the base is provided with a groove for locking the protrusion so as not to rotate .