JP4669706B2

JP4669706B2 - 自己穿孔型リベット及びこれによる板材の締結構造

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Publication number: JP4669706B2
Application number: JP2005037268A
Authority: JP
Inventors: 彰鎌田
Original assignee: Lobtex Co Ltd
Current assignee: Lobtex Co Ltd
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: WO2006087984A1; TW200641261A; WO2006087984A8; JP2006226302A; TWI369454B

Description

本発明は、硬鋼板等、硬い材質の板材を締結するために使用する自己穿孔型リベット及びこれによる板材の締結構造に関する。

従来、自動車等の車体に適用される自己穿孔型リベット（以下、単に「リベット」という）としては、特許文献１〜３に示すものが公知である。この種のリベットは、図１１（イ）に示す如く、頭部２’と、該頭部２’の下面より延びて軸孔（空洞）３ａ’を有する軸部３’とで構成される。そして、このリベット１’による板材Ｐ１’，Ｐ２’の締結に際しては、板材Ｐ１’，Ｐ２’をカシメ装置１００’のダイス１０１’上に支持した後、同図（ロ）に示す如く、ポンチ１０２’によって支持されたリベット１’を下降させ、その軸部３’から板材Ｐ１’，Ｐ２’に所定の圧力で打ち込む（同図（ハ））。すると、同図（ニ）に示す如く、軸部３’の環状部分によって板材Ｐ１’が剪断されると共に、該環状部分がダイス１０１’の凸部１０１ｂ’の形状に倣ってカールして拡開し、板材Ｐ１’，Ｐ２’が締結される。
特開平９−３１７７３０号特開２００１−１１６０３０号特開２００１−３０４２１４号

しかしながら、この種のリベットは、アルミニウム合金板、軟鋼板といった軟らかい材質の板材を締結するものであって、アルミニウム合金板、軟鋼板よりも材質の硬い金属板、例えば硬鋼板に対しては適用することができない。というのも、軸部３’の環状部分は硬鋼板との関係では剛性が低く、リベット１’を打ち込むと、硬鋼板を剪断できないばかりか、環状部分が内側に折れ曲がったり軸方向に圧縮されてしまい、締結作用が生じる程度にまで適切に拡開してくれないからである。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、硬鋼板等、硬い材質の板材をも締結することができる自己穿孔型リベット及びこれによる板材の締結構造を提供することを課題とする。

従来のリベットは、打ち込みに伴う軸部の拡開度が大きくて締結作用が高くなるよう、できるだけ大径で深い軸孔を形成していた。そのため、環状部分は硬鋼板等、硬い材質の板材との関係では脆弱となり、これが硬い材質の板材に対して適用できない理由となっていた。

これに対し、本発明者は、板材を締結するための新たな原理を考察し、これを知見するに至った。それは、打ち込みに伴って剪断された表側の板材の当該剪断部分を板材の締結に利用しようとするものである。即ち、その剪断部分が圧縮によって拡張し、且つ軸部の先端部に固着して一体化すれば、軸部の先端部が膨径化して板材が締結されるという原理である。

これを実現するものとして本発明者が鋭意研究を重ねた結果、（１）複数の重ね合わされた板材を締結するため、表側の板材に接合する頭部と、該頭部の下面より延びて、表側の板材を剪断する軸部とを備え、前記表側の板材の剪断部分が軸部の先端部と裏側の板材の表面との間で圧縮されて軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化することによって軸部の先端部を膨径化させるため、軸部に軸孔が形成されないか、あるいは軸部に形成される軸孔の有効深さが軸部の長さの４４％以下であることを特徴とする自己穿孔型リベット、（２）複数の重ね合わされた板材を締結するため、表側の板材に接合する頭部と、該頭部の下面より延びて、表側の板材を剪断する軸部とを備え、前記表側の板材の剪断部分が軸部の先端部と裏側の板材の表面との間で圧縮されて軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化することによって軸部の先端部を膨径化させるため、軸部に軸孔が形成されないか、あるいは軸部に形成される軸孔の内径が軸部の呼び径の６０％以下であって且つ有効深さが軸部の長さの４４％以下であることを特徴とする自己穿孔型リベット、（３）複数の重ね合わされた板材を締結するため、表側の板材に接合する頭部と、該頭部の下面より延びて、表側の板材を剪断する軸部とを備え、前記表側の板材の剪断部分が軸部の先端部と裏側の板材の表面との間で圧縮されて軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化することによって軸部の先端部を膨径化させるため、軸部に軸孔が形成されないか、あるいは軸部に形成される軸孔の内径が軸部の呼び径の５０％以下であって且つ有効深さが軸部の長さの４４％以下であることを特徴とする自己穿孔型リベット、（４）複数の重ね合わされた板材を締結するため、表側の板材に接合する頭部と、該頭部の下面より延びて、表側の板材を剪断する軸部とを備え、前記表側の板材の剪断部分が軸部の先端部と裏側の板材の表面との間で圧縮されて軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化することによって軸部の先端部を膨径化させるため、軸部に軸孔が形成されないか、あるいは軸部に形成される軸孔の内径が軸部の呼び径の６０％以下であって且つ有効深さが軸部の長さの４４％以下であることを特徴とする自己穿孔型リベット、を発明するに至った。

従来のリベットでは、表側の板材の剪断部分は軸孔内に入り込み、これが何ら作用を生じるものではなかった。即ち、従来では、当該剪断部分は無用な産物であった。しかし、本発明によれば、軸孔を小さくあるいは無くすことで、表側の板材の剪断部分は、軸部の先端部と裏側の板材表面との間で圧縮されて横方向に拡張し、これが先端部を包み込むようにして軸部と一体化することにより、軸部の先端部は膨径化し、締結作用を生じることとなる。

そして、このリベットによる板材の締結構造としては、複数の重ね合わされた板材に対して前記（１）ないし（４）のいずれかの自己穿孔型リベットが打ち込まれた板材の締結構造において、表側の板材のリベットによる剪断部分がリベットの軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化して軸部の先端部が膨径化することにより、該膨径部とリベットの頭部とで板材が締結されることを特徴とする。

以上の如く、本発明によれば、従来のように大きな軸孔が形成されることがないために軸部の剛性が低くなることはなく、硬鋼板等、硬い材質の板材に対しても好適な剪断作用を生じ、しかも、その剪断部分によって軸部の先端部が膨径化することで、好適な締結作用が生じ、そのため、硬い材質の板材をも締結することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態に係るリベットについて図１を基づき説明する。本実施形態に係るリベット１は、頭部２と、該頭部２の下面より延びて軸孔（空洞）３ａを有する軸部３とで構成される。頭部２は、軸部３よりも大径であり、軸部３の約１５０％に形成されている。また、頭部２の下面と軸部３の外周面とは滑らかな円弧面で接続されている。

本実施形態に係るリベット１と従来のリベット１’が異なる点は、本実施形態に係るリベット１の軸孔３ａは浅く形成されるのに対し、従来のリベット１’の軸孔３ａ’は深く形成されている点である。また、本実施形態に係るリベット１の軸孔３ａは小径に形成されるのに対し、従来のリベット１’の軸孔３ａ’は大径に形成されている点である。これは、本実施形態に係る軸孔３ａはあくまで補助的な環状部分を形成するために設けられるものであるのに対し、従来の軸孔３ａ’は積極的に拡開可能な環状部分を形成するために設けられるものであるという考え方の相違に基づく。

このように構成されたリベット１による板材Ｐ１，Ｐ２の締結に際しては、図２（イ）に示す如く、板材Ｐ１，Ｐ２をカシメ装置１００のダイス１０１上に支持した後、ポンチ１０２によって支持されたリベット１を下降させ、その軸部３から板材Ｐ１，Ｐ２に所定の圧力で打ち込む。すると、軸部３によって表側の板材Ｐ１が剪断され（同図（ロ））、さらに、同図（ハ）に示す如く、この剪断部分Ｘが軸部３の先端部と裏側の板材Ｐ２表面との間で圧縮されて横方向に拡張し、これが軸部３の先端部を包み込む。しかも、この剪断部分Ｘは加圧により軸部３の先端部に固着し、軸部３と一体化する。その結果、軸部３の先端部は膨径化し（こぶ状となり）、板材Ｐ１，Ｐ２が締結される。

しかも、小さい軸孔３ａによって形成された軸部３の補助的な環状部分が打ち込みによって僅かに拡開すると共に、剪断部分Ｘはその一部（外周部）が軸部３の外周面にまで回り込むため、軸部３との一体化の強度はさらに増強され、リベット１を軸方向に引っ張っても剪断部分Ｘがリベット１から外れることもない。従って、締結強度は非常に強いものとなる。尚、軸部３の先端部に剪断部分Ｘが固着した状態を理解するために、打ち込み後のリベットの外観写真を図３に示す。

剪断荷重試験を行って締結強度を検証するために、種々の寸法を変えて複数のリベットを作成した。即ち、（１）まず、図４（イ）に示す如く、軸部３の呼び径（外径）Ｄを４．０ｍｍ、軸部３の長さ（首下長さ）Ｌを４．６ｍｍ、軸孔３ａの内径ｄを２．０ｍｍとしたもので、孔深さＡが、０．０ｍｍ、即ち軸孔３ａを形成しないもの（実施例１．１）、０．５ｍｍ（実施例１．２）、１．０ｍｍ（実施例１．３）、１．５ｍｍ（実施例１．４）、２．０ｍｍ（実施例１．５）のそれぞれを作成し、（２）次に、同図（ロ）に示す如く、軸部３の呼び径（外径）Ｄを５．０ｍｍ、軸部３の長さ（首下長さ）Ｌを４．６ｍｍ、軸孔３ａの内径ｄを２．５ｍｍとしたもので、孔深さＡが、０．０ｍｍ（実施例２．１）、０．５ｍｍ（実施例２．２）、１．０ｍｍ（実施例２．３）、１．５ｍｍ（実施例２．４）、２．０ｍｍ（実施例２．５）のそれぞれを作成し、（３）次に、同図（ハ）に示す如く、軸部３の呼び径（外径）Ｄを５．０ｍｍ、軸部３の長さ（首下長さ）Ｌを４．６ｍｍ、軸孔３ａの内径ｄを３．０ｍｍとしたもので、孔深さＡが、０．０ｍｍ（実施例３．１：実施例２．１と同じ）、０．５ｍｍ（実施例３．２）、１．０ｍｍ（実施例３．３）、１．５ｍｍ（実施例３．４）、２．０ｍｍ（実施例３．５）のそれぞれを作成した。尚、孔深さＡとは、内径が同じ部分あるいはそれに準じる部分の有効深さのことであって、最深深さとは異なる。

そして、これらリベットの打ち込みを行った。条件は、表側の板材Ｐ１として板厚１．６ｍｍのＳＳ４００スーパーダイマ鋼板、裏側の板材Ｐ２として板厚１．６ｍｍのＳＳスーパーダイマ鋼板を用い、実施例１．１〜１．５では、ダイス内径７．０ｍｍ、ダイス深さ２．０ｍｍ、実施例２．１〜２．５では、ダイス内径８．０ｍｍ、ダイス深さ２．０ｍｍ、実施例３．１〜３．５では、ダイス内径８．０ｍｍ、ダイス深さ２．０ｍｍとした。

これらに対し、剪断荷重試験を行い、その結果を図５に示す。尚、試験方法では、板材Ｐ１，Ｐ２を水平反対方向に引っ張り、リベットが剪断される荷重を計測する。図５からわかるように、何れ（実施例１．１〜３．５）も要求される安全剪断荷重３．５ｋＮ（出願人の規定による）をクリアしており、本実施形態に係るリベットによる締結強度は十分に強いものであることが理解できる。

最後に、実施例１．１〜３．５による締結構造の切断写真を図６〜１０に示す。それぞれの図において、追記した実線が軸部３の先端部に固着した剪断部分Ｘと裏側の板材Ｐ２表面との境界線を示すが、何れも軸部３より膨径化したものであり、締結作用を生じるものであることが理解できる。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施例においては、板材Ｐ１，Ｐ２としてＳＳスーパーダイマ鋼板を用いているが、対象となる材質はこれに限定されず、例えばステンレス鋼板を対象とすることができる。また、硬い材質の板材に限定されず、従来同様、アルミニウム合金板、軟鋼板であってもよい。

また、アルミニウム合金板等を用いる場合、その粘りによって剪断部分Ｘは表側の板材から完全に分断されず、外周部が板材に繋がったままの状態となることもある。本発明においてはこれも当然に「剪断部分」として取り扱う。

また、上記実施形態及び実施例においては、表側の板材と裏側の板材とが同質のものを用いているが、例えば、表側の板材として硬鋼板、裏側の板材としてアルミニウム板を用いる等、異種の板材を締結するものであってもよい。さらには、板厚の異なる板材同士を締結してもよい。例えば、表側の板材の板厚を１．６ｍｍとし、裏側の板材の板厚を２．３ｍｍとしたり、あるいはこの逆にする。

また、上記実施例においては、軸部３の呼び径（直径）が４．０ｍｍと５．０ｍｍについて言及したが、例えば呼び径が３．０ｍｍや６．０ｍｍのものも当然に含まれる。

また、上記実施形態及び実施例においては、リベット１が裏側の板材Ｐ２を突き破ることない態様のみを言及しているが、これには限定されず、本発明に係るリベットは、裏側の板材Ｐ２を突き破るものをも含む。

また、上記実施形態及び実施例においては、軸孔３ａとしてドリルにより形成したストレート孔のみを言及しているが、これには限定されず、テーパ孔であったり、開口が面取りされた孔であってもよい。

本実施形態に係るリベットの断面図を示す。同実施形態に係るリベットを打ち込む状態であって、（イ）は、打ち込み始めの断面図、（ロ）は、打ち込み途中の断面図、（ハ）は、打ち込み完了の断面図、をそれぞれ示す。（イ）は、同実施形態に係るリベットの打ち込み後の外観写真、（ロ）は、（イ）の切断写真、をそれぞれ示す。（イ）は、実施例１．１〜１．５の外形寸法の説明図、（ロ）は、実施例２．１〜２．５の外形寸法の説明図、（ハ）は、実施例３．１〜３．５の外形寸法の説明図、をそれぞれ示す。実施例１．１〜３．５による締結構造の剪断荷重試験結果を示す。（イ）は、実施例１．１による締結構造の切断写真、（ロ）は、実施例２．１（実施例３．１）による締結構造の切断写真、をそれぞれ示す。（イ）は、実施例１．２による締結構造の切断写真、（ロ）は、実施例２．２による締結構造の切断写真、（ハ）は、実施例３．２による締結構造の切断写真、をそれぞれ示す。（イ）は、実施例１．３による締結構造の切断写真、（ロ）は、実施例２．３による締結構造の切断写真、（ハ）は、実施例３．３による締結構造の切断写真、をそれぞれ示す。（イ）は、実施例１．４による締結構造の切断写真、（ロ）は、実施例２．４による締結構造の切断写真、（ハ）は、実施例３．４による締結構造の切断写真、をそれぞれ示す。（イ）は、実施例１．５による締結構造の切断写真、（ロ）は、実施例２．５による締結構造の切断写真、（ハ）は、実施例３．５による締結構造の切断写真、をそれぞれ示す。従来のリベットを打ち込む状態であって、（イ）は、リベットの断面図、（ロ）は、打ち込み始めの断面図、（ハ）は、打ち込み途中の断面図、（ニ）は、打ち込み完了の断面図、をそれぞれ示す。

符号の説明

１…リベット、２…頭部、３…軸部、３ａ…軸孔、１００…カシメ装置、１０１…ダイス、１０１ｂ…中心の凸部、１０２…ポンチ、Ｐ１…表側の板材、Ｐ２…裏側の板材、Ｘ…剪断部分

Claims

複数の重ね合わされた板材を締結するため、表側の板材に接合する頭部と、該頭部の下面より延びて、表側の板材を剪断する軸部とを備え、前記表側の板材の剪断部分が軸部の先端部と裏側の板材の表面との間で圧縮されて軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化することによって軸部の先端部を膨径化させるため、軸部に軸孔が形成されないか、あるいは軸部に形成される軸孔の有効深さが軸部の長さの４４％以下であることを特徴とする自己穿孔型リベット。
複数の重ね合わされた板材を締結するため、表側の板材に接合する頭部と、該頭部の下面より延びて、表側の板材を剪断する軸部とを備え、前記表側の板材の剪断部分が軸部の先端部と裏側の板材の表面との間で圧縮されて軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化することによって軸部の先端部を膨径化させるため、軸部に軸孔が形成されないか、あるいは軸部に形成される軸孔の内径が軸部の呼び径の６０％以下であって且つ有効深さが軸部の長さの４４％以下であることを特徴とする自己穿孔型リベット。
複数の重ね合わされた板材を締結するため、表側の板材に接合する頭部と、該頭部の下面より延びて、表側の板材を剪断する軸部とを備え、前記表側の板材の剪断部分が軸部の先端部と裏側の板材の表面との間で圧縮されて軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化することによって軸部の先端部を膨径化させるため、軸部に軸孔が形成されないか、あるいは軸部に形成される軸孔の内径が軸部の呼び径の５０％以下であって且つ有効深さが軸部の長さの４４％以下であることを特徴とする自己穿孔型リベット。
複数の重ね合わされた板材を締結するため、表側の板材に接合する頭部と、該頭部の下面より延びて、表側の板材を剪断する軸部とを備え、前記表側の板材の剪断部分が軸部の先端部と裏側の板材の表面との間で圧縮されて軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化することによって軸部の先端部を膨径化させるため、軸部に軸孔が形成されないか、あるいは軸部に形成される軸孔の内径が軸部の呼び径の６０％以下であって且つ有効深さが軸部の長さの４４％以下であることを特徴とする自己穿孔型リベット。
複数の重ね合わされた板材に対して請求項１ないし４のいずれか一つに記載された自己穿孔型リベットが打ち込まれた板材の締結構造において、表側の板材のリベットによる剪断部分がリベットの軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化して軸部の先端部が膨径化することにより、該膨径部とリベットの頭部とで板材が締結されることを特徴とする板材の締結構造。