JP2004076854A

JP2004076854A - 自己穿孔型リベット構造

Info

Publication number: JP2004076854A
Application number: JP2002238043A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Nanbu; 南部　武彦
Original assignee: Fukui Byora Co Ltd
Current assignee: Fukui Byora Co Ltd
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】自己穿孔型リベット締結部におけるリベット頭部外周縁部からワーク内部への気体や液体の浸入防止効果をより高める。
【解決手段】頭部（１１）と該頭部裏面から延出した中実又は中空の脚部（１２）とからなる自己穿孔型リベット（１０）において、該頭部（１１）の裏面上に、少なくとも１本以上の略Ｖ字状の連続した環状突起（１５）が形成されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己穿孔型リベット構造に係り、より詳しくは、自己穿孔型リベットの頭部外周縁部からワーク内部への気体や液体の浸入防止効果をより高めるための自己穿孔型リベット構造に関する。
通常、自己穿孔型リベットにより締結された製品においては、該リベット頭部表面が該製品の表面になる場合が多いために、人目に触れる機会が多いばかりでなく、外気にさらされたり、雨水等がかかることがある。このため該リベットによる締結を行う際には、美観を良くしたり、錆や電食を防止する目的で、予め、リベットやワークに、めっき処理やカラー塗装等の表面処理を施す場合が多い。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自己穿孔型リベット締結部の気密性、水密性を持たせた該リベット構造及び締結構造の一例として特表平８−５０５０８７号公報がある。
【０００３】
図１１、図１２に示される如く、締結時に徐々に拡径された脚部（４０）は、上層ワーク（４１）を貫通しているが、下層ワーク（４２）は、完全には貫通していない。本締結構造は、シールドかしめ工法と称されており、該工法に使用されているリベット（４４）は、自己穿孔型リベットと称するものである。
【０００４】
一方、自己穿孔型リベットやワークの回転防止効力を高めた該リベット構造及び締結構造の一例として特開２００１−３０４２１４号公報がある。（本公報では、自己穿孔型リベットを自己穴あけ式リベットと記載している。）
【０００５】
図１３、図１４、図１５に示される如く、リベット（６０）の脚部（６１）がワーク（６４）内で不均一に拡径された締結構造になっている。また、拡径された脚部（６１Ａ）は、上層ワーク（６２）を貫通しているが、下層ワーク（６３）は、完全には貫通していない。本締結構造は、シールドかしめ工法の一例であり、該リベット（６０）は自己穿孔型リベットと称するものである。
【０００６】
更に、リベットやワークの回転防止効力を高めた該リベット構造及び締結構造の他の例として特開２００１−１３２７１８号公報がある。（本公報には、リベットが自己穿孔型リベットであるとの記載はない。）
【０００７】
図１６、図１７に示されるが如く、リベット（８０）の脚部外周面上に該脚部の長手方向に沿って形成された突状部（８１）を備えたリベット構造であり、該突状部（８１）がワーク（８４）に噛合うリベット締結構造になっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記に示した従来の技術には、次のような問題があったが、先ず、自己穿孔型リベット特有の問題であり、前記に示した全ての従来の例にも当てはまる共通の問題を説明する。
【０００９】
自己穿孔型リベットは、通常、生産効率を上げるため、冷間圧造加工により量産されている。一般的な該リベットの概略の製造工程は、脚部の径とほぼ同じ径のコイル材を直線化し、切り刃で剪断し、その後頭部の成形と孔あけピンにより中空孔を成形し形状的な工程は完了となり、その後、洗浄、熱処理及び表面処理工程等の後工程を経て完成品となり、製造工程が完了する。該製造工程に、切削工程等の該リベットの形状を仕上げる工程は存在しない。
従って、図１８Ａ、図１８Ｂ及び１８Ｃ並びに図１８Ｄに示されるが如く、直線化されたコイル材（１００）を切り刃（１０３）で剪断した時にカット材（１００Ａ）の両端面に発生する破断面（１００Ｂ）及び（１００Ｃ）が、頭部（１０４）及び脚部（１０６）を成形した後も消えずに残ってしまい、該破断面（１００Ｂ）が要因となり、該頭部（１０４）の頭部外周縁部（１０５）に欠損部（１０５Ａ）を発生させ、該頭部外周縁部（１０５）の形状が該頭部（１０４）の表面直視で真円にはならず、更に、該破断部（１００Ｃ）が要因となり、該脚部（１０６）の先端面（１０６Ａ）の一部に傾斜部（１０６Ｂ）が発生する。
従って、図１８Ｅに示されるが如く、上記のように冷間圧造加工された自己穿孔型リベット（１０７）を下孔なしのワーク（１１０）に直接打ち込むため、該頭部外周縁部（１０５）の欠損部（１０５Ａ）及び、該脚部先端面（１０６Ａ）の傾斜部（１０６Ｂ）の影響を受け、該リベット（１０７）の軸心（Ｊ）が、ダイ（１２１）の軸心（Ｋ）に対して偏心や傾きが発生し、該リベット頭部表面（１０７Ａ）が、上層ワーク表面（１０８Ａ）に対して傾いてしまい、すき間（１２２）が発生することがあった。
当業者は、上記のような従来からある自己穿孔型リベット特有の問題に対して種々の改善を実施しているが、冷間圧造加工特有の問題でもあるため、未だ解決には至っていない。
また、該すき間（１２２）を発生させる、その他の要因としては、該リベット締結装置特有の問題、例を挙げると、自己穿孔型リベット締結時にかかる荷重によって該締結装置のフレーム（図示せず）が開いてしまい、図３に記載のパンチ（１９）の下面（３７）とダイ（１８）の上面（３８）が平行にはならずに傾きが発生したり、更には、該パンチ（１９）と該ダイ（１８）のそれぞれの軸心の偏心が発生する。また、図示や説明はしないが、ワークの精度、該リベット締結時のワーク保持方法等の問題があるが、これらも完全には解決されておらず、自己穿孔型リベット特有の問題の一つとなっている。
【００１０】
特表平８−５０５０８７号公報の図１１、図１２において、締結時に徐々に拡径された脚部（４０）は、上層ワーク（４１）を貫通しているが、下層ワーク（４２）は、完全には貫通していないため、締結部における該下層ワーク（４２）の変形部（４５）からの気体や液体の浸入は防止できる。
【００１１】
しかしながら、前記で説明したように自己穿孔型リベット特有の問題で発生するすき間（図１８Ｅにおける１２２）に対しては、該すき間（１２２）からの気体や液体の浸入に対しての積極的な浸入防止手段は設けられていない自己穿孔型リベット構造であった。
更に、前記拡径された脚部（４０）を含めた締結後の自己穿孔型リベット（４４）を軸線（Ｓ）方向から見た形状が円形であるために、該リベット（４４）はワーク（４３）に対して回転防止効力が少なく、該リベット締結された製品（４６）の使用中における外部からの負荷や振動等により、該リベット（４４）と該ワーク（４１）とが回転や弛みが発生しやすい該リベット締結構造であるため、該すき間（１２２）が拡大したり、また、新たにリベット頭部外周縁部（４７）にすき間が発生することがあったが、該頭部外周縁部（４７）からの気体や液体の浸入に対しての積極的な浸入防止手段は設けられていない自己穿孔型リベット構造であった。
【００１２】
以下、自己穿孔型リベット特有の問題で発生するすき間や該リベットにより締結された製品の使用中における拡大したすき間及び新たに発生したすき間に関して、図１２を図１８Ｅに置き換えて詳細に説明する。但し、これらのすき間は全て、ほぼ同じ形状であるため、図１８Ｅでは、すき間（１２２）に統一して説明する。
前記すき間（１２２）の形状は、前記リベット頭部外周縁部（４７）から前記脚部（４０）に向かって漸次狭くなっており、一旦該すき間（１２２）に雨水等が付着すると毛管現象により、該脚部（４０）に沿ってワーク内部（４８）にまで雨水等が容易に浸入してしまった。
【００１３】
しかも、本公報に記載されている前記自己穿孔型リベット（４４）による締結構造では、前記脚部（４０）は、前記上層ワーク（４１）を貫通しているため、該上層ワーク（４１）の剪断箇所（４１Ａ）は、表面処理が剥がされ防錆効果が大きく低下している。また、該自己穿孔型リベット（４４）は、下孔なしのにワークに直接打込まれるため、特に該リベット頭部（４９）の裏側のワークは、該脚部（４０）に近い部分が大きく引き伸ばされ、該脚部（４０）との擦れも起きている。従って、該リベット頭部裏面側に位置し、該脚部（４０）に近い部分のワーク表面処理層が薄くなっており、また、場合によっては、ひび割れが生じてしまい、防錆効果が大きく低下している。
【００１４】
従って、前記すき間（１２２）に雨水等が付着した場合には、ワーク内部（４８）にまで浸入し、該剪断箇所（４１Ａ）付近から錆が発生し、その錆が広がって、該すき間（１２２）から錆が出て来ていた。また、自己穿孔型リベットとワークやワークどうしが異種金属である場合には、浸入した雨水や湿った空気により電食が促進されるという問題もあり、電食が原因で締結部の強度が低下してしまうことがあった。
更に、浸入した雨水が凍ると体積が増し、すき間（１２２）を拡大してしまうことにより締結部が更に弛んでしまい、締結強度がますます低下し、僅かな外力で締結部が破壊してしまうこともあった。
【００１５】
一方、特開２００１−３０４２１４号公報（図１３、図１４、図１５）や特開２００１−１３２７１８号公報（図１６、図１７）においては、リベットとワークとが回転しにくい締結構造となっているため、使用中における外部からの負荷や振動によるリベット頭部外周縁部とワークとの新たなすき間は発生しにくい。
【００１６】
しかしながら、前記で説明したように自己穿孔型リベット特有の問題で発生するすき間（図１８Ｅにおける１２２）に対しては、該すき間（１２２）からの気体や液体の浸入に対して、図１５や図１７に示されるが如く、積極的な浸入防止手段は設けられていない自己穿孔型リベット構造であった。
【００１７】
本発明は上記事実を考慮し、自己穿孔型リベット締結部におけるリベット頭部外周縁部からワーク内部への気体や液体の浸入防止効果をより高めるためのリベット構造を得ることが目的である。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、頭部と該頭部裏面から延出した中実又は中空の脚部とからなる自己穿孔型リベットにおいて、該頭部の裏面上に、少なくとも１本以上の略Ｖ字状の連続した環状突起が形成されてなることを特徴とする。
【００１９】
従って、自己穿孔型リベット締結時に、略Ｖ字状の連続した環状突起を上層ワークに食い込ませることより、該リベット頭部外周縁部からワーク内部への気体や液体の浸入を積極的に防止することができ、しかも、該環状突起の形状が該リベット裏面直視で前記脚部外周面と同心円でない場合には、該リベットと上層ワークとの回転防止効力も高めることができる。
【００２０】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の自己穿孔型リベット構造において、複数の環状突起のうち、少なくとも１本は連続であり、少なくとも１本は不連続であることを特徴とする。
【００２１】
従って、前記自己穿孔型リベット締結時に、少なくとも１本の略Ｖ字状の連続した環状突起を上層ワークに食い込ませることにより、該リベット頭部外周縁部からワーク内部への気体や液体の浸入を積極的に防止し、少なくとも１本の不連続である略Ｖ字状の環状突起を上層ワークに食い込ませることにより、該リベットと上層ワークとの回転防止効力を高めることができる。
【００２２】
通常、自己穿孔型リベットは、下孔なしのにワークに直接打込まれるため、該リベットの座屈防止のために、該リベット自身の耐力を上げる必要があり、そのために該リベットの硬度がワークに比べ高くなるように該リベットに熱処理が施されている。
しかし、例えば、該リベットの材質がステンレスでワークの材質がアルミニウムの場合等は、該リベットの硬度が該ワークに比べて高いため、該リベットに熱処理を施さない場合もある。
また、通常、自己穿孔型リベットは、冷間圧造加工により製作されるため加工硬化をおこし、特に、材料の変形が大きい該リベットの頭部や中空脚部は、該リベットの素材と比較して硬度が高くなっており、特に変形が大きい該リベット頭部裏面に形成された突起は、該突起付近の頭部に比べて更に硬度が高くなっている。このような場合には、該リベットとワークの材質が同じであっても、該リベットに熱処理を施さない場合もある。
従って、上記理由により、前記環状突起をワークに食い込ませることが容易であるため、該リベット頭部外周縁部からワーク内部への気体や液体の浸入を積極的に防止し、該リベットと上層ワークとの回転防止効力も高めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１実施形態を、図に従って説明する。
【００２４】
図１に示される如く、本実施形態のリベット（１０）は、頭部（１１）と該頭部（１１）の裏面から延出した中空脚部（１２）とからなる自己穿孔型リベットとなっており、該頭部（１１）及び中空脚部（１２）の軸線（Ｈ）方向から見た形状はそれぞれ円形となっている。また、該中空脚部（１２）の先端（１２Ａ）は、外周縁部から内周縁部へ向かって若干の平坦部（１３）があり、続いて鋭角的で且つ内周縁部に向かって凸状である円弧状の傾斜部（１４）を有する内向テーパ状に形成されている。
【００２５】
図１及び図２に示される如く、本実施形態のリベット（１０）の頭部（１１）の裏面上には、方形状で、４角が円弧状でつながっている１本の略Ｖ字状の連続した環状突起（１５）が形成されており、軸線（Ｈ）に関して略対称である。
【００２６】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２７】
本実施形態では、図３に示される如く、下層ワーク（２４）下部にダイ（１８）を当接した状態で、自己穿孔型リベット（１０）の頭部（１１）をパンチ（１９）によって打ち込むことで、中空脚部（１２）はワーク（２５）内で該ダイ（１８）により拡径され、前記環状突起（１５）及び該頭部（１１）が該ワーク（２５）内に食い込む。
【００２８】
この結果、前記リベット頭部表面（２０）及び頭部側面（２１）並びに中空脚部（１２）の孔底中空部（２２）を除き、該リベット（１０）と該ワーク（２５）とが密接した状態となる。
【００２９】
このため、図３に示されるが如く、前記自己穿孔型リベット頭部外周縁部（２７）からのワーク内部（２５Ａ）への気体や液体の浸入を積極的に防止し、該リベット（１０）と上層ワーク（２３）との回転防止効力も高めることができる。
更に、前記自己穿孔型リベット特有の問題により締結時にすき間が発生したとしても、前記環状突起（１５）が該上層ワーク（２３）に食い込んでいるため、該自己穿孔型リベット頭部外周縁部（２７）からの該ワーク内部（２５Ａ）への気体や液体の浸入を積極的に防止し、該リベット（１０）と上層ワーク（２３）との回転防止効力も高めることができる。
【００３０】
以上においては、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。
例えば、上記実施形態では、自己穿孔型リベット（１０）の頭部（１１）の裏面上に、方形状で、４角が円弧状でつながっている１本の略Ｖ字状の連続した環状突起（１５）を、軸線（Ｈ）に関して略対称に成形したが、これに代えて、図４や図５に示されるが如く、該リベット（１０）の頭部（１１）の裏面上に、脚部外周面（１７）と同心円となる１本の略Ｖ字状の連続した環状突起（１６）及び該頭部（１１）裏面直視での略Ｖ字状の直線状突起（２６）や（２６Ａ）を形成しても効果がある。
また、図６Ａ、図６Ｂや図７に示されるが如く、該リベット（１０）の頭部（１１）の裏面上に、略Ｖ字状の連続した環状突起（１５Ａ）、（１６Ａ）や（１６Ｂ）を形成しても効果がある。図７においては、該環状突起（１６Ｂ）の中心と該脚部外周面（１７）の中心とがずれており、つまり、Ｌ＞０である。
更に、図８に示されるが如く、略Ｖ字状の連続した環状突起（１６Ｃ）と円錐状突起（２８）を組み合わせても効果がある。
【００３１】
本発明の実施形態において、自己穿孔型リベット（１０）の頭部（１１）の裏面上に形成された略Ｖ字状の連続した環状突起のうち、少なくとも該リベット頭部外周縁部（２７）に一番近い側に形成された１本の該連続した環状突起（例えば、図６Ａ、図６Ｂにおける（１６Ａ）を指す。）の頂部（１６ＡＡ）を円弧状とした方が、該リベット締結時に、該環状突起の頂部（１６Ａ）が食い込むことにより、該リベットやワークに、予め施されているめっき層やカラー塗装が剥がされないため、より好ましい。
【００３２】
更に、図３に示すが如く、シールドかしめ工法とすることが、自己穿孔型リベット（１０）の締結部（２９）において、下層ワーク（２４）側からも気体や液体の浸入を防止できるため、より好ましい。
【００３３】
また、本発明の自己穿孔型リベット構造は、１枚又は３枚以上のワークに打ち込む場合にも適用可能である。
【００３４】
更に、前記リベットの頭部（１１）の形状に関して、本実施形態においては、皿形状を用いて説明してきたが、皿以外の形状、図示はしないが、例えば、平形状や薄丸形状でも適用可能である。
【００３５】
更に、本発明は、図９に示されるが如く、自己穿孔型リベット（３０）の頭部表面（３１）の中心に円錐状の凹部（３２）を設けることにより、例えば、ワークに締結された該リベット（３０）を、ドリルを使用して外す場合には、該リベットが該ワークに対して回転しないため、該凹部（３２）は、該ドリルの刃の案内溝として有用である。
【００３６】
更に、本発明は、図１０に示されるが如く、中空脚部（３３）をワークに打ち込んで締結する打込みボルト状の緊結具にも、例えば、鍔（３４）の裏面に略Ｖ字状の突起（３５）及び（３６）を形成することにより適用可能である。
【００３７】
また、図示はしないが、ねじ等のように締結時に回転を要する緊結具以外であれば、例えば、ブラインドリベット等にも適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る自己穿孔型リベット構造を用いたリベット締結構造にすることにより、自己穿孔型リベットの頭部外周縁部からワーク内部への気体や液体の浸入防止効果をより高めるばかりでなく、リベットとワークとが回転しにくく弛みにくい締結構造となっているため、使用中における外部からの負荷や振動によるリベット頭部外周縁部とワークとのすき間やすき間が出来ることに起因する錆、電食が発生せず、長期間にわたって、美観や締結強度等の品質を維持できるという極めて優れた効果を有する。
更に、自己穿孔型リベット特有の問題により締結時にすき間が発生したとしても、該自己穿孔型リベットの頭部外周縁部からワーク内部への気体や液体の浸入を積極的に防止し、更に、リベットとワークとが回転しにくく弛みにくい締結構造となっているため、使用中における外部からの負荷や振動によるすき間の拡大を防止し、また、新たにすき間が出来ることも防止し、すき間に起因する錆、電食が発生せず、長期間にわたって、美観や締結強度等の品質を維持できるという極めて優れた効果を有する自己穿孔型リベット構造である。
また、近年増加している自動車等のアルミニウムを使用した車体部材の締結において、本発明の自己穿孔型のリベット構造を用いたリベット締結構造にすることにより電食が防止できるため、特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る自己穿孔型リベット構造を示す側断面図である。
【図２】図１の第１実施形態に係る自己穿孔型リベット構造を示す該リベット頭部裏面直視の平面図である。
【図３】図１の第１実施形態に係る自己穿孔型リベットを使用した締結構造を示す側断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る自己穿孔型リベット構造を示す該リベット頭部裏面直視の平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る自己穿孔型リベット構造を示す該リベット頭部裏面直視の平面図である。
【図６Ａ】本発明の第４実施形態に係る自己穿孔型リベット構造を示す該リベット頭部裏面直視の平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの第４実施形態に係る自己穿孔型リベット構造を示す側断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る自己穿孔型リベット構造を示す該リベット頭部裏面直視の平面図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係る自己穿孔型リベット構造を示す該リベット頭部裏面直視の平面図である。
【図９】本発明の第７実施形態に係る自己穿孔型リベット構造を示す側断面図である。
【図１０】本発明の第８実施形態に係る打込みボルト状の緊結具の構造を示す斜視図である。
【図１１】従来の自己穿孔型リベット構造を示す一部断面の側面図である。
【図１２】図１１の自己穿孔型リベットを使用した締結構造を示す側断面図である。
【図１３】従来の自己穴あけ式リベットを使用した締結構造を示す該リベット頭部表面直視の平面図である。
【図１４】図１３の自己穴あけ式リベット構造を示す斜視図である。
【図１５】図１３の自己穴あけ式リベットを使用した締結構造を示す側断面図である。
【図１６】従来のリベット構造を示す斜視図である。
【図１７】図１６のリベットを使用した締結構造を示す側断面図である。
【図１８Ａ】コイル材を剪断する工程を示すコイル材中心での断面図である。
【図１８Ｂ】コイル材剪断後のカット材を示すコイル材中心での断面図である。
【図１８Ｃ】自己穿孔型リベットの構造を示す側面図である。
【図１８Ｄ】図１８Ｃの頭部外周縁部の構造を示す頭部表面直視の平面図である。
【図１８Ｅ】自己穿孔型リベット特有の該リベット締結構造を示す側断面図である。
【符号の説明】
１０　　自己穿孔型リベット
１１　　頭部
１２　　中空脚部
１５　　環状突起
１５Ａ　環状突起
１６　　環状突起
１６Ａ　環状突起
１６Ｂ　環状突起
１６Ｃ　環状突起
１７　　脚部外周面
２３　　上層ワーク
２４　　下層ワーク
２５　　ワーク
２６　　直線状突起
２６Ａ　直線状突起
２７　　頭部外周縁部
２８　　円錐状突起

Claims

頭部と該頭部裏面から延出した中実又は中空の脚部とからなる自己穿孔型リベットにおいて、該頭部の裏面上に、少なくとも１本以上の略Ｖ字状の連続した環状突起が形成されてなることを特徴とする自己穿孔型リベット構造。
前記複数の環状突起のうち、少なくとも１本は連続であり、少なくとも１本は不連続であることを特徴とする請求項１に記載の自己穿孔型リベット構造。