JP2006009926A - リベット及びこのリベットを用いた接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】重ね合わせた被接合部材の回転に対する抵抗力を大幅に高めることができ、せん断強度が軸部の全周にわたってほぼ等しく、小さな加圧力で打ち込むことが可能なリベット及びこのリベットを用いた接合方法を提供する。
【解決手段】頭部２と、基端が頭部２に連続し且つ先端で開口する中心孔３を具備した中空軸部４を備え、中空軸部４に、中心孔３の内外を連通するスリット６を先端開口から基端にかけて連続して形成した。重ねた被接合部材ＷＵ，ＷＬをダイＤの凹部Ｄａが形成されたワーク載置面Ｄｂ上にセットすると共に、上側の被接合部材ＷＵ上に上記リベットを配置した後、降下させたパンチＰでリベットの頭部２を押圧して打ち込み、上側の被接合部材ＷＵを貫通したリベットの中空軸部４の先端を下側の被接合部材ＷＬに切り込ませて、ダイＤの凹部Ｄａに合わせて被接合部材ＷＬ及びリベット１の中空軸部４を変形させることにより、重ねた被接合部材ＷＵ，ＷＬ同士を接合する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自己穴あけ式のリベット、所謂セルフピアスリベットに係り、特に、車体の構造部材の接合に用いるのに好適なリベット及びこのリベットを用いた接合方法に関するものである。

上記した自己穴あけ式のリベットとしては、頭部及びこれと同軸を成す軸部を備えた構成を成すものが一般的であり、例えば、このリベットによる重ね合わせた被接合部材の接合は、被接合部材にリベットを打ち込んだ際に引き起こされる軸部及び被接合部材の塑性変形によって成されるようになっている。

このような自己穴あけ式のリベットでは、軸部及び被接合部材の塑性変形がほぼ同心状に生じるため軸心回りに回転し易く、接合箇所が一つの場合には、重ね合わせた被接合部材の回転に対する抵抗力を高めることが困難である。

従来において、リベットの軸部を断面が楕円形状を成すように形成したり、リベットの軸部に径方向に突出する突起を設けたりすることで、重ね合わせた被接合部材の回転に対する抵抗力の向上を図っていた。
特開２０００−２０５２１３号 特開２００１−３０４２１４号 特開２００１−１３２７１８号

ところが、従来のリベットにおいて、断面が楕円形状を成す軸部を有するリベットの場合、軸部断面の長軸方向と短軸方向とでせん断力に対する抵抗力が異なってしまい、軸部の全周にわたってせん断強度にばらつきが生じてしまうという問題があった。

一方、径方向に突出する突起を有する軸部を具備したリベットの場合、このリベット自体の剛性が高くなることから、被接合部材に打ち込んで座屈変形させる際に大きな加圧力を必要とするうえ、被接合部材として高強度材料や厚肉鋼板を用いた場合には、打ち込みに必要且つ十分な加圧力を確保することが困難であるという問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、重ね合わせた被接合部材の回転に対する抵抗力を大幅に高めることができるのは勿論のこと、せん断強度が軸部の全周にわたってほぼ等しく、そして、小さな加圧力で打ち込むことが可能なリベット及びこのリベットを用いた接合方法を提供することを目的としている。

本発明は、頭部と、この頭部と同軸に設けられて基端が頭部に連続し且つ先端で開口する中心孔を具備した中空軸部を備え、この中空軸部に、中心孔の内外を連通するスリットを先端開口から基端にかけて連続して形成したことを特徴としており、このリベットの構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の接合方法は、重ねた被接合部材の一方の側に位置する被接合部材に対して上記本発明のリベットを打ち込み、上記一方の側に位置する被接合部材を貫通したリベットの中空軸部の先端を上記一方の側に位置する被接合部材と隣接する被接合部材に切り込ませて、重ねた被接合部材同士を接合する構成としている。

本発明のリベットにおいて、被接合部材に打ち込むと、被接合部材には、リベットの中空軸部の貫通箇所とスリットによる非貫通箇所とが生じることとなるので、すなわち、中空軸部による貫通箇所が円周に沿って連続しないこととなるので、リベットによる重ね合わせた被接合部材の回転に対する抵抗力が高まることとなる。

この際、リベットの中空軸部には、回転阻止用の突起などを設けていないので、被接合部材に対して比較的小さな加圧力で打ち込んで座屈変形させ得ることとなり、被接合部材として高強度材料や厚肉鋼板を用いた場合であったとしても、打ち込みに必要且つ十分な加圧力を確保し得ることとなる。

また、本発明のリベットでは、被接合部材に打ち込んだ状態において、中空軸部の断面を円形状とすれば、せん断力に対する抵抗力、すなわち、せん断強度が中空軸部のいずれの方向もほぼ均一になる。

本発明のリベットによれば、上記した構成としているので、重ね合わせた被接合部材の回転に対する抵抗力の向上を実現することができるのは言うまでもなく、被接合部材として薄肉の鋼板を用いた場合はもとより高強度材料や厚肉鋼板を用いた場合であったとしても、必要且つ十分な加圧力で打ち込むことができ、加えて、せん断強度のばらつきを少なく抑えることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明のリベットにおいて、スリットの幅寸法が１．０ｍｍを超えると、打ち込み時にリベットに座屈が生じる可能性があることから、打ち込み性を考慮して、スリットの幅寸法を０．２〜１．０ｍｍの範囲に設定することが望ましい。

また、本発明のリベットにおいて、中空軸部を円筒状又は角筒状とすることができ、このような構成を採用することで、打ち込み時にリベットを同心円状に変形させて、せん断力に対する抵抗力を中空軸部の全周にわたってほぼ均一にすることが可能となる。したがって、高い信頼性が得られることとなる。

さらに、本発明のリベットにおいて、中空軸部のスリットは一つに限定されるものではなく、中空軸部にスリットを複数設けた構成とすることもできる。この際、スリットの個数やスリット同士の間隔は、被接合部材の材質や、厚さや、中空軸部の形状大きさを考慮して適宜決定することができる。

一方、本発明のリベットを用いて被接合部材を接合する場合には、ワーク載置面に凹部を有するダイと、パンチを使用することが望ましい。すなわち、重ね合わせた２枚の被接合部材をダイの凹部が形成されたワーク載置面上にセットすると共に、上側に位置する被接合部材上に請求項１〜４のいずれかに記載のリベットを配置した後、上方から降下させたパンチで上記リベットの頭部を押圧してこのリベットを打ち込み、上側の被接合部材を貫通したリベットの中空軸部の先端を下側に位置する被接合部材に切り込ませて、ダイの凹部に合わせて被接合部材及びリベットの中空軸部を変形させることにより、重ね合わせた被接合部材同士を接合する構成を採用することが望ましい。なお、本発明の接合方法は、２枚重ねの被接合部材同士の接合に限定されるものではなく、３枚以上重ねた被接合部材の接合にも当然適用することができる。

この接合方法において、リベットの打ち込み性を考慮して、重ねた被接合部材同士を接合した状態において、スリットの基端側に０．２〜０．４ｍｍの長さ寸法の空間を残存させるようにすることが望ましい。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の一実施例を示している。

図１及び図２に示すように、このリベット１は所謂セルフピアスタイプのリベットであって、皿状の頭部２と、この頭部２と同軸に設けられて基端が頭部２に連続し且つ先端で開口する中心孔３を具備した円筒状の中空軸部４を備えている。中心孔３の開口部分は、径が漸次広がるように形成したテーパ面５としてあり、リベット１の打ち込み時に中空軸部４が拡径変形し易くしてある。

上記中空軸部４には、中心孔３の内外を連通するスリット６が先端開口から基端にかけて連続して形成してあり、この場合、スリット６は、ほぼ９０°の間隔をもって４本設けてあって、その幅寸法は０．２〜１．０ｍｍの範囲に設定してある。

また、中空軸部４の肉厚（外周面と内周面との距離）は、リベット１を被接合部材に打ち込む際に座屈を阻止し得る寸法に設定してある。

次に、上記リベット１を用いて被接合部材（例えば、車両のセンタピラーやサイドメンバなどの構造用パネル）を接合する要領を説明する。

まず、図２に示すように、重ね合わせた被接合部材ＷＵ，ＷＬをダイＤの凹部Ｄａが形成されたワーク載置面Ｄｂ上にセットすると共に、重ね合わせた被接合部材ＷＵ，ＷＬの上側に位置する被接合部材ＷＵ上にリベット１を配置する。

次いで、図３に示すように、上方からパンチＰを降下させ、このパンチＰでリベット１の頭部２を押圧してこのリベット１を打ち込み、上側に位置する被接合部材ＷＵを貫通したリベット１の中空軸部４の先端を下側に位置する被接合部材ＷＬに切り込ませる。

そして、図４に示すように、リベット１の中空軸部４の先端を下側の被接合部材ＷＬにさらに切り込ませると、ダイＤの凹部Ｄａの形状に合わせてリベット１の中空軸部４が拡径変形すると共に被接合部材ＷＬが変形することから、図５に示すように、重ね合わせた被接合部材ＷＵ，ＷＬ同士が機械的に接合することとなる。

このようにして、上記したリベット１を被接合部材ＷＵ，ＷＬに打ち込むと、被接合部材ＷＵ，ＷＬには、リベット１の中空軸部４の貫通箇所とスリット６による非貫通箇所とが生じることとなるので、すなわち、中空軸部４による貫通箇所が円周に沿って連続しないこととなるので、リベット１による重ね合わせた被接合部材ＷＵ，ＷＬの回転に対する抵抗力が高まることとなる。

上記した接合方法において、リベット１の打ち込み性を考慮して、重ねた被接合部材ＷＵ，ＷＬ同士を接合した状態において、スリット６の基端側に０．２〜０．４ｍｍの長さ寸法の空間Ｓを残存させるようにしている。

そこで、上記した構成のリベット（長さ６．５ｍｍ、中空軸部４の直径５ｍｍ）を用いて２枚の被接合部材（厚さ２．３ｍｍ、引張強度２５０ＭＰａ級のアルミニウム合金）同士を接合し、その際のリベット打ち込み性及び接合強度特性を評価した。

この評価試験において、表１の左側部分に示すように、スリット６の幅寸法が０．２〜１．０ｍｍの範囲にあり且つスリット６の基端側に残存させた空間Ｓの長さ寸法が０．２〜０．４ｍｍの範囲にあるリベットをパターンを変えて合計４通り作成して実施例１〜４とした。また、スリット６の幅寸法及び空間Ｓの長さ寸法が上記範囲以外のリベットをパターンを変えて合計３通り作成して比較例１〜３とした。

上記リベット打ち込み性は、打ち込み時における亀裂の有無及び座屈の有無を調べ、表１の中央部分に示すように、亀裂及び座屈がいずれも生じていない場合には「○」を付して打ち込み性良好と評価し、亀裂及び座屈のういちのいずれかが生じてる場合には「△」を付して打ち込み性普通ないし不良と評価した。

一方、接合強度特性は、表１の右側部分に示すように、ＪＩＳ−Ｚ−３１３６に準拠した試験によるせん断強度、回転抵抗強度及びせん断疲労強度を測定し、実施例１〜４及び比較例１〜３のそれぞれの測定値を比較して評価した。なお、表１において、「−」を付してある欄は評価を省略していることを示す。

表１に示す接合強度特性の評価結果から判るように、実施例１〜４のリベットの回転抵抗強度が、比較例１のリベットの回転抵抗強度を大幅に上回っており、これにより、中空軸部４にスリット６を設けることが、回転抵抗強度を高めるうえで、非常に効果的であることが立証できた。

また、表１に示す打ち込み性の評価結果から判るように、スリット６の幅寸法を１．２ｍｍとした比較例２，３のリベットが打ち込み性普通ないし不良であるのに対して、スリット６の幅寸法を０．２〜１．０ｍｍの範囲とした実施例１〜４のリベットでは打ち込み性良好であり、これにより、スリット６の幅寸法を０．２〜１．０ｍｍの範囲とすることが、リベットに亀裂や座屈が生じるのを抑えるうえで有効であることが実証できた。

上記したように、本発明のリベットを被接合部材に打ち込むと、被接合部材には、リベットの中空軸部の貫通箇所とスリットによる非貫通箇所とが生じることとなり、この非貫通箇所が生じることで、リベットによる重ね合わせた被接合部材の回転に対する抵抗力が高まって、良好な接合信頼性を確保することが可能になる。

本発明のリベットの一実施例を示す断面説明図（ａ）及び底面説明図（ｂ）である。（実施例１〜４） 図１に示したリベットの打ち込み開始時の動作説明図である。 図１に示したリベットの打ち込み途中の動作説明図である。 図１に示したリベットの打ち込み終了時の動作説明図である。 図２〜図４に示した過程を経てリベットにより接合された被接合部材の断面説明図である。

符号の説明

１ リベット
２ 頭部
３ 中心孔
４ 中空軸部
６ スリット
Ｄ ダイ
Ｄａ 凹部
Ｄｂ ワーク載置面
Ｐ パンチ
ＷＵ，ＷＬ 被接合部材

Claims (7)

1. 頭部と、この頭部と同軸に設けられて基端が頭部に連続し且つ先端で開口する中心孔を具備した中空軸部を備え、この中空軸部に、中心孔の内外を連通するスリットを先端開口から基端にかけて連続して形成したことを特徴とするリベット。
2. スリットの幅寸法を０．２〜１．０ｍｍの範囲に設定した請求項１に記載のリベット。
3. 中空軸部を円筒状又は角筒状とした請求項１又は２に記載のリベット。
4. 中空軸部にスリットを複数設けた請求項１〜３のいずれか一つの項に記載のリベット。
5. 重ねた被接合部材の一方の側に位置する被接合部材に対して請求項１〜４のいずれかに記載のリベットを打ち込み、上記一方の側に位置する被接合部材を貫通したリベットの中空軸部の先端を上記一方の側に位置する被接合部材と隣接する被接合部材に切り込ませて、重ねた被接合部材同士を接合することを特徴とするリベットを用いた接合方法。
6. 重ねた被接合部材をダイの凹部が形成されたワーク載置面上にセットすると共に、重ねた被接合部材の上側に位置する被接合部材上に請求項１〜４のいずれかに記載のリベットを配置した後、上方から降下させたパンチで上記リベットの頭部を押圧してこのリベットを打ち込み、上側に位置する被接合部材を貫通したリベットの中空軸部の先端を上側に位置する被接合部材と隣接する被接合部材に切り込ませて、ダイの凹部に合わせて被接合部材及びリベットの中空軸部を変形させることにより、重ねた被接合部材同士を接合することを特徴とするリベットを用いた接合方法。
7. 重ねた被接合部材同士を接合した状態において、スリットの基端側に０．２〜０．４ｍｍの長さ寸法の空間を残存させる請求項５又は６に記載のリベットを用いた接合方法。

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