JP2009537757A - 自己挿通リベット - Google Patents
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Abstract
【課題】高強度の鉄鋼および／または厚く積層された鉄鋼シートの束の締結への使用に適した自己挿通リベットを提供する。
【解決手段】金属を挿通させるために十分なコラム強さを適切に得るよう、高強度の鉄鋼を結合させる自己挿通リベットは、部分的に所定形状に凹む胴部を有する。従来のリベットによる締結部に必要とされるよりも低い広がりで適切な締結部強度を得ることができるよう、この胴部の厚さが設けられる。胴部の厚さ（外径から内径を引いた値）の比率は、０．４７以上０．５２以下とされている。胴部外径に対する穴の周辺部における、胴部の断面積の比率は、３．０以上３．６以下：１とされている。
【選択図】図５
【解決手段】金属を挿通させるために十分なコラム強さを適切に得るよう、高強度の鉄鋼を結合させる自己挿通リベットは、部分的に所定形状に凹む胴部を有する。従来のリベットによる締結部に必要とされるよりも低い広がりで適切な締結部強度を得ることができるよう、この胴部の厚さが設けられる。胴部の厚さ（外径から内径を引いた値）の比率は、０．４７以上０．５２以下とされている。胴部外径に対する穴の周辺部における、胴部の断面積の比率は、３．０以上３．６以下：１とされている。
【選択図】図５
Description
本発明は自己挿通リベットに関し、特に、上方のシート材料の円形部分によってリベットの変形した端部がカプセル化した状態を保ち完全に貫通しないようシート材料に挿入される自己挿通リベットに関する。また、本発明は、リベット止め方法、およびリベット挿通システムにも関する。
上述の定義される種の自己挿通リベット、および、このようなリベットをシート材料に打ち込む方法と装置が広く知られている。
ＵＳ６，３８５，８４３は、商業的に成功した自己挿通リベットを開示する。このリベットは、丸い底部を有する深い中央孔、および概ね曲面に形成された円錐状の入口を備える。
ＵＳ６，３２５，５８４は、アルミニウムシートを接合するために部分的に凹部が設けられた自己挿通リベットを示す。このリベットは、特に低い抗張力を有する軽金属で作られるよう設計され、浅い円錐状の中央孔を有する。このリベットの挿通端部は、挿通工程における初期変形のおそれを抑制すべく、可能な限り非鋭利に形成されている。リベットの胴部は、締結後の締結部において強く圧縮される。
ＤＥ２０３１９６１０Ｕは、特に強度の高い鋼板への嵌着のために設けられた自己挿通リベットを開示する。このリベットは深い孔を有し、高強度材料によって形成される。このリベットは、挿通端部に挿通エッジが設けられた特殊な形状を有する。挿通エッジは、胴部の内面と外面との間に位置し、胴部の中央外面の径方向外側に配置される。孔への入口周辺では、内面が曲面状に形成される。リベットの胴部は、締結後の締結部において強く圧縮される。
添付の図１および図２は、周知の自己挿通リベットを示す図である。図１に示すように、リベット１は、頭部２、および終端に環状のエッジ４が設けられ円筒状に形成された胴部３によって、部分的に凹部が形成される。適切に形成されたダイ（図示せず）の上で、重なり合った２枚のシート材料５、６にリベットが打ち込まれると、図２に示す形状となるよう胴部が外側に広がる。シート材料５、６は、胴部周辺で変形し、胴部をカプセル化する円板を作成する。リベットが打ち込まれた後も、胴部３およびリベットのエッジ４は、シート材料５、６に埋め込まれたままとなる。自己挿通タイプのリベット止めは、材料に予めドリル加工またはパンチング加工を施すことなく、シート材料を締結することができる。
自己挿通リベットは、例えばアルミニウムなどの軽量の材料が採用されるような自動車産業において、エネルギー消費の削減のため軽量化が重視される車体パネルに用いられ多大な成功を収めている。アルミニウムは、高い熱伝導性、低融点、および酸化表面膜を形成する傾向があるため、特に鉄鋼にはスポット溶接が困難または実行不可能である。図１および２に示される種類の自己挿通リベットは、視認可能な小さな歪みがパネル露出面に現れるパネルの締結に用いられている。下方のシートまで貫通しないため、打ち込まれた締結部に腐食が発生するリスクが低減される。近年自動車産業では、例えばスウェーデンのSSAB Tunnplat AB社から入手可能な「Docol DP/DL」など、高強度または超高強度の鉄鋼を使う動きが見られる。これにより、さらに質量を削減することが可能となる。現在、締結強さを妥協することなく、また、欠陥ポイントや腐食個所を発生させることなく、高強度の鉄鋼または厚く積層された鉄鋼シートの締結に自己挿通リベットを使用できることが望まれている。この種のシート材料の組み合わせは高強度・高剛性となり、このためリベットの打ち込み工程において、リベットに強い力を与えるという困難を伴う。最終的な締結部が要求を確実に満たすよう制御してリベットを変形させると、従来の自己挿通リベットは、これらの材料に突き通すために要求されるこのような強い力に耐えることが難しい。単に高強度の材料からリベットを作ると、挿通させる間に胴部が拡張しようとして延性が低下し、胴部にクラックを発生させる可能性がある。このため求められる結果を満たすことは一般的に困難である。要求される強さおよび耐腐食性を適切に満たす締結部を形成すべく、リベットの胴部は、座屈することなく上方のシート材料に突き通るために充分なコラム強さを備える必要がある。しかし、胴部は、要求を満たす締結部を形成するために、何度打ち込んでも一律に、挿入する間に裂けることまたは割れることなく外側に広がる必要がある。
ある等級の鉄鋼では、鉄鋼の製造時の違いによって、または製造元によって強度や延性のようなパラメータが異なる可能性があるという問題がある。したがって、どのようなリベットデザインにおいても、このような多様性に対応可能としておくことは重要である。
また、厚いシートと薄いシートの異なる組合せにも使用できるリベットデザインを備えることが望ましい。
図３は、従来の自己挿通リベットによって提供される一般的な好ましくない締結部を示す図である。胴部の広がりの程度がリベットの周囲にわたって非対象であることは、簡易な考察から分かるであろう。胴部は、圧縮されて曲げられ、以下の胴部とシートとの間でクリアランス（Ａ）が生じ、シートには分離部（Ｂ）が生じている。リベット胴部の割れ（Ｅ）もまた明白である。これらの全ては、締結部の強度、特に動的強度の低下に繋がる。リベットの頭部の下方（領域Ｃ）、および胴部の壁と孔の底部との交差個所（領域Ｄ）におけるクラックもまた、他の要因として避けるべきである。
自己挿通リベットは、現在使われている自己挿通リベットの打ち込み装置または送り出し装置が使用できることが望ましい。これは、リベットの頭部の直径が、これら打ち込み装置または送り込み装置が取り扱うものとして現在使われているリベットと同様となっている必要があることを意味する。さらに、リベット製品は、数多い設計ガイドラインや設計基準に基づいて採用され現在使われているリベットサイズに基づいて設計されている。したがって、単にリベットサイズを大きくすることは、望ましい解決策ではない。
そこで、本発明は、上述のまたは他の不利を防止または抑制し、高強度の鉄鋼および／または厚く積層された鉄鋼シートの束の締結への使用に適した自己挿通リベットを提供することを目的とする。
本発明に係る第１の態様は、自己挿通リベットを提供する。この自己挿通リベットは、略円筒状に形成され外径を画定する胴部と、頭部と、を備える。胴部は、内径を画定する有底の中央孔および頭部から離れて設けられる環状の挿通端部を有する。本発明に係る自己挿通リベットは、胴部の外径に対する中央孔の周辺部における胴部の外径と内径との間の差の比が、０．４７以上０．５２以下とされていることを特徴とする。
胴部の外径に対する中央孔の周辺部における胴部の断面積の比率は、３．０以上３．６以下：１であってもよく、より好適に３．１：１であってもよい。
胴部の外径に対する頭部の直径の比率は、１．３５以上１．４７以下：１であってもよく、また、１．４：１であってもよい。
中央孔の深さに対するリベットの有効長さの比率は、１．５６以上２．４以下であってもよい。
ある長さのリベットでは、従来から設計されているリベットと比較して中央孔の深さに対するリベット有効長さの比率が大きい場合に、最も効果的なことが判明した。これにより、リベットが圧壊する可能性、およびリベットを挿入している間に胴部が非対称に広がる可能性を低減させることができ、リベット胴部の安定性を強めることができる。
環状の挿通端部は、第１部分および第２部分を有してもよい。第１部分は、略平坦部に形成されてもよい。第２部分は、実質的に９０度の頂角を形成する円錐テーパー状に形成されていてもよい。第１部分は、リベットの中心軸（すなわち長手方向軸）に垂直な面に対して実質的に０度以上１０度以下の角度をなす表面を画定するよう設けられてもよい。
頭部のすぐ下の胴部上方部分は、頭部による円滑な挿通を可能とする遷移領域を有する。遷移領域は、０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下、または０．９ｍｍ以上１．１ｍｍ以下の曲率半径を有していてもよい。あるいは、遷移領域は、１ｍｍの曲率半径を有してもよい。
リベットは、例えばＥＮ１０２６３のように、締着具が作られる一般的なグレードの鉄鋼で作られてもよい。また、実質的に少なくとも３５０Ｈｖの硬度となるまで熱処理が施されてもよい。あるはリベットは、アルミニウム合金またはステンレス鋼で作られてもよい。リベットの胴部は、５．５ｍｍの外径を有していてもよい。中央孔のまわりの領域の胴部の断面積は、１７．１５ｍｍ２であってもよい。
本発明の第２の態様は、自己挿通リベットである。この自己挿通リベットは、略円筒状に形成され外径を画定する胴部と、頭部と、を備える。胴部は、内径を画定する有底の中央孔および頭部から離れて設けられる環状の挿通端部を有する。環状の挿通端部は、略平坦に形成された部分と、円錐テーパー状に形成された部分とを有する。胴部の厚さに対するこの平坦な部分の長さの比率は、０．３３以上０．６６以下とされている。この比率は、０．４以上０．７以下：１、または０．５以上０．７以下：１であってもよい。
本発明の第３の態様は、自己挿通リベットである。この自己挿通リベットは、略円筒状に形成され外径を画定する胴部と、頭部と、を備える。胴部は、内径を画定する有底の中央孔と、頭部から離れて設けられる環状の挿通端部とを有する。環状の挿通端部は、第１部分および第２部分を有する。第１部分は、第２部分の径方向外側に設けられる。第２部分は、円錐テーパー状に形成される。胴部の厚さに対する第１部分の長さの比率は、０．４以上０．７以下：１とされている。
胴部の厚さに対する第１部分の長さの比率は、０．６：１とされていてもよい。
環状の円錐テーパーは、実質的に９０度の頂角を形成してもよい。
本発明の第４の態様は、自己挿通リベットを用いた締結部形成方法を提供する。この締結部形成方法は、ダイの上方に、２００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下の最大抗張力を有する少なくとも１枚の高強度鋼板を含むシート材料を配置するステップと、頭部および略円筒状の胴部を有するリベットを供給するステップと、ダイの反対側においてシート材料の上方にリベットを配置するステップと、リベットをセットし、シート材料の上面に突き通るがダイ側に貫通せず胴部が径外向きに変形してシート材料の内部で固定されるようシート材料にリベットを打ち込むべく、パンチを使用するステップと、を備える。胴部は、内径を画定する有底の中央孔および頭部から離れて設けられる環状の挿通端部を有する。胴部の外径に対する孔の周辺部における胴部の厚さの比率は、０．４７以上０．５２以下とされている。
本発明の第５の態様は、自己挿通リベットを用いた締結部形成方法を提供する。この方法は、ダイの上方に、２００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下の最大抗張力を有する少なくとも１枚の高強度鋼板と、他の材料によって形成されるシートと、を含むシート材料を配置するステップと、頭部および略円筒状の胴部を有するリベットを供給するステップと、ダイの反対側においてシート材料の上方にリベットを配置するステップと、リベットをセットし、シート材料の上面に突き通るがダイ側に貫通せず胴部が径外向きに変形してシート材料の内部で固定されるようシート材料にリベットを打ち込むべく、パンチを使用するステップと、を備える。胴部は、内径を画定する有底の中央孔および頭部から離れて設けられる環状の挿通端部を有する。胴部の外径に対する孔の周辺部における胴部の厚さの比率は、０．４７以上０．５２以下とされている。
締結後の積層材料の厚さの合計は、４ｍｍ以上１８ｍｍ以下あってもよい。高強度鋼板は、１ｍｍ以上４ｍｍ以下、または１ｍｍ以上６ｍｍ以下の厚さを有していてもよい。
本発明の第５の態様は、自己挿通リベットを用いた締結部形成方法を提供する。この締結部形成方法は、ダイの上方に、重ね合わせたときの積層材料の厚さの合計が４ｍｍ以上１８ｍｍ以下となる複数のシートを含むシート材料を配置するステップと、頭部および略円筒状の胴部を有するリベットを供給するステップと、ダイの反対側においてシート材料の上方にリベットを配置するステップと、リベットをセットし、シート材料の上面に突き通るがダイ側に貫通せず胴部が径外向きに変形してシート材料の内部で固定されるようシート材料にリベットを打ち込むべく、パンチを使用するステップと、を備える。胴部は、内径を画定する有底の中央孔および頭部から離れて設けられる環状の挿通端部を有する。胴部の外径に対する中央孔の周辺部における胴部の厚さの比率は、０．４７以上０．５２以下とされている。
本発明の第７の態様は、リベット挿入システムを提供する。このシステムは、挿通力をリベットに与えるパンチと、リベットが打ち込まれているときにシート材料が内部に向けて変形するダイと、上記に規定するリベットと、を備える。
以下、図４〜図６に関連して説明する。例示する自己挿通型のリベット１０は、頭部１１を有する略円筒状に形成される。頭部１１は、固定される胴部１２から径外向きに広がるよう形成される。胴部１２は、中央孔１３が形成されるよう一部が凹んで形成される。胴部は、頭部から離れた位置に挿通端部１４を有する。
リベット１０の頭部１１は、深さＨの部分が実質的に均一な直径を有する。深さＨの部分は、胴部１２の上端部および上面１５と一体的に形成される。上面１５は平坦に形成され、ワークピースにリベットを挿通させるときに力が加えられる。このリベットは、最終的な締結部においてこの上面１５がワークピースの周辺の表面と実質的に同一平面を形成するよう設けられる。胴部の上端部は、曲面Ｒ１が設けられて徐々に広がり頭部の下側に繋がる。この曲面Ｒ１は、頭部１１と胴部１２との間の遷移面として機能する。リベットは、ＨにＬを加えた全長を有する。Ｈは頭部の深さであり、Ｌはリベットのいわゆる有効長さである。Ｌは、曲面Ｒ１のリベットの中心軸Ｘに沿った長さに胴部１２の長さを加えたものである。
リベットの挿通端部１４は、環状の挿通エッジ１６を有する。挿通エッジ１６は、頭部の上面１５が占める平面に対し略平行な平面上に広がる平坦面を有する。また、挿通エッジ１６は、径方向に対して傾く内面である円錐テーパー１７を有する。円錐テーパー１７は、径内向きに進み中央孔１３に繋がる。テーパーは、９０度の頂角を形成し、平坦面と胴部１２の中央孔１３との間の遷移面を形成する。図５Ａに示すように断面で見るとき、各々の断面において平坦面の厚さをＬ１とし、テーパーの長さをＬ２とし、胴部壁の厚さをＬ３とする。中央孔を画定する胴部の内面１８は、底部１９を除いて、その全長の大部分にわたって略均一な直径を有する。底部１９は、緩やかな円錐状に形成されている。図６に好適に示されるように、底部１９の外周部と胴部の内面との間には、円弧状に遷移させる曲面Ｒ２が設けられている。
図５Ａは、このリベットの挿通端部を、同様のサイズ且つＵＳ６，３８５，８４３に記載されている種類の市販のリベット（左側に図示される）と共に示す。両者を比較すると、挿通エッジ１６は、従来技術に係るリベットと比較して本実施例に係るリベットの方が大幅に長く設けられている。円錐テーパー１７は、中央孔に曲面で徐々に遷移するのではなく、個別の表面として設けられる。これら挿通エッジ１６および円錐テーパー１７の正確な形状は変更されてもよい。特に挿通エッジ１６は、平坦でなく、円弧状または凸型形状に形成されてもよい。挿通エッジ１６と胴部および／または円錐テーパー１７の外面との間の交差個所に適当な曲面が設けられてもよい。さらに、挿通エッジ１６が画定する表面は、必ずしもリベットの中心軸に対し垂直な平面である必要はなく、当該平面に対して最高約１０度の範囲内で所定角度傾斜するよう設けられてもよい。
リベットは、上方に硬質部を有する。この硬質部は、リベットの頭部１１の上面１５と胴部の中央孔１３の底部１９（図５参照）との間の距離Ｗにより画定される。リベットは、この中央孔によって設けられる凹部を有する。
リベットの有効長さＬの採り得る異なる値と硬質部の深さＷとの関係を示すテーブルを以下に示す。
いずれの場合においても、頭部の下部の遷移曲面Ｒ１の半径は１．０ｍｍとし、中央孔の底部の遷移曲面Ｒ２の半径は０．４ｍｍとしている。遷移曲面Ｒ１は、９０度を完全に超える円弧までは延在しない。
図７および図８に示す他の態様のリベットデザインは、頭部のみ形状が異なる。この実施例では、頭部２０が大きく形成され、リベットが挿通されるワークピースから突出するよう設けられている。頭部の上面２１は、中央の平面部および円弧状に傾斜する外周部２２を有する。このタイプのリベットにおけるＬおよびＷの測定値の例を、以下のテーブルに示す。
いずれの場合においても、頭部の遷移曲面Ｒ１の半径は１．０ｍｍとし、中央孔の遷移曲面Ｒ２の半径は０．４ｍｍとしている。
各々のリベットの実施例においても、本発明に係るリベットでは、凹部が形成される部分における厚さまたは胴部の断面積が、従来の自己挿通リベットに比べ大きく形成される。
これによりリベット胴部のコラム強さを向上させることができ、圧縮または座屈の発生を大きく抑制することが可能となる。しかしながら、胴部の不充分または過度の広がりを抑制するために、正確な厚さを形成するよう注意深く調整する必要があると判明した。こうすることで、リベットは高強度鋼を良好な品質で確実に締結することが可能となる。さらに、対応する先行技術に係るリベットに比べ胴部がより厚いリベットを用いることでより良い結果を得ることができることが判明した。このようなリベットは、内径を小さくするのではなく、胴部の外径を大きくすることで得ることができる。なお、胴部の厚さ増加に対応してリベットの頭部の径は大きくしていない。
高強度鋼や厚く積層された鉄鋼への打ち込みにリベットが適するよう、平坦面Ｌ１の長さは胴部の厚さに比べて相対的に短くすべきことが判明した。Ｌ１：Ｌ３の比率は、０．３３以上０．６６以下の場合に最適な結果を得ることができる。さらにＬ１：Ｌ３の比率は、０．５以上０．６以下であることが好ましい。
例えば、図４〜図６、または図７および８のリベットの胴部は、５．５ｍｍの外径Ｄ０および２．９ｍｍの内径Ｄｉを有する。このため、直径（Ｄ０からＤｉを引いた値）が２．６ｍｍとされている場合との間で結果が異なる。したがって、外径に対するこの違いの比率（すなわち２倍の厚さの胴部）は０．４７３である。これは、同様のサイズの従来のリベットデザインにおける０．３４０以上０．４３７以下の範囲の比率と同等である。この部分の胴部の断面積は、１７．１５ｍｍ２である。同様の従来のリベットは、１４．２ｍｍ２未満の断面積を有する。外径に対する胴部の厚さの比率は、胴部が充分に広がる可能性を阻害することなく０．５１７まで増やすことができると考えられる。この断面積は、１６．０ｍｍ２以上２２．０ｍｍ２以下であってもよい。リベットの外径に対する（凹部における）胴部の断面積の比率は、３．１：１とされている。これは、従来技術に係るこの種のリベットにおける２．４以上２．８以下：１の比率と同等である。リベットの先端は７．７５ｍｍの直径を有する。これは、リベットセッティング装置またはリベット配送装置において使用するために充分に小さい値であり、リベットに要求されるスペースおよび応用工具に対応するための設計ガイドラインにも沿うものである。胴部の外径に対するリベットの頭部の直径の比率は、１．４：１とされている。これは、従来の自己挿通リベット１．５：１の比率と同等である。
リベットは、英国のＢＳ ＥＮ １０２６３基準に適合する中炭素マンガンホウ素鋼で作られ、少なくとも３５０のＨｖの硬度を持たせるよう標準的な方法で熱処理されることが好ましい。または、この自己挿通リベットは、７０００シリーズのアルミニウム合金またはステンレス鋼で作られてもよい。
図９は、図４〜図６に記載されるリベット１０を示す図である。リベット１０は、リベットセッティング装置のノーズ３０において（例えば複数の中央位置決めボールなどの）中心位置決め部材３１によって保持され、積層シート３２への挿通の準備がなされる。積層シート３２に含まれる少なくとも１つのシートは、本明細書で明らかにすべく言及したタイプの材料によって形成される。リベットセッティング装置は、リベットが嵌入される把握リング３３、およびパンチ３４を有する。リベットセッティング装置は、油圧または電気で作動してもよい。シート材料３２は、米国特許第５，７５２，３０５号明細書に記載される方法にしたがって、パンチの反対側のダイ３５の上で支持され、パンチがリベットを打ち込む前にまずクランプされる。この米国特許の明細書の内容は、本明細書において引用されているものとする。リベットが打ち込まれるにしたがって、ダイにおいて適切に形成されたキャビティ３６の形状に材料が変形する。
図１０は、図７および図８に記載するリベットが完全に打ち込まれた結合部を示す図である。リベットは、約６００ＭＰａの最大抗張力（ＵＴＳ）を有する延性が比較的低い高強度鋼板の積層シートに挿通される。双方のシートは、２．６ｍｍの厚さを有する。
打ち込みのために４７ｋＮの力が使われている。リベット胴部の変形がリベット周辺で略均一となっており、座屈も生じていないことが分かる。胴部の広がり、および下方のシートのアンダーカットは、締結部の機械的性質を充分に満足させるものとなっている。視覚検査によって、シートが互いに大きく分離することなく、胴部の外面とシートとの間にもクリアランスが生じていないことが分かる。これは、締結部が要求を満たす力学性能を備えることを示している。外径と比較してリベットの胴部を厚くすることで、コラム強さを向上させることができる。これにより、リベットは、高強度鋼に打ち込み締結するために必要とされる強い力にも耐えることが可能となる。しかしながら、外径に対して増加させる厚さは、注意深く選択しなければならないことが明らかとなった。これは、リベットの胴部が挿通時に径外向きに広がりダイに適切に入り込んだときにシートに充分に噛み合う性質を持つための一因となるからである。高強度鋼または厚く積層された締結部において、従来のリベット止めに必要とされるより小さな広がりによっても、適切な締結強さを得ることができることが判明した。
リベット打ち込み動作時において高さが大きく縮まないよう、より厚い胴部および深さＷが選択され、これは図１０の検査から確認することができる。
胴部の内径および内径は、クラックの発生に耐えるよう設計され、これらは従来のリベットよりも大きくされている。自己挿通リベットがパンチによって打ち込まれるとき、リベットの上述部分に高い引張り力が発生してスプリングバックが生じる傾向があり、これによる反力が発生する。
このリベットは、２００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下の最大抗張力を有する高強度鋼または厚さの合計が２．５ｍｍ以上７ｍｍ以下であり且つ４ｍｍを超える厚さのシートが含まれていない積層シートの締結に特に適していることが判明した。いくつかの試験では、合計の厚さが８ｍｍの積層シートの締結に成功している。締結部は、上述のタイプの単一のシート材料だけでなく、積層シートの厚さの合計が４ｍｍ以上１８ｍｍ以下である、リベット止めに適した他のタイプのシート材料の締結に用いられるようなリベットを含んでもよい。同様に、リベットは、積層の厚さの合計が４ｍｍ以上１８ｍｍ以下となるよう従来のシートをさらに積層したものの締結に適している。
図１０に示すような、要求を満たすくリベット止めは、従来のいかなるリベットデザインでも形成することが困難である。
実験は、従来技術に係る２種類のリベットおよび本発明により具現化される１種類のリベットに対して実施された。その結果、図１１Ａ〜図１１Ｅに本発明による改善が示される。
３つの全てのケースにおいて、硬化鋼によって形成されたリベットを、６００ＭＰａの最大抗張力および２．６ｍｍの厚さを有する高強度鋼シートに打ち込んで実験を実施した。各々のリベットは同じ直径（７．７５ｍｍ）の頭部、および同じ有効長さ（７．０ｍｍ）を有し、Ｈｅｎｅｒｏｂダイ（部品番号ＤＦ１０−２５０）を使用し、およびリベット挿通前および挿通中において１００バールのクランプ力を与えて成形した。３つ全てのタイプのリベットは、従来の直列連続処理を用いて硬化される。この処理は、リベットにオーステナイト化する熱処理を施すステップと、迅速にオイルを供給して５３０Ｈｖ以上５８０Ｈｖ以下の硬度および約１９００ＭＰａの抗張力を最終的に得るまで調整するステップと、を備える。
図１１Ａおよび図１１Ｄにおいて、従来技術に係るリベット（ＨｅｎｒｏｂリベットのタイプＫ５０７４６Ｐ）は、外径が５．３ｍｍ且つ内径が３．２ｍｍ、すなわち外径に対する胴部の厚さの比率が０．４：１の胴部を有する。リベットが十分なコラム強さを有しておらず、この結果、最終的な締結部において圧壊し、（矢印Ａで示すように）割れ目が生じている。さらに、胴部の端部における不十分なおよび／または過度の広がりは、（矢印Ｂによって例示される）胴部とシートとの間に隙間を生じさせている。
図１１Ｂおよび図１１Ｅでは、従来技術に係るリベット（ＨｅｎｒｏｂリベットのタイプＰ５０７４６）は、外径が５．１ｍｍ且つ内径が２．９ｍｍ、すなわち外径に対する胴部の厚さの比率が０．４３の胴部を有する。図１１Ａに示すリベットよりも胴部が厚く形成されたにもかかわらず、コラム強さが充分でないことから部分的な圧壊および割れ目が生じていることが、最終的な締結部から明らかとなっている。また、不十分なまたは過度の広がりの結果、（矢印Ｄによって例示する）胴部の隙間が明らかとなっている。
図１１Ｃにおいて、本発明を具現化したリベットは、外径が５．５ｍｍ、内径が２．９ｍｍ（すなわち外径に対する胴部の厚さの比率が０．４７）、および図５Ａにて図示するような挿通端部の胴部を有する。リベットが充分なコラム強さを有することから、上部シートを突き通って、圧壊することなく下部シートに深く入り込んでいることが分かる。さらに、割れ目が生じていないことからも実証されるように、胴部の端部における不十分なまたは過度の広がりが抑制されていることをこの形状は示している。一方、下方のシートに充分に噛み合うために充分な延性を有していることも示している。特にリベットのこの形状は、胴部が上方のシートを貫通した直後に広がり始めていることが分かる。これにより、シートと胴部との間に大きな隙間が生じていない。最終的な締結部は、リベットとシートとの間に充分な噛み合いを有し、これにより要求を満たす機械的特定を得ることができる。
強化されたコラム強さと形状を通じて、本発明に係るリベットは、所定の工業規格の鉄鋼における様々な強度特性に耐えることができるよう設計されている。
本発明のリベットは、薄いシートと厚いシートとの組み合わせの締結に用いられてもよいことは理解されるところである。
添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲を逸脱することなく、上記した態様に対して多数の修正がなされ得ることは勿論である。例えば、このようなリベットデザインは、他の材料で実現されてもよく、３枚以上のシートの締結に用いられてもよい。また、単一のシートに挿通させるようその頭部にねじ部が設けられてもよい。
１０ リベット、 １１ 頭部、 １２ 胴部、 １３ 中央孔、 １４ 挿通端部、 １５ 上面、 １６ 挿通エッジ、 １７ 円錐テーパー、 １８ 内面、 １９ 底部、 ２０ 頭部、 ２１ 上面、 ２２ 外周部、 ３４ パンチ、 ３５ ダイ。
Claims (49)
- 略円筒状に形成され外径を画定する胴部と、頭部と、を備え、
前記胴部は、内径を画定する有底の中央孔と、前記頭部から離れて設けられる環状の挿通端部と、を有し、
前記胴部の外径に対する前記中央孔の周辺部における前記胴部の外径と内径との間の差の比は、０．４７以上０．５２以下とされていることを特徴とする自己挿通リベット。 - 前記胴部の外径に対する前記中央孔の周辺部における前記胴部の断面積の比率は、３．０以上３．６以下：１とされていることを特徴とする請求項１に記載の自己挿通リベット。
- 前記胴部の外径に対する前記中央孔の周辺部の前記胴部の断面積の比率は、３．１：１とされていることを特徴とする請求項２に記載の自己挿通リベット。
- 前記胴部の外径に対する前記頭部の直径の比率は、１．４とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記胴部の外径に対する前記頭部の直径の比率は、１．３５以上１．４７以下：１とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記中央孔の深さに対するリベットの有効長さの比率は、１．５６以上２．４以下とされていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 環状の前記挿通端部は、第１部分および第２部分を有し、
前記第１部分は、前記第２部分の径方向外側に配置され、前記第２部分は、前記第１部分と前記中央孔の間において円錐テーパー状に形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の自己挿通リベット。 - 前記第１部分は、リベットの中心軸に対し略垂直に広がる表面を画定するよう設けられることを特徴とする請求項７に記載の自己挿通リベット。
- 前記第１部分は、リベットの中心軸に垂直な面に対して０度以上１０度以下の角度をなす表面を画定するよう設けられることを特徴とする請求項７に記載の自己挿通リベット。
- 前記第１部分により画定される表面は、略平坦に形成されることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記第１部分により画定される表面は、円弧状に形成されることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記第１部分は、リベットの中心軸に対して、前記第２部分より浅い角度で傾くよう設けられることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記環状の円錐テーパーは、実質的に９０度の頂角を形成することを特徴とする請求項７から１２のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記胴部の厚さに対する前記第１部分の長さの比率は、０．３３以上０．６６以下とされていることを特徴とする請求項７から１３のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記胴部の厚さに対する前記第１部分の長さの比率は、０．４以上０．７以下：１とされていることを特徴とする請求項７から１３のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記胴部の厚さに対する前記第１部分の長さの比率は、０．５以上０．７以下：１とされていることを特徴とする請求項７から１３のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記胴部の厚さに対する前記第１部分の長さの比率は、実質的に０．５：１とされていることを特徴とする請求項７から１３のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記胴部の厚さに対する前記第１部分の長さの比率は、実質的に０．６：１とされていることを特徴とする請求項７から１３のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記頭部は、上部および遷移領域を有し、前記遷移領域は、前記上部と前記胴部との間において０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の曲率半径を有するよう形成されることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記頭部は、上部および遷移領域を有し、前記遷移領域は、前記上部と前記胴部との間において実質的に１ｍｍの曲率半径を有するよう形成されることを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記中央孔は、前記胴部の外面と同軸となる略円筒状表面、および底部表面によって画定され、
前記底部表面は、前記円筒状表面と前記底部表面の周辺部との間に遷移領域を有し、
前記遷移領域は、０．４ｍｍの曲率半径を有することを特徴とする請求項１から２０のいずれかに記載の自己挿通リベット。 - 前記中央孔は、前記胴部の外面と同軸となる略円筒状表面、および底部表面によって画定され、
前記底部表面は、前記円筒状表面と前記底部表面の周辺部との間に遷移領域を有し、
前記遷移領域は、０．３ｍｍより大きい曲率半径を有することを特徴とする請求項１から２１のいずれかに記載の自己挿通リベット。 - マンガンおよびホウ素の双方を含有する中炭素鋼によって形成されることを特徴とする請求項１から２２のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 少なくとも３５０Ｈｖの硬度に熱処理されることを特徴とする請求項１から２２のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記胴部は５．５ｍｍの外径を有し、前記中央孔の周辺部における前記胴部の断面積は１６．５ｍｍ２より大きくされていることを特徴とする請求項１から２４のいずれかに記載の請求項に記載の自己挿通リベット。
- ダイの上方に、２００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下の最大抗張力を有する少なくとも１枚の高強度鋼板を含むシート材料を配置するステップと、
略円筒状の胴部と、頭部とを有するリベットを供給するステップと、
ダイの反対側においてシート材料の上方にリベットを配置するステップと、
リベットをセットし、シート材料の上面に突き通るがダイ側に貫通せず胴部が径外向きに変形してシート材料の内部で固定されるようシート材料にリベットを打ち込むべく、パンチを使用するステップと、を備え、
前記胴部は、有底の中央孔と、前記頭部から離れて設けられる環状の挿通端部と、を有し、前記胴部の外径に対する前記中央孔の周辺部における前記胴部の厚さの比率は、０．４７以上０．５２以下とされているされていることを特徴とする自己挿通リベットを用いた締結部形成方法。 - 前記リベットは、上方のシートを貫通してすべてのシートを結合するよう変形するが、少なくとも最下位のシートは貫通せずに、複数のシート材料を締結することを特徴とする請求項２６に記載の自己挿通リベットを用いた締結部形成方法。
- 締結後の複数のシート材料の厚さの合計は、２．５ｍｍ以上７ｍｍ以下となることを特徴とする請求項２６または２７に記載の自己挿通リベットを用いた締結部形成方法。
- 締結後の複数のシート材料の厚さの合計は、２．５ｍｍ以上８ｍｍ以下となることを特徴とする請求項２６または２７に記載の自己挿通リベットを用いた締結部形成方法。
- 前記シート材料の各々は、４ｍｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項２６から２８のいずれかに記載の自己挿通リベットを用いた締結部形成方法。
- 前記シート材料の各々は、６ｍｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項２６から２８のいずれかに記載の自己挿通リベットを用いた締結部形成方法。
- 前記リベットは、アルミニウムまたはアルミニウム合金の材料で形成されていることを特徴とする請求項２６から３１のいずれかに記載の自己挿通リベットを用いた締結部形成方法。
- ダイの上方に、２００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下の最大抗張力を有する少なくとも１枚の高強度鋼板と、他の材料によるシートと、を含む複数のシート材料を配置するステップと、
略円筒状の胴部と、頭部とを有するリベットを供給するステップと、
ダイの反対側においてシート材料の上方にリベットを配置するステップと、
リベットをセットし、シート材料の上面に突き通るがダイ側に貫通せず胴部が径外向きに変形してシート材料の内部で固定されるようシート材料にリベットを打ち込むべく、パンチを使用するステップと、を備え、
前記胴部は、有底の中央孔と、前記頭部から離れて設けられる環状の挿通端部と、を有し、前記胴部の外径に対する前記中央孔の周辺部における前記胴部の厚さの比率は、０．４７以上０．５２以下とされているされていることを特徴とする自己挿通リベットを用いた締結部形成方法。 - 締結後の積層材料の厚さの合計は、４ｍｍ以上１８ｍｍ以下となることを特徴とする請求項３３に記載の自己挿通リベットを用いた締結部形成方法。
- 高強度鋼板は、１ｍｍ以上４ｍｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項３３または３４に記載の自己挿通リベットを用いた締結部形成方法。
- 高強度鋼板は、１ｍｍ以上６ｍｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項３３または３４に記載の自己挿通リベットを用いた締結部形成方法。
- ダイの上方に、重ね合わせた厚さの合計が４ｍｍ以上１８ｍｍ以下となるシート材料を配置するステップと、
略円筒状の胴部と、頭部とを有するリベットを供給するステップと、
ダイの反対側においてシート材料の上方にリベットを配置するステップと、
リベットをセットし、シート材料の上面に突き通るがダイ側に貫通せず胴部が径外向きに変形してシート材料の内部で固定されるようシート材料にリベットを打ち込むべく、パンチを使用するステップと、を備え、
前記胴部は、有底の中央孔と、前記頭部から離れて設けられる環状の挿通端部と、を有し、前記胴部の外径に対する前記中央孔の周辺部における前記胴部の厚さの比率は、０．４７以上０．５２以下とされているされていることを特徴とする自己挿通リベットを用いた締結部形成方法。 - リベットに挿通力を与えるパンチと、リベットが打ち込まれた材料が内部に向けて変形するよう形成されたダイと、請求項１か２５のいずれかに記載の自己挿通リベットと、を備えることを特徴とする自己挿通リベット挿通システム。
- 略円筒状に形成された胴部と、頭部と、を備え、
前記胴部は、内径を画定する有底の中央孔と、前記頭部から離れて設けられる環状の挿通端部と、を有し、
前記胴部の外径に対する前記中央孔の周辺部における前記胴部の外径と内径との間の差の比は、０．４７以上０．５２以下とされ、
環状の前記挿通端部は、第１部分および第２部分を有し、
前記第１部分は、前記第２部分の径方向外側に配置され、前記第２部分は、前記第１部分と前記中央孔の間において円錐テーパー状に形成されることを特徴とする自己挿通リベット。 - 前記第１部分は、リベットの中心軸に対し略垂直に広がる表面を画定するよう設けられることを特徴とする請求項３９に記載の自己挿通リベット。
- 前記第１部分は、リベットの中心軸に垂直な面に対して実質的に０度以上１０度以下の角度をなす表面を画定するよう設けられることを特徴とする請求項３９に記載の自己挿通リベット。
- 前記第１部分により画定される表面は、略平坦に形成されることを特徴とする請求項３９から４１のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記第１部分により画定される表面は、円弧状に形成されることを特徴とする請求項３９から４１のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記第１部分は、リベットの中心軸に対して、前記第２部分より浅い角度で傾くよう設けられることを特徴とする請求項３９から４３のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記環状の円錐テーパーは、実質的に９０度の頂角を形成することを特徴とする請求項３９から４４のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記胴部の厚さに対する前記第１部分の長さの比率は、０．３３以上０．６６以下とされていることを特徴とする請求項３９から４５のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記胴部の厚さに対する前記第１部分の長さの比率は、０．４以上０．７以下：１とされていることを特徴とする請求項３９から４５のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記胴部の厚さに対する前記第１部分の長さの比率は、０．５以上０．７以下：１とされていることを特徴とする請求項３９から４５のいずれかに記載の自己挿通リベット。
- 前記胴部の厚さに対する前記第１部分の長さの比率は、実質的に０．６：１とされていることを特徴とする請求項３９から４５のいずれかに記載の自己挿通リベット。
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