JP2015042417A - 異材接合用リベット、異材接合用部材、異材接合体の製造方法及び異材接合体 - Google Patents
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Abstract
【課題】頭部に平坦部を形成しつつ、頭部の厚さを薄くすることができると共に、接合強度を高くすることが可能な異材接合用リベット、異材接合用部材、異材接合体の製造方法及び異材接合体を提供する。【解決手段】異材接合体１００が、第１被接合材２００内に挿通され、第１被接合材２００と材種が異なる第２被接合材３００に先端が溶接される軸部２と、前記軸部２の前記先端の他端に設けられた板状の頭部３と、からなり、前記頭部３には、前記第１被接合材２００に接する面の外縁に位置する第１面取部３０と、前記第１被接合材２００に接する面の前記軸部２の周囲に位置する環状溝３１と、前記第１被接合材２００に接する面の前記第１面取部３０と前記環状溝３１との間に位置する平坦部３２と、が形成され、前記第２被接合材３００と同種の材料で構成されているようにする。【選択図】図２
Description
本発明は、異材接合用リベット、異材接合用部材、異材接合体の製造方法及び異材接合体に関する。より詳しくは、本発明は、自動車や鉄道車両等の構造体の製造時に、鋼材と軽合金材等とを接合するために使用される技術に関する。
近年、自動車や鉄道車両等の構造体の製造時に、従来用いられていた鋼材の一部をアルミニウムやマグネシウム等の軽合金にする検討がなされている。これにより、車体の軽量化を実現することができる。そのためには、軽合金と鋼材との異材接合を行う必要がある。
この異材接合の方法としては、スポット溶接、ボルトによる接合、リベットによる接合、及び接着剤を使用した接合等が挙げられる。これらの中でも、鋼製のリベットを用いて軽合金をかしめ固定すると共に、リベットと鋼材とをスポット溶接する方法では、強固な異材接合を可能にするため、リベットの改良について様々な検討がなされている。
例えば、特許文献１では、リベットの頭部の下に設けられた突起部で被接合材を固定する技術について開示されている。この技術によれば、固定したリベットと被接合材とのずれを防止することができる。また、特許文献２では、軸部の先端面において周縁部よりも内側部分が盛り上がっている形状にした異材接合用リベットについて開示されている。この技術によれば、溶接時の電極からの電流をリベットの軸中央付近に極力寄せて流すことができる。
しかしながら、特許文献１に記載のリベットでは、突起部を被接合材に突き刺して固定するため、リベットの突き刺し部位付近において被接合材の塑性流動が阻害される。これにより、被接合材をリベットにかしめ締結しづらくなる。更に、スポット溶接を行う際、電極の狙い位置がリベット中心から外側に外れた場合、スポット溶接のナゲットがリベット中心から偏って形成されることになり、被接合材がリベットよりも低い融点の材質の場合に軟化が生じ易くなる。それに加えて、電極の加圧により、リベットの突起部が軟化した被接合材に陥没し、リベットの軸が垂直状態から大きく傾いた状態となる。その結果、リベットの頭部の被接合材への食い込みが部分的に外れ、また、その反対側の食い込み部分においては薄肉化が生じ、リベットと被接合材との接合強度が著しく低下するという問題がある。更に、リベットは、被接合材を押さえるために頭部に平坦部を形成することが必要であり、また、接合体の外観等の観点からは、なるべく頭部の厚さが薄いこと（０．５〜３ｍｍ、好ましくは０．８〜２ｍｍ）が理想的である。一方、リベットは生産コストの観点から鍛造で形成することが好ましいが、鍛造リベットでは頭部に平坦部を形成し、かつ頭部の厚さを薄くすることが困難であるという問題がある。
また、特許文献２に記載の技術でも、スポット溶接する際に電極の狙い位置がリベット中心から大きくずれると、被接合材の軟化状態によっては、リベットが傾いてしまい、リベットと被接合材との接合強度が低下しやすくなるという問題がある。このように、従来のリベットは、異材の接合強度を高めるという点では十分ではない。
そこで、本発明は、頭部に平坦部を形成しつつ、頭部の厚さを薄くすることができると共に、異材接合体の接合強度を向上させることが可能な異材接合用リベット、異材接合用部材、異材接合用リベットを用いた異材接合体及び該異材接合体の製造方法を提供することを主目的とする。
本発明は、前述した課題を解決するために、本発明者等の鋭意検討の結果完成されたものであり、第１被接合材内に挿通され、第１被接合材と材種が異なる第２被接合材に先端が溶接される軸部と、前記軸部の前記先端の他端に設けられた板状の頭部と、からなり、前記頭部には、前記第１被接合材に接する面の外縁に位置する第１面取部と、前記第１被接合材に接する面の前記軸部周囲に位置する環状溝と、前記第１被接合材に接する面の前記第１面取部と前記環状溝との間に位置する平坦部と、が形成され、前記第２被接合材と同種の材料で構成されている異材接合用リベットを提供する。
この異材接合用リベットは、頭部に第１面取部が設けられているために、スポット溶接の際に、電極とリベットとの間に位置ずれ、すなわち電極の狙い位置のずれが生じても、頭部が第１被接合材内に傾いて突き刺さることが抑制される。更に、この異材接合用リベットは、頭部の外縁部の厚さを厚くする構成を必要としない。
また、この異材接合用リベットは、前記環状溝の外縁に第２面取部が形成されていてもよい。このとき、前記第２面取部は、曲面部又はＣ面取部であってもよい。
また、前記第１面取部は、曲面部又はＣ面取部であってもよい。
この異材接合用リベットは、頭部に第１面取部が設けられているために、スポット溶接の際に、電極とリベットとの間に位置ずれ、すなわち電極の狙い位置のずれが生じても、頭部が第１被接合材内に傾いて突き刺さることが抑制される。更に、この異材接合用リベットは、頭部の外縁部の厚さを厚くする構成を必要としない。
また、この異材接合用リベットは、前記環状溝の外縁に第２面取部が形成されていてもよい。このとき、前記第２面取部は、曲面部又はＣ面取部であってもよい。
また、前記第１面取部は、曲面部又はＣ面取部であってもよい。
また、本発明は、前述した異材接合用リベットと、該異材接合用リベットが挿入された前記第１被接合材と、を有し、前記頭部が前記第１被接合材に接し、前記軸部の前記先端が前記第１被接合材から突出する位置まで前記軸部が前記第１被接合材に挿入され、前記頭部の前記平坦部により前記第１被接合材が押さえられつつ、前記環状溝に前記第１被接合材が塑性流動して前記第１被接合材に前記異材接合用リベットがかしめ固定されている異材接合用部材を提供する。
また、本発明は、前述した異材接合用リベットを、前記頭部が前記第１被接合材に接し、前記軸部の前記先端が前記第１被接合材から突出する位置まで前記軸部を前記第１被接合材に挿入させ、前記頭部の前記平坦部により前記第１被接合材を押さえつつ、前記環状溝に前記第１被接合材を塑性流動させて前記第１被接合材に前記異材接合用リベットをかしめ固定する工程と、前記異材接合用リベットがかしめ固定された前記第１被接合材を前記第２被接合材に重ね合わせる工程と、前記第２被接合材と前記異材接合用リベットとをスポット溶接する工程と、を含む異材接合体の製造方法を提供する。
この製造方法の前記第２被接合材と前記異材接合用リベットとをスポット溶接する工程では、前記異材接合用リベットの前記頭部を電極で加圧しながら前記第２被接合材と前記異材接合用リベットとに通電することにより、前記軸部の前記先端と前記第２被接合材とを溶接しながら、前記軸部の先端領域を軸中心から外縁方向に向けて広げてもよい。
この製造方法の前記第２被接合材と前記異材接合用リベットとをスポット溶接する工程では、前記異材接合用リベットの前記頭部を電極で加圧しながら前記第２被接合材と前記異材接合用リベットとに通電することにより、前記軸部の前記先端と前記第２被接合材とを溶接しながら、前記軸部の先端領域を軸中心から外縁方向に向けて広げてもよい。
また、本発明は、前述した製造方法により製造された異材接合体を提供する。
本発明によれば、頭部に平坦部を形成しつつ、頭部の厚さを薄くすることができると共に、異材接合体の接合強度を向上させることができる。
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
＜第１の実施形態＞
先ず、本発明の第１の実施形態の異材接合用リベット１について説明する。図１は、本実施形態の異材接合用リベット１の斜視図である。また、図２は、本実施形態の異材接合用リベット１の断面図である。
先ず、本発明の第１の実施形態の異材接合用リベット１について説明する。図１は、本実施形態の異材接合用リベット１の斜視図である。また、図２は、本実施形態の異材接合用リベット１の断面図である。
図１に示すように、本実施形態の異材接合用リベット１は、円柱形状の軸部２と、軸部２の一端に設けられた円板状の頭部３とからなり、軸部２に対し頭部３が設けられる方向である軸方向（図中Ｚ軸方向）断面が略Ｔ字形状を有する。本実施形態の異材接合用リベット１は、軸部２が第１被接合材２００に挿通され、軸部２の先端が第２被接合材３００にスポット溶接される。これにより、第１被接合材２００と第２被接合材３００とが接合した異材接合体１００が製造される（異材接合体１００、第１被接合材２００、第２被接合材３００については、後述の図４Ａ等参照）。
異材接合用リベット１の材質については、脆性の高い金属間化合物の発生を抑制するため、第２被接合材３００と同種の材料で構成されている。第２被接合材３００をＳＰＣＣや亜鉛めっき鋼板、高張力鋼板等の鋼材とする場合には、リベット１を軟鋼や普通鋼等の鋼材とすることができる。具体的には、リベット１は、鉄を主成分とし、炭素、クロム、ニッケル、モリブデン等が適宜添加されていてよい。
また、特に限定されないが、図２に示すように、軸部２の先端部は、外縁に対し中心に近い位置程突出した形状とすることができる。また、本実施形態の異材接合用リベット１は、軸部２が第２被接合材３００にスポット溶接されるときに、軸部２の先端領域がスポット溶接の熱で軟化し電極で加圧されることでフレア状に広がってもよい。これにより、後述する異材接合体１００は、異材接合用リベット１の先端領域５（後述の図１４ｂ参照）がフレア状に広がることで形成されたフレア状先端部６（後述の図１４ｂ参照）と、第１被接合材２００とがかみ合った形状となり、異材接合用リベット１が第１被接合材２００から抜けにくくなる。
また、図２に示すように、頭部３には、第１被接合材２００に接する面の外縁に第１面取部３０が形成されている。更に、頭部３の第１被接合材２００と接する面における、軸部２の基端部２１領域の周囲には環状溝３１が設けられる。また、この面の環状溝３１と第１面取部３０との間には、平坦部３２が形成される。
ここで、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら、第１面取部３０の構成についてより詳細に説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、第１面取部３０の形状の一例を示す図である。第１面取部３０の形状については、頭部３の外縁が面取りされた形状であれば特に限定されないが、例えば、図３Ａに示すように、第１面取部３０は、第１被接合材２００に接する面の外縁が凸状に湾曲した曲面部３０Ａであってよい。また、図３Ｂに示すように、第１面取部３０は、第１被接合材２００に接する面の外縁がＣ面取りされたＣ面取部３０Ｂであってもよい。また、異材接合用リベット１が傾いたときに荷重が角部に集中しないような形状であれば、第１面取部３０は、複数の曲率の曲面を組み合わせたものや、多角形形状であってもよい。なお、頭部の厚さが０．５〜３ｍｍのとき、第１面取部３０が曲面部３０Ａである場合には、第１面取部３０の寸法は、曲率半径が０．２ｍｍ以上であることが好ましい。また、第１面取部３０がＣ面取部３０Ｂである場合には、面取りの深さは０．２ｍｍ以上であって、頭部３の肉厚の８０％未満であることが好ましい。
図４Ａ、Ｂは、電極４００により異材接合用リベット１が第２被接合材３００とスポット溶接される状態を示す軸方向断面図である。図４Ａに示すように、異材接合用リベット１が傾いていないと安定に溶接できるため、電極４００の軸Ｚ１とリベット１の軸Ｚ２の位置は極力ずれていないことが本来は好ましい。図中、符号Ｘはナゲット（溶融部）を示す。
一方、自動車ボディーのような構造体のスポット溶接においては、図４Ａに示す軸Ｚ１と軸Ｚ２との位置のずれが大きくなることがあり、この場合、図４Ｂに示すように、異材接合用リベット１を傾かせるモーメント荷重が大きくなる。そして、異材接合用リベット１の頭部２の端部が、電極４００により第１被接合材２００の表面に押圧される。この点、本実施形態の異材接合用リベット１は、頭部３の第１被接合材２００に接する面の外縁に面取り部３０が形成され、軸部２の基端部２１の周囲に設けられた環状溝３１との間に平坦部３２が形成されている。そのため、電極４００の狙い位置がずれても、異材接合用リベット１が傾いて、頭部３の第１面取部３０が第１被接合材２００内に陥没することによる、第１被接合材２００と異材接合用リベット１との締結力の低下を抑制できる。
なお、このとき、異材接合用リベット１の軸部２の先端部が外縁に対し中心に近い位置程突出した形状をしている場合には、電極４００の電流は、異材接合用リベット１の軸心を通って、第２被接合材３００に流れる。従って、異材接合用リベット１と第２被接合材３００とのスポット溶接は、異材接合用リベット１の中心部でなされる。そのため、異材接合用リベット１の軸部２周辺のかしめに寄与する第１被接合材２００の一部が過剰に加熱されて軟化したり、溶融したりすることをより精度良く抑制できる。また、異材接合用リベット１の軸部２の先端部が外縁に対し中心に近い位置程突出した形状をしている場合には、第１被接合材２００と第２被接合材３００との間に隙間が形成されやすくなる。そのため、第２被接合材３００と異材接合用リベット１との間で形成された溶融ナゲットＸの高熱が、第１被接合材２００へ伝搬されることをより精度良く抑制できる。
一方、図４Ｃ及び図４Ｄは、本実施形態の関連技術の異材接合用リベット１Ｘを用いて異材接合体をスポット溶接した状態を示す軸方向断面図である。図４Ｃに示すように、関連技術の異材接合用リベット１Ｘでは、頭部３Ｘに突起部５０が設けられ、突起部５０を第１被接合材２００に突き刺し固定する。そして、突き刺した部位付近では、第１被接合材２００の水平方向への塑性流動が阻害されることから、第１被接合材２００はリベット１Ｘにかしめ締結されない。
また、電極４００の狙い位置がリベット１Ｘの中心から外れると、溶融ナゲットＸが第１被接合材２００側に偏って形成され、第１被接合材２００の領域ｃでは、過剰に加熱されることによる軟化や溶融が発生する。そして、電極４００が異材接合用リベット１Ｘを加圧することにより、異材接合用リベット１Ｘの突起部５０が軟化した第１被接合材２００に陥没し、異材接合用リベット１Ｘの軸が垂直状態から大きく傾いた状態となる。
その結果、関連技術の異材接合用リベット１Ｘでは、電極４００の狙い位置のずれが大きくなると、頭部３Ｘの突起部５０の第１被接合材２００への食い込みがはずれてしまうことがある（図４Ｃ中、符号ｄ）。また、突起部５０が突き刺した部位は、突き刺しが深くなり、減肉されることがある（図４Ｃ中、符号ｅ）。このように、関連技術の異材接合用リベット１Ｘでは、製造される異材接合体が十分な接合強度を得られない場合がある。
従って、図４Ｄに示すように、異材接合用リベット１Ｘを用いると、第１被接合材２００と第２被接合材３００に矢印Ｆ１及びＦ２の方向に引張荷重が働いた場合、低い引張荷重でも異材接合体は容易に破断してしまう。
再び本実施形態の異材接合用リベット１の説明に戻る。本実施形態の異材接合用リベット１では、頭部３及び軸部２の第１被接合材２００に接する面の少なくとも一部分は、第２被接合材３００の母材よりも高い抵抗率を有する被膜４で覆われていてもよい。この被膜４としては、具体的には、亜鉛、錫及び／又はアルミニウム等を含有する防錆材による塗膜、ポリエステル系樹脂被膜、シリコーンエラストマを含有する被膜、鉄の酸化皮膜（黒皮）、無電解Ｎｉ−Ｐめっき皮膜及びその他の絶縁被膜等が挙げられる。絶縁被膜としては、ディスゴ（登録商標）、ジオメット（登録商標）及びラフレ（登録商標）等の市販の表面処理剤を用いて形成された絶縁被膜が挙げられる。
ここで、この被膜４を本実施形態の異材接合用リベット１に被覆する工程の一例について図５を参照しながら説明する。図５は、異材接合用リベット１の一部を被膜４で覆う工程を説明するための図である。
まず、図５ａに示すような被膜４が被覆されていない異材接合用リベット１の外面全体に、被膜４が形成される（図５ｂ参照）。次いで、図５ｃに示すように、異材接合用リベット１において、後述するスポット溶接用の電極４００及び第２被接合材３００と接する領域については、被膜４が剥離される。
ここで、図６を参照しながら、被膜４の一部を異材接合用リベット１から剥離する方法をより詳細に説明する。図６は、本実施形態の異材接合用リベット１から被膜を一部除去する工程を説明するための図である。まず、図６に示すように、異材接合用リベット１を保持部９１０に保持させておく。そして、溶接時に電極４００に接する異材接合用リベット１の頭部側の面上を移動する上部ブラシ９００と、溶接時に第２被接合材３００に接する異材接合用リベット１の軸先端側の面上を移動する下部ブラシ９０１とが矢印ｒの方向に回転しつつ、矢印ｆの方向に移動する。これにより、異材接合用リベット１の被膜の一部が除去される。具体的には、異材接合用リベット１において、溶接時に電極４００及び第２被接合材３００と接する領域を被覆した被膜４が除去される。
なお、上部ブラシ９００及び下部ブラシ９０１を回転移動させる被膜剥離装置（全体図は図示せず）の構成については、特に限定されない。また、異材接合用リベット１から被膜４を除去する方法については、溶接時に電極４００及び第２被接合材３００と接する領域を被覆した被膜４が除去されれば、図６を参照しながら説明した例に限定されない。
このようにして、第２被接合材３００の母材よりも高い抵抗率を有する被膜４が、頭部３の第１被接合材２００に接する面を覆う。そのため、電極４００から異材接合用リベット１を経由して第２被接合材３００に流れる溶接電流が、第１被接合材２００に分流することを防止できる。また、スポット溶接の電極４００及び第２被接合材３００と接する領域は被膜されておらず、第２被接合材３００に電流が集中して流れるため、異材接合用リベット１と第２被接合材３００とのスポット溶接をより効率的に行うことができる。
次に、本実施形態１の異材接合用リベット１の形状について説明する。本実施形態の異材接合用リベット１では、軸部２の形状は、例えば、略円柱形であり、底面の形状は円である。この底面の形状については特に限定されないが、その具体例について、図７Ａ〜図７Ｅを参照しながら説明する。図７Ａ〜図７Ｅは、リベット１の底面図の一例である。
軸部２Ａの底面形状は、図７Ａに示すように、例えば、円形である。また、軸部２Ｂの底面形状は、図７Ｂに示すように、例えば、花弁形である。また、軸部２Ｃの底面形状は、図７Ｃに示すように、三隅が面取りされた略三角形である。また、軸部２Ｄの底面形状は、図７Ｄに示すように、四隅が面取りされた略長方形であってもよい。更に、軸部２Ｅの底面形状は、図７Ｅに示すように、楕円形であってもよい。例えば、軸部２の底面形状が、図７Ｂに示す形状である場合、円周上に複数の凸部が設けられている形状であるために、リベット１が第１被接合材２００に挿通された後、リベット１が回転することを防止できる。
また、本実施形態の異材接合用リベット１では、頭部３の平面視形状（図１中、Ｚ軸に垂直なＸＹ平面形状）についても特に限定されないが、その具体例について、図８Ａ〜図８Ｄを参照しながら説明する。図８Ａ〜図８Ｄは、異材接合用リベット１の平面図の一例である。
頭部３Ａの平面視形状は、図８Ａに示すように、例えば、円形である。また、頭部３Ｂの平面視形状は、図８Ｂに示すように、例えば、四隅が面取りされた略長方形である。また、頭部３Ｃの平面視形状は、図８Ｃに示すように、楕円形であってもよい。更に、頭部３Ｄの平面視形状は、図８Ｄに示すように、花弁形であってもよい。
また、本実施形態の異材接合用リベット１では、そのリベット１の形状自体も、図２に示すものには限られない。その具体例について、図９Ａ〜図９Ｇを参照しながら説明する。図９Ａ〜図９Ｇは、異材接合用リベット１の軸方向断面形状（図１中、Ｘ軸又はＹ軸の垂直方向の断面形状）である。
リベット１の断面形状は、図９Ａに示すように、例えば、図２に示した形状に対し、軸部２の先端部に第１膨出部４０が設けられ、該第１膨出部４０の中心に突起部４１が設けられた形状とすることもできる。また、異材接合用リベット１の断面形状は、図９Ｂに示すように、頭部３の第１被接合材２００に接する面の反対面に第２膨出部４３が設けられ、軸部２の先端部に表面が中心に向かうに従い突出した第１膨出部４２が設けられた形状とすることもできる。また、異材接合用リベット１の断面形状は、図９Ｃに示すように、第１膨出部４０及び突起部４１と、第２膨出部４３との双方が設けられていてもよい。
更に、異材接合用リベット１の断面形状は、図９Ｄに示すように、頭部３の第１被接合材２００に接する面の反対面の中心に切欠き部４４が形成されていてもよい。また、図９Ｅに示すように、異材接合用リベット１の断面形状は、この切欠き部４４と前述した第１膨出部４０及び突起部４１とが設けられていてもよい。更に、図９Ｆに示すように、異材接合用リベット１の断面形状は、前述した第１膨出部４２が設けられると共に、第２膨出部４３が設けられ、切欠き部４４が形成されていてもよい。また、図９Ｇに示すように、異材接合用リベット１の断面形状は、前述した第１膨出部４０及び突起部４１が設けられると共に、第２膨出部４３が設けられ、切欠き部４４が形成されていてもよい。
以上詳述したように、本実施形態の異材接合用リベット１は、頭部３の下面の外縁に第１面取部３０が形成されているため、スポット溶接の際に、電極との位置ずれが生じても、頭部３が第１被接合材２００内に突き刺さることがなく、異材接合用リベット１の傾きが抑制される。その結果、第１被接合材２００が脆弱化せずに高い接合強度を有する異材接合体１００を製造することができる。また、本実施形態の異材接合用リベット１では、頭部に突起部等の厚みを大きくする構成を必要としないため、頭部３の厚さを薄く設計することができる。
また、異材接合用リベット１の軸部２の基端部２１に環状溝３１が設けられることにより、溝部分に第１被接合材２００を塑性流動させることができ、異材接合用リベット１と第１被接合材２００とのかしめ締結力を向上させることができる。
更に、第１被接合材２００に接する面の第１面取部３０と環状溝３１との間に平坦部３２が形成されることにより、異材接合用リベット１が電極４００の押圧により傾いても、異材接合用リベット１の第１被接合材２００への圧力を平坦部３２が緩和する。そのため、異材接合用リベット１の頭部３の第１被接合材２００への陥没を抑制することができる。更に、平坦部３２から環状溝３１への第１被接合材２００の塑性流動が円滑に行われ、かしめ締結力を向上させることができる。
（変形例）
次に、本実施形態の変形例の異材接合用リベット１１について説明する。図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃは、本実施形態の変形例の異材接合用リベット１１に設けられた曲面部３３Ａ等の第２面取部の形状を説明するための図である。
次に、本実施形態の変形例の異材接合用リベット１１について説明する。図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃは、本実施形態の変形例の異材接合用リベット１１に設けられた曲面部３３Ａ等の第２面取部の形状を説明するための図である。
本実施形態の変形例の異材接合用リベット１１では、環状溝３１の外縁（平坦部側端部）に、面取りされた第２面取部が形成される。第２面取部の形状については、環状溝３１の外縁が面取りされた形状であれば特に限定されないが、例えば、図１０Ａに示すように、第２面取部は、環状溝３１の外縁が凸状に湾曲した曲面部３３Ａである。また、図１０Ｂに示すように、第２面取部は、環状溝３１の外縁がＣ面取りされたＣ面取部３３Ｂであってよい。更に、図１０Ｃに示すように、環状溝３１Ｂは、曲面部３３Ａ等の第２面取部が形成されれば、断面形状は略半円形状でなくてもよい。このとき、環状溝３１Ｂには、軸部２に対し、頭部３と電極４００とが接する側（図１中、Ｚ軸正方向側）に、曲面ではない角部が設けられていてもよい。なお、曲面部３３Ａの曲率半径については、特に限定されないが、前述した第１面取部３０の曲面部３０Ａと同様とすることができる。
ここで、図１１を参照しながら、本実施形態の異材接合用リベット１が第１被接合材２００にかしめられる状態について説明する。図１１Ａは、本実施形態の異材接合用リベット１が第１被接合材２００にかしめられる状態を説明するための図である。また、図１１Ｂは、本実施形態の変形例の異材接合用リベット１１が第１被接合材２００にかしめられる状態を説明するための図である。
後述するカウンターパンチ７００により、図１１Ａに示すように、第１被接合材２００が環状溝３１に塑性流動し（矢印Ｆ３の方向）、第１被接合材２００に本実施形態の異材接合用リベット１がかしめられる。
一方、図１１Ｂに示す例では、環状溝３１の外縁に第２面取部（図中では、曲面部３３Ａ）が形成されている。このとき、カウンターパンチ７００により、第１被接合材２００が環状溝３１に塑性流動し（矢印Ｆ４の方向）、第１被接合材２００に異材接合用リベット１１がかしめられる際、平坦部３２から環状溝３１への塑性流動がより円滑に行われる。
このように、本実施形態の変形例の異材接合用リベット１１では、環状溝３１の外縁に曲面部３３Ａ等の第２面取部が形成されているため、かしめ締結力をより向上させることができる。
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態の異材接合用部材２１０について説明する。本実施形態の異材接合用部材２１０は、前述した第１の実施形態の異材接合用リベット１と、異材用リベット１が挿入された第１被接合材２００とを有する（後述の図１３ｂ、図１５ｃ参照）。第３の実施形態で詳述するが、本実施形態の異材接合用部材２１０の製造においては、まず、異材接合用リベット１の頭部３が第１被接合材２００に接しながら、軸部２の先端が第１被接合材２００から突出する位置まで軸部２が第１被接合材２００に挿入される。次に、頭部３の平坦部３２により第１被接合材２００が押さえられつつ、環状溝３１に第１被接合材２００が塑性流動し、第１被接合材２００に異材接合用リベット１がかしめ固定される。このようにして、本実施形態の異材接合用部材２１０が得られる。
次に、本発明の第２の実施形態の異材接合用部材２１０について説明する。本実施形態の異材接合用部材２１０は、前述した第１の実施形態の異材接合用リベット１と、異材用リベット１が挿入された第１被接合材２００とを有する（後述の図１３ｂ、図１５ｃ参照）。第３の実施形態で詳述するが、本実施形態の異材接合用部材２１０の製造においては、まず、異材接合用リベット１の頭部３が第１被接合材２００に接しながら、軸部２の先端が第１被接合材２００から突出する位置まで軸部２が第１被接合材２００に挿入される。次に、頭部３の平坦部３２により第１被接合材２００が押さえられつつ、環状溝３１に第１被接合材２００が塑性流動し、第１被接合材２００に異材接合用リベット１がかしめ固定される。このようにして、本実施形態の異材接合用部材２１０が得られる。
この異材接合用部材２１０を構成する第１被接合材２００は、特に限定されないが、軽合金材とすることができ、具体的には、アルミニウム、アルミニウム合金（ＪＩＳ規格の２０００系、３０００系、４０００系、５０００系、６０００系又は７０００系）、マグネシウム、マグネシウム合金等が挙げられる。また、第１被接合材２００は、ＣＦＲＰ等であってもよい。この第１被接合材２００は、板材、形材、ダイキャスト材、鋳物材、又は板材や押出材のプレス成形品等とすることができる。
本実施形態の異材接合用部材２１０では、前述した第１の実施形態の異材接合用リベット１を有するために、異材接合用リベット１の頭部３の端部が第１被接合材２００内に突き刺さることが抑制される。そのため、本実施形態の異材接合用部材２１０は、第１被接合材２００が脆弱化せずに高い接合強度を有する。
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態の異材接合体１００について説明する。図１２は、本実施形態の異材接合体１００がスポット溶接される前の状態を示す軸方向断面図である。
次に、本発明の第３の実施形態の異材接合体１００について説明する。図１２は、本実施形態の異材接合体１００がスポット溶接される前の状態を示す軸方向断面図である。
本実施形態の異材接合体１００は、前述した第１の実施形態の異材接合用リベット１と、第２の実施形態で前述した第１被接合材２００と、異材接合用リベット１と溶接された第２被接合材３００と、を有する。本実施形態の異材接合体１００では、異材接合用リベット１に第１面取部３０が形成されているために、スポット溶接時に異材接合用リベット１の頭部３の端部が第１被接合材２００内に突き刺さることが抑制される。
また、第２被接合材３００は、第１被接合材２００と材種が異なり、特に限定されないが、例えば、鋼材とすることができ、具体的には、高張力鋼材、亜鉛めっき鋼板及びステンレス等が挙げられる。この第２被接合材３００は、板材、形材、鋳物材、板材のプレス成形品、又はホットスタンプ品等とすることができる。
第１被接合材２００における、第２被接合材３００と重なり合う部分には、防食性の観点から、シーラー処理がなされていたり、熱硬化性樹脂を含有する接着剤が塗布されていたり、又は接着樹脂テープが設けられていたりしてもよい。また、第１被接合材２００は、異材接合用リベット１の頭部３と接する部分に、シーラー処理がなされていたり、熱硬化性樹脂を含有する接着剤が塗布されていたり、又は接着樹脂テープが設けられていたりしてもよい。これにより、かしめ時の塑性流動性をより向上させ、防食性を更に向上させることができる。
また、本実施形態の異材接合体１００では、異材接合用リベット１の軸部２の軸径ｄ１と、第１被接合材２００の異材接合用リベット１が挿通している孔径ｄ２との差はほぼ同じとすることが好ましい。ここで、軸径ｄ１は、円柱形状の軸部２の円の直径を指す。また、孔径ｄ２は、軸部２が挿通される第１被接合材２００に形成された円形の孔の直径を指す。異材接合用リベット１の軸部２の軸径と第１被接合材２００の孔径との差をほぼ同じとすることで、異材接合用リベット１の位置決めをより精度良く行うことができ、スポット溶接時の電極４００の狙いがより正確になる。また、異材接合用リベット１をかしめる際により均一にかしめることができる。
また、異材接合用リベット１の先端部と第１被接合材２００との間には隙間部１１０が形成されていてもよい。この場合、異材接合用リベット１の先端部を段付形状としてもよいし、第１被接合材２００に凹部を設けてもよい。また、異材接合用リベット１の先端部に段付形状を設け、更にその周囲の第１被接合材２００に凹部を設けてもよい。これにより、溶接時に形成される高温の溶融部（ナゲット）Ｘからの熱伝達が隙間（空間）により遮断されるため、第１被接合部材２００の軟化を抑制することができる。
（異材接合体１００の製造方法）
次に、本実施形態の異材接合体１００の製造方法について説明する。図１３は、本実施形態の異材接合体１００の製造工程の一例（ピアス方式）を示す説明図である。
次に、本実施形態の異材接合体１００の製造方法について説明する。図１３は、本実施形態の異材接合体１００の製造工程の一例（ピアス方式）を示す説明図である。
まず、図１３ａに示すように、円筒状のカウンターパンチ７００の上に第１被接合材２００が載置され、異材接合用リベット１がこのカウンターパンチ７００の上方に配置される。この異材接合用リベット１はポンチ６００により第１被接合材２００に向けて打ち込まれる。異材接合用リベット１は、例えば、プレス前後又はプレス成形の金型の所定の位置に配置されたカセット方式のリベット供給ガイド（図示せず）により配置することができる。
次に、図１３ｂに示すように、ポンチ６００を下降させて異材接合用リベット１を第１被接合材２００に押し込むと、軸部２とカウンターパンチ７００とのせん断により第１被接合材２００が打ち抜かれ、この打ち抜かれた部分２０１がカウンターパンチ７００内に落下する。異材接合用リベット１はポンチ６００により第１被接合材２００に向けて押圧されるため、頭部３とカウンターパンチ７００との間に挟まれた第１被接合材２００の一部分が、頭部３の軸部２の周囲に形成された環状溝３１内に塑性流動して押し込まれる。
これにより、軸部２が第１被接合材２００を貫通し、第１被接合材２００が穿孔され、頭部３が第１被接合材２００と接した状態又は頭部３が第１被接合材２００に押し込まれた状態で、軸部２の先端面が第１被接合材２００の下面に露出する。また、頭部３の下面の軸部２の周囲の溝３１内に第１被接合材２００が入り込み、異材接合用リベット１が第１被接合材２００にかしめ締結される。このようにして、前述した第２の実施形態の異材接合用部材２１０が得られる。このとき、環状溝３１の外縁に曲面部３３Ａ等の第２面取部が形成されている場合には、このかしめ締結力をより向上させることができる。
そして、図１３ｃに示すように、異材接合用リベット１がかしめ固定された第１被接合材２００は、抵抗スポット溶接装置に搬入され、第２被接合材３００の上に重ねられ、重ね継手が形成される。このとき、スポット電極４００、５００の間に異材接合用リベット１が位置するように、第１被接合材２００及び第２被接合材３００が配置される。そして、上下の電極４００、５００を相互に接近するように駆動して、第１被接合材２００と第２被接合材３００との間に挟持力を作用させ、電極４００、５００間にパルス電流を印加することにより、異材接合用リベット１と第２被接合材３００とを抵抗スポット溶接する。このようにして、異材接合体１００が得られる。
このとき、第２被接合材３００の母材よりも高い抵抗率を有する被膜４が、頭部３の第１被接合材２００に接する面に覆われていることが好ましい。これにより、電極４００から異材接合用リベット１を経由して第２被接合材３００に流れる溶接電流が、第１被接合材２００に分流することを防止できる。また、スポット溶接の電極４００及び第２被接合材３００と接する領域は被膜されていないことで、第２被接合材３００に電流が集中して流れるため、異材接合用リベット１と第２被接合材３００とのスポット溶接をより効率的に行うことができる。
本実施形態の異材接合体１００では、異材接合用リベット１の頭部３の第１被接合材２００に接する面の外縁に第１面取部３０が形成されているために、スポット溶接の際に、電極４００の軸と、異材接合用リベット１の軸との位置がずれていても、異材接合用リベット１が傾いて頭部３が第１被接合材２００内に陥没することが抑制される。その結果、本実施形態の異材接合体１００は、第１被接合材２００のかしめ締結力が低下せずに高い接合強度を有する。
なお、ここでは、電極として２つの電極でリベット１、第１被接合材２００及び第２被接合材３００を挟んで異材接合体１００を製造する例を挙げたが、電極はリベット１の頭部３上にのみ設置される、いわゆる片面スポット溶接であってもよい。
また、前述した抵抗スポット溶接を行いながら、軸部の先端領域５を軸中心から外縁方向に向けて広げることも可能である。図１４は、本実施形態の異材接合体１００の製造工程の一例であって、第１被接合材２００にかしめ締結された異材接合用リベット１と第２被接合材３００とをスポット溶接する工程を説明する図である。
まずは、図１３ａ及びｂを参照しながら説明した工程を経て、図１４ａに示すように、異材接合リベット１とかしめ固定された第１被接合材２００は、抵抗スポット溶接装置に搬入され、第２被接合材３００の上に重ねられ、重ね継手が形成される。このとき、スポット電極４００、５００の間にリベット１が位置するように、第１被接合材２０００及び第２被接合材３００が配置される。
次に、図１４ｂに示すように、上下の電極４００、５００が相互に接近するように駆動させられる。そして、第１被接合材２００と第２被接合材３００との間には、挟持力が作用し、電極４００、５００間に溶接電流が印加されることにより、異材接合用リベット１と第２被接合材３００とが抵抗スポット溶接される。このようにして、異材接合体１００が得られる。このとき、電極４００、５００による加圧力Ｆにより、先端領域５は、塑性流動してフレア状に広がり、先端部６が形成される。これにより、異材接合用リベット１に第１被接合材２００から抜ける方向に力がかかっても、先端部６が第１被接合材２００に引っ掛かるため、異材接合用リベット１は第１被接合材２００から抜けにくくなる。
溶接条件としては、電極４００、５００の加圧力を０．３〜１０ｋＮとし、溶接電流を２〜１０ｋＡとすることが好ましい。また、通電時間を５〜１０００ｍｓｅｃとすることが好ましい。この範囲で溶接を行うことで、軸部２の先端領域５がフレア状により広がりやすくなる。
次に、本実施形態の異材接合体１００の製造方法の他の例（下穴方式）を説明する。図１５は、本実施形態の異材接合体１００の製造工程の他の例を示す説明図である。
まず、図１５ａに示すように、丸孔の開いたダイス８００の上に第１被接合材２００が載置され、ポンチ６０１がこのダイス８００の穴の上方に配置される。このポンチ６０１が第１被接合材２００に打ち込まれる。
次に、図１５ｂに示すようにポンチ６０１を下降させて第１被接合材２００の一部が打ち抜かれ、この打ち抜かれた部分２０２がダイス８００内に落下する。そして、図１５ｃに示すように、穴の開いた第１被接合材２００に異材接合用リベット１が挿入又は圧入されることで装着される。なお、かしめ固定については、特に限定されないが、例えば、異材接合用リベット１の挿入と同じタイミング又は圧入後に行うことができる。次に、リベット１と第２被接合材３００とを溶接する工程については、図１３及び図１４を参照しながら説明した工程と同様に行われ、異材接合体１００が得られる。なお、図１５ｃの拡大図ｇに示すように、かしめ締結力をより向上させるために、頭部３には、曲面部３３Ａ等の第２面取り部が形成されていることが好ましい。
以上詳述したように、本実施形態の異材接合体１００は、前述した第１の実施形態の異材接合用リベット１を有するために、異材接合用リベット１の頭部３の端部が第１被接合材２００内に突き刺さることで異材接合用リベット１が傾くことが抑制される。そのため、本実施形態の異材接合体１００は、第１被接合材２００が脆弱化せずに高い接合強度を有する。
また、本実施形態の異材接合体１００では、異材接合用リベット１の軸部２が第２被接合材３００にスポット溶接され、軸部２の先端領域５がスポット溶接の熱で軟化し電極４００、５００で加圧されることでフレア状に広がっていてもよい。これにより、異材接合体１００は、異材接合用リベット１の先端領域５がフレア状に広がることで形成されたフレア状先端部６と、第１被接合材２００とがかみ合った形状となり、異材接合用リベット１が第１被接合材２００から抜けにくくなる。そのため、本実施形態の異材接合体１００は、より高い接合強度を有することができる。
１、１１ 異材接合用リベット
２ 軸部
３ 頭部
３０ 第１面取部
３０Ａ 曲面部
３０Ｂ Ｃ面取部
３１ 環状溝
３２ 平坦部
３３Ａ 曲面部
３３Ｂ Ｃ面取部
４ 被膜
６ フレア状先端部
４０、４２ 第１膨出部
４１ 突起部
４３ 第２膨出部
４４ 切欠き部
１００ 異材接合体
２００ 第１被接合材
２１０ 異材接合用部材
３００ 第２被接合材
４００、５００ 電極
６００、６０１ ポンチ
７００ カウンターパンチ
８００ ダイス
２ 軸部
３ 頭部
３０ 第１面取部
３０Ａ 曲面部
３０Ｂ Ｃ面取部
３１ 環状溝
３２ 平坦部
３３Ａ 曲面部
３３Ｂ Ｃ面取部
４ 被膜
６ フレア状先端部
４０、４２ 第１膨出部
４１ 突起部
４３ 第２膨出部
４４ 切欠き部
１００ 異材接合体
２００ 第１被接合材
２１０ 異材接合用部材
３００ 第２被接合材
４００、５００ 電極
６００、６０１ ポンチ
７００ カウンターパンチ
８００ ダイス
本発明は、前述した課題を解決するために、本発明者等の鋭意検討の結果完成されたものであり、第１被接合材内に挿通され、第１被接合材と材種が異なる第２被接合材に先端がスポット溶接される軸部と、前記軸部の前記先端の他端に設けられた厚さが０．５〜３ｍｍの板状の頭部と、を備え、前記頭部には、前記第１被接合材に接する面の外縁に位置する第１面取部と、前記第１被接合材に接する面の前記軸部周囲に位置する環状溝と、前記第１被接合材に接する面の前記第１面取部と前記環状溝との間に位置し、前記第１被接合材を押さえつつ前記環状溝に塑性流動させる平坦部と、が形成され、前記第２被接合材と同種の材料で構成されている異材接合用リベットを提供する。
この異材接合用リベットは、頭部に第１面取部が設けられているために、スポット溶接の際に、電極とリベットとの間に位置ずれ、すなわち電極の狙い位置のずれが生じても、頭部が第１被接合材内に傾いて突き刺さることが抑制される。更に、この異材接合用リベットは、頭部の外縁部の厚さを厚くする構成を必要としない。
また、この異材接合用リベットは、前記環状溝の外縁に第２面取部が形成されていてもよい。このとき、前記第２面取部は、曲面部又はＣ面取部であってもよい。
また、前記第１面取部は、曲面部又はＣ面取部であってもよい。
また、前記第１被接合材に接する面の少なくとも一部分は、前記第２被接合材の母材よりも高い抵抗率を有する被膜で覆われていてもよい。
この異材接合用リベットは、頭部に第１面取部が設けられているために、スポット溶接の際に、電極とリベットとの間に位置ずれ、すなわち電極の狙い位置のずれが生じても、頭部が第１被接合材内に傾いて突き刺さることが抑制される。更に、この異材接合用リベットは、頭部の外縁部の厚さを厚くする構成を必要としない。
また、この異材接合用リベットは、前記環状溝の外縁に第２面取部が形成されていてもよい。このとき、前記第２面取部は、曲面部又はＣ面取部であってもよい。
また、前記第１面取部は、曲面部又はＣ面取部であってもよい。
また、前記第１被接合材に接する面の少なくとも一部分は、前記第２被接合材の母材よりも高い抵抗率を有する被膜で覆われていてもよい。
Claims (8)
- 第１被接合材内に挿通され、前記第１被接合材と材種が異なる第２被接合材に先端が溶接される軸部と、
前記軸部の前記先端の他端に設けられた板状の頭部と、を備え、
前記頭部には、
前記第１被接合材に接する面の外縁に位置する第１面取部と、
前記第１被接合材に接する面の前記軸部周囲に位置する環状溝と、
前記第１被接合材に接する面の前記第１面取部と前記環状溝との間に位置する平坦部と、
が形成され、
前記第２被接合材と同種の材料で構成されている異材接合用リベット。 - 前記環状溝の外縁に、第２面取部が形成されている請求項１に記載の異材接合用リベット。
- 前記第２面取部は、曲面部又はＣ面取部である請求項２に記載の異材接合用リベット。
- 前記第１面取部は、曲面部又はＣ面取部である請求項１〜３のいずれか１項に記載の異材接合用リベット。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の異材接合用リベットと、
該異材接合用リベットが挿入された前記第１被接合材と、を有し、
前記頭部が前記第１被接合材に接し、前記軸部の前記先端が前記第１被接合材から突出する位置まで前記軸部が前記第１被接合材に挿入され、
前記頭部の前記平坦部により前記第１被接合材が押さえられつつ、前記環状溝に前記第１被接合材が塑性流動して前記第１被接合材に前記異材接合用リベットがかしめ固定されている異材接合用部材。 - 請求項１〜４のいずれか１項に記載の異材接合用リベットを、
前記頭部が前記第１被接合材に接し、前記軸部の前記先端が前記第１被接合材から突出する位置まで前記軸部を前記第１被接合材に挿入させ、
前記頭部の前記平坦部により前記第１被接合材を押さえつつ、前記環状溝に前記第１被接合材を塑性流動させて前記第１被接合材に前記異材接合用リベットをかしめ固定する工程と、
前記異材接合用リベットがかしめ固定された前記第１被接合材を前記第２被接合材に重ね合わせる工程と、
前記第２被接合材と前記異材接合用リベットとをスポット溶接する工程と、
を含む異材接合体の製造方法。 - 前記第２被接合材と前記異材接合用リベットとをスポット溶接する工程では、
前記異材接合用リベットの前記頭部を電極で加圧しながら前記第２被接合材と前記異材接合用リベットとに通電することにより、前記軸部の前記先端と前記第２被接合材とを溶接しながら、前記軸部の先端領域を軸中心から外縁方向に向けて広げる請求項６に記載の異材接合体の製造方法。 - 請求項６又は７に記載の製造方法により製造された異材接合体。
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