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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