JP2022536248A - 自己貫通リベット - Google Patents

Abstract

自己貫通リベット打ちジョイント及びヘッド（１２）とシャンク直径（Ｄｓ）を有するシャンク（１４）とを有する自己貫通リベット（１０）であって、ヘッド（１２）と反対のフット端部でシャンク（１４）が、軸線方向深さ（ＬＢ）を有する軸線方向凹部（１６）を有し、凹部が凹部容積を有し、シャンク（１４）とヘッド（１２）の容積に対する凹部容積の比が０．０６と０．０８の間である上記自己貫通リベット打ちジョイント及び自己貫通リベット（１０）。【選択図】図１

Description

本発明の開示は、ヘッドとシャンク直径を有するシャンクとを有する自己貫通リベットに関連し、特に、ヘッドと反対側のフット端部では、シャンクが、軸線方向深さを有する軸線方向凹部を有し、該フット端部では、シャンクは、少なくとも２つのワークピース間を接合する接続部の生成のための環状貫通端部を含むものに関連する。自己貫通リベットは、特に薄い板金用途に関連するものであり、取りわけ、自動車産業での薄い板金用途に関連する。

自己貫通リベットは、ヘッドと環状縁部に終端する円筒シャンクとを有する部分的に中空の構造である。リベットが適切に成形されたダイの上で少なくとも２つの重なった材料のシートの中に押し込まれる時に、シャンクは、外向きに広げられる。材料のシートは、シャンクの周りで変形され、シャンクを封入する環を生成する。シャンクと、リベットの縁部とは、リベットが固定された後もシート材料に埋め込まれたままである。自己貫通リベットによる締結動作では、材料内に孔を事前穿孔するか、又は事前打ち抜きすることを必要とせずにシート材料の接合を可能にする。

自己貫通リベットジョイントの接合作動並びに接合品質に対する１つの重要なパラメータは、自己貫通リベットの形状である。従来技術では、自己貫通リベットの多くの異なる形状が公知であり、例えば、ＥＰ ０ ７２０ ６９５、ＥＰ １ ０６４ ４６６、ＥＰ １ ２２９ ２５４、ＥＰ １ ３８７ ０９３、ＤＥ ４４ ３１ ７６９、ＤＥ ２０３ １９ ６１０ Ｕ１、ＤＥ ２００ ０１ １０３ Ｕ１、ＵＳ ２００４／００６８８５４ Ａ１、ＪＰ ２００１１５９４０９Ａ、ＪＰ ０９３１７７３０Ａ、Ｗ２０１５０８６２０３、ＷＯ２０１４０１３２３２、又はＵＳ９３１６２４３などを参照されたい。

接合方法として自己貫通リベットを使用することは、この業界で広く使用されており、アルミニウム及び軽量材料自動車構造に対する現在の主要な接合方法である。

ＷＯ２０１４０１３２３２は、完全中空である自己貫通リベットを用いて軽金属合金の少なくとも２つのシートのスタック内にジョイントを形成する方法を開示している。リベットは、そのボアの少なくとも一部分に沿って潤滑剤によって被覆され、その上面を貫通し、かつシャンクが外向きに変形して材料と噛み合うが材料のダイ側に貫通しないようなものである。リベットのシャンクの外径は、５．４ｍｍ又はそれ未満である。ダイは、リベットの有効中実容積の６０％又は７０％未満の容積を有する。

ＵＳ９３１６２４３は、ヘッドと実質的に円筒形のシャンクとを含む自己貫通リベットを説明しており、シャンクは、その長さの少なくとも一部に沿って延びるボアを定めるように少なくとも部分的に中空であり、シャンクの外径は、少なくとも６ｍｍであり、リベットの有効長さは、シャンクの直径の少なくとも１．３倍であり、ボアは、リベットの有効中実容積の少なくとも３８％である容積を有する。そのようなリベットは、マグネシウム及びアルミニウム合金のような厚いスタックで高強度の軽金属合金との使用に適している。

ＥＰ ０ ７２０ ６９５ ＥＰ １ ０６４ ４６６ ＥＰ １ ２２９ ２５４ ＥＰ １ ３８７ ０９３ ＤＥ ４４ ３１ ７６９ ＤＥ ２０３ １９ ６１０ Ｕ１ ＤＥ ２００ ０１ １０３ Ｕ１ ＵＳ ２００４／００６８８５４ Ａ１ ＪＰ ２００１１５９４０９Ａ ＪＰ ０９３１７７３０Ａ Ｗ２０１５０８６２０３ ＷＯ２０１４０１３２３２ ＵＳ９３１６２４３

しかし、車両でのドア用途に対して、取りわけ、薄いアルミニウムパネルに対して、抵抗スポット溶接のような他の工程が自己貫通リベット打ちと競合している。従って、接合品質を増大し、ドアパネルのようなワークピースを接合するようになったかつ簡単な製造工程に適する自己貫通リベットを開発する必要性が依然として存在する。

上記に言及した目的は、独立特許請求項１に定める自己貫通リベットによって達成される。

自己貫通リベットは、ヘッドとシャンク直径を有するシャンクとを含み、ヘッドと反対のフット端部では、シャンクは、軸線方向深さを有する軸線方向凹部を有し、シャンクは、環状貫通縁部を更に含む。自己貫通リベットは、凹部が凹部容積を有することを特徴とし、シャンクとヘッドの容積に対する凹部容積の比は、０．０６と０．０８の間である。

言い換えれば、凹部は、リベットの有効中実容積の又はリベットの全体容積の６％と８％の間である容積を有する。いくつかの試験は、驚くべきことに、シャンクとヘッドの容積に対する凹部容積の０．０６と０．０８の間の比を有する自己貫通リベット形状が、取りわけドアパネルに対して良好な接合品質を有する自己貫通リベットの性能を可能にし、かつ低コストで製造することが容易である場合があることを示している。実際に、そのようなファスナの幾何学形状及び形状は、クリンチリベット又は他の従来のリベットの形状に類似であり、容易な製造を可能にするが、本発明の開示によるリベットの特定の比は、公知の自己貫通方法に従ってシートメタルを貫通して噛み合わせを形成することを可能にする。本発明の開示の自己貫通リベットは、すなわち、自己貫通リベットではあるがクリンチリベットの製造上の利点を同時に有し、かつ従来技術から公知の自己貫通リベットの接合品質及び荷重負担能力を提供する。すなわち、そのような自己貫通リベットは、他の接合方法と競合するようになっている。そのような比は、従来技術からのリベットで公知のような外縁の上ではなく内部形状（リベット凹部）を通した直線的膨径及び展性を可能にする。リベットの及びその凹部の特殊な形状は、いずれの特殊な熱又は面処理もなしでリベットの膨径及び展性を可能にする。より具体的には、リベットの焼入れが不要である。

有利なことに、リベットは、いずれの熱又は面処理もない冷間成形部品である。すなわち、そのような自己貫通リベットは、処理段階の数が限られて製造が容易である。リベットは、冷間成形を用いてその強度を取得する。実施形態により、リベットは、いずれの焼入れ段階もなしで製造される。

好ましくは、凹部は、円弧形状にされる。例えば、凹部は、取りわけヘッドに向けて位置付けられた凹部ベースの区域で少なくとも部分的に円弧形状にされる。この形状は、より良い形成、取りわけ冷間成形と冷間成形段階の限定とを可能にする。

実施形態により、シャンクとヘッドの容積に対する凹部容積の比は、０．０６４と０．０７７の間の範囲にある。

実施形態により、軸線方向深さは、決定された量の材料（底部に留まる）を受け入れるように、かつある一定の高さにわたって自己貫通リベットを脆弱化するように定められる。シャンク直径に対する軸線方向深さの比は、０，０５と０，６６の間の範囲とすることができる。

実施形態により、環状貫通縁部は、貫通直径を有し、シャンク直径に対する貫通直径の比は、０，８５と０，９９の間、例えば、０，８７と０，９６の間の範囲にある。すなわち、貫通縁部の位置は、リベットの正しい膨径及び展性を可能にする。

実施形態により、リベットは、鋼、ステンレス鋼、又はアルミニウム合金で作られる。より具体的には、アルミニウム合金で作られたリベットは、アルミニウム合金ワークピースを接合するのに使用されることになる。例えば、自己貫通リベットは、精密鋼３７ＭｎＢ４で作られる。

実施形態により、自己貫通リベットは、７５０ＭＰａの強度を有するワイヤから作られる。そのような強度は、自己貫通リベットに使用される標準強度とは異なっている。それは、取りわけ、リベットの後処理を回避することを可能にするが、それは、冷間成形中に鋭い縁部を発生させる難しさを増大する。

実施形態により、自己貫通リベットは、ヘッドの近傍に第１のセクションと環状貫通縁部の近傍に第２のセクションとを含み、第２のセクションの材料強度は、第１のセクションの材料強度よりも低い。冷間成形及び凹部形状に起因して、第２のセクションは、第１のセクションに対して脆弱化される。

実施形態により、環状貫通縁部は、外縁を含み、外縁は、０．２ｍｍ未満、特に０．１ｍｍ未満の半径によって縁部が尖鋭化される。この縁部が尖鋭化された外縁は、アルミニウム合金パネル又はワークピースを通した切断を改善することを可能にし、かつ容易に製造することができる。

実施形態により、凹部は、凹部が円錐先細面を含むように少なくとも部分的に円錐形又は切頭円錐形であり、円錐先細面は、７５と１０５度の間、特に９０度の断面内の内包角度を有する。そのような凹部形状は、ワークピース内の決定された展性を可能にする。

本発明はまた、上側ワークピース及び下側ワークピースを有してそこからの少なくとも一方が金属から実現され、かつ上述のような自己貫通リベットを有してそのヘッドが上側ワークピースに対して当接する自己貫通リベット打ちジョイントに関する。

実施形態により、上側ワークピース及び／又は下側ワークピースは、アルミニウム合金で作られる。リベットシャンクの下側は、膨径され、ワークピース内でリベットの凹部形状の延びが起こる。

ここで添付図面を参照して本発明の具体的実施形態を単に例示的に以下に説明する。

本発明による自己貫通リベットの断面図を概略的に示す図である。 図１の貫通リベットを使用するリベット打ち接合の断面図を示す図である。

異なる図に対して、同じ引用符号は、同一又は類似の要素を指定する。

図１は、リベットヘッド１２と長手軸線Ｘに沿って延びるリベットシャンク１４とを含む自己貫通リベット１０を示している。自己貫通リベット１０は、図２に描かれているように、少なくとも２つの構成要素又はワークピースＣ１，Ｃ２間の接合接続を生成するのに適している。例えば、ワークピースのうちの一方又は２つのワークピースは、アルミニウムワークピース、例えば、車両ドアパネルである場合がある。

リベットシャンクは、ベース１８を有する軸線方向凹部（又は中心ボア）１６を含む。凹部１６は、ヘッド１２と反対のフット端部に位置付けられる。リベットシャンク１４は、リベットヘッド１２から外に面する環状貫通縁部２０を更に含む。凹部１６は、凹部１６のベース１８と環状貫通縁部２０との間に軸線方向深さＬＢを含む。より具体的には、軸線方向深さＬＢは、ベース１８と環状貫通縁部２０の間の長手軸線Ｘに沿った最大距離である。例えば、軸線方向深さＬＢは、ベースの面の最上点（言い換えれば、ヘッドの上面に最も近く位置するベースの点）と環状貫通縁部の最下点との間の距離である。軸線方向深さは、例えば、１ｍｍのものである。

凹部１６は容積を有し、自己貫通リベットの形状は、シャンクとヘッドの容積（言い換えれば、中実リベットの容積全体）に対する凹部容積の比が０．０６と０．０８又は０．０６４と０．０７７の間であるようなものである。より具体的には、比は、約０．０７のものとすることができる。別の実施形態では、比は、約０．０６５のものとすることができる。この場合の凹部容積は、自己貫通リベットのフット端部から開始して計算される。中実リベットの容積は、リベットシャンク１４のかつリベットヘッド１２のその容積であり、自己貫通リベットのヘッドへの可能な移行セクションを含み、かつシャンクの容積に最終的に含有されない凹部容積を除く。

リベットシャンク１４は、円筒シャンク外面２２を含む。シャンク外面は、シャンク直径Ｄｓを有する。シャンクは、均一シャンク直径を有する。例えば、シャンク直径は、３と５ｍｍの間であり、例えば、３．３ｍｍ又は３．５ｍｍのものとすることができる。シャンク直径Ｄｓに対する軸線方向深さＬＢの比は、０，０５と０，６６の間の範囲とすることができる。

リベットヘッド１２は、リベットシャンク１４から半径方向外向きに延びる。リベットヘッド１２は、上側部分２６と上側部分２６及びリベットシャンク１４間に定められた移行領域とを有する。移行領域は、０．５から２ｍｍの範囲の曲率半径Ｒ１、例えば、１ｍｍの又は０．９と１．１ｍｍの間の曲率半径を有する。上側部分２６は、ベース１８と反対の上面を有する。上側部分２６の厚みは、０．１と０．３ｍｍの間に含まれ、取りわけ０．２５ｍｍのものである。

リベットは、長手軸線Ｘに沿った長さを有する。環状貫通縁部２０からヘッド（より具体的にはヘッド１２の上側部分の上面）までのリベットの長さは、３と６ｍｍの間又は３．５と５ｍｍの間であり、例えば、５又は５．５ｍｍのものである。

図面に図示するように、ベース１８は、円弧形状にすることができる。例えば、ベースは、シャンク直径の０．０５と４ｍｍの間の半径を有することができる。ベースの半径は、例えば、１．３ｍｍのものである。ベース１８はまた、円錐形の中間である場合がある。より具体的には、ベースは、円弧形状にすることができ、凹部は、部分的に切頭円錐形とすることができる。凹部は、７５と１０５度の間、より具体的には９０度の断面内の内包角度を有する円錐先細面を含む場合がある。

環状貫通縁部２０は、図１に描かれているように平坦シャンク端面とすることができる。図１に示すように、環状貫通縁部は、外縁を含む。外縁は、０．１ｍｍ未満の半径によって縁部が尖鋭化される。内縁は、切断又は貫通直径を含む切断線を形成する。切断線は、ワークピースを通る貫通が多大な嵌め込み力なしに行われるように可能な限り鋭い。シャンク直径Ｄｓに対する貫通直径Ｄｐの比は、０，８５と０，９９の間、より具体的には０．８７と０．９５の間の範囲にある。

環状貫通縁部２０はまた、弓形シャンク端面である場合がある。例えば、環状貫通縁部は、切断直径を有する円形カッターを含む場合があり、円形カッターは、軸線方向凹部の内面の領域でのラジアス又は面取り面とシャンクの半径方向外面に向うラジアスとの間の切断線によって形成される。

自己貫通リベットは、冷間成形によって形成される。熱又は面処理は、冷間成形後の自己貫通リベット１０に適用されない。より具体的には、冷間成形後に自己貫通リベットの焼入れは行われない。すなわち、冷間成形がリベットにその強度を与える。自己貫通リベットは、例えば、７５０ＭＰａの強度を有するワイヤから作ることができる。自己貫通リベットの冷間成形を通した製造工程は、当業者に公知であり、従って詳術しない。

より具体的には、自己貫通リベット１０は、ヘッドの近傍に第１のセクションと環状貫通縁部２０の近傍に第２のセクションとを含む。第２のセクションの強度は、第１のセクションの強度よりも低い。

凹部１６は、縦断面図解内に突出面Ｓ１を形成する（図１に示すように）。中実リベットは、同じ図解内に突出面Ｓ１を含む。突出面Ｓ２は、移行領域を含んでシャンク１４及びヘッド１２によって形成された面である。

自己貫通リベット１０は、図２のように自己貫通リベット打ちジョイントに使用される。自己貫通リベット打ちジョイントは、上側ワークピースＣ１及び下側ワークピースＣ２を含み、そこからの少なくとも一方は、金属から取りわけアルミニウム合金に実現される。ヘッド１２は、上側ワークピースＣ１に対して当接する。リベットシャンクの下側が膨径され、ワークピース内でリベットの凹部形状の延びが起こる。切断線を通した清浄な切断工程が第１のワークピース内で行われる。

本発明の自己貫通リベット１０は、図２に描かれているように、薄く定められた刃先に起因する決定された展性（従来技術の自己貫通リベットに関して公知であるような）を含まず、むしろ２つのワークピースの接続又は接合は、リベットをその下側区域でダイによって膨径すること及び決定された先細面を有する凹部形状を通したリベットの展性を通して行われる。図１に示す形状を有する自己貫通リベットは、接合作動での清浄な切断を行うことを可能にする。その内部形状は、ワークピース材料を「摺動」させ、すなわち、内部圧力を形成する。この展性は、直線的な膨径を通して支援される。

１０ 自己貫通リベット
１２ リベットヘッド
１４ リベットシャンク
１６ 凹部
Ｓ１、Ｓ２ 突出面

Claims (13)

1. ヘッドと反対のフット端部でシャンクが、軸線方向深さ（ＬＢ）を有する軸線方向凹部を有し、シャンク（１４）が、環状貫通縁部（２０）を更に含む、ヘッドとシャンク直径（Ｄｓ）を有するシャンクとを有する自己貫通リベット（１０）であって、
   前記凹部は、凹部容積を有し、前記シャンクと前記ヘッドの容積に対する凹部容積の比が、０．０６と０．０８の間である、
   ことを特徴とする自己貫通リベット（１０）。
2. 前記環状貫通縁部は、外縁を含み、
   前記外縁は、０．２ｍｍ未満の半径によって縁部が尖鋭化される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の自己貫通リベット。
3. いずれの熱又は面処理もなしの冷間成形部品であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自己貫通リベット。
4. 前記凹部は、円弧形状にされることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の自己貫通リベット。
5. シャンク直径（Ｄｓ）に対する前記軸線方向深さ（ＬＢ）の比が、０，０５と０，６６の間の範囲にあることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の自己貫通リベット。
6. 前記環状貫通縁部は、貫通直径（Ｄｐ）を有し、シャンク直径（Ｄｓ）に対する貫通直径（Ｄｐ）の比が、０，８５と０，９９の間の範囲にあることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の自己貫通リベット。
7. 鋼、ステンレス鋼、又はアルミニウム合金で作られることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の自己貫通リベット。
8. ３７ＭｎＢ４で作られることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の自己貫通リベット。
9. ７５０ＭＰａの強度を有するワイヤから作られることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の自己貫通リベット。
10. 前記ヘッドの近傍に第１のセクションと前記環状貫通縁部の近傍に第２のセクションとを含み、
    前記第２のセクションの材料強度が、前記第１のセクションの材料強度よりも低い、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の自己貫通リベット。
11. 前記凹部は、該凹部が円錐先細面を含むように少なくとも部分的に円錐形又は切頭円錐形であり、
    前記円錐先細面は、７５と１０５度の間の断面内の内包角度を有する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の自己貫通リベット。
12. 上側ワークピース及び下側ワークピースを有し、そこからの少なくとも一方が金属から実現され、
    請求項１から請求項１１のいずれかに記載の自己貫通リベットを有し、その前記ヘッドが前記上側ワークピースに対して当接する、
    ことを特徴とする自己貫通リベット打ちジョイント。
13. 前記上側ワークピース及び／又は前記下側ワークピースは、アルミニウム合金で作られることを特徴とする請求項１２に記載の自己貫通リベット打ちジョイント。

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