JP4669706B2 - Self-drilling rivet and plate fastening structure using the same - Google Patents
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Description
本発明は、硬鋼板等、硬い材質の板材を締結するために使用する自己穿孔型リベット及びこれによる板材の締結構造に関する。 The present invention relates to a self-piercing rivet used for fastening a hard plate material such as a hard steel plate, and a plate material fastening structure using the rivet.
従来、自動車等の車体に適用される自己穿孔型リベット(以下、単に「リベット」という)としては、特許文献1〜3に示すものが公知である。この種のリベットは、図11(イ)に示す如く、頭部2’と、該頭部2’の下面より延びて軸孔(空洞)3a’を有する軸部3’とで構成される。そして、このリベット1’による板材P1’,P2’の締結に際しては、板材P1’,P2’をカシメ装置100’のダイス101’上に支持した後、同図(ロ)に示す如く、ポンチ102’によって支持されたリベット1’を下降させ、その軸部3’から板材P1’,P2’に所定の圧力で打ち込む(同図(ハ))。すると、同図(ニ)に示す如く、軸部3’の環状部分によって板材P1’が剪断されると共に、該環状部分がダイス101’の凸部101b’の形状に倣ってカールして拡開し、板材P1’,P2’が締結される。
しかしながら、この種のリベットは、アルミニウム合金板、軟鋼板といった軟らかい材質の板材を締結するものであって、アルミニウム合金板、軟鋼板よりも材質の硬い金属板、例えば硬鋼板に対しては適用することができない。というのも、軸部3’の環状部分は硬鋼板との関係では剛性が低く、リベット1’を打ち込むと、硬鋼板を剪断できないばかりか、環状部分が内側に折れ曲がったり軸方向に圧縮されてしまい、締結作用が生じる程度にまで適切に拡開してくれないからである。
However, this type of rivet is used for fastening a soft plate material such as an aluminum alloy plate or a mild steel plate, and is applicable to a metal plate that is harder than the aluminum alloy plate or the mild steel plate, such as a hard steel plate. I can't. This is because the annular portion of the
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、硬鋼板等、硬い材質の板材をも締結することができる自己穿孔型リベット及びこれによる板材の締結構造を提供することを課題とする。 Then, this invention is made | formed in view of the said problem, and makes it a subject to provide the self-drilling type rivet which can also fasten hard board | plate materials, such as a hard steel plate, and the fastening structure of the board | plate material by this. .
従来のリベットは、打ち込みに伴う軸部の拡開度が大きくて締結作用が高くなるよう、できるだけ大径で深い軸孔を形成していた。そのため、環状部分は硬鋼板等、硬い材質の板材との関係では脆弱となり、これが硬い材質の板材に対して適用できない理由となっていた。 In the conventional rivet, a shaft hole having a diameter as large as possible is formed so as to increase the opening degree of the shaft portion with driving and increase the fastening action. For this reason, the annular portion becomes fragile in relation to a hard plate material such as a hard steel plate, and this is the reason why it cannot be applied to a hard plate material.
これに対し、本発明者は、板材を締結するための新たな原理を考察し、これを知見するに至った。それは、打ち込みに伴って剪断された表側の板材の当該剪断部分を板材の締結に利用しようとするものである。即ち、その剪断部分が圧縮によって拡張し、且つ軸部の先端部に固着して一体化すれば、軸部の先端部が膨径化して板材が締結されるという原理である。 On the other hand, the inventor considered a new principle for fastening the plate material and came to know this. That is, the sheared portion of the front-side plate material that has been sheared with driving is intended to be used for fastening the plate material. That is, the principle is that if the sheared portion is expanded by compression and is fixed to and integrated with the tip portion of the shaft portion, the tip portion of the shaft portion expands and the plate material is fastened.
これを実現するものとして本発明者が鋭意研究を重ねた結果、(1)複数の重ね合わされた板材を締結するため、表側の板材に接合する頭部と、該頭部の下面より延びて、表側の板材を剪断する軸部とを備え、前記表側の板材の剪断部分が軸部の先端部と裏側の板材の表面との間で圧縮されて軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化することによって軸部の先端部を膨径化させるため、軸部に軸孔が形成されないか、あるいは軸部に形成される軸孔の有効深さが軸部の長さの44%以下であることを特徴とする自己穿孔型リベット、(2)複数の重ね合わされた板材を締結するため、表側の板材に接合する頭部と、該頭部の下面より延びて、表側の板材を剪断する軸部とを備え、前記表側の板材の剪断部分が軸部の先端部と裏側の板材の表面との間で圧縮されて軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化することによって軸部の先端部を膨径化させるため、軸部に軸孔が形成されないか、あるいは軸部に形成される軸孔の内径が軸部の呼び径の60%以下であって且つ有効深さが軸部の長さの44%以下であることを特徴とする自己穿孔型リベット、(3)複数の重ね合わされた板材を締結するため、表側の板材に接合する頭部と、該頭部の下面より延びて、表側の板材を剪断する軸部とを備え、前記表側の板材の剪断部分が軸部の先端部と裏側の板材の表面との間で圧縮されて軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化することによって軸部の先端部を膨径化させるため、軸部に軸孔が形成されないか、あるいは軸部に形成される軸孔の内径が軸部の呼び径の50%以下であって且つ有効深さが軸部の長さの44%以下であることを特徴とする自己穿孔型リベット、(4)複数の重ね合わされた板材を締結するため、表側の板材に接合する頭部と、該頭部の下面より延びて、表側の板材を剪断する軸部とを備え、前記表側の板材の剪断部分が軸部の先端部と裏側の板材の表面との間で圧縮されて軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化することによって軸部の先端部を膨径化させるため、軸部に軸孔が形成されないか、あるいは軸部に形成される軸孔の内径が軸部の呼び径の60%以下であって且つ有効深さが軸部の長さの44%以下であることを特徴とする自己穿孔型リベット、を発明するに至った。
As a result of the inventor's earnest research to achieve this, (1) in order to fasten a plurality of stacked plate members, the head portion joined to the front plate member, extending from the lower surface of the head portion , A shaft portion that shears the front plate member, and the shear portion of the front plate member is compressed between the tip portion of the shaft portion and the surface of the plate member on the back side so as to wrap the tip portion of the shaft portion, In order to increase the diameter of the tip of the shaft portion by integrating, the shaft hole is not formed in the shaft portion, or the effective depth of the shaft hole formed in the shaft portion is 44% or less of the length of the shaft portion. (2) In order to fasten a plurality of superposed plate members, a head portion joined to the front plate member and a lower surface of the head portion are extended to shear the front plate member. to a shaft portion, a shear portion of the front side of the plate material of the shaft tip portion and the rear side of the plate In order to upset the distal portion of the shaft portion by integrating the shaft portion as the compressed wrap the tip of the shaft portion between the surfaces, or axial hole in the shaft portion is not formed, or the shaft portion A self-drilling rivet characterized in that the inner diameter of the shaft hole formed in the shaft portion is 60% or less of the nominal diameter of the shaft portion and the effective depth is 44% or less of the length of the shaft portion; (3) In order to fasten a plurality of stacked plate members, a head portion joined to the front plate member, and a shaft portion extending from the lower surface of the head portion to shear the front plate member, the shear portion of the front plate member is In order to expand the tip end of the shaft portion by compressing between the tip portion of the shaft portion and the surface of the plate material on the back side so as to wrap the tip portion of the shaft portion, No shaft hole is formed, or the inner diameter of the shaft hole formed in the shaft part is 50% or less of the nominal diameter of the shaft part Self-piercing rivet there are to and effective depth is equal to or less than 44% of the length of the shank, (4) for fastening a plurality of superposed plate, head joined to the front side of the plate And a shaft that extends from the lower surface of the head and shears the front plate, and the shear portion of the front plate is compressed between the front end of the shaft and the surface of the back plate. In order to increase the diameter of the tip of the shaft by integrating with the shaft so as to wrap the tip of the shaft, no shaft hole is formed in the shaft, or the inner diameter of the shaft hole formed in the shaft is The inventors have invented a self-piercing rivet characterized by having an effective depth of not more than 60% of the nominal diameter of the shaft portion and not more than 44% of the length of the shaft portion.
従来のリベットでは、表側の板材の剪断部分は軸孔内に入り込み、これが何ら作用を生じるものではなかった。即ち、従来では、当該剪断部分は無用な産物であった。しかし、本発明によれば、軸孔を小さくあるいは無くすことで、表側の板材の剪断部分は、軸部の先端部と裏側の板材表面との間で圧縮されて横方向に拡張し、これが先端部を包み込むようにして軸部と一体化することにより、軸部の先端部は膨径化し、締結作用を生じることとなる。 In the conventional rivet, the sheared portion of the plate material on the front side enters the shaft hole, and this has no effect. That is, conventionally, the sheared portion has been a useless product. However, according to the present invention, by reducing or eliminating the shaft hole, the sheared portion of the front plate member is compressed between the tip portion of the shaft portion and the plate member surface on the back side and expands in the lateral direction. By integrating the shaft portion so as to wrap the portion, the tip end portion of the shaft portion is expanded in diameter, and a fastening action is generated.
そして、このリベットによる板材の締結構造としては、複数の重ね合わされた板材に対して前記(1)ないし(4)のいずれかの自己穿孔型リベットが打ち込まれた板材の締結構造において、表側の板材のリベットによる剪断部分がリベットの軸部の先端部を包み込むように軸部と一体化して軸部の先端部が膨径化することにより、該膨径部とリベットの頭部とで板材が締結されることを特徴とする。 And as the fastening structure of the plate material by this rivet, in the fastening structure of the plate material in which the self-drilling type rivet of any one of (1) to (4) is driven into a plurality of stacked plate materials, The plate part is fastened with the enlarged diameter part and the head part of the rivet by integrating the shaft part so that the sheared part by the rivet wraps around the tip part of the rivet shaft part and expanding the tip part of the shaft part. It is characterized by being.
以上の如く、本発明によれば、従来のように大きな軸孔が形成されることがないために軸部の剛性が低くなることはなく、硬鋼板等、硬い材質の板材に対しても好適な剪断作用を生じ、しかも、その剪断部分によって軸部の先端部が膨径化することで、好適な締結作用が生じ、そのため、硬い材質の板材をも締結することが可能となる。 As described above, according to the present invention, since a large shaft hole is not formed as in the prior art, the rigidity of the shaft portion is not lowered, and it is suitable for a hard plate material such as a hard steel plate. In addition, the shearing portion causes the distal end portion of the shaft portion to swell by the shearing portion, so that a suitable fastening action is generated. Therefore, it is possible to fasten a hard plate material.
以下、本発明の一実施形態に係るリベットについて図1を基づき説明する。本実施形態に係るリベット1は、頭部2と、該頭部2の下面より延びて軸孔(空洞)3aを有する軸部3とで構成される。頭部2は、軸部3よりも大径であり、軸部3の約150%に形成されている。また、頭部2の下面と軸部3の外周面とは滑らかな円弧面で接続されている。
Hereinafter, the rivet which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated based on FIG. A
本実施形態に係るリベット1と従来のリベット1’が異なる点は、本実施形態に係るリベット1の軸孔3aは浅く形成されるのに対し、従来のリベット1’の軸孔3a’は深く形成されている点である。また、本実施形態に係るリベット1の軸孔3aは小径に形成されるのに対し、従来のリベット1’の軸孔3a’は大径に形成されている点である。これは、本実施形態に係る軸孔3aはあくまで補助的な環状部分を形成するために設けられるものであるのに対し、従来の軸孔3a’は積極的に拡開可能な環状部分を形成するために設けられるものであるという考え方の相違に基づく。
The difference between the
このように構成されたリベット1による板材P1,P2の締結に際しては、図2(イ)に示す如く、板材P1,P2をカシメ装置100のダイス101上に支持した後、ポンチ102によって支持されたリベット1を下降させ、その軸部3から板材P1,P2に所定の圧力で打ち込む。すると、軸部3によって表側の板材P1が剪断され(同図(ロ))、さらに、同図(ハ)に示す如く、この剪断部分Xが軸部3の先端部と裏側の板材P2表面との間で圧縮されて横方向に拡張し、これが軸部3の先端部を包み込む。しかも、この剪断部分Xは加圧により軸部3の先端部に固着し、軸部3と一体化する。その結果、軸部3の先端部は膨径化し(こぶ状となり)、板材P1,P2が締結される。
When the plate materials P1 and P2 are fastened by the
しかも、小さい軸孔3aによって形成された軸部3の補助的な環状部分が打ち込みによって僅かに拡開すると共に、剪断部分Xはその一部(外周部)が軸部3の外周面にまで回り込むため、軸部3との一体化の強度はさらに増強され、リベット1を軸方向に引っ張っても剪断部分Xがリベット1から外れることもない。従って、締結強度は非常に強いものとなる。尚、軸部3の先端部に剪断部分Xが固着した状態を理解するために、打ち込み後のリベットの外観写真を図3に示す。
In addition, the auxiliary annular portion of the
剪断荷重試験を行って締結強度を検証するために、種々の寸法を変えて複数のリベットを作成した。即ち、(1)まず、図4(イ)に示す如く、軸部3の呼び径(外径)Dを4.0mm、軸部3の長さ(首下長さ)Lを4.6mm、軸孔3aの内径dを2.0mmとしたもので、孔深さAが、0.0mm、即ち軸孔3aを形成しないもの(実施例1.1)、0.5mm(実施例1.2)、1.0mm(実施例1.3)、1.5mm(実施例1.4)、2.0mm(実施例1.5)のそれぞれを作成し、(2)次に、同図(ロ)に示す如く、軸部3の呼び径(外径)Dを5.0mm、軸部3の長さ(首下長さ)Lを4.6mm、軸孔3aの内径dを2.5mmとしたもので、孔深さAが、0.0mm(実施例2.1)、0.5mm(実施例2.2)、1.0mm(実施例2.3)、1.5mm(実施例2.4)、2.0mm(実施例2.5)のそれぞれを作成し、(3)次に、同図(ハ)に示す如く、軸部3の呼び径(外径)Dを5.0mm、軸部3の長さ(首下長さ)Lを4.6mm、軸孔3aの内径dを3.0mmとしたもので、孔深さAが、0.0mm(実施例3.1:実施例2.1と同じ)、0.5mm(実施例3.2)、1.0mm(実施例3.3)、1.5mm(実施例3.4)、2.0mm(実施例3.5)のそれぞれを作成した。尚、孔深さAとは、内径が同じ部分あるいはそれに準じる部分の有効深さのことであって、最深深さとは異なる。
In order to perform a shear load test and verify the fastening strength, a plurality of rivets were made with varying dimensions. That is, (1) First, as shown in FIG. 4 (a), the nominal diameter (outer diameter) D of the
そして、これらリベットの打ち込みを行った。条件は、表側の板材P1として板厚1.6mmのSS400スーパーダイマ鋼板、裏側の板材P2として板厚1.6mmのSSスーパーダイマ鋼板を用い、実施例1.1〜1.5では、ダイス内径7.0mm、ダイス深さ2.0mm、実施例2.1〜2.5では、ダイス内径8.0mm、ダイス深さ2.0mm、実施例3.1〜3.5では、ダイス内径8.0mm、ダイス深さ2.0mmとした。 Then, these rivets were driven. The conditions used were a SS400 super dimmer steel plate with a plate thickness of 1.6 mm as the front plate member P1, and a SS super dimer steel plate with a plate thickness of 1.6 mm as the back plate member P2. 0 mm, die depth 2.0 mm, in Examples 2.1 to 2.5, die inner diameter 8.0 mm, die depth 2.0 mm, in Examples 3.1 to 3.5, die inner diameter 8.0 mm, The die depth was 2.0 mm.
これらに対し、剪断荷重試験を行い、その結果を図5に示す。尚、試験方法では、板材P1,P2を水平反対方向に引っ張り、リベットが剪断される荷重を計測する。図5からわかるように、何れ(実施例1.1〜3.5)も要求される安全剪断荷重3.5kN(出願人の規定による)をクリアしており、本実施形態に係るリベットによる締結強度は十分に強いものであることが理解できる。 A shear load test was performed on these, and the results are shown in FIG. In the test method, the plate materials P1 and P2 are pulled in the opposite directions, and the load at which the rivet is sheared is measured. As can be seen from FIG. 5, all (Examples 1.1 to 3.5) satisfy the required safe shear load of 3.5 kN (according to the applicant's regulations), and are fastened by rivets according to this embodiment. It can be understood that the strength is sufficiently strong.
最後に、実施例1.1〜3.5による締結構造の切断写真を図6〜10に示す。それぞれの図において、追記した実線が軸部3の先端部に固着した剪断部分Xと裏側の板材P2表面との境界線を示すが、何れも軸部3より膨径化したものであり、締結作用を生じるものであることが理解できる。
Finally, cutting photographs of the fastening structures according to Examples 1.1 to 3.5 are shown in FIGS. In each figure, the added solid line shows the boundary line between the sheared portion X fixed to the tip portion of the
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
例えば、上記実施例においては、板材P1,P2としてSSスーパーダイマ鋼板を用いているが、対象となる材質はこれに限定されず、例えばステンレス鋼板を対象とすることができる。また、硬い材質の板材に限定されず、従来同様、アルミニウム合金板、軟鋼板であってもよい。 For example, in the above embodiment, SS super dimmer steel plates are used as the plate materials P1 and P2, but the target material is not limited to this, and for example, stainless steel plates can be used. Moreover, it is not limited to the board | plate material of a hard material, An aluminum alloy plate and a mild steel plate may be sufficient like the past.
また、アルミニウム合金板等を用いる場合、その粘りによって剪断部分Xは表側の板材から完全に分断されず、外周部が板材に繋がったままの状態となることもある。本発明においてはこれも当然に「剪断部分」として取り扱う。 Further, when an aluminum alloy plate or the like is used, the sheared portion X may not be completely separated from the front plate material due to its stickiness, and the outer peripheral portion may remain connected to the plate material. In the present invention, this is naturally handled as a “shear portion”.
また、上記実施形態及び実施例においては、表側の板材と裏側の板材とが同質のものを用いているが、例えば、表側の板材として硬鋼板、裏側の板材としてアルミニウム板を用いる等、異種の板材を締結するものであってもよい。さらには、板厚の異なる板材同士を締結してもよい。例えば、表側の板材の板厚を1.6mmとし、裏側の板材の板厚を2.3mmとしたり、あるいはこの逆にする。 Moreover, in the said embodiment and Example, although the board | plate material of the front side and the board | plate material of the back side are using the same thing, for example, using a hard steel plate as a board material of a front side, using an aluminum plate as a board material of a back side, etc. A plate material may be fastened. Furthermore, plate members having different plate thicknesses may be fastened. For example, the thickness of the front side plate material is 1.6 mm, and the thickness of the back side plate material is 2.3 mm, or vice versa.
また、上記実施例においては、軸部3の呼び径(直径)が4.0mmと5.0mmについて言及したが、例えば呼び径が3.0mmや6.0mmのものも当然に含まれる。
Moreover, in the said Example, although the nominal diameter (diameter) of the
また、上記実施形態及び実施例においては、リベット1が裏側の板材P2を突き破ることない態様のみを言及しているが、これには限定されず、本発明に係るリベットは、裏側の板材P2を突き破るものをも含む。
Moreover, in the said embodiment and Example, although only the aspect which the
また、上記実施形態及び実施例においては、軸孔3aとしてドリルにより形成したストレート孔のみを言及しているが、これには限定されず、テーパ孔であったり、開口が面取りされた孔であってもよい。
Further, in the above-described embodiment and examples, only the straight hole formed by the drill is referred to as the
1…リベット、2…頭部、3…軸部、3a…軸孔、100…カシメ装置、101…ダイス、101b…中心の凸部、102…ポンチ、P1…表側の板材、P2…裏側の板材、X…剪断部分
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