JP6010739B2 - リベット及びリベット接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、第１部材と、該第１部材と異種金属からなる第２部材とを連結するために用いられるリベット及びリベット接合構造に関する。

従来、自動車の車体は、高張力鋼板などの鉄鋼材料によって形成されるのが主流である。また、軽量化を目的として車体の一部、例えば、ルーフパネルやフードパネルをアルミニウム合金などの軽合金によって形成する場合がある。このような場合、鉄鋼材料からなるフレームと、軽合金からなるパネルとの異種金属材同士を接合する必要がある。

異種金属材同士を接合する構造としては、例えば、特許文献１に示された鋼材と軽合金材とをリベットを用いて接合する構造がある。リベットは、鉄系材料からなり、略円筒状の軸部と、軸部の一端に配された円板状の頭部とを有している。軸部は、頭部と隣接する基端部と、基端部側と反対側に配され基端部の外径よりも大きい外径をなす先端部とを有している。また、頭部の裏面には、軸部における基端部との境界に沿うように円環状の凹溝部が形成されている。

特許文献１のリベットは、その軸部をパンチとして利用して、軽合金材に貫通孔を形成している。また、貫通孔に軸部を挿通配置した状態で、上型と下型との間にリベットと軽合金材とを挟み込んで、リベットを軽合金材にかしめ固定している。このとき、下型の凸部によって押圧することによって、頭部の凹溝部の内側へ、軽合金材における貫通孔周辺の材料部分を流入させている。
そして、軽合金材にかしめ固定されたリベットと鋼材とをスポット溶接することによって、リベットを介して鋼材と軽合金材とを連結している。

特開２００９−２８５６７８号公報

しかしながら、特許文献１の接合構造には以下の課題がある。
上記接続構造においては、リベットの軸部によって軽合金材に形成される貫通穴の内径は、軸部における先端部の外径と対応しているため、軸部における基端部の外径に比べて大きい。そして、リベットのかしめ固定を行う際には、凸部を有する下型を用いて、軸部の基端部と軸部の凹溝部とへ、軽合金材の材料部分を流入させる必要がある。したがって、リベットのかしめ固定を行うための下型の構造が複雑となり、容易にかしめ固定することができない。

また、リベットの軸部をパンチとして利用して軽合金材に貫通穴を形成するためリベットの頭部は、加圧力に耐える強度を備える必要がある。さらに、リベットにおける頭部の裏面に凹溝部が形成されているため、頭部の強度を確保するためにその厚さが大きくなる。そのため、軽合金材の表面から頭部が大きく突出してしまう。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、頭部の突出量を低減すると共に、容易にかしめ固定可能なリベット及びリベット接続構造を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、第１部材と、該第１部材とは異種金属からなる第２部材とを連結するために用いられるリベットであって、
上記第１部材と溶接可能で、かつ上記第２部材よりも硬度が大きい材料からなり、
上記第２部材に貫通形成された下穴に挿通配置され、上記第１部材に溶接される軸部と、該軸部の一端に配され、該軸部全体の外径よりも大きな外径を有し、上記第２部材の表面に対面して上記第１部材との間に上記第２部材を挟み込む頭部とを有しており、
上記軸部は、上記下穴の内径よりも小さい先端部と、上記下穴の内径よりも大きい基端部と、該基端部と上記先端部との間に該先端部よりも縮径して形成された縮径部とを有しており、
上記軸部における、上記先端部の先端から上記基端部の基端までの外周形状は、内周側に窪む曲面状に変化しており、
上記軸部は、上記先端部の先端と同じ外径で垂直に形成される仮想軸部に対して、該仮想軸部よりも縮径した部分の体積と、上記仮想軸部よりも拡径した部分の体積とが略同一になるよう形成されていることを特徴とするリベットにある（請求項１）。

本発明の他の態様は、上記リベットが上記第２部材にかしめ固定されると共に上記リベットの上記軸部と上記第１部材とが接合されていることにより、上記第１部材と上記第２部材とが連結されたリベット接合構造であって、
上記第２部材における上記下穴の縁部は、上記基端部に対向する材料部分が該基端部によって潰されていると共に、上記縮径部に対向する材料部分が膨らんでいることにより、上記軸部に密着していることを特徴とするリベット接合構造にある（請求項２）。

上記リベット及び上記リベット接合構造においては、上記リベットの軸部が、上記先端部、基端部及び縮径部を有していることにより、次の優れた作用効果を得ることができる。
すなわち、上記リベットの軸部を上記下穴に挿通配置して、上記リベットを軸方向に加圧することにより、上記基端部によって押圧された上記第２部材の材料部分が潰される。そして、この材料部分が潰される際に上記第２部材に生じる余肉は、上記縮径部と上記下穴の内周面との間に形成された空間へと流動する。これにより、上記縮径部と対向する上記第２部材の材料部分が上記軸部側へと膨らみ、上記リベットを上記下穴にかしめ固定することができる。このように、上記リベットの加圧方向と上記第２部材における余肉の流動方向とを同一方向とすることにより、余肉の流動性を向上させることができる。それゆえ、上記第２部材に上記リベットを容易にかしめ固定できる。

また、上記リベットをパンチとして用いず、上記第２部材に予め形成された上記下穴に上記リベットの軸部をかしめ固定する。また、上記リベットにおける上記頭部の裏面に凹溝部を形成する必要がない。したがって、上記リベットにおける上記頭部の強度を確保するために、その突出量を大きくする必要がなく、上記頭部の突出量を低減することができる。

また、上記リベットの硬度は、上記第２部材の硬度よりも大きく設定してある。そのため、上記リベットの変形を防止し、上記第２部材を容易かつ確実に変形させることができる。

以上のごとく、上記リベット及び上記リベット接続構造によれば、頭部の突出量を低減すると共に、容易にかしめ固定することができる。

実施例１における、リベットを示す側面図。 実施例１における、リベットを示す下方平面図。 図１の部分拡大図。 実施例１における、第２部材にかしめ固定されたリベットを示す断面図。 図４の部分拡大図。 実施例１における、リベット接合構造を示す断面図。

上記リベットにおいて、上記軸部は、上記先端部から上記縮径部を経由して上記基端部までの外径が、曲面状に変化して形成されている。この構成により、上記第２部材における余肉の流動をスムースに行うことができる。また、上記基端部によって押圧された上記第２部材の材料部分と、上記縮径部に対向して膨らむ材料部分とを上記軸部の外周面に容易に密着させることができる。それゆえ、上記第２部材に対して、上記リベットを、より強固にかしめ固定することができる。

また、上記軸部は、上記先端部と同じ外径で垂直に形成される仮想軸部に対して、該仮想軸部よりも縮径した部分の体積と、上記仮想軸部よりも拡径した部分の体積とが略同一になるよう形成されている。この構成により、上記基端部に対向する材料部分における変形量と、上記縮径部と対向する材料部分における変形量とを略同一とすることができる。これにより、上記第２部材における余肉の移動をスムースに行うと共に、上記縮径部と対向する上記材料部分を上記軸部の外周面に確実に密着させることができる。それゆえ、上記リベットと上記第２部材とを、より強固にかしめ固定することができる。

（実施例１）
リベット及びリベット接続構造にかかる実施例について、図１〜図６を参照して説明する。
図６に示すごとく、リベット１は、第１部材２と、第１部材２とは異種金属からなる第２部材３とを連結するために用いられる。

図１及び図５に示すごとく、リベット１は、第１部材２と溶接可能で、かつ第２部材３よりも硬度が大きい材料からなる。また、リベット１は、第２部材３に貫通形成された下穴３１に挿通配置され、第１部材２と溶接される軸部１２と、軸部１２の一端に配され、第１部材２（図６）との間に第２部材３を挟み込む頭部１１とを有している。
軸部１２は、下穴３１の内径よりも小さい先端部１３と、下穴３１の内径よりも大きい基端部１５と、基端部１５と先端部１３との間に先端部１３よりも縮径して形成された縮径部１４とを有している。

以下、さらに詳細に説明する。
図６に示すごとく、本例は、スポット溶接を行うことで、リベット１を第１部材２に接合し、鉄鋼材料からなる第１部材２と、軽合金材料からなる第２部材３とを、連結するリベット接合構造１００に関するものである。
第１部材２は、鉄系材料であるＳＳ材からなり、平板状をなしている。

図４及び図５に示すごとく、第２部材３は、アルミニウム合金の平板からなり、貫通形成された下穴３１を有している。下穴３１は、円形状をなしており、その内径は、軸部１２における先端部１３の外径よりも若干大きく、基端部１５の最大外径よりも小さく設定してある。

図１及び図４に示すごとく、第２部材３の下穴３１にかしめ固定されるリベット１は、鉄系材料であるＳＳ材からなり、下穴３１に挿通配置される軸部１２と、軸部１２の一端に配された頭部１１とを備えている。

図１及び図２に示すごとく、頭部１１は、略円板状をなしており、その上面における外周縁全周には面取りが施されている。本例において、頭部１１における厚さｔ（軸方向寸法）は、０．４ｍｍとした。尚、頭部１１の厚さｔは、ｔ≦０．５ｍｍの関係を有していることが好ましい。この場合には、頭部１１の強度を確保しながら、頭部１１の突出量を小さくすることができる。また、第１部材２と第２部材３との間、または、リベット１と第２部材との間へ水分等が流入することを防止するために、シール材を塗布する場合がある。このとき、頭部１１の突出量が小さいとシール材が頭部１１を覆うように配されるため、確実にシールすることができる。
厚さｔが上記の範囲外にあった場合にも、上述の効果は得られるが、上記範囲内とすることがより効果的である。

図１及び図２に示すごとく軸部１２は、略円筒状をなしており、下穴３１の内径よりも小さい先端部１３と、下穴３１の内径よりも大きい基端部１５と、基端部１５と先端部１３との間に先端部１３よりも縮径して形成された縮径部１４とを有している。軸部１２は、先端部１３から縮径部１４を経由して基端部１５までの外径が、滑らかな曲面状に形成されている。尚、軸部１２における、先端部１３の端部と基端部１５の端部との間の軸方向長さＬは、第２部材３の板厚ｔ２と略同一としてある。

図１及び図２に示すごとく、先端部１３における端面には、軸方向において先端側に突出した略円錐状の突起部１６が形成されている。これにより、スポット溶接の電流を、突起部１６に集中させることができ、リベット１と第１部材２とを容易かつ確実に接合することができる。

図３に示すごとく、軸部１２は、先端部１３と同じ外径で垂直に形成される仮想軸部１２０に対して、仮想軸部１２０よりも縮径した部分の体積Ｖ１と、仮想軸部１２０よりも拡径した部分の体積Ｖ２とが略同一になるよう形成されている。

上記のように形成されたリベット１は、図４及び図５に示すごとく、第２部材３にかしめ固定される。
まず、リベット１の軸部１２を下穴３１に挿通配置する。このとき、下穴３１の縁部にリベット１の基端部１５が当接する。図５に示すごとく、さらに、加圧しながらリベット１を軸方向の先端側に移動させることで、基端部１５に対向する材料部分Ｐ１が基端部１５によって潰される。これと共に、第２部材３において、材料部分Ｐ１を潰されて生じた余肉は、縮径部１４に対向する部分へと移動し、下穴３１の内周面の材料部分Ｐ２を軸部１２側に膨らませる。これにより、下穴３１の内周が軸部１２に密着し、リベット１と第２部材３とをかしめ固定することができる。

図６に示すごとく、リベット１がかしめ固定された第２部材３に対して、リベット１の先端側に第１部材２を配する。この状態でリベット１の頭部１１と、リベット１の先端部１３と対向する第１部材２の裏面側とにそれぞれ図示しない電極を配する。そして、各電極を加圧しながら通電させることで、リベット１と第１部材２との当接部位を溶融凝固させたナゲット１２１が形成され、リベット１と第１部材２とがスポット溶接される。これにより、リベット１の頭部１１と第１部材２との間に第２部材３が挟持され、第１部材２と第２部材３とが接合される。

このように、リベット１の加圧方向と第２部材３における余肉の流動方向とを同一方向とすることにより、余肉の流動性を向上させることができる。それゆえ、第２部材３にリベット１を容易にかしめ固定できる。

また、リベット１の硬度は、第２部材３の硬度よりも大きく設定してある。そのため、リベット１の変形を防止し、第２部材３を容易かつ確実に変形させることができる。

また、リベット１をパンチとして用いず、第２部材３に予め形成された下穴３１にリベット１の軸部１２をかしめ固定する。また、リベット１における頭部１１の裏面に凹溝部を形成する必要がない。したがって、リベット１における頭部１１の強度を確保するために、その突出量を大きくする必要がなく、頭部１１の突出量を低減することができる。

また、軸部１２は、先端部１３から縮径部１４を経由して基端部１５までの外径が、曲面状に変化して形成されている。そのため、第２部材３における余肉の流動をスムースに行うことができる。また、基端部１５によって押圧された第２部材３の材料部分Ｐ１と、縮径部１４に対向して膨らむ材料部分Ｐ２とを軸部１２の外周面に容易に密着させることができる。それゆえ、第２部材３に対して、リベット１を、より強固にかしめ固定することができる。

また、軸部１２は、先端部１３と同じ外径で垂直に形成される仮想軸部１２０に対して、仮想軸部１２０よりも縮径した部分の体積Ｖ１と、仮想軸部１２０よりも拡径した部分の体積Ｖ２とが略同一になるよう形成されている。そのため、基端部１５に対向する材料部分Ｐ１における変形量と、縮径部１４と対向する材料部分Ｐ２における変形量とを略同一とすることができる。これにより、第２部材３における余肉の移動をスムースに行うと共に、縮径部１４と対向する材料部分Ｐ２を軸部１２の外周面に確実に密着させることができる。それゆえ、リベット１と第２部材３とを、より強固にかしめ固定することができる。

以上のごとく、本例のリベット１及びリベット接合構造１００によれば、頭部１１の突出量を低減すると共に、容易にかしめ固定をすることができる。

尚、本例においては、リベット１と第１部材２とを同一の材料としたが、これに限るものではなく、互いに溶接可能な材料であればリベット１と第１部材２とが異種材料であってもよい。

１ リベット
１００ リベット接合構造
１１ 頭部
１２ 軸部
１３ 先端部
１４ 縮径部
１５ 基端部
１６ 突起部
１２０ 仮想軸部
２ 第１部材
３ 第２部材
３１ 下穴

Claims (2)

1. 第１部材と、該第１部材とは異種金属からなる第２部材とを連結するために用いられるリベットであって、
   上記第１部材と溶接可能で、かつ上記第２部材よりも硬度が大きい材料からなり、
   上記第２部材に貫通形成された下穴に挿通配置され、上記第１部材に溶接される軸部と、該軸部の一端に配され、該軸部全体の外径よりも大きな外径を有し、上記第２部材の表面に対面して上記第１部材との間に上記第２部材を挟み込む頭部とを有しており、
   上記軸部は、上記下穴の内径よりも小さい先端部と、上記下穴の内径よりも大きい基端部と、該基端部と上記先端部との間に該先端部よりも縮径して形成された縮径部とを有しており、
   上記軸部における、上記先端部の先端から上記基端部の基端までの外周形状は、内周側に窪む曲面状に変化しており、
   上記軸部は、上記先端部の先端と同じ外径で垂直に形成される仮想軸部に対して、該仮想軸部よりも縮径した部分の体積と、上記仮想軸部よりも拡径した部分の体積とが略同一になるよう形成されていることを特徴とするリベット。
2. 請求項１に記載のリベットが上記第２部材にかしめ固定されると共に上記リベットの上記軸部と上記第１部材とが接合されていることにより、上記第１部材と上記第２部材とが連結されたリベット接合構造であって、
   上記第２部材における上記下穴の縁部は、上記基端部に対向する材料部分が該基端部によって潰されていると共に、上記縮径部に対向する材料部分が膨らんでいることにより、上記軸部に密着していることを特徴とするリベット接合構造。

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