JP6436143B2 - 締結具 - Google Patents

Description

本発明は、締結具に関する。

下記特許文献１には、リベットによる接合構造が開示されている。この接合構造では、２つの被接合部材に打ち込まれたリベットの先端部が、リベットの軸方向視で略楕円形状に広げられることでかしめられている。これにより、一方の被接合部材に他方の被接合部材に対して面方向に回転させる入力があったときの抵抗力を高められる。

特開２００１−３０４２１４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構成では、被接合部材におけるリベットを打ち込む部位が狭い場合、この部位に合せて小さい径のリベットを使用する必要があるが、小さい径のリベットではかしめの面積が小さくなることから、接合強度が低下する可能性がある。したがって、上記先行技術はこの点で改良の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、被接合部材の狭い部位で接合強度を低下させることなく被接合部材同士を接合することができる締結具を得ることを目的とする。

請求項１記載の発明に係る締結具は、軸方向視において楕円状の略円柱状に形成されている頭部と、軸方向の一端部が前記頭部の裏面に接続されかつ軸方向視で前記頭部と短軸方向が同一の楕円筒状に形成されていると共に、前記頭部から締結荷重が入力されると軸方向の他端部が複数の被接合部材の内部において径方向外側へ変形され前記被接合部材同士をかしめる脚部と、前記脚部における長軸と交差した部位である一対の長軸脚部に設けられると共に、前記締結荷重が入力された際に当該長軸脚部を前記脚部における前記長軸脚部以外の他の部位と同等に径方向外側へ変形可能としている易変形部と、を有している。

請求項１記載の発明によれば、締結具の頭部と脚部とは、それぞれが軸方向視で短軸方向が同一の楕円状に形成されている。したがって、一例として被接合部材における締結具を打ち込む部位の幅が狭い場合でも、頭部及び脚部の短軸を被接合部材の幅方向に沿うように配置させることで、締結具を被接合部材に挿入させて接合することが可能となる。また、本発明における脚部は、被接合部材の幅に収まる寸法の円形の締結具よりも脚部の周長が長くなることから、被接合部材に対するかしめ範囲が大きくなって接合強度の低下を抑制することができる。

さらに、本発明では、脚部における長軸と交差した部位である長軸脚部に易変形部が設けられている。一般的に、長軸脚部は、脚部の周方向での曲率が大きい部位となることから、曲げ剛性が高くなるため、締結荷重が入力される際に外側へ変形し難くなる。しかし、本発明では、長軸脚部は易変形部によって脚部における他の部位と同等に径方向外側へ変形可能となるため、脚部全体を略均等に外側へ開かせることができる。

請求項２記載の発明に係る締結具は、請求項１記載の発明において、前記易変形部は、前記前記長軸脚部の板厚を前記長軸脚部以外の板厚より薄くすることで構成されている。

請求項２記載の発明によれば、易変形部は、長軸脚部の板厚を長軸脚部以外の脚部の板厚より薄くすることで構成されていることから、易変形部は長軸脚部の曲げ剛性を低減する。したがって、易変形部が設けられた長軸脚部は、脚部における他の部位と同等に径方向外側へ変形可能となる。

請求項３記載の発明に係る締結具は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記脚部の他端部における内周面には、前記他端部の先端側へ向かうに連れて径方向外側へ傾けられた傾斜面が設けられており、前記易変形部は、前記長軸脚部における傾斜面の軸方向に対する傾斜角度を前記長軸脚部以外の脚部における前記傾斜面の軸方向に対する傾斜角度よりも小さくすることで構成されている。

請求項３記載の発明によれば、脚部の他端部における内周面には、傾斜面が設けられている。傾斜面は、他端部の先端側へ向かうに連れて径方向外側へ傾けられている。ここで、易変形部は、長軸脚部における傾斜面の軸方向に対する傾斜角度を長軸脚部以外の脚部における傾斜面の軸方向に対する傾斜角度よりも小さくすることで構成されている。換言すると、長軸脚部の他端部は、長軸脚部以外の脚部の他端部と比べて鋭い形状とされている。これにより、易変形部は長軸脚部の曲げ剛性を低減することから、易変形部が設けられた長軸脚部は、脚部における他の部位と同等に径方向外側へ変形可能となる。

請求項４記載の発明に係る締結具は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記易変形部は、前記長軸脚部を、前記他端部側に向かうに連れて前記長軸脚部以外の前記脚部よりも径方向外側へ傾けさせることで構成されている。

請求項４記載の発明によれば、易変形部は、長軸脚部を、他端部側に向かうに連れて長軸脚部以外の脚部よりも径方向外側へ傾けさせることで構成されていることから、締結荷重が軸方向に沿って脚部へ入力されると、長軸脚部は径方向外側へ変形し易くなる。したがって、易変形部が設けられた長軸脚部は、脚部における他の部位と同等に径方向外側へ変形可能となる。

請求項１記載の本発明に係る締結具は、被接合部材の狭い部位で接合強度を低下させることなく被接合部材同士を接合することができるという優れた効果を有する。

請求項２〜４記載の本発明に係る締結具は、より確実に被接合部材の狭い部位で接合強度を低下させることなく被接合部材同士を接合することができるという優れた効果を有する。

（Ａ）は第１実施形態に係る締結具を軸方向視で見た状態を示す拡大平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した状態を示す縦断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）のＢ−Ｂ線に沿って切断した状態を示す横断面図である。 第１実施形態に係る締結具を被接合部材に設けた状態を示す平面図である。 第１実施形態に係る締結具を被接合部材に複数設けた状態を示す平面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は図１に示される締結具の締結方法を順次説明する工程断面図である。 （Ａ）は第２実施形態に係る締結具の脚部における長軸脚部の部分を側面から見た状態を示す図１（Ｂ）に対応する縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に対して短軸脚部を示す縦断面図である。 （Ａ）は第３実施形態に係る締結具の脚部における短軸脚部の部分を側面から見た状態を示す図１（Ｂ）に対応する縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に対して長軸脚部を示す縦断面図である。

（第１実施形態）
以下、図１〜図４を用いて、本発明に係る締結具の第１実施形態について説明する。

図１（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る締結具としての自己穿孔型リベット（ＳＰＲともいう。以下、単に「リベット」という）１０には、頭部１２と、脚部１４とが設けられている。

図１（Ａ）に示されるように、頭部１２は、軸Ｃ方向視で楕円状の略円柱状に形成されている。具体的には、頭部１２は、軸Ｃ方向視で長軸ＣＬと短軸ＣＳとの長さの比率が５〜５．５：３〜４となる楕円状に設定されている。なお、頭部１２の外周面１８は、脚部１４側へ向かうに連れて軸Ｃに近づくように傾けられている（図１（Ｂ）参照）。

脚部１４は、軸Ｃ方向視で頭部１２と短軸方向が同一で且つ頭部１２よりも小さい楕円状の略円筒状に形成されている。換言すると、頭部１２と脚部１４とは、それぞれの長軸ＣＬ及び短軸ＣＳが軸Ｃ方向視で重なるように配置されている。脚部１４の軸方向の一端部２０は、頭部１２の裏面１２Ｂに一体に接続されている。また、脚部１４の軸方向の他端部２２は、軸Ｃ方向に重ね合わされた複数の被接合部材へ最初に挿入される部位とされている。脚部１４の内部２４は、上側が頭部１２により塞がれて、下側が開放された空洞とされている。

図１（Ｃ）に示されるように、脚部１４における長軸ＣＬと交差した部位である長軸脚部１４Ａ（一例として図中破線で囲まれた部位）には、一対の易変形部１６が設けられている。それぞれの易変形部１６は、長軸脚部１４Ａの一端部２０から他端部２２までの範囲を構成しており（図１（Ｂ）参照）、易変形部１６が設けられた長軸脚部１４Ａの板厚ｔＥは、脚部１４における易変形部１６以外の部位よりも薄くされている。一例として、長軸脚部１４Ａの板厚ｔＥは、０．６ｍｍ〜０．９ｍｍ程度の範囲に設定されると共に、脚部１４における短軸ＣＳと交差した部位である短軸脚部１４Ｂの板厚ｔＦは、０．７５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の範囲内かつ板厚ｔＥより大きく設定されている。

（締結具の締結方法）
上記リベット１０を用いた複数部材の締結方法（かしめ方法）は以下の通りである。まず、図４（Ａ）に示されるように、被接合部材としてのアルミニウム合金で構成された板状の金属板２６が同じく被接合部材としてのアルミニウム合金で構成された板状の金属板２８に重ね合わされ、金属板２８の表面上に本実施形態に係るリベット１０がセットされる。一方の金属板２６は、他方の金属板２８のリベット１０がセットされる側とは反対の裏面に、金属板２６の表面を対向させて重ね合わされる。金属板２６は板状であるが、それ以外にブロック状の部材であってもよい。リベット１０は、脚部１４の他端部２２を下方向へ向け、頭部１２の表面１２Ａを上方向へ向けてセットされる。

図４（Ｂ）に示されるように、リベット１０の頭部１２の表面１２Ａに外部から下方向に作用する締結圧力（締結荷重）Ｆが与えられる。締結圧力Ｆは図示省略のパンチによって与えられる。締結圧力Ｆを受けると、脚部１４の挿入が金属板２８の表面から厚さ方向に向かって開始される。

引き続き、締結圧力Ｆを受けると、図４（Ｃ）に示されるように、リベット１０の脚部１４が金属板２８の内部へ挿入され、かつ、脚部１４が金属板２８の裏面側まで挿入される。このとき、リベット１０の挿入により、金属板２８の裏面が若干下方向へ突出し（盛り上がり）、金属板２６の裏面が下方向へ凹む。脚部１４は、金属板２８に挿入されると、脚部１４の径方向外側へ拡がりながら変形を開始する。なお、リベット１０の挿入により、金属板２６の裏面は、金属板２８の裏面と同様に、下方向へ突出する。

さらに、締結圧力Ｆを受けると、図４（Ｄ）に示されるように、頭部１２の表面１２Ａが金属板２８の表面と略同一面上に位置するまで、リベット１０の脚部１４が金属板２８及び金属板２６に挿入される。このとき、脚部１４は、金属板２８の突出した部分を介して金属板２６の表面部分に食い込み、かつ、脚部１４の径方向外側へ四方に広がりを持って変形してかしめられる。なお、脚部１４は、金属板２８を貫通して直接金属板２６に食い込んでもよい。そして、かしめが完了すると、金属板２８はリベット１０を用いて金属板２６に締結され、リベット１０を用いて金属板２８が金属板２６に締結された締結構造が完成する。

（第１実施形態の作用・効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。

本実施形態では、図１（Ａ）に示されるように、リベット１０の頭部１２と脚部１４とは、それぞれが軸Ｃ方向視で短軸方向が同一の楕円状に形成されている。したがって、図３に示されるように、被接合部材におけるリベット１０を打ち込む部位の幅Ｗが狭い場合でも、頭部１２及び脚部１４の短軸ＣＳを被接合部材の幅Ｗ方向に沿うように配置させることで、リベット１０を被接合部材に挿入させて接合することが可能となる。また、本実施形態における脚部１４は、被接合部材の幅Ｗに収まる寸法の円形のリベット（不図示）よりも脚部１４の周長が長くなることから、被接合部材に対するかしめ範囲を大きくなって接合強度の低下を抑制することができる。

さらに、脚部１４が軸Ｃ方向視で楕円状に形成されていることから、図２に示されるように、被接合部材に面方向に回転する方向（矢印Ａ方向）の力が入力された場合でも、被接合部材の回転を抑制することができる。

さらにまた、図１（Ｃ）に示されるように、脚部１４における長軸ＣＬと交差した部位である長軸脚部１４Ａの一部に易変形部１６が設けられている。一般的に、長軸脚部１４Ａは、脚部１４の周方向での曲率が大きい部位となることから、曲げ剛性が高くなるため、締結荷重が入力される際に外側へ変形し難くなる。しかし、本実施形態では、長軸脚部１４Ａは易変形部１６によって脚部１４における他の部位と同等に径方向外側へ変形可能となるため、脚部１４全体を略均等に外側へ開かせることができる。具体的には、易変形部１６の板厚ｔＥは、易変形部１６以外の脚部１４の板厚より薄くすることで構成されていることから、易変形部１６は長軸脚部１４Ａの曲げ剛性を低減する。したがって、易変形部１６が設けられた長軸脚部１４Ａは、脚部１４における他の部位と同等に径方向外側へ変形可能となる。これにより、リベット１０は、被接合部材の狭い部位で接合強度を低下させることなく被接合部材同士を接合することができる。

また、易変形部１６が設けられた長軸脚部１４Ａの板厚ｔＥは、他の部位よりも薄く設定されていることから、脚部１４全体の体積が易変形部１６を設けない場合と比べて少なくなる。したがって、本実施形態の構成では、脚部１４に易変形部１６を設けない場合と比べて低い締結荷重でかしめ時の脚部１４の変形が行われる。つまり、かしめ時の締結圧力Ｆを低減することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、図５を用いて、本発明の第２実施形態に係る締結具について説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一構成部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第２実施形態に係る締結具としてのリベット３０は、基本的な構成は第１実施形態と同様とされ、長軸脚部３８Ａにおける傾斜面３４の軸Ｃに対する傾斜角度が長軸脚部３８Ａ以外における傾斜面３５の軸Ｃに対する傾斜角度よりも小さくされている点に特徴がある。

すなわち、図５（Ａ）に示されるように、リベット３０は、頭部１２と、脚部３８とを有しており、脚部３８は、軸Ｃ方向視で頭部１２と相似形で且つ頭部１２よりも小さい楕円状の略円筒状に形成されている。換言すると、頭部１２と脚部３８とは、それぞれの長軸ＣＬ及び短軸ＣＳ（いずれも不図示）が軸Ｃ方向視で重なるように配置されている。脚部３８の軸方向の一端部４０は、頭部１２の裏面１２Ｂに一体に接続されている。また、脚部３８の軸方向の他端部４２は、軸Ｃ方向に重ね合わされた複数の被接合部材に最初に挿入される部位とされている。脚部３８の内部４４は、上側が頭部１２により塞がれて、下側が開放された空洞とされている。なお、脚部３８の他端部４２における内周面には、他端部４２の先端４２Ａ側へ向かうに連れて径方向外側へ傾けられた傾斜面３４が全周に亘って設けられている。

頭部１２（脚部３８）における長軸ＣＬ（図１（Ａ）参照）と交差した部位である一対の長軸脚部３８Ａには、それぞれ易変形部３２が設けられている。それぞれの易変形部３２は、長軸脚部３８Ａにおける傾斜面３４の軸Ｃに対する傾斜角度を、図５（Ｂ）に示される長軸脚部３８Ａ以外の脚部３８における傾斜面３５の軸Ｃに対する傾斜角度よりも小さくさせている。一例として、図５（Ａ）に示されるように、一方の長軸脚部３８Ａにおける傾斜面３４とこれと対向する他方の長軸脚部３８Ａにおける傾斜面３４とで成す角度θＡは、４８°〜７２°程度の範囲内に設定されている。また、頭部１２（脚部３８）における短軸ＣＳ（図１（Ｂ）参照）と交差した部位である図５（Ｂ）に示される一対の短軸脚部１４Ｂにおける一方の傾斜面３５と他方の傾斜面３５とで成す角度θＢは、８０°〜９０°の範囲内に設定されている。

（第２実施形態の作用・効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。

本実施形態では、図５（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、易変形部３２は、長軸脚部３８Ａにおける傾斜面３４の軸Ｃ方向に対する傾斜角度を長軸脚部３８Ａ以外の脚部３８における傾斜面３５の軸Ｃ方向に対する傾斜角度よりも小さく構成することで構成されている。換言すると、長軸脚部３８Ａの他端部４２は、長軸脚部３８Ａ以外の脚部３８の他端部４２と比べて鋭い形状とされている。したがって、易変形部３２は長軸脚部３８Ａの曲げ剛性を低減することから、易変形部３２が設けられた長軸脚部３８Ａは、脚部３８における他の部位と同等に径方向外側へ変形可能となる。これにより、リベット３０は、被接合部材の狭い部位で接合強度を低下させることなく被接合部材同士を接合することができる。

また、易変形部３２が設けられた長軸脚部３８Ａは、他端部４２が鋭い形状とされていることから、かしめ時に被接合部材への挿入が容易となるため、長軸脚部３８Ａ延いては脚部３８が座屈するのを抑制することができる。したがって、一方がアルミニウム合金製により構成された複数の板材同士の接合のみならず、アルミニウム合金製により構成された板材と他方が高強度の鉄材により構成された板材とを接合することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、図６を用いて、本発明の第３実施形態に係る締結具について説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一構成部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第３実施形態に係る締結具としてのリベット５０は、基本的な構成は第１実施形態と同様とされ、易変形部５２が長軸脚部５４Ａを他端部５８側に向かうに連れて径方向外側へ傾けている点に特徴がある。

すなわち、図６（Ｂ）に示されるように、リベット５０は、頭部１２と、脚部５４とを有しており、脚部５４は、軸Ｃ方向視で頭部１２と相似形で且つ頭部１２よりも小さい楕円状の略円筒状に形成されている。換言すると、頭部１２と脚部５４とは、それぞれの長軸ＣＬ及び短軸ＣＳ（いずれも不図示）が軸Ｃ方向視で重なるように配置されている。脚部５４の軸Ｃ方向の一端部５６は、頭部１２の裏面１２Ｂに一体に接続されている。また、脚部５４の軸方向の他端部５８は、軸Ｃ方向に重ね合わされた複数の被接合部材へ最初に挿入される部位とされている。脚部５４の内部６０は、上側が頭部１２により塞がれて、下側が開放された空洞とされている。なお、脚部５４の他端部５８における内周面には、他端部５８の先端５８Ａ側へ向かうに連れて径方向外側へ傾けられた傾斜面６２が全周に亘って設けられている。

頭部１２（脚部５４）における長軸ＣＬ（図１（Ａ）参照）と交差した部位である長軸脚部５４Ａは、一対の易変形部５２を有している（図では一方のみ図示）。この易変形部５２は、長軸脚部５４Ａを、他端部５８側へ向かうに連れて長軸脚部５４Ａ以外の脚部５４より径方向外側へ根元部６４から傾けさせている。一例として、長軸脚部５４Ａの軸Ｃ方向に対する傾斜角度θＣは、径方向外側へ１．２５°〜１．６７°程度の範囲に設定されていると共に、図６（Ａ）に示される頭部１２（脚部５４）における短軸ＣＳ（図１（Ｂ）参照）と交差した部位である短軸脚部５４Ｂの軸Ｃ方向に対する傾斜角度θＤは０°に設定されている。なお、本実施形態では、傾斜角度θＤは０°に設定されているが、これに限らず、０°以外に設定されていてもよい。この場合、傾斜角度θＣは、常に傾斜角度θＤ以上の角度に設定される。

（第３実施形態の作用・効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。

本実施形態では、図６（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、易変形部５２は、長軸脚部５４Ａを、他端部５８側に向かうに連れて長軸脚部５４Ａ以外の脚部５４によりも径方向外側へ傾けさせることで構成されていることから、締結荷重が脚部５４の軸Ｃ方向に沿って入力されると、長軸脚部５４Ａは径方向外側へ変形し易くなる。したがって、易変形部５２が設けられた長軸脚部５４Ａは、脚部５４における他の部位と同等に径方向外側へ変形可能となる。これにより、リベット５０は、被接合部材の狭い部位で接合強度を低下させることなく被接合部材同士を接合することができる。

さらに、易変形部５２は、長軸脚部５４Ａを根元部６４から径方向外側へ傾斜させることで構成されていることから、一例としてアルミニウム合金における３０００系合金や８０００系合金等の機械的強度が低い部材をかしめる場合にも強固に接合することができる。すなわち、機械的強度が低い２以上の被接合部材をかしめる場合にも、長軸脚部５４Ａを径方向に開かせることができるので、インターロック（脚部５４の他端部５８が径方向に開いて下側被締結部材へ食い込む）させて被接合部材を強固に接合することができる。

なお、本実施形態では、脚部５４における易変形部５２は、根元部６４から傾斜されているが、これに限らず、根元部６４以外の部位から傾斜されていてもよい。

また、上述した第１〜第３実施形態では、脚部に易変形部１６、３２、５２がそれぞれ別に適用された構成とされているが、これに限らず、それぞれの易変形部１６、３２、５２を組み合わせて同一の脚部に適用してもよい。一例として、アルミニウム合金の３０００系合金により構成された板材と高強度の鉄材により構成された板材とを接合する場合は、易変形部３２と易変形部５２とを組み合わせて脚部に適用することにより、脚部の座屈を防止しながらインターロックさせることができるので、それぞれの板材を強固に接合することができる。すなわち、被接合部材の材質や構成等に合せて易変形部１６、３２、５２を組み合わせて脚部に適用することで、適切な接合結果を得ることができる。

さらに、易変形部は、上述した易変形部１６、３２、５２の構成に限らず、脚部に変形起点部として切欠等を設けて、締結荷重が入力された際にこの変形起点部から長軸脚部１４Ａの変形が行われる構成としてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

１２ 頭部
１２Ｂ 裏面
１４ 脚部
１４Ａ 長軸脚部
１６ 易変形部
２０ 一端部
２２ 他端部
２６ 金属板（被接合部材）
２８ 金属板（被接合部材）
３２ 易変形部
３４ 傾斜面
３８ 脚部
３８Ａ 長軸脚部
４２ 他端部
５２ 易変形部
５４ 脚部
５４Ａ 長軸脚部
５８ 他端部
ＣＬ 長軸

Claims (4)

1. 軸方向視において楕円状の略円柱状に形成されている頭部と、
   軸方向の一端部が前記頭部の裏面に接続されかつ軸方向視で前記頭部と短軸方向が同一の楕円筒状に形成されていると共に、前記頭部から締結荷重が入力されると軸方向の他端部が複数の被接合部材の内部において径方向外側へ変形され前記被接合部材同士をかしめる脚部と、
   前記脚部における長軸と交差した部位である一対の長軸脚部に設けられると共に、前記締結荷重が入力された際に当該長軸脚部を前記脚部における前記長軸脚部以外の他の部位と同等に径方向外側へ変形可能としている易変形部と、
   を有している締結具。
2. 前記易変形部は、前記長軸脚部の板厚を前記長軸脚部以外の板厚より薄くすることで構成されている、
   請求項１記載の締結具。
3. 前記脚部の他端部における内周面には、前記他端部の先端側へ向かうに連れて径方向外側へ傾けられた傾斜面が設けられており、
   前記易変形部は、前記長軸脚部における傾斜面の軸方向に対する傾斜角度を前記長軸脚部以外の脚部における前記傾斜面の軸方向に対する傾斜角度よりも小さくすることで構成されている、
   請求項１又は請求項２記載の締結具。
4. 前記易変形部は、前記長軸脚部を、前記他端部側に向かうに連れて前記長軸脚部以外の前記脚部よりも径方向外側へ傾けさせることで構成されている、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の締結具。