JP6583342B2 - リベット接合用金型 - Google Patents

Description

本発明は、セルフピアスリベットにより複数の被接合部材同士を接合するためのリベット接合用金型に関する。

従来より、複数の被接合部材を接合するためにセルフピアスリベットが用いられることがあり、該セルフピアスリベットによる接合の際にはリベット接合用金型が用いられている。

特許文献１に記載のリベット接合用金型では、セルフピアスリベットによる接合の際に、複数の被接合部材のうち金型に最も近い被接合部材である金型側被接合部材と当接する基部本体を備え、該基部本体には、セルフピアスリベットが打ち込まれることによる金型側被接合部材の膨出変形を許容する凹部（キャビティ）が形成され、該凹部の底面部における中央領域に環状の隆起部が設けられている。

また、特許文献１に記載のリベット接合用金型では、セルフピアスリベットが打ち込まれる際に、金型側被接合部材が、上記隆起部よりも径方向の内側から該径方向の外側に向かって流出するのを該隆起部によって抑制している。

特表２０１５−５２９５６２号公報

ところで、セルフピアスリベットによる複数の被接合部材同士の接合を行う場合には、該複数の被接合部材における、セルフピアスリベットが打ち込まれる部分において、該セルフピアスリベットの上記打ち込み側とは反対側にリベット接合用金型を配置して、セルフピアスリベットを、リベット接合用金型に向かって、複数の被接合部材に打ち込む。

リベット接合用金型には、一般に、セルフピアスリベットが打ち込まれることによる、複数の被接合部材のうちリベット接合用金型に最も近い被接合部材（以下、金型側被接合部材という）の膨出変形を許容するべく凹んだキャビティが設けられているため、セルフピアスリベットが複数の被接合部材に打ち込まれると、上記金型側被接合部材はキャビティ内に向かって膨出変形する。そして、セルフピアスリベットの脚部が、上記金型側被接合部材以外の被接合部材を貫通するとともに、該金型側被接合部材に食い込むことで、上記複数の被接合部材が接合される。また、セルフピアスリベットの脚部が上記金型側被接合部材に食い込む際に、該脚部が拡径するように変形することで、上記複数の被接合部材が強固に接合される。

しかしながら、本願発明者らの検討によれば、セルフピアスリベットによって複数の被接合部材を接合するために、セルフピアスリベットを複数の被接合部材に打ち込んだ際に、上記金型側被接合部材にひび割れが生じることがあることが分かった。

また、本願発明者らがさらに検討を進めたところ、上記金型側被接合部材のひび割れは、上記金型側被接合部材におけるセルフピアスリベットの脚部に対応する部分（以下、脚部対応部という）が、キャビティ内で該キャビティの径方向の外側に向かって伸び変形しようとする際に、リベット接合用金型、具体的には、リベット接合用金型におけるキャビティを構成する部分によって該伸び変形が抑えられて、上記金型側被接合部材の脚部対応部に、セルフピアスリベットからの打ち込み荷重とキャビティと構成する側壁からの反発荷重との両方が入力されてしまうことが原因であることが分かった。

特許文献１では、環状の隆起部によって、セルフピアスリベットを打ち込む際の金型側被接合部材の流出を抑制している。しかし、特許文献１のリベット接合用金型では、環状の隆起部によって、上記金型側被接合部材の脚部対応部の変形が拘束されて、環状の隆起部から上記金型側被接合部材の脚部対応部に反発荷重が入力される結果、該金型側被接合部材にひび割れが生じるおそれがある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、セルフピアスリベットにより複数の被接合部材同士を接合する場合に、複数の被接合部材のうちリベット接合用金型に最も近い被接合部材である金型側被接合部材の変形が拘束されるのを出来る限り抑制して、該金型側被接合部材にひび割れが生じるのを抑制することができるリベット接合用金型を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、複数の被接合部材を重ね合わせた状態で、略円筒状の脚部を有するセルフピアスリベットにより該複数の被接合部材同士を接合する際に、該複数の被接合部材における、上記セルフピアスリベットが打ち込まれる部分において、上記セルフピアスリベットの上記打ち込み側とは反対側に配置されるリベット接合用金型を対象として、軸方向の一側の端面が上記金型に最も近い上記被接合部材である金型側被接合部材に当接される柱状の金型本体部を備え、上記金型本体部は、上記軸方向の上記一側の端面の外周縁部を除く部分に、上記セルフピアスリベットの打ち込みによる上記金型側被接合部材の上記軸方向の他側への膨出変形を許容すべく、上記端面から上記軸方向の上記他側に向かって凹んだ、上記軸方向から見て円形をなしたキャビティを有し、上記キャビティは、上記軸方向から見て円形をなしたキャビティ底面と、キャビティ側面とにより構成され、上記キャビティ底面は、該キャビティ底面の中心を含む中心近傍部分が、最も上記軸方向の上記一側に位置するように、上記軸方向の上記一側に向かって突出した形状をなしており、上記キャビティ底面の中心を通りかつ上記軸方向に延びる平面で上記金型本体部を切断した断面において、上記キャビティ底面の径方向の外側の端部である外側端部と、上記キャビティ底面の上記中心近傍部分とは、上記外側端部から、上記キャビティ底面の上記中心近傍部分に向かって、上記軸方向の上記一側に傾斜した傾斜面部により連結されており、上記中心近傍部分は、上記軸方向と直交する方向に広がる平面部となっている、という構成とした。

この構成によると、セルフピアスリベットにより複数の被接合部材同士を接合する場合に、金型側被接合部材にひび割れが生じるのを抑制することができる。

具体的には、金型本体部には、金型側被接合部材の軸方向の他側への膨出変形を許容すべく凹んだキャビティが設けられているため、上記複数の被接合部材を重ね合わせた状態で、セルフピアスリベットを、リベット接合用金型に向かって上記複数の被接合部材に打ち込むと、複数の被接合部材は、金型本体部のキャビティ内に向かって膨出するように変形する。このとき、金型側被接合部材における、セルフリアスリベットの脚部に対応する部分（以下、脚部対応部という）は、キャビティ底面の径方向の外側に伸び変形される。また、金型側被接合部材における、上記脚部よりも上記径方向の内側の部分（以下、内側変形部という）も、上記脚部対応部と同様に、上記径方向の外側に伸び変形される。一方で、金型側被接合部材における、上記脚部よりも上記径方向の外側でかつキャビティ側面と金型本体部の上記軸方向の上記一側の端面との境界部分よりも上記径方向の内側の部分（以下、外側変形部という）は、上記軸方向の上記他側に向かって曲げ変形される。

また、キャビティ底面は、該キャビティ底面の中心を含む中心近傍部分が最も上記軸方向の上記一側に位置するように、上記軸方向の上記一側に向かって突出した形状をなしており、キャビティ底面の中心を通りかつ上記軸方向に延びる平面で金型本体部を切断した断面において、キャビティ底面の外側端部と、キャビティ底面の中心近傍部分とは、キャビティ底面の外側端部から、キャビティ底面の中心近傍部分に向かって、上記軸方向の上記一側に傾斜した傾斜面部により連結されているため、上述のように、金型側被接合部材がキャビティ内に向かって膨出するように変形すると、金型側被接合部材の内側変形部及び脚部対応部は、金型側被接合部材の外側変形部よりも先にキャビティ底面と当接する。一方で、上記内側変形部及び脚部対応部がキャビティ底面と当接し始めた時には、金型側被接合部材の外側変形部は、まだ、キャビティ底面及びキャビティ側面と当接していない状態となる。これにより、金型側被接合部材と、キャビティ底面の傾斜面部における上記径方向の外側の部分との間に隙間が形成される。

上記の状態から、セルフピアスリベットをさらにリベット接合用金型に向かって打ち込むと、金型側被接合部材は、さらにキャビティ内に向かって膨出するように変形する。このとき、金型側被接合部材の脚部対応部は、上記径方向の外側に伸び変形する。これは、上記隙間によって、上記脚部対応部の変形が許容されるためである。金型側被接合部材の内側変形部も、上記脚部対応部と同様に、上記径方向の外側に伸び変形する。金型側被接合部材の外側変形部は、上記脚部対応部の上記伸び変形に伴い、上記径方向の外側に向かって押し出されるように移動するとともに、上記軸方向の上記他側に曲げ変形される。

上記の状態から、セルフピアスリベットをさらにリベット接合用金型に向かって打ち込むと、セルフピアスリベットの脚部は、金型側被接合部材以外の被接合部材を貫通する。その後、セルフピアスリベットをさらに打ち込むと、セルフピアスリベットの脚部は、リベット接合用金型から反発荷重により上記径方向の外側に拡径するように変形しながら、金型側被接合部材に食い込む。このとき、金型側被接合部材の内側変形部及び脚部対応部は、上記脚部の変形に伴い上記径方向に伸び変形する。一方で、金型側被接合部材の外側変形部は、上記軸方向の上記他側にさらに曲げ変形されるとともに、上記脚部の食い込みにより僅かに上記径方向の外側に押し出される。

よって、本発明のリベット接合用金型では、金型側被接合部材の脚部対応部がキャビティ底面に当接した時に、金型側被接合部材と、キャビティ底面の傾斜面部における径方向の外側の部分との間に、上記脚部対応部の変形を許容するような隙間が形成される。これにより、セルフピアスリベットにより複数の被接合部材同士を接合する場合に、金型側被接合部材の変形が拘束されるのを出来る限り抑制することができ、この結果、金型側被接合部材にひび割れが生じるのを抑制することができる。

上記リベット接合用金型の一実施形態では、上記キャビティ底面の中心を通りかつ上記軸方向に延びる平面で上記金型本体部を切断した断面において、上記キャビティ底面は、台形状をなす。

また、上記リベット接合用金型では、上記平面部の径は、上記セルフピアスリベットの上記脚部の外径と同程度か又は該脚部の外径よりも小さい径に設定されている、という構成でもよい。

上記リベット接合用金型において、上記キャビティの最も深い位置からの上記キャビティ底面の中心の高さは、上記キャビティの最も深い位置における該キャビティの深さに対して３０％よりも大きい高さに設定されている、ことが望ましい。

すなわち、上記金型側被接合部材のひび割れを適切に防止するためには、金型側被接合部材と、キャビティ底面の傾斜面部における径方向の外側の部分との間に、出来る限り大きな隙間を形成する必要がある。このため、キャビティの最も深い位置からのキャビティ底面の中心の高さを、キャビティの最も深い位置における該キャビティの深さに対して３０％よりも大きい高さに設定することで、セルフピアスリベットを複数の被接合部材に打ち込んで、金型側被接合部材の内側変形部及び脚部対応部がキャビティ底面と当接した時に、金型側被接合部材と、キャビティ底面の傾斜面部における径方向の外側の部分との間に、出来る限り大きな隙間が形成されるようにする。これにより、上記脚部対応部が変形しやすくなり、該金型側被接合部材にひび割れが生じるのを効果的に抑制することができる。

上記リベット接合用金型では、上記キャビティ側面は、上記キャビティ底面の上記外側端部から上記軸方向の上記一側に向かって、上記径方向の外側に傾斜している、ことが望ましい。

このことにより、セルフピアスリベットの脚部が拡径するように変形する際に、金型側被接合部材の外側変形部が上記径方向の外側に押し出されやすくなる。この結果、金型側被接合部材の変形が拘束されるのをより適切に抑制することができ、金型側被接合部材にひび割れが生じるのをより一層効果的に抑制することができる。

以上説明したように、本発明に係るリベット接合用金型によると、金型本体部の軸方向の一側の端面に形成されたキャビティを構成するキャビティ底面は、該キャビティ底面の該中心を含む中心近傍部分が最も上記軸方向の上記一側に位置するように、上記軸方向の上記一側に向かって突出した形状をなしており、上記キャビティ底面の中心を通りかつ上記軸方向に延びる平面で上記金型本体部を切断した断面において、上記キャビティ底面の径方向の外側の端部である外側端部と、上記キャビティ底面の上記中心近傍部分とは、上記外側端部から、上記キャビティ底面の上記中心近傍部分に向かって、上記軸方向の上記一側に傾斜した傾斜面部により連結されているため、上記セルフピアスリベットによって複数の被接合部材同士を接合する場合に、金型側被接合部材の変形が拘束されるのを出来る限り抑制して、金型側被接合部材にひび割れが生じるのを抑制することができる。

本発明の実施形態１に係るリベット接合用金型を斜め上側から見た斜視図である。 上記リベット接合用金型を上側から見た平面図である。 図２のIII-III線で切断した金型本体部におけるキャビティ周辺の部分を拡大した拡大断面図である。 セルフピアスリベットの側面図である。 上記リベット接合用金型を用いて２つの被接合部材をセルフピアスリベットにより接合するために、上記リベット接合用金型、上記セルフピアスリベット及び上記２つの被接合部材を配置した状態を示す断面図である。 図５の状態から、上記セルフピアスリベットが上記リベット接合用金型に向かって打ち込まれた状態を示す断面図である。 図６の状態から、上記セルフピアスリベットが上記リベット接合用金型に向かってさらに打ち込まれた状態を示す断面図である。 上記セルフピアスリベットによる上記２つの被接合部材の接合が完了した状態を示す断面図である。 上記リベット接合用金型の変形例を示す図３相当図である。

図１は、本発明の実施形態に係るリベット接合用金型１（以下、単に金型１という）を示す。この金型１は、セルフピアスリベット５０（図４参照。以下、ＳＰＲ５０という）により複数の板状の被接合部材６０（図５〜図８参照）同士を接合する際に用いられる金型である。

金型１は、円柱状の金型本体部２と、該金型本体部２よりも径が小さい円柱状の金型シャンク部３とを備えている。金型本体部２と金型シャンク部３とは同軸となるように一体に形成されている。金型本体部２及び金型シャンク部３の径は、接合に用いられるＳＰＲ５０（図４参照）の大きさに応じた値に設定されている。尚、金型１は、使用状態では、金型本体部２が上側、金型シャンク部３が下側となるように配置されるため、以下の説明では、上記使用状態に合わせて、金型本体部２の軸方向における金型シャンク部３とは反対側を上側（軸方向の一側に相当）といい、金型シャンク部３側を下側（軸方向の他側に相当）という。

金型本体部２の上側の端面（つまり、軸方向の一側の端面）である上面１０は、図５〜図８に示すように、ＳＰＲ５０によって被接合部材６０同士を接合する際に、金型１に最も近い被接合部材６０である金型側被接合部材６１と当接する面である。上面１０と金型本体部２の側面１１との間の角部には、図１及び図２に示すように、上面１０の周縁全周に亘って、面取り部１２が形成されている。

図１及び図２に示すように、上面１０の一部、詳しくは、上面１０における周縁部分を除く部分には、上面１０から下側に凹んだキャビティ２０が形成されている。キャビティ２０は、図２に示すように、上記軸方向から見て円形をなしている。本実施形態では、キャビティ２０は、金型本体部２と同軸になるように形成されている。キャビティ２０の詳細な構成については後述する。

上記ＳＰＲ５０は、例えばクロムモリブデン鋼で形成されており、図４に示すように、リベット頭部５１と、該リベット頭部５１から連続して設けられた脚部５２とを有している。脚部５２は、リベット頭部５１よりも小さい径を有する円筒状をなしており、筒軸方向（ＳＰＲ５０全体の中心軸方向と一致）におけるリベット頭部５１とは反対側が解放されている。脚部５２の上記筒軸方向の長さは、複数の被接合部材６０のトータルの厚みに応じて設定される。尚、脚部５２は、厳密に円筒状である必要はなく、例えば、上記筒軸方向から見てＣ字状をなした形状でもよく、２つのＵ字状のものが互いのＵ字開口が対向して配置されたような形状であってもよい。

脚部５２は、図４に示すように、一定の厚みで上記筒軸方向に延びる脚部基部５２ａと、該脚部基部５２ａにおけるリベット頭部５１とは反対側の端から、該リベット頭部５１とは反対側に向かうに連れて細くなる脚部先端部５２ｂとを有している。より具体的には、脚部先端部５２ｂは、径方向の外側の部分が上記筒軸方向に沿って真っ直ぐに伸びる一方、径方向の内側の部分がリベット頭部５１とは反対側に向かうに連れて拡径するテーパー状になっており、厚みが径方向の外側に向かって徐々に薄くなるようになっている。脚部５２が、上記のような形状をしていることによって、ＳＰＲ５０を被接合部材６０に打ち込んだときには、脚部５２は径方向の外側に向かって拡径するように変形し、該変形した脚部５２によって、被接合部材６０同士が強固に接合される。

ここで、実際にＳＰＲ５０によって複数の被接合部材６０同士を接合するときには、図５に示すように、複数の被接合部材６０を重ね合わせた状態で、ＳＰＲ５０と金型１とが複数の被接合部材６０を挟んで対向するようにそれぞれ配置され、ＳＰＲ５０が、金型１に向かって、複数の被接合部材６０に打ち込まれる。このとき、複数の被接合部材６０は、キャビティ２０内に向かって膨出するように変形する。つまり、キャビティ２０は、ＳＰＲ５０が打ち込みによる複数の被接合部材６０（特に、金型側被接合部材６１）の下側（つまり、軸方向の他側）への膨出変形を許容するキャビティである。

そして、ＳＰＲ５０による接合が完了した状態では、図８に示すように、ＳＰＲ５０の脚部基部５２ａが金型側被接合部材６１以外の被接合部材６０を貫通するとともに、ＳＰＲ５０の脚部先端部５２ｂが金型側被接合部材６１に食い込んだ状態となる。

上述のように、ＳＰＲ５０により複数の被接合部材６０同士を接合するときには、ＳＰＲ５０が打ち込まれる際の金型側被接合部材６１の変形が金型１により拘束されて、金型側被接合部材６１にひび割れが生じる可能性がある。特に、金型側被接合部材６１が、アルミニウムや、押し込み硬さがアルミニウムの押し込み硬さ以下である材料で構成されている場合は、ひび割れが生じる可能性がさらに高い。金型側被接合部６１にひび割れが発生すると、該ひび割れの部分から被接合部材６０が腐食する可能性がある。このため、該ひび割れを適切に防止する必要がある。

そこで、本実施形態では、金型１におけるキャビティ２０内の形状を工夫することで、金型側被接合部材６１のひび割れを防止するようにしている。以下、キャビティ２０の詳細な構成について説明する。

キャビティ２０は、図２及び図３に示すように、上記軸方向から見て円形のキャビティ底面２１と、キャビティ側面３０とにより構成されている。

尚、上記キャビティ２０の開口端における直径は、ＳＰＲ５０の脚部５２の径に対応して決定されており、具体的には、ＳＰＲ５０の脚部５２が、複数の被接合部材６０のうち上記金型側被接合部材６１以外の被接合部材を貫通しやすくかつ拡径するように変形しやすいような適切な値に設定されている。

本実施形態では、キャビティ底面２１は、図３に示すように、径方向の中心が最も上側に位置するように、上側に向かって突出した形状をなしている。より具体的には、キャビティ底面２１は、該キャビティ底面２１の中心２４が頂部となるような球面形状をなしている。これにより、図３に示すように、キャビティ底面２１の中心を通りかつ上記軸方向に延びる平面で金型本体部２を切断した断面において、キャビティ底面２１は、円弧状をなすようになる。

また、キャビティ底面２１の中心を通りかつ上記軸方向に延びる平面で金型本体部２を切断した断面において、外側端部２５とキャビティ底面２１の中心２４とは、外側端部２５からキャビティ底面２１の中心２４に向かって、上側に傾斜した傾斜面部２６により連結される。傾斜面部２６は、図３に示すように、傾斜曲面となっている。また、傾斜面部２６における上記外側端部２５の近傍部分は、該外側端部２５に連続するように傾斜が緩くなっている。

キャビティ側面３０は、図３に示すように、キャビティ底面２１（厳密には、キャビティ底面２１の外側端部２５）の上記径方向の外側端から、上側に向かって上記径方向の外側に傾斜して延びている。より具体的には、キャビティ側面３０は、図３に示すように、上記径方向に沿って切断した断面において、上面１０に連続するような傾斜曲面をなした上側側面部３１と、上記外側端部２５と上側側面部３１の下側端とを繋ぐように延びる下側側面部３２とを有している。下側側面部３２は、大部分が傾斜平面となっており、上記外側端部２５の近傍部分は、該外側端部２５に連続するような傾斜曲面となっている。

キャビティ底面２１の傾斜面部２６における上記外側端部２５の近傍部分が、該外側端部２５に連続するように傾斜が緩くなっているとともに、キャビティ側面３０の下側側面部３２が該外側端部２５に連続するような傾斜曲面を有していることから、キャビティ底面２１とキャビティ側面３０とは、図３に示すように、上記外側端部２５の位置が最も下側に位置するように凹んだ曲面によって連続するようになっている。

本実施形態では、キャビティ２０の最も深い位置からのキャビティ底面２１の中心の高さＨは、キャビティ２０の最も深い位置における該キャビティ２０の深さＤに対して３０％より大きい高さに設定されている。本実施形態では、キャビティ２０の最も深い位置は、外側端部２５の位置であるため、外側端部２５からのキャビティ底面２１の中心２４の高さＨが、外側端部２５の位置におけるキャビティ２０の深さＤに対して３０％よりも大きい高さに設定されている。

次に、図５〜図８を参照しながら、本実施形態１に係る金型１を用いて、ＳＰＲ５０によって２つの被接合部材６０を接合したときの、ＳＰＲ５０及び２つの被接合部材６０の動きについて説明する。以下の説明では、２つの被接合部材６０のうち接合作業時にＳＰＲ５０が配置される側の被接合部材をリベット側被接合部材６２という（金型側及びリベット側被接合部材６１，６２を区別する必要がないときは、単に、被接合部材６０という）。尚、本実施形態１では、金型側被接合部材６１はアルミニウム板又はアルミニウム合金の板材であり、リベット側被接合部材６２は鋼板である。また、詳細な記載を省略しているが、実際の接合作業は、一般的なリベット接合用装置を用いて行われる。

ＳＰＲ５０によって２つの被接合部材６０を接合する際には、先ず、図５に示すように、金型側被接合部材６１とリベット側被接合部材６２とを重ね合わせた状態で、金型側被接合部材６１と金型１の上面１０とが当接するように、両被接合部材６１，６２を配置する。次に、図５に示すように、ＳＰＲ５０を、両被接合部材６１，６２を挟んで金型１と対向するように配置する。つまり、金型１は、複数（ここでは２つ）の被接合部材６０におけるＳＰＲ５０が打ち込まれる部分において、ＳＰＲ５０の打ち込み側とは反対側に配置された状態となる。このとき、図５に示すように、ＳＰＲ５０の脚部５２に対応する位置に、金型１の傾斜面部２６が位置するようになる。尚、実際には、上記リベット接合用装置に、金型１の位置を決めるガイド並びにＳＰＲ５０の配置及び進入方向を案内するガイドが設けられているため、各ガイドに従って金型１及びＳＰＲ５０を配置すれば、金型１及びＳＰＲ５０は、図５に示すような位置関係になるようになっている。

図５の状態から、ＳＰＲ５０を金型１に向かって打ち込むと、図６に示すように、両被接合部材６１，６２がキャビティ２０内に向かって膨出するように変形する。このとき、金型側被接合部材６１における、ＳＰＲ５０の脚部５２に対応する部分（以下、脚部対応部６１ａという）は、キャビティ底面２１の径方向の外側に伸び変形される。また、金型側被接合部材６１における、上記脚部５２よりも上記径方向の内側の部分（以下、内側変形部６１ｃという）も、上記脚部対応部６１ａと同様に、上記径方向に伸び変形される。一方で、金型側被接合部材６１における、上記脚部５２よりも上記径方向の外側でかつキャビティ側面３０と金型本体部２の上面１０との境界部分よりも上記径方向の内側の部分（以下、外側変形部６１ｂという）は、下側に向かって曲げ変形される。

図６の状態から、ＳＰＲ５０をさらに金型１に向かって打ち込むと、図７に示すように、リベット側被接合部材６２が、ＳＰＲ５０の脚部５２によって破断される。一方で、金型側被接合部材６１は、さらにキャビティ２０内に向かって膨出するように変形する。このとき、金型側被接合部材６１の内側変形部６１ｃは、キャビティ底面２１の球面形状に沿って曲げ変形される。金型側被接合部材６１の脚部対応部６１ａは、僅かに上記径方向の外側に伸び変形される。一方で、金型側被接合部材６１の外側変形部６１ｃは、上記脚部対応部６１ａの上記伸び変形に伴い、上記径方向の外側に向かって押し出されるように移動するとともに、下側に曲げ変形される。

また、図７に示すように、金型側被接合部材６１の内側変形部６１ｃ及び脚部対応部６１ａがキャビティ底面２１に当接した状態において、金型側被接合部材６１と、キャビティ底面２１の傾斜面部２６における上記径方向の外側の部分との間には、隙間が形成される。

図７の状態から、ＳＰＲ５０をさらに金型１に向かって打ち込むと、図８に示すように、ＳＰＲ５０の脚部５２は、金型１からの反発荷重により上記径方向の外側に拡径するように変形しながら、金型側被接合部材６１に食い込む。このとき、金型側被接合部材６１の内側変形部６１ｃ及び脚部対応部６１ａは、上記脚部５２の変形に伴い、上記径方向に伸び変形する。これは、上記隙間によって、上記脚部対応部６１ａの変形が許容されるためである。一方で、金型側被接合部材６１の外側変形部６１ｂは、上記隙間を埋めるように、下側に向かってさらに曲げ変形されるとともに、上記脚部５２の食い込みにより僅かに上記径方向の外側に押し出される。そして、図８に示すように、ＳＰＲ５０の脚部５２が、両被接合部材６１，６２に埋め込まれる程度にまでＳＰＲ５０が打ち込まれれば、ＳＰＲ５０による、リベット側被接合部材６２と金型側被接合部材６１との接合が完了する。

以上のようにして、ＳＰＲ５０による、リベット側被接合部材６２と金型側被接合部材６１との接合が完了する。本実施形態１の金型１によると、金型側被接合部材６１の脚部対応部６１ａがキャビティ底面２１に当接した時に、金型側被接合部材６１と、キャビティ底面２１の傾斜面部２６における上記径方向の外側の部分との間に、上記脚部対応部６１ａの変形を許容するような隙間が形成される。これにより、ＳＰＲ５０により複数の被接合部材６０同士を接合する場合に、金型側被接合部材６１の変形が拘束されるのを出来る限り抑制することができ、この結果、金型側被接合部材６１にひび割れが生じるのを抑制することができる。

ここで、キャビティ２０の最も深い位置からの該キャビティ底面２１の中心２４の高さＨが低すぎると、金型側被接合部材６１の脚部対応部６１ａがキャビティ底面２１と当接した時に、金型側被接合部材６１と、キャビティ底面２１の傾斜面部２６における上記径方向の外側の部分との間に、十分な大きさの上記隙間が形成されない。そのため、本実施形態では、キャビティ２０の最も深い位置（キャビティ底面２１の外側端部２５の位置）からの該キャビティ底面２１の中心２４の高さＨを、キャビティ２０の最も深い位置におけるキャビティ２０の深さＤに対して３０％よりも大きい高さに設定している。

また、本実施形態では、キャビティ底面２１が、該キャビティ底面２１の中心２４が頂部となるような球面形状をなしているため、ＳＰＲ５０が複数の被接合部材６０に打ち込まれたときには、金型側被接合部材６１の内側変形部６１ｃ及び脚部対応部６１ａをキャビティ底面２１に沿って適度に変形させることができる。これにより、金型側被接合部材６１にひび割れが生じるのを適切に抑制することができる。また、キャビティ底面２１に尖った部分がなくなるめ、キャビティ底面２１が金型側被接合部材６１に食い込むことがなく、該金型側被接合部材６１のひび割れをより効果的に抑制することができる。

さらに、本実施形態１では、キャビティ側面３０は、キャビティ底面２１の径方向の外側の端から上側に向かって、該径方向の外側に傾斜しているため、ＳＰＲ５０が金型１に向かって打ち込まれたときに、特に、ＳＰＲ５０の脚部５２が金型側被接合部材６１に食い込むときに、金型側被接合部材６１の外側変形部６１ｂの変形がキャビティ３０によって拘束されにくく、上記外側変形部６１が適度に上記径方向の外側に押し出される。これにより、キャビティ側面３０からの反発荷重を適度に受け流すことができ、金型側被接合部材６１にひび割れが生じるのを適切に抑制することができる。

したがって、本実施形態１では、軸方向の一側（上側）の端面（上面１０）が金型被接合部材６１に当接される円柱状の金型本体部２を備え、金型本体部２は、上記端面の周縁部を除く部分に、ＳＰＲ５０の打ち込みによる金型側被接合部材６１の上記軸方向の他側への膨出変形を許容すべく、上記端面から上記軸方向の他側に向かって凹んだ、上記軸方向から見て円形をなしたキャビティ２０を有し、キャビティ２０は、上記軸方向から見て円形をなしたキャビティ底面２１と、平面部（傾斜平面部３２）を有するキャビティ側面３０とにより構成され、キャビティ底面２１は、径方向の中心が最も上記軸方向の上記一側に位置するように、上記軸方向の上記一側に向かって突出した形状をなしており、キャビティ底面２１の中心を通りかつ上記軸方向に延びる平面で金型本体部２を切断した断面において、外側端部２５と、キャビティ底面２１の中心とは、外側端部２５からキャビティ底面の中心に向かって、上記軸方向の上記一側に傾斜した傾斜面部２６により連結されているため、ＳＰＲ５０により複数の被接合部材６０同士を接合する場合に、複数の被接合部材のうちリベット接合用金型に最も近い被接合部材である金型側被接合部材の変形が拘束されるのを出来る限り抑制して、該金型側被接合部材６１にひび割れが生じるのを抑制することができる。

図９は、本実施形態の変形例を示し、この変形例では、キャビティ底面２１は、キャビティ底面２１の中心を含む中心近傍部分２７が、最も上側に位置するように突出した形状をなしている。

上記中心近傍部分２７は、上記軸方向と直交する方向に広がる平面となっている。図示は省略しているが、中心近傍部分２７は、上記軸方向から見て円形をなしている。

また、中心近傍部分２７と外側端部２５とは、傾斜面部２８により連結されている。傾斜面部２８は大部分が傾斜平面をなしており、傾斜面部２８と中心近傍部分２７との間の部分は、該中心近傍部分２７に連続するような傾斜曲面となっている。また、傾斜面部２８における、キャビティ底面２１の外側端部２５の近傍部分は、該外側端部２５に連続するような傾斜曲面となっている。

これらのことにより、図９に示すように、この変形例では、キャビティ底面２１の中心を通りかつ上記軸方向に延びる平面で金型本体部２を切断した断面において、キャビティ底面２１は、台形状をなすようになる。

この変形例でも、キャビティ底面２１の外側端部２５からのキャビティ底面２１の中心の高さＨ’は、キャビティ底面２１の外側端部２５の位置におけるキャビティ２０の深さＤに対して３０％よりも大きい高さに設定されている。また、中心近傍部分２７の径Ｗは、ＳＰＲ５０の脚部５２の外径と同程度か又は該脚部５２の外径よりも小さい径に設定されている。

キャビティ底面２１の形状を、上記のような形状にしたとしても、ＳＰＲ５０が、金型１に向かって、複数の被接合部材６０に打ち込まれて、金型側被接合部材６１の脚部対応部６１ａがキャビティ底面２１に当接した時には、金型側被接合部材６１と、キャビティ底面２１の傾斜面部２８における上記径方向の外側の部分との間に、上記脚部対応部６１ａの変形を許容するような隙間を形成することができる。これにより、ＳＰＲ５０により複数の被接合部材６０同士を接合する場合に、金型側被接合部材６１にひび割れが生じるのを抑制することができる。

尚、上記の変形例において、キャビティ底面２１は、円錐面の先端部分を球面状にしたような形状、具体的には、中心近傍部分２７がキャビティ底面２１の中心２４を頂部とする球面形状をなしかつ傾斜面部２８が上記のような傾斜平面を有する形状であってもよい。また、キャビティ底面２１は、該キャビティ底面２１の中心２４を頂部とする球面形状のうち、該頂部の近傍部分を平面上に切り欠いたような形状、具体的には、中心近傍部分２７が上記軸方向と直交する方向に広がる平面をなしかつ傾斜面部２８が球面形状の一部をなすような傾斜曲面で構成された形状であってもよい。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、２つの被接合部材６０を接合させる場合を説明したが、これに限らず、３つ以上の被接合部材６０を接合させる場合にも、本発明のリベット接合用金型１を用いることができる。

また、上記実施形態では、金型本体部２は円柱状をなしていたが、これに限らず、上記軸方向から見て円形のキャビティ２０を形成することができれば角柱状であってもよい。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、セルフピアスリベットにより複数の被接合部材同士を接合するためのリベット接合用金型として有用である。

１ リベット接合用金型
２ 金型本体部
１０ 上面部（当接面部）
２０ キャビティ
２１ キャビティ底面
２４ キャビティ底面の中心
２５ 外側端部（キャビティ底面の径方向の外側の端部）
２６，２８ 傾斜面部
２７ 中心近傍部分
３０ キャビティ側面
５０ セルフピアスリベット
６０ 被接合部材
６１ 金型側被接合部材
Ｄ キャビティの最も深い位置におけるキャビティの深さ
Ｈ，Ｈ’ キャビティの最も深い位置からのキャビティ底面部の中心の高さ

Claims (5)

1. 複数の被接合部材を重ね合わせた状態で、略円筒状の脚部を有するセルフピアスリベットにより該複数の被接合部材同士を接合する際に、該複数の被接合部材における、上記セルフピアスリベットが打ち込まれる部分において、上記セルフピアスリベットの上記打ち込み側とは反対側に配置されるリベット接合用金型であって、
   軸方向の一側の端面が上記金型に最も近い上記被接合部材である金型側被接合部材に当接される柱状の金型本体部を備え、
   上記金型本体部は、上記軸方向の上記一側の端面の外周縁部を除く部分に、上記セルフピアスリベットの打ち込みによる上記金型側被接合部材の上記軸方向の他側への膨出変形を許容すべく、上記端面から上記軸方向の上記他側に向かって凹んだ、上記軸方向から見て円形をなしたキャビティを有し、
   上記キャビティは、上記軸方向から見て円形をなしたキャビティ底面と、キャビティ側面とにより構成され、
   上記キャビティ底面は、該キャビティ底面の中心を含む中心近傍部分が、最も上記軸方向の上記一側に位置するように、上記軸方向の上記一側に向かって突出した形状をなしており、
   上記キャビティ底面の中心を通りかつ上記軸方向に延びる平面で上記金型本体部を切断した断面において、上記キャビティ底面の径方向の外側の端部である外側端部と、上記キャビティ底面の上記中心近傍部分とは、上記外側端部から、上記キャビティ底面の上記中心近傍部分に向かって、上記軸方向の上記一側に傾斜した傾斜面部により連結されており、
   上記中心近傍部分は、上記軸方向と直交する方向に広がる平面部となっていることを特徴とするリベット接合用金型。
2. 請求項１に記載のリベット接合用金型において、
   上記キャビティ底面の中心を通りかつ上記軸方向に延びる平面で上記金型本体部を切断した断面において、上記キャビティ底面は、台形状をなすことを特徴とするリベット接合用金型。
3. 請求項１又は２に記載のリベット接合用金型において、
   上記平面部の径は、上記セルフピアスリベットの上記脚部の外径と同程度か又は該脚部の外径よりも小さい径に設定されていることを特徴とするリベット接合用金型。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のリベット接合用金型において、
   上記キャビティの最も深い位置からの上記キャビティ底面の中心の高さは、上記キャビティの最も深い位置における該キャビティの深さに対して３０％よりも大きい高さに設定されていることを特徴とするリベット接合用金型。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のリベット接合用金型において、
   上記キャビティ側面は、上記キャビティ底面の上記外側端部から上記軸方向の上記一側に向かって、上記径方向の外側に傾斜していることを特徴とするリベット接合用金型。

Images