JP6901235B2 - 締結具 - Google Patents

Description

本発明は、締結具に関する。

特許文献１には、自己穿孔型リベット（SPR: Self-Piercing Riveting）が開示されている。このリベットはパンチを用いて複数重合わせた部材に打込まれる。打込まれたリベットの筒状の先端部分は拡径変形してかしめられ、このリベットにより重合わせた部材同士が締結される。

特開２００７−２２２８８５号公報

ところで、上記リベットの先端部分は筒状の同一円周上にあるので、先端部分の拡径変形量が小さく、かしめ幅が小さい。このため、リベットによる部品同士の締結強度が小さく、改善の余地があった。

本発明は上記事実を考慮し、部品同士の締結強度を向上させることができる締結具を得ることが目的である。

請求項１に記載された発明に係る締結具は、表面に外部からの締結圧力を受ける受圧部と、当該受圧部の裏面に軸方向の一端が接続され、軸方向の他端が前記締結圧力により第１部材及び当該第１部材に重合わされた第２部材に挿入される筒状の挿入部と、当該挿入部の前記他端に設けられ、前記第１部材及び前記第２部材の内部において前記挿入部の径方向外側へ変形して前記第１部材と前記第２部材とをかしめるかしめ部と、を備え、前記かしめ部は、前記かしめ部の周方向に沿って複数設けられ、前記挿入部の挿入方向へ突出する複数の刃部位と、前記挿入部と前記刃部位とを軸方向に連結する筒状の連結部を有しており、前記連結部における前記挿入部側の端部から前記刃部位の先端へ向かって肉薄となっており、前記連結部の軸方向の寸法は、前記受圧部の外径と挿入部の外径との差の２分の１以上であり、前記刃部位の軸方向の寸法が前記連結部の軸方向の寸法よりも大きい。

請求項１に係る締結具は、受圧部、挿入部及びかしめ部を備える。受圧部は、表面に外部からの締結圧力を受ける。挿入部は筒状とされる。挿入部の軸方向の一端は受圧部の裏面に接続される。挿入部の軸方向の他端は締結圧力により第１部材及び第１部材に重合わされた第２部材に挿入される。

ここで、かしめ部は挿入部の他端の周縁に沿って複数設けられた刃部位を有する。刃部位は挿入部の他端から挿入部の挿入方向へ突出する。このため、複数の刃部位の合計の輪郭線長が長くなるので、刃部位は第１部材及び第２部材の内部において挿入部の径方向外側へ変形し易くなり、第１部材と第２部材とをかしめるかしめ部の径方向外側へのかしめ幅を大きくすることができる。

請求項１に記載された発明に係る締結具は、部品同士の締結強度を向上させることができるという優れた効果を有する。

一実施の形態に係る締結具の斜視図である。 （Ａ）は図１に示される締結具の側面図、（Ｂ）は（Ａ）に示される締結具の断面図（（Ａ）のＡ−Ａ線で切った断面図）である。 （Ａ）〜（Ｄ）は図１及び図２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。 図３（Ｄ）に示される締結後の締結具の変形状態を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る締結具について、図１〜図４を用いて説明する。図中、矢印Ｕは上方向を示し、矢印Ｄは下方向を示している。なお、本実施の形態に係る締結具の適用方向が限定されるものではない。

（締結具の構成）
図１、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、本実施の形態に係る締結具としての自己穿孔型リベット（以下、単に「リベット」という）１０は、受圧部１２と、挿入部１４と、かしめ部１６とを備えている。

受圧部１２は、上下方向を板厚方向とする円板状に形成されている。受圧部１２の上方側の表面１２Ａは、外部から締結圧力（締結荷重）を受ける部位とされている。受圧部１２は、締結する部材により限定されるものではないが、例えば、鉄等の金属材、アルミニウム合金等の軽金属材、又は炭素繊維強化樹脂やガラス繊維強化樹脂等の樹脂材により形成されている。

挿入部１４は、上下方向を軸方向とする筒状、本実施の形態では円筒状に形成され、軸方向において一定の内径、一定の外径、かつ、一定の厚さに設定されている。挿入部１４の上側の軸方向の一端１４Ａは、受圧部１２の表面１２Ａと対向する裏面１２Ｂに接続され、ここでは受圧部１２に一体に形成されている。挿入部１４の下側の軸方向の他端１４Ｂは、上下に重合わせた複数の部材に挿入される（埋め込まれる）部位とされている。挿入部１４の内部１４Ｃは、上側が受圧部１２により塞がれ、下側が開放された空洞とされている。

かしめ部１６は、複数の、本実施の形態では４つの刃部位１６Ａ〜１６Ｄを含んで構成されている。この複数の刃部位１６Ａ〜１６Ｄは、挿入部１４の他端１４Ｂの周縁に沿って、平面視において反時計回りに一定の間隔を持って（ここでは９０度毎に）設けられている。刃部位１６Ａ〜１６Ｄは、側面視において、挿入部１４の挿入方向となる下方向に向かって根元１６Ｕの幅寸法Ｗが小さくなる二等辺三角形状に形成され、下方向先端の刃先１６Ｔは尖っている。刃部位１６Ａの根元１６Ｕは隣接する他の刃部位１６Ｂの根元１６Ｕと連結部１６Ｊを介して連結されている。同様に、刃部位１６Ｂと刃部位１６Ｃとの根元１６Ｕ同士、刃部位１６Ｃと刃部位１６Ｄとの根元１６Ｕ同士及び刃部位１６Ｄと刃部位１６Ａとの根元１６Ｕ同士は、いずれも、連結部１６Ｊを介して連結されている。連結部１６Ｊの上下方向の寸法Ｌ１は、ここでは受圧部１２の外径と挿入部１４の外径との差の２分の１の寸法Ｌ２と同一か、又は寸法Ｌ２よりも大きい寸法とされている。

また、図２（Ｂ）に示されるように、刃部位１６Ａ〜１６Ｄの厚さ方向の断面形状は、挿入方向に向かって厚さが薄くなる形状とされている。詳しく説明すると、刃部位１６Ａ〜１６Ｄは、挿入部１４の他端１４Ｂから刃先１６Ｔに向かって、外壁１６Ｏ側を上下方向に一致させた直線状とし、内壁１６Ｉ側を挿入部１４の中心軸側に突出する円弧状とする断面形状に形成されている。これにより、刃部位１６Ａ〜１６Ｄは、挿入部１４の厚さｔから徐々に厚さを小さくする構成とされている。このような断面形状を備えることにより、かしめによる締結の際に、刃部位１６Ａ〜１６Ｄのそれぞれは、挿入部１４の径方向外側へ変形する構成とされている。

そして、挿入部１４の他端１４Ｂと連結部１６Ｊとの境界は、便宜的に破線を用いて示されるように、挿入部１４の円周上に沿ってリンク状に形成されたかしめによる変形開始の起点ＢＬとされている。

（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３（Ａ）に示されるように、第１部材としての板状の樹脂板２２が第２部材としての板状の金属板２０に重合わされ、樹脂板２２の表面上に本実施の形態に係るリベット１０がセットされる。金属板２０は、樹脂板２２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２０の表面を対向させて重合わされる。金属板２０には、例えば鉄板、アルミニウム合金板等が使用されている。また、金属板２０は板状であるが、第１部材としてはブロック状の部材であってもよい。樹脂板２２には、例えば炭素繊維強化樹脂板、ガラス繊維強化樹脂板等が使用されている。樹脂板２２の厚さは、リベット１０の挿入部１４の軸方向の長さよりも厚く、挿入部１４の軸方向の長さにかしめ部１６の同一方向の長さを加えた長さよりも薄い設定とされている。リベット１０は、かしめ部１６の刃先１６Ｔを下方向へ向け、受圧部１２の表面１２Ａを上方向へ向けてセットされる。

図３（Ｂ）に示されるように、リベット１０の受圧部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、かしめ部１６の刃部位１６Ａ〜１６Ｄのそれぞれの刃先１６Ｔの挿入が樹脂板２２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３（Ｃ）に示されるように、リベット１０の挿入部１４が樹脂板２２の内部へ挿入され、かつ、かしめ部１６が樹脂板２２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、樹脂板２２の裏面が若干下方向へ突出し（盛り上がり）、金属板２０の表面が下方向へ凹む。上記の通り、かしめ部１６の刃部位１６Ａ〜１６Ｄは、いずれも、内壁１６Ｉが円弧状とされているので、樹脂板２２に挿入されると、挿入部１４の径方向外側へ拡がりながら変形を開始する。この変形は挿入部１４とかしめ部１６との境界となる起点ＢＬを中心として発生する。なお、リベット１０の挿入により、金属板２０の裏面は、樹脂板２２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３（Ｄ）に示されるように、受圧部１２の裏面１２Ｂが樹脂板２２の表面に当接するまで、リベット１０の挿入部１４及びかしめ部１６が樹脂板２２及び金属板２０に挿入される。このとき、かしめ部１６の刃部位１６Ａ〜１６Ｄは、いずれも、樹脂板２２の突出した部分を介して金属板２０の表面部分に食い込み、かつ、図４に示されるように、挿入部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、刃部位１６Ａ〜１６Ｄは、いずれも、樹脂板２２を貫通して直接金属板２０に食い込んでもよい。そして、かしめが完了すると、樹脂板２２はリベット１０を用いて金属板２０に締結され、更にリベット１０を用いて樹脂板２２が金属板２０に締結された締結構造が完成する。

（本実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係るリベット１０は、図１、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、受圧部１２、挿入部１４及びかしめ部１６を備える。受圧部１２は表面１２Ａに外部からの締結圧力Ｆを受ける。挿入部１４は筒状とされる。挿入部１４の軸方向の一端１４Ａは受圧部１２の裏面１２Ｂに接続される。挿入部１４の軸方向の他端１４Ｂは、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示されるように、締結圧力Ｆにより樹脂板２２及びこの樹脂板２２に重合わされた金属板２０に挿入される。

ここで、かしめ部１６は、挿入部１４の他端１４Ｂの周縁に沿って複数設けられた刃部位１６Ａ〜１６Ｄを含んで構成される。刃部位１６Ａ〜１６Ｄは、他端１４Ｂから挿入部１４の挿入方向（下方向）へ突出する。このため、かしめ部１６の複数の刃部位１６Ａ〜１６Ｄの合計の輪郭線長１６Ｌが、挿入方向に稼げるので、例えば刃部位１６Ａ〜１６Ｄが設けられていない場合に比べて、長くなる。

図３（Ｄ）及び図４に示されるように、輪郭線長１６Ｌが長くなるのと、樹脂板２２及び金属板２０の内部において、刃部位１６Ａ〜１６Ｄは径方向外側へ変形し易くなる。これにより、樹脂板２２と金属板２０とをかしめるかしめ部１６の径方向外側へのかしめ幅Ｗｃを大きくすることができる。かしめ幅Ｗｃは、詳しく説明すると、基本かしめ幅Ｗ１と増加かしめ幅Ｗ２との合計の寸法である。基本かしめ幅Ｗ１は、起点ＢＬから刃部位１６Ａ〜１６Ｄの根元１６Ｕまでの部位において、挿入部１４の外壁から挿入部１４の径方向外側へ拡径変形された寸法である。この基本かしめ幅Ｗ１は、受圧部１２の外径と挿入部１４の外径との差の２分の１の寸法Ｌ２とほぼ等しく、従来の自己穿孔型リベットのかしめ幅に一致する。一方、増加かしめ幅Ｗ２は、基本かしめ幅Ｗ１に加えて、刃部位１６Ａ〜１６Ｄの拡径変形により増加される寸法である。

従って、本実施の形態に係るリベット１０では、かしめ幅Ｗｃを増加させてかしめ面積（図４にハッチングを付して示される食い込み面積）が増加するので、金属板２０及び樹脂板２２の部品同士の締結強度を向上させることができる。

また、本実施の形態に係るリベット１０は、かしめ部１６の刃部位１６Ａ〜１６Ｄの刃先１６Ｔが尖った形状とされているので、樹脂板２２及び金属板２０に挿入し易い。このため、締結作業が安定に行える。

［上記実施の形態の補足説明］
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本発明は、リベットのかしめ部を２、３又は５以上の刃部位により構成してもよい。また、本発明は、リベットの挿入部を円筒状以外に楕円筒状、半円筒状、三角以上の多角筒状等の筒形状に形成してもよい。さらに、本発明は、リベットのかしめ部の刃部位の形状を三角形以外の半円状、台形状、矩形状等の形状としてもよい。

１０ リベット（締結具）
１２ 受圧部
１４ 挿入部
１６ かしめ部
１６Ａ〜１６Ｄ 刃部位
２０ 金属板（第２部材）
２２ 樹脂板（第１部材）

Claims (1)

1. 表面に外部からの締結圧力を受ける受圧部と、
   当該受圧部の裏面に軸方向の一端が接続され、軸方向の他端が前記締結圧力により第１部材及び当該第１部材に重合わされた第２部材に挿入される筒状の挿入部と、
   当該挿入部の前記他端に設けられ、前記第１部材及び前記第２部材の内部において前記挿入部の径方向外側へ変形して前記第１部材と前記第２部材とをかしめるかしめ部と、
   を備え、
   前記かしめ部は、前記かしめ部の周方向に沿って複数設けられ、前記挿入部の挿入方向へ突出する複数の刃部位と、前記挿入部と前記刃部位とを軸方向に連結する筒状の連結部を有しており、
   前記連結部における前記挿入部側の端部から前記刃部位の先端へ向かって肉薄となっており、
   前記連結部の軸方向の寸法は、前記受圧部の外径と挿入部の外径との差の２分の１以上であり、
   前記刃部位の軸方向の寸法が前記連結部の軸方向の寸法よりも大きい締結具。

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