(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金からなり、頭部と軸部とを有するアルミ製リベットであって、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金の線材を所定寸法に切断して得られた材料に、軸方向から圧縮荷重を加えて所定の硬度を得た後、径方向の圧縮荷重を加えて軸部表面に長手方向が軸方向と同一の凹凸を形成することにより所定の硬度を得、しかる後に冷間圧造することにより所定形状とすることにより、表面硬度がＨｖ１３５以上であって中心部硬度が略Ｈｖ１１０〜１２０である二層構造の硬さを軸部に有することを特徴とするアルミ製打込みリベット。
【請求項２】
軸部の硬化層深さが０．０１〜０．３０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のアルミ製打込みリベット。
【請求項３】
頭部の外縁部から軸部にかけての形状がアール形状とされてなることを特徴とする請求項１又は２記載のアルミ製打込みリベット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミ製打込みリベットに係り、アルミニウム板と同一材料から製造されたにもかかわらず、作業性よくアルミニウム板をかしめ締結でき、リサイクルの簡易化および製品の軽量化を図りうるアルミ製打込みリベットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミニウム板をかしめ締結するための打込みリベットは、締結強度を確保しかつ打込みの際の打込みリベット自体の座屈等を防ぐため、鉄鋼或いはステンレス鋼を材料としているのが一般的である。しかし、鉄鋼やステンレス鋼を材料としたリベットでは、下穴を開けずにアルミニウム板を締結する際の打込み時に、該リベットの硬度がアルミニウム板に比べて高くその差が大きいため、アルミニウム板に亀裂が生じやすく、しかも系列の異なる金属を使用するため、電食問題や熱膨張係数の違いで頭飛びが発生しやすいという問題があった。
【０００３】
また近年、素材材料のリサイクル化が強く要求されるようになり、スクラップ時の分別作業の簡素化等の観点からも、アルミニウム板と同一材料のアルミ製リベットで打込んでかしめ締結することが求められているが、従来のアルミ製リベットでの接合は機械的強度が不足するという問題があった。
また、ＪＩＳ６０００系合金からなるアルミ製板材の接合に際して、熱処理可能な２０００系合金や７０００系合金からなるアルミ製リベットを使用して打ち込み接合する試みもなされているが、電位差による電食問題が発生するために実用化には至っていない。
このような電食問題を解決するためには、同じ６０００系合金からなるアルミ製リベットを用いることが有効ではあるが、６０００系合金からなるアルミ製リベットの硬度はＨｖ１１０〜１２０程度しかなく、下穴なしに打ち込み接合することは不可能であり、また下穴をあけて接合したとしてもリベット強度がワーク強度よりも弱いためにリベット自身が破断してしまうという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、アルミニウム板に下穴を開けずにリベットで打抜いてかしめ締結する際にも、亀裂、座屈、焼き付き等が発生せず、作業性よくかつ確実にアルミニウム板をかしめ締結しうるとともに、リサイクル面でも優れ、かつ自動車等の製品の軽量化を図りうるアルミ製打込みリベットの提供を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の内、請求項１記載の発明は、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金からなり、頭部と軸部とを有するアルミ製リベットであって、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金の線材を所定寸法に切断して得られた材料に、軸方向から圧縮荷重を加えて所定の硬度を得た後、径方向の圧縮荷重を加えて軸部表面に長手方向が軸方向と同一の凹凸を形成することにより所定の硬度を得、しかる後に冷間圧造することにより所定形状とすることにより、表面硬度がＨｖ１３５以上であって中心部硬度が略Ｈｖ１１０〜１２０である二層構造の硬さを軸部に有することを特徴とするアルミ製打込みリベットに関する。
また、請求項２記載の発明は、軸部の硬化層深さが０．０１〜０．３０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のアルミ製打込みリベットに関する。
また、請求項３記載の発明は、頭部の外縁部から軸部にかけての形状がアール形状とされてなることを特徴とする請求項１又は２記載のアルミ製打込みリベットに関する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るアルミ製打込みリベットの実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
本発明のアルミ製打込みリベット（１）は、全体がＪＩＳ６０００系アルミニウム合金から一体形成されており、その形状は図１に示すように、円板状の頭部（２）と、該頭部（２）の下方に延出されかつ円柱状を呈する軸部（３）とから構成されている。そして、頭部（２）の外縁部から軸部（３）に至る首部の形状がアール形状（円弧形状）とされており、これにより、アルミニウム板に対して打ち込みかしめを容易且つ確実に行うことが可能となる。
【０００７】
ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金とは、ＪＩＳに規定されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金であり、その系列には６０６１、６Ｎ０１、６０６３、６１０１、６１５１が存在している。本発明では、これらの系列のうち６０６１や６０６３が好適に使用され、６０６１が最も好適に使用される。
尚、本発明のアルミ製打ち込みリベットに使用されるアルミニウム合金は、米国規格ではＡＳＴＭ６０００系のアルミニウム合金であり、６０６１や６０６３が好ましく使用され、ドイツ規格ではＤＩＮ６０００系のアルミニウム合金であり、ＥＮ  ＡＷ−６０６１やＥＮ  ＡＷ−６０６３、国際規格（ＩＳＯ）ではＡｌＭｇ１ＳｉＣｕやＡｌＭｇ０．７Ｓｉが好ましく使用される。
【０００８】
本発明のアルミ製打込みリベット（１）は、軸部（３）の表面硬度がビッカース硬さＨｖ１３５以上、より好ましくはＨｖ１４５以上とされる。
これは、Ｈｖが１３５よりも小さいと、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金からなるアルミニウム板を打ち抜く際に軸部（３）に座屈が発生しやすいためであり、例えば、厚さ１．５ｍｍのＪＩＳ６０６１の展伸材からなる２枚のアルミニウム板を打抜こうとすると軸部（３）に座屈が発生してしまう。
【０００９】
このような、軸部（３）の表面硬度がビッカース硬さＨｖ１３５以上のアルミ製打込みリベット（１）は、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金の線材を冷間圧造加工することによって得ることができる。具体的には、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金の線材を所定寸法に切断して得られた材料に、軸方向から圧縮荷重を加えて所定の硬度を得、その後冷間圧造加工によって所定のリベット形状とする方法により得ることができる。
また、上記した軸方向から圧縮荷重を加えて所定の硬度を得た後、その材料の外径に応じた径方向の圧縮荷重を加えて、軸部表面に長手方向が軸方向と同一の凹凸を形成することにより所定の硬度を得、その後冷間圧造加工によって所定のリベット形状とする方法によっても得ることができる。ここで、軸部表面に形成される凹凸形状としては、図２に示すような周方向に波形状に連続した凹凸が好ましく採用され、このときの凹部の深さは例えば後述する実施例（表７）に示す如く０．２ｍｍ程度となる。
【００１０】
上記のような方法で得られたアルミ製打込みリベット（１）は、軸部（３）の表面硬度がＨｖ１３５以上であって、中心部硬度が略Ｈｖ１１０〜１２０程度のリベット、即ち表面に所定深さの硬化層が形成された二層構造の硬さ分布を有するリベットとなる。このとき、軸部（３）の硬化層深さは０．０１〜０．０５ｍｍと比較的深く形成されるが、上記した軸部表面に凹凸を形成する加工方法を採用した場合には、軸部表面からより深い位置まで硬化層を形成することが可能となるため好ましい。すなわち、例えば凹部の深さが０．２ｍｍの場合、表面（凸部）からの硬化層深さは０．２１〜０．２５ｍｍとなり、表面に凹凸が形成されていない場合に比べて表面からの硬化層深さが深く形成される。尚、この場合の硬化層深さは最大０．３ｍｍ程度にまですることができる。
このように、軸部（３）における表面硬度が高く内部硬度が低いリベットとすることによって、座屈が生じにくく且つかしめを容易に行うことが可能なリベットとなる。
【００１１】
また、アルミ製打込みリベット（１）の軸方向（図１において縦方向）の引張強さは、２００ＭＰａ以上とするのが好ましい。
これは、引張強さが２００ＭＰａよりも小さいと、リベット（１）で締結された２枚のアルミニウム板等の被締結材の間に引っ張り力が加わった際にリベット（１）が破断し易くなり、被締結材をしっかりと確実にかしめ締結しておく力が得られ難くなるからである。
【００１２】
また、アルミ製打込みリベット（１）の軸部（３）の剪断強さ（図１において横方向の剪断強さ）は、２６０ＭＰａ以上とするのが好ましい。
これは、剪断強さが２６０ＭＰａよりも小さいと、リベット（１）で締結された２枚のアルミニウム板等の被締結材の間に剪断力が作用した際にリベット（１）が剪断破壊され易くなって、被締結材をしっかりと確実にかしめ締結しておく力が得られ難くなるからである。
【００１３】
このように、アルミニウム合金を材料とした本発明の高硬度、高強度のアルミ製打込みリベット（１）は、アルミニウム板を打抜いてからかしめる、即ち、アルミニウム板（Ｗ１）、（Ｗ２）に下穴を開けずに、例えば図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ポンチ（９）の下降により、リベットに座屈等を発生させることなく該アルミニウム板（Ｗ１）、（Ｗ２）を一旦打抜き、更にダイ（１０）を回転させて、図３（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、ポンチ（９）の下降によりかしめ締結を作業性良く行うことが出来る。なお、ダイ（１０）には、打抜きによりアルミ製打込みリベット（１）の軸部（３）が挿入されかつアルミかすを排出する孔（１０Ａ）が設けられている。
なお、本発明に係るアルミ製打込みリベットの打抜き、およびかしめは、このような手段に限定されることは勿論なく、例えば打抜き後にかしめる二段の動作をするリベットセッターに、アルミ製打込みリベットを自動的に供給する装置を取付けることにより、作業効率を更に高めうるとともに、アルミ製打込みリベットでアルミニウム板等のワークを打抜かず、中間で止め、再度軸（軸部）を広げるポンチを押し当て、ワークを打破らずにかしめることも可能である。
【００１４】
また、アルミ製打込みリベットは、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、軸部の先端から中途部まで中心穴を形成してもよい。該先端から中途部までの部分は、かしめによって容易に拡張してカールし、被締結部材を締結するかしめ部として作用しうる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明に係るアルミ製打込みリベットの実施例及び比較例を示すことにより、本発明の効果をより明確にする。但し、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。
（実施例リベット）
ＪＩＳ６０６１のアルミニウム合金の線材を所定寸法に切断して得られた材料に軸方向から圧縮荷重を加えて所定の硬度を得て、その後冷間圧造加工によって頭部の厚さＴが０．５ｍｍ、軸部の軸径がφ５ｍｍ、長さが７．２７ｍｍのアルミ製打込みリベットを製造し、これを実施例１のアルミ製打込みリベットとした。
また、ＪＩＳ６０６１のアルミニウム合金の線材を所定寸法に切断して得られた材料に、軸方向から圧縮荷重を加えて所定の硬度を得た後、径方向の圧縮荷重を加えて軸部表面に連続した波形状の凹凸を形成することにより所定の硬度を得、その後冷間圧造加工によって実施例１と同寸法のアルミ製打込みリベットを製造し、これを実施例２のアルミ製打込みリベットとした。
【００１６】
（比較例リベット）
実施例と略同一寸法のアルミ製リベット（商品名：アルミソリッドリベット０５×８，福井鋲螺株式会社製）を比較例のリベットとして使用した。
【００１７】
（硬度測定）
上記実施例１、２及び比較例のリベットの軸部の硬度をビッカース硬度測定器（株式会社アカシ製微少硬さ試験機ＭＶＫ−Ｈ３、荷重５０ｇｆ）を使用して測定した。
測定結果を後記表１〜表１１に示す。
【００１８】
表１は実施例１のリベットの表面硬度の測定結果を示し、このときの測定位置は図４に示すように、周方向２箇所（Ｎｏ．１，Ｎｏ．２）において、軸部底面から頭部方向（図示ｘ方向）に０．７ｍｍ，１ｍｍ，１．２ｍｍ，１．７ｍｍ，２ｍｍ，２．２ｍｍ，２．５ｍｍの各位置とした。
【表１】
0003543267.tif 000002
【００１９】
表２は実施例１のリベットの表面からの深さによる硬度測定結果を示し、このときの測定位置は図５に示すように、軸部表面から軸中心方向（図示ｘ方向）に０．０１ｍｍ，０．０２ｍｍ，０．０３ｍｍ，０．０４ｍｍ，０．０５ｍｍの各位置（ｘ方向距離）とし、各位置について３回ずつ測定した。
【表２】
0003543267.tif 000003
【００２０】
表３は実施例１のリベットの内部硬度の測定結果を示し、このときの測定位置は図６（ａ）に示すように、軸部底面から頭部方向に１．５ｍｍの位置の断面において、図６（ｂ）に示すように軸部表面の一点を原点（０，０）として該原点から軸部中心方向をｘ方向とし、該ｘ方向と直角方向をｙ方向としたときに、ｘ方向に０．１ｍｍ，０．１７５ｍｍ，０．２８ｍｍ，０．３３ｍｍ，０．３８ｍｍの各位置、及びｙ方向に０ｍｍ，０．１ｍｍの各位置とした。
【表３】
0003543267.tif 000004
また、表４は実施例１のリベットの中心部硬度の測定結果を示す。尚、測定位置は図６に示したものと同様であって（但し、ｙ方向は一箇所のみ）、表中の（ｘ，ｙ）は図６に示したｘ方向、ｙ方向に対応している。
【表４】
0003543267.tif 000005
【００２１】
表５は実施例２のリベットの表面硬度の測定結果を示し、このときの測定位置は図７に示すように、周方向３箇所（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）において、軸部底面から頭部方向（図示ｘ方向）に０．７ｍｍ，１ｍｍ，１．２ｍｍ，１．７ｍｍ，２ｍｍ，２．２ｍｍ，２．５ｍｍの各位置とした。
【表５】
0003543267.tif 000006
【００２２】
表６は実施例２のリベットの表面からの深さによる硬度測定結果を示し、このときの測定位置は図８に示すように、軸部表面から軸中心方向（図示ｘ方向）に０．０１ｍｍ，０．０２ｍｍ，０．０３ｍｍ，０．０４ｍｍ，０．０５ｍｍの各位置（ｘ方向距離）とし、各位置について３回ずつ測定した。
【表６】
0003543267.tif 000007
尚、実施例２のリベットについては、全ての硬度測定を軸部に形成された凹凸の谷部（凹部）同士の中間位置（図７及び図８参照）にて行った。参考に実施例２のリベットの谷部の深さ（図９参照）を４箇所（４つの谷部）について測定した結果を表７に示す。
【表７】
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【００２３】
表８及び表９は実施例２のリベットの内部硬度の測定結果を示し、このときの測定位置は図１０（ａ）に示すように、軸部底面から頭部方向に１．５ｍｍの断面において、図１０（ｂ）に示すように軸部表面の山部と谷部との境界部分の一点を原点（０，０）として該原点から軸部中心方向をｘ方向とし、該ｘ方向と直角方向をｙ方向としたときに、ｘ方向に０．１ｍｍ，０．１７５ｍｍ，０．２８ｍｍ，０．３３ｍｍ、ｙ方向に−０．１ｍｍ，−０．０２ｍｍ，０．０７ｍｍ，０．１７ｍｍ，０．２７ｍｍ，０．３７ｍｍ，０．４ｍｍ，０．５６ｍｍ，０．７４ｍｍの位置とし、同一のリベットの２つの山（山１、山２）について測定した。
【表８】
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【表９】
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また、表１０は実施例２のリベットの中心部硬度の測定結果を示す。尚、測定位置は図１０に示したものと同様であって（但し、ｙ方向は一箇所のみ）、表中の（ｘ，ｙ）は図１０に示したｘ方向、ｙ方向に対応している。
【表１０】
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【００２４】
表１１は比較例のリベットの表面硬度の測定結果を示す。このときの測定位置は図４において、ｘ方向に０．５ｍｍ，１ｍｍ，１．５ｍｍ，２ｍｍ，２．５ｍｍの各位置とした。
【表１１】
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【００２５】
表１２は比較例のリベットの内部硬度の測定結果を示し、このときの測定位置は図６において、ｘ方向に０．１ｍｍ、ｙ方向に−０．３ｍｍ，−０．２ｍｍ，−０．１ｍｍ，０ｍｍ，１ｍｍ，２ｍｍ，３ｍｍの各位置とした
【表１２】
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また、表１３は比較例のリベットの中心部硬度の測定結果を示す。尚、測定位置は実施例１と同様である。
【表１３】
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【００２６】
（比較試験）
１．圧縮試験
実施例１、２及び比較例のリベットを軸方向に圧縮してそれぞれの圧縮強度（圧縮降伏点）をアイコーエンジニアリング製圧縮試験機MAX2000kgf（荷重速度30mm／min.）により測定した。尚、測定は各リベットについて３個ずつ行いその平均値を求めた。
図１１は荷重と変位の関係を示すグラフであり、図１２は応力と変位の関係の関係を示すグラフである。尚、グラフ中、実線が実施例１、点線が実施例２、一点鎖線が比較例をそれぞれ示している。また、表１４及び表１５に降伏時の荷重及び応力の値を示す。
【表１４】
0003543267.tif 000015
【表１５】
0003543267.tif 000016
【００２７】
圧縮試験の結果から明らかな如く、本発明に係る実施例１及び２のアルミ製打込みリベットは、比較例（従来品）のリベットに比べて圧縮強度が高く、また実施例２のリベットは実施例１のリベットに比べて圧縮強度が高かった。
【００２８】
２．引張り試験及び剪断試験
厚さ１．５ｍｍの鉄板からなるワーク２枚に下穴をあけて、この下穴に実施例１及び比較例のリベットをそれぞれ挿入して２枚のワークをかしめ締結した。
そして、締結されたワークに対して引張り力及び剪断力を３０ｍｍ／ｍｉｎの速度で加えてリベットが破損したときの荷重を測定することによって、リベットの引張り強さ及びせん断強さを求めた。
表１６に実施例１の引張り試験結果、表１７に実施例１の剪断試験結果、表１８に比較例の引張り試験結果、表１９に比較例の剪断試験結果をそれぞれ示す。
【００２９】
【表１６】
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【００３０】
【表１７】
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【００３１】
【表１８】
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【００３２】
【表１９】
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【００３３】
表１６〜表１９の結果から明らかな如く、実施例１のリベットは比較例のリベットに比べて、締結強度（引張り強さ及びせん断強さ）に優れていた。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るアルミ製打込みリベットによれば、表面硬度をＨｖ１３５以上としたことによって、アルミニウム板と同一材料を用いたアルミ製打込みリベットにより、溶接などの火器を使わず、かつ下穴を開ける手間も要さずに、単時間でアルミニウム板を強固にかしめ締結しうるとともに、同系列の材料を使用するため、電食問題、熱膨張係数の違いで発生する頭飛びの問題を解決しうる他、スクラップ時の分別作業が簡素化されるなど、リサイクル性に優れた締結部材を提供しうる。
また、本発明に係るアルミ製打込みリベットは、アルミニウム板と同系列の材料を用いながらも、強度が優れているため、打抜いてかしめる際のアルミニウム板の亀裂の発生、及び打込みリベットの座屈の発生を共に防止でき、下穴を開ける必要がないこととも相まって、確実性、作業性を向上しうるとともに、鉄鋼或いはステンレス鋼に比べて、軽量化でき、しかもかしめ施工後の状態を容易に目視して管理でき、安全確認等を便宜とする。
また、打抜いてかしめる際のアルミニウム板の焼き付きが少なく、板材を引き込まずに確実に打ち抜いてかしめることが可能となる。
また、軸部の硬化層深さを０．０１〜０．３０ｍｍとすることによって、かしめ時における座屈や板材の焼き付きが発生しにくくなり、更に軸部の中心部硬度が略Ｈｖ１１０〜１２０である二層構造の硬さを有するリベットとすることにより、座屈が生じにくく且つかしめを容易に行うことが可能となる。
また、軸部表面に冷間圧造にて、長手方向が軸方向と同一とされた凹凸を形成することにより硬化層が厚く形成され、圧縮強度に優れたものとなり、かしめ時における座屈の発生をより確実に防止することができる。
また、頭部の外縁部から軸部にかけての形状がアール形状とされてなることにより、アルミニウム板に対して打ち込みかしめを容易且つ確実に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアルミ製打込みリベットの正面図である。
【図２】本発明に係るアルミ製打込みリベットにおいて軸部表面に形成される凹凸形状を示す図である。
【図３】アルミ製打込みリベットによるかしめ締結を示す概略工程図である。
【図４】実施例１のリベットの表面硬度の測定位置を示す図である。
【図５】実施例１のリベットの表面からの深さによる硬度測定位置を示す図である。
【図６】実施例１のリベットの内部硬度の測定位置を示す図である。
【図７】実施例２のリベットの表面硬度の測定位置を示す図である。
【図８】実施例２のリベットの表面からの深さによる硬度測定位置を示す図である。
【図９】実施例２のリベットの谷部の深さの測定位置を示す図である。
【図１０】実施例２のリベットの内部硬度の測定位置を示す図である。
【図１１】荷重と変位の関係を示すグラフである。
【図１２】応力と変位の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１      アルミ製打込みリベット
２      頭部
３      軸部
【図１】
0003543267.tif 000021
【図２】
0003543267.tif 000022
【図３】
0003543267.tif 000023
【図４】
0003543267.tif 000024
【図５】
0003543267.tif 000025
【図６】
0003543267.tif 000026
【図７】
0003543267.tif 000027
【図８】
0003543267.tif 000028
【図９】
0003543267.tif 000029
【図１０】
0003543267.tif 000030
【図１１】
0003543267.tif 000031
【図１２】
0003543267.tif 000032