(57)【要約】【課題】打ち抜きの仕方を工夫することでリベット打ち抜き荷重を低減するとともに、セルフピアッシングリベットとワークの間の密着性を上げることで高い接合強度を達成するリベット接合方法を提供することを目的とする。【解決手段】セルフピアッシングリベット１の接合方法において、ワークＷに対してセルフピアッシングリベット１を回転させながら打ち込むことを特徴とする。【選択図】　　　　図１
2004017091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルフピアッシングリベットの接合方法において、ワークに対してセルフピアッシングリベットを回転させながら打ち込むことを特徴とするセルフピアッシングリベットの接合方法。
【請求項２】
セルフピアッシングリベットの接合方法において、ワークに対してセルフピアッシングリベットを揺動させながら打ち込むことを特徴とするセルフピアッシングリベットの接合方法。
【請求項３】
ワークに対して回転させながら打ち込むセルフピアッシングリベットであって、前記セルフピアッシングリベットの軸部にねじ状のスプラインを設けたことを特徴とするセルフピアッシングリベット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リベット締結に関し、特にセルフピアッシングリベットの接合方法及びセルフピアッシングリベットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄製のセルフピアッシングリベットでワークを締結するのに、例えば、本出願人らの特願２００１−３９７３６３号明細書（未公開）や、同じく特願２００１−３９５６９１号明細書（未公開）に記載されたかしめ機が使用されている。
特願２００１−３９７３６３号明細書では、ダイ中央部を接合中に下降させ、ワークの板厚に対して最適なダイ体積とすることができるため、リベットの座屈を抑制することができ、且つ、ワークの上板打ち抜き中にダイ中央部を上昇させておくことでワークを保守し、ワーク打ち抜き性を向上させている。
又、特願２００１−３９５６９１号明細書では、ダイ外周部を打ち抜き荷重に合わせて下降させ、接合終盤で中央ピンがワークを押し上げることでインタロック（リベットの脚の下板に対するアンダーカット）を確保している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなかしめ機を使ってセルフピアッシングリベットを適用する場合、次のような課題がある。
ワークを打ち抜くための加圧力がスポット溶接の５倍程度必要になるので、汎用性に劣る。このため、鋼板同士やＡｌ（アルミニウム）板同士を接合する場合、一般的なスポット溶接に比べて接合設備が大型化してしまう不都合がある。又、セルフピアッシングリベットもその加圧力に耐えられるものにして接合の信頼性を高める必要がある。
【０００４】
そこで、本発明は、打ち抜きの仕方を工夫することでリベット打ち抜き荷重を低減するとともに、また、セルフピアッシングリベットとワークの間の密着性を上げることで高い接合強度を達成するリベット接合方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するための手段として、本発明に係る請求項１のセルフピアッシングリベットの接合方法は、ワークに対してセルフピアッシングリベットを回転させながら打ち込むことを特徴とする。
【０００６】
このような構成としたことにより、請求項１に記載の発明に係るセルフピアッシングリベットの接合方法では、ワークに対してセルフピアッシングリベットを回転させながら打ち込むことで、打ち込み方向のせん断摩擦抵抗を回転方向に分散させることができ、打ち込み方向の荷重を低減させることができる。
【０００７】
本発明に係る請求項２のセルフピアッシングリベットの接合方法は、ワークに対してセルフピアッシングリベットを揺動させながら打ち込むことを特徴とする。
【０００８】
このような構成としたことにより、請求項２に記載の発明に係るセルフピアッシングリベットの接合方法では、ワークに対してセルフピアッシングリベットを揺動させながら打ち込むことで、セルフピアッシングリベットを打ち込む際の打ち抜き荷重が低減される。
【０００９】
本発明に係る請求項３のセルフピアッシングリベットは、ワークに対して回転させながら打ち込むセルフピアッシングリベットであって、前記セルフピアッシングリベットの軸部にねじ状のスプラインを設けたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成としたことにより、請求項３に記載の発明に係るセルフピアッシングリベットでは、セルフピアッシングリベットの軸部にねじ状のスプラインを設けたことで、このスプラインの溝や山がガイドとなってワークに入り易くなるから、セルフピアッシングリベットを打ち込む際の打ち抜き荷重が低減される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係るセルフピアッシングリベットの接合方法の第１の実施の形態を説明する。
参照する図面において、図１は本発明のセルフピアッシングリベットの接合の第１の実施の形態を説明する図である。
図でＷは、例えば、鋼板同士、或いはＡｌ板同士のワークである。このワークＷ同士を接合するセルフピアッシングリベット１は、軸部１Ａが小径、頭部１Ｂが大径で、軸部１Ａから頭部１Ｂに向かって緩やかに径が変わる形態をなす。頭部１Ｂの上面には、例えば平面視正六角形の凹部２が形成されている。この凹部２に係合する平面視正六角形の凸部４を先端部に備えたステムを、例えば、図示せぬボール盤のような回転駆動手段のスピンドルに固定する。
尚、回転駆動手段は、ステムとリベットが一体となって回転できる構造であればその手法は問わない。
【００１２】
尚、セルフピアッシングリベット１の凹部２の形状は、回転工具３が係合して回転できる形状であれば正六角形の他、正三角形、正方形、正五角形、或いは＋形、−形等、いずれの形状でもよい。
また、凹部２を円筒形状にして雌ネジを切り、凸部４に雄ネジが切ってあってもよく、セルフピアッシングリベット１を打ち込むときは２つのネジが締まる方向に回転工具３を回転させる。
【００１３】
回転駆動手段のスピンドルを回転させることで、回転工具３を、例えば、時計回りに回転させて、ワークＷに対してセルフピアッシングリベット１を時計回りに回転させ荷重を加えながら打ち込む。
このようにしてセルフピアッシングリベット１をワークＷに打ち込むことで、セルフピアッシングリベット１とワークＷとの間の打ち込み方向のせん断摩擦抵抗を回転方向に分散させることができ、打ち込み方向の荷重を低減させることができる。
【００１４】
又、セルフピアッシングリベット１を回転させながらワークＷに打ち込んだ場合と、無回転でワークＷに打ち込んだ場合とを比べると、図２に示すように、無回転時の打ち抜き荷重のベクトルは、セルフピアッシングリベット１とワークＷの間の摩擦せん断抵抗のベクトルそのものである。これに対して、回転時の打ち抜き荷重のベクトルは、セルフピアッシングリベット１とワークＷとの間の摩擦せん断抵抗Ｐｍａｘのベクトルが、回転時の打ち抜き荷重Ｐｖのベクトルと、リベットの回転に要する荷重Ｐｈのベクトルとに分解され、
Ｐｖ＜Ｐｍａｘ
となるので、無回転時の打ち抜き荷重よりも小さな打ち抜き荷重でセルフピアッシングリベット１をワークＷに打ち込むことができる。
ここで、
Ｐｍａｘ：リベット１とワークＷ間の摩擦せん断抵抗（無回転時の打ち抜き荷重）
Ｐｖ　　：回転時の打ち抜き荷重（Ｐｖ＜Ｐｍａｘ）
Ｐｈ　　：リベット回転に要する荷重
である。
このように、ワークＷの打ち抜き荷重が低減されるので、リベット１の形状や、回転駆動手段の回転工具３の形状の自由度が増し、ワークＷの打ち抜き工程の作
業がよりやり易くなる。
【００１５】
次に図３を参照して本発明のセルフピアッシングリベットの接合方法の第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態のセルフピアッシングリベットの接合方法では、図３（ａ）に示すように、セルフピアッシングリベット１の頭部１Ｂの上面の凹部２に、回転工具３の凸部４を係合させ、図示せぬ回転駆動手段のスピンドルに固定して、セルフピアッシングリベット自体は回転させずに、例えば、時計回りに揺動させることで、セルフピアッシングリベット１をワークＷに対して角度を付けて接触させ、時計回りに揺動させながら力Ｆで打ち込むようにした。この場合、回転工具３は、回転させずに揺動させる動きをする機構に構成する。
【００１６】
このようにセルフピアッシングリベット１を揺動させながらワークＷに力Ｆで打ち込むとき、ワークＷとの接触面積は、図３（ｃ）に示すように、グラフの第１象限に集中している。これは、セルフピアッシングリベット１が揺動していく時計回りの方向に対して中心軸Ｌよりも右側の軸部１Ａの前面部分のみがワークＷと接触しているためである。このときの打ち抜き荷重は、図３（ｂ）に示すように、時計回りに打ち込んだセルフピアッシングリベット１の軸部１ＡがワークＷに対して傾いているため、中心軸Ｌの右側の部分にのみかかっている。つまり打ち抜き荷重は、セルフピアッシングリベット１の軸部１Ａの先端部の中心軸Ｌで最小であり、中心軸Ｌから軸部１Ａの先端部の角に向かって増加してゆき、ワークＷと最も激しく接触する先端部の角付近で最大になっている。
尚、図３（ｃ）では、接触面積をグラフの第１象限で示してあるが、セルフピアッシングリベット１の時計回りの揺動につれて、ほぼ同じ接触面積で第４象限、第３象限、第２象限…と移動していく訳である。
【００１７】
これに対して図４（ａ）に示すように、ワークＷに対してリベット１０を真直ぐ打ち込む従来の場合は、図４（ｃ）に示すように、第１象限、第４象限、第３象限、第２象限の全てでワークＷと接触している。これは、リベットを打ち込んでいる間中、軸部１０Ａの先端部の全てがワークＷと接触するということである。そのため、図４（ｂ）に示すように、打ち抜き荷重は、軸部１Ａの先端部の中心軸Ｌで最大であり、先端部の中心軸Ｌから角に向かって減少してゆき、先端部の角付近で最小になっている。この打ち抜き荷重のグラフの全体の形状は正規分布になる。そして、
【００１８】
【数１】
2004017091.tif 000003
【００１９】
とするとき、
【００２０】
【数２】
2004017091.tif 000004
【００２１】
となる。
つまり、ワークＷに対してセルフピアッシングリベット１を揺動させながら打ち込むことで、セルフピアッシングリベット１を打ち込む際の打ち抜き荷重が、従来のリベット１０を真直ぐ打ち込む場合よりも低減される。これより、セルフピアッシングリベット１の形状や、回転工具３の凸部４の形状の自由度が増し、ワークＷの打ち抜き工程の作業がよりやり易くなる。
【００２２】
尚、セルフピアッシングリベット１を揺動させ、同時に回転させてコマの運動のような動きでワークＷに打ち込みを行えば、打ち抜き荷重はより一層低減することが期待できる。
また、この第２の実施の形態において、セルフピアッシングリベット１の頭部１Ｂの上面を予め斜めに形成しておき、ワークＷにセルフピアッシングリベット１を打ち込み終わったとき、ワークＷの面とセルフピアッシングリベット１の上面とが平らになるようにすれば、最後にセルフピアッシングリベット１をかしめるとき頭部１Ｂを潰して平らにする作業をする必要がなく、作業工程を簡略化できる。
【００２３】
次に図５を参照して本発明のセルフピアッシングリベットの第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態のセルフピアッシングリベット１は、軸部１Ａに、例えば、時計回りのねじ状のスプライン１Ｃを設けた。
軸部１Ａに時計回りのねじ状のスプライン１Ｃを設けたことにより、ねじ状のスプライン１Ｃの溝や山がガイドとなって回転しながらワークＷを穿孔するので、ワークＷに入り易くなるから、セルフピアッシングリベット１を打ち込む際の打ち抜き荷重が低減される。また、軸部１Ａにねじ状のスプライン１Ｃを設けたことにより、スプライン１Ｃの溝や山によってワークＷとの接合面積が増大し、接合強度が増大する。
【００２４】
尚、本発明の第１〜第３の実施の形態は、それぞれ単独で実施しても良いし、組み合わせて実施しても良い。
組み合わせることで第１〜第３の実施の形態による作用、効果がより顕著に現れ、同時に、打ち抜き時にリベット表面とワーク間の摩擦のため、相互の素材表面の活性化（酸化皮膜の除去と表面の平滑化）が行われ、冷間圧接と同様の金属結合状態を達成することで更なる接合強度の向上を図ることができる。
又、本発明のセルフピアッシングリベットは、中空、或いは中実を問わない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明に係るセルフピアッシングリベットの接合方法では、ワークに対してセルフピアッシングリベットを回転させながら打ち込むことで、打ち込み方向のせん断摩擦抵抗を回転方向に分散させることができ、打ち込み方向の荷重を低減させることができ、小さな力でリベットの打ち込みができる。延いてはリベットの形状や回転工具の凸部の形状の自由度が増し、ワークの打ち抜き工程の作業がよりやり易くなる。
【００２６】
請求項２に記載の発明に係るセルフピアッシングリベットの接合方法では、ワークに対してセルフピアッシングリベットを揺動させながら打ち込むことで、セルフピアッシングリベットを打ち込む際の打ち抜き荷重が低減される。また、単純な打ち込みでは得られないリベットとワークとの間の密着性が向上して接合強度の向上を図ることができる。
【００２７】
請求項３に記載の発明に係るセルフピアッシングリベットでは、セルフピアッシングリベットの軸部にねじ状のスプラインを設けたことで、このスプラインの溝や山がガイドとなってワークに入り易くなるから、セルフピアッシングリベットを打ち込む際の打ち抜き荷重が低減される。また、軸部にスプラインを形成することにより、リベットとワークとの間の接合面積が増大して接合強度が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセルフピアッシングリベットの接合方法の第１の実施の形態を説明する図である。
【図２】リベットの打ち抜き荷重を説明するベクトル図である。
【図３】本発明のセルフピアッシングリベットの接合方法の第２の実施の形態を説明する図であり、（ａ）は本発明のセルフピアッシングリベットの打ち込み方法を説明する図、（ｂ）は同じく打ち抜き荷重を説明する図、（ｃ）は同じく接触面積を説明する図である。
【図４】従来のリベットを説明する図であり、（ａ）は従来のリベットの打ち込み方法を説明する図、（ｂ）は同じく打ち抜き荷重を説明する図、（ｃ）は同じく接触面積を説明する図である。
【図５】本発明のセルフピアッシングリベットの接合方法の第３の実施の形態を説明する図である。
【符号の説明】
１　：セルフピアッシングリベット
１Ａ　：セルフピアッシングリベットの軸部
１Ｂ　：セルフピアッシングリベットの頭部
１Ｃ　：セルフピアッシングリベットの軸部に設けたスプライン
２　：凹部
３　：回転工具
４　：凸部
１０　：従来のリベット
【図１】
2004017091.tif 000005
【図２】
2004017091.tif 000006
【図３】
2004017091.tif 000007
【図４】
2004017091.tif 000008
【図５】
2004017091.tif 000009