(57)【要約】【課題】十分なアンダーカットを得ることのできるセルフピアシングリベットを提供する。【解決手段】セルフピアシングリベット１は、大径のフランジ５とフランジから延びて内側に空洞６が形成された軸部７とから成り、アルミニウム又はアルミニウム合金製であって、軸部７は、外径がＤ１の直円筒に形成され、軸部の空洞６は、軸部先端からフランジ側に向けて角度αをもって収束するようにテーパした円錐部分１０と、円錐部分１０からフランジ５の側の端部１４に至る、内径がＤ２の直円筒部分１１とを有するように形成され、軸部先端には、外径Ｄ１で半径方向長さＴ１のリング形状のほぼ平坦な先端面１３が形成されており、空洞の円錐部分の角度αは、７０度〜１１０度である。【選択図】　　　　　図１
2004060855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大径のフランジと該フランジから延びて内側に空洞が形成された軸部とから成り、軸部先端が複数の被締結部材に打込まれて軸部が被締結部材中に穿通され、軸部先端が半径方向外方に展開するように変形させられるとともに軸部先端は最後の被締結部材を貫通せずにその中に留まり、前記展開した軸部と前記フランジとが前記複数の被締結部材を挟持して該被締結部材が相互に連結される、アルミニウム又はアルミニウム合金製のセルフピアシングリベットであって、
前記軸部は、外径がＤ１の直円筒に形成されており、軸部の前記空洞は、軸部先端からフランジ側に向けて角度αをもって収束するようにテーパした円錐部分と、該円錐部分からフランジ側の端部に至る、内径がＤ２の直円筒部分とを有するように形成され、軸部先端には、外径Ｄ１で半径方向長さＴ１のリング形状のほぼ平坦な先端面が形成されており、前記空洞の円錐部分の角度αは、７０度〜１１０度であることを特徴とするセルフピアシングリベット。
【請求項２】
請求項１に記載のセルフピアシングリベットにおいて、前記軸部は、前記空洞の直円筒部分における肉厚Ｔ２（Ｄ１−Ｄ２）が、前記軸部外径Ｄ１の２５％〜４５％であることを特徴とするセルフピアシングリベット。
【請求項３】
請求項２に記載のセルフピアシングリベットにおいて、前記フランジの軸方向長さ（厚さ）は、軸部外径Ｄ１の５％〜２０％に設定されることを特徴とするセルフピアシングリベット。
【請求項４】
請求項３に記載のセルフピアシングリベットにおいて、前記軸部の全長は、前記被締結部材の総厚さとリベット締結装置のダイ深さとの和に設定されることを特徴とするセルフピアシングリベット。
【請求項５】
請求項４に記載のセルフピアシングリベットにおいて、前記軸部の空洞の全長は、前記被締結部材の総厚さのほぼ７０％以上であることを特徴とするセルフピアシングリベット。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のセルフピアシングリベットにおいて、軸部の前記先端面の半径方向長さＴ１は０．２ｍｍ〜０．６ｍｍであることを特徴とするセルフピアシングリベット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のセルフピアシングリベットにおいて、リベット全体に応力腐食割れを回避する熱処理が施されていることを特徴とするセルフピアシングリベット。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のセルフピアシングリベットにおいて、前記被締結部材に打込まれる際に、少なくともマイナス１００℃以下であることを特徴とするセルフピアシングリベット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、大径の円形フランジとそのフランジから延びて内側に空洞が形成された軸部とから成り、軸部先端が複数の被締結部材に打込まれて軸部が被締結部材中に穿通され、軸部先端が半径方向外方に展開するように変形させられるとともに軸部先端は最後の被締結部材を貫通せずにその中に留まり、展開した軸部とフランジとが複数の被締結部材を挟持して該被締結部材が相互に連結される、アルミニウム又はアルミニウム合金製のセルフピアシングリベットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルフピアシングリベットは、締結装置のパンチとダイによって、例えば２枚のボデーパネル等の被締結部材に打ち込まれると、軸部はパネルを穿通しつつ軸部の先端が展開するように変形し、この展開軸部と大径のフランジとによって両被締結部材が相互に連結される。セルフピアシングリベットは、溶接に不向きなアルミニウムボデーパネルの連結に適しており、現在軽量化が進められている自動車のボデーではアルミニウムボデーが採用され、セルフピアシングリベットの需要は増大している。特に、セルフピアシングリベットは、被締結部材に穴があいていなくてもリベット軸部がパンチによって被締結部材に打込まれ、パンチ側の被締結部材はリベット軸部が穿通するが、ダイに隣接する最後の被締結部材を貫通せずにその中に留まるように打込まれるので、これによって、ダイに隣接する最後の被締結部材の表面にはリベット穿通穴が形成されない。そのため、最後の被締結部材についての気体や液体の密封性が損なわれず、また外観がそのまま維持される利点がある。
【０００３】
米国特許第６，３２５，５８４号明細書には、大径の円形フランジとそのフランジから延びて内側に空洞が形成された軸部とから成り、軸部先端が複数の被締結部材に打込まれて軸部が被締結部材中に穿通され、軸部先端が半径方向外方に展開するように変形させられるとともに軸部先端は最後の被締結部材を貫通せずにその中に留まり、展開した軸部とフランジとが複数の被締結部材を挟持して該被締結部材が相互に連結される、アルミニウム又はアルミニウム合金製のセルフピアシングリベットが開示されている。このセルフピアシングリベットは、軸部先端が鋭くないリング形状の平坦面に形成され、更に、軸部内部の空洞が軸部先端から５０度〜６０度の角度で収束する円錐に形成されている。かかる形状のセルフピアシングリベットは、米国特許出願手続における提出書類において、リベットを被締結部材に打込むとき、リベット全体がくしゃっとつぶれる危険を防止するとともに、最後の被締結部材以外の被締結部材を貫通しなかったりする惧れを減少するようにすると記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
セルフピアシングリベットは、パンチからの打込方向においてパンチ側の被締結部材の厚さが、ダイに隣接する最後の被締結部材より厚い場合、リベット軸部が最後被締結部材に斜めに穿通してできる半径方向の穿通長さすなわちアンダーカット量が少なくなってしまい、最後の被締結部材をパンチ側の被締結部材に結合するのに十分な強度が得られないことがある。上記米国特許第６，３２５，５８４号に記載のセルフピアシングリベットも、その結合力の点において改良の余地がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、十分なアンダーカットを得ることのできるセルフピアシングリベットを提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明は、大径のフランジと該フランジから延びて内側に空洞が形成された軸部とから成り、軸部先端が複数の被締結部材に打込まれて軸部が被締結部材中に穿通され、軸部先端が半径方向外方に展開するように変形させられるとともに軸部先端は最後の被締結部材を貫通せずにその中に留まり、前記展開した軸部と前記フランジとが前記複数の被締結部材を挟持して該被締結部材が相互に連結される、アルミニウム又はアルミニウム合金製のセルフピアシングリベットであって、前記軸部は、外径がＤ１の直円筒に形成され、軸部の前記空洞は、軸部先端からフランジ側に向けて角度αをもって収束するようにテーパした円錐部分と、該円錐部分からフランジ側の端部に至る、内径がＤ２の直円筒部分とを有するように形成され、軸部先端には、外径Ｄ１で半径方向長さＴ１のリング形状のほぼ平坦な先端面が形成されており、前記空洞の円錐部分の角度αは、７０度〜１１０度であることを特徴とするセルフピアシングリベットを提供する。
【０００７】
上記のセルフピアシングリベットによれば、直円筒の軸部の空洞は、軸部先端からフランジ側に向けて収束するように角度７０度〜１１０度をもってテーパした円錐部分と、該円錐部分からフランジ側の端部に至る直円筒部分とを有するように形成され、軸部先端には軸部外径と同じ外径で半径方向長さＴ１のリング形状のほぼ平坦な先端面が形成されているので、米国特許第６，３２５，５８４号のセルフピアシングリベットと同様に、潰れることなく被締結部材に穿通され、最後の被締結部材においては、軸部先端が半径方向外方に展開するように変形させられるとともに貫通せずにその中に留まり、しかも、軸部先端部分の最後の被締結部材における、半径方向の穿通長さすなわちアンダーカット量は十分に大きくでき、最後の被締結部材をパンチ側の被締結部材に結合するのに十分な強度が得られた。
【０００８】
上記セルフピアシングリベットにおいて、軸部は、前記空洞の直円筒部分における肉厚Ｔ２（Ｄ１−Ｄ２）が、軸部外径Ｄ１の２５％〜４５％であるのが好ましい。かかる肉厚によって、アルミニウム製セルフピアシングリベットの強度を確保することができる。また、フランジの軸方向長さ（厚さ）は、軸部外径Ｄ１の５％〜２０％に設定されるのが好ましい。これによって、打込み方向におけるフランジの反りを防止しつつ、被締結部材表面からのフランジの出っ張り量を小さくすることができる。軸部の全長は、前記被締結部材の総厚さとリベット締結装置のダイ深さとの和に設定されるのが好ましい。軸部が長過ぎるとフランジ下面が被締結部材表面へ密着せず、結合の耐久性が低くなり、短か過ぎるとアンダーカット量が少なくなったり、あるいは、軸部の割れを生ずる惧れがある。軸部の空洞の全長は、被締結部材の総厚さのほぼ７０％以上であるのが好ましい。軸部の先端面の半径方向長さＴ１は０．２ｍｍ〜０．６ｍｍであるのが好ましい。リベット全体に応力腐食割れを回避する熱処理が施されているのが好ましい。
更に、被締結部材に打込まれる際に、少なくともマイナス１００℃以下であるのが好ましい。このように、被締結部材へ打込むとき、温度をマイナス１００℃以下にすることによって、被締結部材の板厚さを常温の場合より厚くすることが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るセルフピアシングリベット１を示しており、図２は、例えば、米国特許第６，３２５，５８４号明細書等に示されるパンチとダイを有する公知の締結装置によってセルフピアシングリベット１を２つの被締結部材２及び３に締結して、両被締結部材を相互に連結した様子を示す。被締結部材２及び３は、アルミニウム製自動車ボデーの場合、アルミニウム−マグネシウム系（Ａ５０００系）あるいはアルミニウム−マグネシウム−シリコン系（Ａ６０００系）のアルミニウム合金が多く使用される。また、被締結部材３は、ダイ（図示せず）に隣接する被締結部材であって、セルフピアシングリベット１が穿通する最後の被締結部材となり、セルフピアシングリベット１の軸部は、かかる最後の被締結部材３を貫通することはない。
【００１０】
図１において、セルフピアシングリベット１は、大径のフランジ５とフランジ５から延びて内側に空洞６が形成された軸部７とから成る。セルフピアシングリベット１は、アルミニウム又はアルミニウム合金から一体成形される。実験例においては、アルミニウム自動車ボデーの締結に適合するように、アルミニウム‐亜鉛系（Ａ７０００系）のアルミニウム合金で成形された。また、セルフピアシングリベット１には、応力による割れや腐食による割れの危険性を回避する熱処理が施された。軸部７は外径がＤ１の直円筒に形成される。実験例において、軸部７の外径Ｄ１は６ｍｍに設定された。かかる数値は、本発明を限定するものではなく、単なる例示である。以下に記載する各部分の数値も、本発明を限定するものではなく、単なる例示にしか過ぎない。フランジ５は、軸部外径Ｄ１より大径に形成されている。実験例では、７．８ｍｍに設定された。フランジ５の下面と軸部７との境界はなだらかな曲面９に形成されてフランジ５から軸部７に滑らかに連続しており、セルフピアシングリベット１が被締結部材へ締結されるときパンチ（図示せず）によってフランジ５が変形しても、被締結部材が滑らかに流れるように形成されている。実験例では、曲面９の曲率半径Ｒ１は２ｍｍに設定された。
【００１１】
本発明において、軸部７の空洞６は、軸部先端（図１の軸部７の下端）からフランジ５側に向けて角度αをもって収束するようにテーパした円錐部分１０と、円錐部分１０からフランジ５側の端部に至る、内径がＤ２の直円筒部分１１とを有するように形成される。円錐部分１０の角度αは、７０度〜１１０度である。この角度は、最後の被締結部材においては、軸部先端が半径方向外方に展開するように変形させられるとともに貫通せずにその中に留まるのに適合した角度である。実験例では、９０度に設定された。また、直円筒部分１１の内径Ｄ２は、その部分の軸部７の肉厚を定める値に設定される。この点については後述する。更に、軸部先端には、外径Ｄ１で半径方向長さＴ１のリング形状のほぼ平坦な先端面１３が形成されている。このリング形状のほぼ平坦な先端面１３の半径方向長さＴ１は、０．２〜０．６ｍｍ（軸部外径Ｄ１の約３％〜１０％）にされる。この先端形状は、できるだけシャープ（先鋭）であるのがよいが、締結の確実さの観点から、実験例では、先端面１３の半径方向長さＴ１は、０．３ｍｍに設定された。
【００１２】
セルフピアシングリベット１において、軸部７は、空洞６の直円筒部分１１における肉厚Ｔ２（すなわち、軸部外径Ｄ１−空洞内径Ｄ２）が、軸部外径Ｄ１の２５％〜４５％に選定される。かかる肉厚によって、アルミニウム製セルフピアシングリベットの軸部の強度を確保することができる。実験例では、肉厚Ｔ２は２．１ｍｍに設定され、空洞内径Ｄ２は２ｍｍに設定された。空洞６の上端１４は、広い角度βのなだらかな湾曲面に形成し円筒壁面に大きな曲率半径Ｒ２で連続するように形成するのが好ましい。これによって、打込み時の割れに対する強度を高くできる。実験例では、角度βは、１６０度に設定し、曲率半径Ｒ２は、０．５ｍｍに設定した。また、フランジの軸方向長さ（厚さ）Ｌ１は、軸部外径Ｄ１の５％〜２０％に設定されるのが好ましい。これによって、打込み方向におけるフランジの反りを防止しつつ、被締結部材２の表面からのフランジ５の出っ張り量を小さくすることができる。実験例では、０．９ｍｍに設定した。軸部７の全長Ｌ２は、被締結部材２及び３の総厚さとリベット締結装置のダイ（図示せず）の深さとの和に設定されるのが好ましい。軸部７が長過ぎるとフランジ５の下面が被締結部材２の表面へ密着せず、そのため、被締結部材２及び３結合の耐久性が低くなり、軸部７が短か過ぎるとアンダーカット量が少なくなったり、あるいは、軸部７の割れを生ずる惧れがある。軸部７の空洞６の全長Ｌ３は、被締結部材２及び３の総厚さのほぼ７０％以上であるのが好ましい。更に、中央が突出した締結ダイを用いる場合には、そのダイ中央部分と空洞６の上端１４との隙間が下側被締結部材の厚さ以上になる長さであるのが好ましい。実験例では、空洞６の全長Ｌ３は、４ｍｍに設定された。なお、円錐部分１０の下端とリング形状の先端面１３の内縁部との交点の部分は、図１に図示のように、角張っていてもよいが、なだらかに湾曲しているのが好ましい。これによって、セルフピアシングリベットの打込みのとき、被締結部材の流れの抵抗が小さくなり、締結が一層良好になる。
【００１３】
かかる構成で成るセルフピアシングリベット１を、複数の被締結部材２及び３に、例えば、米国特許第６，３２５，５８４号明細書等に示されるパンチとダイを有する公知の締結装置によって、打込む。軸部７の先端が複数の被締結部材２及び３に打込まれて軸部７が被締結部材中に穿通され、軸部７の先端の空洞６の円錐部分１０に相当する部分が半径方向外方に展開するように変形させられるとともに、軸部先端のリング状平坦面１３はダイに隣接する被締結部材すなわち最後の被締結部材３を貫通せずにその中に留まり、展開した軸部とフランジ５とが複数の被締結部材を挟持して該被締結部材が相互に連結される、図２は、セルフピアシングリベット１を２つの被締結部材２及び３に締結して両被締結部材を相互に連結した様子を示す。実験例において、打込まれたセルフピアシングリベット１は、その軸部７の先端が半径方向外方に展開しており、最後の被締結部材３にアンダーカット１５をもって食い込んでいた。従って、被締結部材２及び３は確実に且つ強固に連結された。
【００１４】
更に、セルフピアシングリベットを被締結部材に打込むとき、そのセルフピアシングリベットの温度を少なくともマイナス１００℃以下にするのが好ましい。このように、被締結部材へ打込むとき、温度をマイナス１００℃以下にすることによって、被締結部材の板厚さを常温の場合より厚くすることが可能になる。従って、厚い被締結部材への打込みが可能になる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明のセルフピアシングリベットによれば、直円筒の軸部の空洞は、軸部先端からフランジ側に向けて収束するように角度７０度〜１１０度をもってテーパした円錐部分と、該円錐部分からフランジ側の端部に至る直円筒部分とを有するように形成され、軸部先端には軸部外径と同じ外径のリング形状のほぼ平坦な先端面が形成されているので、潰れることなく被締結部材に穿通され、最後の被締結部材においては、軸部先端が半径方向外方に展開するように変形させられるとともに貫通せずにその中に留まり、軸部先端部分の最後の被締結部材における、半径方向の穿通長さすなわちアンダーカット量は十分に大きくでき、最後の被締結部材をパンチ側の被締結部材に結合するのに十分な強度が得られた。そして、本発明のセルフピアシングリベットは、アルミニウム又はアルミニウム合金であるので、アルミニウム自動車ボデーから分離することなく廃棄できる、リサイクルも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセルフピアシングリベットの断面図である。
【図２】図１に示すセルフピアシングリベットを被締結部材に打込み締結従って後の断面図である。
【符号の説明】
１　セルフピアシングリベット
２　被締結部材
３　被締結部材（最後の被締結部材）
５　フランジ
６　空洞
７　軸部
１０　空洞の円錐部分
１１　空洞の直円筒部分
１３　軸部先端のリング状平坦部分
１４　空洞の上端
１５　アンダーカット
【図１】
2004060855.tif 000003
【図２】
2004060855.tif 000004