(57)【要約】【課題】高強度リベット継手、リベットおよびリベット構造体を提供する。【解決手段】２枚以上重ねた被接合材をリベットで固定したリベット継手であって、リベット継手における孔の断面形状が、切り欠き頂点間の中心角が互いに６０〜１２０°の範囲をなす４箇所の円周上に凸状の切り欠きを有することを特徴とする高強度リベット継手。２枚以上重ねた被接合材を固定するリベットであって、リベット軸部上で、突起頂点間の中心角が互いに６０〜１２０°の範囲をなす４箇所に凸状の突起を有することを特徴とする高強度リベット。リベット継手における孔の中心と何れかの切り欠きの頂点を結ぶ線と、リベット継手に作用する荷重方向とのなす角が３０〜６０°となるようにリベット継手を少なくとも１つ配置したことを特徴とする高強度リベット構造体。【選択図】  図１
2005054825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚以上重ねた被接合材をリベットで固定したリベット継手であって、リベット継手における孔の断面形状が、切り欠き頂点間の中心角が互いに６０〜１２０°の範囲をなす４箇所に凸状の切り欠きを有することを特徴とする高強度リベット継手。
【請求項２】
切り欠きの断面形状が孔半径の１０〜３０％の半径からなる半円状であることを特徴とする請求項１記載の高強度リベット継手。
【請求項３】
切り欠きの断面形状が孔半径の１０〜３０％の半径からなる円弧と、孔半径よりも大きな半径からなる１つ以上の円弧から形成されることを特徴とする請求項１記載の高強度リベット継手。
【請求項４】
２枚以上重ねた被接合材を固定するリベットであって、リベット軸部上で、突起頂点間の中心角が互いに６０〜１２０°の範囲をなす４箇所に凸状の突起を有することを特徴とする高強度リベット。
【請求項５】
突起の断面形状が軸半径の１０〜３０％の半径からなる半円状であることを特徴とする請求項４記載の高強度リベット。
【請求項６】
突起の断面形状が軸半径の１０〜３０％の半径からなる円弧と、軸半径よりも大きな半径からなる１つ以上の円弧から形成されることを特徴とする請求項４記載の高強度リベット。
【請求項７】
請求項１〜３の何れか１項に記載のリベット継手を有する構造体において、リベット継手における孔の中心と何れかの切り欠きの頂点を結ぶ線と、リベット継手に作用する荷重方向とのなす角が３０〜６０°となるようにリベット継手を少なくとも１つ配置したことを特徴とする高強度リベット構造体。
【請求項８】
請求項４〜６の何れか１項に記載のリベットを有する構造体において、リベット軸部の中心と何れかの突起の頂点を結ぶ線と、リベットに作用する荷重方向とのなす角が３０〜６０°となるようにリベットを少なくとも１つ配置したことを特徴とする高強度リベット構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車、家電、船舶、橋梁、建設機械、建築構造物、各種プラント、航空機等で用いられるリベット、リベット継手およびリベット構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、航空機等に用いられるリベット継手では、溶接などの溶融接合方法に比べて高い疲労強度が得られるが、静的に引張せん断荷重を与えた場合、図５および図６に示すようにリベット孔縁の応力集中部１３からき裂９が発生して破断強度が低下するという問題があった。
【０００３】
しかし、これまでは接合部材同士を強固に結合することを目的にブラインドリベットに関して特許文献１もしくは類似の技術が開示されているにとどまっている。
【０００４】
特許文献１ではブラインドリベット本体の外表面に溝または凸部を周設することにより、溝または凸部が被接合材の下穴に食い込む結果、被結合部材同士を強固に結合させるリベットが開示されている。なお、本発明の孔とはリベット継手において、リベットが通された状態での孔を意味し、被接合材に予め加工されたいわゆる下穴とは区別する。
【０００５】
また、破断強度の向上を目的としないが、リベット構造に関する技術はいくつか開示されており、例えば特許文献２では打ち込み性能を向上させるためにリベットの打ち込み方向に向けて略三角形状の凸部を有する構造が開示されている。また特許文献３では軸部の膨れや曲りを防止する目的から軸部の先端部が中空かつ環状に複数の溝を形成させたリベットが開示されている。
【０００６】
またさらにアルミニウムまたはアルミニウム合金を被接合材として、リベットの全長と被接合材の板厚の比、全長と肉厚の比、および被接合材に対するリベットの硬度の比を規定したアルミニウム合金製リベットが特許文献４に開示されている。
【０００７】
また孔については、疲労強度の向上を目的に、レーザー照射により予め加工された下穴の周辺を焼き入れて強化する方法が特許文献５に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１９５２２６号公報
【特許文献２】
特開２００１−１３２７１７号公報
【特許文献３】
特開平１１−１５９５１０号公報
【特許文献４】
特開２００１−１５９４０９号公報
【特許文献５】
特開平１０−２５１７４３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のうち、まず特許文献１では、ブラインドリベットに関して軸の外表面に周方向に溝または凸部を設ける構造にしているが、孔が切り欠きを有するかもしくはリベット軸が突起を有する本発明とは異なる構造である。
【００１０】
次に特許文献２は、打ち込み性能向上を目的に、リベット先端部に打ち込み方向に向けて略三角形状の突起を設けた構造であり、静的強度の向上を目的に孔が切り欠きを有するかあるいはリベット軸が突起を有する本発明とは、構造・目的とも異なる発明である。
【００１１】
また、特許文献３は特許文献１と同じく、軸の先に環状の溝を設け、かつ中空構造にしたリベットであり、本発明とは異なる構造である。
【００１２】
またさらに、特許文献４はアルミニウム合金製のリベットについて、全長、径、硬さを被接合材との比で規定したものであり、孔が切り欠きを有するかリベット軸が突起を有する本発明とは異なる発明である。
【００１３】
被接合材の予め加工した下穴の強化方法を示した特許文献５は、レーザー照射による焼入れ効果を用いて下穴周辺を強化する方法であり、リベット打設後の孔が切り欠きを有する本発明とは本質的に異なる発明である。
【００１４】
本発明は、従来の場合より、より強度に優れたリベット、リベット継手およびリベット構造体を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の要旨とするところは、
（１）２枚以上重ねた被接合材をリベットで固定したリベット継手であって、リベット継手における孔の断面形状が、切り欠き頂点間の中心角が互いに６０〜１２０°の範囲をなす４箇所に凸状の切り欠きを有することを特徴とする高強度リベット継手、
（２）切り欠きの断面形状が孔半径の１０〜３０％の半径からなる半円状であることを特徴とする上記（１）の高強度リベット継手、
（３）切り欠きの断面形状が孔半径の１０〜３０％の半径からなる円弧と、孔半径よりも大きな半径からなる１つ以上の円弧から形成されることを特徴とする上記（１）の高強度リベット継手、
（４）２枚以上重ねた被接合材を固定するリベットであって、リベット軸部上で、突起頂点間の中心角が互いに６０〜１２０°の範囲をなす４箇所に凸状の突起を有することを特徴とする高強度リベット、
（５）突起の断面形状が軸半径の１０〜３０％の半径からなる半円状であることを特徴とする上記（４）の高強度リベット、
（６）突起の断面形状が軸半径の１０〜３０％の半径からなる円弧と、軸半径よりも大きな半径からなる１つ以上の円弧から形成されることを特徴とする上記（５）の高強度リベット、
（７）上記（１）〜（３）の何れか１項に記載のリベット継手を有する構造体において、リベット継手における孔の中心と何れかの切り欠きの頂点を結ぶ線と、リベット継手に作用する荷重方向とのなす角が３０〜６０°となるようにリベット継手を少なくとも１つ配置したことを特徴とする高強度リベット構造体、
（８）上記（４）〜（６）の何れか１項に記載のリベットを有する構造体において、リベット軸部の中心と何れかの突起の頂点を結ぶ線と、リベットに作用する荷重方向とのなす角が３０〜６０°となるようにリベットを少なくとも１つ配置したことを特徴とする高強度リベット構造体、
にある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明のリベット、リベット継手およびリベット構造体が引張せん断強度に優れているのは以下の理由による。
【００１７】
本発明者らは、従来の図７のような孔１および図８のようなリベット軸５の断面形状が円形のリベットの場合、図５および図６に示すように被接合材４の孔１の端部（内周端部）で、孔中心と端部とを結ぶ線と荷重方向とのなす角が略９０°の位置１３において応力が集中する結果、この位置１３から破壊９が発生して静的強度が低下することに着眼し、この位置の応力集中を低減できる孔形状およびリベット形状を検討した。
【００１８】
その結果、図１に示すように、リベット継手の孔１の断面形状が、円形孔の場合の応力集中部１３を挟む両側で計４箇所に円形孔に接続する凸状の切り欠き２（被接合材４から見ると凹溝状の切り欠き２）を有する切り欠き２付の孔１とすることにより、応力集中部１３の応力が格段に低減でき、引張せん断強度に優れたリベット継手になることを見出した。この場合、リベットの形状は従来用いられているように軸部の断面が円形であるものでも差し支えないことが判明した。またリベット軸５の断面形状を図３に示すように、前記各凸状の切り欠き２に対応する位置の４箇所に同形状の凸状の突起７を一体に設けた円形にすることにより、打ち込み時に被接合部材４の孔１に図１のように切り欠き２を設けることが可能となるため、このリベットを用いることで引張せん断強度が向上することも見出した。
【００１９】
次に孔における切り欠き２の位置については、応力集中位置１３での応力を低下させるためには、応力集中位置１３を挟むように切り欠き２を配置すること、すなわち孔の場合、図９に示すように、孔１の中心点から切り欠き２における最も離れた内周部分を頂点とすると（以下、切り欠き頂点とも言う）、切り欠き２の頂点間の中心角３が互いに６０〜１２０°になる４箇所に切り欠き２が配置されるとさらに効果的であることを知見した。切り欠き２が半円形の場合には、中心角３はいずれも９０°であることが好ましい。図１０に示すようにこの角度が６０°より小さいかあるいは１２０°より大きくなると、中心角３が６０°より狭い２つの切り欠き２の間の応力集中部１３の応力は小さくなるが、その両側の切り欠き２の先端での応力が大きくなってしまい破壊の起点となるため、静的強度は低下してしまう。逆に中心角３が１２０°より広い部分では、図１１のように２つの切り欠き２の間にある孔の縁での応力集中を十分に低減させることができず、いずれも静的強度を向上させることが困難であることが判明した。図１２に示すようにリベットの軸５に軸方向に所定長伸びる凸状の突起７を設ける場合にも突起７の位置は上述の孔１の切り欠き２と同じ中心角３となるように配置することにより同様の効果が得られることも知見した。
【００２０】
また孔１の切り欠き２の断面形状を詳細に検討した結果、図１に示す孔１の半径（半径寸法）１’の１０〜３０％の半径（半径寸法）からなる半円状の場合に、応力集中部１３での応力が大きく低下することを見出した。これは、切り欠き２の半径２’が孔１の半径１’の１０％の半径より小さくなると孔縁での応力集中はほとんど変化せず、また孔の半径１’の３０％の半径より大きくなると切り欠き２の頂点に相当する位置での応力集中が大きくなって、静的な破壊の起点になり、いずれの場合にも引張せん断強度は向上しないからである。切り欠き２の半径２’は、孔の半径１’の２０％の半径とすることが好ましい。
【００２１】
またさらに、図２のように孔の半径１’の１０〜３０％の半径寸法である半径２’からなる円弧と、孔１よりも大きな半径２’’からなる円弧を１つ以上組み合わせることにより、孔縁の応力集中を大きく低減できることを見出した。この場合、孔よりも大きな半径２’’からなる円弧が応力集中部１３に来るように、すなわち大きな半径２’’の円弧の頂点と孔中心を結ぶ線が、主たる荷重方向１０と直角を成す場合に応力集中を大きく低減できることが判明した。このような切り欠き形状の改善による応力低減効果は、リベット軸５に一体に設ける突起７にも全く同様に当てはまり、図４のようにリベット軸５の突起の半径７’および７’’と軸半径５’との間にも上記の切り欠き半径２’，２’’の関係を満足すれば引張せん断強度を向上できることを知見した。
【００２２】
次に孔１の切り欠き２の配置方向について述べる。図１３に示すように孔１の中心と何れかの切り欠き頂点を結ぶ線と、リベット継手に作用する荷重方向１０とのなす角１１は３０〜６０°とすることが好ましい。上記の角度が３０°より小さいか６０°より大きいと、切り欠き頂点での応力集中が大きくなり、場合によっては切り欠きの無い場合よりも応力が大きくなる。好ましくは４５°とする。リベット軸５における突起７の配置と荷重方向との関係についても全く同様のことが当てはまり、図１４のようにリベット軸部５の中心と何れかの突起７の頂点を結ぶ線と、リベットに作用する荷重方向１０のなす角の制約条件は、孔１の切り欠き頂点と孔中心とを結ぶ線とリベット継手に作用する荷重方向のなす角の関係と同じである。
【００２３】
なお、本発明のリベット継手又はリベットに作用する荷重方向とは、リベット継手又はリベットに作用する荷重のうち、最も大きな荷重の方向と定義し、荷重方向が不明な場合には、リベット近傍の種々の方向からなる応力またはひずみを一定時間連続的に測定するか、あるいは外力条件をもとに数値解析を行って応力またはひずみ分布を明らかにして、応力またはひずみの絶対値が最も大きな値を示す方向をもって主たる荷重方向とする。
【００２４】
本発明のリベットでは、軸部の断面形状以外の形状・寸法を特に規定していないが、軸部を中空にしたり、打ち込み性能を向上させるために打ち込み方向に対して先端を鋭利にしたりしても本発明の効果を失うものではない。また、本発明のリベット構造は、予め開いている下穴にリベットを打設する通常のリベット以外にも、ブラインドリベット、打ち込みリベットなどリベット形式によらず適用することが可能である。また丸リベット、皿リベット、平リベットなど頭部の形によらず適用が可能である。またさらに突起を有するリベットの場合、軸部全長に渡って突起を形成する必要はなく、被接合部材と接触する部分のみに突起が形成されていれば引張せん断強度を向上させることが可能である。
【００２５】
また本発明では孔もしくはリベット軸の形状を改善することにより静的強度を向上させているため、リベットおよび被接合材の材質は特に限定するものではなく、鉄であってもアルミニウムおよびアルミニウム合金であっても、セラミックスなど他の素材であっても、これらの組合せであっても差し支え無く、同様に引張せん断強度の向上が可能である。また、本発明では特にリベットの強度について規定していないが、リベット自身の強度が不足していると、被接合材で破壊が開始する前にリベットが破壊を開始し、強度向上が得られないので、被接合材より高強度な材質をリベットに用いることが好ましい。
【００２６】
【実施例】
実施例として、板厚１．０ｍｍおよび２．３ｍｍの４４０ＭＰａ級および７８０ＭＰａ級鋼板を被接合材に用いて幅３０ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋼片を切り出し、同種材同士の組合せで、長さ方向に３０ｍｍをラップさせて、予め下穴を加工し、リベットを打設して引張せん断試験片を製作した。このとき、リベット打設後の孔形状が本発明になるように下穴を加工した継手あるいはリベットに突起を加工した継手を用いた。孔およびリベットの形状は表１に示す。比較のため従来から用いられている円形断面の軸を持つ皿リベットについても継手を製作し、試験を行った。結果は、最大荷重で評価した。
【００２７】
結果を同じく表１に示す。本発明の孔及び／またはリベットを用いた継手の引張せん断強度は、全て同じ板厚、同じ強度クラスの被接合材を用いた比較継手に比べて２０％以上向上している。本実施例のＮｏ．７およびＮｏ．１５は、切り欠きと孔中心とを結ぶ線、および突起と軸中心とを結ぶ線と、荷重とのなす角が３０°より小さく６０°より大きいため、他の実施例に比べて若干低強度であるが、それでも比較継手よりも高い強度を示した。
【００２８】
【表１】
2005054825.tif 000003
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は切り欠きを有する孔または突起を有するリベットを用いることによりリベット継手の引張せん断強度を向上させているため、被接合材料および構造部材の種類によらず高い強度を安定して向上させることが可能であり、その工業的意味は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例に係るリベット継手の孔の形状を示す図である。
【図２】別の本発明例に係るリベット継手の孔の形状を示す図である。
【図３】本発明例に係るリベットの形状を示す正面図と断面図である。
【図４】別の本発明例に係るリベット継手の形状を示す正面図と断面図である。
【図５】従来リベット継手におけるき裂発生状況を示した図である。
【図６】従来リベット継手における孔近傍のき裂発生状況を示した平面図と、正面図である。
【図７】従来のリベット継手の孔の形状を示す図である。
【図８】従来のリベットの形状を示す正面図と断面図である。
【図９】本発明における孔の切り欠き間の中心角を示す図である。
【図１０】孔の切り欠き間の中心角を示す別の図である。
【図１１】孔の切り欠きの中心角を示す別の図である。
【図１２】本発明におけるリベット軸の突起間の中心角を示す図である。
【図１３】本発明における切り欠き頂点と孔中心を結ぶ線と主たる荷重方向とのなす角を示す図である。
【図１４】本発明における軸の突起頂点と軸中心を結ぶ線と主たる荷重方向とのなす角を示す平面図と正面図である。
【符号の説明】
１  リベット継手の孔
１’  孔の半径
２  孔の切り欠き
２’  孔の切り欠きを形成する円弧の半径
２’’  孔の切り欠きを形成する別の円弧の半径
３  切り欠きの頂点間の中心角
４  被接合材
５  リベットの軸
５’  リベットの軸の半径
６  リベットの頭部
７  リベット軸部の突起
７’  リベット軸部の突起を形成する円弧の半径
７’’  リベット軸部の突起を形成する別の円弧の半径
８  リベット軸部の突起の頂点間の中心角
９  き裂
１０  荷重
１１  切り欠きの先端と孔中心とを結ぶ線と荷重方向とのなす角
１２  突起の先端と軸中心とを結ぶ線と荷重方向とのなす角
１３  応力集中位置
【図１】
2005054825.tif 000004
【図２】
2005054825.tif 000005
【図３】
2005054825.tif 000006
【図４】
2005054825.tif 000007
【図５】
2005054825.tif 000008
【図６】
2005054825.tif 000009
【図７】
2005054825.tif 000010
【図８】
2005054825.tif 000011
【図９】
2005054825.tif 000012
【図１０】
2005054825.tif 000013
【図１１】
2005054825.tif 000014
【図１２】
2005054825.tif 000015
【図１３】
2005054825.tif 000016
【図１４】
2005054825.tif 000017