(57)【要約】【課題】自己穿孔型リベットにより、ダイカスト等により形成された展延性が悪い被締結部材を割れが発生しないように締結する自己穿孔型リベット締結装置用のダイを提供する。【解決手段】大径の頭部(11)と頭部から垂下する中空の脚部(12)とを有する自己穿孔型リベット(10)を打込むパンチ(4)とダイ(50)を有し、パンチにより、ダイ上に配置された被締結部材(41,42)に自己穿孔型リベット(10)を打込むように構成された自己穿孔型リベット締結装置(1)用のダイ(50)であって、ダイの上面には、パンチにより打込まれた自己穿孔型リベットによって突き出された被締結部材(41,42)の部分を受入れるキャビティ(51)が形成され、キャビティは、キャビティの中心軸の周りに軸対称であり、中央部の円形の凹面(52)と、円形の凹面(52)の周りを取り囲む凸面(54)と、凸面の周りを取り囲む外周部の凹面(53)と、を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大径の頭部と前記頭部から垂下する中空の脚部とを有する自己穿孔型リベットを、自己穿孔型リベット締結装置のパンチにより、ダイ上に配置された被締結部材に打込むように構成された自己穿孔型リベット用ダイであって、
前記ダイの上面には、前記パンチにより打込まれた前記自己穿孔型リベットによって突き出された前記被締結部材の部分を受入れるキャビティが形成され、前記キャビティは、前記ダイの中心軸の周りに軸対称であり、前記キャビティの中央部の円形の面と、前記円形の面と前記キャビティの縁部との間の凸面とを有することを特徴とするダイ。
【請求項２】
請求項１に記載のダイにおいて、前記円形の面は、平面であるか又は前記中心軸上に中心を有する単一の半径の球形状の凹面であるダイ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のダイにおいて、前記凸面は、前記中心軸を通る断面において、台形又は三角形又は上向きに凸形状の円弧で形成されるダイ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載のダイにおいて、前記凸面と前記キャビティの縁部との間に、更に外周部の面を有するダイ。
【請求項５】
請求項４に記載のダイにおいて、前記外周部の面は、前記中心軸を通る断面において、直線又は下向きに凹形状の円弧であるダイ。
【請求項６】
大径の頭部と前記頭部から垂下する中空の脚部とを有する自己穿孔型リベットを、自己穿孔型リベット締結装置のパンチにより、ダイ上に配置された被締結部材に打込むように構成された自己穿孔型リベット用ダイであって、
前記ダイの上面には、前記パンチにより打込まれた前記自己穿孔型リベットによって突き出された前記被締結部材の部分を受入れるキャビティが形成され、前記キャビティは、前記ダイの中心軸の周りに軸対称であり、前記キャビティの中央部の円形の凹面と、前記中央部の円形の凹面の外周を取り囲む凸面と、前記凸面を取り囲み、前記キャビティの縁部に隣接する外周部の凹面とを有することを特徴とするダイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大径の頭部と該頭部から垂下する中空の脚部とを有する自己穿孔型リベットを使用して複数の被締結部材を締結する自己穿孔型リベット締結装置に用いるダイに関する。特に、ダイカスト材等の展延性の悪い材料で出来た被締結部材を締結する場合に使用するダイに関する。
【背景技術】
【０００２】
自己穿孔型リベットは、被締結部材に予め締結するためのボルト等を挿通する孔を加工しておかなくても、リベットを打ち込むだけで簡単に被接合部材を接合できるという利点がある。
図１は、従来の自己穿孔型リベット締結装置の自己穿孔型リベットを締結する部分の拡大図である。自己穿孔型リベット締結装置1は、ダイ20とノーズ3とによって２つの被締結部材41及び42を強い力（矢印参照）でクランプする。自己穿孔型リベット10は、大径の頭部11と頭部11から垂下する中空円筒の脚部12とを有する。
【０００３】
ダイ20は、上面にキャビティ21を有し、キャビティの底面22はほぼ平面である。ダイ20上に配置された被締結部材41,42に、パンチ4により、自己穿孔型リベット10が打込まれる。自己穿孔型リベット10の脚部先端13はパンチ4に隣接するパンチ側の被締結部材41を貫通し、ダイ20に隣接する受側の被締結部材42は貫通せずに、その中に留まる。自己穿孔型リベット10の脚部12の先端がダイ20により半径方向外方に展開するように変形する。被締結部材42の中で開いた脚部12と頭部11とによって被締結部材41,42が相互に連結される。
図１では、キャビティ21の底面22はほぼ平坦に形成されている。キャビティ21には、この形状とは異なり、その中央にパンチ側に突出する突部が設けられているものもある。
【０００４】
このような自己穿孔型リベットは、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いる。自動車のボデーは軽量化が進められ、アルミニウムボデーも採用され、自己穿孔型リベットの需要は増大している。特に、自己穿孔型リベットは、上側（パンチ側）の被締結部材41は穿通するが、ダイ20に隣接する下側（受側）の被締結部材42は貫通せずにその中に留まるように打込まれるので、受側の被締結部材42の表面にはリベット穿通孔が形成されない。そのため、受側被締結部材42への密封性が損なわれず、また外観がそのまま維持されるという利点がある。
【０００５】
このような、従来のダイ20を用いる自己穿孔型リベット締結装置を使用して、ダイカスト材等の展延性の悪い被締結部材41及び42を締結する場合、パンチによって打込まれる自己穿孔型リベット10の脚部12の先端が被締結部材41,42の中に穿孔して押込まれ、ダイ20のキャビティ21により変形したとき、被締結部材41,42が塑性変形に耐えられず、割れが発生する場合がある。特に、下側の被締結部材42に割れが発生する場合が多い。
【０００６】
特許文献１は、セルフピアス（自己穿孔型）リベットを用いて、低延性材で出来た被接合部材を接合することを開示する。特許文献１は、セルフピアスリベットを打ち込むとき、リベット打ち込み点を中心として被接合部材を加熱することにより、被接合部材が低延性材であるときでも、リベット打ち込みによる亀裂などの不具合の発生を防止できるとしている。
しかし、特許文献１の接合方法は、被接合部材を加熱するための加熱装置が必要であり、また被接合部材を加熱するので、接合時間がかかるという欠点があった。
【０００７】
このように、自己穿孔型リベットは、被締結部材に孔あけ加工しておかなくても簡単に被接合部材を接合できるが、ダイカスト等により作成された展延性の悪い被締結部材は、自己穿孔型リベットにより締結すると、下側の被締結部材に割れが発生する場合が多い。
特許文献１の自己穿孔型リベットによる接合方法は、被締結部材に割れが発生しにくいとしているが、締結する際付加的な作業が必要になり、本来簡単である締結作業が複雑になるという欠点がある。
そのため、展延性の悪い被締結部材を自己穿孔型リベットにより締結する場合に、被締結部材に割れが発生するのを防止する自己穿孔型リベット締結装置と締結方法が求められていた。
【０００８】
本発明者は、特願2011-281060号（以下「前出願」という）において、ダイのキャビティの深さを浅くし、キャビティの面を単一のRの凹状の球面で形成することにより、被締結部材の変形を最小限に押さえることができ、被締結部材が割れにくくなるという発明を出願した。
【０００９】
しかし、前出願のダイのキャビティの面を単一のRの凹状の球面で形成したダイを使用しても、下側の被締結部材が展延性の悪い材料で出来ている場合は、自己穿孔型リベットの脚部により上側の被締結部材が破断した直後に、下側の被締結部材に大きな応力がかかり、割れが生じる場合がある。
【００１０】
そのため、展延性の悪い被締結部材を自己穿孔型リベットにより締結する場合に、被締結部材に割れが発生するのを更に防止する自己穿孔型リベット締結装置用のダイが求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−７２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、自己穿孔型リベットにより、展延性が悪い被締結部材を簡単に割れが発生しないように締結することが出来る自己穿孔型リベット締結装置用のダイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するため、本発明者は、ダイのキャビティの深さを浅くし、キャビティの面を中央部の凹面と、外周部の凹面と、それらの間の凸面で形成することにより、締結時に下側の被締結部材の変形を小さく押さえることができ、下側の被締結部材が割れにくくなることを見出した。
【００１４】
本発明の１態様は、大径の頭部と前記頭部から垂下する中空の脚部とを有する自己穿孔型リベットを、自己穿孔型リベット締結装置のパンチにより、ダイ上に配置された被締結部材に打込むように構成された自己穿孔型リベット用ダイであって、
前記ダイの上面には、前記パンチにより打込まれた前記自己穿孔型リベットによって突き出された前記被締結部材の部分を受入れるキャビティが形成され、前記キャビティは、前記ダイの中心軸の周りに軸対称であり、前記キャビティの中央部の円形の面と、前記円形の面と前記キャビティの縁部との間の凸面とを有することを特徴とするダイである。
【００１５】
キャビティは、キャビティの中央部の円形の面と、この円形の面を取り囲み、円形の面とキャビティの縁部との間の凸面とを有する。自己穿孔型リベットの脚部の下側には、キャビティの凸面が位置しキャビティが浅くなっているので、脚部により変形した被締結部材の部分は、凸面に当接し、変形を小さく抑えることが出来る。
【００１６】
前記円形の面は、平面であるか又は前記中心軸上に中心を有する単一の半径の球形状の凹面である。
キャビティの中央部は比較的深く、変形した被締結部材の部分を受け入れることができる。
【００１７】
前記凸面は、前記中心軸を通る断面において、台形又は三角形又は上向きに凸形状の円弧で形成される。
これにより、凸面が十分突出し、キャビティの凸面の部分を浅くすることができる。
【００１８】
前記凸面と前記キャビティの縁部との間に、更に前記凸面の外周を取り囲む外周部の面を有してもよい。
前記外周部の面は、前記中心軸を通る断面において、直線又は下向きに凹形状の円弧でもよい。
【００１９】
本発明の別の態様は、大径の頭部と前記頭部から垂下する中空の脚部とを有する自己穿孔型リベットを、自己穿孔型リベット締結装置のパンチにより、ダイ上に配置された被締結部材に打込むように構成された自己穿孔型リベット用ダイであって、
前記ダイの上面には、前記パンチにより打込まれた前記自己穿孔型リベットによって突き出された前記被締結部材の部分を受入れるキャビティが形成され、前記キャビティは、前記ダイの中心軸の周りに軸対称であり、前記キャビティの中央部の円形の凹面と、前記中央部の円形の凹面の外周を取り囲む凸面と、前記凸面を取り囲み、前記キャビティの縁部に隣接する外周部の凹面とを有することを特徴とするダイである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のダイを使用して自己穿孔型リベットを締結すると、従来のダイを用いる場合より、被締結部材の変形を少なくすることができ、展延性の悪い被締結部材を締結したときの割れを少なくすることができる。
その結果、自己穿孔型リベットにより、展延性が悪い被締結部材を簡単に締結することが出来る自己穿孔型リベット締結装置用のダイを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の自己穿孔型リベット締結装置の自己穿孔型リベットを締結する部分の拡大図である。
【図２】図１のダイの一部を断面とした側面図である。
【図３】図２の鎖線部分Aの拡大断面図である。
【図４】前出願のダイの拡大断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のダイの拡大断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態のダイの拡大断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態のダイの拡大断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態のダイの拡大断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態のダイの拡大断面図である。
【図１０】自己穿孔型リベットの一部を断面とした側面図である。
【図１１】第１の実施形態のダイのキャビティの部分の断面図である。
【図１２】図４のダイを使用して被締結部材を締結する中間段階において被締結部材にかかる力のシミュレーションである。
【図１３】本発明の第１の実施形態のダイを使用して被締結部材を締結する中間段階において被締結部材にかかる力のシミュレーションである。
【図１４】図１３より締結動作が進んだ中間段階において被締結部材にかかる力のシミュレーションである。
【図１５】図１４より更に進み、締結動作が完了した段階において被締結部材にかかる力のシミュレーションである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明による自己穿孔型リベット用ダイの実施形態について、従来のダイ、先発明のダイと比較して説明する。
【００２３】
図２は、図１の自己穿孔型リベット締結装置1に用いる従来のダイ20の一部を断面とした側面図である。ダイ20は、中心軸の周りに軸対称であり、円柱形の基部25と、その上の基部25より大きい外径の円柱形である加工部24とを有する。加工部24の上部はリベット10の脚部12を変形させるように、高速度工具鋼等の硬質材料で出来ている。加工部24の上面には、自己穿孔型リベット10の脚部12を変形させるためのキャビティ21が形成されている。
自己穿孔型リベット10の材質はボロン鋼、クロムモリブデン鋼等の曲げ加工しやすい材料であり、脚部12の外径は3〜5.5mmである。
【００２４】
図３は、図２の従来のダイ20の加工部24の鎖線部分Aの拡大断面図である。ダイ20のキャビティ21は、中心軸l2の周りに軸対称であり、中央部の円形の平面22と、ほぼ円筒形の側面23とを有する。ダイ20の上面でのキャビティ21の径はφ20であり、ダイ20の上面からキャビティ21の中央部の平面22までの深さはD20である。
【００２５】
図４は、本発明者による前出願のダイ30について、図２の鎖線部分Aに対応する部分の拡大断面図である。前出願のダイ30はキャビティ31の形状が従来のダイ20のキャビティ21の形状と異なるが、その他の点は、図２に示す従来のダイ20と同じであり、ダイ30上に配置された被締結部材41,42にパンチ4により自己穿孔型リベット10を打ち込む。
ダイ30のキャビティ31は、中心軸l3の周りに軸対称であり、中心軸l3上に中心を有する単一の半径R32の凹面32で形成されている。ダイ30の上面でのキャビティ31の径はφ30であり、ダイ30の上面からキャビティ31の凹面の一番低い点までの深さはD30である。
【００２６】
（第１の実施形態）
図５は、本発明の第１の実施形態によるダイ50の図２の鎖線部分Aに対応する部分の拡大断面図である。ダイ50のキャビティ51は、中心軸l5の周りに軸対称である。
キャビティ51は、中心軸l5を含む面で切断した断面において、中央部の半径R52の円弧と、ダイ50の上面に接する外周部分の半径R52の円弧と、それらの間の上向きに凸形状の半径R54の円弧とからなる。図５では、中央部の半径R52の円弧と、外周部分の半径R52の円弧とは、中心軸l5上に同じ中心を有し、同じ半径である。しかし、中央部の円弧の半径R52と、外周部分の円弧の半径R52とは異なってもよい。中央部の円弧の中心と外周部分の円弧の中心とは異なっても良い。
【００２７】
立体形状では、キャビティ51は、中央部の凹状の球面である凹面52と、ダイ50の上面に接する外周部の凹状の球面である凹面53とを有する。また、中央部の凹面52と外周部の凹面53との間に凸面54を有する。即ち、中央部の凹面52の外周を凸面54が取り囲み、凸面54の外周を外周部の凹面53が取り囲む。中央部の凹面52と外周部の凹面53との間の部分が凸面54になっていて、凸面54の部分はキャビティ51の深さが浅くなっている。ダイ50の上面でのキャビティ51の径はφ50であり、ダイ50の上面からキャビティ51の中央部の一番低い点までの深さはD50、凹面52,53の半径はR52、凸面54の半径はR54である。
【００２８】
従来のダイ20と自己穿孔型リベット10を用いて上側、下側被締結部材41,42を締結すると、上側被締結部材41が破断した直後に、下側被締結部材42は大きく変形して強い引張り応力がかかり、割れが発生する場合が多い。特にリベットの脚部12が上側被締結部材41を貫通する箇所の下に位置する下側被締結部材42の部分は、大きく変形し割れが発生する場合が多い。
本発明の第１の実施形態では、キャビティ51のリベットの脚部12が上側被締結部材41を貫通する箇所の下部分に凸面54を形成してある。締結するとき、下側被締結部材42は、大きく変形する前に、凸面54に当接する。下側被締結部材42は大きく変形せず、強い引張り応力が発生しないようになっている。そのため、下側被締結部材42に割れが発生しにくい。
【００２９】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態によるダイ60の図２の鎖線部分Aに対応する部分の拡大断面図である。ダイ60のキャビティ61は、中心軸l6の周りに軸対称である。キャビティ61は、中心軸l6を含む面で切断した断面において、中央部の直線と、中央部の直線に隣接する傾斜した直線と、ダイ50の上面に接する外周部分の傾斜した直線と、２つの傾斜した直線の間の上向きに凸形状の半径R64の円弧とからなる。図６では、２つの直線は同一線上にある。しかし、２つの直線は同一線上になくてもよい。
【００３０】
キャビティ61は、中央部の円形の平面62と、円形の平面62を囲む斜面65と、ダイ60の上面に接する外周部の斜面63と、斜面65と外周部の斜面63との間の凸面64とからなる。斜面65と、円形の平面62を囲む斜面65と、外周部の斜面63とはすり鉢状の形状である。ダイ60の上面でのキャビティ61の径はφ60であり、ダイ60の上面からキャビティ61の中央部の平面62までの深さはD60、凸面64の半径はR64である。
第２の実施形態では、キャビティ61の中央部が平面62、平面62の外周は斜面65、外周部は斜面63であるが、凸面64の形状は第１の実施形態の凸面54と同じであり、下側被締結部材42は、大きく変形する前に、凸面64に当接し、変形を抑えられるので、第１の実施形態のダイ50と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態によるダイ70の図２の鎖線部分Aに対応する部分の拡大断面図である。ダイ70のキャビティ71は、中心軸l7の周りに軸対称である。キャビティ71は、中心軸l7を含む面で切断した断面において、中央部の半径R72の円弧と、その端部とダイ70の上面の間の上向きに凸形状の半径R74の円弧とからなる。
キャビティ71は、中央部の凹状の球面である凹面72と、中央部の凹面72とキャビティ70の上面との間の凸面74とからなる。ダイ70の上面でのキャビティ71の径はφ70であり、ダイ70の上面からキャビティ71の底面の一番低い点までの深さはD70、凸面74の半径はR74である。
第３の実施形態は、第１の実施形態と比較して、外周部の凹面53がないが、凸面74を有する点は、第１の実施形態と同様であり、凸面74が下側被締結部材42に当接し、第１の実施形態のダイ50と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態によるダイ80の図２の鎖線部分Aに対応する部分の拡大断面図である。ダイ80のキャビティ81は、中心軸l8の周りに軸対称である。キャビティ81は、中心軸l8を含む面で切断した断面において、中央部の直線と、ダイ80の上面に接する直線と、中央部の直線とダイ80の上面に隣接する直線との間の３つの直線からなる台形部分とからなる。
【００３３】
キャビティ81は、中央部の円形の平面82と、ダイ80の上面に接する外周部の斜面83と、中央部の平面82と斜面83との間の３つの面からなる台形部分84とからなる。外周部の斜面83はすり鉢状の形状である。ダイ80の上面でのキャビティ81の径はφ80であり、ダイ80の上面からキャビティ81の中央部の平面82までの深さはD80である。
第４の実施形態は、図６に示す第２の実施形態と比較して、第２の実施形態のダイ60の凸面64の代わりに台形部分84が設けられている。台形部分84が下側被締結部材42の当接し、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
図８では、中央部の平面82と台形部分84とが隣接するが、中央部の平面82と台形部分84との間に図６に示す斜面65のような斜面を設けることも出来る。
【００３４】
（第５の実施形態）
図９は、本発明の第５の実施形態によるダイ90の図２の鎖線部分Aに対応する部分の拡大断面図である。ダイ90のキャビティ91は、中心軸l9の周りに軸対称である。キャビティ91は、中心軸l9を含む面で切断した断面において、中央部の直線と、ダイ90の上面に接する直線と、中央部の直線とダイ90の上面に接する直線との間の２つの直線からなる三角形部分とからなる。
【００３５】
キャビティ91は、中央部の円形の平面92と、ダイ90の上面に隣接する外周部の斜面93と、中央部の円形の平面92と、外周部の斜面93と、とそれらの間の２つの面からなる三角形部分94とからなる。外周部の斜面93はすり鉢状の形状である。ダイ90の上面でのキャビティ91の径はφ90であり、ダイ90の上面からキャビティ91の中央部の平面92までの深さはD90である。
第５の実施形態は、第４の実施形態と比較して、第４の実施形態のダイ80の台形部分84の代わりに三角形部分94が設けられている。三角形部分94が下側被締結部材42の当接し、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００３６】
（被締結部材にかかる応力のシミュレーション）
次に、前出願の凹面32が単一の半径Rで形成されるキャビティ31を有するダイ30（図４）と、本発明の第１の実施形態の凸面54を有するダイ50（図５）を使用して、自己穿孔型リベット10により、被締結部材41,42を締結し、被締結部材41,42にかかる力について有限要素法によりシミュレーションを行った。また、被締結部材41,42を締結する試験を行った。
【００３７】
図１０は、シミュレーションに使用した自己穿孔型リベット10の一部を断面とした側面図である。リベットの頭部の外径は7.75mm、脚部12の外径は5.3mm、リベットの高さは5.0mmである。
【００３８】
図１１は、本発明の第１の実施形態のダイ50のキャビティ51の部分の断面図である。キャビティ51の径φ50は12.5mm、深さD50は2.2mmである。
ダイ50のキャビティ51の径φ50は自己穿孔型リベットの脚部12の外径より、7mm以上大きいとよい。本実施例では、自己穿孔型リベット10の脚部12の外径が5.3mmで、キャビティ51の径φ50は12.5mmとした。キャビティ51の径φ50が小さすぎると、自己穿孔型リベット10をキャビティ51内に受け入れ脚部12を拡径させるのが難しくなる。キャビティの径φ50が大きすぎると、被締結部材41,42の自己穿孔型リベット10が打ち込まれる部分の周囲の部分を支持できず、締結するのが難しくなる。
【００３９】
上側の被締結部材41として軟鋼板（SCGA270-45、板厚0.65mm）と、下側の被締結部材42としてアルミダイカスト材（板厚2.4mm）とを図１０に示す自己穿孔型リベット10により締結した。
【００４０】
（前出願のシミュレーション）
図１２は、前出願のダイ30（図４）を使用して被締結部材41,42を締結する場合に、被締結部材41,42にかかる力のシミュレーション結果である。図１３〜１５は本発明の第１の実施形態によるダイ50を使用して被締結部材41,42を締結する場合のシミュレーション結果である。色が濃い箇所は応力が大きいことを表す。
【００４１】
図１２は、図４に示すダイ30上に被締結部材41,42を配置し、自己穿孔型リベット10により被締結部材41,42を締結する場合の中間段階の断面のシミュレーションである。図１２は、中心軸l3の右側の断面を示し、左側は中心軸l3に対して右側と対称である。
ダイ30は、単一の半径Rの凹面32で形成されたキャビティ31を有する。ダイ30上に被締結部材41,42をセットし、締結部の外周をノーズ（図示せず）で押さえ、自己穿孔型リベット10の脚部先端13を被締結部材41の表面に当接させる。
自己穿孔型リベット10がパンチ4により打込まれると、脚部12は、パンチ4により上側の被締結部材41を破断し、下側の被締結部材42を塑性変形させ始めている。被締結部材42は下方に突き出され、突き出された部分は、ダイ30のキャビティ31内に受入れられる。自己穿孔型リベット10の脚部12により、被締結部材42の脚部12の下の部分（Bで示す部分）は、下方へ変形し、応力が高くなってきているが、まだキャビティ30の凹面32とは間隔があいている。更に脚部12が被締結部材41,42を押し込むと、B部分に更に高い応力が発生し、被締結部材42に割れが発生する場合がある。
【００４２】
（第１の実施形態のシミュレーション）
図１３〜１５は本発明の第１の実施形態によるダイ50を使用して被締結部材41,42を締結する場合のシミュレーション結果である。図１３は、図５の中心軸l5の右側を示し、左側は中心軸l5に対して右側と対称である。図１３は、ダイ50を用いて、自己穿孔型リベット10を被締結部材41,42に打ち込み、締結する途中の被締結部材42がキャビティ51の凸面54に当接する直前の拡大断面図である。図１２と同じ距離だけ自己穿孔型リベット10が打ち込まれた段階を示す。
【００４３】
自己穿孔型リベット10がパンチ4により打込まれると、脚部12は、パンチ4により上側の被締結部材41を破断し、下側の被締結部材42を塑性変形させている。脚部12により被締結部材41は破断し、被締結部材42は下方に突き出され、被締結部材42の突き出された部分は、ダイ50のキャビティ51内に受入れられ、被締結部材42の下面の脚部12の下の部分は、下方へ変形する。被締結部材42のBで示す部分の変形はまだ小さく、応力は高くなっていない。
図１３は、図１２と同じ距離だけ自己穿孔型リベット10が打ち込まれた段階である。図１２では、B部分はまだキャビティ31の凹面32とは間隔があいているが、本発明の第１の実施形態のダイ50を使用した図１３では、B部分はキャビティ51の凸面54に当接する直前で、凸面54とは間隔はあいていない。
【００４４】
図１４は、図１３より少し締結動作が進んだ段階で、被締結部材42のBで示す部分は、キャビティ51の凸部54に当接し、それ以上下向きに変形しないので、Bで示す部分の応力は高くならない。
【００４５】
図１５は、締結動作が完了した段階を示す。被締結部材42は、キャビティ51の凸面54、凹面52に当接し、被締結部材42はそれ以上下方へ移動できないので、自己穿孔型リベット10の脚部12は被締結部材42を半径方向外方へ押しながら、半径方向外方に拡径するように変形する。脚部先端13はダイ50に隣接する下側の被締結部材42を貫通せずにその中に留まる。被締結部材42の中で展開した脚部12と頭部11とによって被締結部材41,42が相互に連結される。
【００４６】
本発明の第１の実施形態によるダイ50は、キャビティ51が凹面52と、凹面53と、凸面54とで形成され、これらの３つの面は、滑らかに連続している。リベット10の脚部12が被締結部材42に食い込む部分の下側では、キャビティ51は浅くなるように凸面54が形成されている。そのため、被締結部材42のBで示す部分の変形量は小さい。そのため、割れが発生しにくい。また、ダイ50の上面とキャビティ51の境界部は鈍角である。そのため、ダイ50の上面とキャビティ51の境界部に当たる被締結部材42の部分にも割れが発生しにくい。
本発明の第１の実施形態によるダイ50を使用して、被締結部材41,42を締結する試験を行った。その結果、シミュレーション結果の通り、被締結部材41,42を締結した後も、被締結部材41,42に割れは発生しなかった。
【００４７】
第２〜５の実施形態によるダイ60,70,80,90を使用する場合も、リベット10の脚部12が被締結部材42に食い込む部分の下側では、キャビティ61,71,81,91が浅くなるように凸面64,74、台形部分84、又は三角形部分94が形成されている。そのため、下側の被締結部材42の割れは発生しにくい。
【００４８】
本発明の実施形態のダイを使用して、展延性の悪いアルミダイキャスト製の被締結部材を自己穿孔型リベットにより締結すると、被締結部材の変形を少なくすることができ、被締結部材に割れが発生しにくくなる。
【符号の説明】
【００４９】
1  自己穿孔型リベット締結装置
3  ノーズ
4  パンチ
10  自己穿孔型リベット
11  頭部
12  脚部
13  脚部先端
20  従来のダイ
21  キャビティ
22  底面
23  側面
24  加工部
25  基部
30  前出願のダイ
31  キャビティ
32  凹面
41  上側（パンチ側）被締結部材
42  下側（受け側）被締結部材
50  第１の実施形態のダイ
51  キャビティ
52  凹面
53  凹面
54  凸面
60  第２の実施形態のダイ
61  キャビティ
62  平面
63  斜面
64  凸面
65  斜面
70  第３の実施形態のダイ
71  キャビティ
72  凹面
74  凸面
80  第４の実施形態のダイ
81  キャビティ
82  平面
83  斜面
84  台形部分
90  第５の実施形態のダイ
91  キャビティ
92  平面
93  斜面
94  三角形部分
【図１】
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【図２】
2013169567.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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