(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着剤を介在させた一対のシート材への自己穿孔式のリベット打ち込み方法において、
クランプ時に前記シート材に接触する環状のクランプ面と、
前記クランプ面の半径方向内方にあって中央部が突部となりクランプ面との間に環状に窪んで形成されたダイス溝と、
前記クランプ面に形成され、クランプ面を構成する環状部分を半径方向に横断し、内周端が前記ダイス溝に開口する複数の溝と、
を含むダイスを使用して、
打ち込みにより形成する膨出部をシート材面方向に不均一に拡径する、
ことを特徴とするリベット打ち込み方法。
【請求項２】
前記膨出部のシート材面方向への不均一な拡径は、円周方向等角度間隔になされる
ことを特徴とする請求項１に記載のリベット打ち込み方法。
【請求項３】
接着剤を介在させた一対のシート材への自己穿孔式のリベット打ち込み装置において、
クランプ時に前記シート材に接触する環状のクランプ面と、
前記クランプ面の半径方向内方にあって中央部が突部となりクランプ面との間に環状に窪んで形成されたダイス溝と、
前記クランプ面に形成され、クランプ面を構成する環状部分を半径方向に横断し、内周端が前記ダイス溝に開口する複数の溝と、
を含むダイスを備える、
ことを特徴とするリベット打ち込み装置。
【請求項４】
前記溝は、円周方向等角度間隔に配置されている、
ことを特徴とする請求項３に記載のリベット打ち込み装置。
【請求項５】
接着剤層を介在させた一対のシート材の自己穿孔式のリベットによる結合構造において、
クランプ時に前記シート材に接触する環状のクランプ面と、
前記クランプ面の半径方向内方にあって中央部が突部となりクランプ面との間に環状に窪んで形成されたダイス溝と、
前記クランプ面に形成され、クランプ面を構成する環状部分を半径方向に横断し、内周端が前記ダイス溝に開口する複数の溝と、
を含むダイスを使用して、
打ち込みにより形成される膨出部を不均一に拡径させる、
ことを特徴とするリベットによる結合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変形した先端部がシート材の隆起部に包まれた状態となるよう完全には貫通することなしにシート材に挿入される自己穿孔型リベットのリベット打ち込み方法およびリベット打ち込み装置並びにリベットによる結合構造に関し、特に、接着剤を介在させたシート材の締結に好適なリベット打ち込み方法およびリベット打ち込み装置並びにリベットによる結合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からこの種のリベット打ち込み方法およびリベット打ち込み装置並びにリベットによる結合構造は知られており、例えば、特開平８−５０５０８７号公報に開示されるものがある。
【０００３】
これは、ダイス上に重ねてクランプした二枚のシート材に、円筒状の軸部と頭部とを備えたリベットの軸部を押し込み、軸部が手前のシート材をダイス側に変形させつつ貫通し、ダイス側でその軸部を先端から拡径させることで両シート材を完全には貫通することなしに締結するようにしている。リベットの変形した軸部の先端部はシート材のダイス側の隆起部に包まれた状態となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スチールとアルミニウム等の異種材料のシート材を接合する場合、接合部境界面に水等が浸入することによるシート材の電食を防止するため、両シート材間に接着剤を塗布等により介在させたり樹脂塗装による被膜を形成したりすることが行われる。
【０００５】
しかしながら、上記従来例では、図１３（Ａ）に示すように、リベット打ち込みに先立ち、環状のセッタ１１１とダイス１０５のクランプ面１０６、１１３でシート材Ｗ１、Ｗ２をクランプして互いに接触させる。このクランプ時に、環状のクランプ面１０６、１１３でシート材Ｗ１、Ｗ２はクランプされるため、シート材Ｗ１、Ｗ２間の接着剤Ｗ３は環状のクランプ面Ｗ１、Ｗ２の内周部に閉じ込められ、接着剤溜まりＷ３０を作る状態となる。
【０００６】
この接着剤溜まりＷ３０は、シート材Ｗ１、Ｗ２の板厚が比較的薄い場合や塗布後の垂れ落ち防止のため比較的に粘度が高く塗装工程での塗装オーブンの加熱により硬化する車体用接着剤において生じやすい。
【０００７】
このように、接着剤Ｗ３を閉じ込めた状態でリベット１０１を押し込む場合には、溜まった接着剤Ｗ３の圧力上昇によってダイス側シート材Ｗ２に余分の延びを生じさせ、結果として亀裂が発生することがある。特にダイス１０５側のシート材Ｗ２として伸びの少ないアルミニウム等の軽金属材料とした場合には、亀裂の発生が顕著となる。
【０００８】
前記亀裂は、水分の浸入を阻止できずシート材Ｗ１、Ｗ２の電食発生を誘引し、また、疲労強度（耐久強度）が低下し、見栄えも悪いものであった。
【０００９】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、接着剤を介在させるも亀裂発生を抑制できるリベット打ち込み方法およびリベット打ち込み装置並びにリベットによる結合構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、接着剤を介在させた一対のシート材への自己穿孔式のリベット打ち込み方法において、クランプ時に前記シート材に接触する環状のクランプ面と、前記クランプ面の半径方向内方にあって中央部が突部となりクランプ面との間に環状に窪んで形成されたダイス溝と、前記クランプ面に形成され、クランプ面を構成する環状部分を半径方向に横断し、内周端が前記ダイス溝に開口する複数の溝と、を含むダイスを使用して、打ち込みにより形成する膨出部をシート材面方向に不均一に拡径することを特徴とする。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記膨出部のシート材面方向への不均一な拡径は、円周方向等角度間隔になされることを特徴とする。
【００１４】
第３の発明は、接着剤を介在させた一対のシート材への自己穿孔式のリベット打ち込み装置において、クランプ時に前記シート材に接触する環状のクランプ面と、前記クランプ面の半径方向内方にあって中央部が突部となりクランプ面との間に環状に窪んで形成されたダイス溝と、前記クランプ面に形成され、クランプ面を構成する環状部分を半径方向に横断し、内周端が前記ダイス溝に開口する複数の溝と、を含むダイスを備えることを特徴とする。
【００１５】
第４の発明は、第３の発明において、前記溝は、円周方向等角度間隔に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
第５の発明は、接着剤層を介在させた一対のシート材の自己穿孔式のリベットによる結合構造において、クランプ時に前記シート材に接触する環状のクランプ面と、前記クランプ面の半径方向内方にあって中央部が突部となりクランプ面との間に環状に窪んで形成されたダイス溝と、前記クランプ面に形成され、クランプ面を構成する環状部分を半径方向に横断し、内周端が前記ダイス溝に開口する複数の溝と、を含むダイスを使用して、打ち込みにより形成される膨出部を不均一に拡径させることを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
したがって、第１の発明では、接着剤を介在させた一対のシート材への自己穿孔式のリベット打ち込み方法において、打ち込みにより形成する膨出部をシート材面方向に不均一に拡径するため、シート材間に介在させた接着剤が拡径させた部分に流動し、残余のシート材間の隙間の接着剤を薄く均一にでき、シート材の亀裂を防止できる。
【００１８】
第２の発明では、第１の発明の効果に加えて、膨出部のシート材面方向への不均一な拡径は、円周方向等角度間隔になされるため、接着剤をリベット円周方向において接着剤の層を薄く均一に形成でき、接合部の品質の安定化を図ることができる。
【００１９】
第３の発明では、接着剤を介在させた一対のシート材への自己穿孔式のリベット打ち込み装置において、ダイス溝の外周壁が複数の箇所で開放された形状としたため、リベット打ち込み時、外周壁の開放された部分へ当接するシート材は外方への更なる拡径変形が可能であり、リベットの軸部先端により部分的に拡径される。この部分的な拡径によりシート材間の接着剤が存在する空間を部分的に拡大させ、拡径されない残余の空間の接着剤の拡径部分への流動が許容され、残余部分のシート材間の隙間の接着剤を薄く均一にでき、シート材の亀裂を防止できる。
【００２０】
さらに、溝を、クランプ面を構成する環状部分を半径方向に横断し、内周端が前記ダイス溝に開口する複数の溝で構成したため、クランプ時にダイス溝に対応する部位のシート材間の接着剤をダイスが当接する部分の外周側へ前記溝に対応する部分を介して流動させ、ダイス溝に対応する部位のシート材間に接着剤の溜まりを形成することがない。従って、シート材間の隙間の接着剤を薄く均一にでき、シート材の亀裂を防止できる効果をより一層向上させることができる。
【００２１】
第４の発明では、第３の発明の効果に加えて、膨出部のシート材面方向への不均一な拡径は、円周方向等角度間隔になされるため、接着剤をリベット円周方向において接着剤の層を薄く均一に形成でき、接合部の品質の安定化を図ることができる。
【００２２】
第５の発明では、接着剤層を介在させた一対のシート材の自己穿孔式のリベットによる結合構造において、打ち込みにより形成される膨出部の外径を不均一に拡径させたため、シート材間に介在させた接着剤が拡径させた部分に流動し、残余のシート材間の隙間の接着剤を薄く均一にでき、シート材の亀裂を防止できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態のリベット打ち込み装置を図１〜図５に基づいて説明する。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態のリベット１は、頭部２と、頭部２の下面より延びた中空の軸部３とから成る自己穿孔式中空リベット（セルフピアスリベットともいう）となっている。また、リベット１の頭部２及び軸部３の形状はそれぞれ円形となっている。軸部３の先端は先拡がりのテーパ４に形成され、打ち込みに連れて軸部３は先端から拡径されてゆく。
【００２５】
図２に示すように、本実施形態のリベット打ち込み装置のダイス５は、締結されるシート材にクランプ時より接触する環状のクランプ面６と、クランプ面６の半径方向内方にあって中央部が突部７となりクランプ面６との間に環状に窪んで形成されたダイス溝８とを備える。
【００２６】
前記クランプ面６を構成する環状部分は、図３に示すように、等角度間隔、図示例は９０度毎をもって環状部分を半径方向に横断する複数の溝９が形成され、各溝９の内周端はダイス溝８に開口している。従って、前記溝９を含まないダイス５のＡ−Ａ線による断面を示す図４では、ダイス溝８の外周はクランプ面６を構成する環状部分により形成される外周壁１０により閉じられている。他方、前記溝９を含むダイス５のＢ−Ｂ線による断面を示す図５では、ダイス溝８の外周側は溝９に開放している。
【００２７】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２８】
本実施形態では、図６（Ａ）、（Ｂ）および図７（Ａ）、（Ｂ）に示す工程を経てリベット１が押込まれる。図６（Ａ）は、シート材のセット状態を示し、ダイス５のクランプ面６に接着剤Ｗ３（或いは、接着剤層Ｗ３）を介在させた二枚のシート材Ｗ１、Ｗ２を当接させ、ダイス５に対向して環状のセッタ１１およびセッタ１１内にあってリベット１を先端に保持したパンチ１２が配列される。
【００２９】
前記接着剤Ｗ３としては、例えば、防錆仕様の車体用接着剤として一般的なゴム系とエポキシ系であり、粘度は２０℃で２０００〜３０００ポイズ程度である。
【００３０】
次いで、図６（Ｂ）に示すように、セッタ１１がダイス５側に前進され、その先端クランプ面１３とダイス５のクランプ面６とでシート材Ｗ１、Ｗ２を挟みクランプする。この状態において、シート材Ｗ１、Ｗ２はセッタ１１とダイス５のクランプ面６、１３間で環状に挟み込まれ、両シート材Ｗ１、Ｗ２間に介在させた接着剤Ｗ３を環状のクランプ面６、１３よりクランプされていない内外周側に追い出しシート材Ｗ１、Ｗ２同士は環状に接触する。内周側の接着剤Ｗ３はクランプ面６、１３の押し圧力で圧力上昇する。ここで、本実施形態のダイス５においては、等角度間隔を持って半径方向の溝９をクランプ面６に設けている。このため、圧力が上昇した内周側の接着剤Ｗ３は、溝９が配置されたシート材Ｗ１、Ｗ２同士の接触が弱い部分からクランプ面６、１３の外周側への接着剤Ｗ３の流動を許容し、図中矢印のように、流出させる。このため、クランプ面６、１３で囲まれる部分のシート材Ｗ１、Ｗ２間の接着剤Ｗ３の閉じ込め量を少なくできる。
【００３１】
次いで、図７（Ａ）に示すように、パンチ１２を前進させて、保持しているリベット１の軸部３を先端から順次シート材Ｗ１、Ｗ２に押し込む。シート材Ｗ１、Ｗ２は軸部３によりダイス５側に押され、ダイス５側のダイス溝８による拘束を受けつつ変形して膨出部Ｗ４を形成してゆく。
【００３２】
次いで、図７（Ｂ）に示すように、リベット１の軸部３がパンチ１２側のシート材Ｗ１を貫通し、ダイス５側のシート材Ｗ２内に進入し、パンチ１２によりリベット１の頭部２がシート材Ｗ１に押込まれ、膨出部Ｗ４がダイス溝８に倣うことでリベット１の打ち込みが完了する。
【００３３】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、ダイス５の溝９を含む断面において、リベット１のシート材Ｗ１、Ｗ２への進入状態の詳細を、初期（Ａ）、中期（Ｂ）、終期（Ｃ）に分けて示すものである。初期（図８（Ａ））においては、リベット１の軸部３がシート材Ｗ１、Ｗ２をダイス溝８の突起７に押し付け、軸部３の先端が片側のシート材Ｗ１に進入している状態を示している。この状態においては、シート材Ｗ１、Ｗ２間の接着剤層Ｗ３はまだ連続した状態である。
【００３４】
中期（図８（Ｂ））においては、リベット１の軸部３が片側のシート材Ｗ１を貫通し、接着剤層Ｗ３を突き抜けて他方のシート材Ｗ２に進入する状態を示している。他方のシート材Ｗ２の背面はダイス面８に押し付けられ、軸部３は拡径された先端となる。軸部３の拡径に連れ、ダイス５側のシート材Ｗ２の軸部３が進入した部分も半径方向外側に押し広げられてゆく。この押し広げにより軸部３の外周側のシート材Ｗ１、Ｗ２間の接着剤Ｗ３が存在する隙間の厚さも徐々に厚くなる。
【００３５】
終期（図８（Ｃ））においては、ダイス５側のシート材Ｗ２の外周がダイス溝８の外周壁１０に押し付けられることでその拡径が阻止され、一方押込まれるリベット１の軸部３の先端はダイス溝８に沿って拡径する。軸部３の拡径は軸部３が貫通しているパンチ側シート材Ｗ１の該当部分も外側へ拡径するため、軸部３の外周側のシート材Ｗ１、Ｗ２間の接着剤Ｗ３が存在する隙間の厚さが狭められる。
【００３６】
他方、ダイス溝８の外周壁１０が溝９の存在により取り去られた部分おいては、図示するように、ダイス５側のシート材Ｗ２の外側への変形は許容され、シート材Ｗ１、Ｗ２間の接着剤Ｗ３が存在する隙間の厚みを増加させる。
【００３７】
このため、溝９のない部分の隙間にある接着剤Ｗ３は溝９のある厚みを増加させる隙間へ流動し、接着剤Ｗ３の内部圧力の上昇を緩和抑制し、全体として薄く均一な接着剤層Ｗ３が形成される。図中、Ｗ４が膨出部を示す。
【００３８】
図９は溝９がある部分のシート材Ｗ１、Ｗ２の断面図を、図１０は溝９のない部分のシート材Ｗ１、Ｗ２の断面図を夫々示す。図９においては、リベット１の軸部３の外周側において、ダイス５側のシート材Ｗ２の外周側が点線図示の状態から実線図示のごとく、溝９がある部分で拡径し、この拡径は接着剤層Ｗ３の厚みを増加させる。この接着剤層Ｗ３の厚み増加により接着剤Ｗ３の内圧上昇が抑制され、溝９のない部分の接着剤層Ｗ３は、図１０に示すように、薄く均一な接着剤層Ｗ３となる。このため、ダイス５側のシート材Ｗ２には亀裂が発生することが抑制される。
【００３９】
ところで、クランプ面６に溝９を持たない従来例では、図１３（Ａ）に示すクランプ状態において、接着剤Ｗ３がリング状のクランプ面１０６、１１３より内外周側に押し出され、内周側において、接着剤溜Ｗ３０まりが形成され、図１３（Ｂ）におけるリベット打ち込み状態では、接着剤溜まりＷ３０を内在した状態でリベット１０１が打ち込まれ、リベット１０１の軸部１０３の縁によりさらに接着剤溜まりＷ３０が内外Ｗ３１、Ｗ３２に分断される。そして、図１４に示すように、リベット１が完全に打ち込まれた状態では、ダイス１０５側のシート材Ｗ３の外周側がダイス溝１０８の外周壁１１０により外側への変形を阻止される。このため、ダイス溝１０８内で拘束された状態で接着剤溜まりＷ３０の接着剤の内圧が極端に上昇し、シート材Ｗ２の薄くなった表面側に亀裂Ｓを発生させる。
【００４０】
図１１は、本実施形態の変形例を示すものであり、図２〜５のダイスにおいては、クランプ面６に４個の溝９を９０度毎に配置するものであったが、本例においては、さらに４個の溝９を加えて、８個の溝９を等角度間隔をおいて配置したものである。このため、薄くなる接着剤層Ｗ３の接着剤をより近く配置されている厚くなる接着剤層Ｗ３に効果的に流動させ、より一層接着剤Ｗ３の圧力上昇を抑制して薄く均一な接着剤層Ｗ３を形成でき、亀裂発生の防止と接合部の品質安定化が図れる。
【００４１】
図１２は、本実施形態の他の変形例を示すものであり、クランプ面６に設ける溝９をクランプ面６を内外周に横断して設けるのでなく、内周側のみに溝９Ａを設けるものであり、前記した各実施形態と同様に作動させることができ、しかも、クランプ面６がリング状に形成できるため、ダイス５の強度も向上できる。
【００４２】
本実施の形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。即ち、接着剤Ｗ３を介在させた一対のシート材Ｗ１、Ｗ２への穿孔式のリベット打ち込み方法において、打ち込みにより形成する膨出部Ｗ４のシート材Ｗ１、Ｗ２面方向の拡がりを溝９のない部分に対し溝９のある部分を拡径して不均一とするため、シート材Ｗ１、Ｗ２間に介在させた接着剤Ｗ３が拡径させた部分に流動し、残余のシート材Ｗ１、Ｗ２間の隙間の接着剤Ｗ３を薄く均一にでき、シート材Ｗ１、Ｗ２の亀裂を防止できる。
【００４３】
膨出部Ｗ４の拡がりを円周方向等角度間隔において拡径するため、接着剤Ｗ４をリベット１の円周方向において接着剤Ｗ３の層を薄く均一に形成でき、接合部の品質の安定化を図ることができる。
【００４４】
リベットの打ち込み装置において、ダイス溝８の外周壁１０が複数の箇所で開放された形状としたため、リベット打ち込み時、外周壁１０の開放された部分へ当接するシート材Ｗ２は外方への更なる変形が可能であり、リベット１の軸部３先端により部分的に拡径される。この部分的な拡径によりシート材Ｗ１、Ｗ２間の接着剤Ｗ３が存在する隙間を部分的に拡大させ、拡径されない残余の空間の接着剤Ｗ３の拡径部分への流動が許容され、残余部分のシート材Ｗ１、Ｗ２間の隙間の接着剤Ｗ３を薄く均一にでき、シート材Ｗ２の亀裂を防止できる。
【００４５】
前記溝９は、円周方向等角度間隔に配置しているため、接着剤Ｗ３が均等に配置した拡径部分に流動してゆき、リベット１の円周方向において接着剤Ｗ３の層を薄く均一に形成でき、接合部の品質の安定化を図ることができる。
【００４６】
図２、３に示す、クランプ面６に形成され、クランプ面６を構成する環状部分を半径方向に横断し、内周端がダイス溝８に開口する複数の溝９で構成したものにおいては、クランプ時にダイス溝８に対応する部位のシート材Ｗ１、Ｗ２間の接着剤Ｗ３をダイス５が当接する部分の外周側へ前記溝９に対応する部分を介して流動させ、ダイス溝８に対応する部位のシート材Ｗ１、Ｗ２間に接着剤Ｗ３の溜まりを形成することがない。従って、得られるシート材Ｗ１、Ｗ２間の隙間の接着剤Ｗ３を薄く均一にでき、シート材Ｗ２の亀裂を防止できる効果をより一層向上させることができる。
【００４７】
しかも、本実施態様のリベット１による結合構造において、打ち込みにより形成される膨出部Ｗ４の外径を不均一に拡径させたため、シート材Ｗ１、Ｗ２間に介在させた接着剤Ｗ３が拡径させた部分に流動し、残余のシート材Ｗ１、Ｗ２間の隙間の接着剤Ｗ３を薄く均一にでき、シート材Ｗ２の亀裂を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるリベットを示す斜視図。
【図２】本発明の一実施形態におけるリベットの打ち込み装置のダイスの斜視図。
【図３】図２に示すダイスの平面図。
【図４】図３におけるダイスのＡ−Ａ線による断面図。
【図５】図３におけるダイスのＢ−Ｂ線による断面図。
【図６】本実施形態のリベット打ち込み工程を（Ａ）、（Ｂ）に分けて示す断面図。
【図７】本実施形態の図６に続くリベット打ち込み工程を（Ａ）、（Ｂ）に分けて示す断面図。
【図８】リベット打ち込み工程におけるシート材の変形過程を（Ａ）〜（Ｃ）に分けて示す断面図。
【図９】リベット打ち込み終了時におけるダイス溝の外周壁に溝が存在する部分の接着剤の分布状態を示す断面図。
【図１０】リベット打ち込み終了時におけるダイス溝の外周壁に溝が存在しない部分の接着剤の分布状態を示す断面図。
【図１１】  本発明の第一実施形態のリベット打ち込み装置のダイスの変形例を示す平面図。
【図１２】  本発明の第一実施形態のリベット打ち込み装置のダイスの他の変形例を示す斜視図。
【図１３】  従来例におけるリベット打ち込み工程を（Ａ）、（Ｂ）に分けて示す断面図。
【図１４】  従来例におけるリベット打ち込み終了時におけるシート材およびリベットの断面図。
【符号の説明】
Ｗ１、Ｗ２  シート材
Ｗ３  接着剤（接着剤層）
Ｗ４  膨出部
１  リベット
２  頭部
３  軸部
４  テーパ
５  ダイス
６、１３  クランプ面
７  突部
８  ダイス溝
９  溝
１０  外周壁
１１  セッタ
１２  パンチ
【図１】
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【図２】
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【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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