JP4972732B2 - インパクトリベット - Google Patents

Description

本発明は、金属板等の被接合材を重ね合わせて締結するために使用するインパクトリベット（自己穿孔型リベット）とその接合方法に関するものであり、とくにリサイクルが容易なインパクトリベットを提供する。

家電製品の筐体や車両等のボディは、アルミニウム合金等の金属板により製作されており、これら金属板の接合には、抵抗スポット溶接に替わる技術として、自己穿孔型リベットにより接合するメカニカルファスナ方式による接合方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、自己穿孔型リベットによりアルミニウム合金材を接合する方法が開示されており、接合すべく重ねられたアルミニウム合金板の重ね体に対して、その上面から自己穿孔型リベットを下方向にポンチで打ち込む。自己穿孔型リベットは、例えば軟鋼製であり、その打込み前の形状は、リベット頭部とリベット軸部とで構成されている。リベット頭部の形状は、頂面が平らであって逆円錐台形を呈し、一方、リベット軸部の形状は、その中心部が下端面から円柱状部がくり抜かれて円筒形状を呈している。そして、接合すべきアルミニウム合金板の重ね体の下面にダイを配設しておき、重ね体の上方からポンチによって自己穿孔型リベットを打ち込み、ダイにより自己穿孔型リベットの軸部が、ダイの底部中心部に設けられた上向き突起部により押し拡げられて拡開し、自己穿孔型リベットはアルミニウム合金板同士を係止する。この際、ダイ側のアルミニウム合金板はリベットの打込み及び拡開に伴って塑性流動し、軸部の拡開につれてダイの内部に拡げられる。この自己穿孔型リベットにより接合された接合部は、その静的強度は抵抗スポット溶接による接合部と同等の強度を有している。

前記特許文献１においては、被接合材であるアルミニウム合金材の成分系としてＪＩＳ６０００系アルミニウム合金を使用し、そのアルミニウム合金材からなる被接合材を重ね、これを自己穿孔型リベットにより接合する。その際、自己穿孔型リベットが打ち込まれることに伴い、被接合材の特定部位において厳しい塑性流動を引き起こされ、その結果、当該部位に微細な割れが発生する。そこで、自己穿孔型リベットの打込み後に、微細割れが発生しないように接合する方法も提案されている（特許文献２参照）。

特開平１１−３３６６４号公報 特許第３８３０４２１号公報

しかしながら、従来のリベット締結工法は、永久締結が目的であり、解体後の接合材のリサイクルを考慮したものではなかった。すなわち、従来の自己穿孔型リベットにおいては、締結後に拡開したリベット軸端により接合材は極めて解体し難くなる。また、この拡開したリベット軸端はその接合面の外観を著しく劣悪にする。本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、締結後のリベットの解体が容易で、接合材の分離がし易く、リサイクルに有効なばかりでなく、高い接合強度が得られ、接合部両面の美観も良好にすることができるインパクトリベットとこれを用いた接合方法を提供することを目的とする。

このため本発明は、複数の被接合材を重ね合わせ、所望する接合位置の背面側にダイスを配置し、その正面側からリベットを被接合材に衝突させることによる衝撃力により、リベット軸を前記被接合材に貫通させると同時に、リベット軸をダイスに衝突させることにより、その軸端を変形させて前記被接合材を締結するようにした自己穿孔型のインパクトリベットにおいて、前記リベットを、リベット頭部とリベット軸とからなるリベット本体と、前記リベット軸の貫通孔と背面側に向かって開口する凹所が形成されたリベット軸受部とから構成し、前記被接合材を貫通し、前記リベット軸受部の貫通孔を通過したリベット軸を、前記リベット軸受部を支持するダイスに衝突させることで、前記リベット軸を前記リベット軸受部の凹所内形状に倣って変形させ、当該凹所を閉塞することによりかしめるようにしたことを第１の特徴とする。また、リベット軸受部の貫通孔と開口凹所の間に係止段部が設けられていることを第２の特徴とする。さらに、ダイス底部に、リベット本体により打ち抜かれた被接合材が留まる衝突面が設けられていることを第３の特徴とする。

本発明によれば、下記の利点がある。
（１）締結後のリベットの解体が容易で、被接合材の分離がし易く、リサイクルに有効である。
（２）高い接合強度が得られ、接合部両面の美観も良好にすることができる。

次に図面に示す実施例を参照して、本発明の実施の形態を詳述する。図１及び２は、本発明に係るインパクトリベットによるアルミニウム板材の接合方法を示す図であって、図１はリベットを被接合材に打ち込む前の状態を示す断面図、図２はリベットを被接合材に打ち込んだ後の状態を示す断面図、図３は本発明に係る打込み装置の概略図、図４は引張試験を示す模式図、図５は通常のかしめ作業によるリベット締結強度の試験結果を示すグラフ、図６は本発明に係るインパクトリベットの締結強度を示すグラフ、図７は締結後のインパクトリベットの押し抜き試験結果を示すグラフである。

図１乃至図２に示すように、本発明に係るインパクトリベット１は、例えばアルミニウム製であり、その打込み前の形状は、リベット頭部１ａとリベット軸部１ｂとで構成されている。リベット頭部１ａの形状は、頂面が平らの円柱形を呈し、リベット軸部１ｂの形状は、リベット頭部１ａよりも小径の円柱状を呈している。そして、接合すべき被接合材４及び５の重ね体の下面側にダイス３を配設しておき、重ね体の上方から空気圧によってインパクトリベット１を打ち込むと、リベット軸部１ｂは重ね体を貫通する。一方、ダイス３の凹所３ａ内に配置されたリベット軸受部２には貫通孔２ａが形成されると共に、背面側に向かって開口する凹所２ｃが形成されており、リベット軸部１ｂの先端がダイス３に衝突した際にリベット軸受部２の凹所２ｃと係止段部２ｂによって形成された内形状に倣って変形され当該凹所２ｃを閉塞してかしめるようにされている。

すなわち、図１に示すように、先ず、被接合材である２枚のアルミニウム板材４、５をクランプ等適切な手段により両者を重ね合わせ水平に保持する。そして、所望する接合位置の背面側にダイス３を配置し、その上面側からリベット１を被接合材に衝突させることによる衝撃力により、リベット軸１ｂを被接合材４及び５に貫通させると同時に、リベット軸１ｂをダイス３に衝突させることにより、その軸端を潰してアルミニウム板材４、５をリベット１とリベット軸受部２によって締結する（図２に締結された状態を示す）。

図２に示すように、インパクトリベット１によりアルミニウム板材４及び５がかしめられる。すなわち、リベット軸部１ｂの先端部が、ダイス３の底部に設けられた衝突面３ｂにより押し潰されて拡げられてリベット軸受部２の凹所２ｃ内で変形する。なお打抜かれた板は衝突面３ｂにたまる。しかしながら、潰されたリベット軸部１ｂの先端部はリベット軸受部２の凹所２ｃ内に全て収まるため良好な美観を呈する。

（実験例）
図３に示す装置を用いて、高速打ち抜き実験を行った。板厚２ｍｍのアルミニウム板材４及び５を重ね、インパクトリベット１の軸長（図中、Ｌ１で示す）及びリベット軸受部２の凹所２ｂ（図中、Ｌ２で示す）、並びにダイス３の衝突面の内径と深さ（図中、Ｄ１とＤ２で示す）の寸法を変えた。ここで、リベット頭部１ａの外径７．５ｍｍ、高さ５ｍｍ、リベット軸１ｂの軸径３．８ｍｍ、リベット軸受部２の外径７．５ｍｍ、高さ５ｍｍ、リベット貫通孔２ａの直径４ｍｍ、凹所の直径４．５ｍｍ、ダイス３の凹所の直径８ｍｍとした。インパクトリベット１は、発射筒６から空気圧によって１１０ｍ／ｓ〜１２０ｍ／ｓの速度で発射した。実験条件を表１に示す。

表１に示す各実験条件に基づいて部材を締結し、図４に示す引張試験（締結強度試験）を行った。その際、比較例として、通常のかしめ加工によるリベット締結も行った。かしめ加工用リベットは、リベット頭部の外径７．５ｍｍ、高さ５ｍｍ、リベット軸１ｂの軸径３．８ｍｍ、軸長７．５ｍｍとした。通常のかしめ加工の試験結果を図５のグラフに示す。またインパクトリベットの試験結果を図６のグラフに示す。その結果、通常のかしめ加工では引張りによる破壊荷重が平均１３３．３２ｋｇｆであるが、インパクトリベットによれば、平均１７８ｋｇｆの高い強度が得られることが分かった。

次に、締結後の試験片から数個サンプルを抽出し、解体のための押し抜き強度試験（解体試験）を行った。試験はリベット受部２側からリベット軸部１ｂ部分を押圧装置を用いて押し出し、その荷重を測定した。その結果を図７のグラフに示す。このグラフから分かるように、締結強度よりも大きな押し抜き力が必要なことが分かる（尚、番号７のサンプルについては締結状態が不十分であったと考察する）。このことから、締結体はリベット軸の垂直方向の締結力にも優れていることが分かった。また、解体後のアルミニウム板材４及び５は変形が少なく、リサイクルに有用であることが分かった。

尚、上記実施形態の説明においては、被接合材を２枚のアルミニウム合金材としたが、被接合材はこれに限定されることなく、被接合材が２枚以上、あるいは他の金属やプラスチック材等に対しても有用であることは言うまでもない。

本発明に係るリベットを被接合材に打ち込む前の状態を示す断面図である。 リベットを被接合材に打ち込んだ後の状態を示す断面図である。 本発明に係る打込み装置の概略図である。 引張試験を示す模式図である。 通常のかしめ作業によるリベット締結強度の試験結果を示すグラフである。 本発明に係るインパクトリベットの締結強度を示すグラフである。 締結後のインパクトリベットの押し抜き試験結果（解体試験結果）を示すグラフである。

符号の説明

１ インパクトリベット
１ａ リベット頭部
１ｂ リベット軸部
２ リベット軸受部
２ａ リベット軸貫通孔
２ｂ 係止段部
２ｃ 開口凹所
３ ダイス
３ａ ダイスの凹所
３ｂ 衝突面
４ アルミニウム板材（被接合材）
５ アルミニウム板材（被接合材）
６ 発射筒

Claims (3)

1. 複数の被接合材を重ね合わせ、所望する接合位置の背面側にダイスを配置し、その正面側からリベットを被接合材に衝突させることによる衝撃力により、リベット軸を前記被接合材に貫通させると同時に、リベット軸をダイスに衝突させることにより、その軸端を変形させて前記被接合材を締結するようにした自己穿孔型のインパクトリベットにおいて、前記リベットを、リベット頭部とリベット軸とからなるリベット本体と、前記リベット軸の貫通孔と背面側に向かって開口する凹所が形成されたリベット軸受部とから構成し、前記被接合材を貫通し、前記リベット軸受部の貫通孔を通過したリベット軸を、前記リベット軸受部を支持するダイスに衝突させることで、前記リベット軸を前記リベット軸受部の凹所内形状に倣って変形させ、当該凹所を閉塞することによりかしめるようにしたことを特徴とするインパクトリベット。
2. リベット軸受部の貫通孔と開口凹所の間に係止段部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のインパクトリベット。
3. ダイス底部に、リベット本体により打ち抜かれた被接合材が留まる衝突面が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のインパクトリベットを用いた接合方法。

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