(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態を説明する。
図1は、実施形態にかかるリベット1を説明する図である。
図1の(a)は、リベット1を中心軸Xに沿って切断した断面図であり、
図1の(b)は、リベット1の軸部11、12を、板状鋼材8、9の貫通孔81、91に挿入した状態を示す断面図である。
図2は、リベット1の要部拡大図である。
図2の(a)は、リベット1の軸部12側を拡大した図であり、
図2の(b)は、リベット1の軸部12と大径部13との境界P周りを拡大した図である。なお、
図2では、板状鋼材9の一部を仮想線で示している。
【0012】
図1に示すように、本実施形態のリベット1は、一対の板状鋼材8、9を、リベット1の中心軸X方向に間隔をあけた状態で連結するために用いられる。
【0013】
リベット1は、板状鋼材8、9に設けた貫通孔81、91に挿入される軸部11、12と、これら軸部11、12の間の大径部13と、を有している。
軸部11と、大径部13と、軸部12とは、リベット1の中心軸X上で直列に並んでおり、中心軸X方向における大径部13の両側に、軸部11と軸部12が位置している。
これら軸部11、12と大径部13は、同一の素材から一体に形成されている。
【0014】
大径部13は、略円柱形状を成しており、大径部13は、中心軸X方向の略全長に亘って、軸部11、12よりも大きい外径D1で形成されている。大径部13は、中心軸X方向に所定長さh1を有している。
大径部13は、板状鋼材8、9の貫通孔81、91の内径よりも大きい外径D1に設定されている。
そのため、リベット1の軸部11と軸部12が、板状鋼材8、9の貫通孔81、91に挿入されると、大径部13の一端13aと他端13bが、板状鋼材8、9の貫通孔81、91を囲む周縁に、中心軸X方向からそれぞれ当接するようになっている。
【0015】
軸部11もまた、略円柱形状を成しており、軸部11は、中心軸X方向の略全長に亘って、貫通孔81の内径よりも僅かに小さい外径D2で形成されている。
軸部11の中心軸方向の長さL1は、板状鋼材8の厚みW1に相当する長さよりも長くなっている。
そのため、リベット1の軸部11が、板状鋼材8の貫通孔81に挿入されると、軸部11は、板状鋼材8の貫通孔81を貫通して、先端11aを、板状鋼材8から離れた位置に配置させるようになっている。
この軸部11における板状鋼材8から突出した領域が、リベット1をかしめる際に、大きく塑性変形させる領域(かしめ領域)となっている。
【0016】
軸部12もまた、略円柱形状を成しており、この軸部12の中心軸X方向の長さL2は、板状鋼材9の厚みW2に相当する長さよりも長くなっている。
本実施形態では、互いに連結する板状鋼材8、9の厚みが異なっており、軸部12が挿入される貫通孔91を有する板状鋼材9のほうが、前記した板状鋼材8よりも厚みが厚くなっている。
そのため、リベット1では、一方の軸部12の長さL2の方が、他方の軸部11の長さL1よりも長くなっている。
【0017】
軸部12の中心軸X方向の長さL2は、板状鋼材9の厚みW2に相当する長さよりも長くなっている。
そのため、リベット1の軸部12が、板状鋼材9の貫通孔91に挿入されると、軸部12は、板状鋼材9の貫通孔91を貫通して、先端12aを板状鋼材9から離れた位置に配置させるようになっている。
この軸部12における板状鋼材9から突出した領域が、リベット1をかしめる際に、大きく塑性変形させる領域(かしめ領域)となっている。
【0018】
断面視において軸部12は、少なくとも貫通孔91内に位置する領域が、大径部13に向かうにつれて外径が広くなる形状で形成されている。
図2の(a)に示すように、本実施形態では、軸部12は、先端12aから貫通孔91の近傍までの範囲R1が、同一の外径D2で形成された同径部121となっている。
そして、貫通孔91の近傍から大径部13までの範囲R2が、大径部13に近づくにつれて外径が大きくなる拡径部122となっている。
【0019】
また、拡径部122と大径部13との境界P(
図2の(a)参照)は、同径部121よりも大きく、かつ大径部13よりも小さい外径D3となっている。
図2の(b)に示すように、断面視における拡径部122の外周122aは、仮想線Lnに沿う直線状に形成されている。この仮想線Lnは、同径部121の外周121aに沿う仮想線Lmに対して所定角度θ傾斜している。なお、仮想線Lmは、リベット1の中心軸Xに対して平行である。
【0020】
大径部13では、拡径部122との境界Pに、拡径部122から離れる方向に窪んだ凹部131が設けられている。
この凹部131は、仮想線Ln上の拡径部122との境界Pから、仮想円Imに沿って弧状に形成されている。本実施形態では、この仮想円Imの接線が、拡径部122の外周122aに沿う仮想線Lnとなっており、仮想線Lnと仮想円Imとの交点が、拡径部122と大径部13との境界P上に位置している。
【0021】
大径部13では、凹部131の径方向外側に、リベット1の中心軸Xに直交する平坦部132が設けられている。この平坦部132は、拡径部122と大径部13との境界Pの径方向外側に位置しており、同径部121の外周121aに沿う仮想線Lmにも直交している。
平坦部132は、中心軸X(仮想線Lm)の径方向に所定幅Wxで形成されており、この平坦部132の外径側には、外径側に向かうにつれて大径部13の径方向の幅が広がる形状でR加工が施されている。
【0022】
以下、本実施形態のリベット1を用いて、厚みの異なる一対の板状鋼材8、9を連結する過程を説明する。
図3は、リベット1を用いて一対の板状鋼材8、9を連結する過程を説明する図である。
図3の(a)は、リベット1の軸部11、12を塑性変形させる前(かしめる前)の状態を示した図である。
図3(b)、(c)は、リベット1の軸部11、12を塑性変形させている途中の状態を示した図である。
図3の(d)は、リベット1の軸部11、12の塑性変形を終了して、板状鋼材8、9のリベット1による連結を完了した状態を示した図である。
図4は、板状鋼材8、9の貫通孔81、91の内周と軸部11、12外周との隙間Sの状態を説明する図である。
図4の(a)、(b)は、軸部11、12を塑性変形させる前(かしめる前)の状態を示した図である。
図4の(c)、(d)、(e)、(f)は、軸部11、12を塑性変形させている途中の状態を示した図である。
図4の(g)、(h)は、軸部11、12の塑性変形を終了して、板状鋼材8、9のリベット1による連結を完了した時点の状態を示した図である。
なお、
図4では、軸部11、12の塑性変形により、貫通孔81、91の内周と軸部11、12外周との隙間が、塑性変形した軸部11、12の素材M(Ma、Mb)で埋まった領域を、交差させたハッチングを付して示している。
【0023】
図5は、比較例にかかるリベット1Aの場合を説明する図である。
図5の(a)は、軸部12が、中心軸X方向の全長に亘って同じ外径D2で形成されているリベット1Aで、板状鋼材8、9を連結した場合を説明する図である。
図5の(b)は、
図5の(a)における領域Aの拡大図である、
図5の(c)は、
図5の(a)における領域Bの拡大図である。
なお、
図5の(b)、(c)では、軸部11、12を塑性変形させた後の板状鋼材8、9の貫通孔81、91の内周と軸部11、12の外周との隙間Sの状態を説明するために、隙間S周りを誇張して模式的に示している。
【0024】
図6は、変形例にかかるリベット1Bの場合を説明する図である。
図6の(a)は、拡径部122と大径部13との境界Pに凹部が設けられていないリベット1Bで、板状鋼材8、9を連結した場合を説明する図である。
図6の(b)は、
図6の(a)における領域Aの拡大図である。
図6の(c)は、
図6の(a)における領域Bの拡大図である。
なお、
図6の(b)、(c)では、軸部11、12を塑性変形させた後の板状鋼材8、9の貫通孔81の内周と、軸部12の外周との隙間Sの状態を説明するために、隙間S周りを誇張して模式的に示している。
なお、リベット1Bの軸部12は、前記したリベット1と同様に、同径部121と拡径部122とから構成されている。
【0025】
図3に示すように、リベット1を用いる2枚の板状鋼材8、9の連結は、以下の手順にて行われる。
(I)板状鋼材8、9を、リベット1の貫通孔81、91の位置を合わせて互いに平行に配置したのち、リベット1の軸部11、12を貫通孔81、91にそれぞれ挿入して、リベット1の大径部13を、板状鋼材8、9の間で把持させる(
図3の(a)参照)。
この状態において板状鋼材8、9は、リベット1の中心軸X方向に、大径部13の長さh1分だけ離れて配置される。
【0026】
(II)板状鋼材8の表面から突出するリベット1の軸部11と、板状鋼材9の表面から突出するリベット1の軸部12とを、一対の成型スナップ3、4で把持する(
図3の(a)参照)。
(III)一対の成型スナップ3、4を、リベッタ(図示せず)を用いて互いに接近する方向に加圧して、軸部11、12の先端11a、12a側(かしめ領域)を塑性変形させる(
図3の(b)、(c)参照)。
(IV)軸部11、12の塑性変形で形成されたかしめ部11A、12Aと、大径部13との間に、板状鋼材8、9を把持して、一対の板状鋼材8、9をリベット1により互いに連結する(
図3(d)参照)。
【0027】
ここで、板状鋼材8、9をリベット1で連結する際には、リベット1の軸部11、12は、一対の成型スナップ3、4の間で、中心軸X方向に圧縮される。
そうすると、軸部11、12における貫通孔81、91から突出した領域(かしめ領域)が、中心軸X方向に圧縮されつつ、中心軸Xの径方向に大きく塑性変形して、貫通孔81、91の内径よりも大きい外径まで肥大化する(
図3の(b)、(c)参照)。
【0028】
これにより、板状鋼材8の貫通孔81には、軸部11の肥大化に並行して、塑性変形した軸部11の素材が、中心軸X方向に押し込まれることになる(
図4の(c)参照)。
そして、軸部11の塑性変形の進行に伴って、軸部11の外周と貫通孔81の内周との隙間Sに、塑性変形した軸部11の素材Mが充填されて(
図4の(e)参照)、最終的に、軸部11の外周と貫通孔81の内周との隙間Sが、塑性変形した軸部11の素材Mで塞がれることになる(
図4の(g)参照)。
さらに、肥大化した軸部11の素材で形成されたかしめ部11Aが、板状鋼材8における貫通孔81の周縁に、中心軸X方向から圧接して、かしめ部11Aと板状鋼材8の表面との隙間も、塑性変形した軸部11の素材Mcで塞がれることになる(
図4の(g)参照)。
【0029】
一方、板状鋼材9の貫通孔91でも、軸部12の肥大化に並行して、塑性変形した軸部12の素材Maが、中心軸X方向に押し込まれることになる(
図4の(d)参照)。
【0030】
本実施形態の板状鋼材9の厚みW2は、板状鋼材8の厚みW1よりも厚くなっている(
図1参照)。
そのため、軸部12の外径D2が中心軸X方向の全長に亘って、軸部11の外径D2と同じであるリベット1A(
図5参照)の場合、中心軸X方向における軸部11と軸部12の塑性変形量(圧縮量)を同じにすると、以下のような問題がある。
軸部11の外周と貫通孔81の内周との隙間Sが、塑性変形した軸部11の素材で塞がれた時点では、軸部12の外周と貫通孔91の内周との隙間Sは、軸部12の先端12a側(中心軸X方向における下側)のみ、塑性変形した軸部12の素材Maで塞がれた状態になる(
図5の(b)、(c)参照)。
【0031】
中心軸X方向における軸部11と軸部12の塑性変形量(圧縮量)を同じにすると、軸部11の先端11a側から隙間Sに侵入する素材の量と、軸部12の先端12a側から隙間Sに侵入する素材の量とが略同じになるからである。
すなわち、軸部12の外周と貫通孔91の内周との隙間Sを、中心軸X方向の全長に亘って、塑性変形した軸部12の素材で塞ぐことができない。
【0032】
ここで、軸部12が中心軸X方向に圧縮されると、貫通孔91内に位置する拡径部122は、同径部121と大径部13との間で圧縮されて、拡径部122を構成する素材が、拡径部122の外径を大きくする方向に移動する(
図4の(d)参照)。
すなわち、拡径部122の全体で塑性変形が生じることになる。
なお、この際の拡径部122を構成する素材の移動量は、同径部121を構成する素材の移動量よりも小さいものとなる。
【0033】
本実施形態では、軸部12における貫通孔91内に位置する拡径部122を、大径部13に近づくにつれて外径が大きくなる形状で形成して、拡径部122の外周と、貫通孔91の内周との間の隙間Sを、大径部13に近づくにつれて狭くしている(
図2の(b)参照)。
【0034】
そのため、塑性変形した同径部121の素材Maが隙間Sに先端12a側から侵入した時点で、外径を大きくする方向に塑性変形した拡径部122の素材Mbもまた、貫通孔91の内周に圧接するようになっている(
図4の(d)参照)。
すなわち、断面視における拡径部122の外周122aと、同径部121の外周121aとの交差角である角度θ(
図2の(b)参照)が、拡径部122が、当該拡径部122における素材Mbの部分から貫通孔91の内周に圧接する角度に設定されている。
また、軸部11における同径部121の外径D2と、拡径部122と大径部13との境界Pの外径D3と、同径部121と拡径部122の位置とが、塑性変形した同径部121の素材Maが隙間Sに先端12a側から侵入した時点で、拡径部122の素材Mbもまた、貫通孔91の内周に圧接するように設定されている。
となっている。
【0035】
これにより、軸部12を塑性変形させると、軸部12の外周と貫通孔91の内周との隙間Sは、軸部12の先端12a側と、大径部13側の二箇所から、塑性変形した軸部12の素材で埋められることになる。
【0036】
そして、軸部12の塑性変形が進行すると、軸部12の外周と貫通孔91の内周との隙間Sでは、塑性変形した軸部12の素材Ma、Mbで埋められた領域が、中心軸X方向に拡大する(
図4の(f)参照)。
【0037】
この過程で、塑性変形する素材Maと素材Mbの間に空間内の空気は、塑性変形する金属製の素材Maおよび素材Mbと、貫通孔91の内周との間に存在する無数の極小さな隙間から排出される。
そのため、最終的に、軸部12の外周と貫通孔91の内周との隙間Sが、塑性変形した素材M(Ma、Mb)で、中心軸X方向の略全長に亘って塞がれることになる(
図4の(h)参照)。
【0038】
さらに、肥大化した素材により形成されたかしめ部12Aが、板状鋼材8における貫通孔81の周縁部に、中心軸X方向から圧接して、かしめ部12Aと板状鋼材8の表面との隙間も、塑性変形した軸部12の素材で塞がれることになる(
図4の(h)参照)。
【0039】
ここで、本実施形態にかかるリベット1では、拡径部122と大径部13との境界Pに凹部131が設けられている。そのため、塑性変形した同径部121の素材Maが隙間Sに先端12a側から侵入した時点で、境界Pから外径側にオフセットした位置にある平坦部132が、板状鋼材9の貫通孔91の周縁に圧接する。
【0040】
そのため、軸部12の塑性変形の進行に伴って、大径部13の平坦部132と板状鋼材9とが圧接する領域が、中心軸Xの径方向で内径側と外径側とに広がることになる。
これにより、軸部12の塑性変形によるかしめ部12Aの形成が完了した時点で、平坦部132が広範囲に亘って、板状鋼材9に圧接する。
さらに、この過程で、凹部131内の空気は、塑性変形する金属製の素材Mcと板状鋼材9との間に存在する無数の微小な隙間から主として排出される。
そのため、大径部13の平坦部132と板状鋼材9とが圧接する領域の、中心軸Xの径方向への拡大が、凹部131内の空気により阻害されないようになっている。
【0041】
これに対して、拡径部122と大径部13との境界Pに凹部131が設けられていないリベット1B(
図6参照)の場合には、塑性変形した同径部121の素材Maが隙間Sに先端12a側から侵入した時点で、境界P周りの領域が、板状鋼材9の貫通孔91の周縁に圧接する。
【0042】
そのため、大径部13と板状鋼材9との中心軸X方向の隙間Sを埋める素材Mcは、軸部12の塑性変形の進行に伴って、境界Pから径方向で外側に広がることになる。
これにより、軸部12の塑性変形によるかしめ部12Aの形成が完了した時点で、大径部13の外径側に、素材により埋められていない隙間Sが残ってしまう。
【0043】
前記したように本実施形態では、拡径部122と大径部13との境界Pに凹部131が設けられているので、大径部13の平坦部132と板状鋼材9とが最初に圧接する領域が、境界Pから外径側の離れた位置となる(
図4の(d)参照)。
【0044】
そのため、軸部12の塑性変形の進行に伴って、大径部13の平坦部132と板状鋼材9とが圧接する領域が、境界Pから外径側の離れた位置から、中心軸Xの径方向で内径側と外径側とに広がるようになっている。
よって、軸部12の塑性変形によるかしめ部12Aの形成が完了した時点で、大径部13の外径側に、素材により埋められていない隙間Sが広い範囲で残らないようになっている(
図4の(h)参照)。
【0045】
以上のとおり、実施の形態では、
(1)連結対象物である板状鋼材8、9の貫通孔81、91に挿入される軸部11、12と、
貫通孔81、91の内径よりも大きい外径D1で形成されていると共に、貫通孔81、91に軸部11、12を挿入した際に、貫通孔81、91の周縁に当接する大径部13と、を有し、
軸部11、12が、当該軸部11、12の中心軸X方向(軸方向)に圧縮されて、軸部11、12における貫通孔81、91から突出した領域(かしめ領域)が、かしめられるリベット1であって、
軸部12は、少なくとも貫通孔91内に位置する領域が、中心軸X方向で大径部13に向かうにつれて外径が大きくなる形状を有している構成とした。
【0046】
軸部11、12を中心軸X方向に圧縮すると、軸部11、12における貫通孔81、91から突出した領域(かしめ領域)が、中心軸Xの径方向に大きく肥大化して、かしめ部11A、12Aが形成される。
この軸部11、12がかしめられる際に、軸部11、12における貫通孔81、91内に位置する領域も、径方向に肥大化して外径が大きくなるが、貫通孔81、91内に位置する領域の肥大化は、貫通孔81、91から突出した領域(かしめ領域)に近いほうから進行する。そして、肥大化の程度も、貫通孔81、91から突出した領域に近づくほど大きくなる。
上記のように構成すると、軸部12における貫通孔91から突出した領域(かしめ領域)から離れるにつれて、貫通孔91の内周との隙間Sが狭くなる。そのため、肥大化の程度が小さい初期の段階で、貫通孔91における大径部13に近い領域の内周に、肥大化した軸部12(拡径部122)を圧接させて、軸部12の外周と貫通孔91の内周との隙間Sを埋めることができる。
【0047】
実施形態にかかるリベット1は、以下の構成を有している。
(2)大径部13では、軸部12(拡径部122)との境界Pに、中心軸X方向に窪んだ凹部131が設けられている。
中心軸X方向から見て凹部131の外径側に、貫通孔91の周縁に当接する平坦部132が設けられている。
【0048】
このように構成すると、塑性変形した軸部12(同径部121:かしめ領域)の素材Maが隙間Sに先端12a側から侵入した時点で、境界Pから外径側に離れた位置にある平坦部132が、板状鋼材9の貫通孔91の周縁に圧接する。
そして、軸部12の塑性変形の進行に伴って、大径部13の平坦部132と板状鋼材9とが圧接する領域が、中心軸Xの径方向で内径側と外径側とに広がることになる。
これにより、軸部12の塑性変形によるかしめ部12Aの形成が完了した時点で、平坦部132が広範囲に亘って、板状鋼材9に圧接する。
これにより、中心軸Xの径方向における大径部13と板状鋼材9との圧接しろを確保することができるので、かしめた後のリベット1が、中心軸Xの径方向にガタ付くことを好適に防止できる。
【0049】
実施形態にかかるリベット1は、以下の構成を有している。
(3)軸部12、11は、中心軸X方向における大径部13の一方側と他方側に設けられている。
一方側に設けられた軸部12が、中心軸X方向で大径部13に向かうにつれて外径が大きくなる形状で形成されている。
他方側に設けられた軸部11が、中心軸X方向の全長に亘って略同じ外径D2となる形状で形成されている。
板状鋼材8が、軸部11が挿入される貫通孔81を有している。
板状鋼材9が、軸部12が挿入される貫通孔91を有している。
板状鋼材9の中心軸X方向の厚みW2は、板状鋼材8の中心軸X方向の厚みW1よりも厚い(W2>W1)。
【0050】
軸部12の外径が中心軸X方向の全長に亘って略同じ外径D2である従来のリベット1A(
図5の(a)参照)の場合には、中心軸X方向の厚みが異なる板状鋼材8、9を1つのリベット1で連結するためには、以下のようにする必要がある。
リベット1の軸部11、12の外周と、貫通孔81、91の内周との隙間Sを、中心軸X方向の略全長に亘って埋めるために、厚みの厚い方の板状鋼材9を基準として、軸部11、12をかしめる際の加圧力(荷重)を設定する。
そのため、厚みの薄い方の板状鋼材8では、貫通孔81周りに、隙間Sを埋めるのに必要な加圧力(荷重)よりも大きい加圧力が作用するので、貫通孔81周りに亀裂などが生じる可能性がある。
【0051】
これに対して、実施形態にかかるリベット1は、板状鋼材9の貫通孔91に挿入される軸部12が、大径部13に近づくにつれて外径が大きくなる形状で形成されている。
そのため、軸部12における貫通孔91の外部に位置する領域(かしめ領域)の素材が貫通孔91の隙間Sに侵入した時点で、軸部12における貫通孔91内に位置する領域(拡径部122)の素材もまた、貫通孔91の内周に圧接する(
図4の(d)参照)。
【0052】
そして、軸部12の塑性変形の進行に伴って、軸部12の外周と貫通孔91の内周との隙間Sに、塑性変形した軸部12の素材M(Ma、Mb)が充填されて(
図4の(f)参照)、最終的に、軸部12の外周と貫通孔91の内周との隙間Sが、塑性変形した素材M(Ma、Mb)で、中心軸X方向の略全長に亘って塞がれることになる(
図4の(h)参照)。
【0053】
このように、板状鋼材9の貫通孔91では、軸部12の外周と貫通孔91の内周との隙間Sが、塑性変形した軸部12の素材で塞がれる際に、隙間Sへの素材の充填が、中心軸X方向の2箇所で、並行して行われる。
そのため、隙間Sにおける軸部12の先端12a側と大径部13側とで、隙間Sへの素材の充填が並行して行われるように、軸部12における貫通孔91内に位置する領域の形状を設定することで、軸部12側の隙間Sと、軸部11側の隙間Sの充填に要する時間を略同じにすることができる。
これにより、厚みの薄い方の板状鋼材8を基準として、リベット1の軸部11、12と貫通孔81、91の内周との隙間Sを埋めるための加圧力(荷重)を設定しても、中心軸X方向の厚みが異なる板状鋼材8、9を1つのリベット1で連結できるようになっている。
【0054】
前記した実施形態では、軸部12は、少なくとも貫通孔91内に位置する領域が、中心軸X方向で大径部13に向かうにつれて外径が大きくなる形状の拡径部122を有している場合を例示した。
本発明は、この態様にのみ限定されるものではなく、例えば、軸部12の全体が、先端12aから大径部13に向かうにつれて外径が大きくなる形状で形成されていても良い。
【0055】
さらに、前記した実施形態では、軸部12を塑性変形させる際に、拡径部122が、中心軸X方向における貫通孔91の略中央部に圧接する場合を例示した。
本発明は、この態様にのみ限定される物ではなく、軸部12に作用する加圧力(荷重)で、最終的に隙間Sが埋められるのであれば、拡径部122が、貫通孔91のどの位置に最初に圧接するようにしても良い。
よって、貫通孔91における大径部13寄りの位置の内周に、最初に圧接するようにしても良い。
【0056】
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は、これら実施形態に示した態様のみに限定されるものではない。発明の技術的な思想の範囲内で、適宜変更可能である。