JP6294714B2 - リベットおよび異種部材の締結構造 - Google Patents

Description

本発明は、金属部材と、繊維強化プラスチックとを締結するリベットおよび異種部材の締結構造に関する。

ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）は、軽量かつ高強度であることから、自動車をはじめとした様々な装置の部材の素材として利用が拡大している。ＦＲＰの部材と、金属製の他の部材とを締結する場合、例えば、リベットによる締結が行われる。具体的には、リベットの頭部からの突出部位（シャンク部）が、ＦＲＰに形成された孔に挿通された後、金属部材を穿孔して変形することで、ＦＲＰと金属部材が締結される。

このようなリベットの締結力を向上させるため、特許文献１に記載のように、シャンク部が、２重構造をなす２つの胴部で構成され、それぞれの胴部の先端に山部と谷部が交互に形成された形状となるリベットが提案されている。内径側の胴部と、外径側の胴部とでは、山部と谷部の位置が重なり合わないようにずれて配置されており、シャンク部が変形する際、２つの胴部の先端の山部が放射状に広がって変形することで、かしめ効果が高められるとしている。

特開２０１３−６８２３３号公報

上述した特許文献１に記載のリベットでは、２つの胴部に設けられた山部が互いに干渉して放射状に広がり難く、かしめ効果が減退してしまうことから、期待されるほど締結力が向上しない。そのため、締結力をさらに向上させたリベットの開発が希求されている。

そこで、本発明は、締結力を向上することができるリベットおよび異種部材の締結構造を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のリベットは、頭部と、頭部から頭部の中心軸方向に突出するシャンク部とを有し、繊維強化プラスチックから繊維強化プラスチックに積層された金属部材に向かって、頭部へ荷重を加えることで、シャンク部の先端側を広げて、金属部材と繊維強化プラスチックを締結するリベットであって、シャンク部は、頭部からの突出長さを異にする短尺部と長尺部とを含み、短尺部と長尺部とは、シャンク部における、周方向に連続して形成され、短尺部および長尺部の境界には、短尺部の先端側から頭部に向かい切り込みが形成されることを特徴とする。

シャンク部は、環状に形成され、短尺部および長尺部は、シャンク部の周方向に交互に配されてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の異種部材の締結構造は、金属部材と、繊維強化プラスチックとを積層し、繊維強化プラスチックから金属部材に向かってリベットの頭部に荷重を加えることで、シャンク部の先端側を広げて、金属部材と繊維強化プラスチックを締結する異種部材の締結構造であって、シャンク部は、頭部からの突出長さを異にする短尺部と長尺部とを含み、短尺部と長尺部とは、シャンク部における、周方向に連続して形成され、短尺部および長尺部の境界には、短尺部の先端側から頭部に向かい切り込みが形成され、短尺部は、金属部材の内部に先端が位置し、長尺部は、金属部材を貫通することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の他の異種部材の締結構造は、金属部材と、繊維強化プラスチックとを積層し、繊維強化プラスチックから金属部材に向かってリベットの頭部に荷重を加えることで、シャンク部の先端側を広げて、金属部材と繊維強化プラスチックを締結する異種部材の締結構造であって、シャンク部は、頭部からの突出長さを異にする短尺部と長尺部とを含み、短尺部と長尺部とは、シャンク部における、周方向に連続して形成され、短尺部および長尺部の境界には、短尺部の先端側から頭部に向かい切り込みが形成され、短尺部および長尺部は、いずれも、金属部材を貫通することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の他の異種部材の締結構造は、金属部材と、繊維強化プラスチックとを積層し、繊維強化プラスチックから金属部材に向かってリベットの頭部に荷重を加えることで、シャンク部の先端側を広げて、金属部材と繊維強化プラスチックを締結する異種部材の締結構造であって、シャンク部は、頭部からの突出長さを異にする短尺部と長尺部とを含み、短尺部と長尺部とは、シャンク部における、周方向に連続して形成され、短尺部および長尺部の境界には、短尺部の先端側から頭部に向かい切り込みが形成され、短尺部および長尺部は、いずれも、金属部材の内部に先端が位置することを特徴とする。

本発明によれば、リベットの締結力を向上することができる。

リベットの外観図である。 金属部材とＦＲＰの締結を説明するための説明図である。 変形例における金属部材とＦＲＰの締結を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、リベット１の外観図であり、図１（ａ）には、リベット１の斜視図を示し、図１（ｂ）には、リベット１の底面を図示する。図１（ａ）に示すように、リベット１は、頭部２とシャンク部３を有する。頭部２は、上面２ａと下面２ｂが互いに平行であって、上面２ａから下面２ｂに向かって拡径する傾斜部２ｃを有する。

シャンク部３は、環状に形成され、頭部２から頭部２の中心軸方向（図１（ａ）中、下側）に突出する。シャンク部３は、一端が頭部２に固定される筒部３ａと、筒部３ａの他端側に形成され、頭部２からの突出長さを異にする短尺部３ｂおよび長尺部３ｃを有する。

長尺部３ｃは、短尺部３ｂよりも、頭部２からの突出長さが長い。すなわち、筒部３ａ側の基端から先端までの長さが長い。また、図１（ｂ）に示すように、短尺部３ｂおよび長尺部３ｃは、シャンク部３の周方向に隣接して、交互に４つずつ配される。図１（ｂ）中、短尺部３ｂをクロスハッチングで示す。

短尺部３ｂおよび長尺部３ｃは、それぞれの先端に位置する底面において、シャンク部３の外径側の方が内径側よりも突出している。すなわち、短尺部３ｂおよび長尺部３ｃは、底面と外周面との境界部分が鋭角αになっている。

また、短尺部３ｂと長尺部３ｃの境界には、短尺部３ｂの先端側から頭部２に向かって切り込み３ｄが形成されており、切り込み３ｄの深さは、短尺部３ｂの基端から先端までの長さとなっている。

言い換えれば、それぞれの長尺部３ｃにおける、シャンク部３の周方向の両端に設けられた切り込み３ｄによって、短尺部３ｂが形成されている。

図２は、金属部材４とＦＲＰ５（繊維強化プラスチック）の締結を説明するための説明図であり、リベット１、金属部材４、ＦＲＰ５について、リベット１の軸方向に平行な面による断面を模式的に示す。また、図２（ａ）から図２（ｄ）に向かって、順に、締結行程が進む様子を表す。

図２（ａ）に示すように、金属部材４とＦＲＰ５は、リベット１側にＦＲＰ５を位置させて積層されている。また、ＦＲＰ５には、金属部材４とＦＲＰ５の積層方向に貫通する挿通孔５ａが予め形成されている。挿通孔５ａの内径は、リベット１のシャンク部３の外径よりも大きく、シャンク部３が挿通される。

金属部材４のうち、ＦＲＰ５の反対側には穿孔用ダイ６が配されている。穿孔用ダイ６には、挿通孔５ａよりも内径が大きい窪み６ａが形成されており、当該窪み６ａが金属部材４に対向する向きで、金属部材４に当接している。

また、窪み６ａの中心には、窪み６ａと中心軸が同軸となる環状の突出部６ｃが形成されている。突出部６ｃの先端は、穿孔用ダイ６のうち、金属部材４と当接する端面６ｂと面一となっており、端面６ｂとともに金属部材４に当接している。

突出部６ｃの外径は、シャンク部３（筒部３ａ、短尺部３ｂ、長尺部３ｃ）の内径よりも小さく形成される。また、ＦＲＰ５の挿通孔５ａと穿孔用ダイ６の窪み６ａとは、中心軸が大凡同軸となるように配置される。

そして、図２（ａ）に示すように、穿孔用ダイ６、金属部材４、ＦＲＰ５、および、シャンク部３を、この順に配し、リベット１のシャンク部３を、ＦＲＰ５のうち、金属部材４の反対側から挿通孔５ａに対向させる。

そして、頭部２に、ＦＲＰ５側に向かって荷重を加えると、シャンク部３が、長尺部３ｃ、短尺部３ｂの順に、金属部材４を穿孔する。そうすると、図２（ｂ）に示すように、短尺部３ｂは、金属部材４を貫通せず、金属部材４の内部に先端が留まる。

一方、長尺部３ｃは、金属部材４を貫通する。そして、長尺部３ｃのうち、金属部材４を貫通した部位は、突出部６ｃの径方向外側に突出する。

このとき、穿孔用ダイ６の端面６ｂおよび突出部６ｃは、金属部材４に当接して金属部材４を抑えつけることで、金属部材４の穿孔部分以外の変形を抑制する。また、穿孔用ダイ６は、金属部材４に反力を作用させることから、金属部材４に生じるせん断力が大きくなり、金属部材４の穿孔が容易となる。

続いて、リベット１のシャンク部３を金属部材４に穿孔させた後、穿孔用ダイ６を取り除いて、図２（ｃ）に示すように、下部締結ダイ７を用いて、締結処理を行う。

下部締結ダイ７は、支持部材８と、押圧部材９とで構成されている。支持部材８は、穿孔用ダイ６と同様、端面８ａが金属部材４に当接する。端面８ａには、窪み８ｂが形成されており、窪み８ｂの中心には、支持部材８を、端面８ａに垂直な方向に貫通する貫通孔８ｃが設けられている。窪み８ｂの内径は、シャンク部３の外径よりも大きく、貫通孔８ｃの内径は、シャンク部３の内径よりも小さい。

窪み８ｂには、貫通孔８ｃから径方向外側に向かって深く窪む傾斜部８ｄが形成されている。

押圧部材９は、円板部９ａと、円板部９ａの中心において、円板部９ａから円板部９ａの中心軸方向に突出する突出部９ｂとを有している。突出部９ｂの外径は、貫通孔８ｃの内径よりも小さく、突出部９ｂが貫通孔８ｃに挿通可能となっている。

図２（ｃ）に示すように、傾斜部８ｄが金属部材４から突出した長尺部３ｃの先端に対向するように、支持部材８を配する。さらに、押圧部材９の突出部９ｂが、支持部材８のうち窪み８ｂの反対側から、貫通孔８ｃに対向するように、リベット１、ＦＲＰ５、金属部材４、支持部材８を位置させる。

そして、リベット１、ＦＲＰ５、金属部材４、支持部材８を押圧部材９側に移動させて、突出部９ｂを貫通孔８ｃに挿通させる。この状態で、リベット１の頭部２に荷重を加えることで、リベット１および金属部材４が、図２（ｄ）に示すように変形する。具体的には、まず、長尺部３ｃの先端は、支持部材８の傾斜部８ｄに押圧されて、径方向外側に広がる。

また、金属部材４は、押圧部材９の突出部９ｂに押圧されてＦＲＰ５側に窪み、この金属部材４の表面の変形に伴う金属部材４内部の変形によって、金属部材４の内部に留まっていた短尺部３ｂの先端が径方向外側に広がる。

その結果、短尺部３ｂと長尺部３ｃとで、金属部材４の一部をリベット１の軸方向に挟み込む形となり、金属部材４にリベット１が固定される。そして、リベット１の頭部２と、金属部材４とによって、ＦＲＰ５が挟持されることで、金属部材４とＦＲＰ５が締結されることとなる。

このように、リベット１は、短尺部３ｂと長尺部３ｃを有し、それぞれの長さが異なることから、互いに干渉し難く、リベット１の径方向に広がり易い。そのため、リベット１は、広範囲に亘って金属部材４を固定でき、金属部材４とＦＲＰ５の締結力を高めることが可能となる。

また、短尺部３ｂの先端が金属部材４の内部に留まるとともに、長尺部３ｃの先端が金属部材４を貫通することから、短尺部３ｂと長尺部３ｃとで金属部材４を挟持して、さらなる締結力の向上が可能となっている。

図３は、変形例における金属部材４とＦＲＰ５の締結を説明するための説明図である。図３（ａ）に示すように、第１変形例においては、リベット１０の短尺部１３ｂと長尺部１３ｃは、いずれも、先端が金属部材４を貫通して径方向に広がっている。

短尺部１３ｂと長尺部１３ｃとでは、基端から先端までの長さが異なることから、短尺部１３ｂの先端は、長尺部１３ｃの先端よりも、径方向の位置が内径側となっている。その結果、短尺部１３ｂの先端と長尺部１３ｃの先端とでは、金属部材４に当接する位置がリベット１の径方向に異なり、金属部材４を広範囲にわたって挟持することが可能となる。

図３（ｂ）に示すように、第２変形例においては、リベット２０の短尺部２３ｂと長尺部２３ｃは、いずれも、金属部材４の内部に先端が位置する。

短尺部２３ｂと長尺部２３ｃの先端がともに金属部材４の内部に位置する場合であっても、上記の実施形態と同様、短尺部２３ｂと長尺部２３ｃとで金属部材４を挟み込んで、リベット１と金属部材４を固定することが可能となる。その上、短尺部２３ｂと長尺部２３ｃは、金属部材４を貫通しないため、金属部材４のうち、ＦＲＰ５と反対側の端面４ａに出っ張りを生じさせずに、金属部材４とＦＲＰ５を締結することが可能となる。

上述した実施形態および変形例では、ＦＲＰ５には予め挿通孔５ａが形成されている場合について説明したが、挿通孔５ａは必須の構成ではなく、シャンク部３がＦＲＰ５を穿孔して金属部材４側まで貫通してもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、リベット１、１０、２０の短尺部３ｂ、１３ｂ、２３ｂと、長尺部３ｃ、１３ｃ、２３ｃは、４つずつ周方向に交互に設けられている場合について説明した。しかし、短尺部と長尺部は、周方向に交互に設けられていなくともよく、また、その数は４つずつに限らない。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

本発明は、金属部材と、繊維強化プラスチックとを締結するリベットおよび異種部材の締結構造に利用できる。

１、１０、２０ リベット
２ 頭部
３ シャンク部
３ｂ、１３ｂ、２３ｂ 短尺部
３ｃ、１３ｃ、２３ｃ 長尺部
４ 金属部材
５ ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）

Claims (5)

1. 頭部と、該頭部から該頭部の中心軸方向に突出するシャンク部とを有し、繊維強化プラスチックから該繊維強化プラスチックに積層された金属部材に向かって、該頭部へ荷重を加えることで、該シャンク部の先端側を広げて、該金属部材と該繊維強化プラスチックを締結するリベットであって、
   前記シャンク部は、
   前記頭部からの突出長さを異にする短尺部と長尺部とを含み、
   前記短尺部と前記長尺部とは、
   前記シャンク部における、周方向に連続して形成され、
   前記短尺部および前記長尺部の境界には、
   前記短尺部の先端側から前記頭部に向かい切り込みが形成されることを特徴とするリベット。
2. 前記シャンク部は、環状に形成され、前記短尺部および前記長尺部は、該シャンク部の前記周方向に交互に配されることを特徴とする請求項１に記載のリベット。
3. 金属部材と、繊維強化プラスチックとを積層し、該繊維強化プラスチックから該金属部材に向かってリベットの頭部に荷重を加えることで、シャンク部の先端側を広げて、該金属部材と該繊維強化プラスチックを締結する異種部材の締結構造であって、
   前記シャンク部は、
   前記頭部からの突出長さを異にする短尺部と長尺部とを含み、
   前記短尺部と前記長尺部とは、
   前記シャンク部における、周方向に連続して形成され、
   前記短尺部および前記長尺部の境界には、
   前記短尺部の先端側から前記頭部に向かい切り込みが形成され、
   前記短尺部は、前記金属部材の内部に前記先端が位置し、前記長尺部は、該金属部材を貫通することを特徴とする異種部材の締結構造。
4. 金属部材と、繊維強化プラスチックとを積層し、該繊維強化プラスチックから該金属部材に向かってリベットの頭部に荷重を加えることで、シャンク部の先端側を広げて、該金属部材と該繊維強化プラスチックを締結する異種部材の締結構造であって、
   前記シャンク部は、
   前記頭部からの突出長さを異にする短尺部と長尺部とを含み、
   前記短尺部と前記長尺部とは、
   前記シャンク部における、周方向に連続して形成され、
   前記短尺部および前記長尺部の境界には、
   前記短尺部の先端側から前記頭部に向かい切り込みが形成され、
   前記短尺部および前記長尺部は、いずれも、前記金属部材を貫通することを特徴とする異種部材の締結構造。
5. 金属部材と、繊維強化プラスチックとを積層し、該繊維強化プラスチックから該金属部材に向かってリベットの頭部に荷重を加えることで、シャンク部の先端側を広げて、該金属部材と該繊維強化プラスチックを締結する異種部材の締結構造であって、
   前記シャンク部は、
   前記頭部からの突出長さを異にする短尺部と長尺部とを含み、
   前記短尺部と前記長尺部とは、
   前記シャンク部における、周方向に連続して形成され、
   前記短尺部および前記長尺部の境界には、
   前記短尺部の先端側から前記頭部に向かい切り込みが形成され、
   前記短尺部および前記長尺部は、いずれも、前記金属部材の内部に先端が位置することを特徴とする異種部材の締結構造。

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