JP2004340321A

JP2004340321A - Self-boring type fastener

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Publication number: JP2004340321A
Application number: JP2003139936A
Authority: JP
Inventors: Masaya Asagami; 正也麻上; Takehiko Nanbu; 武彦南部; Takashi Arima; 隆志有馬
Original assignee: Fukui Byora Co Ltd
Current assignee: Fukui Byora Co Ltd
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a self-boring type fastener, driven in a metal-made panel member having a comparatively large thickness to be fastened, enlarging the diameter of a hollow leg part of the self-boring type fastener heat-treated to high hardness to hold the panel member in a space up to the head part of the self-boring type fastener to be used, having large fastening force, and hardly causing delayed fracture to have excellent strength and safety. <P>SOLUTION: In the self-boring type fastener 1 composed of the head part 2 and the hollow leg part 3 extended from the lower surface of the head part 2, a decarbonization layer 4 is formed on the surface of the self-boring type fastener 1, and further a rust-proofing effect body is formed on the surface of the decarbonization layer 4. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己穿孔式ファスナーに係り、より詳しくは、比較的厚みの厚い金属製のパネル部材に打ち込んで、高硬度に熱処理された自己穿孔式ファスナーの中空の脚部を大きく拡径させることにより、該パネル部材を該自己穿孔式ファスナーの頭部とに挟み込んで締結する自己穿孔式ファスナーに関する。
通常、自己穿孔式ファスナーは、予め孔があけられていないパネル部材に打ち込まれて使用する場合が多く、該自己穿孔式ファスナーの中空の脚部が該パネル部材を穿孔し、金型により該脚部が拡径されることにより締結が完了する。
従って、該自己穿孔式ファスナーには強い強度が要求され、一般的には、焼入れ焼き戻し等の熱処理が施される。その後、該自己穿孔式ファスナーの表面にめっき等の防錆処理が施される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、中空打込みリベット及びその加工方法として、少なくとも炭素を０．２２％〜０．３５％含む素材の鋼線材を熱処理加工し、その後伸線加工し（伸線加工後の鋼線材の引張強さは、８５０Ｎ／ｍｍ^２以上が可能と開示されている。）、ついで、冷間圧造加工にて中空打込みリベットを形成し、その後焼ならし熱処理加工を行っていた（例えば、特許文献１参照。）。最後に、酸洗い及びメッキ処理を行っても良い。該中空打込みリベットの硬度は、ＨＲＣ３５（ＨＶ換算で、略ＨＶ３４５。）以上と開示されている。又、該特許文献１に記載されている発明の効果の一つに、カシメの際に返り状に曲げられた部分の径（カール径）がカシメ前の中空打込みリベットの径より２０％以上大きくなってもひび割れが生じないことが開示されている。又、該特許文献１に記載されている従来の技術として、材質としてＳ３５Ｃ、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０の線材を使用し、冷間圧造加工により中空打込みリベットを形成後、焼入れ・焼戻し熱処理加工を行ない、最後にメッキ処理を行う加工工程のフローチャートが開示されている。該フローチャートのように製造された該中空打込みリベットをカシメた場合は、返り状に曲げられた部分の径（カール径）がカシメ前の該中空打込みリベットの径より２０％以上大きくなると確実にひび割れが生ずることも開示されている。該フローチャートにより形成した中空打込みリベットの硬度は、ＨＲＣ３３（ＨＶ換算で、略ＨＶ３２７。）程度である。
又、小屋組トラス接合構造に、セルフピアシング式のリベットを使用して、予め鍍金または塗装されている比較的薄肉の鋼材からなる部材を接合していることが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
更に、スチールハウスを構成する部材同士の接続にリベット、ドリリングネジ、タッピングネジ、スクリューネイル等が使用されることが開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
更に、金属材料にめっき処理を施した場合の遅れ破壊に関する内容が開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。
更に、スチールハウス等の建築構造体を構成する部材に施されている表面処理の一つとしてのめっきの最小付着量が記載されている（例えば、非特許文献２参照。）。
更に、前記スチールハウス用ドリルねじの表面処理に関する仕様が掲載されている（例えば、非特許文献３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３５１０４３号公報（第２−４頁、第１−２図）
【特許文献２】
特開２００１−２７９８６３号公報（第２−４頁、第１−２図）
【特許文献３】
特開２００１−２２０８２９号公報（第２頁、第１−３図）
【非特許文献１】
石原祥江、外４名，「めっきの基礎」，山本恒雄，１９９７年６月１０日，ｐ．１１７，１１９，１２２，１２３，１７７，１７８
【非特許文献２】
日本規格協会，「ＪＩＳハンドブック鉄鋼ＩＩ棒・形・板・帯／鋼管／線・二次製品」，財団法人日本規格協会，１９９９年４月２１日，ｐ．１９４−１９５
【非特許文献３】
ケーエム精工株式会社、“スチールハウス専用ネジ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００３年３月３日、ケーエム精工株式会社ＨＯＭＥＰＡＧＥ、［２００３年４月２３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｍｓｅｉｋｏ．ｃｏ．ｊｐ＞
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記に示した従来の技術には、次のような問題があった。
【０００５】
特許文献１によれば、冷間圧造加工により中空打込みリベットに形成した後に焼入れ焼き戻し処理による強度向上手段を実施しないため、該中空打込みリベットに強度を持たせる手段として、該冷間圧造加工前の鋼線材の引張強さを高めておく必要がある。従って、該鋼線材を冷間圧造加工すると、冷間圧造加工用の金型の寿命が極端に短くなってしまい、多くの金型を使用したり、該金型の交換調整にも手間がかかり、かえってコストが高くついてしまうという問題があった。更に、該鋼線材を冷間圧造加工し、ついで、焼ならし熱処理加工を施しても、該中空打込みリベットの硬度は、ＨＲＣ３５（ＨＶ換算で、略ＨＶ３４５。）か、又は若干上回る程度の硬度にしかならないため、比較的厚みの厚い金属製のパネル部材を締結することができないという致命的な問題があった。この問題を解決するために、該中空打込みリベットの脚部の径を大きくする方法も考えられるが、この場合は、該中空打込みリベットのコスト上昇や締結時のパネル部材の歪みが増大するという新たな問題が発生するため、採用されるには至っていない。更に、パネル部材の厚みと中空打込みリベットの大きさが不釣合いになるという見栄え上の問題も発生する。
又、該特許文献１に記載されている従来の技術として開示されているように、Ｓ３５Ｃ、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０等のように、比較的炭素含有量が多い鋼線材を使用し、冷間鍛造加工により中空打込みリベットを形成後、焼入れ・焼戻し熱処理加工により高硬度とし、最後にメッキ処理を行う加工工程を経た中空打込みリベットを使用してカシメた場合には、返り状に曲げられた部分の径（カール径）がカシメ前の該中空打込みリベットの径より２０％以上大きくなると確実にひび割れが生ずることが開示されている。このひび割れ現象は、高硬度の中空打込みリベット特有の問題であり、該返り状に曲げられた部分やひび割れた部位を起点としての水素脆性を主とする遅れ破壊の危険性が高いという問題があった。更に、ひび割れが生じていれば、締結力が弱くなってしまうという問題もあった。
【０００６】
一方、特許文献２によれば、長期間の保証を必要とする小屋組トラス部材の接合にセルフピアシング式のリベットが使用されている。該部材には、事実上、後述するスチールハウスに採用される厚めっき処理が予め施されている（非特許文献２参照。）。従って、該部材を接合するためのセルフピアシング式のリベットにも厚めっきが要求され、事実上、膜厚２０μｍ以上の電気めっき処理が施されている。又、該特許文献２では、小屋組トラス部材を比較的薄肉の鋼材からなる各部材と記載しているが、該部材の実際の厚みが開示されており、例えば、図２の点ａの箇所においては、ガセットプレート（３４）の厚みが３．２ｍｍとトラス下弦材（１１）の厚みが１．６ｍｍとの組合せになるため、合計厚みが４．８ｍｍになる。この合計厚みは、リベットをパネル材に打ち込んで使用するセルフピアシング式のリベットから考えると比較的薄肉とは言えず、むしろ厚肉といえる。該点ａの箇所には、事実上、脚部の径がφ５ｍｍ又はφ６ｍｍのセルフピアシング式のリベットが使用されており、且つ硬度は、ＨＶ５１０程度である。従って、該セルフピアシング式のリベットを使用して該部材を締結した場合には、厚膜仕様の電気めっきと高硬度との条件とがあいまって、水素脆性を主とする遅れ破壊の危険性が高いという問題があった。
【０００７】
更に、特許文献３によれば、スチールハウスを構成する部材同士の接続にリベット、ドリリングネジ、タッピングネジ、スクリューネイル等が使用されることが開示されおり、該部材の表面処理は、後述するように、予め厚めっき処理が施されている（非特許文献２参照。）。従って、接続に使用されるリベット、ドリリングネジ、タッピングネジ、スクリューネイルにも厚めっきが要求され、事実上、膜厚２０μｍ以上の電気めっき処理が施されており、しかも熱処理が施され高硬度になっている。従って、厚膜仕様の電気めっきと高硬度との条件とがあいまって、水素脆性を主とする遅れ破壊の危険性が高いという問題があった。
【０００８】
更に、非特許文献１によれば、電気めっきと水素脆性について詳しく述べられている。特に、硬度がＨＶ３４０以上の鉄鋼部材においては、水素脆性の危険性を低くするために、該電気めっきの前後にベーキング処理を行う必要性を説いている。更に、該電気めっき後から該ベーキング処理開始までの時間にも制限があり、この時間を過ぎてしまうと該ベーキング処理の効果が弱くなってしまう。又、硬度がＨＶ４４０を超える鉄鋼部材においては、該電気めっきの前後に各１８時間、合計３６時間の該ベーキング処理が必要であり、該電気めっき後から該ベーキング処理開始までの時間は、４時間以内という制限が設けられている。又、水素脆性が発生する部位としては、金属組織が弱くなっている部分であるため、自己穿孔式ファスナーにおいて水素脆性が発生しやすい部位は、締結の際に返り状に曲げられた部分やひび割れた部分である。このように、高硬度の鉄鋼部材に電気めっきをする場合は、たとえ時間をかけてベーキング処理を施しても、水素脆性の危険性を完全には解消できないという問題があり、締結の際に脚部の変形を伴う自己穿孔式ファスナーは、特に該水素脆性の危険性が高いという問題があった。
【０００９】
更に、非特許文献２によれば、用途の一つとしての建築部材に使用可能な冷延板材のめっきの最小付着量が記載されている。実際に適用されているめっきの付着量表示記号Ｚ２７に関しては、１点最小付着量が２３４ｇ／ｍ^２（亜鉛の相対密度を基に、厚みに換算すると、略１６．４μｍとなる。）であり、３点平均付着量が２７５ｇ／ｍ^２（亜鉛の相対密度を基に、厚みに換算すると、略１９．３μｍとなる。）である。又、前記のめっきの付着量を基に、該建築部材の締結用ファスナーの表面処理は亜鉛めっきとされ、膜厚が２０μｍ以上と取り決めされている。該締結用ファスナーとしては、リベット、ドリリングネジ、タッピングネジ、スクリューネイルがあるが、これらは予め孔があけられていない該建築部材に打ち込んで使用されるため、高い硬度に熱処理されており、更に、厚膜の電気めっき処理が施されている。従って、厚膜仕様の電気めっきと高硬度の条件とがあいまって、水素脆性を主とする遅れ破壊の危険性が高いという問題があった。
【００１０】
更に、非特許文献３によれば、スチールハウス専用ねじが掲載されている。スチールハウスを構成する鋼板部材に孔をあけながら締結するねじであり、高硬度に熱処理され、表面には、厚み２０μｍの亜鉛めっきと光沢クロメートの被膜が電気めっきにより施されている（非特許文献３では、ユニクロ２０μｍと簡略表示されている。）。従って、厚膜仕様の電気めっきと高硬度の条件とがあいまって、水素脆性を主とする遅れ破壊の危険性が高いという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記事実を考慮し、比較的厚みの厚い金属製のパネル部材に打ち込んで締結することが可能であり、高硬度に熱処理された自己穿孔式ファスナーの中空の脚部を大きく拡径させることにより、該パネル部材を該自己穿孔式ファスナーの頭部とに挟み込んで使用し、大きな締結力があり、更に、遅れ破壊が発生しにくいという強度面と安全性に優れた自己穿孔式ファスナーを得ることが目的である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、頭部と該頭部の下面から延出した中空の脚部とを有し、該脚部を少なくとも１枚のパネル部材に打ち込んで、該脚部を拡径させることにより、該パネル部材を該頭部とに挟み込んで締結する自己穿孔式ファスナーにおいて、素材として炭素含有量が０．３５重量％〜０．６０重量％からなる鋼線材を鍛造加工することにより自己穿孔式ファスナーを形成し、その後、該自己穿孔式ファスナーに脱炭熱処理を施し表面に脱炭層を形成せしめ、ついで、焼入れ焼き戻し処理を施す方法、又は、該自己穿孔式ファスナーに脱炭熱処理及び焼入れ処理を同時工程にて施し、ついで、焼き戻し処理を施す方法により、内部の硬度を高くし且つ表面に形成された脱炭層の硬度を内部の硬度に比較して低くすることにより硬度差を生じせしめ、硬度の２層構造が形成されてなることを特徴とする。
【００１３】
従って、前記自己穿孔式ファスナーは、比較的炭素含有量の多い鋼線材を使用し、焼入れ焼き戻し処理を施しているため、内部の硬度が高く、比較的厚みの厚い金属製のパネル部材に、座屈することなく打ち込んで締結することが可能であり、且つ該自己穿孔式ファスナーの表面は脱炭により軟化しているため、該自己穿孔式ファスナーの脚部のひび割れを生じさせずに大きく拡径させることが可能になる。すなわち、遅れ破壊感受性を低く抑えて遅れ破壊が発生しにくく、且つ大きな締結力を得ることができるという優れた効果がある。
通常、鍛造により製作した自己穿孔式ファスナーの中空の脚部を拡径させた場合のひび割れという現象は、線材を鍛造加工することに起因していることが多い。すなわち、線材を該線材の軸方向に対し直角に切断する際の切断面に生ずる剪断面と破断面との境目が該ひび割れの起点の一つとなるのである。又、該剪断面と破断面と更にダレとによって構成された切断面は該線材の軸方向に対し垂直な面にはなっていないため、該自己穿孔式ファスナーの脚部端となる切断面に対し、中空孔をあけるための孔あけピンが該脚部の外径に対し同心に穿孔せずに、該脚部の外径と中空孔とが偏肉してしまい、該偏肉により形成された薄肉の部位も該ひび割れの起点の一つとなるのである。従って、該自己穿孔式ファスナーの表面に脱炭層を形成することによって、線材を鍛造加工することから生ずる特有の問題を解消することができるという優れた効果を得ることができる。
【００１４】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の自己穿孔式ファスナーにおいて、内部の硬度がＨＶ４３０〜ＨＶ５４０の範囲にあり、且つ表面に形成された脱炭層の厚みが１０μｍ〜２０μｍの範囲であり、更に、該脱炭層の硬度が該内部の硬度より２５％〜３５％低く形成されてなることを特徴とする。
【００１５】
従って、前記自己穿孔式ファスナーの内部の硬度に関しては、該自己穿孔式ファスナーの脚部の外径や被締結部材の材質、硬度、厚み等の条件に基づいて、最適な硬度を前記範囲の中で決定すれば良い。前記脱炭層の厚みに関しては、１０μｍ未満であると、締結後の遅れ破壊感受性が高くなり、又該脚部にひび割れが発生しやすくなり、遅れ破壊や締結力が小さくなってしまう原因となる。
該脱炭層の厚みが２０μｍを超えると、該自己穿孔式ファスナーの脚部の強度低下を招き、打ち込み時の座屈等の原因となるおそれがある。
又、前記脱炭層の硬度に関しては、該自己穿孔式ファスナーの内部の硬度に対応した表面硬度が好ましいため、該内部の硬度より２５％〜３５％低くした。硬度が高いほど遅れ破壊感受性が高まるためである。
従って、自己穿孔式ファスナーを前記のような硬度分布に形成することにより、強度面と安全性とに優れているという効果を得ることができる。
更に、自己穿孔式ファスナーの表面が脱炭されているため、焼入れ焼き戻し処理による酸化が少なく、酸化被膜がほとんど形成されないため、次工程で該自己穿孔式ファスナーに防錆のための表面処理を施す場合の該酸化被膜を除去する工程が簡単で良いという作業面やコスト面での効果も得ることができる。例えば、該酸化被膜を除去するためのショットブラストが短時間で済むことや酸洗いの場合も弱い酸で良いということである。
【００１６】
請求項３に記載の本発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の自己穿孔式ファスナーおいて、防錆効果体を該自己穿孔式ファスナーの表面に形成してなることを特徴とする。
【００１７】
従って、錆の発生が抑制されることにより耐久性が向上し、初期の品質を長く維持できるという効果がある。前記防錆効果体は、めっき、塗装、防錆油、その他の防錆効果体を指し、又、該防錆効果体は、被締結部材（パネル部材）に色合い等を合せることも可能であり、外観的にも見映えの良いものとすることができる。
【００１８】
請求項４に記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の自己穿孔式ファスナーにおいて、電気分解法を用いて膜厚１２μｍ以上の防錆効果体を該自己穿孔式ファスナーの表面に形成してなることを特徴とする。
【００１９】
従って、前記防錆効果体の一つとして、広く普及しており安価な電気めっきを提案することができ、更に該電気めっきの一つとして亜鉛めっきを採用することができるため、製品価格を低く抑えることができるというコスト面での効果がある。
一般的には、高硬度の鉄鋼部材への電気めっきは、水素脆性の危険性が高いが、本発明では、表面に脱炭層が形成され軟化されているため、水素脆性の危険性を低く抑えることができるため、安全性に優れているという効果を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を、図に従って説明する。
【００２１】
図１に示されるが如く、本第１実施形態の自己穿孔式ファスナー（１）は、頭部（２）と該頭部（２）の下面から延出した中空の脚部（３）とからなる丸軸状の一つの部材からなっており、該脚部（３）の先端部（３Ａ）は、外周縁部から内周縁部へ向かって若干の平坦部（３Ａａ）が形成されており、続いて鋭角的で且つ内周縁部に向かって凸状である円弧状の傾斜部（３Ａｂ）を有する内向きテーパ状に形成されている。更に、該自己穿孔式ファスナー（１）のすべての表面には、脱炭層（４）が形成されており、更に、脱炭層（４）の表面には、防錆効果体である亜鉛系被膜塗装（図示せず。）が形成されている。
【００２２】
図２は、前記第１実施形態の自己穿孔式ファスナー（１）の好適な加工工程を示すフローチャートである。以下順を追って説明する。
【００２３】
最初に、素材となる鋼線材に焼鈍による熱処理を施し、以後の伸線加工をし易くし、該焼鈍と伸線加工との工程をくり返して所望の径と引張強さの鋼線材に仕上げる。最終的な伸線加工における鋼線材の径は、防錆効果体を形成する前の自己穿孔式ファスナーの中空の脚部外径より若干細くなるように仕上げる。理由は、該中空の脚部を形成する際に、最終的に伸線加工された鋼線材を所定の長さに切断した中実のブランク材に、金型である孔あけピンを押し込むために、該中空の脚部外径が若干太くなるからである。該最終的に伸線加工された鋼線材の引張強さは、該自己穿孔式ファスナーを成形するための金型の寿命を長くするために、最大でも６００Ｎ／ｍｍ^２程度とすることが望ましい。
ついで、ヘッダーにより冷間鍛造加工を行ない、所望の形状の自己穿孔式ファスナーに成形する。
ついで、冷間鍛造加工された自己穿孔式ファスナーに適宜な手段により脱炭熱処理を施して、該自己穿孔式ファスナーの表面に脱炭層を形成させる。
ついで、表面が脱炭された自己穿孔式ファスナーに、適宜な手段により焼入れ焼き戻し熱処理を施して、該自己穿孔式ファスナーを所望の硬度に仕上げる。このとき、該自己穿孔式ファスナーの表面が脱炭されているので、該自己穿孔式ファスナーの内部と比較して、該表面の硬度が低くなる。該自己穿孔式ファスナーの内部の硬度に関しては、該自己穿孔式ファスナーの脚部外径や被締結部材の材質、硬度、厚み等の条件により最適に選択すれば良い。
ついで、焼入れ焼き戻し熱処理が施された自己穿孔式ファスナーに亜鉛系被膜塗装処理を行ない、前記自己穿孔式ファスナー（１）が完成する。尚、本発明では、特許文献１に開示されている図１と図２とにある酸洗い処理加工を簡略化又は、省略することができる。理由は、自己穿孔式ファスナーの表面が脱炭されているため、焼入れ焼き戻し処理による酸化が少なく、酸化被膜がほとんど形成されないためである。
【００２４】
図３は、前記第１実施形態の自己穿孔式ファスナー（１）を金属製のパネル部材に打ち込んで締結した状態を示す縦断面図である（脱炭層及び防錆効果体を図示せず。）。
【００２５】
［試験例］
以下、本発明に係わる自己穿孔式ファスナーの締結試験例を示すことにより、本発明の効果をより明確なものとする。但し、本発明は、以下の試験例に何ら限定されない。
（試験サンプル）
厚さ３．２ｍｍと１．６ｍｍの鉄板を上下に重ねたものを被締結部材とし、厚さ３．２ｍｍの方を自己穿孔式ファスナーの頭部側とした。該鉄板の引張強さは、双方とも４５０Ｎ／ｍｍ^２（硬さに換算すると、略ＨＶ１４０である。）である。
自己穿孔式ファスナーは、径がφ５．８のＳＣＭ４４０材（引張強さは、５２０Ｎ／ｍｍ^２で、硬さに換算すると、略ＨＶ１６０である。）を冷間鍛造加工により、中空脚部の外形がφ６ｍｍで、該自己穿孔式ファスナーの全長を８．６ｍｍに形成した。又、該自己穿孔式ファスナーの内部の硬度を、ＨＶ５１０とし、表面の脱炭層の厚みを１４μｍ、硬度をＨＶ３６０とした。最後に、該自己穿孔式ファスナーの表面に、電気めっきを施して厚み２０μｍの亜鉛層を形成させ、更に該亜鉛層の表面に光沢クロメート層を形成した。表面を脱炭した自己穿孔式ファスナーを本試験例において、簡略的に表面脱炭ファスナーと呼ぶ。
又、比較例の自己穿孔式ファスナーとして、脱炭熱処理のみ実施せず、他の仕様は、前記試験サンプルと同じとした。すなわち、該自己穿孔式ファスナーの硬度は、表面及び内部ともＨＶ５１０とした。表面を脱炭しない自己穿孔式ファスナーを本試験例において、簡略的に非脱炭ファスナーと呼ぶ。
【００２６】
（試験方法）
前記被締結部材に、上型（図示せず。）及び下型（６）を用いて表面脱炭ファスナーや非脱炭ファスナーを打込むことにより締結した。又、上型（図示せず。）の駆動は、油圧式プレス機（図示せず。）を使用した。締結後、表面脱炭ファスナーや非脱炭ファスナーに影響を及ぼさないようにしながら該被締結部材（７）を取り外し、該表面脱炭ファスナーや非脱炭ファスナーの拡径部（５）の径（カール径）の測定及び該拡径部（５）のひび割れの有無を拡大鏡を使用して観察した。ひび割れの有無の評価基準（評価項目と評価記号）は、図４に示す。
更に、前記の方法にて締結した新たな被締結部材を上下に引っ張ることにより剥離を行ない、表面脱炭ファスナーや非脱炭ファスナーの様態を拡大鏡を使用して観察した。
更に、被締結部材を用いずに、表面脱炭ファスナーや非脱炭ファスナーだけを上型（図示せず。）及び下型（６）を用いて該ファスナーの脚部を拡径させて、該表面脱炭ファスナーや非脱炭ファスナーの拡径部（５）の径（カール径）の測定及び拡径率（カール径を基の脚部の径で除した値。）の算出並びに該拡径部（５）のひび割れの有無を拡大鏡を使用して観察した。ひび割れの有無の評価基準（評価項目と評価記号）は、図４に示す。
【００２７】
（試験結果）
図５は、被締結部材を表面脱炭ファスナー及び非脱炭ファスナーとを使用してそれぞれ締結し、締結後、表面脱炭ファスナーや非脱炭ファスナーに影響を及ぼさないようにしながら該被締結部材を取り外し、該表面脱炭ファスナーや非脱炭ファスナーの拡径部（５）の径（カール径）の測定及び該拡径部（５）のひび割れの有無を拡大鏡を使用して観察した結果を示す表であり、サンプル数は、それぞれ５個とした。本試験結果から分かるように、カール径がφ７．８ｍｍ（拡径率は、１．３である。）の場合は、該表面脱炭ファスナー及び非脱炭ファスナーの拡径部（５）の径（カール径）及び該拡径部（５）のひび割れの有無に関しては、顕著な差異は見受けられなかった。理由としては、締結時に下型（６）の周辺壁（６Ａ）及び被締結部材（７）により、該拡径部（５）が強い圧縮力を受けるため、該拡径部（５）は、ひび割れが発生しにくくなっているためである。
更に、前記の方法にて締結した新たな被締結部材を上下に引っ張ることにより剥離を行ない、表面脱炭ファスナーや非脱炭ファスナーの様態を拡大鏡を使用して黙視にて観察した結果によれば、該表面脱炭ファスナーの拡径部に関しては、全サンプルとも、すじ状のひび割れ（すき間が確認できないひび割れ）及び明らかなひび割れ（すき間が確認できるひび割れ）がともに発生しなかった。しかし、該非脱炭ファスナーに関しては、全サンプルとも該非脱炭ファスナーの脚部の拡径開始部近傍から破断しており、更に拡径部にはひび割れが発生しており、該拡径部は数個に分解した。従って、表面脱炭ファスナーは、外部からの負荷に対して品質的に安定しているが、非脱炭ファスナーは、外部からの負荷に対して品質的に不安定（不安全）であることが分かる。
図６は、被締結部材を用いずに、表面脱炭ファスナーや非脱炭ファスナーだけを上型（図示せず。）及び下型（６）を用いて拡径させて、該表面脱炭ファスナーや非脱炭ファスナーの拡径部（５）の径（カール径）の測定及び拡径率（カール径を基の脚部の径で除した値。）の算出並びに該拡径部（５）のひび割れの有無を拡大鏡を使用して観察した結果を示す表であり、サンプル数は、それぞれ５個とした。本試験結果から分かるように、自己穿孔式ファスナーは、内部の硬度が高い場合でも、表面脱炭ファスナーにはひび割れが発生せず、非脱炭ファスナーは、わずかの拡径でもひび割れが発生してしまうことが分かる。つまり、表面脱炭ファスナーは、品質的に非常に安定している自己穿孔式ファスナーと言える。更に、多少被締結部材の厚みが変わった場合でもひび割れの発生なしに締結が可能であることも分かる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る自己穿孔式ファスナーは、高硬度であっても遅れ破壊が発生しにくいという強度面と安全性に極めて優れた効果を有する。更に、自己穿孔式ファスナーの中空の脚部を大きく拡径させても該脚部にひび割れが発生しないため、大きな締結力を得ることが可能になると同時に、被締結部材の厚みが多少変更になっても自己穿孔式ファスナーを変更する必要がないという段取り作業や該作業に要するコスト面での優位性も有する。更に、自己穿孔式ファスナーの防錆処理として安価な電気めっきを施しても、水素脆性を主とする遅れ破壊が発生しないというコスト面及び安全性に優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る自己穿孔式ファスナーを示す側断面図である。
【図２】図１の第１実施形態に係る自己穿孔式ファスナーの加工工程を示すフローチャートである。
【図３】図１の第１実施形態に係る自己穿孔式ファスナーの締結時の状態を示す側断面図である。
【図４】自己穿孔式ファスナーの拡径において、表面脱炭ファスナー及び非脱炭ファスナーの拡径部に発生するひび割れの有無を判定するための評価項目と評価記号を示す表である。
【図５】自己穿孔式ファスナーの締結において、表面脱炭ファスナー及び非脱炭ファスナーの拡径部に発生するひび割れの有無の判定結果及び引っ張り剥離後の様態の結果を示す表である。
【図６】自己穿孔式ファスナーの拡径において、被締結部材を使用しない場合の表面脱炭ファスナー及び非脱炭ファスナーの拡径部に発生するひび割れの有無の判定結果を示す表である。
【符号の説明】
１自己穿孔式ファスナー
２頭部
３脚部
３Ａ先端部
３Ａａ平坦部
３Ａｂ傾斜部
４脱炭層
５拡径部
６下型
６Ａ周辺壁
７被締結部材（金属製のパネル部材）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a self-drilling fastener, and more particularly, to punch a relatively thick metal panel member to greatly expand the diameter of a hollow leg of a self-drilling fastener that has been heat-treated to high hardness. Accordingly, the present invention relates to a self-piercing fastener that clamps the panel member between the head and the self-piercing fastener.
Usually, a self-piercing fastener is often used by being driven into a panel member that has not been previously drilled. The hollow leg of the self-piercing fastener pierces the panel member, and the die is formed by a mold. The fastening is completed by expanding the diameter of the portion.
Therefore, the self-piercing fastener is required to have high strength, and is generally subjected to heat treatment such as quenching and tempering. Thereafter, the surface of the self-drilling fastener is subjected to rust prevention treatment such as plating.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, as a hollow driving rivet and a method of forming the same, a steel wire rod containing at least 0.22% to 0.35% of carbon is heat-treated and then drawn (the tensile strength of the steel wire rod after the drawing). Is 850 N / mm ² It is disclosed that the above is possible. ) Then, a hollow driving rivet was formed by cold heading, and then a normalizing heat treatment was performed (for example, see Patent Document 1). Finally, pickling and plating may be performed. It is disclosed that the hardness of the hollow driving rivet is equal to or higher than HRC35 (approximately HV345 in HV). In addition, one of the effects of the invention described in Patent Document 1 is that the diameter (curl diameter) of a portion bent in a return shape at the time of caulking is at least 20% larger than the diameter of a hollow driving rivet before caulking. It is disclosed that cracking does not occur even after the above. Further, as a conventional technique described in Patent Document 1, as a material, a wire rod of S35C, SCM435, and SCM440 is used, and after forming a hollow driving rivet by cold heading, quenching and tempering heat treatment is performed. Discloses a flowchart of a processing step of performing a plating process. In the case where the hollow driving rivet manufactured as shown in the flowchart is caulked, if the diameter (curling diameter) of the portion bent in a return shape becomes larger than the diameter of the hollow driving rivet before caulking by 20% or more, it is surely cracked. Is also disclosed. The hardness of the hollow driving rivet formed according to the flowchart is about HRC33 (approximately HV327 in HV conversion).
Further, it is disclosed that a member made of a relatively thin steel material, which has been plated or painted in advance, is joined to a truss-jointed truss joining structure using a self-piercing rivet (for example, Patent Document 1). 2).
Further, it is disclosed that rivets, drilling screws, tapping screws, screw nails, and the like are used for connecting members constituting a steel house (for example, see Patent Document 3).
Further, there is disclosed a content related to delayed fracture when a metal material is subjected to a plating process (for example, see Non-Patent Document 1).
Furthermore, the minimum amount of plating as one of surface treatments applied to members constituting an architectural structure such as a steel house is described (for example, see Non-Patent Document 2).
Furthermore, specifications concerning the surface treatment of the drill screw for the steel house are described (for example, see Non-Patent Document 3).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2000-351043 A (Pages 2-4, FIG. 1-2)
[Patent Document 2]
JP 2001-279863 A (pages 2-4, FIG. 1-2)
[Patent Document 3]
JP 2001-220829 A (Page 2, FIG. 1-3)
[Non-patent document 1]
Yoshie Ishihara and 4 others, "Basics of plating", Tsuneo Yamamoto, June 10, 1997, p. 117, 119, 122, 123, 177, 178
[Non-patent document 2]
Japan Standards Association, "JIS Handbook Iron and Steel II Bars, Shapes, Plates, Strips / Steel Pipes / Wires / Secondary Products", Japan Standards Association, April 21, 1999, p. 194-195
[Non-Patent Document 3]
KM Seiko Co., Ltd., "Steel House Screw", [online], March 3, 2003, KM Seiko Co., Ltd., HOMEPAGE, [Search April 23, 2003], Internet <URL: http: // www. kmseiko. co. jp>
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional technology described above has the following problems.
[0005]
According to Patent Literature 1, since the strength improving means by quenching and tempering is not performed after forming into a hollow driving rivet by cold heading, as a means for imparting strength to the hollow driving rivet, the rivet before the cold heading is used. It is necessary to increase the tensile strength of the steel wire rod. Therefore, if the steel wire is cold forged, the life of the mold for cold forging becomes extremely short, and it takes time to use many dies and to adjust the exchange of the dies. However, there is a problem that the cost is rather high. Furthermore, even if the steel wire is cold forged and then subjected to a normalizing heat treatment, the hardness of the hollow driving rivet is HRC35 (approximately HV345 in HV conversion) or slightly higher. Therefore, there is a fatal problem that a relatively thick metal panel member cannot be fastened. In order to solve this problem, a method of increasing the diameter of the leg portion of the hollow driving rivet may be considered, but in this case, the cost of the hollow driving rivet increases and the distortion of the panel member at the time of fastening increases. Has not been adopted because it causes serious problems. Further, there is an appearance problem that the thickness of the panel member and the size of the hollow driving rivet are unbalanced.
Further, as disclosed in the prior art described in Patent Document 1, a steel wire having a relatively high carbon content such as S35C, SCM435, SCM440, etc. is used, and cold forging is performed. After forming the hollow driving rivet, it is made to have high hardness by quenching and tempering heat treatment, and when caulking using the hollow driving rivet that has passed through the processing step of plating, the diameter of the part bent back ( It is disclosed that when the diameter (curl diameter) becomes larger than the diameter of the hollow driving rivet before caulking by 20% or more, cracks are surely generated. This cracking phenomenon is a problem peculiar to a high-hardness hollow driving rivet, and there is a problem that there is a high risk of delayed fracture mainly due to hydrogen embrittlement starting from the bent portion or the cracked portion. Was. Further, if cracks occur, there is another problem that the fastening force is weakened.
[0006]
On the other hand, according to Patent Literature 2, a self-piercing rivet is used for joining a truss member that requires a long-term guarantee. The member is, in fact, previously subjected to a thick plating process adopted for a steel house described later (see Non-Patent Document 2). Accordingly, thick plating is also required for a self-piercing rivet for joining the members, and an electroplating process having a film thickness of 20 μm or more is actually performed. Further, in Patent Document 2, the truss truss member is described as each member made of a relatively thin steel material, but the actual thickness of the member is disclosed. Since the thickness of the gusset plate (34) is 3.2 mm and the thickness of the truss lower chord (11) is 1.6 mm, the total thickness is 4.8 mm. This total thickness cannot be said to be relatively thin, but rather thick, in view of the self-piercing rivet which is used by driving a rivet into a panel material. At the point a, a self-piercing rivet having a leg diameter of φ5 mm or φ6 mm is used, and the hardness is about HV510. Therefore, when the member is fastened using the self-piercing rivet, the risk of delayed fracture mainly due to hydrogen embrittlement is attributable to the combination of the electroplating of thick film specification and the condition of high hardness. There was a problem of being expensive.
[0007]
Further, according to Patent Document 3, it is disclosed that rivets, drilling screws, tapping screws, screw nails, and the like are used for connecting members constituting the steel house, and the surface treatment of the members is described later. Is subjected to a thick plating process in advance (see Non-Patent Document 2). Therefore, rivets, drilling screws, tapping screws, and screw nails used for connection are also required to be thickly plated, and in fact, have been subjected to electroplating with a film thickness of 20 μm or more, and have been subjected to heat treatment to achieve high hardness. Has become. Therefore, there is a problem that the risk of delayed fracture mainly due to hydrogen embrittlement is high, due to the combination of the electroplating of the thick film specification and the condition of high hardness.
[0008]
Further, Non-Patent Document 1 describes in detail electroplating and hydrogen embrittlement. In particular, it describes the necessity of performing baking treatment before and after the electroplating in order to reduce the risk of hydrogen embrittlement in steel members having a hardness of HV340 or more. Further, there is also a limit on the time from the start of the electroplating to the start of the baking treatment, and after this time, the effect of the baking treatment is weakened. Further, in the case of a steel member having a hardness of more than HV440, the baking treatment is required for a total of 36 hours for 18 hours before and after the electroplating, and the time from the electroplating to the start of the baking process is 4 hours. Within the limit. In addition, since hydrogen embrittlement occurs at a portion where the metal structure is weakened, the portion where hydrogen embrittlement is likely to occur in a self-drilling fastener is a portion that is bent in a return shape at the time of fastening or a crack. Part. As described above, when electroplating a high-hardness steel member, there is a problem that the danger of hydrogen embrittlement cannot be completely eliminated even if baking is performed for a long time. Self-perforated fasteners with deformed parts have a problem that the risk of hydrogen embrittlement is particularly high.
[0009]
Further, Non-Patent Document 2 describes a minimum adhesion amount of plating of a cold-rolled sheet material that can be used for a building member as one of applications. Regarding the coating amount indication symbol Z27 of the plating actually applied, the minimum coating amount per point is 234 g / m2. ² (When converted into a thickness based on the relative density of zinc, it is approximately 16.4 μm.), And the three-point average adhesion amount is 275 g / m. ² (When converted into a thickness based on the relative density of zinc, it is approximately 19.3 μm.) On the basis of the adhesion amount of the plating, the surface treatment of the fastener for fastening the building member is zinc plating, and the thickness is set to be 20 μm or more. As the fastener for fastening, there are rivets, drilling screws, tapping screws, and screw nails, but since these are used by being driven into the building member that has not been previously drilled, they are heat-treated to a high hardness. And a thick film electroplating process. Therefore, there is a problem that the risk of delayed fracture mainly due to hydrogen embrittlement is high due to the combination of the electroplating of the thick film specification and the condition of high hardness.
[0010]
Further, according to Non-Patent Document 3, a screw dedicated to a steel house is described. This screw is used to fasten a steel plate member constituting a steel house while drilling holes. The screw is heat-treated to a high degree of hardness, and its surface is coated with a 20-μm-thick zinc plating and glossy chromate coating by electroplating (Non-patent document). In FIG. 3, it is simply displayed as UNIQLO 20 μm.) Therefore, there is a problem that the risk of delayed fracture mainly due to hydrogen embrittlement is high due to the combination of the electroplating of the thick film specification and the condition of high hardness.
[0011]
In view of the above facts, the present invention can be driven into a relatively thick metal panel member and fastened, and greatly expands the diameter of the hollow leg of the self-piercing fastener that has been heat-treated to a high hardness. By using the self-piercing fastener, the panel member is sandwiched between the head and the head of the self-piercing fastener, and has a large fastening force, and furthermore, a self-piercing fastener excellent in strength and safety in which delayed fracture hardly occurs. The purpose is to obtain
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention according to claim 1 has a head and a hollow leg extending from a lower surface of the head, and the leg is driven into at least one panel member to expand the leg. Forging a steel wire rod having a carbon content of 0.35% by weight to 0.60% by weight as a material in a self-piercing fastener for fastening the panel member by sandwiching the panel member with the head by making the diameter larger. Forming a self-perforated fastener by the following method, and then performing a decarburization heat treatment on the self-perforated fastener to form a decarburized layer on the surface, and then performing a quenching and tempering treatment, or decarburizing the self-perforated fastener. Heat treatment and quenching are performed in a simultaneous step, and then tempering is performed to increase the internal hardness and reduce the hardness of the decarburized layer formed on the surface compared to the internal hardness. difference It occurs allowed, characterized in that the two-layer structure of hardness is formed.
[0013]
Therefore, since the self-piercing fastener uses a steel wire rod having a relatively high carbon content and is subjected to a quenching and tempering process, the internal hardness is high, and a relatively thick metal panel member is used. The fastener can be driven and fastened without buckling, and since the surface of the self-piercing fastener is softened by decarburization, the diameter of the self-piercing fastener can be greatly increased without causing cracks in the legs. It becomes possible to do. That is, there is an excellent effect that the delayed fracture susceptibility is suppressed low, the delayed fracture is hardly generated, and a large fastening force can be obtained.
Usually, the phenomenon of cracking when the diameter of a hollow leg of a self-piercing fastener manufactured by forging is increased is often caused by forging a wire. That is, a boundary between a shear plane and a fracture plane generated at a cut surface when the wire is cut perpendicular to the axial direction of the wire becomes one of the starting points of the crack. Further, since the cut surface formed by the shear surface, the fracture surface, and the sag is not a surface perpendicular to the axial direction of the wire, the cut surface to be the leg end of the self-drilling fastener is formed. On the other hand, a hole-drilling pin for drilling a hollow hole is not formed concentrically with the outer diameter of the leg, and the outer diameter of the leg and the hollow hole are deviated in thickness and formed by the thickness deviation. The thin part also becomes one of the starting points of the crack. Therefore, by forming a decarburized layer on the surface of the self-drilling fastener, it is possible to obtain an excellent effect that a unique problem caused by forging a wire can be solved.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the self-piercing fastener according to the first aspect, the internal hardness is in the range of HV430 to HV540, and the thickness of the decarburized layer formed on the surface is in the range of 10 μm to 20 μm. And the hardness of the decarburized layer is formed to be 25% to 35% lower than the internal hardness.
[0015]
Therefore, regarding the internal hardness of the self-piercing fastener, the optimum hardness is set within the above range based on conditions such as the outer diameter of the legs of the self-piercing fastener and the material, hardness, and thickness of the member to be fastened. It should just be decided. When the thickness of the decarburized layer is less than 10 μm, the susceptibility to delayed fracture after fastening is increased, and cracks are easily generated in the legs, which causes delayed fracture and reduced fastening force.
If the thickness of the decarburized layer exceeds 20 μm, the strength of the legs of the self-drilling fastener may be reduced, which may cause buckling at the time of driving.
The hardness of the decarburized layer is preferably 25% to 35% lower than the internal hardness because the surface hardness corresponding to the internal hardness of the self-piercing fastener is preferable. This is because the higher the hardness, the higher the delayed fracture sensitivity.
Therefore, by forming the self-drilling fastener with the hardness distribution as described above, it is possible to obtain the effect of being excellent in strength and safety.
Furthermore, since the surface of the self-piercing fastener is decarburized, oxidation due to quenching and tempering treatment is small, and almost no oxide film is formed. It is also possible to obtain an effect in terms of work and cost that the step of removing the oxide film when applying is simple and good. For example, shot blasting for removing the oxide film can be completed in a short time, and a weak acid can be used for pickling.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the self-piercing fastener according to any one of the first and second aspects, a rust preventive body is formed on a surface of the self-piercing fastener. It is characterized by.
[0017]
Therefore, there is an effect that durability is improved by suppressing generation of rust, and the initial quality can be maintained for a long time. The rust preventive body refers to plating, painting, rust preventive oil, and other rust preventive bodies, and the rust preventive body can match the color of the member to be fastened (panel member). The appearance can also be improved.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the self-piercing fastener according to any one of the first to third aspects, wherein the rust preventive body having a film thickness of 12 μm or more is formed using an electrolysis method. It is characterized by being formed on the surface of a zipper.
[0019]
Therefore, as one of the rust-preventive effect bodies, it is possible to propose a widely spread and inexpensive electroplating, and further, it is possible to adopt zinc plating as one of the electroplating, thereby lowering the product price. This has the effect of reducing the cost.
In general, electroplating on a high-hardness steel member has a high risk of hydrogen embrittlement. However, in the present invention, since a decarburized layer is formed and softened on the surface, the risk of hydrogen embrittlement is reduced. Therefore, it is possible to obtain an effect of being excellent in safety.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
As shown in FIG. 1, the self-piercing fastener (1) of the first embodiment includes a head (2) and a hollow leg (3) extending from the lower surface of the head (2). The tip portion (3A) of the leg portion (3) has a slightly flat portion (3Aa) formed from the outer peripheral edge toward the inner peripheral edge. Subsequently, it is formed in an inward tapered shape having an arc-shaped inclined portion (3Ab) that is acute and convex toward the inner peripheral edge. Further, a decarburized layer (4) is formed on all surfaces of the self-drilling fastener (1), and a zinc-based coating, which is a rust-proof body, is formed on the surface of the decarburized layer (4). (Not shown) is formed.
[0022]
FIG. 2 is a flowchart showing preferred processing steps of the self-piercing fastener (1) of the first embodiment. The description will be made in the following order.
[0023]
First, a steel wire as a material is subjected to a heat treatment by annealing to facilitate subsequent wire drawing, and the steps of annealing and wire drawing are repeated to finish a steel wire having a desired diameter and tensile strength. The diameter of the steel wire material in the final wire drawing is finished to be slightly smaller than the outer diameter of the hollow leg of the self-piercing fastener before forming the rust preventive body. The reason is that when forming the hollow legs, a punching pin as a mold is pressed into a solid blank material obtained by cutting a finally drawn steel wire into a predetermined length. This is because the outer diameter of the hollow leg is slightly increased. The tensile strength of the finally drawn steel wire rod is at most 600 N / mm in order to extend the life of a mold for forming the self-piercing fastener. ² It is desirable to be about.
Next, a cold forging process is performed by a header to form a self-piercing fastener having a desired shape.
Next, a decarburization heat treatment is applied to the cold-forged self-piercing fastener by an appropriate means to form a decarburized layer on the surface of the self-piercing fastener.
Next, the self-perforated fastener whose surface has been decarburized is subjected to a quenching and tempering heat treatment by an appropriate means to finish the self-perforated fastener to a desired hardness. At this time, since the surface of the self-piercing fastener is decarburized, the hardness of the surface is lower than that of the inside of the self-piercing fastener. The hardness inside the self-piercing fastener may be optimally selected according to conditions such as the outer diameter of the leg of the self-piercing fastener, the material, hardness, and thickness of the member to be fastened.
Then, the self-perforated fastener subjected to the quenching and tempering heat treatment is subjected to a zinc-based coating coating treatment to complete the self-perforated fastener (1). In the present invention, the pickling treatment shown in FIGS. 1 and 2 disclosed in Patent Document 1 can be simplified or omitted. The reason is that since the surface of the self-drilling fastener is decarburized, the oxidation due to the quenching and tempering treatment is small, and almost no oxide film is formed.
[0024]
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a state in which the self-piercing fastener (1) of the first embodiment is driven into a metal panel member and fastened (a decarburized layer and a rust preventive body are not shown). .
[0025]
[Test example]
Hereinafter, the effects of the present invention will be clarified by showing a fastening test example of the self-piercing fastener according to the present invention. However, the present invention is not limited to the following test examples.
(Test sample)
An iron plate having a thickness of 3.2 mm and a thickness of 1.6 mm were vertically stacked on each other as a member to be fastened, and a 3.2 mm-thick steel plate was used as the head of the self-piercing fastener. The tensile strength of the iron plate is 450 N / mm for both. ² (When converted to hardness, it is approximately HV140.)
The self-piercing fastener is a SCM440 material having a diameter of φ5.8 (tensile strength is 520 N / mm ² In terms of hardness, it is approximately HV160. ) Was cold forged to form a hollow leg with an outer diameter of 6 mm and a total length of the self-piercing fastener of 8.6 mm. The internal hardness of the self-piercing fastener was HV510, the thickness of the decarburized layer on the surface was 14 μm, and the hardness was HV360. Finally, electroplating was performed on the surface of the self-drilling fastener to form a zinc layer having a thickness of 20 μm, and a gloss chromate layer was further formed on the surface of the zinc layer. In this test example, a self-perforated fastener whose surface is decarburized is simply referred to as a surface decarburized fastener.
As a self-drilling fastener of a comparative example, only the decarburization heat treatment was not performed, and the other specifications were the same as those of the test sample. That is, the hardness of the self-piercing fastener was HV510 on both the surface and the inside. In this test example, a self-perforated fastener that does not decarburize its surface is simply referred to as a non-decarburized fastener.
[0026]
(Test method)
Fastening was performed by driving a surface decarburized fastener or a non-decarburized fastener using the upper mold (not shown) and the lower mold (6) into the member to be fastened. The upper die (not shown) was driven by a hydraulic press (not shown). After the fastening, the member to be fastened (7) is removed while not affecting the surface decarburized fastener and the non-decarburized fastener, and the diameter of the enlarged portion (5) of the surface decarburized fastener and the non-decarburized fastener ( The curl diameter) was measured, and the presence of cracks in the enlarged portion (5) was observed using a magnifying glass. The evaluation criteria (evaluation items and evaluation symbols) for the presence or absence of cracks are shown in FIG.
Further, the new member to be fastened by the above-described method was peeled by pulling up and down, and the state of the surface decarburized fastener and the non-decarburized fastener was observed using a magnifying glass.
Further, only the surface decarburized fastener or the non-decarburized fastener is expanded using the upper mold (not shown) and the lower mold (6) without using the member to be fastened, and the legs of the fastener are enlarged. Measurement of the diameter (curl diameter) of the expanded portion (5) of the surface decarburized fastener and the non-decarburized fastener, calculation of the expansion ratio (value obtained by dividing the curl diameter by the diameter of the base leg), and the expansion The portion (5) was observed for cracks using a magnifying glass. The evaluation criteria (evaluation items and evaluation symbols) for the presence or absence of cracks are shown in FIG.
[0027]
(Test results)
FIG. 5 shows that the member to be fastened is fastened using a surface decarburized fastener and a non-decarburized fastener, respectively, and after fastening, the member to be fastened is not affected by the surface decarburized fastener and the non-decarburized fastener. Was removed, the diameter (curl diameter) of the enlarged portion (5) of the surface decarburized fastener and the non-decarburized fastener was measured, and the presence or absence of cracks in the enlarged portion (5) was observed using a magnifying glass. And the number of samples was 5, respectively. As can be seen from the test results, when the curl diameter is φ7.8 mm (the diameter expansion ratio is 1.3), the diameter of the diameter expansion part (5) of the surface decarburized fastener and the non-decarburized fastener is determined. Regarding the (curl diameter) and the presence or absence of cracks in the enlarged diameter portion (5), no remarkable difference was found. The reason is that, at the time of fastening, the large-diameter portion (5) receives a strong compressive force due to the peripheral wall (6A) of the lower die (6) and the member to be fastened (7). This is because cracks are less likely to occur.
Furthermore, peeling was performed by pulling up and down the new member to be fastened by the above method, and the state of surface decarburized fasteners and non-decarburized fasteners was observed with a magnifying glass using silent observation. For example, with respect to the expanded portion of the surface decarburized fastener, no streak-like cracks (cracks in which no gap can be confirmed) and no obvious cracks (cracks in which a gap could be confirmed) did not occur in any of the samples. However, with respect to the non-decarburized fastener, all of the samples were broken near the start of the expansion of the legs of the non-decarburized fastener, and the expanded portion was cracked. Disassembled into pieces. Therefore, surface decarburized fasteners are stable in quality against external loads, but non-decarburized fasteners are unstable in quality (unsafe) against external loads. I understand.
FIG. 6 shows a case where only the surface decarburized fastener and the non-decarburized fastener are expanded using an upper mold (not shown) and a lower mold (6) without using a member to be fastened. Of the diameter (curl diameter) of the enlarged diameter part (5) of the non-decarburized fastener and the non-decarburized fastener, calculation of the diameter expansion ratio (value obtained by dividing the curl diameter by the diameter of the base leg), and the enlarged diameter part (5) 5 is a table showing the results of observing the presence or absence of cracks using a magnifying glass, and the number of samples was set to 5 each. As can be seen from the test results, the self-perforated fastener does not crack even when the internal hardness is high, and the surface decarburized fastener does not crack even if the diameter is slightly increased. It turns out that it will. That is, the surface decarburized fastener can be said to be a self-drilling fastener that is very stable in quality. Further, it can be seen that even if the thickness of the member to be fastened slightly, fastening can be performed without occurrence of cracks.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, the self-piercing fastener according to the present invention has an effect of being extremely excellent in strength and safety in that delayed fracture is unlikely to occur even with high hardness. Furthermore, even if the diameter of the hollow leg of the self-drilling fastener is greatly increased, no crack is generated in the leg, so that a large fastening force can be obtained and the thickness of the member to be fastened is slightly changed. However, there is also an advantage in the setup work that there is no need to change the self-piercing fastener and the cost required for the work. Further, even if inexpensive electroplating is performed as a rust preventive treatment for the self-drilling fastener, there is an advantage in that cost and safety such that delayed fracture mainly due to hydrogen embrittlement does not occur.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a self-piercing fastener according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a processing step of the self-piercing fastener according to the first embodiment of FIG. 1;
FIG. 3 is a side sectional view showing a state at the time of fastening of the self-piercing fastener according to the first embodiment of FIG. 1;
FIG. 4 is a table showing evaluation items and evaluation symbols for judging the presence or absence of cracks generated in the enlarged portion of the surface decarburized fastener and the non-decarburized fastener when the diameter of the self-drilling fastener is expanded.
FIG. 5 is a table showing the results of determining the presence or absence of cracks generated in the enlarged portion of the surface decarburized fastener and the non-decarburized fastener when fastening the self-drilling fastener, and the results of the state after pulling and peeling.
FIG. 6 is a table showing the results of determining the presence or absence of cracks that occur in the enlarged diameter portions of the surface decarburized fastener and the non-decarburized fastener when the member to be fastened is not used in the diameter expansion of the self-drilling fastener.
[Explanation of symbols]
1 Self-piercing fasteners
2 head
3 legs
3A Tip
3Aa flat part
3Ab slope
4 Decarburized layer
5 Enlarged part
6 lower mold
6A Perimeter wall
7 Fastened member (metal panel member)

Claims

The panel member has a head and a hollow leg extending from a lower surface of the head, and the leg is driven into at least one panel member to expand the diameter of the leg. In a self-piercing fastener fastened by being sandwiched between the head and the head, a self-piercing fastener is formed by forging a steel wire having a carbon content of 0.35% by weight to 0.60% by weight as a material. A method of performing a decarburizing heat treatment on the self-perforated fastener to form a decarburized layer on the surface and then performing a quenching and tempering treatment, or performing a decarburizing heat treatment and a quenching treatment on the self-perforated fastener in a simultaneous step. Then, by a method of performing a tempering treatment, a hardness difference is caused by increasing the internal hardness and lowering the hardness of the decarburized layer formed on the surface as compared with the internal hardness, thereby producing a two-layer hardness. Self-drilling fastener, characterized in that but made formed.

In the self-piercing fastener, the internal hardness is in the range of HV430 to HV540, the thickness of the decarburized layer formed on the surface is in the range of 10 μm to 20 μm, and the hardness of the decarburized layer is the internal hardness. The self-piercing fastener according to claim 1, wherein the fastener is formed 25% to 35% lower.

The self-piercing fastener according to any one of claims 1 and 2, wherein the self-piercing fastener has a rust preventive body formed on a surface of the self-piercing fastener.

4. The self-piercing fastener according to claim 1, wherein a rust preventive body having a film thickness of 12 μm or more is formed on the surface of the self-piercing fastener using an electrolysis method. 5. The self-piercing fastener according to claim 1.