JP2021142552A - 自己穿孔型リベットの締結方法及び締結装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被接合部材間に塗布される接着剤がその接着力をより発揮できるようにするための自己穿孔型リベットの締結方法及び締結装置を提供すること。【解決手段】リベット締結方法は、接着剤層を介して重ねられた少なくとも２枚の板材２０１、２０２を準備するステップと、少なくとも２つの開口１０２ａ１、１０２ｂ１、１０２ｂ２と、前記少なくとも２つの開口が連通されたエア流路１０２ａ、１０２ｂとを有する棒状のパンチを準備するステップと、貫通孔２０４ｄを有する自己穿孔型リベット２０４を準備するステップと、前記パンチの少なくとも２つの開口の内の１つの開口１０２ａ１が前記自己穿孔型リベットの貫通孔と対向するように、前記自己穿孔型リベットを前記少なくとも２枚の板材に前記パンチで打ち込むステップと、を備える。【選択図】図１０

Description

本開示は、自己穿孔型リベット（ＳＰＲ:self-piercing rivet）の締結方法及び締結装置に係り、特に貫通孔を有するＳＰＲの締結方法及び締結装置に関する。

近年、スポット溶接などの直接接合技術に代替する技術として、ＳＰＲを用いて母材を機械的に接合する技術が用いられている。ＳＰＲは、山状又は皿状の頭部と、頭部の下に空洞を形成する半筒状の脚部とを有する半筒状のリベットである。特許文献１の図１や図２に記載されているような、頭部に貫通孔が形成されたＳＰＲも存在する。特許文献１の図２のように貫通孔を段付きのものとすることによって、ＳＰＲの被接合部材への打込み時に、被接合部材のせん断かすが脱落することを防止できることが特許文献１に教示されている。

ＳＰＲの打込みは、概略以下のような手順で行われる。まず、接合対象の上板（例えば、アルミニウム板）と下板（例えば、高張力鋼板）が、締結装置のダイとノーズピースによってクランプされる。ノーズピース内に提供されたＳＰＲがパンチにより打ち込まれると、ＳＰＲの脚部が上板を穿孔して貫通する。上板を貫通したＳＰＲの脚部が下板内に進入して下板の下面がダイの底部に接すると、ダイのキャビティの底部が下板を押し返す。この結果、ＳＰＲの脚部は下板から反力を受けて、下板を貫通することなく下板内で環状に開脚する。ＳＰＲの脚部が開脚することによって機械的インターロックが形成され、上板と下板が機械的に接合される。ダイとノーズピースが被接合部材から離れて接合が完了する。

被接合部材は３枚以上であってもよく、例えば３枚の場合は上板と中間板が貫通され、下板は貫通されない。自動車の生産においては、騒音・振動・ハーシュネス（ＮＶＨ：Noise, Vibration, Harshness）の性能を高めるため、被接合部材間に接着剤が塗布されることが多い。

特開２００３−１０６３１６号公報

このような接着剤を用いる従来のＳＰＲの締結方法によれば、接着剤の強度が十分に発揮されていないと考えられる現象が生じることが判明した。

本開示の実施形態の一側面は、このような現象が生じることを抑制し、以て被接合部材間に塗布される接着剤がその接着力をより発揮できるようにするためのＳＰＲの締結方法及び締結装置を提供することを目的とする。

本開示の一実施形態によるリベット締結方法の一側面によれば、
接着剤層を介して重ねられた少なくとも２枚の板材を準備するステップと、
少なくとも２つの開口と、前記少なくとも２つの開口が連通されたエア流路とを有する棒状のパンチを準備するステップと、
貫通孔を有する自己穿孔型リベットを準備するステップと、
前記パンチの少なくとも２つの開口の内の１つの開口が前記自己穿孔型リベットの貫通孔と対向するように、前記自己穿孔型リベットを前記少なくとも２枚の板材に前記パンチで打ち込むステップと、
を備える。

本開示の一実施形態によるリベット締結装置の一側面によれば、
少なくとも２つの開口と、前記少なくとも２つの開口が連通されたエア流路とを有する棒状のパンチと、
前記パンチを挿通可能な内部空洞と、径方向にエアを通過させることが可能なエア通過部とを有する筒状のコレットと、
前記コレットを収容する筒状のノーズピースと、
貫通孔を有する自己穿孔型リベットを供給するとともに、前記ノーズピースを支持するノーズピース支持部であって、前記コレットのエア通過部を通過するエアを外部に排出するための第１の排気口を有するノーズピース支持部と、
を備え、
前記自己穿孔型リベットの打込時に、前記パンチの少なくとも２つの開口の内の１つの開口が前記自己穿孔型リベットの貫通孔と対向するように構成されている。

本開示の一実施形態によるリベット締結方法の一側面によれば、前記方法は、貫通孔を有する自己穿孔型リベットを、接着剤層を介して重ねられた少なくとも２枚の板材に、少なくとも２つの開口と前記少なくとも２つの開口が連通されたエア流路とを有する棒状のパンチで打ち込むステップを備え、前記パンチの少なくとも２つの開口の内の１つの開口が前記自己穿孔型リベットの貫通孔と対向するように打ち込まれる。したがって、自己穿孔型リベットの打込時に自己穿孔型リベットの脚部で囲まれた内部空洞で圧縮されるエアを、自己穿孔型リベットの貫通孔及びパンチのエア流路を介して外部へ排気することができる。そのため、板材間の接着剤層にエアが流れ出るのを抑制することができるので、締結位置における接着剤の塗布面積を確保することができ、接着剤の接着力をより高めることができる。

同様に、本開示の一実施形態によるリベット締結装置の一側面によれば、自己穿孔型リベットの打込時に、パンチの少なくとも２つの開口の内の１つの開口が前記自己穿孔型リベットの貫通孔と対向するように構成されているので、接着剤の接着力をより高めることができる。

リベット締結装置の構成図である。 制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 制御装置のハードウェア構成の他の一例を示す図である。 リベット締結装置の部分斜視図である。図４では、被接合部材も示されている。 図４のＡＡ断面図である。 パンチの一部透視図である。 コレットの斜視図である。 リベット締結方法のフローチャートである。 圧縮エアの流路を示す図である。 圧縮エアの流路を示す図である。 圧縮エアの流路を示す図である。 ＳＰＲが打ち込まれたテストピース（上板、下板）の写真である。 十字剥離試験の結果を示すグラフである。 エア流路のあるパンチでＳＰＲをテストピースに打ち込んだ場合について、剥離されたテストピースの接着剤塗布面を撮像した写真である。 エア流路のない通常のパンチでＳＰＲをテストピースに打ち込んだ場合について、剥離されたテストピースの接着剤塗布面を撮像した写真である。 エア流路のない通常のパンチでＳＰＲをテストピースに打ち込んだ場合について、ＳＰＲの内部空洞で圧縮されたエアがどのように流れるかを説明するための図である。 一変形実施形態によるコレットの分解図である。 別の一変形実施形態によるコレットの正面図である。 一変形実施形態によるノーズピースの正面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。同一又は類似の部材には同一又は類似の参照番号を付すことにより、重複する説明は省略する。なお、本発明を分かりやすく説明するため、図面のスケールは一定ではない。

＜リベット締結装置の全体構成＞
まず、図１を参照して、リベット締結装置の構成について説明する。図１に示されているとおり、リベット締結装置１０は、制御装置２０と、リベット打込装置３０と、リベット供給装置４０と、Ｃフレーム移動装置５０と、を備える。

制御装置２０は、リベット打込装置３０、リベット供給装置４０、及びＣフレーム移動装置５０の動作を制御するための装置である。図１では単一の制御装置が図示されているが、リベット締結装置１０が複数の制御装置を備えて、リベット打込装置３０、リベット供給装置４０、及びＣフレーム移動装置５０の動作の制御がその複数の制御装置により実行されてもよい。また、図１では制御装置がリベット打込装置３０、リベット供給装置４０、及びＣフレーム移動装置５０の動作のすべてに関係するように描かれているが、制御装置はリベット打込装置３０、リベット供給装置４０、及びＣフレーム移動装置５０の動作のすべてに関係していなくてもよい。例えば、Cフレーム移動装置の移動を人が行ってもよい。

リベット打込装置３０は、供給されたリベットを打ち込むための装置であり、不図示のアクチュエータを備える。アクチュエータは制御装置２０からの指令に従って動作し、アクチュエータの動作が後述するパンチ１０２の直線往復運動に変換されてリベットが打ち込まれる。

リベット供給装置４０は、リベット打込装置３０に対してリベットを供給する装置である。リベット供給装置４０は制御装置２０からの指令に従って動作し、リベットの供給は圧縮空気の空気圧を利用して行われる。

Ｃフレーム移動装置５０は、被締結部材を所定の位置で保持するための装置である。Ｃフレーム移動装置５０は制御装置２０からの指令に従って動作し、被締結部材を所定の位置で保持し、リベットの打込みが完了したら被締結部材をリリースする。いくつかの実施形態では、Cフレーム移動装置の移動は人により行われる。

＜制御装置のハードウェア構成＞
次に、図２及び図３を参照して、制御装置のハードウェア構成について説明する。図２は、制御装置２０のハードウェア構成の一例を示す図であり、制御装置２０は例えば制御装置２０−１により実現される。

制御装置２０−１は、プロセッサ２１及びメモリ２２を備える。メモリ２２には、パンチ２の打込動作、Cフレームの移動動作、ＳＰＲの供給動作の全部又は一部を行うためのプログラムが格納されており、プロセッサ２１がこのプログラムを読み込んで実行することにより各動作が実行される。

プロセッサ２１は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）、ＧＰＵ（graphics processing unit）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ又はＤＳＰ（digital signal processor）である。

メモリ２２は、例えば、半導体メモリ又は磁気ディスクを用いたものである。より具体的には、メモリ２２は、ＲＡＭ（random access memory）、ＲＯＭ（read only memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（erasable programmable read only memory）、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）、ＳＳＤ（solid state drive）又はＨＤＤ（hard disk drive）である。

図３は、制御装置２０のハードウェア構成の他の例を示す図であり、制御装置２０は例えば制御装置２０−２により実現される。制御装置２０−２は、パンチ２の打込動作、Cフレームの移動動作、ＳＰＲの供給動作の全部又は一部を行うための専用の処理回路２３を備える。

処理回路２３は、例えば、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＰＬＤ（programmable logic device）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、ＳｏＣ（system-on-a-chip）又はシステムＬＳＩ（large-scale integration）である。

各動作は、制御装置２０−１又は制御装置２０−２のいずれか１つの装置によって実現されてもよいし、制御装置２０−１と制御装置２０−２を組み合わせて複数の装置によって実現されてもよい。
＜リベット締結装置の詳細構成＞

次に、主に図４から図７を参照して、リベット締結装置１０の構成について更に詳しく説明する。図４はリベット締結装置１０により被締結部材が保持されている部分の部分斜視図であり、図５は図４のＡＡ断面図である。図６はＳＰＲを打ち込むパンチの一部透視図であり、図７はＳＰＲの打込み時にパンチが挿入されるコレットの斜視図である。

図４に示されているとおり、リベット締結装置１０は、リベット供給装置４０から１つずつ供給される自己穿孔型リベット（ＳＰＲ）を受け取るレシーバ１０１と、供給されたＳＰＲを打ち込むためのパンチ１０２と、パンチ１０２を摺動可能に保持するパンチホルダ１０３と、パンチ１０２の打込時の直線運動を保護するノーズピース１０４と、被締結部材の一部に当接されるダイ１０５と、一端がダイ１０５に連結された、ダイ１０５を保持するためのＣフレーム１０６と、を有する。なお、図では図示を省略しているが、Ｃフレーム１０６の他端はパンチホルダ１０３を収容する不図示のハウジングを保持する構造となっている。

図５に示されているとおり、レシーバ１０１は、供給装置から供給されるＳＰＲが通過する通路１０１ｂと、通路１０１ｂを通過するＳＰＲの前進を停止させるためのリベット通過防止壁１０１ｃとを有する。リベット供給装置４０は圧縮空気の空気圧を利用してＳＰＲを供給し、レシーバ１０１にはその圧縮空気を逃がすための排気口１０１ａ、１０１ｄが備えられている。レシーバ１０１の上部には凹部１０１ｅが形成されており、凹部１０１ｅにはパンチホルダ１０３の先端部が嵌合される。レシーバ１０１は、凹部１０１ｅを形成する壁面の一部に凹部１０１ｅに突出するように凸部１０１ｆを有するとともに、凸部１０１ｆと反対側の壁面には凹部１０１ｅから窪むように形成された貫通溝１０１ｇを有する。レシーバ１０１の下部には凹部１０１ｈが形成されており、コレット１０７がノーズピース１０４に挿入された状態でノーズピース１０４が凹部１０１ｈに圧入される。

パンチホルダ１０３はパンチ１０２を摺動可能に保持する。図示は省略しているが、パンチホルダ１０３を収容する不図示のハウジングがＣフレーム１０６の一端により保持される構造となっている。パンチホルダ１０３の先端部には、レシーバ１０１の凸部１０１ｆの形状に適合するように形成された凹溝１０３ａと、パンチホルダ１０３とレシーバ１０１の嵌合時にレシーバ１０１の貫通溝１０１ｇと対向するように形成された貫通溝１０３ｂとが形成されている。凹溝１０３ａはパンチホルダ１０３の先端部を周方向に例えば１／４周延び、さらにパンチホルダ１０３の先端に向かって軸方向に沿って延びる。レシーバ１０１の凸部１０１ｆがパンチホルダ１０３の先端の溝から案内されて軸方向に沿ってスライドされ、更に周方向に回動されることによって、図２５のような状態となる。レシーバ１０１の貫通溝１０１ｇとパンチホルダ１０３の貫通溝１０３ｂとは、対向することによって一体的に貫通孔を形成する。この貫通孔に不図示の棒状のロック部材が挿入されることによって、パンチホルダ１０３とレシーバ１０１が固定される。

パンチ１０２は、供給されたＳＰＲ２０４を被結合部材２０１、２０２に打ち込むための棒状の部材である。ＳＰＲ２０４がリベット通過防止壁１０１ｃに当接するまで送出されて、リベット通過防止壁１０１ｃと不図示のばね等によるリベット保持部材とにより保持されると、パンチ１０２はＳＰＲ２０４を被結合部材２０１、２０２に打ち込む。パンチ１０２の打込み動作は、リベット打込装置３０により行われる。

ＳＰＲ２０４は、図５、図９に示されているように、皿状の頭部２０４ａと、頭部２０４ａから垂下する半筒状の脚部２０４ｂを有する。脚部２０４ｂは空洞２０４ｃを形成し、頭部２０４は空洞部２０４ｃの径よりも径小の貫通孔２０４ｄを有する。

パンチ１０２は、図６に示されているように、パンチ１０２の軸方向に伸びるエア流路１０２ａと、その軸方向に対して垂直な方向に伸びるエア流路１０２ｂとを有する。エア流路１０２ａの一端はＳＰＲ２０４に当接するパンチ１０２の一端面で開口し、パンチ１０２の端面に開口１０２ａ１が形成されている。エア流路１０２ａの他端はエア流路１０２ｂと連通している。エア流路１０２ｂの両端はパンチ１０２の側面で開口し、パンチ１０２の側面に開口１０２ｂ１、１０２ｂ２が形成されている。

パンチ１０２が有するこれらのエア流路１０２ａ、１０２ｂは、ＳＰＲ２０４の貫通孔２０４ｄを通過するエアを逃がすための流路である。すなわち、ＳＰＲ２０４の打込み時に、ＳＰＲ２０４の空洞２０４ｃ内のエアは、ＳＰＲの頭部２０４ａ、脚部２０４ｂ、上板２０１に囲まれて圧縮されて高圧となるので、ＳＰＲ２０４の貫通孔２０４ｄから逃げ出る。パンチ１０２のエア流路１０２ａ、１０２ｂは、このようにＳＰＲ２０４の貫通孔２０４ｄから逃げ出たエアを更に逃がすための流路である。

このような目的が達成される限り、パンチ１０２に設けられる流路の形状及び流路を設ける位置は種々の態様を取りうる。例えば、１つの流路がパンチ１０２内を斜め状やＬ字状に伸びていてもよい。また、図６のエア流路１０２ｂは貫通していなくてもよい。また、パンチ１０２の軸に対してエア流路１０２ｂを９０度回転させたような流路を、エア流路１０２ａ、１０２ｂと連通するように設けてもよい。また、エア流路１０２ｂを設ける位置を別の位置、例えば、パンチ１０２を打込駆動した際にレシーバ１０１の排気口１０１ａと重なるような位置又は排気口１０１ａに近接する位置に設けてもよい。

ノーズピース１０４は、図５に示されているとおり、その根元部がレシーバ１０１の凹部１０１ｈに圧入されることによってレシーバ１０１に取り付けられる。ノーズピース１０４の内部はコレット１０７を収容するために空洞となっており、ノーズピース１０４の空洞にコレット１０７が挿入された状態でノーズピース１０４はレシーバ１０１の凹部１０１ｈに圧入される。ノーズピース１０４は、その先端が上板２０１に当接して、ダイ１０５とともに上板２０１と下板２０２をクランプする。

図７に示されているように、コレット１０７は、複数の、例えば２つのコレット片１０７ａ、１０７ｂを嵌合してなる部材である。例えば、コレット片１０７ａには嵌合凹部１０７ｈが、コレット片１０７ｂには嵌合凸部１０７ｉが設けられ（図１７を参照）、嵌合凹部１０７ｈと嵌合凸部１０７ｉが噛み合うように２つのコレット片１０７ａ、１０７ｂは嵌合される。コレット片１０７ａ、１０７ｂが嵌合されることにより、コレット１０７の内部空洞１０７ｅが形成される。いくつかの実施形態では、図５に示されているように、嵌合が外れないようにするため、ゴム製のＯリング１０８を用いてコレット片１０７ａ、１０７ｂが固定されている。嵌合部はコレット１０７の内径よりも径大、外径よりも径小、全長よりも短い長さであるので、コレット１０７の内部壁には内部溝１０７ｃが、外部壁には外部溝１０７ｄが、ＳＰＲ挿入側の端部には内部溝１０７ｃと外部溝１０７ｄを連通する端部溝１０７ｆが、それぞれ形成される。これらの溝に沿ってエアは移動することができる。また、コレット片１０７ａ、１０７ｂが嵌合される部分は密着していないので、高圧のエアはコレット片１０７ａ、１０７ｂの嵌合部の隙間、すなわち嵌合凹部１０７ｈと嵌合凸部１０７ｉの隙間を通って径方向へ通過することが可能である。

レシーバ１０１、パンチホルダ１０３、及びノーズピース１０４は、圧縮コイルばねなどの不図示の駆動手段により、一体的にノーズピース１０４の軸方向に沿って直線運動可能となっている。

ダイ１０５は、上板２０２、下板２０１を支持する部材である。ＳＰＲ２０４の打込時に脚部２０４ｂが開脚できるようにするため、ダイ１０５はその頭部にＳＰＲ２０４の脚部２０４ｂの外径よりも大きい径のキャビティ１０５ａを有する。

Ｃフレーム１０６の一端は、図５に示されているように、ダイ１０５を保持する。また、Ｃフレーム１０６の他端は、パンチホルダ１０３を収容する不図示のハウジングと固定されている。ＳＰＲの打込みでは典型的には２０〜１００ｋＮの強い力がＳＰＲに印加されるので、Ｃフレーム１０６はそのような強い力が印加されてもアラインメントが崩れないような剛性を有する材料からできている。

＜動作＞
次に、図８のフローチャートを参照しつつ、リベット締結装置１０の動作について説明する。図８は、ＳＰＲを被締結部材に打ち込んで締結する動作のフローチャートである。なお、図８の動作は、制御装置２０による制御の下、リベット打込装置３０、リベット供給装置４０、及びＣフレーム移動装置５０が連動して動作することによって行われる。

先ず、ステップ８０１において、Ｃフレーム１０６が位置決めされて、接着剤を介して重ねられた被締結部材がノーズピース１０４とダイ１０５によりクランプされる。この際、パンチホルダ１０３と、ノーズピース１０４と、パンチホルダ１０３及びノーズピース１０４が取り付けられたレシーバ１０１とが一体的に降下して、被締結部材がノーズピース１０４とダイ１０５によりクランプされる。

次に、ステップ８０２において、レシーバ１０１にＳＰＲ２０４が供給される。ＳＰＲ２０４は供給装置から圧縮空気の空気圧を利用して送出され、通路１０１ｂを通過し、リベット通過防止壁１０１ｃに当接する位置まで給送されて、リベット通過防止壁１０１ｃと不図示のリベット保持部材とにより保持される。

次に、ステップ８０３において、パンチ１０２が所定の力及びスピードにより押下されて、ＳＰＲ２０４が被締結部材に打ち込まれる。接着剤硬化までの待ち時間を短縮するため、ＳＰＲの被締結部材への打込みは接着剤が硬化していない段階で行うのが一般的である。

次に、ステップ８０４において、被締結部材がノーズピース１０４とダイ１０５からリリースされる。

＜作用＞
次に、図９〜図１１を参照して、本開示の実施形態による作用について説明する。図９〜図１１は、ＳＰＲ２０４を打ち込む際に、ＳＰＲ２０４の空洞部２０４ｃ内で又はＳＰＲ２０４の脚部２０４ｂの外側で圧縮されたエアの流路を示す図である。ＳＰＲ２０４を上板２０１に打ち込もうとすると、ＳＰＲ２０４の空洞部２０４ｃ内のエアは圧縮されて高圧となるので、圧縮されたエアは圧力の低い空間の方へと流れる。ＳＰＲ２０４の頭部２０４ａには貫通孔２０４ｄが設けられており、貫通孔２０４ｄとパンチ１０２の開口１０２ａ１が対向するようにパンチ１０２が打ち込まれるので、貫通孔２０４ｄとエア流路１０２ａ、１０２ｂとが連通する。

ここで、先に説明したように、コレット１０７はコレット片１０７ａ、１０７ｂを嵌合することにより形成されていて、嵌合される部分は密着していないので、圧縮されて高圧となって開口１０２ｂ１、１０２ｂ２から流出したエアはコレット片１０７ａ、１０７ｂの嵌合部を径方向に通過することができる。コレット片１０７ａ、１０７ｂの嵌合部を通過したエアは、図９の太矢印で示されているように、外部溝１０７ｄに沿って移動する。

また、図１０の太矢印で示されているように、開口１０２ｂ１、１０２ｂ２から流出したエアは、内部溝１０７ｃに沿って移動する。なお、ＳＰＲ２０４の脚部２０４ｂの径方向外側の空間のエアも、ＳＰＲ２０４の打込時に圧縮されて内部溝１０７ｃに沿って移動する。内部溝１０７ｃに沿って移動したエアは、レシーバ１０１の排気口１０１ａから外部空間へ排出される。

外部溝１０７ｄに沿って移動したエアも、図１１の太矢印で示されているように、レシーバ１０１の排気口ａから外部空間へ排出される。なお、図１１において、外部溝１０７ｄに沿って移動したエアがパンチ１０７を横切って排気口１０１ａから排出されるかのように描かれているが、正確にはパンチ１０７を横切るのでなく、パンチ１０７とレシーバ１０１の隙間を回り込んで排気口１０１ａから排出される。

＜十字剥離試験＞
＜実施例１＞
本開示の実施形態によるＳＰＲの締結方法の効果を確認するため、以下の手順に従って十字剥離試験を行った。

まず、４０ｍｍ×１２５ｍｍの上板（５９０Ｍｐａハイテン材、板厚１．６ｍｍ）と、４０ｍｍ×１２５ｍｍの下板（５９０Ｍｐａハイテン材、板厚１．６ｍｍ）を用意した。

次に、重ね代４０ｍｍ×４０ｍｍにプレス油を塗布した後、接着剤を１ｍｍの厚さとなるように塗布し、図１２のように十字状に重ね合わせた。

次に、ＳＰＲ（ＳＰＲ５６０Ｆ０Ｃ０−４Ｙ１）を、本開示のリベット締結装置を用いて、重ね代の中心に打ち込んだ。

次に、接着剤を、１７０℃で２０分間硬化させた。

次に、引張試験機を用いて締結された板材に引張速度１５ｍｍ／ｍｉｎで引張荷重を加え、締結部が破断するまでの最大荷重を測定した。
なお、実施例１では、接着剤を加熱して硬化させる例について示したが、接着剤については熱を掛けずに硬化するタイプのものも存在する。したがって、接着剤を加熱すること無く硬化させて、十字剥離試験を行うようにしてもよく、接着剤の種類はその他のものでもよい。

＜実施例２＞
実施例１と同様の条件で、ＳＰＲを打込み、十字剥離試験を行った。

＜実施例３＞
実施例１と同様の条件で、ＳＰＲを打込み、十字剥離試験を行った。

＜比較例１〜３＞
実施例の効果を検証するため、パンチ１０２に代えてエア流路が設けられていない通常のパンチで打ち込んだ以外は、実施例１と同様の条件でＳＰＲを打込み、十字剥離試験を３回行った。

＜試験結果＞
以上の十字剥離試験の結果を示すのが表１及び図１３である。

図１３において、破線円Ａで示されている部分は接着剤が剥離する最大荷重（接着剤剥離最大荷重）を表し、破線円Ｂで示されている部分は試験片が剥離する最大荷重（試験片剥離最大荷重）を表す。

表１の試験結果から、接着剤剥離最大荷重について、実施例の平均値と比較例の平均値とを比較すると、［（４．０３６−３．８４４）/３．８４４］×１００≒５％の増加がみられる。

このように接着剤剥離最大荷重が増加した理由について、図１４〜図１６を参照して説明する。図１４は実施例のうちの一例の写真であり、図１５は比較例のうちの一例の写真である。何れの写真も試験片を剥離後に、接着剤を塗布した面を望むようにして撮影したものである。実施例に係る図１４では、接着剤塗布面に特に特徴的な様子は認められない。これに対し、比較例に係る図１５では、接着剤塗布面において各破線円で示した部分に、横方向に２本の白い線が伸びているのが確認できる。なお、図１５に向かって左側の試験片が下板であり、右側の試験片が上板である。

この横に伸びる線は、ＳＰＲ２０４の内部空洞２０４ｃ内の圧縮されたエアが接着剤層に流れ出たことによるものと考えられる。すなわち、比較例については、ＳＰＲ２０４を、エア流路が設けられていない通常のパンチで打ち込んだので、内部空洞２０４ｃ内で圧縮されたエアはＳＰＲ２０４の頭部の貫通孔２０４ｄから流れ出ることができない。そこで、圧縮されたエアは、貫通孔２０４ｄ以外に相対的に圧力が低い部分を探して移動しようとするが、そのような相対的に圧力が低い部分として作用するのが板材の間で未だ硬化していない接着剤層である。

図１６に示すように、内部空洞２０４ｃ内で圧縮されたエアは、太矢印で示したように脚部２０４ｂを回り込んで接着剤層２０３に達し、相対的に接着力が弱い特定の一方向から外部空間へと流れ出る。

以上のような原理により、比較例に係る図１５では、接着剤塗布面において白い線が形成されたのだと考えられる。このような線は、締結時に、エアが接着剤層に流れ出ることにより締結界面の接着剤が外部へ押し出されてしまったことを示すものと考えられる。この場合、締結位置における接着剤の本来の塗布面積を確保することができず、線の部分で接着剤の本来の接着力が発揮されていないことを意味する。一方、実施例に係る図１４では、締結時にエア抜きをより効果的に行うことができるので、締結界面の接着剤が外部へ流れ出ることを抑えており、接着剤塗布面に特に特徴的な様子は認められない。すなわち、実施例に係る図１４では、締結位置における接着剤の塗布面積を確保することができ、接着剤の本来の接着力が発揮できている。そのため、表１に示したような接着剤剥離最大荷重の差が生まれたと考えられる。

このように、接着剤剥離最大荷重が高まることにより、接着剤に期待されている接着剤の本来の性能を発揮することが可能となる。すなわち、接着剤剥離最大荷重が高められることによって、従来では剥離が生じていたような引張力で引っ張られても板材は剥離しなくなるので、接着剤による接着状態を維持することができる。これにより、接着剤の騒音・振動・ハーシュネス（ＮＶＨ）の性能を維持することができる。

また、接着剤による接着力が維持されることにより、接合部の冗長性を維持することができるので、接合部の安全性又は信頼性の向上につながる。すなわち、接着剤による接着状態とＳＰＲによる接合状態が維持されるので、接合部の安全性又は信頼性の向上につながる。

＜変形実施形態＞
以下、図１７〜図１９を参照して、本開示による実施形態を変形した変形実施形態について説明する。図１７は一変形実施形態によるコレット１０７’の分解図であり、図１８は別の一変形実施形態によるコレット１０７’’の正面図である。また、図１９は、一変形実施形態によるノーズピースの正面図である。

図１７に示されているように、変更実施形態では、コレット片１０７ａ１、１０７ｂ１の先端部分の内壁に、これらを嵌合したときに螺旋状の溝となる内壁溝１０７ｊが設けられている。内壁溝１０７ｊは螺旋状となっているので、内壁溝１０７ｊと内部溝１０７ｃは連通される。また、内壁溝１０７ｊは螺旋状となっているので、パンチ１０２の打込時に、パンチ１０２の開口１０２ｂ１、１０２ｂ２はパンチ１０２の向きに依らずに必ず１回は内壁溝１０７ｊと対向することとなる。したがって、パンチ１０２の打込時に、パンチ１０２の開口１０２ｂ１、１０２ｂ２から流れ出るエアを内部溝１０７ｃへ導きやすくなり、エア抜きをより効果的に行うことができる。そのため、締結時に締結界面の接着剤が外部へ流れ出ることをより効果的に抑え、締結位置における接着剤の塗布面積をより確実に確保し、接着剤剥離最大荷重の更なる増加が期待できる。

図１８に示されているように、別の変更実施形態では、コレットの先端部分に、コレットの内部空洞１０７ｅと外部空間を連通する螺旋状の貫通溝１０７ｋが設けられている。貫通溝１０７ｋは螺旋状となっているので、パンチ１０２の打込時に、パンチ１０２の開口１０２ｂ１、１０２ｂ２はパンチ１０２の向きに依らずに必ず１回は貫通溝１０７ｋと対向することとなる。したがって、パンチ１０２の打込時に、パンチ１０２の開口１０２ｂ１、１０２ｂ２から流れ出るエアをコレット１０７’’の外部へ導きやすくなり、エア抜きをより効果的に行うことができる。そのため、締結時に締結界面の接着剤が外部へ流れ出ることをより効果的に抑え、締結位置における接着剤の塗布面積をより確実に確保し、接着剤剥離最大荷重の更なる増加が期待できる。

図１９に示されているように、一変形実施形態によるノーズピース１０４’は、ノーズピース１０４’の先端部分に、ノーズピース１０４’の内部空間と外部空間を連通する螺旋状の貫通溝１０４ａを有する。貫通溝１０４ａは螺旋状となっているので、コレットの外部溝１０７ｄの向きに依らずに、貫通溝１０４ａの少なくとも一部はコレットの外部溝１０７ｄと対向する。したがって、コレットの外部溝１０７ｄへ流れ出てきたエアを、効果的にノーズピース１０４’の外部空間へ排出することができる。

また、いくつかの実施形態では、ノーズピース１０４’の貫通溝１０４ａとコレット１０７’’の貫通溝１０７ｋとが重なるように、コレット１０７’’がノーズピース１０４’に挿入される。このように配置することにより、貫通溝１０７ｋを通って流れ出てきたエアを、効果的にノーズピース１０４’の外部空間へ排出することができる。

また、いくつかの実施形態では、ノーズピース１０４’の螺旋状の貫通溝の巻き方向は、コレット１０７’’の螺旋状の貫通溝１０７ｋの巻き方向と逆向きである。このように螺旋の方向を逆向きとすることにより、コレット１０７’’がノーズピース１０４’内に挿入された際に、ノーズピース１０４’の貫通溝とコレット１０７’’の貫通溝１０７ｋとが必ず交差する。したがって、コレット１０７’’の挿入方向に関係なく、貫通溝１０７ｋを通って流れ出てきたエアを、効果的にノーズピース１０４’の外部空間へ排出することができる。

このように締結時にエア抜きをより効果的に行うことができるので、締結位置における接着剤が外部へ流れ出ることを抑え、接着剤の塗布面積を確保することができ、接着剤剥離最大荷重の更なる増加が期待できる。

ＳＰＲを用いた機械締結は、２枚以上の板材料に対して行い、鋼板とアルミ板等、異材接合であることが多い。ＳＰＲの鋲の形状は袋形状となっており、材料２枚を締結する時には円筒状の爪（脚部）が上板材料を貫通し、２枚目の板には貫入し、爪（脚部）の先端が広がることで上板と下板を締結させることが出来る。
ここで、爪（脚部）の広がる量をインターロックと言い、このインターロック確保が本締結手法（ＳＰＲ）で極めて重要な因子となる。また、被締結材料間には接着剤を塗布することが多く、これは、締結構造の堅牢性向上と電蝕防止の狙いがある。故に、接着剤の塗布面積確保も重要な因子となる。

従来のＳＰＲの締結方法では、接着剤の強度が十分に発揮されていないと考えられる現象が生じていたが、この点について、本発明は、従来技術におけるより具体的な課題として以下の２点があるということを見出してこれらについて解決したものである。
１．板間に接着剤があり、ＳＰＲ締結をする場合、接着材溜まりが発生することで、インターロック確保が困難になる。
２．板間に接着剤があり、ＳＰＲ締結をする場合、リベット形状が袋状になっている為、空気が混入しながらリベットは被締結材へ貫入していき、締結時にその空気が破裂することで締結界面の接着剤が塗れない部位が発生する。これにより、接着面積１００％の確保が出来なくなる。

本発明は、上記課題に対して、主として、リベットのヘッド部に加工（冷間鍛造時に空気逃しの穴）を施すと共に、パンチを含む締結機構にエア流路を設けたことにより、インターロック量の確保と接着面積の確保を同時に図ることができるようにしたものである。結果として、本発明によれば、インターロック確保により、締結強度確保を図ることができ、また、接着面積確保により、接着剤を併用した機械締結接合の堅牢性確保を図ることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、開示された実施形態の構成要素を組み合わせ、変形し、又は省略して実施することが可能である。

[付記]
以下、本明細書が開示する種々の実施形態のうち、その一部について整理する。
＜付記１＞
付記１によるリベット締結方法は、
接着剤層を介して重ねられた少なくとも２枚の板材（２０１、２０２）を準備するステップと、
少なくとも２つの開口（１０２ａ１、１０２ｂ１、１０２ｂ２）と、前記少なくとも２つの開口が連通されたエア流路（１０２ａ、１０２ｂ）とを有する棒状のパンチを準備するステップと、
貫通孔（２０４ｄ）を有する自己穿孔型リベット（２０４）を準備するステップと、
前記パンチの少なくとも２つの開口の内の１つの開口（１０２ａ１）が前記自己穿孔型リベットの貫通孔と対向するように、前記自己穿孔型リベットを前記少なくとも２枚の板材に前記パンチで打ち込むステップと、
を備える。
付記１によるリベット締結方法によれば、自己穿孔型リベットの打込時に自己穿孔型リベットの脚部で囲まれた内部空洞で圧縮されるエアを、自己穿孔型リベットの貫通孔及びパンチのエア流路を介して外部へ排気することができる。そのため、板材間の接着剤層にエアが流れ出るのを抑制することができるので、締結位置における接着剤の塗布面積を確保することができ、接着剤の接着力をより高めることができる。
＜付記２＞
付記２によるリベット締結方法は、付記１に記載のリベット締結方法であって、
前記重ねられた少なくとも２枚の板材をダイ上に配置するステップを更に備え、
前記自己穿孔型リベットを準備するステップは、前記自己穿孔型リベットを、前記重ねられた少なくとも２枚の板材の、前記ダイと反対側に準備するステップである。
付記２によるリベット締結方法によれば、ダイにより板材を支持することができ、また、ダイが板材に対して自己穿孔型リベットとは反対側に配置されることにより、自己穿孔型リベットの打込時にダイにおいて自己穿孔型リベットの脚部が開脚できるように構成することが可能となる。
＜付記３＞
付記３によるリベット締結装置は、
少なくとも２つの開口（１０２ａ１、１０２ｂ１、１０２ｂ２）と、前記少なくとも２つの開口が連通されたエア流路（１０２ａ、１０２ｂ）とを有する棒状のパンチと、
前記パンチを挿通可能な内部空洞（１０７ｅ）と、径方向にエアを通過させることが可能なエア通過部（１０７ｈ、１０７ｉ、１０７ｋ）とを有する筒状のコレット（１０７）と、
前記コレットを収容する筒状のノーズピース（１０４）と、
貫通孔（２０４ｄ）を有する自己穿孔型リベット（２０４）を供給するとともに、前記ノーズピースを支持するノーズピース支持部（１０１）であって、前記コレットのエア通過部を通過するエアを外部に排出するための第１の排気口（１０１ａ）を有するノーズピース支持部（１０１）と、
を備え、
前記自己穿孔型リベットの打込時に、前記パンチの少なくとも２つの開口の内の１つの開口（１０２ａ１）が前記自己穿孔型リベットの貫通孔と対向するように構成されている。
付記３によるリベット締結装置によれば、自己穿孔型リベットの打込時に、自己穿孔型リベットの空洞部（２０４ｃ）のエアは、順に、自己穿孔型リベットの貫通孔（２０４ｄ）、パンチ内のエア流路（１０２ａ、１０２ｂ）、少なくとも２つの開口（１０２ａ１、１０２ｂ１、１０２ｂ２）、コレットのエア通過部（１０７ｈ、１０７ｉ、１０７ｋ）、及びノーズピース支持部の第１の排気口（１０２ａ）を介して外部に排気することができる。そのため、板材間の接着剤層にエアが流れ出るのを抑制することができるので、締結位置における接着剤の塗布面積を確保することができ、接着剤の接着力をより高めることができる。
＜付記４＞
付記４によるリベット締結装置は、付記３に記載のリベット締結装置であって、
前記コレットは少なくとも２つのコレット片（１０７ａ、１０７ｂ）からなり、
前記エア通過部は、前記２以上のコレット片の内の第１のコレット片と第２のコレット片が接続される部分の空隙を備える。
付記４によるリベット締結装置によれば、パンチの少なくとも２つの開口からのエアを、コレットの第１のコレット片と第２のコレット片が接続される部分の空隙を介してより効率的にコレットの外部に流すことができ、エア抜きをより効果的に行うことができる。
＜付記５＞
付記５によるリベット締結装置は、付記３又は４に記載のリベット締結装置であって、
前記エア通過部は貫通溝（１０７ｋ）を備える。
付記５によるリベット締結装置によれば、パンチの少なくとも２つの開口から流れ出るエアを、貫通溝（１０７ｋ）を介してより効率的にコレットの外部へ導くことが可能となり、エア抜きをより効果的に行うことができる。
＜付記６＞
付記６によるリベット締結装置は、付記３から５のいずれか１つに記載のリベット締結装置であって、
前記ノーズピースは前記コレットを通過するエアを外部に排出するための第２の排気口（１０４ａ）を有する。
付記６によるリベット締結装置により、コレットの外部溝１０７ｄへ流れ出てきたエアを、第２の排気口（１０４ａ）を介して効果的にノーズピースの外部空間へ排出することができ、エア抜きをより効果的に行うことができる。

１０：リベット締結装置
２０（２０−１、２０−２）：制御装置
２１：プロセッサ
２２：メモリ
２３：処理回路
３０：リベット打込装置
４０：リベット供給装置
５０：Ｃフレーム移動装置
１０１：レシーバ（ノーズピース支持部）
１０１ａ：排気口（第１の排気口）
１０１ｂ：通路
１０１ｃ：リベット通過防止壁
１０１ｄ：排気口
１０１ｅ：凹部
１０１ｆ：凸部
１０１ｇ：貫通溝
１０１ｈ：凹部
１０２：パンチ
１０２ａ：エア流路
１０２ａ１：開口
１０２ｂ：エア流路
１０２ｂ１：開口
１０２ｂ２：開口
１０３：パンチホルダ
１０３ａ：凹溝
１０３ｂ：貫通溝
１０４、１０４’：ノーズピース
１０４ａ：貫通溝
１０５：ダイ
１０５ａ：キャビティ
１０６：Ｃフレーム
１０７、１０７’、１０７’’：コレット
１０７ａ、１０７ａ１、１０７ａ２、１０７ｂ、１０７ｂ１、１０７ｂ２：コレット片
１０７ｃ：内部溝
１０７ｄ：外部溝
１０７ｅ：内部空洞
１０７ｆ：端部溝
１０７ｇ：Ｏリング溝
１０７ｈ：嵌合凹部（エア通過部）
１０７ｉ：嵌合凸部（エア通過部）
１０７ｊ：内壁溝
１０７ｋ：貫通溝（エア通過部）
１０８：Ｏリング
２０１：上板
２０２：下板
２０３：接着層
２０４：自己穿孔型リベット
２０４ａ：頭部
２０４ｂ：脚部
２０４ｃ：空洞
２０４ｄ：貫通孔

Claims (6)

1. 接着剤層を介して重ねられた少なくとも２枚の板材を準備するステップと、
   少なくとも２つの開口と、前記少なくとも２つの開口が連通されたエア流路とを有する棒状のパンチを準備するステップと、
   貫通孔を有する自己穿孔型リベットを準備するステップと、
   前記パンチの少なくとも２つの開口の内の１つの開口が前記自己穿孔型リベットの貫通孔と対向するように、前記自己穿孔型リベットを前記少なくとも２枚の板材に前記パンチで打ち込むステップと、
   を備えたリベット締結方法。
2. 前記重ねられた少なくとも２枚の板材をダイ上に配置するステップを更に備え、
   前記自己穿孔型リベットを準備するステップは、前記自己穿孔型リベットを、前記重ねられた少なくとも２枚の板材の、前記ダイと反対側に準備するステップである、請求項１に記載のリベット締結方法。
3. 少なくとも２つの開口と、前記少なくとも２つの開口が連通されたエア流路とを有する棒状のパンチと、
   前記パンチを挿通可能な内部空洞と、径方向にエアを通過させることが可能なエア通過部とを有する筒状のコレットと、
   前記コレットを収容する筒状のノーズピースと、
   貫通孔を有する自己穿孔型リベットを供給するとともに、前記ノーズピースを支持するノーズピース支持部であって、前記コレットのエア通過部を通過するエアを外部に排出するための第１の排気口を有するノーズピース支持部と、
   を備え、
   前記自己穿孔型リベットの打込時に、前記パンチの少なくとも２つの開口の内の１つの開口が前記自己穿孔型リベットの貫通孔と対向するように構成されたリベット締結装置。
4. 前記コレットは少なくとも２つのコレット片からなり、
   前記エア通過部は、前記２以上のコレット片の内の第１のコレット片と第２のコレット片が接続される部分の空隙を備える、請求項３に記載のリベット締結装置。
5. 前記エア通過部は貫通溝を備える、請求項３又は４に記載のリベット締結装置。
6. 前記ノーズピースは前記コレットを通過するエアを外部に排出するための第２の排気口を有する、請求項３から５のいずれか１項に記載のリベット締結装置。

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