JP5838537B2 - リベットによる板材の接合方法，接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、積層板材や薄板材等をリベットにより打ち抜き接合するために供するリベットによる板材の接合方法，接合構造に関する。

炭素繊維強化プラスチック（CFRP）は金属と比較して比剛性や比強度、疲労特性や腐食性に優れていることから、軽量化のために自動車構造部材等への適用が検討されている。

しかし、金属におけるスポット溶接のように、簡易かつ短時間で接合する方法が存在しないことが、材料置換による軽量化を妨げている要因の一つになっている。

これに対し、CFRP製の積層板材の接合には一般的に接着が用いられている。

しかし、自動車産業における生産性の観点から見ると接着剤の硬化には時間がかかること、また、接着面の処理や洗浄が必要でありコスト高となることなどが問題となる。

さらに、耐熱性や吸湿による影響、低温環境下、高速変形下での脆性化などの問題点も挙げられる。

一方，機械的接合としてはリベット接合が用いられている。

しかし、穴あけ加工に時間を要すること、工具の摩耗が金属などと比較して早いなどの問題点がある。

このような背景から、低コストかつ短時間で施工可能な接合法が強く求められている。

従来のこの種の接合方法として、特許文献1に記載のものがある。

この特許文献1の接合方法は、リベット頭部及び先端面を開放した中空のリベット胴部を有するセルフ・ピアス・リベット（ＳＰＲ）を用いて，重ね合せられた２枚のＦＲＰ板を締結するものである。

すなわち，一方のＦＲＰ板の被締結部に金属板を密着させ，次いで他方のＦＲＰ板の被締結部から両ＦＲＰ板にセルフ・ピアス・リベット（ＳＰＲ）を打込んでリベット頭部を他方のＦＲＰ板の被締結部に密着させる。また両ＦＲＰ板を貫通したリベット胴部の環状先端部分を金属板に食い込ませて拡径変形させる。こうして、リベット頭部と金属板との間でＦＲＰ板相互を接合する。

しかし、かかる方法では、リベット胴部が金属板に打ち込まれて金属板が塑性変形するため、この塑性変形に応じリベット胴部周囲でＦＲＰ板に剥離や亀裂を招く恐れがあった。したがって、この方法ではほとんど実現性がなく、特許文献１もみなし取り下げとなっている。

さらに、ＦＲＰ板の接合に限らず、薄板金属板相互の接合など、リベット胴部の打ち込みにより接合面間で剥離を招く恐れもあり、リベット打ち込みによる積層板材や薄板材等の接合で広く起こり得る問題である。

加えて、リベットの打ち込みによる接合では、ＳＰＲに限らず、スピン・カシメを行う場合もあり、必ずしもＳＰＲに限らず、リベット打ち込みによる接合に広く起こり得る問題でもある。

特開２００５−６９４５１号公報

解決しようとする問題点は、板材相互のリベット打ち込みによる接合で、剥離や亀裂を招く点である。

本発明は、板材相互のリベット打ち込みによる接合を剥離や亀裂を抑制して行わせることを可能とするため、接合面を合わせて重ねた各板材をリベット頭部及びリベット軸部を有するリベットのリベット軸部により打ち抜き、このリベット軸部の先端にカシメ部を形成し、前記リベット頭部と前記カシメ部との間に前記各板材を締結接合するリベットによる板材の接合方法であって、前記各板材の反接合面の少なくとも一方に、前記リベット軸部を挿通可能な内孔を有する平板形状の座部材を重ねて当接させ、この座部材を前記打ち抜き時の支持治具として前記板材間にクランプ力を負荷させ、前記リベット軸部による打ち抜きを、前記座部材の内孔に合わせて行い、前記リベット頭部又は前記カシメ部と前記反接合面との間に前記座部材を残して前記接合を行ったことをリベットによる板材の接合方法の特徴とする。

本発明は、接合面を合わせて重ねた板材と、前記各板材の反接合面の少なくとも一方に当接配置され内孔を有する平板形状の座部材と、リベット頭部及びリベット軸部を有するリベットとを備え、前記リベット軸部は、前記座部材の内孔及び前記各板材を打ち抜き貫通した先端にカシメ部を有し、このカシメ部又は前記リベット頭部と前記反接合面との少なくとも一方間に前記座部材を介在させて前記各板材を締結接合したことをリベットによる板材の接合構造の特徴とする。

本発明のリベットによる板材の接合方法は、上記手段であるから、内孔を有する座部材を打ち抜き時の治具として利用し、リベットによる打ち抜きを確実に行わせると共に、打ち抜き時にリベットから板材に働く応力集中等を抑制することができ、打ち抜き時の板材の剥離や亀裂を抑制することができる。

接合後は、座部材を残すことができ、リベットによる穿孔部周辺の亀裂や剥離の進行を抑制することができる。

本発明のリベットによる板材の接合構造は、上記手段であるから、締結接合後においても、リベットによる穿孔部周辺の剥離の進展を抑制することができる。

板材の接合構造の断面図である。（実施例１） セルフ・ピアス・リベットの断面図である。（実施例１） 座金の断面図である。（実施例１） 接合工程を示し、（Ａ）は、待機工程、（Ｂ）は、打ち込み開始工程、（Ｃ）は、打ち込み途中工程、（Ｄ）は、打ち込み完了工程、（Ｅ）は、接合完了後の断面図である。（実施例１） 接合状態の締結力を示す概念図である。（実施例１） （Ａ）は、座金有り、（Ｂ）は、座金無しの断面観察写真である。（実施例１） （Ａ）は、リベット頭部側におけるＣＦＲＰの打ち抜き後のＣスキャン画像、（Ｂ）は、同外観写真である。（実施例１） （Ａ）は、カシメ部側におけるＣＦＲＰの打ち抜き後のＣスキャン画像、（Ｂ）は、同外観写真である。（実施例１） 板材の接合構造の断面図である。（実施例１） （Ａ）（Ｂ）は、実施例１の変形例、比較例に係る板材の接合構造の断面図である。（実施例１、比較例） （Ａ）（Ｂ）は、変形例に係るセルフ・ピアス・リベットの断面図である。（実施例１） 接合工程を示し、（Ａ）は、待機工程、（Ｂ）は、打ち込み開始工程、（Ｃ）は、打ち込み工程、（Ｄ）は、カシメ待機工程、（Ｅ）は、カシメ工程、（Ｆ）は、接合完了後の断面図である。（実施例２） 板材の接合構造の断面図である。（実施例３） 板材の接合構造の断面図である。（実施例３） 接合工程の打ち込み工程を示す第１接合装置の断面図である。（実施例３） 接合工程のカシメ工程を示す第２接合装置の断面図である。（実施例３）

板材相互のリベット打ち込みによる接合を剥離や亀裂を抑制して行わせることを可能にするという目的を、各積層板材の反接合面の双方に、リベット軸部を挿通可能な内孔を有する平板形状の座金を重ねて当接させ、この座金を打ち抜き時の支持治具として各積層板材間にクランプ力を負荷させ、リベット軸部による打ち抜きを、座金の内孔に合わせて行い、リベット頭部及びカシメ部と各積層板材の反接合面との間に座金を残して接合を行ったことにより実現した。

［リベットによる板材の接合構造、ＳＰＲ、座金］
図１は、板材の接合構造の断面図である。なお、以下の場合において、上下左右は、セルフ・ピアス・リベット（ＳＰＲ）による打ち抜き接合加工時の上下左右とする。

板材の接合構造は、板材として、例えば炭素繊維強化プラスチック（CFRP）製の積層板材１，３を用い、上下の座部材である座金７，９を介してＳＰＲ５により締結接合されている。

積層板材１，３は、接合面１１，１３を合わせて重ねられ、各積層板材１，３の反接合面２７，２９に座金７，９が当接配置されている。座金７，９は、内孔３１を有する平板形状のドーナツ型に形成されている。

リベットであるＳＰＲ５は、リベット頭部１９及びリベット軸部１５を有し、リベット軸部１５は、座金７，９の内孔３１及び各積層板材１，３を打ち抜き貫通した先端にカシメ部１７を有している。

このリベット頭部１９及びカシメ部１７と反接合面２７，２９との間に座金７，９を介在させて各積層板材１，３が締結接合されている。

なお、板材は、積層板材に限らず、薄板材の接合にも適用し、接合面相互の剥離等の抑制を図る効果を奏することができる。

図２は、セルフ・ピアス・リベットの断面図である。

図１、図２のように、ＳＰＲ５は、本実施例１において、ＳＣＭ４３５で形成され、リベット頭部１９及びリベット軸部１５を有している。リベット頭部１９下面とリベット軸部１５周面との間は、加工精度にもよるが、この実施例１では、アールＲを備えている。

リベット軸部１５は、先端に開放された中空形状であり、先端内径部２３がテーパー穴状に拡大開放され、奥側内径部２５が均一径となっている。なお、リベット軸部１５の中空形状は、先端内径部２３がテーパー穴状に拡大開放されれば良く、全体が緩やかなテーパー穴形状であっても良い。

図３は、座金の断面図である。

図１、図３のように、座金７，９は、本実施例１において、金属製、例えばＳ４５Ｃで平板形状である平板ドーナツ形状に形成されている。座金７は、リベット頭部１９と積層板材１の反接合面２７との間に残されたものであり、座金９は、カシメ部１７と積層板材３の反接合面２９との間に残されたものである。

座金７，９は、本実施例において、同一断面形状に形成されている。座金７について説明する。座金７は、ＳＰＲ５のリベット軸部１５を挿通するための内孔３１を備えている。内孔３１は、リベット軸部１５の外径と同等の内径を備えている。この径の設定により、リベット軸部１５の外径に対応した周回範囲まで締結力及び後述するクランプ力を負荷させることができる。

このため、このリベット軸部１５の外径と内孔３１の内径とのクリアランスは、できるだけ小さいのがよい。但し、要求によっては、クリアランスを大きくすることも可能である。

内孔３１のリベット頭部１９側の縁部には、面取り部３３が形成されている。面取り部３３は、ＳＰＲ５側のアールＲの当りを避けて、応力集中を防止している。面取り部３３をアールに代えて当りを避けることもできる。この面取り部３３により、前記クリアランスを極力小さく設定することを可能としている。

内孔３１について、積層板材１の反接合面２７の縁部には、断面直角の角部３５が形成されている。角部３５は、積層板材１に対する締結力及び後述するクランプ力を内孔３１の内径まで負荷させるためのものである。

座金７の外径は、後述する押さえ治具及びポンチによりクランプ力を負荷する場合、このクランプ力の伝達ができれば良く、リベット頭部１９の外径に近づけて径方向突出量を小さくし、或いは同大きくして同突出量を大きくすることができる。径方向突出量をできるだけ小さくすると座金７の積層板材１に対する面圧を高めることができ、同大きくすると積層板材１，３の曲げ変形を抑制し、損傷進展を抑制することができる。

後述する打ち抜き時に、クランプ力を負荷させない場合でも、座金７の外径は、同様に選択することができる。

座金９の場合は、面取り部３３がカシメ部１７側となり、カシメ部１７の当りを緩和する。同様に、角部３５は、積層板材３の反接合面２９側となり、積層板材３に対する締結力及び後述するクランプ力を内孔３１の内径まで負荷させるためのものとなる。

座金９の外径も、座金７同様に大小選択することができる。

なお、なお座金７，９は、異なる材質、形状、内外径、厚みに設定することも可能である。座部材としては、積層板材１、３に対する締結力及び後述するクランプ力を発揮できる設定された硬度を備える樹脂により形成することもできる。この樹脂による座部材は、打ち抜き時に、リベット軸部１５と内孔３１との芯がずれても内孔３１側が削れてそのまま座部材としての機能を奏することができるというメリットがある。

この樹脂による座部材は、打ち抜き時にクランプ力を負荷しない場合でも、積層板材１、３に対する締結力を発揮できる設定された硬度を備える樹脂により形成することになる。
［リベットによる板材の接合方法］
図４は、リベットによる板材の接合方法に係る接合工程を示し、（Ａ）は、待機工程、（Ｂ）は、打ち込み開始工程、（Ｃ）は、打ち込み途中工程、（Ｄ）は、打ち込み完了工程、（Ｅ）は、接合完了後の断面図である。

図４の接合工程では、接合装置３９が使用される。この接合装置３９は、上側の押さえ治具４１と下側のポンチ４３とを備えている。押さえ治具４１は、中空形状であり内部に昇降可能なステム４５を備え、下端に座金支持凹部４７が形成されている。ポンチ４３は、上面に座金支持凹部４９が形成され、中央部にカシメ・ガイド部５１が形成されている。

接合は、図４（Ａ）〜（Ｄ）の待機工程Ｓ１、打ち込み開始工程Ｓ２、打ち込み途中工程Ｓ３、打ち込み完了工程Ｓ４の順を追って一連で行われる。

図４（Ａ）の打ち込み前の待機工程Ｓ１では、接合面１１，１３を合わせて重ねた積層板材１，３の反接合面２７，２９に座金７，９を当接配置し、押さえ治具４１の座金支持凹部４７に座金７を位置決め、ポンチ４３の座金支持凹部４９に座金９を位置決める。

この状態で例えば押さえ治具４１から押圧力が付与され、座金７，９を打ち抜き時の支持治具として積層板材１，３間に座金７，９によりクランプ力を負荷させる。

なお、座金７，９により積層板材１，３間にクランプ力を負荷させずに次工程の打ち抜きが行われることもある。この場合は、座金７の上面高さ位置を検出し、押さえ治具４１の下降位置を座金７に当接する寸前で位置決める。

図４（Ｂ）の打ち込み開始工程Ｓ２では、リベット軸部１５による打ち抜きが、座金７，９の内孔３１に合わせて行なわれる。ステム４５の下降によりＳＰＲ５が追随して下降し、リベット軸部１５の先端が座金７の内孔３１に突入して積層板材１の反接合面２７に当接する。

このとき、座金７が押さえ治具４１の座金支持凹部４７で位置決められ、ＳＰＲ５が押さえ治具４１内に同芯に支持されているから、座金７の内孔３１の中心とリベット軸部１５の軸芯とを容易に一致させることができ、内孔３１に芯を合わせたリベット軸部１５により積層板材１，３を確実に打ち抜くことができる。

ＳＰＲ５がさらに下降すると座金７，９によるクランプ状態でリベット軸部１５が瞬時に穴開け動作を行う。このとき、積層板材１、３は、座金７，９による精度の高いクランプ状態であるため、このクランプ状態により積層板材１、３が円滑に剪断されることになる。

リベット軸部１５の先端が座金７の内孔３１に突入するとき、リベット軸部１５と座金７の内孔３１とが多少芯ずれしていても、リベット軸部１５先端が座金７の面取り部３３にガイドされ、内孔３１内へ的確に突入させることができる。

図４（Ｃ）の打ち込み途中工程Ｓ３では、リベット軸部１５が座金７の内孔３１で相対的にガイドされながら積層板材１，３を打ち抜き、抜きカス５３は、リベット軸部１５の中空内へ収容される。

図４（Ｄ）の打ち込み完了工程Ｓ４では、リベット軸部１５の先端内径部２３がポンチ４３のカシメ・ガイド部５１にカシメ・ガイドされ、カシメ部１７が形成される。

打ち込み時に、リベット頭部１９の衝突力は、座金７が受け治具として受け止めるから、積層板材１の損傷を抑制できる。特に、座金７の面取り部３３がＳＰＲ５のアールＲとの当りを逃げるから、応力集中も避けることができ、確実な打ち込みを行わせることができる。

カシメ・ガイドされカールしたリベット軸部１５の先端を、座金９が受け治具として受けるため、積層板材３の反接合面２９に直接集中して１箇所に当ることでかじり力を受けることがなく、カシメ部１７による締結も積層板材１，３損傷を招くことなく十分に行わせることができる。

したがって、図４（Ａ）〜（Ｄ）によるＳＰＲ５の瞬時の打ち込みで、ＳＰＲ５を用いた積層板材１，３の締結接合を層間剥離や亀裂等の発生を抑制しながら、スポット溶接のように完了させることができ、自動化により量産される自動車等への積層板材１，３使用を実現させることができる。

こうして、支持治具としてクランプ力を負荷した座金７，９が、図４（Ｅ）のように、リベット頭部１９及び反接合面２７間とカシメ部１７及び反接合面２９間とにそのまま残り、締結力を維持する座金７，９として機能する。

なお、図４（Ａ）〜（Ｃ）の待機工程Ｓ１、打ち込み開始工程Ｓ２、打ち込み途中工程Ｓ３までは、ポンチ４３に代えて中空のポンチを使用し、抜きカス５３を中空の排出孔から排出させることもできる。この場合、図４（Ｄ）の打ち込み完了工程Ｓ４では、中空のポンチからカシメ・ガイド部５１を備えたポンチ４３に交換してカシメ部１７を形成することになる。
［接合結果］
図５は、接合状態の締結力を示す概念図である。

図５のように、接合状態では、座金７，９によりリベット軸部１５の外径範囲まで締結力が付与され、積層板材１，３の層間剥離３７を抑制することができる。

図６（Ａ）は、座金有り、（Ｂ）は、座金無しの断面観察写真である。

図６（Ａ）は、図４の工程により接合させた本実施例１に係る断面観察写真であり、この断面観察写真を見れば明らかなように、剥離は多少発生するが、はく離寸法はＳＰＲ５のリベット頭部１９直径よりも小さかった。

これに対し、座金を支持治具として使用しない図６（Ｂ）の比較例では、積層板１，３には大きな損傷が生じ，剥離の進展量も大きかった。

これより、本発明実施例１のリベットによる板材の接合方法及び接合構造により、積層板材（ＣＦＲＰ）１，３に生じる剥離を大幅に抑制でき、実用に十分に対応させることができる。

最大負荷を引張継手強度の約60%として疲労試験を実施し、破断までの繰返し数が８０万回〜１００万回であった。この点においても実用に十分に対応させることができる。

この場合、材料には一方向プリプレグシート（T800SC/#2592，東レ）を用いた。積層構成は[45₂/0₂/-45₂/90₂]_sの疑似等方性とし、オートクレーブ製法により成形した。成形後にはダイヤモンドカッターを用いて長さ１３５ｍｍ、幅３６ｍｍに切り出して使用した。厚さは１．６ｍｍとした。

疲労試験に供したシングルラップ継手試験片の試験片形状はASTM D5961/D5961M-05に準拠したものである。

油圧式疲労試験機（8801 INSTRON）を用いて，疲労試験を実施した。応力比はR=0.1とし、最大負荷σｍａｘを引張継手強度σｆの約６０％である４．４ＫＮと、約４０％である３．２ＫＮとしてそれぞれ実施した。試験周波数は２Ｈzとした。
［剥離の観察］
図７（Ａ）は、リベット頭部側における積層板材（ＣＦＲＰ）の打ち抜き後のＣスキャン画像、（Ｂ）は、同外観写真、図８（Ａ）は、カシメ部側におけるＣＦＲＰの打ち抜き後のＣスキャン画像、（Ｂ）は、同外観写真である。

本発明実施例１ついて，図４の工程完了後にＳＰＲ５を取り外し、穿孔部５５周辺近傍の剥離を超音波探傷機（SDS-5400R 日本クラウトクレーマー）を用いてCスキャン画像を
取得した。図７、図８の実線は穿孔部の直径を示し、破線は座金の直径を示す。

図７（Ａ）（Ｂ）のように、リベット頭部側（打ち込み側）における積層板材（ＣＦＲＰ）にはほとんど剥離は生じていない。

図８（Ａ）（Ｂ）のように、カシメ部側（打ち抜き側）の積層板材（ＣＦＲＰ）においては若干の剥離が発生した。

しかし、これらの剥離は、穿孔部近傍にのみ生じており、座金径と比較すると非常に小さかった。また、目視による観察では、リベット頭部側（打ち込み側）には、座金による押し付け痕が見られ、カシメ部側（打ち抜き側）では、穿孔部近傍にて若干の白色した部位が認められる程度であった。
［実施例１の効果］
本発明の実施例１の接合方法では、接合面１１，１３を合わせて重ねた各積層板材（ＣＦＲＰ）１，３をリベット頭部１９及びリベット軸部１５を有するＳＰＲ５のリベット軸部１５により打ち抜き、このリベット軸部１５の先端にカシメ部１７を形成し、リベット頭部１９とカシメ部１７との間に各積層板材（ＣＦＲＰ）１，３を締結接合するＳＰＲ５による積層板材（ＣＦＲＰ）１，３の接合方法であって、各積層板材（ＣＦＲＰ）１，３の反接合面２７，２９に、リベット軸部１５を挿通可能な内孔３１を有する平板形状の座金７，９を重ねて当接させ、座金７，９を打ち抜き時の支持治具として積層板材（ＣＦＲＰ）１，３間にクランプ力を負荷させ、リベット軸部１５による打ち抜きを、座金７，９の内孔３１に合わせて行い、リベット頭部１９又はカシメ部１７と反接合面２７，２９との間に座金７，９を残して接合を行った。

このため、座金７，９はリベット軸部１５による打ち抜き時に、極めて精度の高い支持治具として機能させることができる。しかも、リベット軸部１５の外径が変更されたときでも、この外径に合わせた内孔３１を有する座金７，９を使用すればよく、設計変更にも柔軟に応ずることが可能となる。

そして、ＳＰＲ５による打ち抜き接合に係わらず、積層板材（ＣＦＲＰ）１，３に生じる剥離や亀裂を大幅に抑制でき、実用に十分に対応させることができる。

なお、座金７，９を樹脂で形成した座部材とした場合には、十分なクランプ力を発揮できる剛性を備えながら、リベット軸部１５の先端が内孔３１と干渉する場合は内孔側が削られるものとすれば、リベット軸部１５及び樹脂製の座部材との芯出しは、ある程度ラフにすることができる。

この打ち込み時に、座金７，９の特に面取り部３３及び角部３５の存在により、リベット軸部１５の周辺で、積層板材１，３の穿孔部５５周辺に層間剥離や亀裂等の発生を抑制できる。

すなわち、前記のように内孔３１の内径をリベット軸部１５の外径に極力近づけ、両者間のクリアランスを限りなく小さくし、角部３５の働きでクランプ力を内孔３１の内径まで負荷させ、このクランプ力の負荷状態でリベット軸部１５が積層板材１，３を瞬時に打ち抜くから、層間剥離や亀裂等の発生を抑制できる。

しかも、接合構造としても、支持治具としてクランプ力を負荷した座金７，９が、図４（Ｅ）のように、そのまま残り、締結力を維持する座金７，９として機能させることができる。

このため、耐久性も向上し、疲労試験による破断までの繰返し数が８０万回〜１０００万回と、実用に十分に対応させることができる。
［変形例］
図９は、変形例に係り、板材の接合構造の断面図である。

図９では、ＳＰＲ５Ａのリベット頭部１９Ａを皿形状とした。したがって、リベット頭部１９Ａと反接合面２７との間に残される座金７Ａは、リベット頭部１９Ａ側の面にリベット頭部１９Ａ側との干渉を避けるための凹形状部５７を備えた。

したがって、応力集中を避けることができると共に、座金７Ａ及びリベット頭部１９Ａの外面を面一にすることができ、接合後の全体的な高さを抑えることができる。

図１０（Ａ）（Ｂ）は、実施例１の変形例、比較例に係る板材の接合構造の断面図である。

図１０（Ａ）では、ＳＰＲ５Ｂのカシメ部１７側にのみ座金９を用い、リベット頭部１９Ｂ側に座金は用いない。リベット頭部１９Ｂ下面とリベット軸部１５Ｂ周面との間６０は、アールを設けず、積層板材（ＣＦＲＰ）１に対する応力集中を避けている。

図１０（Ｂ）のように、座金を用いない場合は、カシメ・ガイドによりカールするリベット軸部１５の先端外周側が、丸で囲んだ部分のように積層板材３に干渉し、損傷を招く。

したがって、図１０（Ａ）のように座金９のみを用いた場合でも、カシメによる積層板材３の損傷防止の観点から効果を期待することができる。

また、打ち抜き工程においても、座金９を前記のように支持治具として用いることができ、積層板材１，３間に座金９を介してクランプ力を発生せることができる。

接合完了後は、リベット頭部１９Ｂと座金９との間で積層板材１，３に締結力を負荷させることができる。

したがって、座金９のみを用いた場合でも同様の効果を奏することができる。

なお、座金９を用いず、リベット頭部１９Ｂと反接合面２７との間に前記座金７を用いることもできる。この場合でも、打ち抜き工程においても、座金７（図１，図４参照）を前記のように支持治具として用いることができ、積層板材１，３間に座金７（図１，図４参照）を介してクランプ力を発生せることができる。

接合完了後は、リベット頭部１９Ｂと座金７（図１，図４参照）との間で積層板材１，３に締結力を負荷させることができる。

図１１（Ａ）（Ｂ）は、変形例に係るセルフ・ピアス・リベットの断面図である。

図１１（Ａ）は、ＳＰＲ５Ｃの外周に凹部５９を形成して柔軟樹脂６１をコーティングした。柔軟樹脂６１は、リベット頭部１９Ｃにまで至り、リベット頭部１９Ｃ下面とリベット軸部１５Ｃ周面との間に、アールを備えてはいない。

この変形例のＳＰＲ５Ｃでは、柔軟樹脂６１により積層板材１，３の熱膨張による当りや、衝撃時の当りを緩和することができる。

また、アールを備えてはいないので、座金７の面取り部３３も省略することができる。

図１１（Ｂ）は、ＳＰＲ５Ｄの外周に凹部６３を形成して柔軟樹脂６５をコーティングした。柔軟樹脂６５は、リベット軸部１５Ｄにのみ形成され、リベット頭部１９Ｄ下面とリベット軸部１５Ｄ周面との間に、アールを備えている。なお、リベット軸部１５Ｄの中空形状では、先端内径部を含んだ内径部２３Ｄ全体が緩やかなテーパー穴形状となっている。

この変形例でも、柔軟樹脂６５により積層板材１，３の熱膨張による当りや、衝撃時の当りを緩和することができる。

図１２は、実施例２に係る接合工程を示し、（Ａ）は、待機工程、（Ｂ）は、打ち込み開始工程、（Ｃ）は、打ち込み工程、（Ｄ）は、カシメ待機工程、（Ｅ）は、カシメ工程、（Ｆ）は、接合完了後の断面図である。

この実施例２のリベットによる板材の接合方法及び接合構造では、ＳＰＲ５Ｄのリベット軸部１５Ｅを、中実形状とし、リベット軸部１５Ｅのカシメを、プレス・カシメ又はスピン・カシメとした。リベット軸部１５Ｅの先端縁外周には、Ｃ面取りが施されているが、省略することもできる。

図１２の接合工程では、接合装置６７が使用される。この接合装置６７では、図４の接合装置３９に対し、下側のポンチ６９が変更され、カシメ用のプレス・ポンチ（又は回転ポンチ）７１が交換して用いられる。

ポンチ６９は、中空形状であり、上面に座金支持凹部４９が形成され、中央部に抜きカス５３用の排出孔７１が形成されている。

接合は、図１２（Ａ）〜（Ｅ）の待機工程Ｓ１１、打ち込み開始工程Ｓ１２、打ち込み工程Ｓ１３、カシメ待機工程Ｓ１４、カシメ工程Ｓ１５の順を追って一連で行われる。

図１２（Ａ）〜（Ｃ）の打ち込み前の待機工程Ｓ１１〜打ち込み工程Ｓ１３までは、図４（Ａ）〜（Ｃ）の打ち込み前の待機工程Ｓ１〜打ち込み途中工程Ｓ３にほぼ対応している。

但し、この実施例２では、リベット軸部１５Ｅが中実であるため、ポンチ６９の排出孔７１から抜きカス５３が排出される。

図１２（Ｄ）のカシメ待機工程Ｓ１４では、ポンチ６９がプレス・ポンチ（又は回転ポンチ）７１に交換され、打ち抜き後のリベット軸部１５Ｅに対向配置される。

図１２（Ｅ）のカシメ待機工程Ｓ１５では、プレス・ポンチ（又は回転ポンチ）７１が上昇し（又は回転しながら上昇し）、リベット軸部１５Ｅの先端をカシメ、カシメ部１７Ｅを形成する。

こうして、支持治具としてクランプ力を負荷した座金７，９が、図１２（Ｆ）のように、リベット頭部１９及び反接合面２７間とカシメ部１７Ｅ及び反接合面２９間とにそのまま残り、締結力を維持する座金７，９として機能する。

本実施例２の接合方法の場合、実施例１ほどの簡易さはないが、より強度の高い確実な締結が要求される航空機等に適する。

その他、本実施例でも、上記実施例と同様な作用効果を奏することができる。

図１３、図１４は、実施例３に係り、板材の接合構造の断面図である。なお、基本的な構成は実施例1と同様であり、同一構成部分には同符号を付し、対応する構成部分には同符号にＦを付し、重複した説明は省略する。

図１３の板材の接合構造は、板材として、例えば金属板１Ｆと炭素繊維強化プラスチック（CFRP）製の積層板材３とを用い、下の座部材である座金９を介してＳＰＲ５Ｆにより締結接合されている。金属板１Ｆとしては、スチールパネル、ステンレスパネル、ジュラルミンパネル、アルミ合金パネルなど、材質は特に限られない。なお、金属板１Ｆ側に上の座部材である座金を併せて用いる構成にすることもできる。

図１４の板材の接合構造は、板材として、例えば炭素繊維強化プラスチック（CFRP）製の積層板材１と金属板３Ｆとを用い、上の座部材である座金７を介してＳＰＲ５Ｆにより締結接合されている。金属板１Ｆは、金属板３Ｆと同様、材質は特に限定されない。なお、金属板３Ｆ側に下の座部材である座金を併せて用いる構成にすることもできる。

図１３、図１４の何れの例も、図９、図１０、図１１のＳＰＲ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを用いることができる。

本実施例も、図４、図１２の接合工程により接合させることができる。図４の接合工程を適用する場合、ＳＰＲ５Ｆの奥側内径部２５Ｆをできる限り拡大し、打ち抜かれた金属部分を奥側内径部２５Ｆ内に無理なく収容させることが肝要である。

ＳＰＲ５Ｆによる打ち抜き時に、図１３の例では金属板１Ｆの接合面１１Ｆが、積層板材３の接合面１３に対する押え治具とし機能することができる。図１４の例では金属板３Ｆの接合面１３Ｆが、積層板材１の接合面１１に対する押え治具とし機能することができる。

図１４の例において図１０、図１１のＳＰＲ５Ｂ，５Ｃを採用する場合は、上の座金７も不要となる。

本実施例において、図１５、図１６の様な接合工程を適用してもよい。この接合工程では、第１、第２接合装置７３、７５が使用される。

第１接合装置７３は、打ち込み工程を行うものであり、ワーク押え７７と下型７９とを備えている。ワーク押え７７は、中空形状であり内孔７７ａは、ステム（図示せず）及びＳＰＲ５Ｆのリベット頭部１９Ｆの外径と同等の内径を有している。下型７９の内孔７９ａは、リベット軸部１５Ｆと同等の内径を有し、リベット軸部１５Ｆによる穿孔穴近傍まで積層板材３に面圧を負荷することができるようにしている。

第２接合装置７５は、カールポンチ８１と下型８３とを備えている。カールポンチ８１は、ＳＰＲ５Ｆのカシメ部１７Ｆを形成するための凹部８１ａを先端に備えている。下型８３は、リベット頭部１９Ｆを収容する凹部８３ａを備えている。

図１５の打ち抜き後、図１６の工程でカールポンチ８１によりカシメ部１７Ｆ（図１３）を形成する。

図１４の例に適用する場合も同様であるが、図１０、図１１のＳＰＲ５Ｂ，５Ｃを採用する場合以外は、図１５の打ち抜き工程でリベット頭部１９Ｆと積層板材１との間に座金７を入れることになる。
［その他］
座金７，９は、積層板材１，３にクランプ力を確実に伝達できれば良く、その材質、厚さは、適宜選択することができる。

また、座金７，９は、積層板材１，３に対する接触面以外の一部に皿ばね構造のような弾性機能を付加することもできる。例えば、皿ばねと座金の積層構造等とする。この場合、ＳＰＲ５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆによる締結後に、緩み防止の効果を得ることができる。

ＳＰＲは、リベット軸部が中空構造の場合、先端内径部をテーパー構造とせず全体が均一径のストレート構造にすることも可能である。

適用する板材は、ＳＰＲの打ち込みの影響を受けるものであれば特に限定されず、ＣＦＲＰ製の積層板材に限らず、短繊維のＣＦＲＰ製の板材、ＧＦＲＰなどの繊維強化プラスチック製の板材、単なるプラスチック板材、金属製の薄板材なども含まれる。ＣＦＲＰ、ＧＦＲＰに金属製の薄板材を積層したものも含む。

ＣＦＲＰ、ＧＦＲＰに用いる樹脂は、熱硬化性、熱可塑性の何れも適用できる。

熱可塑性樹脂のプリプレグから成形した積層板は、熱硬化性樹脂のプリプレグから成形した積層板に比較して層間剥離を起こし難く、また、織物のプリプレグから成形した積層板も層間剥離を起こし難い。

一方、本発明の実施例では、熱硬化性樹脂の一方向プリプレグから成形した層間剥離が起こり易い積層板に適用した。

したがって、熱可塑性樹脂の一方向プリプレグから成形した積層板、織物のプリプレグから成形した積層板においても問題なく適用できる。

熱可塑性のプリプレグから成形した積層板の結合に際し、ＳＰＲや座金を加熱してから結合すると、ＳＰＲでの穿孔部分等の溶融を促し、層間剥離を止めることが可能となる。

１，３ 積層板材（ＣＦＲＰ）
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ セルフ・ピアス・リベット（ＳＰＲ）
７，９ 座金（座部材）
１１，１１Ｆ，１３，１３Ｆ 接合面
１７，１７Ｅ，１７Ｆ カシメ部
１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｆ リベット頭部
２３ 先端内径部
２３Ｄ 内径部
２７，２９ 反接合面
３１ 内孔
３３ 面取り部
３５ 角部
５７ 凹形状部

Claims (9)

1. 接合面を合わせて重ね各板材をリベット頭部及びリベット軸部を有するリベットのリベット軸部により打ち抜き、このリベット軸部の先端にカシメ部を形成し、前記リベット頭部と前記カシメ部との間に前記各板材を締結接合するリベットによる板材の接合方法であって、
   前記各板材は、炭素繊維強化プラスチック製の積層板材であり、
   前記積層板材の各反接合面に、前記リベット軸部を挿通可能で該リベット軸部の外径と同等の内径を備えて該内径のまま前記反接合面に接する内孔を有した平板形状の座部材を重ねて当接させ、
   この座部材を前記打ち抜き時の支持治具とし該座部材が前記内孔の縁側を含めて前記各反接合面に接することで前記各積層板材にクランプ力を付与し、前記クランプ力を付与した状態で前記リベット軸部による打ち抜きを、前記座部材の内孔に合わせて行い、
   前記リベット頭部及び前記カシメ部と前記積層板材の各反接合面との各間に前記座部材を残して前記接合を行った、
   ことを特徴とするリベットによる板材の接合方法。
2. 請求項１記載のリベットによる板材の接合方法であって、
   前記座部材は、前記リベット頭部の外径よりも大きな外径部を有し、
   押さえ冶具の押圧力を前記座部材の外径部に伝達することで、
   前記各板材に前記座部材を介してクランプ力を負荷する、
   ことを特徴とする板材の接合方法。
3. 請求項１又は２記載のリベットによる板材の接合方法であって、
   前記リベット頭部と前記反接合面との間又は前記カシメ部と前記反接合面との間の座部材は、前記内孔の前記リベット頭部側又は前記カシメ部側の縁部に前記リベット側の当りを避けるための面取り部を備え、
   前記内孔の前記反接合面側の縁部に前記クランプ力を前記内孔の内径まで負荷させるための角部を備えた、
   ことを特徴とするリベットによる板材の接合方法。
4. 請求項１、２、４の何れか１項に記載のリベットによる板材の接合方法であって、
   前記リベット軸部は、先端内径部がテーパー穴状に拡大開放された中空形状であり、
   前記打ち抜き時に前記リベット軸部の先端内径部をカシメ・ガイドさせて前記カシメ部を形成する、
   ことを特徴とするリベットによる板材の接合方法。
5. 請求項１、２、４の何れか１項に記載のリベットによる板材の接合方法であって、
   前記リベット軸部は、中実形状であり、
   前記リベット軸部のプレス・カシメ又はスピン・カシメにより前記カシメ部を形成する、
   ことを特徴とするリベットによる板材の接合方法。
6. 請求項１、２、４、５、６の何れか１項に記載のリベットによる板材の接合方法により接合されたリベットによる板材の接合構造であって、接合面を合わせて重ねた板材と、
   前記積層板材の反接合面に当接配置され前記内孔を有する平板形状の座部材と、
   リベット頭部及びリベット軸部を有するリベットとを備え、
   前記リベット軸部は、前記座部材の内孔及び前記各積層板材を打ち抜き貫通した先端にカシメ部を有し、
   このカシメ部及び前記リベット頭部と前記積層板材の反接合面との各間に前記座部材を介在させて前記各板材を締結接合した、
   ことを特徴とするリベットによる板材の接合構造。
7. 接合面を合わせて重ねた各板材をリベット頭部及びリベット軸部を有するリベットのリベット軸部により打ち抜き、
   このリベット軸部の先端にカシメ部を形成し、
   前記リベット頭部と前記カシメ部との間に前記各板材を締結接合するリベットによる板材の接合方法であって、
   前記各板材の一方を炭素繊維強化プラスチック製の積層板材とし他方を金属板とし、
   前記積層板材の反接合面に、前記リベット軸部を挿通可能で該リベット軸部と同等の内径を備えて該内径のまま前記反接合面に接する内孔を有した平板形状の座部材を重ねて当接させ、
   この座部材を前記打ち抜き時の支持治具として該座部材が前記内孔の縁側を含めて前記反接合面に接することで前記積層板材にクランプ力を付与し、
   前記クランプ力を付与した状態で前記リベット軸部による打ち抜きを、前記座部材の内孔に合わせて行い、
   前記リベット頭部又は前記カシメ部と前記積層板材の反接合面との間に前記座部材を残して前記接合を行った、
   ことを特徴とするリベットによる板材の接合方法。
8. 接合面を合わせて重ねた各板材をリベット頭部及びリベット軸部を有するリベットのリベット軸部により打ち抜き、
   このリベット軸部の先端にカシメ部を形成し、
   前記リベット頭部と前記カシメ部との間に前記各板材を締結接合するリベットによる板材の接合方法であって、
   前記各板材のリベット頭部側である一方を炭素繊維強化プラスチック製の積層板材とし他方を金属板とし、
   前記リベット頭部下面とリベット軸部周面との間は、アールを設けずに直角とし、
   前記積層板材の反接合面を、前記リベット軸部が挿通可能で該リベット軸部と同等の内径を備えて該内径のまま前記反接合面に接する内孔を有する下型に当接させ、
   前記金属板を前記打ち抜き時の支持治具とし、前記下型が前記内孔の縁側を含めて前記反接合面に接することで前記金属板と前記下型との間で前記積層板材にクランプ力を付与し、
   前記クランプ力を付与した状態で前記リベット軸部による打ち抜きを、前記金属板の反接合面から前記下型の内孔に合わせて行い、
   前記積層板材から突出する前記リベット軸部に座部材を嵌合させて前記カシメ部を形成した、
   ことを特徴とするリベットによる板材の接合方法。
9. 請求項１２記載のリベットによる板材の接合方法により接合されたリベットによる板材の接合構造であって、
   接合面を合わせて重ねた炭素繊維強化プラスチック製の積層板材及び金属板と、
   前記積層板材の反接合面に当接配置され前記内孔を有する平板形状の座部材と、
   リベット頭部及びリベット軸部を有するリベットとを備え、
   前記リベット軸部は、前記座部材の内孔及び前記積層板材及び金属板を打ち抜き貫通した先端にカシメ部を有し、
   このカシメ部又は前記リベット頭部と前記積層板材の反接合面との間に前記座部材を介在させて前記積層板材及び金属板を締結接合した、
   ことを特徴とするリベットによる板材の接合構造。