JP6924991B2 - 鋲打ち方法および鋲 - Google Patents

Description

本発明は、鋲打ち方法および鋲に関する。

一般に、鋲を用いた二部材の締結方法が知られている。この締結方法は、例えば自動車部品を製作する場合に利用される。
近年、鋲を用いた高速締結技術として、特許文献１に記載される技術が提案されている。特許文献１に記載される技術で用いられる鋲は、鋲頭部と、鋲軸と、鋲端部とを有し、鋲頭部の底面には円形溝が設けられている。そして、この鋲を締結対象の部材に実質的に回転することなく軸方向に高速で打ち込む。これにより、鋲頭部側の部材には、円形溝内に突出する円環状の材料隆起部が形成されると共に、鋲頭部から遠い側の部材には、鋲頭部から離れる方向に突出する噴火口状の材料隆起部が形成され、二部材が締結される。

特許第５２８０２０９号公報

しかし、高速締結でありながら、二部材をより強い締結力で締結するための技術の開発が強く望まれている。

このような観点から、本発明は、高速締結を実現可能でありながら、二部材を従来よりも強い締結力で締結することができる鋲打ち方法および鋲を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために第一の発明は、鋲打ち方法であって、一方の金属板の表面に他方の金属板の裏面を重ね合わせる準備工程と、他方の前記金属板の表面から離れた位置にセットした金属製の鋲を回転しない状態で高速で移動させて、前記鋲が他方の前記金属板および一方の前記金属板の順に回転しながらねじ込まれる鋲打ち工程と、を含み、前記鋲は、円盤状の頭部と、前記頭部の中央部に設けられた先細りの形状の軸部とを備え、前記軸部の外周面には、先端側から基端側にかけて螺旋溝が刻設されており、前記螺旋溝の螺旋角度は、２７０°±２５°であることを特徴とする。

かかる方法によれば、鋲が回転しながらねじ込まれることにより、二つの金属板が鋲の螺旋溝に入り込んで噛み合うので、締結力が強い。その為、二つの金属板を適切に締結することができる。

前記金属板はアルミニウム合金板であるのがよい。

また、第二の発明は、鋲打ち方法であって、金属板の表面に樹脂板の裏面を重ね合わせる準備工程と、前記樹脂板の表面から離れた位置にセットした金属製の鋲を回転しない状態で高速で移動させて、前記鋲が前記樹脂板および前記金属板の順に回転しながらねじ込まれる鋲打ち工程と、を含み、前記鋲は、円盤状の頭部と、前記頭部の中央部に設けられた先細りの形状の軸部とを備え、前記軸部の外周面には、先端側から基端側にかけて螺旋溝が刻設されており、前記螺旋溝の螺旋角度は、２７０°±２５°であることを特徴とする。

かかる方法によれば、鋲が回転しながらねじ込まれることにより、金属板および樹脂板が鋲の螺旋溝に入り込んで噛み合うので、締結力が強い。その為、金属板と樹脂板とを適切に締結することができる。

前記金属板はアルミニウム合金板であり、前記樹脂板はＣＦＲＰであるのがよい。

また、前記準備工程では、前記鋲と当該鋲の移動を補助する補助部材とを一緒にセットしておき、前記鋲打ち工程では、前記鋲と前記補助部材とを一体にして高速で飛ばすことを特徴とする。

かかる方法によれば、鋲の形状や質量を変更することなしに、運動エネルギーの調整が容易である。その為、鋲を最適な運動エネルギーで打ち込むことが可能である。

前記補助部材は樹脂製であるのがよい。

前記螺旋溝のリード角は、７５°±２．５°であるのがよい。

鋲打ち工程では、前記鋲を６０〜１４０ｍ／秒の速度で打ち込むのがよい。

また、第三の発明は、一方の板材の表面に他方の板材の裏面を重ね合わせた被締結材を締結する金属製の鋲であって、円盤状の頭部と、前記頭部の中央部に設けられた先細りの形状の軸部とを備え、前記軸部の外周面には、先端側から基端側にかけて螺旋溝が刻設されており、前記螺旋溝の螺旋角度は、２７０°±２５°であり、前記螺旋溝によって、前記軸部が前記被締結材に回転しながらねじ込まれることを特徴とする。

かかる鋲によれば、鋲が回転しながらねじ込まれることにより、二つの板材が鋲の螺旋溝に入り込んで噛み合うので、締結力が強い。その為、二つの板材を適切に締結することができる。

本発明に係る鋲打ち方法および鋲によれば、高速締結を実現可能でありながら、二部材を従来よりも強い締結力で締結することができる。

本発明の実施形態に係る鋲の外観斜視図である。 本発明の実施形態に係る鋲の側面図である。 本発明の実施形態に係る鋲の底面図である。 図３のＩＶ−ＩＶに対応する縦断面図である。 本発明の実施形態に係る鋲打ち方法に用いる鋲打ち装置の概略構成図である。 鋲打ち装置から鋲を射出した状態を示す図である。 実施例の試験における抜き力測定方法の概略図である。 図７ＡのＶＩＩＢ−ＶＩＩＢに対応する断面図である。 実施例の試験で使用した弾のエアー圧と打ち込み速度との関係を示す図である。 実施例１の試験で使用した鋲（螺旋角度９０°）の外観図である。 鋲（螺旋角度９０°）を被締結材に打ち込んだ後の状態を示す図である。 実施例１の試験で使用した鋲（螺旋角度１８０°）の外観図である。 鋲（螺旋角度１８０°）を被締結材に打ち込んだ後の状態を示す図である。 実施例１の試験で使用した鋲（螺旋角度３６０°）の外観図である。 鋲（螺旋角度３６０°）を被締結材に打ち込んだ後の状態を示す図である。 実施例１の試験で使用した鋲（螺旋角度７２０°）の外観図である。 鋲（螺旋角度７２０°）を被締結材に打ち込んだ後の状態を示す図である。 実施例１の試験で使用した鋲の射出圧力と抜き力との関係を示す図である。 実施例１の試験で使用した鋲の射出圧力と打ち込み後の鋲の高さ位置との関係を示す図である。 実施例１の試験で使用した鋲の射出圧力毎の締結状態を示す図である。 実施例２の試験において鋲（螺旋角度９０°）を途中まで被締結材に打ち込んだ状態を示す図である。 実施例２の試験において鋲（螺旋角度９０°）を抜いた後の被締結材の状態を示す図である。 実施例２の試験において鋲（螺旋角度９０°）を被締結材に打ち込んだ後の状態を示す断面図である。 実施例３の試験における鋲の螺旋角度と抜き力との関係を示す図である。 実施例３の試験における鋲のリード角と抜き力との関係を示す図である。 比較例の試験で使用した従来における鋲の側面である。 従来の鋲を被締結材に打ち込んだ後の状態を示す図である。 従来の鋲を被締結材に打ち込んだ後の状態を示す断面図である。

＜実施形態に係る鋲の構成について＞
本発明の実施形態に係る鋲について、図面を参照して詳細に説明する。図１ないし図４に示す鋲１は、重ねられた締結対象の二部材に高速で打ち込まれ、この二部材を締結するものである。図１に示すように、鋲１は、円盤状の頭部２と、頭部２の片側の中央部に設けられた軸部３とを主に備えている。鋲１は、例えば金属製であり、締結対象の部材の材質に応じて様々な材質で製造することができる。以下の説明における「上下」は図２の矢印に従う。当該方向は、説明の便宜上定めるものであり、本発明を限定するものではない。また、ここでは鋲１を用いて二つの部材を締結する場合を説明するが、鋲１の締結対象は三つ以上の部材であってもよい。

図１に示す軸部３は、締結対象の部材を貫通する部位である。軸部３は、先端が先細りとなった円柱状（弾頭状）を呈する。軸部３は、外周面に螺旋溝３ｂが刻設された本体部３ａと、軸部３の基端（頭部２との連結部分）に形成される首部３ｃとを備えている。螺旋溝３ｂは、本体部３ａの先端から基端にかけて形成されている。首部３ｃは、図２に示すように、本体部３ａよりも小径に形成されている。なお、軸部３には、首部３ｃが設けられていなくてもよく、その場合には螺旋溝３ｂが軸部３の先端から基端まで形成されるのがよい。

ここでの螺旋溝３ｂは、螺旋溝３ｂを基端から先端に向けてなぞると上から見て右回り（時計回り）に形成されている。なお、螺旋溝３ｂは、上から見て左回り（反時計回り）に形成されていてもよい。螺旋溝３ｂは、締結対象の部材に打ち込まれた場合に、鋲１を回転させながら締結対象の部材を掘る役割をなす。

以下の説明においては、螺旋溝３ｂが軸部３を周回する角度を「螺旋角度β」で表すことにする（図３参照）。螺旋角度βは、例えば９０°〜７２０°の範囲で設定するのがよい。螺旋角度９０°と言った場合に螺旋溝３ｂが軸部３を１／４周し、螺旋角度７２０°と言った場合に螺旋溝３ｂが軸部３を２周する。図１ないし図４では、螺旋角度１８０°の場合を図示しており、螺旋溝３ｂが軸部３を半周している。螺旋溝３ｂの螺旋角度βの適正値については後記する。

また、以下の説明においては、軸部３の垂直断面Ｋａからの螺旋溝３ｂの傾き角度を「リード角α」で表すことにする（図２参照）。軸部３の螺旋溝３ｂをねじのリードと考えた場合、螺旋溝３ｂのリード角αは、次の式（１）で定義することができる。
ｔａｎα＝ｎＰ／πｄ ・・・式（１）
ここで、「ｎ」は螺旋溝３ｂの条数であり、「Ｐ」は螺旋溝３ｂのピッチであり、「ｄ」は螺旋角度βの有効径（軸部３の外径ｄａ（図４参照）と螺旋溝３ｂ部分の径ｄｂ（図４参照）との中間の値）である。螺旋溝３ｂのリード角αの適正値については後記する。

螺旋溝３ｂの断面形状、幅および深さは、前記説明した締結対象の部材を掘る螺旋溝３ｂの役割をなすことができる範囲で適宜設定することができる。ここでの螺旋溝３ｂは、図４に示すように、断面視で略円弧状を呈し、先端側に向かうにつれて先細り（先端側に向かうにつれて幅狭および浅い形状）になっている。なお、螺旋溝３ｂは、本体部３ａの一部に設けられていてもよい。また、複数の螺旋溝３ｂが本体部３ａに設けられていてもよい。

図１に示す頭部２は、締結対象の部材に打ち込まれた場合に、鋲１が締結対象の部材に埋没するのを防ぐ部位である。頭部２の形状やサイズは特に限定されるものではなく、鋲１の打ち込み速度に応じて発生する発生するエネルギー（運動エネルギー）を受けることができればよい。ここでの頭部２は、薄板の円盤状を呈し、図２に示すように、頭部２の周縁部が軸部３の垂直断面Ｋａに対して軸部３側に角度γだけ傾斜している。これにより、鋲１が締結対象の部材に打ち込まれた場合に受けるエネルギー（座面部２ａが受ける押圧力）の一部を頭部２内で圧縮応力として吸収し、頭部２の周縁部が軸部３とは反対側に塑性変形することを防いでいる。

＜実施形態に係る鋲打ち方法について＞
本発明の実施形態に係る鋲１を用いた鋲打ち方法について、図面を参照して詳細に説明する。図５に示す鋲打ち装置１０は、重ねられた締結対象の二部材（以下では、「被締結材３０」と称する）に鋲１を高速で打ち込み、被締結材３０を締結するものである。
図５に示すように、鋲打ち装置１０は、エアコンプレッサ１１と、第１ニードルバルブ１２と、増圧器１３と、第２ニードルバルブ１４と、ソレノイドバルブ１５と、鋲射出部１６と、これらの構成を繋ぐホース１７とを備えている。

エアコンプレッサ１１は、空気を圧縮して送り出す装置である。第１ニードルバルブ１２は、増圧器１３用の弁である。増圧器１３は、エアコンプレッサ１１から送り出された空気を増圧する装置である。第２ニードルバルブ１４およびソレノイドバルブ１５は、圧縮された空気を鋲射出部１６に送る調整用の弁である。

鋲射出部１６は、ここでは長尺の円筒形状を呈し、圧縮された空気の圧力（エアー圧）を用いて内部に収容された弾２０を被締結材３０に向けて射出する。弾２０は、鋲１（図１参照）を含んで構成されていればよく、鋲１のみであってもよい。ここでは、図６に示すように、鋲１に補助部材２１を取り付けたものを弾２０として使用する。補助部材２１は、鋲１を安定した状態で被締結材３０に打ち込むためのものであり、例えば鋲１が軽量である場合に重さを調整するために補助部材２１を使用する。

補助部材２１の材質、形状や質量は、鋲１を安定した状態で被締結材３０に打ち込むことができればよく、適宜設定することができる。ここでの補助部材２１は、図６に示すように、一方に開口部２１ｂが形成された有底円筒状を呈し、底部２１ａに鋲１が固定されている。補助部材２１は、開口部２１ｂから圧縮された空気を内部に取り込み、取り込んだ空気の圧力を用いて弾２０が鋲射出部１６から高速で射出される。

鋲射出部１６から射出された弾２０は、回転しない状態で空中を高速で移動し、被締結材３０に到達する。被締結材３０に到達した鋲１は、軸部３（図１参照）に刻設される螺旋溝３ｂによってねじ込まれるようにして回転しながら被締結材３０に打ち込まれる。そして、軸部３全体が被締結材３０に挿入し、頭部２（図１参照）が被締結材３０に当接することで鋲打ちは完了する。これにより、二部材からなる被締結材３０は締結される。

次に、本発明の実施例について説明する。実施例では、本発明に係る鋲１の特性を把握するために、実施例１〜３の試験を行った。
実施例１の試験では、鋲１を被締結材３０に打ち込み、打ち込まれた後の状態を観察した。また、射出圧力に対する鋲１の抜き力や打ち込み後の鋲１の位置（高さ位置）を測定した。また、打ち込み後の鋲１が回転するか否かを調査した。
実施例２の試験では、鋲１を被締結材３０に途中で止まるように打ち込み、被締結材３０に形成される孔を観察した。また、鋲１を被締結材３０に完全に打ち込んだ状態で切断し、その断面を観察した。
実施例３の試験では、鋲１を被締結材３０に打ち込み、螺旋角度βと抜き力との関係およびリード角αと抜き力との関係を調べた。

なお、実施例１および実施例３における鋲１の抜き力測定方法は、図７Ａおよび図７Ｂに示す通りである。図７Ａは、抜き力測定装置４０の側面図であり、図７Ｂは、図７ＡのＶＩＩＢ−ＶＩＩＢに対応する断面図である。なお、ここでは被締結材３０として、角筒状の第一部材３０ａに長尺の薄板状の第二部材３０ｂを重ねたものを想定している。
抜き力測定装置４０は、第二部材３０ｂの両端を支持する一対の支持部４０ａと、第一部材３０ａの両端部近傍に載置された一対の載置部４０ｂと、載置部４０ｂを介して第一部材３０ａに下方向の力を付与する付与部４０ｃ（例えば、重り）とを備えている。抜き力測定方法では、付与部４０ｃが付与する力を徐々に強めていき、第一部材３０ａが抜けた時点で付与部４０ｃが付与していた力を抜き力とする。

実施例１〜３に係る試験で使用した鋲１の寸法は、図４に示す全長Ｌが「16mm」であり、本体部３ａの長さＬａが「12mm」であり、頭部２の厚さＬｂが「1.5mm」であった。また、図４に示す軸部３の外径ｄａが「4mm」であり、首部３ｃの外径ｄｃが「3mm」であり、頭部２の外径ｄｅが「10mm」であった。また、図２に示す軸部３の先端の曲線Ｍが「半径22mm」であり、頭部２の周縁部が傾斜する角度γが「10°」であった。なお、螺旋溝３ｂは、試験の内容に合わせてリード角αや螺旋角度βを調整した。

実施例１〜３に係る試験では、図５に示す鋲打ち装置１０を用いて鋲１を被締結材３０に打ち込んだ。ここで、打ち込みエネルギーと打ち込み速度は、エアー圧と弾２０の総重量（鋲１と補助部材２１とを足した重量）によって変化する。その為、アルミニウム製とポリカーボネイト製の二種類の補助部材２１を使用して、実施例１〜３に係る試験で使用する補助部材２１の種類およびエアー圧の適正な範囲を事前に検討した。

準備したポリカーボネイト製の補助部材２１に鋲１を固定した弾２０（以下では、「ポリカ製の弾２０」と称する）の重量は「2.97g」であった。また、準備したアルミニウム製の補助部材２１に鋲１を固定した弾２０（以下では、「アルミ製の弾２０」と称する）の重量は「6.7g」であった。そして、ポリカ製の弾２０およびアルミ製の弾２０を鋲打ち装置１０にセットし、様々な強さのエアー圧を加えてポリカ製およびアルミ製の弾２０を射出した。

図８にエアー圧と打ち込み速度の関係を示す。図８における白抜き丸印はポリカ製の弾２０を示し、黒塗り丸印はアルミ製の弾２０を示している。ここで、打ち込み速度は、二つのレーザ変位計（図示せず）の間を移動する時間から速度を求め、これを打ち込み速度と称している。エアー圧が増加するに従い当然に打ち込み速度は増加するが、重量の小さいポリカ製の弾２０の方が打ち込み速度は大きく、さらに、エアー圧の増加に対する打ち込み速度が増加する割合が大きくなることが分かった。

また、図示を省略するが、実施例１〜３に係る試験条件の範囲内では、アルミ製の弾２０では打ち込みエネルギーが過大となり、被締結物３０が塑性変形して締結できなかった。打ち込みエネルギーＥは、弾２０の質量に打ち込み速度Ｖの二乗を掛けることで求められるので、打ち込みエネルギーＥを小さく、かつ、打ち込み速度Ｖを高くするためには、弾２０の軽量化が有効である。その為、ポリカ製の弾２０を用いて、エアー圧「1.0〜1.8MPa」で実施例１〜３に係る試験を行った。

［実施例１］
本試験では、螺旋角度９０°，１８０°，３６０°，７２０°の四種類の鋲１を準備し、被締結材３０にこれらの鋲１を打ち込んだ。ここでの被締結材３０は、アルミ製（A6063-T5）の２０ｍｍ角パイプ材（板厚２mm）にアルミ製（A5052-H34）の板材（板厚１mm）を載せたものである。

図９に螺旋角度９０°の鋲１を示し、図１０に螺旋角度９０°の鋲１を被締結材３０に打ち込んだ後の状態を示す。図９に示す鋲１には、各々が螺旋角度９０°の一対の螺旋溝３ｂが対向して形成されている。
図１１に螺旋角度１８０°の鋲１を示し、図１２に螺旋角度１８０°の鋲１を被締結材３０に打ち込んだ後の状態を示す。
図１３に螺旋角度３６０°の鋲１を示し、図１４に螺旋角度３６０°の鋲１を被締結材３０に打ち込んだ後の状態を示す。
図１５に螺旋角度７２０°の鋲１を示し、図１６に螺旋角度７２０°の鋲１を被締結材３０に打ち込んだ後の状態を示す。

図１０および図１２に示すように、螺旋角度９０°，１８０°の鋲１では、鋲１の周辺に被締結材３０で出来た噴火口状の突起が形成され、その突起の一部が螺旋溝３ｂ内に挿入している。
また、図１４および図１６に示すように、螺旋角度３６０°，７２０°の鋲１では、螺旋角度９０°，１８０°の鋲１と同様に、鋲１の周辺に被締結材３０で出来た噴火口状の突起が形成され、さらに、螺旋溝３ｂによって切られた被締結材３０が螺旋溝３ｂに沿って軸部３に巻き付く事象が観察された。

図１７に螺旋角度９０°，１８０°，３６０°，７２０°の鋲１の射出圧力と抜き力との関係を示す。図１７に示すように、螺旋角度９０°の鋲１では、射出圧力「1.0MPa」で最も抜き力が高くなった。また、螺旋角度１８０°の鋲１では、射出圧力「1.2MPa」で最も抜き力が高くなった。また、螺旋角度３６０°，７２０°の鋲１では、射出圧力「1.0〜1.2MPa」で抜き力が高くなった。

図１８に螺旋角度９０°，１８０°，３６０°，７２０°の鋲１の射出圧力と打ち込み後の鋲１の位置（高さ位置）との関係を示す。ここでの鋲１の位置とは、頭部２の座面部２ａにおける位置である。図１８の二点鎖線（高さ「23.0mm」）は、被締結材３０の表面の位置であり、これより数値が小さい場合には鋲１が被締結材３０に埋まり込んだ状態であり、これより数値が大きい場合には鋲１が途中で止まった状態（打ち込みが不完全な状態）である。射出圧力が増加するに従い鋲１の高さは減少しており、当然の結果となっている。なお、従来技術に係る鋲（ボルトタイプ、ＲＩＶＴＡＣ（登録商標）タイプ）についても同様の試験を行った。従来技術に係る鋲（ボルトタイプ、ＲＩＶＴＡＣタイプ）の試験結果については後記する比較例で説明する。

図１９に螺旋角度９０°，１８０°，３６０°，７２０°の鋲１の射出圧力毎の締結状態を示す。図１９のバツ印は鋲１が抜けることを意味し、黒塗り丸印は鋲１が抜けないが回転することを意味する。また、白抜き丸印は鋲１が抜けないが少しだけ回転することを意味し、二重丸印は鋲１が抜けないのに加えて回転もしないことを意味する。また、白抜き三角印は鋲１が途中で止まった（打ち込みが不完全）ことを意味する。
図１９に示すように、射出圧力「1.2MPa」では打ち込み後において鋲１が概ね回転しない状態であり、また、射出圧力「1.4MPa」では打ち込み後において鋲１が少しだけ回転する状態であった。一方、射出圧力「1.0MPa」では、螺旋角度βに関わらず、打ち込みエネルギーが足りずに鋲１が途中で止まってしまった。また、射出圧力「1.8MPa」では、螺旋角度βに関わらず、打ち込み後においても鋲１が回転する状態であった。これは、射出圧力が大きい場合には打ち込みエネルギーが過大となり、被締結材３０に大きな塑性変形（凹み）が生じたためである。その塑性変形によって締結力が低下することが分かった。以上の結果より、鋲１により最大の締結力を得るためには最適な打ち込みエネルギー（運動エネルギー）があり、これを制御することが重要であることが分かった。

［実施例２］
鋲１の頭部２が被締結材３０に当接しない程度に螺旋角度９０°の鋲１を被締結材３０に打ち込み、その後に鋲１を被締結材３０から抜き、被締結材３０に形成される孔を観察した。螺旋角度９０°の鋲１を被締結材３０に途中まで打ち込んだ状態を図２０に示す。図２０に示すように、鋲１は完全に打ち込まれることなく、鋲１が途中で止まっている。なお、図２０に示す鋲１には、各々が螺旋角度９０°の一対の螺旋溝３ｂが対向して形成されている。

螺旋角度９０°の鋲１を抜いた被締結材３０の状態を図２１に示す。図２１に示すように、被締結材３０に形成される孔は円形ではなく、鋲１の螺旋溝３ｂに入り込む凸部３０ｃが形成されていることが分かった。その為、打ち込まれた鋲１の螺旋溝３ｂには、被締結材３０に形成される凸部３０ｃが入り込んだ状態で締結されるので、打ち込まれた後の鋲１は回転しないと考えられる。なお、螺旋角度１８０°，２７０°の鋲１についても同じ試験を行い、同様の結果になった。

次に、鋲１と被締結材３０との締結状態をより理解するために、螺旋角度９０°の鋲１を被締結材３０に打ち込んだ状態で切断し、その切断面を観察した。図２２に締結状態の鋲１および被締結材３０の切断面を示す。図２２の丸印で囲んだ領域が示すように、被締結材３０が鋲１の螺旋溝３ｂに入り込んで噛み合っていることが分かる。この噛み合い部の長さは、リード角αに影響してリード角αが小さいほど噛み合いは多くなる。その為、リード角αが鋲１の抜き力に影響することが予測される。

［実施例３］
本試験では、螺旋角度９０°，１８０°，２７０°，３６０°，７２０°の五種類の鋲１を準備し、被締結材３０にこれらの鋲１を打ち込んだ。ここでは、被締結材３０としてアルミ製（A6063-T5）の２０ｍｍ角パイプ材（板厚２mm）にアルミ製（A5052-H34）の板材（板厚１mm）を載せたものと、アルミ製（A6063-T5）の２０ｍｍ角パイプ材（板厚２mm）にＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）製の板材（板厚2mm）を載せたものとを用意した。以下では、前者を「アルミ／アルミ製の被締結材」と呼び、後者を「アルミ／ＣＦＲＰ製の被締結材」と呼ぶことにする。

図２３にアルミ／アルミ製の被締結材３０およびアルミ／ＣＦＲＰ製の被締結材３０における螺旋角度βと抜き力との関係を示す。アルミ／アルミ製の被締結材３０およびアルミ／ＣＦＲＰ製の被締結材３０は、ともに螺旋角度２７０°で最も抜き力が高くなることが分かった。また、アルミ／アルミ製の被締結材３０およびアルミ／ＣＦＲＰ製の被締結材３０は、ともに螺旋角度２７０°±２５°の範囲で抜き力が高くなることが分かった。

図２４にアルミ／アルミ製の被締結材３０およびアルミ／ＣＦＲＰ製の被締結材３０におけるリード角αと抜き力の関係を示す。アルミ／アルミ製の被締結材３０およびアルミ／ＣＦＲＰ製の被締結材３０は、ともにリード角７５°±２．５°の範囲で抜き力が高くなることが分かった。

［比較例］
比較例として図２５に示す鋲１０１（ＲＩＶＴＡＣ（登録商標）タイプ）を製造し、鋲１０１を被締結材３０に実際に打ち込み、打ち込まれた後の状態を観察した。また、鋲１０１を被締結材３０に完全に打ち込んだ状態で切断し、その断面を観察した。なお、図２５に示す鋲１０１は、先行技術文献（特許第５２８０２０９号公報）に記載される技術を参考に製造したものである。

図２６に従来の鋲１０１を中空形材の被締結材３０に打ち込んだ後の状態を示す。また、図２７に従来の鋲１０１を中空形材の被締結材３０に打ち込んだ後の切断面を示す。図２７に示すように、中空形材を締結した場合に、鋲１０１の鋲頭１０２（図２５参照）にある円環状溝１０２ａ（図２５参照）の中に材料隆起部がないことが分かった（円環状溝１０２ａに材料が詰まらないことが分かった）。円環状溝１０２ａに材料を詰めるためには、鍛造加工のような塑性流動が必要である。しかし、中空形材では材料がたわみ変形するので、図２７に示すようになったと考えられる。つまり、片側からの締結でかつ反対側の受け治具無し及び受け構造が適用できない場合の締結においては、鋲頭１０２から遠い側の部材に十分な剛性がないので、この材料がたわみ変形して円環状溝１０２ａ内に材料隆起部が形成されず、締結力が低下することが分かった。これに対して、本発明に係る鋲１は、締結対象である二つの部材（被締結材３０）が鋲１の螺旋溝３ｂに入り込んで噛み合うので、片側からの締結でかつ反対側の受け治具無し及び受け構造が適用できない場合でも好適に締結することが可能である。

また、市販のボルトタイプの鋲（図示せず）および鋲１０１（ＲＩＶＴＡＣ（登録商標）タイプ）を実施例１の本発明に係る鋲１と同じ条件で試験を行った結果を図１８および図１９に示す。図１９に示すように、市販のボルトタイプの鋲（図示せず）および鋲１０１（ＲＩＶＴＡＣタイプ）は、すべての射出圧力（ボルトタイプの鋲では「1.0〜1.8MPa」、ＲＩＶＴＡＣタイプの鋲では「1.05〜1.2MPa」）で、打ち込み後にともに回転した。ここで黒塗り丸印は、鋲が抜けないが回転することを意味する。

以上説明した本実施形態に係る鋲１および鋲１を用いた鋲打ち方法によれば、螺旋溝３ｂの影響で鋲１が回転しながらねじ込まれることにより、締結対象である二つの部材（被締結材３０）が鋲１の螺旋溝３ｂに入り込んで噛み合うので、締結力が強い。その為、被締結材３０を適切に締結することができる。

また、本実施形態に係る鋲１を用いた鋲打ち方法によれば、鋲１と補助部材２１とを一緒にセットしておき、鋲１と補助部材２１とを一体にして高速で飛ばす。したがって、鋲１の形状や質量を変更することなしに、運動エネルギーの調整が容易である。その為、鋲１を最適な運動エネルギーで打ち込むことが可能である。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。

本実施形態では鋲１を空気の圧力を用いて被締結材３０に射出していたが、他の方法を用いて鋲１を被締結材３０に打ち込んでもよい。例えば、空気以外の物質を用いて鋲１に圧力を付与してもよいし、機構的な動作（例えば、ピストンの往復運動）により鋲１を被締結材３０に打ち込んでもよい。

１ 鋲
２ 頭部
３ 軸部
３ｂ 螺旋溝
１０ 鋲打ち装置
２０ 弾
２１ 補助部材
３０ 被締結材
３０ａ 第一部材
３０ｂ 第二部材

Claims (9)

1. 一方の金属板の表面に他方の金属板の裏面を重ね合わせる準備工程と、
   他方の前記金属板の表面から離れた位置にセットした金属製の鋲を回転しない状態で高速で移動させて、前記鋲が他方の前記金属板および一方の前記金属板の順に回転しながらねじ込まれる鋲打ち工程と、を含み、
   前記鋲は、円盤状の頭部と、前記頭部の中央部に設けられた先細りの形状の軸部とを備え、
   前記軸部の外周面には、先端側から基端側にかけて螺旋溝が刻設されており、
   前記螺旋溝の螺旋角度は、２７０°±２５°であることを特徴とする鋲打ち方法。
2. 前記金属板はアルミニウム合金板であることを特徴とする請求項１に記載の鋲打ち方法。
3. 金属板の表面に樹脂板の裏面を重ね合わせる準備工程と、
   前記樹脂板の表面から離れた位置にセットした金属製の鋲を回転しない状態で高速で移動させて、前記鋲が前記樹脂板および前記金属板の順に回転しながらねじ込まれる鋲打ち工程と、を含み、
   前記鋲は、円盤状の頭部と、前記頭部の中央部に設けられた先細りの形状の軸部とを備え、
   前記軸部の外周面には、先端側から基端側にかけて螺旋溝が刻設されており、
   前記螺旋溝の螺旋角度は、２７０°±２５°であることを特徴とする鋲打ち方法。
4. 前記金属板はアルミニウム合金板であり、前記樹脂板はＣＦＲＰであることを特徴とする請求項３に記載の鋲打ち方法。
5. 前記準備工程では、前記鋲と当該鋲の移動を補助する補助部材とを一緒にセットしておき、
   前記鋲打ち工程では、前記鋲と前記補助部材とを一体にして高速で飛ばすことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の鋲打ち方法。
6. 前記補助部材は樹脂製であることを特徴とすることを特徴とする請求項５に記載の鋲打ち方法。
7. 前記螺旋溝のリード角は、７５°±２．５°であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の鋲打ち方法。
8. 鋲打ち工程では、前記鋲を６０〜１４０ｍ／秒の速度で打ち込むことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の鋲打ち方法。
9. 一方の板材の表面に他方の板材の裏面を重ね合わせた被締結材を締結する金属製の鋲であって、
   円盤状の頭部と、前記頭部の中央部に設けられた先細りの形状の軸部とを備え、
   前記軸部の外周面には、先端側から基端側にかけて螺旋溝が刻設されており、
   前記螺旋溝の螺旋角度は、２７０°±２５°であり、
   前記螺旋溝によって、前記軸部が前記被締結材に回転しながらねじ込まれることを特徴とする鋲。

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