JP6973136B2

JP6973136B2 - 板材接合方法

Info

Publication number: JP6973136B2
Application number: JP2018018449A
Authority: JP
Inventors: 吉宏岩野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2038-02-05
Also published as: JP2019135405A

Description

本発明は、板材接合方法に関する。

下記特許文献１の図８には、重ね合わせられた二枚のコンポーネント（板材）に事前に穴を形成しておくことなく、二枚のコンポーネントをドームによって接合する方法が開示されている。簡単に説明すると、この先行技術では、一方のコンポーネントは金属素材で形成され、他方のコンポーネントは繊維複合素材で形成されており、ドームは、充填材入りプラスチックで形成されている。そして、ドームを回転又は振動させることで、ドームが二枚のコンポーネントを貫通すると共にコンポーネントを部分領域で溶融させ、溶融した領域が硬化することで、ドームとコンポーネントとが結合される。

特表２０１７−５１１７６０号公報

しかしながら、上記先行技術では、例えばコンポーネントの厚みが厚い場合には、ドームがコンポーネントを貫通する際に必要となる熱量が大きくなるので、ドームがコンポーネントを貫通する前に溶けてしまうことが懸念される。

本発明は、上記事実を考慮して、重ねられた板材の板厚が厚い場合でも、板材に貫通孔を形成して当該板材の貫通孔の内面とその内側に配置される樹脂材とを溶着させることができる板材接合方法を得ることが目的である。

請求項１に記載する本発明の板材接合方法は、先鋭な先端部を備えると共に外周面に螺旋状のネジ山が形成された金属製のタッピング部と、前記タッピング部の基端部から前記タッピング部の先端部側とは反対側に延出されて前記タッピング部に対して同軸的に配置された熱可塑性樹脂製の軸部と、を有する締結用部材を用い、複数の板材をその板厚方向に重ね、重ねられた前記複数の板材に対し、前記締結用部材をその軸周りに回転させながら前記タッピング部の先端側を押込先端側として前記板厚方向に押し込んで、前記タッピング部で前記複数の板材に貫通孔を形成すると共に、前記軸部を前記貫通孔の内面との摩擦熱で溶融軟化させてその溶融軟化部分を前記貫通孔の内面に密着させる第一工程と、前記第一工程の後、前記締結用部材の回転及び押し込みを停止し、前記溶融軟化部分を冷却により硬化させることで前記軸部を前記貫通孔に溶着させる第二工程と、を有する。

上記構成によれば、第一工程では、複数の板材をその板厚方向に重ね、重ねられた複数の板材に対し、締結用部材をその軸周りに回転させながら金属製のタッピング部の先端側を押込先端側として板厚方向に押し込んで、タッピング部で複数の板材に貫通孔を形成すると共に、熱可塑性樹脂製の軸部を貫通孔の内面との摩擦熱で溶融軟化させてその溶融軟化部分を貫通孔の内面に密着させる。第一工程の後の第二工程では、締結用部材の回転及び押し込みを停止し、溶融軟化部分を冷却により硬化させることで軸部を貫通孔に溶着させる。このように、金属製のタッピング部で板材に貫通孔を形成することで、熱可塑性樹脂製の軸部が貫通孔形成前に溶けてしまうのを防ぐことができ、貫通孔の全域に亘って軸部を溶着させることが容易にできる。
請求項２に記載する本発明の板材接合方法は、請求項１記載の構成において、前記第二工程の後に前記タッピング部を切除して取り外す第三工程を有する。

以上説明したように、本発明の板材接合方法によれば、重ねられた板材の板厚が厚い場合でも、板材に貫通孔を形成して当該板材の貫通孔の内面とその内側に配置される樹脂材とを溶着させることができるという優れた効果を有する。

本発明の一実施形態に係る板材接合方法に用いられる締結用部材を示す正面図である。本発明の一実施形態に係る板材接合方法の工程を示す図である。

本発明の一実施形態に係る板材接合方法について図１及び図２を用いて説明する。図１には、本実施形態に係る板材接合方法に用いられる締結用部材１０が正面図で示されている。まず、この締結用部材１０について説明する。

図１に示されるように、締結用部材１０は、金属製のタッピング部１２と、熱可塑性樹脂製の軸部１４と、を有する。タッピング部１２は、本実施形態では基端側が短円柱状に形成されると共に基端側を除く大部分が円錐状に形成され、先鋭な先端部１２Ａを備えている。タッピング部１２の先端部１２Ａには、キリ状、ネジ状及びドリル状のいずれかの形状を適用することができる。また、タッピング部１２の外周面１２Ｐには螺旋状のネジ山１２Ｓが形成されている。

軸部１４を形成する熱可塑性樹脂には、一例として炭素繊維が含まれている。軸部１４は、全体として円柱状に形成され、タッピング部１２の基端部１２Ｂからタッピング部１２の先端部１２Ａ側とは反対側に延出されてタッピング部１２に対して同軸的に配置されている。軸部１４の外周面１４Ｐは、一例として環状曲面とされている。軸部１４においてタッピング部１２の側とは反対側の端部には、回転工具１６（図２（Ａ）参照）の挿し込み用とされた凹部１４Ａが形成されている。回転工具１６（図２（Ａ）参照）は、締結用部材１０をその軸周りに回転させることが可能な工具である。

タッピング部１２は、軸部１４と一体成形されており、タッピング部１２と一体の図示しない金属延出部（インサート部）が軸部１４に埋設されている。なお、タッピング部１２は、軸部１４に対して脱着可能に軸部１４と一体化されてもよい。

次に、締結用部材１０を用いた板材接合方法について図２を参照しながら説明する。図２には、本実施形態に係る板材接合方法の工程が示されている。なお、図２に示される板材２０、２２は、一例として熱硬化性樹脂製とするが、熱可塑性樹脂製とされてもよいし、金属製（例えば、アルミニウム合金製等）とされてもよい。また、板材２０と板材２２とは、同種材とされてもよいし、異種材とされてもよい。

図２（Ａ）に示されるように、まず、第一工程では、複数の板材２０、２２をその板厚方向Ｔに重ね、重ねられた複数の板材２０、２２に対し、回転工具１６を用いて締結用部材１０をその軸周りに高速度で回転させながらタッピング部１２の先端側を押込先端側として板材２０、２２の板厚方向Ｔに押し込んでいく。これにより、金属製のタッピング部１２で板材２０の側から孔開けがされていく。そして、図２（Ｂ）に示されるように、タッピング部１２で複数の板材２０、２２に貫通孔２０Ｈ、２２Ｈを形成すると共に、熱可塑性樹脂製の軸部１４を貫通孔２０Ｈ、２２Ｈの内面との摩擦熱で溶融軟化させてその溶融軟化部分を貫通孔２０Ｈ、２２Ｈの内面に密着させる。このとき、タッピング部１２によって貫通孔２０Ｈ、２２Ｈの内面に形成された螺旋状のネジ溝（図示省略）に、軸部１４の外周部の溶融軟化部分が流れ込む。

第一工程の後の第二工程では、締結用部材１０の回転及び押し込みを停止し、軸部１４の溶融軟化部分を冷却により硬化させることで軸部１４を貫通孔２０Ｈ、２２Ｈに溶着させる。このように、貫通孔２０Ｈ、２２Ｈの内面に形成された螺旋状のネジ溝（図示省略）に流れ込んだ軸部１４の溶融軟化部分が硬化することで、溶着による接合強度に加えて機械締結による接合強度が得られる。なお、この状態で、軸部１４の外周部は、螺旋状にネジ山が形成されたような形状となるが、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）ではその形状の図示を省略する。

前述のように、図２（Ｂ）に示される金属製のタッピング部１２で板材２０、２２に貫通孔２０Ｈ、２２Ｈを形成することで、熱可塑性樹脂製の軸部１４を溶融軟化させるための総熱量を低減させることができるので、板材２０、２２の厚みが多少厚くても、熱可塑性樹脂製の軸部１４が貫通孔形成前に溶けてしまうのを防ぐことができる。したがって、貫通孔２０Ｈ、２２Ｈの全域に亘って軸部１４を溶着させることが容易にできる。

そして、図２（Ｂ）に示される状態から、回転工具１６を取り外し、本実施形態では、一例として、タッピング部１２を切除して取り外し、図２（Ｃ）に示される状態にする。なお、図２（Ｂ）に示されるタッピング部１２は、邪魔にならなければ取り外さなくてもよく、その場合は、取り外さないタッピング部１２をネジとして使用しても（例えばタッピング部１２に図示しないナットを螺合させても）よい。

以上説明したように、本実施形態の板材接合方法によれば、重ねられた板材２０、２２の板厚が厚い場合でも、板材２０、２２に貫通孔２０Ｈ、２２Ｈを形成して当該板材２０、２２の貫通孔２０Ｈ、２２Ｈの内面とその内側に配置される熱可塑性樹脂製の軸部１４とを溶着させることができる。

また、本実施形態では、軸部１４を形成する熱可塑性樹脂に炭素繊維が含まれているので、この炭素繊維が貫通孔２０Ｈ、２２Ｈの内面のネジ山に絡まることで、接合強度を高めることができる。

以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０締結用部材
１２タッピング部
１２Ａ先端部
１２Ｂ基端部
１２Ｐ外周面
１２Ｓネジ山
１４軸部
２０、２２板材
２０Ｈ、２２Ｈ貫通孔
Ｔ板厚方向

Claims

先鋭な先端部を備えると共に外周面に螺旋状のネジ山が形成された金属製のタッピング部と、前記タッピング部の基端部から前記タッピング部の先端部側とは反対側に延出されて前記タッピング部に対して同軸的に配置された熱可塑性樹脂製の軸部と、を有する締結用部材を用い、
複数の板材をその板厚方向に重ね、重ねられた前記複数の板材に対し、前記締結用部材をその軸周りに回転させながら前記タッピング部の先端側を押込先端側として前記板厚方向に押し込んで、前記タッピング部で前記複数の板材に貫通孔を形成すると共に、前記軸部を前記貫通孔の内面との摩擦熱で溶融軟化させてその溶融軟化部分を前記貫通孔の内面に密着させる第一工程と、
前記第一工程の後、前記締結用部材の回転及び押し込みを停止し、前記溶融軟化部分を冷却により硬化させることで前記軸部を前記貫通孔に溶着させる第二工程と、
を有する板材接合方法。
前記第二工程の後に前記タッピング部を切除して取り外す第三工程を有する請求項１記載の板材接合方法。