樹脂部材の接続方法と接続構造
【課題】２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材をセルフピアスリベットを適用して接続する樹脂部材の接続方法に関し、接続される樹脂部材同士の界面のシール性が保証され、接続強度の高い接続構造を得ることのできる樹脂部材の接続方法と接続構造を提供する。
【解決手段】２以上の樹脂部材５，６をその間に導電性の金属板７を介層させながら重ね合わせ、重ね合わせ箇所の上方からセルフピアスリベット４を打ち込んで最下層の樹脂部材５の内部まで到達させる第１のステップ、金属板７を加熱して金属板７と接する上下の樹脂部材６，５双方の少なくとも金属板７との界面を溶融させて金属板７に溶着し、リベット接続と、溶着と、セルフピアスリベット４が金属板７を貫通した際にできたバリ７ａが金属板７の下層の樹脂部材５内に食い込んでいること、によって樹脂部材５，６同士を接続する第２のステップからなる樹脂部材の接続方法である。
【解決手段】２以上の樹脂部材５，６をその間に導電性の金属板７を介層させながら重ね合わせ、重ね合わせ箇所の上方からセルフピアスリベット４を打ち込んで最下層の樹脂部材５の内部まで到達させる第１のステップ、金属板７を加熱して金属板７と接する上下の樹脂部材６，５双方の少なくとも金属板７との界面を溶融させて金属板７に溶着し、リベット接続と、溶着と、セルフピアスリベット４が金属板７を貫通した際にできたバリ７ａが金属板７の下層の樹脂部材５内に食い込んでいること、によって樹脂部材５，６同士を接続する第２のステップからなる樹脂部材の接続方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の重ね合わせ箇所を接続する樹脂部材の接続方法と接続構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂に強化用繊維材が混入されてなる繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、軽量かつ高強度であることから、自動車産業、建設産業、航空産業など、様々な産業分野で使用されている。
【０００３】
そして、ＦＲＰ部材同士の接続方法に関しては、接着剤を介して接続する方法やボルトによる接続方法、さらにはそれらを組み合わせた接続方法などが一般に用いられている。
【０００４】
ところで、部材同士の接続に関し、被接続部材がアルミ板や鋼板等からなる場合に、スポット溶接や摩擦攪拌接続、メカニカルクリンチ、ろう付け、ネジ留めといった様々な接続方法がある中で、セルフピアスリベットによる接続方法が適用されることがある。
【０００５】
このセルフピアスリベットによる接続方法は、その載置面に凹溝を具備するリベットダイスの上にたとえば２枚の金属板を積層姿勢で載置し、端面とこの端面から突出するピアスとからなる筒状のリベットを金属板の上方で位置決めし、パンチでこのリベットを金属板に打ち込むことでリベットを上板に貫通させ、この過程でリベットが塑性変形しながらピアスの先端を外側に広げ、さらにリベットを打ち込むことでピアスの先端が下板内でさらに広げられ、ピアスの打ち込み過程で上下の金属板を塑性変形させて双方をピアスを介してインターロック接続するものである。
【０００６】
セルフピアスリベットによる接続方法によれば、たとえば金属上板に対して事前に穴あけをおこなう必要がなく、さらに３枚、４枚といった金属板同士の接続も可能であることから、効率的に２以上の金属部材同士を高強度で接続することができる。
【０００７】
このように様々なメリットを奏するセルフピアスリベットによる接続方法を上記するＦＲＰ部材同士の接続に適用せんとする試みもおこなわれており、さらには公開技術である特許文献１にもその内容が開示されている。ここで開示される接続方法は、接続される２つのＦＲＰ部材間に接着剤を塗工し、この接着剤が未硬化の状態でセルフピアスリベットを打ち込んで、リベットを上方のＦＲＰ部材を貫通させて下方のＦＲＰ部材内にその先端を留まらせるものである。
【０００８】
しかし、このように樹脂部材同士の接続にセルフピアスリベットによる接続方法を適用すると、たとえば上下２枚の樹脂部材を接続固定することはできるものの、双方の界面のシール性を保証することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２２９９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の重ね合わせ箇所をセルフピアスリベットによる接続方法を適用して接続する樹脂部材の接続方法に関し、接続される樹脂部材同士の界面のシール性が保証され、さらには接続強度の高い接続構造を得ることのできる樹脂部材の接続方法と接続構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成すべく、本発明による樹脂部材の接続方法は、２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の重ね合わせ箇所を接続する樹脂部材の接続方法であって、２以上の前記樹脂部材をその間に少なくとも１つの導電性の金属板を介層させながら重ね合わせて重ね合わせ箇所を形成し、該金属板を加熱して該金属板と接する上下の樹脂部材双方の少なくとも金属板との界面を溶融させて該金属板に溶着させる第１のステップ、前記重ね合わせ箇所の上方からセルフピアスリベットを打ち込んで最下層の樹脂部材の内部まで到達させ、溶着と、リベット接続と、セルフピアスリベットが金属板を貫通した際にできたバリが該金属板の下層の樹脂部材内に食い込んでいること、によって樹脂部材同士を接続する第２のステップからなるものである。
【００１２】
本発明の部材の接続方法は、２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材をセルフピアスリベットを用いて接続するに当たり、樹脂部材の間に導電性の金属板を介層させてこれに通電等することによって加熱し、金属板と接する双方の樹脂部材の界面やその近傍を溶融させて金属板に溶着させることで金属板を介してその上下の樹脂部材の界面のシール性を保証するものである。さらに、セルフピアスリベットが金属板を貫通した際に確実に形成されるバリが下層の樹脂部材に食い込むことにより、セルフピアスリベットによるアンカー効果のみならず、このバリによるアンカー効果によって接続強度を高めることができるものである。なお、この接続強度に関しては、従来のセルフピアスリベットのみによるアンカー効果に起因する接続強度に対して、セルフピアスリベットと金属板のバリの双方のアンカー効果と、金属板にその上下の樹脂部材が溶着してなる溶着強度の総和からなる接続強度が期待できる。
【００１３】
「２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材」ゆえに、接続される繊維強化樹脂材は、２つであっても３以上であってもよいし、それらの形状形態も、平面状のもの同士を接続する形態や、湾曲状の３次元形状のもの同士を接続する形態、２以上の平面が相互に傾斜した３次元形状のもの同士、もしくはこのような３次元形状のものと平面状のものを接続する形態などであってもよい。さらに、接続される繊維強化樹脂材の用途としては、車両のピラーやロッカー、床下フロアなどの車両の骨格構造部材、ドアアウターパネルやフードなどの意匠性が要求される非構造部材などを挙げることができる。なお、３以上の樹脂部材を接続する場合であっても、隣接する樹脂部材のそれぞれの界面に金属板を介層させるため、たとえば３つの樹脂部材を接続する場合はそれぞれの接続箇所において２つの金属板が使用されることになる。
【００１４】
金属板は薄板であるのが好ましく、少なくとも導電性を有する金属素材の板であればその素材は特に限定されないが、たとえば、鉄、鋼、アルミニウム、銅、クロム、ニッケルを単独で、もしくはこれらの２種以上の合金を使用することができる。また、金属板に通電してジュール熱を生じさせることのほかにも、高周波加熱によって樹脂部材の金属板との界面を溶融させる方法などもある。
【００１５】
また、２以上の樹脂部材は、長繊維や短繊維がマトリックス樹脂内にランダムに、もしくは所定の配向をもって埋設されたプリプレグシートやその積層体、長繊維よりも長い連続繊維がマトリックス樹脂内に一方向に配向された一方向材（ＵＤ材）からなるプリプレグシートやその積層体、連続繊維を含有する複数のプリプレグシートのそれぞれの連続繊維の配向が０度、９０度、±４５度等になるように積層してなる擬似等方材、連続繊維からなる経糸と緯糸からなる織物をマトリックス樹脂内に含有させてなるプリプレグシートやその積層体などを挙げることができる。また、プリプレグシートやその積層体のみならず、別途の成形型内で射出成形やＲＴＭ成形、ＳＭＣ成形等されて製作された部材などであってもよい。
【００１６】
また、樹脂部材を形成する熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）、ナイロン（ＰＡ：ナイロン６、ナイロン６６など）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの結晶性プラスチック、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ＡＢＳ樹脂、熱可塑性エポキシなどの非結晶性プラスチックなどを挙げることができる。
【００１７】
さらに、マトリックス樹脂内に含有されている繊維材（短繊維、長繊維、連続繊維）としては、ボロンやアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニアなどのセラミック繊維や、ガラス繊維や炭素繊維といった無機繊維、銅や鋼、アルミニウム、ステンレス等の金属繊維、ポリアミドやポリエステルなどの有機繊維のいずれか一種もしくは２種以上の混合材を使用することができる。
【００１８】
まず、第１のステップでは、金属板を加熱して金属板と接する上下の樹脂部材双方の少なくとも金属板との界面を溶融させて該金属板に溶着させる。
【００１９】
この金属板と樹脂部材の界面との溶着によって双方の密着性、シール性が保証され、さらに、この溶着接続は界面の接続強度を向上させることにも繋がる。
【００２０】
次いで、第２のステップでは、セルフピアスリベットの打ち込みをおこなって最下層の樹脂部材の内部までセルフピアスリベットを到達させ、その過程でセルフピアスリベットが塑性変形しながら広がって最下層の樹脂部材の内部に留まらせる。
【００２１】
そして、このセルフピアスリベットの打ち込みの過程で樹脂部材内に介在する金属板をセルフピアスリベットが貫通し、この貫通の際にできた金属板のバリもその下方の樹脂部材の内部に留まることになる。
【００２２】
このようにして２以上の樹脂部材をその間に介在する金属板とともにセルフピアスリベットを適用して接続することにより、セルフピアスリベットと金属板のバリ双方のアンカー効果による機械的な接続強度と、溶着による接続強度からなる極めて高い接続強度を備えた接続構造を形成することができる。
【００２３】
また、本発明による樹脂部材の接続方法の他の実施の形態は、２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の重ね合わせ箇所を接続する樹脂部材の接続方法であって、２以上の前記樹脂部材をその間に少なくとも１つの導電性の金属板を介層させながら重ね合わせて重ね合わせ箇所を形成し、該重ね合わせ箇所の上方からセルフピアスリベットを打ち込んで最下層の樹脂部材の内部まで到達させる第１のステップ、前記金属板を加熱して該金属板と接する上下の樹脂部材双方の少なくとも金属板との界面を溶融させて該金属板に溶着させ、リベット接続と、溶着と、セルフピアスリベットが金属板を貫通した際にできたバリが該金属板の下層の樹脂部材内に食い込んでいること、によって樹脂部材同士を接続する第２のステップからなるものである。
【００２４】
本実施の形態の接続方法は、第１のステップでセルフピアスリベットの打ち込みをおこない、次いで、第２のステップで金属板と接する上下の樹脂部材双方の少なくとも金属板との界面を溶融させて金属板に溶着させるものであり、この方法によっても、接続部におけるシール性が保証され、かつ、セルフピアスリベットと金属板のバリ双方のアンカー効果による機械的な接続強度と、溶着による接続強度からなる極めて高い接続強度を備えた接続構造を形成することができる。
【００２５】
また、上記２つの接続方法に関する実施の形態以外にも、最初に金属板の通電による樹脂部材の溶着を少しだけおこなって金属板と樹脂部材界面のなじみを良好とした後に、セルフピアスリベットの打ち込みをおこない、最後に金属板の通電による樹脂部材の完全溶着をおこなうなどの方法であってもよい。
【００２６】
また、本発明は樹脂部材の接続構造にも及ぶものであり、この接続構造は、２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の接続構造であって、２以上の前記樹脂部材と、上下の樹脂部材の間に介層する導電性の金属板と、最上層の樹脂部材から最下層の樹脂部材の途中まで到達するとともに、その途中の金属板を貫通しているセルフピアスリベットと、セルフピアスリベットが金属板を貫通した際にできたバリが該金属板の下層の樹脂部材内に食い込んでいることと、金属板の上下の樹脂部材が該金属板と溶着していることからなるものである。
【００２７】
既述するように、本発明の接続構造によれば、金属板と樹脂部材の界面との溶着によって双方の密着性、シール性が保証され、かつ、セルフピアスリベットと金属板のバリ双方のアンカー効果による機械的な接続強度と、溶着による接続強度からなる極めて高い接続強度を備えた接続構造となる。
【発明の効果】
【００２８】
以上の説明から理解できるように、本発明の樹脂部材の接続方法と接続構造によれば、樹脂部材の間に導電性の金属板を介在させてこれを加熱し、樹脂部材の金属板との界面を溶融させて金属板と溶着することによって樹脂部材同士の界面のシール性を担保することができる。さらに、２以上の樹脂部材と樹脂部材間に介在する金属板をセルフピアスリベットが貫通することによって、本来的なセルフピアスリベットによるアンカー効果に加えて、セルフピアスリベットが金属板を貫通する際にできるバリによるアンカー効果が付加され、さらにこれらに金属板と樹脂部材との溶着強度が付加されて樹脂部材の接続箇所における接続強度が決定されることから、従来のセルフピアスリベットのみによる接続強度に比して格段に高い接続強度を有する接続構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）はセルフピアスリベット接続に供されるシリンダ機構とリベットダイスの縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図である。
【図２】２つの樹脂部材の重ね合わせ箇所がリベットダイスの載置台上に載置され、樹脂部材の間に介在する金属板に通電している状態を説明した図である。
【図３】リベットを打ち込んでいる状態を説明した図である。
【図４】リベットが完全に打ち込まれ、接続構造が形成された状態を説明した図である。
【図５】車両ボディーを構成する２つの樹脂部材が本発明の接続方法にて接続された状態を示す模式図である。
【図６】本発明の接続方法で接続された２つの樹脂部材（実施例）とセルフピアスリベット接続のみの従来の接続方法で接続された２つの樹脂部材（比較例）それぞれの接続箇所のせん断引張り破断強度を測定した実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の樹脂部材の接続方法と接続構造の実施の形態を説明する。なお、図示例は２つの樹脂部材を接続する方法とその接続構造を示したものであるが、図示する方法を用いて３以上の樹脂部材を接続してもよいことは勿論のことである。
【００３１】
（樹脂部材の接続方法の第１の実施の形態、および樹脂部材の接続構造）
図１〜４は順に、本発明の樹脂部材の接続方法を説明するフロー図となっている。具体的には、図１はセルフピアスリベット接続に供されるシリンダ機構とリベットダイスの縦断面図であり、図２は２つの樹脂部材の重ね合わせ箇所がリベットダイスの載置台上に載置され、樹脂部材の間に介在する金属板に通電している状態を説明した図であり、図３はリベットを打ち込んでいる状態を説明した図であり、図４はリベットが完全に打ち込まれ、接続構造が形成された状態を説明した図である。
【００３２】
以下、本発明の樹脂部材の接続方法を適用して上下２つの繊維強化樹脂部材同士を接続する方法を説明する。
【００３３】
図１ａで示すように、２つの繊維強化樹脂部材の一部を重ね合わせた重ね合わせ箇所が載置されるリベットダイス３と、その上方に位置してシリンダ１内をパンチ２が摺動自在なシリンダ機構とからなる製造システムを用意する。
【００３４】
リベットダイス３は、図１ｂで示すようにその平面視が円形であり、繊維強化樹脂材が載置される載置面３ａにはリング状の凹溝３ｂが形成されている。
【００３５】
さらに、リベットダイス３内には不図示のヒータが内蔵されていてもよい。
【００３６】
シリンダ１内では、その内部で摺動するパンチ２の下面にリベット４が吸着等で仮固定されるようになっている。
【００３７】
使用されるリベット４は、その平面視が円形の端面４ｂと、この端面４ｂから突出する筒状のピアス４ａとからなる縦断面視が門形を呈したものであり、その素材はアルミニウムやその合金、鋼などから形成される。
【００３８】
図２で示すように、用意された製造システムを構成するリベットダイス３の載置面３ａ上に、繊維強化樹脂部材からなる上方の樹脂部材６と下方の樹脂部材５の重ね合わせ箇所を位置決めし、この重ね合わせ箇所に導電性の金属板７を介在させた状態で、上方の樹脂部材６上にシリンダ１をセットする。
【００３９】
ここで、上方の樹脂部材６、下方の樹脂部材５を形成する繊維強化樹脂部材のマトリックス樹脂は熱可塑性樹脂からなり、このマトリックス樹脂の内部に適宜の繊維材が混入されている。
【００４０】
樹脂部材５，６のマトリックス樹脂として使用される熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）、ナイロン（ＰＡ：ナイロン６、ナイロン６６など）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの結晶性プラスチック、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ＡＢＳ樹脂、熱可塑性エポキシなどの非結晶性プラスチックなどのうちのいずれか一種もしくはそれらの２種以上を混合した材料を適用することができる。
【００４１】
また、マトリックス樹脂内に含有されている繊維材（短繊維、長繊維、連続繊維）としては、ボロンやアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニアなどのセラミック繊維や、ガラス繊維や炭素繊維といった無機繊維、銅や鋼、アルミニウム、ステンレス等の金属繊維、ポリアミドやポリエステルなどの有機繊維のいずれか一種もしくは２種以上の混合材を適用することができる。
【００４２】
また、樹脂部材５，６の重ね合わせ箇所においてそれらの間に介在する金属板７は導電性を有する板材であればよいが、鉄、鋼、アルミニウム、銅、クロム、ニッケルを単独で、もしくはこれらの２種以上の合金からなる板を使用することができる。
【００４３】
樹脂部材５，６の重ね合わせ箇所を載置面３ａ上に位置決めした状態で、それらの間に介在する金属板７に電源回路を設置して通電することにより、金属板７で生じるジュール熱によって金属板７と接する樹脂部材５，６双方の界面を溶融させ、金属板７と溶着させる（第１のステップ）。
【００４４】
次に、図３で示すように、シリンダ１内でパンチ２を摺動させ、パンチ２からリベット４を上方の樹脂部材６側に押し込むことにより（押圧力Ｑ）、リベット４のピアス４ａが上方の樹脂部材６に打ち込まれてこれを貫通し、金属板７を貫通し、さらに下方の樹脂部材５にピアス４ａの先端が入り込むことになる。
【００４５】
なお、リベットダイス３内に不図示のヒータが内蔵されている場合は、このリベット４の打ち込みに際してヒータを稼動させて下方の樹脂部材５の重ね合わせ箇所を溶融させてもよい。
【００４６】
ピアス４ａは上方の樹脂部材６を貫通する過程で内側から圧力ｑを受けて外側に開き、さらに金属板７を貫通し、下方の樹脂部材５内に打ち込まれる過程でも内側から圧力を受けて外側に開くことになる。このようにリベット４の打ち込み過程で筒状のピアス４ａが外側へ変位するのは、ピアス４ａの先端内側が先鋭テーパー状に形成されていること、リベットダイス３の載置面３ａに設けられたリング状の凹溝３ｂで囲まれる中央部分が筒状のピアス４ａの内側で上方凸をなしていること、筒状のピアス４ａの内側で比較的剛性の高い樹脂部材５，６や金属板７が介在していること、などの種々の要素によるものである。
【００４７】
そして、リベット４が金属板７を貫通した際に金属板７にはバリ７ａが形成され、このバリ７ａがリベット４の打ち込みに応じて下方の樹脂部材５内に食い込んでいく。
【００４８】
図４で示すように、リベット４の上面が上方の樹脂部材６の上面と面一になるまでリベット４を打ち込むことにより、ピアス４ａはリベットダイス３の凹溝３ｂ内にその一部が収容されるように外側に開き、上方の樹脂部材６および下方の樹脂部材５とピアス４ａの間の摩擦力によって双方の樹脂部材５，６が強固に接続された接続構造１０を形成することができる（第２のステップ）。
【００４９】
接続構造１０の接続強度は、上記するセルフピアスリベットのアンカー効果による接続強度に加えて、下方の樹脂部材５に食い込んだ金属板７のバリ７ａによるアンカー効果が付加されており、さらには、金属板７に対する双方の樹脂部材５，６の溶着強度が付加されて高い接続強度の接続構造１０となっている。
【００５０】
さらには、金属板７と双方の樹脂部材５，６が溶着していることにより、従来のセルフピアスリベット接続のみの場合には期待し得なかった接続箇所におけるシール性が保証されることになる。
【００５１】
このように、樹脂部材の接続方法の第１の実施の形態は、２つの熱可塑性樹脂からなる樹脂部材５，６をその間に導電性の金属板７を介層させながら重ね合わせて重ね合わせ箇所を形成し、金属板７に通電して金属板７と接する上下の樹脂部材６，５双方の少なくとも金属板７との界面を溶融させて金属板７に溶着する第１のステップと、重ね合わせ箇所の上方からセルフピアスリベット４を打ち込んで最下層の樹脂部材５の内部まで到達させ、溶着と、リベット接続と、セルフピアスリベット４が金属板７を貫通した際にできたバリ７ａが金属板７の下層の樹脂部材５内に食い込んでいること、によって樹脂部材５，６同士を接続する第２のステップからなる接続方法である。
【００５２】
（樹脂部材の接続方法の第２の実施の形態）
第１の実施の形態の接続方法以外にも、第１のステップと第２のステップの構成を入れ替えてなる接続方法であってもよい。具体的には、２つの熱可塑性樹脂からなる樹脂部材５，６をその間に導電性の金属板７を介層させながら重ね合わせて重ね合わせ箇所を形成し、重ね合わせ箇所の上方からセルフピアスリベット４を打ち込んで最下層の樹脂部材５の内部まで到達させる第１のステップと、金属板７に通電して金属板７と接する上下の樹脂部材５，６双方の少なくとも金属板７との界面を溶融させて金属板７に溶着させ、リベット接続と、溶着と、セルフピアスリベット４が金属板７を貫通した際にできたバリ７ａが金属板７の下層の樹脂部材５内に食い込んでいること、によって樹脂部材５，６同士を接続する第２のステップからなる接続方法である。
【００５３】
（車両ボディーへの適用例）
図５は、上記接続方法を適用した一つの実施例を説明した図であり、車両ボディーを構成する２つの繊維強化樹脂部材が接続された状態を示す模式図である。
【００５４】
図示する実施例は、車両ボディーを２枚の繊維強化樹脂部材からなる上方部材６Ａおよび下方部材５Ａとこれらの間に介在する薄い金属板７Ａ、補強部材８から構成するものであり、上方部材６Ａおよび下方部材５Ａ同士、および上方部材６Ａと補強部材８同士がそれぞれ金属板７Ａを間に介在させて上記する接続方法で接続される。なお、同図において図示されるリベット４の端面箇所が上記接続方法で接続された箇所である。
【００５５】
リベット接続条件としては、パンチによる押し込み力を０．６〜０．８ＭＰａ程度、金属板の加熱温度に関しては、熱可塑性樹脂にポリプロピレンを使用した場合は８５〜１２０℃、熱可塑性樹脂にポリアミド（ＰＡ６）を使用した場合は１５０〜２００℃、ポリアミド（ＰＡ６６）を使用した場合は１９０〜２５０℃程度に調整することができる。なお、金属板７Ａは鉄−クロム−アルミ系の平板を使用し、通電することによってジュール熱を生じるものである。
【００５６】
図示する車両ボディーは、軽量かつ高強度の２枚の繊維強化樹脂部材が接続されて構成されている。
【００５７】
そして、繊維強化樹脂部材同士の接続にセルフピアスリベットが適用されているものの、接続箇所のシール性が保証され、さらに、接続箇所の接続強度は、セルフピアスリベット接続による強度以外にも、金属板のバリが樹脂部材内に食い込んでなる接続強度や金属板に対する樹脂部材の溶着強度が付加された極めて高い接続強度を有していることから、高い接続強度を有し、シール性に優れ、軽量かつ高強度の車両ボディーとなっている。
【００５８】
[本発明の接続方法で接続された２つの樹脂部材（実施例）と従来の接続方法で接続された２つの樹脂部材（比較例）それぞれの接続箇所のせん断引張り破断強度を測定した実験とその結果]
本発明者等は、２枚の繊維強化樹脂部材の間に金属板を介在させて既述する実施の形態２の接続方法で接続した試験片（実施例）と、２枚の繊維強化樹脂部材をセルフピアスリベット接続のみで接続した試験片（比較例）を用意し、それぞれを引張試験機にクランプして引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで引っ張った際のせん断引張り破断強度を測定した。この測定結果を図６に示している。
【００５９】
図６より、比較例に比して実施例のせん断引張り強度は２倍程度も向上することが実証されている。これは、実施例の接続強度がセルフピアスリベット接続によるもののほかに、溶着による効果、金属板のバリが一方の繊維強化樹脂材内に食い込んでいることによるアンカー効果によるものである。なお、既述する実施の形態１の方法によっても実施の形態２と同様の効果が得られることが本発明者等によって特定されている。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６１】
１…シリンダ、２…パンチ、３…リベットダイス、３ａ…載置面、３ｂ…凹溝、４…リベット、４ａ…ピアス、４ｂ…端面、５，５Ａ…下方の樹脂部材（繊維強化樹脂部材）、６，６Ａ…上方の樹脂部材（繊維強化樹脂部材）、７…金属板、８…補強部材、１０…接続構造
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の重ね合わせ箇所を接続する樹脂部材の接続方法と接続構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂に強化用繊維材が混入されてなる繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、軽量かつ高強度であることから、自動車産業、建設産業、航空産業など、様々な産業分野で使用されている。
【０００３】
そして、ＦＲＰ部材同士の接続方法に関しては、接着剤を介して接続する方法やボルトによる接続方法、さらにはそれらを組み合わせた接続方法などが一般に用いられている。
【０００４】
ところで、部材同士の接続に関し、被接続部材がアルミ板や鋼板等からなる場合に、スポット溶接や摩擦攪拌接続、メカニカルクリンチ、ろう付け、ネジ留めといった様々な接続方法がある中で、セルフピアスリベットによる接続方法が適用されることがある。
【０００５】
このセルフピアスリベットによる接続方法は、その載置面に凹溝を具備するリベットダイスの上にたとえば２枚の金属板を積層姿勢で載置し、端面とこの端面から突出するピアスとからなる筒状のリベットを金属板の上方で位置決めし、パンチでこのリベットを金属板に打ち込むことでリベットを上板に貫通させ、この過程でリベットが塑性変形しながらピアスの先端を外側に広げ、さらにリベットを打ち込むことでピアスの先端が下板内でさらに広げられ、ピアスの打ち込み過程で上下の金属板を塑性変形させて双方をピアスを介してインターロック接続するものである。
【０００６】
セルフピアスリベットによる接続方法によれば、たとえば金属上板に対して事前に穴あけをおこなう必要がなく、さらに３枚、４枚といった金属板同士の接続も可能であることから、効率的に２以上の金属部材同士を高強度で接続することができる。
【０００７】
このように様々なメリットを奏するセルフピアスリベットによる接続方法を上記するＦＲＰ部材同士の接続に適用せんとする試みもおこなわれており、さらには公開技術である特許文献１にもその内容が開示されている。ここで開示される接続方法は、接続される２つのＦＲＰ部材間に接着剤を塗工し、この接着剤が未硬化の状態でセルフピアスリベットを打ち込んで、リベットを上方のＦＲＰ部材を貫通させて下方のＦＲＰ部材内にその先端を留まらせるものである。
【０００８】
しかし、このように樹脂部材同士の接続にセルフピアスリベットによる接続方法を適用すると、たとえば上下２枚の樹脂部材を接続固定することはできるものの、双方の界面のシール性を保証することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２２９９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の重ね合わせ箇所をセルフピアスリベットによる接続方法を適用して接続する樹脂部材の接続方法に関し、接続される樹脂部材同士の界面のシール性が保証され、さらには接続強度の高い接続構造を得ることのできる樹脂部材の接続方法と接続構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成すべく、本発明による樹脂部材の接続方法は、２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の重ね合わせ箇所を接続する樹脂部材の接続方法であって、２以上の前記樹脂部材をその間に少なくとも１つの導電性の金属板を介層させながら重ね合わせて重ね合わせ箇所を形成し、該金属板を加熱して該金属板と接する上下の樹脂部材双方の少なくとも金属板との界面を溶融させて該金属板に溶着させる第１のステップ、前記重ね合わせ箇所の上方からセルフピアスリベットを打ち込んで最下層の樹脂部材の内部まで到達させ、溶着と、リベット接続と、セルフピアスリベットが金属板を貫通した際にできたバリが該金属板の下層の樹脂部材内に食い込んでいること、によって樹脂部材同士を接続する第２のステップからなるものである。
【００１２】
本発明の部材の接続方法は、２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材をセルフピアスリベットを用いて接続するに当たり、樹脂部材の間に導電性の金属板を介層させてこれに通電等することによって加熱し、金属板と接する双方の樹脂部材の界面やその近傍を溶融させて金属板に溶着させることで金属板を介してその上下の樹脂部材の界面のシール性を保証するものである。さらに、セルフピアスリベットが金属板を貫通した際に確実に形成されるバリが下層の樹脂部材に食い込むことにより、セルフピアスリベットによるアンカー効果のみならず、このバリによるアンカー効果によって接続強度を高めることができるものである。なお、この接続強度に関しては、従来のセルフピアスリベットのみによるアンカー効果に起因する接続強度に対して、セルフピアスリベットと金属板のバリの双方のアンカー効果と、金属板にその上下の樹脂部材が溶着してなる溶着強度の総和からなる接続強度が期待できる。
【００１３】
「２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材」ゆえに、接続される繊維強化樹脂材は、２つであっても３以上であってもよいし、それらの形状形態も、平面状のもの同士を接続する形態や、湾曲状の３次元形状のもの同士を接続する形態、２以上の平面が相互に傾斜した３次元形状のもの同士、もしくはこのような３次元形状のものと平面状のものを接続する形態などであってもよい。さらに、接続される繊維強化樹脂材の用途としては、車両のピラーやロッカー、床下フロアなどの車両の骨格構造部材、ドアアウターパネルやフードなどの意匠性が要求される非構造部材などを挙げることができる。なお、３以上の樹脂部材を接続する場合であっても、隣接する樹脂部材のそれぞれの界面に金属板を介層させるため、たとえば３つの樹脂部材を接続する場合はそれぞれの接続箇所において２つの金属板が使用されることになる。
【００１４】
金属板は薄板であるのが好ましく、少なくとも導電性を有する金属素材の板であればその素材は特に限定されないが、たとえば、鉄、鋼、アルミニウム、銅、クロム、ニッケルを単独で、もしくはこれらの２種以上の合金を使用することができる。また、金属板に通電してジュール熱を生じさせることのほかにも、高周波加熱によって樹脂部材の金属板との界面を溶融させる方法などもある。
【００１５】
また、２以上の樹脂部材は、長繊維や短繊維がマトリックス樹脂内にランダムに、もしくは所定の配向をもって埋設されたプリプレグシートやその積層体、長繊維よりも長い連続繊維がマトリックス樹脂内に一方向に配向された一方向材（ＵＤ材）からなるプリプレグシートやその積層体、連続繊維を含有する複数のプリプレグシートのそれぞれの連続繊維の配向が０度、９０度、±４５度等になるように積層してなる擬似等方材、連続繊維からなる経糸と緯糸からなる織物をマトリックス樹脂内に含有させてなるプリプレグシートやその積層体などを挙げることができる。また、プリプレグシートやその積層体のみならず、別途の成形型内で射出成形やＲＴＭ成形、ＳＭＣ成形等されて製作された部材などであってもよい。
【００１６】
また、樹脂部材を形成する熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）、ナイロン（ＰＡ：ナイロン６、ナイロン６６など）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの結晶性プラスチック、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ＡＢＳ樹脂、熱可塑性エポキシなどの非結晶性プラスチックなどを挙げることができる。
【００１７】
さらに、マトリックス樹脂内に含有されている繊維材（短繊維、長繊維、連続繊維）としては、ボロンやアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニアなどのセラミック繊維や、ガラス繊維や炭素繊維といった無機繊維、銅や鋼、アルミニウム、ステンレス等の金属繊維、ポリアミドやポリエステルなどの有機繊維のいずれか一種もしくは２種以上の混合材を使用することができる。
【００１８】
まず、第１のステップでは、金属板を加熱して金属板と接する上下の樹脂部材双方の少なくとも金属板との界面を溶融させて該金属板に溶着させる。
【００１９】
この金属板と樹脂部材の界面との溶着によって双方の密着性、シール性が保証され、さらに、この溶着接続は界面の接続強度を向上させることにも繋がる。
【００２０】
次いで、第２のステップでは、セルフピアスリベットの打ち込みをおこなって最下層の樹脂部材の内部までセルフピアスリベットを到達させ、その過程でセルフピアスリベットが塑性変形しながら広がって最下層の樹脂部材の内部に留まらせる。
【００２１】
そして、このセルフピアスリベットの打ち込みの過程で樹脂部材内に介在する金属板をセルフピアスリベットが貫通し、この貫通の際にできた金属板のバリもその下方の樹脂部材の内部に留まることになる。
【００２２】
このようにして２以上の樹脂部材をその間に介在する金属板とともにセルフピアスリベットを適用して接続することにより、セルフピアスリベットと金属板のバリ双方のアンカー効果による機械的な接続強度と、溶着による接続強度からなる極めて高い接続強度を備えた接続構造を形成することができる。
【００２３】
また、本発明による樹脂部材の接続方法の他の実施の形態は、２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の重ね合わせ箇所を接続する樹脂部材の接続方法であって、２以上の前記樹脂部材をその間に少なくとも１つの導電性の金属板を介層させながら重ね合わせて重ね合わせ箇所を形成し、該重ね合わせ箇所の上方からセルフピアスリベットを打ち込んで最下層の樹脂部材の内部まで到達させる第１のステップ、前記金属板を加熱して該金属板と接する上下の樹脂部材双方の少なくとも金属板との界面を溶融させて該金属板に溶着させ、リベット接続と、溶着と、セルフピアスリベットが金属板を貫通した際にできたバリが該金属板の下層の樹脂部材内に食い込んでいること、によって樹脂部材同士を接続する第２のステップからなるものである。
【００２４】
本実施の形態の接続方法は、第１のステップでセルフピアスリベットの打ち込みをおこない、次いで、第２のステップで金属板と接する上下の樹脂部材双方の少なくとも金属板との界面を溶融させて金属板に溶着させるものであり、この方法によっても、接続部におけるシール性が保証され、かつ、セルフピアスリベットと金属板のバリ双方のアンカー効果による機械的な接続強度と、溶着による接続強度からなる極めて高い接続強度を備えた接続構造を形成することができる。
【００２５】
また、上記２つの接続方法に関する実施の形態以外にも、最初に金属板の通電による樹脂部材の溶着を少しだけおこなって金属板と樹脂部材界面のなじみを良好とした後に、セルフピアスリベットの打ち込みをおこない、最後に金属板の通電による樹脂部材の完全溶着をおこなうなどの方法であってもよい。
【００２６】
また、本発明は樹脂部材の接続構造にも及ぶものであり、この接続構造は、２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の接続構造であって、２以上の前記樹脂部材と、上下の樹脂部材の間に介層する導電性の金属板と、最上層の樹脂部材から最下層の樹脂部材の途中まで到達するとともに、その途中の金属板を貫通しているセルフピアスリベットと、セルフピアスリベットが金属板を貫通した際にできたバリが該金属板の下層の樹脂部材内に食い込んでいることと、金属板の上下の樹脂部材が該金属板と溶着していることからなるものである。
【００２７】
既述するように、本発明の接続構造によれば、金属板と樹脂部材の界面との溶着によって双方の密着性、シール性が保証され、かつ、セルフピアスリベットと金属板のバリ双方のアンカー効果による機械的な接続強度と、溶着による接続強度からなる極めて高い接続強度を備えた接続構造となる。
【発明の効果】
【００２８】
以上の説明から理解できるように、本発明の樹脂部材の接続方法と接続構造によれば、樹脂部材の間に導電性の金属板を介在させてこれを加熱し、樹脂部材の金属板との界面を溶融させて金属板と溶着することによって樹脂部材同士の界面のシール性を担保することができる。さらに、２以上の樹脂部材と樹脂部材間に介在する金属板をセルフピアスリベットが貫通することによって、本来的なセルフピアスリベットによるアンカー効果に加えて、セルフピアスリベットが金属板を貫通する際にできるバリによるアンカー効果が付加され、さらにこれらに金属板と樹脂部材との溶着強度が付加されて樹脂部材の接続箇所における接続強度が決定されることから、従来のセルフピアスリベットのみによる接続強度に比して格段に高い接続強度を有する接続構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）はセルフピアスリベット接続に供されるシリンダ機構とリベットダイスの縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図である。
【図２】２つの樹脂部材の重ね合わせ箇所がリベットダイスの載置台上に載置され、樹脂部材の間に介在する金属板に通電している状態を説明した図である。
【図３】リベットを打ち込んでいる状態を説明した図である。
【図４】リベットが完全に打ち込まれ、接続構造が形成された状態を説明した図である。
【図５】車両ボディーを構成する２つの樹脂部材が本発明の接続方法にて接続された状態を示す模式図である。
【図６】本発明の接続方法で接続された２つの樹脂部材（実施例）とセルフピアスリベット接続のみの従来の接続方法で接続された２つの樹脂部材（比較例）それぞれの接続箇所のせん断引張り破断強度を測定した実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の樹脂部材の接続方法と接続構造の実施の形態を説明する。なお、図示例は２つの樹脂部材を接続する方法とその接続構造を示したものであるが、図示する方法を用いて３以上の樹脂部材を接続してもよいことは勿論のことである。
【００３１】
（樹脂部材の接続方法の第１の実施の形態、および樹脂部材の接続構造）
図１〜４は順に、本発明の樹脂部材の接続方法を説明するフロー図となっている。具体的には、図１はセルフピアスリベット接続に供されるシリンダ機構とリベットダイスの縦断面図であり、図２は２つの樹脂部材の重ね合わせ箇所がリベットダイスの載置台上に載置され、樹脂部材の間に介在する金属板に通電している状態を説明した図であり、図３はリベットを打ち込んでいる状態を説明した図であり、図４はリベットが完全に打ち込まれ、接続構造が形成された状態を説明した図である。
【００３２】
以下、本発明の樹脂部材の接続方法を適用して上下２つの繊維強化樹脂部材同士を接続する方法を説明する。
【００３３】
図１ａで示すように、２つの繊維強化樹脂部材の一部を重ね合わせた重ね合わせ箇所が載置されるリベットダイス３と、その上方に位置してシリンダ１内をパンチ２が摺動自在なシリンダ機構とからなる製造システムを用意する。
【００３４】
リベットダイス３は、図１ｂで示すようにその平面視が円形であり、繊維強化樹脂材が載置される載置面３ａにはリング状の凹溝３ｂが形成されている。
【００３５】
さらに、リベットダイス３内には不図示のヒータが内蔵されていてもよい。
【００３６】
シリンダ１内では、その内部で摺動するパンチ２の下面にリベット４が吸着等で仮固定されるようになっている。
【００３７】
使用されるリベット４は、その平面視が円形の端面４ｂと、この端面４ｂから突出する筒状のピアス４ａとからなる縦断面視が門形を呈したものであり、その素材はアルミニウムやその合金、鋼などから形成される。
【００３８】
図２で示すように、用意された製造システムを構成するリベットダイス３の載置面３ａ上に、繊維強化樹脂部材からなる上方の樹脂部材６と下方の樹脂部材５の重ね合わせ箇所を位置決めし、この重ね合わせ箇所に導電性の金属板７を介在させた状態で、上方の樹脂部材６上にシリンダ１をセットする。
【００３９】
ここで、上方の樹脂部材６、下方の樹脂部材５を形成する繊維強化樹脂部材のマトリックス樹脂は熱可塑性樹脂からなり、このマトリックス樹脂の内部に適宜の繊維材が混入されている。
【００４０】
樹脂部材５，６のマトリックス樹脂として使用される熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）、ナイロン（ＰＡ：ナイロン６、ナイロン６６など）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの結晶性プラスチック、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ＡＢＳ樹脂、熱可塑性エポキシなどの非結晶性プラスチックなどのうちのいずれか一種もしくはそれらの２種以上を混合した材料を適用することができる。
【００４１】
また、マトリックス樹脂内に含有されている繊維材（短繊維、長繊維、連続繊維）としては、ボロンやアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニアなどのセラミック繊維や、ガラス繊維や炭素繊維といった無機繊維、銅や鋼、アルミニウム、ステンレス等の金属繊維、ポリアミドやポリエステルなどの有機繊維のいずれか一種もしくは２種以上の混合材を適用することができる。
【００４２】
また、樹脂部材５，６の重ね合わせ箇所においてそれらの間に介在する金属板７は導電性を有する板材であればよいが、鉄、鋼、アルミニウム、銅、クロム、ニッケルを単独で、もしくはこれらの２種以上の合金からなる板を使用することができる。
【００４３】
樹脂部材５，６の重ね合わせ箇所を載置面３ａ上に位置決めした状態で、それらの間に介在する金属板７に電源回路を設置して通電することにより、金属板７で生じるジュール熱によって金属板７と接する樹脂部材５，６双方の界面を溶融させ、金属板７と溶着させる（第１のステップ）。
【００４４】
次に、図３で示すように、シリンダ１内でパンチ２を摺動させ、パンチ２からリベット４を上方の樹脂部材６側に押し込むことにより（押圧力Ｑ）、リベット４のピアス４ａが上方の樹脂部材６に打ち込まれてこれを貫通し、金属板７を貫通し、さらに下方の樹脂部材５にピアス４ａの先端が入り込むことになる。
【００４５】
なお、リベットダイス３内に不図示のヒータが内蔵されている場合は、このリベット４の打ち込みに際してヒータを稼動させて下方の樹脂部材５の重ね合わせ箇所を溶融させてもよい。
【００４６】
ピアス４ａは上方の樹脂部材６を貫通する過程で内側から圧力ｑを受けて外側に開き、さらに金属板７を貫通し、下方の樹脂部材５内に打ち込まれる過程でも内側から圧力を受けて外側に開くことになる。このようにリベット４の打ち込み過程で筒状のピアス４ａが外側へ変位するのは、ピアス４ａの先端内側が先鋭テーパー状に形成されていること、リベットダイス３の載置面３ａに設けられたリング状の凹溝３ｂで囲まれる中央部分が筒状のピアス４ａの内側で上方凸をなしていること、筒状のピアス４ａの内側で比較的剛性の高い樹脂部材５，６や金属板７が介在していること、などの種々の要素によるものである。
【００４７】
そして、リベット４が金属板７を貫通した際に金属板７にはバリ７ａが形成され、このバリ７ａがリベット４の打ち込みに応じて下方の樹脂部材５内に食い込んでいく。
【００４８】
図４で示すように、リベット４の上面が上方の樹脂部材６の上面と面一になるまでリベット４を打ち込むことにより、ピアス４ａはリベットダイス３の凹溝３ｂ内にその一部が収容されるように外側に開き、上方の樹脂部材６および下方の樹脂部材５とピアス４ａの間の摩擦力によって双方の樹脂部材５，６が強固に接続された接続構造１０を形成することができる（第２のステップ）。
【００４９】
接続構造１０の接続強度は、上記するセルフピアスリベットのアンカー効果による接続強度に加えて、下方の樹脂部材５に食い込んだ金属板７のバリ７ａによるアンカー効果が付加されており、さらには、金属板７に対する双方の樹脂部材５，６の溶着強度が付加されて高い接続強度の接続構造１０となっている。
【００５０】
さらには、金属板７と双方の樹脂部材５，６が溶着していることにより、従来のセルフピアスリベット接続のみの場合には期待し得なかった接続箇所におけるシール性が保証されることになる。
【００５１】
このように、樹脂部材の接続方法の第１の実施の形態は、２つの熱可塑性樹脂からなる樹脂部材５，６をその間に導電性の金属板７を介層させながら重ね合わせて重ね合わせ箇所を形成し、金属板７に通電して金属板７と接する上下の樹脂部材６，５双方の少なくとも金属板７との界面を溶融させて金属板７に溶着する第１のステップと、重ね合わせ箇所の上方からセルフピアスリベット４を打ち込んで最下層の樹脂部材５の内部まで到達させ、溶着と、リベット接続と、セルフピアスリベット４が金属板７を貫通した際にできたバリ７ａが金属板７の下層の樹脂部材５内に食い込んでいること、によって樹脂部材５，６同士を接続する第２のステップからなる接続方法である。
【００５２】
（樹脂部材の接続方法の第２の実施の形態）
第１の実施の形態の接続方法以外にも、第１のステップと第２のステップの構成を入れ替えてなる接続方法であってもよい。具体的には、２つの熱可塑性樹脂からなる樹脂部材５，６をその間に導電性の金属板７を介層させながら重ね合わせて重ね合わせ箇所を形成し、重ね合わせ箇所の上方からセルフピアスリベット４を打ち込んで最下層の樹脂部材５の内部まで到達させる第１のステップと、金属板７に通電して金属板７と接する上下の樹脂部材５，６双方の少なくとも金属板７との界面を溶融させて金属板７に溶着させ、リベット接続と、溶着と、セルフピアスリベット４が金属板７を貫通した際にできたバリ７ａが金属板７の下層の樹脂部材５内に食い込んでいること、によって樹脂部材５，６同士を接続する第２のステップからなる接続方法である。
【００５３】
（車両ボディーへの適用例）
図５は、上記接続方法を適用した一つの実施例を説明した図であり、車両ボディーを構成する２つの繊維強化樹脂部材が接続された状態を示す模式図である。
【００５４】
図示する実施例は、車両ボディーを２枚の繊維強化樹脂部材からなる上方部材６Ａおよび下方部材５Ａとこれらの間に介在する薄い金属板７Ａ、補強部材８から構成するものであり、上方部材６Ａおよび下方部材５Ａ同士、および上方部材６Ａと補強部材８同士がそれぞれ金属板７Ａを間に介在させて上記する接続方法で接続される。なお、同図において図示されるリベット４の端面箇所が上記接続方法で接続された箇所である。
【００５５】
リベット接続条件としては、パンチによる押し込み力を０．６〜０．８ＭＰａ程度、金属板の加熱温度に関しては、熱可塑性樹脂にポリプロピレンを使用した場合は８５〜１２０℃、熱可塑性樹脂にポリアミド（ＰＡ６）を使用した場合は１５０〜２００℃、ポリアミド（ＰＡ６６）を使用した場合は１９０〜２５０℃程度に調整することができる。なお、金属板７Ａは鉄−クロム−アルミ系の平板を使用し、通電することによってジュール熱を生じるものである。
【００５６】
図示する車両ボディーは、軽量かつ高強度の２枚の繊維強化樹脂部材が接続されて構成されている。
【００５７】
そして、繊維強化樹脂部材同士の接続にセルフピアスリベットが適用されているものの、接続箇所のシール性が保証され、さらに、接続箇所の接続強度は、セルフピアスリベット接続による強度以外にも、金属板のバリが樹脂部材内に食い込んでなる接続強度や金属板に対する樹脂部材の溶着強度が付加された極めて高い接続強度を有していることから、高い接続強度を有し、シール性に優れ、軽量かつ高強度の車両ボディーとなっている。
【００５８】
[本発明の接続方法で接続された２つの樹脂部材（実施例）と従来の接続方法で接続された２つの樹脂部材（比較例）それぞれの接続箇所のせん断引張り破断強度を測定した実験とその結果]
本発明者等は、２枚の繊維強化樹脂部材の間に金属板を介在させて既述する実施の形態２の接続方法で接続した試験片（実施例）と、２枚の繊維強化樹脂部材をセルフピアスリベット接続のみで接続した試験片（比較例）を用意し、それぞれを引張試験機にクランプして引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで引っ張った際のせん断引張り破断強度を測定した。この測定結果を図６に示している。
【００５９】
図６より、比較例に比して実施例のせん断引張り強度は２倍程度も向上することが実証されている。これは、実施例の接続強度がセルフピアスリベット接続によるもののほかに、溶着による効果、金属板のバリが一方の繊維強化樹脂材内に食い込んでいることによるアンカー効果によるものである。なお、既述する実施の形態１の方法によっても実施の形態２と同様の効果が得られることが本発明者等によって特定されている。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６１】
１…シリンダ、２…パンチ、３…リベットダイス、３ａ…載置面、３ｂ…凹溝、４…リベット、４ａ…ピアス、４ｂ…端面、５，５Ａ…下方の樹脂部材（繊維強化樹脂部材）、６，６Ａ…上方の樹脂部材（繊維強化樹脂部材）、７…金属板、８…補強部材、１０…接続構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の重ね合わせ箇所を接続する樹脂部材の接続方法であって、
２以上の前記樹脂部材をその間に少なくとも１つの導電性の金属板を介層させながら重ね合わせて重ね合わせ箇所を形成し、該金属板を加熱して該金属板と接する上下の樹脂部材双方の少なくとも金属板との界面を溶融させて該金属板に溶着させる第１のステップ、
前記重ね合わせ箇所の上方からセルフピアスリベットを打ち込んで最下層の樹脂部材の内部まで到達させ、溶着と、リベット接続と、セルフピアスリベットが金属板を貫通した際にできたバリが該金属板の下層の樹脂部材内に食い込んでいること、によって樹脂部材同士を接続する第２のステップからなる樹脂部材の接続方法。
【請求項２】
２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の重ね合わせ箇所を接続する樹脂部材の接続方法であって、
２以上の前記樹脂部材をその間に少なくとも１つの導電性の金属板を介層させながら重ね合わせて重ね合わせ箇所を形成し、該重ね合わせ箇所の上方からセルフピアスリベットを打ち込んで最下層の樹脂部材の内部まで到達させる第１のステップ、
前記金属板を加熱して該金属板と接する上下の樹脂部材双方の少なくとも金属板との界面を溶融させて該金属板に溶着させ、リベット接続と、溶着と、セルフピアスリベットが金属板を貫通した際にできたバリが該金属板の下層の樹脂部材内に食い込んでいること、によって樹脂部材同士を接続する第２のステップからなる樹脂部材の接続方法。
【請求項３】
前記樹脂部材の全部もしくは一部は、熱可塑性樹脂の内部に繊維材を含む繊維強化樹脂部材である請求項１または２に記載の樹脂部材の接続方法。
【請求項４】
２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の接続構造であって、
２以上の前記樹脂部材と、
上下の樹脂部材の間に介層する導電性の金属板と、
最上層の樹脂部材から最下層の樹脂部材の途中まで到達するとともに、その途中の金属板を貫通しているセルフピアスリベットと、
セルフピアスリベットが金属板を貫通した際にできたバリが該金属板の下層の樹脂部材内に食い込んでいることと、
金属板の上下の樹脂部材が該金属板と溶着していることからなる樹脂部材の接続構造。
【請求項５】
前記樹脂部材の全部もしくは一部は、熱可塑性樹脂の内部に繊維材を含む繊維強化樹脂部材である請求項４に記載の樹脂部材の接続構造。
【請求項１】
２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の重ね合わせ箇所を接続する樹脂部材の接続方法であって、
２以上の前記樹脂部材をその間に少なくとも１つの導電性の金属板を介層させながら重ね合わせて重ね合わせ箇所を形成し、該金属板を加熱して該金属板と接する上下の樹脂部材双方の少なくとも金属板との界面を溶融させて該金属板に溶着させる第１のステップ、
前記重ね合わせ箇所の上方からセルフピアスリベットを打ち込んで最下層の樹脂部材の内部まで到達させ、溶着と、リベット接続と、セルフピアスリベットが金属板を貫通した際にできたバリが該金属板の下層の樹脂部材内に食い込んでいること、によって樹脂部材同士を接続する第２のステップからなる樹脂部材の接続方法。
【請求項２】
２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の重ね合わせ箇所を接続する樹脂部材の接続方法であって、
２以上の前記樹脂部材をその間に少なくとも１つの導電性の金属板を介層させながら重ね合わせて重ね合わせ箇所を形成し、該重ね合わせ箇所の上方からセルフピアスリベットを打ち込んで最下層の樹脂部材の内部まで到達させる第１のステップ、
前記金属板を加熱して該金属板と接する上下の樹脂部材双方の少なくとも金属板との界面を溶融させて該金属板に溶着させ、リベット接続と、溶着と、セルフピアスリベットが金属板を貫通した際にできたバリが該金属板の下層の樹脂部材内に食い込んでいること、によって樹脂部材同士を接続する第２のステップからなる樹脂部材の接続方法。
【請求項３】
前記樹脂部材の全部もしくは一部は、熱可塑性樹脂の内部に繊維材を含む繊維強化樹脂部材である請求項１または２に記載の樹脂部材の接続方法。
【請求項４】
２以上の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材の接続構造であって、
２以上の前記樹脂部材と、
上下の樹脂部材の間に介層する導電性の金属板と、
最上層の樹脂部材から最下層の樹脂部材の途中まで到達するとともに、その途中の金属板を貫通しているセルフピアスリベットと、
セルフピアスリベットが金属板を貫通した際にできたバリが該金属板の下層の樹脂部材内に食い込んでいることと、
金属板の上下の樹脂部材が該金属板と溶着していることからなる樹脂部材の接続構造。
【請求項５】
前記樹脂部材の全部もしくは一部は、熱可塑性樹脂の内部に繊維材を含む繊維強化樹脂部材である請求項４に記載の樹脂部材の接続構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２５０５（Ｐ２０１３−２５０５Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２５４１（Ｐ２０１１−１３２５４１）
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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