樹脂部材の接続方法と接続構造
【課題】セルフピアスリベットにて樹脂部材同士を接続するに当たり、少なくとも一方の樹脂部材がＵＤ材である場合において、リベットによるＵＤ材を構成する一方向繊維材の切断量を従来の接続方法や接続構造に比して格段に少なくでき、もって高い接続強度を有する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】樹脂部材５，６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、樹脂部材５，６はそれらの内部に繊維材（連続繊維５ｂ、６ｂ）が一方向に配向してなる一方向材であり、胴部４ａに開口４ｃを有するリベット４を用意するステップ、樹脂部材５，６の一部同士を重ね合わせ、重ね合わせ箇所の上方にリベット４を開口４ｃが繊維材６ｂ、５ｂの配向する方向に向くように位置決めした後にリベット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ステップからなる。
【解決手段】樹脂部材５，６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、樹脂部材５，６はそれらの内部に繊維材（連続繊維５ｂ、６ｂ）が一方向に配向してなる一方向材であり、胴部４ａに開口４ｃを有するリベット４を用意するステップ、樹脂部材５，６の一部同士を重ね合わせ、重ね合わせ箇所の上方にリベット４を開口４ｃが繊維材６ｂ、５ｂの配向する方向に向くように位置決めした後にリベット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ステップからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２以上の樹脂部材のうち、少なくとも１つの樹脂部材がその内部に繊維材が一方向に配向してなる一方向材である樹脂部材同士をセルフピアスリベットを適用して接続する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樹脂材（ＦＲＰ）は、軽量かつ高強度であることから、自動車産業や建設産業、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、繊維強化樹脂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のピアスの先端を外側に塑性変形にて広げ、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も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繊維強化樹脂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つの繊維強化樹脂材の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、リベットを上方の繊維強化樹脂材を貫通させて下方の繊維強化樹脂材内にその先端を留まらせるものである。
【０００８】
しかし、このように被接続部材の少なくとも一方が繊維強化樹脂材である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場合であって、繊維強化樹脂材が長繊維や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）からなる場合においては、リベットの筒状胴部の先端の突き刺さりによって繊維材が切断されてしまい、ＵＤ材の引張強度や曲げ強度が大きく低下する要因となってしまう。
【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以上の樹脂部材の少なくとも１つの樹脂部材はその内部に繊維材が一方向に配向してなる一方向材である、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し、セルフピアスリベットにて接続する場合であっても、リベット胴部による一方向繊維材の切断量を従来の接続方法や接続構造に比して格段に少なくすることができ、もって高い接続強度を有する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、前記２以上の樹脂部材の少なくとも１つの樹脂部材はその内部に繊維材が一方向に配向してなる一方向材であり、かつ、その胴部に開口を有するセルフピアスリベットを用意する第１のステップ、２以上の前記樹脂部材の少なくとも一部同士を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に前記セルフピアスリベットをその胴部の開口が繊維材の配向する方向に向くように位置決めした後に該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２のステップからなるものである。
【００１２】
本発明の樹脂部材の接続方法は、２以上の樹脂部材の少なくとも１つの樹脂部材が一方向材（ＵＤ材）である樹脂部材同士をセルフピアスリベットを用いて接続するに当たり、従来構造のセルフピアスリベットに改良を加え、筒状の胴部（リベット）に開口が設けられたセルフピアスリベットを使用してこの開口をＵＤ材を構成する繊維材の配向方向に向くように位置決めしてこれを打ち込むものであり、この方法によって、セルフピアスリベットの打ち込みの際に切断される繊維材の量を従来の接続方法に比して格段に低減できるものである。
【００１３】
ここで、「２以上の樹脂部材」とは、接続される樹脂部材が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。また、「少なくとも１つの樹脂部材はその内部に繊維材が一方向に配向してなる一方向材である」とは、接続される樹脂部材がたとえば２つの場合において、双方の樹脂部材がＵＤ材である形態や、いずれか一方がＵＤ材（繊維強化樹脂材）であって他方は繊維材を具備しない樹脂部材からなる形態を含む意味である。さらに、接続される樹脂部材の用途としては、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。
【００１４】
また、一方向材を構成する繊維は、繊維長が５０ｍｍ未満の長繊維や、５０ｍｍ以上の連続繊維を対象としている。
【００１５】
たとえば、ＵＤ材が連続繊維に比して長さの短い長繊維を含む部材の場合には、胴部に一つの開口があるセルフピアスリベットを使用し、この開口を長繊維の配向する方向に向くようにセルフピアスリベットを位置決めしてこれを打ち込むことにより、開口箇所においては長繊維の切断が回避され、全体として長繊維の切断量を低減することができる。
【００１６】
また、たとえばＵＤ材が連続繊維を有する場合には、胴部の対角線上の２箇所に開口が設けられたセルフピアスリベットを使用し、それぞれの開口を連続繊維の配向方向に向かうように位置決めして打ち込むことにより、対角線上の２つの開口で連続繊維の切断を回避することができる。
【００１７】
さらに、たとえば２つの樹脂部材の双方がともにＵＤ材であり、そのＵＤ方向が直交する方向である場合には、筒状の胴部の対角線上の２箇所を一組として、胴部の０度と１８０度の位置に一組の開口を設け、胴部の９０度と２７０度の位置に別途の一組の開口を設けたセルフピアスリベットを使用してこれを打ち込むことにより、双方のＵＤ材を構成するそれぞれの繊維材のいずれも二組の開口箇所において切断することなく、双方のＵＤ材を接続することが可能となる。
【００１８】
樹脂部材を構成するマトリックス樹脂は熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のいずれであってもよいが、たとえば熱可塑性樹脂からなる樹脂部材同士を接続する場合には、セルフピアスリベットを打ち込むに当たって樹脂部材の重ね合わせ箇所を載置するリベットダイスを加熱し、載置された樹脂部材を軟化させた状態でセルフピアスリベットを打ち込むことができる。ここで、打ち込みの際にセルフピアスリベットを所望形状に塑性変形させるべく、リベットダイスの載置面には所定形状の凹溝を設けておくのがよく、塑性変形されたセルフピアスリベットは、樹脂部材を貫通する過程で、軟化した樹脂部材の重ね合わせ箇所とともに凹溝内に案内されるようにして所望の形状に広がりながら、最下層の樹脂部材の内部に到達することができる。
【００１９】
このように、本発明の樹脂部材の接続方法では、使用されるセルフピアスリベットに簡易な改良を加え、その胴部に少なくとも１つの開口を設けておき、この開口を接続される一つもしくは全部の樹脂部材（ＵＤ材）の繊維材の配向方向に向けて位置決めした後にこれを打ち込むことにより、セルフピアスリベット打ち込みの際の繊維材切断量を格段に低減することができ、もって高い接続強度で樹脂部材同士を接続することが可能となる。
【００２０】
また、本発明は樹脂部材の接続構造にも及ぶものであり、この樹脂部材の接続構造は、２以上の樹脂部材の重ね合わせ箇所がセルフピアスリベットにて接続されてなる樹脂部材の接続構造であって、前記２以上の樹脂部材の少なくとも１つの樹脂部材はその内部に繊維材が一方向に配向してなる一方向材であり、前記セルフピアスリベットは、その胴部に開口を有しており、２以上の前記樹脂部材の少なくとも一部同士を重ね合わせてなる重ね合わせ箇所において、前記セルフピアスリベットがその胴部の開口を繊維材の配向方向に向いた姿勢で、最下層の樹脂部材の内部に到達しているものである。
【００２１】
本発明の樹脂部材の接続構造によれば、セルフピアスリベットによって接続される１つもしくは複数の樹脂部材の繊維材が胴部の開口箇所では切断されていないことから、接続強度の高められたものとなっている。
【００２２】
既述するように、この胴部に設けられる開口は、筒状の胴部の１箇所に設けられている形態のほか、胴部の対角線上の２箇所に設けてある形態、さらには、筒状の胴部の対角線上の２箇所を一組として２組以上設けてある形態（たとえば、０度、９０度、１８０度、２７０度の位置）など、種々の形態がある。
【００２３】
また、積層される樹脂部材の全部が繊維材を具備した繊維強化樹脂材であって、かつ、全ての樹脂部材の繊維材の配向が同じ方向となるようにして積層される形態であってもよいし、樹脂部材の全部が繊維材を具備し、かつ、それぞれの樹脂部材の繊維材の配向が直交する方向となるようにして積層される形態であってもよい。前者の形態においては、１つの開口、もしくは対角線上の２箇所の開口を胴部に備えたセルフピアスリベットが適用されるのが好ましく、後者の形態においては、対角線上の２箇所を一組として相互に直交する２組で計４箇所の開口を胴部に備えたセルフピアスリベットが適用されるのが好適である。
【発明の効果】
【００２４】
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、胴部に少なくとも１箇所の開口を備えたセルフピアスリベットを使用し、接続される樹脂部材のうちの１以上のＵＤ材を構成する繊維材の配向方向に胴部の開口が向けられた姿勢で打ち込まれていることにより、セルフピアスリベットの打ち込みに当たって一方向繊維材の切断される量が従来の接続方法や接続構造に比して格段に低減され、もって接続強度（曲げ強度や引張強度など）に優れた樹脂部材の接続構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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矢視図であり、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ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ている状態を説明した図である。
【図３】リベットダイスの側方に装備されたヒータにて加熱されたリベットダイスを介して下方の樹脂部材が溶融され、リベットが打ち込まれている状態を説明した図である。
【図４】図３のIV−IV矢視図であって、胴部の開口を樹脂部材の一方向繊維材が貫通している状態を示した模式図である。
【図５】リベットが完全に打ち込まれ、下方の樹脂部材が硬化して２つの樹脂部材が接続されてなる樹脂部材の接続構造を示した図である。
【図６】リベットの他の実施の形態を樹脂部材とともに示した模式図である。
【図７】リベットのさらに他の実施の形態を樹脂部材とともに示した図である。
【図８】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９】本発明の樹脂部材の接続構造（実施例）と従来の樹脂部材の接続構造（比較例）それぞれの曲げ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】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の樹脂部材の接続方法、およびこの方法で形成された樹脂部材の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および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。
【００２７】
（樹脂部材の接続方法と接続構造の実施の形態１）
図１〜５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おり、図５はさらに樹脂部材の接続構造の実施の形態１を示すものである。より具体的には、図１ａ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１ｂは図１ａのｂ−ｂ矢視図であり、図１ｃは図１ａのｃ−ｃ矢視図である。また、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ている状態を説明した図であり、図３はリベットダイスの側方に装備されたヒータにて加熱されたリベットダイスを介して下方の樹脂部材が溶融され、リベットが打ち込まれている状態を説明した図であり、図４は図３のIV−IV矢視図であって、胴部の開口を樹脂部材の一方向繊維材が貫通している状態を示した模式図である。さらに、図５はリベットが完全に打ち込まれ、下方の樹脂部材が硬化して２つの樹脂部材が接続されてなる樹脂部材の接続構造の実施の形態１を示した図である。
【００２８】
以下、本発明の樹脂部材の接続方法を適用して上下２つの樹脂部材（ともに、一方向の連続繊維が含有されたＵＤ材）同士を接続する方法を説明する。
【００２９】
図１ａで示すように、不図示の２つの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。
【００３０】
リベット４はアルミニウムやその合金、鋼などから形成されるものであり、パンチ２で直接押圧される端面４ｂとこれに一体となっている筒状の胴部４ａ（ピアス）からなり、図１ｂで示すように胴部４ａにはその対角線上の２箇所に開口４ｃが開設されている。
【００３１】
また、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。
【００３２】
リベットダイス３は、図１ｃで示すようにその平面視が円形であり、載置面３ａにはリング状の凹溝３ｂが形成されており、さらにその周囲にヒータ４が装備されていて、このヒータ４からの伝熱によってリベットダイス３が加熱され、リベットダイス３を介して載置された樹脂部材を溶融できるようになっている。
【００３３】
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、繊維長が５０ｍｍ以上の長さを有する連続繊維を含有するＵＤ材（一方向材）からなる上方の樹脂部材６と、同様に連続繊維を含有するＵＤ材からなる下方の樹脂部材５の重ね合わせ箇所を位置決めし、上方の樹脂部材６上にシリンダ１をセットする。ここで、図４を参照して後述するように、胴部４ａに設けられた対角線上の２箇所の開口４ｃが樹脂部材５，６の一方向連続繊維５ｂ，６ｂの配向方向に向かう姿勢で、リベット４が上方の樹脂部材６上に位置決めされる。
【００３４】
ここで、上方の樹脂部材６と下方の樹脂部材５はともに、それらのマトリックス樹脂６ａ，５ａが熱可塑性樹脂からなり、たとえば、分子鎖が規則正しく配列された結晶領域の量の比率が高く、結晶化度の高い結晶性プラスチックである、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）や、結晶化度が極めて低いか、結晶化状態にならない非結晶性プラスチックである、ポリスチレン（ＰＳ）やポリ塩化ビニル（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うちのいずれか一種を使用することができる。なお、双方のマトリックス樹脂５ａ，６ａは同素材のものであっても異なる素材のものであってもよいが、界面における接着性や熱変形量等の観点から同素材のものを適用するのが好ましい。
【００３５】
また、熱可塑性樹脂５ａ，６ａ内に含有される連続繊維５ｂ，６ｂ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種以上の混合材を挙げることができる。
【００３６】
図３で示すように、ヒータ３ｃを稼動させてリベットダイス３を加熱し、リベットダイス３を介して下方の樹脂部材５を溶融させた状態で、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の胴部４ａが上方の樹脂部材６に打ち込まれてこれを貫通し、さらに溶融状態の下方の樹脂部材５に胴部４ａの先端が入り込むことになる。
【００３７】
そして、この胴部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を受けて外側に塑性変形して開き、さらに溶融した下方の樹脂部材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塑性変形して開くことになる。このようにリベット４の打ち込み過程で胴部４ａが外側へ変位するのは、胴部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胴部４ａの内側で上方凸をなしていることなどの種々の要素によるものである。
【００３８】
そして、このリベット４の打ち込み過程では、図４で示すように、胴部４ａに設けられた対角線上の２箇所の開口４ｃにおいては、樹脂部材５，６の一方向連続繊維５ｂ，６ｂが切断されることがない。すなわち、従来の筒状で開口を具備しないリベットの打ち込みに比して切断される繊維材の量は格段に低減されることになる。
【００３９】
リベット４の端面４ｂが上方の樹脂部材６の上面と面一となるまでリベット４を打ち込み、次いで溶融状態の下方の樹脂部材５を硬化させることにより、上方の樹脂部材６と下方の樹脂部材５の重ね合わせ箇所が接続され、樹脂部材の接続構造１０（接続構造の実施の形態１）が形成される。
【００４０】
図５で示すように、リベット４の胴部４ａは載置台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と下方の樹脂部材５と胴部４ａの間の摩擦力によって双方の樹脂部材５，６を強固に接続することができる。
【００４１】
（樹脂部材の接続構造の実施の形態２）
図６は、リベットの他の実施の形態を樹脂部材とともに示した模式図であって、さらに樹脂部材の接続構造の実施の形態２を示す図である。
【００４２】
同図で示すリベット４Ａは、その胴部４ａ’に１つの開口４ｃを備えたものである。そして、接続される上方および下方の樹脂部材６Ａ，５Ａは、それぞれのマトリックス樹脂６ａ，５ａ内に繊維長が５０ｍｍ未満の長繊維６ｂ’、５ｂ’がそれぞれ一方向に配向された部材である。
【００４３】
双方の樹脂部材５Ａ，６Ａが連続繊維でなく、それよりも長さの短い長繊維５ｂ’、６ｂ’を有していることにより、リベット４Ａがその胴部４ａ’に開口４ｃを１つしか具備していなくとも、胴部４ａ’による一方向繊維材の切断が効果的に抑制された樹脂部材の接続構造１０Ａが形成される。
【００４４】
（樹脂部材の接続構造の実施の形態３）
図７は、リベットのさらに他の実施の形態を樹脂部材とともに示した模式図であって、さらに樹脂部材の接続構造の実施の形態３を示す図である。
【００４５】
同図で示すリベット４Ｂは、その胴部４ａ”に４つの開口４ｃを備えたものであり、より具体的には、胴部４ａ”の０度、９０度、１８０度、２７０度の位置にそれぞれ開口４ｃが開設されている。これらの開口４ｃは、０度、１８０度の双方の開口４ｃで対角線上に位置する１組の開口をなし、９０度、２７０度の双方の開口４ｃで対角線上に位置する別途の１組の開口をなしている。
【００４６】
そして、接続される上方および下方の樹脂部材６，５Ｂは、それぞれのマトリックス樹脂６ａ，５ａ内に連続繊維６ｂ、５ｂ”がそれぞれ一方向に配向された部材であるが、双方の連続繊維６ｂ、５ｂ”の配向方向が直交する関係にある。
【００４７】
このように双方の樹脂部材６，５Ｂの連続繊維６ｂ、５ｂ”の配向方向が直交する関係にある場合であっても、リベット４Ｂの胴部４ａ”に相互に９０度間隔で位置する４つの開口４ｃが具備されていることによって、図示例においては、９０度と２７０度の双方の開口４ｃが連続繊維６ｂの切断を抑制し、０度と１８０度の双方の開口４ｃが連続繊維５ｂ”の切断を抑制することができる。
【００４８】
（実施例）
図８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つの樹脂部材が接続された状態を示す模式図である。
【００４９】
図示する実施例は、車両ボディーを２枚のＵＤ材である上方の樹脂部材６Ｃと下方の樹脂部材５Ｃ、およびこれらの間に介在する補強部材７から構成されるものであり、上方の樹脂部材６Ｃと下方の樹脂部材５Ｃ同士、および上方の樹脂部材６Ｃと補強部材７同士が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。
【００５０】
ここで、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、リベットダイス温度に関しては、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。
【００５１】
図示する車両ボディーは、軽量かつ高強度の２枚のＵＤ材が接続されて構成されている。
そして、ＵＤ材同士の接続にセルフピアスリベット接続を適用しながらも、接続されるＵＤ材の一方向連続繊維のリベットによる切断量が極めて少ないことから、高い曲げ強度や引張強度等を有する接続構造を有した軽量かつ高強度の車両ボディーとなっている。
【００５２】
[本発明の樹脂部材の接続構造（実施例）と従来の樹脂部材の接続構造（比較例）それぞれの曲げ強度を測定した実験とその結果]
本発明者等は、２枚のＵＤ材（炭素繊維からなる連続繊維とＰＡ６をマトリックス樹脂とする）からなり、本発明の接続構造を有する試験片（実施例）と、同様に２枚のＵＤ材を従来の胴部に開口を具備しないリベットを使用して接続した接続構造を有する試験片（比較例）を用意し、それぞれを２点で支持し、支持点の中央位置で上方から押圧する３点曲げ試験をおこない、その際の各試験片の接続構造における曲げ強度を測定した。ここで、実施例の試験片においては、使用されるリベットとして、胴部の外径が5mm、リベット全体の高さが7mm、対角線位置の２箇所に開口を有し、開口の幅が1.6mmのものを使用している。本実験の測定結果を図９に示す。
【００５３】
同図より、比較例の曲げ強度が640MPaであるのに対して実施例の曲げ強度は800MPaと、曲げ強度が２５％も向上することが実証されている。これは、実施例の試験片においては、リベットの胴部に開設された開口によって切断される連続繊維の量が比較例に比して格段に少なくなり、そのために接続構造の曲げ強度が高められていることが理由である。
【００５４】
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】
【００５５】
１…シリンダ、２…パンチ、３…リベットダイス、３ａ…載置面、３ｂ…凹溝、３ｃ…ヒータ、４，４Ａ，４Ｂ…リベット（セルフピアスリベット）、４ａ，４ａ’、４ａ”…胴部（ピアス）、４ｂ…端面、４ｃ、４ｃ’…開口、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…下方の樹脂部材（ＵＤ材）、５ａ…マトリックス樹脂、５ｂ、５ｂ”…繊維材（連続繊維）、５ｂ’…繊維材（長繊維）、６，６Ａ，６Ｃ…上方の樹脂部材（ＵＤ材）、６ａ…マトリックス樹脂、６ｂ…繊維材（連続繊維）、６ｂ’…繊維材（長繊維）、７…補強部材、１０，１０Ａ，１０Ｂ…樹脂部材の接続構造
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２以上の樹脂部材のうち、少なくとも１つの樹脂部材がその内部に繊維材が一方向に配向してなる一方向材である樹脂部材同士をセルフピアスリベットを適用して接続する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樹脂材（ＦＲＰ）は、軽量かつ高強度であることから、自動車産業や建設産業、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、繊維強化樹脂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のピアスの先端を外側に塑性変形にて広げ、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も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繊維強化樹脂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つの繊維強化樹脂材の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、リベットを上方の繊維強化樹脂材を貫通させて下方の繊維強化樹脂材内にその先端を留まらせるものである。
【０００８】
しかし、このように被接続部材の少なくとも一方が繊維強化樹脂材である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場合であって、繊維強化樹脂材が長繊維や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）からなる場合においては、リベットの筒状胴部の先端の突き刺さりによって繊維材が切断されてしまい、ＵＤ材の引張強度や曲げ強度が大きく低下する要因となってしまう。
【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以上の樹脂部材の少なくとも１つの樹脂部材はその内部に繊維材が一方向に配向してなる一方向材である、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し、セルフピアスリベットにて接続する場合であっても、リベット胴部による一方向繊維材の切断量を従来の接続方法や接続構造に比して格段に少なくすることができ、もって高い接続強度を有する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、前記２以上の樹脂部材の少なくとも１つの樹脂部材はその内部に繊維材が一方向に配向してなる一方向材であり、かつ、その胴部に開口を有するセルフピアスリベットを用意する第１のステップ、２以上の前記樹脂部材の少なくとも一部同士を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に前記セルフピアスリベットをその胴部の開口が繊維材の配向する方向に向くように位置決めした後に該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２のステップからなるものである。
【００１２】
本発明の樹脂部材の接続方法は、２以上の樹脂部材の少なくとも１つの樹脂部材が一方向材（ＵＤ材）である樹脂部材同士をセルフピアスリベットを用いて接続するに当たり、従来構造のセルフピアスリベットに改良を加え、筒状の胴部（リベット）に開口が設けられたセルフピアスリベットを使用してこの開口をＵＤ材を構成する繊維材の配向方向に向くように位置決めしてこれを打ち込むものであり、この方法によって、セルフピアスリベットの打ち込みの際に切断される繊維材の量を従来の接続方法に比して格段に低減できるものである。
【００１３】
ここで、「２以上の樹脂部材」とは、接続される樹脂部材が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。また、「少なくとも１つの樹脂部材はその内部に繊維材が一方向に配向してなる一方向材である」とは、接続される樹脂部材がたとえば２つの場合において、双方の樹脂部材がＵＤ材である形態や、いずれか一方がＵＤ材（繊維強化樹脂材）であって他方は繊維材を具備しない樹脂部材からなる形態を含む意味である。さらに、接続される樹脂部材の用途としては、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。
【００１４】
また、一方向材を構成する繊維は、繊維長が５０ｍｍ未満の長繊維や、５０ｍｍ以上の連続繊維を対象としている。
【００１５】
たとえば、ＵＤ材が連続繊維に比して長さの短い長繊維を含む部材の場合には、胴部に一つの開口があるセルフピアスリベットを使用し、この開口を長繊維の配向する方向に向くようにセルフピアスリベットを位置決めしてこれを打ち込むことにより、開口箇所においては長繊維の切断が回避され、全体として長繊維の切断量を低減することができる。
【００１６】
また、たとえばＵＤ材が連続繊維を有する場合には、胴部の対角線上の２箇所に開口が設けられたセルフピアスリベットを使用し、それぞれの開口を連続繊維の配向方向に向かうように位置決めして打ち込むことにより、対角線上の２つの開口で連続繊維の切断を回避することができる。
【００１７】
さらに、たとえば２つの樹脂部材の双方がともにＵＤ材であり、そのＵＤ方向が直交する方向である場合には、筒状の胴部の対角線上の２箇所を一組として、胴部の０度と１８０度の位置に一組の開口を設け、胴部の９０度と２７０度の位置に別途の一組の開口を設けたセルフピアスリベットを使用してこれを打ち込むことにより、双方のＵＤ材を構成するそれぞれの繊維材のいずれも二組の開口箇所において切断することなく、双方のＵＤ材を接続することが可能となる。
【００１８】
樹脂部材を構成するマトリックス樹脂は熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のいずれであってもよいが、たとえば熱可塑性樹脂からなる樹脂部材同士を接続する場合には、セルフピアスリベットを打ち込むに当たって樹脂部材の重ね合わせ箇所を載置するリベットダイスを加熱し、載置された樹脂部材を軟化させた状態でセルフピアスリベットを打ち込むことができる。ここで、打ち込みの際にセルフピアスリベットを所望形状に塑性変形させるべく、リベットダイスの載置面には所定形状の凹溝を設けておくのがよく、塑性変形されたセルフピアスリベットは、樹脂部材を貫通する過程で、軟化した樹脂部材の重ね合わせ箇所とともに凹溝内に案内されるようにして所望の形状に広がりながら、最下層の樹脂部材の内部に到達することができる。
【００１９】
このように、本発明の樹脂部材の接続方法では、使用されるセルフピアスリベットに簡易な改良を加え、その胴部に少なくとも１つの開口を設けておき、この開口を接続される一つもしくは全部の樹脂部材（ＵＤ材）の繊維材の配向方向に向けて位置決めした後にこれを打ち込むことにより、セルフピアスリベット打ち込みの際の繊維材切断量を格段に低減することができ、もって高い接続強度で樹脂部材同士を接続することが可能となる。
【００２０】
また、本発明は樹脂部材の接続構造にも及ぶものであり、この樹脂部材の接続構造は、２以上の樹脂部材の重ね合わせ箇所がセルフピアスリベットにて接続されてなる樹脂部材の接続構造であって、前記２以上の樹脂部材の少なくとも１つの樹脂部材はその内部に繊維材が一方向に配向してなる一方向材であり、前記セルフピアスリベットは、その胴部に開口を有しており、２以上の前記樹脂部材の少なくとも一部同士を重ね合わせてなる重ね合わせ箇所において、前記セルフピアスリベットがその胴部の開口を繊維材の配向方向に向いた姿勢で、最下層の樹脂部材の内部に到達しているものである。
【００２１】
本発明の樹脂部材の接続構造によれば、セルフピアスリベットによって接続される１つもしくは複数の樹脂部材の繊維材が胴部の開口箇所では切断されていないことから、接続強度の高められたものとなっている。
【００２２】
既述するように、この胴部に設けられる開口は、筒状の胴部の１箇所に設けられている形態のほか、胴部の対角線上の２箇所に設けてある形態、さらには、筒状の胴部の対角線上の２箇所を一組として２組以上設けてある形態（たとえば、０度、９０度、１８０度、２７０度の位置）など、種々の形態がある。
【００２３】
また、積層される樹脂部材の全部が繊維材を具備した繊維強化樹脂材であって、かつ、全ての樹脂部材の繊維材の配向が同じ方向となるようにして積層される形態であってもよいし、樹脂部材の全部が繊維材を具備し、かつ、それぞれの樹脂部材の繊維材の配向が直交する方向となるようにして積層される形態であってもよい。前者の形態においては、１つの開口、もしくは対角線上の２箇所の開口を胴部に備えたセルフピアスリベットが適用されるのが好ましく、後者の形態においては、対角線上の２箇所を一組として相互に直交する２組で計４箇所の開口を胴部に備えたセルフピアスリベットが適用されるのが好適である。
【発明の効果】
【００２４】
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、胴部に少なくとも１箇所の開口を備えたセルフピアスリベットを使用し、接続される樹脂部材のうちの１以上のＵＤ材を構成する繊維材の配向方向に胴部の開口が向けられた姿勢で打ち込まれていることにより、セルフピアスリベットの打ち込みに当たって一方向繊維材の切断される量が従来の接続方法や接続構造に比して格段に低減され、もって接続強度（曲げ強度や引張強度など）に優れた樹脂部材の接続構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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矢視図であり、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ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ている状態を説明した図である。
【図３】リベットダイスの側方に装備されたヒータにて加熱されたリベットダイスを介して下方の樹脂部材が溶融され、リベットが打ち込まれている状態を説明した図である。
【図４】図３のIV−IV矢視図であって、胴部の開口を樹脂部材の一方向繊維材が貫通している状態を示した模式図である。
【図５】リベットが完全に打ち込まれ、下方の樹脂部材が硬化して２つの樹脂部材が接続されてなる樹脂部材の接続構造を示した図である。
【図６】リベットの他の実施の形態を樹脂部材とともに示した模式図である。
【図７】リベットのさらに他の実施の形態を樹脂部材とともに示した図である。
【図８】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９】本発明の樹脂部材の接続構造（実施例）と従来の樹脂部材の接続構造（比較例）それぞれの曲げ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】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の樹脂部材の接続方法、およびこの方法で形成された樹脂部材の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および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。
【００２７】
（樹脂部材の接続方法と接続構造の実施の形態１）
図１〜５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おり、図５はさらに樹脂部材の接続構造の実施の形態１を示すものである。より具体的には、図１ａ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１ｂは図１ａのｂ−ｂ矢視図であり、図１ｃは図１ａのｃ−ｃ矢視図である。また、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ている状態を説明した図であり、図３はリベットダイスの側方に装備されたヒータにて加熱されたリベットダイスを介して下方の樹脂部材が溶融され、リベットが打ち込まれている状態を説明した図であり、図４は図３のIV−IV矢視図であって、胴部の開口を樹脂部材の一方向繊維材が貫通している状態を示した模式図である。さらに、図５はリベットが完全に打ち込まれ、下方の樹脂部材が硬化して２つの樹脂部材が接続されてなる樹脂部材の接続構造の実施の形態１を示した図である。
【００２８】
以下、本発明の樹脂部材の接続方法を適用して上下２つの樹脂部材（ともに、一方向の連続繊維が含有されたＵＤ材）同士を接続する方法を説明する。
【００２９】
図１ａで示すように、不図示の２つの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。
【００３０】
リベット４はアルミニウムやその合金、鋼などから形成されるものであり、パンチ２で直接押圧される端面４ｂとこれに一体となっている筒状の胴部４ａ（ピアス）からなり、図１ｂで示すように胴部４ａにはその対角線上の２箇所に開口４ｃが開設されている。
【００３１】
また、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。
【００３２】
リベットダイス３は、図１ｃで示すようにその平面視が円形であり、載置面３ａにはリング状の凹溝３ｂが形成されており、さらにその周囲にヒータ４が装備されていて、このヒータ４からの伝熱によってリベットダイス３が加熱され、リベットダイス３を介して載置された樹脂部材を溶融できるようになっている。
【００３３】
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、繊維長が５０ｍｍ以上の長さを有する連続繊維を含有するＵＤ材（一方向材）からなる上方の樹脂部材６と、同様に連続繊維を含有するＵＤ材からなる下方の樹脂部材５の重ね合わせ箇所を位置決めし、上方の樹脂部材６上にシリンダ１をセットする。ここで、図４を参照して後述するように、胴部４ａに設けられた対角線上の２箇所の開口４ｃが樹脂部材５，６の一方向連続繊維５ｂ，６ｂの配向方向に向かう姿勢で、リベット４が上方の樹脂部材６上に位置決めされる。
【００３４】
ここで、上方の樹脂部材６と下方の樹脂部材５はともに、それらのマトリックス樹脂６ａ，５ａが熱可塑性樹脂からなり、たとえば、分子鎖が規則正しく配列された結晶領域の量の比率が高く、結晶化度の高い結晶性プラスチックである、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）や、結晶化度が極めて低いか、結晶化状態にならない非結晶性プラスチックである、ポリスチレン（ＰＳ）やポリ塩化ビニル（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うちのいずれか一種を使用することができる。なお、双方のマトリックス樹脂５ａ，６ａは同素材のものであっても異なる素材のものであってもよいが、界面における接着性や熱変形量等の観点から同素材のものを適用するのが好ましい。
【００３５】
また、熱可塑性樹脂５ａ，６ａ内に含有される連続繊維５ｂ，６ｂ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種以上の混合材を挙げることができる。
【００３６】
図３で示すように、ヒータ３ｃを稼動させてリベットダイス３を加熱し、リベットダイス３を介して下方の樹脂部材５を溶融させた状態で、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の胴部４ａが上方の樹脂部材６に打ち込まれてこれを貫通し、さらに溶融状態の下方の樹脂部材５に胴部４ａの先端が入り込むことになる。
【００３７】
そして、この胴部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を受けて外側に塑性変形して開き、さらに溶融した下方の樹脂部材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塑性変形して開くことになる。このようにリベット４の打ち込み過程で胴部４ａが外側へ変位するのは、胴部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胴部４ａの内側で上方凸をなしていることなどの種々の要素によるものである。
【００３８】
そして、このリベット４の打ち込み過程では、図４で示すように、胴部４ａに設けられた対角線上の２箇所の開口４ｃにおいては、樹脂部材５，６の一方向連続繊維５ｂ，６ｂが切断されることがない。すなわち、従来の筒状で開口を具備しないリベットの打ち込みに比して切断される繊維材の量は格段に低減されることになる。
【００３９】
リベット４の端面４ｂが上方の樹脂部材６の上面と面一となるまでリベット４を打ち込み、次いで溶融状態の下方の樹脂部材５を硬化させることにより、上方の樹脂部材６と下方の樹脂部材５の重ね合わせ箇所が接続され、樹脂部材の接続構造１０（接続構造の実施の形態１）が形成される。
【００４０】
図５で示すように、リベット４の胴部４ａは載置台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と下方の樹脂部材５と胴部４ａの間の摩擦力によって双方の樹脂部材５，６を強固に接続することができる。
【００４１】
（樹脂部材の接続構造の実施の形態２）
図６は、リベットの他の実施の形態を樹脂部材とともに示した模式図であって、さらに樹脂部材の接続構造の実施の形態２を示す図である。
【００４２】
同図で示すリベット４Ａは、その胴部４ａ’に１つの開口４ｃを備えたものである。そして、接続される上方および下方の樹脂部材６Ａ，５Ａは、それぞれのマトリックス樹脂６ａ，５ａ内に繊維長が５０ｍｍ未満の長繊維６ｂ’、５ｂ’がそれぞれ一方向に配向された部材である。
【００４３】
双方の樹脂部材５Ａ，６Ａが連続繊維でなく、それよりも長さの短い長繊維５ｂ’、６ｂ’を有していることにより、リベット４Ａがその胴部４ａ’に開口４ｃを１つしか具備していなくとも、胴部４ａ’による一方向繊維材の切断が効果的に抑制された樹脂部材の接続構造１０Ａが形成される。
【００４４】
（樹脂部材の接続構造の実施の形態３）
図７は、リベットのさらに他の実施の形態を樹脂部材とともに示した模式図であって、さらに樹脂部材の接続構造の実施の形態３を示す図である。
【００４５】
同図で示すリベット４Ｂは、その胴部４ａ”に４つの開口４ｃを備えたものであり、より具体的には、胴部４ａ”の０度、９０度、１８０度、２７０度の位置にそれぞれ開口４ｃが開設されている。これらの開口４ｃは、０度、１８０度の双方の開口４ｃで対角線上に位置する１組の開口をなし、９０度、２７０度の双方の開口４ｃで対角線上に位置する別途の１組の開口をなしている。
【００４６】
そして、接続される上方および下方の樹脂部材６，５Ｂは、それぞれのマトリックス樹脂６ａ，５ａ内に連続繊維６ｂ、５ｂ”がそれぞれ一方向に配向された部材であるが、双方の連続繊維６ｂ、５ｂ”の配向方向が直交する関係にある。
【００４７】
このように双方の樹脂部材６，５Ｂの連続繊維６ｂ、５ｂ”の配向方向が直交する関係にある場合であっても、リベット４Ｂの胴部４ａ”に相互に９０度間隔で位置する４つの開口４ｃが具備されていることによって、図示例においては、９０度と２７０度の双方の開口４ｃが連続繊維６ｂの切断を抑制し、０度と１８０度の双方の開口４ｃが連続繊維５ｂ”の切断を抑制することができる。
【００４８】
（実施例）
図８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つの樹脂部材が接続された状態を示す模式図である。
【００４９】
図示する実施例は、車両ボディーを２枚のＵＤ材である上方の樹脂部材６Ｃと下方の樹脂部材５Ｃ、およびこれらの間に介在する補強部材７から構成されるものであり、上方の樹脂部材６Ｃと下方の樹脂部材５Ｃ同士、および上方の樹脂部材６Ｃと補強部材７同士が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。
【００５０】
ここで、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、リベットダイス温度に関しては、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。
【００５１】
図示する車両ボディーは、軽量かつ高強度の２枚のＵＤ材が接続されて構成されている。
そして、ＵＤ材同士の接続にセルフピアスリベット接続を適用しながらも、接続されるＵＤ材の一方向連続繊維のリベットによる切断量が極めて少ないことから、高い曲げ強度や引張強度等を有する接続構造を有した軽量かつ高強度の車両ボディーとなっている。
【００５２】
[本発明の樹脂部材の接続構造（実施例）と従来の樹脂部材の接続構造（比較例）それぞれの曲げ強度を測定した実験とその結果]
本発明者等は、２枚のＵＤ材（炭素繊維からなる連続繊維とＰＡ６をマトリックス樹脂とする）からなり、本発明の接続構造を有する試験片（実施例）と、同様に２枚のＵＤ材を従来の胴部に開口を具備しないリベットを使用して接続した接続構造を有する試験片（比較例）を用意し、それぞれを２点で支持し、支持点の中央位置で上方から押圧する３点曲げ試験をおこない、その際の各試験片の接続構造における曲げ強度を測定した。ここで、実施例の試験片においては、使用されるリベットとして、胴部の外径が5mm、リベット全体の高さが7mm、対角線位置の２箇所に開口を有し、開口の幅が1.6mmのものを使用している。本実験の測定結果を図９に示す。
【００５３】
同図より、比較例の曲げ強度が640MPaであるのに対して実施例の曲げ強度は800MPaと、曲げ強度が２５％も向上することが実証されている。これは、実施例の試験片においては、リベットの胴部に開設された開口によって切断される連続繊維の量が比較例に比して格段に少なくなり、そのために接続構造の曲げ強度が高められていることが理由である。
【００５４】
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】
【００５５】
１…シリンダ、２…パンチ、３…リベットダイス、３ａ…載置面、３ｂ…凹溝、３ｃ…ヒータ、４，４Ａ，４Ｂ…リベット（セルフピアスリベット）、４ａ，４ａ’、４ａ”…胴部（ピアス）、４ｂ…端面、４ｃ、４ｃ’…開口、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…下方の樹脂部材（ＵＤ材）、５ａ…マトリックス樹脂、５ｂ、５ｂ”…繊維材（連続繊維）、５ｂ’…繊維材（長繊維）、６，６Ａ，６Ｃ…上方の樹脂部材（ＵＤ材）、６ａ…マトリックス樹脂、６ｂ…繊維材（連続繊維）、６ｂ’…繊維材（長繊維）、７…補強部材、１０，１０Ａ，１０Ｂ…樹脂部材の接続構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の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、
前記２以上の樹脂部材の少なくとも１つの樹脂部材はその内部に繊維材が一方向に配向してなる一方向材であり、かつ、その胴部に開口を有するセルフピアスリベットを用意する第１のステップ、
２以上の前記樹脂部材の少なくとも一部同士を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に前記セルフピアスリベットをその胴部の開口が繊維材の配向する方向に向くように位置決めした後に該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２のステップからなる樹脂部材の接続方法。
【請求項２】
前記開口は、筒状の胴部の対角線上の２箇所に設けてある請求項１に記載の樹脂部材の接続方法。
【請求項３】
前記開口は、筒状の胴部の対角線上の２箇所を一組として、２組以上設けてある請求項１に記載の樹脂部材の接続方法。
【請求項４】
前記樹脂部材の全部が繊維材を具備し、かつ、全ての樹脂部材の繊維材の配向が同じ方向となるようにして積層される請求項１または２に記載の樹脂部材の接続方法。
【請求項５】
前記樹脂部材の全部が繊維材を具備し、かつ、それぞれの樹脂部材の繊維材の配向が直交する方向となるようにして積層される請求項１または３に記載の樹脂部材の接続方法。
【請求項６】
２以上の樹脂部材の重ね合わせ箇所がセルフピアスリベットにて接続されてなる樹脂部材の接続構造であって、
前記２以上の樹脂部材の少なくとも１つの樹脂部材はその内部に繊維材が一方向に配向してなる一方向材であり、
前記セルフピアスリベットは、その胴部に開口を有しており、
２以上の前記樹脂部材の少なくとも一部同士を重ね合わせてなる重ね合わせ箇所において、前記セルフピアスリベットがその胴部の開口を繊維材の配向方向に向いた姿勢で、最下層の樹脂部材の内部に到達している樹脂部材の接続構造。
【請求項７】
前記開口は、筒状の胴部の対角線上の２箇所に設けてある請求項６に記載の樹脂部材の接続構造。
【請求項８】
前記開口は、筒状の胴部の対角線上の２箇所を一組として、２組以上設けてある請求項６に記載の樹脂部材の接続構造。
【請求項９】
前記樹脂部材の全部が繊維材を具備し、かつ、全ての樹脂部材の繊維材の配向が同じ方向となるようにして積層される請求項６または７に記載の樹脂部材の接続構造。
【請求項１０】
前記樹脂部材の全部が繊維材を具備し、かつ、それぞれの樹脂部材の繊維材の配向が直交する方向となるようにして積層される請求項６または８に記載の樹脂部材の接続構造。
【請求項１】
２以上の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、
前記２以上の樹脂部材の少なくとも１つの樹脂部材はその内部に繊維材が一方向に配向してなる一方向材であり、かつ、その胴部に開口を有するセルフピアスリベットを用意する第１のステップ、
２以上の前記樹脂部材の少なくとも一部同士を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に前記セルフピアスリベットをその胴部の開口が繊維材の配向する方向に向くように位置決めした後に該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２のステップからなる樹脂部材の接続方法。
【請求項２】
前記開口は、筒状の胴部の対角線上の２箇所に設けてある請求項１に記載の樹脂部材の接続方法。
【請求項３】
前記開口は、筒状の胴部の対角線上の２箇所を一組として、２組以上設けてある請求項１に記載の樹脂部材の接続方法。
【請求項４】
前記樹脂部材の全部が繊維材を具備し、かつ、全ての樹脂部材の繊維材の配向が同じ方向となるようにして積層される請求項１または２に記載の樹脂部材の接続方法。
【請求項５】
前記樹脂部材の全部が繊維材を具備し、かつ、それぞれの樹脂部材の繊維材の配向が直交する方向となるようにして積層される請求項１または３に記載の樹脂部材の接続方法。
【請求項６】
２以上の樹脂部材の重ね合わせ箇所がセルフピアスリベットにて接続されてなる樹脂部材の接続構造であって、
前記２以上の樹脂部材の少なくとも１つの樹脂部材はその内部に繊維材が一方向に配向してなる一方向材であり、
前記セルフピアスリベットは、その胴部に開口を有しており、
２以上の前記樹脂部材の少なくとも一部同士を重ね合わせてなる重ね合わせ箇所において、前記セルフピアスリベットがその胴部の開口を繊維材の配向方向に向いた姿勢で、最下層の樹脂部材の内部に到達している樹脂部材の接続構造。
【請求項７】
前記開口は、筒状の胴部の対角線上の２箇所に設けてある請求項６に記載の樹脂部材の接続構造。
【請求項８】
前記開口は、筒状の胴部の対角線上の２箇所を一組として、２組以上設けてある請求項６に記載の樹脂部材の接続構造。
【請求項９】
前記樹脂部材の全部が繊維材を具備し、かつ、全ての樹脂部材の繊維材の配向が同じ方向となるようにして積層される請求項６または７に記載の樹脂部材の接続構造。
【請求項１０】
前記樹脂部材の全部が繊維材を具備し、かつ、それぞれの樹脂部材の繊維材の配向が直交する方向となるようにして積層される請求項６または８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７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−３９６７２（Ｐ２０１３−３９６７２Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７５８４７（Ｐ２０１１−１７５８４７）
【出願日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【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２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【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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