(57)【要約】【課題】一方向基材の強度低下を抑制する。【解決手段】異種部材の締結構造は、金属部材４と、繊維の延在方向を一方向に偏らせて配列したＦＲＰを積層し、ＦＲＰ側から金属部材側に向かって、リベット１の頭部２に荷重を加えることで、シャンク部３の先端側を広げて、金属部材とＦＲＰを締結する異種部材の締結構造であって、リベットのシャンク部は、一方向（矢印ｂ）に、一方向および頭部の中心軸方向（矢印ａ）のそれぞれに垂直な方向（矢印ｃ）よりも、長く延在する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材と、繊維の延在方向を一方向に偏らせて配列した繊維強化プラスチックとを積層し、該繊維強化プラスチック側から該金属部材側に向かって、リベットの頭部に荷重を加えることで、シャンク部の先端側を広げて、該金属部材と該繊維強化プラスチックを締結する異種部材の締結構造であって、
前記リベットの前記シャンク部は、前記一方向および前記頭部の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向よりも、該一方向に長く延在することを特徴とする異種部材の締結構造。
【請求項２】
前記繊維強化プラスチックは、前記一方向および前記頭部の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向よりも、該一方向に長く延在する孔であって、前記シャンク部が挿通される挿通孔を有することを特徴とする請求項１に記載の異種部材の締結構造。
【請求項３】
前記シャンク部は、前記先端側が前記一方向および前記頭部の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向に離隔して２つに分離していることを特徴とする請求項１または２に記載の異種部材の締結構造。
【請求項４】
金属部材と、繊維の延在方向を一方向に偏らせて配列した繊維強化プラスチックとを、リベットで締結する異種部材の締結方法であって、
前記リベットの頭部から該頭部の中心軸方向に突出し、該中心軸方向に垂直な面内において、長手方向と該長手方向よりも短い短手方向を有するシャンク部の先端を、該長手方向を前記一方向に沿わせた状態で、前記繊維強化プラスチック側から前記金属部材側に向かって、該頭部に荷重を加えることで、該シャンク部の先端側を広げて、該金属部材と該繊維強化プラスチックを締結することを特徴とする異種部材の締結方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材と、繊維強化プラスチックとを締結する異種部材の締結構造および異種部材の締結方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）は、軽量かつ高強度であることから、自動車をはじめとした様々な装置の部材の素材として利用が拡大している。また、ＦＲＰの一種であって、プラスチック中の繊維の向きを一方向に偏らせて配向させた一方向基材（ＵＤ）が開発されている。一方向基材は、繊維の向きが一方向に偏っていることから、繊維の向きを一方向に偏らせていないＦＲＰに比べて、一方向の曲げ剛性が高められる。このようなＦＲＰの部材と、金属製の他の部材とを締結する場合、例えば、リベットによる締結が行われる。
【０００３】
特許文献１に記載のリベットは、締結対象の部材に穿孔するシャンク部が、２重構造をなす２つの胴部で構成され、それぞれの胴部の先端に山部と谷部が交互に形成された形状となっている。シャンク部は、締結対象に穿孔しながら、２つの胴部の先端の山部が放射状に広がって変形することで、リベットによるかしめ効果が高められるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−６８２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リベットによる締結では、上述した特許文献１に記載のように、締結対象には、シャンク部によって穿孔されることによる孔が形成されるか、予め、穿孔装置などでシャンク部を挿通する孔を形成しておく必要がある。上記の一方向基材においては、一方向に偏らせて繊維が配されるため、シャンク部による孔、または、シャンク部を挿通する孔の形状によっては、繊維の切断量が多くなってしまい、穴周りを起点として強度低下を招くおそれがある。この回避のため、通常ＵＤに加えてクロス材を積層構成に加えることで強度強化する方策が採られるが、クロス材はＵＤ材と比較して繊維軸方向の強度がＵＤ材よりも低い。このことから、同じ強度を持たせようとすれば余分のクロス材を配置する必要があり、軽量性の観点で望ましくない。
【０００６】
そこで、本発明は、一方向基材の強度低下を抑制することができる異種部材の締結構造および異種部材の締結方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の異種部材の締結構造は、金属部材と、繊維の延在方向を一方向に偏らせて配列した繊維強化プラスチックとを積層し、繊維強化プラスチック側から金属部材側に向かって、リベットの頭部に荷重を加えることで、シャンク部の先端側を広げて、金属部材と繊維強化プラスチックを締結する異種部材の締結構造であって、リベットのシャンク部は、一方向および頭部の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向よりも、一方向に長く延在することを特徴とする。
【０００８】
繊維強化プラスチックは、一方向および頭部の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向よりも、一方向に長く延在する孔であって、シャンク部が挿通される挿通孔を有してもよい。
【０００９】
シャンク部は、先端側が一方向および頭部の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向に離隔して２つに分離していてもよい。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の異種部材の締結方法は、金属部材と、繊維の延在方向を一方向に偏らせて配列した繊維強化プラスチックとを、リベットで締結する異種部材の締結方法であって、リベットの頭部から頭部の中心軸方向に突出し、中心軸方向に垂直な面内において、長手方向と長手方向よりも短い短手方向を有するシャンク部の先端を、長手方向を一方向に沿わせた状態で、繊維強化プラスチック側から金属部材側に向かって、頭部に荷重を加えることで、シャンク部の先端側を広げて、金属部材と繊維強化プラスチックを締結することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一方向基材の強度低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】リベットの外観図である。
【図２】金属部材とＦＲＰ（繊維強化プラスチック）の締結を説明するための説明図である。
【図３】比較例におけるＦＲＰを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１４】
図１は、リベット１の外観図であり、図１（ａ）には、リベット１の斜視図を示し、図１（ｂ）には、リベット１の側面図を示し、図１（ｃ）には、リベット１の正面図を示し、図１（ｄ）には、リベット１の底面図を示す。
【００１５】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、リベット１は、頭部２とシャンク部３を有する。頭部２は、上面２ａと下面２ｂが互いに平行であって、上面２ａから下面２ｂに向かって拡径する傾斜部２ｃを有する。
【００１６】
シャンク部３は、頭部２から頭部２の中心軸方向（図１（ａ）中、下側）に突出する。シャンク部３は、一端が頭部２に固定される筒部３ａと、筒部３ａの他端側に形成され筒部３ａから頭部２の反対側に突出する２つの鋭端部３ｂを有する。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、２つの鋭端部３ｂの境界には、鋭端部３ｂの先端側から頭部２に向かって切り込み３ｃが形成されており、切り込み３ｃの下端から、鋭端部３ｂの先端に向かって、２つの鋭端部３ｂが互いに離隔する先細り形状となっている。
【００１８】
また、図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、シャンク部３は、頭部２の中心軸方向（矢印ａ）に垂直な面内において、長手方向（矢印ｂ、一方向）と、長手方向よりも短い短手方向（矢印ｃ）を有する。ここで、長手方向および短手方向は、互いに垂直な方向であって、かつ、頭部２の中心軸方向（矢印ａ）に垂直である。
【００１９】
言い換えれば、シャンク部３は、一方向（矢印ｂ）、および、頭部２の中心軸方向（矢印ａ）のそれぞれに垂直な方向（矢印ｃ）よりも、一方向（矢印ｂ）に長く延在する。すなわち、シャンク部３においては、一方向（矢印ｂ）、および、頭部２の中心軸方向（矢印ａ）のそれぞれに垂直な方向（矢印ｃ）の長さよりも、一方向（矢印ｂ）の長さの方が長い。
【００２０】
また、上記の鋭端部３ｂ（シャンク部３）は、先端側が一方向（矢印ｂ）および頭部２の中心軸方向（矢印ａ）のそれぞれに垂直な方向（矢印ｃ）に離隔して２つに分離した形状といえる。
【００２１】
図２は、金属部材４とＦＲＰ５（繊維強化プラスチック）の締結を説明するための説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）には、リベット１、金属部材４、ＦＲＰ５について、リベット１の軸方向に平行な面による断面を模式的に示す。また、図２（ｃ）には、図２（ａ）のＩＩ（ｃ）矢視図を示す。ただし、図２（ｃ）においては、金属部材４、ダイ６を除いてＦＲＰ５を示すとともに、リベット１の頭部２の輪郭線を破線で示す。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、金属部材４とＦＲＰ５は、リベット１側にＦＲＰ５を位置させて積層されている。また、ＦＲＰ５には、金属部材４とＦＲＰ５の積層方向に貫通する挿通孔５ｂが予め形成されている。挿通孔５ｂは、リベット１のシャンク部３よりも大きく、シャンク部３が挿通される。
【００２３】
ここで、ＦＲＰ５は、図２（ｃ）に示すように、繊維５ａの延在方向を一方向（矢印ｅ）に偏らせて配列した一方向基材（ＵＤ）で構成されるＦＲＰである。図２（ｃ）においては、ＦＲＰ５に含まれる繊維５ａの数を模式的に少なく示すが、実際には繊維５ａはＦＲＰ５内部に密に配されている。
【００２４】
また、挿通孔５ｂは、図２（ｃ）に示すように、ＦＲＰ５のうち、繊維５ａの延在方向である一方向（矢印ｅ）に、当該一方向に垂直な方向（矢印ｆ）よりも、長く延在する。言い換えれば、挿通孔５ｂは、長手方向（矢印ｅ、一方向）と短手方向（矢印ｆ）を有する。ここで、矢印ｅ、矢印ｆは、頭部２の中心軸方向に垂直な方向となっている。すなわち、矢印ｆは、挿通孔５ｂの長手方向および頭部２の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向となっている。
【００２５】
金属部材４のうちＦＲＰ５の反対側の面４ａ側にはダイ６が配されている。ダイ６には、楕円形の窪み６ａが設けられており、窪み６ａの中心には楕円形の突出部６ｂが形成されている。ＦＲＰ５の挿通孔５ｂとダイ６の窪み６ａとは、互いの長手方向同士が平行になり、互いの短手方向同士が平行となるように配置される。
【００２６】
そして、図２（ａ）に示すように、ダイ６、金属部材４、ＦＲＰ５、および、リベット１を、この順に配し、リベット１のシャンク部３を、ＦＲＰ５のうち、金属部材４の反対側から挿通孔５ｂに対向させる。このとき、リベット１は、中心軸方向に垂直な面内において、シャンク部３の長手方向が、挿通孔５ｂの長手方向に沿う向きに配される。
【００２７】
その後、シャンク部３の向きを維持した状態で、リベット１をＦＲＰ５側に近接させシャンク部３を挿通孔５ｂに挿通させて、ＦＲＰ５側から金属部材４側に向かって、リベット１の頭部２に荷重を加えると、シャンク部３が金属部材４を穿孔する。そうすると、図２（ｂ）に示すように、ダイ６の窪み６ａや突出部６ｂの形状に合わせて、金属部材４には、楕円形の突出部４ｂが形成されるとともに、突出部４ｂの中心に楕円形の窪み４ｃが形成される。
【００２８】
このとき、ダイ６は、金属部材４に当接して金属部材４を抑えつけることで、金属部材４の穿孔部分、突出部４ｂ、および、窪み４ｃ以外の変形を抑制する。また、ダイ６は、金属部材４に反力を作用させることから、金属部材４に生じるせん断力が大きくなり、シャンク部３による金属部材４の穿孔が容易となる。
【００２９】
また、突出部４ｂおよび窪み４ｃが形成されるといった金属部材４の表面の変形に伴う金属部材４内部の変形によって、金属部材４の内部を穿孔する２つの鋭端部３ｂの先端が、互いに離隔する方向（外側）に広がる。
【００３０】
その結果、頭部２と鋭端部３ｂとで、金属部材４の一部とＦＲＰ５をリベット１の軸方向に挟み込む形となり、金属部材４にリベット１が固定される。そして、リベット１の頭部２と、金属部材４とによって、ＦＲＰ５が挟持されることで、金属部材４とＦＲＰ５が締結されることとなる。
【００３１】
図３は、比較例におけるＦＲＰ１５を説明するための説明図である。図３に示すように、比較例におけるＦＲＰ１５には、大凡円形の挿通孔１５ｂが形成されている。一方、本実施形態においては、上記のように、挿通孔５ｂは、ＦＲＰ５のうち、繊維５ａの延在方向が長手方向となっている。
【００３２】
そのため、本実施形態におけるＦＲＰ５は、比較例におけるＦＲＰ１５よりも、内部に含まれる繊維５ａの切断箇所（切断される繊維の数）が少なく抑えられる。すなわち、同じような大きさのリベットによる締結構造を比較したとき、本実施形態のリベット１を用いた締結構造は、従来のリベットを用いた締結構造よりも、ＦＲＰ５に含まれる繊維５ａの切断量が抑えられ、剛性や強度を高く維持することが可能となる。
【００３３】
上述した実施形態では、ＦＲＰ５には予め挿通孔５ｂが形成されている場合について説明したが、挿通孔５ｂは必須の構成ではなく、シャンク部３がＦＲＰ５を穿孔して金属部材４側まで貫通してもよい。
【００３４】
この場合であっても、シャンク部３は、短手方向と長手方向を有する。そのため、シャンク部３によって穿孔されることで形成されたＦＲＰ５の孔は、挿通孔５ｂと同様、ＦＲＰ５のうち、繊維５ａの延在方向を長手方向とすることができる。その結果、ＦＲＰ５に含まれる繊維５ａの切断量が抑えられ、剛性や強度を高く維持することが可能となる。
【００３５】
ただし、本実施形態のように、予め挿通孔５ｂを設けていた方が、ＦＲＰ５の繊維５ａを綺麗に切断でき、切断箇所からのき裂の進展を抑え、ＦＲＰ５の剛性や強度をより高く維持することが可能となる。このとき、挿通孔５ｂの縦横比を異ならせて、繊維５ａの切断量そのものを抑えることで、ＦＲＰ５の剛性や強度の低下に対する抑制効果が相乗的に高められる。
【００３６】
また、上述した実施形態では、シャンク部３（鋭端部３ｂ）の先端は、金属部材４の内部に留まる場合について説明したが、シャンク部３の先端が金属部材４を貫通していてもよい。
【００３７】
また、上述した実施形態では、リベット１の鋭端部３ｂは、２つ設けられている場合について説明した。しかし、鋭端部３ｂは、３つ以上設けられていてもよい。ただし、上述した実施形態のように、シャンク部３を、先端側が一方向および頭部２の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向に離隔して２つに分離した構成とすれば、縦横比を異ならせた形状を単純な構造で実現でき、リベット１の製造コストを低減できる。
【００３８】
また、挿通孔５ｂは、縦横比（アスペクト比）が異なればその形状に制限はなく、例えば、楕円形状であってもよい。
【００３９】
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、金属部材と、繊維強化プラスチックとを締結する異種部材の締結構造および異種部材の締結方法に利用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１  リベット
２  頭部
３  シャンク部
４  金属部材
５  ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）
５ａ  繊維
５ｂ  挿通孔
【図１】
2015175460.tif 000003
【図２】
2015175460.tif 000004
【図３】
2015175460.tif 000005