(57)【要約】      （修正有）【課題】繊維強化樹脂部材部と金属部材の締結構造において、重ね合わせる部材の固定位置の薄肉化や低密度化等の前処理が不要であり、下穴あけ加工や座金も不要であり、かつ、リベット頭部が繊維強化樹脂部材部表面から突出せず、リベット脚部が金属部材の表面から突出しない、締結構造を提供する。【解決手段】締結構造１は、繊維強化樹脂部材部２と金属部材３と略有底筒状のリベット４とを含み、金属部材３の面は繊維強化樹脂部材部２の面に重ね合わせて設けられ、リベット頭部４１の外側面は繊維強化樹脂部材部２の外側面と略同一であり、リベット脚部４２は繊維強化樹脂部材部２を貫通し金属部材３の繊維強化樹脂部材部２側に食い込むように設けられたものである。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂部材部と金属部材の締結構造であって、該締結構造は、
繊維強化樹脂部材部と、
金属部材と、
略有底筒状のリベットであって、筒の底部分がリベット頭部、筒の側面部分がリベット脚部であり、前記リベット脚部の厚みは前記リベット頭部から離れるにしたがって薄くなる、リベットと、
を含み、
前記金属部材の面は前記繊維強化樹脂部材部の面に重ね合わせて設けられ、
前記リベット頭部の外側面は、前記繊維強化樹脂部材部の外側面と略同一であり、
前記リベット脚部は、前記繊維強化樹脂部材部を貫通し、前記金属部材の前記繊維強化樹脂部材部側に食い込むように設けられる、締結構造。
【請求項２】
前記繊維強化樹脂部材部は、ガラス繊維強化樹脂部材、又は、炭素繊維強化樹脂部材とガラス繊維強化樹脂部材の重ね合わせで構成される、請求項１に記載の締結構造。
【請求項３】
前記炭素繊維強化樹脂部材は、一方向炭素繊維強化樹脂部材である、請求項２に記載の締結構造。
【請求項４】
前記繊維強化樹脂部材部の厚みは、１．２ｍｍ〜２．２ｍｍであり、
前記金属部材の厚みは、０．７ｍｍ〜１．８ｍｍであり、
前記リベットは、セルフピアシングリベットである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の締結構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、繊維強化樹脂部材部と金属部材の締結構造に関する。特にセルフピアシングリベッティング（ＳＰＲ）を用いた締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維（ＣＦ）やガラス繊維（ＧＦ）で強化した繊維強化樹脂部材は、金属部材より軽量かつ樹脂部材より高強度であるため、金属部材に代わるものとして、自動車産業、鉄道産業、航空機産業等において多用されている。
しかしながら、繊維強化樹脂部材の特性が、金属部材の特性をすべてカバーするものではないため、従来から使用されていた金属部材をすべて繊維強化樹脂部材に置き換えることは、ほぼ不可能である。そこで、各部材の特性を生かすように部分的に用いられる繊維強化樹脂部材と金属部材を貼り合わせ、締結することが求められるようになった。
【０００３】
繊維強化樹脂部材と金属部材を締結する場合に、問題となる点のひとつが、部材の密度の違いである。一般的に繊維強化樹脂部材より金属部材のほうが密度が高いため、金属部材の密度に合わせて機械的に締結しようとすると、相対的に密度の低い部材に割れ等が生じてしまうといった問題があった。
【０００４】
そこで、そのような密度等の性質が大きく異なる２つ以上の部材を締結するには、スポット溶接、クリンチング、ブラインドリベット、ＳＰＲ等の方法が用いられてきた。
スポット溶接を用いた締結構造は、締結点を溶接することにより主に金属どうしを締結したものであり、締結強度が高いという利点を有する。また、下穴を開ける必要がない点も有利な締結構造である。しかしながら、スポット溶接による締結構造を作成するには、溶接機が必要となり、排ガスやスパッタ（火花）等に対して安全な作業環境を整備する必要があった。
クリンチングによる締結構造は、ナットの一種であるクリンチングをプレスによって２以上の部材を締結したものであり、締結後の後処理が不要であるという利点を有する。しかしながら、締結ツールの消耗により品質がばらつきやすく、また、部材の種類によっては下穴が必要となり、締結構造の作成に工程数を増やす必要があった。
ブラインドリベットによる締結構造は、ハンドツールを用いてブラインドリベットを２以上の部材に貫通させたあと、ハンドツールを引き抜くときにブラインドリベットを変形させて部材を締結するものであり、片側作業が可能であるという利点を有する。しかしながら、下穴が必要であり、また、リベットの打ち込み側にもリベット頭部が突状に盛り上がって残り、部材の表面に凹凸ができても問題のない場合のみ適用する必要があった。
【０００５】
一方、ＳＰＲによる締結構造は、ＳＰＲ用のリベットをプレスによって２以上の部材を締結したものであり、下穴も締結後の後処理も不要であるという利点を有する。さらには、リベットの打ち込み側の部材表面にリベット頭部が打ち込まれ、リベットの打ち込み側の部材表面がほぼ平面になるといった利点も有する。
しかし、従来技術において、ＳＰＲ等の締結部材で複数の繊維強化樹脂部材の締結構造を作成するためには、繊維強化樹脂部材の一部を低密度化して締結部材を打ち込む必要や（特許文献１等参照）、座金を重ねて当接させる必要があった（特許文献２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１８７２０２公報
【特許文献２】特開平５−７７３２２公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
本考案は、上記事情を鑑みてなされたものであり、重ね合わせる部材の固定位置の薄肉化や低密度化等の前処理が不要であり、下穴あけ加工や座金も不要であり、かつ、リベット頭部が繊維強化樹脂部材部表面から突出せず、リベット脚部が金属部材の表面から突出しない、強固な繊維強化樹脂部材部と金属部材の締結構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本考案の繊維強化樹脂部材部と金属部材の締結構造は、繊維強化樹脂部材部と、金属部材と、略有底筒状のリベットであって、筒の底部分がリベット頭部、筒の側面部分がリベット脚部であり、前記リベット脚部の厚みは前記リベット頭部から離れるにしたがって薄くなる、リベットと、を含み、前記金属部材の面は前記繊維強化樹脂部材部の面に重ね合わせて設けられ、前記リベット頭部の外側面は、前記繊維強化樹脂部材部の外側面と略同一であり、前記リベット脚部は、前記繊維強化樹脂部材部を貫通し、前記金属部材の前記繊維強化樹脂部材部側に食い込むように設けられることを特徴とする。
【０００９】
前記繊維強化樹脂部材部は、ガラス繊維強化樹脂部材、又は、炭素繊維強化樹脂部材とガラス繊維強化樹脂部材の重ね合わせであることが好ましい。
【００１０】
前記炭素繊維強化樹脂部材は、一方向炭素繊維強化樹脂部材であってもよい。
【００１１】
前記繊維強化樹脂部材部の厚みは、１．２ｍｍ〜２．２ｍｍであり、前記金属部材の厚みは、０．７ｍｍ〜１．８ｍｍであり、前記リベットは、セルフピアシングリベットであることが好ましい。
【考案の効果】
【００１２】
本考案の繊維強化樹脂部材部と金属部材の締結構造によれば、締結部分のリベット頭部の外側面と繊維強化樹脂部材部の表面は同一の高さになるため、表面に凹凸がなく美粧性の優れた部材加工が可能となる。また、リベット脚部が金属部材を貫通しないでその内部に留まるため、万が一締結構造部分の裏面側に手指が触れても危険性は低く、かつ、余分な金属加工くずの発生も抑えることができる。さらに、重ね合わせる部材の固定位置の薄肉化や低密度化等の前処理が不要であり、下穴あけ加工や座金も不要であり、締結構造の作製効率を向上させることができる。さらに、締結構造は金属どうしの締結構造と同程度の引張せん断強度を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本考案の締結構造の一例を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本考案のリベットの斜視図の一例である。
【図３】本考案の締結構造の引張せん断試験の概要（上面図）を示す。
【図４】本考案の締結構造の引張せん断試験の結果を示すグラフである。
【考案を実施するための形態】
【００１４】
本考案の締結構造（１）は、繊維強化樹脂部材部（２）と、金属部材（３）と、リベット（４）を備えるものであり、図１に概略を示す。以下に、本締結構造について詳細に説明する。
【００１５】
繊維強化樹脂部材部（２）は、シート状あるいは板状であり、厚みは１．０ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内が好ましく、１．２ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲内がより好ましい。厚みが１．０ｍｍ未満であると、リベット（４）のリベット脚部（４２）が繊維強化樹脂部材部（２）の下側に設けられた金属部材（３）を突き抜けたり、繊維強化樹脂部材部（２）割れが生じたりする。一方、厚みが２．５ｍｍを超えると、繊維強化樹脂部材部（２）の下側に設けられた金属部材（３）へ食い込むリベット脚部（４２）の割合が低下し、強固な締結構造とならない。
【００１６】
繊維強化樹脂部材部（２）は、ガラス繊維強化樹脂部材、又は、炭素繊維強化樹脂部材とガラス繊維強化樹脂部材の重ね合わせで構成される。
【００１７】
繊維強化樹脂部材部（２）をガラス繊維強化樹脂部材で構成した場合、該ガラス繊維強化樹脂部材はガラス繊維と熱可塑性樹脂からなる部材であり、ＧＭＴと呼ばれることもある。
ガラス繊維強化樹脂部材の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等が例示され、ポリプロピレン（ＰＰ）がより好ましい。
ガラス繊維強化樹脂部材に対するガラス繊維の含有量は、２０質量％〜４０質量％の範囲が例示される。含有量が２０質量％より少ないと、ガラス繊維による部材の強度向上の効果が小さくなる。一方、含有量が４０質量％を超えると、バインダーとなる樹脂の割合が減少し、ガラス繊維の粘着力が低下し、部材自体の強度が低下してしまう。
【００１８】
繊維強化樹脂部材部（２）を、炭素繊維強化樹脂部材とガラス繊維強化樹脂部材の重ね合わせで構成した場合、該炭素繊維強化樹脂部材は炭素繊維と熱可塑性樹脂からなり、該ガラス繊維強化樹脂部材はガラス繊維と熱可塑性樹脂からなる。
該炭素繊維強化樹脂部材の炭素繊維は、適宜選択されるが、繊維の方向が揃った一方向炭素繊維（ＵＤＣＦ）であってもよい。該炭素繊維強化樹脂部材の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等が例示され、ポリプロピレン（ＰＰ）がより好ましい。また、該炭素繊維強化樹脂部材の可塑性樹脂を短繊維状とし、短繊維状の炭素繊維と混抄してもよい。炭素繊維強化樹脂部材の目付は、２５０ＧＳＭ程度が例示される。
該ガラス繊維強化樹脂部材の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等が例示され、ポリプロピレン（ＰＰ）がより好ましい。ガラス繊維強化樹脂部材に対するガラス繊維の含有量は、２０質量％〜４０質量％の範囲が例示される。含有量が２０質量％より少ないと、ガラス繊維による部材の強度向上の効果が小さくなる。一方、含有量が４０質量％を超えると、バインダーとなる樹脂が減少し、ガラス繊維の粘着力が低下し、部材自体の強度が低下してしまう。
炭素繊維強化樹脂部材とガラス繊維強化樹脂部材の重ね合わせは、炭素繊維強化樹脂部材２枚の間にガラス繊維強化樹脂部材１枚を挟むことによって行われ、繊維強化樹脂部材部（２）が形成される。
【００１９】
金属部材（３）は、板状あるいはシート状の金属であり、厚みは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内が好ましく、０．７ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲内がより好ましい。厚みが０．７ｍｍ未満であると、リベット（４）のリベット脚部（４２）が金属部材（３）の下側を突き抜ける可能性が高くなる。一方、厚みが２．０ｍｍを超えると、金属部材（３）へ食い込むリベット脚部（４２）の割合が低下し、強固な締結構造とならない。
金属部材（３）は、鉄を含む材料の構成が例示され、自動車産業、鉄道産業、航空機産業等で多用される鋼板、特に、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）で構成されることがより好ましい。
【００２０】
図２に示すように、リベット（４）は略有底筒状であり、筒の底部分がリベット頭部（４１）、筒の側面部分がリベット脚部（４２）となる。リベット脚部の厚みはリベット頭部（４１）から離れるにしたがって薄くなる。
リベット頭部（４１）からリベット脚部（４２）までの長さであるリベット長は、繊維強化樹脂部材部（２）と金属部材（３）の厚みや材料の種類により、適宜選択される。締結構造（１）において、リベット脚部（４２）の先端が金属部材（３）の繊維強化樹脂部材部（２）側に食い込み、大きな引張強度を有するようにリベット長は調整される。具体的にリベット長は、３ｍｍ〜７ｍｍの範囲が好ましく、３ｍｍ〜６ｍｍの範囲がより好ましい。リベット長が３ｍｍ未満であると、金属部材（３）へ食い込むリベット脚部（４２）の割合が低下し、強固な締結構造とならない。一方、リベット長が７ｍｍを超えると、リベット脚部（４２）が金属部材（３）を突き抜けたり、繊維強化樹脂部材部（２）に割れが生じたりする。
リベット（４）の材料は、繊維強化樹脂部材部（２）と金属部材（３）に打ち込まれたときに、高い動的耐性を有し、リベット脚部（４２）が繊維強化樹脂部材部（２）を貫通し、金属部材（３）の繊維強化樹脂部材部（２）側に食い込むように塑性加工が可能であり、かつ、打ち込まれたリベット頭部（４１）の外側面が繊維強化樹脂部材部（２）の外側面と略同一に配置可能なものが適宜選択される。ステンレス鋼やボロン鋼等の各種鋼、アルミニウム、銅、プラスチック等が例示される。
【００２１】
締結構造（１）は、重ね合わせられた繊維強化樹脂部材部（２）と金属部材（３）に、リベット（４）が繊維強化樹脂部材部（２）側から打ち込まれた構造であり、リベット頭部（４１）の外側面は繊維強化樹脂部材部（２）の外側面と略同一であり、リベット脚部（４２）は繊維強化樹脂部材部（２）を貫通し、金属部材（３）の繊維強化樹脂部材部（２）側に食い込み、かつ、リベット脚部（４２）の先端は金属部材（３）の外側面を貫通していない構造である。なお、リベット（４）で締結された繊維強化樹脂部材部（２）と金属部材（３）は、金属部材（３）下側面の方向に変形している。
【実施例】
【００２２】
本考案の締結構造の実施例について、引張せん断強度試験を行い、引張せん断強度（ＴＳＳ）を測定した。
繊維強化樹脂部材部（２）には、ＧＭＴ（ガラス繊維強化樹脂部材）、ＵＤ／ＧＭＴ／ＵＤ（一方向炭素繊維強化熱可塑性樹脂部材／ガラス繊維強化樹脂部材／一方向炭素繊維強化熱可塑性樹脂部材の重ね合わせ）、ＣＦ／ＧＭＴ／ＣＦ（炭素繊維強化熱可塑性樹脂部材／ガラス繊維強化樹脂部材／炭素繊維強化熱可塑性樹脂部材の重ね合わせ）を用いた。比較例として、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、アルミニウム（Ａｌ）を用いた。
繊維強化樹脂部材部（２）の厚みは、２．０ｍｍとした。なお、アルミニウム（Ａｌ）のみ、０．８ｍｍとした。
金属部材（３）には、１．２ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）を用いた。
リベット（４）には、ボロン鋼、リベット長５ｍｍのセルフピアシングリベットを用いた。
【００２３】
引張せん断強度試験に用いた締結構造を、図３に示した。繊維強化樹脂部材部（２）と金属部材（３）を重ねた部分にリベット（４）を打ち込み、締結構造を作成した。繊維強化樹脂部材部（２）と金属部材（３）で重なり合っていない部分を引っ張り、最大強度（Ｎ）を測定し、引張せん断強度を比較した。
表１及び図４に結果を示す。  
【００２４】
【表１】
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【００２５】
引張せん断強度試験の結果より、繊維強化された樹脂部材を締結構造に用いた場合は、繊維強化されていない樹脂部材を締結構造に用いた場合に比べ、引張せん断強度が向上していることが確認できた。特に、炭素繊維強化樹脂部材とガラス繊維強化樹脂部材を重ね合わされた樹脂部材を用いた場合は、ガラス繊維強化樹脂部材を用いた場合に比べ、引張せん断強度のさらなる向上がみられ、金属どうし（ＡｌとＳＰＣＣ）を用いた締結構造と同等の引張せん断強度が得られることが分かった。
【符号の説明】
【００２６】
１    締結構造
２    繊維強化樹脂部材部
３    金属部材
４    リベット
４１  リベット頭部
４２  リベット脚部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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