(57)【要約】      （修正有）【課題】短い成形時間でより量産性を向上させることが可能で、かつ、被締結部材の劣化や変形の発生を抑制することができる締結方法及び締結装置を提供する。【解決手段】締結方法は、断面Ｔ字形状の締結具１３を掴持治具１４で掴持する工程（ａ）と、締結具が掴持されてから、掴持治具または締結具が回転する工程（ｂ）と、被締結部材１１，１２の締結穴１１ａ，１２ａより大きい径の凹部１７を有した成形治具１５を被締結部材に押し当てる工程（ｃ）と、工程（ｂ）により締結具を回転させ、締結具を成形治具の凹部に一定荷重で押し込む工程（ｄ）と、工程（ｄ）の押し込み量を監視する工程（ｅ）と、工程（ｅ）により締結具の回転を停止する工程（ｆ）と、工程（ｆ）により締結具の回転を停止する前後で工程（ｅ）の荷重を増加させて被締結部材に当接するまで押し込む工程（ｇ）とを有し、締結具を塑性流動させ、締結具に凸部形状の脚部を成形して締結する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂である締結具を用いて、上下に重ね合わさった複数の被締結部材を締結する締結具締結方法であって、
前記締結具は断面Ｔ字形状からなり、前記締結具の大径側を掴持治具で掴持する工程（ａ）と、
前記工程（ａ）により前記締結具が掴持されてから、前記掴持治具または前記締結具が回転する工程（ｂ）と、
前記被締結部材夫々に設けられた締結穴より大きい径の凹部を有した成形治具を下方の被締結部材に押し当てる工程（ｃ）と、
前記工程（ｂ）により前記締結具を回転させながら、前記締結具の小径側の下端面を前記成形治具の凹部に一定荷重で押し込む工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）の押し込み量を監視する工程（ｅ）と、
前記工程（ｅ）により締結具の回転を停止する工程（ｆ）と、
前記工程（ｆ）により締結具の回転を停止する前後で前記工程（ｅ）の荷重をさらに増加させて上方の被締結部材に当接するまで押し込む工程（ｇ）と、
を有し、
前記締結具を回転させながら、前記成形治具に押し込むことで発生する摩擦熱によって、前記締結具を塑性流動させ、前記締結具の小径側に凸部形状の脚部を成形して締結する締結具締結方法。
【請求項２】
熱可塑性樹脂である締結具を用いて、重ね合わさった複数の被締結部材を締結する締結具締結装置であって、
断面Ｔ字形状の締結具と、
前記被締結部材の上方に配設され、前記締結具の大径側を掴持する掴持治具と、
前記締結具が掴持されてから、前記掴持治具を上下方向に押し込む押込手段と、
前記掴持治具を回転または停止させる制御手段と、
前記被締結部材の下方に配設され、前記被締結部材夫々に設けられた締結穴より大きい径の凹部を有する成形治具と、
前記成形治具を上下方向に移動させ、前記被締結部材に押し当てる押当手段と、
前記押込手段による前記締結具の押し込み量を監視する監視手段と、
を備え、
前記締結具を回転させながら、前記成形治具に押し込むことで発生する摩擦熱によって、前記締結具を塑性流動させ、前記締結具の小径側に凸部形状の脚部を成形して締結する締結具締結装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の締結具締結方法又は締結具締結装置において、前記熱可塑性樹脂である締結具が、複数の補強用の繊維材を含有している締結具締結方法又は締結具締結装置
【請求項４】
請求項３に記載の締結具締結方法又は締結具締結装置において、前記断面Ｔ字形状の締結具の複数の補強用の繊維材が、Ｌ字形状をしている締結具締結方法又は締結具締結装置。
【請求項５】
請求項４に記載の締結具締結方法又は締結具締結装置において、前記Ｌ字形状の繊維材が、前記締結具の小径側の中心軸を中心として捻れ形状である締結具締結方法又は締結具締結装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は繊維強化複合材からなる締結具を用いて、複数の被締結部材を締結する締結具締結方法及び締結具締結装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合材は、比強度、比弾性率が大きいことから、近年、航空機や車両の軽量化ために構造体等として使用されている。従来から繊維強化複合材同士、または繊維強化複合材と他の金属、非金属部材を接合する方法としては、接着剤を使って接合する方法や、被締結部材に穿孔した後、金属製のボルトやリベット等に代表される締結具を穴に貫通させて締結する機械的締結方法が知られている。
しかし、接着剤は固着力が弱く、機械的締結方法と比較して強度面で劣っている。
一方、金属製の締結具を用いると、金属製のため締結具の重量が重くなり、構造体等に繊維強化複合材を用いて航空機や車両を軽量化するという目的にそぐわない。また、金属製の締結具は腐食が生じやすく、最悪の場合は締結具の破断に至るという懸念がある。
現在までに、上記の課題を解消する技術が種々提案されており、従来技術として知られている。
例えば、特許文献１では、熱可塑性樹脂を連続繊維で強化することで作製した締結具を被締結部材の締結用穴に挿入後、加熱した頭部形成用の凹部を有する成形治具を締結具の両端から押し当てることで頭部を形成し、軽量で耐腐食性に優れた締結具を成形する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２４４６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１では、樹脂が塑性流動する温度まで成形用治具を加熱する時間が必要である。また、樹脂が硬化するまで成形用治具を冷却する時間も必要である。
そのため、成形時間が長く、量産性が低い等の問題がある。また、樹脂が塑性流動する温度まで加熱された成形用治具と被締結部材とが当接する必要があるため、広い範囲で成形用治具から被締結部材へと熱が伝達し、被締結部材が熱によって劣化、もしくは変形を起こす問題がある。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、短い成形時間でより量産性を向上させることが可能で、かつ、被締結部材の劣化や変形の発生を抑制することができる締結具締結方法及び締結具締結装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、熱可塑性樹脂内に補強用の繊維材を含有してなる繊維強化複合材である締結具を、被締結部材に設けられた締結穴に挿入後、締結具の小径側を塑性流動させて脚部を成形することで、被締結部材を締結するものである。
具体的には、本発明に係わる締結具締結方法は、締結具は断面Ｔ字形状からなり、締結具の大径側を掴持治具で掴持する工程（ａ）と、工程（ａ）により締結具が掴持されてから、掴持治具または締結具が回転する工程（ｂ）と、被締結部材夫々に設けられた締結穴より大きい径の凹部を有した成形治具を下方の被締結部材に押し当てる工程（ｃ）と、工程（ｂ）により締結具を回転させながら、締結具の小径側の下端面を成形治具の凹部に一定荷重で押し込む工程（ｄ）と、工程（ｄ）の押し込み量を監視する工程（ｅ）と、工程（ｅ）により締結具の回転を停止する工程（ｆ）と、工程（ｆ）により締結具の回転を停止する前後で工程（ｅ）の荷重をさらに増加させて上方の被締結部材に当接するまで押し込む工程（ｇ）とを有し、締結具を回転させながら、成形治具に押し込むことで発生する摩擦熱によって、前記締結具を塑性流動させ、前記締結具の小径側に凸部形状の脚部を成形して締結することを特徴とする。
【０００６】
本発明に係わる締結具締結装置は、断面Ｔ字形状の締結具と、被締結部材の上方に配設され、締結具の大径側を掴持する掴持治具と、締結具が掴持されてから、掴持治具を上下方向に押し込む押込手段と、掴持治具を回転または停止させる制御手段と、被締結部材の下方に配設され、被締結部材夫々に設けられた締結穴より大きい径の凹部を有する成形治具と、成形治具を上下方向に移動させ、被締結部材に押し当てる押当手段と、押込手段による締結具の押し込み量を監視する監視手段とを備え、締結具を回転させながら、成形治具に押し込むことで発生する摩擦熱によって、締結具を塑性流動させ、前記締結具の小径側に凸部形状の脚部を成形して締結することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、短い成形時間でより量産性を向上することが可能で、かつ、被締結部材の劣化や変形の発生を抑制することができる締結具締結方法及び締結具締結装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】締結具締結装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】第１実施形態の締結動作を説明する模式図で、（ａ）が締結具を回転させている状態及び成形治具を被締結部材に押し当てている状態、（ｂ）が成形治具に締結具の軸端面を押し込んでいる状態、（ｃ）が締結具の頭部の下端面が被締結部材に当接するまで締結具を押し込んでいる状態の模式図である。
【図３】第２実施形態の締結動作を説明する模式図で、（ａ）が成形治具を回転させている状態及び締結具の頭部の下端面を被締結部材に押し当てている状態、（ｂ）が締結具の下端面に成形治具を押し込んでいる状態、（ｃ）が成形治具の上端面が被締結部材に当接するまで成形治具を押し込んでいる状態の模式図である。
【図４】補強用の繊維材を含有している締結具を示す図で、図４（ａ）は繊維材が放射状の平面図、図４（ｂ）は繊維材がＬ字形状の正面断面図、図４（ｃ）は底面図である。
【図５】被締結部材を図４の締結具で締結した構成を模式的に示した断面図である。
【図６】補強用の繊維材を含有している締結具を示す図で、図６（ａ）は繊維材が放射状の平面図、図６（ｂ）は繊維材が軸部の中心軸を中心として捻れ形状の正面断面図、図６（ｃ）は底面図である。
【図７】被締結部材を図６の締結具で締結した構成を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
【００１０】
以下、本発明の締結具締結装置１０の構成を図１に基づいて詳細に説明する。
図１は、締結具締結装置１０の構成を模式的に示した断面図である。
図１に示すように、本発明の締結具締結装置１０は、熱可塑性樹脂である締結具１３を用いて、重ね合わさった複数の被締結部材１１、１２を締結する締結具締結装置１０であって、熱可塑性樹脂であり断面Ｔ字形状の締結具１３と、この締結具１３の大径側を掴持する掴持治具１４と、締結具１３が掴持されてから、掴持治具１４を上下方向に押し込む押込手段（図示しない）と、掴持治具１４を回転または停止させる制御手段（図示しない）と、成形治具１５を被締結部材１２に押し当てる押当手段（図示しない）と、押込手段の押し込み量を監視する監視手段（図示しない）とを備えている。
【００１１】
なお、掴持装置１４は被締結部材１１の上方に間隔を置いて配置されており、成形治具１５は被締結部材１２の下方に間隔を置いて配置されている。
また、成形治具１５は、重ね合わさった被締結部材１１、１２夫々に設けられた締結穴１１ａ、１２ａより大きい径の凹部１７を有しており、成形治具１５の上端面を被締結部材１２の下端面まで押し当てた状態で、回転している締結具１３を成形治具１５の凹部１７に押し当てることで締結具１３を摩擦熱によって塑性流動させ、凸部形状の脚部を成形している。すなわち、組成流動によって脚部を成形することで被締結部材１１、１２を締結することが可能となっている。
ここで、便宜上、軸方向の掴持治具１４側を「上方」、成形治具１５側を「下方」と定義し、例えば、軸方向端面のうち、掴持治具１４側の端面を「上端面」、成形治具１５側の端面を「下端面」という。
【００１２】
被締結部材１１は円形の締結穴１１ａと、被締結部材１２は円形の締結穴１２ａとを夫々備えており、被締結部材１１、１２は、樹脂を繊維で強化した繊維強化複合材からなる板材である。また、被締結部材１１、１２は夫々の締結穴１１ａ、１２ｂを同一軸線上に重ね合わせた状態で配置されている。
なお、本発明では繊維強化複合材の板材を２枚重ねて締結する締結方法について説明しているが、板材の枚数は、２枚以上であっても良い。また、板材の材質は繊維強化複合材に限らず、例えば、鉄、アルミ、チタン、及びその他の金属、非金属等でも良い。
【００１３】
締結具１３は、断面Ｔ字形状のボルト形状であり、締結具１３は頭部１３ａと軸部１３ｂとを有している。また、軸部１３ｂは下端面に軸端面１３ｃを有している。ここで、頭部１３ａは締結具１３の大径側を指し、軸部１３ｂは小径側を指すこととする。また、締結具１３は熱可塑性樹脂内に補強用の繊維材を含有してなる繊維強化複合材であることが好ましい。
【００１４】
なお、前記繊維材として本実施形態では炭素繊維を使用しているが、これに限らず任意の繊維を選択すればよく、例えば、ガラス繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）繊維、ピッチ系繊維、セルロース系繊維、レーヨン、及びその他のポリマー繊維等が挙げられる。また、前記熱可塑性樹脂としては、任意の熱可塑性樹脂を選択すればよく、例えば、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６）、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリウレタン、ポリカーボネート、及びその他の熱可塑性樹脂が挙げられる。この場合、物性改良のために複数の樹脂を混合して用いたものでも良い。また、頭部１３ａの上端面の形状は、略円形状、略楕円形状、または、３つ以上の略多角形形状等、締結具１３が被締結部材１１の締結穴１１ａに挿入されたあと、締結具１３の頭部１３ａが被締結部材１１に引っかかる形状であれば良い。
【００１５】
掴持治具１４は、爪部１６を備えている。爪部１６を左右に動かすことによって、締結具１３の頭部１３ａを掴持、または解放することができる。
なお、本実施形態では、掴持治具１４の爪部１６を動かすことによって締結具１３の頭部１３ａを掴持しているが、これに限らず、頭部１３ａを吸引することによって掴持する方法、頭部１３ａと同様の形状をした凹部に頭部１３ａをはめ込んで掴持する方法、及びその他の掴持方法でも良い。
【００１６】
制御手段（図示しない）は、掴持治具１４と連動しており、制御手段を駆動することによって掴持治具１４、及び掴持治具１４に掴持された締結具１３を回転または停止している。
なお、制御手段としては、電動モーター、油圧モーター、空圧モーター、及びその他の駆動装置が挙げられる。また、制御手段は、掴持治具１４、及び掴持治具１４に掴持された締結具１３の回転を停止するためのブレーキと連動していてもよい。
【００１７】
押込手段（図示しない）は、掴持治具１４と連動しており、押込手段を駆動することによって掴持治具１４、及び掴持治具１４に掴持された締結具１３を自在に上下移動することができる。
なお、押込手段としては、油圧モーター、空圧モーター、電動モーター、油圧シリンダー、空圧シリンダー、電動シリンダー及びその他の駆動装置が挙げられる。
【００１８】
監視手段（図示しない）は、締結具１３または掴持治具１４の押し込み量または押し込み時間を監視している。
なお、監視手段としては、押し込む距離を監視するものとして、回転エンコーダ、直線エンコーダ、近接スイッチ、リミットスイッチ、レーザー測長器、及びその他の検出装置が挙げられる。また、押し込む時間を監視するものとして、タイマー、及びその他の測定装置が挙げられる。
【００１９】
成形治具１５は、締結穴１１ａ、１２ａより大きい径の凹部１７を上端面に備えている。また、凹部１７の表面の摩擦係数を調節するため、バフ研磨、メッキ、ショットピーニング、及びその他の表面処理を凹部１７に施しても構わない。
【００２０】
押当手段（図示しない）は、成形治具１５と連動しており、押当手段を駆動することによって成形治具１５を自在に上下移動させ、成形治具１５の上端面を被締結部材１２の被締結部材１２の下端面まで押し当てることができる。
なお、押当手段としては、電動モーター、油圧モーター、空圧モーター、及びその他の駆動装置が挙げられる。
【００２１】
また、本実施形態の締結具締結装置１０は、被締結部材１１、１２の締結穴１１ａ、１２ａの中心軸を上下方向に向けた配置（縦置き仕様）としているが、締結具締結装置１０全体を９０度回転させた配置（横置き仕様）でも良い。
【００２２】
（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態の締結方法による被締結部材１１、１２を締結する手順について、図２（ａ）〜（ｃ）を用いて、以下に説明する。
図２は、第１実施形態の締結動作を説明する模式図で、図２（ａ）が締結具１３を回転させている状態及び成形治具１５を被締結部材１２に押し当てている状態の模式図、図２（ｂ）が成形治具１５に締結具１３の軸端面１３ｃを押し込んでいる状態の模式図、図２（ｃ）が締結具１３の頭部１３ａの下端面が被締結部材１１に当接するまで締結具１３を押し込んでいる状態の模式図を夫々示している。なお、各図の構成要素の説明については、前述した符号を付すことで省略する。
締結具締結装置１０の締結方法は、例えば、図２（ａ）から図２（ｂ）、図２（ｃ）といった流れで行われる。
なお、下記第１〜３工程は図２（ａ）、第４〜６工程は図２（ｂ）、第７〜９工程は図２（ｃ）を夫々用いて説明する。
【００２３】
まず、第１工程として、頭部１３ａと軸部１３ｂと軸端面１３ｃで構成された締結部１３の軸部１３ｂが下向きになった状態で、締結具１３の頭部１３ａは、掴持治具１４に備えられている爪部１６によって掴持される（掴持工程）。この際、締結具１３の軸部１３ｂと、被締結部材１１、１２に備えられた締結穴１１ａ、１２ａは、同一軸線上に配置されている。
【００２４】
次に、第２工程として、制御手段（図示しない）を駆動して、締結具１３、及び締結具１３を掴持した掴持治具１４を、締結具１３の軸部１３ｂの中心軸を回転中心として矢印Ａの方向へ回転させる（回転工程）。なお、回転方向は、逆方向でも構わない。また、締結具１３、及び締結具１３を掴持した掴持治具１４の回転数は締結具１３を構成する素材の種類や大きさ、強度、摩擦係数などによって適宜、任意の値に設定すれば良い。
【００２５】
次に、第３工程として、押当手段（図示しない）を駆動することによって成形治具１５を矢印Ｂの方向へ移動させて、成形治具１５の上端面を被締結部材１２の下端面まで押し当てる（押当工程）。
なお、第３工程（押当工程）は第１工程（掴持工程）及び第２工程（回転工程）より以前に行っても良く、同時に行っても良い。
【００２６】
次に、第４工程として、押込手段（図示しない）を駆動することによって回転している締結具１３、及び締結具１３の頭部１３ａを掴持した掴持治具１４を矢印Ｃの方向へ移動させて、被締結部材１１、１２に備えられた締結穴１１ａ、１２ａに締結具１３の軸部１３ｂを挿入し、成形治具１５の凹部１７に締結具１３の軸端面１３ｃを一定荷重で押し込む（押込工程１）。これにより、回転している締結具１３の軸端面１３ｃと成形治具１５の凹部１７との間には摩擦熱が発生することとなる。
なお、締結具１３の軸端面１３ｃを成形治具１５の凹部１７に押し込む荷重は、締結具１３を構成する素材の種類や大きさ、強度、摩擦係数などによって適宜、任意の値に設定すれば良い。
【００２７】
次に、第５工程として、監視手段（図示しない）によって、第４工程における締結具１３または掴持治具１４の押し込み量または押し込み時間を監視する（監視工程）。なお、監視手段によって監視する締結具１３または掴持治具１４の押し込み量または押し込み時間は、締結具１３を構成する素材の種類や大きさ、強度、摩擦係数などによって適宜、任意の値に設定すれば良く、好適には押し込み量は１ｍｍ〜２０ｍｍ、押し込み時間は１〜２０秒が良い。
【００２８】
次に、第６工程として、第５工程（監視工程）において予め設定した押し込み量または押し込み時間に達したことを確認した後、制御手段（図示しない）によって、回転している締結具１３、又は締結具１３を掴持した掴持治具１４の回転を停止する（停止工程）。また、ブレーキを使用することで強制的に締結具１３、又は締結具１３を掴持した掴持治具１４の回転を停止しても良い。
【００２９】
次に、第７工程として、締結具１３の軸端面１３ｃを成形治具１５の凹部１７に押し込む荷重を第４工程（押込工程１）よりもさらに増加させるように押込手段（図示しない）を駆動することによって、締結具１３、及び締結具１３の頭部１３ａを掴持した掴持治具１４を矢印Ｄの方向へ移動させて、締結具１３の頭部１３ａの下端面を被締結部材１１の上端面に当接させる（押込工程２）。
なお、第７工程（押込工程２）は、第６工程（停止工程）によって締結具１３の回転が完全停止する前に行っても良い。
【００３０】
ここで、第４工程にて発生した摩擦熱によって締結具１３を構成する熱可塑性樹脂は塑性流動を起こすため、締結具１３の軸端面１３ｃは成形治具１５の凹部１７に沿った形状に変形し、締結穴１２ａの周囲を覆うように凸部形状の脚部１８を形成する。
この際、熱可塑性樹脂の塑性流動に伴って締結具１３の軸部１３ｂを構成する炭素繊維も成形治具１５の凹部１７内に広がるため、成形された脚部１８の熱可塑性樹脂も炭素繊維で強化された状態となっている。
また、締結具１３の軸部１３ｂと締結穴１１ａ、１２ａとの隙間にも流動性を持った樹脂が広がっているため、締結具１３と被締結部材１１、１２との密着性がより高まっている。
【００３１】
次に、第８工程として、塑性流動を起こしている熱可塑性樹脂を冷却固化する（冷却工程）。冷却固化する方法として、一定時間自然放熱しても良く、強制放熱しても良い。冷却時間は、好適には１〜２０秒が良いが、締結具１３を構成する素材の種類や大きさなどによって適宜、任意の値に設定すれば良い。
【００３２】
次に、第９工程として、掴持治具１４の爪部１６を動かすことによって掴持治具１４から締結具１３の頭部１３ａを解放し、掴持治具１４を上方へ移動させる。
次に、成形治具１５を下方に移動させることで、被締結部材１２から離す。なお、掴持治具１４と成形治具１５を移動させる順序は、逆でも良いし、同時でも良い。この際、塑性流動を起こして成形治具１５の凹部１７内で形成された脚部１８は、十分に冷却固化しており、被締結部材１２の締結穴１２ａ周囲の面に溶着した状態となっている。
【００３３】
すなわち、締結具１３を回転させながら、成形治具１５に押し込むことで発生する摩擦熱によって、締結具１３を塑性流動させ、締結具１３の小径側に凸部形状の脚部１８を成形して被締結部材１１、１２を締結することができる。
また、締結具１３と被締結部材１１の上端面、被締結部材１２の下端面、締結穴１１ａ、１２ａが十二分に密着しているため、より強固な締結となっている。
これにより、締結具締結装置１０の締結方法によって被締結部材１１、１２を締結する手順が終了する。
【００３４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の締結方法による被締結部材１１、１２を締結する手順について、図３（ａ）〜（ｃ）を用いて、以下に説明する。
図３は、第２実施形態の締結動作を説明する模式図で、図３（ａ）が成形治具１５を回転させている状態及び締結具１３の頭部１３ａの下端面を被締結部材１１に押し当てている状態の模式図、図３（ｂ）が締結具１３の下端面１３ｃに成形治具１５を押し込んでいる状態の模式図、図３（ｃ）が成形治具１５の上端面が被締結部材１２に当接するまで成形治具１５を押し込んでいる状態の模式図を夫々示している。なお、各図の構成要素の説明については、前述した符号を付すことで省略する。
締結具締結装置１０の締結方法は、例えば、図３（ａ）から図３（ｂ）、図３（ｃ）といった流れで行われる。
なお、下記第１〜３工程は図３（ａ）、第４〜６工程は図３（ｂ）、第７〜９工程は図３（ｃ）を夫々用いて説明する。
【００３５】
第１実施形態の構成との違いとして、制御手段（図示しない）は、成形治具１５と連動しており、制御手段を駆動することによって成形治具１５を回転または停止することができる。
また、押込手段（図示しない）は、成形治具１４と連動しており、押込手段を駆動することによって成形治具を自在に上下移動することができる。
また、押当手段（図示しない）は、掴持治具１４と連動しており、押当手段を駆動することによって掴持治具１４、及び掴持治具１４に掴持された締結具１３を上下に移動させ、締結具１３の頭部１３ａの下端面を被締結部材１１の上端面まで押し当てることができる。
【００３６】
第２実施形態の第１工程は、第１実施形態の第１工程と締結手順は同じため説明を省略する。
【００３７】
次に、第２工程として、制御手段（図示しない）を駆動して、成形治具１５を、成形治具１５の中心軸を回転中心として矢印ａの方向へ回転させる（回転工程）。
なお、回転方向は、逆方向でも構わない。また、成形治具１５の回転数は締結具１３を構成する素材の種類や大きさ、強度、摩擦係数などによって適宜、任意の値に設定すれば良い。
【００３８】
次に、第３工程として、押当手段（図示しない）を駆動することによって締結具１３、及び締結具１３を掴持した掴持治具１４を矢印ｂの方向へ移動させて、被締結部材１１、１２に備えられた締結穴１１ａ、１２ａに締結具１３の軸部１３ｂを挿入し、締結具１３の頭部１３ａの下端面を被締結部材１１の上端面まで押し当てる（押当工程）。
なお、第３工程（押当工程）は第１工程（掴持工程）及び第２工程（回転工程）より以前に行っても良く、同時に行っても良い。
【００３９】
次に、第４工程として、押込手段（図示しない）を駆動することによって回転している成形治具を矢印ｃの方向へ移動させて、締結具１３の軸端面１３ｃに成形治具１５の凹部１７を押し込む。これにより、締結具１３の軸端面１３ｃと回転している成形治具１５の凹部１７との間には摩擦熱が発生することとなる。
なお、成形治具１５の凹部１７を締結具１３の軸端面１３ｃに押し込む荷重は、締結具１３を構成する素材の種類や大きさ、強度、摩擦係数などによって適宜、任意の値に設定すれば良い。
【００４０】
第２実施形態の第５工程は、第１実施形態の第５工程と締結手順は同じため説明を省略する。
【００４１】
次に、第６工程として、第５工程（監視工程）において予め設定した押し込み量または押し込み時間に達したことを確認した後、制御手段（図示しない）によって、回転している成形治具１５の回転を停止する（停止工程）。
【００４２】
次に、第７工程として、押込荷重をさらに増加させるように押込手段（図示しない）を駆動することによって、成形治具１５を矢印ｄの方向へ移動させて、成形治具１５の上端面を被締結部材１２の下端面に当接させる。
【００４３】
第２実施形態の第８工程と第９工程は、第１実施形態の第８工程と第９工程と締結手順は同じため説明を省略する。
【００４４】
以上により、成形治具１５を回転させながら、締結具１３の軸端面１３ｃに押し込むことで発生する摩擦熱によって、締結具１３を塑性流動させ、締結具１３の小径側に凸部形状の脚部１８を成形して被締結部材１１、１２を締結することができる。
また、締結具１３と被締結部材１１の上端面、被締結部材１２の下端面、締結穴１１ａ、１２ａが十二分に密着しているため、より強固な締結となっている。
これにより、締結具締結装置１０の締結方法によって被締結部材１１、１２を締結する手順が終了する。
【００４５】
（実施形態の好適例）
上記の第１実施形態、及び第２実施形態で説明したように、締結具１３は、熱可塑性樹脂を炭素繊維で強化した繊維強化複合材からなっている。
本好適例では、より強い強度を得るための繊維形状について説明する。
図４は、補強用の繊維材を含有している締結具を示す図で、図４（ａ）は繊維材が放射状の平面図、図４（ｂ）は繊維材がＬ字形状の正面断面図、図４（ｃ）は底面図である。図５は、被締結部材１１、１２を図４の締結具１３で締結した構成を模式的に示した断面図である。図４、図５は第１実施形態、及び第２実施形態の好適例を示している。
【００４６】
締結具１３は、炭素繊維２０と熱可塑性樹脂２１とを有しており、炭素繊維２０の配向は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、軸部１３ｂにおいて小径の中心軸に対して平行方向に配置（図４（ｂ））されており、頭部１３ａにおいて炭素繊維２０は大径の中心軸から外周に放射状に広がる方向へ配置（図４（ａ））されている。軸部１３ｂと頭部１３ａに配置された炭素繊維２０の一部は、頭部１３ａの外周部分から軸端面１３ｃまでが一本のＬ字形状をした炭素繊維２０となっている。
【００４７】
また、図５に示すように、締結具１３の脚部１８を成形後は、締結具１３の軸端面１３ｃの炭素繊維２０が放射状に広がり、締結後の断面において、締結具１３の軸部１３ｂを介して頭部１３ａから脚部１８までが一本のコの字形状をした炭素繊維２０となる。
【００４８】
例えば、締結具１３の軸方向へ被締結部材１１、１２を引き剥がそうとする荷重がかかると、締結具１３には繊維方向に引張荷重がかかる。しかしながら、炭素繊維２０の特性として、繊維方向に対しては非常に強い強度を持つため、上述のコの字形状をした炭素繊維２０を含有する締結具１３の場合、非常に強い締結力を持つことが可能となる。
【００４９】
さらに、炭素繊維２０は高い熱伝導率をもつため、軸部１３ｂの炭素繊維２０を中心軸に対して平行方向に配置することで、軸端面１３ｃにて発生した摩擦熱が繊維方向である上方向に伝わりやすくなり、熱可塑性樹脂２１が塑性流動を起こすまでに必要な時間を、より短くすることができる。
【００５０】
また、以下に第１実施形態、及び第２実施形態を、さらに好適に実施するための実施形態を示す。
図６は、補強用の繊維材を含有している締結具を示す図で、図６（ａ）は繊維材が放射状の平面図、図６（ｂ）は繊維材が軸部の中心軸を中心として捻れ形状の正面断面図、図６（ｃ）は底面図である。図７は、被締結部材１１、１２を図６の締結具１３で締結した構成を模式的に示した断面図である。
【００５１】
締結具１３は、炭素繊維２０と熱可塑性樹脂２１とを有しており、炭素繊維２０の配向は、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、締結具１３を構成する一本のＬ字形状をした炭素繊維２０の一部が、締結具１３の頭部１３ａから軸端面１３ｃにかけた軸部１３ｂにおいて、軸部１３ｂの中心軸を中心として捻れ形状であることが好ましい。
【００５２】
これにより、締結具１３の脚部１８を成形した際に締結具１３の軸端面１３ｃの繊維が放射状に広がり、図７に示すように締結後の断面において、例えば被締結部材１１の左側から被締結部材１２の右側というように炭素繊維２０の一部が対角に繋がった状態となる。
【００５３】
この際、締結具１３の軸に垂直な方向へ被締結部材１１または１２を引っ張る荷重がかかると、軸部１３ｂの炭素繊維２０は軸部１３ｂの軸方向に対してある角度を持って傾いているため、引っ張り荷重のベクトルを分解すると、荷重の一部が炭素繊維２０の繊維方向にもかかる。
すなわち、炭素繊維２０は繊維方向に対して非常に強い強度を持つため、締結具１３は非常に強い締結力を持つことができる。
【００５４】
（その他の実施形態）
以上のように、実施形態を説明したが、本発明は、その目的の範囲を逸脱しない限りにおいて、適宜、変更をしてもよく、この実施形態に限定されるものではない。
また、成形治具に備えられた凹部の形状は、本実施形態では台形断面をした形状をしているが、これに限らず任意の形状を選択すればよく、略円柱形状、略円錐形状、略半球形状、締結具との接触面に突起を設けた形状、及びその他の形状が挙げられる。
また、締結具を構成する熱可塑性樹脂が塑性流動を起こす温度が高い場合、締結具で締結する工程の中で、成形治具を予め加熱しておいても良い。
【００５５】
以上のように、本発明の締結方法によると、締結具の軸端面と成形治具の凹部に発生する摩擦熱によって締結具の軸端面の熱可塑性樹脂を加熱するので、エネルギーの集中性が高く、締結具の加熱時間、及び冷却時間が短くなり、短い成形時間でより量産性を向上することができる。
また、締結具の軸端面と成形治具との接触面のみが摩擦熱によって加熱されるので、被締結部材への熱の伝達が少なく、被締結部材の劣化や変形の発生を抑制することができる。
また、締結具が回転する際に発生する遠心力によって、流動性を持った締結具の樹脂が成形治具内に広がるため、被締結部材と締結具との間に隙間等の欠陥が発生することを抑えることができる。
また、締結具が回転する際に発生する遠心力によって、締結具の軸部と締結用穴の間の隙間に流動性を持った樹脂が広がり、締結具と被締結部材との密着性を高めることができる。
また、繊維強化複合材を使用することで、軽量、高強度、耐腐食性にも優れた締結具を用いて被締結部材を締結することができる。
さらに、被締結部材が繊維強化複合材同士であれば、締結具と被締結部材を分別する必要が無いため、リサイクルする際のコストを抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明にかかる締結具締結方法及び締結具締結装置は、例えば、航空機、車両等の軽量で高強度の部材と部材をより強固に締結する際に有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１０    締結具締結装置
１１、１２    被締結部材
１１ａ、１２ｂ    締結穴
１３    締結具
１３ａ    頭部
１３ｂ    軸部
１３ｃ    軸端面
１４    掴持治具
１５    成形治具
１６    爪部
１７    凹部
１８    脚部
２０    炭素繊維
２１    熱可塑性樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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