(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の樹脂部材を自己穿孔型リベットにより接合する場合、樹脂部材に破損が発生しにくい接合装置を提供する。【解決手段】ダイ２０上に配置された複数の樹脂部材４１，４２に、自己穿孔型リベット１０をパンチにより打込んで接合する接合装置であって、樹脂部材４１，４２と自己穿孔型リベット１０の脚部１２を受けるダイ１０とダイ１０を支持するため、絶縁体で出来たダイ支持部材２５とダイ支持部材２５内に配置された高周波電磁誘導コイル２６とダイ１０上に樹脂部材４１，４２を固定するため、絶縁体で出来たプリクランプ３３とプリクランプ３３の周りに巻き回された高周波電磁誘導コイル３６と自己穿孔型リベット１０を打ち込むため、絶縁体で出来たパンチとを備える。自己穿孔型リベット１０の打ち込みと、複数の樹脂部材４１，４２同士の融着とにより、複数の樹脂部材４１，４２が接合される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイ上に配置された複数の樹脂部材に自己穿孔型リベットを打込んで接合する接合装置であって、
前記樹脂部材と、前記樹脂部材上に配置された前記自己穿孔型リベットの脚部を受けるダイと、
前記ダイを支持するため、絶縁体で出来たダイ支持部材と、
前記ダイ上に前記複数の樹脂部材を固定するため、絶縁体で出来た円筒形のプリクランプと、
前記プリクランプの周りに巻き回された高周波電磁誘導コイルと、
前記自己穿孔型リベットを前記複数の樹脂部材に打ち込むため、絶縁体で出来たパンチと、を備え、
前記自己穿孔型リベットを高周波電磁誘導加熱し、前記複数の樹脂部材の一部を溶融させた状態で前記自己穿孔型リベットを打ち込み、前記複数の樹脂部材を接合することを特徴とする接合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の接合装置であって、更に、前記ダイ支持部材内に配置された別の高周波電磁誘導コイルを備える接合装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の接合装置であって、前記高周波電磁誘導コイルで発生した磁界を集中するため、前記パンチと前記自己穿孔型リベットとの間に、円柱形の磁心部材を有する接合装置。
【請求項４】
請求項３に記載の接合装置であって、前記磁心部材はフェライトで出来ている接合装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の接合装置であって、前記ダイは絶縁体で出来ている接合装置。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の接合装置であって、前記ダイはフェライトで出来ている接合装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の接合装置であって、前記ダイ支持部材内に冷却水通路を有する接合装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の接合装置であって、前記自己穿孔型リベットは、大径の頭部と前記頭部から垂下する中空の脚部とを有する接合装置。
【請求項９】
大径の頭部と前記頭部から垂下する中空の脚部とを有する自己穿孔型リベットを、ダイ上に配置された複数の樹脂部材に打込んだ接合構造であって、複数の前記樹脂部材同士が高周波電磁誘導加熱された自己穿孔型リベットにより軟化又は溶融して融着され、前記自己穿孔型リベットの前記脚部は、上側の前記樹脂部材を貫通し、下側の前記樹脂部材内で拡径して、前記樹脂部材が接合されることを特徴とする接合構造。
【請求項１０】
自己穿孔型リベットを、ダイ上に配置された複数の樹脂部材に打込む接合方法であって、
前記ダイ上に複数の樹脂部材を配置し、
前記複数の樹脂部材をプリクランプにより上方から押えて固定し、
前記プリクランプ内の前記複数の樹脂部材上に、前記自己穿孔型リベットを配置し、
高周波電磁誘導コイルに高周波電流を流して、高周波電磁誘導加熱により、前記自己穿孔型リベットを予め加熱し、
前記高周波電磁誘導コイルに高周波電流を流しながら、前記自己穿孔型リベットを前記パンチにより前記複数の樹脂部材に打ち込み、
前記複数の樹脂部材の前記自己穿孔型リベットに近接する部分を溶融させ、
前記高周波電磁誘導コイルに高周波電流を流すのをやめ、溶融した前記複数の樹脂部材の部分を融着させる段階を備え、
前記自己穿孔型リベットの打込みと、前記複数の樹脂部材同士の融着とにより、前記複数の樹脂部材を接合することを特徴とする接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の樹脂部材を結合する結合装置、結合構造及び結合方法に関する。特に、最上層の樹脂部材の上から自己穿孔型リベットを打ち込み、樹脂部材同士を融着させて接合する接合装置、接合構造及び接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
部材同士を接合するのに自己穿孔型リベットを用いる方法がある。自己穿孔型リベットによる接合方法は、上面にキャビティが形成されたダイの上に２枚の部材（金属板）を置き、大径の頭部と、頭部から延びる脚部とを有する自己穿孔型リベットを上側の部材の上に位置決めする。パンチにより自己穿孔型リベットを部材に打ち込むと、自己穿孔型リベットの脚部が上側の部材を貫通し、脚部は下側の部材内に入って広がる。自己穿孔型リベットの打ち込みにより、上側の部材と下側の部材とはキャビティ内で塑性変形し、自己穿孔型リベットの頭部と拡開した脚部とにより、上側の部材と下側の部材とが接合される。
【０００３】
自己穿孔型リベットは、自己穿孔型リベットを通すための孔を予め部材に加工する必要がなく、自己穿孔型リベットの打ち込みにより、部材を接合することが出来る。そのため、複数枚の金属製の部材同士を効率的に高強度で接合することができる。
【０００４】
近年、自動車のボデーは軽量化が進められ、アルミニウムボデーも採用されている。アルミニウムボデーパネルの接合に適した自己穿孔型リベットの需要は増大している。特に、自己穿孔型リベットは、パンチ側の部材は穿通するが、ダイに隣接する受側の部材は貫通せずにその中に留まるように打込まれるので、受側の部材の表面にはリベット穿通孔が形成されない。そのため、部材への密封性が損なわれず、また外観がそのまま維持されるという利点がある。
【０００５】
自己穿孔型リベットを樹脂部材の接合に用いる必要性が高まっている。しかし、自己穿孔型リベットの脚部が拡径し、部材内に食い込む寸法は0.1〜1.0ｍｍ程度である。そのため、自己穿孔型リベットにより、樹脂のような強度の弱い部材同士を接合すると、十分な接合強度を得ることができない。
また、樹脂は割れやすいので、自己穿孔型リベットが圧入されるとき、ひびが入り、又は部材が破損し、部材の強度が低下するおそれがある。
【０００６】
特許文献１は、自己穿孔型リベットを被接合部材である樹脂部品に打込み、先端部を拡開して２つの樹脂部品を接合する方法を開示する。特許文献１では、下穴を有しない２つの樹脂部品に、軸孔を有する自己穿孔型リベットを打込み、自己穿孔型リベット打込みに伴い発生した抜きくずを自己穿孔型リベット軸孔内へ圧入しつつ押し込んで、軸孔内に残留させ、かしめ付け強度に有効に作用させるようにしている。
しかし、特許文献１は樹脂部品を接合するとき、樹脂部品を加熱するものではない。そのため、自己穿孔型リベットを樹脂部品に打込むとき、割れが生じたり、亀裂が入ったりするおそれがある。
【０００７】
特許文献２は、２以上の樹脂部材の重ね合わせ箇所をセルフピアス（自己穿孔型）リベットを使用して接続する接続方法を開示する。少なくとも最下層に熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とする樹脂部材を配し、少なくとも最下層の樹脂部材を熱処理してマトリックス樹脂を溶融させた状態でセルフピアスリベットを打込んで接続する。リベットダイス（ダイ）にヒータを内蔵し、ヒータにより加熱しマトリックス樹脂を溶融させている。
特許文献２の方法は、マトリックス樹脂を溶融させた状態でセルフピアスリベットを打込むので、セルフピアスリベット打ち込みの際に最下層の樹脂材料が割れる問題が解決されるとしている。
しかし、特許文献２の締結方法でマトリックス樹脂を溶融させるには、加熱されたリベットダイス上にマトリックス樹脂を一定時間載せて加熱する必要がある。そのため、作業時間が長くなるという問題がある。
【０００８】
特許文献３は、２以上の樹脂部材をその間に導電性の金属板を挟んで重ね合わせ、金属板に通電して、金属板と接する樹脂部材の界面を溶融させて金属板を溶着させ、重ね合わせ箇所にセルフピアスリベットを打ち込み、最下層の樹脂部材内部まで到達させる接続方法を開示する。特許文献３は、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出来るバリが金属板の下層の樹脂部材に食い込むことによって、樹脂部材同士を接続する。
【０００９】
しかし、特許文献３は、樹脂部材の間に金属板を介在させる必要があるので、接続部の厚さが厚くなる。また、金属板に通電して金属板に生じるジュール熱により加熱するので、樹脂部材が溶融するまで加熱に時間がかかり、作業時間が長くなるという問題がある。更に、広い面積の樹脂部材の多数の箇所を接続する場合は、広い面積の金属板に通電して加熱することになり、効率的ではない。
【００１０】
このように、自己穿孔型リベットにより樹脂部材を接合しようとすると、樹脂部材に孔あけ加工しておかなくても簡単に樹脂部材を接合できるが、樹脂部材にひび、割れが発生するおそれがある。
特許文献１は、樹脂部材に生じる割れを考慮していない。特許文献２〜３の自己穿孔型リベットによる接合方法は、樹脂部材を加熱し一部を溶融させて接合するので樹脂部材に割れは発生しにくい。しかし、接合する際に樹脂部材をジュール熱により加熱するので、加熱に時間がかかり、広い範囲を加熱するので加熱エネルギーに無駄が多いという問題がある。
【００１１】
そのため、複数の樹脂部材を自己穿孔型リベットにより接合する場合に、樹脂部材に割れが発生しにくい接合装置、接合構造及び接合方法が求められていた。
また、樹脂部材を高い強度で安定して接合することが出来る接合装置、接合構造及び接合方法が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特公昭６２‐２３１６４号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２／０７７１９６号
【特許文献３】特開２０１３−２５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、複数の樹脂部材を自己穿孔型リベットにより接合する場合、樹脂部材に破損が発生しにくい樹脂部材の接合装置、接合構造及び接合方法を提供することである。
本発明の別の目的は、樹脂部材を高い強度で安定して接合することが出来る接合装置、接合構造及び接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的を達成するため、本発明者は、高周波電磁誘導加熱により、自己穿孔型リベットを加熱し、自己穿孔型リベットを打ち込むとき、加熱された自己穿孔型リベットにより、樹脂部材の一部を加熱して溶融させ、自己穿孔型リベットにより接合すると共に、樹脂部材同士を融着させて接合する接合装置、接合構造及び方法を発明した。樹脂部材が溶融した状態で自己穿孔型リベットを打ち込むので、樹脂部材に割れが生じず、強い強度で接合することが出来る。
【００１５】
本発明の１態様は、ダイ上に配置された複数の樹脂部材に自己穿孔型リベットを打込んで接合する接合装置であって、
前記樹脂部材と、前記樹脂部材上に配置された前記自己穿孔型リベットの脚部を受けるダイと、
前記ダイを支持するため、絶縁体で出来たダイ支持部材と、
前記ダイ上に前記複数の樹脂部材を固定するため、絶縁体で出来た円筒形のプリクランプと、
前記プリクランプの周りに巻き回された高周波電磁誘導コイルと、
前記自己穿孔型リベットを前記複数の樹脂部材に打ち込むため、絶縁体で出来たパンチと、を備え、
前記自己穿孔型リベットを高周波電磁誘導加熱し、前記複数の樹脂部材の一部を溶融させた状態で前記自己穿孔型リベットを打ち込み、前記複数の樹脂部材を接合することを特徴とする接合装置である。
【００１６】
ダイ支持部材と、プリクランプと、パンチとは、絶縁体で出来ているので高周波電磁誘導加熱されない。自己穿孔型リベットは高周波電磁誘導加熱され、樹脂部材は自己穿孔型リベットにより加熱される。樹脂部材の一部が溶融した状態で、自己穿孔型リベットが打ち込まれるので、樹脂部材に破損が発生しにくい。冷却後、樹脂部材の溶融した部分は融着し、また樹脂部材は自己穿孔型リベットにより接合されるので、高い強度で安定して樹脂部材を接合することが出来る。
【００１７】
前記ダイ支持部材内に配置された別の高周波電磁誘導コイルを備えることが好ましい。
ダイ支持部材内にも別の高周波電磁誘導コイルが配置されていると、自己穿孔型リベットを下からも高周波電磁誘導加熱するので、樹脂部材内に入る自己穿孔型リベットの脚部を効果的に加熱することが出来る。
【００１８】
前記高周波電磁誘導コイルで発生した磁界を集中するため、前記パンチと前記自己穿孔型リベットとの間に、円柱形の磁心部材を有することが好ましい。
【００１９】
前記磁心部材はフェライトで出来ていることが好ましい。
磁心部材がフェライトで出来ていると、ダイにより、磁界を集中することが出来る。
【００２０】
前記ダイは絶縁体で出来ていることが好ましい。
ダイが絶縁体で出来ていると、高周波電磁誘導により加熱されず、樹脂部材がダイに溶着するのを防止することが出来る。
【００２１】
又は、前記ダイはフェライトで出来ていることが好ましい。
ダイがフェライトで出来ていると、ダイにより、磁界を集中することが出来る。
【００２２】
前記ダイ支持部材内に冷却水通路を有することが好ましい。
冷却水通路があると、ダイを冷却し、樹脂部材がダイに溶着するのを防止することが出来、また高周波電磁誘導コイルの過熱を防止することが出来る。
【００２３】
本発明の別の態様は、大径の頭部と前記頭部から垂下する中空の脚部とを有する自己穿孔型リベットを、ダイ上に配置された複数の樹脂部材に打込んだ接合構造であって、複数の前記樹脂部材同士が高周波電磁誘導加熱された自己穿孔型リベットにより軟化又は溶融して融着され、前記自己穿孔型リベットの前記脚部は、上側の前記樹脂部材を貫通し、下側の前記樹脂部材内で拡径して、前記樹脂部材が接合されることを特徴とする接合構造である。
【００２４】
本発明の更に別の態様は、自己穿孔型リベットを、ダイ上に配置された複数の樹脂部材に打込む接合方法であって、
前記ダイ上に複数の樹脂部材を配置し、
前記複数の樹脂部材をプリクランプにより上方から押えて固定し、
前記プリクランプ内の前記複数の樹脂部材上に、前記自己穿孔型リベットを配置し、
高周波電磁誘導コイルに高周波電流を流して、高周波電磁誘導加熱により、前記自己穿孔型リベットを予め加熱し、
前記高周波電磁誘導コイルに高周波電流を流しながら、前記自己穿孔型リベットを前記パンチにより前記複数の樹脂部材に打ち込み、
前記複数の樹脂部材の前記自己穿孔型リベットに近接する部分を溶融させ、
前記高周波電磁誘導コイルに高周波電流を流すのをやめ、溶融した前記複数の樹脂部材の部分を融着させる段階を備え、
前記自己穿孔型リベットの打ち込みと、前記複数の樹脂部材同士の融着とにより、前記複数の樹脂部材を接合することを特徴とする接合方法である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、複数の樹脂部材を自己穿孔型リベットにより接合する場合、樹脂部材に破損が発生しにくい樹脂部材の接合装置、接合構造及び接合方法を得ることができる。
また、樹脂部材を高い強度で安定して接合することが出来る接合装置、接合構造及び接合方法を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の接合装置の断面図である。
【図２】本発明の接合装置に使用する高周波電磁誘導加熱装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の接合装置を使用し、第１の実施形態の自己穿孔型リベットをセットした状態の接合部分の断面図である。
【図４】図３の状態から自己穿孔型リベットが樹脂部材に打ち込まれていく中間段階を示す断面図である。
【図５】図４の状態から自己穿孔型リベットが樹脂部材に更に打ち込まれ樹脂部材が接合された段階を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の自己穿孔型リベットを使用して、樹脂部材同士を接合した状態を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の自己穿孔型リベットを使用して、樹脂部材同士を接合した状態を示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の変形例の自己穿孔型リベットを使用して、樹脂部材同士を接合した状態を示す底面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の自己穿孔型リベットの斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の自己穿孔型リベットを使用して、樹脂部材同士を接合した状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態の自己穿孔型リベットを使用して、樹脂部材同士を接合した状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態の自己穿孔型リベットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態による高周波電磁誘導加熱により加熱した自己穿孔型リベットにより接合する接合装置、接合構造とその接合方法について説明する。第１の実施形態について詳細に説明し、次に、第２〜５の実施形態について説明する。第２〜５の実施形態は、第１の実施形態とは自己穿孔型リベットの形状が異なり、これに伴いダイのキャビティの形状が異なる。接合装置1の他の点については、第１の実施形態とほぼ同様である。なお、本発明の実施形態の説明において、図１の上を上方向として説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による接合装置1の断面図である。接合装置1は、樹脂部材41,42を重ね合わせ、高周波電磁誘導加熱により自己穿孔型リベット10を加熱し、樹脂部材41,42を溶融させながら、自己穿孔型リベット10を打ち込み、自己穿孔型リベット10の打ち込みと、樹脂部材41,42同士の溶着により接合するものである。
【００２９】
接合装置1は、自己穿孔型リベット10を受けるダイ20を備える。ダイ20は、上面に自己穿孔型リベット10の脚部12を受けるためのキャビティ21を有する。キャビティ21は、軸方向中心部から外周に向かって高さが低くなる円錐形の円錐面22と、円錐面22を取り囲む側面23とを有する。ダイ20のキャビティ21は、樹脂部材41,42を受けて成形すると共に、自己穿孔型リベット10の脚部12の先端を拡径するように変形させる。
【００３０】
従来の金属部材を接合するための自己穿孔型リベット締結装置では、大きい加重で自己穿孔型リベットを打ち込むため、ダイは金属製であった。本発明では、ダイは高周波電磁誘導による発熱を抑えるため絶縁材料で作製することが出来る。本発明の実施形態による接合装置1では、ダイ20の材料は、ダイ支持部材25と同じセラミック等の絶縁体で出来ている。又は、後述する磁心部材32と同じ材料でダイ20を形成し、磁界を集中し磁力を強めることも出来る。
【００３１】
ダイ20の下側には、ほぼ円筒形のダイ支持部材25が接続されている。ダイ支持部材25は、ダイ20を下方から支持する。ダイ支持部材25は、セラミック等の高周波電磁誘導で発熱しない絶縁体で形成されている。ダイ20とダイ支持部材25とは、同じ絶縁体で成形されているので、別体とせず、一体に成形することも出来る。
【００３２】
円筒形のダイ支持部材25の内部には、冷却水を通すため、冷却水通路27が形成されている。冷却水通路27は断面が円形で、ダイ支持部材25の内部を縦方向に延びる。冷却水通路27は、ダイ20の下側へ入る通路とダイ20の下側から出る通路とが１本づつ設けられている。又はそれぞれ複数本設けることも出来る。冷却水通路27は、ダイ20の下側ではダイ20の底面22の下側の広い範囲に広がっている。冷却水は、ダイ20を冷却し、加熱された樹脂部材42がダイ20に溶着しないようにし、また高周波電磁誘導コイル26を冷却する。
冷却水通路27の配置は、ダイ支持部材25の内部を螺旋形、円形など他の配置でダイ20の下側へ延びるようにすることも出来る。冷却水通路27は、ダイ支持部材25の内部に設けるのではなく、ダイ支持部材25の外側を取り囲むパイプとして別体で設けることも出来る。又は、ダイ支持部材25を外側と内側の２つの部材として、外側と内側の部材の間にパイプとして設けることも出来る。パイプは絶縁体で形成することが好ましい。冷却水通路27は任意であり、なくても良い。
【００３３】
冷却水通路27の内側は、ダイ支持部材25の内部壁である。内部壁の内側の空間には高周波電磁誘導コイル26が配置されている。高周波電磁誘導コイル26に電流が流されると、磁界が誘起される。
【００３４】
接合装置1のダイ20の上面には、接合するための樹脂部材41,42が、重ねて配置される。樹脂部材41,42は樹脂からなる。樹脂部材41,42のうち少なくとも一方は、熱可塑性樹脂である。下方の樹脂部材42が、熱可塑性樹脂であることが好ましい。自己穿孔型リベット10を打ち込むとき、下方の樹脂部材42が割れやすいので、下方の樹脂部材42が熱可塑性樹脂であれば、溶融し割れにくくなる。
【００３５】
一方が熱可塑性樹脂であれば、その一方の可塑性樹脂が溶融し、他方の樹脂部材と融着することが出来る。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂等、又はこれらの樹脂の組み合わせを使用することが出来る。
熱可塑性樹脂は、ガラス繊維又は炭素繊維等を混入した繊維強化樹脂とすることが出来る。
【００３６】
樹脂部材41の上面は、円筒形のプリクランプ33が当接する。プリクランプ33は、セラミック等の絶縁体で出来ている。プリクランプ33は、自己穿孔型リベット10を打ち込む間、樹脂部材41を上面から押さえ、樹脂部材41,42をプリクランプ33とダイ20との間に保持する。
【００３７】
プリクランプ33の内側には、樹脂部材41の上面に自己穿孔型リベット10が配置される。自己穿孔型リベット10は、鉄、アルミ、ステンレス等の導電体で出来ていて、誘導電流により発熱する。自己穿孔型リベット10は、円板状の頭部11と、頭部11から頭部11より小さい外径で下方に延びる円筒形の脚部12とを有する。自己穿孔型リベット10の脚部12の先端部が、樹脂部材41の上面に当接する。脚部12の先端部は、肉厚が薄く、樹脂部材41,42に打ち込むとき、樹脂部材41,42に孔をあけやすくなっている。
自己穿孔型リベット10は、樹脂部材41,42に打ち込むとき、高周波電磁誘導加熱により加熱される。自己穿孔型リベット10の熱により、樹脂部材41,42が加熱され軟化または溶融し、温度が下がった後溶着するようになっている。
【００３８】
自己穿孔型リベット10の頭部11の上面には、円柱形の磁心部材32が当接する。磁心部材32の下面の外径は、自己穿孔型リベット10の頭部11の外径とほぼ等しく、頭部11全体を押すことが出来る。磁心部材32は、フェライト等の磁性のある絶縁体の材料で出来ていて、高周波の磁界では発熱しない。磁心部材32は、磁界を集中し、磁力を高める作用をする。磁心部材32は、任意でありなくても良い。磁心部材32がない場合は、自己穿孔型リベット10の上面に、パンチ31が当接する。
【００３９】
磁心部材32の上には、円柱形のパンチ31が接続されている。パンチ31の材質は、セラミック等の絶縁体である。パンチ31は、磁心部材32と一体になって、高周波電磁誘導で加熱された自己穿孔型リベット10を樹脂部材41,42に打ち込む。
【００４０】
円筒形のプリクランプ33を取り囲むように、高周波電磁誘導コイル36が配置される。
高周波電磁誘導コイル36により発生した磁界は、磁心部材32により集中され、自己穿孔型リベット10は、集中した磁界により高周波電磁誘導加熱される。
【００４１】
接合装置1では、樹脂部材41,42の上のパンチ側には、冷却水通路は設けられていないが、パンチ31と磁心部材32、高周波電磁誘導コイル36との周りにも冷却水通路を設けることも出来る。
【００４２】
本発明の第１の実施形態の高周波電磁誘導加熱について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態の接合装置1に用いる高周波電磁誘導加熱装置のブロック図である。高周波電源55は３相200V等の交流電流を一旦直流に変換し、電子管や、サイリスタ、MOSFET、IGBTなどの素子により数100Hz〜数MHzの高周波エネルギーを発生させる。
【００４３】
整合部56は、高周波電源で発生した高周波エネルギーを、負荷である加熱部57に必要な電圧、電流に合わせて整合を行う。高周波電流の周波数、電流、時間は、接合する樹脂部材と導電体である自己穿孔型リベットにより、適切な値に設定する。
整合部56から出る高周波電流は、加熱部57の高周波電磁誘導コイルに流され、自己穿孔型リベット10は、高周波電磁誘導加熱により加熱される。高周波電磁誘導加熱については公知であり、これ以上詳説しない。
冷却水循環ユニット58は、高周波電源55、整合部56、加熱コイル57の部分に冷却水を流す。
【００４４】
接合装置1の接合部分の断面図である図３〜５を参照して、第１の実施形態の自己穿孔型リベット10により、樹脂部材41,42を接合する場合について説明する。
図３は、図１の接合装置1の接合部分の拡大断面図である。ダイ20は、上面にキャビティ21を有する。キャビティ21の円錐面22はほぼ円錐形であり、側面23はほぼ円筒形である。
ダイ20の上面に樹脂部材41,42を重ねて配置し、接合する部分の周りをプリクランプ33により押さえる。樹脂部材41の上面に、自己穿孔型リベット10を配置する。自己穿孔型リベット10は、大径の頭部11と頭部11から垂下する中空円筒の脚部12とを有する。
【００４５】
自己穿孔型リベット10を打ち込む前に、高周波電磁誘導コイル26,36に高周波電流を流すと、磁界は自己穿孔型リベット10に集中し、自己穿孔型リベット10は高周波電磁誘導加熱される。そのため、樹脂部材41,42の自己穿孔型リベット10に近接した部分も加熱される。
【００４６】
図４は、自己穿孔型リベット10により樹脂部材41,42を接合する中間段階の断面図である。
自己穿孔型リベット10がパンチ31（又は磁心部材32）により打込まれると、脚部12は、パンチ側の樹脂部材41を貫通し、受け側の樹脂部材42に突き刺さる。樹脂部材42は、脚部12により下方へ突き出され、樹脂部材42の突き出された部分は、キャビティ21の底面22に当たる。自己穿孔型リベット10の脚部12は内側から圧力を受け、またキャビティ21の円錐形の底面22により半径方向外方に導かれ、半径方向外方に拡径するように変形し始める。
自己穿孔型リベット10は加熱されているので、自己穿孔型リベット10が打ち込まれると、樹脂部材41,42の自己穿孔型リベット10に接する部分も加熱され、一部が軟化、溶融する。
【００４７】
図５は、図４の段階から更に接合動作が進み、自己穿孔型リベット10により樹脂部材41,42を接合した後の断面図である。自己穿孔型リベット10の脚部12は樹脂部材42を半径方向外方へ押しながら、半径方向外方に拡径するように変形する。
樹脂部材41,42の一部は軟化、溶融しているので、自己穿孔型リベット10の脚部12は、樹脂部材41,42の内部に入りやすく、樹脂部材41,42の割れも発生しにくい。
【００４８】
自己穿孔型リベット10の頭部11の上面が、樹脂部材41の上面と同一面となるまで自己穿孔型リベット10が打ち込まれると、自己穿孔型リベット10による接合が完了する。脚部12の先端はダイ20に隣接する受側の樹脂部材42を貫通せずにその中に留まる。樹脂部材42の中で拡径した脚部12と頭部11とによって樹脂部材41,42が挟まれる。高周波電流を停止すると、高周波電磁誘導加熱されていた自己穿孔型リベット10の温度は下がり、樹脂部材41と樹脂部材42との溶融していた部分は固化し、樹脂部材41と樹脂部材42とは融着し、相互に接合される。
【００４９】
図６は、図５のように接合した樹脂部材41,42を接合装置1から取外した状態を示す断面図である。自己穿孔型リベット10の脚部12に近接した樹脂部材41,42の界面付近は溶融し、その後温度が下がって固化し、樹脂部材41と42とが融着して、融着部43となっている。自己穿孔型リベット10の脚部12が打ち込まれるとき、樹脂部材41,42の一部は軟化し溶融しているので、樹脂部材41,42に割れは生じていない。
【００５０】
自己穿孔型リベット10の脚部12の先端部は、拡径して開いている。接合部の樹脂部材42は、ダイ20のキャビティ21内に押出されたので、樹脂部材42の接合部の下面は、下側に凸形状で、中央部がへこんでいる。
自己穿孔型リベット10の脚部12の先端部は、樹脂部材42内に入り込んで拡径し、樹脂部材41と42とは融着しているので、十分な接合強度が得ることが出来る。
【００５１】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態の自己穿孔型リベット50により樹脂部材41,42を接合した状態を示す断面図である。第２の実施形態は、自己穿孔型リベット50と、ダイのキャビティの形状とが、第１の実施形態とは異なる。接合装置1の他の部分は、第１の実施形態と同じである。第２の実施形態の自己穿孔型リベット50は、頭部51と脚部52とを有する。自己穿孔型リベット50により、樹脂部材41,42を接合すると、自己穿孔型リベット50の脚部52の先端部が樹脂部材41,42を貫通し、樹脂部材42の下面から出た部分が拡径し、樹脂部材41と42とを接合する。
【００５２】
自己穿孔型リベット50は、高周波電磁誘導加熱される。自己穿孔型リベット50の脚部52に近接した樹脂部材41,42の界面付近は加熱されて軟化又は溶融する。
脚部52の先端部は上側の樹脂部材41を貫通し、更に下側の樹脂部材42を貫通して、下側の樹脂部材42の下面から突き出す。ダイのキャビティは、第１の実施形態とほぼ同じ形状である。脚部52の先端部は拡径し、拡径した脚部52と、頭部51との間に樹脂部材41,42を挟んで結合する。樹脂部材41と42とは温度が低下し融着して、融着部43となる。
【００５３】
図８は、図７に示す第２の実施形態の自己穿孔型リベット50の変形例の接合後の下面図である。変形例では、自己穿孔型リベット50'の脚部52'は、４つに分轄されるように縦方向に４本のスリットが形成されている。自己穿孔型リベット50'により樹脂部材41,42を接合するとき、自己穿孔型リベット50'の脚部52'は、４本の脚部52a,b,c,dに別れて開く。
変形例の自己穿孔型リベット50'は、４本の脚部52a,b,c,dに分かれて開くので、拡径しやすい。また、開いた脚部52a,b,c,dが、下側の樹脂部材42と大きい面積で接するので、強い接合強度を得ることが出来る。
【００５４】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態の自己穿孔型リベット60の斜視図である。第３の実施形態は、自己穿孔型リベット60と、ダイのキャビティの形状とが、第２の実施形態とは異なる。自己穿孔型リベット60は、ステップル状の金具、即ち、断面が矩形のコの字形の金具であり、頭部61と、２本の脚部62とを有する。ダイのキャビティは、ステープラーの受けのような形状で、２本の脚部62を内側に曲げることの出来る形状である。
【００５５】
図１０は、自己穿孔型リベット60を使用して、樹脂部材41,42を接合した状態を示す断面図である。自己穿孔型リベット60を上側の樹脂部材41の上から打ち込み、２本の脚部62は、上側の樹脂部材41と下側の樹脂部材42とを貫通し、下側の樹脂部材42の下面から出る。
【００５６】
自己穿孔型リベット60は高周波電磁誘導加熱により加熱される。自己穿孔型リベット60の脚部62に近接した樹脂部材41,42の界面付近は溶融し、樹脂部材41と42とが融着して、融着部43となっている。
脚部62の樹脂部材42の下面から出た先端部62cは、ダイのキャビティ（図示せず）により相互に近づくように内側に折り曲げられる。頭部61と折り曲げられた先端部62cとが、樹脂部材41,42を挟んで接合する。
第３の実施形態では、接合装置1のプリクランプ33内で、自己穿孔型リベット60を支持する部材を用いる。
【００５７】
（第４の実施形態）
図１１は、第４の実施形態の自己穿孔型リベット70により樹脂部材41,44を接合した状態を示す断面図である。第４の実施形態は、自己穿孔型リベット70と、ダイのキャビティの形状とが、第１の実施形態とは異なる。第４の実施形態の自己穿孔型リベット70は、釘の形状である。即ち、頭部71と、頭部71から延びる細長い脚部72とを有する。脚部72の外周部には、凹凸72dが付けられている。凹凸72dにより、自己穿孔型リベット70は抜けにくくなる。脚部72の先端部を折り曲げないので、ダイ（図示せず）の上面は平面である。
【００５８】
自己穿孔型リベット70は、鉄、アルミ、銅などの導電体で出来ていて、高周波電磁誘導加熱により加熱される。自己穿孔型リベット70の脚部72に近接した樹脂部材41,44の界面付近は接合時に溶融し、樹脂部材41と44とが融着して、融着部43となっている。
樹脂部材41,44の溶融した部分が凹凸72dに固着し、いっそう抜けにくくなる。
下側の樹脂部材44は、樹脂部材42より厚く、自己穿孔型リベット70の脚部72の先端は、下側の樹脂部材44を貫通せず、内部に留まる。
第４の実施形態では、接合装置1のプリクランプ33内で、自己穿孔型リベット70が倒れないように支持する部材を用いる。
【００５９】
第４の実施形態の自己穿孔型リベットの変形例70'では、脚部72の外周部の凹凸は、螺旋形の溝である。更に、頭部71の上面にねじ回しの先端部を挿入できる溝を形成してある。このようにすると、自己穿孔型リベット70'は、ダイとパンチにより打ち込んだ後、ねじ回しに回して、簡単に取外すことが出来る。
【００６０】
（第５の実施形態）
図１２は、第５の実施形態の自己穿孔型リベット80の斜視図である。第５の実施形態は、自己穿孔型リベット80が、第４の実施形態とは異なる。自己穿孔型リベット80は、全体として野球のホームベースの形状の板状の金具である。自己穿孔型リベット80の２つの側部には、凹凸82dが形成されている。自己穿孔型リベット80の下側端部は、細くなり、樹脂部材41,44に挿入しやすくなっている。下側端部は、下側の樹脂部材44を貫通せず、内部に留まる。脚部72の先端部を折り曲げないので、ダイ（図示せず）の上面は平面である。
【００６１】
自己穿孔型リベット80を高周波電磁誘導加熱する点は、他の実施形態と同様である。
自己穿孔型リベット80を用いると、樹脂部材41と44とが、相互に回転しないように接合することが出来る。
第５の実施形態では、接合装置1のプリクランプ33内で、自己穿孔型リベット80を支持する部材を用いる。
【００６２】
本発明の実施形態によれば、高周波電磁誘導加熱により、自己穿孔型クリップを加熱し、自己穿孔型リベットを打ち込むとき、加熱された自己穿孔型クリップにより、樹脂部材の一部を加熱して溶融させる。自己穿孔型クリップにより接合すると共に、樹脂部材同士を融着させて接合するので、強い強度で接合することが出来る。樹脂部材が軟化、溶融した状態で自己穿孔型リベットを打ち込むので、樹脂部材に割れが生じない。
【符号の説明】
【００６３】
1  接合装置
10  自己穿孔型リベット
11  頭部
12  脚部
20  ダイ
21  キャビティ
22  円錐面
23  側面
25  ダイ支持部材
26  高周波電磁誘導コイル
27  冷却水通路
31  パンチ
32  磁心部材
33  プリクランプ
36  高周波電磁誘導コイル
41  （パンチ側）樹脂部材
42  （受け側）樹脂部材
43  融着部
44  （厚い）樹脂部材
50  自己穿孔型リベット
51  頭部
52a,b,c,d  脚部
55  高周波電源
56  整合部
57  加熱部
58  冷却水循環ユニット
60  自己穿孔型リベット
61  頭部
62  脚部
62c  先端部
70  自己穿孔型リベット
71  頭部
72  脚部
72d  凹凸
80  自己穿孔型リベット
82d  凹凸
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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