(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023151953
(43)【公開日】2023-10-16
(54)【発明の名称】接合構造、及び自動車の骨格部品
(51)【国際特許分類】
F16B 5/04 20060101AFI20231005BHJP
F16B 5/02 20060101ALI20231005BHJP
B29C 65/60 20060101ALI20231005BHJP
B32B 15/08 20060101ALI20231005BHJP
B32B 7/12 20060101ALI20231005BHJP
B21J 15/00 20060101ALI20231005BHJP
【ＦＩ】
F16B5/04 A
F16B5/02 F
F16B5/02 U
F16B5/04 C
B29C65/60
B32B15/08 101Z
B32B7/12
B21J15/00 V
B21J15/00 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022061839
(22)【出願日】2022-04-01
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100217249
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 耕一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100221279
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 健吾
(74)【代理人】
【識別番号】100207686
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 恭宏
(74)【代理人】
【識別番号】100224812
【弁理士】
【氏名又は名称】井口 翔太
(72)【発明者】
【氏名】大野 敦史
(72)【発明者】
【氏名】富士本 博紀
(72)【発明者】
【氏名】▲浜▼田 幸一
(72)【発明者】
【氏名】加茂 真伸
(72)【発明者】
【氏名】今村 高志
【テーマコード（参考）】
3J001
4F100
4F211
【Ｆターム（参考）】
3J001FA02
3J001GA01
3J001GA06
3J001GB01
3J001HA02
3J001HA07
3J001HA09
3J001JD04
3J001KA02
3J001KB01
4F100AA37C
4F100AA37D
4F100AB01
4F100AB01A
4F100AK01C
4F100AK01D
4F100AR00B
4F100BA03
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4F100BA07
4F100DG01C
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4F100DH02C
4F100DH02D
4F100EC13B
4F100GB32
4F211AD03
4F211AD08
4F211TA06
4F211TC03
4F211TD11
4F211TH20
4F211TN74
(57)【要約】
【課題】接合に伴う加圧力による樹脂部材の変形が抑制された接合構造、及び自動車の骨格部品を提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係る接合構造は、金属部材と樹脂部材と接合部材とを有し、金属部材は金属筒状部を有し、樹脂部材は通し穴を有し、金属筒状部は樹脂部材の通し穴に挿通され、接合部材は、金属筒状部の内部に挿通される軸部と、軸部の両端に位置する一対の係止部とを有し、接合部材は、軸部が金属筒状部に挿通された状態で、一対の係止部のうち樹脂部材の側に位置する樹脂側係止部と、一対の係止部のうち金属部材の側に位置する金属側係止部とにより金属部材及び樹脂部材を接合し、軸心に沿った方向視での樹脂側係止部と重なる重複領域において、金属筒状部が挿通された樹脂部材の軸心方向の存在範囲の長さは、金属筒状部の軸心方向の存在範囲の長さ以下である。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の一態様に係る接合構造は、金属部材と樹脂部材と接合部材とを有し、金属部材は金属筒状部を有し、樹脂部材は通し穴を有し、金属筒状部は樹脂部材の通し穴に挿通され、接合部材は、金属筒状部の内部に挿通される軸部と、軸部の両端に位置する一対の係止部とを有し、接合部材は、軸部が金属筒状部に挿通された状態で、一対の係止部のうち樹脂部材の側に位置する樹脂側係止部と、一対の係止部のうち金属部材の側に位置する金属側係止部とにより金属部材及び樹脂部材を接合し、軸心に沿った方向視での樹脂側係止部と重なる重複領域において、金属筒状部が挿通された樹脂部材の軸心方向の存在範囲の長さは、金属筒状部の軸心方向の存在範囲の長さ以下である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
板状の金属部材と、
板状の樹脂部材と、
前記金属部材及び前記樹脂部材を重ね合わせた状態で接合する接合部材と、
を有する接合構造であって、
前記金属部材は、軸心が板厚方向に沿う姿勢の金属筒状部を有し、
前記樹脂部材は、前記金属筒状部の外径よりも大きい内径の通し穴を有し、
前記金属筒状部は、前記樹脂部材の前記通し穴に挿通され、
前記接合部材は、前記金属筒状部の内部に挿通される軸部と、前記軸部の両端に位置する一対の係止部とを有し、
前記接合部材は、前記軸部が前記金属筒状部に挿通された状態で、前記一対の係止部のうち前記樹脂部材の側に位置する樹脂側係止部と、前記一対の係止部のうち前記金属部材の側に位置する金属側係止部とにより、前記金属部材及び前記樹脂部材についての前記軸心に沿う移動を規制することで前記金属部材及び前記樹脂部材を接合し、
前記軸心に沿った方向視での前記樹脂側係止部と重なる重複領域において、前記金属筒状部が挿通された前記樹脂部材の前記軸心方向の存在範囲の長さは、前記金属筒状部の前記軸心方向の存在範囲の長さ以下である
接合構造。
板状の樹脂部材と、
前記金属部材及び前記樹脂部材を重ね合わせた状態で接合する接合部材と、
を有する接合構造であって、
前記金属部材は、軸心が板厚方向に沿う姿勢の金属筒状部を有し、
前記樹脂部材は、前記金属筒状部の外径よりも大きい内径の通し穴を有し、
前記金属筒状部は、前記樹脂部材の前記通し穴に挿通され、
前記接合部材は、前記金属筒状部の内部に挿通される軸部と、前記軸部の両端に位置する一対の係止部とを有し、
前記接合部材は、前記軸部が前記金属筒状部に挿通された状態で、前記一対の係止部のうち前記樹脂部材の側に位置する樹脂側係止部と、前記一対の係止部のうち前記金属部材の側に位置する金属側係止部とにより、前記金属部材及び前記樹脂部材についての前記軸心に沿う移動を規制することで前記金属部材及び前記樹脂部材を接合し、
前記軸心に沿った方向視での前記樹脂側係止部と重なる重複領域において、前記金属筒状部が挿通された前記樹脂部材の前記軸心方向の存在範囲の長さは、前記金属筒状部の前記軸心方向の存在範囲の長さ以下である
接合構造。
【請求項2】
前記樹脂部材が、炭素繊維強化プラスチック板、又は炭素繊維強化プラスチック板を含む積層板から構成されることを特徴とする請求項１に記載の接合構造。
【請求項3】
前記樹脂部材が、前記樹脂部材の前記通し穴の縁に沿って設けられた、軸心が板厚方向に沿う姿勢の樹脂筒状部を有し、
前記軸心に沿った方向視で、前記樹脂側係止部の外縁から５ｍｍ以内の前記重複領域において、前記金属筒状部が挿通された前記樹脂部材及び前記樹脂筒状部の前記軸心方向の存在範囲の長さは、前記金属筒状部の前記軸心方向の前記存在範囲の長さ以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
前記軸心に沿った方向視で、前記樹脂側係止部の外縁から５ｍｍ以内の前記重複領域において、前記金属筒状部が挿通された前記樹脂部材及び前記樹脂筒状部の前記軸心方向の存在範囲の長さは、前記金属筒状部の前記軸心方向の前記存在範囲の長さ以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
【請求項4】
前記樹脂部材と、前記樹脂側係止部との間に配された中間材をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
【請求項5】
前記接合部材が、ナット及びボルトから構成され、
前記ボルトの頭部、および前記ナットが、前記一対の前記係止部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
前記ボルトの頭部、および前記ナットが、前記一対の前記係止部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
【請求項6】
前記ナット、及び前記ボルトの前記頭部の一方が前記樹脂側係止部であり、前記ナット、及び前記ボルトの前記頭部の他方が前記金属側係止部であり、
前記樹脂側係止部と、前記樹脂部材との間に、前記樹脂側係止部よりも大径の外径を持つワッシャを備える
ことを特徴とする請求項５に記載の接合構造。
前記樹脂側係止部と、前記樹脂部材との間に、前記樹脂側係止部よりも大径の外径を持つワッシャを備える
ことを特徴とする請求項５に記載の接合構造。
【請求項7】
前記接合部材が、前記軸部の両端に設けられた頭部及び変形部を有する熱間かしめリベットであり、
前記頭部は前記樹脂側係止部であり、前記変形部は前記金属側係止部である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
前記頭部は前記樹脂側係止部であり、前記変形部は前記金属側係止部である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
【請求項8】
前記樹脂部材と、前記樹脂部材の側に設けられた前記係止部との間に配された、断熱性の中間材をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の接合構造。
【請求項9】
前記金属部材、及び前記樹脂部材の一方又は両方の枚数が２枚以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
【請求項10】
前記金属部材と前記樹脂部材との間に設けられた接着層をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
【請求項11】
前記金属部材の前記金属筒状部が、前記金属部材の両面に設けられ、
前記金属部材又は前記樹脂部材であり、且つ前記通し穴を有する板状部材が、前記金属筒状部を有する前記金属部材を挟むように配され、
２つの前記金属筒状部それぞれが、前記板状部材の前記通し穴に挿通されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
前記金属部材又は前記樹脂部材であり、且つ前記通し穴を有する板状部材が、前記金属筒状部を有する前記金属部材を挟むように配され、
２つの前記金属筒状部それぞれが、前記板状部材の前記通し穴に挿通されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
【請求項12】
前記板状部材が全て前記樹脂部材であることを特徴とする請求項１１に記載の接合構造。
【請求項13】
前記金属部材の前記金属筒状部が、前記金属部材の片面のみに設けられ、
前記金属筒状部が設けられた前記金属部材の枚数が２枚であり、
前記金属筒状部が設けられた２枚の前記金属部材は、前記金属筒状部が設けられない面が向かい合うように配置され、これにより２つの前記金属筒状部は互いに反対方向に突出しており、
前記金属部材又は前記樹脂部材であり、且つ前記通し穴を有する２以上の板状部材が、前記金属筒状部を有する２つの前記金属部材を挟むように配され、
２つの前記金属筒状部それぞれが、前記通し穴に挿通されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
前記金属筒状部が設けられた前記金属部材の枚数が２枚であり、
前記金属筒状部が設けられた２枚の前記金属部材は、前記金属筒状部が設けられない面が向かい合うように配置され、これにより２つの前記金属筒状部は互いに反対方向に突出しており、
前記金属部材又は前記樹脂部材であり、且つ前記通し穴を有する２以上の板状部材が、前記金属筒状部を有する２つの前記金属部材を挟むように配され、
２つの前記金属筒状部それぞれが、前記通し穴に挿通されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
【請求項14】
前記板状部材が全て前記樹脂部材であることを特徴とする請求項１３に記載の接合構造。
【請求項15】
請求項１又は２に記載の接合構造を有する自動車の骨格部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、接合構造、及び自動車の骨格部品に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車は、燃費向上が求められる一方で、衝突安全規制が厳格化されている。そのため自動車の骨格部品には軽量化と衝突安全性向上が求められる。これを実現するために、自動車の骨格部品への高強度鋼板の適用が拡大している。また、自動車の更なる軽量化のために、炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ、ＣＦＲＰ）等の樹脂製の補強材の活用も検討されている。しかしながら、鋼部材と樹脂部材との溶接は難しい。そのため、これらの部材の接合には接着剤が使用されている。しかしながら、接着剤の接合強度は溶接と比べて低い。
【0003】
鋼部材と樹脂部材とを接合する接合継手の強度が低下すると、非常に厳しい条件における衝突などにより部材が変形した時に接合継手の破断が生じる恐れがある。従って、たとえ各部材の強度を向上させたとしても、骨格部品全体としての耐荷重が不足する恐れがある。そこで、金属部材、特に高強度鋼部材と、樹脂部材とを接合する接合継手の強度を向上させる接合方法が求められている。
【0004】
これまで本発明者らは、高強度鋼板同士をリベット接合することにより得られる継手（リベット接合継手）の十字引張強さが、スポット溶接継手のそれよりも著しく高いことを知見していた。さらに本発明者らは、リベット接合継手の引張せん断強さも、リベットを高強度化することで改善することを知見している。リベット接合とは、板状部材に通し穴を形成し、この通し穴にリベットの軸部を挿通させ、リベットの軸部の先端を室温下で塑性変形させ、そしてリベットの頭部及び塑性変形部によって鋼板をかしめる接合法である。また、リベット以外の接合部材、例えばボルト及びナットによっても同じ効果が得られる。
【0005】
しかしながら、金属部材と樹脂部材との接合にリベットのような機械的接合を適用する際、接合部材の加圧力によって、樹脂が変形するという課題がある。
【0006】
金属部材と樹脂部材とを接合する接合構造の従来例として、電池が備える接合構造が特許文献１に開示されている。特許文献１には、電極を含む電極組立体と、前記電極組立体を格納し、端子引出孔を有するケースと、台座部および該台座部から突設したリベット部を有し、該リベット部が前記ケースの端子引出孔を貫通するように設けられた電極端子と、前記ケースと前記電極端子との間に設けられ、前記ケースと前記電極端子との隙間をシールするシール部材であって、前記リベット部の外周に装着される筒部および該筒部の一端から外径方向に平板状に延びた平板部を有し、該平板部は前記ケースの外側または内側のうち、前記電極端子の台座部が配置されている側に設けられているシール部材と、前記ケース内部の前記電極を前記電極端子と電気的に接続させる接続板であって、前記リベット部の外周に装着される接続板と、を備え、前記ケースは、前記端子引出孔の縁部に、縁を立てた形状を有する縁立て部を備えている、電池が開示されている。
【0007】
金属部材と樹脂部材とを接合する接合構造ではないものの、金属部材同士を接合するリベット接合構造が特許文献２に開示されている。特許文献２には、薄板及びその被結合物に形成した結合穴に結合軸体を挿通し、結合軸体とそれと一体又は別体の固定部にて薄板と被結合物を緊締して薄板を被結合物に結合する薄板の結合構造であって、薄板に形成した結合穴の周囲に円筒鍔を連続して突設し、結合軸体又は固定部に円筒鍔の外周に嵌合する袋状部を設けたことを特徴とする薄板の結合構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２０２１－２６８８４号公報
【特許文献2】特開２００１－１２４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献１の技術は、リベットを用いて、金属製のケースとフッ素ゴム等の樹脂製のシール部材とを接合する技術であり、シール性を向上させることを課題としている。一方、特許文献１では、接合構造の強度について何ら検討されていない。また、リベットがシール部材に及ぼす機械的影響を緩和する手段についても、特許文献１には開示されていない。
【0010】
特許文献２の技術は、結合ピンを用いて、薄板から成る部材を高い強度と剛性をもって結合できる薄板の結合構造を提供することを課題としている。特許文献２で開示されている接合技術において薄板に接合される部材は金属部材であり、樹脂を薄鋼板に接合する場合については触れられておらず、特許文献２においても、接合構造が樹脂部材に及ぼす機械的影響を緩和する手段について開示されていない。
【0011】
以上の事情に鑑みて、本発明は、樹脂部材及び金属部材を接合する接合構造であって、接合に伴う加圧力による樹脂部材の変形を抑制できる接合構造、及び自動車の骨格部品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】
【0012】
本発明の要旨は以下の通りである。
【0013】
（１）本発明の一態様に係る接合構造は、板状の金属部材と、板状の樹脂部材と、前記金属部材及び前記樹脂部材を重ね合わせた状態で接合する接合部材と、を有する接合構造であって、前記金属部材は、軸心が板厚方向に沿う姿勢の金属筒状部を有し、前記樹脂部材は、前記金属筒状部の外径よりも大きい内径の通し穴を有し、前記金属筒状部は、前記樹脂部材の前記通し穴に挿通され、前記接合部材は、前記金属筒状部の内部に挿通される軸部と、前記軸部の両端に位置する一対の係止部とを有し、前記接合部材は、前記軸部が前記金属筒状部に挿通された状態で、前記一対の係止部のうち前記樹脂部材の側に位置する樹脂側係止部と、前記一対の係止部のうち前記金属部材の側に位置する金属側係止部とにより、前記金属部材及び前記樹脂部材についての前記軸心に沿う移動を規制することで前記金属部材及び前記樹脂部材を接合し、前記軸心に沿った方向視での前記樹脂側係止部と重なる重複領域において、前記金属筒状部が挿通された前記樹脂部材の前記軸心方向の存在範囲の長さは、前記金属筒状部の前記軸心方向の存在範囲の長さ以下である。
（２）上記（１）に記載の接合構造では、前記樹脂部材が、炭素繊維強化プラスチック板、又は炭素繊維強化プラスチック板を含む積層板から構成されてもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の接合構造では、前記樹脂部材が、前記樹脂部材の前記通し穴の縁に沿って設けられた、軸心が板厚方向に沿う姿勢の樹脂筒状部を有し、前記軸心に沿った方向視で、前記樹脂側係止部の外縁から５ｍｍ以内の前記重複領域において、前記金属筒状部が挿通された前記樹脂部材及び前記樹脂筒状部の前記軸心方向の存在範囲の長さは、前記金属筒状部の前記軸心方向の前記存在範囲の長さ以下であってもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか一項に記載の接合構造は、前記樹脂部材と、前記樹脂側係止部との間に配された中間材をさらに有してもよい。
（５）上記（１）～（４）のいずれか一項に記載の接合構造では、前記接合部材が、ナット及びボルトから構成され、前記ボルトの頭部、および前記ナットが、前記一対の前記係止部であってもよい。
（６）上記（５）に記載の接合構造では、前記ナット、及び前記ボルトの前記頭部の一方が前記樹脂側係止部であり、前記ナット、及び前記ボルトの前記頭部の他方が前記金属側係止部であり、前記樹脂側係止部と、前記樹脂部材との間に、前記樹脂側係止部よりも大径の外径を持つワッシャを備えてもよい。
（７）上記（１）～（４）のいずれか一項に記載の接合構造では、前記接合部材が、前記軸部の両端に設けられた頭部及び変形部を有する熱間かしめリベットであり、前記頭部は前記樹脂側係止部であり、前記変形部は前記金属側係止部であってもよい。
（８）上記（７）に記載の接合構造では、前記樹脂部材と、前記樹脂部材の側に設けられた前記係止部との間に配された、断熱性の中間材をさらに有してもよい。
（９）上記（１）～（８）のいずれか一項に記載の接合構造では、前記金属部材、及び前記樹脂部材の一方又は両方の枚数が２枚以上であってもよい。
（１０）上記（１）～（９）のいずれか一項に記載の接合構造は、前記金属部材と前記樹脂部材との間に設けられた接着層をさらに有してもよい。
（１１）上記（１）～（１０）のいずれか一項に記載の接合構造では、前記金属部材の前記金属筒状部が、前記金属部材の両面に設けられ、前記金属部材又は前記樹脂部材であり、且つ前記通し穴を有する板状部材が、前記金属筒状部を有する前記金属部材を挟むように配され、２つの前記金属筒状部それぞれが、前記板状部材の前記通し穴に挿通されていてもよい。
（１２）上記（１１）に記載の接合構造では、前記板状部材が全て前記樹脂部材であってもよい。
（１３）上記（１）～（１０）のいずれか一項に記載の接合構造では、前記金属部材の前記金属筒状部が、前記金属部材の片面のみに設けられ、前記金属筒状部が設けられた前記金属部材の枚数が２枚であり、前記金属筒状部が設けられた２枚の前記金属部材は、前記金属筒状部が設けられない面が向かい合うように配置され、これにより２つの前記金属筒状部は互いに反対方向に突出しており、前記金属部材又は前記樹脂部材であり、且つ前記通し穴を有する２以上の板状部材が、前記金属筒状部を有する２つの前記金属部材を挟むように配され、２つの前記金属筒状部それぞれが、前記通し穴に挿通されていてもよい。
（１４）上記（１３）に記載の接合構造では、前記板状部材が全て前記樹脂部材であってもよい。
（２）上記（１）に記載の接合構造では、前記樹脂部材が、炭素繊維強化プラスチック板、又は炭素繊維強化プラスチック板を含む積層板から構成されてもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の接合構造では、前記樹脂部材が、前記樹脂部材の前記通し穴の縁に沿って設けられた、軸心が板厚方向に沿う姿勢の樹脂筒状部を有し、前記軸心に沿った方向視で、前記樹脂側係止部の外縁から５ｍｍ以内の前記重複領域において、前記金属筒状部が挿通された前記樹脂部材及び前記樹脂筒状部の前記軸心方向の存在範囲の長さは、前記金属筒状部の前記軸心方向の前記存在範囲の長さ以下であってもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか一項に記載の接合構造は、前記樹脂部材と、前記樹脂側係止部との間に配された中間材をさらに有してもよい。
（５）上記（１）～（４）のいずれか一項に記載の接合構造では、前記接合部材が、ナット及びボルトから構成され、前記ボルトの頭部、および前記ナットが、前記一対の前記係止部であってもよい。
（６）上記（５）に記載の接合構造では、前記ナット、及び前記ボルトの前記頭部の一方が前記樹脂側係止部であり、前記ナット、及び前記ボルトの前記頭部の他方が前記金属側係止部であり、前記樹脂側係止部と、前記樹脂部材との間に、前記樹脂側係止部よりも大径の外径を持つワッシャを備えてもよい。
（７）上記（１）～（４）のいずれか一項に記載の接合構造では、前記接合部材が、前記軸部の両端に設けられた頭部及び変形部を有する熱間かしめリベットであり、前記頭部は前記樹脂側係止部であり、前記変形部は前記金属側係止部であってもよい。
（８）上記（７）に記載の接合構造では、前記樹脂部材と、前記樹脂部材の側に設けられた前記係止部との間に配された、断熱性の中間材をさらに有してもよい。
（９）上記（１）～（８）のいずれか一項に記載の接合構造では、前記金属部材、及び前記樹脂部材の一方又は両方の枚数が２枚以上であってもよい。
（１０）上記（１）～（９）のいずれか一項に記載の接合構造は、前記金属部材と前記樹脂部材との間に設けられた接着層をさらに有してもよい。
（１１）上記（１）～（１０）のいずれか一項に記載の接合構造では、前記金属部材の前記金属筒状部が、前記金属部材の両面に設けられ、前記金属部材又は前記樹脂部材であり、且つ前記通し穴を有する板状部材が、前記金属筒状部を有する前記金属部材を挟むように配され、２つの前記金属筒状部それぞれが、前記板状部材の前記通し穴に挿通されていてもよい。
（１２）上記（１１）に記載の接合構造では、前記板状部材が全て前記樹脂部材であってもよい。
（１３）上記（１）～（１０）のいずれか一項に記載の接合構造では、前記金属部材の前記金属筒状部が、前記金属部材の片面のみに設けられ、前記金属筒状部が設けられた前記金属部材の枚数が２枚であり、前記金属筒状部が設けられた２枚の前記金属部材は、前記金属筒状部が設けられない面が向かい合うように配置され、これにより２つの前記金属筒状部は互いに反対方向に突出しており、前記金属部材又は前記樹脂部材であり、且つ前記通し穴を有する２以上の板状部材が、前記金属筒状部を有する２つの前記金属部材を挟むように配され、２つの前記金属筒状部それぞれが、前記通し穴に挿通されていてもよい。
（１４）上記（１３）に記載の接合構造では、前記板状部材が全て前記樹脂部材であってもよい。
【0014】
（１５）本発明の別の態様に係る自動車の骨格部品は、上記（１）～（１４）のいずれか一項に記載の接合構造を有する。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、樹脂部材及び金属部材を接合する接合構造であって、接合に伴う加圧力による樹脂部材の変形を抑制できる接合構造、及び自動車の骨格部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の一実施態様に係る接合構造の一例の断面模式図である。
【図2】樹脂部材が変形回避領域及び肉厚領域を有する接合構造の一例の断面図である。
【図3】樹脂筒状部を有する接合構造の一例の断面模式図である。
【図4】中間材を有する接合構造の一例の断面模式図である。
【図5A】ボルト、ナット、及びワッシャを有する接合構造の一例の断面模式図である。
【図5B】ボルト、ナット、及びワッシャを有する接合構造の別の例の断面模式図である。
【図6】リベットを有する接合構造の一例の断面模式図である。
【図7】リベット及び断熱性の中間材を有する接合構造の一例の断面模式図である。
【図8A】樹脂部材が２枚の接合構造の一例の断面模式図である。
【図8B】金属部材が２枚の接合構造の一例の断面模式図である。
【図8C】金属部材が２枚の接合構造の別の例の断面模式図である。
【図8D】金属部材が２枚の接合構造の別の例の断面模式図である。
【図8E】金属筒状部が両面に設けられた金属部材を有する接合構造の例の断面模式図である。
【図8F】２つの金属筒状部が互いに反対方向に突出するように配された２枚の金属部材を有する接合構造の例の断面模式図である。
【図9】従来の接合構造の一例の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の一態様に係る接合構造１は、図１に示されるように、板状の金属部材１１と、板状の樹脂部材１２と、金属部材１１及び樹脂部材１２を重ね合わせた状態で接合する接合部材１３と、を有する接合構造１であって、金属部材１１は、軸心Ｘが板厚方向に沿う姿勢の金属筒状部１１１を有し、樹脂部材１２は、金属筒状部１１１の外径よりも大きい内径の通し穴１２１を有し、金属筒状部１１１は、樹脂部材１２の通し穴１２１に挿通され、接合部材１３は、金属筒状部１１１の内部に挿通される軸部１３Ａと、軸部１３Ａの両端に位置する一対の係止部と、を有し、接合部材１３は、軸部１３Ａが金属筒状部１１１に挿通された状態で、一対の係止部のうち樹脂部材１２側に位置する樹脂側係止部１３Ｂと、一対の係止部のうち金属部材１１側に位置する金属側係止部１３Ｃとにより、金属部材１１及び樹脂部材１２についての軸心Ｘに沿う移動を規制することで金属部材１１及び樹脂部材１２を接合し、軸心Ｘに沿った方向視での樹脂側係止部１３Ｂと重なる重複領域において金属筒状部１１１が挿通された樹脂部材１２の軸心Ｘ方向の存在範囲Ｒ１の長さは、金属筒状部１１１の軸心Ｘ方向の存在範囲Ｒ２の長さ以下である。以下、本実施形態に係る接合構造１の詳細について説明する。
【0018】
（金属部材１１）
接合構造１は、板状の金属部材１１を有する。金属部材１１は、接合構造１における母材、即ち、接合対象となる部材である。金属部材１１は、金属製であり、金属筒状部１１１が設けられている。金属筒状部１１１は、その軸心Ｘが金属部材１１の板厚方向に沿う姿勢で形成されている。最も好ましくは、金属筒状部の軸心Ｘは、金属部材１１の板厚方向に平行とされる。しかし、金属筒状部の軸心Ｘと金属部材１１の板厚方向とが、若干の角度をなしていてもよい。
接合構造１は、板状の金属部材１１を有する。金属部材１１は、接合構造１における母材、即ち、接合対象となる部材である。金属部材１１は、金属製であり、金属筒状部１１１が設けられている。金属筒状部１１１は、その軸心Ｘが金属部材１１の板厚方向に沿う姿勢で形成されている。最も好ましくは、金属筒状部の軸心Ｘは、金属部材１１の板厚方向に平行とされる。しかし、金属筒状部の軸心Ｘと金属部材１１の板厚方向とが、若干の角度をなしていてもよい。
【0019】
金属筒状部１１１の内部には、接合部材１３の軸部１３Ａが挿通されている。また、この金属筒状部１１１は、樹脂部材１２の通し穴１２１に挿通されている。以下、単に「軸心Ｘ」と記載した場合は、金属筒状部１１１の軸心を意味する。
【0020】
（樹脂部材１２）
接合構造１は、金属部材１１と重ね合わせられた板状の樹脂部材１２をさらに有する。樹脂部材１２は、接合構造１における母材、即ち、接合対象となる部材である。樹脂部材１２は、樹脂製であり、且つ通し穴１２１を有するものとされる。通し穴１２１には、金属筒状部１１１が挿通される。そのため、通し穴１２１の内径は、金属筒状部１１１の外径よりも大きい。
接合構造１は、金属部材１１と重ね合わせられた板状の樹脂部材１２をさらに有する。樹脂部材１２は、接合構造１における母材、即ち、接合対象となる部材である。樹脂部材１２は、樹脂製であり、且つ通し穴１２１を有するものとされる。通し穴１２１には、金属筒状部１１１が挿通される。そのため、通し穴１２１の内径は、金属筒状部１１１の外径よりも大きい。
【0021】
（接合部材１３）
接合構造１は、金属部材１１及び樹脂部材１２を重ね合わせた状態で接合する接合部材１３をさらに有する。接合部材１３は、軸部１３Ａと、軸部１３Ａの両端に位置する一対の係止部とを有する。接合部材１３とは、例えばリベット１３３、又は、ボルト１３１及びナット１３２等である。なお、金属筒状部１１１の軸心Ｘは、接合部材１３の軸心と実質的に一致することが通常である。
接合構造１は、金属部材１１及び樹脂部材１２を重ね合わせた状態で接合する接合部材１３をさらに有する。接合部材１３は、軸部１３Ａと、軸部１３Ａの両端に位置する一対の係止部とを有する。接合部材１３とは、例えばリベット１３３、又は、ボルト１３１及びナット１３２等である。なお、金属筒状部１１１の軸心Ｘは、接合部材１３の軸心と実質的に一致することが通常である。
【0022】
軸部１３Ａは、金属筒状部１１１の内部に挿通されている。上述の通り、金属筒状部１１１は樹脂部材１２の通し穴１２１に挿通されているので、接合部材１３の軸部１３Ａは、金属部材１１及び樹脂部材１２の両方を貫通している。
【0023】
一対の係止部は、軸部１３Ａの両端に位置する。これら係止部のうち、金属部材１１の側に設けられたものを金属側係止部１３Ｃと称し、樹脂部材１２の側に設けられたものを樹脂側係止部１３Ｂと称する。金属側係止部１３Ｃ及び樹脂側係止部１３Ｂは、金属部材１１及び樹脂部材１２が、金属筒状部１１１の軸心Ｘに沿って移動することを規制する。金属部材１１及び樹脂部材１２の軸心Ｘに沿った移動を規制するために、例えば金属側係止部１３Ｃの外径を金属筒状部１１１の内径よりも大きくし、且つ、樹脂側係止部１３Ｂの外径を樹脂部材１２の通し穴１２１の内径よりも大きくすることができる。これにより、金属部材１１及び樹脂部材１２から接合部材１３が脱落することが防止され、金属部材１１及び樹脂部材１２が接合される。
【0024】
なお、金属部材１１及び樹脂部材１２の軸心Ｘに沿った移動は、一定範囲内に規制されていれば足りる。換言すると、樹脂部材１２は、軸心Ｘに沿って若干移動可能とされていてもよい。一方、後述する中間材１４、及び樹脂筒状部１２２等を用いて、樹脂部材１２が軸心Ｘに沿って移動することを防いでもよい。
【0025】
（樹脂部材１２の存在範囲Ｒ１、及び金属筒状部１１１の存在範囲Ｒ２の関係）
軸心に沿った方向視での樹脂側係止部１３Ｂと重なる重複領域において、金属筒状部１１１が挿通された樹脂部材１２の軸心方向の存在範囲Ｒ１の長さは、金属筒状部１１１の軸心方向の存在範囲Ｒ２の長さ以下である。ここで、樹脂部材の１２の軸心方向の存在範囲Ｒ１の長さとは、樹脂部材１２のうち樹脂側係止部と金属部材との間に挟まれた部分の厚さの最大値である。なお、樹脂部材の厚さとは、金属筒状部１１１の軸心方向に沿って測定される厚さである。また、金属筒状部１１１の存在範囲Ｒ２の長さとは、金属筒状部１１１が設けられた側の金属部材の表面を基準とした、金属筒状部１１１の高さのことである。なお、金属筒状部１１１の高さは、金属筒状部１１１の軸心方向に沿って測定される高さである。
軸心に沿った方向視での樹脂側係止部１３Ｂと重なる重複領域において、金属筒状部１１１が挿通された樹脂部材１２の軸心方向の存在範囲Ｒ１の長さは、金属筒状部１１１の軸心方向の存在範囲Ｒ２の長さ以下である。ここで、樹脂部材の１２の軸心方向の存在範囲Ｒ１の長さとは、樹脂部材１２のうち樹脂側係止部と金属部材との間に挟まれた部分の厚さの最大値である。なお、樹脂部材の厚さとは、金属筒状部１１１の軸心方向に沿って測定される厚さである。また、金属筒状部１１１の存在範囲Ｒ２の長さとは、金属筒状部１１１が設けられた側の金属部材の表面を基準とした、金属筒状部１１１の高さのことである。なお、金属筒状部１１１の高さは、金属筒状部１１１の軸心方向に沿って測定される高さである。
【0026】
樹脂部材１２の存在範囲Ｒ１、及び金属筒状部１１１の存在範囲Ｒ２を上述の範囲内とすることにより、金属筒状部１１１は、樹脂部材１２と樹脂側係止部１３Ｂとの間に設けられたスペーサとしての役割を果たす。その結果、樹脂側係止部１３Ｂによって樹脂部材１２が加圧変形する事態が回避されている。
【0027】
金属部材１１と樹脂部材１２とを機械的に接合するにあたり、接合部材１３が樹脂部材１２を変形させることが問題となる。例えば自動車の骨格部品など、高い接合強度が求められる部品においては、接合部材１３を強固な材質とする必要がある。しかし、このような強固な材料から構成される接合部材１３を用いて金属部材１１及び樹脂部材１２を接合する場合、例えば図９に示されるように、樹脂側係止部１３Ｂが樹脂部材１２の内部に食い込み、樹脂部材１２が加圧変形する。接合部材１３がリベット１３３である場合は、リベット１３３の先端を変形させて部材をかしめる際に、樹脂部材１２が変形する。接合部材１３がボルト１３１及びナット１３２である場合は、ボルト１３１締め付けの際に、樹脂部材１２が変形する。これにより、接合部における樹脂部材１２の強度が劣化し、接合構造１の接合強度が損なわれる。
【0028】
一方、図１に示されるように、樹脂部材１２の軸心Ｘ方向の存在範囲Ｒ１の長さが、金属筒状部１１１の軸心Ｘ方向の存在範囲Ｒ２の長さ以下である場合、樹脂側係止部１３Ｂが樹脂部材１２を変形させることがない。これにより、高い接合強度を有する接合部材１３が得られる。
【0029】
もっとも、接合構造１の全体にわたって樹脂部材１２の軸心Ｘ方向の存在範囲Ｒ１が上述のようにされる必要はない。例えば図２に示されるように、樹脂側係止部の外縁から離れた領域において、樹脂部材１２の板厚を増大させ、これにより接合構造１の強度を向上させてもよい。換言すると、軸心方向視で樹脂側係止部１３Ｂと重なる領域よりも外側に当該重なる領域の板厚よりも大きい板厚となる肉厚領域１２４が存在する場合は、当該重なる領域と肉厚領域１２４との間に、当該重なる領域の板厚と同じ板厚の変形回避領域１２３が形成されていることが好ましい。
【0030】
また、金属筒状部１１１は、接合部材１３の軸部１３Ａと樹脂部材１２の通し穴１２１の内面との接触を妨げる働きも有する。これにより、樹脂部材１２の通し穴１２１の内面が損傷することを防止することができる。例えば接合部材１３がボルト及びナットから構成される場合、金属筒状部１１１は、ボルトのねじ山による樹脂部材１２の通し穴１２１の内面損傷を防止することができる。
【0031】
なお、金属筒状部１１１が樹脂部材１２と樹脂側係止部１３Ｂとの間に設けられたスペーサとしての役割を果たすので、後述する中間材１４などが配されていなければ、樹脂部材１２は、軸心Ｘに沿って若干移動可能となる場合がある。
【0032】
（樹脂部材１２の材質及び形状）
樹脂部材１２の材質は特に限定されないが、接合構造１を自動車の骨格部品とする場合は、樹脂部材１２を例えば炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ、ＣＦＲＰ）板、又は炭素繊維強化プラスチック板を含む積層板から構成されるものとすることが好適である。ＣＦＲＰ板、及びＣＦＲＰ積層板は非常に高強度であるので、接合構造１の強度を一層高めることができる。なお、ＣＦＲＰは表面損傷が生じやすい材質であるが、本実施形態に係る接合構造１では、ＣＦＲＰに対して樹脂側係止部１３Ｂから応力が加わりにくい。そのため、ＣＦＲＰの表面損傷が、本実施形態に係る接合構造１では抑制される。
樹脂部材１２の材質は特に限定されないが、接合構造１を自動車の骨格部品とする場合は、樹脂部材１２を例えば炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ、ＣＦＲＰ）板、又は炭素繊維強化プラスチック板を含む積層板から構成されるものとすることが好適である。ＣＦＲＰ板、及びＣＦＲＰ積層板は非常に高強度であるので、接合構造１の強度を一層高めることができる。なお、ＣＦＲＰは表面損傷が生じやすい材質であるが、本実施形態に係る接合構造１では、ＣＦＲＰに対して樹脂側係止部１３Ｂから応力が加わりにくい。そのため、ＣＦＲＰの表面損傷が、本実施形態に係る接合構造１では抑制される。
【0033】
また、樹脂部材１２の板厚は一様でなくてもよい。例えば図２に示されるように、接合部材によって接合される領域においては、樹脂部材の板厚を小さくし、それ以外の領域においては、樹脂部材の板厚を大きくすることもできる。
【0034】
（樹脂筒状部１２２）
図３に示されるように、樹脂部材１２が樹脂筒状部１２２を有してもよい。樹脂筒状部１２２とは、樹脂部材１２の通し穴１２１の縁に沿って設けられた、軸心が板厚方向に沿う姿勢を有する部位である。樹脂部材１２を用いることにより、樹脂部材１２の軸心Ｘに沿った移動を規制することができる。これにより、接合構造１の耐振動性などを一層向上させることができる。ただし、樹脂筒状部１２２の先端が樹脂側係止部１３Ｂと接する場合、樹脂部材１２に変形が生じうる。従って、樹脂筒状部１２２を設ける場合には、樹脂筒状部１２２の軸心Ｘ方向の存在範囲Ｒ３の長さが、金属筒状部１１１の軸心Ｘ方向の存在範囲Ｒ２の長さ以下であることが好ましい。ここで樹脂筒状部１２２の軸心Ｘ方向の存在範囲Ｒ３の長さとは、樹脂筒状部１２２が設けられた側の樹脂部材１２の表面を基準とした、樹脂筒状部１２２の高さのことである。なお、樹脂筒状部１２２の高さは、金属筒状部１１１の軸心方向に沿って測定される高さである。
図３に示されるように、樹脂部材１２が樹脂筒状部１２２を有してもよい。樹脂筒状部１２２とは、樹脂部材１２の通し穴１２１の縁に沿って設けられた、軸心が板厚方向に沿う姿勢を有する部位である。樹脂部材１２を用いることにより、樹脂部材１２の軸心Ｘに沿った移動を規制することができる。これにより、接合構造１の耐振動性などを一層向上させることができる。ただし、樹脂筒状部１２２の先端が樹脂側係止部１３Ｂと接する場合、樹脂部材１２に変形が生じうる。従って、樹脂筒状部１２２を設ける場合には、樹脂筒状部１２２の軸心Ｘ方向の存在範囲Ｒ３の長さが、金属筒状部１１１の軸心Ｘ方向の存在範囲Ｒ２の長さ以下であることが好ましい。ここで樹脂筒状部１２２の軸心Ｘ方向の存在範囲Ｒ３の長さとは、樹脂筒状部１２２が設けられた側の樹脂部材１２の表面を基準とした、樹脂筒状部１２２の高さのことである。なお、樹脂筒状部１２２の高さは、金属筒状部１１１の軸心方向に沿って測定される高さである。
【0035】
（中間材１４）
図４に示されるように、接合構造１が、樹脂部材１２と樹脂側係止部１３Ｂとの間に配された中間材１４をさらに有してもよい。ここで「中間材１４」とは、接合構造１に含まれるが、接合構造１による接合対象ではない部材、即ち母材以外の部材を意味する。例えば複数の板状部材をボルト、ナット、及びワッシャを用いて接合する場合、板状部材が母材に該当し、ワッシャが中間材に該当する。中間材１４は、樹脂部材１２が軸心Ｘに沿って移動することを防ぐ。これにより、接合構造１の耐振動性などを一層向上させることができる。中間材１４の材質などの構成は、接合部材１３の構成等に応じて適宜選択することができる。また、上述の樹脂筒状部１２２とは異なり、中間材１４は樹脂部材１２とは別の部材であるので、中間材１４は樹脂側係止部１３Ｂと離隔されていなくともよい。中間材１４が変形したとしても、接合構造１の強度には影響しないからである。中間材１４の具体的構成の例は、後述する接合部材１３の具体的構成の例とともに述べる。
図４に示されるように、接合構造１が、樹脂部材１２と樹脂側係止部１３Ｂとの間に配された中間材１４をさらに有してもよい。ここで「中間材１４」とは、接合構造１に含まれるが、接合構造１による接合対象ではない部材、即ち母材以外の部材を意味する。例えば複数の板状部材をボルト、ナット、及びワッシャを用いて接合する場合、板状部材が母材に該当し、ワッシャが中間材に該当する。中間材１４は、樹脂部材１２が軸心Ｘに沿って移動することを防ぐ。これにより、接合構造１の耐振動性などを一層向上させることができる。中間材１４の材質などの構成は、接合部材１３の構成等に応じて適宜選択することができる。また、上述の樹脂筒状部１２２とは異なり、中間材１４は樹脂部材１２とは別の部材であるので、中間材１４は樹脂側係止部１３Ｂと離隔されていなくともよい。中間材１４が変形したとしても、接合構造１の強度には影響しないからである。中間材１４の具体的構成の例は、後述する接合部材１３の具体的構成の例とともに述べる。
【0036】
（ナット１３２及びボルト１３１）
接合部材１３の一例は、ナット１３２及びボルト１３１である。ボルト１３１の軸部（以下「ボルト軸部１３１Ａ」と称する）が接合部材１３の軸部１３Ａとなり、ボルト１３１の頭部（以下「ボルト頭部１３１Ｂ」と称する）及びナット１３２が、接合部材１３の一対の係止部となる。ナット１３２は、樹脂側係止部１３Ｂとされてもよいし、金属側係止部１３Ｃとされてもよい。同様に、ボルト頭部１３１Ｂは樹脂側係止部１３Ｂとされてもよいし、金属側係止部１３Ｃとされてもよい。
接合部材１３の一例は、ナット１３２及びボルト１３１である。ボルト１３１の軸部（以下「ボルト軸部１３１Ａ」と称する）が接合部材１３の軸部１３Ａとなり、ボルト１３１の頭部（以下「ボルト頭部１３１Ｂ」と称する）及びナット１３２が、接合部材１３の一対の係止部となる。ナット１３２は、樹脂側係止部１３Ｂとされてもよいし、金属側係止部１３Ｃとされてもよい。同様に、ボルト頭部１３１Ｂは樹脂側係止部１３Ｂとされてもよいし、金属側係止部１３Ｃとされてもよい。
【0037】
接合部材１３がナット１３２及びボルト１３１である場合、接合構造１がさらにワッシャ１５を備えてもよい。ワッシャ１５は、図５Ａ及び図５Ｂに例示されるように、樹脂側係止部１３Ｂと樹脂部材１２との間に配置されることが好ましい。ワッシャは、樹脂側係止部よりも大径の外径を持つことが好ましい。これにより、樹脂側係止部１３Ｂによる樹脂部材１２の変形を、一層確実に防止することができる。また、ワッシャ１５は、樹脂部材１２が軸心Ｘに沿って移動することを防ぐ中間材１４としても働く。なお、図５Ａに示されるように、ワッシャ１５の通し穴の内径を金属筒状部１１１の外径より大きくして、これにより金属筒状部１１１をワッシャ１５の通し穴１２１に挿通させてもよい。一方、図５Ｂに示されるように、ワッシャ１５の通し穴の内径を金属筒状部１１１の外径より小さく、且つ、ボルト軸部１３１Ａの外径よりも大きくして、これにより金属筒状部１１１と樹脂側係止部１３Ｂとの間にワッシャ１５を配置してもよい。
【0038】
（リベット１３３）
接合部材１３の別の例は、リベット１３３である。一般的なリベットは、頭部及び軸部を有し、部材の通し穴に軸部を挿入してから軸部の先端を塑性変形させることによって、部材を接合する部品である。この塑性変形加工は、リベッティングと呼ばれる。本実施形態に係る接合構造１においても、リベット１３３は軸部と、軸部の両端に設けられた頭部及び変形部を有する。以下、リベット１３３の頭部、軸部、及び変形部を、リベット頭部１３３Ｂ、リベット軸部１３３Ａ、及びリベット変形部１３３Ｃと称する。
接合部材１３の別の例は、リベット１３３である。一般的なリベットは、頭部及び軸部を有し、部材の通し穴に軸部を挿入してから軸部の先端を塑性変形させることによって、部材を接合する部品である。この塑性変形加工は、リベッティングと呼ばれる。本実施形態に係る接合構造１においても、リベット１３３は軸部と、軸部の両端に設けられた頭部及び変形部を有する。以下、リベット１３３の頭部、軸部、及び変形部を、リベット頭部１３３Ｂ、リベット軸部１３３Ａ、及びリベット変形部１３３Ｃと称する。
【0039】
本実施形態に係る接合構造１においては、図６に示される通り、リベット頭部１３３Ｂが樹脂側係止部１３Ｂとされ、リベット変形部１３３Ｃが金属側係止部１３Ｃとされることが好ましい。リベッティングを樹脂部材１２の側で行った場合、リベット変形部１３３Ｃから樹脂部材１２に熱が伝わり、樹脂部材１２が熱によって変質する場合がある。一方、リベット頭部１３３Ｂは、リベッティングの際にリベット変形部１３３Ｃよりも加熱されにくい。従って、リベット頭部１３３Ｂを樹脂側係止部１３Ｂとすることにより、樹脂部材１２の加圧変形の防止効果に加えて、熱変形の防止効果も得ることができる。
【0040】
リベット１３３は、冷間かしめリベットであってもよいし、熱間かしめリベットであってもよい。冷間かしめリベットとは、常温でリベッティングされたリベット１３３であり、熱間かしめリベットとは、加熱され軟化された状態でリベッティングされたリベット１３３である。熱間かしめリベットは、溶融凝固部や熱影響部などの、熱間加工をされた痕跡を有している。一方、冷間かしめリベットは、溶融凝固部や熱影響部を有しない。従って、熱間加工をされた痕跡の有無に基づいて、リベットが冷間かしめリベット及び熱間かしめリベットのいずれであるかを判別することができる。
【0041】
冷間かしめリベットは、リベッティングのための設備が簡素である点、及び、樹脂部材１２の熱変形を抑制できる点で優れている。一方、冷間かしめリベットには、高強度の材質が適用できない。リベットの材質の強度が高いほど、冷間で塑性変形を生じさせることが困難になるからである。従って、求められる接合強度が低い箇所の接合に、冷間リベットは適する。
【0042】
熱間かしめリベットは、高強度の材質を適用可能である点で優れている。例えばリベットが鋼製である場合、引張強さが３６０ＭＰａ以上のリベットは熱間かしめすることが望ましい。また、ビッカース硬さが１３０ＨＶ以上のリベットは熱間かしめすることが好ましい。なお、リベットの熱間かしめは、スポット溶接用の設備を用いて実施可能である。リベット頭部及びリベット軸部の先端を、スポット溶接用の電極で挟み、加圧しながら通電することにより、リベット１３３の通電加熱及びリベッティングを短時間で行うことができる。ただし、熱間かしめの際には、樹脂部材１２が熱変形するリスクがある。
【0043】
樹脂部材１２の熱変形を防止する手段の一つは、上述した通り、リベット頭部１３３Ｂを樹脂側係止部１３Ｂとして用いることである。リベット頭部１３３Ｂ、特にリベット頭部１３３Ｂの外周部は、通電加熱の際に温度が上がりにくい。この理由は、通電加熱の際の電流経路は主にリベット軸部１３３Ａに沿って形成されるからであると推定される。この場合、主な電流経路の外部に位置するリベット頭部１３３Ｂの外周部では、電流密度が低く、入熱量が低い。そのため、リベット頭部１３３Ｂを樹脂側係止部１３Ｂとすることにより、樹脂部材１２への入熱を妨げることができる。
【0044】
樹脂部材１２の熱変形を防止する別の手段は、図７に示されるように、樹脂側係止部１３Ｂであるリベット頭部１３３Ｂと樹脂部材１２との間に断熱性の中間材１４を配することである。この場合、中間材１４は、樹脂部材１２への入熱を妨げて樹脂部材１２の熱変形を防ぐ効果と、樹脂部材１２が軸心Ｘに沿って移動することを防ぐ効果との両方を発揮する。
【0045】
（部材の枚数）
樹脂部材１２、及び金属部材１１の枚数は特に限定されない。図１の例では、樹脂部材１２及び金属部材１１の枚数が１枚である。一方、樹脂部材１２及び金属部材１１の一方又は両方の枚数が２枚以上であってもよい。例えば、樹脂部材１２を板組の最表面に配する場合に、本実施形態に係る接合構造１の作用効果の恩恵を一層強く受けることができる。
樹脂部材１２、及び金属部材１１の枚数は特に限定されない。図１の例では、樹脂部材１２及び金属部材１１の枚数が１枚である。一方、樹脂部材１２及び金属部材１１の一方又は両方の枚数が２枚以上であってもよい。例えば、樹脂部材１２を板組の最表面に配する場合に、本実施形態に係る接合構造１の作用効果の恩恵を一層強く受けることができる。
【0046】
図８Ａの例では、樹脂部材１２が２枚であり、金属部材１１が１枚である。この場合、樹脂部材１２の存在範囲Ｒ１の存在範囲とは、金属筒状部１１１が挿通されている樹脂部材１２すべての存在範囲とみなされる。金属筒状部１１１は、両方の樹脂部材１２の通し穴１２１に挿通されている。さらに、軸心に沿った方向視で、軸心Ｘに沿った方向視での樹脂側係止部１３Ｂと重なる重複領域において、金属筒状部が挿通された２枚の樹脂部材の軸心方向の存在範囲Ｒ１の長さは、金属筒状部の軸心方向の存在範囲Ｒ２の長さ以下である。樹脂部材１２が２枚以上であっても、樹脂部材１２の変形を防止する効果が得られる。
【0047】
図８Ｂ、図８Ｃ、及び図８Ｄの例では、樹脂部材１２が１枚であり、金属部材１１が２枚である。図８Ｂの例では、金属筒状部１１１は、２枚の金属部材１１のうち、樹脂部材１２に接するものにのみ設けられている。図８Ｃの例では、金属筒状部１１１は、２枚の金属部材１１のうち、樹脂部材１２に接しないものにのみ設けられている。金属筒状部１１１が設けられない金属部材１１には、通し穴１２１が設けられている。図８Ｄの例では、金属筒状部１１１は両方の金属部材１１に設けられている。いずれの構成においても、軸心Ｘに沿った方向視での樹脂側係止部１３Ｂと重なる重複領域において、金属筒状部が挿通された樹脂部材の軸心方向の存在範囲Ｒ１の長さは、金属筒状部の軸心方向の存在範囲Ｒ２の長さ以下である。これにより、樹脂部材１２の変形を防止する効果が得られる。一層好ましくは、図８Ｃの例では、軸心に沿った方向視での樹脂側係止部と重なる重複領域において、金属筒状部が挿通された樹脂部材及び金属部材の軸心方向の存在範囲の合計長さは、金属筒状部の軸心方向の存在範囲の長さ以下である。
【0048】
なお、金属筒状部１１１が複数ある場合、金属筒状部の存在範囲Ｒ２とは、全ての金属筒状部１１１の存在範囲とみなされる。もし、複数の金属筒状部のうち１つが、他のものよりも突出して設けられている場合、突出した金属筒状部の先端が、金属筒状部の存在範囲Ｒ２の端部となる。
【0049】
なお、金属部材１１の枚数が２枚以上である場合、金属部材１１に対してスポット溶接等で仮接合を行ってから、金属部材１１と樹脂部材１２とを接合部材１３を用いて接合することもできる。この場合、接合構造１は、金属部材１１を接合する溶接部をさらに有する。
【0050】
図１等に例示される接合構造では、金属筒状部１１１は金属部材１１の片側のみに設けられている。しかし、金属筒状部１１１を金属部材１１の両面に設けてもよい。この場合、図８Ｅに示されるように、金属筒状部１１１を有する金属部材１１が、板状部材によって挟まれていてもよい。板状部材とは、上述の金属筒状部１１１を有する金属部材１１以外の、樹脂部材１２又は金属部材１１の総称である。板状部材には、上述したように通し穴が設けられていればよい。そして、金属部材１１の両面に設けられた２つの金属筒状部１１１それぞれを、板状部材の通し穴１２１に挿入する。これにより、板組の両方の表面に板状部材を配置し、且つ、これらの変形を防止することができる。この場合、接合部材１３はボルト１３１及びナット１３２から構成されるものとすることが好ましい。一層好ましくは、全ての板状部材が樹脂部材１２とされ、これにより、金属筒状部１１１を有する金属部材１１は、２枚以上の樹脂部材１２によって挟まれる。しかしながら、金属筒状部１１１を有する金属部材１１が、樹脂部材１２と金属部材１１によって挟まれていてもよい。なお、接合構造１の両面に樹脂部材１２が配されている場合は、接合部材１３の一対の係止部の両方を樹脂側係止部１３Ｂとみなす。
【0051】
金属筒状部が金属部材の片面のみに設けられる場合でも、金属筒状部が設けられた金属部材の枚数を２枚とすることにより、図８Ｅに示される構成と同様の構成を達成することができる。この場合、図８Ｆに示されるように、２枚の金属部材は、金属筒状部が設けられない面が向かい合うように配置される。これにより、金属筒状部は、互いに反対方向に突出する。そして、板状部材によって、金属筒状部を有する上述の２枚の金属部材を挟めばよい。この際、金属部材１１の両面に設けられた２つの金属筒状部１１１それぞれを、板状部材の通し穴１２１に挿入すればよい。これにより、図８Ｅに例示された構成と同様に、板組の両方の表面に板状部材を配置し、且つ、これらの変形を防止することができる。一層好ましくは、全ての板状部材が樹脂部材１２とされ、これにより、金属筒状部１１１を有する金属部材１１は、２枚以上の樹脂部材１２によって挟まれる。しかしながら、金属筒状部１１１を有する金属部材１１が、樹脂部材１２と金属部材１１によって挟まれていてもよい。なお、接合構造１の両面に樹脂部材１２が配されている場合は、接合部材１３の一対の係止部の両方を樹脂側係止部１３Ｂとみなす。
【0052】
（接着層）
接合構造１に、上述した接合部材１３以外の接合手段をさらに設けてもよい。例えば、接合構造１に、金属部材１１と樹脂部材１２との間に設けられた接着層をさらに設けてもよい。これにより、接合構造１の接合強度を一層高めることができる。
接合構造１に、上述した接合部材１３以外の接合手段をさらに設けてもよい。例えば、接合構造１に、金属部材１１と樹脂部材１２との間に設けられた接着層をさらに設けてもよい。これにより、接合構造１の接合強度を一層高めることができる。
【0053】
（その他の構成）
本実施形態に係る接合構造１には、上述されたもの以外に、様々な好ましい構成を適用することができる。以下に、その他の好ましい構成について例示的に説明する。
本実施形態に係る接合構造１には、上述されたもの以外に、様々な好ましい構成を適用することができる。以下に、その他の好ましい構成について例示的に説明する。
【0054】
接合構造１に含まれる接合部材１３の個数は限定されない。図１等に例示される接合構造１では、接合部材１３の数は１つだけであるが、接合構造１が２以上の接合部材１３を有していてもよい。この場合、全ての接合部材１３に対して金属筒状部１１１を設ける必要はない。例えば、高い接合強度が求められる箇所においては、金属部材１１に金属筒状部１１１を設けて樹脂部材１２の変形を抑制し、その他の箇所においては金属部材１１に金属筒状部１１１を設けない、という構成を採用することもできる。従って、上述した構成を少なくとも１つの接合部材１３に関して有する接合構造１は、本実施形態に係る接合構造１とみなされる。
【0055】
（金属部材１１の材質）
金属部材１１の材質は特に限定されない。例えば、金属部材１１を鋼板、特に高強度鋼板（例えば引張強さＴＳが約５９０ＭＰａ以上の鋼板）とした場合、接合構造１の強度を向上させることができて好ましい。金属部材１１は、より好適には引張強さが１１８０ＭＰａ以上、さらに最適には１５００ＭＰａ以上の鋼板とされる。金属部材１１の引張強さの上限は特に限定されないが、例えば２７００ＭＰａ以下としてもよい。一方、金属部材１１を軟鋼としてもよい。また、金属部材１１をアルミ板、又はチタン板などとしてもよい。金属部材１１に種々の表面処理がなされていてもよい。例えば、金属部材１１がＧＡめっき、ＧＩめっき、ＥＧめっき、Ｚｎ－Ｍｇめっき、Ｚｎ－Ａｌめっき、Ｚｎ－Ｎｉめっき、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇめっき、Ａｌめっき、塗装、並びにホットスタンプによって母材金属と合金化されたＺｎ系めっき（Ｚｎ－Ｆｅ、Ｚｎ－Ｎｉ－Ｆｅ）及びＡｌ系めっき（Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ）等を有してもよい。溶接に適しない材質や表面処理層であっても、本実施形態に係る接合構造１の金属部材１１には、容易に適用することができる。
金属部材１１の材質は特に限定されない。例えば、金属部材１１を鋼板、特に高強度鋼板（例えば引張強さＴＳが約５９０ＭＰａ以上の鋼板）とした場合、接合構造１の強度を向上させることができて好ましい。金属部材１１は、より好適には引張強さが１１８０ＭＰａ以上、さらに最適には１５００ＭＰａ以上の鋼板とされる。金属部材１１の引張強さの上限は特に限定されないが、例えば２７００ＭＰａ以下としてもよい。一方、金属部材１１を軟鋼としてもよい。また、金属部材１１をアルミ板、又はチタン板などとしてもよい。金属部材１１に種々の表面処理がなされていてもよい。例えば、金属部材１１がＧＡめっき、ＧＩめっき、ＥＧめっき、Ｚｎ－Ｍｇめっき、Ｚｎ－Ａｌめっき、Ｚｎ－Ｎｉめっき、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇめっき、Ａｌめっき、塗装、並びにホットスタンプによって母材金属と合金化されたＺｎ系めっき（Ｚｎ－Ｆｅ、Ｚｎ－Ｎｉ－Ｆｅ）及びＡｌ系めっき（Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ）等を有してもよい。溶接に適しない材質や表面処理層であっても、本実施形態に係る接合構造１の金属部材１１には、容易に適用することができる。
【0056】
金属部材１１、及び樹脂部材１２の厚さは特に限定されない。以下、金属部材１１、及び樹脂部材１２をまとめて「部材」と称する。部材の厚さは例えば０．５ｍｍ～３．６ｍｍとしてもよい。複数の部材の厚さを異ならせてもよい。好適な組み合わせとして例えば、板厚が約１．６ｍｍの部材と約２．３ｍｍの部材との２枚重ね、又は板厚が０．７５ｍｍの部材と、１．８ｍｍの部材と、１．２ｍｍの部材との３枚重ねが挙げられる。部材の好適な組み合わせの範囲として例えば、板厚が約０．４ｍｍ～２．９ｍｍの部材と０．４ｍｍ～５．０ｍｍの部材との２枚重ね、又は板厚が０．４ｍｍ～１．６ｍｍの部材と、０．４ｍｍ～５．０ｍｍの部材と、０．４ｍｍ～２．９ｍｍの部材との３枚重ねが挙げられる。
【0057】
樹脂部材の通し穴の形状は、例えば円形等とすることができる。一方、通し穴の形状が４角形、５角形、６角形、８角形など多角形であってもよい。これらの多角形の角部に曲率を持たせても良い。また、通し穴の形状が楕円、又は、円の一部に凸部あるいは凹部がある形状であっても良い。この場合、金属筒状部の外周面の断面形状を、樹脂部材の通し穴に適合させることが好ましい。通し穴を円形状以外の形状とすることにより、接合した部材が、通し穴の接合部材を中心に回転することを防止したり、接合部のガタつきを軽減したりすることができるので、さらに望ましい。
【0058】
接合部材１３の軸部１３Ａの太さは特に限定されず、接合構造１の用途に応じた値を適宜選択することができる。例えば、接合構造１が自動車部品であり、金属部材が高強度鋼板である場合、接合部材１３の軸部１３Ａの太さは３ｍｍ以上、４ｍｍ以上、又は５ｍｍ以上とすることが好ましい。これにより、自動車部品に求められる接合強度を、接合構造１に付与することができる。なお、軸部１３Ａの太さとは、接合部材１３の軸心を含む断面において、軸心に垂直な方向に沿って測定される軸部１３Ａの幅の最小値である。金属部材１１の金属筒状部１１１の内径、及び樹脂部材１２の通し穴１２１の内径は、接合部材１３の軸部１３Ａの太さに応じて適宜選択することができる。
【0059】
接合部材１３がリベット１３３である場合、リベット頭部１３３Ｂの形状は、一般的なフランジ形状とすればよい。例えばリベット頭部１３３Ｂの形状を、半球形（いわゆる丸頭）、円盤形（いわゆる平頭）、又は表面側が平らで根本が円錐形となる形状（いわゆる皿頭）とすることができる。リベット頭部１３３Ｂの平面視での形状は、例えば円形、四角形、又は六角形など多角形とすることができる。リベット頭部１３３Ｂの電極側の中心部に、位置決め用の凹部が設けられていてもよい。また、リベット頭部１３３Ｂの座部（被接合材と接触する面）に、リベット軸部１３３Ａを取り囲む凹部（いわゆる座部アンダーカット）が設けられていてもよい。このような凹部は、リベット頭部１３３Ｂに弾性を付与し、これによりリベット１３３のかしめ力を一層増大させる。また、リベット頭部１３３Ｂの座部（被接合材と接触する面）に、１つ以上のフランジ突起部が設けられていても良い。このようなフランジ突起部は、リベッティング時に被接合材にめり込むこと、又は被接合材と接合部とを形成することにより、リベット１３３のかしめ力を一層増大させる。フランジ突起部の形状は、円状、多角形状、リベット軸部１３３Ａを囲むリング状が挙げられる。
【0060】
接合部材１３の材質は特に限定されない。求められる接合強度に応じた材料を、接合部材１３に適用することができる。好適な接合部材１３の材質の例は、鋼、ステンレス、アルミ、及びチタン等である。接合部材１３は、表面処理がされていないものでよい。一方、接合構造１に耐食性が必要な場合は、接合部材１３に表面処理がなされていてもよい。
例えば接合部材１３に、亜鉛系めっき、アルミ系めっき、クロム系めっき、ニッケル系めっき、又はクロメート処理などがされても良い。
例えば接合部材１３に、亜鉛系めっき、アルミ系めっき、クロム系めっき、ニッケル系めっき、又はクロメート処理などがされても良い。
【0061】
金属筒状部１１１の長さは特に限定されず、金属筒状部１１１が挿入される部材の総板厚に応じた値を適宜選択することができる。
【0062】
樹脂側係止部１３Ｂの外径は、これに面する樹脂部材１２の通し穴１２１の内径より大きい。この範囲内で、樹脂側係止部１３Ｂの外径を自由に選択することができる。また、金属側係止部１３Ｃの外径は、これに面する金属部材１１の金属筒状部１１１、又は通し穴１２１の内径より大きい。この範囲内で、金属側係止部１３Ｃの外径を自由に選択することができる。
【0063】
次に、本実施形態に係る自動車の骨格部品について説明する。本実施形態に係る自動車の骨格部品は、本実施形態に係る接合構造１を有する。これにより、本実施形態に係る自動車の骨格部品は、溶接が難しく、また機械的接合によって変形しやすい樹脂部材１２を有するにもかかわらず、高い接合強度を有する。
【実施例0064】
実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に説明する。ただし、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例に過ぎない。本発明は、この一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。
【0065】
板状の金属部材と、板状の樹脂部材と、金属部材及び樹脂部材を重ね合わせた状態で接合する接合部材とを有する、種々の接合構造を製造した。いずれの接合構造においても、金属部材及び樹脂部材の枚数は１枚であった。接合部材は熱間かしめリベットとした。金属部材は、軸心が板厚方向に沿う姿勢の金属筒状部を有していた。これら接合構造の金属筒状部の高さ、及び樹脂板厚を表１に示す。なお、金属筒状部の高さとは、金属筒状部が立ち上がる面を基準とした高さのことである。樹脂板厚よりも金属筒状部の高さの方が大きい場合、金属筒状部が挿通された樹脂部材の軸心方向の存在範囲の長さは、金属筒状部の軸心方向の存在範囲の長さ以下である。
【0066】
さらに、これら接合部材を分解し、樹脂部材の表面を目視で観察し、変形の有無を確認した。変形の有無を表１に記載する。
【0067】
【表1】
【0068】
例Ａにおいては、金属筒状部が挿通された樹脂部材の軸心方向の存在範囲の長さは、金属筒状部の軸心方向の存在範囲の長さよりも大きかった。そのため、リベッティングの際にリベット頭部と樹脂部材とが離隔されず、樹脂部材が変形した。
【0069】
例Ｂ～例Ｄでは、金属筒状部が挿通された樹脂部材の軸心方向の存在範囲の長さは、金属筒状部の軸心方向の存在範囲の長さ以下であった。例Ｂ～例Ｄでは、樹脂部材の加圧変形が生じなかった。また、例Ｂ及び例Ｃでは、リベット頭部が樹脂側係止部として用いられていた。そのため、例Ｂ及び例Ｃでは、加圧変形のみならず、リベッティングの際の熱による熱変形をも防止することができた。
【符号の説明】
【0070】
１ 接合構造
１１ 金属部材
１１１ 金属筒状部
１２ 樹脂部材
１２１ 通し穴
１２２ 樹脂筒状部
１２３ 変形回避領域
１２４ 肉厚領域
１３ 接合部材
１３Ａ 軸部
１３Ｂ 樹脂側係止部
１３Ｃ 金属側係止部
１３１ ボルト
１３１Ａ ボルト軸部
１３１Ｂ ボルト頭部
１３２ ナット
１３３ リベット
１３３Ａ リベット軸部
１３３Ｂ リベット頭部
１３３Ｃ リベット変形部
１４ 中間材
１５ ワッシャ
Ｘ 軸心
Ｒ１ 樹脂部材の存在範囲
Ｒ２ 金属筒状部の存在範囲
Ｒ３ 樹脂部材及び樹脂筒状部の存在範囲
１１ 金属部材
１１１ 金属筒状部
１２ 樹脂部材
１２１ 通し穴
１２２ 樹脂筒状部
１２３ 変形回避領域
１２４ 肉厚領域
１３ 接合部材
１３Ａ 軸部
１３Ｂ 樹脂側係止部
１３Ｃ 金属側係止部
１３１ ボルト
１３１Ａ ボルト軸部
１３１Ｂ ボルト頭部
１３２ ナット
１３３ リベット
１３３Ａ リベット軸部
１３３Ｂ リベット頭部
１３３Ｃ リベット変形部
１４ 中間材
１５ ワッシャ
Ｘ 軸心
Ｒ１ 樹脂部材の存在範囲
Ｒ２ 金属筒状部の存在範囲
Ｒ３ 樹脂部材及び樹脂筒状部の存在範囲
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図9】