特許 7559587 接合装置、接合方法、及び接合構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】接合装置、接合方法、及び接合構造

(51)【国際特許分類】

   B21J 15/30 20060101AFI20240925BHJP

   B21J 15/02 20060101ALI20240925BHJP

   B21J 15/00 20060101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

B21J15/30 L

B21J15/02 F

B21J15/00 U

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021014870

(22)【出願日】2021-02-02

(65)【公開番号】P2022118385

(43)【公開日】2022-08-15

【審査請求日】2023-08-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】内田 圭亮

(72)【発明者】

【氏名】瀬川 憂也

(72)【発明者】

【氏名】山田 智

(72)【発明者】

【氏名】原田 知治

(72)【発明者】

【氏名】西川 直樹

(72)【発明者】

【氏名】小野寺 英活

【審査官】石田 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特許第５６６０５６０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特許第６２３５５８２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特許第６６９２９１５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特許第６４２８８３４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特表２０１８－５０９５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００９４９２４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｊ １５／３０

Ｂ２１Ｊ １５／０２

Ｂ２１Ｊ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金型と、該金型上に重ね合わせて配置された複数の被接合部材に対して略円筒状のセルフピアスリベットを打ち込むことで、該セルフピアスリベットによって前記複数の被接合部材を相互に接合する打込手段と、を備える接合装置であって、
前記金型には、前記セルフピアスリベットの打ち込み方向に略円筒形状に窪む第１凹状部が形成されており、
前記第１凹状部の底面の中心部には、前記セルフピアスリベットの打ち込み方向に窪む第２凹状部が形成され、
前記第１凹状部の底面における該第２凹状部の外側の部分は、前記第２凹状部よりも浅い棚部を形成し、
前記棚部の径に対応して、前記セルフピアスリベットの脚部の径が設定されており、
前記打込手段が、前記セルフピアスリベットの脚部を、前記第１凹状部の棚部に向けて前記打ち込むと、前記セルフピアスリベットの脚部は前記棚部によって外側に広がり、前記被接合部材の一部は前記第２凹状部内に流入し、
前記第１凹状部の容積をＤＡとし、前記第２凹状部の容積をＤＢとした場合に、
０．１≦ＤＢ／（ＤＡ＋ＤＢ）≦０．２５という関係が成立するように、前記第１及び第２凹状部の容積が設定されている、
接合装置。

【請求項2】

請求項１記載の接合装置であって、
前記セルフピアスリベットは、打ち込み方向の中央領域から先端に向かうに従って第１曲率半径で徐々に細くなる前記脚部と、前記セルフピアスリベットの打面から前記脚部へ第２曲率半径で繋がるフランジ部と、を有し、
前記第１曲率半径は、前記第２曲率半径よりも大きい、
接合装置。

【請求項3】

請求項１記載の接合装置であって、
前記第２凹状部の容積をＤＢとし、前記セルフピアスリベットの脚部の内側の空間の容積をＲＢとした場合に、
ＲＢ≧ＤＢという関係が成立するように、前記第２凹状部の容積、および、前記セルフピアスリベットの脚部の内側の空間の容積が設定されている、
接合装置。

【請求項4】

請求項１記載の接合装置であって、
前記第１凹状部の容積をＤＡとし、前記第２凹状部の容積をＤＢとし、前記セルフピアスリベットの脚部の内側の空間の容積をＲＢとし、前記セルフピアスリベットの体積をＲＡとした場合に、
（ＲＡ＋ＲＢ）＞（ＤＡ＋ＤＢ）という関係が成立するように、前記第１及び第２凹状部の容積、ならびに、前記セルフピアスリベットの脚部の内側の空間の容積及び前記セルフピアスリベットの体積が設定されている、
接合装置。

【請求項5】

請求項１記載の接合装置であって、
前記第１凹状部の内周面は、前記底面から外側へ行く従って徐々に拡径する第１傾斜面を構成し、前記第２凹状部の内周面は、外側へ行く従って徐々に拡径する第２傾斜面を構成する、接合装置。

【請求項6】

重ね合わせた複数の被接合部材を金型上に配置し、該金型上の被接合部材に対して略円筒状のセルフピアスリベットを打ち込むことで、該セルフピアスリベットによって前記複数の被接合部材を相互に接合する接合方法であって、
前記金型には、前記セルフピアスリベットの打ち込み方向に略円筒形状に窪む第１凹状部が形成されており、
前記第１凹状部の底面の中心部には、前記セルフピアスリベットの打ち込み方向に窪む第２凹状部が形成され、
前記第１凹状部の底面における該第２凹状部より外側の部分は、前記第２凹状部よりも浅い棚部を形成し、
前記棚部の径に対応して、前記セルフピアスリベットの脚部の径が設定されており、
前記セルフピアスリベットの脚部が、前記第１凹状部に向けて前記打ち込まれると、該セルフピアスリベットの脚部は前記棚部によって外側に広がり、前記被接合部材の一部は前記第２凹状部内に流入し、
前記第１凹状部の容積をＤＡとし、前記第２凹状部の容積をＤＢとした場合に、
０．１≦ＤＢ／（ＤＡ＋ＤＢ）≦０．２５という関係が成立するように、前記第１及び第２凹状部の容積が設定されている、
接合方法。

【請求項7】

重ね合わせた複数の被接合部材を金型上に配置し、該金型上の被接合部材に対して略円筒状のセルフピアスリベットを打ち込むことで、該セルフピアスリベットによって前記複数の被接合部材が相互に接合された接合構造であって、
前記金型には、前記セルフピアスリベットの打ち込み方向に略円筒形状に窪む第１凹状部が形成されており、
前記第１凹状部の底面の中央部には、前記セルフピアスリベットの打ち込み方向に窪む第２凹状部が形成され、
前記第１凹状部の底面における該第２凹状部の外側の部分は、前記第２凹状部よりも浅い棚部を形成し、
前記棚部の径に対応して、前記セルフピアスリベットの脚部の径が設定されており、
前記セルフピアスリベットの脚部が、前記第１凹状部に向けて前記打ち込まれることで、該セルフピアスリベットの脚部は前記棚部によって外側に広がり、前記被接合部材の一部は前記第２凹状部内に流入し、
前記第１凹状部の容積をＤＡとし、前記第２凹状部の容積をＤＢとした場合に、
０．１≦ＤＢ／（ＤＡ＋ＤＢ）≦０．２５という関係が成立するように、前記第１及び第２凹状部の容積が設定されている、
接合構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、重ね合わせた複数の被接合部材をセルフピアスリベットによって接合する接合装置、接合方法、及び接合構造に関する。

【背景技術】

【0002】

重ね合わせた複数の被接合部材を金型上に配置し、該金型上の被接合部材に対してセルフピアスリベットを打ち込むことで、セルフピアスリベットによって複数の被接合部材を相互に接合する接合方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－０６９４５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、熱処理を簡素化したダイカスト材などが、上記被接合部材として用いられることがある。このような被接合部材は伸展性が低下していることから、上記接合方法により接合を行った場合に、被接合部材に割れが生じる虞がある。

【0005】

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、被接合部材に割れが生じることを抑制できる接合装置、接合方法、及び接合構造を提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
金型と、該金型上に重ね合わせて配置された複数の被接合部材に対して略円筒状のセルフピアスリベットを打ち込むことで、該セルフピアスリベットによって前記複数の被接合部材を相互に接合する打込手段と、を備える接合装置であって、
前記金型には、前記セルフピアスリベットの打ち込み方向に略円筒形状に窪む第１凹状部が形成されており、
前記第１凹状部の底面の中心部には、前記セルフピアスリベットの打ち込み方向に窪む第２凹状部が形成され、
前記第１凹状部の底面における該第２凹状部の外側の部分は、前記第２凹状部よりも浅い棚部を形成し、
前記棚部の径に対応して、前記セルフピアスリベットの脚部の径が設定されており、
前記打込手段が、前記セルフピアスリベットの脚部を、前記第１凹状部の棚部に向けて前記打ち込むと、前記セルフピアスリベットの脚部は前記棚部によって外側に広がり、前記被接合部材の一部は前記第２凹状部内に流入する、
接合装置
である。
この一態様において、前記第１凹状部の容積をＤＡとし、前記第２凹状部の容積をＤＢとした場合に、ＤＢ／（ＤＡ＋ＤＢ）≧０．１という関係が成立するように、前記第１及び第２凹状部の容積が設定されていてもよい。
この一態様において、前記セルフピアスリベットは、打ち込み方向の中央領域から先端に向かうに従って第１曲率半径で徐々に細くなる前記脚部と、前記セルフピアスリベットの打面から前記脚部へ第２曲率半径で繋がるフランジ部と、を有し、前記第１曲率半径は、前記第２曲率半径よりも大きくてもよい。
この一態様において、前記第２凹状部の容積をＤＢとし、前記セルフピアスリベットの脚部の内側の空間の容積をＲＢとした場合に、ＲＢ≧ＤＢという関係が成立するように、前記第２凹状部の容積、および、前記セルフピアスリベットの脚部の内側の空間の容積が設定されていてもよい。
この一態様において、前記第１凹状部の容積をＤＡとし、前記第２凹状部の容積をＤＢとし、前記セルフピアスリベットの脚部の内側の空間の容積をＲＢとし、前記セルフピアスリベットの体積をＲＡとした場合に、（ＲＡ＋ＲＢ）＞（ＤＡ＋ＤＢ）という関係が成立するように、前記第１及び第２凹状部の容積、ならびに、前記セルフピアスリベットの脚部の内側の空間の容積及び前記セルフピアスリベットの体積が設定されていてもよい。
この一態様において、前記第１凹状部の容積をＤＡとし、前記第２凹状部の容積をＤＢとした場合に、ＤＢ／（ＤＡ＋ＤＢ）≦０．２５という関係が成立するように、前記第１及び第２凹状部の容積が設定されていてもよい。
この一態様において、前記第１凹状部の内周面は、前記底面から外側へ行く従って徐々に拡径する第１傾斜面を構成し、前記第２凹状部の内周面は、外側へ行く従って徐々に拡径する第２傾斜面を構成してもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
重ね合わせた複数の被接合部材を金型上に配置し、該金型上の被接合部材に対して略円筒状のセルフピアスリベットを打ち込むことで、該セルフピアスリベットによって前記複数の被接合部材を相互に接合する接合方法であって、
前記金型には、前記セルフピアスリベットの打ち込み方向に略円筒形状に窪む第１凹状部が形成されており、
前記第１凹状部の底面の中心部には、前記セルフピアスリベットの打ち込み方向に窪む第２凹状部が形成され、
前記第１凹状部の底面における該第２凹状部より外側の部分は、前記第２凹状部よりも浅い棚部を形成し、
前記棚部の径に対応して、前記セルフピアスリベットの脚部の径が設定されており、
前記セルフピアスリベットの脚部が、前記第１凹状部に向けて前記打ち込まれると、該セルフピアスリベットの脚部は前記棚部によって外側に広がり、前記被接合部材の一部は前記第２凹状部内に流入する、
接合方法
であってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
重ね合わせた複数の被接合部材を金型上に配置し、該金型上の被接合部材に対して略円筒状のセルフピアスリベットを打ち込むことで、該セルフピアスリベットによって前記複数の被接合部材が相互に接合された接合構造であって、
前記金型には、前記セルフピアスリベットの打ち込み方向に略円筒形状に窪む第１凹状部が形成されており、
前記第１凹状部の底面の中央部には、前記セルフピアスリベットの打ち込み方向に窪む第２凹状部が形成され、
前記第１凹状部の底面における該第２凹状部の外側の部分は、前記第２凹状部よりも浅い棚部を形成し、
前記棚部の径に対応して、前記セルフピアスリベットの脚部の径が設定されており、
前記セルフピアスリベットの脚部が、前記第１凹状部に向けて前記打ち込まれることで、該セルフピアスリベットの脚部は前記棚部によって外側に広がり、前記被接合部材の一部は前記第２凹状部内に流入している、
接合構造
であってもよい。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、被接合部材に割れが生じることを抑制できる接合装置、接合方法、及び接合構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係る接合装置の概略的な構成を示す図である。

【図2】本実施形態に係るセルフピアスリベットの形状と従来のセルフピアスリベットの形状とを比較した図である。

【図3】本実施形態に係る接合構造の構成を示す断面図である。

【図4】従来の金型、セルフピアスリベット及び接合構造を示す図である。

【図5】金型の第１及び第２凹状部およびセルフピアスリベットの形状の関係を示す図である。

【図6】本実施形態に係る接合方法を示すフローチャートである。

【図7】第１及び第２被接合部材の接合結果を示す図である。

【図8】第１及び第２被接合部材の接合結果を示す図である。

【図9】別の実施形態に係る金型、及びセルフピアスリベットを示す図である。

【図10】別の実施形態に係るセルフピアスリベット及び金型を用いて製造した接合構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

【0010】

図１は、本実施形態に係る接合装置の概略的な構成を示す図である。本実施形態に係る接合装置１は、重ね合わせた複数の被接合部材をセルフピアスリベット（ＳＰＲ）によって接合するものである。

【0011】

接合装置１は、被接合部材が配置される金型２と、被接合部材に対してセルフピアスリベット３を打ち込む打込装置４と、を備えている。

【0012】

金型２上には、複数の被接合部材が重ね合わせて配置される。例えば、第１被接合部材１１の上に第２被接合部材１２が積み重ねられている。第１被接合部材１１は低伸展性のダイカスト材であり、第２被接合部材１２は鋼板である。なお、本実施形態において、２つの被接合部材を接合しているがこれに限定されず、接合される被接合部材の数は、３つ以上であってもよく、また、接合される被接合部材の種類も任意でよい。

【0013】

セルフピアスリベット３は、略円筒形状で形成されたリベットである。セルフピアスリベット３は、上側の第２被接合部材１２を貫通し、下側の第１被接合部材１１を貫通することなく、その脚部を広げる（インターロックする）ことで第１及び第２被接合部材１１、１２を接合する。

【0014】

図２は、本実施形態に係るセルフピアスリベットの形状と従来のセルフピアスリベットの形状とを比較した図である。図２において、右側が本実施形態に係るセルフピアスリベット３であり、左側が従来のセルフピアスリベットである。

【0015】

セルフピアスリベット３は、フランジ部３１と、フランジ部３１に接続された脚部３２と、を有している。フランジ部３１及び脚部３２は、一体的に成形されている。脚部３２は、打ち込み方向の中央領域から先端に向かうに従って第１曲率半径Ｒ１で徐々に細くなる。フランジ部３１は、打面３３から脚部３２へ第２曲率半径Ｒ２で繋がる。第１曲率半径Ｒ１は、第２曲率半径Ｒ２よりも大きく設定されている。

【0016】

図２に示す如く、本実施形態に係るセルフピアスリベット３は、従来のセルフピアスリベットと比較して、脚部３２の第１曲率半径Ｒ１を大きくすることで、Ｒの始まりの位置を脚部３２根元付近に近付け、脚部３２をより開き易くしている。

【0017】

上記のようにセルフピアスリベット３の脚部３２の第１曲率半径Ｒ１を大きく設定し、脚部３２を徐々に細くすることで、打ち込み時に脚部３２を広がり易くすることができる。これにより、硬さ、伸展性、板厚などが異なる様々な被接合部材に対して接合強度（インターロック）を確保すると共に、脚部３２の座屈を抑制できる。

【0018】

一方で、セルフピアスリベット３のフランジ部３１の第２曲率半径Ｒ２を小さくすることで、打込み荷重を下げることができ、例えば、Ｆ材やＴ５材などの硬い被接合部材に対しても脚部３２を深く打ち込むことができる。

【0019】

打込装置４は、金型２上に重ね合わせて配置された第１及び第２被接合部材１１、１２に対してセルフピアスリベット３を打ち込む。これにより、セルフピアスリベット３によって第１及び第２被接合部材１１、１２を相互に接合することができる。打込装置４は、セルフピアスリベット３の打面３３を打つことで、セルフピアスリベット３を金型２上の第１及び第２被接合部材１１、１２に対し打ち込む。

【0020】

ところで、近年、ＣＯ_２排出削減を目的として、ダイカスト材の熱処理を簡素化する検討が進められている。例えば、熱処理を簡素化したダイカスト材を上記被接合部材とした場合、その簡素化した被接合部材は、熱処理された被接合部材よりも伸展性が低下している。したがって、このセルフピアスリベットによって接合を行った場合に、被接合部材に貫通割れや板間割れなどの割れが生じる虞がある。

【0021】

これに対し、本実施形態に係る接合装置１において、金型２には、セルフピアスリベット３の打ち込み方向に略円筒形状に窪む第１凹状部２１が形成されている。第１凹状部２１の底面の中心部には、セルフピアスリベット３の打ち込み方向に窪む第２凹状部２２が形成されている。第１凹状部２１の底面における第２凹状部２２の外側の部分は、第２凹状部２２よりも浅い棚部２３を形成している。棚部２３の径に対応して、セルフピアスリベット３の脚部３２の径が設定されている。例えばセルフピアスリベットの脚部３２の径は、第２凹状部２２の径よりも大きく、かつ第１凹状部２１の径よりも小さく、棚部２３の径と略同一となるように設定されている。

【0022】

上述の如く、第１凹状部２１の棚部２３を形成することで、打込装置４が、セルフピアスリベット３の脚部３２を棚部２３に向けて打ち込むと、第１被接合部材１１は、セルフピアスリベット３の脚部３２の先端に押され、早いタイミングで浅い位置の棚部２３に接触し、その棚部２３による反力で脚部３２は外側に広がる。したがって、セルフピアスリベット３の脚部３２が広がり始めるタイミングを早めて、第１被接合部材１１にかかる応力を低減し分散することで、第１被接合部材１１に割れが生じることを抑制できる。

【0023】

一方で、上述の如く、第１凹状部２１の底面の中心部には、セルフピアスリベット３の打ち込み方向に窪む第２凹状部２２が形成されている。打込装置４が、セルフピアスリベット３の脚部３２を棚部２３に向けて打ち込むと、第１被接合部材１１は、セルフピアスリベット３の脚部３２の先端によって下方に押圧されるが、その一部が第２凹状部２２内に流入する。これにより、打込み荷重の増大を抑制し、セルフピアスリベット３の脚部３２の座屈を防止できる。

【0024】

第１凹状部２１の内周面は、底面から外側へ行く従って徐々に拡径する第１傾斜面２１１を構成している。第２凹状部２２の内周面は、外側へ行く従って徐々に拡径する第２傾斜面２２１を構成している。このような緩やかな第１及び第２傾斜面２１１、２２１を構成することで、セルフピアスリベット３が打ち込まれ第１被接合部材１１がセルフピアスリベット３の脚部３２の先端によって下方に押圧された際の第１被接合部材１１にかかる応力集中を効果的に低減することができる。

【0025】

また、第１凹状部２１の外径を大きくすることで、セルフピアスリベット３が打ち込まれ第１被接合部材１１がセルフピアスリベット３の脚部３２の先端によって下方に押圧された際の第１被接合部材１１の変形の曲率を大きくでき、応力集中を低減できる。さらに、第１凹状部２１の棚部２３の深さに対応して、セルフピアスリベット３の脚部３２を短くすることで、脚部３２が座屈したり、脚部３２が第１被接合部材１１を貫通するのを防止できる。

【0026】

図３は、本実施形態に係る接合構造の構成を示す断面図である。接合装置１は、金型２上に重ね合わせて配置された第１及び第２被接合部材１１、１２に対してセルフピアスリベット３を打ち込むことで、図３に示す接合構造１０を製造する。

【0027】

本実施形態に係る接合構造１０において、特に、第１接合部材１１には、貫通割れや板間割れが全く発生していない。一方で、図４に示す如く、従来の接合装置の金型及びセルフピアスリベットにより製造された接合構造の接合部材には、貫通割れ及び板間割れが発生している。

【0028】

続いて、本実施形態に係る金型の第１及び第２凹状部２１、２２およびセルフピアスリベットの形状の設定方法について、詳細に説明する。本実施形態において、金型２の第１及び第２凹状部２１、２２の容積を変えて、セルフピアスリベット３を金型２上の第１及び第２被接合部材１１、１２に対し打ち込んでいる。

【0029】

第１被接合部材１１は、板厚ｔ＝３．０ｍｍのダイカスト材（ＡＤＴ１０－Ｔ５Ｆ）で構成されている。第２被接合部材は、板厚ｔ＝１．６ｍｍの鋼板（ＳＣＧＡ５９０ＤＵ）で構成されている。

【0030】

図５は、金型の第１及び第２凹状部およびセルフピアスリベットの形状の関係を示す図である。なお、図５において、第１凹状部２１の容積をＤＡｍｍ^３とし、第２凹状部２２の容積をＤＢｍｍ^３とし、第１凹状部２１と第２凹状部２２と合せた全容積（ＤＡ＋ＤＢ）をＤＡＢｍｍ^３とする。セルフピアスリベット３の体積をＲＡｍｍ^３とし、セルフピアスリベット３の脚部３２の内側の空間の容積（空間容積）をＲＢｍｍ^３とし、空間容積を含むセルフピアスリベットの全体積（ＲＡ＋ＲＢ）をＲＡＢｍｍ^３とする。

【0031】

図５において、縦軸は第２凹状部２２の容積ＤＢを示し、横軸は、第１及び第２凹状部２１、２２の容積ＤＡＢを示している。図５の座標系における各座標点は（ＤＡＢ、ＤＡ）を示している。

【0032】

図５において、“×”で示す（１）及び（３）の座標点では、セルフピアスリベット３の脚部３２が座屈している。“×”で示す（２）及び（４）の座標点では、第１被接合部材１１に割れが発生している。一方で、直線（ａ）を超えた“〇”で示す座標点（５）及び（６）では、セルフピアスリベット３の脚部３２の座屈、及び、第１被接合部材１１の割れは発生しておらず、適正な座標点である。

【0033】

したがって、セルフピアスリベット３の脚部３２の座屈、及び、第１被接合部材１１の割れを抑制するためには、座標点（ＤＡＢ、ＤＡ）が直線（ａ）より上の範囲となるように第１及び第２凹状部２１、２２の容積を夫々設定するのが好ましい。直線（ａ）の傾きを求めると０．１となるため、ＤＢ／ＤＡＢ≧０．１という関係が成立するように、第１及び第２凹状部２１、２２の容積を設定するのが好ましい。

【0034】

このような設定を行うことで、第１被接合部材１１の割れを抑制するためにＤＡを小さく（その深さを浅く）した場合でも第１被接合部材１１が流入する空間を第２凹状部２２に十分確保でき、セルフピアスリベット３の脚部３２の座屈を抑制できる。

【0035】

また、△で示す（７）及び（８）の座標点では、上記セルフピアスリベット３の脚部３２の座屈、及び、第１被接合部材１１の割れは発生していないが、セルフピアスリベット３の脚部３２の広がりが少なくインターロック不足が発生している。一方で、直線（ｂ）よりも下側の〇で示す座標点（５）及び（６）では、セルフピアスリベット３の脚部３２の広がりは十分でインターロック不足は発生しておらず、適正な座標点と言える。

【0036】

したがって、セルフピアスリベット３のインターロック不足を抑制するためには、座標点（ＤＡＢ、ＤＡ）が直線（ｂ）より下の範囲にあるのが好ましい。直線（ｂ）の傾きを求めると０．２５となるため、ＤＢ／ＤＡＢ≦０．２５という関係が成立するように、第１及び第２凹状部２１、２２の容積を設定するのが好ましい。

【0037】

このように設定を行うことで、第２凹状部２２への第１被接合部材１１の流入量を制限して、セルフピアスリベット３の脚部３２にかかる圧力の減少を抑制でき、インターロック不足を抑制できる。

【0038】

以上から、セルフピアスリベット３の脚部３２の座屈、及び、第１被接合部材１１の割れの発生を抑制しつつ、セルフピアスリベット３の脚部３２のインターロック不足を抑制するためには、０．１≦ＤＢ／ＤＡＢ≦０．２５という関係が成立するように、金型２の第１及び第２凹状部２１、２２の容積を夫々設定するのがより好ましい。

【0039】

さらに、上述の如く、△で示す（７）及び（８）の座標点では、セルフピアスリベット３の脚部３２のインターロック不足が発生している。一方で、直線（ｃ）よりも小さい〇で示す座標点（５）及び（６）では、セルフピアスリベット３の脚部３２のインターロック不足は発生しておらず、適正な座標点と言える。

【0040】

したがって、セルフピアスリベット３のインターロック不足を抑制するためには、座標点（ＤＡＢ、ＤＡ）が直線（ｃ）より小さい範囲にあるのが好ましい。直線（ｃ）は、ＲＡＢであるため、ＤＡＢ≦ＲＡＢという関係が成立するように、第１及び第２凹状部２１、２２の容積とセルフピアスリベット３の体積及び空間容積を設定するのが好ましい。

【0041】

このように設定を行うことで、セルフピアスリベット３の脚部３２に適正な圧力をかけてインターロック不足を抑制しつつ、その脚部３２を広げることができる。

【0042】

同様に、上述の如く、△で示す（７）及び（８）の座標点では、セルフピアスリベット３の脚部３２のインターロック不足が発生している。一方で、直線（ｄ）よりも小さい〇で示す座標点（５）及び（６）では、セルフピアスリベット３の脚部３２のインターロック不足は発生しておらず、適正な座標点と言える。

【0043】

したがって、セルフピアスリベット３のインターロック不足を抑制するためには、座標点（ＤＡＢ、ＤＡ）が直線（ｄ）より小さい範囲にあるのが好ましい。直線（ｄ）は、ＲＢであるため、ＤＢ≦ＲＢという関係が成立するように、第２凹状部２２の容積とセルフピアスリベット３の空間容積を設定するのが好ましい。

【0044】

このように設定を行うことで、第２凹状部２２への第１被接合部材１１の流入量を制限しつつ、セルフピアスリベットの脚部３２にかかる圧力の減少を抑制でき、インターロック不足を抑制できる。

【0045】

続いて、本実施形態に係る接合方法について、説明する。図６は、本実施形態に係る接合方法を示すフローチャートである。

【0046】

まず、重ね合わせた第１及び第２被接合部材１１、１２が金型２上に配置される（ステップＳ１０１）。打込装置４は、金型２上の第１及び第２被接合部材１１、１２に対してセルフピアスリベット３を打ち込む（ステップＳ１０２）。これにより、セルフピアスリベット３の脚部３２は金型２の第１凹状部２１の棚部２３によって外側に広がり（ステップＳ１０３）、第１被接合部材１１の一部は第２凹状部２２内に流入する（ステップＳ１０４）。第１及び第２被接合部材１１、１２がセルフピアスリベット３によって接合される（ステップＳ１０５）。

【0047】

続いて、本実施形態に係る接合装置１を用いて、硬い第１被接合部材１１と第２被接合部材１２との接合を行った結果を説明する。図７は、第１及び第２被接合部材の接合結果を示す図である。

【0048】

図７において、（ａ）は第１被接合部材１１のビッカース硬さが７０ＨＶ程度である場合の接合結果、（ｂ）は第１被接合部材１１のビッカース硬さが８０ＨＶ程度である場合の接合結果、（ｃ）は第１被接合部材１１のビッカース硬さが９０ＨＶ以上である場合の接合結果、を示している。

【0049】

図７に示すように、硬い第１被接合部材１１と第２被接合部材１２との接合を行った結果、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の何れの硬さの第１被接合部材１１にも、割れは発生していない。よって、本実施形態に係る接合装置１は、硬い第１被接合部材１１を用いた場合でも、第１被接合部材１１の割れを抑制できることが分かる。

【0050】

さらに、本実施形態に係る接合装置１を用いて、第１被接合部材１１の伸展性、及び第２被接合部材１２の種類を変えて、第１及び第２被接合部材１１、１２の接合を行った結果を説明する。

【0051】

図８は、第１及び第２被接合部材の接合結果を示す図である。図８において、（ａ）は第２被接合部材１２が板厚ｔ＝１．６ｍｍの鋼板（５９０材）である場合の接合結果、（ｂ）第２被接合部材１２が板厚ｔ＝１．２ｍｍの鋼板（４４０材）である場合の接合結果、（ｃ）第２被接合部材１２が板厚ｔ＝０．７ｍｍの鋼板（２７０材）である場合の接合結果、を示している。

【0052】

また、図８において、下段は、第１被接合部材１１が、板厚ｔ＝３．０ｍｍでＴ６／Ｔ７の熱処理を行った高伸展性のダイカスト材である場合の接合結果、上段は、第１被接合部材１１が、板厚ｔ＝３．０ｍｍでＦ／Ｔ５の熱処理を行った低伸展性のダイカスト材である場合の接合結果を示している。

【0053】

図８に示すように、第１被接合部材１１の伸展性、及び第２被接合部材の種類を様々のものに変えて、第１及び第２被接合部材１１、１２の接合を行った結果、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の何れの第１被接合部材１１にも、割れは発生していない。よって、本実施形態に係る接合装置１は、様々な種類の第１及び第２被接合部材１１、１２を用いた場合でも、第１被接合部材１１の割れを抑制できることが分かる。

【0054】

以上、本実施形態に係る接合装置１において、金型２には、セルフピアスリベット３の打ち込み方向に略円筒形状に窪む第１凹状部２１が形成されている。第１凹状部２１の底面の中心部には、セルフピアスリベット３の打ち込み方向に窪む第２凹状部２２が形成されている。第１凹状部２１の底面における第２凹状部２２の外側の部分は、第２凹状部２２よりも浅い棚部２３を形成している。棚部２３の径に対応して、セルフピアスリベット３の脚部３２の径が設定されている。打込装置４が、セルフピアスリベット３の脚部３２を、第１凹状部２１の棚部２３に向けて打ち込むと、セルフピアスリベット３の脚部３２は棚部２３によって外側に広がり、被接合部材の一部は第２凹状部２２内に流入する。

【0055】

第１凹状部２１の棚部２３を形成することで、セルフピアスリベットの脚部３２を棚部２３に向けて打ち込むと、セルフピアスリベット３の脚部３２が広がり始めるタイミングを早めて、第１被接合部材１１にかかる応力を低減し、第１被接合部材１１に割れが生じることを抑制できる。一方で、第１凹状部２１の底面の中心部に第２凹状部２２を形成することで、セルフピアスリベット３の脚部３２を棚部２３に向けて打ち込むと、第１被接合部材１１の一部が第２凹状部２２内に流入し、セルフピアスリベット３の脚部３２の座屈を防止できる。

【0056】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0057】

例えば、本実施形態において、図９に示す如く、セルフピアスリベットは、従来のセルフピアスリベットを用いてもよい。図９において、左側がセルフピアスリベットであり、右側が金型２である。金型２の第１凹状部２１の内周面の第１傾斜面２１１及び、第２凹状部２２の内周面の第２傾斜面２２１は、上記実施形態と比較して急であってもよい。

【0058】

図１０は、上記セルフピアスリベット及び金型を用いて製造した接合構造を示す図である。図１０に示す如く、セルフピアスリベットの脚部の座屈、及び、第１被接合部材１１の割れの発生を抑制しつつ、セルフピアスリベットの脚部のインターロック不足を抑制できていることが分かる。

【符号の説明】

【0059】

１ 接合装置、２ 金型、３ セルフピアスリベット、４ 打込装置、１０ 接合構造、１１ 第１被接合部材、１２ 第２被接合部材、２１ 第１凹状部、２２ 第２凹状部、２３ 棚部、３１ フランジ部、３２ 脚部、３３ 打面、２１１ 第１傾斜面、２２１ 第２傾斜面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】