JP5440328B2 - リベット接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、リベット接合方法に関し、特に、セルフピアシングリベットを用いて複数枚の被接合材を接合するために用いて好適なものである。

従来から、頭部と、当該頭部から先端にかけて当該頭部と同軸の孔が形成されるように当該頭部と一体で形成された脚部と、を有するセルフピアシングリベットを用いて複数枚の被接合材を接合することが行われている。このような接合では、セルフピアシングリベットの脚部の形状及び大きさに応じた凹部を有するダイを用意する。そして、重ね合わせた複数枚の被接合材を介して、セルフピアシングリベットの脚部と、ダイの凹部とが相互に対向するように、セルフピアシングリベットとダイとを配置する。この状態で、セルフピアシングリベットの頭部を、その上側からパンチで押圧して、セルフピアシングリベットを被接合材に打ち込む。

このようにすることによって、セルフピアシングリベットの脚部は、最下部の被接合材は貫通しないものの上側の被接合材を貫通する。このとき、セルフピアシングリベットの脚部と被接合材は、セルフピアシングリベットの打ち込み時に生じる加圧拘束力を受けて塑性変形を起こす。特に、最下部の被接合材は、この加圧拘束力によって、実質的にダイの凹部の形状が転写される程度にまで大きく塑性変形する。このため、最下部の被接合材のリベット接合部には、放射状若しくは環状の亀裂が発生したり、リベット接合部の形状が不均一になったりすることがある。そうすると、リベット接合部の美観が損なわれることに加え、リベット接合部での強度が低下してしまうという問題点がある。このようなリベット接合部の亀裂の発生は、高張力鋼板を用いた場合に顕著になる。

そこで、特許文献１には、被接合材のリベット打ち込み点ないしその近傍を加熱してからセルフピアシングリベットを被接合材に打ち込むようにすることが開示されている。
また、特許文献２には、セルフピアシングリベットの打ち込み完了と相前後してダイを回転させ、その回転に伴う摩擦熱により亀裂を修復することが開示されている。

特開２００６−７２６６号公報 特開２００６−４３７６９号公報

しかしながら、前述した特許文献１では、被接合材によって異なる温度を設定しなければならない。また、重ね合わせた被接合材が完全に密着されていないと、熱伝導による加熱が安定せず、リベット接合部の延性の向上が図れなくなる虞がある。そうすると、リベット打ち込み時に被接合材に亀裂が発生し、被接合材のリベット接合部における見栄えと強度が低下する虞がある。
また、前述した特許文献２では、被接合材によって異なる温度の摩擦熱を発生させなければならない。また、発熱に伴う温度上昇等により、セルフピアシングリベットで接合された被接合材の機械的特性が低下する虞がある。そうすると、被接合材のリベット接合部における見栄えと強度が低下する虞がある。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、セルフピアシングリベットを用いて複数枚の被接合材を接合した際の接合部の美観を向上させることを第１の目的とし、強度を安定させることを第２の目的とする。

本発明のリベット接合方法は、セルフピアシングリベットを用いて、積み重ねられた複数の被接合材を接合するリベット接合方法であって、前記セルフピアシングリベットの脚部の形状及び大きさに応じた凹部を有するダイの当該凹部と、前記セルフピアシングリベットの脚部の先端とが、前記複数の被接合材を介して相互に対向するように、前記セルフピアシングリベットを配置する配置工程と、前記複数の被接合材のうち、前記ダイに最も近い位置に配置される前記被接合材と、前記ダイの凹部との間に、当該ダイを潤滑させるための専用の潤滑剤を供給する供給工程と、前記供給工程により前記潤滑剤が供給されてから、前記配置工程により配置されたセルフピアシングリベットを前記複数の被接合材に打ち込む打ち込み工程と、を有し、前記複数の被接合材のうち、少なくとも、前記ダイに最も近い位置に配置される前記被接合材は、裸鋼板、アルミニウム合金板、表面にめっき処理が施された鋼板、又は表面にめっき処理が施されたアルミニウム合金板であり、前記潤滑剤は、樹脂膜、潤滑油、又は固体潤滑剤であり、前記打ち込み工程は、前記複数の被接合材のうち、前記セルフピアシングリベットに最も近い位置に配置される前記被接合材の、前記セルフピアシングリベットが配置されている側の表面に潤滑剤が供給されていない状態で前記セルフピアシングリベットを前記複数の被接合材に打ち込むことを特徴とする。

本発明によれば、ダイに最も近い位置に配置される被接合材とダイとの間に、当該ダイを潤滑するための専用の潤滑剤を供給してから、セルフピアシングリベットを複数の被接合材に打ち込むようにした。したがって、セルフピアシングリベットの形状痕が対称性を有さなくなることを従来よりも容易に且つ確実に防止することができる。よって、リベット接合部の美観を向上させることができる。
また、少なくとも、ダイに最も近い位置に配置される被接合材として、引張張力が４４０［ＭＰａ］以上の被接合材を用いた場合には、リベット接合部の亀裂の発生を容易に抑制することができ、リベット接合部の強度を安定させることができる。

本発明の第１の実施形態を示し、リベット接合装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、リベット接合装置により被接合材が接合される様子の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示し、リベット接合装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示し、リベット接合装置により被接合材が接合される様子の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態を示し、リベット接合装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態を示し、リベット接合装置により被接合材が接合される様子の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態を示し、リベット接合装置により被接合材が接合される様子の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、実施例１の結果を示す図である。 本発明の実施形態を示し、実施例２の結果を示す図である。 本発明の実施形態を示し、実施例３の結果を示す図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、セルフピアシングリベット接合装置の構成の一例を示す図である。尚、説明を簡単にするために、各図では、説明に必要な構成のみを簡略化して示している。また、以下の説明では、「セルフピアシングリベット」を必要に応じて「リベット」と略称する。

図１において、リベット接合装置１は、Ｃ型フレーム２と、ダイ３と、パッド４と、パンチ５と、スタンド６と、加圧用モータ７と、ボールねじ８と、ボックス９と、ポンプ１０と、配管１１、１２ａ、１２ｂと、振動付加装置１３と、制御装置１４と、を有している。
ダイ３とパッド４は、水平方向（図１の両矢印の方向）で相互に対向するようにＣ型フレーム２に取り付けられている。具体的に、ダイ３は、Ｃ型フレーム２の下側端部の上面に、パッド４は、Ｃ型フレーム２の上側端部の下面にそれぞれ取り付けられている。パッド４の内部には、パンチ５が配置されている。

Ｃ型フレーム２の上側端部の上面には、スタンド６が取り付けられている。スタンド６の内部には、ボールねじ８が配置されている。また、スタンド６の上面には、ボックス９が配置されており、このボックス９の下面に加圧用モータ７が配置されている。
加圧用モータ７は、パンチ５を昇降動作させるためのモータである。加圧用モータ７の回転力は、ボックス９内に設けられた不図示の変速歯車列を介してボールねじ８のスクリューシャフトに伝達され、スクリューシャフトが回転する。スクリューシャフトの回転に応じて、当該スクリューシャフトに、ねじの作用で嵌め合わせられているナット部材がパンチ５と共に昇降動作する。

ポンプ１０は、容器１６に収容されている潤滑油１５をダイ３の凹部３ａ（図２（ａ）を参照）に供給するためのものである。潤滑油１５は、配管１１、１２ａ、１２ｂを通ってダイ３の凹部３ａに供給される。潤滑油としては、鉱油系油や、合成系油や、鉱油系油及び合成系油の混合油を用いることができる。尚、潤滑油の粘度は、ダイ３の凹部３ａの大きさ、リベットの大きさ及び材質、被接合材１００ａ、１００ｂの材質等に応じて適宜決定することができる。
振動付加装置１３は、ダイ３に対して、水平方向（図１のダイ３の下方に示す両矢印の方向）に微小振動を与えるためのものである。振動付加装置１３は、このような振動を発生させるための振動子１３ａと、振動子１３ａで発生した振動をダイ３に伝えるためのホーン１３ｂとを備える。振動子１３ａとしては、例えば、圧電性セラミックス素子（例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）素子）を用いたボルト締めランジュバン型振動子（ＢＬＴ）、圧電性セラミックス素子を用いた外締め密閉型振動子、又は磁歪振動子（例えば、フェライト磁歪振動子又はニッケル磁歪振動子）を用いることができる。

ここで、本実施形態では、５［μｍ］以上３０［μｍ］以下の範囲の中から選択された振幅を有し、且つ、１［ｋＨｚ］以上２５［ｋＨｚ］以下の範囲の中から選択された振動数を有する微小振動を、ダイ３に対して、水平方向に与えるようにするのが好ましい。振動付加装置１３がダイ３に与える微小振動の振幅を５［μｍ］以上にするのは、当該振幅が５［μｍ］未満であると、ダイ３の凹部の全体に油が行き渡らず、ダイ３と被接合材１００ｂとの間での油切れが発生し、リベットで接合したときに、被接合材１００ｂのダイ３と接する面の肌荒れが著しくなる虞があるからである。また、振動付加装置１３がダイ３に与える微小振動の振幅を３０［μｍ］以下にするのは、当該振幅が３０［μｍ］を超えると、微小振動により、ダイ３と、ダイ３と接する被接合材１００ｂとの間で発生する摩擦熱が高くなり、リベットで接合したときに、被接合材１００ｂとダイ３とが凝着する虞があるからである。また、振動付加装置１３がダイ３に与える微小振動の振動数を１［ｋＨｚ］以上にするのは、当該振動数が１［ｋＨｚ］未満であると、ダイ３の凹部の全体に油が行き渡らず、ダイ３と被接合材１００ｂとの間での油切れが発生し、リベットで接合したときに、被接合材１００ｂのダイ３と接する面の肌荒れが著しくなる虞があるからである。また、振動付加装置１３がダイ３に与える微小振動の振動数を２５［ｋＨｚ］以下にするのは、当該振動数が２５［ｋＨｚ］を超えると、微小振動により、ダイ３と、ダイ３と接する被接合材１００ｂとの間で発生する摩擦熱が高くなり、リベットで接合したときに、被接合材１００ｂとダイ３とが凝着する虞があるからである。

制御装置１４は、リベット接合装置１全体を制御する装置であり、予め設定されたスケジュールに従って、加圧用モータ７、ポンプ１０、及び振動付加装置１３等の動作を制御するものである。制御装置１４は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、及び各種のインターフェースを備えたコンピュータを用いることにより実現できる。
図２は、リベット接合装置１により被接合材１００ａ、１００ｂが接合される様子の一例を示す図である。具体的に図２（ａ）は、リベット接合装置１により被接合材１００ａ、１００ｂが接合される前の様子の一例を示す図であり、図２（ｂ）は、リベット接合装置１により被接合材１００ａ、１００ｂが接合された後の様子の一例を示す図である。

本実施形態では、図２に示すように、相互に重ね合わせられた２枚の被接合材１００ａ、１００ｂを接合する場合を例に挙げて説明する。被接合材１００ａ、１００ｂのうち、少なくとも、ダイ３に最も近い被接合材１００ｂは、裸鋼板、アルミニウム合金板、表面にめっき処理が施された鋼板、又は表面にめっき処理が施されたアルミニウム合金板である。また、被接合材１００ａとして、これらの何れかを採用することもできる。また、被接合材１００ａ、１００ｂは、同種のものであっても、異種のものであってもよい。めっきとしては、亜鉛系、アルミ系、又はすず系のめっきを使用することができる。本実施形態のリベット接合装置１では、高張力の被接合材１００を接合の対象とするのが望ましい。具体的に、本実施形態のリベット接合装置１では、４４０［ＭＰａ］以上の引張張力を有する被接合材（例えば鋼板）を接合の対象とするのが好ましい。４４０［ＭＰａ］未満の引張張力を有する被接合材は、軟らかいため、潤滑油１５を用いても用いなくても、接合強度は大きく変わらないからである。ただし、４４０［ＭＰａ］未満の引張張力を有する被接合材であっても、リベット接合部の美観が損なわれることを防止することができる。この場合、全ての被接合材１００ａ、１００ｂの引張張力が４４０［ＭＰａ］以上であってもよいが、少なくとも、最もダイ３に近い位置にある被接合材１００ｂの引張張力が４４０［ＭＰａ］以上であればよい。
尚、接合対象とする被接合材１００の数は「２」に限定されず、３以上であってもよい。

まず、ポンプ１０は、容器１６に収容されている潤滑油１５を所定の圧力で所定量だけ吸い上げて配管１１、１２ａ、１２ｂを通して、ダイ３の凹部３ａに供給する。振動付加装置１３は、このようにして凹部３ａに潤滑油１５が供給されると、ダイ３に対して、水平方向の微小振動を与える。これにより、ダイ３は、水平方向に振動する。この振動によって、ダイ３の凹部３ａに供給された潤滑油１５が当該凹部３ａの内部を移動し、ダイ３の凹部３ａを形成する面の広範囲にわたって潤滑油１５の薄い膜を形成することができる（図２（ａ）を参照）。このとき、ダイ３の凹部３ａの全体に潤滑油１５が充填されるようにするのが望ましい。尚、凹部３ａに潤滑油１５が供給された状態のときにダイ３を振動させるようにしていれば、凹部３ａに潤滑油１５が供給される前からダイ３を振動させるようにしてもよい。

以上のようにしてダイ３の凹部３ａに潤滑油１５を供給し、ダイ３を水平方向に振動させながら、リベット２１を金属板１００ａ、１００ｂに対して打ち込む動作を行う。
リベット２１は、一般的なセルフピアシングリベットであり、頭部２１ａと脚部２１ｂとを有する。頭部２１ａは円盤状であり、脚部２１ｂは頭部２１ａと同軸の中空円筒状であり、頭部２１ａと脚部２１ｂとは一体で形成されている。尚、脚部２１ａの先端は先細りの形状を有している。ここで、ダイ３の凹部３ａは、リベット２１の脚部２１ｂの形状及び大きさに応じた形状及び大きさを有する。

不図示の搬送装置は、被接合材１００ａ、１００ｂの接合予定位置がダイ３の凹部３ａの上に位置し、且つ、下側の被接合材１００ｂがダイ３と当接するように、被接合材１００ａ、１００ｂをダイ３の上に配置する。
その後、パンチ５の下面にリベット２１の頭部２１ａの上面が位置するように、パンチ５にリベット２１が取り付けられると、不図示のモータは、パッド４を降下させ、上側の被接合材１００ａの上面にパッド４を圧接させる。ここで、パンチ５に取り付けられたリベット２１の脚部２１ｂの先端と、ダイ３の凹部３ａの面方向における中央の領域とが上下方向で相互に略対向するように、ダイ３、パッド４、及びパンチ５の位置決めがなされている。このようなパッド４の動作により、被接合材１００ａ、１００ｂは、パッド４とダイ３により、上下から加圧され拘束される。このようにパッド４は、被接合材１００ａ、１００ｂを押さえつける役割を有する。

その後、加圧用モータ７は、ボールねじ８のスクリューシャフトを、所定のトルクで回転させてパンチ５を降下させ、上側の被接合材１００ａの上方から、リベット２１を、被接合材１００ａ、１００ｂに対して打ち込む。そうすると、下側の被接合材１００ｂは、リベット２１からの打ち込み力を受けて、ダイ３の凹部３ａに密着するように上側の被接合材１００ａと共に塑性変形する。このとき、リベット２１もダイ３の凹部３ａに対していわゆる底突き状態となって押しつぶされる。こうして、リベット２１は、上側の被接合材１００ａのみを貫通し、下側の被接合材１００ｂの途中まで末広がりとなりながら進入し、リベット２１の頭部２１ａの上面と、上側の被接合材１００ａの上面とが略面一となる状態のところでリベット２１の進入が終了する（図４（ｂ）を参照）。このようにしてリベット２１による被接合材１００ａ、１００ｂの接合が完了する。尚、図４（ｂ）では、ダイ３の凹部３ａに潤滑油１５が残っていない状態を示しているが、ダイ３の凹部３ａに潤滑油１５が残る場合もある。
制御装置１４には、以上のような動作を繰り返し実行するためのコンピュータプログラムが組み込まれており、このコンピュータプログラムを実行することにより、リベット接合装置１の各部に対して動作の指令を行う。

以上のように本実施形態では、ダイ３の凹部３ａに潤滑油１５を供給した上で、リベット２１を被加工材１００ａ、１００ｂに対して打ち込むようにした。したがって、ダイ３の凹部３ａの表面の潤滑性を向上させることができ、リベット２１の変形に下側の被加工材１００ｂを追従させることができる。よって、下側の被加工材１００ｂのリベット接合部における、リベットの形状痕が対称性を有さなくなることを従来よりも容易に且つ確実に防止することができる。これにより、セルフピアシングリベットを用いて複数枚の被接合材１００ａ、１００ｂを接合した際のリベット接合部の美観を向上させることができる。
特に、少なくとも、最もダイ３に近い位置にある被接合材１００ｂとして、引張張力が４４０［ＭＰａ］以上の被接合材１００ｂを用いた場合には、リベット接合部に亀裂が発生することも容易に且つ確実に防止することができる。これにより、セルフピアシングリベットを用いて複数枚の被接合材１００ａ、１００ｂを接合した際のリベット接合部の強度を安定・向上させることができる。
また、本実施形態では、ダイ３を水平方向に振動させながら、リベット２１を金属板１００ａ、１００ｂに対して打ち込むようにしたので、リベット２１の打ち込み時に、ダイ３の凹部３ａの広範囲にわたって潤滑油１５を行き渡らせることができる。これにより、例えば、ダイ３の凹部３ａに供給する潤滑油１５を少なくすることができる。

［変形例１］
本実施形態では、ダイ３の凹部３ａの表面が滑らかにするようにした。しかしながら、ダイ３の凹部３１ａの表面に対して、ダル加工を施して、ダイ３の凹部３１ａの表面に凹凸を形成してもよい。このようにした場合、ダイ３の凹部３１ａに形成された凹形状の開口部の中心部に対する当該開口部の中心部の深さの１０個の平均値である平均深さを５［μｍ］以上、２０［μｍ］以下（例えば５［μｍ］）とするのが望ましい。この平均深さが５［μｍ］未満では、開口部の内部に潤滑油１５を留めることが難しいからである。また、この平均深さが２０［μｍ］を超えると、製造上、ダル加工された部分の上端部の形状が安定せず、かえって開口部の内部に潤滑油１５を留めることが難しくなるからである。

また、ダイ３の凹部３１ａに形成された凹形状の開口部の表面の直径（開口部の表面の形状が円である場合には当該円の直径）の１０個の平均値である平均直径を５０［μｍ］以上、１５０［μｍ］以下（例えば１００［μｍ］）とするのが望ましい。この平均直径が５０［μｍ］未満では、開口部の内部への被接合部のたわみによるめり込みが少なく、開口部の内部に留められた潤滑油１５を適度に排出できないため、ダイ３と被接合材１００ｂとの摩擦抵抗が上昇するからである。また、この平均直径が１５０［μｍ］を超えると、開口部の内部への被接合部のたわみによるめり込みが大きくなり、開口部の内部から多くの潤滑油１５が排出されると共に、開口部の肩部と被接合材１００ｂとの摩擦抵抗が上昇するからである。

また、ダイ３の凹部３１ａに形成された凹形状の開口部の間隔（凹形状の開口部の（表面の）中心間の距離）を前述した平均直径の１．５倍以上、３倍以下とするのが望ましい。この間隔が平均直径の１．５倍未満では、ダイ３と被接合材１００ｂとが直接接触する領域の面積が小さくなり、この領域が凸部となって被接合材１００ｂとダイ３との摩擦係数が上昇するからである。また、この間隔が平均直径の３倍を超えると、ダイ３の表面での潤滑油１５が少なくなるため、潤滑効果を十分に得ることができなくなるからである。

以上のような凹凸は、ダイ３の凹部３ａに対して、ショットブラスト加工、放電加工、エッチング加工、又はレーザ加工等を施すことにより形成することができる。尚、これらの方法のうち、エッチング加工が、最も高精度な凹凸のパターンを形成することができるので好ましい。このようにすることによって、ダイ３の凹部３ａに供給した潤滑油１５を、ダイ３の凹部３ａに留めることができ、例えば、リベット２１の打ち込みによって、ダイ３の凹部３ａから飛び散ってしまうことをより確実に抑制することができる。ここで、以上のような凹凸のパターンは、例えば、デジタルマイクロスコープを用いて測定された画像を処理することにより求めることができる。尚、被加工材１００ａ、１００ｂの表面に潤滑処理が施されている場合には、ダイ３の凹部３ａの表面に凹凸を形成しておき、潤滑油１５を供給しなくてもよい。

［変形例２］
図３は、セルフピアシングリベット接合装置の構成の変形例を示す図である。本実施形態では、図１に示すように、ダイ３に対して、水平方向に振動を与えるようにした。しかしながら、図３に示すように、ダイ３に対して、上下方向（図３のダイ３の下方に示す両矢印の方向）に振動を与えるようにしてもよい。
［変形例３］
また、本実施形態では、ダイ３の凹部３ａに潤滑油１５を供給するようにした。しかしながら、ダイ３の凹部３ａではなく、下側の被接合材１００ｂの、ダイ３の凹部３ａと対向する領域に潤滑油を与えるようにしてもよい。

［変形例４］
また、本実施形態では、振動付加装置１３によりダイ３に対して微小振動を与えるようにした。しかしながら、必ずしも振動付加装置１３を用いる必要はない。振動付加装置１３を用いない場合、例えば、ポンプ１０は、ダイ３の凹部３ａ一杯に潤滑油１５が充填されるように潤滑油１５を所定の圧力で所定量だけダイ３の凹部３ａに供給した後、潤滑油１５を所定の圧力で所定量だけ引き戻して容器１６に戻すようにすれば、ダイ３の凹部３ａを形成する面の広範囲にわたって潤滑油１５を供給することができる。ただし、必ずしもこのように潤滑油１５を供給する必要はない。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態では、被接合材１００ａ、１００ｂとダイ３との間に供給する専用の潤滑剤として潤滑油を用いた場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、潤滑剤として樹脂膜を用いる場合を例に挙げて説明する。そこで、本実施形態の説明において、第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図３に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
図４は、リベット接合装置の構成の一例を示す図である。
図４において、リベット接合装置４１は、Ｃ型フレーム２と、ダイ４６と、パッド４と、パンチ５と、スタンド６と、加圧用モータ７と、ボールねじ８と、ボックス９と、送給装置４２と、ロール４３ａ、４３ｂと、駆動装置４４と、制御装置４５と、を有している。

送給装置４２は、樹脂膜４７をダイ４６の上面に供給するために、樹脂膜４７を送り出すためのものである。ロール４３ａ、４３ｂは、樹脂膜４７の搬送経路を規定するものである。尚、図４では、代表的なロール４３ａ、４３ｂのみを示しているが、この他のロールがあってもよい。駆動装置４４は、ロール４３ａ、４３ｂを回転駆動させるためのものである。図４に示す例では、紙面に向かって反時計回りにロール４３ａ、４３ｂを回転駆動させることによって、樹脂膜４７を紙面に向かって右から左の方向（樹脂膜４７に示されている矢印の方向）に送り出すようにしている場合を例に挙げて示している。
制御装置４５は、リベット接合装置４１全体を制御する装置であり、予め設定されたスケジュールに従って、送給装置４２、及び駆動装置４４等の動作を制御するものである。制御装置４５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、及び各種のインターフェースを備えたコンピュータを用いることにより実現できる。

図５は、リベット接合装置４１により被接合材１００ａ、１００ｂが接合される様子の一例を示す図である。具体的に図５（ａ）は、リベット接合装置４１により被接合材１００ａ、１００ｂが接合される前の様子の一例を示す図であり、図５（ｂ）は、リベット接合装置４１により被接合材１００ａ、１００ｂが接合された後の様子の一例を示す図である。本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、相互に重ね合わせられた２枚の被接合材１００ａ、１００ｂを接合する場合を例に挙げて説明する。

まず、駆動装置４４は、ローラ４３ａ、４３ｂを回転駆動させる。そうすると、送給装置４２から樹脂膜４７が送り出される。駆動装置４４は、樹脂膜４７が所定の距離だけ移動するようにローラ４３ａ、４３ｂを回転させると、ローラ４３ａ、４３ｂの回転駆動を停止させる。これにより、ダイ４６の上面（少なくともダイ４６の凹部４６ａの上方全体）に樹脂膜４７が位置する。
ここで、樹脂膜としては、例えば、１０［μｍ］以上、１００［μｍ］以下の厚みを有する「ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、又はナイロン」を用いることができる。樹脂膜４７の厚みを１０［μｍ］以上にするのは、樹脂膜４７の厚みが１０［μｍ］未満であると、樹脂膜４７が薄すぎて切れてしまう虞があるからである。一方、樹脂膜３７の厚みを１００［μｍ］以下にするのは、樹脂膜４７の厚みが１００［μｍ］を超えると、樹脂膜４７が厚すぎて、リベット接合部の加工精度が低くなる虞があるからである。

以上のようにしてダイ４６の上面に樹脂膜４７を配置させた後に、リベット２１を金属板１００ａ、１００ｂに対して打ち込む動作を行う。リベット２１を被加工材１００ａ、１００ｂに対して打ち込む動作は、第１の実施形態と同じであるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
そして、駆動装置４４は、リベット２１の打ち込み動作が１回行われる度に、樹脂膜４７が所定の距離だけ移動するようにローラ４３ａ、４３ｂを回転駆動させる。ただし、必ずしもリベット２１の打ち込み動作が１回行われる度に、樹脂膜４７を移動させる必要はなく、例えば、リベット４１の打ち込み動作が予め設定された２以上の回数行われる度に、樹脂膜４７を移動させるようにしてもよい。

制御装置４５には、以上のような動作を繰り返し実行するためのコンピュータプログラムが組み込まれており、このコンピュータプログラムを実行することにより、リベット接合装置４１の各部に対して動作の指令を行う。
以上のように、ダイ４６の上面に樹脂膜４７を配置した上で、リベット２１を被加工材１００ａ、１００ｂに対して打ち込むようにしても前述した第１の実施形態と同じ効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、潤滑剤として、固体潤滑剤を用いる場合を例に挙げて説明する。本実施形態の説明においても、第１、第２の実施形態と同一の部分については、図１及び図２に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
図６は、リベット接合装置の構成の一例を示す図である。
図６において、リベット接合装置６１は、Ｃ型フレーム２と、ダイ４６と、パッド４と、パンチ５と、スタンド６と、加圧用モータ７と、ボールねじ８と、ボックス９と、スプレー装置６２と、駆動装置６３と、を有している。

スプレー装置６２は、固体潤滑剤を収容しており、固体潤滑剤を、ダイ４６の凹部４６ａを形成する面全体に吹き付けるためのものである。
制御装置６３は、リベット接合装置６１全体を制御する装置であり、予め設定されたスケジュールに従って、スプレー装置６２等の動作を制御するものである。制御装置６３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、及び各種のインターフェースを備えたコンピュータを用いることにより実現できる。

図７は、リベット接合装置６１により被接合材１００ａ、１００ｂが接合される様子の一例を示す図である。具体的に図６（ａ）は、ダイ４６の凹部４６ａを形成する面に固体潤滑剤７１を吹き付ける様子を示す図であり、図６（ｂ）は、リベット接合装置６１により被接合材１００ａ、１００ｂが接合される前の様子の一例を示す図であり、図６（ｃ）は、リベット接合装置６１により被接合材１００ａ、１００ｂが接合された後の様子の一例を示す図である。本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、相互に重ね合わせられた２枚の被接合材１００ａ、１００ｂを接合する場合を例に挙げて説明する。

まず、ダイ５６の上に被接合材１００ａ、１００ｂが置かれていない状態で、スプレー装置６２は、ダイ４６の凹部４６ａ（好ましくは凹部４６ａを形成する面の全体）に固体潤滑剤７１を吹き付けることができる所定の位置まで移動して、ダイ４６の凹部４６ａに対して固体潤滑剤７１を所定量だけ吹き付ける（図７（ａ）を参照）。その後、スプレー装置４２は、リベット２１の打ち込み動作の邪魔にならない所定の位置まで退避する。
ここで、固体潤滑剤７１としては、例えば、二硫化モリブデン、黒鉛、二硫化タングステン、窒化ホウ素、又は小麦粉を用いることができる。

以上のようにしてダイ４６の凹部４６ａに固体潤滑剤７１が吹き付けられた後に、不図示の搬送装置は、被接合材１００ａ、１００ｂの接合予定位置がダイ４６の凹部４６ａの上に位置するように、被接合材１００ａ、１００ｂをダイ４６の上に配置する（図７（ｂ）を参照。尚、図７（ｂ）では、表記の都合上、ダイ４６の凹部４６ａにのみ固体潤滑剤７１を示している）。そして、リベット２１を金属板１００ａ、１００ｂに対して打ち込む動作を行う。リベット２１を金属板１００ａ、１００ｂに対して打ち込む動作は、第１の実施形態と同じであるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
その後、不図示の搬送装置は、被接合材１００ａ、１００ｂをダイ４６の凹部４６ａの上からどかす。そして、前述したようにスプレー装置６２により、ダイ４６の凹部４６ａに固体潤滑剤７１を吹き付ける。ただし、必ずしもリベット２１の打ち込み動作が１回行われる度に、固体潤滑剤７１を吹き付ける必要はなく、例えば、リベット２１の打ち込み動作が予め設定された２以上の回数行われる度に、固体潤滑剤７１を吹き付けるようにしてもよい。

制御装置６３には、以上のような動作を繰り返し実行するためのコンピュータプログラムが組み込まれており、このコンピュータプログラムを実行することにより、リベット接合装置６１の各部に対して動作の指令を行う。
以上のように、固体潤滑剤７１をダイ４６の凹部４６ａに吹き付けた上で、リベット２１を金属板１００ａ、１００ｂに対して打ち込むようにしても前述した第１の実施形態と同じ効果を得ることができる。
ここで、スプレー装置６２としてディスペンサーを用いることにより、本実施形態のリベット接合装置６１を用いて、第１の実施形態で説明した潤滑油１５をダイ４６の凹部４６ａに吹き付けることができる。

次に、本発明の実施形態の実施例を説明する。
（実施例１）
図８は、実施例１の結果を示す図である。実施例１は、第１の実施形態の実施例である。
本実施例における接合条件は以下の通りである。
・被接合材；冷延鋼板（厚み＝１．６［ｍｍ］、２枚重ね）
・リベット；鋼製リベット（直径＝５．０［ｍｍ］、首下長さ＝６．０［ｍｍ］）
・振動子；ボルト締めランジュバン型振動子
・ダイへの振動の付加方法；振動子の振動をホーンによりダイへ伝達
・振動子による振動の方向；水平方向
・振動子による振動の振動数；１５［ｋＨｚ］
・振動子による振動の振幅；１０［μｍ］
・振動子による振動の最大出力；３５００［Ｗ］
・油；プレス洗浄防錆油（プレトン R-303P（鉱油系、粘度＝３．９［ｍｍ²／Ｓ］（４０［℃］））、スギムラ化学工業（株）製）
・油の供給方法；ディスペンサー
・ダル加工の方法；エッチング法
・ダル形状；平均深さ＝５［μｍ］、平均直径＝１００［μｍ］、凹形状の間隔＝０．２［ｍｍ］（＝平均直径の２倍）

図８において、「振動付加」とは、ダル加工が施されていないダイに対して前述した接合条件に示す微小振動を与えて接合を行ったことを示す。また、「ダル加工」とは、前述した接合条件に示すダル加工が施されたダイに対して微小振動を与えずに接合を行ったことを示す。
また、「亀裂」とは、被接合材のダイに接する面の亀裂をいう。この「亀裂」が○のものは、亀裂が発生しなかったことを示し、△のものは微細な亀裂が発生したことを示し、×のものは、明確な亀裂が発生したことを示す。

また、「対称性」とは、被接合材のダイに接する面でのリベットの形状痕の対称性をいう。この「対称性」が○のものは、リベットの形状痕が円環状であったことを示し、△のものは、リベットの形状痕は円環状ではないものの、製品の美観（美麗性）として許容できる形状であったことを示し、×のものは、リベットの形状痕が製品の美観として許容できない形状であったことを示す。
また、「総合判定」が◎のものは、接合の結果が良好であったことを示し、×のものは、接合の結果が不良であったことを示す。
図８に示すように、凹部に油が供給されたダイに微小振動を与えたり、凹部の表面にダル加工を施したりすることにより、リベット接合部の美観を向上させることができることが分かる。特に、４４０ＭＰａ級鋼板と５９０ＭＰａ級鋼板を（引張強度が４４０ＭＰａ以上の鋼板を）被溶接材として用いると、リベット接合部の亀裂の発生を抑制でき、リベット接合部の強度を安定・向上させることができることが分かる。

（実施例２）
図９は、実施例２の結果を示す図である。実施例２は、第２の実施形態の実施例である。
本実施例における接合条件は以下の通りである。
・被接合材；冷延鋼板（厚み＝１．６［ｍｍ］、２枚重ね）
・リベット；鋼製リベット（直径＝５．０［ｍｍ］、首下長さ＝６．０［ｍｍ］）
・潤滑シート（樹脂膜）；ポリテトラフルオロエチレン（厚み＝２０［μｍ］）
図９に示すように、ダイと被接合材の間に樹脂膜を挿入することにより、リベット接合部の美観を向上させることができることが分かる。特に、４４０ＭＰａ級鋼板と５９０ＭＰａ級鋼板を（引張強度が４４０ＭＰａ以上の鋼板を）被溶接材として用いると、リベット接合部の亀裂の発生を抑制でき、リベット接合部の強度を安定・向上させることができることが分かる。

（実施例３）
図１０は、実施例３の結果を示す図である。実施例３は、第３の実施形態の実施例である。
本実施例における接合条件は以下の通りである。
・被接合材；冷延鋼板（厚み＝１．６［ｍｍ］、２枚重ね）
・リベット；鋼製リベット（直径＝５．０［ｍｍ］、首下長さ＝６．０［ｍｍ］）
・固体潤滑剤；二硫化モリブデン
図１０に示すように以上のように、凹部に固体潤滑剤を供給することにより、リベット接合部の美観を向上させることができることが分かる。特に、４４０ＭＰａ級鋼板と５９０ＭＰａ級鋼板を（引張強度が４４０ＭＰａ以上の鋼板を）被溶接材として用いると、リベット接合部の亀裂の発生を抑制でき、リベット接合部の強度を安定・向上させることができることが分かる。

尚、以上説明した本発明の実施形態のうち、制御装置１４、４５、６３の処理は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施の形態として適用することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体などのプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。前記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１、４１、６１ リベット溶接装置
３、４６ ダイ
３ａ、４６ａ 凹部
４ パッド
５ パンチ
１３ 振動付加装置
１４、４５、６３ 制御装置
１５ 潤滑油
２１ セルフピアシングリベット
４２ 送給装置
４３ ローラ
４４ 駆動装置
４７ 樹脂膜
６２ スプレー装置
１００ 被接合材

Claims (6)

1. セルフピアシングリベットを用いて、積み重ねられた複数の被接合材を接合するリベット接合方法であって、
   前記セルフピアシングリベットの脚部の形状及び大きさに応じた凹部を有するダイの当該凹部と、前記セルフピアシングリベットの脚部の先端とが、前記複数の被接合材を介して相互に対向するように、前記セルフピアシングリベットを配置する配置工程と、
   前記複数の被接合材のうち、前記ダイに最も近い位置に配置される前記被接合材と、前記ダイの凹部との間に、当該ダイを潤滑させるための専用の潤滑剤を供給する供給工程と、
   前記供給工程により前記潤滑剤が供給されてから、前記配置工程により配置されたセルフピアシングリベットを前記複数の被接合材に打ち込む打ち込み工程と、を有し、
   前記複数の被接合材のうち、少なくとも、前記ダイに最も近い位置に配置される前記被接合材は、裸鋼板、アルミニウム合金板、表面にめっき処理が施された鋼板、又は表面にめっき処理が施されたアルミニウム合金板であり、
   前記潤滑剤は、樹脂膜、潤滑油、又は固体潤滑剤であり、
   前記打ち込み工程は、前記複数の被接合材のうち、前記セルフピアシングリベットに最も近い位置に配置される前記被接合材の、前記セルフピアシングリベットが配置されている側の表面に潤滑剤が供給されていない状態で前記セルフピアシングリベットを前記複数の被接合材に打ち込むことを特徴とするリベット接合方法。
2. 前記ダイの凹部を形成する面には、複数の凹凸が形成されており、
   前記複数の凹凸により形成される複数の凹形状の開口部の中心における平均深さは、５［μｍ］以上、２０［μｍ］以下であり、
   前記複数の凹凸により形成される複数の凹形状の開口部の表面の平均直径は、５０［μｍ］以上、１５０［μｍ］以下であり、
   前記複数の凹凸により形成される複数の凹形状の開口部の中心間の距離は、前記平均直径の１．５倍以上、３倍以下であり、
   前記潤滑剤は、潤滑油であることを特徴とする請求項１に記載のリベット接合方法。
3. 少なくとも、前記供給工程により潤滑剤が供給された状態で、前記打ち込み工程により前記セルフピアシングリベットを前記複数の被接合材に打ち込むときに、５［μｍ］以上、３０［μｍ］以下の範囲の中から選択された振幅と、１［ｋＨｚ］以上、２５［ｋＨｚ］以下の範囲の中から選択された振動数とを有する微小振動を、前記ダイに対して与える振動付与工程を更に有し、
   前記潤滑剤は、潤滑油であることを特徴とする請求項１又は２に記載のリベット接合方法。
4. 前記供給工程は、前記ダイの凹部に、当該ダイを潤滑するための専用の潤滑剤を供給し、
   前記潤滑剤は、潤滑油、又は固体潤滑剤であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のリベット接合方法。
5. 前記供給工程は、前記ダイに最も近い位置に配置される前記被接合材と、前記ダイの凹部との間に向かって、当該ダイを潤滑するための専用の潤滑剤を送り出し、
   前記潤滑剤は、樹脂膜であることを特徴とする請求項１に記載のリベット接合方法。
6. 前記複数の被接合材のうち、少なくとも、前記ダイに最も近い位置に配置される前記被接合材の引張張力が、４４０［ＭＰａ］以上であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のリベット接合方法。

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