JP6294715B2 - Fastening structure for dissimilar members and fastening method for dissimilar members - Google Patents
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Description
本発明は、金属部材と、繊維強化プラスチックとを締結する異種部材の締結構造および異種部材の締結方法に関する。 The present invention relates to a fastening structure for dissimilar members for fastening a metal member and a fiber reinforced plastic, and a fastening method for dissimilar members.
FRP(繊維強化プラスチック)は、軽量かつ高強度であることから、自動車をはじめとした様々な装置の部材の素材として利用が拡大している。また、FRPの一種であって、プラスチック中の繊維の向きを一方向に偏らせて配向させた一方向基材(UD)が開発されている。一方向基材は、繊維の向きが一方向に偏っていることから、繊維の向きを一方向に偏らせていないFRPに比べて、一方向の曲げ剛性が高められる。このようなFRPの部材と、金属製の他の部材とを締結する場合、例えば、リベットによる締結が行われる。 Since FRP (fiber reinforced plastic) is lightweight and has high strength, its use is expanding as a material for members of various devices including automobiles. In addition, a unidirectional substrate (UD), which is a kind of FRP, has been developed in which the orientation of fibers in plastic is oriented in one direction. Since the direction of the fibers is biased in one direction, the unidirectional base material has higher bending rigidity in one direction than FRP that does not bias the fibers in one direction. When such FRP members and other metal members are fastened, for example, fastening with rivets is performed.
特許文献1に記載のリベットは、締結対象の部材に穿孔するシャンク部が、2重構造をなす2つの胴部で構成され、それぞれの胴部の先端に山部と谷部が交互に形成された形状となっている。シャンク部は、締結対象に穿孔しながら、2つの胴部の先端の山部が放射状に広がって変形することで、リベットによるかしめ効果が高められるとしている。 In the rivet described in Patent Document 1, a shank portion drilled in a member to be fastened is composed of two barrel portions having a double structure, and peaks and valleys are alternately formed at the ends of the respective barrel portions. It has a different shape. The shank portion is said to enhance the caulking effect due to the rivets, as the crests at the ends of the two body portions spread radially and deform while drilling in the fastening object.
リベットによる締結では、上述した特許文献1に記載のように、締結対象には、シャンク部によって穿孔されることによる孔が形成されるか、予め、穿孔装置などでシャンク部を挿通する孔を形成しておく必要がある。上記の一方向基材においては、一方向に偏らせて繊維が配されるため、シャンク部による孔、または、シャンク部を挿通する孔の形状によっては、繊維の切断量が多くなってしまい、穴周りを起点として強度低下を招くおそれがある。この回避のため、通常UDに加えてクロス材を積層構成に加えることで強度強化する方策が採られるが、クロス材はUD材と比較して繊維軸方向の強度がUD材よりも低い。このことから、同じ強度を持たせようとすれば余分のクロス材を配置する必要があり、軽量性の観点で望ましくない。 In fastening with a rivet, as described in Patent Document 1 described above, a hole to be fastened by a shank part is formed in a fastening target, or a hole through which the shank part is inserted in advance by a punching device or the like. It is necessary to keep it. In the unidirectional base material, since the fibers are arranged in a biased direction, depending on the shape of the hole by the shank part or the hole through which the shank part is inserted, the amount of fiber cut increases. There is a risk of strength reduction starting from the periphery of the hole. In order to avoid this, a measure is taken to strengthen the strength by adding a cloth material to the laminated structure in addition to the UD material, but the cloth material has a lower strength in the fiber axis direction than the UD material. For this reason, if the same strength is to be given, it is necessary to arrange an extra cloth material, which is not desirable from the viewpoint of lightness.
そこで、本発明は、一方向基材の強度低下を抑制することができる異種部材の締結構造および異種部材の締結方法を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a dissimilar member fastening structure and a dissimilar member fastening method capable of suppressing a decrease in strength of a unidirectional base material.
上記課題を解決するために、本発明の異種部材の締結構造は、金属部材と、繊維の延在方向を一方向に偏らせて配列した繊維強化プラスチックとを積層し、繊維強化プラスチック側から金属部材側に向かって、リベットの頭部に荷重を加えることで、シャンク部の先端側を広げて、金属部材と繊維強化プラスチックを締結する異種部材の締結構造であって、リベットのシャンク部は、一方向および頭部の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向よりも、一方向に長く延在し、一方向に長く延在したシャンク部は、一方向および頭部の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向に向かって金属部材を穿孔し、頭部と金属部材内に位置するシャンク部の先端とで、金属部材の一部と繊維強化プラスチックとを、頭部の中心軸方向に挟み込み、金属部材と繊維強化プラスチックとが締結されることを特徴とする。 In order to solve the above problem, the fastening structure for dissimilar members according to the present invention includes a metal member and a fiber reinforced plastic that is arranged with the fiber extending direction being biased in one direction, and the metal from the fiber reinforced plastic side. Toward the member side, by applying a load to the head of the rivet, the distal end side of the shank part is expanded, and the fastening structure of the dissimilar member that fastens the metal member and the fiber reinforced plastic, the shank part of the rivet is than perpendicular to the respective direction and the central axis of the head, extend long in one direction, a shank portion Mashimashi long extending in one direction, perpendicular to the respective central axis in one direction and head The metal member is perforated in a direction, and a part of the metal member and the fiber reinforced plastic are sandwiched between the head and the tip of the shank portion located in the metal member in the direction of the central axis of the head. And fiber Wherein the reduction and plastic is fastened.
繊維強化プラスチックは、一方向および頭部の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向よりも、一方向に長く延在する孔であって、シャンク部が挿通される挿通孔を有してもよい。 The fiber reinforced plastic may have a hole extending in one direction longer than a direction perpendicular to each of the one direction and the central axis direction of the head, and the insertion hole through which the shank portion is inserted.
シャンク部は、先端側が一方向および頭部の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向に離隔して2つに分離していてもよい。 The shank portion may be separated into two with the tip side being separated in a direction perpendicular to one direction and the central axis direction of the head.
上記課題を解決するために、本発明の異種部材の締結方法は、金属部材と、繊維の延在方向を一方向に偏らせて配列した繊維強化プラスチックとを、リベットで締結する異種部材の締結方法であって、リベットの頭部から頭部の中心軸方向に突出し、中心軸方向に垂直な面内において、長手方向と長手方向よりも短い短手方向を有するシャンク部の先端を、長手方向を一方向に沿わせた状態で、繊維強化プラスチック側から金属部材側に向かって、頭部に荷重を加えることで、一方向に長く延在したシャンク部の先端側を金属部材内で一方向および頭部の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向に広げて、金属部材と繊維強化プラスチックを締結することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the dissimilar member fastening method of the present invention is a fastening method of dissimilar members in which metal members and fiber reinforced plastics arranged with the fiber extending direction biased in one direction are fastened with rivets. The tip of the shank that protrudes from the rivet head in the direction of the central axis of the rivet and that has a longitudinal direction and a short direction shorter than the longitudinal direction in a plane perpendicular to the central axis direction. In the state in which the tip of the shank is extended in one direction by applying a load to the head from the fiber reinforced plastic side toward the metal member side in a state along the one direction in the metal member. The metal member and the fiber reinforced plastic are fastened in a direction perpendicular to the central axis direction of the head .
本発明によれば、一方向基材の強度低下を抑制することができる。 According to the present invention, the strength reduction of the unidirectional base material can be suppressed.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
図1は、リベット1の外観図であり、図1(a)には、リベット1の斜視図を示し、図1(b)には、リベット1の側面図を示し、図1(c)には、リベット1の正面図を示し、図1(d)には、リベット1の底面図を示す。 FIG. 1 is an external view of a rivet 1. FIG. 1 (a) shows a perspective view of the rivet 1, FIG. 1 (b) shows a side view of the rivet 1, and FIG. Fig. 1 shows a front view of the rivet 1, and Fig. 1 (d) shows a bottom view of the rivet 1.
図1(a)、(b)に示すように、リベット1は、頭部2とシャンク部3を有する。頭部2は、上面2aと下面2bが互いに平行であって、上面2aから下面2bに向かって拡径する傾斜部2cを有する。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the rivet 1 has a
シャンク部3は、頭部2から頭部2の中心軸方向(図1(a)中、下側)に突出する。シャンク部3は、一端が頭部2に固定される筒部3aと、筒部3aの他端側に形成され筒部3aから頭部2の反対側に突出する2つの鋭端部3bを有する。
The
図1(b)に示すように、2つの鋭端部3bの境界には、鋭端部3bの先端側から頭部2に向かって切り込み3cが形成されており、切り込み3cの下端から、鋭端部3bの先端に向かって、2つの鋭端部3bが互いに離隔する先細り形状となっている。
As shown in FIG. 1 (b), a
また、図1(a)〜(d)に示すように、シャンク部3は、頭部2の中心軸方向(矢印a)に垂直な面内において、長手方向(矢印b、一方向)と、長手方向よりも短い短手方向(矢印c)を有する。ここで、長手方向および短手方向は、互いに垂直な方向であって、かつ、頭部2の中心軸方向(矢印a)に垂直である。
Moreover, as shown to Fig.1 (a)-(d), the
言い換えれば、シャンク部3は、一方向(矢印b)、および、頭部2の中心軸方向(矢印a)のそれぞれに垂直な方向(矢印c)よりも、一方向(矢印b)に長く延在する。すなわち、シャンク部3においては、一方向(矢印b)、および、頭部2の中心軸方向(矢印a)のそれぞれに垂直な方向(矢印c)の長さよりも、一方向(矢印b)の長さの方が長い。
In other words, the
また、上記の鋭端部3b(シャンク部3)は、先端側が一方向(矢印b)および頭部2の中心軸方向(矢印a)のそれぞれに垂直な方向(矢印c)に離隔して2つに分離した形状といえる。
The
図2は、金属部材4とFRP5(繊維強化プラスチック)の締結を説明するための説明図であり、図2(a)、(b)には、リベット1、金属部材4、FRP5について、リベット1の軸方向に平行な面による断面を模式的に示す。また、図2(c)には、図2(a)のII(c)矢視図を示す。ただし、図2(c)においては、金属部材4、ダイ6を除いてFRP5を示すとともに、リベット1の頭部2の輪郭線を破線で示す。
FIG. 2 is an explanatory view for explaining the fastening of the metal member 4 and FRP 5 (fiber reinforced plastic). FIGS. 2A and 2B show the rivet 1 for the rivet 1, the metal member 4, and the
図2(a)に示すように、金属部材4とFRP5は、リベット1側にFRP5を位置させて積層されている。また、FRP5には、金属部材4とFRP5の積層方向に貫通する挿通孔5bが予め形成されている。挿通孔5bは、リベット1のシャンク部3よりも大きく、シャンク部3が挿通される。
As shown in FIG. 2A, the metal member 4 and the
ここで、FRP5は、図2(c)に示すように、繊維5aの延在方向を一方向(矢印e)に偏らせて配列した一方向基材(UD)で構成されるFRPである。図2(c)においては、FRP5に含まれる繊維5aの数を模式的に少なく示すが、実際には繊維5aはFRP5内部に密に配されている。
Here, as shown in FIG. 2C, the
また、挿通孔5bは、図2(c)に示すように、FRP5のうち、繊維5aの延在方向である一方向(矢印e)に、当該一方向に垂直な方向(矢印f)よりも、長く延在する。言い換えれば、挿通孔5bは、長手方向(矢印e、一方向)と短手方向(矢印f)を有する。ここで、矢印e、矢印fは、頭部2の中心軸方向に垂直な方向となっている。すなわち、矢印fは、挿通孔5bの長手方向および頭部2の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向となっている。
Moreover, as shown in FIG.2 (c), the
金属部材4のうちFRP5の反対側の面4a側にはダイ6が配されている。ダイ6には、楕円形の窪み6aが設けられており、窪み6aの中心には楕円形の突出部6bが形成されている。FRP5の挿通孔5bとダイ6の窪み6aとは、互いの長手方向同士が平行になり、互いの短手方向同士が平行となるように配置される。
A
そして、図2(a)に示すように、ダイ6、金属部材4、FRP5、および、リベット1を、この順に配し、リベット1のシャンク部3を、FRP5のうち、金属部材4の反対側から挿通孔5bに対向させる。このとき、リベット1は、中心軸方向に垂直な面内において、シャンク部3の長手方向が、挿通孔5bの長手方向に沿う向きに配される。
2A, the
その後、シャンク部3の向きを維持した状態で、リベット1をFRP5側に近接させシャンク部3を挿通孔5bに挿通させて、FRP5側から金属部材4側に向かって、リベット1の頭部2に荷重を加えると、シャンク部3が金属部材4を穿孔する。そうすると、図2(b)に示すように、ダイ6の窪み6aや突出部6bの形状に合わせて、金属部材4には、楕円形の突出部4bが形成されるとともに、突出部4bの中心に楕円形の窪み4cが形成される。
Thereafter, with the orientation of the
このとき、ダイ6は、金属部材4に当接して金属部材4を抑えつけることで、金属部材4の穿孔部分、突出部4b、および、窪み4c以外の変形を抑制する。また、ダイ6は、金属部材4に反力を作用させることから、金属部材4に生じるせん断力が大きくなり、シャンク部3による金属部材4の穿孔が容易となる。
At this time, the
また、突出部4bおよび窪み4cが形成されるといった金属部材4の表面の変形に伴う金属部材4内部の変形によって、金属部材4の内部を穿孔する2つの鋭端部3bの先端が、互いに離隔する方向(外側)に広がる。
Further, the tip of the two
その結果、頭部2と鋭端部3bとで、金属部材4の一部とFRP5をリベット1の軸方向に挟み込む形となり、金属部材4にリベット1が固定される。そして、リベット1の頭部2と、金属部材4とによって、FRP5が挟持されることで、金属部材4とFRP5が締結されることとなる。
As a result, the
図3は、比較例におけるFRP15を説明するための説明図である。図3に示すように、比較例におけるFRP15には、大凡円形の挿通孔15bが形成されている。一方、本実施形態においては、上記のように、挿通孔5bは、FRP5のうち、繊維5aの延在方向が長手方向となっている。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the
そのため、本実施形態におけるFRP5は、比較例におけるFRP15よりも、内部に含まれる繊維5aの切断箇所(切断される繊維の数)が少なく抑えられる。すなわち、同じような大きさのリベットによる締結構造を比較したとき、本実施形態のリベット1を用いた締結構造は、従来のリベットを用いた締結構造よりも、FRP5に含まれる繊維5aの切断量が抑えられ、剛性や強度を高く維持することが可能となる。
For this reason, the
上述した実施形態では、FRP5には予め挿通孔5bが形成されている場合について説明したが、挿通孔5bは必須の構成ではなく、シャンク部3がFRP5を穿孔して金属部材4側まで貫通してもよい。
In the embodiment described above, the case where the
この場合であっても、シャンク部3は、短手方向と長手方向を有する。そのため、シャンク部3によって穿孔されることで形成されたFRP5の孔は、挿通孔5bと同様、FRP5のうち、繊維5aの延在方向を長手方向とすることができる。その結果、FRP5に含まれる繊維5aの切断量が抑えられ、剛性や強度を高く維持することが可能となる。
Even in this case, the
ただし、本実施形態のように、予め挿通孔5bを設けていた方が、FRP5の繊維5aを綺麗に切断でき、切断箇所からのき裂の進展を抑え、FRP5の剛性や強度をより高く維持することが可能となる。このとき、挿通孔5bの縦横比を異ならせて、繊維5aの切断量そのものを抑えることで、FRP5の剛性や強度の低下に対する抑制効果が相乗的に高められる。
However, as in this embodiment, if the
また、上述した実施形態では、シャンク部3(鋭端部3b)の先端は、金属部材4の内部に留まる場合について説明したが、シャンク部3の先端が金属部材4を貫通していてもよい。
Moreover, although the front-end | tip of the shank part 3 (
また、上述した実施形態では、リベット1の鋭端部3bは、2つ設けられている場合について説明した。しかし、鋭端部3bは、3つ以上設けられていてもよい。ただし、上述した実施形態のように、シャンク部3を、先端側が一方向および頭部2の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向に離隔して2つに分離した構成とすれば、縦横比を異ならせた形状を単純な構造で実現でき、リベット1の製造コストを低減できる。
In the above-described embodiment, the case where two
また、挿通孔5bは、縦横比(アスペクト比)が異なればその形状に制限はなく、例えば、楕円形状であってもよい。
Further, the shape of the
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications within the scope described in the claims. Needless to say, the modified examples also belong to the technical scope of the present invention.
本発明は、金属部材と、繊維強化プラスチックとを締結する異種部材の締結構造および異種部材の締結方法に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for the fastening structure of the dissimilar member which fastens a metal member and a fiber reinforced plastic, and the fastening method of a dissimilar member.
1 リベット
2 頭部
3 シャンク部
4 金属部材
5 FRP(繊維強化プラスチック)
5a 繊維
5b 挿通孔
1
Claims (4)
前記リベットの前記シャンク部は、前記一方向および前記頭部の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向よりも、該一方向に長く延在し、
前記一方向に長く延在した前記シャンク部は、該一方向および前記頭部の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向に向かって前記金属部材を穿孔し、
前記頭部と前記金属部材内に位置する前記シャンク部の先端とで、該金属部材の一部と前記繊維強化プラスチックとを、該頭部の中心軸方向に挟み込み、該金属部材と該繊維強化プラスチックとが締結されることを特徴とする異種部材の締結構造。 By laminating a metal member and a fiber reinforced plastic arranged with the fiber extending direction biased in one direction, and applying a load to the head of the rivet from the fiber reinforced plastic side toward the metal member side , A fastening structure of dissimilar members for fastening the metal member and the fiber reinforced plastic by expanding the front end side of the shank part,
The shank portion of the rivet than said one direction and a direction perpendicular to the respective center axis of the head, and extending long in the one direction,
The shank extending long in the one direction perforates the metal member in a direction perpendicular to each of the one direction and the central axis direction of the head;
A part of the metal member and the fiber reinforced plastic are sandwiched in the central axis direction of the head between the head and the tip of the shank portion located in the metal member, and the metal member and the fiber reinforced A fastening structure for dissimilar members, wherein plastic is fastened .
前記リベットの頭部から該頭部の中心軸方向に突出し、該中心軸方向に垂直な面内において、長手方向と該長手方向よりも短い短手方向を有するシャンク部の先端を、該長手方向を前記一方向に沿わせた状態で、前記繊維強化プラスチック側から前記金属部材側に向かって、該頭部に荷重を加えることで、該一方向に長く延在した該シャンク部の先端側を該金属部材内で該一方向および該頭部の中心軸方向のそれぞれに垂直な方向に広げて、該金属部材と該繊維強化プラスチックを締結することを特徴とする異種部材の締結方法。 It is a fastening method for dissimilar members, in which a metal member and a fiber reinforced plastic arranged with the fiber extending direction biased in one direction are fastened with rivets,
The tip of the shank projecting from the head of the rivet in the direction of the central axis of the head and having a longitudinal direction and a short direction shorter than the longitudinal direction in a plane perpendicular to the central axis direction, In the state along the one direction, by applying a load to the head from the fiber reinforced plastic side toward the metal member side, the tip end side of the shank portion extending in the one direction is A fastening method for dissimilar members, characterized in that the metal members and the fiber reinforced plastic are fastened in a direction perpendicular to the one direction and the central axis direction of the head in the metal member.
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