接合工法の種類

接合工法 – SPR(Self-Piercing Riveting)–

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SPR

[定義]

機械的な締結による接合方法には、副資材(リベット、ボルト、ねじなど)を利用して接合する方法と、副資材を用いずに被接合材の変形を利用して接合する方法(ヘミング、クリンチングなど)がありますが、SPR(Self-Piercing Riveting)は、副資材としてリベットを用いることによる接合方法です。リベットを被接合材の上面から挿入し、リベット先端をダイ状の治具により下側の被接合材内部で広げることで、機械的に締結します。SPRはブラインドリベット(Blind Rivet)やボルトと異なり、前処理として被接合材の下穴を開ける必要がありません。

SPRの接合プロセスは以下のとおりです。

  1. パンチ、ダイに相当する治具の間にリベット(半中空)、被接合材を配置します。(図①②)
  2. パンチをダイに向けて稼働させ、パンチをリベットの頭部に押し当てながら被接合材の上側から挿入していきます。(図③④)
  3. 下側の被接合材まで到達すると、ダイに沿って半中空のリベットが開き、リベットと被接合材の塑性変形により被接合材同士が機械的に締結されます。(図⑤⑥)

継手強度は、被接合材の局所的な塑性変形によるリベットとの密着状態に依存するため、被接合材の板厚や材料特性(伸び、強度など)に応じて、リベットの材質、形状を選定する必要があります。特に、鋼-アルミニウム合金の異種材料接合への接合、その中でも鋼が高張力鋼の接合の際は、リベットに割れ、変形が生じ接合不良が生じる場合があるため注意を要します。

SPR(Self-Piercing Riveting)

SPRの接合プロセス図

[特徴]

SPRの特徴は以下のとおりです。

  1. 他の機械的締結方法同様、溶融接合のように熱影響による材料劣化が生じません。
  2. 冶金的な反応をともなわないため、異種材料接合へ適用することが可能です。
  3. 接合プロセス中に、リベットを被接合材に貫通させるため、下穴加工が不要です。
  4. 他の溶接工法に比べて、接合条件がシンプルなため熟練作業を必要としません。
  5. ツールの向きは360°可変で、三次元形状にも対応可能です。

[適用範囲、注意点]

SPRの接合継手は、「インターロック」と呼ばれる被接合材下側の挿入状態と被接合材下側の「残厚」によって強度が決まるため、適切な値となるように管理することが重要となります。リベットが傾いたり、浮き、中心ずれなどが生じると十分な強度を得られない場合があります。

(図   SPRの継手断面の説明図)

SPR(Self-Piercing Riveting)

SPRの断面図

また、他の副資材を用いる機械的締結方法同様、副資材分のコストがかかります。さらに、被接合材の板厚、および強度、伸びといった材質が変われば、SPRの継手構造も変化します。それにともない用いるリベットの仕様も変わることになります。

[事例]

自動車用途ではピラールーフなどの車体骨格部品などの接合に適用されています。家電用途では、エアコンの室内機の結露防止網板の締結、業務用冷蔵庫のステンレス製ドアの締結、建築用途では、建築用足場板の締結、住宅の窓枠の締結、エレベーター扉の締結などに適用されています。

[まとめ]

SPR(Self-Piercing Riveting)は、副資材としてリベットを用いた機械的締結による接合方法です。接合には副資材であるリベットを用いるため、コストアップにつながる反面、冶金的な反応をともなわないため、熱影響による材質劣化が生じず異種材料への接合にも適用可能です。

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