2017年 5月...

2017年 5月人と車のテクノロジー展

ハイテン領域まで対応可能となった

SPR接合技術

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ご紹介内容

弊社ご紹介

軽量車両設計の鍵となる締結・接合技術

SPR概説

SPR ﾊｲﾃﾝ材接合：

解決の方策：ﾘﾍﾞｯﾄ/ﾀﾞｲｽの開発＋先進締結装置

SPR締結の締結・品質管理

まとめ

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Corporate Summary

設立 :1968年（昭和43年）3月14日株主: スタンレーブラック＆デッカー (持株比率100%)資本金: 3億550万円

代表取締役社長: 山田剛輝取締役 : 鈴木伸一取締役 : ケヴィン・ヴィンス・フェルナンド監査役 : クリストファー・ボーナート

年商 : 21,500百万円（2016年）

営業品目 : ポップリベット、ポップナット及び取付工具クリップ、スタッド及び全自動式スタッド溶接機カレイナット、ウェルナット、ヘリコイル、ジャックナット、HUCKファスナー、セルフピアスリベット

従業員数 : 329 (2016年)

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ポップリベット・ファスナーの歴史

設立ーブラインド

リベット国産化

ポップナット内製開始

プラスチッククリップ内製開始

ブラック＆デッカー

一〇〇％

子会社化

親会社合併によりS

tan

ley

Bla

ck &

Decker

誕生

Em

hart T

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gie

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とイ

ンファステック合併により

Sta

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g

へ

御津工場操業開始

1968M

ar.

19811982

1998

2010

2014

2016

2004S

PR

販売開始

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ポップリベット・ファスナーの経営理念

弊社は、日本国内において総合ﾌｧｽﾆﾝｸﾞ・ｶﾝﾊﾟﾆｰとしてPOPﾘﾍﾞｯﾄやPOPﾅｯﾄをはじめとするﾒﾀﾙ商品群、自動車で幅広く使われている樹脂ｸﾘｯﾌﾟ商品群、ｽﾎﾟｯﾄ溶接に代わる最新の接合方法SPR、圧倒的な溶着力のﾄﾞﾛｰﾝｱｰｸ溶接機やｽﾀｯﾄﾞを中心とした溶接商品群を長年日本のお客様へ供給しております。

海外の日系のお客様へも有力な代理店ﾈｯﾄﾜｰｸやStanley Engineered Fasteningｸﾞﾛｰﾊﾞﾙﾈｯﾄﾜｰｸを通じて安定供給できる体制を構築しております。

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販売´14：1,5 bln。USD

従業員：5,000ww証明書： ISO TS 16949

ISO 14001OHSAS 18001

売上：´15 ； 11B USD

従業員：52,000 以上

STANLEY Engineered Fastening

世界最大の電動工具ﾒｰｶｰStanley Black & Decker社のSTANLEY Engineered Fastening Groupとして、ﾌｧｽﾅｰ業界のﾘｰﾃﾞｨﾝｸﾞｶﾝﾊﾟﾆｰです。世界各地に生産と販売の拠点を持っており、R&Dの推進、新製品の開発を進め、幅広い業種に対して製品とｻｰﾋﾞｽを提供しております。

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各種工業用締結部品並びに締結装置

ｽﾀｯﾄﾞ/WELDFAST 溶接機

POPﾘﾍﾞｯﾄ / POPﾅｯﾄ

SPR

POPﾘﾍﾞｯﾄ・POPﾅｯﾄﾂｰﾙ

ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ製品

KALEI⑥ ﾌﾟﾚｽﾌｧｽﾅｰ

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主な納入先

（※敬称略、ご了承お願いいたします。）「自動車」トヨタ自動車（株）、日産自動車（株）、本田技研工業（株）、三菱自動車工業（株）、マツダ（株）、スズキ（株）、富士重工業（株）、ダイハツ工業（株）、いすゞ自動車（株）、日野自動車（株）

「電機」沖電気工業（株）、シャープ（株）、（株）東芝、日本電気（株）、パナソニック（株）、（株）日立製作所、富士通（株）、三菱電機（株）、（株）リコー

「車両・トラック架装」川崎重工業（株）、東プレ（株）、日本車輌製造（株）、日本トレクス（株）、日本フルハーフ（株）、（株）パブコ

「住宅・建材」クリナップ（株）、三協立山（株）、積水化学工業（株）、文化シャッター（株）、（株）LIXIL、YKK（株）

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ご紹介内容

弊社ご紹介


SPR概説




まとめ

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地球温暖化防止のため自動車等運輸部門の燃費向上は最重要の

ﾃｰﾏです。しかしながら安全性の確保や快適性、利便性向上ﾆｰｽﾞか

ら車両重量は増加傾向にあり、燃費と顧客満足度向上という相反する

目標を達成するため車両軽量化技術の導入が加速しています。

車両の骨格をなすﾎﾜｲﾄﾎﾞﾃﾞｨー（BIW）は、自動車車両総質量の約

30%を占めます。

剛性を維持しながら軽量化を行うために、 BIWの最適設計と共に軽量

材料への置き換えも合わせて進められます。

©Audi AG

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ｱﾙﾐﾆｳﾑ、CFRP、ﾊｲﾃﾝ、超ﾊｲﾃﾝ等の軽量材料は適材適所に用いら

れますが、これらの組合せは従来の軟鋼板に比べ接合が困難になっ

ています。ｱﾙﾐﾆｳﾑ

ﾊｲﾃﾝ

ﾎｯﾄｽﾀﾝﾌﾟ

ｱﾙﾐﾀﾞｲｶｽﾄ

これら全ての組合せ

高強度ｱﾙﾐﾆｳﾑ

CFRP/CFRTP

BIW 軟鋼から軽量材料への置換

超ﾊｲﾃﾝ ©Audi AG

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アルミニウム/マグネシウム

CFRP/

熱硬化性樹脂ﾊｲﾃﾝ

熱可塑性樹脂

機械締結（SPR・POP ﾘﾍﾞｯﾄ)

溶接接着

接合締結

接合・締結ﾎﾟｰﾄﾌｫﾘｵ

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ご紹介内容

弊社ご紹介


SPR概説




まとめ

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SPR （Self Piercing Riveting）概説

締結プロセス

ﾘﾍﾞｯﾄとﾀﾞｲｽ側ﾜｰｸでｲﾝﾀｰﾛｯｸを形成しﾜｰｸを締結します。

締結に際し下穴は不要です。

ﾘﾍﾞｯﾄはﾀﾞｲｽ側ﾜｰｸ内に留まり、ダイス側からの水密性があります。

① ﾀﾞｲｽの上に締結するﾜｰｸを2枚以上の置きます。

② ﾉｰｽﾞﾋﾟｰｽとﾀﾞｲｽ間で母材を密着し、隙間を無くします。

③ ﾘﾍﾞｯﾄをﾊﾟﾝﾁで押込み、ﾊﾟﾝﾁ側ﾜｰｸを穿孔します。さらに押込むとﾘﾍﾞｯﾄ脚先が展開しｲﾝﾀｰﾛｯｸを形成します。

④ 締結完了し、次打点に移動します。

ﾘﾍﾞｯﾄ

ﾊﾟﾝﾁ側ﾜｰｸ

ﾀﾞｲｽ

ﾊﾟﾝﾁ

ﾉｰｽﾞﾋﾟｰｽとﾀﾞｲｽ間で母材密着

穿孔・脚先展開

ﾉｰｽﾞﾋﾟｰｽ

ﾀﾞｲｽ側ﾜｰｸ

ｲﾝﾀｰﾛｯｸ締結完了

① ② ③ ④

ﾘﾍﾞｯﾄ

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コントローラ

C-Frame

Feedtube 8m

リベットフィーダ

締結ツール

フィードチューブ

Cフレーム

ダイス

ﾂｰﾙ信号線

ﾂｰﾙ動力線

SPR締結装置

SPR締結装置の一般的な構成

ﾛﾎﾞｯﾄはお客様に準備願います。

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ご紹介内容

弊社ご紹介


SPR概説




まとめ

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SPR ﾊｲﾃﾝ材接合：ﾘﾍﾞｯﾄ/ﾀﾞｲｽの開発＋先進締結装置

(2) ダイス交換システム

(3) 異種リベット供給システム

(4) 締結をｺﾝﾄﾛｰﾙする高速ｼｽﾃﾑ

(1) リベット+ダイスの開発

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SPR ﾊｲﾃﾝ材接合の課題

軟鋼からﾊｲﾃﾝ材への材料置換により、軽量かつ高剛性の車両を実現できますが、ﾊｲﾃﾝ化により

⇒降伏点の上昇

⇒伸びの低下SPR締結困難

ひずみ

応力

MP

a

• 打込み力の上昇• リベットの途中座屈• ワークの割れ

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(1) ﾊｲﾃﾝ材用リベットの開発

下記観点からﾊｲﾃﾝ用SPRﾘﾍﾞｯﾄの開発に取り組みました。ﾘﾍﾞｯﾄ胴部剛性・靭性向上

⇒胴部寸法変更、材質変更、熱処理変更、硬度ｱｯﾌﾟ

打込み力の低減⇒先端切刃形状改良、低μ表面処理の選択

従来ｱﾙﾐ/軟鋼用ﾘﾍﾞｯﾄ開発品ﾊｲﾃﾝ用ﾘﾍﾞｯﾄ

PAT.PENDING

材質硬度熱処理表面処理

SCM440相当 Hv520 ｵｰｽﾃﾝﾊﾟーﾒﾀｽYC

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締結実施例

SPR ﾊｲﾃﾝ材用リベット

上板：1200MPa ﾊｲﾃﾝ材

下板：ｱﾙﾐ材

ﾘﾍﾞｯﾄ長：5ｍｍ

上板：ｱﾙﾐ材

下板：590MPa ﾊｲﾃﾝ材

ﾘﾍﾞｯﾄ長：5ｍｍ

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過酷な使用条件

お客様の使用環境下での試験において、ﾘﾍﾞｯﾄ内側に亀裂が入る事象が発生しました。

不具合の要因分析を行い、対策しました。

ﾘﾍﾞｯﾄ内部の亀裂

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リベットの改良

CAEｼｭﾐﾚｰｼｮﾝと現物のすり合わせ

ﾘﾍﾞｯﾄの応力を正しく評価するために、CAEｼｭﾐﾚｰｼｮﾝで得られた断面形状と現物断面が一致するようｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝを行いました。

ﾘﾍﾞｯﾄ先端部の詳細形状(現物ﾍﾞｰｽ)

各部摩擦係数

結果、近似形状を得ることができました。

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不具合品応力状態の評価

最大主応力径方向応力周方向応力

近似形状を得られた条件で応力状態を観察したところ、顧客使用条件下では、亀裂発生部に大応力が発生していることが判りました。同結果をもとに応力を緩和する対策を行いました。

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応力緩和のため各部寸法・R形状を見直し、応力値が最小となる組合せから下記寸法・形状を導きました。

内筒部深さ

内筒部R

内筒部先端R

同部R

対作リベットの考案

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対作リベットの効果

従来品対策品

最大主応力

対策により、破断応力を緩和し、亀裂の発生を防止しました。

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締結荷重の低減

“ﾌﾛｰﾊﾞﾘｱ”型ﾀﾞｲｽｶｯﾌﾟ形状開発により締結荷重の抑制を行います。

ﾀﾞｲｽｶｯﾌﾟ内にﾜｰｸ+ﾘﾍﾞｯﾄ脚が充満すると締結荷重は一挙に上昇します。特にﾜｰｸの外周方向の流れにより加速します。

外周方向への流れ

“ﾌﾛｰﾊﾞﾘｱﾀﾞｲ”はｶｯﾌﾟ中央部にくぼみを設けｶｯﾌﾟ体積を稼ぐと共に、外周方向へのﾜｰｸ流れを抑制し締結荷重を約15％低減できました。

ｶｯﾌﾟ内充満

従来型ﾌﾛｰﾊﾞﾘｱ型

ｶｯﾌﾟ内充満

ｶｯﾌﾟ内余裕

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対策品の反映

ワーク

ダイス

リベット長･径・硬度

総板厚/上下比率リベット

ﾜｰｸ仕様に適した最適ﾘﾍﾞｯﾄ+ﾀﾞｲｽを選択することは重要ですが、BIWは様々なﾜｰｸ組合せがあり、従来装置ではきめ細かく対応することが困難でした。

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(1)リベット+ダイスの改良


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コントローラ

C-Frame


締結ツール


Cフレーム

ダイス

ﾂｰﾙ信号線

ﾂｰﾙ動力線


ダイスの変更にはツールチェンジャを用いて締結ツール+Ｃフレーム毎交換

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ﾀﾞｲｽ交換ｼｽﾃﾑを開発し、ﾗｲﾝを止めずにﾀﾞｲｽ交換を可能としました。ﾀﾞｲｽ交換ｽﾃｰｼｮﾝで最大5種の異なるﾀﾞｲｽを着脱可能です。

ﾀﾞｲｽをCﾌﾚｰﾑへﾜﾝﾀｯﾁで着脱可能としました。

これに伴うCﾌﾚｰﾑの外形寸法に差はありません。


ﾀﾞｲｽ選定の柔軟性を増しSPRツールを有効活用します。（経費削減）

ﾀﾞｲｽ交換ｽﾃｰｼｮﾝ

Cフレーム

ダイス

ﾋﾞﾃﾞｵ

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コントローラ

Feedtube 8m


締結ツール


Cフレーム

ダイス

ﾂｰﾙ信号線

ﾂｰﾙ動力線



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4連デバイダを開発しました。4種類のﾘﾍﾞｯﾄを1台の締結ツールに供給できます。

リベット選択の柔軟性を増しSPRツールを有効活用します。（経費削減）

2台のスライダを連動させ4種類の中から1つのリベットを選択供給します。4台のフィーダ及びデバイダの制御は1台のコントローラで行います。


スライダ①

スライダ②

4連ﾃﾞﾊﾞｲﾀﾞ

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コントローラ

Feedtube 8m

リベットフィーダ① ② ③ ④

締結ツール


Cフレーム

ダイス

ﾂｰﾙ信号線

ﾂｰﾙ動力線

4連デバイダ

4連デバイダを付加した締結装置

4台のﾌｨｰﾀﾞ及びﾃﾞﾊﾞｲﾀﾞの制御は1台のｺﾝﾄﾛｰﾗで行います。

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(4)締結をｺﾝﾄﾛｰﾙする高速ｼｽﾃﾑ

ｻｰﾎﾞﾓｰﾀｰ駆動+ﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ制御高速締結ﾂｰﾙ

締結荷重/ｽﾄﾛｰｸ測定によりﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ制御を行い、ﾘﾍﾞｯﾄ締結品質を高く維持します。

ﾊｲﾃﾝ材打抜き直後の急激な荷重変動に対応する高速ﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ制御を行い、ﾘﾍﾞｯﾄを正しく打ち込みます。

ｻｰﾎﾞﾓｰﾀ

ﾛｰﾄﾞｾﾙ

ｻﾃﾗｲﾄﾛｰﾗ

ﾌﾟﾘｸﾗﾝﾌﾟｽﾌﾟﾘﾝｸﾞ

直動ｴﾝｺｰﾀﾞ

ｽﾋﾟﾝﾄﾞﾙ

CPU

締結ｽﾄﾛｰｸ

締結荷重打抜き直後の荷重急低下

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(4)締結をｺﾝﾄﾛｰﾙする高速ｼｽﾃﾑ

ｻｰﾎﾞﾓｰﾀｰ駆動+ﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ制御高速締結ﾂｰﾙ

締結ﾘﾍﾞｯﾄの出代管理を行います。

リベットの締結前から締結後までﾌﾟﾛｾｽｺﾝﾄﾛｰﾙが可能です。

締結ﾂｰﾙのｽﾋﾟﾝﾄﾞﾙ稼動速度を従来の200m/sから300m/sに改善しました。

ﾘﾍﾞｯﾄの供給時間を含むｻｲｸﾙﾀｲﾑは約25%の短縮できました。

締結荷重は100ｋNに対応します。

ｻｰﾎﾞﾓｰﾀ

ﾛｰﾄﾞｾﾙ

ｻﾃﾗｲﾄﾛｰﾗ

ﾌﾟﾘｸﾗﾝﾌﾟｽﾌﾟﾘﾝｸﾞ

直動ｴﾝｺｰﾀﾞ

ｽﾋﾟﾝﾄﾞﾙ

CPU

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ご紹介内容

弊社ご紹介


SPR概説




まとめ

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締結ﾘﾍﾞｯﾄの出代管理を行います。出代(でしろ)とは、上板上表面と締結したﾘﾍﾞｯﾄ頭頂部

の位置の ±誤差寸法をあらわします。

リベット出代＋出代

－出代

40

ﾘﾍﾞｯﾄの出代が変化すると？

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

-0.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60

せん断荷重ｋN

出代測定値 mm

例）出代-せん断荷重

＋出代：打込み不足

- 出代：打込み過大

＋出代ではｲﾝﾀｰﾛｯｸ量が減少するため接合荷重が下がります。

－出代ではﾘﾍﾞｯﾄ脚の母材突き抜けによる水密性破壊（ﾘﾍﾞｯﾄ先端の腐食）ﾘｽｸがあります。

出代を±0に制御することが肝要です。

＋出代0

弊社実力範囲

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出代を ±0 に制御する方法

ﾊﾟﾝﾁ先端＝ﾚｼｰﾊﾞ先端

出代 = ±0！0値になるまでﾘﾍﾞｯﾄを打込む

ﾊﾟﾝﾁ

ﾚｼｰﾊﾞ

ﾀﾞｲｽ

ﾘﾍﾞｯﾄを押すﾊﾟﾝﾁ先端と、母材を押さえるﾚｼｰﾊﾞ先端が面

一になるよう制御すればﾘﾍﾞｯﾄの出代は±0となります。

弊社設備は唯一同値のﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ制御を行っています。

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弊社機はﾊﾟﾝﾁ位置測定系並びにﾚｼｰﾊﾞ位置測定系を別

個に備え、協働してﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ制御を行います。

特許：第4216505号

ｸﾗﾝﾌﾟｽﾌﾟﾘﾝｸﾞ

ﾓｰﾀｰﾘｿﾞﾙﾊﾞ

歯車

直動ｴﾝｺｰﾀﾞﾚｼｰﾊﾞ位置測定

ﾊﾟﾝﾁ位置測定

ﾘﾍﾞｯﾄ送給

ﾍﾞｰｼｯｸﾎﾟｼﾞｼｮﾝｾﾝｻ

ﾛｰﾄﾞｾﾙ

ﾛｰﾗｰｽｸﾘｭｰ

ﾊﾟﾝﾁ

ﾚｼｰﾊﾞ

一般的な設備はﾊﾟﾝﾁ位

置測定系しかなく、打点

毎に出代をﾏﾆｭｱﾙ調整

します。

しかし母材厚のばらつ

きや母材固さのばらつ

きにより生ずるCﾌﾚｰﾑ

の変形差 = ﾀﾞｲｽ位置

差に追従できません。

出代を ±0 に制御する装置構成

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プロセスコントロール

プリクランプ

荷重・ｽﾄﾛｰｸ適正値

ﾘﾍﾞｯﾄ長範囲内？

板厚測定

板厚範囲内？

ﾘﾍﾞｯﾄ長測定

締結中止異常出力



ストローク範囲内？

カーブ範囲測定

基準カーブ範囲内？

締結完了異常出力

締結完了異常出力

リベッティング

ストローク範囲測定

スタ－ト

締結完了

YES

YES

YES

YES

YES

NO

NO

NO

NO

NO

ﾘﾍﾞｯﾄ締結前⇒締結完了まで全ﾌﾟﾛｾｽをﾓﾆﾀｰします。

締結前に板厚・ﾘﾍﾞｯﾄ長さを測定し、規格外品を検出すると即座に

停止し手直し作業を防止します。

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プロセスコントロール

ﾘﾍﾞｯﾄ締結前⇒締結完了まで全ﾌﾟﾛｾｽをﾓﾆﾀｰします。

締結後にﾘﾍﾞｯﾄｶｰﾌﾞ（ｽﾄﾛｰｸ-荷重線図）を表示し、締結異常を

検出・報告します。

管理ｶ-ﾌﾞ異常出力

管理ｶ-ﾌﾞ警告出力

締結ｶ-ﾌﾞ

ｽﾄﾛｰｸ範囲

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ご紹介内容

弊社ご紹介


SPR概説

SPR ﾊｲﾃﾝ材接合



まとめ

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まとめ

• 締結・接合技術は軽量車両実現の鍵となります。

• SPR（Self Piercing Riveting）は軽量車両において、世界で最も広く使われ

ている締結工法です。

• 弊社ﾎﾟｯﾌﾟﾘﾍﾞｯﾄ･ﾌｧｽﾅｰ株式会社は、SPR装置・ﾘﾍﾞｯﾄの製造・供給と共

に、技術ｻｰﾋﾞｽ並びに装置のﾒﾝﾃｻｰﾋﾞｽを一環してご提供いたします。

• 新技術の開発と共に、お客様工程の簡略化・省力化をご提案し、ﾄｰﾀﾙｺｽﾄ

ﾀﾞｳﾝの実現に大きく貢献してまいります。

ご清聴ありがとうございました。

ONE COMPANY. POWERFUL BRANDS.

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