JP2009226414A - 金属板のかしめ接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】側壁部厚さおよびインターロック量を厚くして接合強度の向上が可能なかしめ接合方法を提供する。
【解決手段】固定アンビル外周に分割配置された可動ブレード上に、複数枚の金属板を重ねて配置し、通常のかしめ接合を行う第一工程の後、第一工程で用いた円柱型パンチを、当該円柱型パンチよりも径が太く、かつ先が凸の円錐型パンチに交換し、当該円錐型パンチを、前記円柱型パンチの押し込みにより金属板に形作られた円筒状窪みに押し込んで当該円筒状窪み周辺の材料を塑性流動させる第二工程を付加する。
【選択図】図４

Description

本発明は、金属板のかしめ接合方法、特に簡便かつ低コストで接合強度を高めることが可能なかしめ接合方法に関する。

重ね合わせた複数枚の金属板を固定・接合する方法としては、ボルトやリベットで代表される締結具を用いる方法が一般的である。しかし、締結具を用いる方法では、締結具を挿入するための前処理として下穴が必要となるとともに、締結具が必要となるためコストが高くなる。さらには締結具の頭部が金属板の表面に突出するため、取り扱い上、あるいは外観的に美観を損なう場合がある。他の方法としては、スポット溶接等の溶接法やかしめ接合が採用されることがある。

スポット溶接法は、かしめ接合法と比較して板厚が異なる材料や異種材料において接合が困難であり、さらには材料への熱影響が生じるためめっき材では後補修が必要である。また、スポット溶接法は、接合の際、散りやヒュームを伴うため作業環境を悪化させるおそれがあるが、かしめ接合はプレス加工中に接合できるため、設備同調性および作業環境がよい。このため、かしめ接合は自動車、家電製品、住宅等の分野で多用されるようになっている。しかしながら、かしめ接合法は、締結具を用いる方法やスポット溶接法に比べて、接合強度が低い問題がある。
そこで、特許文献１では、パンチとダイを用いて裏面側に向けて凹型成形してかしめ接合する際に、パンチの先端に溶接させたピンを、ポンチの先端が金属面の表面とほぼ一致する位置まで複数枚の金属板とともにダイに押し込むことにより、重ね合わせた複数枚の金属板の一部を、ピンを芯金とする有底筒状に塑性変形させることが提案されている。

また、かしめ接合法では、パンチを金属板に押し込んで凹型成形する際、パンチ先端やダイの台座部が平坦であると金属板材料を塑性流動させるために大きな加圧力を必要とし、生産性を低下するおそれがある。
そこで、特許文献２では、パンチの先端部に金属板に向かって凸状となる錐面を設けるとともに、ダイの先端部に金属板に向かって凸状となる錐面を設けた金型を用いてかしめ接合している。
特開２００６−８７５号 特開２００３−３３８２９号

特許文献１，２で提案された技術は金属板をかしめ接合する手段としては有効である。
しかしながら、接合強度を高めようとする課題に対しては十分ではない。本発明者らは、かしめ接合強度は、図１に示す断面のようにかしめ接合した凹型部において、上側金属板の側壁部厚さＳ1と、インターロック量Ｃ1が大きく影響していることを見出しているが、一般的なかしめ接合法では、Ｓ1を大きくすることができず、接合強度を高くすることができない。前記特許文献２の方法を用いても、Ｓ1を大きくすることができない。

このようにかしめ接合では強度の高い接合ができないために、高い接合強度が必要な場合には、接合箇所を多くすることが必要となって、結果的にコストを高くしている。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、側壁部厚さＳ1およびインターロック量Ｃ1を厚くして接合強度の向上が可能なかしめ接合方法を提供することを目的とする。

本発明の金属板のかしめ接合方法は、その目的を達成するため、固定アンビル外周に分割配置された可動ブレード上に、複数枚の金属板を重ねて配置し、第一工程で、当該金属板に局部的に上方から円柱型パンチを押し込んで上面の金属板を塑性変形させるとともに、前記可動ブレードをそれぞれ個別に外周方向に逃がすことにより下面の金属板を塑性変形させて上下の金属板を機械的に接合し、その後、第二工程で、前記円柱型パンチを、当該円柱型パンチよりも径が太く、かつ先が凸の円錐型パンチに交換し、当該円錐型パンチを、前記円柱型パンチの押し込みにより金属板に形作られた円筒状窪みに押し込んで当該円筒状窪み周辺の材料を塑性流動させることを特徴とする。

本発明により、かしめ接合によって形成された凹型部において、側壁部厚さＳ1およびインターロック量Ｃ1を大きくすることができている。このため、接合強度の高いかしめ接合が可能となる。
接合強度の高いかしめ接合が可能になることにより、接合箇所の削減ができ、結果的にコストの低下に繋がる。

前記した通り、かしめ接合法はスポット溶接法と比較して、高い接合強度を安定して得ようとする場合には十分でない。それはかしめ接合を行ったとき、接合のために形成した凹型部における側壁部厚さおよびインターロック量が厚くなり難いからである。
本発明者等は、その側壁部厚さおよびインターロック量を厚くする手段について鋭意検討を重ねてきた。その結果、円柱型パンチの押し込みにより形成した接合のための有底円筒型凹型部に円錐型パンチを再度押し込むことにより、前記有底円筒型凹型部を周方向に押し広げることが有効であることを見出した。
以下にその詳細を説明する。

まず、接合のための有底円筒型凹型部の形成は通常と全く同じである。すなわち、図２（ａ）に示すように、二枚の金属板１，２をブレード６上に重ねて載置した後、ストリッパ４により金属板１，２をブレード６と挟み込んで固定・セットする。その後、図２（ｂ）に示すように、円柱型パンチ３でセットした金属板１，２を押圧して塑性変形させて金属板１，２を接合する。この際、材料はアンビル５より半径方向に張り出されるために、半径方向に可動に取付けられたブレード６とともに、半径方向外側に向けて移動する。そして、有底円筒型の凹型部を形成して金属板１，２は接合される。その後図３に示すように円柱型パンチ３が抜かれ、通常のかしめ接合は終わる。

次の工程が本発明の最大の特徴である。
図４（ａ）に示すように、かしめ接合に用いた円柱型パンチ３に替え、円錐型パンチ７を用いる。この円錐型パンチ７は、円柱型パンチ３で形成した有底円筒型凹型部を周方向に押し広げるものであり、円柱型パンチ３よりも径が太く、しかも先端が凸の円錐形を有するものを用いる。円錐の中心角度θとしては１２０〜１６０度程度のものを用いることが好ましい。

この円錐型パンチ７の先端を、前記有底円筒型凹型部の中心と合致するようにセットし、金属板１，２を押圧する。このとき、金属板１の凹型部上部周辺の材料を凹型部側壁部に押圧することにより塑性流動させ凹型部側壁部を増肉させる。さらに、側壁部が上部から圧縮されるためインターロック部はさらに外側へ広がるとともにブレード６もさらに外側へ移動するため、インターロック部も増肉させることが可能となる（図４（ｂ）参照）。

円錐型パンチ７の中心角度θが１２０度未満であると、円錐型パンチの先端が先に凹型部の底に当接し、凹型部の側壁部等を増肉する作用を為しえない。逆にこの角度θが１６０度を超える程に大きくなると、有底円筒型凹型部全体をその周辺を含め押圧する形態となって、凹型部の側壁部等を増肉する作用を為しえなくなる。よって、接合する板厚と形成する凹型部の径にもよるが、効率的な増肉の観点から、パンチ７中心角度θの範囲は１２０〜１６０度とすることが好ましい。

供試材として表１に示す化学成分および機械的性質を有する厚さ１．６ｍｍのＺｎ―Ａｌ―Ｍｇ系の溶融めっき鋼板を２枚重ねて、まず図２，３に示す態様で通常のかしめ接合を行った。なおこの際、円柱型パンチとして、直径４．５ｍｍ、パンチＲ０．２のものを、アンビルとして、直径５ｍｍのものを使用した。ブレード上部とアンビルの隙間ｊｍは１．０ｍｍとした。そして円柱型パンチを３．３ｍｍ押し込んだ。
上記かしめ接合体の一つについて、接合部断面のインターロック量Ｃ1と側壁部厚さＳ1を測定した。

次に、上記かしめ接合体の他の一つについて、さらにパンチの押圧を行った。この際、円柱型パンチに替えて直径１２ｍｍで、図４（ａ）にθで示す中心角が１４０度の円錐型パンチを使用し、２．２ｍｍ押し込んだ。
そして、上記と同様に接合部断面のインターロック量Ｃ1と側壁部厚さＳ1を測定した。
その測定結果を表２に示す。

上記二種のかしめ接合体、すなわち円柱型パンチのみを押し込んだものおよび円柱型パンチを押し込んだ後に円錐型パンチを押し込んだものについて、十字引張試験を行った。なお、この十字引張試験は、ＪＩＳ Ｚ３１３７に準じて行った。
その結果を表２に併せて示す。
表２に示す結果からも明らかなように、単に円柱型パンチを押し込むに止まらず、さらに円錐型パンチを押し込むことにより側壁部厚さおよびインターロック部厚さが増加し、十字引張強度は、単に円柱型パンチを押し込んだ場合と比較して５０％増加している。円錐型パンチを用いた二段階押圧法が有効であることがわかる。

かしめ接合断面における側壁部厚さＳ1とインターロック量Ｃ1 本発明かしめ接合方法の第一工程を説明する図面 第一工程後のかしめ接合状態を説明する図面 本発明かしめ接合方法の第二工程を説明する図面

符号の説明

１：金属板（上板） ２：金属板（下板） ３：円柱型パンチ
４：ストリッパ ５：アンビル ６：ブレード ７：円錐型パンチ
Ｃ1：インターロック量 Ｓ1：側壁部厚さ
ｊｍ：ブレード上部とアンビルの隙間

Claims (1)

1. 固定アンビル外周に分割配置された可動ブレード上に、複数枚の金属板を重ねて配置し、第一工程で、当該金属板に局部的に上方から円柱型パンチを押し込んで上面の金属板を塑性変形させるとともに、前記可動ブレードをそれぞれ個別に外周方向に逃がすことにより下面の金属板を塑性変形させて上下の金属板を機械的に接合し、その後、第二工程で、前記円柱型パンチを、当該円柱型パンチよりも径が太く、かつ先が凸の円錐型パンチに交換し、当該円錐型パンチを、前記円柱型パンチの押し込みにより金属板に形作られた円筒状窪みに押し込んで当該円筒状窪み周辺の材料を塑性流動させることを特徴とする金属板のかしめ接合方法。

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