JP4717115B2 - 金属板の接合装置及び接合方法 - Google Patents
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Description
(a)発明の分野
本発明は、金属板の接合装置及び接合方法に関する。より詳しくは、本発明は、接合工程を簡略にしながらも接合強度を向上させた金属板の接合装置及び接合方法に関する。
薄い2枚の金属板を接合する方法として、一般的には2つの方法が知られている。第1の方法はスポット溶接法であり、第2の方法はリベット接合法である。スポット溶接法においては、重なった金属板に電圧を印加すると、金属板が電気抵抗を有するため金属板に熱が発生する。このとき、重なった金属板に圧力を加えて金属板の重畳面を溶融し、2枚の金属板を接合する。
尚、この「発明の背景」で上述した情報は理解促進のためのみに開示されているため、この国の当業者に既知の先行技術を構成しないものも含まれている可能性がある。
本発明は、電気アーキングが発生せず、かつセルフ穿孔リベットの回転と製造を必要としないという長所を持った、金属板の接合装置及び接合方法を提供するためになされたものである。
互いに重なった金属板、
前記重なった金属板を接合するために用いられ、前記金属板と同じ材質からなる金属テープ、
前記金属テープを供給及び回収する金属テープ移送ユニット、
前記金属テープから型抜きされて加熱されるリベット部材、
上部に設けたコイルスプリングの弾性力によって前記金属テープをクランプし、パンチを案内し、かつ第1電極として用いられる上部金型、
前記重なった金属板をクランプし、前記金属テープを型抜きして前記リベット部材を作り、前記リベット部材とパンチを案内し、かつ第2電極として用いられる中間金型、
前記重なった金属板を支持し、前記リベット部材によって金属板を押出す押出ダイとして用いられ、押出す間に過剰金属をシェービングするシェービング金型として用いられ、かつ第3電極として用いられる下部金型、並びに
前記金属テープを型抜きして前記リベット部材を作り、前記リベット部材に荷重を加えて前記重なった金属板にリベット部材を圧入する前記パンチ。
内部に第1ガイド通路が上下方向に形成されている上部金型、
前記上部金型の下に配置され、内部に第2ガイド通路が上下方向に形成されている中間金型、
前記中間金型の下に配置され、内部に金属排出通路が上下方向に形成されている下部金型、
金属板と金属テープを加熱する加熱ユニット、
金属板に接合荷重を付与するパンチ、
金属板をクランプするクランプ荷重を前記上部金型に付与するクランプユニット、及び
金属板を接合する接合荷重を前記パンチに付与する接合ユニット。
重なった金属板を接合するために、前記重なった金属板の接合位置の下に下部金型を位置させる段階、
前記接合位置の中心に第2ガイド通路の中心軸を一致させる段階、
前記重なった金属板を中間金型によって、金属テープをコイルスプリングによって、同時にクランプする段階、
第1電極と第2電極の間に電流を付与することによって、前記コイルスプリングによりクランプされている金属テープを急加熱する段階、
前記クランプされている金属テープを、第1ガイド通路に挿入されたパンチによって型抜きし、加熱されたリベット部材を作る段階、
前記重なった金属板の上側に接触している第2電極と前記重なった金属板の下側に接触している第3電極の間に電流を付与することによって、前記重なった金属板を急加熱する段階、
前記パンチの圧縮荷重によって、前記中間金型と下部金型の間にクランプされている金属板に前記加熱されたリベット部材を圧入する段階、及び
前記加熱されたリベット部材と加熱された前記重なった金属板が可塑性流動状態で、前記第2ガイド通路の半径より小さい半径を有する金属排出通路に押出される時に、押出圧力と剪断力によって前記重なった金属板とリベット部材を接合する段階。
給電装置に接続された前記第3電極と、前記第2電極の間に電流を付与することによって金属板を急加熱し、
前記第1・第2・第3電極をそれぞれ同心の円筒形状に形成し、
前記第1ガイド通路において金属テープを型抜きし、
型抜きされた前記リベット部材を、前記第2ガイド通路を通過させ、金属板の加熱された部分に圧入し、
前記パンチが前記第1・第2ガイド通路を通過する時に、金属板を押し出すとともに可塑性流動によって接合し、同時に過剰金属を前記金属排出通路に排出するのもよい。
下部金型と中間金型によって、重なった金属板をクランプする段階、
前記中間金型と上部金型によって、前記重なった金属板の上に金属テープを配置する段階、
加熱ユニットによって、前記重なった金属板と金属テープを加熱する段階、
前記金属テープを型抜きしてリベット部材を作る段階、及び
パンチによって、前記重なった金属板に前記リベット部材を圧入する段階。
尚、本発明は現在実用的な実施形態と考えられるものとの関連で説明してきたが、本発明は上記開示形態に限定されるものではなく、別紙特許請求の範囲の思想及び範囲内にある種々の変更及び均等構成も含むことが意図される。
2 金属テープ
3 リベット部材
5 上部金型
6 中間金型
7 下部金型
8 パンチ
9 第1ガイド通路
10 第2ガイド通路
11 金属排出通路
12 給電装置
13 第1電極
14 第2電極
15 第3電極
16 加熱ユニット
17 高周波誘導コイル
18 第1レーザーソース
19 第2レーザーソース
20 金属テープ移送ユニット
21 クランプ金型
23 金属テープ供給ローラ
24 金属テープ
25 金属テープ回収ローラ
26 過剰金属
28 ロボット上部アーム
29 ロボット下部アーム
30 連結部
31 クランプユニット
32 接合ユニット
33 下部金型移送ユニット
34 移送ローラ
35 支持台
36 過剰金属収集部
37 ロボット
38 コイルスプリング
39 クランプユニットピストン
40 接合ユニットシリンダー
Claims (35)
- 以下のものを含む金属板接合装置、
互いに重なった金属板、
前記重なった金属板を接合するために用いられ、前記金属板と同じ材質からなる金属テープ、
前記金属テープを供給及び回収する金属テープ移送ユニット、
前記金属テープから型抜きされて加熱されるリベット部材、
上部に設けたコイルスプリングの弾性力によって前記金属テープをクランプし、パンチを案内し、かつ第1電極として用いられる上部金型、
前記重なった金属板をクランプし、前記金属テープを型抜きして前記リベット部材を作り、前記リベット部材とパンチを案内し、かつ第2電極として用いられる中間金型、
前記重なった金属板を支持し、前記リベット部材によって金属板を押出す押出ダイとして用いられ、押出す間に過剰金属をシェービングするシェービング金型として用いられ、かつ第3電極として用いられる下部金型、並びに
前記金属テープを型抜きして前記リベット部材を作り、前記リベット部材に荷重を加えて前記重なった金属板にリベット部材を圧入する前記パンチ。 - 以下の段階を含む金属板接合方法、
重なった金属板を接合するために、前記重なった金属板の接合位置の下に下部金型を位置させる段階、
前記接合位置の中心に第2ガイド通路の中心軸を一致させる段階、
前記重なった金属板を中間金型によって、金属テープをコイルスプリングによって、同時にクランプする段階、
第1電極と第2電極の間に電流を付与することによって、前記コイルスプリングによりクランプされている金属テープを急加熱する段階、
前記クランプされている金属テープを、第1ガイド通路に挿入されたパンチによって型抜きし、加熱されたリベット部材を作る段階、
前記重なった金属板の上側に接触している第2電極と前記重なった金属板の下側に接触している第3電極の間に電流を付与することによって、前記重なった金属板を急加熱する段階、
前記パンチの圧縮荷重によって、前記中間金型と下部金型の間にクランプされている金属板に前記加熱されたリベット部材を圧入する段階、及び
前記加熱されたリベット部材と加熱された前記重なった金属板が可塑性流動状態で、前記第2ガイド通路の半径より小さい半径を有する金属排出通路に押出される時に、押出圧力と剪断力によって前記重なった金属板とリベット部材を接合する段階。 - 給電装置に接続された前記第2電極と、前記第1電極の間に電流を付与することによって金属テープを急加熱し、
給電装置に接続された前記第3電極と、前記第2電極の間に電流を付与することによって金属板を急加熱し、
前記第1・第2・第3電極をそれぞれ同心の円筒形状に形成し、
前記第1ガイド通路において金属テープを型抜きし、
型抜きされた前記リベット部材を、前記第2ガイド通路を通過させ、金属板の加熱された部分に圧入し、
前記パンチが前記第1・第2ガイド通路を通過する時に、金属板を押し出すとともに可塑性流動によって接合し、同時に過剰金属を前記金属排出通路に排出する、請求項2に記載の金属板接合方法。 - 前記第1・第2電極に高周波誘導コイルを巻き回し、この高周波誘導コイルの誘導電流によって、上部金型と中間金型の間に置かれた金属テープを急加熱し、
前記第2・第3電極にも高周波誘導コイルを巻き回し、この高周波誘導コイルの誘導電流によって、中間金型と下部金型の間に置かれた金属板を急加熱する、請求項2に記載の金属板接合方法。 - 前記パンチの下側に設けられた第1レーザーソースによって、上部金型と中間金型の間に置かれた金属テープを急加熱し、
前記金属排出通路に設けられた第2レーザーソースによって、中間金型と下部金型の間に置かれた金属板を急加熱する、請求項2に記載の金属板接合方法。 - 金属テープ供給ローラに巻かれた金属テープが巻き出され型抜きされた後に前記パンチが復帰すると、金属テープ移送ユニットによって型抜き済み金属テープを金属テープ回収ローラに巻き、かつ金属テープを使い切ると前記金属テープ供給ローラを交換することによって、連続的に金属テープを供給及び回収可能に構成されている、請求項2に記載の金属板接合方法。
- 前記リベット部材を金属板に圧入する時には、前記重なった金属板の上側にパンチの下側を移動させることによって突出金属の形成を規制し、かつ
下部金型移送ユニットに連結された下部金型を水平方向にスライドさせ、前記重なった金属板の下側に付着した過剰金属をシェービングする、請求項2に記載の金属板接合方法。 - 前記パンチによって前記リベット部材を作った後、前記中間金型と下部金型の間にクランプした金属板に前記加熱されたリベット部材を圧入する時には、前記リベット部材の反復圧縮荷重によって、可塑性流動状態に加熱された金属板を接合する、請求項2に記載の金属板接合方法。
- 第1・第2ガイド通路及び金属排出通路の断面形状が円形状又は三角形状であり、前記リベット部材の断面形状によって前記金属板の回転変位を抑制するように構成されている請求項1に記載の金属板接合装置。
- 第1・第2ガイド通路の少なくとも一方、金属排出通路及び前記パンチが、前記金属板の回転変位を抑制するのに用いられる請求項1または9に記載の金属板接合装置。
- さらに、前記第1・第2・第3電極に給電を行う給電装置並びにクランプ荷重、押出荷重及びシェービング荷重を付与する油圧システムを有するロボットを含み、
前記ロボットが金属板の接合位置に自動的に移動するように構成されている請求項1に記載の金属板接合装置。 - 以下のものを含む金属板接合装置、
内部に第1ガイド通路が上下方向に形成されている上部金型、
前記上部金型の下に配置され、内部に第2ガイド通路が上下方向に形成されている中間金型、
前記中間金型の下に配置され、内部に金属排出通路が上下方向に形成されている下部金型、
金属板と金属テープを加熱する加熱ユニット、
金属板に接合荷重を付与するパンチ、
金属板をクランプするクランプ荷重を前記上部金型に付与するクランプユニット、及び
金属板を接合する接合荷重を前記パンチに付与する接合ユニット。 - 前記上部金型と中間金型がリベット部材を作るために用いられる金属テープをクランプし、前記中間金型と下部金型が金属板をクランプする請求項12に記載の金属板接合装置。
- 前記金属テープは前記金属板と同一材質である請求項13に記載の金属板接合装置。
- 前記下部金型を水平方向に移動させる下部金型移送ユニットをさらに含む請求項12に記載の金属板接合装置。
- 前記金属テープを水平方向に移動させる金属テープ移送ユニットをさらに含む請求項13に記載の金属板接合装置。
- 前記金属テープ移送ユニットが、
前記上部金型の両側に設けられた移送ローラ、
前記クランプユニットの一側に設けられ、金属テープが巻かれた金属テープ供給ローラ、及び
前記クランプユニットの他側に設けられ、型抜き済みの金属テープが回収される金属テープ回収ローラ
を含む請求項16に記載の金属板接合装置。 - 前記金属テープをクランプするクランプ金型をさらに含み、前記クランプ金型が前記上部金型の内周面に設けられている請求項12に記載の金属板接合装置。
- 前記上部金型とクランプ金型の間に、下向きの弾性力を前記クランプ金型に付与する弾性部材が設けられている請求項18に記載の金属板接合装置。
- 前記弾性部材がコイルスプリングである請求項19に記載の金属板接合装置。
- 前記加熱ユニットが、
前記クランプ金型の内周面に形成された第1電極、
前記中間金型の内周面に形成された第2電極、及び
前記下部金型の内周面に形成された第3電極
を含む請求項18に記載の金属板接合装置。 - 前記金属板と金属テープの抵抗が高いことによって、これら金属板と金属テープに電流を付与すると熱が発生する請求項21に記載の金属板接合装置。
- 前記第1・第2・第3電極にそれぞれ高周波誘導コイルが巻かれている請求項21に記載の金属板接合装置。
- 前記加熱ユニットが、
前記パンチの下側に設けられ、前記金属テープを加熱する第1レーザーソース、及び
前記下部金型の内周面に設けられ、前記金属板を加熱する第2レーザーソース
を含む請求項12に記載の金属板接合装置。 - 前記第1ガイド通路の半径と前記第2ガイド通路の半径が同一である請求項12に記載の金属板接合装置。
- 前記金属排出通路の半径が前記第2ガイド通路の半径よりも小さい請求項25に記載の金属板接合装置。
- 前記第1・第2ガイド通路と金属排出通路がシリンダー形状である請求項12に記載の金属板接合装置。
- 前記第1・第2ガイド通路と金属排出通路が三角柱形状である請求項12に記載の金属板接合装置。
- 前記接合ユニットの接合ユニットシリンダーが前記クランプユニットのクランプユニットピストンに形成されている請求項12に記載の金属板接合装置。
- 下部金型と中間金型によって、重なった金属板をクランプする段階、
前記中間金型と上部金型によって、前記重なった金属板の上に金属テープを配置する段階、
加熱ユニットによって、前記重なった金属板と金属テープを加熱する段階、
前記金属テープを型抜きしてリベット部材を作る段階、及び
パンチによって、前記重なった金属板に前記リベット部材を圧入する段階
を含む金属板接合方法。 - 前記圧入する段階の間に押し出された、過剰金属を除去する段階をさらに含む請求項30に記載の金属板接合方法。
- 前記過剰金属を除去する段階は、前記下部金型を水平方向に移動させることによって金属板をシェービングするのと同時に行われる請求項31に記載の金属板接合方法。
- 前記上部金型に第1ガイド通路が上下方向に形成され、前記中間金型に第2ガイド通路が上下方向に形成され、前記下部金型に金属排出通路が上下方向に形成されている請求項30に記載の金属板接合方法。
- 前記第1ガイド通路の半径と前記第2ガイド通路の半径が同一である請求項33に記載の金属板接合方法。
- 前記金属排出通路の半径が前記第2ガイド通路の半径よりも小さい請求項34に記載の金属板接合方法。
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