JP5440328B2 - リベット接合方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、セルフピアシングリベットの打ち込み完了と相前後してダイを回転させ、その回転に伴う摩擦熱により亀裂を修復することが開示されている。
また、前述した特許文献2では、被接合材によって異なる温度の摩擦熱を発生させなければならない。また、発熱に伴う温度上昇等により、セルフピアシングリベットで接合された被接合材の機械的特性が低下する虞がある。そうすると、被接合材のリベット接合部における見栄えと強度が低下する虞がある。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、セルフピアシングリベットを用いて複数枚の被接合材を接合した際の接合部の美観を向上させることを第1の目的とし、強度を安定させることを第2の目的とする。
また、少なくとも、ダイに最も近い位置に配置される被接合材として、引張張力が440[MPa]以上の被接合材を用いた場合には、リベット接合部の亀裂の発生を容易に抑制することができ、リベット接合部の強度を安定させることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の第1の実施形態を説明する。
図1は、セルフピアシングリベット接合装置の構成の一例を示す図である。尚、説明を簡単にするために、各図では、説明に必要な構成のみを簡略化して示している。また、以下の説明では、「セルフピアシングリベット」を必要に応じて「リベット」と略称する。
ダイ3とパッド4は、水平方向(図1の両矢印の方向)で相互に対向するようにC型フレーム2に取り付けられている。具体的に、ダイ3は、C型フレーム2の下側端部の上面に、パッド4は、C型フレーム2の上側端部の下面にそれぞれ取り付けられている。パッド4の内部には、パンチ5が配置されている。
加圧用モータ7は、パンチ5を昇降動作させるためのモータである。加圧用モータ7の回転力は、ボックス9内に設けられた不図示の変速歯車列を介してボールねじ8のスクリューシャフトに伝達され、スクリューシャフトが回転する。スクリューシャフトの回転に応じて、当該スクリューシャフトに、ねじの作用で嵌め合わせられているナット部材がパンチ5と共に昇降動作する。
振動付加装置13は、ダイ3に対して、水平方向(図1のダイ3の下方に示す両矢印の方向)に微小振動を与えるためのものである。振動付加装置13は、このような振動を発生させるための振動子13aと、振動子13aで発生した振動をダイ3に伝えるためのホーン13bとを備える。振動子13aとしては、例えば、圧電性セラミックス素子(例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)素子)を用いたボルト締めランジュバン型振動子(BLT)、圧電性セラミックス素子を用いた外締め密閉型振動子、又は磁歪振動子(例えば、フェライト磁歪振動子又はニッケル磁歪振動子)を用いることができる。
図2は、リベット接合装置1により被接合材100a、100bが接合される様子の一例を示す図である。具体的に図2(a)は、リベット接合装置1により被接合材100a、100bが接合される前の様子の一例を示す図であり、図2(b)は、リベット接合装置1により被接合材100a、100bが接合された後の様子の一例を示す図である。
尚、接合対象とする被接合材100の数は「2」に限定されず、3以上であってもよい。
リベット21は、一般的なセルフピアシングリベットであり、頭部21aと脚部21bとを有する。頭部21aは円盤状であり、脚部21bは頭部21aと同軸の中空円筒状であり、頭部21aと脚部21bとは一体で形成されている。尚、脚部21aの先端は先細りの形状を有している。ここで、ダイ3の凹部3aは、リベット21の脚部21bの形状及び大きさに応じた形状及び大きさを有する。
その後、パンチ5の下面にリベット21の頭部21aの上面が位置するように、パンチ5にリベット21が取り付けられると、不図示のモータは、パッド4を降下させ、上側の被接合材100aの上面にパッド4を圧接させる。ここで、パンチ5に取り付けられたリベット21の脚部21bの先端と、ダイ3の凹部3aの面方向における中央の領域とが上下方向で相互に略対向するように、ダイ3、パッド4、及びパンチ5の位置決めがなされている。このようなパッド4の動作により、被接合材100a、100bは、パッド4とダイ3により、上下から加圧され拘束される。このようにパッド4は、被接合材100a、100bを押さえつける役割を有する。
制御装置14には、以上のような動作を繰り返し実行するためのコンピュータプログラムが組み込まれており、このコンピュータプログラムを実行することにより、リベット接合装置1の各部に対して動作の指令を行う。
特に、少なくとも、最もダイ3に近い位置にある被接合材100bとして、引張張力が440[MPa]以上の被接合材100bを用いた場合には、リベット接合部に亀裂が発生することも容易に且つ確実に防止することができる。これにより、セルフピアシングリベットを用いて複数枚の被接合材100a、100bを接合した際のリベット接合部の強度を安定・向上させることができる。
また、本実施形態では、ダイ3を水平方向に振動させながら、リベット21を金属板100a、100bに対して打ち込むようにしたので、リベット21の打ち込み時に、ダイ3の凹部3aの広範囲にわたって潤滑油15を行き渡らせることができる。これにより、例えば、ダイ3の凹部3aに供給する潤滑油15を少なくすることができる。
本実施形態では、ダイ3の凹部3aの表面が滑らかにするようにした。しかしながら、ダイ3の凹部31aの表面に対して、ダル加工を施して、ダイ3の凹部31aの表面に凹凸を形成してもよい。このようにした場合、ダイ3の凹部31aに形成された凹形状の開口部の中心部に対する当該開口部の中心部の深さの10個の平均値である平均深さを5[μm]以上、20[μm]以下(例えば5[μm])とするのが望ましい。この平均深さが5[μm]未満では、開口部の内部に潤滑油15を留めることが難しいからである。また、この平均深さが20[μm]を超えると、製造上、ダル加工された部分の上端部の形状が安定せず、かえって開口部の内部に潤滑油15を留めることが難しくなるからである。
図3は、セルフピアシングリベット接合装置の構成の変形例を示す図である。本実施形態では、図1に示すように、ダイ3に対して、水平方向に振動を与えるようにした。しかしながら、図3に示すように、ダイ3に対して、上下方向(図3のダイ3の下方に示す両矢印の方向)に振動を与えるようにしてもよい。
[変形例3]
また、本実施形態では、ダイ3の凹部3aに潤滑油15を供給するようにした。しかしながら、ダイ3の凹部3aではなく、下側の被接合材100bの、ダイ3の凹部3aと対向する領域に潤滑油を与えるようにしてもよい。
また、本実施形態では、振動付加装置13によりダイ3に対して微小振動を与えるようにした。しかしながら、必ずしも振動付加装置13を用いる必要はない。振動付加装置13を用いない場合、例えば、ポンプ10は、ダイ3の凹部3a一杯に潤滑油15が充填されるように潤滑油15を所定の圧力で所定量だけダイ3の凹部3aに供給した後、潤滑油15を所定の圧力で所定量だけ引き戻して容器16に戻すようにすれば、ダイ3の凹部3aを形成する面の広範囲にわたって潤滑油15を供給することができる。ただし、必ずしもこのように潤滑油15を供給する必要はない。
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。第1の実施形態では、被接合材100a、100bとダイ3との間に供給する専用の潤滑剤として潤滑油を用いた場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、潤滑剤として樹脂膜を用いる場合を例に挙げて説明する。そこで、本実施形態の説明において、第1の実施形態と同一の部分については、図1〜図3に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
図4は、リベット接合装置の構成の一例を示す図である。
図4において、リベット接合装置41は、C型フレーム2と、ダイ46と、パッド4と、パンチ5と、スタンド6と、加圧用モータ7と、ボールねじ8と、ボックス9と、送給装置42と、ロール43a、43bと、駆動装置44と、制御装置45と、を有している。
制御装置45は、リベット接合装置41全体を制御する装置であり、予め設定されたスケジュールに従って、送給装置42、及び駆動装置44等の動作を制御するものである。制御装置45は、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、及び各種のインターフェースを備えたコンピュータを用いることにより実現できる。
ここで、樹脂膜としては、例えば、10[μm]以上、100[μm]以下の厚みを有する「ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、又はナイロン」を用いることができる。樹脂膜47の厚みを10[μm]以上にするのは、樹脂膜47の厚みが10[μm]未満であると、樹脂膜47が薄すぎて切れてしまう虞があるからである。一方、樹脂膜37の厚みを100[μm]以下にするのは、樹脂膜47の厚みが100[μm]を超えると、樹脂膜47が厚すぎて、リベット接合部の加工精度が低くなる虞があるからである。
そして、駆動装置44は、リベット21の打ち込み動作が1回行われる度に、樹脂膜47が所定の距離だけ移動するようにローラ43a、43bを回転駆動させる。ただし、必ずしもリベット21の打ち込み動作が1回行われる度に、樹脂膜47を移動させる必要はなく、例えば、リベット41の打ち込み動作が予め設定された2以上の回数行われる度に、樹脂膜47を移動させるようにしてもよい。
以上のように、ダイ46の上面に樹脂膜47を配置した上で、リベット21を被加工材100a、100bに対して打ち込むようにしても前述した第1の実施形態と同じ効果を得ることができる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態では、潤滑剤として、固体潤滑剤を用いる場合を例に挙げて説明する。本実施形態の説明においても、第1、第2の実施形態と同一の部分については、図1及び図2に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
図6は、リベット接合装置の構成の一例を示す図である。
図6において、リベット接合装置61は、C型フレーム2と、ダイ46と、パッド4と、パンチ5と、スタンド6と、加圧用モータ7と、ボールねじ8と、ボックス9と、スプレー装置62と、駆動装置63と、を有している。
制御装置63は、リベット接合装置61全体を制御する装置であり、予め設定されたスケジュールに従って、スプレー装置62等の動作を制御するものである。制御装置63は、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、及び各種のインターフェースを備えたコンピュータを用いることにより実現できる。
ここで、固体潤滑剤71としては、例えば、二硫化モリブデン、黒鉛、二硫化タングステン、窒化ホウ素、又は小麦粉を用いることができる。
その後、不図示の搬送装置は、被接合材100a、100bをダイ46の凹部46aの上からどかす。そして、前述したようにスプレー装置62により、ダイ46の凹部46aに固体潤滑剤71を吹き付ける。ただし、必ずしもリベット21の打ち込み動作が1回行われる度に、固体潤滑剤71を吹き付ける必要はなく、例えば、リベット21の打ち込み動作が予め設定された2以上の回数行われる度に、固体潤滑剤71を吹き付けるようにしてもよい。
以上のように、固体潤滑剤71をダイ46の凹部46aに吹き付けた上で、リベット21を金属板100a、100bに対して打ち込むようにしても前述した第1の実施形態と同じ効果を得ることができる。
ここで、スプレー装置62としてディスペンサーを用いることにより、本実施形態のリベット接合装置61を用いて、第1の実施形態で説明した潤滑油15をダイ46の凹部46aに吹き付けることができる。
(実施例1)
図8は、実施例1の結果を示す図である。実施例1は、第1の実施形態の実施例である。
本実施例における接合条件は以下の通りである。
・被接合材;冷延鋼板(厚み=1.6[mm]、2枚重ね)
・リベット;鋼製リベット(直径=5.0[mm]、首下長さ=6.0[mm])
・振動子;ボルト締めランジュバン型振動子
・ダイへの振動の付加方法;振動子の振動をホーンによりダイへ伝達
・振動子による振動の方向;水平方向
・振動子による振動の振動数;15[kHz]
・振動子による振動の振幅;10[μm]
・振動子による振動の最大出力;3500[W]
・油;プレス洗浄防錆油(プレトン R-303P(鉱油系、粘度=3.9[mm2/S](40[℃]))、スギムラ化学工業(株)製)
・油の供給方法;ディスペンサー
・ダル加工の方法;エッチング法
・ダル形状;平均深さ=5[μm]、平均直径=100[μm]、凹形状の間隔=0.2[mm](=平均直径の2倍)
また、「亀裂」とは、被接合材のダイに接する面の亀裂をいう。この「亀裂」が○のものは、亀裂が発生しなかったことを示し、△のものは微細な亀裂が発生したことを示し、×のものは、明確な亀裂が発生したことを示す。
また、「総合判定」が◎のものは、接合の結果が良好であったことを示し、×のものは、接合の結果が不良であったことを示す。
図8に示すように、凹部に油が供給されたダイに微小振動を与えたり、凹部の表面にダル加工を施したりすることにより、リベット接合部の美観を向上させることができることが分かる。特に、440MPa級鋼板と590MPa級鋼板を(引張強度が440MPa以上の鋼板を)被溶接材として用いると、リベット接合部の亀裂の発生を抑制でき、リベット接合部の強度を安定・向上させることができることが分かる。
図9は、実施例2の結果を示す図である。実施例2は、第2の実施形態の実施例である。
本実施例における接合条件は以下の通りである。
・被接合材;冷延鋼板(厚み=1.6[mm]、2枚重ね)
・リベット;鋼製リベット(直径=5.0[mm]、首下長さ=6.0[mm])
・潤滑シート(樹脂膜);ポリテトラフルオロエチレン(厚み=20[μm])
図9に示すように、ダイと被接合材の間に樹脂膜を挿入することにより、リベット接合部の美観を向上させることができることが分かる。特に、440MPa級鋼板と590MPa級鋼板を(引張強度が440MPa以上の鋼板を)被溶接材として用いると、リベット接合部の亀裂の発生を抑制でき、リベット接合部の強度を安定・向上させることができることが分かる。
図10は、実施例3の結果を示す図である。実施例3は、第3の実施形態の実施例である。
本実施例における接合条件は以下の通りである。
・被接合材;冷延鋼板(厚み=1.6[mm]、2枚重ね)
・リベット;鋼製リベット(直径=5.0[mm]、首下長さ=6.0[mm])
・固体潤滑剤;二硫化モリブデン
図10に示すように以上のように、凹部に固体潤滑剤を供給することにより、リベット接合部の美観を向上させることができることが分かる。特に、440MPa級鋼板と590MPa級鋼板を(引張強度が440MPa以上の鋼板を)被溶接材として用いると、リベット接合部の亀裂の発生を抑制でき、リベット接合部の強度を安定・向上させることができることが分かる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
3、46 ダイ
3a、46a 凹部
4 パッド
5 パンチ
13 振動付加装置
14、45、63 制御装置
15 潤滑油
21 セルフピアシングリベット
42 送給装置
43 ローラ
44 駆動装置
47 樹脂膜
62 スプレー装置
100 被接合材
Claims (6)
- セルフピアシングリベットを用いて、積み重ねられた複数の被接合材を接合するリベット接合方法であって、
前記セルフピアシングリベットの脚部の形状及び大きさに応じた凹部を有するダイの当該凹部と、前記セルフピアシングリベットの脚部の先端とが、前記複数の被接合材を介して相互に対向するように、前記セルフピアシングリベットを配置する配置工程と、
前記複数の被接合材のうち、前記ダイに最も近い位置に配置される前記被接合材と、前記ダイの凹部との間に、当該ダイを潤滑させるための専用の潤滑剤を供給する供給工程と、
前記供給工程により前記潤滑剤が供給されてから、前記配置工程により配置されたセルフピアシングリベットを前記複数の被接合材に打ち込む打ち込み工程と、を有し、
前記複数の被接合材のうち、少なくとも、前記ダイに最も近い位置に配置される前記被接合材は、裸鋼板、アルミニウム合金板、表面にめっき処理が施された鋼板、又は表面にめっき処理が施されたアルミニウム合金板であり、
前記潤滑剤は、樹脂膜、潤滑油、又は固体潤滑剤であり、
前記打ち込み工程は、前記複数の被接合材のうち、前記セルフピアシングリベットに最も近い位置に配置される前記被接合材の、前記セルフピアシングリベットが配置されている側の表面に潤滑剤が供給されていない状態で前記セルフピアシングリベットを前記複数の被接合材に打ち込むことを特徴とするリベット接合方法。 - 前記ダイの凹部を形成する面には、複数の凹凸が形成されており、
前記複数の凹凸により形成される複数の凹形状の開口部の中心における平均深さは、5[μm]以上、20[μm]以下であり、
前記複数の凹凸により形成される複数の凹形状の開口部の表面の平均直径は、50[μm]以上、150[μm]以下であり、
前記複数の凹凸により形成される複数の凹形状の開口部の中心間の距離は、前記平均直径の1.5倍以上、3倍以下であり、
前記潤滑剤は、潤滑油であることを特徴とする請求項1に記載のリベット接合方法。 - 少なくとも、前記供給工程により潤滑剤が供給された状態で、前記打ち込み工程により前記セルフピアシングリベットを前記複数の被接合材に打ち込むときに、5[μm]以上、30[μm]以下の範囲の中から選択された振幅と、1[kHz]以上、25[kHz]以下の範囲の中から選択された振動数とを有する微小振動を、前記ダイに対して与える振動付与工程を更に有し、
前記潤滑剤は、潤滑油であることを特徴とする請求項1又は2に記載のリベット接合方法。 - 前記供給工程は、前記ダイの凹部に、当該ダイを潤滑するための専用の潤滑剤を供給し、
前記潤滑剤は、潤滑油、又は固体潤滑剤であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のリベット接合方法。 - 前記供給工程は、前記ダイに最も近い位置に配置される前記被接合材と、前記ダイの凹部との間に向かって、当該ダイを潤滑するための専用の潤滑剤を送り出し、
前記潤滑剤は、樹脂膜であることを特徴とする請求項1に記載のリベット接合方法。 - 前記複数の被接合材のうち、少なくとも、前記ダイに最も近い位置に配置される前記被接合材の引張張力が、440[MPa]以上であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のリベット接合方法。
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