JP6442315B2 - 部材の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、部材の接合方法に関する。

自動車の軽量化や安全性向上のために、ハイテンション鋼と呼ばれる強度が高い薄鋼板が使用されている。これらのハイテンは軽量化や安全性向上に有効ではあるものの、アルミなどの低比重材料と比べると依然として重い。また、ハイテンション鋼には、その高強度ゆえに成形性が低下したり、成形荷重が上昇したり、さらには寸法精度が低下するなどの問題がある。これらの問題を解決するために、近年、鋼板よりも比重が軽いアルミなどを用いた押し出し成形品や鋳造品、プレス成形品を鋼製部品と合わせて活用するマルチマテリアル化が行われている。

このマルチマテリアル化で問題となるのは鋼板製部品とアルミなど軽金属部品との接合である。スポット溶接に代表される溶接技術においては鋼板とアルミ板の界面に脆弱な金属間化合物（ＩＭＣ：intermetallic compound）が生じて問題となるため、電磁成形接合、ボルトとナットに代表されるねじ締結、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ：friction stir welding）、リベット、セルフピアスリベット（ＳＰＲ：self-piercing rivet）、メカニカルクリンチング、接着などの接合技術が、いずれか１種もしくは２種以上の組み合わせにて実用化されている。

特許文献１には、金属板材を相互に接続する方法において、一方の板材に貫通穴を形成し、他方の板材に貫通穴に嵌合する中空状の突出部を形成し、突出部を貫通穴に挿入し、押圧して潰すことでかしめる方法が開示されている。

特許文献２には、突起を有する第１の板状部材と、貫通穴を有する第２の板状部材とを接合する方法において、突起が貫通穴を通過するように両部材を重ね合わせ、支え部材によって支え、押し部材によって突起を押しつぶしてかしめる方法が開示されている。

特許文献３には、複数枚の金属板状体をかしめにより接合する方法において、有底筒状のカシメ部（突起）の成形を２工程で行う方法が開示されている。

特開昭５８−４４９２６号公報 特開昭６１−１２３４３０号公報 特開昭６１−１７２６３１号公報

特許文献１及び特許文献２には、突出部（突起）の成形方法について何ら記載されていない。近年、自動車部品に代表されるように、プレス部品には軽量化が求められ、強度が高く加工性が低い材料が用いられることが多く、張り出し成形における割れが発生しやすくなるため突出部（突起）の形成も容易ではない。

特許文献３に記載の方法では、パンチの底部形状が平坦であり高さが稼げないこと、さらには潰し加工の前に突起の底部中央を逆凹形状に加工するなどして高さを低くしてしまうなど問題が多い。また、当該突起の潰し加工においても同様で、潰し部に生じる曲げ変形に材料の加工性が追従できない場合もあり、何らかの工夫が必要である。

本発明は、接合強度を向上でき、強度が高く、難加工性の部材に対しても使用できる部材の接合方法を提供することを課題とする。

本発明は、第１部材と、貫通穴が設けられた第２部材とを準備し、第１金型セットを用い、前記第１部材を弾性的に押さえつつ部分的に膨出させて、前記貫通穴に挿通可能な最終形状における第２の径よりも大きい第１の径を有する突起を前記第１部材に形成し、第２金型セットを用い、前記突起を前記第１の径から前記第２の径に縮径するように成形し、第３金型セットを用い、前記突起が前記貫通穴に挿通されるように前記第１部材と前記第２部材を重ねた状態で前記突起を潰して前記第１部材と前記第２部材をかしめる部材の接合方法を提供する。

２段階の工程で最終形状の突起を形成するので、第１部材に対する負荷が軽減でき、第１部材に割れなどの損傷を生じさせることなく突起を形成できる。２段階の工程で形成された突起は、第１部材が高強度で難加工性であっても十分な高さを有するので、突起を潰した際にかしめのための十分なインターロック部を発現させることができる。その結果、第１部材と第２部材の接合強度を向上できる。

前記第１部材と前記第２部材は、互いに強度の異なる材料からなっていてもよい。

材料によらずにかしめ接合できるため、強度の異なる２部材をかしめ接合でき、マルチマテリアル化に対応できる。

例えば、前記第１部材は鋼製であり、前記第２部材はアルミニウム合金製であってもよい。

特に、高強度の鋼材と、低比重材料であるアルミニウム合金材を接合して活用でき、強度と軽量性を実現した汎用性の高いマルチマテリアル化に対応できる。

前記第１金型セットは、初期成形ダイと、パンチと、第１ストリッパとを備えてもよい。また、前記パンチは、中央部に球頭形状の第１曲面、及び、外周部に前記第１曲面とは異なる曲率の第２曲面を有する段付きパンチであってもよい。

パンチを段付きパンチとすることで第１部材の破断を回避できる。段付きパンチで突起を形成する場合、まず、球頭形状の第１曲面の頂点で第１部材を押圧する。次に、段付きパンチの外周部の第２曲面で第１部材を押圧する。従って、通常の球頭形状のパンチと比べて第１部材に付加される押圧力が分散し、応力集中を防止できる。

前記初期成形ダイの肩部は、面取りされていてもよい。

初期成形ダイの肩部が面取りされていると、面取りがない場合と比べ、突起の裾野部が持ち上がるため、突起の高さをさらに高くすることができ、接合強度を向上できる。

前記第２金型セットは、最終成形ダイと、成形受座とを備えてもよい。また、前記成形受座は、前記突起の内側に挿入可能な前記突起の高さよりも低い成形凸部を有してもよい。

成形凸部により、最終形状の突起の径を制御できる。成形凸部がない場合、最終成形ダイにより突起が内側へ変形され縮径され過ぎる場合や突起の高さが低くなってしまうおそれがある。しかし、成形凸部を設けることで第１部材を最終成形ダイと成形凸部により挟み込むように成形できるため、これらを防止し、安定した突起の成形加工を実現できる。

前記成形受座の前記成形凸部の付根には、面取りされて傾斜したつば部が設けられていてもよい。

傾斜したつば部が設けられていることで材料が突起の頂部へ向かって押し出され、突起の高さをさらに高くでき、接合強度を向上できる。

前記第２金型セットは第２ストリッパをさらに備え、前記第２ストリッパが最終形状よりも外径が大きく形成された前記突起の裾野部を面直に加圧拘束した状態で前記突起を最終形状に成形してもよい。

突起の裾野部を加圧拘束しているため、突起を最終形状に成形する際に突起の壁部の材料が裾野部分へ流動して突起の高さが低くなることを防止できる。

前記第３金型セットは、押子と、カシメ受座とを備えてもよい。また、前記押子は、前記カシメ受座へ向かって先細り形状を有し、前記突起の中心部に対応する位置に端部を有してもよい。

押子が先細り形状であると、押子が突起の中心部を押圧するため、突起を潰しながら外形を拡大でき、インターロック部を拡大でき、接合強度を向上できる。

前記押子の前記端部を前記突起の前記中心部に食い込ませて厚みを減少させてもよい。

突起の中心部を減肉させることにより第１部材の材料が側方へ（インターロック部へ）流出するため、インターロック部を拡大でき、接合強度を向上できる。

前記カシメ受座は、前記突起の内側に挿入されるカシメ凸部を有してもよい。

カシメ受座がカシメ凸部を有することで、突起をカシメ凸部に押しつけて潰すことができるため、安定した状態でより確実にかしめ接合できる。

前記カシメ受座の前記カシメ凸部の高さは、前記第１部材の厚さと前記第２部材の厚さの合計以上、及び、前記第１部材の厚さの２倍と前記第２部材の厚さの合計以下であってもよい。

カシメ凸部の高さが第１部材の厚さと第２部材の厚さの合計以上であることでカシメ凸部が第２部材よりも高く位置し、突起をカシメ凸部に押しつけて潰すことができる。また、第１部材の厚さの２倍と第２部材の厚さの合計以下であることで過度な押しつぶしを防止できる。これらにより、安定したかしめ加工が実現でき、安定した接合強度が得られる。

前記押子の外径は、前記第２金型セットにより成形された前記突起の外径以下であってもよい。

押子の外径が突起の外径以下であることで第１部材の密着曲げを防止できる。押子の外径が突起の半径を上回っていると、密着曲げと呼ばれる折り曲げた部材が曲部において完全に密着して隙間が存在しない曲げが起こることがある。この場合、割れが発生することが多く、この方法を使用することでこれを防止できる。

前記押子は、前記突起を覆うように前記カシメ受座へ向かって突出した外周押圧部を有してもよい。

外周押圧部を設けることで、突起の潰し加工に先立ち、第１部材と第２部材を押圧し、潰すことができる。従って、相対的に突起の高さを高めることができ、インターロック部を拡大でき、接合強度を向上できる。これは特に突起の高さを高めにくいハイテンション鋼材や超ハイテンション鋼材のかしめ加工において有効である。

前記第２部材の前記第１部材との接触面の反対側に座ぐり部を設けてもよい。

座ぐり部を設けることで、突起の高さを相対的にさらに高くできる。具体的には、座ぐりにより、最大で第２部材の板厚分、突起の高さを高くできる。また、突起を押し潰す際も、最大で第２部材の板厚分多く押しつぶすことができるため、インターロック部を拡大でき、接合強度を向上できる。

本発明の部材の接合方法によれば、第１部材に設ける突起の高さを高くでき、かしめのための十分なインターロック部を発現させることができるため、接合強度を向上できる。また、この方法は、強度が高く、難加工性の部材に対しても使用できる。

鋼製部品とアルミ部品のかしめ接合後の突起を示す断面図。 第１実施形態に係る第１工程の突起の形成前を示す断面図。 第１実施形態に係る第１工程の突起の形成後を示す断面模式図。 第１実施形態に係る第２工程の突起の最終形状成形前を示す断面図。 第１実施形態に係る第２工程の突起の最終形状成形後を示す断面図。 第１実施形態に係る第３工程のかしめ接合前を示す断面図。 第１実施形態に係る第３工程のかしめ接合後を示す断面図。 第２実施形態に係る段付きパンチの断面図。 第３実施形態に係る第１金型セットの断面図。 第４実施形態に係る第２金型セットの成形前の断面図。 第４実施形態に係る第２金型セットの成形後の断面図。 第５実施形態に係る第２金型セットの成形前の断面図。 第５実施形態に係る第２金型セットの成形後の断面図。 第６実施形態に係る第２金型セットの成形前の断面図。 第６実施形態に係る第２金型セットの成形後の断面図。 第７実施形態に係る第３金型セットの成形前の断面図。 第７実施形態に係る第３金型セットの成形前の断面図。 第８実施形態に係る第３金型セットのかしめ接合前を示す断面図。 第８実施形態に係る第３金型セットのかしめ接合後を示す断面図。 他の一例の第３金型セットのかしめ接合前を示す断面図。 他の一例の第３金型セットのかしめ接合後を示す断面図。 他の一例の第３金型セットのかしめ接合前を示す断面図。 他の一例の第３金型セットのかしめ接合後を示す断面図。 他の一例のかしめ接合前を示す断面図。 他の一例の第３金型セットのかしめ接合後を示す断面図。 第９実施形態に係る第３金型セットのかしめ接合前の断面図。 第９実施形態に係る第３金型セットのかしめ接合前の断面図。 他の一例の第３金型セットのかしめ接合前の断面図。 他の一例の第３金型セットのかしめ接合後の断面図。 傾斜した座ぐりを有する鋼製部品を示す断面図。 第１０実施形態に係る鋼製バンパービームとアルミ製ステイをかしめ接合した斜視図。 第１工程の突起の形成前を示す断面図。 第１工程の突起の形成中を示す断面図。 第１工程の突起の形成後を示す断面図。 第１工程後の鋼製バンパービームの断面図。 第２工程の成形前を示す断面図。 第２工程の成形中を示す断面図。 第２工程の成形後を示す断面図。 第２工程後の鋼製バンパービームの曲げ加工前の断面図。 第２工程後の鋼製バンパービームの曲げ加工後の断面図。 第３工程のかしめ接合前を示す断面図。 第３工程のかしめ接合後を示す断面図。 大寸法の穴部のかしめ接合を示す斜視図。 ハットチャンネルとクロージングプレートのかしめ接合を示す斜視図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明では、方向や位置を表す用語（例えば、「上側」、「下側」等）を用いる場合があるが、これらは発明の理解を容易にするためであり、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本発明の一形態の例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（第１実施形態）
図１は、鋼製部品（第１部材）１とアルミ部品（第２部材）１０をかしめた状態の断面を示している。鋼製部品１は、ハイテンション鋼等の鋼製であり、板状の部分に突起２が設けられている。アルミ部品１０は、アルミニウム合金製であり、板状の部分に貫通穴１１が設けられている。鋼製部品１及びアルミ部品１０は、突起２を貫通穴１１に挿通した状態で重ねて配置され、突起２を押し潰してインターロック部３を発現させることでかしめられている。

図２Ａから図４Ｂを参照して、本実施形態のかしめ接合方法における第１から第３工程を説明する。第１工程では突起２を形成し、第２工程では第１工程で形成された突起２を最終形状に成形し、第３工程では突起２を押し潰して鋼製部品１とアルミ部品１０をかしめている。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、第１工程では、第１金型セット２０を使用した絞り成形によって最終形状の径（第２の径）Ｄｅ（図３Ｂ参照）よりも大きな径（第１の径）Ｄｓの突起２を形成する。

図２Ａに示すように、第１金型セット２０は、パンチ２１と、初期成形ダイ２２と、第１ストリッパ２３とを備える。パンチ２１は円柱状であり、図において上側の端部２１ａは球頭形状である。初期成形ダイ２２は、プレス加工の際にパンチ２１が部分的に挿入される凹部２２ａを有する。パンチ２１及び初期成形ダイ２２は、突起２を最終形状の径Ｄｅ（図３Ｂ参照）よりも大きな径Ｄｓに形成するように、端部２１ａ及び凹部２２ａの寸法が決定されている。第１ストリッパ２３は、鋼製部品１を押さえるための板押さえ２３ａと、板押さえ２３ａを初期成形ダイ２２に向かって（図において上方向へ）弾性的に付勢するためのクッション２３ｂとを備え、パンチ２１の周囲に配置されている。鋼製部品１は、第１ストリッパ２３と初期成形ダイ２２によって移動しないように固定されている。

図２Ｂに示すように、プレス加工の際には、第１ストリッパ２３がパンチ２１の周囲で鋼製部品１を押さえた状態で、パンチ２１の端部２１ａが鋼製部品１を凹部２２ａ内へ押圧し、突起２を形成する。形成された突起２は、概略ドーム状であり、パンチ２１の形状に基づいて形成される。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第２工程では、第２金型セット３０を使用して、第１工程で形成した突起２を最終形状の径Ｄｅに成形加工する。

図３Ａに示すように、第２金型セット３０は、最終成形ダイ３１と、成形受座３２とを備える。最終成形ダイ３１は、凹部３１ａを有している。最終成形ダイ３１の凹部３１は、初期成形ダイ２２の凹部２２ａよりも小さい。このため、第１工程で形成された突起２を縮径できる。成形受座３２は、最終成形ダイ３１に対して平坦な支持面３２ａを有している。支持面３２ａによって鋼製部品１は支持されている。

図３Ｂに示すように、成形加工により、第１工程で形成された突起２は最終成形ダイ３１の凹部３１ａに挿入され、これにより突起２は縮径されて最終形状の径Ｄｅに成形される。このとき、突起２は縮径されるのみであり、実質的に高さは変化していない。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第３工程では、第３金型セット４０を使用して、鋼製部品１とアルミ部品１０をかしめ加工する。

図４Ａに示すように、第３金型セット４０は、押子４１と、カシメ受座４２とを備える。押子４１は底面に平坦な押圧面４１ａを有し、押圧面４１ａで突起２をカシメ受座４２に向けて押し潰す。カシメ受座４２は、上面に押子４１に対して平坦な支持面４２ａを有する。鋼製部品１及びアルミ部品１０は、突起２を貫通穴１１に挿通させた状態で重ねて配置され、支持面４２ａにより支持されている。

図４Ｂに示すように、押子４１を下降させて突起２を潰すことで、鋼製部品１とアルミ部品１０をかしめ接合する。また、図４Ａ及び図４Ｂに２点鎖線に示すように、押子４１の外周に板押さえ４３を配置してもよい。板押さえ４３を先行下降させてアルミ部品１０を介して突起２の裾野部２ａを拘束し、その状態で押子４１を下降させて突起２を押し潰すことで安定したかしめ加工が可能である。

かしめ加工では、十分なインターロック部３を発現させるために、鋼製部品１に設ける突起２の高さを高くすることが重要であるが、突起２の成形に多大な工数をかけることは生産性や製造コストなどの観点からできない。

本実施形態の方法によれば、２段階の工程で最終形状の突起２を形成するので鋼製部品１に割れなどの損傷を生じさせることなく、少ない工数で突起２を形成できる。さらに２段階の工程で形成された突起は鋼製部品１が高強度で難加工性であっても十分な高さを有するので、これを押し潰した際にかしめのための十分なインターロック部３を発現させることができる。このため、鋼製部品１とアルミ部品１０の接合強度を向上できる。

また、材料によらずにかしめ接合できるため、強度の異なる２部材をかしめ接合でき、マルチマテリアル化に対応できる。本実施形態では、高強度の鋼材の鋼製部品１と、低比重材料であるアルミニウム合金材のアルミ部品１０を接合し、強度と軽量性を実現した汎用性の高いマルチマテリアル化を行っている。しかし、接合する部材の材質は、これらに限らず様々な材質の部材を活用できる。

次に、第１工程の代案に関する第２及び第３実施形態を説明する。

（第２実施形態）
図５に示す本実施形態の接合方法は、パンチ２１が段付きパンチ２４に置換されたことに関する以外の構成は図２Ａから図４Ｂの第１実施形態と同様である。従って、図２Ａから図４Ｂに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の第１金型セット２０の段付きパンチ２４の形状は、中央部に球頭形状の第１曲面２４ａ、及び、外周部に第１曲面２４ａとは異なる曲率の第２曲面２４ｂを有する。しかし、突起２の高さを高くするためには、図５に示すように、段付きパンチ２１とすることが好ましい。

このようにパンチ２１を段付きパンチ２１とすることで鋼製部品１の破断を回避できる。段付きパンチ２１で突起２を形成する場合、まず、球頭形状の第１曲面２４ａの頂部で鋼製部品１を押圧する。次に、段付きパンチ２１の外周部の第２曲面２４ｂで鋼製部品１を押圧する。従って、通常の球頭形状のパンチ２１と比べて鋼製部品１に付加される押圧力が分散し、応力集中を防止できる。

（第３実施形態）
図６に示す本実施形態の接合方法は、初期成形ダイ２２に関する部分以外の構成は図２Ａから図４Ｂの第１実施形態と同様である。従って、図２Ａから図４Ｂに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の第１金型セット２０の初期成形ダイ２２は、肩部２２ｂがＣ面取りされている。ただし、面取りはＣ面に限定されず、いずれの角度で面取りされていてもよい。

肩部２２ｂが面取りされていることで、面取りがない場合と比べ、突起２の裾野部２ａ（図２Ｂ参照）が持ち上がるため、突起２の高さをさらに高くすることができ、接合強度を向上できる。

次に、第２工程の代案に関する第４から第６実施形態で説明する。

（第４実施形態）
図７Ａ及び図７Ｂに示す本実施形態の接合方法は、成形受座３２に関する部分以外の構成は図２Ａから図４Ｂの第１実施形態と同様である。従って、図２Ａから図４Ｂに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

図７Ａに示すように、本実施形態の第２金型セット３０の成形受座３２は、成形凸部３２ｂを備える。成形凸部３２ｂは、円柱状であり、最終成形ダイ３１に向かって鉛直上方へ延びている。成形凸部３２ｂは、突起２の内部に挿入されている。図７Ｂに示すように、成形加工の際には、成形凸部３２ｂは、内側から鋼製部品１を支持し、最終成形ダイ３１と共に鋼製部品１を挟み込むようにして突起２を成形する。

この方法によれば、成形凸部３２ｂによって突起２の最終形状の径Ｄｅ（図３Ｂ参照）を制御できる。成形凸部３２ｂがない場合、最終成形ダイ３１により突起２が内側へ変形し、縮径され過ぎるおそれや突起２の高さが低くなってしまうおそれがある。しかし、成形凸部３２ｂを設けることで鋼製部品１を最終成形ダイ３１と成形凸部３２ｂにより挟み込むように成形できるため、これらを防止し、安定した突起の成形加工を実現できる。成形凸部３２ｂは、第１金型セット２０のパンチ２１（図２Ａ及び図２Ｂ参照）と比べて２／３以下の径であることが好ましく、これによりさらに安定した成形加工が可能である。

（第５実施形態）
図８Ａ及び図８Ｂに示す本実施形態の接合方法は、第２ストリッパ３３に関する部分以外の構成は図７Ａ及び図７Ｂの第４実施形態と同様である。従って、図７Ａ及び図７Ｂに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

図８Ａに示すように、本実施形態の第２金型セット３０は、第２ストリッパ３３を備える。第２ストリッパ３３は、鋼製部品１を押さえるための板押さえ３３ａと、板押さえ３３ａを最終成形ダイ３１に向かって付勢するためのクッション３３ｂとを備える。クッション３３ｂは、一端を最終成形ダイ３１に接続され、他端を板押さえ３３ａに接続されている。従って、第２ストリッパ３３は、図において上下方向に可動し、板押さえ３３ａは鋼製部品１を成形受座３２の支持面３２ａに対して押圧して固定している。

最終成形ダイ３１が下降して突起２の外径Ｄｓ（図２Ｂ参照）を最終形状の径Ｄｅ（図３Ｂ参照）に縮小する際には、突起２の壁部２ｂの材料が突起２の裾野部２ａへ逃げて高さが低くなる場合もある。そこで、図８Ａに示すように、最終成形ダイ３１の下降の前に、最終成形ダイ３１の外周に板押さえ２３ａを配置し、板押さえ２３ａにて突起２の裾野部２ａを抑えた後に、図８Ｂに示すように最終成形ダイ３１を下降させて最終形状とすることがより好ましい。

このようにすることで、突起２の裾野部２ａを加圧拘束しているため、突起２を最終形状に成形する際に突起２の壁部２ｂの材料が裾野部２ａへ流動して突起の高さが低くなることを防止できる。

（第６実施形態）
図９Ａ及び図９Ｂに示す本実施形態の接合方法は、成形受座３２に関する部分以外の構成は図８Ａ及び図８Ｂの第４実施形態と同様である。従って、図８及び図８Ｂに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

図９Ａに示すように、本実施形態の第２金型セット３０の成形受座３２は、成形凸部３２ｂの付根に傾斜したつば部３２ｃを設けられている。つば部３２ｃは、成形凸部３２の全周にわたって設けられている。

この方法によれば、成形受座３２による成形の下死点で突起２を成形すると、傾斜したつば部３２ｃにより材料が突起２の頂部２ｃへ押し出され、突起２の高さがさらに高められる。

次に、第３工程代案に関する第７から第９実施形態で説明する。

（第７実施形態）
図１０Ａ及び図１０Ｂに示す本実施形態の接合方法は、カシメ受座４２に関する部分以外の構成は図２Ａから図４Ｂの第１実施形態と同様である。従って、図２Ａから図４Ｂに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

図１０Ａに示すように、本実施形態の第３金型セット４０のカシメ受座４２は、カシメ凸部４２ｂを備える。カシメ凸部４２ｂは、円柱状であり、押子４１に向かって鉛直上方へ延びている。カシメ凸部４２ｂは、突起２の内部に挿入されている。図１０Ｂに示すように、かしめ加工の際には、カシメ凸部４２ｂは、内側から鋼製部品１を支持し、かしめ接合する。

このようにカシメ凸部４２ｂを設けることで、鋼製部品１の一様な変形を補助し、安定したかしめ接合を実現できる。

また、図１０Ａに示すように、突起２の押し潰しに使用する押子４１の外径Ｄ１は、第２金型セット３０により成形された突起２の外径Ｄ２以下（Ｄ１≦Ｄ２）であることが好ましい。

これにより鋼製部品１の密着曲げを防止できる。押子４１の外径Ｄ１が突起２の外径Ｄ２より大きい（Ｄ１＞Ｄ２）場合、突起２の曲部３ａを含めて押子４１により押圧すると、曲部３ａにおいて密着曲げと呼ばれる折り曲げた部材が曲部において完全に密着して隙間が存在しない曲げが起こることがある。この場合、割れが発生することが多いことが知られている。従って、押子４１の外径Ｄ１を規定することで割れを防止できる。

また、図１０Ｂに示すように、カシメ受座４２のカシメ凸部４２ｂの高さＨｈが、鋼製部品１の厚さＨｓとアルミ部品１０の厚さＨａの合計以上（Ｈｓ＋Ｈａ≦Ｈｈ）で、鋼製部品１の厚さの２倍とアルミ部品１０の厚さの合計以下（Ｈｈ≦２×Ｈｓ＋Ｈａ）としたカシメ受座４２を使用することが好ましい。

これにより、カシメ凸部４２ｂの高さＨｈが鋼製部品１の厚さＨｓとアルミ部品１０の厚さＨａの合計以上（Ｈｓ＋Ｈａ≦Ｈｈ）であることで、カシメ凸部４２ｂの上面４２ｃがアルミ部品１０よりも高く位置する。従って、突起２をカシメ凸部４２ｂに押しつけて潰すことができる。また、カシメ凸部４２ｂの高さＨｈが鋼製部品１の厚さＨｓの２倍とアルミ部品１０の厚さＨａの合計以下（Ｈｈ≦２×Ｈｓ＋Ｈａ）であることで、過度な押しつぶしを防止できる。これらにより、安定したかしめ加工が実現でき、安定した接合強度が得られる。

（第８実施形態）
図１１Ａ及び図１１Ｂに示す本実施形態の接合方法は、押子４１に関する部分以外の構成は図１０Ａ及び図１０Ｂの第７実施形態と同様である。従って、図１０Ａ及び図１０Ｂに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

図１１Ａに示すように、本実施形態の第３金型セット４０の押子４１は、押圧面４１ａの中央がカシメ受座４２に向かって（図において下向き）に膨出している。押子４１の膨出形状は、突起２の頂部（中心部）２ｃに合わせて形成されている。従って、図１１Ｂに示すように、突起２を潰しながら外形を拡大できる。

押子４１の膨出形状は様々に考えられ、例えば、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように円錐台の形状、又は、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように半球状の形状であってもよい。

この方法によれば、押子４１が突起２の中心部２ｃを先に押圧するため、突起２を潰しながら外形を拡大でき、インターロック部３を拡大でき、接合強度を向上できる。

また、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、押子４１を円錐形状とする場合、カシメ受座４２のカシメ凸部４２ｂの上面４２ｃを活用して、円錐形状の図において下側の端部４１ｃを突起２の中心部２ｃに食い込ませて厚みを減少させることができる。

この方法によれば、突起２の中心部２ｃを減少させることにより鋼製部品１の材料が側方へ（インターロック部３へ）流出するため、インターロック部３を拡大でき、接合強度を向上できる。

（第９実施形態）
図１５Ａから図１６Ｂに示す本実施形態の接合方法は、外周押圧部４１ｂに関する部分以外の構成は図１０Ａ及び図１０Ｂの第７実施形態と同様である。従って、図１０Ａ及び図１０Ｂに示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

図１５Ａに示すように、本実施形態の第３金型セット４０の押子４１は、外周押圧部４１ｂを備える。外周押圧部４１ｂは、押子４１の外周部に設けられており、突起２の外周部を抱き込むように下向きに突出している。

この方法によれば、外周押圧部４１ｂを設けることで、図１５Ｂに示すように、突起２の潰し加工に先立ち、鋼製部品１とアルミ部品１０を押圧し、潰すことができる。従って、相対的に突起２の高さを高めることができ、インターロック部３を拡大でき、接合強度を向上できる。これは特に突起２の高さを高めにくいハイテンション鋼材や超ハイテンション鋼材のかしめ加工において有効である。

図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、外周押圧部４１ｂの内径を拡大してもよい。内径を拡大することで、アルミ部品１０の貫通穴１１の縁部１１ａの変形を軽減できる。このように、外周押圧部４１ｂの内径は、必要に応じて変更してもよい。

なお、図１７に示すように、第１から第３工程の全てを通じて、アルミ部品１０の鋼製部品１との接触面の反対側の貫通穴１１の縁部１１ａに座ぐり部１２を設けてもよい。このときの傾斜面の断面形状は、特に限定されず、直線的であっても曲線的であってもよく、例えば図に示す傾斜角度θ（本実施形態では４５度）についても接合強度を考慮して決めればよい。

このように、座ぐり部１２を設けることで、突起２の高さを相対的にさらに高くできる。具体的には、座ぐりにより、最大でアルミ部品１０の板厚分、突起２の高さを高くできる。また、突起２を押し潰す際も、最大でアルミ部品１０の板厚分多く押しつぶすことができるため、インターロック部３を拡大でき、接合強度を向上できる。

次に、自動車部品の１つであるバンパについて、本発明を実施した例について第１０実施形態で説明する。

（第１０実施形態）
図１８に示すように、本実施形態では、ハットチャンネル断面の鋼製バンパービーム１に角筒形のアルミ製ステイ１０を多点かしめにて接合している。

実施に当たって、鋼製バンパービーム１は９８０ＭＰａ級で、板厚が１．４ｍｍの冷延鋼板を用いており、側壁部１ａの高さが７０ｍｍ、底部１ｂの幅が１２０ｍｍ、及び全体の長さが１０００ｍｍのハットチャンネル型に成形している。突起２は、鋼製バンパービーム１の片側の側壁部１ａに６箇所、両側で合計１２箇所設けられている。アルミ製ステイ１０はＡ６０６３のアルミニウム合金製で、板厚が３ｍｍ、内寸が１２０ｍｍ 、及び長さが１５０ｍｍの角形断面のパイプ型である。アルミ製ステイ１０は、鋼製バンパービーム１の両方の側壁部１ａを外側から挟み込める形状に加工されている。アルミ製ステイ１０には、突起２が挿通する貫通穴１１が設けられており、貫通穴１１に突起２をかしめることにより接合している。

図１９Ａから図２２Ｂを用いてかしめ加工全体を説明する。

図１９Ａから図１９Ｄは、第１工程である突起２の形成過程を示している。図１９Ａに示すように、突起２を成形可能な球頭状の丸棒（パンチ）２１と、板押さえ２３ａ及びクッション２３ｂを有する第１ストリッパ２３と、球頭状の丸棒２１が挿通可能な凹部３１ａが設けられた初期成形ダイ２２とを備える第１金型セット２０を準備する。第１金型セット２０に鋼板（鋼製バンパービーム）１をセットし、図１９Ｂに示すように、クッション２３ｂにより弾性的に初期成形ダイ２２に向かって付勢された板押さえ２３ａにて鋼板１を固定する。そして、図１９Ｃに示すように、球頭状の丸棒２１にて突起２を形成するとともに、接合用フランジ１ｃの曲げ加工を行う。図１９Ｄは、突起２の形成後の鋼板１の断面形状を示している。

図２０Ａから図２０Ｃは、第２工程である突起２の成形過程を示している。図２０Ａに示すように、平坦な支持面３２ａを有する成形受座３２と、初期成形ダイ２２の凹部２２ａ（図１９Ａから図１９Ｃ参照）よりも径の小さな凹部３１ａが設けられた最終成形ダイ３１と、板押さえ３３ａ及びクッション３３ｂを有する第２ストリッパ３３を備える第２金型セット３０を準備する。突起２の成形が終了した鋼板１を第２金型セット３０にセットし、即ち支持面３２ａに載置し、図２０Ｂに示すように、クッション３３ｂにより弾性的に最終成形ダイ３１に向かって（図において下方向へ）付勢された板押さえ３３ａにて鋼板１を固定する。そして、図２０Ｃに示すように、最終成形ダイ３１と成形受座３２により突起２を最終形状の径に成形する。

図２１Ａ及び図２１Ｂは、鋼板１をハットチャンネル形状に成形する過程を示している。図２１Ａに示すように、突起２の成形が終了した鋼板１を支持するための下金型５１と、曲げ加工を行うための上金型５０とを準備する。下金型５１は、平坦な上面５１ｂと平坦な側面５１ｃとを有する凸部５１ａを備える。上金型５０は凸部５１ａに対応した凹部５０ｂを備える。図２１Ｂに示すように、曲げ加工は、上金型５０が下降して肩部５０ａで鋼板１を曲げ、さらに凸部５１ａと凹部５１ｂで鋼板１を部分的に挟み込むようにして行われ、ハットチャンネル断面の鋼製バンパービーム１が完成する。このとき、上金型５０は図示しない先行パッドを内蔵し、曲げ加工に伴う鋼板１の移動(ずれ)を防止するのがより好ましい。

図２２Ａ及び図２２Ｂは、鋼製バンパービーム１とアルミ製ステイ１０のかしめ加工過程を示している。図２２Ａに示すように、鋼製バンパービーム１を嵌合可能なカシメ受座４２と、かしめ加工のための押子４１とを備える第３金型セット４０を準備する。図２２Ａに示すように、カシメ受座４２に鋼製バンパービーム１を嵌合させ、支持している。アルミ製ステイ１０は、突起２を貫通穴１１に挿通させた状態で鋼製バンパービーム１と重ねて配置されている。次に、図２２Ｂに示すように、押子４１を下降させ、側壁部１ａの６箇所の突起２と、アルミ製ステイ１０の貫通穴１１とをかしめている。この後、鋼製バンパービーム１を上下反転させ、反対側の側壁部１ａの６箇所のかしめ加工を完了する。

また、図２３に示すように、この方法によれば、突起２の径を大きくした大寸法のかしめも可能である。さらに、図２４に示すように、ハットチャンネル４とクロージングプレート１５の接合などにも適用が可能である。このようにこの方法を用いれば、鋼製部品１とアルミ部品１０のような異なる種類の部材の接合を簡単に行うことが可能である。

１ 鋼製部品（鋼製バンパービーム）
１ａ 側壁部
１ｂ 底部
１ｃ フランジ
２ 突起
２ａ 裾野部
２ｂ 壁部
２ｃ 頂部（中心部）
３ インターロック部
３ａ 曲部
４ ハットチャンネル
１０ アルミ部品（アルミ製ステイ）
１１ 貫通穴
１１ａ 縁部
１２ 座ぐり部
１５ クロージングプレート
２０ 第１金型セット
２１ パンチ
２１ａ 端部
２２ 初期成形ダイ
２２ａ 凹部
２２ｂ 肩部
２３ 第１ストリッパ
２３ａ 板押さえ
２３ｂ クッション
２４ 段付きパンチ
２４ａ 第１曲面
２４ｂ 第２曲面
３０ 第２金型セット
３１ 最終成形ダイ
３１ａ 凹部
３２ 成形受座
３２ａ 支持面
３２ｂ 成形凸部
３２ｃ つば部
３３ 第２ストリッパ
３３ａ 板押さえ
３３ｂ クッション
４０ 第３金型セット
４１ 押子
４１ａ 押圧面
４１ｂ 外周押圧部
４１ｃ 端部
４２ カシメ受座
４２ａ 支持面
４２ｂ カシメ凸部
４２ｃ 上面
４３ 板押さえ
５０ 上金型
５０ａ 肩部
５０ｂ 凹部
５１ 下金型
５１ａ 凸部
５１ｂ 上面
５１ｃ 側面

Claims (16)

1. 第１部材と、貫通穴が設けられた第２部材とを準備し、
   第１金型セットを用い、前記第１部材を弾性的に押さえつつ部分的に膨出させて、前記貫通穴に挿通可能な最終形状における第２の径よりも大きい第１の径を有する突起を前記第１部材に形成し、
   第２金型セットを用い、前記突起を前記第１の径から前記第２の径に縮径するように成形し、
   第３金型セットを用い、前記突起が前記貫通穴に挿通されるように前記第１部材と前記第２部材を重ねた状態で前記突起を潰して前記第１部材と前記第２部材をかしめる、部材の接合方法であって、
   前記第２金型セットは、最終成形ダイと、成形受座とを備え、
   前記成形受座は、前記突起の内側に挿入可能な前記突起の高さよりも低い成形凸部を有する、部材の接合方法。
2. 前記第１部材と前記第２部材は、互いに強度の異なる材料からなる、請求項１に記載の部材の接合方法。
3. 前記第１部材は鋼製であり、前記第２部材はアルミニウム合金製である、請求項１又は請求項２に記載の部材の接合方法。
4. 前記第１金型セットは、初期成形ダイと、パンチと、第１ストリッパとを備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の部材の接合方法。
5. 前記パンチは、中央部に球頭形状の第１曲面、及び、外周部に前記第１曲面とは異なる曲率の第２曲面を有する段付きパンチである、請求項４に記載の部材の接合方法。
6. 前記初期成形ダイの肩部は面取りされている、請求項４又は請求項５に記載の部材の接合方法。
7. 前記成形受座の前記成形凸部の付根には、面取りされて傾斜したつば部が設けられている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の部材の接合方法。
8. 前記第２金型セットは第２ストリッパをさらに備え、前記第２ストリッパが最終形状よりも外径が大きく形成された前記突起の裾野部を面直に加圧拘束した状態で前記突起を最終形状に成形する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の部材の接合方法。
9. 前記第３金型セットは、押子と、カシメ受座とを備える、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の部材の接合方法。
10. 前記押子は、前記カシメ受座へ向かって先細り形状を有し、前記突起の中心部に対応する位置に端部を有する、請求項９に記載の部材の接合方法。
11. 前記押子の前記端部を前記突起の前記中心部に食い込ませて厚みを減少させる、請求項１０に記載の部材の接合方法。
12. 前記カシメ受座は、前記突起の内側に挿入されるカシメ凸部を有する、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の部材の接合方法。
13. 前記カシメ受座の前記カシメ凸部の高さは、前記第１部材の厚さと前記第２部材の厚さの合計以上、及び、前記第１部材の厚さの２倍と前記第２部材の厚さの合計以下である、請求項１２に記載の部材の接合方法。
14. 前記押子の外径は、前記第２金型セットにより成形された前記突起の外径以下である、請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の部材の接合方法。
15. 前記押子は、前記突起を覆うように前記カシメ受座へ向かって突出した外周押圧部を有する、請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載の部材の接合方法。
16. 前記第２部材の前記第１部材との接触面の反対側に座ぐり部を設けている、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の部材の接合方法。

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