JP7188121B2 - 接合装置 - Google Patents
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Description
燃費効率の改善には、エンジンや駆動系の改良の他に車体の軽量化が挙げられ、その軽量化の手段として構成部材に非鉄金属が採用されている。具体的には、高強度が要求される自動車のフレーム等には、高張力鋼板等の鉄系金属が用いられ、低強度でもよい天井や足回り等には、アルミニウム合金等の非鉄系金属が用いられる。そのため、これら異種金属板同士の接合が必要となる。
図1及び図2を参照して、本発明の第1実施形態に係る接合方法について詳細に説明する。図1は、第1実施形態に係る接合方法の各工程を説明するための図である。第1実施形態の接合方法は、機械的接合工程と、超音波接合工程と、を備える。
複数の金属板(101、102)としては、同種金属でも異種金属でもよいが、自動車の製造で本発明の接合方法が用いられる場合には、一例として鉄系金属である高張力鋼板及び非鉄系金属であるアルミニウム系の金属板等の異種金属が用いられる。
尚、ここで、メカニカルクリンチ接合とは、図1(a)に示すように、パンチ10により加圧されて筒形状に変形した接合部110における側壁部111に形成される接合形態をいい、上側に配置された金属板101の側壁部111が、底部112側において径方向外側に膨らむような形状となることで、金属板101と金属板102とが係合(インターロック)した接合形態をいう。
尚、本実施形態では、複数の金属板として2枚の金属板を用いる例を示したが3枚以上の金属板を接合するように構成してもよい。
次に図3を参照して第2実施形態について説明する。
図3は、第2実施形態に係る接合方法の各工程を説明するための図である。
第2実施形態では、まず、金属板101及び金属板102を、凹部を有するダイ20の上に重ねた状態で配置して押え板30で押さえる。
尚、超音波を付与する際には、不図示の制御機構によりパンチ10の接合部110に対する加圧力を小さくするようにシリンダ60を制御する。これは、機械的接合工程におけるパンチ10の加圧力のまま超音波接合を行うと、パンチ10及びダイ20による金属板101及び金属板102の保持力が強すぎて超音波振動が金属板の界面に伝わらないためである。超音波付与時にパンチ10の加圧力を小さくすることで、適切な加圧力で超音波接合が可能となる。
本発明の第1実施形態で説明した接合方法で2枚の同種の金属板を接合したものを実施例1とし、また、機械的接合工程のみを行い2枚の同種の金属板をかしめ接合したものを比較例2とした。金属板101及び金属板102として表1に示す供試材を用いた。表1は、供試材の寸法と機械的性質を示し、表2は供試材の化学成分(質量%)を示す。
図8に示すように、かしめ接合のみ行った比較例1の接合強度が3kN程度であるのに対して、超音波接合も行った実施例1では接合強度が4kN程度となり、3割程度、接合強度が向上していることが分かった。
次に参考例として、異種金属間において超音波接合が可能か否かを確認する実験を行った。異種金属として表4に示す供試材を用いた。表4は供試材の板厚と機械的特性を示し、表5は供試材の化学成分を示す。
図9の高倍率の断面写真によれば、Al合金板とめっき鋼板の接合界面は、冶金的に接合していることが確認された。
20 ダイ
30 押え板
40A、40B ホーン
50A、50B アンビル
60 シリンダ
70 超音波発振器
101、102 金属板
110 接合部
111 側壁部
112 底部
Claims (2)
- 凹部を有するダイと、
前記凹部に対向して配置されるパンチと、
前記パンチを加工方向に進退させるシリンダと、
前記パンチに超音波を付与する超音波発振機構と、
前記シリンダの動作を制御する制御機構と、を備え、重ねられた複数の金属板を接合する接合装置であって、
前記ダイに配置された前記複数の金属板を、前記パンチで加圧して塑性変形を与えることにより側壁部及び底部を有する筒状の接合部を形成して、メカニカルクリンチ接合し、
前記接合部の前記底部に前記パンチにより超音波を付与することにより、該底部を冶金的に接合し、
前記制御機構は、前記シリンダの動作を制御することにより、前記パンチの加圧力を塑性変形時と超音波付与時とで異なる値に調節可能である接合装置。 - 前記パンチの加圧面は、平坦である請求項1に記載の接合装置。
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