(57)【要約】  金属板の接合装置及び接合方法が、接合プロセスを簡略にし、接合強度を向上させる。金属板の接合装置は、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、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、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ための加熱ユニット、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パンチに加える接合ユニットを含むことができる。
2009501086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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。
【請求項２６】
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。
【請求項２７】
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。
【請求項２８】
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。
【請求項２９】
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。
【請求項３０】
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。
【請求項３１】
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。
【請求項３２】
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。
【請求項３３】
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。
【請求項３４】
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。
【請求項３５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
（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。
【背景技術】
【０００２】
（ｂ）関連技術の説明
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。
【０００３】
一方、リベット接合法においては、２枚の金属板に穿孔を行って金属板をリベットで接合する。
【０００４】
前記２つの接合方法にはそれぞれの長所がある。しかしながら、スポット溶接法には、金属板に高電圧が印加されるためにアーキング（arcing）が発生し、環境汚染を起こす可能性がある。また、接合面が均整にならない可能性もある。
【０００５】
なお、リベット接合法には、接合強度が高く、接合工程が室温で行えるという長所がある。しかしながら、１つのリベットを用いて金属板を接合すると、金属板同士の垂直結合力及び剪断結合力（shearing bonding force）は強いものにできるが、金属板同士が相対回転する可能性がある。したがって、複数個のリベットを用いて金属板が回転しないようにしなければならない。さらに、まずリベット頭部を整形してから、金属板の孔に位置合わせしてリベットを挿入しなければならない。
【０００６】
最近では、このようなリベット接合法の短所を補うために、セルフ穿孔リベット接合法が開発されている。セルフ穿孔リベット接合法においては、金属板の穿孔と同時に、金属板及びこれらを接合するリベットの間の摩擦熱によって溶融溜め（molten pool）を形成する。
【０００７】
しかしながら、セルフ穿孔リベット接合法では、まずセルフ穿孔リベットを製造しなければならないし、摩擦熱によって金属板を接合するためにはセルフ穿孔リベットを回転させねばならない。
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
発明の概要
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、セルフ穿孔リベット接合法の圧入工程が、高電圧を印加して金属板を急加熱するスポット溶接法と一体化される。これにより、高電圧を印加することによる金属板の加熱工程と、金属板と同一材質のリベット部材を金属板に圧入する圧入工程が同時に行われる。したがって、リベット部材と金属板が可塑性流動状態で接合される。
【００１０】
つまり、アーキングが発生しない温度である熱間塑性加工温度（hot plastic working temperature）で金属板と金属テープを加熱する。その後、金属テープを型抜き（punch）してリベット部材を製造すると同時に、リベット部材を金属板に圧入する。
【００１１】
本発明の一実施形態による金属板接合装置は、以下のものを含むことができる。すなわち、
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。
【００１２】
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ることができる。
【００１３】
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ることができる。
【００１４】
さらに、本発明の一実施形態による金属板接合装置は、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することができる。
【００１５】
本発明の他の実施形態による金属板接合装置は、以下のものを含むことができる。すなわち、
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。
【００１６】
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ことができる。
【００１７】
前記金属テープは、前記金属板と同一材質にすることができる。
【００１８】
本発明の他の実施形態による金属板接合装置は、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ことができる。
【００１９】
本発明の他の実施形態による金属板接合装置は、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ことができる。
【００２０】
前記金属テープ移送ユニットは、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ことができる。
【００２１】
本発明の他の実施形態による金属板接合装置は、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、前記クランプ金型を前記上部金型の内周面に設けることができる。
【００２２】
前記上部金型とクランプ金型の間には、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もよい。
【００２３】
前記弾性部材は、コイルスプリングにすることができる。
【００２４】
前記加熱ユニットは、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電極を含むことができる。
【００２５】
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ことができる。
【００２６】
前記第１・第２・第３電極には、それぞれ高周波誘導コイルを巻くことができる。
【００２７】
また、別の加熱ユニットは、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ことができる。
【００２８】
前記第１ガイド通路の半径と前記第２ガイド通路の半径は、同一にすることができる。
【００２９】
前記金属排出通路の半径は、前記第２ガイド通路の半径よりも小さくすることができる。
【００３０】
前記第１・第２ガイド通路と金属排出通路は、シリンダー形状にすることができる。
【００３１】
また、前記第１・第２ガイド通路と金属排出通路は、三角柱形状にすることができる。
【００３２】
前記接合ユニットの接合ユニットシリンダーは、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ることができる。
【００３３】
本発明の一実施形態による金属板接合方法は、以下の段階を含むことができる。すなわち、
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。
【００３４】
さらに、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のもよい。
【００３５】
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ことができる。
【００３６】
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のもよい。
【００３７】
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することもできる。
【００３８】
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ことができる。
【００３９】
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ことができる。
【００４０】
本発明の他の実施形態による金属板接合方法は、以下の段階を含むことができる。すなわち、
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。
【００４１】
また、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ことができる。
【００４２】
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うことができる。
【００４３】
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のもよい。
【００４４】
前記第１ガイド通路の半径と前記第２ガイド通路の半径は、同一にすることができる。
【００４５】
前記金属排出通路の半径は、前記第２ガイド通路の半径よりも小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態を詳細に説明する。
【００４７】
図１及び図８に示すように、本発明の一実施形態による金属板接合装置は、支持台３５、上部金型５、中間金型６、下部金型７、加熱ユニット１６、パンチ８、クランプユニット３１、接合ユニット３２、金属テープ移送ユニット２０及び下部金型移送ユニット３３を含む。
【００４８】
支持台３５は、本発明の当該一実施形態による金属板接合装置を支持する。
【００４９】
上部金型５の内部には、第１ガイド通路９が上下方向に形成されている。第１ガイド通路９は前記パンチ８をガイドする。
【００５０】
中間金型６は、上部金型５の下部に配置されている。この中間金型６の内部には、第２ガイド通路１０が上下方向に形成されている。第２ガイド通路１０は前記パンチ８をガイドする。
【００５１】
上部金型５と中間金型６は、リベット部材３を作るための金属テープ２をクランプする。
【００５２】
上部金型５の内周面には、金属テープ２をクランプするクランプ金型２１が配置される。
【００５３】
また、上部金型５とクランプ金型２１の間には、クランプ金型２１に弾性力を下方に加えるための弾性部材が搭載されている。
【００５４】
この弾性部材は、コイルスプリング３８で構成することができる。
【００５５】
下部金型７は、中間金型６の下部に配置されている。下部金型７の内部には、金属排出通路１１が上下方向に形成されている。図８に示すように、金属排出通路１１は過剰金属収集部３６に連通されている。金属板１を接合した後、金属排出通路１１を通じて、押し出された過剰金属２６を過剰金属収集部３６へ排出する。
【００５６】
中間金型６と下部金型７は、重なった金属板１をクランプする。
【００５７】
第１・第２ガイド通路９、１０と金属排出通路１１は、中心軸が同一であるシリンダー形状にすることができる。
【００５８】
図１に示すように、パンチ８をガイドするために、第１ガイド通路９の半径ｒ１と第２ガイド通路１０の半径ｒ２は同一である。ただし、金属排出通路１１の半径ｒ３は、金属板１とリベット３を結合するために、第２ガイド通路１０の半径ｒ２よりも小さい。
【００５９】
一方、図７に示すように、前記第１・第２ガイド通路９、１０と前記金属排出通路１１は三角柱形状にすることができる。この場合、型抜き（punch）されたリベット部材３の断面が三角形になっているため、接合された金属板１の回転を抑制することができる。また、第１・第２ガイド通路９、１０と金属排出通路１１を複数形成すれば、複数の接合位置で金属板１とリベット部材３を接合することができる。このように接合位置を配置することによって、接合された金属板１の回転を抑制することができる。
【００６０】
ここではリベット部材３の断面が円形または三角形であるが、これに限定されるものではない。当業者はリベット部材３の断面形状を任意に選択できることは理解されよう。
【００６１】
加熱ユニット１６は、金属板１と金属テープ２を可塑性流動（plastic flow）が起こる温度まで加熱する。
【００６２】
図３に示すように、加熱ユニット１６は３個の電極１３、１４、１５を含む。第１電極１３は、給電装置１２に連結された第２電極１４の上に配置されている。第１・第２電極１３、１４の間に配置した金属テープ２は、これら第１・第２電極１３、１４の間に電流を付与すると急加熱される。また、第２電極１４の下には、給電装置１２に連結された第３電極１５が配置されている。第２・第３電極１４、１５の間に電流を付与すると、これら第２・第３電極１４、１５の間にある金属板１が急加熱される。
【００６３】
第１・第２・第３電極１３、１４、１５の断面形状は、中心軸を同心とした円形になっている。また、金属板１と金属テープ２は、これらに電流を付与すると熱が発生するべく高い抵抗を有する。
【００６４】
図４に示すような、本発明の一実施形態による加熱ユニット１６の別の例においては、第１・第２・第３電極１３、１４、１５を高周波誘導コイル１７で巻いている。そして、第１・第２・第３電極１３、１４、１５が金属板１と金属テープ２を急加熱する。つまり、第１・第２電極１３、１４には、給電装置１２に接続された高周波誘導コイル１７が巻き回されている。これにより、上部金型５と中間金型６の間に置かれた金属テープ２を誘導電流によって急加熱する。また、第２、３電極１４、１５にも、給電装置１２に接続された高周波誘導コイル１７が巻き回されている。これにより、中間金型６と下部金型７の間に置かれた金属板１を誘導電流によって急加熱する。
【００６５】
図５に示すような、加熱ユニット１６のさらに別の例においては、パンチ８の下端に第１レーザーソース１８が設置され、下部金型７の内周面に第２レーザーソース１９が設置されている。これら第１・第２レーザーソース１８、１９を利用して、金属テープ２と金属板１を急加熱する。つまり、パンチ８の下端に設置された第１レーザーソース１８によって上部金型５と中間金型６の間に置かれた金属テープ２を急加熱し、下部金型７の内周面に設置された第２レーザーソース１９によって中間金型６と下部金型７の間に置かれた金属板１を急加熱する。
【００６６】
尚、加熱ユニット１６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。
【００６７】
つまり、金属テープ２と金属板１を金型内で加熱し可塑性流動によって金属板１を接合する、どのような加熱ユニット１６も本発明に適用可能である。また、加熱ユニット１６は金属テープ２と金属板１を、これら金属テープ２と金属板１が可塑性流動をするが溶融はしない温度まで加熱する。
【００６８】
パンチ８は、接合ユニット３２に連結され、接合ユニット３２からの圧力を伝達する。パンチ８は、金属板１に接合荷重を加える。パンチ８は、第１ガイド通路９に沿って下へ移動し、金属テープ２を型抜きすることによってリベット部材３を作る。
【００６９】
その後、パンチ８は、第２ガイド通路９に沿ってさらに下に移動し、リベット部材３を金属板１に圧入（press-fit）する。この場合、金属排出通路１１の半径ｒ３は第２ガイド通路１０の半径ｒ２よりも小さいため、パンチ８は重なった金属板１の上面まで移動してリベット部材３を金属板１に圧入した後、この上面で停止する。
【００７０】
パンチ８の断面形状は、第１・第２ガイド通路９、１０の断面形状と同一である。
【００７１】
上部金型５の上側には、クランプユニット３１が連結されている。クランプユニット３１は、金属板１をクランプするクランプ荷重を上部金型５に付与する。このクランプユニット３１としては、油圧シリンダーを採用することができる。
【００７２】
パンチ８の上側には接合ユニット３２が連結され、パンチ８に接合荷重を付与する。この接合ユニット３２としては、油圧シリンダーを採用することができる。また、クランプユニット３１のクランプユニットピストン３９には、接合ユニット３２の接合ユニットシリンダー４０が形成されている。これにより、クランプユニット３１に油圧が付与されてクランプユニットピストン３９が下に動くと、このクランプユニットピストン３９とともに接合ユニットシリンダー４０も下に動き、パンチ８に接合荷重を付与する。また、このような構成によって、金属板接合装置の大きさを小さくすることもできる。
【００７３】
金属テープ移送ユニット２０は、移送ローラ３４、金属テープ供給ローラ２３及び金属テープ回収ローラ２５を含む。
【００７４】
移送ローラ３４は、上部金型５の両側にそれぞれ設置されている。移送ローラ３４は金属テープ２を移送する。
【００７５】
前記金属テープ供給ローラ２３は、クランプユニット３１の一側に設置されている。金属テープ供給ローラ２３には、金属テープ２が巻かれている。金属テープ供給ローラ２３は、金属テープ２を金属板接合装置に供給する。
【００７６】
前記金属テープ回収ローラ２５は、クランプユニット３１の他側に設置されている。金属テープ回収ローラ２５には、型抜き済みの金属テープ２が回収される。
【００７７】
金属テープ供給ローラ２３に巻かれた金属テープ２が移送ローラ３４によって巻き出され金属板接合装置に供給された後、パンチ８が下に動いて金属テープ２の型抜きと金属板の接合を行う。その後、パンチ８、接合ユニット３２及びクランプユニット３１が元の位置に復帰する間に、金属テープ２は金属テープ回収ローラ２５に巻かれる。これにより、金属テープ２が連続的に金属板接合装置に供給される。また、金属テープ２を使い果たした後には、金属テープ供給ローラ２３を新たな金属テープ２に交換する。パンチ８には、油圧システムあるいは空気圧システムによって衝撃荷重（impact load）または反復荷重（repetitive load）を付与することができ、当業者は任意に、本発明の範囲内で、荷重の種類と圧力付与システムを選択することができる。
【００７８】
前記下部金型７には、下部金型移送ユニット３３が連結されている。下部金型移送ユニット３３は、下部金型７を水平方向に移動させる。下部金型移送ユニット３３としては、油圧シリンダーを採用することができる。
【００７９】
図９に示すように、本発明の一実施形態による金属板接合装置は、スポット溶接に用いるロボット３７に設置することができる。この場合、金属板接合装置には、ロボット上部アーム２８及びロボット下部アーム２９に連結するための連結部３０を設ける。これにより、スポット溶接用ロボット３７に金属板接合装置を装着し、給電装置１２を第１・第２・第３電極１３、１４、１５に接続する。その後、クランプ荷重及び接合荷重を供給するための油圧システムまたは空気圧システムを備えたロボット３７を接合位置に移動させて、金属板１の接合を行う。
【００８０】
尚、金属板１の接合を容易にするべく、金属テープ２と金属板１は同じ材質にすることができる。
【００８１】
以下、図２Ａ〜２Ｄ及び図６を参照しながら、本発明の一実施形態による金属板接合方法を詳細に説明する。
【００８２】
図２Ａ〜２Ｄに示すように、重なった金属板１の接合位置を下部金型７の金属排出通路１１上に位置させた後、第２ガイド通路１０の中心を接合位置の中心に一致させる。そして、中間金型６と下部金型７で金属板１をクランプする。また、上部金型５と中間金型６で金属テープ２をクランプする。
【００８３】
その後、加熱ユニット１６が給電装置１２から給電を受け、金属テープ２と金属板１を急加熱する。
【００８４】
その後、第１ガイド通路９を通じてパンチ８を下に移動させて金属テープ２を型抜きし、リベット部材３を作る。
【００８５】
その後、第２ガイド通路１０を通じてパンチ８をさらに下に移動させ、重なった金属板１にリベット部材３を圧入する。このとき、金属排出通路１１の半径ｒ３が第２ガイド通路１０の半径ｒ２よりも小さいため、リベット部材３と金属板１の移動が金属排出通路１１の上面によって規制される。これにより、リベット部材３と金属板１が可塑性流動を起こして接合される。
【００８６】
一方、図６に示すように、接合過程で下に押し出された過剰金属２６は、下部金型移送ユニット３３によって下部金型７が水平方向に移動する時に除去される。このとき、下部金型７は、過剰金属２６を除去すると同時に、金属板１とリベット部材３の接合位置の下側をシェービング切削する。また、過剰金属２６は、金属排出通路１１を通じて過剰金属収集部３６に集まる。
【００８７】
従前、車両のボディーの溶接は、主にスポット溶接法によって行われていた。この溶接法によれば、自動車のボディーに主に用いられる金属板は電気抵抗が高いため、高電流を付与すれば溶融は良好なものとなる。これに対し、電気抵抗の低い軽金属は、高電流を付与しても溶融が良好にはならない。しかしながら、本発明によれば、加熱した軽金属板を可塑性流動によって接合するため、アーキングが発生しない。また、本発明によれば、加熱された金属板にリベット部材を圧入することによって金属板を接合する。よって、小さい圧入荷重でも強い接合強度で金属板を接合することができる。
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。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施形態による金属板接合装置の一部の断面図
【図２Ａ】本発明の一実施形態による金属板接合装置を利用して金属テープを型抜きする過程を示す断面図
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による、リベット部材を金属板に圧入する過程を示す断面図
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による、リベット部材を金属板に圧入する時に過剰金属を押し出す過程を示す断面図
【図２Ｄ】本発明の一実施形態による、過剰金属を除去する過程を示す断面図
【図３】本発明の一実施形態による加熱ユニットの概略図
【図４】本発明の一実施形態による別の加熱ユニットを示す概略図
【図５】本発明の一実施形態によるさらに別の加熱ユニットを示す概略図
【図６】本発明の一実施形態による、下部金型を水平方向に移動して過剰金属を除去する過程を示す断面図
【図７】本発明の一実施形態によるリベット部材の形状及び配置を示す概略図
【図８】本発明の一実施形態による金属板接合装置の全体断面図
【図９】本発明の一実施形態による金属板接合装置がロボットに装着されている状態を示す概略図
【符号の説明】
【００８９】
１    金属板
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
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2009501086.tif 000007
【図３】
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【図４】
2009501086.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2009501086.tif 000013
【図９】
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【国際調査報告】
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