(57)【要約】【課題】三叉型パンチを用いたかしめ接合方法であっても、せん断引張強度及び十字引張強度の高い金属板のかしめ接合方法を提供する。【解決手段】三叉型の先端にＲを付した固定アンビル外周全域に分割配置された可動ブレード上に、複数枚の金属板を重ねて載置し、上方から三叉型の先端にＲを付した柱状パンチを前記金属板に局部的に押し込み、上面の金属板を塑性変形させるとともに、前記固定アンビルの外周全域に分割配置した前記可動ブレードをそれぞれ個別に外周方向に逃がすことにより下面の金属板を塑性変形させて、上下の金属板を機械的に接合する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三叉型の先端にＲを付した固定アンビル外周全域に分割配置された可動ブレード上に、複数枚の金属板を重ねて載置し、上方から三叉型の先端にＲを付した柱状パンチを前記金属板に局部的に押し込み、上面の金属板を塑性変形させるとともに、前記固定アンビルの外周全域に分割配置した前記可動ブレードをそれぞれ個別に外周方向に逃がすことにより下面の金属板を塑性変形させて、上下の金属板を機械的に接合することを特徴とする金属板のかしめ接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板のかしめ接合方法、特に高接合強度を有するとともに、強度の面内異方性のない金属板のかしめ接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
重ね合わせた複数枚の金属板を固定・接合する方法としては、ボルトやリベットで代表される締結具を用いる方法が一般的である。しかし、締結具を用いる方法はコスト高となるばかりでなく、締結具の頭部が金属板の表面に突出するため、取り扱い上、あるいは外観的に美観を損なう場合がある。このため、スポット溶接等の溶接法やかしめ接合が採用されることがある。
スポット溶接法は、板厚が異なる材料や異種材料との接合が困難となる場合があったり、材料への熱影響が生じるために、めっき材では後補修が必要となったりすることがある。また、スポット溶接法は、接合の際、散りやヒュームを伴うため作業環境を悪化させるおそれがある。
【０００３】
かしめ接合はプレス加工中に接合できるため、設備同調性および作業環境がよい。このため、かしめ接合は自動車、家電製品、住宅等の分野で多用されるようになっている。
しかしながら、かしめ接合法は、締結具を用いる方法やスポット溶接法に比べて、接合強度が低い問題がある。例えば、丸形のパンチやダイスを備えたかしめ装置を用いて接合すると、接合される部材の平面部分に沿った回転方向の力に弱いといった不都合を生じている。
【０００４】
また、角形のパンチやダイスを備えたかしめ装置を用いて接合すると、かしめ部にせん断加工面が生じるため、接合部分のせん断強度に方向性を生じており、せん断面と直角方向のせん断強度は高いが、平行方向のせん断強度はあまり高くなく、また接合部分はせん断加工が行われるため、材料の切り口が存在し気密性や水密性が低下するといった不都合を生じている。
そこで、本発明者らは、三叉型パンチによるかしめ接合方法を特許文献１で提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７２９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１で提案された方法は、三叉型の固定アンビル外周に三分割で配置された可動ブレード上に、複数枚の金属板を重ねて載置し、上方から三叉型柱状パンチを前記金属板に局部的に押し込み、上面の金属板を塑性変形させるとともに、前記固定アンビルの外周に分割配置した前記可動ブレードをそれぞれ個別に外周方向に逃がすことにより下面の金属板を塑性変形させて、上下の金属板を機械的に接合しようとするものである。
ところが、特許文献１で提案している三叉型パンチによるかしめ接合方法でかしめ接合した場合、せん断引張強度は高いものの、十字引張強度は低くなっていた。
【０００７】
三叉型かしめ接合方法は、せん断かしめ接合方法の改良型であるため、３箇所ある連結部は十字引張強度向上に寄与していないのである。
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、三叉型パンチを用いたかしめ接合方法であっても、せん断引張強度及び十字引張強度の高い金属板のかしめ接合方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の金属板のかしめ接合方法は、その目的を達成するため、三叉型の先端にＲを付した固定アンビル外周全域に分割配置された可動ブレード上に、複数枚の金属板を重ねて載置し、上方から三叉型の先端にＲを付した柱状パンチを前記金属板に局部的に押し込み、上面の金属板を塑性変形させるとともに、前記固定アンビルの外周全域に分割配置した前記可動ブレードをそれぞれ個別に外周方向に逃がすことにより下面の金属板を塑性変形させて、上下の金属板を機械的に接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明方法では、三叉型パンチによってかしめ接合する際に、三又先端にＲを付与した三又型パンチを用いるとともに、三叉型の先端にＲを付与した固定アンビルの全域を取り囲むように分割配置した可動ブレードを用いることにより、三又型かしめの連結部に、張出しかしめのようなインターロックを生じさせることができ、その結果として、せん断引張強度及び十字引張強度が共に高いかしめ接合部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】かしめ接合方法を説明する概念図
【図２】三叉型パンチによるかしめ接合方法に用いるパンチ、アンビル及び可動ブレードの一般的な形状を説明する図
【図３】一般的な三又型装置でかしめ接合した後の接合部の断面形状を説明する図
【図４】三叉型パンチによる本発明かしめ接合方法に用いるパンチ、アンビル及び可動ブレードの形状を説明する図
【図５】本発明方法でかしめ接合した後の接合部の断面形状を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に、一般的なかしめ接合法を示す。二枚の金属板１，２をブレード６上に重ねて載置した後、ストリッパ４により金属板１，２をブレード６と挟み込んで固定・セットした後、円柱型パンチ３でセットした金属板１，２を押圧して材料をアンビル５より半径方向外側に張出すように塑性変形させて金属板１，２を接合するものである。
一般的に、接合部の寸法が同一になるようにかしめ接合を行った場合と、スポット溶接をおこなった場合の接合強度を比較すると、かしめ接合の接合強度はスポット溶接の２〜３割程度となっている。また接合される部材の平面部分に沿った回転方向の力に弱いといった問題点も有している。
【００１２】
このようにかしめ接合法は、簡便な方法であるが接合強度が比較的低いために、使用頻度が伸びない一因にもなっている。そして、四叉型のパンチと四方向に移動する可動ブレードを用いてかしめ接合部を略十字形とする方法でも、接合強度の面内異方性は十分に解消できない。
前記したように、三叉型のパンチと三方向に移動する可動ブレードを用いてかしめ接合部を略Ｙ字形とすることが特許文献１で提案されているが、三叉型かしめ接合法では、高いせん断引張強度は得られるが、十字引張強度は必ずしも十分ではない。
【００１３】
本発明者らは、接合強度の面内異方性に優れる三叉型のパンチと可動ブレードを用いたかしめ接合法において、高いせん断引張強度が得られるばかりでなく、十字引張強度も高いかしめ接合部を得るべく鋭意検討した。
図２に示すような、通常の、三叉型柱状パンチ、三叉型の固定アンビル及びその外周に三分割で配置された可動ブレードを備えたかしめ接合装置でかしめ接合した接合体の接合部断面を観察してみると、図３に見られるように、略Ｙ字交差部近傍においてはインターロック部が形成されているが、三叉先端の連結部ではインターロック部が形成されていないことがわかった。
【００１４】
このようなインターロック部が形成されていない領域の存在が十分な十字引張強度を発現できない要因と推測し、三叉先端部においてもインターロックが形成される手段を採用したのが本発明である。
図４に示すように、まず、三又型パンチの三又先端にＲを付与した。さらに、三叉型固定アンビルの三叉先端にＲを付与するとともに、この固定アンビルの全域を取り囲むような可動ブレードであって、複数に分割された分割可動ブレードを配置した。
【００１５】
このような三又先端にＲを付与した三又型パンチを用いるとともに、三叉型の先端にＲを付与した固定アンビルの全域を取り囲むように分割配置した可動ブレードを用い、上方から三又先端にＲを付与した三又型パンチを金属板に局部的に押し込み、上面の金属板を塑性変形させるとともに、固定アンビルの外周全域に分割配置した可動ブレードをそれぞれ個別に外周方向に逃がすことにより下面の金属板を塑性変形させることにより、図５に見られるように、連結部にインターロックを生じさせることができる。その結果、せん断引張強度及び十字引張強度が共に高いかしめ接合部を得ることができる。
【実施例】
【００１６】
接合する２枚の金属板として、表１に示す機械的特性を有する板厚1.6mmの鋼板を原板とし、その両表面にZn‐Al‐Mg 系の合金めっきを施しためっき鋼板を使用した。
三叉先端Ｒ付きパンチは、パンチ頭平面部の中心半径5.9mm、幅3mm、略Ｙ字の交差する半径2mm、三又先端半径1.5mmを使用した。三叉先端Ｒ付きアンビルは、アンビル頭平面部の中心半径6.1mm、幅3.4mm、高さ4mm、略Ｙ字の交差する半径2mm、三叉先端半径1.7ｍｍを、可動ブレードは、図４に示すように、アンビルを取り囲むように９分割し、高さ4.9mm、略Ｙ字の交差する部分と近接するコーナーＲは4mmのものを用いた。
【００１７】
このような形状のアンビル外周に配置された９個の可動ブレード上に、２枚の被接合めっき鋼板を重ねた状態で位置決めをしてセットした。
ついで、ストリッパにより前記２枚のめっき鋼板をブレードと挟み込んで固定した。セットされた前記２枚のめっき鋼板に上方から前記形状のパンチを荷重100kNで押し込んで、２枚のめっき鋼板をかしめ接合した。
【００１８】
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【００１９】
三叉先端Ｒ付きパンチを押込みかしめ接合を、ｎ数５ 個で実施した。かしめ部の残存板厚は、予備実験でせん断接合強度が高かった1.1mmとなるようストローク調整した。
比較例として、三叉先端にＲを付与していない従来の三叉型かしめ（条件：三叉型パンチは、パンチ頭平面部の中心半径4mm、幅3mm、テーパ角１２０度、略Ｙ字の交差する半径2mm。三叉型アンビルは、アンビル頭平面部の中心半径8mm、幅3.3mm、高さ4mm、略Ｙ字の交差する半径2mm。五角形角柱の可動ブレードは、長さ10mm、幅8mm、高さ4.9mm、コーナーＲ4mm。）も行った。
そして、両接合体について、引張試験をおこなった。引張試験は、JIS Z 3137 と3136 に準じて十字引張強度とせん断引張強度を測定し、平均値で整理した。その結果を表２に示す。
【００２０】
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【００２１】
表２に示す結果から、本発明法である三叉先端Ｒ付きかしめ接合では、せん断引張強度は、従来の三叉型かしめと変らないが、十字引張強度が3.3kNと従来の2.5kNと比較して、32％向上した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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