(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わされた複数の金属薄板を、ダイとパンチを用いて絞りと据え込みにより局部的に塑性変形させて結合するにあたり、結合される金属薄板とは別の円板状で前記金属薄板よりも展性に優れた材質の副材をパンチと接する側の金属薄板とパンチとの間に配置したことを特徴とするものであって、
ダイと可動部材たるパンチとを同軸に配置し、結合すべき複数の金属薄板を重ね合わせた状態でダイとパンチとの間に配置し、前記金属薄板とパンチとの間に前記副材を配置し、ダイまたはパンチを進出させ、ダイとパンチとの協働により前記金属薄板を前記副材と共に絞り込んで底部と胴部をもった有底筒状の膨出部分を前記金属薄板に形成させ、ダイまたはパンチのさらなる進出により前記底部をダイのアンビルとパンチとの間で据え込み、前記底部および前記副材を前記膨出部分の半径方向外側に展延させて前記胴部よりも径大となすことからなる金属薄板の結合方法。
【発明の詳細な説明】
背景技術
この発明は、重ね合わせた複数の金属薄板を、絞りと据え込みにより局部的に塑性変形させて結合する方法に関する。
特公昭６０−１８２５９号公報にこの種の結合を行うための装置の一例が記載されている。図６に示すように、この既知の装置は同軸に整列したダイ（２）とパンチ（４）を主要な構成要素としている。ダイ（２）とパンチ（４）は軸方向に相対移動可能で、ここではダイ（２）を静止部材として上側に配置し、パンチ（４）を可動部材として下側に配置した場合を示してある。
ダイ（２）はダイス孔（２ａ）の周壁面を形成する複数の分壁部（２ｂ）と、ダイス孔（２ａ）の底面を形成するアンビル（２ｃ）とからなり、分壁部（２ｂ）は弾性的に拡開可能に支持されている。パンチ（４）はパンチ本体（４ａ）と、その外周に配置したストリッパー（４ｂ）とからなり、ストリッパー（４ｂ）を弾性材料で形成した場合を示してある。
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、重ね合わせた２枚の金属薄板（６，８）を結合する過程を順次示しており、図６（Ａ）は、結合すべき金属薄板（６，８）をダイ（２）とストリッパ（４ａ）との間に挟んで固定した状態を示し、図６（Ｂ）はパンチ本体（４ａ）の進出ストロークの途中でパンチ本体（４ａ）の先端が金属薄板（８）に当接した時の状態を示している。引き続くパンチ本体（４ａ）の進出により、図６（Ｃ）に示すように、パンチ本体（４ａ）が金属薄板（６，８）の材料をダイス（２）のダイス孔（２ａ）内に絞り込む。その結果、金属薄板（６，８）が局部的に塑性変形し、ダイ（２）とパンチ本体（４ａ）との協動により、円筒形の膨出部分（１０）を形成する。パンチ本体（４ａ）がさらに進出すると、図６（Ｄ）に示すように、前述の絞り工程で形成された円筒形の膨出部分（１０）の底部（１２）がアンビル（２ａ）とパンチ本体（４ａ）との間で据え込まれて横方向に展延する。その結果、図２に示すように、絞り工程で円筒形に成形された膨出部分（１０）が概ね截頭円錐台形状になり、膨出部分（１０）の底部（１２）が胴部（１４）よりも径大となる。これによって金属薄板（６，８）どうしが結合される。
上述のようにして結合された金属薄板（６，８）の結合強度は、金属薄板（６，８）に平行な方向に互いに逆向きの荷重を掛けたときの「ずれ」に対する抵抗力と、金属薄板（６，８）に垂直な方向に互いに逆向きの荷重を掛けたときの「はがれ」に対する抵抗力の２つのパラメータで測定される。いずれも膨出部分（１０）の底部（１２）の横方向への膨らみ出しの程度（図２に符号Ａで示す。）が大きいほど大きな抵抗力が得られることは容易に想像されよう。しかしながら、大きな横方向への膨らみ出しを得ようとすると、膨出部分（１０）の胴部（１４）の肉厚（図２に符号Ｂで示す。）が不足しがちで却って強度が低下するおそれがある。それゆえ、膨出部分自体の形状、構造の工夫により結合強度を高めるには膨出部分の各部の寸法を厳密に管理する必要があり、加えて、実際上は述べたような結合を多数の箇所にて施す必要があるため、所望の結合力を確保しつつ歩留まりよくこのような加工を行うことは非常に困難である。
そこで、この発明の目的は、膨出部分自体の形状・構造の変更に頼ることなく、より高い結合強度が得られる方法を提供することにある。
発明の開示
この発明は、重ね合わされた複数の金属薄板を、ダイとパンチを用いて絞りと据え込みにより局部的に塑性変形させて結合するにあたり、結合される金属薄板とは別の副材をパンチと接する側の金属板材とパンチとの間に配置することによって課題を解決したものである。副材が据え込みの際に横方向に延びる力により、被結合材の横方向の延びが増大されることにより、従来方法より大きな結合力が得られる。
副材は被結合材より展性の優れた材質であることが好ましい。たとえば、被結合材がステンレス鋼板の場合、副材をアルミニウム製とする。
本発明の金属薄板の結合方法は従来同様ダイとパンチを具備した装置を使用するものであるが、ダイとパンチは同軸上に整列しており、どちらか一方が他方に対して接近・離反する向きに所定のストロークだけ進退できるようになっている。通常、ダイが静止していてパンチが進退動作を行う。そして、ダイとパンチとを同軸に配置し、結合すべき複数の金属薄板を重ね合わせた状態でダイとパンチとの間に配置し、前記金属薄板とパンチとの間に副材を配置し、ダイまたはパンチを進出させ、ダイとパンチとの協働により前記金属薄板を前記副材と共に絞り込んで前記金属薄板に筒状の膨出部分を形成させ、ダイまたはパンチのさらなる進出により前記膨出部分の底部をダイのアンビルとパンチとの間で据え込み、前記膨出部分の底部および前記副材を横方向に展延させて前記膨出部分の胴部よりも径大となす。
パンチの横断面形状と同じ外形の副材を、絞り工程に先立って金属薄板とパンチとの間に配置する、あるいは、前記絞り工程が、絞り工程に先立って金属薄板とパンチとの間に配置した帯状材料から前記副材を打ち抜く過程を含むようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
図１はこの発明の方法により結合した金属薄板の結合部の断面図である。
図２は従来の技術により結合した金属薄板の結合部の断面図である。
図３は第一の実施の形態を経時的に示す断面図である。
図４は第二の実施の形態を経時的に示す断面図である。
図５Ａはダイの具体的構成を例示する半断面図である。
図５Ｂは図５Ａのダイの側面図である。
図５Ｃは図５Ａのダイの平面図である。
図６は従来の技術を経時的に示す断面図である。
発明の実施をするための最良の形態
図１に本発明に従って２枚の金属薄板（６，８）を結合した場合の膨出部分（１０）を示す。図２に関連して既に述べた従来技術によるものと対比すれば明らかなように、本発明では被結合材（６，８）とは別の副材（１６）を使用したことにより、据え込みの過程において膨出部分（１０）の底部（１２）が横方向に展延する度合いが従来に比べて大きくなる。すなわち、図１に符号Ａで示すように、副材（１６）が据え込みの際に横方向に延びる力によって被結合材（６，８）の横方向の延びが増大し、しかも、符号Ｂで示される胴部（１４）の寸法は従来のものと同等である。したがって、本発明の方法によって結合された金属薄板では従来方法によって結合したものより大きな結合力が得られる。かかる効果は、副材（１６）に被結合材（６，８）よりも展性に優れた材料を採用することによって一層助長される。
本発明の実施をするにあたっては、副材の供給方法によって二つの形態が考えられる。すなわち、予め所定の形状に加工した副材を絞り加工に先立って所定箇所に供給する場合と、長尺の素材をダイとパンチの間に連続供給し、パンチの進出により絞り工程に先立ってその素材から副材を打ち抜く場合とである。
図３に従って第一の実施の形態を説明する。図３（Ａ）〜（Ｄ）は、ダイ（２０）とパンチ（４０）を具備した装置により、重ね合わせた２枚の金属薄板（６，８）を結合する過程を４段階に分けて示したものである。なお、図３（Ａ）と図３（Ｄ）ではパンチ本体（４２）は静止しており、図３（Ｂ）（Ｃ）はパンチ本体（４２）が進出している途中の１瞬間の状態を示している。つまり、パンチ本体（４２）は図３（Ａ）の状態から進出を開始し、図３（Ｄ）の状態で停止する。この所定ストロークにわたるパンチ本体（４２）の進出動作によって、絞りと据え込みが１工程で遂行される。また、ダイ（２０）とパンチ（４０）は同軸上に整列しており、どちらか一方が他方に対して接近・離反する向きに所定のストロークだけ進退できるようになっている。ここでは静止部材たるダイ（２０）を上側に配置し、可動部材たるパンチ（４０）を下側に配置した場合を例にとって説明する。
まず、予め所定形状に加工した副材（１６）をパンチ本体（４２）の端面上に載置する。ここでは副材（１６）はパンチ本体（４２）とほぼ同径の円板状を呈している。副材（１６）の厚さは被締結材（６，８）の板厚やそれらの材質ならびにパンチ本体（４２）のストローク等を勘案して図１に符号Ａ，Ｂで示される寸法が最も適切な値となるように決定する。副材（１６）の供給は作業者が手動で行ってもよいが、自動的に供給するための装置を使用することもできる。そして、ダイ（２０）とパンチ（４０）の間に被結合材たる金属薄板（６，８）を重ね合わせて配置し、パンチ（４０）をダイ（２０）側に移動させて図３（Ａ）に示すように金属薄板（６，８）をダイ（２０）とパンチ（４０）の間、具体的にはダイ（２０）の分壁部（２２）とパンチ（４０）のストリッパー（４４）との間に挟持させる。
この状態からパンチ本体（４２）を所定ストロークだけ進出させる。図３（Ｂ）はパンチ本体（４２）が進出してその先端の副材（１６）が金属薄板（８）に当接した時点の状態を示している。パンチ本体（４２）は引き続き進出し、図３（Ｃ）に示すように、ダイ（２０）との協働作用により金属薄板（８，９）に絞り加工を施す。すなわち、進出するパンチ本体（４２）が金属薄板（８，９）の材料を副材（１６）と共にダイス孔（２０ａ）とパンチ本体（４２）とで画成される絞り空間内に絞り込んで円筒状の膨出部分（１０）を形成させる。この時点での膨出部分（１０）は、ダイス孔（２０ａ）に対応して底部（１２）と胴部（１４）をもった有底円筒状を呈している。
パンチ本体（４２）がさらに進出すると、図３（Ｄ）に示すように、膨出部分（１０）の底部（１２）および副材（１６）がアンビル（２４）とパンチ本体（４２）との間で据え込まれ、当該底部（１２）の材料が横方向に、つまり膨出部分（１０）の半径方向外側に向かって展延する。このとき、副材（１６）も同時に据え込まれることから、底部（１２）を構成する金属薄板（６，８）の横方向展延が促進される。その結果、膨出部分（１０）の底部（１２）の外径が膨出部分（１０）の胴部（１４）の外径よりも大きくなる。特に、図１に示すように、膨出部分（１０）の内側に位置する金属薄板（８）の展延が従来に比べて著しく増大し、これにより２枚の金属薄板（６，８）が互いに強固に結合される。
次に、図４に従ってもう一つの実施の形態を説明する。この場合、図４（Ａ）に示すように、金属薄板（６，８）と長尺の素材（１８）とを重ねてダイ（２０）とパンチ（４０）の間に配置し、パンチ（４０）をダイ（２０）側に移動させてこれらをダイ（２０）とパンチ（４０）の間、具体的にはダイ（２０）の分壁部（２２）とパンチ（４０）のストリッパー（４４）との間に挟持させる。図４（Ｂ）はパンチ本体（４２）の進出ストロークの途中でその端面が素材（１８）に当接した時点、言い換えれば打ち抜き開始時の状態を示している。そして、図４（Ｃ）に示すように、パンチ本体（４２）の進出によって素材（１８）からパンチ本体（４２）とほぼ同径の副材（１６）を打ち抜くと同時に絞り工程に移行する。絞り工程では、パンチ本体（４２）の進出に伴い、ダイ（２０）との協働作用により、金属薄板（６，８）の材料がダイス孔（２０ａ）とパンチ本体（３２）とで画成される絞り空間内に絞り込まれて円筒状の膨出部分（１０）を形成する。
パンチ本体（４２）がさらに進出すると、図４（Ｄ）に示すように、膨出部分（１０）の底部（１２）および副材（１６）がアンビル（２４）とパンチ本体（４２）との間で据え込まれ、底部（１２）および副材（１６）の材料が横方向に、つまり膨出部分（１０）の半径方向外側に向かって展延する。このとき、副材（１６）も同時に据え込まれることから、底部（１２）の横方向展延が促進される。その結果、膨出部分（１０）の底部（１２）の外径が膨出部分（１０）の胴部（１４）の外径よりも大きくなる。特に、図１に示すように、膨出部分（１０）の内側に位置する金属薄板（８）の展延が従来に比べて著しく増大し、これにより２枚の金属薄板（６，８）が互いに強固に結合される。
上述のいずれの実施の形態の場合も、据え込みの終了と同時に結合が終了し、その後、パンチ（４０）を後退させて、結合された金属薄板（６，８）を取り出す。
図５Ａ〜図５Ｃにダイ（２０）の具体例を示す。図示するように、ダイ（２０）は先端に円柱状のアンビル（２４）を形成したダイスボデイー（２１）と、弾性拡開可能に支持された一対の分壁部（２２）とを含む。各分壁部（２２）はダイスボデイー（２１）にピン（２６）を中心にで回転可能に支持されている。分壁部（２２）は、図の上側の端部の互いに向かい合った面に横断面半円形の凹部（２２ａ）を有し、反対側の、つまり図の下側の端部に圧縮コイルばね（２８）の端部を収容する座孔（２２ｂ）を有する。圧縮コイルばね（２８）の作用で、常時は図の上側の端部同士が接近する向きに付勢され、一対の凹部（２２ａ）で円筒状のダイス孔（２０ａ）を形成する。ダイス孔（２０ａ）の周壁面は分壁部（２２）の凹部（２２ａ）で形成され、底面はアンビル（２４）で形成される。一対の分壁部で構成する二分割式のダイスを例示したが、３以上の分壁部で構成することも可能である。
ダイ（２０）の分壁部（２２）は弾性的に拡開可能に支持されている。圧縮コイルばね（２８）のばね力により、分壁部（２２）は絞り過程では拡開することなくダイス孔（２０ａ）を所定形状に維持し、したがって絞り加工がスムーズに実行され、所定形状・寸法の膨出部分（１０）が形成される。また、据え込み過程において膨出部分（１０）の底部（１２）が半径方向外側に展延する際、それによって分壁部（２２）が横方向に押されて拡開する（図３（Ｄ）、図４（Ｄ））。これにより、膨出部分（１０）の底部（１２）の展延が容易になると同時に、膨出部分（１０）がダイスにかじり付くのを防止して結合を終えた金属薄板（６，８）が取り出しやすくなる。
パンチ（４０）はパンチ本体（４２）とストリッパー（４４）とからなる。弾性材料から成型したストリッパー（４４）を例示してあるが、圧縮コイルばねを採用することもできる。パンチ本体（４２）を後退させるとストリッパー（４４）の弾性復元力によりパンチ本体（４２）の後退する向きとは逆向きの力が金属薄板（６，８）に作用し、膨出部分（１０）をパンチ本体（４２）から離脱させる。したがって、結合された金属薄板（６，８）を容易に取り出すことができる。
以上説明したように、この発明は、重ね合わされた複数の金属薄板を、ダイとパンチを用いて絞りと据え込みにより局部的に塑性変形させて結合するにあたり、結合される金属薄板とは別の副材をパンチと接する側の金属板材とパンチとの間に配置したものであるため、副材が据え込みの際に横方向に延びる力によって被結合材の横方向の延びが増大し、その結果、従来方法より大きな結合力が得られる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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