(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及びパンチの協動により絞り及び据え込みでもって局部的に塑性変形させて結合する方法であって、前記ダイと接する側の金属薄板とダイとの間に、絞り及び据え込みにより塑性変形した膨出部の基部をその周囲から拘束して前記基部の横方向への広がりを抑え込むサポート材を配置したことを特徴とする金属薄板の結合方法。
【請求項２】
同軸上に相対移動可能に配置されたダイとパンチとの間に複数の金属薄板を重ね合わせた状態で配置すると共に、開口孔を有するサポート材を金属薄板とダイとの間に配置し、ダイとパンチを近接移動させて両者の協動により、金属薄板を絞り込んでサポート材の開口孔と対応する部位に膨出部を形成し、その膨出部の基部をサポート材で拘束させながら膨出部の底部を横方向に展延させて基部よりも径大としたことを特徴とする請求項１記載の金属薄板の結合方法。
【請求項３】
前記サポート材は、環状のワッシャであることを特徴とする請求項１又は２記載の金属薄板の結合方法。
【請求項４】
前記パンチ側に接する金属薄板よりもダイ側に接する金属薄板が薄肉であることを特徴とする請求項１又は２記載の金属薄板の結合方法。
【請求項５】
重ね合わされた複数の金属薄板を絞り込みにより局部的に塑性変形させて膨出部を形成し、その膨出部の底部を据え込みにより横方向に展延させてその基部よりも径大とした結合構造において、前記膨出部の基部をその周囲から拘束して前記基部の横方向への広がりを抑え込むサポート材を配置したことを特徴とする金属薄板の結合構造。
【請求項６】
前記サポート材は、環状のワッシャであることを特徴とする請求項５記載の金属薄板の結合構造。
【請求項７】
前記膨出部の内側に位置する金属薄板よりも膨出部の外側に位置する金属薄板が薄肉であることを特徴とする請求項５記載の金属薄板の結合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属薄板の結合方法及び結合構造に関し、詳しくは、重ね合わせた複数の金属薄板を絞り及び据え込みにより局部的に塑性変形させて結合する金属薄板の結合方法及び結合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
重ね合わせた二枚の金属薄板を絞り及び据え込みにより局部的に塑性変形させて結合する装置としては、例えば図４に示すようにダイ１及びパンチ２を主要な構成要素としたものがある。同図の結合装置は、同軸上に軸方向に相対移動可能に配置されたダイ１及びパンチ２を備え、例えばダイ１を下側に固定配置し、パンチ２を上側に可動配置したものである。
【０００３】
この装置のダイ１は、ダイス孔３の周壁面を形成する周壁部４と、ダイス孔３の底面を形成する受台部５とを備え、前述の周壁部４は、その周方向に分割されており、弾性的に拡開可能に支持されている。また、パンチ２は、パンチ本体６とその外周に配置されたストリッパ７とを備えている。なお、ストリッパ７は弾性材料で形成されている。
【０００４】
前述した結合装置を利用して、重ね合わせた二枚の金属薄板の局部的な塑性変形による結合は、同図（ａ）〜（ｄ）の各工程を経て行われる。なお、二枚の金属薄板は、例えば家電機器などに使用されるボディ板８と補強板９であり、ボディ板８は補強板９に比べて非常に薄肉であり、両者８，９の板厚の差が大きい。
【０００５】
まず、同図（ａ）に示すように結合すべき二枚のボディ板８と補強板９を重ね合わせた状態でダイ１の周壁部４の端面とパンチ２のストリッパ７の端面との間で挟み込んで固定する。この状態からパンチ本体６をダイ１に近接させ、同図（ｂ）に示すようにパンチ本体６の先端を補強板９に当接させる。
【０００６】
その状態から、同図（ｃ）に示すようにさらにパンチ本体６をダイ１に近接させると、パンチ本体６がボディ板８及び補強板９をダイ１のダイス孔３内に絞り込み、その結果、ボディ板８及び補強板９が局部的に塑性変形し、ダイ１とパンチ本体６との協動により円筒形の膨出部１０が形成される。
【０００７】
さらにパンチ本体６をダイ１に近接させると、同図（ｄ）に示すように前述した絞りにより形成された膨出部１０の底部がダイ１の受台部５とパンチ本体６との間で据え込まれて横方向に展延する。その結果、図２に示すように絞りにより円筒形に成形された膨出部１０が前述した据え込みにより略逆円錐台形状になり、その膨出部１０の底部１０ａが基部１０ｂよりも径大となり、これにより、ボディ板８と補強板９とを結合することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した方法により結合されたボディ板８と補強板９との結合強度には、ボディ板８と補強板９に対して平行な方向で互いに逆向きの荷重を付与したときの剪断強度と、ボディ板８と補強板９に対して垂直な方向で互いに逆向きの荷重を付与したときの剥離強度とがある。このボディ板８と補強板９の結合状態では、膨出部１０の底部１０ａにおける補強板９の横方向への膨らみ出し量Ａが大きいほど所期の剪断強度及び剥離強度が得られることになる。
【０００９】
しかしながら、膨出部１０の底部１０ａにおける補強板９の横方向への膨らみ出し量Ａを大きくすると、膨出部１０の基部１０ｂでの補強板９の肉厚Ｂが不足することにより剪断強度及び剥離強度が低下する虞がある。
【００１０】
このように膨出部１０の底部１０ａにおける補強板９の横方向への膨らみ出し量Ａと膨出部１０の基部１０ｂでの補強板９の肉厚Ｂとのバランスにより剪断強度及び剥離強度が決定されるため、膨出部１０の形状（各部の寸法）を厳密に管理しなければならず、膨出部１０の形状に基づいて所期の結合強度を得ようとすることは非常に困難であった。
【００１１】
そこで、本発明は前述した問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、膨出部の形状に依存することなく、複数の金属薄板の剪断強度及び剥離強度を飛躍的に向上させ得る結合方法及び結合構造を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための技術的手段として、本発明方法は、重ね合わされた複数の金属薄板をダイ及びパンチの協動により絞り及び据え込みでもって局部的に塑性変形させて結合する方法であって、前記ダイと接する側の金属薄板とダイとの間に、絞り及び据え込みにより塑性変形した膨出部の基部をその周囲から拘束して前記基部の横方向への広がりを抑え込むサポート材を配置したことを特徴とする。
【００１３】
具体的手段として、本発明方法は、同軸上に相対移動可能に配置されたダイとパンチとの間に複数の金属薄板を重ね合わせた状態で配置すると共に、開口孔を有するサポート材を金属薄板とダイとの間に配置し、ダイとパンチを近接移動させて両者の協動により、金属薄板を絞り込んで金属薄板のサポート材の開口孔と対応する部位に膨出部を形成し、その膨出部の基部をサポート材で拘束させながら膨出部の底部を横方向に展延させて基部よりも径大としたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る結合構造は、重ね合わされた複数の金属薄板を絞り込みにより局部的に塑性変形させて膨出部を形成し、その膨出部の底部を据え込みにより横方向に展延させてその基部よりも径大とした結合構造において、前記膨出部の基部をその周囲から拘束して前記基部の横方向への広がりを抑え込むサポート材を配置したことを特徴とする。
【００１５】
本発明では、金属薄板の膨出部の基部をその周囲からサポート材が拘束することにより、その金属薄板の膨出部の基部の横方向への広がりを抑え込むことができて剪断強度及び剥離強度の向上が図れる。
【００１６】
なお、前述したサポート材は、環状のワッシャが好適であり、また、本発明は、パンチ側に接する（膨出部の内側に位置する）金属薄板よりもダイ側に接する（膨出部の外側に位置する）金属薄板が薄肉である場合に適用することが望ましい。このようにダイ側に接する（膨出部の外側に位置する）金属薄板が薄肉であると、その金属薄板自体の強度が低いため、前述した膨出部の基部が横方向へ広がり易いが、サポート材があれば、その膨出部の基部の横方向への広がりを効果的に抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を以下に詳述する。なお、本発明は、既存の設備をそのまま利用することができるため、以下の実施形態では、図４に示す結合装置を使用した場合について説明する。しかしながら、図４に示す結合装置以外の装置を使用することも可能である。
【００１８】
また、以下の実施形態では、図１に示すようにパンチ側に接する（膨出部１０の内側に位置する）金属薄板である補強板９（板厚が例えば１．２ｍｍ）に対して、ダイ側に接する（膨出部１０の外側に位置する）金属薄板であるボディ板８（板厚が例えば０．６ｍｍ）が薄肉であるように板厚の差が大きい場合について好適であるために例示するが、本発明はこれに限定されることなく、逆にボディ板に対して補強板が薄肉であるように板厚の差が大きい場合や、両者の板厚の差がない場合にも適用可能である。
【００１９】
図１に示すように本発明により結合されたボディ板８と補強板９では、絞り及び据え込みにより塑性変形した膨出部１０の基部１０ｂを囲撓するようにサポート材であるワッシャ１２が薄肉のボディ板８側に配置され、そのワッシャ１２が膨出部１０の基部１０ｂを外側から拘束することにより、膨出部１０の横方向への広がりを抑制する。そして、ワッシャ１２が基部１０ｂを外側から拘束することで、剪断強度及び剥離強度の向上が図れる。
【００２０】
このボディ板８と補強板９の結合は、以下に詳述する結合装置を用いて行われる。図３に示す結合装置は、同軸上に軸方向に相対移動可能に配置されたダイ１及びパンチ２を備え、例えばダイ１を下側に固定配置し、パンチ２を上側に可動配置したものである。
【００２１】
ダイ１は、ダイス孔３の周壁面を形成する周壁部４と、ダイス孔３の底面を形成する受台部５とを備え、前述の周壁部４は、その周方向に２分割又は３分割以上に分割されており、弾性的に拡開可能にピン支持されている。それぞれの周壁部４は、図示しない圧縮コイルばねの弾性力により閉方向に付勢されており、後述する絞り工程では拡開することなくダイス孔３を所定形状に維持し、一方、据え込み工程では膨出部１０の底部１０ａが横方向に展延される際、それによって圧縮コイルばねの弾性力に抗して横方向に拡開する。
【００２２】
パンチ２は、パンチ本体６とその外周に配置されたストリッパ７とを備えている。なお、図示のストリッパ７は弾性材料で成形したものであるが、これ以外に圧縮コイルばねを利用することも可能である。このパンチ本体６を後退させると、ストリッパ７の弾性復元力によりパンチ本体６の後退向きと逆方向の力がボディ板８と補強板９とに作用し、膨出部１０をパンチ本体６から離脱させる。
【００２３】
この結合装置を利用した本発明では、重ね合わせた二枚のボディ板８と補強板９の局部的な塑性変形による結合を同図（ａ）〜（ｄ）の各工程を経て行う。同図（ａ）の状態からパンチ本体６が近接移動を開始し、同図（ｄ）の状態で停止する所定のストロークでもって絞り及び据え込みが１工程で行われる。なお、前述したように二枚の金属薄板を例示するボディ板８と補強板９については、ボディ板８は補強板９に比べて非常に薄肉であり、両者の板厚の差が大きい。
【００２４】
まず、同図（ａ）に示すようにサポート材である環状のワッシャ１２をダイ１の周壁部４の端面上に載置した上で、結合すべきボディ板８と補強板９を重ね合わせた状態でダイ１の周壁部４の端面とパンチ２のストリッパ７の端面との間で挟み込んで固定する。このようにしてダイ１と接する側に位置する薄肉のボディ板８とダイ１の周壁部４の端面との間にワッシャ１２が配置されている。このワッシャ１２のダイ１への供給は、ワッシャ単体を手動でダイ１の周壁部４の端面上に載置するようにしてもよいが、ハンドリング機構などを利用してワッシャ１２を自動的に間欠してダイ１の周壁部４の端面上に載置することも可能である。
【００２５】
この状態からパンチ本体６をダイ１に近接させ、同図（ｂ）に示すようにパンチ本体６の先端を補強板９に当接させる。その後、同図（ｃ）に示すようにさらにパンチ本体６をダイ１に近接させると、パンチ本体６がボディ板８及び補強板９をダイ１のダイス孔３内に絞り込む。
【００２６】
その結果、同図（ｄ）に示すようにボディ板８及び補強板９が局部的に塑性変形し、ダイ１とパンチ本体６との協動により円筒形の膨出部１０が形成される。この膨出部１０は、ワッシャ１２の開口孔から突出するように形成されている。すなわち、ワッシャ１２は、その膨出部１０の周囲を囲撓するようにボディ板８に接して配置されている。
【００２７】
さらにパンチ本体６をダイ１に近接させると、前述した絞りにより形成された膨出部１０の底部１０ａがダイ１の受台部５とパンチ本体６との間で据え込まれて横方向に展延する。この時、膨出部１０の基部１０ｂはワッシャ１２により拘束されているので、その周囲への広がりが抑え込まれている。
【００２８】
その結果、図１に示すように絞りにより円筒形に成形された膨出部１０が前述した据え込みにより略逆円錐台形状になり、その膨出部１０の底部１０ａが基部１０ｂよりも径大となる。この膨出部１０の基部１０ｂは、ワッシャ１２により横方向への広がりが抑え込まれているので、ボディ板８と補強板９とを高い剪断強度及び剥離強度でもって結合することができる。
【００２９】
【実施例】
本出願人が行った結合強度の確認実験によれば、板厚が１．２ｍｍの補強板９と板厚が０．６ｍｍのボディ板８をサポート材（ワッシャ１２）なしで結合させた場合（従来品；図２参照）、剪断強度が２１９ｋｇｆ、剥離強度が７２ｋｇｆであったのに対して、同じ補強板９とボディ板８をサポート材（ワッシャ１２）ありで結合させた場合（本発明品；図１参照）、剪断強度が２４１ｋｇｆ、剥離強度が１３４ｋｇｆとなった。このように本発明によれば、剪断強度で１０％、剥離強度で８６％の向上が見られた。なお、サポート材であるワッシャ１２としては、板厚が０．５ｍｍ、内径がφ６．６ｍｍの鉄製平座金を使用した。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、ダイと接する側（膨出部の外側）に位置する金属薄板の膨出部の基部をその周囲からサポート材が拘束することにより、その膨出部の基部の横方向への広がりを抑え込むことができる。そして、サポート材が基部を外側から拘束することで、剪断強度及び剥離強度の向上が図れ、複数の金属薄板の結合強度を飛躍的に向上させることができてその実用的価値は大きい。なお、パンチ側に接する（膨出部の内側に位置する）金属薄板よりもダイ側に接する（膨出部の外側に位置する）金属薄板が薄肉で両者の板厚の差が大きい場合に結合強度の向上が顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属薄板の結合構造を示す断面図
【図２】従来の金属薄板の結合構造を示す断面図
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明方法の実施形態を経時的に示す断面図
【図４】（ａ）〜（ｄ）は従来方法を経時的に示す断面図
【符号の説明】
１  ダイ
２  パンチ
８  金属薄板（ボディ板）
９  金属薄板（補強板）
１０  膨出部
１０ａ  底部
１０ｂ  基部
１２  サポート材（ワッシャ）
【図１】
0004376343.tif 000002
【図２】
0004376343.tif 000003
【図３】
0004376343.tif 000004
【図４】
0004376343.tif 000005