(57)【要約】【課題】側壁部厚さを大きくして接合強度の向上が可能なかしめ接合方法を提供する。【解決手段】先端部に金属板に向かって凹状の円錐面を有する固定アンビル外周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配置し、上方から先端部に凸状の円錐面を有する円柱型パンチを当該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３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に金属板に向かって凹状の円錐面を有する固定アンビル外周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配置し、上方から先端部に凸状の円錐面を有する円柱型パンチを当該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、簡便かつ低コストで高接合強度を得ることが可能な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接合する手法としては、スポット溶接法が広く用いられている。スポット溶接法は高い接合強度が安定的に得られるとともに、生産性に優れる接合方法である。しかしながら、板厚が異なる材料や異種材料の接合が困難である。また、めっき材では、材料への熱影響によりめっき層が損傷するため後処理が必要となるとともに、銅電極がめっき層と合金化反応を起こすため電極先端が消耗し電極寿命が５千ショット以下と短い。さらには接合作業の際、溶融金属が周辺に飛散する散りやヒュームが発生し作業環境が悪化するため、排煙設備が必要となる。
【０００３】
また、ボルトやリベットのような締結具を用いた機械的接合法も一般に行われている。このような接合法では、締結具を用いるためコストが高くなる。さらには積層した金属板にあらかじめ下穴を開ける必要があり作業効率が低下するとともに、締結具の一部が接合した金属板の上下表面に突出するため、美観を損なうおそれがある。
そこで、かしめ接合法が採用される場合がある。
【０００４】
スポットクリンチ接合に代表されるかしめ接合法は、重ね合わせた金属板を片側からパンチにより押圧し当該金属板を塑性変形させ接合する手法であり、締結具が必要ないためコストを低下させることが出来る。さらに、スポット溶接法と比較して、差厚、異種材料の接合が可能となる等素材の制約が少なく、また熱影響がないためめっき材においても後補修が不要となり、金型寿命も１０万ショット以上と安定して金属板の接合が可能となる。さらにはプレス成形でかしめ接合を行うことができることから、プレス設備との同調性がよく、ヒュームもでないため作業環境も良好である。そのため、自動車、家電製品、建材分野に広く使用されるようになっている。
【０００５】
従来のかしめ接合法では、積層した金属板に上方からパンチを押し込んで凹型成形し、下面の金属板材料を外側へ塑性流動させ安定した接合強度を得るために大きな加圧力を必要とした。そのため、金型寿命が短かった。
そこで、特許文献１では、平坦なパンチ先端やダイの台座部において少なくとも片側に潤滑性含有樹脂皮膜を形成し、かしめ接合を実施している。また、特許文献２では、パンチ先端部に凹状となる円錐面を設けるとともに、ダイ先端部には凸状となる円錐面を設けた金型を用いてかしめ接合している。
【特許文献１】特開２００５−８９５３号公報
【特許文献２】特開平１０−３０５３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２で提案された技術は、金型寿命を高寿命化する手段としては有効である。しかしながら、高接合強度を得ようとする課題に対しては十分ではない。
本発明者等は、まずＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系の溶融めっき鋼板のかしめ接合における十字引張負荷による破壊挙動について検討した。その結果、次のことを見出した。図１のように、従来のかしめ接合による金属板接合断面から、接合のために形成した凹型部において上側金属板の側壁部厚さＳ１およびインターロック量Ｃ１を大きくすることにより接合強度が高くなることがわかった。また、接合した金属板の破壊形態は、インターロック部の抜けと上板の側壁部の破断の２種類に大別された。
この２種類の破壊形態のうち、インターロック部の抜けよりも側壁部の破断形態となるほうが高接合強度となった。従って、十分なインターロック量が確保されれば側壁部厚さＳ１を大きくすることで、高接合強度を得ることが可能となる。しかしながら、前記特許文献１、２では、側壁部厚さＳ１を大きくすることはできていない。
【０００７】
このようにかしめ接合では強度の高い接合ができないために、高接合強度が必要な場合には、接合箇所を多くすることが必要となって、結果的にコストを高くしている。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、側壁部厚さＳ1を大きくして接合強度の向上が可能なかしめ接合方法を提供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、先端部に金属板に向かって凹状の円錐面を有する固定アンビル外周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配置し、上方から先端部に凸状の円錐面を有する円柱型パンチを当該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】
本発明により、かしめ接合によって形成された凹型部において、側壁部厚さを大きくするとともにインターロック部が形成されるため高接合強度を有するかしめ接合を行うことが可能となる。高接合強度のかしめ接合が可能になることにより、かしめ接合の打点数を減少させることが可能となるため、コストの低下に繋がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
前記した通り、従来のかしめ接合法はスポット溶接法と比較して、高い接合強度を得る場合には十分でない。それはかしめ接合を行った時、接合のために形成した凹型部における側壁部厚さおよびインターロック量が厚くなりにくいからである。
本発明者等は、接合強度に特に影響する側壁部厚さを厚くする手段について鋭意検討を重ねてきた。その結果、かしめ接合に用いる固定アンビルの上面形状と円柱型パンチの下端面形状を工夫することにより、かしめ接合によって形成された凹型部の側壁部厚さを厚くすることが可能であることを見出した。
以下にその詳細を説明する。
【００１１】
通常、かしめ接合では、図２（ａ）に示すように、二枚の金属板１，２を可動式のブレード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・セットする。その後、図２（ｂ）に示すように、金属板に向かって円柱型パンチ３をセットした金属板１，２を押圧して塑性変形させて金属板１，２を接合する。この際、材料は固定式アンビル５の上面に沿って張り出される。その後、半径方向に可動に取付けられたブレード６とともに、半径方向外側に向けて移動する。そして、インターロックを形成して金属板１，２は接合される。
【００１２】
上記のようなかしめ接合の際、図１で示す側壁部厚さＳ１を大きくするためには、金属板１，２の材料の半径方向外側へのアンビル５の上面に沿っての張り出しをより行いやすくすることが有効であると考えられる。
そのため、本発明では、用いるパンチ３とアンビル５の形状を工夫した。すなわち、図３に示すように、円柱型パンチ３の先端部を金属板に向かって凸状の円錐面とするとともに、円柱状アンビル５の上端面を金属板に向かって凹状の円錐面とした。
【００１３】
用いるパンチ３とアンビル５の形状を上記のようなものとすることにより、図３（ｂ）に示すように、金属板１，２の材料の半径方向外側への張り出し・流動が行いやすくなって、金属板１の側壁部厚さＳ1を大きく確保したまま金属板がアンビル５に接触しインターロック部を形成することが可能となる。
図示はしないが、逆に、円柱型パンチ３の先端部を金属板に向かって凹状の円錐面とすると、パンチ押圧時に金属板１は下方向に大きく引き伸ばされることとなるため、形成される金属板１の側壁部厚さは薄くなる。さらに、円柱状アンビル５の上端面を金属板に向かって凸状の円錐面とすると、凹状の円錐面を有する円柱型パンチで押圧する際、金属板１，２の材料の半径方向外側への張り出し・流動が下方向に行われるため、金属板１の側壁部は大きく引き伸ばされることとなり、金属板１の側壁部厚さはさらに薄くなる。
したがって、本発明のように円柱型パンチ３の先端部を金属板に向かって凸状の円錐面とするとともに、円柱状アンビル５の上端面を金属板に向かって凹状の円錐面とすることで効果的に金属板１の側壁部厚さを厚くすることができる。
【００１４】
なお、パンチ３およびアンビル５における円錐の中心角度θ１およびθ２は等しく、１４０〜１６０度程度のものを用いることが好ましい。
パンチ３およびアンビル５における円錐の中心角度θ１およびθ２は１４０度未満であると、パンチ３を押圧する際に、金属板上板が金属板下板より下部に移動しないため、インターロック部を形成できず、金属板を接合できない。逆にこの角度が１６０度を超える程に大きくなると、通常の円柱型底部を有するかしめ接合とほぼ同じ変形形態となり、側壁部を増肉する作用が生じなくなる。接合する板厚と形成する凹入部深さにもよるが、効率的な増肉の観点からは、θ１およびθ２の範囲は１４０〜１６０度とすることが好ましい。
【実施例】
【００１５】
本発明の実施の形態を図３に示す。金属板１および金属板２は表1に示す化学成分と機械的性質を有する厚さが１.６ｍｍのＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系の溶融めっき鋼板を使用した。かしめ用工具として、円柱型パンチ３は直径４.５ｍｍ、固定式アンビル５は直径５ｍｍのものを使用した。円柱型パンチ３の先端部はθ１が１６０度となる凸状の円錐面となっており、アンビル５は先端部の角度θ２が１６０度となる凹状の円錐面となっている。
両板の接合に当っては、図３（ａ）に示すように金属板をブレード６上に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４において金属板をブレード６と挟み込んで固定した。図３（ｂ）に示すように、円柱型パンチ３を３．５ｍｍ押圧し金属板１および２を塑性変形させ金属板同士を接合した。この際、材料は凹状アンビル５の形状に沿って張り出すため、ブレード６は半径方向へ移動する。かくして図４に示すように、円柱型パンチ３によって、金属板１および２を凹状アンビルに押圧することにより、側壁部厚さを確保したまま、インターロック部を形成した。
【００１６】
また比較例として、図２に示すような先端面が平らな状態の従来の円柱型パンチおよびアンビルを用いてかしめ接合した。
本発明方法および従来方法でかしめ接合したものについて、接合部断面のインターロック厚さＣ1と側壁部厚さＳ1を測定した。併せて、ＪＩＳ  Ｚ３１３７に準じて十字引張試験を行った。その結果を表２に示す。
本発明の側壁部厚さＳ1は比較例である従来方法と比較して厚くなっており、十字引張荷重は従来方法と比較して５０％増加していた。凸型円錐型パンチおよび凹型円錐アンビルを用いた本発明が有効であることがわかる。
【００１７】
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【００１８】
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【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】かしめ接合後の側壁部厚さＳ１とインターロック量Ｃ１を説明する図
【図２】通常のかしめ接合方法を説明する図
【図３】本発明のかしめ接合方法を説明する図
【図４】本発明かしめ接合方法によるかしめ接合断面図
【符号の説明】
【００２０】
１：金属板（複合材）      ２：金属板（被複合材）      ３：円柱型パンチ      
４：ストリッパ      ５：固定式アンビル      ６：可動式ブレード      
Ｃ１：インターロック量      Ｓ１：側壁部厚さ      
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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