JP7035695B2 - 接合装置および接合体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、接合装置および接合体の製造方法に関する。

従来、金属製の複数の板材をメカニカルクリンチによって接合する接合装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

従来の接合装置は、凹部を有するダイと、凹部と対向配置されるパンチとを備え、パンチがダイに対して移動可能に構成されている。そして、ダイに平坦な下板（ダイ側に配置される板材）および上板（パンチ側に配置される板材）が載置された状態でパンチがダイに向けて移動されることにより、パンチによって上板および下板が凹部側に押圧されて変形され、インターロック部が形成される。このインターロック部により、上板および下板が機械的に接合される。

特開２００９－２２６４１４号公報

ここで、従来の接合装置では、上板の強度が下板の強度よりも低い場合に、インターロック部の形成が困難になることが考えられる。具体的に、上板の強度が下板の強度よりも低い場合には、パンチによって上板および下板を凹部側に押圧する際に、下板とパンチとの間の上板を構成する金属（上板母材）がパンチの外周側へと流動し、パンチと下板との間の上板母材が不足することにより、インターロック部が形成できなくなるおそれがある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、パンチ側に配置される板材の強度がダイ側に配置される板材の強度よりも低い場合であっても、インターロック部を形成することが可能な接合装置およびその接合装置を用いた接合体の製造方法を提供することである。

本発明による接合装置は、金属製の複数の板材をメカニカルクリンチによって接合するものであり、凹部を有するダイと、凹部と対向配置されるパンチとを備える。ダイおよびパンチの相対的な移動方向から見た場合に、パンチが凹部の内側に配置されている。パンチは、内側パンチ部と、内側パンチ部の周囲に配置される外側パンチ部とを含み、内側パンチ部および外側パンチ部が相対的に移動可能に構成され、先端に窪みを形成可能である。そして、接合装置は、パンチの先端に窪みが形成された状態で、ダイおよびパンチを相対的に移動させることにより、パンチによって複数の板材を凹部側に押圧して変形させ、パンチの先端を凹部に侵入させた後に、内側パンチ部および外側パンチ部を相対的に移動させることにより、内側パンチ部によって窪み内の金属を押し出すように構成されている。

このように構成することによって、パンチの先端の窪みに板材を構成する金属（母材）を確保することができるので、その金属を押し出すことによりインターロック部を形成することができる。

上記接合装置において、複数の板材は、２枚の板材であり、パンチ側に配置される板材は、ダイ側に配置される板材に比べて強度が低くされていてもよい。

このように構成すれば、パンチ側に配置される板材の強度がダイ側に配置される板材の強度よりも低い場合に、インターロック部を形成することができる。
上記接合装置において、窪み内の金属を押し出す際に、内側パンチ部および外側パンチ部を相対的に移動させ、パンチの先端が平坦にされるように構成されていてもよい。

本発明による接合体の製造方法は、凹部を有するダイと凹部と対向配置されるパンチとを備える接合装置を用いて、金属製の複数の板材がメカニカルクリンチによって接合された接合体を製造するものである。ダイおよびパンチの相対的な移動方向から見た場合に、パンチが凹部の内側に配置されている。パンチは、内側パンチ部と、内側パンチ部の周囲に配置される外側パンチ部とを含み、内側パンチ部および外側パンチ部が相対的に移動可能に構成され、先端に窪みを形成可能である。そして、接合体の製造方法は、パンチの先端に窪みが形成された状態で、ダイおよびパンチを相対的に移動させることにより、パンチによって複数の板材を凹部側に押圧して変形させ、パンチの先端を凹部に侵入させる工程と、内側パンチ部および外側パンチ部を相対的に移動させることにより、内側パンチ部によって窪み内の金属を押し出す工程とを備える。

このように構成することによって、パンチの先端の窪みに板材を構成する金属（母材）を確保することができるので、その金属を押し出すことによりインターロック部を形成することができる。

上記接合体の製造方法において、複数の板材は、２枚の板材であり、パンチ側に配置される板材は、ダイ側に配置される板材に比べて強度が低くされていてもよい。

このように構成すれば、パンチ側に配置される板材の強度がダイ側に配置される板材の強度よりも低い場合に、インターロック部を形成することができる。
上記接合体の製造方法において、窪み内の金属を押し出す工程では、パンチの先端が平坦になるように、内側パンチ部および外側パンチ部を相対的に移動させるようにしてもよい。

本発明の接合装置およびその接合装置を用いた接合体の製造方法によれば、パンチ側に配置される板材の強度がダイ側に配置される板材の強度よりも低い場合であっても、インターロック部を形成することができる。

本実施形態による接合装置を説明するための模式的な断面図である。 図１の接合装置のパンチの先端を示した図である。 図１の接合装置のダイの凹部を示した平面図である。 本実施形態による接合装置を用いた接合体の製造方法を説明するための図であって、パンチの先端に窪みが形成された状態を示した模式的な断面図である。 本実施形態による接合装置を用いた接合体の製造方法を説明するための図であって、パンチの先端がダイの凹部に侵入した状態を示した模式的な断面図である。 本実施形態による接合装置を用いた接合体の製造方法を説明するための図であって、内側パンチ部によって窪み内の金属が押し出された状態を示した模式的な断面図である。 本実施形態による接合装置を用いた接合体の製造方法を説明するための図であって、パンチが抜き取られた状態を示した模式的な断面図である。 本実施形態の接合装置によって接合された接合体を示した模式的な断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１～図３を参照して、本発明の一実施形態による接合装置１００について説明する。

接合装置１００は、金属製の２枚の板材６０および７０をメカニカルクリンチによって接合するように構成されている。この接合装置１００は、図１に示すように、ダイ１およびパンチ２を備え、パンチ２がダイ１に対して移動可能に構成されている。

ダイ１は、板材６０および７０を載置可能な表面１ａを有する。表面１ａには、凹部１１が形成されている。凹部１１（図３参照）は、平面的に見て（Ｚ１方向から見て）円形に形成されている。この凹部１１の深さは、たとえば、板材６０および７０の厚みなどに応じて設定されている。凹部１１の底面１１ａの周縁には、円環状の溝部１１ｂ（図３参照）が形成されている。

板材６０および７０は、ダイ１の表面１ａに積層されている。具体的には、板材６０がダイ１の表面１ａに載置され、板材７０が板材６０に載置されている。板材６０の材質は、たとえば高張力鋼であり、板材７０の材質は、たとえばアルミニウム合金である。このため、板材７０の強度（引張強度）が板材６０の強度よりも低い。すなわち、板材７０が板材６０に比べて展性が高く、圧力が加えられた場合に板材７０が板材６０に比べて変形しやすい。なお、板材６０は、本発明の「ダイ側に配置される板材」の一例であり、板材７０は、本発明の「パンチ側に配置される板材」の一例である。

パンチ２は、ダイ１の凹部１１と対向配置され、ダイ１に対して上下方向（Ｚ１およびＺ２方向）に移動可能に構成されている。パンチ２（図２参照）は、先端２ａ側から見て（Ｚ２方向から見て）円形に形成されている。パンチ２の中心軸が凹部１１の中心に一致され、パンチ２の直径は凹部１１の直径よりも小さくされている。このパンチ２は、中心に配置される内側パンチ部２１と、内側パンチ部２１の周囲に配置される外側パンチ部２２とを含んでいる。

内側パンチ部２１が円柱状に形成されるとともに、外側パンチ部２２が円筒状に形成されており、外側パンチ部２２の内部に内側パンチ部２１が嵌め合わされている。内側パンチ部２１および外側パンチ部２２は、相対的に移動可能に構成され、先端２ａに窪み２３（図４参照）を形成可能に構成されている。

そして、接合装置１００は、パンチ２の先端２ａに窪み２３が形成された状態で、板材６０および７０が載置されたダイ１に対してパンチ２を下方向（Ｚ１方向）に移動させることにより、パンチ２によって板材６０および７０を凹部１１側に押圧して変形させた後に、内側パンチ部２１によって窪み２３内の金属７１（図５参照）を押し出すように構成されている。

－接合体の製造方法－
次に、図１および図４～図８を参照して、本実施形態の接合装置１００を用いた接合体５０の製造方法（接合装置１００の動作例）について説明する。

まず、図１に示すように、ダイ１の表面１ａに板材６０が載置されるとともに、板材６０に板材７０が載置される。パンチ２側に配置される板材７０は、ダイ１側に配置される板材６０に比べて強度が低い。板材６０および７０は、ストリッパ（図示省略）によってダイ１の表面１ａに押さえ付けられる。

そして、外側パンチ部２２が下方向（Ｚ１方向）に移動されることにより、図４に示すように、パンチ２の先端２ａに窪み２３が形成される。次に、内側パンチ部２１および外側パンチ部２２の両方が下方向に移動される。このため、外側パンチ部２２が内側パンチ部２１よりも先に板材７０ａに接触して入り込む。そして、パンチ２の窪み２３に板材７０ａを構成する金属（上板母材）７１が充填される。この金属７１は、後述するインターロック部７４（図６参照）が形成される際に利用される。すなわち、パンチ２の窪み２３は、インターロック部７４を形成するための金属７１を確保しておくために設けられている。

また、内側パンチ部２１および外側パンチ部２２の両方がさらに下方向に移動され、パンチ２によって板材７０ａおよび６０が押圧されることにより、板材７０ａおよび６０が変形され、図５に示すように、パンチ２の先端２ａが凹部１１に侵入される。このとき、板材６０ａでは、凹部１１の底面１１ａに接触する底部６１が形成されるとともに、凹部１１の内周面に接触する側周部６２が形成される。また、板材７０ｂでは、板材６０ａの底部６１とパンチ２の先端２ａとの間に底部７２が形成されるとともに、板材６０ａの側周部６２と外側パンチ部２２の外周面との間に側周部７３が形成される。窪み２３には金属７１が充填されており、底部７２では内側パンチ部２１と対応する領域が外側パンチ部２２と対応する領域に比べて厚くなっている。なお、凹部１１に対するパンチ２の侵入量は、たとえば、凹部１１の深さなどに応じて設定される。

次に、内側パンチ部２１が下方向に移動されることにより、図６に示すように、パンチ２の窪み２３が解消され、パンチ２の先端２ａが平坦にされる。このため、窪み２３内の金属７１（図５参照）が押し出され、その圧力により、板材６０ｂに環状突部６３が形成されるとともに、板材７０ｃにインターロック部７４が形成される。環状突部６３は、板材６０ａ（図５参照）を構成する金属が溝部１１ｂに逃がされることによって形成され、インターロック部７４は、環状突部６３に伴って形成される。インターロック部７４は、側周部７３から径方向の外側に張り出すように形成され、板材６０ｂの側周部６２に食い込むように形成される。したがって、インターロック部７４が側周部６２に係合され、板材６０ｂおよび７０ｃが機械的に接合される。

その後、パンチ２が上方向（Ｚ２方向）に移動されることにより、図７に示すように、パンチ２が板材６０ｂおよび７０ｃから抜き取られる。そして、ストリッパによる押圧が解除され、板材６０ｂおよび７０ｃがダイ１から取り外される。

このようにして、図８に示すような接合体５０が製造される。この接合体５０では、円環状のインターロック部７４によって板材６０ｂおよび７０ｃが機械的に接合されている。すなわち、積層された平坦な板材６０および７０がダイ１およびパンチ２によって変形（塑性変形）されることにより板材６０ｂおよび７０ｃが形成され、その板材６０ｂおよび７０ｃがインターロック部７４によって接合されて接合体５０となっている。なお、接合体５０では、一面（パンチ２側の面）５０ａに凹部５１が形成され、他面（ダイ１側の面）５０ｂに突部５２が形成されている。

－効果－
本実施形態では、上記のように、パンチ２の先端２ａに窪み２３が形成された状態で、パンチ２を下方向に移動させることにより、パンチ２によって板材６０および７０を凹部１１側に押圧して変形させた後に、内側パンチ部２１によって窪み２３内の金属７１を押し出すように構成されている。このように構成することによって、パンチ２の先端２ａの窪み２３に板材７０ｂを構成する金属（上板母材）７１を確保することができるので、その金属７１を押し出すことによりインターロック部７４を形成することができる。したがって、パンチ２側に配置される板材７０の強度がダイ１側に配置される板材６０の強度よりも低い場合であっても、インターロック部７４を形成することができるので、接合体５０を製造することができる。

－他の実施形態－
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、接合装置１００が２枚の板材６０および７０をメカニカルクリンチによって接合する例を示したが、これに限らず、接合装置が３枚以上の板材をメカニカルクリンチによって接合するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、板材７０の強度が板材６０の強度よりも低い例を示したが、これに限らず、両板材の強度が同じであってもよい。すなわち、板材７０の材質がアルミニウム合金であり、板材６０の材質が高張力鋼である例を示したが、これに限らず、両板材の材質が同じ（たとえば、アルミニウム合金）であってもよい。

また、上記実施形態において、板材６０および７０の厚みは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

また、上記実施形態では、ダイ１に対してパンチ２が移動される例を示したが、これに限らず、パンチに対してダイが移動されるようにしてもよい。たとえば、窪みが形成されたパンチに対してダイが移動され、ダイの凹部にパンチの先端が侵入された後に、外側パンチ部がダイとともに移動されることにより、窪み内の金属が押し出されるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、パンチ２および凹部１１が円形である例を示したが、これに限らず、パンチおよび凹部が多角形などのその他の形状であってもよい。

また、上記実施形態では、凹部１１に溝部１１ｂが形成される例を示したが、これに限らず、凹部に溝部が形成されていなくてもよい。

本発明は、金属製の複数の板材をメカニカルクリンチによって接合する接合装置、および、その接合装置を用いた接合体の製造方法に利用可能である。

１ ダイ
２ パンチ
２ａ 先端
１１ 凹部
２１ 内側パンチ部
２２ 外側パンチ部
２３ 窪み
５０ 接合体
６０、６０ａ、６０ｂ 板材（ダイ側に配置される板材）
７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ 板材（パンチ側に配置される板材）
７１ 金属
１００ 接合装置

Claims (6)

1. 金属製の複数の板材をメカニカルクリンチによって接合する接合装置であって、
   凹部を有するダイと、
   前記凹部と対向配置されるパンチとを備え、
   前記ダイおよび前記パンチの相対的な移動方向から見た場合に、前記パンチが前記凹部の内側に配置され、
   前記パンチは、内側パンチ部と、前記内側パンチ部の周囲に配置される外側パンチ部とを含み、前記内側パンチ部および前記外側パンチ部が相対的に移動可能に構成され、先端に窪みを形成可能であり、
   前記パンチの先端に窪みが形成された状態で、前記ダイおよび前記パンチを相対的に移動させることにより、前記パンチによって前記複数の板材を前記凹部側に押圧して変形させ、前記パンチの先端を前記凹部に侵入させた後に、前記内側パンチ部および前記外側パンチ部を相対的に移動させることにより、前記内側パンチ部によって前記窪み内の金属を押し出すように構成されていることを特徴とする接合装置。
2. 請求項１に記載の接合装置において、
   前記複数の板材は、２枚の板材であり、
   前記パンチ側に配置される板材は、前記ダイ側に配置される板材に比べて強度が低いことを特徴とする接合装置。
3. 請求項１または２に記載の接合装置において、
   前記窪み内の金属を押し出す際に、前記内側パンチ部および前記外側パンチ部を相対的に移動させ、前記パンチの先端が平坦にされるように構成されていることを特徴とする接合装置。
4. 凹部を有するダイと前記凹部と対向配置されるパンチとを備える接合装置を用いて、金属製の複数の板材がメカニカルクリンチによって接合された接合体を製造する接合体の製造方法であって、
   前記ダイおよび前記パンチの相対的な移動方向から見た場合に、前記パンチが前記凹部の内側に配置され、
   前記パンチは、内側パンチ部と、前記内側パンチ部の周囲に配置される外側パンチ部とを含み、前記内側パンチ部および前記外側パンチ部が相対的に移動可能に構成され、先端に窪みを形成可能であり、
   前記パンチの先端に窪みが形成された状態で、前記ダイおよび前記パンチを相対的に移動させることにより、前記パンチによって前記複数の板材を前記凹部側に押圧して変形させ、前記パンチの先端を前記凹部に侵入させる工程と、
   前記内側パンチ部および前記外側パンチ部を相対的に移動させることにより、前記内側パンチ部によって前記窪み内の金属を押し出す工程とを備えることを特徴とする接合体の製造方法。
5. 請求項４に記載の接合体の製造方法において、
   前記複数の板材は、２枚の板材であり、
   前記パンチ側に配置される板材は、前記ダイ側に配置される板材に比べて強度が低いことを特徴とする接合体の製造方法。
6. 請求項４または５に記載の接合体の製造方法において、
   前記窪み内の金属を押し出す工程では、前記パンチの先端が平坦になるように、前記内側パンチ部および前記外側パンチ部を相対的に移動させることを特徴とする接合体の製造方法。
   

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