特許 6117411 板金結合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6117411

(24)【登録日】2017年3月31日

(45)【発行日】2017年4月19日

(54)【発明の名称】板金結合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/00 20060101AFI20170410BHJP

   B23K 20/02 20060101ALI20170410BHJP

   B21D 39/03 20060101ALI20170410BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/00 350

   B23K20/02

   B21D39/03 B

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-121175(P2016-121175)

(22)【出願日】2016年6月17日

(62)【分割の表示】特願2012-163271(P2012-163271)の分割

【原出願日】2012年7月24日

(65)【公開番号】特開2016-165760(P2016-165760A)

(43)【公開日】2016年9月15日

【審査請求日】2016年6月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】306017405

【氏名又は名称】中部冷間株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112472

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 弘

(72)【発明者】

【氏名】石川 孝司

(72)【発明者】

【氏名】吉田 佳典

(72)【発明者】

【氏名】菅沼 友章

【審査官】 竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２７９０４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１３９０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−９０３５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／００ − ２０／２６

Ｂ２１Ｄ ３９／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１と第２の板金を重ね合わせて前記第２の板金側からワーク支持ベースで支持し、前記第１の板金側から局所的にピンで押圧することでスポット膨出部を形成し、前記スポット膨出部で前記第１と第２の板金を圧接させる板金結合方法において、
前記ピンの外側に直動可能に嵌合した可動ベースを設けておき、
前記ワーク支持ベースと前記第２の板金との間に、前記ピンの押圧力で変形可能な背当部材を介在させた状態にし、
前記可動ベースと前記ワーク支持ベースとの間で、前記第１及び第２の板金と前記背当部材とを挟持した状態にして前記ピンで前記第１の板金をその板厚を超える移動量に亘って押圧し、前記第２の板金の外面からの前記スポット膨出部の膨出に伴って前記背当部材を窪ませながら、前記第１と第２の板金を圧接させることを特徴とする板金結合方法。

【請求項2】

前記ピンが前記第１の板金を押圧する移動量が前記第１の板金の板厚を超えるまで、前記背当部材のうち膨出した部分における外面を浮いた状態で維持するための逃がし孔を、前記ワーク支持ベースにおける前記ピンの延長線上に設けておくことを特徴とする請求項１に記載の板金結合方法。

【請求項3】

前記背当部材の引張り強さを前記第２の板金の引張り強さ以上としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の板金結合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１の板金と第２の板金とを重ね合わせて第１の板金側から局所的にピンで押圧して結合させる板金結合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の従来の板金結合方法としては、重ね合わせた第１と第２の板金を第２の板金側からワーク支持ベースで支持した状態で、第１の板金側から局所的にピンで押圧することでスポット膨出部を形成し、そのスポット膨出部で第１と第２の板金を圧接させるものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この結合方法によれば、第１の板金に対するピンの突入量が深まる程、重ね合わせ面の面積が拡大して新生面が多く出現し、結合強度が高まるものと考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−１５０４１６号公報（段落［００１６］〜［００２９］、第１図，第２図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところが、上述した従来の板金結合方法において、ピンの突入量が深まると、スポット膨出部の突出量が大きくなるという問題があった。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、板金対に形成されるスポット膨出部の突出量を抑えつつ、第１と第２の板金を強固に圧接させることが可能な板金結合方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、第１と第２の板金を重ね合わせて前記第２の板金側からワーク支持ベースで支持し、前記第１の板金側から局所的にピンで押圧することでスポット膨出部を形成し、前記スポット膨出部で前記第１と第２の板金を圧接させる板金結合方法において、前記ピンの外側に直動可能に嵌合した可動ベースを設けておき、前記ワーク支持ベースと前記第２の板金との間に、前記ピンの押圧力で変形可能な背当部材を介在させた状態にし、前記可動ベースと前記ワーク支持ベースとの間で、前記第１及び第２の板金と前記背当部材とを挟持した状態にして前記ピンで前記第１の板金をその板厚を超える移動量に亘って押圧し、前記第２の板金の外面からの前記スポット膨出部の膨出に伴って前記背当部材を窪ませながら、前記第１と第２の板金を圧接させることを特徴とする板金結合方法である。

【0007】

請求項２の発明は、前記ピンが前記第１の板金を押圧する移動量が前記第１の板金の板厚を超えるまで、前記背当部材のうち膨出した部分における外面を浮いた状態で維持するための逃がし孔を、前記ワーク支持ベースにおける前記ピンの延長線上に設けておくことを特徴とする請求項１に記載の板金結合方法である。

【0008】

請求項３の発明は、前記背当部材の引張り強さを前記第２の板金の引張り強さ以上としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の板金結合方法である。

【発明の効果】

【0009】

請求項１の発明によれば、ワーク支持ベースと第２の板金との間に背当部材を介在させると共に、ピンの外側に直動可能に嵌合した可動ベースとワーク支持ベースとの間で、第１及び第２の板金と背当部材とを挟持した状態で、第１の板金側からピンによる押圧を行い、第２の板金の背面に突出したスポット膨出部によって背当部材を窪ませながら、第１と第２の板金を圧接させるための背圧を背当部材から第２の板金に付与するようにしたので、第１と第２の板金の重ね合わせ面の面積拡大によって出現した新生面同士を、ピンの押圧力と背当部材の背圧とによって強く押し付けながら摺接させることができる。これにより、スポット膨出部の突出量を抑えながら、第１と第２の板金を強固に圧接させることが可能になる。特に、背当部材の引張り強さを、第２の板金以上とすると、第１と第２の板金を良好に圧接させることができる（請求項３の発明）。

【0010】

ここで、スポット膨出部に押された背当部材の一部を逃がし孔に膨出させるようにしてもよいし（請求項２の発明）、背当部材の材質や形状によっては、スポット膨出部に押されて窪んだ分の体積を、板金対とワーク支持ベースとの間に形成された隙間に逃がすようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】板金結合プレス機の側断面図

【図2】基台の平面図

【図3】背当プレートと第１及び第２の板金とがセットされた状態の板金結合プレス機の側断面図

【図4】上挟持ブロックと下挟持ブロックとの間で板金対及び背当プレートを挟持した状態の板金結合プレス機の側断面図

【図5】ピンによる押圧開始直後の板金結合プレス機の側断面図

【図6】ピンによる押圧終了時の板金結合プレス機の側断面図

【図7】結合された板金対の側断面図

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１には、本発明の板金結合プレス機１０の側断面図が示されている。同図に示すように、板金結合プレス機１０の基台１１の上端部には円盤状のベースブロック１２が備えられ、そのベースブロック１２の中央部には円柱状の下挟持ブロック１３が保持されている。ベースブロック１２の上面と下挟持ブロック１３の上面は面一になっている。下挟持ブロック１３の中心部には逃がし孔１４が形成されている。逃がし孔１４は断面円形をなしていて、下挟持ブロック１３を上下方向に貫通している。逃がし孔１４内には、ノックアウトピン１５が直動可能に備えられている。なお、ノックアウトピン１５を備えていない構造にしてもよい。その場合、逃がし孔１４は、下挟持ブロック１３を貫通していない有底構造であってもよい。下挟持ブロック１３は、本発明の「ワーク支持ベース」に相当する。

【0013】

下挟持ブロック１３の上方には可動盤２０が設けられている。可動盤２０は、板金結合プレス機１０のフレーム（図示せず）に上下動可能に支持されており、その可動盤２０の下端部にはピンホルダ２１が備えられている。ピンホルダ２１の中心部には、下端開放の円筒孔２２が形成されている。円筒孔２２は断面円環状をなしており、その円筒孔２２の下端部に円柱状の上挟持ブロック２３（本発明の「可動ベース」に相当する）が直動可能かつ抜け止め状態で組み付けられている。ピンホルダ２１と上挟持ブロック２３の各中心部にはピン保持孔２１Ａ及びピン挿通孔２３Ａが貫通形成され、それらピン保持孔２１Ａとピン挿通孔２３Ａとに細長円柱状のピン２４が通されている。ピン２４の上端部はテーパー状に拡径しており、ピン保持孔２１Ａのテーパー部と嵌合している。また、ピン保持孔２１Ａに圧入された軸状のバックアップ部材２７がピン２４の上端部に突き当てられていて、ピンホルダ２１とピン２４とが一体に上下動するように固定されている。ここで、ピン２４の形状は円柱状に限定するものではなく、多角柱状でもよい。

【0014】

ピンホルダ２１の円筒孔２２には、コイルスプリング２５が収納されており、そのコイルスプリング２５が円筒孔２２の上端部と上挟持ブロック２３の上面との間で突っ張り状態になっている。これにより、上挟持ブロック２３が円筒孔２２から下方に突出するように付勢され、常には、ピン２４全体がピン挿通孔２３Ａ内に収容された状態（詳細には、ピン２４の下端面と上挟持ブロック２３の下端面とが面一の状態）に維持される。なお、ピンホルダ２１のうちコイルスプリング２５の内側に挿通された中心軸部２１Ｂが、上挟持ブロック２３の上面に陥没形成された中心凹部２３Ｂに直動可能に嵌合していて、ピンホルダ２１に対する上挟持ブロック２３の傾きを防止することができる。

【0015】

さらに、本実施形態の板金結合プレス機１０は、金属製の背当プレート３０を備えている。背当プレート３０は、例えば、平板状をなしており、板金対１００と下挟持ブロック１３との間に挟んで使用される（図４参照）。背当プレート３０は板金をボンデ処理してなり、板厚方向の両面全体にはボンデ皮膜が形成されている。

【0016】

背当プレート３０は、特に材質を限定するものではない。例えば、アルミニウム系金属、鉄系金属、チタン系金属、銅系金属及びその他の金属でもよい。ここで、背当プレート３０は、塑性変形のし易さが、結合の対象物である第１の板金１０１又は第２の板金１０２と同程度であると好ましい。また、背当プレート３０は、第２の板金１０２の引張り強さ以上の引張り強さを有した金属であるとより好ましい。また、背当プレート３０の板厚は、第１の板金１０１及び第２の板金１０２の板厚以上であるとより好ましい。具体的には、例えば、第１の板金１０１又は第２の板金１０２の打ち抜きにより生じた廃材を背当プレート３０に利用してもよい。

【0017】

板金結合プレス機１０の構成は以上である。ここで、第１及び第２の板金１０１，１０２は、材質を限定するものではない。例えば、純アルミニウム（Ａ１０００系）、アルミニウム合金（例えば、Ａ２０００系、Ａ５０００系、６０００系）、純鉄、鉄合金（例えば、Ｓ１０Ｃ〜４５Ｃ、ＳＵＳ３０４，ＳＵ３１６，ＳＵＳ４３０）、純チタン（例えば、ＴＢ３４０Ｃ）、チタン合金、純銅（例えば、無酸素銅）、銅合金及び、その他の金属でもよい。また、第１と第２の板金１０１，１０２の組み合わせは、例えば、アルミニウム合金同士、鉄合金同士といった同種金属の組み合わせでもよいし、純鉄と鉄合金（例えば、ＳＵＳ３０４，ＳＵ３１６，ＳＵＳ４３０等）、鉄系金属（純鉄又は鉄合金）とアルミニウム系金属（純アルミニウム又はアルミニウム合金）、チタン系金属（純チタン又はチタン合金）と鉄系金属（純鉄又は鉄合金）、チタン系金属（純チタン又はチタン合金）とアルミニウム系金属（純アルミニウム又はアルミニウム合金）、銅系金属（純銅又は銅合金）と鉄系金属（純鉄又は鉄合金）、銅系金属（純銅又は銅合金）とアルミニウム系金属（純アルミニウム又はアルミニウム合金）といった異種金属の組み合わせでもよい。

【0018】

次に、板金結合プレス機１０を使用して第１と第２の板金１０１，１０２を結合する方法を説明する。まずは、背当プレート３０を下挟持ブロック１３の上面に載置する。このとき、逃がし孔１４の上面開口を背当プレート３０で塞ぐように配置する（図３参照）。

【0019】

次いで、第１と第２の板金１０１，１０２を重ね合わせた状態にして背当プレート３０の上にセットする。第１と第２の板金１０１，１０２は、予めボンデ処理しておき、各板金１０１，１０２の各片面からボンデ皮膜及び酸化皮膜を除去した後で、それら皮膜が除去された皮膜除去面を重ね合わせる。皮膜の除去は、研磨（例えば、エメリー研磨やワイヤーバフ等）、研削又は薬品処理によって行えばよい。

【0020】

次に、板金結合プレス機１０の可動盤２０を降下させる。すると、図４に示すように、ピン２４と同時に上挟持ブロック２３が板金対１００の上面に当接して、板金対１００及び背当プレート３０のうち、ピン２４が突き当たる部分（ピン２４の延長線上に位置する部分）の周囲が、下挟持ブロック１３と上挟持ブロック２３との間で挟持される。この状態から、さらに可動盤２０を降下させると、ピンホルダ２１が上挟持ブロック２３に対して降下して、図５に示すように、ピン２４が上挟持ブロック２３の下端面から突出する。

【0021】

上挟持ブロック２３の下端面から突出したピン２４は、板金対１００のうち、上側に配置された第１の板金１０１を局所的に押圧する。すると、第１の板金１０１のうち、ピン２４で押圧された部分が局所的に窪んで有底円筒状の陥没部１０１ｃが形成される。また、陥没部１０１ｃの形成に伴って押し退けられた部分が、第２の板金１０２側に押し出されて、第１の板金１０１の重ね合わせ面１０１ａ（皮膜除去面）に略球面状の膨出面１０１ｅが形成される（図７参照）。

【0022】

さらに、第１の板金１０１のうち、ピン２４によって押し退けられた部分に押されて、第２の板金１０２が塑性変形する。即ち、第１の板金１０１に形成された膨出面１０１ｅに倣って第２の板金の重ね合わせ面１０２ａ（皮膜除去面）に略球面状の陥没面１０２ｅが形成され、その重ね合わせ面１０２ａとは反対側の背面１０２ｂに膨出面１０２ｃが形成される。即ち、板金対１００のうちピン２４によって押圧された部分に、背当プレート３０側に膨出したスポット膨出部１００ａが形成される。そして、例えば、図６に示すように、第１の板金１０１に形成された陥没部１０１ｃの底面１０１ｄが、第２の板金１０２の背面１０２ｂと重ね合わせ面１０２ａとの中間に形成されるまで、可動盤２０を降下させてピン２４を陥没部１０１ｃ内に押し込んでいく。

【0023】

上述したように、板金対１００がピン２４に押されて塑性変形すると、これに押されて背当プレート３０が塑性変形する。即ち、背当プレート３０のうち、板金対１００のスポット膨出部１００ａに押された部分が逃がし孔１４内に膨出する。また、背当プレート３０は、板金対１００に対するピン２４の押圧が開始された当初（スポット膨出部１００ａの形成当初）からピン２４の押圧が終了するまで、第１と第２の板金１０１，１０２を圧接させるための背圧を付与し続ける。

【0024】

第１と第２の板金１０１，１０２が上記の如く塑性変形する過程で、それらの重ね合わせ面１０１ａ，１０２ａの面積が徐々に拡大して新生面が出現すると共に、それら新生面同士が摺接する。このとき、ピン２４の押圧力と背当プレート３０の背圧とにより、新生面同士が強く押し付けられながら摺接する。これにより、第１と第２の板金１０１，１０２の重ね合わせ面１０１ａ，１０２ａ同士をスポット膨出部１００ａにおいて圧接させることができる。

【0025】

ピン２４による押圧が完了したら可動盤２０を上昇させ、結合された板金対１００及び使用済みの背当プレート３０を板金結合プレス機１０から取り除く。このとき、ノックアウトピン１５を直動させて板金対１００及び背当プレート３０を下方から突き上げてもよい。背当プレート３０の板厚方向の両面にはボンデ皮膜が形成されているから、背当プレート３０と下挟持ブロック１３との間及び、背当プレート３０と板金対１００（第２の板金１０２）との間で凝着が発生することを確実に防止することができる。また、第１の板金１０１の上面１０１ｂもボンデ皮膜が形成されているから、ピン２４と第１の板金１０１との間で凝着が発生することを防止することができる。

【0026】

このように、本実施形態によれば、下挟持ブロック１３と第２の板金１０２との間に背当プレート３０を介在させると共に、ピン２４の外側に直動可能に嵌合した上挟持ブロック２３と下挟持ブロック１３との間で、第１及び第２の板金１０１，１０２と背当プレート３０とを挟持した状態で、第１の板金１０１側からピン２４による押圧を行い、第２の板金１０２の背面１０２ｂに突出したスポット膨出部１００ａによって背当プレート３０を窪ませながら、第１と第２の板金１０１，１０２を圧接させるための背圧を背当プレート３０から第２の板金１０２に付与するようにしたので、第１と第２の板金１０１，１０２の重ね合わせ面１０１ａ，１０２ａの面積拡大によって出現した新生面同士を、ピン２４の押圧力と背当プレート３０の背圧とによって強く押し付けながら摺接させることができる。これにより、スポット膨出部１００ａの突出量を抑えながら、第１と第２の板金１０１，１０２を強固に圧接させることが可能になる。

【0027】

［実施例］
上記実施形態で説明した板金結合プレス機１０を使用し、以下の条件において、第１と第２の板金１０１，１０２（板金対１００）を結合した。即ち、第１の板金１０１として、厚さ３．０ｍｍの鉄系合金（炭素鋼Ｓ４５Ｃ）製の板金を用意し、第２の板金１０２として、厚さ３．０ｍｍのアルミニウム系合金（Ａ２０１７）製の板金及び厚さ３．０ｍｍの純アルミニウム（Ａ１０００系）製の板金を用意し、背当プレート３０として、厚さ３．０ｍｍの鉄系合金（炭素鋼Ｓ４５Ｃ）製の板金を用意した。そして、直径５．０ｍｍのピン２４を用いて、第１の板金１０１に形成される陥没部１０１ｃの底面１０１ｄの位置が、第２の板金１０２の背面１０２ｂから１．５ｍｍだけ、重ね合わせ面１０２ａ側にオフセットした位置になるようなスポット膨出部１００ａを形成して、第１と第２の板金１０１，１０２を結合した。

【0028】

上記条件で結合された板金対１００に対して「ＪＩＳ Ｚ３１３７」で規定された十字引張試験を行い、結合強度を確認した。また、十字引張試験によって分離した第１及び第２の板金１０１，１０２の剥離面を電子顕微鏡によって観察する実験を行った。

【0029】

［実験結果］
十字引張試験の結果、第２の板金１０２をアルミニウム系合金（Ａ２０１７）製の板金とした場合に、第１と第２の板金１０１，１０２を分離させるのに要した荷重（結合強度）は約５００［ｋｇｆ］であった。また、第２の板金１０２を純アルミニウム（Ａ１０００系）製の板金とした場合に、第１と第２の板金１０１，１０２を分離させるのに要した荷重（結合強度）は約２２６［ｋｇｆ］であった。また、電子顕微鏡による観察の結果、第１の板金１０１の剥離面（重ね合わせ面１０１ａに形成された膨出面１０１ｅ）には、第２の板金１０２（アルミニウム系合金又は純アルミニウム）の一部が付着していることが確認できた。このことから、スポット膨出部１００ａでは、第１の板金１０１と第２の板金１０２とが圧接されていることが分かった。

【0030】

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

【0031】

（１）上記実施形態では、下挟持ブロック１３の上面１３Ａに逃がし孔１４を形成していたが、逃がし孔１４を形成せずに、背当プレート３０のうち、スポット膨出部１００ａによって押し退けられた部分を、板金対１００と下挟持ブロック１３との間の隙間で側方に逃がすようにしてもよい。

【0032】

（２）上記実施形態では、板金対１００の１箇所にスポット膨出部１００ａを形成して圧接させる構成であったが、ピンホルダ２１に複数のピン２４を取り付けておき、同時に複数のスポット膨出部１００ａを形成して圧接させることが可能な構成としてもよい。その場合、複数のピン２４にそれぞれ対応するように複数の逃がし孔１４を設けてもよいし、複数のピン２４で１つの逃がし孔１４を共用する構成にしてもよい。複数のピン２４で１つの逃がし孔１４を共用する構成にすれば、ピン２４と同一複数の逃がし孔１４を設けた場合に比べて、下挟持ブロック１３の制作費を抑えることができる。

【0033】

（３）上記実施形態では、背当プレート３０が金属製であったが、背当プレート３０を弾性変形可能な樹脂製又はゴム製としてもよい。このようにすれば、背当プレート３０を繰り返し使用することが可能になる。

【0034】

（４）上記実施形態では、第２の板金１０２の背面１０２ｂにボンデ皮膜が形成されていたが、背当プレート３０の板厚方向の両面にボンデ皮膜が形成されている場合には、第２の板金１０２の背面１０２ｂのボンデ皮膜は無くてもよい。

【0035】

（５）上記実施形態では、第１及び第２の板金のうち重ね合わせ面１０１ａ，１０２ａとは反対側の上面１０１ｂ及び背面１０２ｂにボンデ皮膜を形成していたが、ボンデ皮膜を形成する替わりに油（塑性加工油）を塗布しても、同等の効果を奏する。

【0036】

（６）上記実施形態では、第１と第２の板金１０１，１０２とを重ね合わせてなる板金対１００の下に背当プレート３０が配置されて、板金対１００を上方からピン２４で押圧する構成となっていたが、板金対１００の上に背当プレート３０が配置されて、板金対１００を下方からピン２４で押圧する構成としてもよい。

【0037】

（７）上記実施形態において、本発明に係る「背当部材」として例示した背当プレート３０は板状であったが、「背当部材」は板状である必要はなく、例えば、ブロック状（丸棒材を輪切りにした切断材）でもよい。

【符号の説明】

【0038】

１０ 板金結合プレス機
１２ ベースブロック
１３ 下挟持ブロック（ワーク支持ベース）
１４ 逃がし孔
２０ 可動盤
２１ ピンホルダ
２３ 上挟持ブロック（可動ベース）
２４ ピン
３０ 背当プレート（背当部材）
１００ａ スポット膨出部
１０１ 第１の板金
１０２ 第２の板金

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】