JP2000061559A

JP2000061559A - 金属薄板結合装置及び結合部の品質管理方法

Info

Publication number: JP2000061559A
Application number: JP10239073A
Authority: JP
Inventors: Fujio Nakazono; 富士雄中園
Original assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Current assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2000-02-29

Abstract

(57)【要約】【課題】重ね合わせた金属薄板１，２を分割型ダイス
６（６’，７）とパンチ８を用いて結合するに当たり、
結合部５の品質（結合強度）の判定を能率よく行えるよ
うにする。【解決手段】据え込みによりパンチ８と直交する方向
に展延する金属薄板１，２がダイス６の分壁部７を拡開
させるとき、分壁部７の変位をセンサ10で検出し、その
検出値に基づいて、結合強度の判定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属薄板結合部の
品質管理に関するものであり、より詳しくは、積層した
金属薄板を据え込み加工によって一体構造に結合する際
の、結合部の品質（結合強度）の連続自動判定手段を提
供するものである。ここに、結合品質とは、結合部のせ
ん断強度および剥離強度をいう。

【０００２】

【従来の技術】接着や溶接あるいはビス留めなどの部材
結合手段に代わって、カシメ加工の変形例として知られ
る据え込み加工方式が工業化されている（例えば、特公
昭６０−１８２５９号公報、６１−８７９３５号公
報）。

【０００３】据え込み加工としては、図４（Ａ）に示す
ように結合部に切れ目の生じないタイプと、図４（Ｂ）
に示すように結合部に切れ目の生ずるタイプが知られて
いる。いずれも、ダイス（６）とパンチ（８）を備えた
加工機を用いる。アンビル（６’）とその周囲に弾性拡
開可能に配置された分壁部（７）とによって、パンチ
（８）の先端部を受け入れるダイス穴が形成されてい
る。

【０００４】図４（Ａ）に従って切れ目の生じないタイ
プの結合工程を説明すると、積層した金属薄板（１）
（２）をダイス（６）の上に位置決め固定した状態で、
クランプ機構であるストリッパー（９）による加圧力を
作用させ、パンチ（８）を進出させることにより、ダイ
ス穴内で金属薄板（１）（２）を絞り込んでダイス側に
膨出させ、引き続くパンチ（８）のさらなる進出によ
り、アンビル（６’）との間で膨出部（３）の底部
（４）を据え込んでパンチ（８）の軸線と直交する方向
に展延させて、パンチ（８）側に凹みを有するボタン状
の、切れ目のない結合部（５）を形成させる。この結合
部（５）には切れ目がないため水密、気密が要求される
場合に有利である。

【０００５】図４（Ｂ）に従って切れ目の生ずるタイプ
すなわち切り開きタイプの結合工程を説明すると、積層
した金属薄板（１）（２）をダイ（６）の上に位置決め
固定した状態で、クランプ機構であるストリッパー
（９）による加圧力を作用させ、パンチ（８）を進出さ
せることにより、パンチ（８）のエッジで金属薄板
（１）（２）を切断するとともにパンチ穴内で絞り込ん
で膨出部（３）を形成させ、引き続くパンチ（８）のさ
らなる進出によって、アンビル（６’）との間で膨出部
（３）の底部（４）を据え込み、パンチ（８）の軸線と
直交する方向に展延させて結合部（５）を形成する。展
延した膨出部（３）の底部（４）が切れ目を越えて延在
し、下側の金属薄板（２）の下面に係合するため、結合
強度の高い結合部（５）が得られる。この結合部（５）
は、切れ目があるため水密、気密を必要とする用途には
適さない反面、重ね合わせた金属薄板（１）（２）のず
れ及び剥離の双方に関して結合強度が高いという特長が
ある。

【０００６】上述のいずれの結合方式においても据え込
み加工によって形成される結合部（５）は、実用上十分
な機械的強度（結合強度）を具備する必要がある。この
結合強度を計測し、製品の強度が予め設定されている基
準値に達しているか否かを判定するため、結合部（５）
の形状と寸法の変化をノギス、キャリパーゲージあるい
はマイクロメータなどで測定するマニュアル方式の抜き
取り検査方法が採用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のマニュアル方式
の検査では、抜き取り方式で結合部（５）の寸法変化を
所定の時間的間隔で繰り返し測定しているに過ぎないた
め、全数検査が不可能であり、結合不良個所の検出能力
も実用上十分な水準に維持されておらなかった。また、
マニュアル方式の測定であるため、検査に人手を要し、
省力化を促進する上にも大きな制約が認められていた。

【０００８】本発明は、かかる結合部の品質（結合強
度）の判定を能率よく行えるようにすることを技術的課
題をするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決手段とし
て本発明は、積層した金属薄板を据え込み加工によって
一体に結合する可動ブレードタイプのダイおよびパンチ
からなる薄板据え混み装置において、上記可動ブレード
の変位に基づいて結合部の良否を判定するようにしたも
のである。

【００１０】すなわち、請求項１の発明は、所定のスト
ロークにて進退駆動されるパンチと、弾性拡開可能な分
壁部とアンビルとでダイス穴を形成したダイスを備えた
据込み加工機を用い、重ね合わせた金属薄板をパンチと
ダイスの間に配置し、パンチを進出させることによっ
て、前記金属薄板をダイス穴内に絞り込んで膨出部を形
成させ、引き続きパンチをさらに進出させることによっ
て、パンチとアンビルとの間で膨出部の底部を据え込ん
でパンチの軸線と直交する方向に展延させ、展延する膨
出部の底部により分壁部を拡開させるようにした金属薄
板の結合方法において、分壁部の変位に基づいて結合部
の良否の判定をすることを特徴とする金属薄板結合部の
品質管理方法である。

【００１１】請求項２の発明は、所定のストロークにて
進退駆動されるパンチと、弾性拡開可能な分壁部とアン
ビルとでダイス穴を形成したダイスを備えた据込み加工
機を用い、重ね合わせた金属薄板をパンチとダイスの間
に配置し、パンチを進出させることによって、前記金属
薄板をダイス穴内に絞り込んで膨出部を形成させ、引き
続きパンチをさらに進出させることによって、パンチと
アンビルとの間で膨出部の底部を据え込んでパンチの軸
線と直交する方向に展延させ、展延する膨出部の底部に
より分壁部を拡開させるようにした金属薄板結合装置に
おいて、分壁部の変位を検出するための変位センサを設
けたことを特徴とする金属薄板結合装置である。分壁部
の拡開方向の延長線上にセンサを配置することによっ
て、分壁部の変位を検出することができる。

【００１２】ダイスの分壁部の変位を自動的に検出し、
この検出値から据え込み加工による結合部の寸法を自動
的に求める。これにより、結合部の品質（結合強度）の
判定の自動化が実現し、結合行程の能率を低下させるこ
となく、オンラインによる全数検査が可能となったもの
である。

【００１３】

【発明の実施の形態】据え込み加工装置は、図１に示す
ように、同軸状に配置されたダイス（６）とパンチ
（８）とを主要な構成要素としている。パンチ（８）は
軸線方向に進退可能に支持され、所定のストロークにて
駆動される。図１は、中心線の両側にパンチ（８）が進
出する前の状態と進出した状態を振り分けて示してあ
る。パンチ（８）の外側には圧縮コイルばねで図の下方
に向けて押圧されたストリッパー（９）が配置されてい
る。

【００１４】ダイス（６）は、アンビル（６’）と、ア
ンビル（６’）の周囲に配置された複数の弾性拡開可能
な分壁部（７）を備え、アンビル（６’）と分壁部
（７）とで、パンチ（８）と協働して一種の絞り加工を
遂行するためのダイス穴を画成している。すなわち、ア
ンビル（６’）の頂面がダイス穴の底面を形成し、分壁
部（７）の互いに対向する面がダイス穴の周壁面を形成
する。

【００１５】図１に例示した実施の形態ではダイス
（６）は二分割型で、アンビル（６’）の両側に一対の
分壁部（７）を向かい合わせに配置してある。各分壁部
（７）はピン（１３）を中心として回転可能に支持され
ている。そして、一対の分壁部（７）の上端はアンビル
（６’）を挟んで向かい合っており、下端間にはリター
ンスプリング（１２）を介在させてある。したがって、
分壁部（７）は、通常、図１の中心線の右側に実線で示
すように、上端が縮径した姿勢に弾性的に保持されてい
る。

【００１６】なお、分割部（７）は、後述するように据
え込みの結果として展延する膨出部（３）の底部（４）
から所定値を越える力を受けることによって拡開し、当
該力の解除と同時に復元し得るようにしたいわゆる弾性
拡開可能な構成のものであればよく、図１に例示した構
成に限られない。たとえば、リターンスプリング（１
２）としては圧縮コイルばねのほか板ばね、ゴムや樹脂
等の弾性材料等を適宜選択して採用することができる。
また、そのようなリターンスプリング（１２）に代え
て、あるいはそれに加えて、拡開後の分壁部（７）を復
元させるためのリング状の部材を分壁部（７）の外周に
巻くことも可能である。

【００１７】次に、結合工程を説明すると、まず、図１
の中心線の右側に示すように、ダイス（６）の上に重ね
合わせた金属薄板（１）（２）を載置して、ストリッパ
ー（９）で押さえて位置決めする。そして、パンチ
（８）を進出させることによって、金属薄板（１）
（２）をダイス穴内に絞り出して膨出部（３）を形成さ
せる。この絞り工程では、リターンスプリング（１２）
の作用で、分壁部（７）は図１の中心線の右側に実線で
示される姿勢に保持される。

【００１８】つづいて、パンチ（８）をさらに進出させ
ることにより、図１の中心線の左側に示すように、膨出
部（３）の底部（４）が、パンチ（８）とアンビル
（６’）とによって据え込まれる。このとき、膨出部
（３）の底部（４）がパンチ（８）の軸線と直交する方
向に展延し、分壁部（７）を押して拡開させる。このよ
うに、膨出部（３）の底部（４）が展延して分壁部
（７）を拡開させるため、ダイス穴に食い込むことがな
く、結合を終えた金属薄板（１）（２）の取外しが容易
となる。

【００１９】結合を終えたら、ストリッパー（９）で金
属薄板（１）（２）を押さえたままパンチ（８）を後退
させて、パンチ（８）を膨出部（３）から脱出しさせた
後、パンチ（８）およびストリッパー（９）を上昇させ
る。そして、結合された金属薄板（１）（２）を加工機
から取り外す。

【００２０】結合部（５）の形状は概ね図３に示すとお
りである。膨出部（３）の底部（４）の厚さ（図３
（Ａ）のＳＨ）をシャットハイトと呼び、膨出部（３）
の直径（図３（Ｂ）（Ｃ）のＢＤ）をボタン寸法と呼ぶ
こととする。ちなみに、従来ボタン寸法（ＢＤ）を測定
するに際しては、二分割型の分壁部（７）を備えたダイ
ス（６）を使用する場合には、図３（Ｂ）に示すよう
に、分壁部（７）の合せ目に形成された二つの凸部を避
けた最小径を測定し、三分割型の分壁部（７）を備えた
ダイス（６）を使用する場合には、図３（Ｃ）に示すよ
うに、分壁部（７）の合せ目に生じた三つの凸部のうち
の一つとそれから１８０度離れた位置との距離を測定し
ている。

【００２１】結合部（５）の結合強度はシャットハイト
（ＳＨ）およびボタン寸法（ＢＤ）と相関関係にあるこ
とが確認されている。したがって、シャットハイト（Ｓ
Ｈ）およびボタン寸法（ＢＤ）のどちらか一方または両
方を測定すれば、当該結合部（５）の結合強度が所定の
範囲内にあるか否かの判定をすることができる。また、
ボタン寸法（ＢＤ）は据え込みによって拡開した膨出部
（３）の底部（４）の外径であること、および、シャッ
トハイト（ＳＨ）は当該底部（４）の厚さであることか
ら、ボタン寸法（ＢＤ）とシャットハイト（ＳＨ）は負
の相関関係にあることが理解される。

【００２２】そこで、図１に示すように、一方の分壁部
（７）に隣接する位置にセンサ（１０）を設置する。セ
ンサ（１０）としては、たとえば渦電流式の変位センサ
を使用することができる。圧電素子その他の位置検出セ
ンサももちろん使用可能である。このセンサ（１０）
は、分壁部（７）の変位を検出するため、分壁部（７）
の揺動方向の延長線上にセンサヘッド（１１）を臨ませ
る。なお、使用するセンサによっては、分壁部（７）の
揺動方向と直交する向きにセンサヘッド（１１）を配置
することもある。

【００２３】図２に、図１に示した構成の装置により金
属薄板（１）（２）を結合し、そのとき得られた結合部
（５）のボタン寸法（ＢＤ）を横軸に取り、センサ（１
０）の出力値（Ｖ）を縦軸に取って両者の関係を示す。
サンプルは４グループであり、それぞれボタン寸法（Ｂ
Ｄ）が約６．２ｍｍ、約６．４ｍｍ、約６．６ｍｍ、約
６．８ｍｍであった。また、シャットハイト（ＳＨ）の
平均値（０．９５ｍｍ、０．８５ｍｍ、０．７５ｍｍ、
０．６５ｍｍ）を付記してある。

【００２４】結合部（５）のボタン寸法（ＢＤ）は、分
壁部（７）の変位としてセンサ（１０）に連続的に伝達
される。据え込み加工による結合部（５）の寸法の変
化、例えばボタン寸法（ＢＤ）の変化と、センサ（１
０）によって検出される分壁部（７）の拡開方向に沿っ
て測った変位量との関係を、図２に示すように、予めセ
ンサ出力値（Ｖ）とボタン寸法（ＢＤ）との関係式とし
て設定しておき、分壁部（７）の拡開方向に沿う変位量
をセンサ（１０）の検出値として読み取り、上記関係式
に従って演算処理することによって、ボタン寸法（Ｂ
Ｄ）の変化が、連続的、かつ、自動的に求められる。し
たがって、センサ（１０）の出力信号に基づいて、結合
動作の完了と同時に結合部の品質を判定することができ
る。

【００２５】センサ（１０）の出力はその他にも種々の
利用法が考えられる。たとえば、一つの分壁部（７）の
復帰位置を基準として、拡開時の変位分のみを膨出部
（３）の底部（４）の据込みによる張り出し量として計
測することも可能である。従来ボタン寸法（ＢＤ）を測
定していたのはマニュアル方式の便宜のためであり、真
に結合強度の判定の資料となるのは当該張り出し量にほ
かならない。また、複数のセンサを配置して円周方向の
複数位置における張り出し量を計測することにより、結
合部（５）の平面形状ないしは輪郭に異常がないかを確
認することもできる。

【００２６】さらに、次のような場合に分壁部（７）の
変位に基づき異常の有無を確認することができる。たと
えば、パンチ（８）が進出したにも拘わらず分壁部
（７）の変位が全く検出されないときや、変位が所定の
値を大きく下回るときは、据え込み量の不足が推測され
る。逆に、分壁部（７）の変位が所定の値を大きく上回
るときは、据え込み量が多すぎて膨出部（３）の底部
（４）が過度に薄くなっているおそれがある。また、結
合を終えた金属薄板（１）（２）を取り外した後も分壁
部（７）の変位が変化しないときは、異物の噛み込み、
あるいはリターンスプリング（１２）の破損が考えられ
る。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、結合部（５）の結合強
度の変化を定量的に表示する物理量としての結合部
（５）の寸法変化を、据え込み加工時の分壁部（７）の
変位を介して電圧の変化として連続的、かつ、自動的に
計測することが可能となる。このように結合部の品質判
定を自動的に行うことができるため、作業能率を低下さ
せることなく、すべての結合部のチェックが可能とな
る。したがって、従来のマニュアル方式の抜き取り検査
で問題とされていた結合不良個所の見落としが皆無とな
り、製品の品質維持に大きな効果が発揮される。また、
据え込み加工前後のセンサの検出値を比較することによ
って、分壁部（７）の破損や異物の噛み込み、作動不良
などといった異常を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】結合の前後の状態を示す縦断面図である。

【図２】センサ出力値とボタン寸法の関係を示す線図で
ある。

【図３】（Ａ）は結合部の縦断面図、（Ｂ）は二分割型
ダイスによる結合部の平面図、（Ｃ）は三分割型ダイス
による結合部の平面図である。

【図４】（Ａ）は切れ目のない結合部を形成する場合の
工程図、（Ｂ）は切れ目のある結合部を形成する場合の
工程図である。

【符号の説明】

１金属薄板２金属薄板３膨出部４膨出部の底部５結合部６ダイス７分壁部８パンチ９ストリッパー 10 センサ 11 センサヘッド 12 リターンスプリング 13 ピン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のストロークにて進退駆動されるパ
ンチと、弾性拡開可能な分壁部とアンビルとでダイス穴
を形成したダイスを備えた据込み加工機を用い、重ね合
わせた金属薄板をパンチとダイスの間に配置し、パンチ
を進出させることによって、前記金属薄板をダイス穴内
に絞り込んで膨出部を形成させ、引き続きパンチをさら
に進出させることによって、パンチとアンビルとの間で
膨出部の底部を据え込んでパンチの軸線と直交する方向
に展延させ、展延する膨出部の底部により分壁部を拡開
させるようにした金属薄板の結合方法において、分壁部
の変位に基づいて結合部の良否の判定をすることを特徴
とする金属薄板結合部の品質管理方法。
【請求項２】所定のストロークにて進退駆動されるパ
ンチと、弾性拡開可能な分壁部とアンビルとでダイス穴
を形成したダイスを備えた据込み加工機を用い、重ね合
わせた金属薄板をパンチとダイスの間に配置し、パンチ
を進出させることによって、前記金属薄板をダイス穴内
に絞り込んで膨出部を形成させ、引き続きパンチをさら
に進出させることによって、パンチとアンビルとの間で
膨出部の底部を据え込んでパンチの軸線と直交する方向
に展延させ、展延する膨出部の底部により分壁部を拡開
させるようにした金属薄板結合装置において、分壁部の
変位を検出するための変位センサを設けたことを特徴と
する金属薄板結合装置。
【請求項３】分壁部の拡開方向の延長線上に前記セン
サを配置したことを特徴とする請求項２の金属薄板結合
装置。