JP2001340928A - かしめ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 かしめボスの加熱温度分布を均一化し、かし
め中の割れの発生を減少し、かつ、かしめ品質を安定化
させること。 【解決手段】 ヒータ３２及び温度調節器３３によって
一定温度に加熱されたかしめ用ポンチ３１をかしめボス
１１の頂部１１ａに接触させてかしめボス１１を加熱す
る加熱工程と、加熱工程後にかしめ用ポンチ３１からか
しめボス１１に押圧荷重を付与することによりかしめボ
ス１１を塑性変形させて加工ワーク１０とプレート２０
とを締結する締結工程とを含むかしめ方法とする。加熱
工程によりかしめボスが全体的に均一に加熱され、その
後の締結工程で温度差による割れの発生を減少すること
ができる。また、熱伝達によるかしめボス１１の加熱で
あるため、かしめボス１１の加熱温度ばらつきが減少
し、かしめ品質を安定化させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、かしめ方法に関
し、特に、かしめ不良を低減したかしめ方法に係るもの
である。

【０００２】

【従来の技術】加工ワーク等の部材（第１の部材）にプ
レート等の部材（第２の部材）を締結する場合におい
て、加工ワークにかしめボスを設けるとともにプレート
にかしめ用貫通孔を設け、かしめボスをかしめ用貫通孔
に挿通した状態で、かしめ用ポンチをかしめボスに当て
て押圧し、かしめボスを塑性変形させて加工ワークとプ
レートとを締結するかしめ方法が一般的に用いられてい
る。このようなかしめ方法を行うにあたり、かしめボス
が常温では塑性変形しにくい材質となっている場合、か
しめ用ポンチからの押圧荷重によってかしめボスが座屈
してしまい、かしめ不良が起こる。したがって、常温で
は塑性変形しにくい材質をかしめる場合、かしめボスを
加熱して塑性変形しやすい状態とし、その後にかしめボ
スを押圧して締結するといった熱かしめが行われる。

【０００３】熱かしめ方法としては、通電かしめ、摩擦
発熱かしめ等の方法が行われている。通電かしめは、か
しめボスが設けられた加工ワークに通電し、接触抵抗、
内部抵抗による発熱を利用してかしめボスを加熱した後
に、かしめボスに押圧荷重を加えて塑性変形させ、かし
める方法である。摩擦発熱かしめは、かしめボスとかし
め用パンチとを擦り合わせることによってかしめボスを
摩擦発熱させ、その後かしめボスに押圧荷重を加えて塑
性変形させ、かしめる方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】通電かしめによってか
しめを行なった場合、電流はかしめボスの中央付近を多
く流れ、外周部付近を流れる電流は少ないので、かしめ
ボスの中央部がより加熱され、外周部付近はあまり加熱
されない。このためかしめボスの内部で大きな温度分布
が生じる。また、摩擦発熱かしめにおいても、擦り合わ
された部分が局部的に摩擦発熱を起こすので、かしめボ
ス全体として見た場合に大きな温度分布を生じる。この
ようにかしめボスに大きな温度分布が生じると、かしめ
ボスに押圧荷重を加える際に割れが発生してしまう。

【０００５】また、通電かしめ、摩擦発熱かしめでは、
かしめボスそのものを利用して、かしめボス自体を加熱
させている。このため、加熱の度合いがかしめボスの固
定状態、材料成分、周囲温度等の環境条件によって微妙
に変化し、一定の通電条件や摩擦条件（摺動回転数等）
でかしめボスを加熱させた場合であっても、かしめボス
の温度ばらつきが生じてしまい、その結果、かしめ品質
のばらつきが大きくなってしまう。

【０００６】故に、本発明は、上記実情に鑑みなされた
ものであり、かしめボスの加熱温度分布を均一化し、か
しめ中の割れの発生を減少させること、及び、かしめボ
スの加熱温度のばらつきを抑え、かしめ品質を安定化さ
せることを技術的課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るためになされた請求項１の発明は、第１の部材に設け
られたかしめボスを第２の部材に設けられたかしめ用貫
通孔に挿通し、かしめボスを塑性変形させて第１の部材
と第２の部材とを締結するかしめ方法において、加熱さ
れたかしめ用ポンチを前記かしめボスの頂部に接触させ
て前記かしめボスを加熱する加熱工程と、前記加熱工程
後に前記かしめ用ポンチから前記かしめボスに押圧荷重
を付与することにより前記かしめボスを塑性変形させて
前記第１の部材と前記第２の部材とを締結する締結工程
とを含むことを特徴とするかしめ方法としたことであ
る。

【０００８】上記請求項１の発明によれば、加熱された
かしめ用ポンチをかしめボスの頂部に接触させてかしめ
ボスを加熱している。このようにしてかしめ用ポンチか
らかしめボスに直接熱を伝達させているので、かしめボ
スはその全体が均一に加熱される。その後、かしめ用ポ
ンチからかしめボスに押圧荷重を付与し、かしめボスを
塑性変形させて第１の部材と第２の部材とを締結する。

【０００９】このように、かしめボスはその全体が均一
に加熱されているので、締結工程において、温度差によ
る割れの発生を減少することができる。また、従来の通
電かしめや摩擦発熱かしめのような、かしめボスそのも
のを利用してかしめボス自体を加熱させているのではな
く、かしめ用ポンチからの熱伝達によりかしめボスが加
熱されるので、かしめボスの加熱の度合いがかしめボス
の固定状態、材料成分、周囲温度等の環境条件によって
変化しにくい。したがって、かしめボスの温度ばらつき
を抑えることができ、ひいてはかしめ品質のばらつきを
小さく抑え、かしめ品質を安定化することができる。

【００１０】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、前記加熱工程中に、前記かしめ用ポンチから前記か
しめボスに該かしめボスが塑性変形しない程度の予備押
圧荷重を付与することを特徴としている。

【００１１】上記請求項２の発明によれば、加熱工程中
に、かしめ用ポンチからかしめボスに予備押圧荷重を付
与する。この予備押圧荷重は、かしめボスが塑性変形し
ない程度の荷重である。これにより、かしめ用ポンチと
かしめボスとの接触が確実となり、かしめ用ポンチの熱
がかしめボスに十分伝達される。

【００１２】

【実施の形態】以下、本発明を実施の形態により具体的
に説明する。

【００１３】図１、図２は、本例におけるかしめ方法を
示す概略図であり、図１はかしめ前の、図２はかしめ後
の状態である。図において、符号１０は第１の部材とし
ての加工ワークである。本例では加工ワークとしてマグ
ネシウム材を選択した。加工ワーク１０にはかしめボス
１１が形成されている。このかしめボス１１の形状は、
本例では後述のように種々変更させてかしめを行うが、
基準となる形状は図３に示してある。図３からわかるよ
うに、基準となるかしめボス１１の形状は、先端部分の
径が４．９ｍｍ、付け根部分の径（かしめ径）が５．５
ｍｍ、高さが６．０ｍｍの円錐台形形状である。

【００１４】符号２０は第２の部材としてのプレートで
ある。このプレート２０は、本例では肉厚０．６ｍｍの
ＳＰＣ２７０（冷間圧延鋼板）である。またプレート２
０には、かしめ用貫通孔２１が形成されている。このか
しめ用貫通孔２１の径は、組付性を考慮して、かしめボ
ス１１の付け根部分の径よりも１．０ｍｍだけ大きくな
るように形成されている。したがって、かしめボス１１
の付け根部分の径が５．５ｍｍである場合は、かしめ用
貫通孔２１の径は６．５ｍｍである。

【００１５】符号３１はかしめ用ポンチである。このか
しめ用ポンチ３１の内部にはヒータ３２が埋設されてい
る。ヒータ３２は温度調節器３３に接続されている。従
って、かしめ用ポンチ３１はヒータ３２で加熱されると
ともに、温度調節器３３の調節によってその温度が一定
になるようにされている。

【００１６】上記構成において、まず、加工ワーク１０
に設けられたかしめボス１１をプレート２０に設けられ
たかしめ用貫通孔２１に挿通する。次いで、ヒータ３２
及び温度調節器３３の作用によって加熱されて一定温度
（例えば４００℃）とされたかしめ用ポンチ３１をかし
めボス１１の頂部１１ａに接触させる（加熱工程）。こ
の接触によって、かしめ用ポンチ３１の熱がかしめボス
１１に伝達される。またこのとき、かしめポンチ用３１
とかしめボス１１の頂部１１ａとの接触面積を高めるた
め、かしめボス１１が塑性変形しない程度の予備押圧荷
重（例えば１００ｋｇｆ程度）をかしめボス１１に付与
する。

【００１７】次いで、かしめボス１１が加熱されたら、
図示せぬ駆動源からの駆動力を受けて、かしめ用ポンチ
３１からかしめボス１１に押圧荷重（例えば８００ｋｇ
ｆ）を付与する（締結工程）。すると、かしめボス１１
の頂部１１ａが塑性変形し、図２に示す状態となる。こ
れにより加工ワーク１０とプレート２０とが締結し、か
しめが完了する。

【００１８】上記例に示すように、かしめボス１１は加
熱工程において加熱されたかしめ用ポンチ３１から熱を
伝達され、均一に加熱されているので、締結工程におい
てかしめボス１１がかしめ用ポンチ３１から押圧荷重が
加えられて塑性変形する際に割れが発生することはな
い。また、従来の通電かしめや摩擦発熱かしめのよう
な、かしめボスそのものを利用してかしめボス自体を加
熱させているのではなく、かしめ用ポンチ３１からの熱
伝達によりかしめボス１１が加熱されるので、かしめボ
ス１１の加熱の度合いがかしめボス１１の固定状態、材
料成分、周囲温度等の環境条件によって変化しにくい。
したがって、かしめボス１１の温度ばらつきを抑えるこ
とができ、ひいてはかしめ品質のばらつきを小さく抑
え、かしめ品質を安定化することができる。

【００１９】図４は、上記かしめ方法を行う際の、押圧
荷重及びかしめボスの温度の経時変化を併記したグラフ
である。このグラフからわかるように、予備押圧荷重を
かしめボス１１に付与してからｔ１秒（例えば２０秒）
でかしめボス１１の昇温（約２５０℃）がほぼ完了し、
押圧荷重をｔ２秒間（例えば２秒間）かしめボス１１に
付与してかしめが完了することがわかる。このようなか
しめ工程における工程時間は、上記かしめボス１１の昇
温時間とかしめボス１１の押圧時間との和であるので、
この工程時間は約Ｔ秒（例えば２２秒）であることがわ
かる。

【００２０】図５は、上記に示したかしめ方法を、かし
め径を変化させて行なった場合の、割れ発生率を示すグ
ラフである。このグラフにおいて、横軸はかしめ径増加
率（％）を、縦軸は割れ発生率（％）を示す。かしめ径
増加率とは、上記した基準となるかしめボスのかしめ径
（付け根部分の径）５．５ｍｍに対して増加した割合の
ことであり、例えばかしめ径増加率が２０％とは、かし
め径が５．５ｍｍの１．２倍、即ち６．６ｍｍ、かしめ
径増加率が４０％とは、かしめ径が５．５ｍｍの１．４
倍、即ち７．７ｍｍｍの場合のかしめボスにかしめを施
した場合を示す。また、比較のため、本例による方法以
外に、通電かしめ方法によりかしめを行なった場合につ
いても併記した。グラフ中、実線が本例のかしめ方法の
場合であり、点線が通電かしめ方法の場合である。この
グラフからわかるように、通電かしめの場合はかしめ径
増加率が４０％の場合までは割れは発生していないが、
４０％を越えたあたりから割れが急激に増加し、かしめ
径増加率が６０％の場合ではほぼすべてにおいて割れが
発生してしまった。これに対し、本例の方法によれば、
かしめ径増加率が９０％の場合まで割れの発生が見られ
なかった。このことから、本例による方法は、通電かし
めによる方法よりも、割れの発生が減少することがわか
る。

【００２１】図６は、本例に示す方法において、かしめ
ボスの温度、押圧荷重が及ぼすかしめ径の影響を示した
グラフである。尚、この場合の「かしめ径」とは、かし
め後の最大径（図２の径Ｄ）を示す。図６のグラフ中、
横軸は押圧荷重を、縦軸はかしめ径を示し、グラフ中の
◆印の点を結んだ線がかしめボスの温度１００℃、■印
の点を結んだ線がかしめボスの温度１５０℃、▲印の点
を結んだ線がかしめボスの温度２００℃、×印の点を結
んだ線がかしめボスの温度２５０℃の場合を示す。ま
た、この場合における押圧荷重を付与する前のかしめ径
は５．５ｍｍである。

【００２２】表１は、図６のグラフを作成する際に行な
った実験データをまとめた表である。

【００２３】

【表１】 図６のグラフ及び表１からわかるように、かしめボスの
温度が１００℃の場合は、押圧荷重を７５３ｋｇｆとし
てもかしめ径の変化が見られず、押圧荷重が８００ｋｇ
ｆ以下ではかしめを行うことができないことがわかる
（尚、押圧荷重を８２５ｋｇｆとした場合、かしめ径が
８．０ｍｍに増加したことが判明している。）。一方、
かしめボスの温度が１５０℃の場合は、押圧荷重を７０
８ｋｇｆとすると、かしめ径が５．９ｍｍに増加し、押
圧荷重をそれ以上とするとよりかしめ径が増加（８５９
ｋｇｆの押圧荷重でかしめ径６．７ｍｍ、１０１９ｋｇ
ｆの押圧荷重でかしめ径７．７ｍｍ）することがわか
る。これより、８００ｋｇｆ以下の押圧荷重でかしめを
行う場合には、かしめボスの温度が１５０℃以上である
ことが好ましいことがわかる。

【００２４】また、かしめボスの温度が２５０℃の場合
は、押圧荷重が２０１ｋｇｆではかしめ径の変化は見ら
れないが、押圧荷重を３１４ｋｇｆとすると、かしめ径
は７．８ｍｍとなり、塑性変形がすでに起こっているこ
とがわかる。これより、かしめボスの温度が２５０℃以
下の場合には、押圧荷重を約３００ｋｇｆ以上とするこ
とが好ましいことがわかる。

【００２５】図７は、かしめボスを加熱する際の、別の
例を示す図である。図において、かしめ用ポンチ３１
は、第１の棒材３３と、第２の棒材３４と、抵抗発熱体
３５とを具備する。第１の棒材３３及び第２の棒材３４
は導電性の部材からなり、両棒材は軸方向に一定の距離
を置いて平行に配設されている。また、両棒材３３、３
４の先端部には、抵抗発熱体３５が取り付けられてい
る。この抵抗発熱体３５は、タングステン、モリブデン
等の材質から構成されている。また、棒材３３はプラス
側電極（図示せず）に、棒材３４はマイナス側電極（図
示せず）に電気的に接続されている。そして、かしめボ
ス１１の頂部１１ａは、上記抵抗発熱体３５に当接して
いる。

【００２６】上記構成において、プラス側電極からマイ
ナス側電極へ通電した場合、電流は抵抗発熱体３５を流
れ、これにより抵抗発熱体３５は加熱される。このよう
にして加熱された抵抗発熱体３５は、その熱をかしめボ
スに受け渡す。このようにして、かしめボスが加熱され
る。

【００２７】以上のように、本例によれば、第１の部材
としての加工ワーク１０に設けられたかしめボス１１を
第２の部材としてのプレート２０に設けられたかしめ用
貫通孔２１に挿通し、かしめボス１１を塑性変形させて
加工ワーク１０とプレート２０とを締結するかしめ方法
において、ヒータ３２及び温度調節器３３によって一定
温度に加熱されたかしめ用ポンチ３１をかしめボス１１
の頂部１１ａに接触させてかしめボス１１を加熱する加
熱工程と、加熱工程後にかしめ用ポンチ３１からかしめ
ボス１１に押圧荷重を付与することによりかしめボス１
１を塑性変形させて加工ワーク１０とプレート２０とを
締結する締結工程とを含むことを特徴とするかしめ方法
としたので、加熱工程によりかしめボスが全体的に均一
に加熱され、その後の締結工程で温度差による割れの発
生を減少することができる。

【００２８】また本例は、従来の通電かしめや摩擦発熱
かしめのような、かしめボスそのものを利用してかしめ
ボス自体を加熱させているのではなく、かしめ用ポンチ
３１からの熱伝達によりかしめボス１１が加熱されるの
で、かしめボス１１の加熱の度合いがかしめボス１１の
固定状態、材料成分、周囲温度等の環境条件によって変
化しにくい。したがって、かしめボス１１の温度ばらつ
きを抑えることができ、ひいてはかしめ品質のばらつき
を小さく抑え、かしめ品質を安定化することができる。

【００２９】また、加熱工程中に、かしめ用ポンチ３１
からかしめボス１１に該かしめボス１１が塑性変形しな
い程度の予備押圧荷重（本例では１００ｋｇｆ程度）を
付与するので、かしめ用ポンチ３１とかしめボス１１と
の接触が確実となり、かしめ用ポンチ３１の熱がかしめ
ボスに十分伝達される。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
かしめボスの加熱温度分布を均一化し、かしめ中の割れ
の発生を減少させることができる。また、かしめボスの
加熱温度のばらつきを抑え、かしめ品質を安定化させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における、かしめ方法を示
す概略図であり、かしめが行われる前の状態を示すもの
である。

【図２】本発明の実施の形態における、かしめ方法を示
す概略図であり、かしめが行われた後の状態を示すもの
である。

【図３】基準となるかしめボスの形状を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態における、かしめ方法を行
う際の、押圧荷重及びかしめボスの温度の経時変化を併
記したグラフである。

【図５】かしめ径増加率と割れ発生率との関係を示すグ
ラフである。

【図６】かしめボスの温度及び押圧荷重がかしめ径に及
ぼす影響を示すグラフである。

【図７】かしめボスを加熱する際の別の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０・・・加工ワーク（第１の部材） １１・・・かしめボス、 １１ａ・・・頂部 ２０・・・プレート（第２の部材） ２１・・・かしめ用貫通孔 ３１・・・かしめ用ポンチ ３２・・・ヒータ ３３・・・温度調節器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の部材に設けられたかしめボスを第
   ２の部材に設けられたかしめ用貫通孔に挿通し、かしめ
   ボスを塑性変形させて第１の部材と第２の部材とを締結
   するかしめ方法において、 加熱されたかしめ用ポンチを前記かしめボスの頂部に接
   触させて前記かしめボスを加熱する加熱工程と、 前記加熱工程後に前記かしめ用ポンチから前記かしめボ
   スに押圧荷重を付与することにより前記かしめボスを塑
   性変形させて前記第１の部材と前記第２の部材とを締結
   する締結工程とを含むことを特徴とするかしめ方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記加熱工程中に、前記かしめ用ポンチから前記かしめ
   ボスに該かしめボスが塑性変形しない程度の予備押圧荷
   重を付与することを特徴とするかしめ方法。