JP2010099740A - 板状部材の締結方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２枚以上の板状部材を確実に締結できる締結方法を提供する。
【解決手段】パンチ５のストレート部で第１の板状部材１の加工孔周辺を押し広げて第２の板状部材２の締結孔に抱き付かせたのち、その加工孔のさらに外側周辺部分に拡大部を押込み、第１の板状部材１の拡大部で押込まれた加工孔の外側周辺部分を折り曲げて、この折り曲げ部を第２の板状部材２、３の締結孔２Ａ、３Ａ内周面にさらに抱き付かせ、第１の板状部材１と少なくとも１枚以上の第２の板状部材２、３とを一体に締結させる。第１の板状部材１に対して、パンチ５のストレート部だけでなくステップ状の拡大部でも折り曲げて、それを締結の際の材料として使用できる。
【選択図】図２

Description

この発明は、複数枚の板状部材を重ね合わせた状態で一体に締結する板状部材の締結方法およびその締結方法に使用する締結装置に関する。

例えば、板状部材を２枚重ね合わせた状態でこれらを一体に締結する方法として、特許文献１や特許文献２に記載のようなバーリング加工を用いる方法が知られている。

通常、このような締結方法は、先の公報に記載のように、例えば、図６において、開口された孔を有する２枚の金属製の板状部材、即ち、締結用の第１の板状部材１００と被締結用の第２の板状部材１０１とを重ね合わせ、図示外のプレス機等の押圧手段で第１の板状部材１００の加工孔１００Ａをパンチ１０２で突き、これにより加工孔１００Ａの周縁部を折り曲げ、この折り曲げた部分を第２の板状部材１０１の締結孔１０１Ａの内周に抱き付かせ、第１の板状部材１００と第２の板状部材１０１とを一体に固定して締結させるようになっている。

特開平５−１６１９３０号公報 特開平１１−１７９４５２号公報

ところで、この締結方法にあっては、確実な締結状態を確保するために第１の板状部材１００の加工に供する部分（以下、折り曲げ部とよぶ）の量をできるだけ多く確保するのが好ましい。即ち、これは、折り曲げ部の量が多いほどパンチ１０２の外径Ｘと第２の板状部材１０１の締結孔１０１Ａの内径Ｙとの差Δ（以下、隙間Δとよぶ）、つまり隙間Δ＝Ｙ−Ｘを大きく（厚く）確保することができるからである。

ところが、例えば実装部品の設置スペースなどの関係で、折り曲げ部となる領域がどうしても狭く制限される場合がある。この場合、パンチ１０２の外径も自ずと小さいものを使用する。一方、第１の板状部材１００の加工孔１００Ａについては、内径の最小値に限界があり、ある程度の大きさは必要である。このため、パンチ１０２外周部分と加工孔１００Ａ内周部分との間の領域、つまり折り曲げ部δ（図６参照）を大きく確保するのが難しい。

その結果、以下のような不都合を生じている。
１）折り曲げ部の量δが少ないと、加工時に第１の板状部材１００の折り曲げられた折り曲げ部が薄くなってちぎれ易く、加工が難しかったり、加工できない虞れがあること。特に、スペースが制限された領域下では、例えば折り曲げ部を大きく確保すると、逆に、隙間Δが小さくなり、しごき率（第１の板状部材１００に対するストレート部の肉厚の薄さの程度）が大きくなるので、同様な不都合を生じること。
２）また、複数枚の第２の板状部材１０１を第１の板状部材１００と締結加工するときには、隙間Δが小さいと、第２の板状部材１０１どうしを剥離させる引抜力や横方向のせん断力などと対抗する締結強度が得られないこと。
３）さらに、例えば第２の締結部材１０１に厚手のものを用いたり、２枚以上の第２の板状部材１０１どうしを第１の板状部材１００と締結するときには、折り曲げ部の量が不足するので、第２の板状部材１０１の締結孔１０１Ａ全てをカバーして加工することができず、途中までしか締結できない虞れがある、といった問題も生じている。

そこで、この請求項１又は９に係る発明は、上記した事情に鑑み、例えば、折り曲げ部が薄くなってちぎれたり、加工が困難になることがないばかりか、特に、制限された狭い領域内で締結加工する場合でも、大きな締結強度を確保でき、特に２枚以上の第２の板状部材でも確実に締結できるようにすることを目的とする。

請求項２に係る発明は、加工の際にスムースな締結作業を行うことができるようにすることを目的とする。

請求項４に係る発明は、加工の際に第１の板状部材の折り曲げ部のちぎれの発生が防止できるとともに、スムースな締結作業を行うことができるようにすることを目的とする。

請求項５に係る発明は、がたつきのない状態で最も内側の第２の板状部材を第１の板状部材と締結させることができるようにすることを目的とする。

請求項６に係る発明は、締結強度が増大してさらに確実な締結状態が保持でき、さらに信頼度の高い締結方法が提供できるようにすることを目的とする。

請求項７に係る発明は、締結させるだけでなく、クッション性も付与されることが可能となることを目的とする。

請求項８又は１０に係る発明は、一層強固な締結力により、長期間に亙り高い締結状態を保持でき、より信頼度の高いものを実現できるようにする。

そのため、請求項１に係る締結方法は、締結用の第１の板状部材と被締結用の第２の板状部材とを重ね合わせ、その第２の板状部材の締結孔に対応する部分をパンチで突いて前記第１の板状部材の一部を折り曲げ、その折り曲げ部を前記締結孔の孔縁に抱き付かせ、前記第１の板状部材に前記第２の板状部材を締結する板状部材の締結方法において、前記パンチ先端のストレート部で前記折り曲げ部の内径を均一にする一方、そのストレート部より大径で、同ストレート部の基部に形成した拡大部で、前記第１の板状部材に食い込み、この食い込んだ部分も折り曲げてなる、ものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材とを重ね合わせたとき、前記第１の板状部材の、前記第２の板状部材の締結孔に対応する部分に、バーリング加工用の加工孔をあけてなるものである。

請求項３に係る発明は、請求項１、又は２に記載の発明において、前記第１の板状部材に前記第２の板状部材を複数重ね合わせて締結してなるものである。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の発明において、複数重ね合わせた前記第２の板状部材の各締結孔の孔径のうち、最も内側に重ね合わせた前記第２の板状部材の締結孔の孔径を最も大きく形成してなるものである。

請求項５に係る発明は、請求項３に記載の発明において、最も内側に重ね合わせた前記第２の板状部材の締結孔の前記第１の板状部材側に、面取りを設け又は曲面加工を付けてなるものである。

請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、複数重ね合わせた前記第２の板状部材の各締結孔の開口に、面取りを設け又は曲面加工を付けてなるものである。

請求項７に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、内側に設ける第２板状部材を弾性材料で形成するものである。

請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記折り曲げ部を前記締結孔の孔縁に抱き付かせて後、その締結孔の孔縁から突出する前記折り曲げ部の先端を外側に折り返してなるものである。

請求項９に記載の板状部材の締結装置は、締結用の第１の板状部材と被締結用の第２の板状部材とを重ね合わせ、その第２の板状部材の締結孔に対応する部分をパンチで突いて前記第１の板状部材の一部を折り曲げ、その折り曲げ部を前記締結孔の孔縁に抱き付かせ、前記第１の板状部材に前記第２の板状部材を締結する板状部材の締結装置において、前記パンチに、前記折り曲げ部の内径を均一とするストレート部と、そのストレート部より大径で、同ストレート部の基部に形成して前記第１の板状部材に食い込んでこの部分を折り曲げる拡大部とを設けてなるものである。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記折り曲げ部を前記締結孔の孔縁に抱き付かせて後、その締結孔の孔縁から突出する前記折り曲げ部の先端を外側に折り返すイジェクタを、前記パンチと対向して設けてなるものである。

以上、説明したように、この発明によれば、パンチ先端部のストレート部の基部に設けた拡大部により、ストレート部ばかりか、この拡大部でも第１の板状部材の加工孔の周辺部にさらに食い込むようになっており、従来の締結方法に比べてこの食い込んだ拡大部の分だけより多くの量の折り曲げ部を第２の板状部材の締結孔の内周面に抱き付かせることができるので、例えば折り曲げ部が薄くなってちぎれたり、加工が難しくなったりすることがなく、第１の板状部材と第２の板状部材とを強固に、かつ、確実に一体に締結することができるようになり、強固な締結強度が得られる。特に、２枚以上の第２の板状部材を第１の板状部材と確実に一体に締結させることができるようになる。

さらに、請求項２に係る発明によれば、第１の板状部材と第２の板状部材とを重ね合わせたとき、第１の板状部材の、第２の板状部材の締結孔に対応する部分に、バーリング加工用の加工孔をあけており、パンチのストレート部がこの孔に沿って案内されながら突き抜けていくので、スムースな締結加工が実現できるようになる。

さらに、請求項４に係る発明によれば、複数重ね合わせた第２の板状部材の各締結孔の孔径のうち、最も内側に重ね合わせた第２の板状部材の締結孔の孔径を最も大きく形成しており、パンチによる第１の板状部材の塑性加工時に急激な負荷応力が作用することがなく、しかも折り曲げ量もより多くなるので、第１の板状部材において折り曲げられた部分と折り曲げられなかった部分との境界部でちぎれ現象が生じる虞れがなく、スムースに安定した状態でパンチを押込むことができるようになり、さらに信頼度の高い締結方法が実現できる。

さらに、請求項５に係る発明によれば、最も内側に重ね合わせた第２の板状部材の締結孔の第１の板状部材側に、面取りを設け又は曲面加工を付けており、この最も内側の第２の板状部材とパンチとの中心軸が一致していない状態で締結する場合であっても、最も内側の第２の板状部材の開口部分の面取り若しくは曲面加工された縁部が、パンチの先端部の外周面に沿って、最も内側の第２の板状部材の締結孔の中心軸がパンチの中心軸からのずれを吸収する方向に、つまり、半径方向に移動する。その結果、その締結孔の中心軸とパンチの中心軸とが一致するようになるので、第１の板状部材と最も内側の第２の板状部材を緩みやがたつきのない状態で締結させることができ、締結状態がより一層安定するようになる。

さらに、請求項６に係る発明によれば、複数重ね合わせた第２の板状部材の各締結孔の開口に、面取りを設け又は曲面加工を付けており、これらの第２の板状部材に面取り若しくは曲面加工されたためにその部分にも第１の板状部材の折り曲げ部が進入して抱き付くから、その分、締結強度が増大してさらに確実な締結状態が保持でき、さらに信頼度の高い締結方法が提供できる。

さらに、請求項７に係る発明によれば、内側に設ける第２板状部材を弾性材料で形成しており、つまりスぺーサとなる部分には、例えば、ゴム材料などで形成したものをスぺーサに使用すれば、クッション性も付与することが可能となる。

しかも、請求項８又は１０に係る発明によれば、折り曲げ部を締結孔の孔縁に抱き付かせて後、その締結孔の孔縁から突出する折り曲げ部の先端を外側に折り返しており、最も外側の第２板状部材の締結孔から突出する折り曲げ部が外面に折返えされてその外面に係止することにより、一層強固な締結力を生じるので、長期間に亙り高い締結状態を保持でき、より信頼度の高い締結方法が実現できる。

この発明に係る板状部材の締結方法を示す工程図である。 同工程図である。 同工程図である。 同工程図である。 その締結方法で締結された第１の板状部材と第２の板状部材との締結状態を示す断面図である。 第２の板状部材の締結孔の内径寸法とパンチの外径寸法の関係を示す説明図である。

この発明の実施の形態について添付図面に基づき説明する。
図１は、この発明に係る板状部材の締結装置を示すものであり、この締結装置は、上側に配置した上型Ａと、この直下に配置した下型Ｂと、図示外の押圧手段とから構成されており、これら上、下型の間には、一体に締結すべき第１の板状部材１と第２の板状部材２、３とが、それぞれに形成された孔１Ａ、２Ａ、３Ａの中心軸が一致する状態で積層されている。

第１の板状部材１には、金属板、例えば通常の一般材に比べて絞り特性の良好な絞り材として、ＳＥＣＥ材（電気亜鉛メッキ鋼板、絞りタイプ）又はＳＰＣＥ材（冷間圧延鋼板）などを使用しており、第２の板状部材２、３の締結孔２Ａ、３Ａよりも小さな真円形状の加工孔１Ａが開口されている。この例の第１の板状部材１は、一般に、板厚以上に内径が大きくないとパンチが折れたりし易いため、余裕を０．２ｍｍもたせて、板厚が１．６ｍｍ、加工孔の内径が１．８ｍｍとなっている。

第１の板状部材１に接する上側の第２の板状部材２（この発明での最も内側の第２の板状部材に相当する）には、下側の第２の板状部材３（この発明での最も外側の第２の板状部材に相当する）の締結孔３Ａよりも大きく開口（内径Ｄ２）された締結孔２Ａが形成されている。そして、この上側の第２の板状部材２には、締結孔２Ａの上下にそれぞれ開口された開口部分における縁部には、断面略円弧状の曲面加工（以下、Ｒ加工とよぶ）（或いは面取り加工でもよい）がそれぞれ施されている。

なお、この例のように、少なくとも２枚以上の第２の板状部材２、３を締結させるときには、最も内側の第２の板状部材の締結孔２Ａの上下開口部分のうち、少なくとも上開口部分における縁部２Ｃのみにその加工が施されていればよく、下開口部分における縁部については、特にこの加工を施さなくてもよい。

下側の第２の板状部材３には、この締結孔３Ａの上下に開口された開口部分における縁部のうち、下開口部分の縁部３Ｃを除いた上開口部分の縁部３Ｄに、Ｒ加工（或いは面取り加工でもよい）が施されている。なお、この例では、これらの第２の板状部材２、３に通常のＳＥＣＣ材（電気亜鉛メッキ鋼板、一般タイプ）を使用している。

上型Ａは、締結加工時に不動状態に固定された第１ガイド部材４と、このガイド部材４に設けたガイド孔４Ａに沿って前後に進退するパンチ５とを備えている。

パンチ５は、上側の第２の板状部材２の締結孔２Ａの内径（Ｄ２）よりも小さくて、第１の板状部材１の加工孔１Ａの内径（Ｄ１）よりも大きな外径（Ｄ５）でストレート状の外周を有するストレート部５Ａと、このストレート部５Ａの外径（Ｄ５）よりも大きくて、上側の第２の板状部材２の締結孔２Ａの内径（Ｄ２）よりも小さな外径（Ｄ５´）の拡大部５Ｂとを有している。

特に、この拡大部５Ｂには、周縁部分が直角をなしストレート部５Ａから一段突出したステップ状の段付き部分を備えており、第１の板状部材１の加工孔１Ａの周辺部分のうち、特にストレート部５Ａで折り曲げられた部分のさらに外側部分に食い込んでここを折り曲げるようになっている。これにより、締結加工に供する部分、つまり折り曲げ部の容積量がより多く確保できるから、上側の第２の板状部材２の締結孔２Ａからさらに深く奥部へ折り曲げられた折り曲げ部が、下側の第２の板状部材３の締結孔３Ａの内周面まで押し被さるようにして、抱き付いて充填されるようになっている。

一方、下型Ｂは、不動状態で設けた第２ガイド部材６と、上型Ａのパンチ５に対向・対峙して設けられ第２ガイド部材６に設けたガイド孔６Ａに沿い前後に進退するイジェクタ７とを備えている。

イジェクタ７は、押圧手段による上方への前進動作で下側の第２の板状部材３から突出した折り曲げ部１Ｂ（図３参照）をその下側の第２の板状部材３の外表面３Ｂに折返すようになっている。

なお、押圧手段は、パンチ５及びイジェクタ７を第１の板状部材１及び第２の板状部材２、３に向けて強い力で押出させるためのものであり、この例では、それぞれプレス機が使用されている。

次に、先の例の締結装置を用いたこの発明に係る板状部材の締結方法について説明する。
初めに、第１の板状部材１に加工孔１Ａを貫通して開口するとともに、第２の板状部材２、３に締結孔２Ａ、３Ａを開口する。なお、これらの孔の内径は、図１に示すように、それぞれ大きい方から順に、上側の第２の板状部材２の締結孔２Ａ（内径Ｄ２）、下側の第２の板状部材３の締結孔３Ａ（内径Ｄ３）、第１の板状部材１の加工孔１Ａ（内径Ｄ１）となっており、Ｄ１＜Ｄ３＜Ｄ２の大小関係に形成されている。

次に、図１に示すように、第１の板状部材１と第２の板状部材２、３の各孔の中心軸Ｃとが一致するように位置合わせして積層する。なお、各締結孔２Ａ、３Ａの開口部分における縁部（ただし、下側の第２の板状部材３の下開口部分における縁部を除く）がＲ加工もしくは面取り加工してあるので、これらの各孔の中心軸Ｃとパンチ５のストレート部５Ａの中心軸Ｃとについては、中心軸ができるだけ一致する方が好ましいが、多少ずれていても良い。これは、各孔の開口部分における縁部がＲ加工もしくは面取り加工してあることにより、パンチ５のストレート部５Ａの外表面に当接するその第２の板状部材２、３の加工された縁部表面は、ストレート部５Ａの下降動作により、孔の半径方向に沿ってそのずれを吸収する方向に適宜移動し、中心軸が自然に一致するからである。但し、このように自己補正させるためには、上下の型Ａ、Ｂでの挟着力をある程度緩和させておくことが必要である。

位置あわせして積層されたこれらの第１の板状部材１と第２の板状部材２、３とを、ガイド固定手段である第１ガイド部材４と第２ガイド部材６とで上下両側から挟持して固定する。

これにより、第２の板状部材２、３の締結孔２Ａ、３Ａよりも小径で、第１の板状部材１の加工孔１Ａよりも大径のストレート部５Ａと、このストレート部５Ａよりも大径でステップ状の段付き拡大部５Ｂとを有するパンチ５が、第１の板状部材１の加工孔１Ａ直上に臨んだ状態で配置される。

次に、パンチ５をプレス機でガイド孔４Ａに沿って下降させ、ストレート部５Ａを加工孔１Ａに進入させて押込む。これにより、第１の板状部材１の加工孔１Ａの周辺部が折り曲げられて締結孔２Ａの内壁面に抱き付き始める。すなわち、第１の板状部材１の加工孔１Ａ周辺部のうちストレート部５Ａに押し当てられた部分が、上側の第２の板状部材２の上開口部分の縁部に当接するときに、その曲げ応力が最大になり、さらなるパンチ５の下降によってストレート部５Ａが押込まれた加工孔１Ａ周辺部分に塑性変形を起こさせる。そして、第１の板状部材１の塑性変形された部分、つまり折り曲げ部が、パンチ５のストレート部５Ａの外周面と第２の板状部材２、３の締結孔２Ａ、３Ａの内壁面でしごかれ、下方へと押し出されて行く。

これにより、図２に示すように、上側の第２の板状部材２の締結孔２Ａ下開口部分の縁部２Ｅと、下側の第２の板状部材３の締結孔３Ａ上開口部分の縁部３Ｄ付近の空間部分には、この形状に倣い変形された折り曲げ部が抱き付かれて充填されていく。なお、ここまででは、折り曲げ部が下側の第２の板状部材３の下開口部分までは達していない。つまり、下側の第２の板状部材３の締結孔３Ａを貫通して外部へ突出できるまでの容量が折り曲げ部には不足しているから、下側の第２の板状部材３まで一体に締結加工することはできない。つまり、このままでは、締結孔３Ａの途中で締結加工作業が止まってしまう。

ここで、さらにプレス機によるパンチ５の下降動作によって、図３に示すように、拡大部５Ｂが第１の板状部材１の加工孔１Ａの周辺部に食い込んでいき、その食い込まれた部分も折曲げられて下方へ移動する。

すなわち、パンチ５の拡大部５Ｂが、さらにプレス機で第１の板状部材１の加工孔１Ａ周縁部に押込まれていくことにより、図３に示すように、拡大部５Ｂが食い込んだ部分の容積量だけ、元の折り曲げ部が下方へ余計に押出されていく。これにより、締結孔３Ａに押出されてきた元の折り曲げ部が、第２の板状部材２、３の締結孔２Ａ、３Ａの内周面に密着状態となって抱き付くとともに、さらに下方へ押下されて締結孔３Ａよりも下方へ向けて移動する。そして、下側の第２の板状部材３の締結孔３Ａを通り抜けて下方外部に向けて移動した元の折り曲げ部の先端は、下方から側方に進路を変えて下側の第２の板状部材３の下面側に回り込んで行く。

その後、図４に示すように、パンチ５が上昇して後退するとともに、プレス機によりイジェクタ７が第２ガイド部材６のガイド孔６Ａにガイドされながら上昇して前進し、下側の第２の板状部材３から下方に突出した折り曲げ部をイジェクタ７の上部が押圧するので、その突出した折り曲げ部は下側の第２の板状部材３の外表面へ折返される。これにより、図５に示すように、第１の板状部材１と第２の板状部材２、３とが強い締結力で一体に締結される。

１ 第１の板状部材
１Ａ 加工孔
２ 第２の板状部材（最も内側の第２の板状部材）
２Ａ 締結孔
２Ｃ （上）開口縁部
２Ｅ （下）開口縁部
３ 第２の板状部材（最も外側の第２の板状部材）
３Ａ 締結孔
３Ｂ 外面
３Ｃ （上）開口縁部
３Ｅ （下）開口縁部
４ 第１ガイド部材
４Ａ ガイド孔
５ パンチ
５Ａ ストレート部
５Ｂ 拡大部
６ 第２ガイド部材
６Ａ ガイド孔
７ イジェクタ
Ａ 上型
Ｂ 下型

Claims (10)

1. 締結用の第１の板状部材と被締結用の第２の板状部材とを重ね合わせ、その第２の板状部材の締結孔に対応する部分をパンチで突いて前記第１の板状部材の一部を折り曲げ、その折り曲げ部を前記締結孔の孔縁に抱き付かせ、前記第１の板状部材に前記第２の板状部材を締結する板状部材の締結方法において、
   前記パンチ先端のストレート部で前記折り曲げ部の内径を均一にする一方、そのストレート部より大径で、同ストレート部の基部に形成した拡大部で、前記第１の板状部材に食い込み、この食い込んだ部分も折り曲げてなる、板状部材の締結方法。
2. 前記第１の板状部材と前記第２の板状部材とを重ね合わせたとき、前記第１の板状部材の、前記第２の板状部材の締結孔に対応する部分に、バーリング加工用の加工孔をあけてなる、請求項１に記載の板状部材の締結方法。
3. 前記第１の板状部材に前記第２の板状部材を複数重ね合わせて締結してなる、請求項１、又は２に記載の板状部材の締結方法。
4. 複数重ね合わせた前記第２の板状部材の各締結孔の孔径のうち、最も内側に重ね合わせた前記第２の板状部材の締結孔の孔径を最も大きく形成してなる、請求項３に記載の板状部材の締結方法。
5. 最も内側に重ね合わせた前記第２の板状部材の締結孔の前記第１の板状部材側に、面取りを設け又は曲面加工を付けてなる、請求項３に記載の板状部材の締結方法。
6. 複数重ね合わせた前記第２の板状部材の各締結孔の開口に、
   面取りを設け又は曲面加工を付けてなる、請求項３に記載の板状部材の締結方法。
7. 内側に設ける第２板状部材を弾性材料で形成してなる、請求項３に記載の板状部材の締結方法。
8. 前記折り曲げ部を前記締結孔の孔縁に抱き付かせて後、その締結孔の孔縁から突出する前記折り曲げ部の先端を外側に折り返してなる、請求項１に記載の板状部材の締結方法。
9. 締結用の第１の板状部材と被締結用の第２の板状部材とを重ね合わせ、その第２の板状部材の締結孔に対応する部分をパンチで突いて前記第１の板状部材の一部を折り曲げ、その折り曲げ部を前記締結孔の孔縁に抱き付かせ、前記第１の板状部材に前記第２の板状部材を締結する板状部材の締結装置において、
   前記パンチに、前記折り曲げ部の内径を均一とするストレート部と、そのストレート部より大径で、同ストレート部の基部に形成して前記第１の板状部材に食い込んで折り曲げる拡大部とを設けてなる、板状部材の締結装置。
10. 前記折り曲げ部を前記締結孔の孔縁に抱き付かせて後、その締結孔の孔縁から突出する前記折り曲げ部の先端を外側に折り返すイジェクタを、前記パンチと対向して設けてなる、請求項９に記載の板状部材の締結装置。

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