JP2010274266A

JP2010274266A - 締結体の製造方法

Info

Publication number: JP2010274266A
Application number: JP2009125978A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shibazaki; 靖夫柴崎; Keizo Shimotani; 圭三下谷; Seiichi Ito; 誠一伊藤; Kazuhiko Maeda; 和彦前田
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd; Shin Kobe Platechs Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2010-12-09

Abstract

【課題】金属板表面に被締結具の変形した突出部がなく、金属板表面のうねり発生を抑え、金属板の加工工数を低減できる締結体を製造する。
【解決手段】金属板２の貫通穴１に被締結具３を締結してなる締結体を製造する。被締結具３は、被締結具本体３２と中空の筒状の突出部３１とを有し、突出部３１の硬度は金属板２の硬度以上である。金属板２と被締結具３を、以下の工程を経て締結する。（１）突出部３１を貫通孔１に挿入し、突出部３１の先端部分を貫通孔内壁５に望ませる。（２）突出部３１を挿入する側とは反対側面から金属板２の貫通孔周囲面を平らに押圧する。（３）前記状態で、金属板２を押圧している側から突出部３１の筒状内に押し込みピン４を圧入する。（４）前記により突出部３１の外壁を拡径させ、拡径した突出部３１の先端部分を貫通孔内壁５食い込ませる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属板と部品等の被締結具との締結体を製造する方法に関する。

従来、金属板に部品等の被締結具を締結する場合、この被締結具を金属板に貫通させてその一部を金属板表面に突出させ、パンチ等を用いて突出部を加圧変形させ金属板面を両面から挟み込む方法が知られている。例えば、ピンやはと目と称する部材を使用する方法である。この場合、金属板表面に部材の変形した突出部が残るため、金属板表面に他の金属板等を密着させて取り付けることができないという問題がある。

この対策として、例えば、特許文献１に示す方法が開示されている。この方法は、厚鋼板部材（金属板）の一方の面に環状溝若しくは周壁をもつ底付凹形孔を形成し、環状溝若しくは底付凹形孔の中心に、厚鋼板部材の底を貫くパンチ圧入孔を形成する。次に、環状溝の溝、若しくは底付凹形孔の周壁に接してパイプ部材（被締結具）を嵌め込み、厚鋼板部材の他方の面からパンチ圧入孔にパンチを圧入する。そして、その圧入によりパンチ圧入孔を拡径して材料流動を生じさせ、前記のパイプ部材の外面を環状溝の外周若しくは底付凹形孔の外周壁に接合し、パイプ部材の内面に前記流動材料を圧着するというものである。

特公平６−８５９５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載される方法では、パンチをパンチ圧入孔から引き抜く際に、流動した材料がパンチ表面に密着して引き上げられるため、金属板の被締結具を挿入する面とは反対側の面が盛り上がる（金属板表面のうねり発生を抑えられない）という問題がある。また、金属板に環状溝若しくは底付き凹形状孔並びにパンチ圧入孔を予め形成しておく必要があり、形状が複雑で加工工数が増えるという問題がある。さらに、圧着された流動材料の厚みは、パンチ圧入孔の孔径に左右され、前記孔径が大きくなるほど材料流動が少なくなり、金属板と被締結具の接合強度が小さくなる。このため、パンチ圧入孔の孔径によって、接合強度が低下したり接合強度のばらつきが大きくなったりするという問題もある。

本発明が解決しようとする課題は、金属板に被締結具を取り付けた締結体において、締結体表面に取り付けのため突出部が現れず、取り付けのための加工工数も低減できる締結体を製造することである。他の課題は、前記に加えて、金属板の被締結具を挿入する面とは反対側の面が盛り上がらない（金属板表面のうねり発生を抑える）ようにすることである。

本発明に係る締結体の製造方法は、貫通孔を有する金属板の前記貫通穴に被締結具を締結してなる締結体を製造する方法である。前記被締結具は、被締結具本体と被締結具本体より突出し内部を中空としている筒状の突出部とを有し、この突出部は、前記金属板の貫通孔内壁と相似形状の外壁とこの外壁と相似形状又は平面視円形の内壁とを有しており、突出部の硬度は金属板の硬度以上である。このような金属板と被締結具を、以下の工程を経て締結することを特徴とする（請求項１）。
（１）被締結具の突出部を金属板の貫通孔に挿入し、突出部の先端部分を貫通孔内壁に望ませる工程
（２）突出部を貫通孔に挿入する側とは反対側面から金属板の貫通孔周囲面を平らに押圧する工程
（３）前記状態で、金属板を押圧している側から突出部の筒状内に押し込みピンを圧入する工程
（４）前記押し込みピンの圧入により突出部の外壁を拡径させ、この拡径した突出部の先端部分を貫通孔内壁へと食い込ませる工程
押し込みピンは、好ましくは、押し込み先端側を頂部とする円錐形状としたものを用いる（請求項２）。

本発明に係る締結体の製造方法は、被締結具に突出部を設け、この突出部を拡径させ、この拡径した先端部分を金属板の貫通孔内壁に食い込ませることで、金属板表面に被締結具の変形した突出部が現れるのをなくすることができる。このとき、金属板の被締結具を挿入する面とは反対側の面である、貫通孔周囲面を平らに押圧することで、金属板表面が盛り上がらず、金属板表面のうねり発生を抑えることができる。
また、本発明に係る締結体の製造方法は、金属板には貫通孔を、また、被締結具には筒状の突出部を形成するだけで済み、形状が簡単で加工工数が低減できる。

さらに、押し込みピンが、押し込み先端側を頂部とする円錐形状である場合には、筒状の突出部を拡径するときに、貫通孔の中心位置と、突出部の中心位置とが、多少同芯位置になくとも、押し込みピンを挿入する過程で、同芯位置とすることができる。

本発明に係る締結体の製造方法の工程を示す断面図である。本発明に係る締結体における被締結具の実施の形態を示す断面図である。本発明に係る樹脂成形品の実施の形態を示す断面図である。締結体の抜け力の測定方法の断面説明図である。

本発明に係る締結体の製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
貫通孔１を有する金属板２の前記貫通孔１に被締結具３を締結してなる締結体を製造する方法であるが、被締結具３は、被締結具本体３２と被締結具本体３２より突出し内部を中空としている筒状の突出部３１とを有している。この突出部３１は、金属板２の貫通孔内壁５と相似形状の外壁とこの外壁と相似形状又は平面視円形の内壁とを有している。突出部３１の硬度は金属板２の硬度以上、好ましくは金属板２の硬度を越える硬度としてある。

図１は、上記の金属板２に被締結具３を締結する工程を示す断面図である。まず、図１（ａ）に示すように、被締結具３の突出部３１を金属板２の貫通孔１に挿入し、突出部３１の先端部分を貫通孔内壁５に望ませる。次に、図１（ｂ）に示すように、突出部３１を貫通孔１に挿入する側とは反対側面から金属板２の貫通穴周囲面を平らに押圧する。そして、図１（ｃ）に示すように、金属板２の貫通孔周囲面を平らに押圧した状態で、金属板２を押圧している側から突出部３１の筒状内に押し込みピン４を圧入する。押し込みピン４を圧入することにより、突出部３１を拡径することができ、この拡径した先端部分を貫通孔内壁５に食い込ませる。

本発明にて用いる金属板２は、被締結具３を締結する所定の位置に貫通孔１を有するものであり、その形状や厚みは、特に限定されるものではない。なお、金属板２は、後述する被締結具３と密接に接合させるために、被締結具３を締結する箇所においては、平面状であるか、被締結具３の形状に対応する形状とすることが好ましい。例えば、突出部３１を配置した被締結具本体３２の突出部３１周囲は平らな面とし、突出部３１を貫通孔１に挿入したとき前記平らな面が金属板２の表面に密接に接合するようにする。この状態で、突出部３１の先端部分を貫通孔内壁５に望ませるためには、突出部３１の高さを金属板２の厚さ以下とする。また、被締結具本体３２の突出部３１周囲が凸形状であれば、金属板２の対応する部分は凹形状とする。

金属板２の材質としては、アルミニウム等を用いることができ、特に限定されるものではないが、金属板２の貫通孔内壁５の硬度を、突出部３１の外壁の硬度より低くするよう適宜選択することが好ましい。これは、突出部３１の外壁の拡径した先端部分を、金属板２の貫通孔内壁５に確実に食い込ませ係合させることができるためである。
ここで、硬度とは、ＪＩＳＺ２２４３−１９５５で規定されるブリネル硬度（Ｈ_Ｂ）をいう。

金属板２の貫通孔１の形状は、平面視で円形、多角形、楕円等であり、特に限定されるものではないが、その中でも、金属板２と被締結具３の接合強度が向上することから、平面視円形であることが好ましい。これは、被締結具３の突出部３１の外壁を、全周に亘り均等に拡径させることができるためである。
貫通孔１の形成は、打抜き加工、ボール盤加工、旋盤加工等で行なうことができる。

本発明にて用いる被締結具３は、被締結具本体３２と、この被締結具本体３２より突出し内部を中空としている筒状の突出部３１とを有している。

被締結具本体３２は、金属板２に締結されるものであり、その形状や材質等は、特に限定されるものではない。なお、金属板２と密接に接合する部分の形状は、先に述べた金属板２の形状と同じように、平面状であるか、金属板２の形状に対応する凹凸形状（金属板２が凸であれば、被締結具本体３２の対応する部分が凹である形状）とすることが好ましい。

被締結具本体３２が中空内壁を有していると、締結体を他の部品と嵌め合わせることができる。また、被締結具本体３２が、前記中空内壁に雌ねじを有していると、締結体と他の部品とを雄ねじを有するボルトを用いて締結し、取り付けることができる。

さらに、前記雌ねじに雄ねじを有するボルトが螺合させられ、前記ボルトは金属板に接続される端子部材を貫通して、前記ボルトの頭部膨出部と金属板との間に前記端子部材が固定されると、外部との電気的な接続が可能となる。また、被締結具本体３２が、突出部３１の外壁よりも外側となる部分に平面部を有し、この平面部が、金属板２の貫通孔１周囲の面に密着していると、金属板２と被締結具本体３２との電気的な接続が確実なものとなる。

突出部３１は、外壁と内壁を有しており、外壁は、金属板２の貫通孔１に挿入される貫通孔内壁５と相似形状とすることが好ましい。また、前記内壁は、前記外壁と相似形状又は平面視円形とすることが好ましい。これにより、外壁を、全周に亘り均等に拡径させることができる。

また、前記外壁及び内壁の高さを金属板２の厚み以下とすることが好ましい。これにより、金属板表面に被締結具３の変形した突出が現れるのをなくすることができる。

突出部３１の材質としては、鉄、銅、鉄とニッケルやクロムの合金等を用いることができ、特に限定されるものではないが、外壁の硬度を、金属板２の貫通孔内壁５の硬度以上、好ましくは貫通孔内壁５の硬度を超えるよう適宜選択することが好ましい。これにより、突出部３１の拡径した先端部分を金属板２の貫通孔内壁５へと食い込ませ係合させることができ、金属板２と被締結具３の接合強度を充分確保することができる。なお、被締結具３の突出部３１は、硬度が高く、かつ形状加工や錆止めのためのめっき等の加工を容易に行なえることから、鉄材を選択することが好ましい。

突出部３１の形成は、別途作製した部材を、被締結具本体３２に溶接、ろう付け、圧入等により固定してもよいが、加工工数を低減できることから、被締結具本体３２と同一材質で、一体に形成することが好ましい。

金属板２の貫通孔周囲を平らに押圧する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、図１（ｂ）に示すように、貫通孔５に対応する部分を開口した治具板６をエアシリンダー等で金属板２表面に圧接することにより行なうことができる。

押圧する貫通孔周囲の面積は、適宜選択することができるが、貫通孔の孔径の２倍の径の同心円の範囲以上が好ましい。また、押圧する荷重は、適宜選択することができるが、押し込みピン４を筒状内に押し込むことにより突出部３１を拡径し塑性変形させる荷重の１０〜１５％が好ましい。なお押圧する面積は前述のように貫通孔１の孔径の２倍以上が好ましく、２．５倍の面積を適用すると圧力は３．６〜５．４ＭＰａに相当する。これにより、締結体の金属２表面が盛り上がらず、金属板２表面のうねり発生を抑えることができる。また、金属板２を治具板６で押さえていることから、押し込みピン４にて突出部３１を拡径した後に、容易に押し込みピン４を抜くことができる。

治具板６を使用する場合、治具板の材質としては、工具鋼、合金工具鋼等を用いることが好ましい。これは、焼き入れ処理を行うことにより、金属板２を押圧する面の硬さをブリネル硬度（Ｈ_Ｂ）で４６０とすることができ、より確実に金属２表面の盛り上がりを押さえることができるためである。

被締結具３の突出部３１を拡径させ、この拡径した先端部分を貫通孔内壁５へと食い込ませる方法は、押し込みピン４により行なう。この押し込みピン４の形状は、例えば、先端形状が、突出部３１の内壁を均一加重にて押下でき、水平断面形状を突出部３１の内壁と相似形状とする。このようにすれば、突出部３１の外壁を、全周に亘り均等に拡径させることができ、金属板２と被締結具３の接合強度を向上させることができる。

また、押し込みピン４の最大径を、貫通孔１の径未満とする。このようにすれば、押し込みピン４の押し込み深さが被締結具３の材料硬さバラツキにより大きくなっても、押し込みピン４が金属板２の貫通孔１の周縁部に当らないため、周縁部を変形させることがない。

さらに、押し込みピン４の先端を、円錐形状とする。このようにすれば、突出部３１の外壁を拡径するときに、貫通孔１の中心位置と、突出部３１の中心位置とが、多少同芯位置になくとも、押し込みピン４を挿入する過程で、同芯位置とすることができる。

本発明に係る製造方法により得られた締結体は、例えば、電気配線機能を有する樹脂成形品のインサート部品として好適である。
金属板２の貫通孔内壁５に被締結具３の突出部３１を圧入しただけでは、これをインサート部品として使用した樹脂成形品は、金属板２と被締結具３の密着が不充分であるため、金属板２と被締結具３の隙間に樹脂が入り込むという問題がある。しかしながら、本発明に係る製造方法により得られた締結体を、インサート部品として使用した樹脂成形品は、金属板２と被締結具３が密接に接合されているので、両者の隙間に樹脂が入りこまない。このため、図３に示すように、被締結具本体３２の中空内壁に雌ねじを有し、前記雌ねじに雄ねじを有するボルト８が螺合させられ、前記ボルト８は金属板２に接続される端子部材９を貫通して、前記ボルトの頭部膨出部と金属板との間に前記端子部材９が固定されると、金属板２、被締結具３、端子部材９の三者の電気的接続を充分に確保できる。金属板２と被締結具３との間は、金属板２の貫通孔内壁５に突出部３１が食い込んだ箇所と、被締結具本体３２の平面部（外壁よりも外側となる部分）が金属板２の貫通孔周囲の面に密着した箇所とにより導通が図れるからである。前記密着が不充分で隙間があると、樹脂成形品１０の成形の際にその隙間に樹脂が入り込み、被締結具本体３２の平面部と金属板２の貫通孔周囲の面の間が前記入り込んだ樹脂により絶縁され、両者間の導通が低下することになる。

単に、金属板２の貫通孔内壁５に被締結具の突出部を圧入し、これをインサート部品として使用した樹脂成形品において、金属板と被締結具の接合強度を補う方法として、被締結具の外周面に環状溝を形成し、この環状溝に樹脂を充填することが考えられる。この場合、被締結具の形状が複雑となり加工工数が増えるという問題がある。しかしながら、本発明に係る締結体は、被締結具には突出部を形成するだけで済み、形状が簡単で加工工数が低減できる。

また、締結体の金属板２が、例えばバスバーであり、被締結具本体３２が締結されている面とは反対側の貫通孔周囲の面を、外部に露出させた樹脂成形品は、図４に示すように、端子部材９を金属板２の貫通孔周囲の面に確実に密着させることができ、端子部材９と金属板２との電気的接続が確実なものとなる。これにより、端子部材９を介して外部との電気的接続が可能となる。

実施例１
金属板２として、アルミニウム板（厚さ：２ｍｍ、材質：Ａ６１０１−Ｔ６）を準備し、このアルミニウム板の所定位置に、打抜き加工により、貫通孔１（内径：７．４０ｍｍ）を形成した。なお、このときの貫通孔内壁５のブリネル硬度（Ｈ_Ｂ）は、７１である。

また、被締結具として、図２に示す構造のものを準備した。この被締結具３は、被締結具本体３２と、この被締結具本体３２より突出し内部を中空とする筒状の突出部３１とを有している。材質は、冷間圧造用炭素鋼（材質：ＳＷＲＣＨ１０Ｒ）であり、冷間圧造加工により、被締結具本体３２と突出部３１を一体に形成している。なお、このときの突出部３１の外壁のブリネル硬度（Ｈ_Ｂ）は、１０５である。

被締結具本体３２は、外形が略四角柱形状（１０ｍｍ×１０ｍｍ×高さ：１２ｍｍ）である。また、その中空内壁７には、雌ねじが形成（Ｍ６のタップ加工）されており、雄ねじを有するボルトの螺合により他の部品を取り付けることができるようにしてある。

突出部３１は、外壁が円柱形状（外径：７．３０ｍｍ×高さ：１．６５ｍｍ）であり、内壁も円柱形状（内径：６．１４ｍｍ×高さ：１．６５ｍｍ）である。この外壁は、上記金属板２の貫通孔内壁５と相似形状となっている。また、内壁は、外壁と相似形状であり、また平面視円形となっている。

次に、図１（ａ）に示すように、金属板２の貫通孔１の中心と突出部３１の外壁の中心を一致させ突出部３１を貫通孔１に挿入した。このとき、突出部３１の外壁及び内壁の高さは、金属板２の厚み以下となっており、金属板２の貫通孔内壁５の硬度は、突出部３１の外壁の硬度以下となっている。

そして、図１（ｂ）に示すように、貫通孔５に対応する部分を開口した治具板６をエアシリンダーで加圧し、突出部３１を貫通孔１に挿入する側とは反対側面から金属板２の貫通孔周囲面を平らに押圧した。このとき、治具板６は、鋼板（外径：１８．５ｍｍ、内径：７．４０ｍｍ、厚さ：１０ｍｍ、材質：合金工具鋼）であり、押圧した荷重は、１０００Ｎ（圧力として、４．５ＭＰａ）である。

また、先端が円錐形状の押し込みピン４を、被締結具３の突出部３１の内壁に接する位置にセットした。このとき、押し込みピン４は、その先端を円錐形状としてあり、最大径が７．２０ｍｍ、先端の円錐形状の頂角が７０°である。

さらに、図１（ｃ）に示すように、被締結具３の突出部３１の筒状内に挿入した押し込みピン４を、突出部３１の外壁を径方向に拡大し塑性変形させる荷重（８０００Ｎ）で、突出部３１の内壁に垂直方向に押し込んだ。これにより、径方向に塑性変形した突出部３１の外壁の先端部分を金属板２の貫通孔内壁５に食い込ませ、被締結具３を金属板２に締結した。なお、この場合、図１（ｂ）の状態から図１（ｃ）の状態までの押し込みピン４の下降量は、０．７〜１．０ｍｍ程度であった。また、金属板２を治具板６で押さえていることから、押し込みピン４にて拡径した後に、容易に押し込みピンを抜くことができることを確認した。

上記の方法で得られた締結体は、金属表面が盛り上がらず、金属板表面のうねりを２０μｍ以内に抑えることができることを確認した。また、被締結具が金属板から抜ける、いわゆる抜け力が８００Ｎ以上であり、金属板と被締結具の接合強度を充分確保することができることを確認した。なお、抜け力の測定方法は以下に示すとおりである。

抜け力：図３に示すように、被締結具本体３２内壁に形成された雌ねじに雄ねじを有するボルト８を螺合し、被締結具本体３２の外形サイズより大きい内形形状の台１２の上に締結体１１を配置する。上方よりボルト８に荷重を加えて、金属板２から被締結具３が抜けた際の最大荷重を測定した。

１…貫通孔、２…金属板、３…被締結具、３１…突出部、３２…締結具本体、４…押し込みピン、５…貫通孔内壁、６…治具板、７…中空内壁、８…ボルト、９…端子部材、１０…樹脂成形品、１１…締結体、１２…台

Claims

貫通孔を有する金属板の前記貫通孔に被締結具を締結してなる締結体を製造する方法であって、前記被締結具は、被締結具本体と被締結具本体より突出し内部を中空としている筒状の突出部とを有し、この突出部は、前記金属板の貫通孔内壁と相似形状の外壁とこの外壁と相似形状又は平面視円形の内壁とを有しており、突出部の硬度は金属板の硬度以上であり、以下の工程を経て金属板と被締結具を締結することを特徴とする締結体の製造方法。
（１）被締結具の突出部を金属板の貫通孔に挿入し、突出部の先端部分を貫通孔内壁に望ませる工程
（２）突出部を貫通孔に挿入する側とは反対側面から金属板の貫通孔周囲面を平らに押圧する工程
（３）前記状態で、金属板を押圧している側から突出部の筒状内に押し込みピンを圧入する工程
（４）前記押し込みピンの圧入により突出部の外壁を拡径させ、この拡径した突出部の先端部分を貫通孔内壁へと食い込ませる工程
請求項１において、押し込みピンが、押し込み先端側を頂部とする円錐形状であることを特徴とする締結体の製造方法。