JP2014124651A

JP2014124651A - 金属材接合用金型、及び離型装置

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Publication number: JP2014124651A
Application number: JP2012282082A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Hotani; 智也穗谷; Yoshiyuki Asakawa; 善行浅川
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: JP5901510B2

Abstract

【課題】複数の金属材の接合部を金型から容易に離脱させることが可能な金属材接合用金型を提供する。
【解決手段】
接合用金型１０は、可動型１４と固定型１６とを備える。固定型１６に上下方向へスライド可能に支持されたパンチ２２が設けられており、接合時に上方へ移動される。可動型１４にダイ２１が設けられている。ダイ２１の内部には、上下方向へスライド可能に支持されたプランジャー６２が設けられている。プランジャー６２は、ダイ２１のキャビティ４４から突出する第１位置と、キャビティ４４からダイ２１の内部に没入する第２位置との間で移動する。プランジャー６２には第１位置側への付勢力が付与されており、ダイ２１が被接合材４０から離脱しても、プランジャー６２は被接合材４０を押圧する第１位置に配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の金属材が重ね合わされた被接合材に圧力を加えてそれぞれの金属材を接合する金属材接合用金型、及びこの金属材接合用金型に用いられる離型装置に関する。

複数の金属板を接合する方法として、ＴＯＸ接合方式（ＴＯＸは登録商標）などのメカニカルクリンチング接合が知られている。図１１に示されるように、メカニカルクリンチング接合は、複数の金属板Ｐ１１，Ｐ１２を重ね合わせてダイ１０１とパンチ１０２との間に配置し、ダイ１０１とパンチ１０２とを相対的に駆動させて金属板Ｐ１１，Ｐ１２を挟む方向にプレスして、金属板Ｐ１１，Ｐ１２それぞれを接合する方法である。このメカニカルクリンチング接合は、冷間圧接による従来の接合方法（特許文献１及び特許文献２参照）に比べて高い剪断強度及び剥離強度が得られる点で優れている。

特開平１０−５２７６６号公報特開平１０−９９９２６号公報

しかしながら、メカニカルクリンチング接合によって複数の金属板を接合した場合に、接合部分がダイから外れにくくなる場合がある。詳細には、図１１に示されるように、メカニカルクリンチング接合によって、金属板Ｐ１１，Ｐ１２の被圧部がプレスされることにより塑性変形されつつダイ１０１のキャビティ１０３に食い込まれるため、塑性変形によって伸ばされた伸張部１０７（図１１（Ｃ）参照）がダイ１０１側の金属板Ｐ１１に生じる。この伸張部１０７は、ダイ１０１のダイ溝１０４で最も伸ばされる。プレス前の金属板Ｐ１１は、全体が酸化膜で覆われているため、表面の金属原子は安定な状態である。しかしながら、伸張部１０７は酸化膜に覆われていないため、その表面の金属原子は活性状態となる。このため、伸張部１０７とダイ１０１とが冷間圧接されることになり、伸張部１０７がダイ１０１から外れにくくなる。もちろん、離型を促すために潤滑油などを金属板Ｐ１１，Ｐ１２やダイ１０１に塗布しておけば、容易に外れる。しかし、接合される金属板Ｐ１１，Ｐ１２が、油分の混入が許されない用途、例えば、画像形成装置におけるトナーの撹拌、食品加工装置における食材の撹拌や切断などの用途に用いられる場合は、潤滑油などを用いることはできない。伸張部１０７とダイ１０１とが冷間圧接された状態で、無理にダイ１０１から金属倍Ｐ１１，Ｐ１２が外されると、接合部分が変形したり、亀裂や割れが生じたり、場合によっては接合が剥がれてしまうおそれがある。また、同様に、パンチ１０２によって金属板Ｐ１２がプレスされたときに、パンチ１０２の先端の外周縁に対応する伸張部１０８が金属板Ｐ１２に生じ、伸張部１０８とパンチ１０２とが冷間圧接されることになり、伸張部１０８がパンチ１０２から外れにくくなる。

そこで、本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の金属材の接合部を金型から容易に離脱させることが可能な金属材接合用金型、及び離型装置を提供することにある。

本発明は、複数の金属材が重ね合わされた被接合材が圧入されるキャビティを有するダイと、前記ダイとの間に介在された前記被接合材を加圧して前記被接合材における被圧部を塑性変形させて前記キャビティに圧入するパンチと、前記パンチによる圧入後に、前記被圧部に力を付与して前記ダイ及び前記パンチの少なくとも一方から前記被圧部を離反させる離型機構と、を備える金属材接合用金型として構成される。

また、本発明は、複数の金属材が重ね合わされた被接合材が圧入されるキャビティを有するダイと、前記ダイに形成され、前記キャビティから前記被接合材の圧入方向と同方向へ貫通する第１貫通孔と、前記第１貫通孔に設けられ、先端が前記第１貫通孔から前記キャビティへ突出する第１位置と前記キャビティ内において前記第１位置よりも前記第１貫通孔側の第２位置との間でスライド可能に支持された第１スライド部材と、前記第１スライド部材を前記第１位置側へ付勢する第１弾性部材と、を備える金属材接合用金型として構成される。

また、本発明は、複数の金属材が重ね合わされた被接合材の被圧部に当接して加圧するパンチと、前記パンチに形成され、前記被圧部に当接する当接部から前記パンチによる加圧方向と同方向へ貫通する第２貫通孔と、前記第２貫通孔に設けられ、先端が前記当接部から突出する第３位置と前記第２貫通孔に没入する第４位置との間でスライド可能に支持されたた第２スライド部材と、前記第２スライド部材を前記第３位置側へ付勢する第２弾性部材と、を備える金属材接合用金型として構成される。

また、本発明は、複数の金属材が重ね合わされた被接合材が圧入されるキャビティを有するダイと、前記ダイに形成され、前記キャビティから前記被接合材の圧入方向と同方向へ貫通する第１貫通孔と、前記第１貫通孔に設けられ、先端が前記第１貫通孔から前記キャビティへ突出する第１位置と前記キャビティ内において前記第１位置よりも前記第１貫通孔側の第２位置との間でスライド可能に支持された第１スライド部材と、前記第１スライド部材を前記第１位置側へ付勢する第１弾性部材と、を備える離型装置として構成される。

本発明によれば、複数の金属材からなる被接合材の接合部をダイやパンチから容易に離脱させることが可能である。

本発明の第１実施形態に係る接合用金型の概略構成を示す斜視図である。接合用金型の断面構造を示す断面図である。接合用金型が備えるクランプピンの断面構造を示す部分断面図である。接合用金型が備える上ダイホルダーの上部の断面構造を示す部分断面図である。接合用金型が備えるダイの断面構造を示す部分断面図である。接合用金型による金属板の接合手順及び動作を説明するための部分断面図である。接合用金型による金属板の接合手順及び動作を説明するための部分断面図である。接合用金型が備えるダイ及びパンチの周辺構造を示す部分拡大図である。本発明の第２実施形態に係る接合用金型の概略構成を示す部分断面図である。本発明の第３実施形態に係る接合用金型の概略構成を示す断面図である。従来のメカニカルクリンチング接合の工程を示す模式断面図である。

以下、適宜図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明される各実施形態は本発明を具体化した一例にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で、本発明の実施形態は適宜変更できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る接合用金型１０の構成を示す斜視図であって、図１（Ａ）には、斜め上方から外観斜視図が示されている。また、図１（Ｂ）には、接合用金型１０に設けられたダイ２１及びパンチ２２の構成が示されており、図１（Ｃ）には、接合用金型１０に設けられた離型機構２３の構成が示されている。なお、以下の説明においては、接合用金型１０が使用可能に設置された状態（図１の状態）を基準として上下方向６を定義し、手前側（正面側）を前として前後方向７を定義し、接合用金型１０を手前側（正面側）から見て左右方向８を定義する。

接合用金型１０は、本発明の金属材接合用金型の一例であって、複数の金属材が重ね合わされた被接合材４０に圧力を加えてそれぞれの金属板を接合する際に用いられる金型である。この接合用金型１０は、不図示のプレス装置に装着されて用いられる。図１に示されるように、接合用金型１０は、主として、上下方向６に駆動される可動型１４と、不図示のプレス装置に固定される固定型１６と、を備えている。接合用金型１０において、上側に可動型１４が配置されており、可動型１４の下側に固定型１６が配置されている。可動型１４には、ダイ２１（本発明のダイの一例）、及び離型機構２３（本発明の離型機構の一例）が設けられている。また、固定型１６には、パンチ２２（本発明のパンチの一例）が設けられている。被接合材４０は、金属製の金属材である上板４１と下板４２とが上下方向に重ね合わされたものであり、この被接合材４０は、接合用金型１０による接合の前に、固定型１６の上面にセットされる。

図２に示されるように、固定型１６は、パンチホルダー２６と、２つのパンチ２２とを有する。パンチホルダー２６は、被接合材４０を載置するとともに、２つのパンチ２２を保持するものであり、例えば、Ｓ４５ＣやＳ５０Ｃなどの炭素鋼などで形成されている。パンチホルダー２６は、上面が水平な平坦面に形成された直方体形状の金属製ブロックである。パンチホルダー２６の上面に被接合材４０が水平に載置される。パンチホルダー２６には、上面が開放された上下方向６に延びる円柱形状の２つのガイド孔２７が形成されている。このガイド孔２７にパンチ２２が上下方向６へスライド可能に支持されている。

パンチ２２は、パンチホルダー２６の上面に載置された被接合材４０を加圧して、被接合材４０において圧力が加えられる被圧部を塑性変形させてダイ２１のキャビティ４４（図５参照）に前記被圧部を圧入するものである。このパンチ２２は、接合時に十分な強度を必要とするものであるため、比較的硬度の高い金属素材、例えば、ＳＫＤ１１（合金工具鋼）やＳＫＨ５１（高速度工具鋼）、ＳＫＨ４０（粉末高速度工具鋼）などで形成されている。パンチ２２は、ガイド孔２７に対応した円柱形状に形成されており、ガイド孔２７の内面と摺動可能なように嵌め合いによってガイド孔２７に挿入されている。パンチ２２の上部には上方へ突出する突起２８が設けられており、接合時にこの突起２８がダイ２１のキャビティ４４に挿入される。本実施形態では、不図示のアクチュエーターによってパンチ２２が上方へ移動されることにより、突起２８が被接合材４０の下面に当接して、被接合材４０の前記被圧部が上方へ塑性変形される。

図２に示されるように、可動型１４は、固定型１６の上側に配置されている。可動型１４は、固定型１６に連結されて用いられる。可動型１４は、主として、上ダイホルダー３１と、下ダイホルダー３２と、クランププレート３３と、バッキングプレート３４と、金型ヘッド３５と、３つのクランプピン３６と、２つのダイ２１と、２つの離型機構２３とを有する。これらのうち、上ダイホルダー３１、下ダイホルダー３２、クランププレート３３、金型ヘッド３５、及びクランプピン３６は、パンチホルダー２６と同様にＳ４５ＣやＳ５０Ｃなどの炭素鋼で形成されている。一方、バッキングプレート３４、ダイ２１、及び離型機構２３のプランジャー６２（本発明の第１スライド部材の一例）は、接合時に十分な強度を必要とするため、比較的硬度の高い金属素材、例えば、ＳＫＤ１１（合金工具鋼）やＳＫＨ５１（高速度工具鋼）、ＳＫＨ４０（粉末高速度工具鋼）などで形成されている。

上ダイホルダー３１及び下ダイホルダー３２は、２つのダイ２１を保持するものであり、上面及び下面が水平な平坦面に形成された直方体形状の金属製ブロックである。下ダイホルダー３２は、可動型１４において最下部を構成するものであり、その下面がパンチホルダー２６の上面に対向するように設けられている。また、上ダイホルダー３１は、下ダイホルダー３２の上側に設けられたクランププレート３３との間に所定の空隙４８を隔てた状態で設けられている。

下ダイホルダー３２には、上下方向６に貫通する２つの貫通孔４６が形成されている。貫通孔４６は、ダイ２１を下ダイホルダー３２において上下方向６へスライド可能に支持するためのものである。これら貫通孔４６の中心軸は、パンチホルダー２６のガイド孔２７の中心軸と一致している。即ち、貫通孔４６及びガイド孔２７は、上下方向６において同じ中心軸上に形成されている。貫通孔４６にダイ２１の筒状部７１（図５参照）が上下方向６へスライド可能に支持されている。

下ダイホルダー３２には、貫通孔４６に隣接して３つのクランプ孔５１が形成されている。クランプ孔５１は、下ダイホルダー３２を上下方向６へ貫通している。このクランプ孔５１にクランプピン３６とコイルバネ５２とが設けられている。クランプピン３６は、接合用金型１０による接合前に被接合材４０を押さえ付ける役目と、接合後に被接合材４０を下ダイホルダー３２の下面から引き離す役目を有している。

図３に示されるように、クランプ孔５１は、小径の下側孔５１Ｂと、下側孔５１Ｂよりも径が大きい上側孔５１Ａとを有している。クランプピン３６のピン部３６Ａが下側孔５１Ｂに挿入されており、クランプピン３６の上端部を構成するピンヘッド３６Ｂが上側孔５１Ａに挿入されている。クランプピン３６がクランプ孔５１に挿入された状態で、ピンヘッド３６Ｂは、下側孔５１Ｂと上側孔５１Ａとの境に形成された座部５１Ｃに掛止される。ピンヘッド３６Ｂが座部５１Ｃに掛止された状態で、クランプピン３６の先端部３６Ｃが下ダイホルダー３２の下面から下方へ突出している。クランプ孔５１の上側孔５１Ａにおいて、ピンヘッド３６Ｂよりも上側にコイルバネ５２が設けられている。コイルバネ５２は、圧縮された状態で上側孔５１Ａに設けられており、これにより、クランクピン３６は、コイルバネ５２から下方への付勢力が付与される。下ダイホルダー３２の上面には、クランププレート３３が装着されており、これにより、クランプ孔５１の上側の開口が塞がれるとともに、コイルバネ５２が圧縮された状態で上側孔５１Ａに保持される。

図２に示されるように、クランププレート３３は、クランプ孔５１の上側の開口を塞ぐための板状の部材であって、下ダイホルダー３２の上面に固定されている。クランププレート３３には、中心軸を貫通孔４６と共通する２つの貫通孔３３Ａが形成されている。クランププレート３３が下ダイホルダー３２に固定された状態で、ダイ２１の筒状部７１（図５参照）が貫通孔３３Ａに挿通されている。

上ダイホルダー３１には、上下方向６に貫通する２つの固定用孔４７が形成されている。固定用孔４７は、ダイ２１を上ダイホルダー３１に固定するためのものである。これら固定用孔４７の中心軸は、貫通孔４６及びガイド孔２７それぞれの中心軸と一致している。即ち、固定用孔４７、貫通孔４６、及びガイド孔２７の全てが、同じ中心軸上に形成されている。固定用孔４７は、上ダイホルダー３１に対してダイ２１を固定するためのものである。後述するように、固定用孔４７にダイ２１が装着された後にバッキングプレートが上ダイホルダー３１の上面に固定されることによって、ダイ２１が上ダイホルダー３１に固定される。

上ダイホルダー３１には、固定用孔４７に隣接して３つのバネ孔５４が形成されている。バネ孔５４は、上ダイホルダー３１を上下方向６へ貫通している。バネ孔５４には、コイルバネ５５が設けられている。上ダイホルダー３１の上面にバッキングプレート３４が固定されている。そのため、バネ孔５４及び固定用孔４７の上側の開口がバッキングプレート３４によって塞がれる。コイルバネ５５の上端は、バッキングプレート３４によって支持されている。また、コイルバネ５５の下端は、バネ孔５４から下方へ突出しており、図２に示されるように、クランププレート３３の上面によって支持されている。コイルバネ５５の自然長は、バネ孔５４の上下方向６の寸法よりも長く形成されている。また、コイルバネ５５は、上ダイホルダー３１、バッキングプレート３４、及び金型ヘッド３５の荷重を受けた状態で、上ダイホルダー３１とクランププレート３３との間に空隙４８を形成可能なバネ力に設定されている。つまり、可動型１４に駆動力が加えられていない状態で、コイルバネ５５は、下ダイホルダー３２及びクランププレート３３から上ダイホルダー３１を持ち上げるように支持している。このとき、ダイ２１の下端は、後述する貫通孔４６に没入した姿勢を保持する。本実施形態では、図２に示される状態で、コイルバネ５５のバネ力は、コイルバネ５２のバネ力よりも大きくなるように設定されている。

図４に示されるように、固定用孔４７は、貫通孔４６と同径の下側孔４７Ｂと、下側孔４７Ｂよりも径が大きい上側孔４７Ａとを有している。ダイ２１の本体部分を構成する筒状部７１が下側孔４７Ｂに挿入されており、ダイ２１の上端部を構成するダイヘッド７２が上側孔４７Ａに嵌め入れられている。ダイ２１が固定用孔４７に装着された状態で、ダイヘッド７２は、下側孔４７Ｂと上側孔４７Ａとの境に形成された座部４７Ｃに掛止される。ダイヘッド７２が座部４７Ｃに掛止された状態で、ダイ２１の上面、つまり、ダイヘッド７２の上面が上ダイホルダー３１の上面と同一面となる。この状態で、上ダイホルダー３１の上面にバッキングプレート３４が固定されると、ダイ２１が上ダイホルダー３１に対して固定される。

図４に示されるように、上ダイホルダー３１の上部には、バネ孔５４と固定用孔４７の上側孔４７Ａとを連通する空気孔５７が形成されている。この空気孔５７は、バネ孔５４及び空隙４８を通じて外気に連続している。したがって、空隙４８の気圧が大気圧よりも低い負圧状態となった場合に、空気孔５７を通じて空隙４８へ外部の空気が流入する。

図２に示されるように、バッキングプレート３４は、上ダイホルダー３１の上面に固定されている。バッキングプレート３４は、接合用金型１０による接合時にダイ２１や離型機構２３のプランジャー６２に加えられる上方への加工荷重を受け止めるものである。バッキングプレート３４には、中心軸を貫通孔４６及び固定用孔４７と共通する２つの貫通孔３４Ａ（図４参照）が形成されている。貫通孔３４Ａの径のサイズは、固定用孔４７の上側孔４７Ａの径よりも小さい。そのため、上側孔４７Ａに装着されたダイ２１のダイヘッド７２（図４参照）が貫通孔３４Ａを通って上方へ飛び出すことはなく、ダイ２１の上方への移動はバッキングプレート３４によって規制される。

バッキングプレート３４の更に上側に金型ヘッド３５が固定されている。金型ヘッド３５は、可動型１４において最上部を構成している。金型ヘッド３５は、接合用金型１０による接合過程において、不図示のプレス装置が備える駆動源から上下方向６の駆動力が加えられる部分であり、この駆動力が加えられることによって、金型ヘッド３５を含む可動型１４が上下方向６へ移動される。また、金型ヘッド３５には、中心軸を貫通孔３４Ａと共通する２つの貫通孔６１が形成されている。貫通孔６１は、貫通孔３４Ａと同径の下側孔６１Ｂと、下側孔６１Ｂよりも径が大きい上側孔６１Ａとを有している。下側孔６１Ｂに、離型機構２３を構成する後述のプッシュロッド６３（図１参照）が挿入されている。また、上側孔６１Ａに、離型機構２３を構成する後述のコイルバネ６５及び固定ネジ６７が装着されている。

なお、いずれの図にも示されていないが、固定型１６にはガイドポストが設けられており、また、可動型１４にはガイドブッシュが設けられている。前記ガイドポスト及び前記ガイドブッシュは、固定型１６と可動型１４と連結して、固定型１６に対して可動型１４を上下方向６へ移動可能に支持するものであり、前記ガイドポストが前記ガイドブッシュに摺動可能なように嵌め入れられている。

図４及び図５に示されるように、ダイ２１は、筒状部７１と、筒状部７１の上側に設けられたダイヘッド７２とを有している。ダイ２１の中心には、筒状部７１及びダイヘッド７２を上下方向６へ貫通する長尺なスライド孔７６（本発明の第１貫通孔の一例）が形成されている。このスライド孔７６は、ダイ２１の下端部に形成されるキャビティ４４からパンチ２２による加圧方向と同じ上下方向６へ貫通している。言い換えると、ダイ２１の中心には、上下方向６へ貫通する長尺なスライド孔７６が形成されている。筒状部７１は、貫通孔４６及び貫通孔３３Ａによってスライド可能に支持されるとともに、固定用孔４７の下側孔４７Ｂに挿通される。ダイヘッド７２は、筒状部７１の径よりも大きく形成されており、筒状部７１の上端に設けられている。

図４に示されるように、スライド孔７６の上端には、離型機構２３のプランジャー６２の上端部を構成するプランジャーヘッド６８を収容するための収容室７８が形成されている。収納室７８は、プランジャーヘッド６８の外径よりも大きく形成された円柱形状の空間であり、プランジャーヘッド６８が収容室７８に収容された状態で、プランジャーヘッド６８の外周面と収容室７８の内側面との間に空隙７９が形成される。ダイヘッド７２の側壁には、空気孔５７と連続する空気孔７４が形成されている。この空気孔７４は収容室７８及び空隙７９に連通しており、したがって、外部の空気が収容室７８に流入可能となっている。

図５（Ｂ）に示されるように、ダイ２１は、接合用金型１０による接合過程において、被接合材４０が圧入されるキャビティ４４を有する。キャビティ４４は、スライド孔７６の下端に形成されている。より詳細には、スライド孔７６よりも径が大きい円柱形状の凹部８０がスライド孔７６の下端に形成されており、キャビティ４４は、その凹部８０と、後述の第２位置（図５（Ｂ）参照）に配置されたプランジャー６２の下端部６２Ａとによって区画形成された空間である。

離型機構２３は、被接合材４０が接合された後に、被接合材４０の前記被圧部に力を付与してダイ２１から前記被圧部を離反させるものである。この離型機構２３は、図１（Ｃ）に示されるように、プランジャー６２と、プッシュロッド６３と、コイルバネ６５（本発明の第１弾性部材の一例）と、固定ネジ６７とを備えている。なお、本実施形態では、離型機構２３と、プランジャー６２がスライド可能に支持されるスライド孔７６と、スライド孔７６が形成されたダイ２１とによって本発明の離型装置が実現される。

プランジャー６２は、接合用金型１０による接合過程において、接合後の被接合材４０に当接して被接合材４０を下方へ押圧するものである。図５に示されるように、プランジャー６２は、スライド孔７６に上下方向６へスライド可能に設けられており、スライド孔７６にスライド可能に支持されるプランジャー本体６９と、収容室７８に収容されるプランジャーヘッド６８とを備えている。プランジャー６２は、スライド孔７６内において、プランジャー６２の下端部６２Ａがスライド孔７６の下側の開口からキャビティ４４側へ突出する第１位置（図５（Ａ）に示される位置）と、前記第１位置よりもスライド孔７６側の第２位置（図５（Ｂ）に示される位置）との間でスライド可能に支持されている。本実施形態では、プランジャー６２が前記第２位置に配置されたときに、キャビティ４４がダイ２１の下端に形成される。また、プランジャー６２の下端部６２Ａの外周縁の側面、つまり、プランジャー６２の先端の外周面には、角が切り欠かれた段差８６が形成されている。したがって、プランジャー６２が前記第２位置に配置されると、前記第２位置に配置されたプランジャー６２と凹部８０との内側面とによって、キャビティ４４におけるダイ溝８８が形成される。

プランジャー６２の内部には、空気孔８５が形成されている。空気孔８５は、プランジャー６２の下端部６２Ａに設けられた吐出口８３からプランジャー本体６９の内部の中心を通って、プランジャーヘッド６８の側面まで延設されている。これにより、空気孔８５から空隙７９、空気孔７４、空気孔５７、バネ孔５４、空隙４８に至る空気経路が形成される。この空気経路が、本発明の第１空気路の一例である。本実施形態では、プランジャー６２が前記第１位置（図５（Ａ）参照）に配置されたときに空隙７９と空気孔７４との間が遮断されて、前記空気経路が閉塞される。また、プランジャー６２が前記第２位置（図５（Ｂ）参照）に配置されたときに空隙７９と空気孔７４との間がつながって、前記空気経路が外部に連通される。具体的には、プランジャーヘッド６８の側面において、空気孔８５の吸入口８４よりも上側にＯリングなどのシール部材９０が設けられている。そして、プランジャー６２が前記第１位置に配置されたときにシール部材９０が空気孔７４よりも下方位置で空隙７９をシールする（図５（Ａ）参照）。これにより、前記空気経路が閉塞される。また、プランジャー６２が前記第２位置に配置されたときにシール部材９０が空気孔７４よりも上方位置に移動する（図５（Ｂ）参照）。これにより、前記空気経路が外部に連通される。

図２に示されるように、プッシュロッド６３は、金型ヘッド３５の貫通孔６１の下側孔６１Ｂに設けられている。プッシュロッド６３のロッド部６３Ａ（図５参照）が下側孔６１Ｂに挿入されており、プッシュロッド６３の上端部を構成するロッドヘッド６３Ｂ（図５参照）が上側孔６１Ａに挿入されている。プッシュロッド６３が貫通孔６１に挿入された状態で、ロッドヘッド６３Ｂは、下側孔６１Ｂと上側孔６１Ａとの境に形成された座部に掛止される。ロッドヘッド６３Ｂが前記座部に掛止された状態で、ロッド部６３Ａの下端部が収容室７８に突出している。貫通孔６１の上側孔６１Ａにおいて、ロッドヘッド６３Ｂよりも上側にコイルバネ６５が設けられている。コイルバネ６５は、圧縮された状態で上側孔６１Ａに設けられており、これにより、プッシュロッド６３は、コイルバネ６５から下方への付勢力が付与される。貫通孔６１の上側には、固定ネジ６７が螺着されており、これにより、貫通孔６１の上側の開口が塞がれている。

コイルバネ６５により下方へ付勢されたプッシュロッド６３は、収容室７８においてプランジャーヘッド６８を下方へ押圧する。つまり、プランジャー６２は、コイルバネ６５によって前記第１位置側へ付勢されている。これにより、プランジャー６２は、他の力が加えられていない状態で、図５（Ａ）に示される前記第１位置に配置される。

以下、図６乃至図８を参照しながら、接合過程における接合用金型１０の動作について説明する。ここで、図６（Ａ）には、接合用金型１０に被接合材４０がセットされた状態が示されており、図６（Ｂ）には、可動型１４に下方の駆動力が加えられた第１工程後の状態が示されており、図６（Ｃ）には、可動型１４に更に下方の駆動力が加えられた第２工程後の状態が示されている。また、図７（Ａ）には、可動型１４に上方の駆動力が加えられた第３工程後の状態が示されており、図７（Ｂ）には、可動型１４に更に上方の駆動力が加えられた第４工程後の状態が示されており、図７（Ｃ）には、接合用金型１０による接合が完了した状態が示されている。また、図８（Ａ）には、図６（Ｃ）におけるキャビティ４４の部分拡大図が示されており、図８（Ｂ）には、図８（Ａ）において被接合材４０が省略された部分拡大図が示されている。なお、図６及び図７においては、説明の便宜上、接合用金型１０の一部の構成だけが示されている。

図６（Ａ）に示されるように、接合が行われる前において、接合用金型１０は、固定型１６と可動型１４との間に空隙が形成された状態であり、且つ、コイルバネ５５によってダイ２１の下端が貫通孔４６に没入した状態に保持される。また、このとき、プランジャー６２は前記第１位置（図５（Ａ）参照）に配置されているため、前記空気経路は閉塞されている。この状態で、固定型１６の上面に上板４１と下板４２とが重ね合わされた被接合体４０が載置される。

続いて、第１工程において、可動型１４に下方への駆動力が加えられると、可動型１４が下降して、クランクピン３６が上板４１に当接する。そして、更に可動型１４が下降すると、コイルバネ５２が圧縮されて、クランクピン３６がクランプ孔５１に没入するとともに、下第ホルダー３２の下面が上板４１に当接する（図６（Ｂ）参照）。このとき、コイルバネ５５のバネ力は、コイルバネ５２のバネ力よりも大きく設定されているので、コイルバネ５５は圧縮されない。したがって、ダイ２１は貫通孔４６に没入した状態を保持する。

続いて、第２工程において、可動型１４に更に下方への駆動力が加えられると、次の第３工程において、コイルバネ５５が徐々に圧縮されて、上ダイホルダー３１が下降し始める。これにより、上ダイホルダー３１に固定されたダイ２１も下方へ移動して、ダイ２１の下端が上板４１へ近づく。また、この動作と同時に、パンチ２２に上方への駆動力が加えられて、パンチ２２が上昇し始める。そして、更に可動型１４に駆動力が加えられると、図６（Ｃ）に示されるように、ダイ２１の下端が上板４１に当接し、上板４１を下方へ押しつける。一方、パンチ２２の突起２８が下板４２に当接する。このとき、突起２８によって強く加圧されることにより、被接合材４０において突起２８が当接している被圧部が塑性変形して、プランジャー６２を上方へ押し上げつつ、キャビティ４４に圧入される。このとき、プランジャー６２は、前記第１位置（図５（Ａ）参照）から前記第２位置（図５（Ｂ）参照）へ移動される。これにより、前記空気経路が連通されて、外気が空気孔８５の吐出口８３まで流入可能となる。

続いて、図７（Ａ）に示されるように、第３工程において、可動型１４に上方の駆動力が加えられ、これと同時にパンチ２２に下方の駆動力が加えられる。可動型１４に上方の駆動力が加えられると、まず、コイルバネ５５が伸張し始める。これにより、上ダイホルダー３１が上昇し始めて、これと同時に、ダイ２１の筒状部７１も上方へ移動する。このとき、プランジャー６２は、プッシュロッド６３によって下方へ押圧されているため、プランジャー６２は上昇せずに、その下端部６２Ａは上板４１に当接されたままである。言い換えると、プランジャー６２によって被接合材４０の被圧部が相対的に下方へ押しつけられる。これにより、ダイ２１の筒状部７１と上板４１とを容易に離脱させることができる。

また、筒状部７１が上方へ移動されると、ダイ２１の下端部と上板４１との間に形成された空間が真空状態又は大気圧よりも気圧が低い負圧状態となる。筒状部７１が上方へ移動しはじため時点では、前記空気経路が外気と連通しているため、前記空間が真空状態又は負圧状態となったことにより、外部の空気が前記空気経路を通って吐出口８３からキャビティ４４内に吐出される。この吐出される空気によって、プランジャー６２の下端部６２Ａから被接合材４０の被圧部が離れる方向へ押しつけられる。これにより、プランジャー６２の下端部６２Ａと被接合材４０の被圧部とを容易に離脱させることができる。また、空気が被接合材４０の被圧部に吐出されることにより、被圧部における金属の伸張部分が空気に触れて酸化膜が形成される。これにより、キャビティ４４と被圧部との冷間接合が軽減される。

なお、プランジャー６２の下端部６２Ａと被接合剤４０の被圧部とが当接した状態では、吐出口８３が閉塞されるため、前記空気経路が連通していても空気が吐出しにくい。そのため、図８に示されるように、プランジャー６２の下端部６２Ａに一条又は複数条の溝９２を形成することで、前記空気経路が連通した時に、常に空気をキャビティ４４内に送りこむことが可能となる。これにより、常時、キャビティ４４に空気が存在することになり、より早い段階で、被圧部における金属の伸張部分に酸化膜を形成することができる。

続いて、図７（Ｂ）に示されるように、第４工程において、可動型１４に上方の駆動力が更に加えられると、ダイ２１がプランジャーヘッド６８に当接して、ダイ２１とともにプランジャー６２が上方へ移動する。このとき、プランジャー６２の下端部６２Ａが被接合材４０の被圧部から完全に離される。そして、更に可動型１４が上方へ移動されると、図７（Ｃ）に示されるように、下ダイホルダー３２が持ち上げられて、クランプピン３６が上板４１から離れる。これにより、接合用金型１０による被接合材の接合が完了する。

このように、第１実施形態に係る接合用金型１０が構成されているため、ダイ２１が被接合材４０から上方へ離される際に、プッシュロッド６２によって被接合材４０の被圧部が下方へ押圧される。これにより、ダイ２１から被接合材４０が容易に離脱される。また、プランジャー６２の下端部６２Ａの吐出口８３から前記空気経路を通じて空気がキャビティ４４内に流入されるため、下端部６２Ａが当接している前記被圧部の金属の伸張部に空気が触れて、当該部分の酸化膜の生成が促進される。これにより、キャビティ４４の内面と前記被圧部との冷間接合が防止されて、容易に前記被圧部がキャビティ４４から離脱される。

なお、上述の第１実施形態では、金属板からなる上板４１と下板４２とを接合する例について説明したが、例えば、金属板の下板４２に、金属製のスタッドなどの金属部品を接合する場合にも本発明は適用可能である。この場合、金属部品の形状に応じた形状のダイ又はパンチが用いられる。

また、上述の第１実施形態では、プランジャー６２によって被接合材４０の被圧部を下方へ押しつける構成について例示したが、例えば、本発明の第２実施形態として、図９に示されるように、プランジャー６２と同様の部材がパンチ２２に設けられた構成とすることも可能である。この第２実施形態の接合用金型１１は、図９（Ａ）に示されるように、第１実施形態におけるパンチ２２に代えて、ガイド孔２７にスライド可能に支持されたパンチ１２２（本発明のパンチの一例）を備えている。また、接合用金型１１は、パンチ１２２の中心に形成された貫通孔１２３（本発明の第２貫通孔の一例）と、貫通孔１２３に設けられたプランジャー１２４（本発明のスライド部材の一例）と、プランジャー１２４を付勢するコイルバネ１２５（本発明の第２弾性部材の一例）とを更に備えている。なお、第２実施形態において、上述の第１実施形態と共通する構成については、同じ番号の符号を付すことによりその説明を省略する。

パンチ１２２は、パンチホルダー２６の上面に載置された被接合材４０を加圧して、被接合材４０において圧力が加えられる被圧部を塑性変形させてダイ２１のキャビティ４４に前記被圧部を圧入するものである。貫通孔１２３は、パンチ１２２における突起２８からパンチ１２２による加圧方向（上下方向６）へ貫通している。この貫通孔１２３に、プランジャー１２４がスライド可能に支持されている。具体的には、プランジャー１２４は、その先端が突起２８から上方へ突出する第３位置と貫通孔１２３に没入する第４位置との間でスライド可能に支持されている。貫通孔１２３の下端の開口は、固定ネジ１２６によって閉塞されている。そして、コイルバネ１２５は、ガイド孔２７において、プランジャー１２４と固定ネジ１２６との間に設けられており、プランジャー１２４を前記第３位置側へ付勢している。このように構成された第２実施形態の接合用金型１１であれば、図９（Ｂ）に示されるように、接合後において、パンチ１２２を下方へ移動させたとしても、プランジャー１２４が被接合材４０の被圧部を下方から上方へ押圧している。これにより、前記被圧部からパンチ１２２の突起２８が容易に離脱される。

また、上述の第１実施形態では、プランジャー６２に空気孔８５が形成された例について説明したが、空気孔８５を含む空気経路を有しない構成、つまり、プランジャー６２によって被接合材４０の被圧部を下方へ押しつける構成だけを有する接合用金型であっても、被接合材４０を離脱させる効果を奏することができる。

また、上述の第１実施形態では、プランジャー６２によって被接合材４０の被圧部を下方へ押しつける構成について例示したが、例えば、本発明の第３実施形態として、図１０に示されるように、プランジャー６２による押圧機構を設けずに、空気をキャビティ４４へ流入させる機構だけを有する構成とすることも可能である。この第３実施形態の接合用金型１２は、図１０に示されるように、上述の第１実施形態におけるダイ２１に代えて、下端にキャビティ４４が形成されたダイ１３１を備えている。なお、上述の第１実施形態における離型機構２３は設けられていない。第３実施形態において、上述の第１実施形態と共通する構成については、同じ番号の符号を付すことによりその説明を省略する。

この第３実施形態においては、本発明の離型機構として、ダイ１３１に貫通孔１３２が形成された構造が採用されている。この貫通孔１３２は、キャビティ４４の吐出口８３からダイ１３１の中心を通ってダイ１３１の上端に貫通し、更に、バッキングプレート３６及び金型ヘッド３５を上下方向６へ貫通して外部まで延設されている。この貫通孔１３２は、外部の空気をキャビティ４４へ流入させるための空気経路であり、本発明の第２空気路に相当する。このような貫通孔１３２が設けられているため、被接合材４０の接合時に、被圧部の金属の伸張部が空気貫通孔１３２からキャビティ４４に流入した空気に触れて、当該部分の酸化膜の生成が促進される。これにより、キャビティ４４の内面と前記被圧部との冷間接合が防止されて、容易に前記被圧部がキャビティ４４から離脱される。

１０，１１，１２：接合用金型
１４：可動型
１６：固定型
２１：ダイ
２２：パンチ
２３：離型機構
４０：被接合材
４４：キャビティ
５２：コイルバネ
６２：プランジャー
８５：空気孔

Claims

複数の金属材が重ね合わされた被接合材が圧入されるキャビティを有するダイと、
前記ダイとの間に介在された前記被接合材を加圧して前記被接合材における被圧部を塑性変形させて前記キャビティに圧入するパンチと、
前記パンチによる圧入後に、前記被圧部に力を付与して前記ダイ及び前記パンチの少なくとも一方から前記被圧部を離反させる離型機構と、を備える金属材接合用金型。
前記離型機構は、
前記ダイに形成され、前記キャビティから前記パンチによる加圧方向と同方向へ貫通する第１貫通孔と、
前記第１貫通孔に設けられ、先端が前記第１貫通孔から前記キャビティ側へ突出する第１位置と前記第１位置よりも前記第１貫通孔側の第２位置との間でスライド可能に支持された第１スライド部材と、
前記第１スライド部材を前記第１位置側へ付勢する第１弾性部材と、を有する請求項１に記載の金属材接合用金型。
前記第１スライド部材の先端に設けられた吐出口から前記第１スライド部材の内部を通って外部まで延設され、前記第１スライド部材が前記第１位置に配置されたときに閉塞され、前記第１スライド部材が前記第２位置に配置されたとき外部と連通する第１空気路を更に備える請求項２に記載の金属材接合用金型。
前記第２位置に配置された前記第１スライド部材の先端の外周面と前記ダイのキャビティの内側面とによってダイ溝が形成される請求項２又は３に記載の金属材接合用金型。
前記離型機構は、
前記パンチに形成され、前記被圧部に当接する当接部から前記パンチによる加圧方向と同方向へ貫通する第２貫通孔と、
前記第２貫通孔に設けられ、先端が前記当接部から突出する第３位置と前記第２貫通孔に没入する第４位置との間でスライド可能に支持されたた第２スライド部材と、
前記第２スライド部材を前記第３位置側へ付勢する第２弾性部材と、を有する請求項１に記載の金属材接合用金型。
前記離型機構は、
前記ダイの前記キャビティに設けられた吐出口から前記ダイの内部を通って外部まで延設された第２空気路である請求項１に記載の金属材接合用金型。
複数の金属材が重ね合わされた被接合材が圧入されるキャビティを有するダイと、
前記ダイに形成され、前記キャビティから前記被接合材の圧入方向と同方向へ貫通する第１貫通孔と、
前記第１貫通孔に設けられ、先端が前記第１貫通孔から前記キャビティへ突出する第１位置と前記キャビティ内において前記第１位置よりも前記第１貫通孔側の第２位置との間でスライド可能に支持された第１スライド部材と、
前記第１スライド部材を前記第１位置側へ付勢する第１弾性部材と、を備える金属材接合用金型。
複数の金属材が重ね合わされた被接合材の被圧部に当接して加圧するパンチと、
前記パンチに形成され、前記被圧部に当接する当接部から前記パンチによる加圧方向と同方向へ貫通する第２貫通孔と、
前記第２貫通孔に設けられ、先端が前記当接部から突出する第３位置と前記第２貫通孔に没入する第４位置との間でスライド可能に支持されたた第２スライド部材と、
前記第２スライド部材を前記第３位置側へ付勢する第２弾性部材と、を備える金属材接合用金型。
複数の金属材が重ね合わされた被接合材が圧入されるキャビティを有するダイと、
前記ダイに形成され、前記キャビティから前記被接合材の圧入方向と同方向へ貫通する第１貫通孔と、
前記第１貫通孔に設けられ、先端が前記第１貫通孔から前記キャビティへ突出する第１位置と前記キャビティ内において前記第１位置よりも前記第１貫通孔側の第２位置との間でスライド可能に支持された第１スライド部材と、
前記第１スライド部材を前記第１位置側へ付勢する第１弾性部材と、を備える離型装置。