JP2015174099A - 金属接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】展延性の低い軽金属合金であっても割れを生じずに接合できる接合方法を提供する。
【解決手段】 第一の金属（１）を第二の金属（２）の上に重ね、前記第一の金属の表面に打ち込み式リベット（３）を打ち込み前記第一および第二の金属を塑性変形させて接合する金属接合方法において、予め、リベット（３）の打ち込み地点における第二の金属（２）に、前記リベットの打ち込み形状に対応しかつ最終的な打ち込み量よりも浅い凹部（２０）を形成しておき、前記第二の金属（２）を、前記最終的な打ち込み量を画定するダイ（４）に載置し、その上に前記第一の金属（１）を重ねた状態で、前記リベット（３）の打ち込みにより、前記第一の金属（１）が前記凹部（２０）に圧入されかつ前記第一および第二の金属が、前記最終的な打ち込み量（２３）まで塑性変形されるようにすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属接合方法に関し、さらに詳しくは、鋳造品など展延性の低い軽金属合金を打ち込み式リベットまたは加締めにて接合する方法に関する。

自動車の軽量化による燃費向上を達成するための基本戦略として、鉄鋼材料からアルミニウム合金やマグネシウム合金などの非鉄軽金属へ材料置換することが挙げられる。その際、鋼板のプレス成形品を軽金属の圧力鋳造品に置換することで軽量化以外にも一体成形による工程簡略化などの利点もある。しかし、全ての鉄鋼材料を軽金属に置換することが難しい場合があり、その場合には、鉄鋼材料と軽金属の異種金属同士を接合する必要がある。

軽金属合金からなる部材を接合する方法としては、下穴が不要な打ち込み式リベット（特許文献１，２参照）や加締め接合がある。これらの接合方法では、接合箇所で部材を嵌合形状に塑性変形させるため、鋳造品など展延性の低い被接合部材では割れを生じる問題があった。

特許第５０５５１０４号公報 特開２０１３−１２８９６４公報

本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、展延性の低い軽金属合金であっても割れを生じずに接合できる接合方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る金属接合方法は、
第一の金属を第二の金属の上に重ね、前記第一の金属の表面に打ち込み式リベットを打ち込み前記第一および第二の金属を塑性変形させて接合する金属接合方法において、
予め、前記リベットの打ち込み地点における前記第二の金属に、前記リベットの打ち込み形状に対応しかつ最終的な打ち込み量よりも浅い凹部を形成しておき、
前記第二の金属を、前記最終的な打ち込み量を画定するダイに載置し、その上に前記第一の金属を重ねた状態で、前記リベットの打ち込みにより、前記第一の金属が前記凹部に圧入されかつ前記第一および第二の金属が、前記最終的な打ち込み量まで塑性変形されるようにすることを特徴とする。

本発明に係る金属接合方法は、上述のような工程を採用したことにより、以下に記載されるような効果を有する。
第二の金属に予め最終的なリベットの打ち込み量よりも浅い凹部を形成しておくことにより、実際にリベットを打ち込む工程における第二の金属の塑性変形が緩和され、展延性の低い金属であっても破損することなく接合できる。

ここで、第二の金属が鋳造品である場合、前記凹部を鋳造時に形成することができ、その場合には、接合に係る塑性変形の絶対量が少なくなる。また、前記凹部を温間でプレス加工する場合にも、浅い凹部を形成する一次プレス工程での見かけの塑性変形量が少なくなり、接合に係る塑性変形の絶対量が少なくなる。よって何れの場合にも、破損を回避し高強度の接合を確実に行うことができる。

本発明において、第二の金属がダイに載置された状態で、前記凹部の下側中央部が前記ダイに当接しており、その周囲に余剰間隙があることが好適である。この態様では、リベット打ち込み時に、余剰間隙がある外周部への塑性変形が誘導されることで、リベットの先端部が外周側に拡開される変形が促進され、一層高強度の接合を行うことができる。

本発明に係る金属接合方法は、
第一の金属を第二の金属の上に重ね、前記第一の金属の表面にパンチを打ち込み前記第一および第二の金属を塑性変形させて加締め接合する金属接合方法において、
予め、前記パンチの打ち込み地点における前記第二の金属に、前記パンチの打ち込み形状に対応しかつ最終的な打ち込み量よりも浅い凹部を形成しておき、
前記第二の金属を、前記最終的な打ち込み量を画定するダイに載置し、その上に前記第一の金属を重ねた状態で、前記パンチの打ち込みにより、前記第一の金属が前記凹部に圧入されかつ前記第一および第二の金属が、前記最終的な打ち込み量まで塑性変形されるようにすることをも対象としている。

このように、パンチを用いた加締め接合においても、前記打ち込み式リベットを用いた場合と同様に、第二の金属に予め最終的なパンチの打ち込み量よりも浅い凹部を形成しておくことにより、実際にパンチを打ち込んで加締め接合する工程における第二の金属の塑性変形が緩和され、展延性の低い金属であっても破損することなく接合できる。

本発明第１実施形態に係る金属接合方法（打ち込み式リベット接合）を示す模式的断面図である。 本発明第２実施形態に係る金属接合方法（打ち込み式リベット接合）を示す模式的断面図である。 本発明第３実施形態に係る金属接合方法（加締め接合）を示す模式的断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、金属板（上板、下板）という用語は、金属平板の他に、鋳造や塑性加工により立体的に成形された金属部品の平坦部やフランジ部、延出片など、部分的な板状部を包含する。

図１は、本発明に係る金属接合方法を上板１と下板２の打ち込み式リベット接合として実施した第１実施形態を示しており、（ａ）は接合前、（ｂ）は接合後を示している。これらの図において、下板２は、例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金などの非鉄軽金属からなる下側部品のフランジ部（下側フランジ部）、上板１は、鋼板などの鉄系金属からなる上側部品の対応するフランジ部（上側フランジ部）であり、下板２は上板１より大きい板厚ｔ２を有している。

下板２は圧力鋳造品であり、上板１と接合されるべき下板２の接合点には、予めリベット３の打ち込み形状に対応した凹部２０が形成されている。この凹部２０は、図１（ａ）に符号４０ａ，４０ｂで示されるダイ４のキャビティで画定される上板１（リベット３）の最終的な打ち込み量よりは浅く、凹部２０の底面２１はキャビティ４０の底面中央部４０ｂと当接（または近接）しているが、周側面２２と底面周辺部４０ａとの間には余剰間隙がある。また、凹部２０の中央２０ｃは周辺部に対して膨出しており、その部分の厚さｔ３は板厚ｔ２より大きくなっている。

リベット３は、円盤状の頭部３ａの下側にやや小径の筒状をなす足部３ｂが突設されている。このリベット３を、図１（ｂ）に示すように、上板１の上側から凹部２０に向けてパンチ等により打ち込むと、先ず、上板１がリベット３の足部３ｂで打ち抜かれ、下板２の凹部２０に圧接され、矢印ｃで示されるように、足部３ｂの内側空洞３ｃに圧入されることで、足部３ｂの先端（下端）が矢印ｂで示されるように拡開され、下板２の凹部２０の内側壁に食い込むことで、リベット３が下板２に固定され、上板１が下板２に接合される。

この際、ダイ４の余剰空間（４０ａ）によって、矢印ａに示されるような周辺部２３の塑性変形が誘導されることで、リベット３の足部３ｂの拡開が促進され、高強度の接合が得られる。また、凹部２０が設けられていることにより、リベット３の打ち込みに伴う下板２の塑性変形が少なくて済み、大きな変形による割れなどの損傷を防止できる。さらに、凹部２０の膨出した中央２０ｃによって、矢印ｃで示されるような上板打抜き部の内側空洞３ｃへの圧入とそれに伴う足部３ｂの拡開が促進され、高強度の接合に寄与する。

次に、図２は、本発明に係る金属接合方法を上板１と下板２の打ち込み式リベット接合として実施した第２実施形態を示しており、（ａ）（ｂ）は凹部２０のプレス成形工程、（ｃ）（ｄ）はリベット打ち込み工程を示している。この第２実施形態では、図２（ａ）（ｂ）に示すように、下板２をダイ４にセットして、中央凹陥部５２の周囲に環状膨出部５１を有するパンチ５で凹部２０をプレス成形する。

ダイ４は、図２（ｃ）（ｄ）に示すリベット打ち込み工程と共用でき、凹部２０の成形時点で周側面２２と底面周辺部４０ａとの間に余剰間隙が形成されている。図からも明らかな通り、パンチ５の先端は比較的緩やかな曲面形状であるため、凹部２０のプレス成形は、温間成形とすることで、展延性の低い金属からなる下板２にも実施可能である。このような凹部２０を形成した下板２に上板１を重ねてリベット３を打ち込むことにより、高強度の接合が行える点は既に第１実施形態で述べた通りである。

また、接着剤を併用して接合する場合、下板２の凹部２０に接着剤を注入してから上板１を重ね、リベット３を打ち込むことで、一定量の接着剤をリベット３に対して均等に上板１と下板２の接合面に拡散させることができる。この場合、接合面に傾斜を有していたり、接合過程で下板２が傾けられたりしても、凹部２０に注入された接着剤は流動し難いので、低粘度の接着剤であっても塗布および接合を確実に実施できる。

次に、図３は、本発明に係る金属接合方法を上板１と下板２の加締め接合として実施した第３実施形態を示しており、（ａ）は接合前、（ｂ）は接合後を示している。加締め接合の場合も、リベット接合の場合と同様に予め下板１２に最終的な打ち込み量よりも浅い凹部１２０を形成し、ダイ８に下板１２をセットした状態で凹部１２０の周側面１２２と底面周辺部８０ａとの間に余剰間隙が形成されるようにし、その状態でパンチ７を上板１１側から凹部１２０に向けて打ち込み、家板１１および下板１２を塑性変形させて加締め凹部１１３を形成し、この加締め凹部１１３の側壁部にインターロックを形成して、上板１１と下板１２を加締め接合する。

この加締め接合の場合においても、下板１２の凹部１２０が予め鋳造や温間成形などにより形成されているので、加締め接合時のパンチ７の打ち込みによる塑性変形は緩和され、展延性の低い金属であっても破損することなく接合できる。また、この態様においても、前記同様に凹部１２０に接着剤を注入し、接合時のパンチ打ち込みにより接合面に拡散させ、接着と併用して加締め接合する場合に有利である。

以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能であることを付言する。

１，１１ 上板（第一の金属）
２，１２ 下板（第二の金属）
３ リベット
４，８ ダイ
５，６，７ パンチ
２０，１２０ 凹部
２１ 底面
２２，２３，１２２ 周側面

Claims (6)

1. 第一の金属を第二の金属の上に重ね、前記第一の金属の表面に打ち込み式リベットを打ち込み前記第一および第二の金属を塑性変形させて接合する金属接合方法において、
   予め、前記リベットの打ち込み地点における前記第二の金属に、前記リベットの打ち込み形状に対応しかつ最終的な打ち込み量よりも浅い凹部を形成しておき、
   前記第二の金属を、前記最終的な打ち込み量を画定するダイに載置し、その上に前記第一の金属を重ねた状態で、前記リベットの打ち込みにより、前記第一の金属が前記凹部に圧入されかつ前記第一および第二の金属が、前記最終的な打ち込み量まで塑性変形されるようにすることを特徴とする金属接合方法。
2. 前記第二の金属が非鉄軽金属の鋳造品であることを特徴とする請求項１に記載の金属接合方法。
3. 前記凹部は、前記第二の金属の鋳造時に形成されることを特徴とする請求項２に記載の金属接合方法。
4. 前記凹部は、前記第二の金属にプレス加工または温間成形されることを特徴とする請求項１または２に記載の金属接合方法。
5. 前記凹部を形成した前記第二の金属が前記ダイに載置された状態で、前記凹部の下側中央部が前記ダイに当接しており、その周囲に余剰間隙があることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の金属接合方法。
6. 第一の金属を第二の金属の上に重ね、前記第一の金属の表面にパンチを打ち込み前記第一および第二の金属を塑性変形させて加締め接合する金属接合方法において、
   予め、前記パンチの打ち込み地点における前記第二の金属に、前記パンチの打ち込み形状に対応しかつ最終的な打ち込み量よりも浅い凹部を形成しておき、
   前記第二の金属を、前記最終的な打ち込み量を画定するダイに載置し、その上に前記第一の金属を重ねた状態で、前記パンチの打ち込みにより、前記第一の金属が前記凹部に圧入されかつ前記第一および第二の金属が、前記最終的な打ち込み量まで塑性変形されるようにすることを特徴とする金属接合方法。

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