JP2020164164A

JP2020164164A - 金属部品の製造方法及び金属部品製造装置

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Publication number: JP2020164164A
Application number: JP2020102851A
Authority: JP
Inventors: 稔正山根; Toshimasa Yamane; 一成上原; Kazunari UEHARA
Original assignee: Keylex Corp
Current assignee: Keylex Corp
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2036-11-15
Also published as: JP6934688B2

Abstract

【課題】超音波接合により２つのパネル状金属体を一体にして亀裂や割れの無い金属部品を得る。【解決手段】治具５は、複数の基準ピン５７を振動可能に治具本体５１に取り付ける弾性体５６を有す。治具５の側方には、超音波接合機６が配置される。各基準ピン５７がパネル状をなす第１金属体２の各第１嵌合孔２２ｂとパネル状をなす第２金属体４の各第２嵌合孔４２ｂとに嵌合するように第１金属体２と第２金属体４とを順番に治具本体５１に載置する。第１金属体２及び第２金属体４の重なり合った重合部２ｂ，４ｂに超音波接合機６で固相接合部Ｗ１を形成することにより第１金属体２及び第２金属体４を一体にしてインシュレータ１を得る。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、車両に組み付けられる金属部品を２つのパネル状金属体から製造する際の製造方法又は製造装置に関する。

従来より、例えば、特許文献１に開示されているインシュレータは、防音及び遮熱を目的として車両下部におけるフロアパン下面とマフラーとの間に配設されている。上記インシュレータは、アルミニウム合金材からなるパネル状の第１金属体と、該第１金属体のフロアパン側に配設されたシート状の吸音遮熱体と、該吸音遮熱体のフロアパン側に配設されたアルミニウム合金材からなるフィルム状の第２金属体とを備え、上記第１金属体の外周部分を折り返すとともにこの折返部分で上記吸音遮熱体の外周部分と上記第２金属体の外周部分とを同時に挟み込むことにより、第１金属体、吸音遮熱体及び第２金属体を一体にしている。

ところで、特許文献１の如きインシュレータにおいて、材料歩留まりの向上や軽量化を目的として、第１金属体の外周部分を折り返さずに第１金属体の外周部分及び第２金属体の外周部分を互いに接合することで第１金属体と第２金属体とを一体にしたいという要求があり、その接合方法として、完成後のインシュレータの外観に熱歪みの影響が出難い超音波接合法を適用することが考えられる。

特表２００６−５１９７１０号公報

しかし、超音波接合法は、接合時に微細な振動を接合箇所に加えるため、接合する金属体において、例えば、治具に対する位置決め用の基準穴周りのような剛性の高い箇所がある部分に超音波振動が伝搬すると、当該箇所に繰り返し荷重が加わることで亀裂や割れが発生してしまうおそれがある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、超音波接合により２つのパネル状金属体を一体にして亀裂や割れの無い金属部品を得ることにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、超音波接合を行う際に使用する治具の位置決め用の基準ピンが振動可能となっていることを特徴とする。

すなわち、第１の発明では、フロアに設置された治具本体、それぞれ異なる位置に配置される複数の基準ピン、及び該各基準ピンを振動可能に上記治具本体に取り付けかつゴム材からなる弾性体で構成されたピン取付手段を有する治具と、超音波接合が可能な超音波接合手段とを用意する工程と、各々に上記各基準ピンに対応する複数の嵌合孔が形成された２つのパネル状金属体を上記各基準ピンが上記各金属体の各嵌合孔に嵌合するように上記各金属体を順番に上記治具本体に載置する工程と、上記各金属体の重なり合った部分に上記超音波接合手段で接合部を形成することにより一体にして金属部品を得る工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明は、フロアに設置された治具本体及び複数の基準ピンを有する治具と、該治具の側方に配置され、超音波接合が可能な超音波接合手段とを備え、各々に上記各基準ピンに対応する複数の嵌合孔が形成された２つのパネル状金属体を上記各基準ピンが上記各金属体の各嵌合孔に嵌合するように上記各金属体を順番に上記治具本体に載置した状態で上記各金属体の重なり合った部分に上記超音波接合手段で接合部を形成することにより一体にして金属部品を得るよう構成された金属部品製造装置をも対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第２の発明では、上記治具本体は、上記各基準ピンを振動可能に上記治具本体に取り付けるピン取付手段を備え、上記各基準ピンは、それぞれ異なる位置に配置されており、上記ピン取付手段は、ゴム材からなる弾性体であることを特徴とする。

第１及び第２の発明では、２つの金属体を各基準ピンが各金属体の各嵌合孔に嵌合するように各金属体を順番に治具本体に載置した状態で各金属体の重なり合った部分に対して超音波接合手段によって超音波接合を行うと、微細な振動が各金属体の全域に伝搬するが、その振動に合わせて上記各ピン取付手段が振動するようになる。したがって、治具に載置された状態の２つの金属体が超音波振動と同期して振動するようになり、２つの金属体における剛性の高い箇所に繰り返し荷重が加わり難くなって亀裂や割れの発生を抑制することができる。

また、簡単な構造で基準ピンが超音波振動に対応する振動を行うようになるので、超音波接合による金属部品の製造を低コストな装置で行うことができる。

本発明の実施形態に係る製造装置で製造されたインシュレータの斜視図である。図１のII-II線における断面図である。本発明の実施形態に係る製造装置の概略図であり、インシュレータを製造する際に使用する治具に２つの金属体と吸音遮熱体とを載置した状態を示す。図３のIV部拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１及び図２は、本発明の実施形態に係るインシュレータ１（金属部品）を示す。該インシュレータ１は、排気系部品や駆動系部品から発生する熱や騒音などに対する遮熱及び防音を目的として車両のフロアパンＦ１下面に取り付けられるものであり、図３及び図４に示すインシュレータ製造装置１０（金属部品製造装置）で製造されている。

上記インシュレータ１は、図１及び図２に示すように、車両前後方向に延びるパネル状のアルミニウム合金材からなる第１金属体２と、該第１金属体２におけるフロアパンＦ１側のパネル面に沿って配設されるシート状のグラスウール材３（吸音遮熱体）と、該グラスウール材３のフロアパンＦ１側に設けられたパネル状のアルミニウム合金材からなる第２金属体４とを備え、該第２金属体４は、上記グラスウール材３を覆うように上記第１金属体２に組み付けられている。尚、図１乃至図４の第１及び第２金属体２，４の板厚は、便宜上、誇張して描かれている。

上記第１金属体２は、板厚が０．４〜０．６ｍｍで、且つ、１０００〜３０００番台のアルミニウム合金板をプレス成形することにより得たものであり、車両前後方向に延びる水平面部２１と、該水平面部２１の車幅方向両側部分から車幅方向両端に近づくにつれて次第に下方に位置するよう傾斜する一対の傾斜面部２２とを備えている。

該各傾斜面部２２には、上方に向けて張り出すとともに張出面が水平に延びる平面視で円形状の第１座面部２２ａが車両前後方向に所定の間隔をあけて一対形成され、上記各第１座面部２２ａの中央には、第１嵌合孔２２ｂが貫通形成されている。

上記第１金属体２における４つの第１座面部２２ａより外側の部分には、上記第２金属体４を組み付けた際に当該第２金属体４と重なり合う重合部２ｂが設けられ、上記第１金属体２における４つの第１座面部２２ａに囲まれる部分には、多数の貫通孔２ｃが形成されている。

上記第２金属体４は、板厚が０．４〜０．６ｍｍで、且つ、１０００〜３０００番台のアルミニウム合金板をプレス成形することにより得たものであり、車両前後方向に延びる水平パネル部４１と、該水平パネル部４１の車幅方向両側部分から車幅方向両端に近づくにつれて次第に下方に位置するよう傾斜する一対の傾斜パネル部４２とを備えている。

該各傾斜パネル部４２には、上方に向けて張り出すとともに張出面が水平に延びる平面視で円形状の第２座面部４２ａが上記第１金属体２の各第１座面部２２ａに対応するように一対形成され、上記各第２座面部４２ａの中央には、第２嵌合孔４２ｂが貫通形成されている。

上記第２金属体４における４つの第２座面部４２ａより外側の部分には、上記第１金属体２に組み付けた際に上記重合部２ｂに重なり合う重合部４ｂが設けられ、上記第２金属体４における４つの第２座面部４２ａに囲まれる部分には、上記重合部４ｂに対して上方に段差状に張り出す空間形成部４ａが形成されている。

そして、上記第１金属体２に上記第２金属体４を組み付けると、上記第１金属体２の重合部２ｂと上記第２金属体４の重合部４ｂとが重なり合うとともに、上記第１金属体２と上記第２金属体４における空間形成部４ａとの間に上記グラスウール材３を収容する収容空間層Ｓ１が形成されるようになっている。

また、上記第１金属体２の重合部２ｂと上記第２金属体４の重合部４ｂとの間には、上記第１金属体２の重合部２ｂと上記第２金属体４の重合部４ｂとの間を繋ぐ超音波接合による複数の固相接合部Ｗ１が上記第１及び第２金属体２，４の外周部分に沿って断続的に形成されていて、上記各固相接合部Ｗ１により、上記第１金属体２と上記第２金属体４とが一体になっている。

上記インシュレータ製造装置１０は、図３に示すように、上記第１金属体２に対する上記第２金属体４の位置決めを行う治具５と、該治具５の側方に配置され、超音波接合が可能な超音波接合機６（超音波接合手段）とを備えている。

上記治具５は、フロアに設置された治具本体５１を備え、該治具本体５１は、図示しない移動手段により移動可能となっている。

上記治具本体５１は、厚みのある矩形板状のベースプレート５２と、該ベースプレート５２の上面に突設された４つの支持フレーム５３とを備えている。

これら４つの支持フレーム５３は、平面視で長方形の頂点をなす位置関係となっていて、上記超音波接合機６に近い側の２つの支持フレーム５３は、上記超音波接合機６から遠い側の２つの支持フレーム５３より突出高さが低くなっている。

上記各支持フレーム５３の上部には、それぞれ位置決めユニット５４が取り付けられている。

該位置決めユニット５４は、図４に示すように、超音波接合機６側の斜め上方に開口する収容凹部５５ａが形成された金属製のユニット本体５５を備え、上記収容凹部５５ａの底面側略半分にはリング状の硬質ゴム材からなる弾性体５６（ピン位置決め手段）が嵌め込まれている。

また、上記収容凹部５５ａには、円板形状の頭部５７ａ及び該頭部５７ａに連続する軸部５７ｂからなる基準ピン５７が収容され、上記軸部５７ｂが上側を向く姿勢で上記頭部５７ａが上記弾性体５６の内方に嵌合するとともに、上記軸部５７ｂが上記収容凹部５５ａの開口部分から外側に飛び出している。

すなわち、上記弾性体５６は、上記基準ピン５７を振動可能に上記治具本体５１に取り付けるようになっている。

さらに、上記収容凹部５５ａの開口側半分には、中央に挿通孔５８ａを有するリング部材５８が上記弾性体５６に接触するように嵌め込まれ、上記挿通孔５８ａには、上記基準ピン５７の軸部５７ｂが遊嵌した状態となっている。

そして、上記第２金属体４における上記第１金属体２に組み付ける側を上向きにした姿勢で上記各基準ピン５７が各第２嵌合孔４２ｂに嵌合するように上記第２金属体４を上記治具本体５１に載置するとともに上記第２金属体４の空間形成部４ａにグラスウール材３を載置し、且つ、上記第１金属体２における上記第２金属体４が組み付く側を下向きにした姿勢で上記各基準ピン５７が各第１嵌合孔２２ｂに嵌合するように上記第１金属体２を上記治具本体５１に載置することにより、上記第１金属体２の重合部２ｂと上記第２金属体４の重合部４ｂとが重なった状態で上記第１及び第２金属体２，４の位置決めがなされるようになっている。

上記超音波接合機６は、図３に示すように、上記治具５に位置決めされた第１及び第２金属体２，４における両重合部２ｂ，４ｂを支持可能な台座部６１と、該台座部６１の上方に配置され、超音波振動が可能な振動部６２と、該振動部６２を下降させて上記両重合部２ｂ，４ｂを上記台座部６１との間に挟み込んで加圧する加圧部６３とを備え、該加圧部６３が上記台座部６１との間において上記両重合部２ｂ，４ｂを加圧した状態で上記振動部６２が超音波振動を行うことにより、上記両重合部２ｂ，４ｂの間に固相接合部Ｗ１が形成されるようになっている。

そして、上記超音波接合機６は、上記治具本体５１を図示しない移動手段で移動させながら、上記治具本体５１によって位置決めされた第１及び第２金属体２，４の両重合部２ｂ，４ｂを上記第１及び第２金属体２，４の外周部分に沿って断続的に接合することにより第１及び第２金属体２，４を一体にしてインシュレータ１を得るようになっている。

次に、本発明の実施形態に係るインシュレータ製造装置１０を用いたインシュレータ１の製造について詳述する。

まず、図３に示すように、上記第２金属体４における上記第１金属体２に組み付ける側を上向きにした姿勢で上記各基準ピン５７が各第２嵌合孔４２ｂに嵌合するように上記第２金属体４を上記治具本体５１に載置する。

次に、上記治具本体５１に載置した第２金属体４の空間形成部４ａにシート状のグラスウール材３を載置する。

次いで、上記第１金属体２における上記第２金属体４が組み付く側を下向きにした姿勢で上記各基準ピン５７が各第１嵌合孔２２ｂに嵌合するように上記第１金属体２を上記治具本体５１に載置する。すると、上記第１金属体２の重合部２ｂと上記第２金属体４の重合部４ｂとが重なり合うとともに、上記第１金属体２と上記第２金属体４における空間形成部４ａとの間に収容空間層Ｓ１が形成され、該収容空間層Ｓ１に上記グラスウール材３が収容された状態になる。

その後、治具本体５１を図示しない移動手段で移動させながら、上記治具本体５１によって位置決めされた第１及び第２金属体２，４の両重合部２ｂ，４ｂを上記超音波接合機６が上記第１及び第２金属体２，４の外周部分に沿って断続的に超音波接合を行うことにより第１及び第２金属体２，４を一体にしてインシュレータ１を得る。

尚、超音波接合の接合条件は、振動周波数：２０ｋＨｚ、振動部６２の振幅：０．０６ｍｍ、加圧部６３による加圧力：１．５ｋＮとした。

以上より、本発明の実施形態によると、上記両重合部２ｂ，４ｂに超音波接合を行う際、微細な振動が第１及び第２金属体２，４の全域に伝搬するが、その振動に合わせて上記各弾性体５６が振動するようになる。したがって、治具５に載置された状態の第１及び第２金属体２，４が超音波振動と同期して振動するようになり、第１及び第２金属体２，４における剛性の高い箇所に繰り返し荷重が加わり難くなるので、第１及び第２金属体２，４における亀裂や割れの発生を抑制することができる。

また、各弾性体５６は硬質ゴム材で形成されているので、簡単な構造で基準ピン５７が超音波振動に対応する振動を行うようになり、超音波接合によるインシュレータ１の製造を低コストな装置で行うことができる。

尚、本発明の実施形態では、治具本体５１に第１及び第２金属体２，４を位置決めする際、第１及び第２金属体２，４の各第１嵌合孔２２ｂ及び各第２嵌合孔４２ｂに各基準ピン５７を嵌合させるだけの構成となっているが、第１金属体２の各第１嵌合孔２２ｂ周りをクランプ機構の爪部材で押さえるような構成にしてもよい。

また、本発明の実施形態では、弾性体５６が硬質ゴム材からなっているが、これに限らず、例えば、発泡体からなるものであってもよい。

また、上記第１及び第２金属体２，４の両重合部２ｂ，４ｂに施す各接合は、各接合間の途中において、第１及び第２金属体２，４を異なる治具５に移載した後に残りの各接合を行うようにしてもよい。

また、上記第１及び第２金属体２，４の両重合部２ｂ，４ｂに施す各接合は、各接合間の途中において、治具５に設けた位置決め姿勢を変更可能な機構や、或いは、産業用ロボットが治具５自体の傾きを変更することによって上記第１及び第２金属体２，４の姿勢を変更した後に残りの各接合を行うようにしてもよい。

また、本発明の実施形態では、本発明の製造方法によって第１金属体２、グラスウール材３及び第２金属体４からインシュレータ１を製造しているが、これに限らず、本発明の製造方法によってパネル状をなす２つの金属体を一体にして他の金属部品を得ることもできる。

本発明は、例えば、車両に組み付けられる金属部品を２つのパネル状金属体から製造する際の製造方法又は製造装置に適している。

１インシュレータ（金属部品）
２第１金属体
４第２金属体
５治具
６超音波接合機（超音波接合手段）
２２ｂ第１嵌合孔
４２ｂ第２嵌合孔
５１治具本体
５６弾性体（ピン取付手段）
５７基準ピン
Ｗ１接合部

Claims

フロアに設置された治具本体、それぞれ異なる位置に配置される複数の基準ピン、及び該各基準ピンを振動可能に上記治具本体に取り付けかつゴム材からなる弾性体で構成されたピン取付手段を有する治具と、超音波接合が可能な超音波接合手段とを用意する工程と、
各々に上記各基準ピンに対応する複数の嵌合孔が形成された２つのパネル状金属体を上記各基準ピンが上記各金属体の各嵌合孔に嵌合するように上記各金属体を順番に上記治具本体に載置する工程と、
上記各金属体の重なり合った部分に上記超音波接合手段で接合部を形成することにより一体にして金属部品を得る工程と、を含むことを特徴とする金属部品の製造方法。
フロアに設置された治具本体及び複数の基準ピンを有する治具と、
該治具の側方に配置され、超音波接合が可能な超音波接合手段とを備え、
各々に上記各基準ピンに対応する複数の嵌合孔が形成された２つのパネル状金属体を上記各基準ピンが上記各金属体の各嵌合孔に嵌合するように上記各金属体を順番に上記治具本体に載置した状態で上記各金属体の重なり合った部分に上記超音波接合手段で接合部を形成することにより一体にして金属部品を得るよう構成された金属部品製造装置であって、
上記治具本体は、上記各基準ピンを振動可能に上記治具本体に取り付けるピン取付手段を備え、
上記各基準ピンは、それぞれ異なる位置に配置されており、
上記ピン取付手段は、ゴム材からなる弾性体であることを特徴とする金属部品製造装置。