JP2023131360A - Method for manufacturing organic matter layer coated metal plate lap joint, and apparatus for manufacturing organic matter layer coated metal plate lap joint - Google Patents

Method for manufacturing organic matter layer coated metal plate lap joint, and apparatus for manufacturing organic matter layer coated metal plate lap joint Download PDF

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Sho Matsui
博紀 富士本
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Abstract

To provide a method for manufacturing an organic matter layer coated metal plate lap joint, and an apparatus for manufacturing an organic matter layer coated metal plate lap joint which can suppress deterioration in an organic matter layer than conventional manufacturing method and manufacturing apparatus, when an organic matter layer coated metal plate is friction-welded.SOLUTION: A method for manufacturing an organic matter layer coated metal plate lap joint includes the steps of: fixing a plate set to an anvil; press-fitting a connection member to the plate set; and friction-welding a metal plate contacting the anvil and the tip of a shaft part, wherein a cylindrical sleeve is press-fit to the plate set from an opposite side to the anvil, and thereby the plate set is fixed to the anvil, the connection member is pressed to the plate set through the inside of the sleeve, an organic matter layer is arranged on one or both of the plate set, the organic matter layer is cooled using the sleeve when the organic matter layer contacts the sleeve, and the organic matter layer is cooled using the anvil when the organic matter layer contacts the anvil.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法、及び有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a metal plate lap joint coated with an organic substance layer, and an apparatus for manufacturing a metal plate lap joint coated with an organic substance layer.

重ね合わせられた複数の金属板から構成される板組を接合して得られる金属板重ね継手は、様々な機械部品の接合部に含まれている。金属板の接合方法として最もよく用いられるのは、溶接である。板組の接合に用いられる溶接の例は、スポット溶接、アーク溶接、及びレーザ溶接等である。 Metal plate overlap joints, which are obtained by joining plate sets made up of a plurality of overlapped metal plates, are included in the joints of various mechanical parts. Welding is the most commonly used method for joining metal plates. Examples of welding used to join plate sets include spot welding, arc welding, and laser welding.

しかしながら、溶接の際には、接合部が金属板の融点以上の温度に加熱される。これにより、接合部及びその周囲において、金属板の機械特性が劣化する場合がある。この現象は、鋼板、特に引張強さ780MPa以上の高強度鋼板において顕著である。 However, during welding, the joint is heated to a temperature higher than the melting point of the metal plates. As a result, the mechanical properties of the metal plate may deteriorate at the joint and its surroundings. This phenomenon is remarkable in steel plates, especially high-strength steel plates with a tensile strength of 780 MPa or more.

また、溶接は、異種材料の接合には適さない。異種材料を溶融混合させた後に凝固させると、脆い金属間化合物が溶接金属に多量に生成する。そのため、異種材料の溶接においては、接合強度の確保が難しい。 Also, welding is not suitable for joining dissimilar materials. When dissimilar materials are melted and mixed and then solidified, a large amount of brittle intermetallic compounds are generated in the weld metal. Therefore, it is difficult to ensure joint strength when welding dissimilar materials.

金属板を接合する別の方法として、近年は、摩擦圧接が注目されている。摩擦圧接とは、部材を互いに接触させ、通常、片側若しくは両側の部材、又は別の摩擦エレメントを回転させることによって発生する摩擦熱を利用して(接合部近傍を昇温させ)加圧して行う圧接のことである(JIS Z 3001-2:2018)。 Friction welding has recently attracted attention as another method for joining metal plates. Friction welding is performed by bringing members into contact with each other and applying pressure using frictional heat generated by rotating one or both members or another friction element (raising the temperature near the joint). It refers to pressure welding (JIS Z 3001-2:2018).

摩擦圧接は摩擦溶接と称される場合がある。しかし、通常、摩擦圧接の際に圧接部の溶融凝固は生じない。摩擦圧接においては、母材の表面が取り除かれることによって現出した新生面が、摩擦熱によって融点以下の温度まで加熱されて活性化された状態で加圧されることによって、圧接部が形成される。従って、摩擦圧接部には溶接金属が含まれないことが通常である。 Friction welding is sometimes referred to as friction welding. However, normally, during friction welding, melting and solidification of the welded portion does not occur. In friction welding, a new surface that appears when the surface of the base material is removed is heated to a temperature below the melting point by frictional heat, and is activated and pressurized to form a welded part. . Therefore, the friction welded portion usually does not contain weld metal.

摩擦圧接は、従来、パイプ等の棒状材料を長手方向に接合する場合に用いられていた。例えば特許文献1には、薄肉パイプと厚肉パイプを同軸配置し、それらの端面を当接させて相対回転することにより生ずる摩擦熱にて両端面を圧接するプロペラシャフトの摩擦圧接方法において、薄肉パイプの内径を厚肉パイプの内径より小径にすることを特徴とするプロペラシャフトの摩擦圧接方法が開示されている。 Friction welding has conventionally been used to join rod-shaped materials such as pipes in the longitudinal direction. For example, Patent Document 1 describes a friction welding method for a propeller shaft in which a thin-walled pipe and a thick-walled pipe are arranged coaxially, their end faces are brought into contact with each other, and the two end faces are pressed together by the frictional heat generated by relative rotation. A friction welding method for a propeller shaft is disclosed, which is characterized by making the inner diameter of the pipe smaller than the inner diameter of the thick-walled pipe.

しかし近年は、頭部及び軸部を有するリベット状の接続部材を用いて、摩擦圧接を利用して複数の金属板を重ね接合することが試みられている。この摩擦圧接方法では、軸部及び頭部を有する接続部材を、板組の最表面に配された金属板に軸部の先端が接触するまで、軸部を板組に圧入させる。そして、軸部の先端を、板組の最表面に配された金属板に摩擦圧接する。これにより、軸部の先端に摩擦圧接された金属板と、軸部の基端に設けられた頭部とが、軸部によって貫通された金属板を挟持し、板組が機械的に接合される。摩擦圧接による金属板の重ね接合は、摩擦圧接と機械的接合とを組み合わせた接合方法であるといえる。 However, in recent years, attempts have been made to overlap and join a plurality of metal plates using friction welding using a rivet-like connecting member having a head and a shaft. In this friction welding method, a connecting member having a shaft and a head is press-fitted into a plate assembly until the tip of the shaft comes into contact with a metal plate placed on the outermost surface of the plate assembly. Then, the tip of the shaft portion is frictionally welded to a metal plate placed on the outermost surface of the plate assembly. As a result, the metal plate friction-welded to the tip of the shaft and the head provided at the base end of the shaft sandwich the metal plate penetrated by the shaft, and the plate assembly is mechanically joined. Ru. Lap joining of metal plates by friction welding can be said to be a joining method that combines friction welding and mechanical joining.

摩擦圧接を用いた金属板の接合においては、金属板同士の溶融及び混合が生じない。従って、摩擦圧接によれば異種材料から構成される金属板を容易に接合することができる。また、摩擦圧接による入熱は、溶接による入熱よりも小さい。そのため、摩擦圧接は接合部及びその周辺を熱劣化させるおそれが小さい。 When joining metal plates using friction welding, melting and mixing of the metal plates does not occur. Therefore, friction welding can easily join metal plates made of different materials. Furthermore, the heat input due to friction welding is smaller than the heat input due to welding. Therefore, friction welding is less likely to cause thermal deterioration of the joint and its surroundings.

摩擦圧接を用いた金属板の接合技術として、例えば特許文献2には、一方の平板がこれの上に配置された他方の被支持板よりも強度の高い支持板である少なくとも2枚の平板を回転フィーダ部によって回転される接合要素を介して接合して、該接合要素がカラーによって前記被支持板を支持板に対して押圧するとともに、シャフト部を介して前記支持板と摩擦溶接接合を形成する装置において、前記回転フィーダ部が、該回転フィーダ部によって加えられる軸方向の力と各送り距離とを測定して、前記接合要素のシャフト部を下げると引き起こされる押圧力の上昇を示す信号を送り、前記回転フィーダ部を前進させる測定器を備えているとともに、前記回転フィーダ部の送り動作が、前記被支持板を貫通するように調整する第1の段階と、前記シャフト部と支持板との摩擦溶接を調整する第2の段階と、前記接合要素の軸方向の力を前記支持板に加える第3の段階の少なくとも3つの連続した接合段階によって調整されて摩擦溶接プロセスを完了させることを特徴とする装置が開示されている。 As a joining technique for metal plates using friction welding, for example, Patent Document 2 discloses a method in which at least two flat plates are used, one of which is a support plate having a higher strength than the other supported plate placed above the two flat plates. Welding is performed via a joining element rotated by a rotating feeder section, and the joining element presses the supported plate against the support plate with a collar, and forms a friction welded joint with the support plate via the shaft section. In the apparatus, the rotary feeder part measures the axial force exerted by the rotary feeder part and the respective feed distance to generate a signal indicative of an increase in the pressing force caused by lowering the shaft part of the joining element. a first step of adjusting the feeding operation of the rotary feeder section so as to pass through the supported plate; and a third step of applying an axial force of said joining element to said support plate to complete the friction welding process. A featured apparatus is disclosed.

特開2004-141933号公報Japanese Patent Application Publication No. 2004-141933 特開2011-062748号公報JP2011-062748A

近年、金属板重ね継手には、一層高い耐食性も求められている。耐食性を高めるためには、金属板重ね継手の表面を塗膜などの有機物層によって被覆することが好ましい。しかしながら溶接は、有機物層によって表面が被覆された金属板、即ち有機物層被覆金属板の接合には適さない。有機物層被覆金属板を溶接した場合、溶接金属に有機物層や有機物層から発生したガスが混入することにより、溶接欠陥が生じる。そのため、有機物層被覆金属板の溶接においては、接合強度の確保が難しい。また、有機物層が絶縁体である場合、スポット溶接等の抵抗溶接を行うことは困難である。 In recent years, even higher corrosion resistance has been required for metal plate lap joints. In order to improve corrosion resistance, it is preferable to cover the surface of the metal plate lap joint with an organic layer such as a paint film. However, welding is not suitable for joining metal plates whose surfaces are coated with an organic layer, that is, metal plates coated with an organic layer. When welding a metal plate coated with an organic layer, welding defects occur due to the organic layer or gas generated from the organic layer getting mixed into the weld metal. Therefore, it is difficult to ensure joint strength when welding organic layer-coated metal plates. Furthermore, when the organic layer is an insulator, it is difficult to perform resistance welding such as spot welding.

そこで本発明者らは、有機物層被覆金属板を摩擦圧接によって接合することを試みた。その結果、有機物層は摩擦圧接の妨げにはならず、良好な継手強度が確保できることが確認できた。 Therefore, the present inventors attempted to join organic layer-coated metal plates by friction welding. As a result, it was confirmed that the organic layer did not interfere with friction welding and that good joint strength could be ensured.

一方、有機物層被覆金属板を摩擦圧接によって接合すると、図4に示されるように、接続部材の周辺において有機物層が劣化し、剥離することが明らかとなった。有機物層の剥離部において、金属板重ね継手の耐食性は損なわれた。この有機物層の剥離は連続して複数回の接合を行った場合に生じやすかった。有機物層被覆金属板を摩擦圧接によって連続して複数回の接合を実施した際の、有機物層の劣化や剥離についてはこれまで報告されておらず、従って、本発明者らが知見した有機物層の劣化現象は、当業者には知られていない。なお、有機物層ではなく、Znめっきなどの金属めっきを有する金属板を摩擦圧接した例は報告されているが、ここではめっきの劣化が問題視されていない。 On the other hand, it has been found that when organic layer-coated metal plates are joined by friction welding, the organic layer deteriorates and peels off around the connecting member, as shown in FIG. Corrosion resistance of the metal plate lap joint was impaired at the peeled part of the organic layer. This peeling of the organic layer was likely to occur when bonding was performed multiple times in succession. There have been no reports of deterioration or peeling of the organic layer when organic layer-coated metal plates are joined multiple times in succession by friction welding. The degradation phenomenon is unknown to those skilled in the art. Although there have been reports of friction welding of metal plates having metal plating such as Zn plating instead of an organic layer, deterioration of the plating is not considered a problem here.

上記事情に鑑みて、本発明は、有機物層被覆金属板を摩擦圧接する際に、有機物層の劣化を従来よりも抑制可能な有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法、及び有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention provides a method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint that can suppress deterioration of the organic layer more than conventional methods when friction welding the organic layer-coated metal plates, and an organic layer-coated metal plate. The purpose of the present invention is to provide a manufacturing device for lap joints.

本発明の要旨は以下の通りである。 The gist of the invention is as follows.

(1)本発明の第一実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法は、重ね合わせられた複数の金属板から構成される板組を、アンビルに固定する工程と、軸部、及び前記軸部の基端に設けられた頭部を有する接続部材を、前記アンビルの反対側から、前記アンビルに接する金属板と前記軸部の先端とが接触するまで、前記板組に圧入する工程と、前記アンビルに接する前記金属板と、前記軸部の前記先端とを摩擦圧接し、前記頭部によって、前記軸部が貫通された前記金属板を、前記軸部が摩擦圧接された前記金属板に機械的に接合する工程と、を備え、前記固定する工程では、筒状のスリーブを、前記アンビルの反対側から前記板組に押圧することによって、前記板組を前記アンビルに固定し、前記圧入する工程では、前記接続部材を、前記スリーブの内側を通して、前記板組に圧入し、前記板組の一方又は両方の表面には、有機物層が配置され、前記有機物層と前記スリーブとが接する場合、前記スリーブを用いて前記有機物層を冷却し、前記有機物層と前記アンビルとが接する場合、前記アンビルを用いて前記有機物層を冷却する。
(2)上記(1)に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法では、前記有機物層と前記スリーブとが接する場合、前記スリーブを銅若しくは銅合金製とすること、及び/又は前記スリーブに冷媒による冷却機構を設けることにより、前記有機物層を冷却し、前記有機物層と前記アンビルとが接する場合、前記アンビルを銅若しくは銅合金製とすること、及び/又は前記アンビルに冷媒による冷却機構を設けることにより、前記有機物層を冷却してもよい。
(3)上記(1)に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法では、前記有機物層と前記スリーブとが接する場合、前記スリーブに冷媒による冷却機構を設けることにより前記有機物層を冷却し、前記有機物層と前記アンビルとが接する場合、前記アンビルに冷媒による冷却機構を設けることにより前記有機物層を冷却してもよい。
(4)上記(1)~(3)のいずれか一項に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法では、前記有機物層と前記スリーブとが接してもよい。
(5)上記(4)に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法では、前記スリーブの、前記有機物層と接触する端面の内縁に、R0.1mm以上の面取り部を設けてもよい。
(6)本発明の第二実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法は、重ね合わせられた複数の金属板から構成される板組を、アンビルに固定する工程と、軸部、及び前記軸部の基端に設けられた頭部を有する接続部材を、前記アンビルの反対側から、前記アンビルに接する金属板と、前記軸部の先端とが接触するまで、前記板組に圧入する工程と、前記アンビルに接する前記金属板と、前記軸部の前記先端とを摩擦圧接し、前記頭部によって、前記軸部が貫通された前記金属板を、前記軸部が摩擦圧接された前記金属板に機械的に接合する工程と、を備え、少なくとも、前記アンビルと接する前記板組の表面には、有機物層が配置され、前記アンビルを用いて前記有機物層を冷却する。
(7)上記(6)に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法では、前記アンビルを銅若しくは銅合金製とすること、及び/又は前記アンビルに冷媒による冷却機構を設けることにより、前記有機物層を冷却してもよい。
(8)上記(6)に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法では、前記アンビルに冷媒による冷却機構を設けることにより前記有機物層を冷却してもよい。
(9)上記(1)~(8)のいずれか一項に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法では、複数の前記金属板のうち1枚以上が鋼板であってもよい。
(1) The method for manufacturing an organic layer-coated metal plate overlap joint according to the first embodiment of the present invention includes the steps of fixing a plate set made up of a plurality of overlapped metal plates to an anvil, a shaft portion, and a connecting member having a head provided at the base end of the shaft is press-fitted into the plate assembly from the opposite side of the anvil until the metal plate in contact with the anvil and the tip of the shaft come into contact. a step of friction welding the metal plate that is in contact with the anvil and the tip of the shaft, and connecting the metal plate through which the shaft has been penetrated by the head; mechanically joining the metal plate, and in the fixing step, the plate assembly is fixed to the anvil by pressing a cylindrical sleeve onto the plate assembly from the opposite side of the anvil. In the press-fitting step, the connecting member is press-fitted into the plate assembly through the inside of the sleeve, an organic layer is disposed on one or both surfaces of the plate assembly, and the organic layer and the sleeve are bonded together. When the organic material layer and the anvil are in contact with each other, the sleeve is used to cool the organic material layer, and when the organic material layer and the anvil are in contact with each other, the anvil is used to cool the organic material layer.
(2) In the method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to (1) above, when the organic layer and the sleeve are in contact with each other, the sleeve is made of copper or a copper alloy, and/or the sleeve is made of copper or a copper alloy. When the organic layer is in contact with the anvil, the anvil is made of copper or a copper alloy, and/or the anvil is provided with a cooling mechanism using the refrigerant. The organic layer may be cooled by providing the organic layer.
(3) In the method for manufacturing an organic layer-coated metal plate overlap joint according to (1) above, when the organic layer and the sleeve are in contact with each other, the organic layer is cooled by providing the sleeve with a cooling mechanism using a refrigerant. When the organic layer and the anvil are in contact with each other, the anvil may be provided with a cooling mechanism using a refrigerant to cool the organic layer.
(4) In the method for manufacturing an organic layer-coated metal plate overlap joint according to any one of (1) to (3) above, the organic layer and the sleeve may be in contact with each other.
(5) In the method for manufacturing an organic layer-coated metal plate overlap joint described in (4) above, a chamfered portion with an R of 0.1 mm or more may be provided on the inner edge of the end surface of the sleeve that comes into contact with the organic layer.
(6) The method for manufacturing an organic layer-coated metal plate overlap joint according to the second embodiment of the present invention includes the steps of fixing a plate set composed of a plurality of overlapped metal plates to an anvil, a shaft portion, and a connecting member having a head provided at the base end of the shaft portion is press-fitted into the plate assembly from the opposite side of the anvil until the metal plate in contact with the anvil and the tip of the shaft portion come into contact with each other. a step of friction welding the metal plate in contact with the anvil and the tip of the shank, and friction welding the shank to the metal plate through which the shank is penetrated by the head; mechanically joining the metal plate, an organic layer is disposed on at least a surface of the plate set in contact with the anvil, and the anvil is used to cool the organic layer.
(7) In the method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to (6) above, the anvil is made of copper or a copper alloy, and/or the anvil is provided with a cooling mechanism using a refrigerant. The organic layer may be cooled.
(8) In the method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint described in (6) above, the organic layer may be cooled by providing the anvil with a cooling mechanism using a refrigerant.
(9) In the method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to any one of (1) to (8) above, one or more of the plurality of metal plates may be a steel plate.

(10)本発明の第三実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置は、重ね合わせられた複数の金属板から構成される板組が固定されるように構成されたアンビルと、軸部、及び前記軸部の基端に設けられた頭部を有する接続部材を、前記アンビルの反対側から、前記接続部材の軸を中心に旋回させながら前記板組に押圧する回転押圧機構と、前記アンビルの反対側から前記板組に押圧されて、前記板組を固定する筒状のスリーブと、を備え、前記回転押圧機構の回転軸が、前記スリーブの内側にあり、前記アンビル及び前記スリーブの一方又は両方が、冷却手段を有する。
(11)上記(10)に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置では、前記冷却手段が、銅製若しくは銅合金製とされた、前記アンビル及び前記スリーブの一方又は両方のそれ自体、及び、前記アンビル及び前記スリーブの一方又は両方に設けられた、冷媒による冷却機構の一方又は両方であってもよい。
(12)上記(10)に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置では、前記冷却手段が、前記アンビル及び前記スリーブの一方又は両方に設けられた、冷媒による冷却機構であってもよい。
(13)上記(10)~(12)のいずれか一項に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置では、前記スリーブが、有機物層を冷却してもよい。
(14)上記(13)に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置では、前記スリーブが、前記有機物層と接触する端面の内縁に、R0.1mm以上の面取り部を有してもよい。
(15)本発明の第四実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置は、重ね合わせられた複数の金属板から構成される板組が固定されるように構成されたアンビルと、軸部、及び前記軸部の基端に設けられた頭部を有する接続部材を、前記アンビルの反対側から、前記接続部材の軸を中心に旋回させながら前記板組に押圧する回転押圧機構と、を備え、前記アンビルが、冷却手段を有する。
(16)上記(15)に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置では、前記冷却手段が、銅製若しくは銅合金製とされた前記アンビル自体、及び前記アンビルに設けられた、冷媒による冷却機構の一方又は両方であってもよい。
(17)上記(15)に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置では、前記冷却手段が、前記アンビルに設けられた、冷媒による冷却機構であってもよい。
(10) An apparatus for manufacturing an organic layer-coated metal plate overlap joint according to a third embodiment of the present invention includes: an anvil configured to fix a plate assembly made up of a plurality of overlapped metal plates; a rotational pressing mechanism that presses a connecting member having a shaft portion and a head provided at a base end of the shaft portion against the plate set from the opposite side of the anvil while rotating the connecting member around the axis of the connecting member; , a cylindrical sleeve that is pressed against the plate assembly from the opposite side of the anvil to fix the plate assembly, the rotating shaft of the rotary pressing mechanism is located inside the sleeve, and the anvil and the One or both of the sleeves have cooling means.
(11) In the apparatus for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to (10) above, the cooling means includes one or both of the anvil and the sleeve, each of which is made of copper or a copper alloy; , one or both of a cooling mechanism using a refrigerant may be provided on one or both of the anvil and the sleeve.
(12) In the apparatus for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to (10) above, the cooling means may be a cooling mechanism using a refrigerant, which is provided in one or both of the anvil and the sleeve. .
(13) In the apparatus for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to any one of (10) to (12) above, the sleeve may cool the organic layer.
(14) In the apparatus for manufacturing an organic layer-coated metal plate overlap joint according to (13) above, the sleeve may have a chamfered portion with an R of 0.1 mm or more on the inner edge of the end surface that contacts the organic layer. .
(15) An apparatus for manufacturing an organic layer-coated metal plate overlap joint according to a fourth embodiment of the present invention includes an anvil configured to fix a plate assembly made of a plurality of overlapped metal plates; a rotational pressing mechanism that presses a connecting member having a shaft portion and a head provided at a base end of the shaft portion against the plate set from the opposite side of the anvil while rotating the connecting member around the axis of the connecting member; , the anvil having cooling means.
(16) In the apparatus for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to (15) above, the cooling means includes the anvil itself made of copper or a copper alloy, and cooling using a refrigerant provided on the anvil. It may be one or both of the mechanisms.
(17) In the apparatus for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to (15) above, the cooling means may be a cooling mechanism using a refrigerant provided in the anvil.

本発明によれば、有機物層被覆金属板を摩擦圧接する際に、有機物層の劣化を従来よりも抑制可能な有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法、及び有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint that can suppress deterioration of the organic layer more than conventional methods when friction welding the organic layer-coated metal plates, and a manufacturing method for manufacturing the organic layer-coated metal plate lap joint. equipment can be provided.

第一実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法の模式図である。It is a schematic diagram of the manufacturing method of the organic layer coated metal plate lap joint according to the first embodiment. アンビル及びスリーブの冷却機構の断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the anvil and sleeve cooling mechanism. 第二実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法の模式図である。It is a schematic diagram of the manufacturing method of the organic material layer coated metal plate lap joint based on 2nd embodiment. 従来の金属板重ね継手の製造装置を用いた、有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint using a conventional metal plate lap joint manufacturing apparatus.

本発明の第一実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法は、図1に示されるように、
(S1)重ね合わせられた複数の金属板B1、B2から構成される板組Bを、アンビル11に固定する工程と、
(S2)軸部C2、及び軸部C2の基端に設けられた頭部C1を有する接続部材Cを、アンビル11の反対側から、アンビル11に接する第1の金属板B1と、軸部C2の先端とが接触するまで、板組Bに圧入する工程と、
(S3)アンビル11に接する第1の金属板B1と、軸部C2の先端とを摩擦圧接し、頭部C1によって、軸部C2が貫通された第2の金属板B2を、軸部C2が摩擦圧接された第1の金属板B1に機械的に接合する工程と、
を備える。ここで、固定工程S1では、筒状のスリーブ12を、アンビル11の反対側から板組Bに押圧することによって、板組Bをアンビル11に固定し、圧入工程S2では、接続部材Cを、スリーブ12の内側122を通して、板組Bに押圧する。板組Bの一方又は両方の表面には、有機物層Eが配置され、有機物層Eとスリーブ12とが接する場合、スリーブ12を用いて有機物層Eを冷却し、有機物層Eとアンビル11とが接する場合、アンビル11を用いて有機物層Eを冷却する。
As shown in FIG. 1, the method for manufacturing the organic layer-coated metal plate lap joint according to the first embodiment of the present invention includes the following steps:
(S1) A step of fixing a plate set B composed of a plurality of stacked metal plates B1 and B2 to an anvil 11;
(S2) A connecting member C having a shaft C2 and a head C1 provided at the base end of the shaft C2 is connected from the opposite side of the anvil 11 to the first metal plate B1 in contact with the anvil 11 and the shaft C2. a step of press-fitting into plate assembly B until the tip of
(S3) The first metal plate B1 in contact with the anvil 11 and the tip of the shaft C2 are friction-welded, and the head C1 connects the second metal plate B2, through which the shaft C2 is penetrated, to the shaft C2. a step of mechanically joining the friction welded first metal plate B1;
Equipped with Here, in the fixing process S1, the plate assembly B is fixed to the anvil 11 by pressing the cylindrical sleeve 12 onto the plate assembly B from the opposite side of the anvil 11, and in the press-fitting process S2, the connecting member C is It passes through the inside 122 of the sleeve 12 and presses against the plate assembly B. An organic layer E is disposed on one or both surfaces of the plate assembly B, and when the organic layer E and the sleeve 12 are in contact with each other, the sleeve 12 is used to cool the organic layer E, and the organic layer E and the anvil 11 are cooled. In the case of contact, the organic layer E is cooled using the anvil 11.

上述の方法によって得られた有機物層被覆金属板重ね継手Aは、最表層に配された第1の金属板B1、及び第1の金属板B1に重ねられた一枚以上の第2の金属板B2から構成される板組Bと、第1の金属板B1に垂直に摩擦圧接され、且つ第2の金属板B2を貫通する軸部C2、及び軸部C2の基端に設けられて、第1の金属板B1及び第2の金属板B2を機械的に接合する頭部C1を有する接続部材Cと、を備え、板組Bの一方又は両方の表面が、有機物層Eによって被覆されている。 The organic layer-coated metal plate stacked joint A obtained by the above method includes a first metal plate B1 disposed on the outermost layer, and one or more second metal plates stacked on the first metal plate B1. A plate set B consisting of a plate set B2, a shaft portion C2 which is perpendicularly friction-welded to the first metal plate B1 and passes through the second metal plate B2, and a second metal plate provided at the base end of the shaft portion C2. a connecting member C having a head C1 that mechanically joins the first metal plate B1 and the second metal plate B2, and one or both surfaces of the plate set B are covered with an organic layer E. .

以下、第一実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法を、詳細に説明する。 Hereinafter, the method for manufacturing the organic layer-coated metal plate lap joint according to the first embodiment will be described in detail.

(固定工程S1)
まず、重ね合わせられた複数の金属板から構成される板組Bを、アンビル11に固定する。ここで、板組Bの一方又は両方の表面には、有機物層Eが配されている。これにより、表面が有機物層Eによって被覆されている有機物層被覆金属板重ね継手Aを製造することができる。板組Bに含まれる金属板の枚数は、2枚であっても、3枚以上であってもよい。
(Fixing process S1)
First, a plate set B composed of a plurality of stacked metal plates is fixed to the anvil 11. Here, an organic layer E is arranged on one or both surfaces of the board set B. As a result, an organic layer-coated metal plate lap joint A whose surface is covered with the organic layer E can be manufactured. The number of metal plates included in plate set B may be two or three or more.

以下、便宜的に、板組Bの最表層に配されてアンビル11に接する金属板を第1の金属板B1と称し、それ以外の金属板を第2の金属板B2と称する。第1の金属板B1は、接続部材Cの軸部C2の先端が摩擦圧接される金属板であり、第2の金属板B2は、接続部材Cの軸部C2が貫通する金属板である。第1の金属板B1の枚数は1枚である。第2の金属板B2の枚数は1枚であっても、2枚以上であってもよい。 Hereinafter, for convenience, the metal plate disposed on the outermost layer of the plate assembly B and in contact with the anvil 11 will be referred to as a first metal plate B1, and the other metal plates will be referred to as a second metal plate B2. The first metal plate B1 is a metal plate to which the tip of the shaft portion C2 of the connecting member C is friction-welded, and the second metal plate B2 is a metal plate through which the shaft portion C2 of the connecting member C passes. The number of first metal plates B1 is one. The number of second metal plates B2 may be one or two or more.

第一実施形態に係る製造方法では、板組Bは、筒状のスリーブ12によって、アンビル11に固定される。具体的には、筒状のスリーブ12を、アンビル11の反対側にある板組Bの表面に、垂直に当止する。そして、アンビル11の反対側からスリーブ12を板組Bに押圧する。なお、スリーブ12以外の固定治具を併用して、板組Bとアンビル11とを一層強固に固定してもよい。 In the manufacturing method according to the first embodiment, the plate assembly B is fixed to the anvil 11 by the cylindrical sleeve 12. Specifically, the cylindrical sleeve 12 is perpendicularly abutted against the surface of the plate set B on the opposite side of the anvil 11. Then, the sleeve 12 is pressed against the plate assembly B from the opposite side of the anvil 11. Note that a fixing jig other than the sleeve 12 may be used in combination to more firmly fix the plate assembly B and the anvil 11.

(圧入工程S2)
軸部C2の基端に設けられた頭部C1が、有機物層被覆金属板重ね継手Aの製造装置1の回転押圧機構13と接続される。この軸部C2の基端に設けられた頭部C1と、回転押圧機構13との接続は、固定工程S1よりも前に予め行われていても良い。接続部材Cを、アンビル11の反対側から板組Bに垂直に押圧し、軸部C2の先端を板組Bに接触させる。
(Press-fitting process S2)
The head C1 provided at the base end of the shaft portion C2 is connected to the rotation pressing mechanism 13 of the manufacturing apparatus 1 for the organic layer-coated metal plate overlap joint A. The connection between the head C1 provided at the base end of the shaft portion C2 and the rotary pressing mechanism 13 may be performed in advance before the fixing step S1. The connecting member C is pressed perpendicularly to the plate assembly B from the opposite side of the anvil 11, and the tip of the shaft portion C2 is brought into contact with the plate assembly B.

続いて、接続部材Cを旋回させながら押圧することにより、接続部材Cの軸部C2を板組Bに圧入し、金属板を貫通させる。板組Bはアンビル11に固定されているので、接続部材Cは、圧入工程S2及びそれ以降の工程において、板組Bに対して相対的に回転することとなる。また、接続部材Cは、スリーブ12の内側122を通して板組Bに押圧される。これにより、スリーブ12は、接続部材Cの周囲を均等な加圧力で固定して、接合作業を安定化させることができる。上述の通り、本実施形態において、貫通される金属板は第2の金属板B2と称される。 Subsequently, by pressing the connecting member C while turning it, the shaft portion C2 of the connecting member C is press-fitted into the plate assembly B, and penetrates the metal plate. Since the plate assembly B is fixed to the anvil 11, the connecting member C rotates relative to the plate assembly B during the press-fitting step S2 and subsequent steps. Further, the connecting member C is pressed against the plate assembly B through the inner side 122 of the sleeve 12. Thereby, the sleeve 12 can fix the periphery of the connecting member C with uniform pressing force, thereby stabilizing the joining operation. As mentioned above, in this embodiment, the metal plate to be penetrated is referred to as the second metal plate B2.

圧入工程S2は、接続部材Cの軸部C2の先端が、アンビル11に接する金属板、即ち第1の金属板B1と接触するまで継続される。接続部材Cの軸部C2の長さを、第2の金属板B2の板厚の合計値よりも十分に長くすることにより、軸部C2の先端を第1の金属板B1に接触させることができる。また、貫通を容易にするために、接続部材Cの軸部C2の先端は、平面ではなく尖らせておくことが好ましい。ただし、圧入工程S2は、接続部材Cの軸部C2の先端を、第2の金属板B2を貫通させ、第1の金属板B1と接触させる工程であり、その手段は問わない。上述の通り、接続部材Cを旋回させながら押圧し、第2の金属板B2を貫通させてもよいし、予め第2の金属板B2に貫通孔を設け、その貫通孔を通るように、接続部材Cを旋回させずに押圧し、第2の金属板B2を貫通させてもよい。 The press-fitting step S2 is continued until the tip of the shaft portion C2 of the connecting member C comes into contact with the metal plate in contact with the anvil 11, that is, the first metal plate B1. By making the length of the shaft portion C2 of the connecting member C sufficiently longer than the total thickness of the second metal plate B2, the tip of the shaft portion C2 can be brought into contact with the first metal plate B1. can. Further, in order to facilitate penetration, it is preferable that the tip of the shaft portion C2 of the connecting member C is not flat but pointed. However, the press-fitting step S2 is a step in which the tip of the shaft portion C2 of the connecting member C is passed through the second metal plate B2 and brought into contact with the first metal plate B1, and the means for doing so is not limited. As mentioned above, the connection member C may be pressed while rotating to pass through the second metal plate B2, or a through hole may be provided in the second metal plate B2 in advance and the connection may be made through the through hole. The member C may be pressed without being rotated to penetrate the second metal plate B2.

(摩擦圧接工程S3)
接続部材Cをさらに旋回させながら押圧することにより、軸部C2の先端と第1の金属板B1との接触部が加熱される。さらに接触部においては、軸部C2の先端、及び第1の金属板B1の最表面が除去され、新生面が現出する。接続部材Cの回転を停止すると、新生面から周辺部への抜熱により、新生面は直ちに冷却される。そして、活性化されていた2つの新生面は、冷却後に強固に接合され、摩擦圧接部Dが形成される。
(Friction welding process S3)
By further rotating and pressing the connecting member C, the contact portion between the tip of the shaft portion C2 and the first metal plate B1 is heated. Further, in the contact portion, the tip of the shaft portion C2 and the outermost surface of the first metal plate B1 are removed, and a new surface is exposed. When the rotation of the connecting member C is stopped, the new surface is immediately cooled by heat removal from the new surface to the surrounding area. Then, the two newly activated surfaces are firmly joined after cooling, and a friction welded portion D is formed.

接続部材Cの軸部C2の先端を第1の金属板B1に摩擦圧接すると、第2の金属板B2は、接続部材Cの先端に接合された第1の金属板B1と、接続部材Cの基端に設けられた頭部C1との間に配置される。即ち、接続部材Cの頭部C1は、接続部材Cの軸部C2が貫通された第2の金属板B2を、接続部材Cの軸部C2が摩擦圧接された第1の金属板B1に、機械的に接合する。 When the tip of the shaft portion C2 of the connecting member C is friction-welded to the first metal plate B1, the second metal plate B2 connects the first metal plate B1 joined to the tip of the connecting member C and the connecting member C. It is arranged between the head C1 provided at the base end. That is, the head C1 of the connecting member C connects the second metal plate B2 through which the shaft C2 of the connecting member C is passed, to the first metal plate B1 to which the shaft C2 of the connecting member C is frictionally welded. Join mechanically.

以上の工程を経て、一方又は両方の表面が有機物層Eによって被覆された有機物層被覆金属板重ね継手Aが得られる。しかしながら、図4に示されるように、表面に配された有機物層Eが剥離する場合があることを本発明者らは発見した。本発明者らが剥離部を詳細に確認した結果、以下の事実が確認された。
(1)図4に示されるように、スリーブ12と有機物層Eとが接していた場合、有機物層Eはスリーブ12が押圧された箇所において剥離した。
(2)図4に示されるように、アンビル11と有機物層Eとが接していた場合、有機物層Eは、接続部材Cが押圧された箇所において剥離した。
(3)1つの接合装置を用いて短時間に複数回の摩擦圧接を実施した場合、実施回数が増すほど剥離発生率が高まった。
Through the above steps, an organic layer-coated metal plate lap joint A having one or both surfaces coated with an organic layer E is obtained. However, as shown in FIG. 4, the present inventors discovered that the organic layer E disposed on the surface may peel off. As a result of the detailed inspection of the peeled portion by the present inventors, the following facts were confirmed.
(1) As shown in FIG. 4, when the sleeve 12 and the organic layer E were in contact with each other, the organic layer E peeled off at the location where the sleeve 12 was pressed.
(2) As shown in FIG. 4, when the anvil 11 and the organic layer E were in contact with each other, the organic layer E peeled off at the location where the connecting member C was pressed.
(3) When friction welding was performed multiple times in a short time using one welding device, the rate of peeling increased as the number of times of friction welding increased.

従来、摩擦圧接において摩擦熱がもたらす害は認識されていなかった。スポット溶接などの抵抗溶接では、溶接熱による電極の劣化を防止したり、溶融金属の凝固を促進したりするために、電極を介して溶接部を冷却する。しかしながら、摩擦圧接においては、接続部材Cは接合のたびに更新される。従って、接続部材C及びその周囲の部材の熱劣化は問題視されていなかった。むしろ、接続部材の塑性変形を容易にして、活性化された新生面の生成を促すために、接続部材Cを過度に冷却することは好ましくないと考えられる。先行技術において、摩擦圧接部の冷却とは、接続部材の回転押圧を停止した後の冷却を意味していた。また、摩擦熱が表面処理に及ぼす悪影響も知られていなかった。現に、比較的低融点であるZnめっき鋼板に対して上述の手順で摩擦圧接を実施した場合に、Znめっきの剥離が生じることはなかった。 Until now, the harm caused by frictional heat in friction welding has not been recognized. In resistance welding such as spot welding, the welded part is cooled through the electrode in order to prevent electrode deterioration due to welding heat and to promote solidification of molten metal. However, in friction welding, the connecting member C is updated every time it is joined. Therefore, thermal deterioration of the connecting member C and the surrounding members was not regarded as a problem. Rather, it is considered undesirable to excessively cool the connecting member C in order to facilitate plastic deformation of the connecting member and promote generation of an activated new surface. In the prior art, cooling of the friction welded portion meant cooling after stopping rotational pressing of the connecting member. Furthermore, the adverse effects of frictional heat on surface treatment were not known. In fact, when friction welding was performed in the above-described procedure on a Zn-plated steel plate having a relatively low melting point, no peeling of the Zn plating occurred.

しかし本発明者らは、圧入工程S2~摩擦圧接工程S3の間に生じた摩擦熱が、スリーブ12及びアンビル11に移動して蓄積することにより、スリーブ12及び/又はアンビル11と板組Bとの接触部の温度が上昇し、これにより有機物層Eの劣化が生じたのではないかと推定した。 However, the present inventors discovered that the frictional heat generated between the press-fitting step S2 and the friction welding step S3 moves to and accumulates in the sleeve 12 and anvil 11, causing the sleeve 12 and/or anvil 11 to become disconnected from the plate assembly B. It was presumed that the temperature of the contact portion of the organic layer E increased, and this caused the deterioration of the organic layer E.

そこで本発明者らは、スリーブ12及びアンビル11に冷却手段を設け、圧入工程S2~摩擦圧接工程S3の間、スリーブ12及び/又はアンビル11に接触した有機物層Eを冷却することを試みた。その結果、有機物層Eの剥離を抑制することができた。また、スリーブ12及びアンビル11を用いて有機物層Eを冷却した場合であっても、摩擦圧接が妨げられることはなく、良好な接合強度を確保することができた。 Therefore, the inventors of the present invention provided a cooling means to the sleeve 12 and the anvil 11, and attempted to cool the organic layer E in contact with the sleeve 12 and/or the anvil 11 during the press-fitting process S2 to the friction welding process S3. As a result, peeling of the organic layer E could be suppressed. Furthermore, even when the organic layer E was cooled using the sleeve 12 and the anvil 11, friction welding was not hindered and good bonding strength could be ensured.

以上の知見に基づき、第一実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手Aの製造方法では、圧入工程S2~摩擦圧接工程S3を実施する間に、有機物層Eに接触する固定治具を用いて、有機物層Eを冷却する。具体的には、有機物層Eとスリーブ12とが接する場合は、スリーブ12を用いて有機物層Eを冷却し、有機物層Eとアンビル11とが接する場合は、アンビル11を用いて有機物層Eを冷却する。 Based on the above knowledge, in the manufacturing method of the organic layer-coated metal plate lap joint A according to the first embodiment, a fixing jig that comes into contact with the organic layer E is used during the press-fitting step S2 to the friction welding step S3. Then, the organic layer E is cooled. Specifically, when the organic layer E and the sleeve 12 are in contact with each other, the sleeve 12 is used to cool the organic layer E, and when the organic layer E and the anvil 11 are in contact with each other, the anvil 11 is used to cool the organic layer E. Cooling.

上述したように、有機物層Eは板組Bの一方の表面のみに設けられていてもよいし、両方の表面に設けられていてもよい。また、有機物層Eが板組Bの一方の表面のみに設けられている場合、有機物層Eはアンビル11側に配されていても、アンビル11の反対側に配されていてもよい。有機物層Eがアンビル11側のみに配されている場合、少なくとも、アンビル11を用いて有機物層Eを冷却すればよい。有機物層Eがスリーブ12側のみに配されている場合、少なくとも、スリーブ12を用いて有機物層Eを冷却すればよい。有機物層Eがアンビル11側及びスリーブ12側の両方に配されている場合、アンビル11及びスリーブ12の両方を用いて有機物層Eを冷却すればよい。また、有機物層Eは板組Bの一方の表面のみに設けられている場合に、アンビル11及びスリーブ12の両方を用いて有機物層E及び金属板の冷却をしてもよい。 As described above, the organic layer E may be provided on only one surface of the board set B, or may be provided on both surfaces. Further, when the organic layer E is provided only on one surface of the board set B, the organic layer E may be placed on the anvil 11 side or on the opposite side of the anvil 11. When the organic material layer E is arranged only on the anvil 11 side, the organic material layer E may be cooled using at least the anvil 11. When the organic layer E is disposed only on the sleeve 12 side, at least the sleeve 12 may be used to cool the organic layer E. When the organic layer E is disposed on both the anvil 11 side and the sleeve 12 side, the organic layer E may be cooled using both the anvil 11 and the sleeve 12. Further, when the organic layer E is provided only on one surface of the plate assembly B, both the anvil 11 and the sleeve 12 may be used to cool the organic layer E and the metal plate.

なお「冷却」とは、摩擦圧接による温度上昇を抑制可能な程度に金属板を冷却することを意味する。例えばアンビル11及びスリーブ12が通常の材料、例えば鋼から構成されていたとしても、摩擦圧接の際には金属板からアンビル11及びスリーブ12への熱移動が若干生じる。しかし、鋼は摩擦圧接による温度上昇を十分に抑制することができないので、このような熱移動は、本実施形態における冷却には該当しない。 Note that "cooling" means cooling the metal plate to an extent that can suppress the temperature increase due to friction welding. For example, even if the anvil 11 and the sleeve 12 are made of conventional materials, such as steel, some heat transfer from the metal plates to the anvil 11 and the sleeve 12 occurs during friction welding. However, since steel cannot sufficiently suppress the temperature rise due to friction welding, such heat transfer does not correspond to cooling in this embodiment.

冷却手段は特に限定されない。冷却手段の好適な一例は、アンビル11及び/又はスリーブ12の材質を、熱伝導率が高い金属とすることである。例えば、アンビル11及び/又はスリーブ12を銅又は銅合金製とすることにより、アンビル11及び/又はスリーブ12から装置本体への熱移動を促進し、有機物層Eを冷却することができる。アンビル11及び/又はスリーブ12の材質の熱伝導率は220W/mK以上が好ましく、280W/mK以上がより好ましい。 The cooling means is not particularly limited. A suitable example of the cooling means is to make the material of the anvil 11 and/or the sleeve 12 a metal with high thermal conductivity. For example, by making the anvil 11 and/or the sleeve 12 made of copper or a copper alloy, heat transfer from the anvil 11 and/or the sleeve 12 to the main body of the apparatus can be promoted and the organic layer E can be cooled. The thermal conductivity of the material of the anvil 11 and/or the sleeve 12 is preferably 220 W/mK or more, more preferably 280 W/mK or more.

冷却手段の別の好適な例は、図2に示されるように、アンビル11及び/又はスリーブ12に、冷媒による冷却機構111、121を設けることである。アンビル11及び/又はスリーブ12の材質を銅又は銅合金製とし、且つ、これらに冷媒による冷却機構111、121を設けてもよい。なお図2において、冷却機構121は、アンビル11の作業台の裏側から作業台に向けて冷媒を吹き付ける装置として記載している。また、冷却機構121は、紙面手前側から奥側に延在する冷媒の流路として記載している。しかし当然のことながら、用途に応じた種々の構成を冷却機構111、121に適用することができる。例えば、銅及び銅合金以外の伝熱性材料、及びペルチェ素子などを、冷却手段として用いることもできる。 Another suitable example of the cooling means is to provide the anvil 11 and/or the sleeve 12 with a cooling mechanism 111, 121 using a refrigerant, as shown in FIG. The anvil 11 and/or the sleeve 12 may be made of copper or a copper alloy, and may be provided with cooling mechanisms 111 and 121 using a refrigerant. In addition, in FIG. 2, the cooling mechanism 121 is described as a device that sprays a refrigerant toward the workbench from the back side of the workbench of the anvil 11. Further, the cooling mechanism 121 is illustrated as a coolant flow path extending from the front side to the back side of the paper. However, it goes without saying that various configurations can be applied to the cooling mechanisms 111 and 121 depending on the purpose. For example, heat conductive materials other than copper and copper alloys, Peltier elements, etc. can also be used as the cooling means.

また、本発明者らの実験結果によれば、アンビル11よりもスリーブ12の方が、有機物層Eの剥離を生じさせる頻度が高かった。しかしながら、上述の通りスリーブ12を用いて有機物層Eを冷却することにより、剥離が防止される。従って、有機物層Eとスリーブ12とが接するように板組Bを配置した場合に、本実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法は、通常の製造方法に対する一層の優位性を発揮する。 Furthermore, according to the experimental results of the present inventors, the sleeve 12 caused the organic layer E to peel more frequently than the anvil 11. However, as described above, by cooling the organic layer E using the sleeve 12, peeling can be prevented. Therefore, when the plate assembly B is arranged so that the organic layer E and the sleeve 12 are in contact with each other, the method for manufacturing the organic layer-coated metal plate overlap joint according to the present embodiment exhibits further superiority over the normal manufacturing method. do.

さらに、本発明者らが有機物層Eの剥離部を詳細に分析した結果、スリーブ12に接する第2の金属板B2の反りも、有機物層Eの剥離をもたらす場合があることを知見した。第2の金属板B2に接続部材Cの軸部C2を貫通させる際に、第2の金属板B2が、軸部C2の基端に向かって反る場合がある。これにより、有機物層Eに接触するスリーブ12の端面の内縁が有機物層Eをわずかに傷つけるおそれがある。 Furthermore, as a result of detailed analysis of the peeled portion of the organic layer E, the present inventors found that warping of the second metal plate B2 in contact with the sleeve 12 may also cause the organic layer E to peel. When passing the shaft portion C2 of the connecting member C through the second metal plate B2, the second metal plate B2 may warp toward the base end of the shaft portion C2. As a result, the inner edge of the end surface of the sleeve 12 that comes into contact with the organic layer E may slightly damage the organic layer E.

従って、スリーブ12の、有機物層Eと接触する端面の内縁に、R0.1mm以上の面取り部123を設けてもよい。これにより、スリーブ12の端面の内縁が有機物層Eを傷つけるおそれを取り除き、有機物層Eの剥離を一層効果的に防止することができる。面取り部123は、R0.2mm以上がより好ましく、R0.3mm以上がさらに好ましい。なお、通常のスリーブ12は、棒状材料にドリルで穴開け加工をする等の手段によって製造されており、このようなスリーブ12の端面の内縁に、面取り部123は形成されない。 Therefore, a chamfered portion 123 with an R of 0.1 mm or more may be provided on the inner edge of the end surface of the sleeve 12 that comes into contact with the organic layer E. This eliminates the possibility that the inner edge of the end surface of the sleeve 12 may damage the organic layer E, and further effectively prevents the organic layer E from peeling off. The chamfered portion 123 preferably has an R of 0.2 mm or more, and even more preferably has an R of 0.3 mm or more. Note that the normal sleeve 12 is manufactured by drilling a hole in a bar-shaped material or the like, and the chamfered portion 123 is not formed on the inner edge of the end surface of such a sleeve 12.

次に、本発明の第二実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法について説明する。第二実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法は、図3に示されるように、
(S1)重ね合わせられた複数の金属板から構成される板組Bを、アンビル11に固定する工程と、
(S2)軸部C2、及び軸部C2の基端に設けられた頭部C1を有する接続部材Cを、アンビル11の反対側から、アンビル11に接する第1の金属板B1と軸部C2の先端とが接触するまで、板組Bに圧入する工程と、
(S3)アンビル11に接する第1の金属板B1と、軸部C2の先端とを摩擦圧接し、頭部C1によって、軸部C2が貫通された第2の金属板B2を、軸部C2が摩擦圧接された金属板に機械的に接合する工程と、
を備える。ここで、少なくとも、アンビル11と接する板組Bの表面には、有機物層Eが配置され、アンビル11を用いて有機物層Eを冷却する。以下、第一実施形態と対比しながら、第二実施形態に係る製造方法について詳細に説明する。
Next, a method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to a second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 3, the method for manufacturing the organic layer-coated metal plate lap joint according to the second embodiment is as follows:
(S1) a step of fixing plate set B composed of a plurality of stacked metal plates to anvil 11;
(S2) Connect the connecting member C having the shaft C2 and the head C1 provided at the base end of the shaft C2 from the opposite side of the anvil 11 to the first metal plate B1 in contact with the anvil 11 and the shaft C2. a step of press-fitting into plate assembly B until the tip contacts with the tip;
(S3) The first metal plate B1 in contact with the anvil 11 and the tip of the shaft C2 are friction-welded, and the head C1 connects the second metal plate B2, through which the shaft C2 is penetrated, to the shaft C2. A process of mechanically joining the friction welded metal plate;
Equipped with Here, an organic layer E is disposed at least on the surface of the plate assembly B in contact with the anvil 11, and the anvil 11 is used to cool the organic layer E. Hereinafter, the manufacturing method according to the second embodiment will be described in detail in comparison with the first embodiment.

第二実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法は、原則的に第一実施形態に係る製造方法と同じである。しかし、第二実施形態に係る製造方法において、板組Bをアンビル11に固定する工程は特に限定されない。第一実施形態とは異なり、第二実施形態においてスリーブ12を用いることは必須ではない。例えば、図3では記載が省略されているクランプなどの固定治具を用いて、板組Bをアンビル11に固定すればよい。スリーブ12が用いられない場合、板組Bの任意の場所に接続部材Cを押圧し、接合させることができる。また、第二実施形態に係る製造方法では、有機物層Eは、少なくともアンビル11と接する板組Bの表面に配される。そして、アンビル11を用いて、アンビル11側に配された有機物層Eを冷却する。 The manufacturing method of the organic layer-coated metal plate lap joint according to the second embodiment is basically the same as the manufacturing method according to the first embodiment. However, in the manufacturing method according to the second embodiment, the step of fixing the plate assembly B to the anvil 11 is not particularly limited. Unlike the first embodiment, it is not essential to use the sleeve 12 in the second embodiment. For example, the plate assembly B may be fixed to the anvil 11 using a fixing jig such as a clamp, which is not shown in FIG. If the sleeve 12 is not used, the connecting member C can be pressed and joined to any location on the plate assembly B. Further, in the manufacturing method according to the second embodiment, the organic layer E is arranged at least on the surface of the plate assembly B that is in contact with the anvil 11. Then, the anvil 11 is used to cool the organic layer E disposed on the anvil 11 side.

さらに、第一実施形態に係る製造方法の好ましい態様を、第二実施形態に係る製造方法に適用することもできる。例えば、アンビル11を銅若しくは銅合金製とする及び/又はアンビル11に冷媒による冷却機構111、121を設けることにより有機物層Eを冷却してもよい。 Furthermore, preferred aspects of the manufacturing method according to the first embodiment can also be applied to the manufacturing method according to the second embodiment. For example, the organic layer E may be cooled by making the anvil 11 made of copper or a copper alloy and/or by providing the anvil 11 with cooling mechanisms 111 and 121 using a refrigerant.

以上、第一実施形態及び第二実施形態に係る製造方法の基本的な態様について説明した。次に、これらに共通して適用可能な一層好ましい態様について説明する。 The basic aspects of the manufacturing method according to the first embodiment and the second embodiment have been described above. Next, more preferred embodiments that are commonly applicable to these will be described.

(金属板の好適な例)
金属板の種類は特に限定されない。板組Bに含まれる複数の金属板の材質は、同一であってもよいし、相違していてもよい。例えば、複数の金属板のうち1枚以上を、鋼板としてもよい。これにより、有機物層被覆金属板重ね継手Aの強度を高めることができる。複数の金属板の全てを鋼板としてもよい。
(Preferred example of metal plate)
The type of metal plate is not particularly limited. The materials of the plurality of metal plates included in plate set B may be the same or different. For example, one or more of the plurality of metal plates may be a steel plate. Thereby, the strength of the organic layer-coated metal plate lap joint A can be increased. All of the plurality of metal plates may be made of steel.

なお、アルミ板等の軟質な金属板よりも、鋼板の方が、接続部材Cの軸部C2を貫通させるのに必要な回転力及び押圧力が大きく、また、貫通に長時間を要する。従って、第2の金属板B2が鋼板である場合、有機物層Eの温度が上昇しやすく、従って有機物層Eが剥離しやすい。しかし、第一実施形態及び第二実施形態に係る製造方法では、アンビル11及び/又はスリーブ12によって有機物層Eを冷却しているので、たとえ複数の金属板のうち1枚以上が鋼板であったとしても、有機物層Eの剥離を効果的に防止することができる。 Note that the rotational force and pressing force required to penetrate the shaft portion C2 of the connecting member C are larger in a steel plate than in a soft metal plate such as an aluminum plate, and it takes a longer time to penetrate the steel plate. Therefore, when the second metal plate B2 is a steel plate, the temperature of the organic layer E tends to rise, and therefore the organic layer E tends to peel off. However, in the manufacturing method according to the first embodiment and the second embodiment, since the organic layer E is cooled by the anvil 11 and/or the sleeve 12, even if one or more of the plurality of metal plates is a steel plate. Even so, peeling of the organic layer E can be effectively prevented.

また、圧入工程S2の実施前に、第2の金属板B2に、接続部材Cの軸部C2を貫通させるための穴を予め設けておいてもよい。特に、第2の金属板B2が鋼板などの硬質な材質の場合に有効である。これにより、圧入工程S2を容易に実施することができる。具体的には、短時間で接続部材Cの軸部を貫通させることができる。また、接続部材Cを旋回させなくても、接続部材Cの軸部C2を貫通させることができる。第2の金属板B2に設けられる穴は、接続部材Cの頭部C1の径よりも小さい径を有している限り、その形状等は特に限定されない。ボルト留めとは異なり、第2の金属板B2に設けられる穴の径が、接続部材Cの軸部C2の太さよりも小さくてもよい。接続部材Cは、板組Bに圧入されるからである。 Further, before the press-fitting step S2, a hole may be previously provided in the second metal plate B2 through which the shaft portion C2 of the connecting member C is penetrated. This is particularly effective when the second metal plate B2 is made of a hard material such as a steel plate. Thereby, the press-fitting step S2 can be easily performed. Specifically, the shaft portion of the connecting member C can be penetrated in a short time. Furthermore, the shaft portion C2 of the connecting member C can be penetrated without rotating the connecting member C. The shape of the hole provided in the second metal plate B2 is not particularly limited as long as it has a diameter smaller than the diameter of the head C1 of the connecting member C. Unlike bolting, the diameter of the hole provided in the second metal plate B2 may be smaller than the thickness of the shaft portion C2 of the connecting member C. This is because the connecting member C is press-fitted into the plate assembly B.

(有機物層Eの好適な例)
有機物層Eとは、有機物が含有されている表面被覆層であり、例えば金属板重ね継手の耐食性及び美観等の向上のために用いられる。有機物層Eの一例は、有機物を主成分とする塗膜である。有機物層Eの特性の一層の向上のために、無機物や金属から構成される添加物を有機物層Eに含有させてもよい。また、有機物層Eのその他の例は、有機物をバインダーとして用いた塗膜である。この場合、有機物の含有量が少なくても、通常の摩擦圧接では、有機物が劣化し、有機物層が剥離する虞がある。有機物層Eに含まれる有機物については、特に限定はないが、ガラス転移温度が50℃以下の有機物が含まれる有機物層Eは、熱により軟化しやすく剥離しやすいため、本発明がより有効に適用される。有機物層Eと金属板との間に、めっき、及び化成処理皮膜等の中間層がさらに設けられていてもよい。
(Preferred example of organic layer E)
The organic substance layer E is a surface coating layer containing an organic substance, and is used, for example, to improve the corrosion resistance and aesthetic appearance of a metal plate lap joint. An example of the organic material layer E is a coating film containing an organic material as a main component. In order to further improve the characteristics of the organic layer E, the organic layer E may contain an additive made of an inorganic substance or a metal. Another example of the organic material layer E is a coating film using an organic material as a binder. In this case, even if the content of organic matter is small, there is a risk that the organic matter will deteriorate and the organic matter layer will peel off in normal friction welding. Although there is no particular limitation on the organic substance contained in the organic substance layer E, the present invention is more effectively applied to the organic substance layer E that contains an organic substance with a glass transition temperature of 50° C. or lower because it is easily softened by heat and easily peeled off. be done. An intermediate layer such as plating or a chemical conversion film may be further provided between the organic layer E and the metal plate.

上述の通り、有機物層Eは板組Bの一方又は両方の表面に配される。また、板組Bに含まれる金属板の両面が有機物層Eによって被覆されており、これにより、板組Bの内部にある金属板の合わせ面に有機物層Eが配されていてもよい。板組Bに含まれる金属板の合わせ面に、接着剤及びシーラー等を塗布してもよい。 As mentioned above, the organic layer E is arranged on one or both surfaces of the board set B. Further, both surfaces of the metal plates included in the plate set B may be covered with the organic layer E, so that the organic layer E may be disposed on the mating surfaces of the metal plates inside the plate set B. An adhesive, a sealer, or the like may be applied to the mating surfaces of the metal plates included in plate set B.

接続部材Cの構成、及び摩擦圧接条件等は特に限定されない。第一実施形態及び第二実施形態に係る製造方法では、アンビル11及び/又はスリーブ12によって有機物層Eを冷却することによって、有機物層Eの剥離を防止している。そのため、接合条件は特に限定されず、被接合材である複数の金属板の構成に応じた条件を、適宜採用することができる。 The configuration of the connecting member C, the friction welding conditions, etc. are not particularly limited. In the manufacturing method according to the first embodiment and the second embodiment, peeling of the organic layer E is prevented by cooling the organic layer E using the anvil 11 and/or the sleeve 12. Therefore, the bonding conditions are not particularly limited, and conditions can be appropriately adopted depending on the configuration of the plurality of metal plates that are the materials to be bonded.

次に、本発明の第三実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置1について説明する。第三実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置1は、重ね合わせられた複数の金属板から構成される板組Bが固定されるように構成されたアンビル11と、軸部C2、及び軸部C2の基端に設けられた頭部C1を有する接続部材Cを、アンビル11の反対側から、接続部材Cの軸を中心に旋回させながら板組Bに押圧する回転押圧機構13と、アンビル11の反対側から板組Bに押圧されて、板組Bを固定する筒状のスリーブ12と、を備え、回転押圧機構13の回転軸が、スリーブ12の内側122にあり、アンビル11及びスリーブ12の一方又は両方が、冷却手段を有する。 Next, an apparatus 1 for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to a third embodiment of the present invention will be described. An apparatus 1 for manufacturing an organic layer-coated metal plate overlap joint according to the third embodiment includes an anvil 11 configured to fix a plate set B composed of a plurality of overlapped metal plates, and a shaft portion C2. , and a rotary pressing mechanism 13 that presses the connecting member C having the head C1 provided at the base end of the shaft portion C2 against the plate set B from the opposite side of the anvil 11 while rotating around the axis of the connecting member C. and a cylindrical sleeve 12 that is pressed against the plate assembly B from the opposite side of the anvil 11 to fix the plate assembly B. 11 and/or the sleeve 12 have cooling means.

アンビル11及び筒状のスリーブ12は、板組Bを固定する。また、アンビル11及びスリーブ12の一方又は両方は、板組Bの表面に設けられた有機物層Eを冷却可能な冷却手段を有する。これにより、有機物層Eの剥離を防止することができる。スリーブ12の方が、有機物層Eを剥離させる恐れが大きいので、スリーブ12に冷却手段を設けることが好ましい。 The anvil 11 and the cylindrical sleeve 12 fix the plate assembly B. Further, one or both of the anvil 11 and the sleeve 12 has a cooling means capable of cooling the organic layer E provided on the surface of the plate set B. Thereby, peeling of the organic layer E can be prevented. Since the sleeve 12 has a greater risk of peeling off the organic layer E, it is preferable to provide the sleeve 12 with a cooling means.

冷却手段は特に限定されないが、例えばアンビル11及びスリーブ12の一方又は両方を銅若しくは銅合金製とすることにより、これら自体を冷却手段としてもよい。一方、アンビル11及びスリーブ12の一方又は両方に設けられた、冷媒による冷却機構111、121を、冷却手段としてもよい。これらの冷却手段の両方を採用することもできる。即ち、より好ましくは、アンビル11及びスリーブ12の一方又は両方が、銅若しくは銅合金製であり、且つ冷媒による冷却機構111、121を有する。 Although the cooling means is not particularly limited, for example, by making one or both of the anvil 11 and the sleeve 12 made of copper or a copper alloy, these themselves may be used as the cooling means. On the other hand, cooling mechanisms 111 and 121 using a refrigerant provided on one or both of the anvil 11 and the sleeve 12 may be used as the cooling means. Both of these cooling means can also be employed. That is, more preferably, one or both of the anvil 11 and the sleeve 12 are made of copper or a copper alloy, and have cooling mechanisms 111 and 121 using a refrigerant.

スリーブ12が、有機物層Eと接触する端面の内縁に、R0.1mm以上の面取り部123を有してもよい。これにより、スリーブ12の端面の内縁が有機物層Eを傷つけるおそれを取り除き、有機物層Eの剥離を一層効果的に防止することができる。 The sleeve 12 may have a chamfered portion 123 with an R of 0.1 mm or more on the inner edge of the end surface that contacts the organic layer E. This eliminates the possibility that the inner edge of the end surface of the sleeve 12 may damage the organic layer E, and further effectively prevents the organic layer E from peeling off.

回転押圧機構13は、軸部C2、及び軸部C2の基端に設けられた頭部C1を有する接続部材Cを、アンビル11の反対側から、接続部材Cの軸を中心に旋回させながら板組Bに押圧する。これにより、板組Bに対して接続部材Cを相対的に旋回させ、摩擦圧接できる。なお、筒状のスリーブ12を通して接続部材Cを板組Bに圧入させるために、回転押圧機構13の回転軸は、スリーブ12の内側122に配されている必要がある。また、回転押圧機構13は、接続部材Cの頭部C1を把持して回転させることが可能な把持部を備えてもよい。一方、接続部材Cの頭部C1に多角形孔が設けられている場合は、回転押圧機構13が、頭部C1の多角形孔に対応した形状を有する多角形凸部を備えていればよい。接続部材Cを回転させながら押圧するための機構は特に限定されず、摩擦圧接に適した公知の構成を適宜採用することができる。 The rotary pressing mechanism 13 rotates the connecting member C, which has a shaft portion C2 and a head portion C1 provided at the base end of the shaft portion C2, from the opposite side of the anvil 11, while rotating the connecting member C around the axis of the plate. Press on group B. Thereby, the connecting member C can be rotated relative to the plate set B, and friction welding can be performed. Note that in order to press-fit the connecting member C into the plate assembly B through the cylindrical sleeve 12, the rotating shaft of the rotary pressing mechanism 13 needs to be disposed inside 122 of the sleeve 12. Further, the rotation pressing mechanism 13 may include a grip portion that can grip and rotate the head portion C1 of the connection member C. On the other hand, if a polygonal hole is provided in the head C1 of the connecting member C, the rotary pressing mechanism 13 may include a polygonal convex portion having a shape corresponding to the polygonal hole in the head C1. . The mechanism for pressing the connecting member C while rotating is not particularly limited, and any known configuration suitable for friction welding may be appropriately employed.

第三実施形態に係る製造装置1の用途は特に限定されないが、例えば第一実施形態に係る製造方法の実施のために好適である。 Although the use of the manufacturing apparatus 1 according to the third embodiment is not particularly limited, it is suitable for implementing the manufacturing method according to the first embodiment, for example.

次に、本発明の第四実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置1について説明する。第四実施形態に係る有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置1は、重ね合わせられた複数の金属板から構成される板組Bが固定されるように構成されたアンビル11と、軸部C2、及び軸部C2の基端に設けられた頭部C1を有する接続部材Cを、アンビル11の反対側から、接続部材Cの軸を中心に旋回させながら板組Bに押圧する回転押圧機構13と、を備え、アンビル11が、冷却手段を有する。 Next, an apparatus 1 for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to a fourth embodiment of the present invention will be described. An apparatus 1 for manufacturing an organic layer-coated metal plate overlap joint according to the fourth embodiment includes an anvil 11 configured to fix a plate set B composed of a plurality of overlapped metal plates, and a shaft portion C2. , and a rotary pressing mechanism 13 that presses the connecting member C having the head C1 provided at the base end of the shaft portion C2 against the plate set B from the opposite side of the anvil 11 while rotating around the axis of the connecting member C. , and the anvil 11 has a cooling means.

第四実施形態に係る製造装置1は、原則的に、第三実施形態に係る製造装置1と同じである。しかし、第四実施形態に係る製造装置1において、板組Bをアンビル11に固定するための手段は特に限定されない。第三実施形態とは異なり、第四実施形態においてスリーブ12を用いることは必須ではない。例えば、板組Bをアンビル11に固定するための、クランプ等の固定治具を、製造装置1が備えていればよい。スリーブ12が用いられない場合、板組Bの任意の場所に接続部材Cを押圧し、接合させることができる。また、第四実施形態に係る製造装置1では、アンビル11を用いて、アンビル11側に配された有機物層Eを冷却する。なお、第四実施形態に係る製造装置1がスリーブ12を備えない場合、アンビル11の反対側に配された有機物層Eが剥離するおそれはないと考えられる。 The manufacturing apparatus 1 according to the fourth embodiment is basically the same as the manufacturing apparatus 1 according to the third embodiment. However, in the manufacturing apparatus 1 according to the fourth embodiment, the means for fixing the plate set B to the anvil 11 is not particularly limited. Unlike the third embodiment, it is not essential to use the sleeve 12 in the fourth embodiment. For example, the manufacturing apparatus 1 may include a fixing jig such as a clamp for fixing the plate set B to the anvil 11. If the sleeve 12 is not used, the connecting member C can be pressed and joined to any location on the plate assembly B. Furthermore, in the manufacturing apparatus 1 according to the fourth embodiment, the anvil 11 is used to cool the organic layer E disposed on the anvil 11 side. Note that if the manufacturing apparatus 1 according to the fourth embodiment does not include the sleeve 12, there is no possibility that the organic layer E disposed on the opposite side of the anvil 11 will peel off.

第四実施形態に係る製造装置1の用途は特に限定されないが、例えば第二実施形態に係る製造方法の実施のために好適である。 Although the use of the manufacturing apparatus 1 according to the fourth embodiment is not particularly limited, it is suitable for implementing the manufacturing method according to the second embodiment, for example.

実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に説明する。ただし、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例に過ぎない。本発明は、この一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。 EXAMPLES The effects of one embodiment of the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. However, the conditions in the examples are merely examples of conditions adopted to confirm the feasibility and effects of the present invention. The present invention is not limited to this one example condition. The present invention may adopt various conditions as long as the objectives of the present invention are achieved without departing from the gist of the present invention.

以下に示す2枚の鋼板を、スリーブを用いてアンビルに固定して、摩擦圧接することにより、種々の有機物層被覆金属板重ね継手を製造した。第1の金属板に塗装をした場合、塗装していない第2の金属板と重ね合わせて、アンビルに各冷却手法を適用し、第1の金属板の有機物層の剥離を評価した。第2の金属板に塗装をした場合、塗装していない第1の金属板を重ね合わせて、スリーブに各冷却手法を適用し、第2の金属板の有機物層の剥離を評価した。 The two steel plates shown below were fixed to an anvil using a sleeve and friction welded to produce various organic layer-coated metal plate overlap joints. When the first metal plate was coated, each cooling method was applied to the anvil overlapping it with an uncoated second metal plate, and peeling of the organic layer of the first metal plate was evaluated. When the second metal plate was coated, the uncoated first metal plate was placed on top of the sleeve, each cooling method was applied to the sleeve, and peeling of the organic layer of the second metal plate was evaluated.

Figure 2023131360000002
Figure 2023131360000002

摩擦圧接は、30mm間隔で、10秒ごとに、最大100点に対して実施した。接合完了後に、有機物層被覆金属板重ね継手の表面を目視で観察することにより、有機物層の剥離の有無を確認した。評価基準には、塗膜の剥離が初めて発生するまでの接合回数を用いた。
・塗膜の剥離が初めて発生するまでの接合回数が91回以上:◎
・塗膜の剥離が初めて発生するまでの接合回数が21回以上90回以下:○
・塗膜の剥離が初めて発生するまでの接合回数が6回以上20回以下:△
・塗膜の剥離が初めて発生するまでの接合回数が1回以上5回以下:×
Friction welding was performed at a maximum of 100 points at 30 mm intervals every 10 seconds. After the joining was completed, the surface of the organic layer-coated metal plate overlap joint was visually observed to confirm whether or not the organic layer had peeled off. The evaluation criterion used was the number of times of bonding until the first occurrence of peeling of the coating film.
・The number of times of bonding is 91 or more times before the first peeling of the paint film occurs: ◎
・The number of times of bonding is 21 or more and 90 or less before the first peeling of the paint film occurs: ○
・The number of times of bonding is 6 or more and 20 or less before the first peeling of the paint film occurs: △
・The number of times of bonding before the first occurrence of paint film peeling is 1 to 5 times: ×

スリーブ及びアンビルは、鋼製、銅製、鋼製かつ水冷機構あり、銅製かつ水冷機構あり、の4種類とした。また、一部の実験においては、スリーブの、有機物層と接触する端面の内縁に、R0.1mmの面取り部を設けた。
表2に、スリーブと接する有機物層における評価結果を示す。表2に示される実験結果を得るにあたっては、アンビルを鋼製とし、スリーブを上述の4種類のいずれかとし、スリーブと接する板組の面に有機物層が配されるように板組を接合装置に組み付けた。
表3に、アンビルと接する有機物層における評価結果を示す。表3に示される実験結果を得るにあたっては、アンビルを上述の4種類のいずれかとし、スリーブを鋼製とし、アンビルと接する板組の面に有機物層が配されるように板組を接合装置に組み付けた。
なお、スリーブに面取り部を設けた場合の試験結果を、かっこ書きで表2に追記して示した。
The sleeves and anvils were made of four types: steel, copper, steel and with a water cooling mechanism, and copper and with a water cooling mechanism. Further, in some experiments, a chamfered portion with an R of 0.1 mm was provided on the inner edge of the end surface of the sleeve that was in contact with the organic layer.
Table 2 shows the evaluation results for the organic layer in contact with the sleeve. In order to obtain the experimental results shown in Table 2, the anvil was made of steel, the sleeve was made of one of the four types mentioned above, and the plate assembly was bonded using a joining device so that an organic layer was placed on the surface of the plate assembly that was in contact with the sleeve. It was assembled into.
Table 3 shows the evaluation results for the organic layer in contact with the anvil. In order to obtain the experimental results shown in Table 3, the anvil was one of the four types mentioned above, the sleeve was made of steel, and the plate assembly was bonded using a joining device so that an organic layer was placed on the surface of the plate assembly in contact with the anvil. It was assembled into.
The test results when the sleeve was provided with a chamfered portion are shown in Table 2 in parentheses.

Figure 2023131360000003
Figure 2023131360000003

Figure 2023131360000004
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スリーブ及びアンビルの両方を鋼製とした比較例では、アンビル側の有機物層、及びスリーブ側の有機物層のいずれにおいても、非常に早期に剥離が生じた。
スリーブを鋼製とし、アンビルを銅製、又は水冷機構ありのものとした場合、アンビル側の有機物層においては剥離が抑制された。
また、アンビルを鋼製とし、スリーブを銅製、又は水冷機構ありのものとした場合は、スリーブ側の有機物層においては剥離が抑制された。
さらに、スリーブに面取り部を設けることにより、一部の例において一層の有機物層の剥離抑制が確認できた。
In a comparative example in which both the sleeve and anvil were made of steel, peeling occurred very early in both the organic layer on the anvil side and the organic layer on the sleeve side.
When the sleeve was made of steel and the anvil was made of copper or had a water cooling mechanism, peeling was suppressed in the organic layer on the anvil side.
Further, when the anvil was made of steel and the sleeve was made of copper or had a water cooling mechanism, peeling was suppressed in the organic layer on the sleeve side.
Furthermore, by providing a chamfered portion on the sleeve, in some cases it was confirmed that peeling of the organic layer was further suppressed.

1 製造装置
11 アンビル
111 冷却機構
12 スリーブ
121 冷却機構
122 スリーブの内側
123 面取り部
13 回転押圧機構
A 有機物層被覆金属板重ね継手
B 板組
B1 第1の金属板
B2 第2の金属板
C 接続部材
C1 頭部
C2 軸部
D 摩擦圧接部
E 有機物層
S1 固定工程
S2 圧入工程
S3 摩擦圧接工程
1 Manufacturing device 11 Anvil 111 Cooling mechanism 12 Sleeve 121 Cooling mechanism 122 Inside of sleeve 123 Chamfered portion 13 Rotary pressing mechanism A Organic layer coated metal plate overlap joint B Plate assembly B1 First metal plate B2 Second metal plate C Connection member C1 Head C2 Shaft D Friction welding part E Organic layer S1 Fixing process S2 Press-fitting process S3 Friction welding process

Claims (17)

重ね合わせられた複数の金属板から構成される板組を、アンビルに固定する工程と、
軸部、及び前記軸部の基端に設けられた頭部を有する接続部材を、前記アンビルの反対側から、前記アンビルに接する金属板と前記軸部の先端とが接触するまで、前記板組に圧入する工程と、
前記アンビルに接する前記金属板と、前記軸部の前記先端とを摩擦圧接し、前記頭部によって、前記軸部が貫通された前記金属板を、前記軸部が摩擦圧接された前記金属板に機械的に接合する工程と、
を備え、
前記固定する工程では、筒状のスリーブを、前記アンビルの反対側から前記板組に押圧することによって、前記板組を前記アンビルに固定し、
前記圧入する工程では、前記接続部材を、前記スリーブの内側を通して、前記板組に圧入し、
前記板組の一方又は両方の表面には、有機物層が配置され、
前記有機物層と前記スリーブとが接する場合、前記スリーブを用いて前記有機物層を冷却し、前記有機物層と前記アンビルとが接する場合、前記アンビルを用いて前記有機物層を冷却する
有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法。
a step of fixing a plate assembly made up of a plurality of stacked metal plates to an anvil;
A connecting member having a shaft and a head provided at the base end of the shaft is connected to the plate assembly from the opposite side of the anvil until the metal plate in contact with the anvil and the tip of the shaft come into contact. a process of press-fitting into the
The metal plate in contact with the anvil and the tip of the shaft are frictionally welded, and the metal plate through which the shaft is penetrated by the head is attached to the metal plate to which the shaft is frictionally welded. a mechanical joining process;
Equipped with
In the fixing step, the plate assembly is fixed to the anvil by pressing a cylindrical sleeve against the plate assembly from the opposite side of the anvil,
In the press-fitting step, the connecting member is press-fitted into the plate assembly through the inside of the sleeve,
An organic layer is arranged on one or both surfaces of the board set,
An organic layer-coated metal plate that uses the sleeve to cool the organic layer when the organic layer and the sleeve are in contact with each other, and cools the organic layer using the anvil when the organic layer and the anvil are in contact with each other. Method of manufacturing lap joints.
前記有機物層と前記スリーブとが接する場合、前記スリーブを銅若しくは銅合金製とすること、及び/又は前記スリーブに冷媒による冷却機構を設けることにより、前記有機物層を冷却し、
前記有機物層と前記アンビルとが接する場合、前記アンビルを銅若しくは銅合金製とすること、及び/又は前記アンビルに冷媒による冷却機構を設けることにより、前記有機物層を冷却する
ことを特徴とする請求項1に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法。
When the organic layer and the sleeve are in contact with each other, the sleeve is made of copper or a copper alloy, and/or the sleeve is provided with a cooling mechanism using a refrigerant to cool the organic layer,
A claim characterized in that when the organic layer and the anvil are in contact with each other, the anvil is made of copper or a copper alloy, and/or the anvil is provided with a cooling mechanism using a refrigerant to cool the organic layer. Item 1. A method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to Item 1.
前記有機物層と前記スリーブとが接する場合、前記スリーブに冷媒による冷却機構を設けることにより前記有機物層を冷却し、前記有機物層と前記アンビルとが接する場合、前記アンビルに冷媒による冷却機構を設けることにより前記有機物層を冷却する
ことを特徴とする請求項1に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法。
When the organic layer and the sleeve are in contact with each other, the sleeve is provided with a cooling mechanism using a refrigerant to cool the organic layer, and when the organic layer and the anvil are in contact with each other, the anvil is provided with a cooling mechanism using a refrigerant. 2. The method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to claim 1, wherein the organic layer is cooled by a method.
前記有機物層と前記スリーブとが接することを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法。 The method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to any one of claims 1 to 3, wherein the organic layer and the sleeve are in contact with each other. 前記スリーブの、前記有機物層と接触する端面の内縁に、R0.1mm以上の面取り部を設けることを特徴とする請求項4に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法。 5. The method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to claim 4, wherein a chamfered portion with an R of 0.1 mm or more is provided on the inner edge of the end surface of the sleeve that comes into contact with the organic layer. 重ね合わせられた複数の金属板から構成される板組を、アンビルに固定する工程と、
軸部、及び前記軸部の基端に設けられた頭部を有する接続部材を、前記アンビルの反対側から、前記アンビルに接する金属板と、前記軸部の先端とが接触するまで、前記板組に圧入する工程と、
前記アンビルに接する前記金属板と、前記軸部の前記先端とを摩擦圧接し、前記頭部によって、前記軸部が貫通された前記金属板を、前記軸部が摩擦圧接された前記金属板に機械的に接合する工程と、
を備え、
少なくとも、前記アンビルと接する前記板組の表面には、有機物層が配置され、
前記アンビルを用いて前記有機物層を冷却する
有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法。
a step of fixing a plate assembly made up of a plurality of stacked metal plates to an anvil;
A connecting member having a shaft and a head provided at the base end of the shaft is inserted from the opposite side of the anvil until the metal plate in contact with the anvil and the tip of the shaft come into contact with the plate. A process of press-fitting into the assembly,
The metal plate in contact with the anvil and the tip of the shaft are frictionally welded, and the metal plate through which the shaft is penetrated by the head is attached to the metal plate to which the shaft is frictionally welded. a mechanical joining process;
Equipped with
At least an organic layer is arranged on the surface of the plate set in contact with the anvil,
A method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint, in which the organic layer is cooled using the anvil.
前記アンビルを銅若しくは銅合金製とすること、及び/又は前記アンビルに冷媒による冷却機構を設けることにより、前記有機物層を冷却する
ことを特徴とする請求項6に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法。
7. The organic layer-coated metal plate stack according to claim 6, wherein the organic layer is cooled by making the anvil made of copper or a copper alloy and/or providing the anvil with a cooling mechanism using a refrigerant. How to manufacture fittings.
前記アンビルに冷媒による冷却機構を設けることにより前記有機物層を冷却する
ことを特徴とする請求項6に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法。
7. The method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to claim 6, wherein the organic layer is cooled by providing a cooling mechanism using a refrigerant on the anvil.
複数の前記金属板のうち1枚以上が鋼板である
ことを特徴とする請求項1~8のいずれか一項に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造方法。
The method for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to any one of claims 1 to 8, wherein one or more of the plurality of metal plates is a steel plate.
重ね合わせられた複数の金属板から構成される板組が固定されるように構成されたアンビルと、
軸部、及び前記軸部の基端に設けられた頭部を有する接続部材を、前記アンビルの反対側から、前記接続部材の軸を中心に旋回させながら前記板組に押圧する回転押圧機構と、
前記アンビルの反対側から前記板組に押圧されて、前記板組を固定する筒状のスリーブと、
を備え、
前記回転押圧機構の回転軸が、前記スリーブの内側にあり、
前記アンビル及び前記スリーブの一方又は両方が、冷却手段を有する、
有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置。
an anvil configured to fix a plate set made up of a plurality of stacked metal plates;
a rotational pressing mechanism that presses a connecting member having a shaft portion and a head provided at a base end of the shaft portion against the plate set from the opposite side of the anvil while rotating the connecting member around the axis of the connecting member; ,
a cylindrical sleeve that is pressed against the plate assembly from the opposite side of the anvil and fixes the plate assembly;
Equipped with
The rotating shaft of the rotary pressing mechanism is located inside the sleeve,
one or both of the anvil and the sleeve have cooling means;
Manufacturing equipment for organic layer-coated metal plate lap joints.
前記冷却手段が、
銅製若しくは銅合金製とされた、前記アンビル及び前記スリーブの一方又は両方のそれ自体、及び、
前記アンビル及び前記スリーブの一方又は両方に設けられた、冷媒による冷却機構
の一方又は両方であることを特徴とする請求項10に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置。
The cooling means
one or both of the anvil and the sleeve being made of copper or a copper alloy; and
The apparatus for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to claim 10, characterized in that one or both of the anvil and the sleeve are provided with a cooling mechanism using a refrigerant.
前記冷却手段が、前記アンビル及び前記スリーブの一方又は両方に設けられた、冷媒による冷却機構であることを特徴とする請求項10に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置。 11. The apparatus for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to claim 10, wherein the cooling means is a cooling mechanism using a refrigerant provided on one or both of the anvil and the sleeve. 前記スリーブが、有機物層を冷却する
ことを特徴とする請求項10~12のいずれか一項に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置。
The apparatus for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to any one of claims 10 to 12, wherein the sleeve cools the organic layer.
前記スリーブが、前記有機物層と接触する端面の内縁に、R0.1mm以上の面取り部を有する
ことを特徴とする請求項13に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置。
14. The apparatus for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to claim 13, wherein the sleeve has a chamfered portion with an R of 0.1 mm or more on the inner edge of the end surface that contacts the organic layer.
重ね合わせられた複数の金属板から構成される板組が固定されるように構成されたアンビルと、
軸部、及び前記軸部の基端に設けられた頭部を有する接続部材を、前記アンビルの反対側から、前記接続部材の軸を中心に旋回させながら前記板組に押圧する回転押圧機構と、
を備え、
前記アンビルが、冷却手段を有する
有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置。
an anvil configured to fix a plate set made up of a plurality of stacked metal plates;
a rotational pressing mechanism that presses a connecting member having a shaft portion and a head provided at a base end of the shaft portion against the plate set from the opposite side of the anvil while rotating the connecting member around the axis of the connecting member; ,
Equipped with
An apparatus for producing an organic layer-coated metal plate lap joint, wherein the anvil has a cooling means.
前記冷却手段が、
銅製若しくは銅合金製とされた前記アンビル自体、及び
前記アンビルに設けられた、冷媒による冷却機構
の一方又は両方であることを特徴とする請求項15に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置。
The cooling means
16. The production of an organic layer-coated metal plate lap joint according to claim 15, wherein the anvil itself is made of copper or a copper alloy, and one or both of a cooling mechanism using a refrigerant provided on the anvil. Device.
前記冷却手段が、前記アンビルに設けられた、冷媒による冷却機構であることを特徴とする請求項15に記載の有機物層被覆金属板重ね継手の製造装置。 16. The apparatus for manufacturing an organic layer-coated metal plate lap joint according to claim 15, wherein the cooling means is a cooling mechanism using a refrigerant provided on the anvil.
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