JP3583541B2

JP3583541B2 - 複合金属板および金属板の接合方法とその接合装置

Info

Publication number: JP3583541B2
Application number: JP04481796A
Authority: JP
Inventors: 健治栩木
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2016-03-01
Also published as: JPH09236105A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合金属板および金属板の接合方法とその接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車のフレーム，補強板等の金属板を接合する接合方法として、金属板を塑性変形させることにより造形接合する接合方法が用いられている。
図７は、この種の接合方法により金属板を接合する接合装置を示すもので、先端面に凸部１１が形成されるポンチ１３が配置されている。
【０００３】
このポンチ１３の下方には、先端面にポンチ１３の凸部１１が挿入される凹部１５が形成され、凹部１５の底面の外周に環状凹部１７が形成されるダイス１９が対向配置されている。
ポンチ１３は、図示しない移動手段によりダイス１９側に移動可能とされる。
そして、図７（ａ）に示すように、ポンチ１３とダイス１９との間に接合すべき金属板２１の接合部が配置され、図７（ｂ）に示すように、移動手段によりポンチ１３がダイス１９側に移動され、ポンチ１３の凸部１１により金属板２１の接合部がダイス１９の凹部１５の内側に沿って突出され、突出部２３が形成される。
【０００４】
さらに、ポンチ１３の移動を続けると、図７（ｃ）に示すように、金属板２１の突出部２３がダイス１９の環状凹部１７に充満され、突出部２３の端面２３ａの外周に環状凸部２３ｂが形成され、金属板２１が塑性流動により造形接合される。
そして、図８に示すように、端面２３ａの外周に環状凸部２３ｂを有する突出部２３が金属板２１の接合部の位置に形成され、ポンチ１３側の金属板２１Ａに形成されるポンチ側インタロック部２１ａと、ダイス１９側の金属板２１Ｂに形成されるダイス側インタロック部２１ｂにより接合される複合金属板が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した金属板の接合方法では、図８に示したように、金属板２１の２点鎖線で仕切られた、突出部２３の端面２３ａにおいて、ダイス１９側の金属板２１Ｂの体積Ｖ１がポンチ１３側の金属板２１Ａの体積Ｖ２よりも大きくなるため、ポンチ１３側の金属板２１Ａの板厚ｔ１がダイス１９側の金属板２１Ｂの板厚ｔ２に比べて極端に薄くなり、複合金属板の接合強度が著しく低下し、接合の信頼性を損なうという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、接合される金属板の接合強度を向上し、接合の信頼性を従来よりも大幅に向上することができる複合金属板および金属板の接合方法とその接合装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の複合金属板は、少なくとも２枚の金属板を接合部において接合してなる複合金属板において、前記金属板を前記接合部の位置において突出させ、この突出部の端面の外周に環状凸部を形成すると共に、中央に中央凸部を形成してなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の複合金属板は、請求項１記載の複合金属板において、前記金属板は、表面にろう材層が形成されるアルミニウムのクラッド材からなることを特徴とする。
請求項３記載の金属板の接合方法は、先端に凸部が形成されるポンチと、先端に前記ポンチの前記凸部が挿入される凹部が形成され、前記凹部の底面の外周に環状凹部が形成されるダイスとの間に、接合すべき金属板の接合部を配置する配置工程と、前記ポンチと前記ダイスとを対向する方向に相対移動し、前記金属板の前記接合部を前記ポンチの前記凸部により前記ダイスの前記凹部の内面に沿って突出させ突出部を形成する絞り工程と、前記ポンチと前記ダイスとをさらに相対移動し、前記金属板の前記突出部を前記ダイスの前記環状凹部および前記凹部の底面の中央に形成される中央凹部に充満させ、前記金属板を造形接合する接合工程と、前記ポンチと前記ダイスとを対向する方向と反対方向に相対移動する退避工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の金属板の接合装置は、先端に凸部が形成されるポンチと、先端に前記ポンチの前記凸部が挿入される凹部が形成され、前記凹部の底面の外周に環状凹部が形成されるダイスとを備えた金属板の接合装置において、前記ダイスの前記凹部の底面の中央に中央凹部を形成してなることを特徴とする。
請求項５記載の金属板の接合装置は、請求項４記載の金属板の接合装置において、前記ポンチの前記凸部と前記ダイスの前記凹部は、横断面円形形状をしていることを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の金属板の接合装置は、請求項４または請求項５記載の金属板の接合装置において、前記ポンチの前記凸部の先端面は、凸状の球面形状をしていることを特徴とする。
【００１１】
（作用）
請求項１記載の複合金属板では、金属板の接合部に、突出する突出部が形成され、この突出部の端面に、外周に沿って環状凸部と中央に中央凸部とが形成される。
【００１２】
請求項２記載の複合金属板では、表面にろう材層が形成されるアルミニウムのクラッド材の接合部に、突出する突出部が形成され、この突出部の端面に、外周に沿って環状凸部と中央に中央凸部とが形成される。
請求項３記載の金属板の接合方法では、ポンチとダイスとを対向する方向に相対移動し、金属板の接合部をダイスの凹部の内面に沿って突出させ突出部を形成した後、さらにポンチとダイスとを相対移動すると、突出部がダイスの環状凹部および中央凹部に充満し、突出部の端面の外周に環状凸部が形成されると共に、中央に中央凸部が形成され、塑性流動により金属板が造形接合された複合金属板が形成され、そして、ポンチとダイスとを退避した状態で、複合金属板が取り出される。
【００１３】
請求項４記載の金属板の接合装置では、ポンチとダイスとの間に、接合すべき金属板の接合部が配置される。
そして、ポンチとダイスとを対向する方向に相対移動し、金属板の接合部をポンチの凸部によりダイスの凹部の内面に沿って突出させ突出部が形成される。
この状態からポンチとダイスとをさらに相対移動すると、金属板の突出部がダイスの環状凹部および凹部の底面の中央に形成される中央凹部に充満し、突出部の端面の外周に環状凸部が形成されると共に、中央に中央凸部が形成され、塑性流動により金属板が造形接合された複合金属板が形成される。
【００１４】
請求項５記載の金属板の接合装置では、金属板の接合部がポンチの横断面円形形状の凸部によりダイスの横断面円形形状の凹部の内面に沿って突出され、円筒状の突出部が形成される。
請求項６記載の金属板の接合装置では、金属板の接合部が、ポンチの先端が凸状の球面形状である凸部により、ダイスの凹部の内面に沿って緩やかに突出される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態について説明する。
図１は、本発明の複合金属板の一実施形態（請求項１に対応）を示しており、図において符号３１Ａ，３１Ｂは、２枚の金属板を示している。
この実施形態では、これ等の金属板３１Ａ，３１Ｂは、アルミニウムからなり板厚が１．２ｍｍとされている。
【００１６】
金属板３１Ａ，３１Ｂの接合部には、突出する断面円環状の突出部３３が形成されている。
この突出部３３の端面３３ａには、外周に沿って断面半円形状のリング状の環状凸部３３ｂが形成されている。
さらに、突出部３３の端面３３ａの中央部には、凸状の球面形状の中央凸部３３ｃが形成されている。
【００１７】
この実施形態では、２点鎖線で仕切られた中央凸部３３ｃの体積Ｖ３は、１．７３７ｍｍ^３とされている。
この体積Ｖ３の値は、図８に示した従来の複合金属板の突出部２３の端面２３ａにおけるダイス側金属板２１Ｂの体積Ｖ１から、ポンチ側金属板２１Ａの体積Ｖ２を減じて求めた値と概ね同一の値である。
【００１８】
突出部３３の側面には、ポンチ側金属板３１Ａとダイス側金属板３１Ｂとの当接面に沿って塑性流動により環状のインタロック部３１ａ，３１ｂが形成されている。
そして、金属板３１Ａ，３１Ｂは、これ等のインタロック部３１ａ，３１ｂにより造形接合されている。
【００１９】
図２は、上述した複合金属板を製造するための金属板の接合装置の一実施形態（請求項４ないし請求項６に対応）を示しており、図において符号４１は、円柱状の鋼材からなるポンチを示している。
【００２０】
このポンチ４１の先端面には、先端に向けて徐々に狭まる円錐台状の凸部４１ａが一体形成されている。
凸部４１ａの先端面は、凸状の球面形状に形成されている。
この実施形態では、ポンチ４１の凸部４１ａの直径は、５．８ｍｍとされている。
【００２１】
ポンチ４１は、図示しない油圧装置等により駆動される移動手段により、後述するダイス４３側に移動可能とされている。
ポンチ４１の下方には、円柱状の鋼材からなるダイス４３が配置されている。
このダイス４３の先端面には、ポンチ４１の凸部４１ａに対応した位置に、先端に向けて徐々に広がる円錐台状の凹部４３ａが一体形成されている。
【００２２】
この実施形態では、ダイス４３の凹部４３ａの直径は、８ｍｍとされている。
凹部４３ａの底面には、外周に沿って断面半円形状のリング状の環状凹部４３ｂが形成されている。
さらに、凹部４３ａの底面の中央には、凹状の球面形状の中央凹部４３ｃが形成されている。
【００２３】
上述した金属板の接合装置を用いて、上述した複合金属板が以下述べるようにして製造される（請求項３に対応）。
先ず、図２に示したように、ポンチ４１とダイス４３との間に接合すべき金属板３１Ａ，３１Ｂの接合部が位置するように配置される。
次に、図３に示すように、移動手段によりポンチ４１がダイス４３側に移動され、ポンチ４１の凸部４１ａにより金属板３１Ａ，３１Ｂの接合部がダイス４３の凹部４３ａの内側に沿って突出され、突出部３３が形成される。
【００２４】
さらに、図４に示すように、ポンチ４１の移動を続けると、金属板３１Ａ，３１Ｂの突出部３３がダイス４３の環状凹部４３ｂに充満され、突出部３３の端面３３ａの外周に環状凸部３３ｂが形成される。
これにより、突出部３３の側面の外周が塑性流動し、金属板３１Ａ，３１Ｂが造形接合される。
【００２５】
これと同時に、突出部３３がダイス４３の中央凹部４３ｃに充満され、突出部３３の端面３３ａの中央に中央凸部３３ｃが形成される。
これにより、ダイス側金属板３１Ｂの突出部３３の端面３３ａの肉が、中央凹部４３ｃに塑性流入し、ポンチ側金属板３１Ａとダイス側金属板３１Ｂの板厚がほぼ同一に形成される。
【００２６】
そして、最後に、図５に示すように、ポンチ４１をダイス４３から退避させ、金属板３１Ａ，３１Ｂを取り出して接合作業が終了する。
以上のように構成された複合金属板では、金属板３１Ａ，３１Ｂの接合部に形成される突出部３３により、金属板３１Ａ，３１Ｂを強固に接合することができる。
【００２７】
また、上述した金属板の接合方法では、金属板３１Ａ，３１Ｂの突出部３３の端面３３ａの外周に環状凸部３３ｂを形成すると共に、中央に中央凸部３３ｃを形成し、ダイス側金属板３１Ｂを中央凸部３３ｃに塑性流動するようにしたので、ダイス側金属板３１Ｂの板厚を容易に調節することができ、ポンチ側金属板３１Ａとダイス側金属板３１Ｂの板厚を確実に均一なものにすることができ、接合される金属板３１Ａ，３１Ｂの接合強度を向上し、接合の信頼性を従来よりも大幅に向上することができる。
【００２８】
すなわち、次表は、この様にして形成された複合金属板と図８に示した従来の複合金属板の断面形状を拡大投影機により測定した測定結果を示すものである。
【表１】

表において、インタロック深さは、ポンチ１３，４１側のインタロック部２１ａ，３１ａとダイス１９，４３側のインタロック部２１ｂ，３１ｂの接合深さを示している。
【００２９】
この表から、本発明の複合金属板では、従来の複合金属板に比較して、突出部３３の底部におけるポンチ側金属板３１Ａの板厚ｔ３とダイス側金属板３１Ｂの板厚ｔ４とが、概ね同一の板厚で形成されていることが分かる。
さらに、上述した金属板の接合装置では、ダイス４３の凹部４３ａの底面の中央に中央凹部４３ｃを形成し、この中央凹部４３ｃに金属板３１Ａ，３１Ｂの突出部３３を充満させ、突出部３３の中央に中央凸部３３ｃを形成するようにしたので、簡易な構造で容易，確実に中央凸部３３ｃを形成することができる。
【００３０】
また、上述した金属板の接合装置では、横断面円形形状のポンチ４１の凸部４１ａとダイス４３の凹部４３ａにより円筒状の突出部３３を形成するようにしたので、突出部３３の肉厚を均一に形成することができ、接合強度を確実に向上することができる。
さらに、上述した金属板の接合装置では、先端が凸状の球面形状のポンチ４１により金属板３１Ａ，３１Ｂの接合部をダイス４３の凹部４３ａの内面に沿って緩やかに突出するようにしたので、接合部の塑性流動を容易に行うことができ、金属板３１Ａ，３１Ｂを確実に造形接合することができる。
【００３１】
なお、上述した実施形態では、アルミニウムからなる金属板３１Ａ，３１Ｂを用いた例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、表面にろう材層が形成されるアルミニウムのクラッド材を用いても良く、また、亜鉛メッキ等の表面処理が施された鉄板を用いても良い。
図６は、熱交換器のタンク５１とヘッダプレート５３との接合に本発明を適用した例を示すもので、表面にろう材層が形成されるアルミニウムのクラッド材（請求項２に対応）からなるタンク５１の袴部５１ａとヘッダプレート５３とが、上述した金属板の接合方法により接合されている。
【００３２】
また、上述した実施形態では、ポンチ４１の凸部４１ａの直径を５．８ｍｍ，ダイス４３の凹部４３ａの直径を８ｍｍ，突出部３３の中央凸部３３ｃの体積Ｖ３を１．７３７ｍｍ^３に形成した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、接合する金属板の板厚，材質に応じて変化させることが望ましい。
【００３３】
さらに、上述した実施形態では、２枚の金属板３１Ａ，３１Ｂを接合した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、ポンチの凸部，ダイスの凹部，ダイスの中央凹部の形状を調整することにより、３枚以上の金属板を接合することもできる。
また、上述した実施形態では、アルミニウムからなる金属板３１Ａ，３１Ｂを接合した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、アルミニウム合金からなる金属板を接合することもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１記載の複合金属板では、金属板の接合部に形成される突出部により、金属板を強固に接合することができる。
請求項２記載の複合金属板では、表面にろう材層が形成されるアルミニウムのクラッド材の接合部に形成される突出部により、クラッド材を強固に接合することができる。
【００３５】
請求項３記載の金属板の接合方法では、金属板の突出部の端面の外周に環状凸部を形成すると共に、中央に中央凸部を形成し、ダイス側の金属板を中央凸部に塑性流動するようにしたので、ダイス側の金属板の板厚を容易に調節することができ、また、ダイス側とポンチ側の金属板の板厚を確実に均一なものにすることができるため、接合される金属板の接合強度を向上し、接合の信頼性を従来よりも大幅に向上することができる。
【００３６】
請求項４記載の金属板の接合装置では、ダイスの凹部の底面の中央に中央凹部を形成し、この中央凹部に金属板の突出部を充満させ、突出部の中央に中央凸部を形成するようにしたので、簡易な構造で容易，確実に中央凸部を形成することができる。
請求項５記載の金属板の接合装置では、横断面円形形状のポンチの凸部とダイスの凹部により円筒状の突出部を形成するようにしたので、突出部の肉厚を均一に形成することができ、接合強度を確実に向上することができる。
【００３７】
請求項６記載の金属板の接合装置では、先端が凸状の球面形状のポンチにより金属板の接合部をダイスの凹部の内面に沿って緩やかに突出するようにしたので、接合部の塑性流動を容易に行うことができ、金属板を確実に造形接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合金属板の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の金属板の接合方法の一実施形態を示す説明図である。
【図３】図２に続く金属板の接合方法を示す説明図である。
【図４】図３に続く金属板の接合方法を示す説明図である。
【図５】図４に続く金属板の接合方法を示す説明図である。
【図６】本発明の複合金属板の他の実施形態を示す断面図である。
【図７】従来の金属板の接合方法を示す説明図である。
【図８】従来の複合金属板を示す断面図である。
【符号の説明】
３１Ａ，３１Ｂ金属板
３３突出部
３３ｂ環状凸部
３３ｃ中央凸部
４１ポンチ
４１ａ凸部
４３ダイス
４３ａ凹部
４３ｂ環状凹部
４３ｃ中央凹部

Claims

少なくとも２枚の金属板（３１Ａ，３１Ｂ）を接合部において接合してなる複合金属板において、
前記金属板（３１Ａ，３１Ｂ）を前記接合部の位置において突出させ、この突出部（３３）の端面の外周に環状凸部（３３ｂ）を形成すると共に、中央に中央凸部（３３ｂ）を形成してなることを特徴とする複合金属板。
請求項１記載の複合金属板において、
前記金属板（３１Ａ，３１Ｂ）は、表面にろう材層が形成されるアルミニウムのクラッド材からなることを特徴とする複合金属板。
先端に凸部（４１ａ）が形成されるポンチ（４１）と、先端に前記ポンチ（４１）の前記凸部（４１ａ）が挿入される凹部（４３ａ）が形成され、前記凹部（４３ａ）の底面の外周に環状凹部（４３ｂ）が形成されるダイス（４３）との間に、接合すべき金属板（３１Ａ，３１Ｂ）の接合部を配置する配置工程と、
前記ポンチ（４１）と前記ダイス（４３）とを対向する方向に相対移動し、前記金属板（３１Ａ，３１Ｂ）の前記接合部を前記ポンチ（４１）の前記凸部（４１ａ）により前記ダイス（４３）の前記凹部（４３ａ）の内面に沿って突出させ突出部（３３）を形成する絞り工程と、
前記ポンチ（４１）と前記ダイス（４３）とをさらに相対移動し、前記金属板（３１Ａ，３１Ｂ）の前記突出部（３３）を前記ダイス（４３）の前記環状凹部（４３ｂ）および前記凹部（４３ａ）の底面の中央に形成される中央凹部（４３ｃ）に充満させ、前記金属板（３１Ａ，３１Ｂ）を造形接合する接合工程と、
前記ポンチ（４１）と前記ダイス（４３）とを対向する方向と反対方向に相対移動する退避工程と、
を有することを特徴とする金属板の接合方法。
先端に凸部（４１ａ）が形成されるポンチ（４１）と、先端に前記ポンチ（４１）の前記凸部（４１ａ）が挿入される凹部（４３ａ）が形成され、前記凹部（４３ａ）の底面の外周に環状凹部（４３ｂ）が形成されるダイス（４３）とを備えた金属板の接合装置において、
前記ダイス（４３）の前記凹部（４３ａ）の底面の中央に中央凹部（４３ｃ）を形成してなることを特徴とする金属板の接合装置。
請求項４記載の金属板の接合装置において、
前記ポンチ（４１）の前記凸部（４１ａ）と前記ダイス（４３）の前記凹部（４３ａ）は、横断面円形形状をしていることを特徴とする金属板の接合装置。
請求項４または請求項５記載の金属板の接合装置において、前記ポンチ（４１）の前記凸部（４１ａ）の先端面は、凸状の球面形状をしていることを特徴とする金属板の接合装置。