JP3583541B2 - 複合金属板および金属板の接合方法とその接合装置 - Google Patents

複合金属板および金属板の接合方法とその接合装置 Download PDF

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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】
Figure 0003583541
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 (6)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
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