JP6652022B2

JP6652022B2 - 異材接合部材の製造方法

Info

Publication number: JP6652022B2
Application number: JP2016178411A
Authority: JP
Inventors: 幸平久田; 真輝森野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2020-02-19
Anticipated expiration: 2036-09-13
Also published as: JP2018043258A

Description

本発明は、２以上の異材を接合することで形成される異材接合部材の製造方法に関する。

従来、このような分野の技術として、特開平０７−２１４３３８号公報がある。この公報に記載された異材接合部材の製造方法では、第１部材と第２部材との素材が異なり、第１部材と第２部材とを接合する接合材として、頭部と輪部を備えるリベットを用いることが記載されている。

より具体的には、リベットを加圧通電しながら、リベットの頭部が第１部材に接するようにし、軸部の先端が第１部材から突出する位置まで軸部を第１部材に挿入させる第１通電工程と、さらに加圧通電を続けることで、第２部材とリベットとをスポット溶接する第２通電工程を行うことが記載されている。

特開平０７−２１４３３８号公報

しかしながら、前述した異材接合部材の製造方法では、第１通電工程において溶解した第１部材が周囲に流れ出し、バリが形成されてしまう場合がある。バリが形成されてしまうと、その後、部材を加工する際に、影響を及ぼす場合がある。また、バリを除去する場合には、バリを除去するための別工程が必要となる。本発明は、バリの発生を抑制した異材接合部材の製造方法を提供するものである。

本発明にかかる異材接合部材の製造方法は、リベットを用いて２以上の部材を接合する異材接合部材の製造方法であって、前記リベットは、頭部と、前記頭部に一端部が連結された軸部と、前記頭部における軸部側を向く面上に形成された溝部と、を有し、前記リベットを加圧通電させながら、前記頭部が第１部材に接するとともに、前記軸部の先端部が前記第１部材から突出する位置まで、加熱軟化または溶解した前記第１部材を前記溝部に流入させながら前記軸部を前記第１部材に挿入する。
これにより、溶解した第１部材が周囲に流れ出す量を抑えることができる。

これにより、バリの発生を抑制することができる。

実施の形態１にかかる異材接合装置の構成を示す図である。実施の形態１にかかるリベットを示す図である。実施の形態１にかかる異材接合の手順を示す図である。実施の形態１にかかるリベットの各体積を示す図である。実施の形態２にかかる異材接合装置の構成を示す図である。実施の形態２にかかるリベットを示す図である。実施の形態２にかかるリベットの各部の径及び高さを示す図である。実施の形態２にかかるリベットの各部の径及び高さを変更した場合の実験結果の一例を示す図である。バリが形成されている状態の一例を示す上面図である。実施の形態１にかかるリベットにかかる反力を示す図である。実施の形態２にかかるリベットにかかる反力を示す図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、異材接合装置１は、上板（第１部材）１１と、下板（第２部材）１２と、上板１１及び下板１２を接合するリベット１３と、リベット１３を加圧しつつ通電させる加圧通電部１４と、を備える。

上板１１は、異材接合を行う材料のうちの一方であり、例えばアルミ板が用いられる。上板１１の厚さは、後述するリベット１３を差し入れたときに貫通する程度の厚さである。

下板１２は、異材接合を行う材料のうちの他方であり、例えば鉄板が用いられる。例えば下板１２には、上板１１と同程度の厚さのものが用いられる。なお、下板１２は、上板１１と全く厚さが異なるものであっても良い。

図２に示すように、リベット１３は、頭部２１と、頭部２１の一面から突出するように配置されている略円柱状の軸部２２と、頭部２１の外縁部近傍に形成された突出部２３と、頭部２１において軸部２２と突出部２３の間において、軸部２２が連結されている面上に形成された環状の溝部２４と、を備える。典型的には、リベット１３は鉄製材料である。

頭部２１の径は、軸部２２の径より大きく形成されている。例えば頭部２１は、丸頭、平頭、皿頭などの形状である。なお、頭部２１の形状は、これらの形状に限られない。頭部２１の一部は、リベット１３の軸部２２が上板１１の上方から挿入された場合に、上板１１の上面側において接触された状態となることで、リベット１３を固定する。なお、頭部２１の直径は８ｍｍ程度である。

軸部２２の一端部は、平面視した場合において、円形状の頭部２１の一面の中央部に連結されている。軸部２２は、本体部２２ａと、本体部２２ａの先に設けられた先端部２２ｂを有する。本体部２２ａは例えば円柱状であり、先端部２２ｂは例えば円錐状である。軸部２２は、先端部２２ｂ側が上板１１側の上方側から挿入される。例えば軸部２２は、本体部２２ａの高さが約１．２ｍｍであり、直径が４ｍｍ程度である。また先端部２２ｂの高さは約０．２〜０．５ｍｍであり、径が０〜４ｍｍの円錐である。なお、本体部２２ａは円柱状に限られず、例えば、先端部２２ｂの近傍の箇所の径が、先端部２２ｂから遠い箇所の径より小さく形成されている先細りの形状であっても良く、逆に、先端部２２ｂから遠い箇所の径に比べて、先端部２２ｂの近傍の箇所の径が大きくなるように形成されていても良い。また、先端部２２ｂは円錐状に限られず、例えば先端が平坦な台形状や、Ｒ形状であっても良い。

突出部２３は、頭部２１の外縁部近傍において、頭部２１から軸部２２が設けられている方向と同方向に突出するように設けられている。ここで突出部２３は、軸部２２を囲むように、環状に形成されている。これにより、軸部２２と突出部２３との間において、頭部２１における軸部２２側を向く面上に溝部２４が形成されている。例えば、突出部２３は、頭部２１の外縁近傍に、厚さ約０．５ｍｍで形成されている。

図１に示すように、加圧通電部１４は、上板１１と下板１２を挟み込むように配置された上側チップ１４ａ及び下側チップ１４ｂを有する。上側チップ１４ａは、上板１１の上方に配置されており、リベット１３の頭部２１に上方から当接する。下側チップ１４ｂは、下板１２の下方に配置されているとともに、上側チップ１４ａに対して、上板１１と下板１２を挟んだ状態で対向するように配置される。なお、上側チップ１４ａと下側チップ１４ｂは、異材接合を実行する際にチップ間が通電状態になることによって、上板１１を溶融させるとともに、リベット１３の先端部を溶融させることで、リベット１３と下板１２をスポット溶接する。

ここで、リベット１３に形成される溝部２４の適切な大きさについて説明する。図３に示すように、溝部２４の体積をＡ、軸部２２の本体部２２ａのうちの所定の箇所の体積をＢ、先端部２２ｂの体積をＣとする。ここで、体積Ｂをとして算出する本体部２２ａの所定の箇所とは、本体部２２ａのうち、突出部２３の先端部よりも先端側に突出した箇所である。

ここで、体積Ａ、体積Ｂ、体積Ｃの関係について、

であるとともに、

の関係を満たすように形成されたものを用いることが望ましい。一方、

とした場合には、先端部２２ｂのしたに上板１１の材料が残ってしまい溶接が安定しない場合がある。また、

とした場合には、溝部２４に空間ができ、ビスが潰れることや、空気が膨張することによりバリが発生しやすくなる。なお、この体積Ａ〜Ｃの条件を満たす場合、及び満たさない場合については、実施の形態２において詳述する。

次に、図４を参照して加圧通電による異材接合の手順について説明する。

最初に、図４（ａ）に示すように、上板１１の下方に下板１２を配置した状態で、上板１１の上方からリベット１３を供給する。

次に、図４（ｂ）に示すように、加圧通電部１４は、上側チップ１４ａと下側チップ１４ｂの間に上板１１や下板１２やリベット１３を挟んだ状態とする。ここで、加圧通電部１４は、上側チップ１４ａと下側チップ１４ｂ間を通電させながら、リベット１３が上板１１を貫通するように、リベット１３の頭部２１に下方向の力を加える。なお、図４（ｂ）の点線は通電の様子を示している。

このとき、上板１１が溶融され、溶融された金属は溝部２４に流れ込む。そのため、溶融された金属が、例えば上板１１の上部に流れ出すことがなく、バリの発生が抑制される。

その後、図４（ｃ）に示すように、上板１１が軟化してリベット１３の軸部２２が貫通するとともに、下板１２に到達したリベット１３の先端部２２ｂが加熱され、リベット１３と先端部２２ｂがスポット溶接される。これにより、リベット１３により異材が接合された状態になる。なお、図４（ｃ）の点線は通電の様子を示している。

このようにして、適切な溝部２４が形成されているリベット１３を用いて、加圧通電を行うことによって異材を接合する場合に、上板１１が溶解した金属が、溝部２４に流れ込む。これにより、溶解した金属が溝部２４以外の箇所に流れ出すことによって、バリを形成することを抑制することができる。

また上記のように、加圧通電により上板１１の金属を軟化してかしめを実行することにより、数百ｋｇｆ程度の低い加圧力でリベットによる変形かしめが可能となる。このとき、かしめを実行するためにより大きな力を加える他の方法に比べて、騒音を抑制することができる。また、かしめに必要な加圧力を低減できるため、設備をシンプルかつ安価にできる。

実施の形態２
次に、リベット１３とは形状が異なるリベット３３を用いて異材接合をする場合について説明する。

図５に示すように、異材接合装置２は、上板１１と、下板１２と、上板１１及び下板１２を接合するリベット３３と、リベット３３を加圧しつつ通電させる加圧通電部１４と、を備える。なお、実施の形態１に示した異材接合装置１と同様の機能を有する構成物品については同様の符号を付し、説明を省略する。

図６に示すように、リベット３３は、頭部４１と、頭部４１の面から突出するように配置された軸部４２と、頭部４１の端部近傍に形成された突出部４３と、軸部４２と突出部４３の間において、頭部４１における軸部４２側を向く面上に形成された溝部４４と、軸部４２の側面において軸部４２の径が広くなるように形成されている座部４５と、を備える。

座部４５は、軸部４２の側面において、頭部４１の近傍に形成されている。また、座部４５は、頭部４１から突出部４３と同程度の高さを有するように形成されている。

図７及び図８に、リベット３３の寸法を変更した場合の食い込み具合と、バリの発生具合から、リベット３３が良好であるか否かを判定した実験の一例を示す。なお、上板１１には厚さ０．８ｍｍである６０００系アルミニウム、下板１２には厚さ１．０ｍｍであるＳＰＣ４４０ｔ、リベット１３には鉄系材料、溶接手法は図４に示したように加圧通電でリベットを貫通させそのまま接合する方法を用いている。

以下では、リベット３３の体積Ａ〜Ｃについて、実施の形態１に示したリベット１３の体積Ａ〜Ｃの箇所（図４参照）と、同様の箇所の体積であるものとして説明する。

溝部４４の体積Ａが９．４ｍｍ^３、軸部４２の本体部４２ａのうちの所定の箇所の体積Ｂが８．８ｍｍ^３、先端部２２ｂの体積Ｃが０．８ｍｍ^３であり、体積Ｂ＋体積Ｃが９．６ｍｍ^３であるリベット３３について、

及び

の条件を満たしており、このリベット３３を用いた場合に、食い込みが良好であるとともに、バリの発生が抑制され、総合的に良好な結果となることが示されている。

また同様に、リベット３３の体積Ａを９．４ｍｍ^３、体積Ｂを８．８ｍｍ^３、体積Ｃを２．１ｍｍ^３、とした場合にも、総合的に良好な結果となることが示されている。

一方、例えば、体積Ａを７．４ｍｍ^３、体積Ｂを８．８ｍｍ^３、体積Ｃを２．１ｍｍ^３とする上記の条件を満たさないリベット３３を用いた場合には、バリが発生し、総合的に良好ではない結果となることが示されている。なお、図９は、バリが発生している場合の上面図である。

また、例えば、体積Ａを１３．２ｍｍ^３、体積Ｂを８．８ｍｍ^３、体積Ｃを２．１ｍｍ^３とするリベット３３を用いた場合にも、食い込みが良好でなく、総合的に良好ではない結果となることが示されている。

次に、リベット３３において、座部４５を設けていることによる効果について示す。

ここで、図１０に示すように、実施の形態１に示した座部を有さないリベット１３では、加圧力が加えられた場合に、軸部２２の先端部２２ｂは軟化されて潰れ反力が発生しにくくなるのに対して、突出部２３には反力が発生する。したがって、片持ち梁のようになり、リベットが変形しやすくなる。

一方、図１１に示すように、実施の形態２に示すように座部４５を有するリベット３３では、座部４５で反力を発生させることができることから、リベット３３の変形が抑制され、安定性を高めることができる。特に、座部４５の直径を軸部４２の直径＋１ｍｍ以上とした場合に、リベット３３の変形の抑制効果が高く、溶融された金属がリベット３３外にはみ出してバリが発生するのを防ぐことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

例えば上記では、上板をアルミ材料、下板を鉄製材料、リベットを鉄製材料であるものとして説明したが、通電できる材料であり、下板とリベットがスポット溶接可能であり、加熱時に上板が下板よりも軟化するものであれば、これらの材質以外のものを用いてもよい。さらに、上板と下板の２枚合わせとして説明したが、さらに多数の板を接合させても良い。

また、加圧通電により、リベットの貫通と同時に接合するものとして説明したが、ビスをかしめる際に通電しながら貫通させる場合でも、同様の効果が得られる。

１異材接合装置
２異材接合装置
１１上板（第１部材）
１２下板
１３リベット
１４加圧通電部
１４ａ上側チップ
１４ｂ下側チップ
２１頭部
２２軸部
２２ａ本体部
２２ｂ先端部
２３突出部
２４溝部
３３リベット
４１頭部
４２軸部
４２ａ本体部
４２ｂ先端部
４３突出部
４４溝部
４５座部

Claims

リベットを用いて２以上の部材を接合する異材接合部材の製造方法であって、
前記リベットは、
頭部と、
本体部と、前記本体部の先端に設けられ前記本体部より径が小さい先端部と、を有し、前記先端部が設けられた端部とは異なる端部が前記頭部に連結された軸部と、
前記頭部の外縁部近傍において、前記頭部から前記軸部が設けられている方向と同方向に突出する突出部と、
前記軸部と前記突出部の間に、前記頭部における軸部側を向く面上に形成された溝部と、を有し、
前記溝部の体積は、前記軸部の体積のうち前記突出部より先端側に突出した前記本体部の体積と、前記先端部の体積と、を加算した体積以下であり、
前記溝部の体積は、前記軸部の体積のうち前記突出部より先端側に突出した前記本体部の体積以上であり、
前記リベットを加圧通電させながら、前記頭部が第１部材に接するとともに、前記軸部の先端部が前記第１部材から突出する位置まで、溶解した前記第１部材を前記溝部に流入させながら前記軸部を前記第１部材に挿入する
異材接合部材の製造方法。