JP7182989B2 - 接合体の製造方法および板状部材の品質管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、接合工程において板材を割れ難くできる接合体の製造方法および板状部材の品質管理方法に関するものである。

少なくとも１枚の第１板材を１枚の第２板材の表面に接合する部材として、頭部から円筒部が突出したセルフピアスリベットが知られている（特許文献１）。第１板材を重ねた第２板材の裏面をダイの設置面で支持し、設置面に設けた凹部へ向かって第２板材の表面側からセルフピアスリベットの円筒部を第１板材および第２板材にパンチを用いて打ち込む。これにより、円筒部が第１板材を貫通し、拡径変形した円筒部の先端が第２板材に食い込むことで、第１板材と第２板材とが接合される。この接合工程において第２板材の裏面に割れが発生することがある。特許文献１には、引張試験によって測定される第２板材の伸びが小さいと、第２板材に割れが発生し易くなることが記載されている。

特開２００２－１２１６３５号公報

しかしながら、上記従来の技術に基づき、引張試験による第２板材の伸びに応じて接合時の条件を設定しても、第２板材の割れを十分に防止できないという問題点がある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、接合工程において第２板材を割れ難くできる接合体の製造方法および第２板材の品質管理方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明の接合体の製造方法は、少なくとも１枚の第１板材と、１枚の第２板材と、頭部から円筒部が突出するセルフピアスリベットとを備える接合体を製造する方法であって、試験ダイ及び試験パンチを用いて前記第２板材を塑性変形させることで前記第２板材の物性値情報を測定する試験工程と、前記試験工程による前記物性値情報に基づいて接合条件を設定する設定工程と、前記設定工程により設定された接合条件に基づいて、前記第１板材を表面に重ねた前記第２板材の裏面をダイによって支持し、前記ダイに設けた凹部へ向かって前記円筒部を前記表面側から打ち込むことにより前記第１板材と前記第２板材とを接合する接合工程と、を備え、前記試験ダイは、試験設置面に丸孔が設けられた部材であって前記ダイと異なる部材であり、前記試験パンチは、前記接合工程における打ち込み前の前記セルフピアスリベットの前記円筒部と同一外径の円柱状の部材であって前記セルフピアスリベットと異なる部材であり、前記試験工程は、前記第２板材の前記裏面を前記試験設置面で支持し、前記試験パンチの軸方向の先端を前記第２板材の前記表面に直接当てた状態から、前記試験パンチを前記丸孔へ向かって板厚方向に前記第２板材に押し込むことで、前記第２板材を前記丸孔内へ張り出させて前記物性値情報を測定する。

請求項１記載の接合体の製造方法によれば、第１板材および第２板材にセルフピアスリベットの円筒部を打ち込む接合工程では、板厚方向の荷重により第２板材を塑性変形させている。試験工程においては、板厚方向の荷重により第２板材を塑性変形させて第２板材の物性値情報を測定する。そのため、引張試験（板厚方向に垂直な方向の塑性変形）による第２板材の伸びと比べて、この試験工程では接合工程により近い状態の第２板材の物性値情報を測定できる。設定工程では、この物性値情報に基づいて接合条件を設定するので、引張試験による第２板材の伸びに基づいて接合条件を設定する場合に比べて、第２板材の裏面を割れ難くできる接合条件を精度良く設定できる。よって、接合工程において第２板材を割れ難くできる。

試験工程では、試験設置面に丸孔が設けられた部材であってダイと異なる部材である試験ダイと、接合工程における打ち込み前のセルフピアスリベットの円筒部と同一外径の円柱状の部材であってセルフピアスリベットと異なる部材である試験パンチと、を用いる。試験工程では、第２板材の裏面を試験ダイの試験設置面で支持し、試験パンチの軸方向の先端を第２板材の表面に直接当てた状態から、試験パンチを試験ダイの丸孔へ向かって板厚方向に第２板材に押し込む。これにより、丸孔内へ張り出すように第２板材を塑性変形させることによって、第２板材の物性値情報を測定する。このように、試験工程では、接合工程に近い状態で第２板材を塑性変形させると共に、接合工程よりも簡易な方法で第２板材を塑性変形させて第２板材の物性値情報を測定できる。この物性値情報に基づいて接合条件を設定することで、試験工程を簡易にしつつ、接合工程において第２板材をより割れ難くできる。

請求項２記載の接合体の製造方法によれば、設定工程は、試験工程において第２板材の裏面に割れが発生したときの試験設置面からの裏面の張出量よりも小さい値を、接合工程で用いられるダイの凹部の深さの最大値とする。これにより、この最大値以下の深さの凹部のダイを用いて接合工程を行うことで、セルフピアスリベットの打ち込みに伴って塑性変形する第２板材が凹部の底に到達するまでの間に、第２板材に割れが発生することを防止できる。その結果、請求項１の効果に加え、接合工程において第２板材を更に割れ難くできる。

請求項３記載の第２板材の品質管理方法は、請求項１又は２に記載の接合体の製造方法における接合条件に基づいた接合工程により第１板材と接合される第２板材の品質管理方法である。測定工程により測定した第２板材の曲げ特性に基づいて、接合条件に基づいた接合工程において第２板材の裏面に割れが発生するか否かを判断工程によって判断する。これにより、判断工程により割れが発生しないと判断された第２板材を用いて接合工程を行うことができる。その結果、接合工程の前に第２板材に割れが発生するか否かを知ることができる。

第１実施形態における接合体の製造方法の接合工程前を示す説明図である。 接合体の製造方法の接合工程後を示す説明図である。 第２実施形態における試験工程を示す説明図である。 第３実施形態における第３板材試験を示す説明図である。 材質毎の変形指数と総割れ長さとの相関図である。 材質毎の変形指数と凹部の最大径または深さとの相関図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず図１及び図２を参照して、第１板材１１と第２板材１２とを接合した接合体１０の製造方法のうち接合工程について説明する。図１は接合工程前を示す説明図である。図２は接合工程後を示す説明図である。図１及び図２には、セルフピアスリベット１３の円筒部１５の軸心を含む断面における各部材の断面図が示されている。

図１及び図２に示すように、接合体１０は、自己穿孔型のリベットであるセルフピアスリベット１３（以下、「リベット１３」と称す）によって第１板材１１を第２板材１２の表面１２ａに接合したものである。第１板材１１は鋼板である。第２板材１２はアルミニウム合金製の板状部材である。なお、第１板材１１や第２板材１２には、板状以外の部位が一体成形されても良い。即ち、第１板材１１や第２板材１２は特定の製品の一部分であっても良い。

リベット１３は、鋼やアルミニウム合金などの金属材料からなり、下孔が設けられていない異種材料の板材同士を接合するのに適している。リベット１３は、略円板状の頭部１４と、その頭部１４から突出する軸部としての円筒部１５とを備える。円筒部１５は、外径Ｂが略一定であり、先端側の内径が先端へ向かって次第に拡径している。リベット１３を第１板材１１及び第２板材１２に打ち込むと、この内径の拡径によって円筒部１５の先端を拡径変形させ易くできる。なお、リベット１３の長さＡや円筒部１５の外径Ｂ等は、接合される第１板材１１の板厚や第２板材１２の板厚Ｃ等に応じて設定される。

リベット１３により第１板材１１と第２板材１２とを接合する接合工程には、第２板材１２の裏面１２ｂを支持するダイ２１と、第１板材１１及び第２板材１２をダイ２１に押し付けるシリンダ２６と、第１板材１１及び第２板材１２にリベット１３を打ち付けるパンチ２７とが用いられる。ダイ２１は、第２板材１２が置かれる設置面２２に、底２４を有する丸孔状の凹部２３が設けられている。なお、凹部２３は、少なくとも一部の内径が底２４へ向かうにつれて縮径している。この凹部２３のうち最も設置面２２側の内径を最大径Ｄとする。また、凹部２３の深さＥは、設置面２２から底２４までの軸方向の距離である。

シリンダ２６は、凹部２３と同心上に位置する円筒状の部材である。シリンダ２６は、設置面２２と対向して凹部２３の周囲に配置されている。パンチ２７は、図示しない駆動装置によってシリンダ２６内を軸方向に移動する円柱状の部材である。パンチ２７の外径は、リベット１３の頭部１４の外径と略同一に設定されている。

接合工程では、まず、第１板材１１を表面１２ａに重ねた第２板材１２をダイ２１の設置面２２に置いて凹部２３を塞ぐ。そして、シリンダ２６の軸方向端面とダイ２１の設置面２２とで第１板材１１及び第２板材１２を挟む。その後、凹部２３へ向かって第２板材１２の表面１２ａ側からリベット１３の円筒部１５を第１板材１１及び第２板材１２にパンチ２７を用いて打ち込む。

これにより、下孔のない第１板材１１を円筒部１５が貫通し、リベット１３及び第１板材１１に押された第２板材１２が底２４へ向かって塑性変形（絞り変形）する。そして、第２板材１２の一部が底２４へ到達した後、第２板材１２が凹部２３に沿って塑性変形しつつ、円筒部１５の先端が拡径変形しながら第２板材１２に食い込む。その結果、下孔のない第１板材１１と第２板材１２とがリベット１３によって接合される。

なお、第２板材１２の材質や板厚Ｃに対する、リベット１３の長さＡや円筒部１５の外径Ｂ、凹部２３の最大径Ｄ、凹部２３の深さＥなどに応じて、接合工程後の第２板材１２の裏面１２ｂに割れが生じることがある。リベット１３による接合強度を確保するためには、接合工程によって裏面１２ｂに割れが生じないように、これらの接合条件を予め設定する必要がある。

裏面１２ｂの割れは、リベット１３に押されて塑性変形する第２板材１２が凹部２３の底２４へ到達するまでの間に、第２板材１２の裏面１２ｂに生じる引張応力によって生じると考えられる。凹部２３の深さＥが大きい程、第２板材１２が底２４へ到達するまでの変形量が大きくなるので、深さＥが大きい程、裏面１２ｂが割れ易くなると考えられる。

さらに、第２板材１２が底２４へ到達してから、リベット１３の先端が第２板材１２に食い込むことによって第２板材１２が凹部２３に沿って塑性変形するときにも裏面１２ｂに引張応力が生じることで、裏面１２ｂに割れが発生すると考えられる。凹部２３の深さＥが大きい程、第２板材１２の一部が底２４へ到達したときの第２板材１２と凹部２３の内周面との間の空間が大きく、凹部２３に沿って第２板材１２がより大きく塑性変形するので、深さＥが大きい程、裏面１２ｂが割れ易くなると考えられる。このように、裏面１２ｂに割れが発生するか否かは、接合条件のうち特に凹部２３の深さＥに応じて決定されると考えられる。

接合体１０の製造方法は、接合工程より前の工程として、板厚方向の荷重により第２板材１２を塑性変形させて第２板材１２の物性値情報を測定する試験工程と、接合工程において第２板材１２の裏面１２ｂに割れが発生しないように、試験工程による物性値情報に基づいて接合条件を設定する設定工程とを備える。以下、本実施形態の試験工程および設定工程をより詳しく説明する。

試験工程では、リベット１３の長さＡ、円筒部１５の外径Ｂを固定し、凹部２３の最大径Ｄや深さＥを変更して、材質や板厚Ｃに起因した第２板材１２の物性値情報を測定する。そして、設定工程では、固定された長さＡ及び外径Ｂ、第２板材１２の材質や板厚Ｃに対して、裏面１２ｂに割れが発生しない最大径Ｄや深さＥを設定する。

具体的に、試験工程は、凹部２３の最大径Ｄや深さＥが異なる複数のダイ２１を用い、そのダイ２１の設置面２２とシリンダ２６とで第１板材１１及び第２板材１２を挟み、凹部２３へ向かってリベット１３の円筒部１５を第１板材１１及び第２板材１２にパンチ２７を用いて打ち込む。即ち、試験工程では、凹部２３の寸法が異なる複数のダイ２１を用いて、接合工程と同様にリベット１３により第１板材１１を第２板材１２の表面１２ａに接合する。そして、凹部２３の寸法に対する裏面１２ｂの状態を第２板材１２の物性値情報として測定する。より詳しくは、最大径Ｄ及び深さＥに対する、裏面１２ｂの割れの有無を第２板材１２の物性値情報として測定する。

なお、裏面１２ｂの割れの有無は、裏面１２ｂへ浸透液を塗布して浸透液を割れに染み込ませ、割れ外の浸透液を除去した後に、現像剤を裏面１２ｂに塗布して浸透液をにじみ出させる浸透探傷試験によって判断する。なお、裏面１２ｂの割れの有無は、浸透探傷試験に限らず、渦電流探傷試験や超音波探傷試験によって判断しても良い。

このように、板厚方向の荷重によって第２板材１２が塑性変形する接合工程と同様に、試験工程では、板厚方向の荷重によって第２板材１２を塑性変形させて第２板材１２の物性値情報を測定する。接合工程により近い状態の第２板材１２の物性値情報に基づいて接合条件を設定工程により設定するので、引張試験による第２板材１２の伸びに基づいて接合条件を設定する場合に比べて、第２板材１２の裏面１２ｂを割れ難くできる接合条件を精度良く設定できる。よって、接合工程において第２板材１２を割れ難くできる。

特に本実施形態の試験工程では、実際の接合工程と同様に第２板材１２を塑性変形させて第２板材１２の物性値情報を測定できると共に、凹部２３の寸法と裏面１２ｂの状態に関する物性値情報を測定できる。そのため、この物性値情報に基づいて第２板材１２を割れ難くできる凹部２３の寸法の条件を精度良く設定できる。その結果、接合工程において第２板材１２をより割れ難くできる。

設定工程は、具体的にはまず、試験工程において凹部の深さＥの特定値以下では裏面１２ｂに割れが発生しないか否かを判断する。その判断の結果、深さＥの特定値以下では裏面１２ｂに割れが発生しない場合、その特定値を、接合工程で用いられるダイ２１の凹部２３の深さＥの最大値とする。この最大値以下の深さＥの凹部２３のダイ２１を用いて接合工程を行うことで第２板材１２を更に割れ難くできる。

なお、理由については後述するが、設定工程では最大径Ｄの値を自由に設定しても良い。但し設定工程では、試験工程により用いた最大径Ｄの範囲内に、接合工程で用いる最大径Ｄの値を設定することが好ましい。これにより、第２板材１２を割れ難くできる凹部２３の寸法の条件を精度良くできるので、第２板材１２をより割れ難くできる。

さらに、試験工程では、裏面１２ｂの各割れの長さを測定し、それらを合計して総割れ長さを算出しても良い。加えて、円筒部１５の軸心を含む断面で接合体１０を切断し、その断面から、円筒部１５の先端の外径である拡大径Ｆと、円筒部１５の軸心上の第２板材１２の板厚である中心板厚Ｇとを第２板材１２の物性値情報として測定しても良い。

そして、設定工程では、「拡大率Ｈ（％）＝（拡大径Ｆ－外径Ｂ）／外径Ｂ×１００」と、「圧縮率Ｉ（％）＝（板厚Ｃ－中心板厚Ｇ）／板厚Ｃ×１００」と、「変形指数α＝圧縮率Ｉ／拡大率Ｈ」とを算出しても良い。そして、特定の変形指数α以下において総割れ長さが０となる（割れがなくなる）場合には、その特定の変形指数αを臨界値に設定する。変形指数αと深さＥとに強い正の相関がある（相関係数が０．７以上である）場合には、臨界値に対応する深さＥの特定値以下では、第２板材１２に割れが発生しなくなると言える。よって、変形指数αと深さＥとに強い正の相関がある場合の深さＥの特定値を、接合工程で用いられるダイ２１の凹部２３の深さＥの最大値に設定することで、第２板材１２をより一層割れ難くできる。

次に図３を参照して第２実施形態について説明する。第１実施の形態では、凹部２３の寸法が異なる複数のダイ２１を用いて第２板材１２の物性値情報を測定する試験工程について説明した。これに対し第２実施の形態では、上下に貫通する丸孔３３を有する試験ダイ３１を用いて第２板材１２の物性値情報を測定する試験工程などについて説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図３は第２実施形態における試験工程を示す説明図である。図３には、塑性変形前の第２板材１２の表面１２ａ及び裏面１２ｂが二点鎖線で示されている。

図３に示すように、第２実施の形態における試験工程には、第２板材１２の裏面１２ｂを試験設置面３２により支持する試験ダイ３１と、第２板材１２を試験ダイ３１に押し付ける試験シリンダ３６と、第２板材１２に先端を押し付ける試験パンチ３７とが用いられる。試験ダイ３１には、試験設置面３２に開口する丸孔３３が上下に貫通形成されている。丸孔３３の内径Ｄは、接合工程で用いられる凹部２３（図１等参照）の最大径Ｄと同一に設定される。

なお、丸孔３３の内周面の形状は、接合工程で用いられる凹部２３の内周面の形状と同一にすることが好ましい。丸孔３３の内周面のうち特に試験設置面３２側の一部の形状を、凹部２３の内周面の形状と同一にすることが好ましい。丸孔３３の内径が試験設置面３２側で最大となる場合には、その最大径を凹部２３の最大径Ｄと同一に設定する。これにより、接合工程における第２板材１２の塑性変形に、本試験工程での第２板材１２の塑性変形を近づけることができる。

試験シリンダ３６は、丸孔３３と同心上に位置する円筒状の部材である。試験シリンダ３６は、試験設置面３２と対向して丸孔３３の周囲に配置されている。試験パンチ３７は、図示しない駆動装置によって試験シリンダ３６内を軸方向に移動する円柱状の部材である。試験パンチ３７の外径Ｂは、接合工程で用いられる円筒部１５の外径Ｂと同一に設定される。

本実施形態の試験工程は、試験ダイ３１の試験設置面３２と試験シリンダ３６の軸方向端面とで第２板材１２を挟んだ状態で、試験パンチ３７を丸孔３３へ向かって第２板材１２の表面１２ａ側から板厚方向に押し込む。これにより、第２板材１２を丸孔３３内へ張り出すように塑性変形させて第２板材１２の物性値情報を測定する。

第１実施形態の試験工程では複数のダイ２１を用いて第１板材１１と第２板材１２とをリベット１３により接合するに対して、第２実施形態の試験工程では１つの試験ダイ３１を用いて接合工程に近い状態で第２板材１２を塑性変形（絞り変形）させる。そして、接合工程に近い状態で塑性変形させた第２板材１２の物性値情報を測定でき、その物性値情報に基づいて接合条件を設定できる。よって、第２実施形態では、試験工程を簡易にしつつ、接合工程において第２板材１２を割れ難くできる。

より詳しくは、試験工程では、丸孔３３の下から第２板材１２の裏面１２ｂの挙動変化、又は、第２板材１２や試験ダイ３１、試験パンチ３７の振動の変化などを監視し、裏面１２ｂへの割れの発生を検知する。そして、裏面１２ｂに割れが発生したときの試験設置面３２からの裏面１２ｂの張出量Ｊを測定する。

設定工程では、試験工程において裏面１２ｂに割れが発生したときの張出量Ｊよりも小さい値を、接合工程で用いられるダイ２１の凹部２３の深さＥの最大値とする。この最大値以下の深さの凹部２３のダイ２１を用いて接合工程を行うことで、リベット１３の打ち込みに伴って塑性変形する第２板材１２が凹部２３の底２４に到達するまでの間に、第２板材１２に割れが発生することを防止できる。その結果、接合工程において第２板材１２を更に割れ難くできる。

さらに、丸孔３３の内径Ｄを接合工程で用いられるダイ２１の凹部２３の最大径Ｄとする。これにより、接合工程に近い状態で塑性変形させた第２板材１２の物性値情報に基づいて接合条件を設定できるので、第２板材１２をより割れ難くできる。

次に図４を参照して第３実施形態について説明する。第１実施の形態では、凹部２３の寸法が異なる複数のダイ２１を用いて第２板材１２の物性値情報を測定する試験工程と、その物性値情報に基づいて接合条件を設定する設定工程とについて説明した。これに対し第３実施の形態では、第２板材１２の曲げ特性や、第２板材１２とは異なる第３板材４１の曲げ特性などに基づいて接合条件を設定する場合について説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については以下の説明を省略する。図４は第３実施形態における第３板材試験を示す説明図である。図４には、塑性変形前の第３板材４１が二点鎖線で示されている。

第３実施形態における接合体１０（図１，２参照）の製造方法は、第２板材１２とは材質が異なる第３板材４１の曲げ特性を測定する第３板材試験と、第３板材試験と同一の方法により第２板材１２の曲げ特性を物性値情報として測定する試験工程と、第２板材１２に割れが発生しない接合条件を設定する設定工程と、その接合条件に基づいて第１板材１１と第２板材１２とをリベット１３により接合する接合工程と、を備える。なお、材質が異なるとは、構成成分が異なる場合だけでなく、構成成分が同じで熱処理の有無や熱処理条件により機械的性質が異なる場合を含む。

図４に示すように、第３板材試験とは、２つの支持部４２，４２の上に第３板材４１を架け渡し、２つの支持部４２，４２の中央であって上方から第３板材４１に圧子４３を押し付けて、第３板材４１を曲げ変形させる３点曲げ試験である。本実施形態の第３板材試験では、ドイツ自動車工業会規格の曲げ試験ＶＤＡ－２３８－１００（以下「ＶＤＡ曲げ試験」と称す）に準拠して第３板材４１の曲げ特性を測定する。

ＶＤＡ曲げ試験では、圧子４３から第３板材４１への荷重が最大になったときの第３板材４１と、変形前（平板状）の第３板材４１とがなす曲げ角度θを測定する。ＶＤＡ曲げ試験における最大荷重時とは、圧子４３から荷重が加わる部分の第３板材４１に割れが生じるタイミングを示す。よって、ＶＤＡ曲げ試験からは、第３板材４１にどの程度の局所的な荷重が加わった時に、第３板材４１に局所的な割れが発生するかを測定できる。

設定工程では、この第３板材試験（ＶＤＡ曲げ試験）の測定結果と、第３板材試験と同一の方法により測定した第２板材１２の曲げ特性（試験工程の測定結果）と、第２板材１２に代えて第３板材４１を用いた接合工程において第３板材４１に割れが発生しない接合条件とに基づいて、第２板材１２に割れが発生しない接合条件を設定する。

例えば、第３板材４１よりも第２板材１２の曲げ特性が良ければ（曲げ角度θが大きければ）、第３板材４１に加わる局所的な荷重では第２板材１２に割れが発生し難い。そのため、曲げ特性以外の部分で、第３板材４１に割れが発生しない接合条件（凹部２３やリベット１３の寸法など）を、第２板材１２を用いる場合の接合条件とすることで、第２板材１２を割れ難くできる。

以上のように、第３板材４１に割れが発生しない接合条件が分かっており、予め第３板材試験により第３板材４１の曲げ特性を測定しておけば、新たに第２板材１２に対して簡単な試験工程を行うだけで、第２板材１２を用いた接合条件を精度良く設定できる。よって、精度良い接合条件を簡易に設定できる。

なお、第３板材４１に割れが発生しない接合条件には、試行錯誤の末に決定された既知の条件を用いても良い。また、第３板材４１に割れが発生しない接合条件は、第１実施形態の試験工程および設定工程や、第２実施形態の試験工程および設定工程を用いて設定しても良い。

また、同じ板材に対して曲げ角度θ（曲げ特性）を複数回測定し、第３板材４１の曲げ角度θの数値範囲の最小値（第３板材４１の曲げ特性が最も悪い結果）よりも、第２板材１２の曲げ角度θの数値範囲の最小値（第２板材１２の曲げ特性が最も悪い結果）が大きいことが好ましい。曲げ角度が小さい程、その板材に局所的な割れが発生し易いことを示すので、第３板材４１に割れが発生しない接合条件で、第２板材１２を用いた接合工程を複数回行っても第２板材１２に割れを発生し難くできる。

さらに、上述したように、凹部２３やリベット１３の寸法などの曲げ特性以外の条件であって第３板材４１に割れが発生しない特定の接合条件で、第２板材１２を用いた接合工程を行う場合、第３板材４１の曲げ特性よりも第２板材１２の曲げ特性が良ければ第２板材１２を割れ難くできる。そのため、接合体１０の量産時など、接合工程前の第２板材１２の曲げ特性を、第３板材４１の曲げ特性より良くなるように管理すれば、即ち、特定の曲げ特性の範囲に含まれるように管理すれば、接合工程において第２板材１２を割れ難くできる。

特定の接合条件に基づいた接合工程により第１板材１１と接合される第２板材１２（板状部材）の品質管理方法としては、まず、第２板材１２の曲げ特性を測定する（測定工程）。次いで、特定の接合条件に基づいた接合工程において第２板材１２の裏面１２ｂに割れが発生するか否かを、測定工程により測定した曲げ特性に基づいて判断する（判断工程）。

具体的には、例えば、第１板材１１に接合される予定の第２板材１２を成形した後、その第２板材１２の曲げ特性を測定工程により測定する。なお、成形した第２板材１２の一部を切り離し、その切り離した部分の第２板材１２の曲げ特性を測定しても良い。また、量産品である複数の第２板材１２のうちから数個のサンプルを取り出し、そのサンプルである第２板材１２の曲げ特性を測定しても良い。そして、測定工程により測定した第２板材１２の曲げ特性が、特定の接合条件に基づいた接合工程において第２板材１２に割れが発生しない曲げ特性の範囲に含まれるか否かを判断工程により判断する。

測定工程により測定した第２板材１２の曲げ特性が、特定の接合条件下で割れが発生しない曲げ特性の範囲に含まれない場合、即ち、判断工程により第２板材１２に割れが発生すると判断される場合には、その第２板材１２を不良品とする。一方、判断工程により第２板材１２に割れが発生しないと判断される場合には、その第２板材１２を良品とする。このように、接合工程の前に第２板材１２に割れが発生するか否かを知ることができる。また、良品と判定された第２板材１２を用いて接合工程を行うことができるので、接合工程において第２板材をより割れ難くできる。

なお、第２板材１２が不良品と判定された場合には、第２板材１２の構成成分や熱処理条件などを変更して、第２板材１２の材質を変えた後、再び測定工程、判断工程を行う。これを第２板材１２が良品と判定されるまで繰り返し行う。

本発明の試験工程および設定工程を実施例１～３を用いて更に詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。実施例１では、板厚１．２ｍｍのＳＰＦＣ４４０を第１板材１１に用い、板厚Ｃが３．５ｍｍのＡｌＳｉＭｇＭｎ系のアルミニウムダイカストを第２板材１２に用いた。また、リベット１３の長さＡを５ｍｍとし、円筒部１５の外径Ｂを５．３ｍｍとした。さらに実施例１では、第２板材１２に熱処理を施さずに用いた。実施例２では、実施例１の第２板材１２に３５０℃×２時間の熱処理を施した以外は、実施例１と同一の条件とした。実施例３では、実施例１の第２板材１２に３８０℃×２時間の熱処理を施した以外は、実施例１と同一の条件とした。

実施例１～３では、ダイ２１の凹部２３の最大径Ｄと深さＥとの組み合わせを変えた計８種類のダイ２１を用いた接合工程によって、最大径Ｄと深さＥとの組み合わせに応じた、第２板材１２の裏面１２ｂの割れの有無（総割れ長さ）、拡大径Ｆ、中心板厚Ｇを測定する試験工程を行った。なお、最大径Ｄと深さＥとの８種類の組み合わせは、「Ｄ＝１０ｍｍ，Ｅ＝１．０ｍｍ」、「Ｄ＝１０ｍｍ，Ｅ＝１．５ｍｍ」、「Ｄ＝１１ｍｍ，Ｅ＝１．０ｍｍ」、「Ｄ＝１１ｍｍ，Ｅ＝１．４ｍｍ」、「Ｄ＝１２ｍｍ，Ｅ＝１．２ｍｍ」、「Ｄ＝１２ｍｍ，Ｅ＝１．５ｍｍ」、「Ｄ＝１３ｍｍ，Ｅ＝１．０ｍｍ」、「Ｄ＝１３ｍｍ，Ｅ＝１．３ｍｍ」である。

そして、外径Ｂと板厚Ｃと拡大径Ｆと中心板厚Ｇとから変形指数αを算出し、実施例１～３における変形指数αと総割れ長さとの相関図を図５に示した。図５に示すように、実施例１では、総割れ長さが０となること（第２板材１２に割れがなくなること）がなかった。実施例２では変形指数αが０．２３以下で総割れ長さが０となること（第２板材１２に割れがなくなること）が分かった。この変形指数αの値を臨界値Ｘとする。また、実施例３では変形指数αが０．２９以下で総割れ長さが０となることが分かった。同様にこの変形指数αの値を臨界値Ｙとする。

臨界値Ｘ，Ｙが得られた実施例２，３について、変形指数αと最大径Ｄ又は深さＥとの相関図を図６に示した。実施例２，３のいずれも、変形指数αと深さＥとには強い正の相関があった（変形指数αと深さＥとの相関係数が約０．９であった）。この結果から、実施例２では臨界値Ｘのときの深さＥの特定値（１．０ｍｍ）以下において、第２板材１２に割れを発生し難くできると言える。また、実施例３では臨界値Ｙのときの深さＥの特定値（１．３ｍｍ）以下において、第２板材１２に割れを発生し難くできると言える。

一方、実施例２，３のいずれも、変形指数αと最大径Ｄとには相関がなかった。即ち、最大径Ｄを自由に設定しても、深さＥを特定することで、第２板材１２に割れを発生し難くできると言える。但し、この試験工程で用いた最大径Ｄの範囲１０～１３ｍｍにおいてのみ、変形指数αと最大径Ｄとに相関があったと推測することもできる。そのため、この最大径Ｄの範囲１０～１３ｍｍに、接合工程で用いる最大径Ｄの値を設定することで、第２板材１２を割れ難くできる凹部２３の寸法の条件の精度をより良くできる。

また、図５及び図６から、深さＥが小さいと総割れ長さが小さくなるという傾向が分かる。そのため、変形指数αと深さＥとの強い正の相関を確認しなくても、接合工程で用いるダイ２１の凹部２３の深さＥの最大値を設定できると言える。具体的には、深さＥの特定値以下で裏面１２ｂに割れが発生しない場合、その特定値を、接合工程で用いられるダイ２１の凹部２３の深さＥの最大値とすることで、第２板材１２を割れ難くできると言える。

実施例１～３の第２板材１２の伸びを引張試験（ＪＩＳＺ ２２４１：２０１１）により複数回測定した。実施例１の第２板材１２の伸びの範囲は、４．８～８．７％であった。実施例２の第２板材１２の伸びの範囲は、９．５～１２．０％であった。実施例３の第２板材１２の伸びの範囲は、１０．０～１２．３％であった。このように、実施例２と実施例３とでは、第２板材１２に割れを発生し難くできる深さＥの条件に違いがあるにも関わらず、その伸びの範囲が重なってしまっていた。即ち、引張試験（板厚方向に垂直な方向の塑性変形）による第２板材１２の伸びに基づいて接合条件を設定しても、第２板材１２の割れを十分に防止できないと言える。

また、実施例１～３の第２板材１２の曲げ角度θ（曲げ特性）をＶＤＡ曲げ試験により複数回測定した。実施例１の第２板材１２の曲げ角度θの範囲は、１４．４～１９．３°であった。実施例２の第２板材１２の曲げ角度θの範囲は、２１．１～２６．６°であった。実施例３の第２板材１２の曲げ角度θの範囲は、２９．６～３２．１°であった。

第２板材１２に割れを発生し難くできる深さＥの条件に違いがある実施例１～３の曲げ角度θの範囲は、いずれも重ならないことが分かった。よって、板厚方向に第２板材１２を塑性変形させたＶＤＡ曲げ試験の測定結果に基づいて接合条件を設定することで、第２板材１２を十分に割れ難くできると言える。

ここで、ＶＤＡ曲げ試験による第２板材１２の塑性変形の仕方よりも、第２実施形態における試験工程の第２板材１２の塑性変形の仕方の方が、接合工程における第２板材１２の塑性変形の仕方に近い。そのため、第２実施形態における試験工程による第２板材１２の物性値情報に基づいて接合条件を設定することで、第２板材１２を十分に割れ難くできると言える。

また、曲げ角度θが１９．３°以下の板材を第２板材１２に用い、深さＥが１．０ｍｍ以上のダイ２１を用いた接合工程では第２板材１２の割れを防止できないことが分かった。一方、曲げ角度θが２１．１°以上の板材を第２板材１２に用いることで、深さＥが１．０ｍｍ以下のダイ２１を用いた接合工程では第２板材１２の割れを防止できることが分かった。さらに、曲げ角度θが２９．６°以上の板材を第２板材１２に用いることで、深さＥが１．３ｍｍ以下のダイ２１を用いた接合工程では第２板材１２の割れを防止できることが分かった。

換言すれば、深さＥが１．０ｍｍ以下のダイ２１を用いるという接合条件に基づいた接合工程では、曲げ角度θが２１．１°以上となるように第２板材１２を管理すれば良いことが分かった。また、深さＥが１．３ｍｍ以下のダイ２１を用いるという接合条件に基づいた接合工程では、曲げ角度θが２９．６°以上となるように第２板材１２を管理すれば良いことが分かった。

以上、実施形態および実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、接合工程に用いられるダイ２１の凹部２３やリベット１３の形状や寸法、第１板材１１や第２板材１２の材質や寸法などは適宜設定できる。なお、凹部２３の平面視形状を丸孔状以外とするときには、試験ダイ３１の丸孔３３を凹部２３の平面視形状と同一の孔とする。

また、１枚の第１板材１１を第２板材１２に接合する場合に限らず、複数枚の第１板材１１を１枚の第２板材１２に重ねて接合しても良い。この複数枚の第１板材１１の材質や板厚がそれぞれ異なっても良い。また、凹部２３の底２４が平坦である場合に限らず、底２４の中央に円錐状または円錐台状の突起を設けても良い。なお、このような突起があると中心板厚Ｇが大きく変化するため、中心板厚Ｇを用いた変形指数αに基づいて接合条件を設定する場合には、底２４が平坦であることが好ましい。

上記第１実施形態では、試験工程において凹部２３の最大径Ｄや深さＥを異ならせて第２板材１２の物性値情報を測定し、設定工程において凹部２３の最大径Ｄや深さＥを設定する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。試験工程において凹部２３の最大径Ｄを固定して深さＥのみを異ならせて、第２板材１２の物性値情報を測定し、設定工程において凹部２３の深さＥを設定しても良い。また、試験工程において最大径Ｄや深さＥを固定し、第２板材１２の材質や板厚Ｃ、リベット１３の材質や長さＡ、外径Ｂなどのうち少なくとも１つを異ならせて第２板材１２の物性値情報を測定し、その異ならせた値などを設定工程において設定しても良い。

上記第２実施形態の設定工程では、試験工程において裏面１２ｂに割れが発生したときの張出量Ｊよりも小さい値を、接合工程で用いられるダイ２１の凹部２３の深さＥの最大値とする場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。試験工程において裏面１２ｂに割れが発生したときの試験パンチ３７の押し込み量から、接合工程で用いられるダイ２１の凹部２３の深さＥの最大値を推定しても良い。例えば、この試験パンチ３７の押し込み量が張出量Ｊと略同一の値であると仮定して、その押し込み量よりも小さい値を、接合工程で用いられるダイ２１の凹部２３の深さＥの最大値としても良い。

また、上記第２実施形態の試験工程と同一の方法により、第３板材４１の物性値情報として、第３板材４１に割れが発生したときの張出量Ｊ又は試験パンチ３７の押し込み量を測定しても良い。そして、この第３板材４１の物性値情報と、第２板材１２の物性値情報と、第３板材４１に割れが発生しない接合条件とに基づいて、第２板材１２に割れが発生しない接合条件を設定しても良い。これにより、上記第３実施形態と同様に、精度良い接合条件を簡易に設定できる。さらに、上記第３実施形態の試験工程における第２板材１２の塑性変形の仕方よりも、上記第２実施形態の試験工程における第２板材１２の塑性変形の仕方の方が、接合工程における第２板材１２の変形の仕方に近いので、第２板材１２をより一層割れ難くできる。

また、上記第３実施形態における説明と同様に、特定の接合条件に基づいた接合工程において第２板材１２に割れが発生しない、特定の張出量Ｊ又は試験パンチ３７の押し込み量の範囲を特定しても良い。そして、第２板材１２の張出量Ｊや試験パンチ３７の押し込み量などの物性値を測定工程によって測定し、その物性値が特定の範囲に含まれるか否かに基づいて、特定の接合条件に基づいた接合工程において第２板材１２の裏面１２ｂに割れが発生するか否かを判断しても良い。

上記第３実施形態では、第２板材１２や第３板材４１の曲げ特性をＶＤＡ曲げ試験によって測定する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第２板材１２の曲げ特性と第３板材４１の曲げ特性とを同一の方法により測定すれば、測定方法は適宜変更できる。ＶＤＡ曲げ試験以外の３点曲げ試験や４点曲げ試験によって第２板材１２や第３板材４１の曲げ特性を測定しても良い。

また、試験工程は、板厚方向の荷重により第２板材１２を塑性変形させて第２板材１２の物性値情報を測定する方法であれば、上記各実施形態における試験工程以外の方法を用いても良い。引張試験による第２板材１２の伸びに基づいて接合条件を設定する従来の製造方法と比べて、接合工程と同じような板厚方向の荷重により塑性変形させた第２板材１２の物性値情報に基づいて接合条件を設定することで、第２板材１２を割れ難くできる接合条件を精度よく設定できる。

１０ 接合体
１１ 第１板材
１２ 第２板材
１２ａ 表面
１２ｂ 裏面
１３ セルフピアスリベット
１４ 頭部
１５ 円筒部
２１ ダイ
２３ 凹部
３１ 試験ダイ
３２ 試験設置面
３３ 丸孔
３７ 試験パンチ

Claims (3)

1. 少なくとも１枚の第１板材と、１枚の第２板材と、頭部から円筒部が突出するセルフピアスリベットとを備える接合体の製造方法であって、
   試験ダイ及び試験パンチを用いて前記第２板材を塑性変形させることで前記第２板材の物性値情報を測定する試験工程と、
   前記試験工程による前記物性値情報に基づいて接合条件を設定する設定工程と、
   前記設定工程により設定された接合条件に基づいて、前記第１板材を表面に重ねた前記第２板材の裏面をダイによって支持し、前記ダイに設けた凹部へ向かって前記円筒部を前記表面側から打ち込むことにより前記第１板材と前記第２板材とを接合する接合工程と、を備え、
   前記試験ダイは、試験設置面に丸孔が設けられた部材であって前記ダイと異なる部材であり、
   前記試験パンチは、前記接合工程における打ち込み前の前記セルフピアスリベットの前記円筒部と同一外径の円柱状の部材であって前記セルフピアスリベットと異なる部材であり、
   前記試験工程は、前記第２板材の前記裏面を前記試験設置面で支持し、前記試験パンチの軸方向の先端を前記第２板材の前記表面に直接当てた状態から、前記試験パンチを前記丸孔へ向かって板厚方向に前記第２板材に押し込むことで、前記第２板材を前記丸孔内へ張り出させて前記物性値情報を測定する接合体の製造方法。
2. 前記設定工程は、前記試験工程において前記第２板材の前記裏面に割れが発生したときの前記試験設置面からの前記裏面の張出量よりも小さい値を、前記接合工程で用いられる前記ダイの前記凹部の深さの最大値とすることを特徴とする請求項１記載の接合体の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の接合体の製造方法における前記接合条件に基づいた前記接合工程により前記第１板材と接合される第２板材の品質管理方法であって、
   前記第２板材の曲げ特性を測定する測定工程と、
   前記測定工程により測定した曲げ特性に基づいて、前記接合条件に基づいた前記接合工程において前記第２板材の前記裏面に割れが発生するか否かを判断する判断工程と、を備える第２板材の品質管理方法。

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