JPH08257652A

JPH08257652A - かしめ作業装置

Info

Publication number: JPH08257652A
Application number: JP6030995A
Authority: JP
Inventors: Kouji Umeo; 幸治梅尾; Takeji Shiokawa; 武次塩川; Kuninori Imai; 邦典今井; Munenobu Suzuki; 宗伸鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1996-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】電子ビーム溶接を用いて封止接合を行うワー
クのかしめ作業において、再現性良く、かつ高能率に作
業できるかしめ作業装置を提供すること。【構成】ワークめす部とワークおす部とを一体化する
ためのかしめ作業装置は、ワークおす部をワークめす部
に対して上方から押圧して位置決めするワークおす部押
圧手段と、該ワークおす部押圧手段によってワークおす
部を押圧・位置決めした状態で、ワークめす部の全かし
め箇所に対応してそれぞれ設けられたポンチ群を、一括
して駆動する手段と、を具備する。【効果】かしめ穴位置及びかしめ穴深さの安定化が図
れ、また、かしめ作業の高能率化が達成でき、更に、か
しめ力の増強化によって、かしめ作業後のワークの封止
接合時における高信頼性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、量産用設備としてのか
しめ作業装置に係り、特に、電子ビーム溶接を用いて封
止接合構造のワークを得るための、上記電子ビーム溶接
工程の前工程となるかしめ作業用に用いて好適なかしめ
作業装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の技術としては、例えば、
コロナ社出版の「塑性加工技術シリーズ１９接合」に
示されるかしめ作業が知られている。

【０００３】この作業は、例えば、図１０に示す内容で
行われる。すなわち、治具１０ａの中に組み入れられた
ワークめす部１１ａとワークおす部１１ｂは、すべり板
１０ｃと当て板１０ｂによって位置決め・固定される。
その後、ハンマ１５によってポンチ１４をたたき、手作
業により（両手１６により）かしめ作業を行うようにし
ていた。

【０００４】かしめ箇所は、例えば図３に示す通り、１
辺につき３箇所で、合計で４辺×３箇所＝１２箇所であ
る。

【０００５】また、図４に示すよう、ポンチ１４の先端
は円錐形状であった。その理由は、ポンチが回転しても
ポンチ穴形状が変わらないようにする目的からであり、
当然、ポンチ穴痕１７は円形のものとなる。

【０００６】そして以上のかしめ作業後、図１１に示す
ように、電子ビーム１８によってワークめす部１１ａと
ワークおす部１１ｂの上面接合部を、順次加熱溶融部１
９として全周溶接ビード４１を形成し、封止構造を得る
ようにしていた。

【０００７】しかしながら、図１１に示すように、電子
ビーム溶接を用いて２つの部材（ワークめす部１１ａと
ワークおす部１１ｂ）を全周溶接して、封止構造を製作
しようとする場合、溶接途中でワークの熱変形のため
に、図５に示す如く、ワークめす部１１ａからワークお
す部１１ｂが浮き上がってしまい、信頼性の高い封止接
合が行えないことが多々あった。

【０００８】これを防止するため、従来は、図１２に示
すよう、ワークめす部１１ａとワークおす部１１ｂを電
子ビームにて所々仮付け溶接した後（仮付け溶接ビード
４２を１２個所形成した後）、図１１に示す全周溶接を
施すようにしていた。しかし、この方法では、仮付けが
断続溶接である（１組のワークに対して、電子ビームを
１２回ＯＮ・ＯＦＦさせる）ため、電子ビームを発生さ
せる電極の消耗が激しく、短時間で電極を交換しなけれ
ばならなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のかしめ
作業は、図１０に示されるよう、ワークめす部１１ａに
ワークおす部１１ｂを嵌め合わせただけの状態で、図３
に示す１２箇所のかしめ作業を１箇所ずつ行っていたの
で、１箇所ずつかしめられる度に、ワークおす部１１ｂ
がワークめす部１１ａの中でがたついてしまい、かしめ
効果が落ちるという問題があった。

【００１０】また、人手作業であるため、図３に示した
かしめ穴位置及びかしめ穴深さが、不安定になるという
問題もあった。

【００１１】以上の累積作用により、図５に示すよう、
かしめ作業後に電子ビーム溶接による封止接合作業を行
うと、溶接途中でワークの熱変形のために、ワークめす
部１１ａからワークおす部１１ｂが浮き上がってしま
い、確実な封止接合が行えないという不具合があった。

【００１２】更に、人手作業であるため非能率的である
という問題もあった。

【００１３】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的とするところは、かしめ作
業時のワークおす部のがたつきを防止し、かしめ穴位置
及びかしめ穴深さを一定にし、また、複数箇所のかしめ
作業を一括で行えるようにし、更に、かしめ力の強化を
図ることによって、封止接合構造ワークの電子ビーム溶
接による封止接合工程を、安定化、かつ合理化させるこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、ワークめす部の中にワークおす部を嵌め
込み、ワークめす部の上面周囲の複数個所をポンチでか
しめて、ワークめす部とワークおす部とを一体化するた
めのかしめ作業装置において、上記ワークおす部を上記
ワークめす部に対して上方から押圧して位置決めするワ
ークおす部押圧手段と、該ワークおす部押圧手段によっ
て上記ワークおす部を押圧・位置決めした状態で、上記
ワークめす部の全かしめ箇所に対応してそれぞれ設けら
れたポンチ群を、一括して駆動する手段と、を具備した
構成をとる。

【００１５】

【作用】本発明によるかしめ作業装置においては、かし
め作業装置の一部品である上型に、ワークおす部加圧・
固定用機構及び複数個のかしめ用ポンチが取り付けら
れ、また、他の一部品である下型に、ワーク（ワークめ
す部及びワークおす部）が取り付けられる。そして、上
型と下型の位置関係を予め調整しておき、併せて上型の
行程長を一定にすることにより、ポンチによるワークへ
のかしめ穴位置及びかしめ穴深さが安定し、また、かし
め時にワークめす部の中でワークおす部ががたつくこと
なく、再現性の良いかしめ作業が行える。

【００１６】また、予め複数個取り付けられたかしめ用
ポンチにより、一括かしめ作業が可能となり、作業の能
率が向上するという効果も得られる。

【００１７】更に、上記のかしめ作業装置に用いるかし
め用ポンチを、マイナスドライバー形状にすることによ
りかしめ力の増強化が図れ、かしめ作業後のワークの封
止接合作業時に、かしめられたワーク同士が離れ合うこ
となく、信頼性の高い封止接合作業を行うことが可能と
なる。

【００１８】更にまた、ワークめす部に接合されるワー
クおす部の外周部分が、テーパ形状となっている封止接
合構造ワークを適用することにより、この効果がより顕
著となる。

【００１９】この結果、特に量産加工に適した、封止溶
接工程前の前工程としてのかしめ作業を、良好に行うこ
とが可能となる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示した実施例によっ
て説明する。

【００２１】図２は、本発明の前提としての実施例を示
す図で、押さえ板を用いた手作業によるかしめ作業の様
子を表わしている。

【００２２】図２に示すように、治具１０ａの中に組み
入れられたワークめす部１１ａとワークおす部１１ｂ
は、すべり板１０ｃと当て板１０ｂとによって固定され
る。更に、押さえ板１２とその取り付け用ボルト１３に
よって、ワークめす部１１ａの中で、ワークおす部１１
ｂが上方から加圧され押さえられる。これにより、ワー
クおす部１１ｂがワークめす部１１ａの中でがたつくこ
となく、しっかりと位置決めされて固定される。

【００２３】その状態で、押さえ板１２に設けられた穴
にポンチ１４を入れ、ハンマ１５によってポンチ１４を
たたき、かしめ作業を行う。

【００２４】以上により、ワークおす部１１ｂがワーク
めす部１１ａの中でがたつくことになく、良好なかしめ
作業が行える。

【００２５】本発明は、上記の構成を更に発展させて自
動機に応用したものであって、図１は、本発明の１実施
例によるかしめ作業装置の斜視図である。

【００２６】図１に示すように、かしめ作業装置１に
は、上型３と下型４とが備えられており、上型３に複数
個のかしめ用ポンチが取り付けられ、下型４のワーク取
り付け部５に、ワーク（ワークめす部及びワークおす
部）が取り付けられる。上型３と下型４には複数の支柱
６がそれぞれ挿通され、これによって、お互いの位置関
係が正確に保たれている。

【００２７】両手押しボタンスイッチ７を両方押すと、
プレス部２からのプレス力によって上型３が下降し、下
型４に押し付けられてかしめ作業が行われる。

【００２８】上型３の下降動作領域は、安全用カバー９
でおおわれているが、万一に備えて更に安全用センサ８
が設けられている。これにより、上型３の下降動作中、
その動作領域的に手などが入り込んだ場合、それを認知
して動作が停止する機能を具備したものとなっている。

【００２９】以下、本実施例によるかしめ作業装置の各
部の詳細について、順次説明する。

【００３０】まず、かしめ穴位置及びかしめ穴深さの安
定化手段、及びワークおす部のがたつき防止手段につい
て説明する。

【００３１】図１に示されたかしめ作業装置の一部品で
ある上型３の構成を図６に示す。図６において、２０は
上型上部、２１はポンチ及びコイルばね固定部、２２は
上型中部、２３は上型下部、２４はかしめ用ポンチ、２
５はポンチ固定用ボルト、２６はコイルばね、２７はポ
ンチ行程調整用スペーサ、２８はスペーサ固定用ボル
ト、２９はワッシャ、３０は上型組立て用ボルト、３１
は支柱用穴である。

【００３２】上型上部２０，ポンチ及びコイルばね固定
部２１，上型中部２２の３者は、上型組立て用ボルト３
０によって一体化され、この３者２０，２１，２２に対
して、上型下部２３がスペーサ固定用ボルト２８によっ
て懸下されている。

【００３３】複数の（ここでは１２本の）かしめ用ポン
チ２４は、上型下部２３，上型中部２２，ポンチ及びコ
イルばね固定部２１を経て、ポンチ固定用ボルト２５に
より定位置に取り付けられている。

【００３４】ワークは、図１に示されたかしめ作業装置
１の他の一部品である下型４のワーク取り付け部５に取
り付けられる。

【００３５】図７にかしめ作業装置の下型を示す。図７
において、１１ａはワークめす部、１１ｂはワークおす
部、３２は支柱用穴、３３はトグルクランパー、３４は
ワークストッパー、３５は下型上部、３６は下型下部で
ある。

【００３６】下型上部３５と下型下部３６は一体化され
ており、下型上部３５上にワークストッパー３４が正確
に位置決めされて固定されている。ワークめす部１１ａ
は、ワークおす部１１ｂを嵌め合わせた状態で、その２
辺をワークストッパー３４によって位置決めされ、ワー
クストッパー３４と対向する２辺に設けられたトグルク
ランパー３３によって確実に固定される。

【００３７】図６の上型及び図７の下型には、それぞれ
支柱用穴３１，３２が４隅に設けられている。図１に示
されるように、上型３と下型４は、それぞれの支柱用穴
に支柱６を通して位置決めされている。そして、プレス
部２からのプレス力が上型３に加えられることにより、
上型３が下型４に向かって降下し、押し付けられる構造
となっている。したがって、上型３に取り付けられたポ
ンチの位置と、下型４に取り付けられたワークの位置と
の関係を予め調整して一定にしておくことにより、ポン
チによるワークへのかしめ穴位置の安定化が図れること
となる。

【００３８】また、図６に示された上型には、ポンチ行
程調整用スペーサ２７が、コイルばね２６を介して取り
付けられている。これにより、上型中部２２と上型下部
２３との間に一定のすき間量ｘが設けられる。このすき
間量ｘの値は、ポンチ行程調整用スペーサ２７の長さを
変えることにより調節できる。この状態で上型上部２０
にプレス部からプレス力が加えられたとき、まず上型全
体が下型全体に押し付けられ、次に上型のすき間量ｘが
押し縮められ、その分だけポンチ２４が突出して、これ
によって、総べてのポンチ２４が同時にワークに押し込
まれ、一括かしめ作業が行われるようになっている。

【００３９】以上の構造により、先ず、上型３がワーク
おす部１１ｂを上方から加圧した後、ポンチ２４が押し
込まれる。この結果、ポンチによるワークのかしめ穴深
さの安定化が図れる。また、かしめ作業時にワークめす
部の中でワークおす部ががたつくことがなくなり、良好
なかしめ効果が得られる。

【００４０】続いて、複数箇所かしめの一括作業化手段
について説明する。

【００４１】図６に示すかしめ作業装置の上型には、か
しめ用ポンチ２４が、４角形状に、（１辺当たり３本）
×４辺＝１２本取り付けられている。このように、予め
複数個のポンチ２４が正確に位置決めされて取り付けら
れた上型を、ワークが取り付けられた下型にプレス力で
押し付けることにより、複数箇所（本実施例では１２箇
所）のかしめが一括作業で行えることとなる。

【００４２】続いて、かしめ力の増強化手段について説
明する。

【００４３】上述したかしめ穴深さの安定化により、か
しめ力の安定化が図れたが、更にかしめの信頼度を上げ
るため、本実施例では、図８に示すマイナスドライバー
形ポンチ３７を用いるようにしている。

【００４４】かしめ力は、ポンチ面圧力が同じなら、溶
接線に対するポンチの投影幅（図１６のｌ’で示すポン
チ穴痕幅）におよそ比例する。したがってポンチ幅を大
きくすれば、より強いかしめ力が得られる。このために
は、図８のようなマイナスドライバー形ポンチ３７が極
めて有効である。

【００４５】図９に、ポンチをワークに０．４ｍｍ押し
込んだときの、ポンチ穴痕の投影幅の比較を示す。従来
の円錐形ポンチ使用によるポンチ穴痕３９の投影幅は
０．８ｍｍであり、それに対して本発明のマイナスドラ
イバー形ポンチを使用すれば、ポンチ穴痕４０の投影幅
は２．５ｍｍである。かしめ力はこの投影幅に比例する
ため、マイナスドライバー形では約３倍のかしめ力が得
られることが分る。

【００４６】以上により、かしめ力増強化が図れ、かし
め作業後に、より安定した信頼度の高い封止接合作業が
行えることとなる。

【００４７】続いて、好適なかしめ作業加圧力の選定、
及びかしめ穴位置の選定について説明する。

【００４８】かしめ作業加圧力の選定は、かしめ作業後
のワークを、電子ビーム溶接によって封止接合し、図１
３に示すように、電子ビーム溶接後のワークめす部１１
ａ’に対する、電子ビーム溶接後のワークおす部１１
ｂ’の浮き量ｙが、なるべく小さくなることを条件に行
った。

【００４９】図１４に、各かしめ作業加圧力に対する、
溶接後のワークめす部からのワークおす部の浮き量を示
す。同図から明らかなように、かしめ作業加圧力をあま
り高くすると、ワークおす部の浮き量が増す場合もある
ということが分る。これは図１５に示すよう、かしめ作
業加圧力をあまり高くすると、ワークめす部１１ａを凸
状に開く方向へ変形させて、ワークおす部１１ｂを浮き
やすくさせているためである。

【００５０】したがって、かしめ作業加圧力の条件値
は、図１４の結果から１７６０ｋｇｆを選定した。この
値は、理論的なかしめ作業加圧力Ｆ≒ポンチ穴痕投影面
積×３×ワークの降伏点×ポンチ総数、と照らし合わせ
た場合、本実施例のポンチ穴実深さは約０．４ｍｍなの
で、ポンチ穴痕投影面積は（０．４×２）×２．５＝２
ｍｍ² 、またワークの素材は銅なので、降伏点は約２５
ｋｇｆ／ｍｍ² 、ポンチ総数は１２本であるから、Ｆ≒
（２ｍｍ²×３×２５ｋｇｆ／ｍｍ²）×１２＝１８００
ｋｇｆとなり、理論的な値にほぼ等しいことが分る。

【００５１】また、かしめ穴の位置については、図１６
に示されるように、ポンチ幅（ポンチ穴痕幅）ｌ’に対
して、封止接合部からポンチ穴痕中心までの距離Ｚが、
Ｚ＝ｌ’／５〜ｌ’／２の範囲が好適であった。そこで
本実施例では、かしめ穴の位置は、好適な範囲のほぼ中
央値であるＺ＝ｌ’／３に設定している。

【００５２】以上の条件により、電子ビーム溶接による
封止接合を行うための好適なかしめ作業が行える。

【００５３】最後に、ワークおす部のかしめ接合部の構
造について説明する。

【００５４】かしめ作業は、図１７に示すよう、ワーク
めす部１１ａにポンチ２４を押し込み、そのときに生じ
る突起４４でワークおす部１１ｂを圧迫固定するのが原
理である。

【００５５】本発明では、かしめ作業後のワークを電子
ビーム溶接により封止接合する際、ワークめす部からワ
ークおす部がなるべく浮き上がらないようにすることを
目的の一つとしている。このことから本実施例の変形例
では、図１８に示されるように、外周部分をテーパ形状
としたワークおす部１１ｃを用いる。図１８に示した本
例では、テーパ角度ψは２°としてある。

【００５６】図１９に、テーパ付きワークおす部１１ｃ
を用いたかしめの様子を示す。かしめ用ポンチ２４をワ
ークめす部１１ａに押し込むことにより生じる突起４４
が、テーパ付きワークおす部１１ｃのテーパ部を圧迫固
定する。その際、図１９に示すように、テーパ部が突起
４４によるくさび効果を高める働きをする。

【００５７】以上により、かしめ作業後の電子ビーム溶
接による封止接合時に、ワークめす部からワークおす部
がより浮き上がりにくくなり、上述してきたかしめ作業
装置の持つ効果と相俟って、信頼性の高い封止接合作業
が行える。

【００５８】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明によれ
ば、封止接合構造ワークを得るための前工程となるかし
め作業において、かしめ穴位置及びかしめ穴深さの安定
化が図れ、また、ワークめす部の中でワークおす部がが
たつくことなく、良好なかしめ効果が得られ、更に、か
しめ作業の高能率化が達成できる上、かしめ力の増強に
よって、かしめ作業後のワークの封止接合時における高
信頼性が得られる。

【００５９】また、従来の電子ビームによる仮付け溶接
は、一組のワークに対して２〜３分かかっていたが、本
発明によるかしめ作業は、一組のワークに対して２〜３
秒とすることができ、大幅な作業時間の短縮化が図れ
る。

【００６０】更に、断続溶接である仮付け溶接を廃止す
ることにより、電子ビームを発生させる電極の寿命時間
を向上（従来の１．２〜１．７倍）させることができ
る。

【００６１】以上の効果から、本発明は、特に量産を前
提とした電子ビーム溶接による封止接合対応用ワークの
かしめ作業に適用して、その産業的価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例によるかしめ作業装置の概要
を示す斜視図である。

【図２】本発明の前提となる人手かしめ作業を示す平面
図及び正面断面図である。

【図３】かしめ箇所を示す正面図及び側面断面図であ
る。

【図４】従来のかしめ用ポンチを示す正面図及びポンチ
穴痕を示す平面図である。

【図５】封止接合時にワーク同士が離れる様子を示す側
面断面図である。

【図６】かしめ作業装置の上型を示す平面図及び正面断
面図である。

【図７】かしめ作業装置の下型を示す平面図及び正面断
面図である。

【図８】本発明によるポンチを示す正面図及びポンチ穴
痕を示す平面図である。

【図９】ポンチをワークに０．５ｍｍ押し込んだときの
ポンチ穴痕投影面積比較を示す平面図である。

【図１０】従来のかしめ作業を示す平面図及び正面断面
図である。

【図１１】電子ビームによる全周溶接の様子を示す平面
図及び正面断面図である。

【図１２】電子ビームによる仮付け溶接の様子を示した
平面図及び正面断面図である。

【図１３】電子ビーム溶接後のワークめす部からのワー
クおす部の浮き量を示した断面図である。

【図１４】各かしめ作業加圧力に対する溶接後のワーク
めす部からのワークおす部の浮き量を示すグラフ図であ
る。

【図１５】かしめ作業時のワーク変形の様子を示す断面
図である。

【図１６】かしめ穴位置を示す平面図及び正面断面図で
ある。

【図１７】かしめの様子を示す断面図である。

【図１８】テーパ付きワークおす部を示す断面図であ
る。

【図１９】テーパ付きワークおす部を用いたかしめの様
子を示す断面図である。

【符号の説明】

１かしめ作業装置２プレス部３上型４下型５ワーク取り付け部６支柱７両手押しボタンスイッチ８安全用センサ９安全用カバー１１ａワークめす部１１ｂワークおす部２４かしめ用ポンチ

フロントページの続き (72)発明者鈴木宗伸茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立製作所計測機事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークめす部の中にワークおす部を嵌め
込み、ワークめす部の上面周囲の複数個所をポンチでか
しめて、ワークめす部とワークおす部とを一体化するた
めのかしめ作業装置であって、上記ワークおす部を上記ワークめす部に対して上方から
押圧して位置決めするワークおす部押圧手段と、該ワークおす部押圧手段によって上記ワークおす部を押
圧・位置決めした状態で、上記ワークめす部の全かしめ
箇所に対応してそれぞれ設けられたポンチ群を、一括し
て駆動する手段と、を具備したことを特徴とするかしめ
作業装置。