TWI597110B - Mechanical joining devices and mechanical joining methods - Google Patents

Description

機械式接合裝置及機械式接合方法 發明領域

本揭示內容是一種有關於在接合複數片金屬板時，可在金屬板之變形阻力較大時使用的機械式接合裝置，特別是一種有關於可以在複數片金屬板中含有1片以上的抗拉強度為780MPa以上之高強度鋼板時、或是即使金屬板之抗拉強度較小但加工速度較大時使用的機械式接合裝置。

發明背景

近年，在自動車領域，為了達到低油耗或削減CO₂排出量，要使車體輕量化並且提升衝突安全性，會要求車體構件為高強度。為了滿足該等要求，將高強度鋼板使用於車體或零件等可達成效果。因此，對於高強度鋼板的需求變高。要將高強度鋼板使用於車體或零件等，需要把高強度鋼板與其他的金屬板進行接合，在此接合時，會有如以下的問題。

至今，車體的組裝或零件的安裝等，主要是以點熔接來進行，包含有高強度鋼板的複數片金屬板也是以點 熔接來進行接合。在如此重合複數片金屬板進行點熔接而形成的接頭上，抗拉強度是很重要的特性。抗拉強度有：在剪切方向負荷拉伸荷重而測定的抗拉抗剪強度(TSS)、以及在剝離方向負荷拉伸荷重而測定的十字抗拉強度(CTS)。

由具有270~600MPa之抗拉強度的複數片鋼板所形成的點熔接接頭之CTS，會隨著鋼板的強度增加而增加。因此，在由具有270~600MPa之抗拉強度的鋼板所形成的點熔接接頭，不易產生與接頭強度有關的問題。但是，在由含有1片以上的具有780MPa以上抗拉強度之鋼板的複數片金屬板所形成的點熔接接頭，即使鋼板的抗拉強度增加，CTS也不會增加，甚至會減少。這是由於：因為可變形性的降低而使往熔接部之應力集中變高；因含有較多合金元素而使得熔接部硬化；以及因為凝固偏析而使得熔接部的韌性變低。

因此，在接合含有1片以上的具有780MPa以上抗拉強度之鋼板的複數片金屬板時，須要求提升CTS的技術。解決此問題的技術之一，是不使母材熔融而進行接合的機械式接合技術。具體而言，是如下之技術：把作為被接合材的複數片金屬板重合，一面以用來防止金屬板翹起的壓板具壓住衝頭的外周，一面以衝頭打入鉚釘，而將複數的金屬板機械式地接合。

然而，由於此技術會將鉚釘打入，衝模側的鋼板變形會非常地大，因為延性不足或變形局部化，會有在衝 模側的鋼板產生裂縫的問題，而當拉伸應力朝剪切方向及剝離方向作用時，會有鉚釘鬆脫而產生破壞，在剪切方向及剝離方向無法得到充分的抗拉強度值的問題，並且，關於同樣為鉚釘打入方式之高強度鋼板的接頭及軟鋼板的接頭，比較兩者的疲勞強度，也會有幾乎沒有差別的問題。

專利文獻1中，揭示了一種接合技術，作為解決如上述問題的技術，該接合技術如下：對於重合之抗拉強度為430~1000MPa的高強度鋼板，打入鉚釘而使之貫通，並使貫通的鉚釘前端變形，進行機械式地接合，而得到具優異抗拉特性與疲勞特性的高強度鋼板。專利文獻1所揭示的技術，對於抗拉強度至619MPa為止的高強度鋼板進行了研討，作為接合複數片鋼板的技術是有效的。然而，在專利文獻1中，並沒有對於包含有抗拉強度780MPa以上之高強度鋼板的複數片鋼板，研討是否適用上述技術。

又，在非專利文獻1中，記載了：在高強度鋼板與鋁合金板的接合時，在打入鉚釘而機械式地接合之際，對於包含有到抗拉強度590MPa左右程度之高強度鋼板的複數片金屬板，可以無缺陷地進行接合，但是對於包含有抗拉強度980MPa之高強度鋼板的複數片金屬板，鉚釘並無法貫通高強度鋼板。

在如此之將鉚釘打入金屬板而進行機械式接合的技術中，通常，在接合前不會對被接合材進行穿孔加工，必須以鉚釘本身打穿被接合材，對於變形阻力較大的鋼板，例如，對於包含有1片以上之具有780MPa以上抗拉強度之 鋼板的複數片金屬板打入鉚釘而進行機械式接合，會有困難。

相對於此，在專利文獻2，揭示了如下之機械式接合方法：在使用鉚釘來將具有高強度或經高加工硬化之接合薄板接合的方法中，在接合過程開始或其之前，藉由壓抵構件及衝模、或者配置在壓抵構件及衝模旁邊的構成要件、或是配置於其之前的構成要件，藉由電性的電阻加熱來進行接合薄板之局部且時間上有限制的加熱。

如此，在專利文獻2中，記載了一種可以適用於具有高強度或經高加工硬化之鋼板的技術，是對於包含有1片以上之抗拉強度780MPa以上之高強度鋼板的複數片金屬板也在某種程度上為有效的技術。然而，在使用專利文獻2所揭示的技術，實際以鉚釘對包含有1片以上之抗拉強度780MPa以上之高強度鋼板的複數片金屬板進行了接合時，有時會無法進行鉚釘接合，此外，更有需改善的空間。又，即使是抗拉強度小於780MPa的金屬板，若打入鉚釘時的加工速度較大，則金屬板的變形阻力會變大，同樣也具有應改善的空間。

先前技術文獻 專利文獻

【專利文獻1】日本發明公開公報特開2000-202563號

【專利文獻2】日本發明公表公報特表2004-516140號

【專利文獻3】日本發明公開公報特開2007-254775號

非專利文獻

【非專利文獻1】Ferrum, Vol.16(2011)No.9, p.32-38

發明概要

本揭示內容有鑑於上述之習知技術的現狀，目的在於提供一種機械式接合裝置及機械式接合方法，在接合複數片金屬板時，即使是在金屬板之變形阻力較大的情況下，也可以安定地進行鉚釘接合。

因此，本發明人持續努力檢討可解決上述課題的方法。在專利文獻2所揭示的技術中，是使鋼板的加熱溫度為35~250℃，且在打入鉚釘之前結束鋼板的加熱。因此，本發明人想到：在金屬板的變形阻力較大的情況下，進行鉚釘接合時，一面將複數片金屬板加熱，一面打入鉚釘。

結果發現：不會產生金屬板的裂縫、鉚釘破損、或鉚釘未貫通等情況。然後，想到：可以在對複數片金屬板打入鉚釘的期間，在壓板具與衝模之間通電，使複數片金屬板的溫度上升。

本揭示內容之機械式接合裝置及機械式接合方法，是根據上述發現而做成的，其要旨如以下。

(1)一種機械式接合裝置，是藉由衝頭將鉚釘打入複數片金屬板的機械式接合裝置，具備有： 衝頭及衝模、壓板具、以及第1電源裝置，又，前述衝頭及衝模是相對向地配置成可將重合的複數片金屬板夾在其間，前述壓板具是可將前述衝頭插入至內部的筒狀體，且是由使前述壓板具之一端部與前述複數片金屬板之前述衝頭側的金屬板接觸，而可壓按前述複數片金屬板並且可進行通電加熱的電極體材料所構成，前述衝頭是由可將鉚釘打入的材料所構成，前述衝模是由可支持前述複數片金屬板並且可進行通電加熱的電極體材料所構成，前述第1電源裝置是構成為：在藉由前述衝頭開始打入鉚釘的同時，開始對前述壓板具及衝模通電，以使前述複數片金屬板的溫度上升，並將前述壓板具及衝模通電至前述鉚釘之打入結束為止。

(2)如前述(1)之機械式接合裝置，前述機械式接合裝置更具備有冷卻裝置，前述冷卻裝置是構成為：與前述衝頭相連接，且在開始打入前述鉚釘至打入結束之期間，將前述鉚釘冷卻。

(3)如前述(1)或(2)之機械式接合裝置，其中前述衝頭是由可將前述鉚釘打入並且可進行通電加熱的電極體材料所構成，第2電源裝置是構成為：將前述衝頭及衝模通電，以在藉由前述衝頭將前述鉚釘打入之後將前述鉚釘通電而進 行熱處理，且前述機械式接合裝置更具備有冷卻裝置，前述冷卻裝置是構成為：在前述鉚釘之熱處理後，將前述鉚釘冷卻。

(4)如前述(1)至(3)中任一項之機械式接合裝置，其中在前述衝模之中，至少將前述複數片金屬板夾在其間而與前述鉚釘相對向之部分的材質是工具鋼，且前述工具鋼之外周部分的材質是銅或銅合金。

(5)一種機械式接合方法，是藉由衝頭將鉚釘打入複數片金屬板的機械式接合方法，包含有如下之步驟：準備複數片金屬板；把前述複數片金屬板重合而配置在相對向地配置的衝頭及衝模之間；把可將前述衝頭插入至內部之筒狀體的壓板具之一端部，壓按在前述複數片金屬板之前述衝頭側的金屬板；藉由前述衝頭，將鉚釘打入被前述壓板具壓住的前述複數片金屬板；以及在開始打入前述鉚釘的同時，透過前述壓板具及前述衝模，開始前述複數片金屬板的通電加熱，以使前述複數片金屬板的溫度上升，並將前述複數片金屬板通電加熱至前述鉚釘之打入結束為止。

(6)如前述(5)之機械式接合方法，其中更包含有如下之步驟：在開始打入前述鉚釘至打入結束之期間，透過前述衝頭將前述鉚釘冷卻。

(7)如前述(5)或(6)之機械式接合方法，其中包含有如下 之步驟：在打入前述鉚釘之後，透過前述衝頭及前述衝模，將前述鉚釘通電加熱而進行熱處理，接著將前述鉚釘冷卻。

(8)如前述(5)至(7)中任一項之機械式接合方法，其中在前述衝模之中，至少將前述複數片金屬板夾在其間而與前述鉚釘相對向之部分的材質是工具鋼，且前述工具鋼之外周部分的材質是銅或銅合金。

根據本揭示內容之機械式接合裝置及機械式接合方法，即使在金屬板的變形阻力較大的情況下，也可以不產生金屬板的裂縫、鉚釘破損、及鉚釘未貫通而得到接合接頭。

1‧‧‧機械式接合裝置

2‧‧‧上側金屬板

3‧‧‧下側金屬板

4‧‧‧板組

5‧‧‧衝頭

5a‧‧‧衝頭的接觸部分

5b‧‧‧衝頭的滑動部分

6‧‧‧衝模

6a‧‧‧工具鋼製之衝模

6b‧‧‧銅或銅合金製之衝模

7‧‧‧壓板具

8‧‧‧鉚釘

9‧‧‧冷卻管

10‧‧‧貫通孔

11‧‧‧壓抵拘束面

12‧‧‧突出部

13‧‧‧可動板

14‧‧‧保持具

15‧‧‧壓縮螺旋彈簧

16‧‧‧保持板

17‧‧‧樹脂成形體

18‧‧‧引導螺桿

【圖1】圖1是表示機械式接合之形態的截面示意圖。圖1(a)是表示與鉚釘之打入開始同時地開始板組之通電加熱的狀態的截面示意圖，圖1(b)是表示在打入鉚釘後之狀態的截面示意圖。

【圖2】圖2是表示機械式接合之形態的截面示意圖。圖2(a)是表示與鉚釘之打入開始同時地開始板組之通電加熱的狀態的截面示意圖，圖2(b)是表示在打入鉚釘後正在將鉚釘進行通電加熱的狀態的截面示意圖。

【圖3】圖3是表示在衝模之一部分使用了工具鋼時的機械式接合之形態的截面示意圖。圖3(a)是表示在衝模之一部分使用了工具鋼的情況下，與鉚釘之打入開始同時地將 板組進行通電加熱的狀態的截面示意圖，圖3(b)是表示在衝模之一部分使用了工具鋼的情況下，在打入鉚釘後正在將鉚釘通電加熱的狀態的截面示意圖。

用以實施發明之形態

本發明人使用專利文獻2所揭示之技術，對於配置成會夾住包含有抗拉強度780MPa以上高強度鋼板(以下，亦稱為「高強度鋼板」)之複數片金屬板(以下，亦稱為「板組」)的壓板具與設置在衝頭之相反側的衝模之間，流通電流而將板組通電加熱，將鉚釘打入之時，有時會無法進行鉚釘接合。又，在僅使用抗拉強度小於780MPa的金屬板的情況下，當使打入鉚釘時的加工速度較大時，金屬板的變形阻力會變大，有時會無法進行鉚釘接合。

本發明人在專利文獻2所揭示之技術中，著眼於使鋼板的加熱溫度為35~250℃，且在打入鉚釘之前結束鋼板之加熱此事，並且想到：可在進行鉚釘接合時，一面加熱板組，一面打入鉚釘。

本發明人對各種金屬板之組合的板組一面進行加熱一面打入鉚釘，並調查了與鉚釘破損等之間的關係。結果發現：與對板組之鉚釘打入開始同時地使板組的溫度上升，藉此可安定地進行鉚釘接合。此外，更想到：為了使板組的溫度上升，將壓板具與衝模之間通電，而得到了本揭示內容的機械式接合裝置(以下，亦稱為「接合裝置」)。

本揭示內容是以如下之機械式接合裝置為對象： 是藉由衝頭將鉚釘打入複數片金屬板的機械式接合裝置，具備有：衝頭及衝模、壓板具、以及第1電源裝置，又，前述衝頭及衝模是相對向地配置成可將重合的複數片金屬板夾在其間，前述壓板具是可將前述衝頭插入至內部的筒狀體，使前述壓板具之一端部與前述複數片金屬板之前述衝頭側的金屬板接觸，且以可壓按前述複數片金屬板並且可進行通電加熱的電極體材料構成前述壓板具，前述衝頭是由可將鉚釘打入的材料所構成，前述衝模是由可支持前述複數片金屬板並且可進行通電加熱的電極體材料所構成，前述第1電源裝置是構成為：在與前述衝頭開始打入鉚釘的同時，開始對前述壓板具及前述衝模通電，以使前述複數片金屬板的溫度上升，並將前述壓板具及前述衝模通電至前述鉚釘之打入結束為止。

以下，一面參照圖示，一面說明本揭示內容之接合裝置。為了方便說明，把衝頭側作為上側，衝模側作為下側，把衝頭側之金屬板稱為上側金屬板，衝模側之金屬板稱為下側金屬板，但接合裝置只要可以固定即可，不論是縱放、或是橫放等方向皆可。

(實施形態1)

圖1是表示使用了本揭示內容之機械式接合裝置的機械式接合之形態的截面示意圖。圖1(a)是表示與鉚釘之打入開始同時地開始板組之通電加熱的狀態的截面示意圖，圖1(b)是表示在打入鉚釘後之狀態的截面示意圖。

如圖1(a)所示，在機械式接合裝置1中，相對向地配置有衝頭5及衝模6，可將上側金屬板2及下側金屬板3重疊而成的板組4夾在其間。在衝頭5的外周，配置有壓板具7。

機械式接合裝置1具備有：第1電源裝置(未圖示)，在與藉由衝頭5開始打入鉚釘8的同時，將壓板具7與衝模6通電，以使板組4的溫度上升。

開始打入鉚釘8，意思指的是：會被衝頭5打入的鉚釘8與板組4之衝頭側的金屬板接觸之時點。

藉由與開始打入鉚釘8同時地將板組4通電加熱，可以不產生金屬板的裂縫、鉚釘破損、及鉚釘未貫通而得到接合接頭。由於從鉚釘打入開始便將板組加熱，所以比起從打入前就進行加熱的情況，可較易於將板組的加熱區域限定於接合區域，而可抑制接合區域以外的板組軟化。因此，可以防止板組之金屬組織的變質。特別是在使用780MPa以上的高強度鋼板作為金屬板時，可以一面抑制鋼板的強度變低，一面進行接合。

第1電源裝置是構成為：與壓板具7及衝模6相連接，可將板組4通電加熱。第1電源裝置具備有可控制對壓板具7及衝模6通電之電量(電流值及通電時間)的第1控制裝 置(未圖示)，可將板組4加熱。

第1控制裝置進行控制：在與開始打入鉚釘8的同時，開始對壓板具7及衝模6通電，以使板組4的溫度上升，更將壓板具7及衝模6通電至鉚釘8之打入結束為止，使板組4加熱至所需的溫度。

板組4的通電加熱，是與鉚釘8之打入開始一起開始。板組4的通電加熱，也可在鉚釘8之打入結束後也繼續，而在之後停止，但較宜與鉚釘8之打入結束實質地同時停止。

鉚釘8之打入結束，指的是衝頭往打入方向的移動實質上停止的時點，可以偵測衝頭的位置而檢測出。衝頭位置的偵測方法無特別限定，例如，可以使用非接觸式的雷射變位計或者使用從壓入衝頭的滾珠螺桿之旋轉數而偵測位置的裝置來進行偵測。

鉚釘打入速度，宜為1mm/秒以上，以10mm/秒為較佳。鉚釘打入速度，可因應板組之金屬板的抗拉強度等而進行調節。

從鉚釘8打入開始至打入結束為止的時間，依使用於板組的金屬板之材料、厚度、片數等而進行調整即可，宜為0.3~2.0秒，以0.5~1.4秒為較佳。

板組4的加熱溫度，在可提升板組的延性，抑制鋼板等金屬板的裂縫、鉚釘破損、及鉚釘未貫通，並且可打入鉚釘的溫度範圍即可。亦即，板組4之加熱溫度的下限，為可抑制金屬板的裂縫、鉚釘破損、及鉚釘未貫通的溫度 即可。板組4之加熱溫度的上限，為小於板組4之中熔點最低的金屬板之熔點的溫度即可。

板組4之加熱溫度的下限，宜為400℃以上，以500℃以上為較佳，以600℃以上為更佳。板組4之加熱溫度的上限，宜為900℃以下，以800℃以下為較佳。板組4之加熱溫度是打入結束時點的溫度，其測定處是位於壓板具7所圍起來之區域內的上側金屬板表面之鉚釘打入位置。上側金屬板的表面溫度，例如，可使用熱電偶來進行測定。上側金屬板的表面溫度測定，也可在準備鉚釘之前，於事前進行。事前進行上側金屬板的表面溫度測定時，可在使衝頭保持住鉚釘而進行打入之際，省去進行溫度測定。

將板組4通電加熱的電流值，可由第1控制裝置進行控制，使板組4在從打入開始至結束的時間內加熱至上述溫度範圍內。第1控制裝置可將流通於板組4的電流值，控制在例如8~14kA或10~12kA。又，第1控制裝置可將通電時間控制成與鉚釘8之打入開始至打入結束的時間實質上相同。

第1控制裝置可偵測鉚釘8與板組4接觸的時間，而控制第1電源裝置來對壓板具7及衝模6開始通電。為了偵測鉚釘8與板組4接觸的時間，例如，可以使用當鉚釘8與板組4接觸時可偵測衝頭5與衝模6間之電壓變化的電壓計、組裝於衝頭5的測力器等。

第1電源裝置並無特別限定，可以使用習知使用的電源，例如直流電源裝置或交流電源裝置。

第1控制裝置並無特別限定，可以包含週知的溫度調節器。第1控制裝置可以使用包含有可計測板組4溫度之溫度計的溫度調節器，來控制將壓板具7與衝模6通電的電量。第1控制裝置也可因應板組4之金屬板的組合而事先求出會成為所需溫度之電流值與時間的關係，而進行控制以成為該電流值及時間。

衝頭5可為棒狀，與衝頭5之長方向垂直之方向的截面形狀，無特別限定，可為圓狀、橢圓狀、矩形狀等。衝頭5也可在長度方向上具有不同的截面形狀。

衝頭5只要具有可將鉚釘8打入的強度，其材質便無特別限定，可以從具有所需之機械性強度的材料進行選擇。衝頭5宜由維氏硬度Hv為300~510的鋼、銅、或銅合金構成。當也將衝頭使用為電極體時，衝頭5宜由導電性較高的銅或銅合金構成。

衝模6只要是由具有可支持複數片金屬板並且可將板組4通電加熱之機械性強度及導電性的電極體材料構成，其材質便無特別限定，可以從所需的材料進行選擇。衝模6宜為銅或銅合金。

在衝頭5的外周，配置有壓板具7。壓板具7是可使一方之端部與板組4之衝頭5側的金屬板接觸而將板組4壓按於衝模6的構件，且可沿著衝頭5之長軸相對地移動。壓板具7的形狀，是衝頭4可插入至內部的圓筒等筒狀體。

壓板具7只要是由具有可將複數片金屬板壓按於衝模6並且可進行通電加熱之機械性強度及導電性的電極 體材料構成，其材質便無特別限定，可以從所需的材料進行選擇。壓板具7宜為銅或銅合金。

可使用於衝頭5、衝模6、壓板具7、及冷卻管9的銅合金之組成，宜為鉻銅合金或氧化鋁分散銅合金。鉻銅合金的組成，宜為0.4~1.6%Cr-Cu，更宜為0.8~1.2%Cr-Cu，例如1.0%Cr-Cu，而氧化鋁分散銅合金的組成，宜為0.2~1.0%Al₂O₃-Cu，更宜為0.3~0.7%Al₂O₃-Cu，例如0.5%Al₂O₃-Cu。

在衝頭5的前端，配置有鉚釘8。此鉚釘8是藉由衝頭5而被打入板組4的元件，可以是通用品的鉚釘，可使用空心鉚釘等。鉚釘8的材質，只要是可打入板組4而進行接合者，即無特別限定，例如可以是機械構造用鋼、高硬度鋼等。

在打入前，鉚釘8是以被衝頭5所支持的狀態或被適宜的支持構件支持的狀態，而可配置在板組4的上方。

以衝頭5或適宜的支持構件支持住鉚釘8的方法並無特別限定，例如，可機械式地進行保持，也可使衝頭5及支持構件，作為具有磁力的材料，將鉚釘8磁性地附著而進行保持。

與衝頭5相對向地配置的衝模6，也可具有與要打入的鉚釘8之腳部的形狀及大小相應的盤子狀或凹狀之壓抵拘束面11，於其中央部具有略呈截圓錐形狀的突出部12。突出12的頂部，可以比衝模6的上面稍低。突出部12的根部側，可具有與壓抵拘束面11之底面相連般地平滑的圓弧狀 面。

使用本揭示內容之裝置而打入鉚釘的板組4，可由2片之上側金屬板2與下側金屬板3構成，也可包含3片以上之複數的金屬板。金屬板只要是至少一部分具有板狀部，且板狀部具有可彼此重疊的部分即可，不須全體皆為板狀。又，板組4並不限定於由個別的金屬板所構成，也可以是把1片金屬板成形為管狀等預定形狀者相重合。

複數的金屬板，可以是同一種類的金屬板，也可以是不同種類的金屬板。金屬板可以是具有高強度的金屬板，可為鋼板、鋁板、鎂等。鋼板宜為高強度鋼板，更宜為具有780MPa以上之抗拉強度的高強度鋼板。複數的金屬板可包含1片以上的鋼板，也可包含1片以上的具有780MPa以上抗拉強度的高強度鋼板。例如，板組4可以是：使板組4全部的金屬板為鋼板的板組，使上側金屬板或下側金屬板為高強度鋼板、其他的金屬板為抗拉強度小於780MPa之鋼板的板組，使上側金屬板為鋁板、下側金屬板為高強度鋼板的板組，或者是使板組4全部的金屬板為鋁板的板組。若使用本揭示內容的裝置，包含有至少1片以上的具有780MPa以上抗拉強度之高強度鋼板的板組，也可良好地進行接合。

金屬板的厚度，無特別限定，例如可以是0.5~3.0mm。又，板組的厚度，也沒有特別限定，例如可以是1.0~6.0mm。又，電鍍的有無、成分組成等，也沒有特別限定。

圖1中，以點線箭號舉例顯示了從壓板具7朝向衝模6的電流之流向，但只要可以將板組4通電加熱即可，也可以是從衝模6朝向壓板具7的電流流向。在圖2及3中也一樣。

(實施形態2)

說明實施形態2，來作為較佳實施形態。本揭示內容之接合裝置宜更具備有冷卻裝置(未圖示)。

冷卻裝置是構成為：與衝頭5相連接，透過衝頭5，在鉚釘8之打入開始至打入結束之間，將鉚釘8冷卻。可以一面進行板組4的通電加熱，並以與衝頭5相連接的冷卻裝置將鉚釘8冷卻，一面以衝頭5打入鉚釘8而將板組4接合。

當一面在壓板具7與衝模6之間將板組4通電加熱、一面將鉚釘8打入時，透過衝頭5將鉚釘8冷卻，藉此，可以抑制鉚釘8因板組4之熱而軟化，而可更安定地進行鉚釘接合。藉由將鉚釘8冷卻，特別是在打入鉚釘8時板組4的溫度較高的情況下，也可抑制鉚釘8軟化，防止鉚釘8成為未貫通情形，可更安定地進行接合。

鉚釘8的冷卻，只要可在鉚釘8之打入開始至打入結束之間進行即可。亦即，鉚釘8的冷卻，可從鉚釘8之打入前開始，也可與打入開始同時地開始，但鉚釘8的冷卻宜從打入前就開始。鉚釘8的冷卻，可與打入結束同時地結束，也可在打入結束後也繼續進行，但宜與打入結束實質地同時結束。

冷卻裝置只要是可透過衝頭5來將鉚釘8冷卻的 裝置即無特別限定，衝頭5也可於其內部具有冷卻管9。圖1(a)中，舉例顯示了配置在衝頭5的內部，與冷卻裝置相連接的冷卻管9。

冷卻管9是例如可將冷媒朝箭號所示之方向供給的管。在與鉚釘8所接觸之衝頭5端部為相反側之另一端部側，可設置與冷卻管9相連接的冷卻裝置。冷卻管9的材質只要是可使冷媒流通於內部，透過衝頭5而將鉚釘冷卻的材質即無特別限定，例如可為銅或銅合金。此時，宜使衝頭5為熱傳導率較高的銅或銅合金。

冷媒無特別限定，可以是週知的冷媒液或冷媒氣體，但考慮到經濟面及容易處理度等，以水為佳。

也可不在衝頭5的內部設置冷卻管9，而是把冷卻裝置配置成會跟與鉚釘8所接觸之衝頭5端部為相反側之另一端部接觸，將衝頭5冷卻，藉由衝頭5的熱傳導，來將鉚釘8冷卻。此時，也宜使衝頭5為熱傳導率較高的銅或銅合金。

鉚釘8的冷卻，只要可在鉚釘8之打入開始至打入結束之間進行即可。亦即，鉚釘8的冷卻，可從鉚釘8之打入前開始，也可與打入開始同時地開始，但鉚釘8的冷卻宜從打入前就開始。鉚釘8的冷卻，可與打入結束同時地結束，也可在打入結束後也繼續進行，但宜與打入結束實質地同時結束。

冷卻裝置具備有控制裝置，可控制冷卻溫度以及冷卻開始及結束的時間點。控制裝置可控制冷卻裝置，宜 在打入結束時點，更宜從打入開始至打入結束為止，使鉚釘8的溫度成為3~50℃，更以5~30℃為佳。鉚釘8的溫度，例如，可在實際進行接合前，事前進行鉚釘溫度測定用之預備試驗，先使用熱電偶來測定鉚釘的溫度。冷卻裝置所具備的控制裝置無特別限定，可以包含週知的溫度調節器。

(實施形態3)

一面參照圖2，一面說明較佳實施形態之實施形態3。圖2中，顯示使用了本揭示內容之機械式接合裝置的機械式接合之形態的截面示意圖。圖2(a)是表示在與打入鉚釘開始同時地將板組進行通電加熱之狀態的截面示意圖，圖2(b)是表示在打入鉚釘後正在將鉚釘進行通電加熱之狀態的截面示意圖。

機械式接合裝置1具備有可將衝頭5與衝模6通電的第2電源裝置(未圖示)，以將被衝頭5打入的鉚釘8進行熱處理。圖2之機械式接合裝置，除了衝頭5及衝模6是以電極體材料構成而可將鉚釘8通電加熱外，具有與圖1之機械式接合裝置同樣的構成。

第2電源裝置是構成為：與衝頭5及衝模6相連接，在藉由衝頭5將鉚釘8打入後，透過衝頭5及衝模6將鉚釘8通電而進行熱處理。第2電源裝置具備有可控制通電於衝頭5及衝模6之電量(電流值及通電時間)的第2控制裝置(未圖示)，可將鉚釘8加熱至所需的溫度。

使用第2電源裝置以及與衝頭5相連接的冷卻裝 置，可在鉚釘8之打入結束後，進行將鉚釘8加熱至沃斯田鐵區域的熱處理，接著進行冷卻。藉此，鉚釘8可具有麻田散鐵組織，而可達到鉚釘8的強度提升。實施形態3所使用的冷卻裝置，可以與實施形態2所使用的冷卻裝置相同，也可以不同。

藉由在打入結束後將鉚釘8進行熱處理而達到高強度化，可以更減少使用鉚釘而得到的接合接頭中包含鉚釘之周邊的破損。

特別是即使是在接合包含有高強度鋼板的板組、與非高強度的通用品之鉚釘時，也可抑制應力集中於強度較低的鉚釘，而更安定地防止使用鉚釘而得到的接合接頭之破損。

為了提高鉚釘的強度，迄今已知：調整成分組成，施行悴火等熱處理的技術(專利文獻3)。但是，在此技術中，鉚釘的成分組成會受限制，還需要用以進行熱處理的熱處理爐，會產生成本的上升。此外，需要在熱處理爐之熱處理工程，會有導致鉚釘之生產時間增加的問題。

相對於此，使打入鉚釘的衝頭與衝模為電極體，對於已打入板組後的鉚釘流通電流而進行通電加熱，將鉚釘進行熱處理，亦即，把鋼材製的通用品之鉚釘加熱至會成為沃斯田鐵區域的溫度，急速冷卻而得到麻田散鐵組織，可以達到鉚釘的高強度化。因此，不用使用熱處理爐等，而可得到高強度的鉚釘。

鉚釘8之熱處理中的加熱溫度，只要可將鉚釘8 加熱至沃斯田鐵區域即無特別限定，但宜加熱至A3點~小於鉚釘熔點的溫度。加熱至鉚釘8之最高溫度的電流值及時間，例如，電流值可為8~10kA，時間可為0.1~1.0秒。

鉚釘8的通電加熱，可以與鉚釘8之打入結束同時、或是從鉚釘8之打入結束經過預定時間後開始。第2控制裝置可控制第2電源裝置，在與鉚釘8之打入結束同時、或是從鉚釘8之打入結束經過預定時間後，進行鉚釘8的通電加熱。

將鉚釘8加熱至沃斯田鐵區域後的冷卻條件，只要是可得到麻田散鐵組織的範圍即無特別限定，但冷卻裝置所具備的控制裝置，在將鉚釘8加熱至沃斯田鐵區域後，宜控制冷卻裝置，以10℃/秒以上的冷卻速度，使鉚釘8冷卻至構成鉚釘之材料的麻田散鐵變態結束溫度以下，一般而言為約200℃以下。

在打入鉚釘8時進行透過了衝頭5之鉚釘8的冷卻的情況下，在打入鉚釘8後進行鉚釘8之熱處理的期間，只要藉由通電加熱將鉚釘8加熱至預定溫度，也可繼續進行透過衝頭5之鉚釘8的冷卻，但宜停止衝頭5的冷卻或是減少冷卻量，在鉚釘8之熱處理後，再重新開始冷卻或是增加冷卻量而將鉚釘8冷卻。

衝頭5只要是由具有可將鉚釘8打入並且可通電加熱之機械性強度及導電性的電極體材料構成，其材質無特別限定，可以從所需的材料進行選擇。衝頭5宜由維氏硬度Hv為300~510、導電性較高的銅或銅合金所構成。

衝模6只要是由具有可以支持複數片金屬板並且可將板組4及鉚釘8通電加熱之機械性強度及導電性的電極體材料構成，其材質無特別限定，可以從所需的材料進行選擇。衝模6宜為銅或銅合金。衝模6可以由與實施形態1所使用的相同材料構成。

第2電源裝置並無特別限定，可以是習知所用的電源，例如直流電源裝置或交流電源裝置。第2電源裝置可以與第1電源裝置具有同樣的構成。

第2控制裝置無特別限定，可以包含有溫度調節器。第2控制裝置可以使用包含有可計測鉚釘8溫度之溫度計的溫度調節器，來控制將衝頭5與衝模6通電的電量。第2控制裝置也可事先求出鉚釘8會成為預定溫度的電流值與時間之間的關係，而控制第2電源裝置，以成為該電流值及時間。

冷卻裝置所具備的控制裝置，可使用溫度調節器，來控制鉚釘8熱處理後的冷卻速度及冷卻溫度。

第1電源裝置及第2電源裝置可為個別的電源裝置，也可為一體的電源裝置，或者第1電源裝置也可具有第2電源裝置的機能。

當第1電源裝置及第2電源裝置為一體的電源裝置時、或者第1電源裝置也具有第2電源裝置的機能時，該電源裝置連接於壓板具7及衝模6、衝頭5及衝模6兩方。

(實施形態4)

一面參照圖3，一面說明較佳實施形態之實施形 態4。圖3中，顯示使用了在衝模之一部分具備工具鋼的機械式接合裝置的機械式接合之形態的截面示意圖。圖3(a)是表示在衝模之一部分使用了工具鋼時，在打入鉚釘前將板組進行通電加熱之狀態的截面示意圖，圖3(b)是表示在衝模之一部分使用了工具鋼時，在打入鉚釘後將鉚釘進行通電加熱之狀態的截面示意圖。圖3之機械式接合裝置，除了衝模6是以工具鋼製之衝模6a、以及銅或銅合金製之衝模6b所構成以外，具有與圖2之機械式接合裝置同樣的構成。

要抑制衝模的變形，在衝模之中，加強將板組4夾在其間而與鉚釘相對向之部分(打入鉚釘8的部分之下方部分)的強度，是有效的。因此，如圖3所示，在衝模6之中，使拘束會因為打入鉚釘8而變形之下側金屬板3的部分，為工具鋼製之衝模6a，藉此，可使衝模6的強度變大，而可抑制衝模6的變形。

在把鉚釘打入板組時，若在壓板具與衝模之間通電，或是為了將已打入之鉚釘進行熱處理而在衝頭與衝模之間通電，則衝模會被加熱。此時，若衝模的材質全為工具鋼，則衝模容易軟化。因此，從容易流通電流的觀點來看，宜以銅或銅合金構成工具鋼製之衝模6a的外周部分。

將電阻較低的銅或銅合金製之衝模6b配置成圍住工具鋼製之衝模6a的外周部分，藉此，在壓板具7與衝模6之間進行通電時，或是在衝頭5與衝模6之間進行通電時，由於電流會優先地流至電阻較低的外周部分，所以較不易加熱工具鋼製之衝模6a，可防止軟化。

當以工具鋼構成衝模6之一部分時，在衝模6之中，至少以工具鋼構成將板組4夾在其間而與鉚釘8相對向的部分即可，但也可用工具鋼構成將板組4夾在其間而與壓板具7相對向的部分之一部分。不過，在衝模6之中，隨著以銅或銅合金構成的部分之比例變少，電流會流通於工具鋼而工具鋼會變得容易軟化，所以，可因應壓板具7與衝模6之間或衝頭5與衝模6之間的通電量，來調整以工具鋼構成之部分與以銅或銅合金構成之部分的比例。

本揭示內容又以機械式接合方法(以下，亦稱為接合方法)作為對象，是藉由衝頭將鉚釘打入複數片金屬板的機械式接合方法，包含有如下之步驟：準備複數片金屬板；把前述複數片金屬板重合而配置在相對向地配置的衝頭及衝模之間；把如下述之壓板具之一端部，壓按在前述複數片金屬板之前述衝頭側的金屬板，前述壓板具是可將前述衝頭插入至內部的筒狀體；藉由前述衝頭，將鉚釘打入被前述壓板具壓住的前述複數片金屬板；以及在與前述鉚釘之打入開始的同時，透過前述壓板具及前述衝模，開始前述複數片金屬板的通電加熱，以使前述複數片金屬板的溫度上升，並將前述複數片金屬板通電加熱至前述鉚釘之打入結束為止。

一面參照圖1，一面說明本揭示內容之接合方 法。

準備複數片金屬板之板組4。板組4可含有至少1片的抗拉強度為780MPa以上之高強度鋼板，也可僅含有抗拉強度小於780MPa的金屬板。

將板組4載置於衝模6之上，把作為筒狀體的壓板具7之一端部，壓按在板組4之衝頭5側的金屬板，藉由衝頭5將鉚釘8打入被壓板具7壓住的板組4。

與鉚釘8之打入開始同時地透過壓板具7及衝模6，開始對板組4的通電，到鉚釘8之打入結束為止將板組4進行通電，以使板組4的溫度上升。

宜在鉚釘8之打入開始至打入結束之間，透過衝頭5而將鉚釘8冷卻。

宜在打入鉚釘之後，透過衝頭及衝模，將鉚釘通電加熱而進行熱處理。

在衝模之中，至少將複數片金屬板夾在其間而與前述鉚釘相對向之部分的材質宜為工具鋼，而前述工具鋼之外周部分的材質則宜為銅或銅合金。

壓板具宜具有可插入衝頭的貫通孔，使衝頭一面與貫通孔滑動、一面對於壓板具相對地移動。

宜在壓板具之另一方的端部具備彈性體，彈性體會透過壓板具對複數片金屬板施加按壓壓力。

藉由以移動裝置(未圖示)使衝頭5移動，壓板具7可以透過壓縮螺旋彈簧14與衝頭5一起移動，而與板組4接觸。可以用鉚釘8在不會與板組4接觸的位置停止如此程度 的加壓力，使壓板具7相對於衝模6移動，以使板組4之鋼板間緊密接著。

關於本揭示內容之接合方法的構成，可適用上述已在機械式接合裝置說明的構成。

【實施例】

(實施例1)

使用圖1所示之機械式接合裝置1，實施包含有1片以上的抗拉強度780MPa以上之高強度鋼板的板組之接合試驗，來作為金屬板的變形阻力較大情況的接合試驗。

準備如下之板組4：使具有980MPa之抗拉強度的厚度1.2mm的鋼板為上側金屬板，作為抗拉強度780MPa以上的高強度鋼板，使具有440MPa之抗拉強度的厚度1.6mm的鋼板為上側金屬板，來作為抗拉強度小於780MPa的鋼板。

如圖1(a)所示，把板組4載置於銅製的衝模6之上，用銅製的壓板具7把板組4壓住而緊密接著。準備好以高硬度鋼製的直徑6mm之空心鉚釘作為鉚釘8，並使之保持於衝頭5。

以鉚釘打入速度10mm/秒，在用1.0%Cr-Cu製之衝頭5對板組4開始打入鉚釘8的同時，對壓板具7及衝模6，使用具備有第1控制裝置的第1電源裝置，流通10kA的電流1.0秒鐘，加熱板組4，打入鉚釘8。鉚釘打入結束時的板組4之溫度為750℃。得到如圖1(b)所示之接合部，重合的鋼板間完全地緊密接著，沒有產生金屬板的裂縫、鉚釘 破損、及鉚釘未貫通，而可進行板組的接合。

(實施例2)

以抗拉強度小於780MPa的金屬板構成板組，準備具有590MPa及440MPa之抗拉強度的金屬板，分別作為上側金屬板及下側金屬板，使鉚釘打入速度增大而為20mm/秒，使20kA的電流流通0.5秒，除上述之外，以與實施例1同樣的條件，進行接合試驗。沒有產生金屬板的裂縫、鉚釘破損、及鉚釘未貫通，而可進行板組的接合。

(實施例3)

使用與具備有溫度調節器的冷卻裝置相連接、且於內部具備有如圖1所示之冷卻管9的衝頭5，一面透過衝頭5將鉚釘8冷卻至30℃，一面以衝頭5將鉚釘8打入，以及將板組4加熱至780℃，除了上述事項之外，以與實施例1同樣的條件進行了接合試驗。可以不產生金屬板的裂縫、鉚釘破損、及鉚釘未貫通地進行板組的接合。

(實施例4)

使用圖2所示之機械式接合裝置1，除了在打入鉚釘8後將鉚釘8進行熱處理及冷卻以外，以與實施例3同樣的條件進行接合試驗。

打入結束後，停止鉚釘8的冷卻以及板組4的加熱，對衝頭5及衝模6，使用具備有溫度調節器的第2電源裝置，流通8kA的電流0.5秒，加熱至鉚釘8會成為沃斯田鐵區域之900℃，接著使用具備有溫度調節器的冷卻裝置，以30℃/秒的冷卻速度急速冷卻至180℃。

調查熱處理後的鉚釘，可確認出具有麻田散鐵組織。而且，實施了接合接頭的接頭強度試驗，可知：比起沒有對鉚釘進行熱處理的情況，更減少了包含鉚釘之周邊的破損情形。

(實施例5)

使用如圖3所示之機械式接合裝置1，使將板組4夾在其間而與鉚釘8相對向的部分為工具鋼製之衝模6a，並將銅製之衝模6b配置在衝模6a之外周部分，除此之外，以與實施例1同樣的條件進行了接合試驗。可以抑制衝模6的變形，並且不會產生金屬板的裂縫、鉚釘破損、及鉚釘未貫通的情況，而可進行板組的接合。

1‧‧‧機械式接合裝置

2‧‧‧上側金屬板

3‧‧‧下側金屬板

4‧‧‧板組

5‧‧‧衝頭

6‧‧‧衝模

7‧‧‧壓板具

8‧‧‧鉚釘

9‧‧‧冷卻管

Claims (10)

1. 一種機械式接合裝置，是藉由衝頭將鉚釘打入複數片金屬板的機械式接合裝置，具備有：衝頭及衝模、壓板具、以及第1電源裝置，又，前述衝頭及衝模是相對向地配置成可將重合的複數片金屬板夾在其間，前述壓板具是可將前述衝頭插入至內部的筒狀體，且是由使前述壓板具之一端部與前述複數片金屬板之前述衝頭側的金屬板接觸，而可壓按前述複數片金屬板並且可進行通電加熱的電極體材料所構成，前述衝頭是由可將鉚釘打入的材料所構成，前述衝模是由可支持前述複數片金屬板並且可進行通電加熱的電極體材料所構成，前述第1電源裝置具有控制對前述壓板具及前述衝模通電之電流值及通電時間的第1控制裝置，以及前述第1控制裝置是構成為：在藉由前述衝頭開始打入鉚釘的同時，開始對前述壓板具及衝模通電，以使前述複數片金屬板的溫度上升，並將前述壓板具及衝模通電至前述鉚釘之打入結束為止，在結束前述鉚釘之打入的同時結束通電。
2. 如請求項1之機械式接合裝置，前述機械式接合裝置更 具備有冷卻裝置，前述冷卻裝置是構成為：與前述衝頭相連接，且在開始打入前述鉚釘至打入結束之期間，將前述鉚釘冷卻。
3. 如請求項1或2之機械式接合裝置，其中前述衝頭是由可將前述鉚釘打入並且可進行通電加熱的電極體材料所構成，第2電源裝置是構成為：將前述衝頭及衝模通電，以在藉由前述衝頭將前述鉚釘打入之後將前述鉚釘通電而進行熱處理，且前述機械式接合裝置更具備有冷卻裝置，前述冷卻裝置是構成為：在前述鉚釘之熱處理後，將前述鉚釘冷卻。
4. 如請求項1或2之機械式接合裝置，其中在前述衝模之中，至少將前述複數片金屬板夾在其間而與前述鉚釘相對向之部分的材質是工具鋼，且前述工具鋼之外周部分的材質是銅或銅合金。
5. 如請求項3之機械式接合裝置，其中在前述衝模之中，至少將前述複數片金屬板夾在其間而與前述鉚釘相對向之部分的材質是工具鋼，且前述工具鋼之外周部分的材質是銅或銅合金。
6. 一種機械式接合方法，是藉由衝頭將鉚釘打入複數片金屬板的機械式接合方法，包含有如下之步驟：準備複數片金屬板；把前述複數片金屬板重合而配置在相對向地配置的衝頭及衝模之間； 把可將前述衝頭插入至內部之筒狀體的壓板具之一端部，壓按在前述複數片金屬板之前述衝頭側的金屬板；藉由前述衝頭，將鉚釘打入被前述壓板具壓住的前述複數片金屬板；以及在開始打入前述鉚釘的同時，透過前述壓板具及前述衝模，開始前述複數片金屬板的通電加熱，以使前述複數片金屬板的溫度上升，並將前述複數片金屬板通電加熱至前述鉚釘之打入結束為止，在結束前述鉚釘之打入的同時結束通電加熱。
7. 如請求項6之機械式接合方法，其中更包含有如下之步驟：在開始打入前述鉚釘至打入結束之期間，透過前述衝頭將前述鉚釘冷卻。
8. 如請求項6或7之機械式接合方法，其中包含有如下之步驟：在打入前述鉚釘之後，透過前述衝頭及前述衝模，將前述鉚釘通電加熱而進行熱處理，接著將前述鉚釘冷卻。
9. 如請求項6或7之機械式接合方法，其中在前述衝模之中，至少將前述複數片金屬板夾在其間而與前述鉚釘相對向之部分的材質是工具鋼，且前述工具鋼之外周部分的材質是銅或銅合金。
10. 如請求項8之機械式接合方法，其中在前述衝模之中，至少將前述複數片金屬板夾在其間而與前述鉚釘相對向之部分的材質是工具鋼，且前述工具鋼之外周部分的 材質是銅或銅合金。