WO2025154352A1

WO2025154352A1 - 接合部材、プレス成形金型、接合方法および接合部材の製造方法

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Publication number: WO2025154352A1
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Inventors: 智史澄川
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Publication date: 2025-07-24
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Abstract

亀裂等の品質不良を発生することなく、表面品質にも優れた接合技術を提供する。突出部を有する第１部材と穴部を有する第２部材とが板厚方向に重ね合わせて接合された接合部材であって、前記突出部は、接合前の長さが前記穴部より長く、前記突出部は、前記穴部より狭い幅を有しかつ前記第１部材の他の部分に接続して延伸し前記第２部材の方向に屈曲して形成される凸屈曲部と、前記穴部より狭い幅を有しかつ前記凸屈曲部に接続して延伸し前記凸屈曲部と反対方向に屈曲して形成され、前記穴部に挿入された凹屈曲部と、前記凹屈曲部に接続して延伸し先端が最も幅広でかつ前記穴部より広い幅となるテーパ形状を有し、前記穴部を押し広げるようにかしめるかしめ部を、備える、接合部材である。

Description

接合部材、プレス成形金型、接合方法および接合部材の製造方法

　本発明は、接合部材、プレス成形金型、接合方法および接合部材の製造方法に関するものである。

　自動車車体の乗員保護の観点で、自動車車体には衝突安全性の向上が求められている。一方で、二酸化炭素排出量の削減のため、自動車車体を軽量化し燃費を向上させることも重要である。これら衝突安全性能と車体の軽量化を両立するために、自動車車体の骨格部品への高強度材の適用が年々増えている。たとえば、自動車車体のキャビンを形成するフロントピラーやセンタピラーなどのピラー部品は、自動車の衝突時にキャビン内の乗員を保護するために重要な骨格部品である。そのためピラー部品には、衝突荷重に耐え得る強度が要求され、引張強度の強度グレードが１４７０ＭＰａ級以上の高張力鋼板も適用されている。

　図１７に自動車の骨格部品の一例を示す。プレス成形部品１００は、本体部品１Ｂと補強部品２Ｂとからなる。本体部品１Ｂは図１７の例ではハット状断面を有し、天板部１３と縦壁部１４とフランジ部１５とこれらを繋ぐ稜線部とからなる。補強部品２Ｂは本体部品１Ｂの内側に配置され、図１７の例ではコ字状（溝形）断面を有し、天板部２２と縦壁部２３とこれらを繋ぐ稜線部とからなる。本体部品１Ｂと補強部品２Ｂとは互いに抵抗スポット溶接で接合され、天板部１３、２２と縦壁部１４、２３とに接合部１１１が配置される。

　部品同士を接合するためには溶接による方法が代表的である。しかし、鋼板とアルミニウム合金板などのように異種材を接合する場合、融点や熱伝導率の違いにより直接的な溶接が難しい。また、溶接時に飛散したスパッタにより、製品表面品質を悪化させるおそれもある。

　溶接以外に、薄板を接合する方法として機械接合が一般的に知られている。たとえば、特許文献１には、先端で開口する中心孔３を有する中空軸部４を備えたリベット１を用いて、重ね合わせた被接合部材同士を接合するセルフピアシングリベットが開示されている。特許文献１の技術は、リベット打ち込み点を中心として、被接合部材が所定の温度に達するまで被接合部材の少なくとも片側の加熱範囲を加熱してリベットの打ち込みを行うものである。

　また、特許文献２には、板状のアッパバックパネルと、アッパバックパネルの板厚方向に少なくとも一部が重ね合わされたサイドパネルとが、複数の加締め部にてアッパバックパネル側からメカニカルクリンチ接合により接合されている技術が開示されている。また特許文献３には、大孔が形成された被締結材に、小孔が形成された板状の締結材を重ね合わせ、小孔にバーリングパンチを押し込み、さらに押し込んでバーリングによるかしめで部材を締結する技術が開示されている。

　また、特許文献４には、金型の内部に抵抗スポット溶接ガンを対向配置に内蔵し、重ね合わせたブランクの成形と同時に、下死点で通電することで溶接を行う方法が開示されている。さらに、非特許文献１には、本体部品の縦壁に意図的に座屈を生じさせ、その座屈部が内側の補強部品をロックする機能となり、補強部品を保持する方法が記載されている。

特開２００６－００７２６６号公報特開２０１９－０８４５７０号公報特開２０２０－０２９８７６号公報特開平０１－１８６２２７号公報

Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｈｏｔ　ｓｔａｍｐｉｎｇ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｊｏｉｎｉｎｇｆｏｒｐｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌｐａｔｃｈｗｏｒｋ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ、　５９（２０２０）、　ｐｐ．４４４－４５５

　しかしながら、上記各従来技術には以下のような解決しなければならない課題がある。
　すなわち、特許文献１に開示の方法では、成形中の接合部の破断が問題となる。２枚重ねて接合したブランクを曲げ成形すると、曲げ内側と外側との線長差により、ブランク間にズレが生じることが要因である。

　特許文献２に開示の方法では、ブランク間のズレの問題は解消するものの、一体成形した金型から外す際に２つの部品が乖離してしまい、次工程で溶接することができないという問題がある。これを防ぐためには、成形する金型で成形と同時に接合を行うか、少なくとも、続く溶接工程に搬送されるまでに本体部品と補強部品が乖離せず一体となった状態を保つための仮止めが必要となる。

　特許文献３に開示の機械接合は、材料の変形が大きくなるため、延性に乏しい、たとえば、高張力鋼板に適用した場合、材料の亀裂が懸念される。また、特許文献４に記載の方法には、複雑な設備が必要となり、設備投資が過大となるおそれがある。

　非特許文献１に記載の技術は、材料を加熱して成形するホットプレスで実施されるものである。この方法では、材料が軟質となり局所的に変形を生じさせる。しかしながら、強度保持のために冷間プレスで成形される高張力鋼板には適用が困難な技術である。

　本発明は前記課題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、高張力鋼板などの延性に乏しい材料を用い、亀裂等の品質不良を発生することなく、経済的にも、表面品質にも優れた接合技術を提供することである。

　上記課題を融資に解決する本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］突出部を備える第１部材と穴部を備える第２部材とが板厚方向に重ね合わせて接合された接合部材であって、前記突出部は、接合前の長さが前記穴部より長く、前記突出部は、前記穴部より狭い幅を持ちかつ前記第１部材の他の部分に接続して延伸し前記第２部材の方向に屈曲して形成される凸屈曲部と、前記穴部より狭い幅を持ちかつ前記凸屈曲部に接続して延伸し前記凸屈曲部と反対方向に屈曲して形成され、前記穴部に挿入された凹屈曲部と、前記凹屈曲部に接続して延伸するとともに先端に向かって幅が広がり、先端が前記穴部より広い幅となるテーパ形状を持ち、前記穴部を押し広げるようにかしめるかしめ部と、を有する、接合部材である。　
［２］上記［１］において、前記第１部材は、平坦部に前記突出部を有し、前記第２部材は、平坦部に前記穴部を有し、前記第１部材と前記第２部材とは板厚方向に重ね合わせて一体で成形され、少なくとも天板部および縦壁部を有するコ字状断面またはハット状断面を有するとともに、前記平坦部に相当する箇所で前記第１部材と前記第２部材とがプレス成形により接合された、接合部材である。
［３］上記［２］において、前記平坦部が前記天板部および前記縦壁部の少なくとも一方である、接合部材である。
［４］上記［２］または［３］に記載の接合部材をプレス成形するためのプレス成形金型であって、前記第１部材と前記第２部材とを重ね合わせて、少なくとも天板部および縦壁部を有するコ字状断面またはハット状断面の部材を一体で成形し、部材の平坦部に相当する箇所で前記２枚のブランクを接合する接合部を備え、前記接合部は、対向する１対の金型のうち一方に設けられた凸状の押込部および前記押込部に隣接する凹状の第１逃がし部と、他方の金型に設けられ、前記凸状の押込部が挿入される凹状の第２逃がし部と、を有する、プレス成形金型である。
［５］上記［４］において、前記対向する１対の金型はパッドとパンチである、プレス成形金型である。
［６］上記［４］において、前記対向する１対の金型はダイとパンチである、プレス成形金型である。
［７］突出部を備える第１部材と、穴部を備える第２部材とを板厚方向に重ね合わせて接合する接合方法であって、前記突出部の接合前の長さを前記穴部より長くし、前記第１部材の他の部分に接続して延伸し、前記穴部より狭い幅を持つ、前記突出部の第１の部分を前記第２部材の方向に屈曲して凸屈曲部を形成し、前記凸屈曲部に接続して延伸し、前記穴部より狭い幅を持つ、前記突出部の第２の部分を前記凸屈曲部と反対方向に屈曲し前記穴部に挿入して凹屈曲部を形成し、前記凹屈曲部に接続して延伸するとともに先端に向かって幅が広がり、先端が前記穴部より広い幅となるテーパ形状部分が前記穴部を押し広げるようにかしめてかしめ部を形成する、接合方法である。
［８］上記［７］において、前記第１部材および前記第２部材は金属板からなりプレス成形によって成形され、天板部、縦壁部からなるコ字状断面、または天板部、縦壁部、フランジ部からなるハット状断面を有する部材をプレス成形によって接合する方法であって、前記金属板に対し、少なくとも外周を加工し、第１ブランクおよび第２ブランクを得るブランク加工工程と、前記第１ブランクおよび第２ブランクをそれぞれプレス成形によって目標形状に成形し前記第１部材および前記第２部材を得る成形工程と、上記［７］に記載の方法で前記第１部材と前記第２部材とを接合する接合工程と、を含む、接合方法である。
［９］上記［８］において、前記第１部材と前記第２部材とを前記天板部および前記フランジ部のうち少なくとも一方で接合する、接合方法である。
［１０］上記［７］において、前記第１部材は、平坦部に前記突出部を有し、前記第２部材は、平坦部に前記穴部を有し、前記第１部材と前記第２部材とを板厚方向に重ね合わせて一体で成形し、天板部、縦壁部からなるコ字状断面、または天板部、縦壁部、フランジ部からなるハット状断面を有する部材を成形するとともに、前記平坦部に相当する箇所で前記第１部材と前記第２部材とをプレス成形によって接合する方法であって、対向する一対の金型のうち一方に設けられた凸状の押込部および前記押込部に隣接し凹状の第１逃がし部と、他方の金型に設けられ、前記凸状の押込部が挿入される凹状の第２逃がし部と、を有する接合部を備えるプレス成形金型を用いて、前記第１部材の前記突出部のうち前記第１部材の他の部分に接続して延伸し、前記穴部より狭い幅を持つ部分を前記押込部により前記穴部および前記第２逃がし部の中に押し込み、前記突出部のうちテーパ形状を持ち先端側が前記穴部より広い幅を持つかしめ部を前記穴部の長手方向の縁と接触させることで前記かしめ部を立ち上げて前記かしめ部の先端側を前記第１逃がし部内に配し、前記かしめ部が前記穴部を幅方向に押し広げるようにかしめる接合工程と、他の部位を目標形状に成形する成形工程と、を含む、接合方法である。
［１１］上記［１０］において、前記平坦部は前記天板部および前記縦壁部の少なくとも一方である、接合方法である。
［１２］上記［１０］または［１１］において、前記対向する一対の金型はパッドとパンチであり、パッドを下降させ、重ね合わせた部材をパンチで挟圧し接合する、接合方法である。
［１３］上記［１０］または［１１］において、前記対向する一対の金型はダイとパンチであり、ダイを下降させ、重ね合わせた部材をパンチで挟圧し接合する、接合方法である。
［１４］上記［７］～［１３］のいずれか１つに記載の接合方法を用いて、前記第１部材と前記第２部材とを重ね合わせて接合する工程を含む、接合部材の製造方法である。

　本発明によれば、高張力鋼板のような延性の乏しい材料であっても亀裂等による品質不良を生じさせることなく安定して接合することができる。機械的接合技術であるので、溶接のように表面品質を劣化させることがない。

本発明の一実施形態にかかる接合部材の接合部を示す模式斜視図である。上記実施形態にかかる接合部の側面図である。上記実施形態にかかる接合部の上面図である。上記実施形態にかかる接合方法を説明するための接合部の模式斜視図である。上記実施形態にかかる接合方法説明するための接合部の幅方向中央断面を示す、図４のＸ－Ｘ視断面図である。上記実施形態にかかる第１部材の接合部の接合前の上面図である。上記実施形態にかかる第２部材の接合部の上面図である。上記実施形態にかかる突出部と穴部との位置関係を示す模式上面図である。本発明の別の実施形態にかかる接合部材の接合部を示す模式斜視図である。上記実施形態にかかる接合部材の一例としてのプレス成形部材を示す模式斜視図である。上記実施形態にかかるプレス成形部材を成形する金型の構成および金型の動きを表す模式断面図である。上記実施形態にかかるプレス成形部材のプレス成形中の接合部のブランクの挙動を表す模式斜視図である。プレス成形部材の他の例を示す模式斜視図である。上記プレス成形部材の製造工程の一フローを示す模式斜視図である。上記プレス成形部材の製造工程の他のフローを示す模式斜視図である。プレス成形部材の別の例を示す模式斜視図である。従来のプレス成形部材を示す模式斜視図である。

　以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための部材や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

＜第一実施形態＞
　本実施形態では、板材からなる２つの被接合材が接合された部材を対象とし、以下の説明ではその接合部に注目する。したがって、被接合材として、平坦な板状であっても、成形されて３次元的な形状を有する構造部材であってもよい。とくに、形状を限定しない。

（接合部材）
　図１～３に接合部材の接合部の一例を示す。図１は模式斜視図であり、図２は模式側面図であり、図３は上面図である。図中の記号１は第１部材を表し、記号２は第２部材を表す。記号１２は第１部材１に設けられた突出部を表し、記号２１は第２部材２に設けられた穴部を表す。図６は、接合前の第１部材１の上面図であり、図７は第２部材２の上面図であり、図８は、第１部材１と第２部材２とを重ね合わせたときの接合前の突出部１２と穴部２１との位置関係を表す上面図である。本実施形態にかかる接合部材の接合部１１０は、第１部材１と第２部材２とを板厚方向に重ね合わせて接合された部分である。なお、ここで、突出部１２は、図６に例示するように、接合前形状が略長方形状をなす。突出部１２のうち、第１部材の他の部分と接続する辺を接続部１３とする。接続部１３から突出部１２が延伸する方向を長手方向Ｌと定義し、突出部１２の面内でかつ長手方向Ｌと直交する方向を幅方向Ｗと定義する。第２部材２の穴部２１は長方形とし、第１部材１と重ね合わせた状態で突出部１２と同様に長手方向Ｌおよび幅方向Ｗを定義する。本実施形態では、突出部１２は、第１部材１の面内に設けられ、他の部分の枠部１１に囲まれている。また、穴部２１は、その各辺を構成する第２部材２の枠部２２に囲まれている。

　図８に示すように、接合前の突出部１２の長さＬ_１は、穴部２１の長さＬ_２より長い。また、突出部１２は、接合状態で、凸屈曲部１２Ａと凹屈曲部１２Ｂとかしめ部１２Ｃとを有する。凸屈曲部１２Ａは、たとえば、枠部１１と接続部１３で接続して延伸し、穴部２１の長手方向Ｌの一方の縁に接触しながら第２部材の方向に屈曲して形成される。凹屈曲部１２Ｂは、凸屈曲部１２Ａに接続して延伸し、凸屈曲部１２Ａとは反対方向に屈曲して形成され、穴部２１に挿入される。なお、凸屈曲部１２Ａと凹屈曲部１２Ｂとは連続的な曲面としてもよいし、平坦部を間に挟んでもよい。凸屈曲部１２Ａの幅Ｗ_１Ａおよび凹屈曲部１２Ｂの幅Ｗ_１Ｂはいずれも穴部２１の幅Ｗ_２より狭い。かしめ部１２Ｃは凹屈曲部１２Ｂに接続して延伸するとともに長手方向Ｌ先端に向かって幅が広がり、先端の幅Ｗ_１Ｃが穴部の幅Ｗ_２より広い幅となるテーパ形状を持つ。かしめ部１２Ｃは、穴部２１の長手方向Ｌの他方の縁に接触しながら、穴部２１の幅方向Ｗの両縁を押し広げるようにかしめて、第１部材１と第２部材２とが接合される。突出部１２の長さＬ_１は、接合後の突出部１２の接続部１３からかしめ部１２Ｃの先端までの曲面に沿った線長とほぼ等しい。

（接合方法）
　第一実施形態にかかる接合方法について、図４および図５を参照しながら説明する。図４および図５は、第１部材１と第２部材２とを重ね合わせて、（ａ）接合前の状態から、（ｃ）接合完了までの状態を表す、それぞれ、斜視図および幅方向中央部のＸ－Ｘ視断面図である。ブランク状態で、第１部材１には、たとえば、図６に示すように切り抜かれ、枠部１１に囲まれた突出部１２が加工されている。また、ブランク状態で、第２部材２には、図７に示すように枠部２２に囲まれた穴部２１が加工されている。この際の加工方法はせん断加工、レーザー加工、放電加工などいずれでもよく、限定されない。

　突出部１２は、図６の例では、接合前の状態で、接続部１３から延伸し、穴部２１の幅Ｗ_２より狭い幅Ｗ_１Ａ＝Ｗ_１Ｂをもつ平行部１２Ｄを有している。さらに、突出部１２は、平行部１２Ｄから延伸し、先端に向かって幅が広がり、先端の幅Ｗ_１Ｃが穴部の幅Ｗ_２より広い幅となるテーパ形状を持つかしめ部１２Ｃを有している。

　本実施形態にかかる接合方法では、まず、図４（ａ）および図５（ａ）に示すように、第１部材１と第２部材２とを所定の位置で重ね合わせる。図８に例示するように、突出部１２と穴部２１とを配置することが好ましい。突出部１２の平行部１２Ｄの幅方向の縁が、穴部２１の幅方向の縁の内側になるようにし、かしめ部１２Ｃの先端が、穴部２１の外になるように配置する。なお、突出部１２の幅方向中央線と穴部２１の幅方向中央線とを一致させることが好ましい。重ね合わせの位置決め精度を向上させるために位置決めピンなどを用いてもよい。

　次に、図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、平行部１２Ｄを第２部材の方向に押し込む。平行部１２Ｄのうち、第１部材１の他の部分との接続部１３から延伸する第１の部分は、第２部材の方向に屈曲して凸屈曲部１２Ａを形成する。このとき、平行部１２Ｄの接続部１３側を穴部２１の長手方向の一方の縁から所定量だけ余すようにし、凸屈曲部１２Ａがその一方の縁に接触しながら屈曲することが好ましい。

　同時に、突出部１２の裏面と穴部２１の長手方向の他方の縁とが接触し、かしめ部１２Ｃが摺動しながら穴部２１に挿入されていく（図４（ｂ）および図５（ｂ））。この際、凸屈曲部１２Ａとかしめ部１２Ｃとの間に位置する平行部１２Ｄの残りの第２の部分は、凸屈曲部とは反対方向に屈曲して穴部２１に挿入される凹屈曲部１２Ｂを形成する。そして、かしめ部１２Ｃは立ち上り、長手方向で、第２部材２の面に対し角度をもって傾く状態となる。

　さらに、平行部１２Ｄ、つまり、凹屈曲部１２Ｂを押し込み続けると、かしめ部１２Ｃの幅方向両端が、穴部２１の幅方向の両縁に接触する。図４（ｃ）および図５（ｃ）に示すように、所定の荷重およびストロークで、かしめ部１２Ｃが穴部２１を押し広げてかしめた時点で平行部１２Ｄの押し込みを完了する。これにより、第１部材１と第２部材２とは接合される。

＜第２実施形態＞
　本実施形態は、平板状の２枚のブランク（部材）を一つの金型で一体成形する、いわゆる、パッチワーク法でのプレス成形方法およびそれを実現するためのプレス成形金型である。従来のプレス成形との違いは、非接合のまま金型にセットし、成形と同時に接合も行うことにある。

　本実施形態で対象とするプレス成形部材は、少なくとも天板部および縦壁部を有する重ね合わせ部材を成形したものである。本実施形態にかかるプレス成形部材１００の一例を図１０に模式斜視図で示す。図１０に示すように、ハット状断面を有する本体部品１Ａと、その内側にコ字状（溝形）断面を有する補強部品２Ａが重ね合わされ、天板部１１３の幅方向中央で接合されているプレス成形部材１００を例に説明する。本体部品１Ａは、天板部１１３と縦壁部１１４とフランジ部１１５とこれらを繋ぐ稜線部とからなる。補強部品２Ａは、天板部１２２と縦壁部１２３とこれらを繋ぐ稜線部とからなる。天板部１１３、１２２に機械的接合部１１０が配置される。

　図１１は本実施形態にかかるプレス成形方法に用いて好適なプレス成形金型の構成および金型の動きを示す模式断面図である。上型３はダイ３１とパッド３２によって構成される。パッド３２はガスクッションや油圧装置、ばねといった付勢手段としての加圧装置に接続されて設置されており、天板部を下方に負荷できる機構となっている。下型４はパンチ４１となっている。なお、パッド３２とパンチ４１の天板部には、２枚を接合するための接合部を有しているが、ここではまずは部品全体の成形を説明するため、接合に関する説明は省略し、後で詳細に説明する。

（プレス成形方法）
　はじめに、図１１（ａ）に示すように、本体部品となる第１ブランク１Ａと補強部品となる第２ブランク２Ａを重ねてパンチ４１上にセットする。第１ブランク１Ａと第２ブランク２Ａとの位置合わせは、ピンとホールなどの常法を用い、各ブランクの接合部が各金型の正しい位置に合うように設置する。

　次に、図１１（ｂ）に示すように、上型３のダイ３１とパッド３２を下降し、ブランク１、２の天板部１１３、１２２に相当する部分をパッド３２により下方に押し付ける。それにより、パッド３２とパンチ４１の間で天板部１１３、１２２を加圧し、保持する。

　この状態で、図１１（ｃ）に示すように、上型３のダイ３１をさらに下降させ２枚のブランク１、２を同時に曲げ成形しながら縦壁部１１４、１２３とフランジ部１１５を成形することで、目標形状が形成される。

（機械的接合）
　続いて、２枚のブランクの接合ついて説明する。
　本実施形態では、プレス成形中に金型の動きでブランク同士を機械的に接合するものである。本実施形態では、天板部１１３、１２２の接合部１１０に焦点をあてて説明する。

　図４は、接合部１１０におけるプレス成形中の２枚のブランク１Ａ、２Ａの挙動を表す模式斜視図である。図６は、第１ブランク１Ａに形成された突出部１２の接合前の上面図である。図７は、第２ブランク２Ａに形成された穴部２１の上面図である。図８は、第１ブランク１Ａと第２ブランク２Ａとを重ね合わせたときの突出部１２と穴部２１との位置関係を示す上面図である。なお、ここで、突出部１２は、図６に例示するように、接合前形状が略長方形状をなし、第１ブランク１Ａの他の部分と接続する辺を接続部１３とする。接続部１３から突出部１２が延伸する方向を長手方向Ｌと定義し、突出部１２の面内でかつ長手方向Ｌと直交する方向を幅方向Ｗと定義する。第２ブランク２Ａの穴部２１は長方形とし、重ね合わせた状態で突出部１２と同様に長手方向Ｌおよび幅方向Ｗを定義する。第１ブランク１Ａへの突出部１２の加工や第２ブランク２Ａへの矩形の穴部２１の加工は、せん断加工、レーザー加工、放電加工などいずれでもよく、限定されない。突出部１２と穴部２１との位置合わせは、上記第１実施形態と同様でよい。

　図１２は、図４のＸ－Ｘ視断面で示す接合部１１０近傍の金型３、４およびブランク１Ａ、２Ａの挙動を示す模式拡大断面図である。上型３となるパッド３２の接合部は凸状の押込部３２Ａと、その押込部３２Ａに隣接して凹状の第１逃がし部３２Ｂを有している。下型４となるパンチ４１の接合部は凹状の第２逃がし部４１Ａを有している。

　ブランク１、２を上記の所定の位置にセットした後にパッド３２を下降させ、図１２（ａ）に示すようにパッド３２の押込部３２Ａが突出部１２の平行部１２Ｄに接触するようにする。その後、図１２（ｂ）に示すようにパット３２が下降するに伴い押込部３２Ａが穴部２１に挿入されるかたちとなる。そして、突出部１２の平行部１２Ｄを曲げ変形させる。平行部１２Ｄのうち、第１ブランク１Ａの他の部分との接続部１３から延伸する第１の部分は、第２ブランク２Ａの方向に屈曲して凸屈曲部１２Ａを形成する。このとき、平行部１２Ｄの接続部１３側を穴部２１の長手方向の一方の縁から所定量だけ余すようにし、凸屈曲部１２Ａがその一方の縁に接触しながら屈曲することが好ましい。

　この時、第１ブランクの突出部１２裏面と第２ブランクの穴部２１の長手方向他方の縁が接触することでかしめ部１２Ｃは立ち上がる。この際、凸屈曲部１２Ａとかしめ部１２Ｃとの間に位置する平行部１２Ｄの残りの第２の部分は、凸屈曲部とは反対方向に屈曲して穴部２１に挿入される凹屈曲部１２Ｂを形成する。なお、凸屈曲部１２Ａと凹屈曲部１２Ｂとは連続的な曲面としてもよいし、平坦部を間に挟んでもよい。かしめ部１２Ｃは第２ブランクに対して角度を有する状態となる。ここで、突出部１２が押し込まれる際、パンチ４１に第２逃がし部４１Ａがあることで、突出部１２の凹屈曲部１２Ｂと下型４との接触を回避できる。また、かしめ部１２Ｃが立ち上がる際、パッド３２に第１逃がし部３２Ｂがあることで、かしめ部１２Ｃの先端と上型３との接触を回避することができる。

　さらに、パッド３２を押し込み続けると、図１２（ｃ）に示すように、穴部２１の内部にかしめ部１２Ｃが挿入される。かしめ部１２Ｃの幅が穴部２１の幅以上となる部分が穴部２１に挿入された時点で、かしめ部１２Ｃが穴部２１を幅方向に押し広げるようにかしめる。これにより、２つの部材１、２は接合される。図１２（ｃ）の時点ではパッド３２とパンチ４１とで２枚のブランクを加圧、保持し、この状態を維持しながら、ダイ３１によって縦壁部１１４、１２３とフランジ部１１５が成形される。

　上記の例では、上型３のパッド３２に押込部３２Ａと第１逃がし部３２Ｂ、下型４に第２逃がし部４１Ａを有する金型の例を示したが、下型４に押込部と第１逃がし部、上型３に第２逃がし部があってもよい。

　また、上記は天板部１１３、１２２に接合部１１０を有する例として説明したが、図１３に示すように接合部１１０は縦壁部１１４、１２３にあってもよい。この場合は図１１（ｃ）に示すようにプレス下死点で、ダイ３１とパンチ４１が、２枚のブランクを挟圧した段階で接合することになる。たとえば、ダイ３１の押込部が縦壁部１１４、１２３の面直方向に動くカム機構を採用することが好ましい。

　後続の溶接工程を有する場合には、接合部１１０は、重ね合わせたブランクを一体で成形した際に部品同士が乖離することを防止するだけの結合力を有していればよい。もし、所定の数の接合部１１０では結合力が足りないと予測される場合は、さらに、接合部１１０の数を増やしてもよい。

＜第３実施形態＞
　本発明の第３実施形態は、天板部および縦壁部からなるコ字状断面、または、天板部、縦壁部およびフランジ部からなるハット状断面を有する部材同士を機械接合するプレス成形部材の接合方法である。たとえば、図１０に示すように、ハット状断面を有する第１部材１と、その内側にコ字状断面を有する第２部材２が重ね合わされ、天板部１１３、１２２の中央で接合されているプレス成形部材１００を例に説明する。

　図１４は、上記実施形態にかかるプレス成形部材１００の製造工程のフローを示す模式斜視図である。ここで、第１部材１となるブランクを第１ブランク１Ａ、第２部材２となるブランクを第２ブランク２Ａとする。まず、ブランク加工工程で、それぞれのブランク１Ａ、２Ａにおいて、外周をブランク形状に加工する（図１４（ａ）、（ｂ））。さらに、第１ブランク１Ａの接合部１１０に相当する箇所に突出部１２を形成する（図１４（ａ））。そして、第２ブランク２Ａの接合部１１０に相当する箇所に矩形の穴部２１を形成する（図１４（ｂ））。図６および図７にそれぞれ突出部１２および穴部２１の例を上面図で示す。なお、ここで、突出部１２は、図６に例示するように、接合前形状が略長方形状をなし、第１ブランク１Ａの他の部分と接続する辺を接続部１３とする。接続部１３から突出部１２が延伸する方向を長手方向Ｌと定義し、突出部１２の面内でかつ長手方向Ｌと直交する方向を幅方向Ｗと定義する。第２ブランク２Ａの穴部２１は長方形とし、重ね合わせた状態で突出部１２と同様に長手方向Ｌおよび幅方向Ｗを定義する。突出部１２の長さは穴部の長さより長い。また、幅は長手位置によって異なっており、穴部２１より狭い幅となっている平行部１２Ｄと、先端が最も幅広でかつ穴部より広い幅となっているテーパ状のかしめ部１２Ｃを有している。ここで、ブランク加工工程での第１ブランク１Ａへの突出部１２の加工や第２ブランク２Ａへの矩形の穴部２１の加工はせん断加工、レーザー加工、放電加工など限定されない。

　次に、成形工程でプレス成形により、第１ブランク１Ａは、天板部１１３、縦壁部１１４およびフランジ部１１５からなるハット状断面の部品形状に成形して第１部材１を得る（図１４（ｃ））。そして、第２ブランク２Ａは、天板部１２２および縦壁部１２３からなるコ字状断面の部品形状に成形し第２部材２を得る（図１４（ｄ））。ここで、プレス成形の様式として、曲げや絞りなどを適用でき、特に制限はない。

　続く接合工程では、まず、第１部材１と第２部材２を板厚方向に重ね合わせる。図８は、第１部材１と第２部材２とを重ね合わせたときの突出部１２と穴部２１との位置関係を示す上面図である。突出部１２と穴部２１とを図８に示すような配置することが好ましい。突出部１２の平行部１２Ｄの幅方向の縁が、穴部２１の幅方向の縁の内側になるようにし、かしめ部１２Ｃの先端が、穴部２１の外になるように配置する。なお、突出部１２の幅方向中央線と穴部２１の幅方向中央線とを一致させることが好ましい。このように、２枚の部材の相対位置の精度が必要なため、位置決めピン等を適用して部材をセットするとよい。

　部材をセットした後、金型によって接合部１１０を押圧することで接合する。図４（ａ）～（ｃ）に未接合の状態から接合完了までの状態の斜視図をそれぞれ示す。図１２に接合部の幅方向中央のＸ－Ｘ視断面における略式断面図を示す。上型３には凸状の押込部３２Ａと、その押込部３２Ａに隣接して凹状の第１逃がし部３２Ｂを有している。下型４には凹状の第２逃がし部４１Ａを有している。上型３を下降させ、図１２（ａ）に示すようにパッド３２の押込部３２Ａが突出部１２の平行部１２Ｄに接触する。その後、図１２（ｂ）に示すようにパット３２が下降するに伴い押込部３２Ａが穴部２１に挿入されるかたちとなる。そして、突出部１２の平行部１２Ｄを曲げ変形させる。平行部１２Ｄのうち、第１部材１の他の部分との接続部１３から延伸する第１の部分は、第２部材２の方向に屈曲して凸屈曲部１２Ａを形成する。このとき、平行部１２Ｄの接続部１３側を穴部２１の長手方向の一方の縁から所定量だけ余すようにし、凸屈曲部１２Ａがその一方の縁に接触しながら屈曲することが好ましい。

　この時、第１部材１の突出部１２裏面と第２部材２の穴部２１の長手方向の他方の縁が接触することでかしめ部１２Ｃは立ち上がる。この際、凸屈曲部１２Ａとかしめ部１２Ｃとの間に位置する平行部１２Ｄの残りの第２の部分は、凸屈曲部１２Ａとは反対方向に屈曲して穴部２１に挿入される凹屈曲部１２Ｂを形成する。なお、凸屈曲部１２Ａと凹屈曲部１２Ｂとは連続的な曲面としてもよいし、平坦部を間に挟んでもよい。かしめ部１２Ｃは第２ブランクに対して角度を有する状態となる。ここで、突出部１２が押し込まれる際、パンチ４１に第２逃がし部４１Ａがあることで、突出部１２の凹屈曲部１２Ｂと下型４との接触を回避できる。また、かしめ部１２Ｃが立ち上がる際、パッド３２に第１逃がし部３２Ｂがあることで、かしめ部１２Ｃの先端と上型３との接触を回避することができる。

　さらに、パッド３２を押し込み続けると、図１２（ｃ）に示すように、穴部２１の内部にかしめ部１２Ｃが挿入される。かしめ部１２Ｃの幅が穴部２１の幅以上となる部分が穴部２１に挿入された時点で、かしめ部１２Ｃが穴部２１を幅方向に押し広げるようにかしめる。これにより、２つの部材１、２は接合される。

（第４実施形態）
　第３実施形態で説明したように、接合工程では、第１部材１の突出部１２と第２部材２の穴部２１とを高い精度で位置合わせする必要がある。ブランク工程で事前に加工した場合には、突出部１２や穴部２１の位置が成形工程で変動する可能性もある。本発明の第４実施形態では、プレス成形後の部品に突出部１２および穴部２１を形成する。

　図１５は、第２実施形態にかかるプレス成形部材１００の製造工程のフローを示す模式斜視図である。ブランク加工工程では、第１ブランク１Ａと第２ブランク２Ａとの外周をブランク形状に加工する（図１５（ａ）、（ｂ））。次に、成形工程でプレス成形により、第１ブランク１Ａは、天板部１１３、縦壁部１１４およびフランジ部１１５からなるハット状断面の部品形状に成形して第１部材１を得る（図１５（ｃ））。そして、第２ブランク２Ａは、天板部１２２および縦壁部１２３からなるコ字状断面の部品形状に成形し第２部材２を得る（図１５（ｄ））。続いて、図７の例では、第１部材１の天板１１３に突出部１２を形成する（図１５（ｅ））。そして、第２部材２の天板部１２２に穴部２１を形成する（図１５（ｆ））。接合工程は、第３実施形態同様に、突出部１２と穴部２１とを位置合わせし、機械接合する。第４実施形態では、各部材の成形後に突出部１２と穴部２１とを形成するので、接合時に２つの部材を高い位置精度でセットすることができる。

（第５実施形態）
　上記で説明した例は、いずれもハット状断面の第１部材１の内側にコ字状断面の第２部材２が配置され接合されるプレス成形部材であった。一方、図１６に示すように２つのハット状断面の部材１、２どうしをフランジ部１１５、１２４で接合される第５実施形態にかかるプレス成形部材とすることもできる。

（第６実施形態）
　また、上記で説明した接合方法は、第１部材１と第２部材２の内部のある点を接合することを想定しているが、図９に示すように第１部材１の端部で第２部材２と接合する場合であってもよい。その場合は、突出部１２を第１部材１の端部に張り出して加工する。

（その他の条件）
　本発明は、部品の最終的な溶接工程の前に部材同士を繋ぎとめる仮接合の目的で適用が想定される。したがって、仮接合後に部品同士が乖離することを防止するだけの結合力を有していればよい。もし結合力が足りない場合は接合部の数を増やしてもよい。

　また、上記の例では、突出部を略長方形とし、穴部を長方形とした。突出部と穴部との相対的な寸法関係については、突出部の長さＬ_１は穴部の長さＬ_２より大きく、凸屈曲部および凹屈曲部の幅Ｗ_１Ａ、Ｗ_１Ｂは穴部の幅Ｗ_２より狭く、かしめ部の最大幅Ｗ_１Ｃは、穴部の幅Ｗ_２より広い必要がある。突出部の長さＬ_１は、接合後の突出部の接続部からかしめ部の先端までの曲面に沿った線長とほぼ等しい。これらの相対的な寸法関係を満足すれば、突出部および穴部の長さや幅、形状、ならびに比率に制限はない。接合後に部品の自重や外部負荷により突出部が変形し、部品同士に隙間が生じる場合は、突出部および穴部をより幅広にすることで変形しにくくするとよい。たとえば、引張強度が２７０～１８００ＭＰａで板厚が０．７～２．３ｍｍの鋼板に適用できる。突出部の寸法を長さＬ_１×最大幅Ｗ_１Ｃで１０～５０ｍｍ×５～５０ｍｍとし、穴部の寸法を長さＬ_２×幅Ｗ_２で７～３５ｍｍ×５～５０ｍｍとすることができる。また、かしめ部のテーパの開き角度φは、０．５～１０°とすることができる。かしめ部と第２部材の面とのなす角度θは、３０°以上９０°未満であることが好ましい。

＜接合部材の製造方法＞
　上記実施形態にかかる接合方法によって、第１部材１と第２部材２とを接合する接合工程を含み、たとえば、コ字状断面、または、ハット状断面を有する第１部材１と第２部材２とが接合された接合部材１００の製造方法とすることができる。この、接合部材１００の製造方法には、溶接工程を含んでもよい。また、接合工程の前に接着剤を塗布する工程を含んでもよい。その場合、上記実施形態にかかる機械接合を接着剤による部材の接合の養生に用いてもよい。

　本発明によれば、部材に曲げ変形を与え、さらにエッジ部でのかしめを活用した接合部材および接合方法である。大きな塑性変形を与える従来の接合方法に比べ部材へのダメージは少ない。これにより、高張力鋼板のような延性の乏しい材料であっても亀裂等による品質不良を生じさせることなく安定した接合が可能となる。また、たとえば、プレス成形によって成形された部品同士が仮接合された状態で得られるため、続く溶接工程で溶接が容易になりコスト低減に寄与することができる。

１００　接合部材（プレス成形部材）
１１０　（機械的）接合部
１１１　（溶接）接合部
１　第１部材
１Ａ　第１ブランク（本体部品）
１Ｂ　第１部材（本体部品）
１１　枠部
１２　突出部
１２Ａ　凸屈曲部
１２Ｂ　凹屈曲部
１２Ｃ　かしめ部（テーパ）
１２Ｄ　平行部
１３　接続部
１１３　（本体部品）天板部
１１４　（本体部品）縦壁部
１１５　フランジ部
２　第２部材
２Ａ　第２ブランク（補強部品）
２Ｂ　第２部材（補強部品）
２１　穴部
２２　枠部
１２２　（補強部品）天板部
１２３　（補強部品）縦壁部
１２４　（補強部品）フランジ部
３　上型
３１　ダイ
３２　パッド
３２Ａ　押込部
３２Ｂ　（第一）逃がし部
４　下型
４１　パンチ
４１Ａ　（第二）逃がし部

Claims

突出部を備える第１部材と穴部を備える第２部材とが板厚方向に重ね合わせて接合された接合部材であって、
前記突出部は、接合前の長さが前記穴部より長く、
前記突出部は、
前記穴部より狭い幅を持ちかつ前記第１部材の他の部分に接続して延伸し前記第２部材の方向に屈曲して形成される凸屈曲部と、
前記穴部より狭い幅を持ちかつ前記凸屈曲部に接続して延伸し前記凸屈曲部と反対方向に屈曲して形成され、前記穴部に挿入された凹屈曲部と、
前記凹屈曲部に接続して延伸するとともに先端に向かって幅が広がり、先端が前記穴部より広い幅となるテーパ形状を持ち、前記穴部を押し広げるようにかしめるかしめ部と、
を有する、接合部材。
前記第１部材は、平坦部に前記突出部を有し、
前記第２部材は、平坦部に前記穴部を有し、
前記第１部材と前記第２部材とは板厚方向に重ね合わせて一体で成形され、
少なくとも天板部および縦壁部を有するコ字状断面またはハット状断面を有するとともに、前記平坦部に相当する箇所で前記第１部材と前記第２部材とがプレス成形により接合された、請求項１に記載の接合部材。
前記平坦部が前記天板部および前記縦壁部の少なくとも一方である、請求項２に記載の接合部材。
請求項２または３に記載の接合部材をプレス成形するためのプレス成形金型であって、
前記第１部材と前記第２部材とを重ね合わせて、少なくとも天板部および縦壁部を有するコ字状断面またはハット状断面の部材を一体で成形し、部材の平坦部に相当する箇所で前記２枚のブランクを接合する接合部を備え、
前記接合部は、対向する１対の金型のうち一方に設けられた凸状の押込部および前記押込部に隣接する凹状の第１逃がし部と、他方の金型に設けられ、前記凸状の押込部が挿入される凹状の第２逃がし部と、を有する、プレス成形金型。
前記対向する１対の金型はパッドとパンチである、請求項４に記載のプレス成形金型。
前記対向する１対の金型はダイとパンチである、請求項４に記載のプレス成形金型。
突出部を備える第１部材と、穴部を備える第２部材とを板厚方向に重ね合わせて接合する接合方法であって、
前記突出部の接合前の長さを前記穴部より長くし、
前記第１部材の他の部分に接続して延伸し、前記穴部より狭い幅を持つ、前記突出部の第１の部分を前記第２部材の方向に屈曲して凸屈曲部を形成し、
前記凸屈曲部に接続して延伸し、前記穴部より狭い幅を持つ、前記突出部の第２の部分を前記凸屈曲部と反対方向に屈曲し前記穴部に挿入して凹屈曲部を形成し、
前記凹屈曲部に接続して延伸するとともに先端に向かって幅が広がり、先端が前記穴部より広い幅となるテーパ形状部分が前記穴部を押し広げるようにかしめてかしめ部を形成する、接合方法。
前記第１部材および前記第２部材は金属板からなりプレス成形によって成形され、天板部、縦壁部からなるコ字状断面、または天板部、縦壁部、フランジ部からなるハット状断面を有する部材をプレス成形によって接合する方法であって、
前記金属板に対し、少なくとも外周を加工し、第１ブランクおよび第２ブランクを得るブランク加工工程と、
前記第１ブランクおよび第２ブランクをそれぞれプレス成形によって目標形状に成形し前記第１部材および前記第２部材を得る成形工程と、
請求項７に記載の方法で前記第１部材と前記第２部材とを接合する接合工程と、を含む、請求項７に記載の接合方法。
前記第１部材と前記第２部材とを前記天板部および前記フランジ部のうち少なくとも一方で接合する、請求項８に記載の接合方法。
前記第１部材は、平坦部に前記突出部を有し、前記第２部材は、平坦部に前記穴部を有し、前記第１部材と前記第２部材とを板厚方向に重ね合わせて一体で成形し、天板部、縦壁部からなるコ字状断面、または天板部、縦壁部、フランジ部からなるハット状断面を有する部材を成形するとともに、前記平坦部に相当する箇所で前記第１部材と前記第２部材とをプレス成形によって接合する方法であって、
対向する一対の金型のうち一方に設けられた凸状の押込部および前記押込部に隣接し凹状の第１逃がし部と、他方の金型に設けられ、前記凸状の押込部が挿入される凹状の第２逃がし部と、を有する接合部を備えるプレス成形金型を用いて、
前記第１部材の前記突出部のうち前記第１部材の他の部分に接続して延伸し、前記穴部より狭い幅を持つ部分を前記押込部により前記穴部および前記第２逃がし部の中に押し込み、
前記突出部のうちテーパ形状を持ち先端側が前記穴部より広い幅を持つかしめ部を前記穴部の長手方向の縁と接触させることで前記かしめ部を立ち上げて前記かしめ部の先端側を前記第１逃がし部内に配し、前記かしめ部が前記穴部を幅方向に押し広げるようにかしめる接合工程と、
他の部位を目標形状に成形する成形工程と、
を含む、請求項７に記載の接合方法。
前記平坦部は前記天板部および前記縦壁部の少なくとも一方である、請求項１０に記載の接合方法。
前記対向する一対の金型はパッドとパンチであり、パッドを下降させ、重ね合わせた部材をパンチで挟圧し接合する、請求項１０または１１に記載の接合方法。
前記対向する一対の金型はダイとパンチであり、ダイを下降させ、重ね合わせた部材をパンチで挟圧し接合する、請求項１０または１１に記載の接合方法。
請求項７～１３のいずれか１項に記載の接合方法を用いて、前記第１部材と前記第２部材とを重ね合わせて接合する工程を含む、接合部材の製造方法。