JP6765310B2

JP6765310B2 - 部材の接合方法および接合体

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Publication number: JP6765310B2
Application number: JP2017003591A
Authority: JP
Inventors: 康裕前田; 徹橋村; 良平幸重
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2020-10-07
Anticipated expiration: 2037-01-12
Also published as: JP2018111115A; WO2018131512A1; US11084083B2; DE112017006800B4; CN110139721A; CN110139721B; US20190374994A1; DE112017006800T5

Description

本発明は、部材の接合方法および接合体に関する。

自動車の軽量化や安全性向上のために、ハイテンション鋼と呼ばれる低比重かつ高強度の金属が使用されている。ハイテンション鋼は、軽量化や安全性向上に有効であるが、アルミなどの低比重材料と比較すると重い。また、ハイテンション鋼を使用すると、高強度ゆえに、成形性の低下、成形荷重の上昇、および寸法精度の低下などの問題が生じる。これらの問題を解決するために、近年、鋼よりも低比重であるアルミニウム合金の押出材、鋳造品（ダイキャスト品）およびプレス成形品が車両部品に用いられる。このアルミニウム合金は低比重であるので、軽量化には有効であるが、低強度であるため安全性は乏しい。そのため、外板部品（プレス成形品）や、剛性が求められる部品（押出材・ダイキャスト材）に用いられる場合が多い。以上述べてきた、鋼製部品とアルミニウム合金部品を車両の適所に活用するマルチマテリアル化は、車両軽量化に伴うコストアップを抑えるのに有効である。

マルチマテリアル化で問題となるのは鋼製部品とアルミ製部品のような異種金属の接合である。例えば、特許文献１および特許文献２では、弾性体を利用することによりマルチマテリアル化における異種金属の接合を可能にする部材の接合方法が開示されている。詳細には、これらの部材の接合方法では、板部材の穴に管部材を挿入し、管部材の内側に弾性体を挿入し、弾性体を加圧することで管部材を拡管して、板部材と管部材をかしめ接合している。

特開昭５１−１３３１７０号公報特開平９−１９２７６０号公報

しかし、特許文献１および特許文献２に開示された部材の接合方法では、仮に管部材（管体）に内リブが設けられた場合、内リブによって拡管が抑制されるため、接合体における十分な接合強度を得ることができないことが考えられる。特に、特許文献１および特許文献２では、そのような内リブに起因する接合強度の低下に対する特段の示唆もない。

本発明は、管体に内リブが設けられている場合であっても、内リブが設けられていない場合と同程度の十分な接合強度を得ることのできる部材の接合方法と、当該方法によって接合された十分な接合強度を有する接合体とを提供することを課題とする。

本発明の部材の接合方法は、上下方向に延びる中心軸を有し、内部を仕切るように前記中心軸方向に延びた内リブが設けられており、前記内リブには前記内リブの下端から前記中心軸方向に切り欠かれた切欠部が設けられている管体と、前記管体を挿入可能な孔部を有する壁面体と、前記管体に挿入可能な弾性体とを準備し、前記壁面体の前記孔部に前記管体を挿入し、前記管体の前記内リブで仕切られた内部空間に前記弾性体を挿入し、前記弾性体を前記管体の前記中心軸方向に圧縮して前記中心軸の径方向外側に向けて膨張させ、それによって前記管体の前記壁面体への挿入部を拡管して前記壁面体にかしめ接合することを含む。

この方法によれば、弾性体により管体を均等に拡管できるため、管体に対する局所的な負荷を軽減でき、局所的な変形を防止できる。従って、その他の接合方法に比べて、管体と壁面体とを高精度に嵌合でき、即ち接合強度を向上できる。また、管体には、強度向上等の観点から内リブが設けられているが、内リブの下端には切欠部が設けられているため、内リブが拡管の際の抵抗となり難く、管体の挿入部を十分に拡管できる。従って、管体に内リブが設けられていない場合と同程度の十分な接合強度を確保できる。

前記壁面体の前記孔部は、前記孔部の壁面が前記中心軸方向に立ち上がるようにバーリング加工されていてもよい。

この方法によれば、バーリング加工によって孔部の壁面が立ち上げられるため、管体と壁面体との接合面積が増大する。従って、接合強度を向上できる。

前記バーリング加工によって立ち上げられた前記孔部はＣ面を有していてもよい。

この方法によれば、孔部にＣ面が設けられていることで、管体をより大きく拡管できる。詳細には、Ｃ面を設けるバーリング加工は、例えば単に壁面を垂直に立ち上げるバーリング加工と比べて、孔部をより大きく形成できる。そのため、孔部がより大きく形成された分、管体をより大きく拡管できる。従って、抜け止めとなる拡管される部分を大きく形成できるため、接合強度を向上できる。

前記バーリング加工によって立ち上げられた前記孔部の前記壁面の上端縁は、直辺部と、前記直辺部を接続する角部とを備え、前記直辺部は前記角部よりも高く立ち上げられていてもよい。

この方法によれば、直辺部が角部より高く形成されている。そのため、直辺部における管体と壁面体との接合面積を角部における該接合面積よりも大きくできる。管体は、剛性の観点から、角部にて拡管され難く、直辺部にて拡管され易い。従って、拡管され易い直辺部における接合面積を大きくすることで、効率的に接合強度を向上できる。

前記切欠部の高さは、前記バーリング加工によって立ち上げられた前記孔部の前記壁面の上端縁の高さ以上であってもよい。

この方法によれば、切欠部の高さが孔部の壁面の上端縁の高さ（バーリング高さ）以上であるため、管体の下端部（挿入部）をこのバーリング高さまでは大きく拡管できる。そのため、バーリング加工された孔部全体に対して管体を拡管させてかしめ接合できるため、接合強度を向上できる。ここで、バーリング高さとは、バーリング加工によって立ち上げられた孔部の上端縁の高さをいう。

前記切欠部は、前記内リブにおいて、前記管体の内面との接続部に設けられていてもよい。

この方法によれば、切欠部が上記接続部に設けられていることで、即ち接続部において内リブと管体の内面が部分的に分離されていることで、内リブが管体の拡管に対する抵抗となることを効率的に抑制できる。従って、管体の拡管量を増大でき、接合強度を向上できる。

本発明の接合体は、上下方向に延びる中心軸を有する管体と、前記管体を挿通可能な孔部を有する壁面体とを備え、前記管体の挿入部が拡管された状態で前記壁面体とかしめ接合されており、前記管体の挿入部には、内部を仕切るように前記中心軸方向に延びた内リブが設けられており、前記内リブには前記内リブの下端から前記中心軸方向に切り欠かれた切欠部が設けられている。

この構成によれば、接合体において、上記のように、内リブが設けられていても、内リブに切欠部が設けられているため、内リブが設けられていない場合と同程度の十分な接合強度を得ることができる。

本発明によれば、接合体において、管体に内リブが設けられていても、内リブに切欠部が設けられているため、内リブが設けられていない場合と同程度の十分な接合強度を得ることができる。

本発明の実施形態に係る部材の接合方法によって接合された接合体の上方からの斜視図。図１の接合体の接合体の下方からの斜視図。実施形態に係る部材の接合方法の第１工程図。実施形態に係る部材の接合方法の第２工程図。実施形態に係る部材の接合方法の第３工程図。実施形態に係る部材の接合方法の第４工程図。実施形態に係る部材の接合方法の第５工程図。実施形態に係る部材の接合方法の第６工程図。実施形態に係る部材の接合方法の第７工程図。図２の接合体の比較例を示す斜視図。管体の変形例を示す底面図。管体の他の変形例を示す底面図。管体の他の変形例を示す底面図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１に示すように、本実施形態の部材の接合方法は、壁面体１０と管体２０とを接合して接合体１を形成する方法である。この部材の接合方法では、管体２０の壁面体１０への挿入部が中心軸Ｌの径方向外側へ膨張し、管体２０が壁面体１０の孔部１１にかしめ接合され、接合体１が形成される。

壁面体１０は、平面視において（中心軸Ｌ方向から見て）概ね矩形の孔部１１を有する板部材である。孔部１１の内形は、平面視において、管体２０の外形と相似形であることが好ましく、さらに管体２０を挿通可能な範囲で極力小さい方が好ましい。また、孔部１１はバーリング加工されており、即ち孔部１１の壁面は中心軸Ｌ方向（上方向）に立ち上げられている。特にこのバーリング加工によって、孔部１１の縁部（上端縁）１２の直辺部１３は、角部１４よりも高く立ち上げられている。このような壁面体１０は、例えば、ハイテンション鋼やアルミニウム合金からなる金属部材であり、自動車に取り付けられるバンパーシステムの取り付けプレートの一部であり得る。

管体２０は中心軸Ｌ方向（上下方向）に延びており、中心軸Ｌに直交する断面の形状は概ね矩形である。管体２０の内部には中心軸Ｌ方向から見て十字型の内リブ２１が設けられており、管体２０の内部空間は内リブ２１によって四つに仕切られている。また、図２に示すように、内リブ２１は、管体２０の上端から下端まで延びており、下端において中心軸Ｌ方向に切り欠かれた切欠部２２を有する。切欠部２２は、内リブ２１において、管体２０の内面との接続部に設けられている。本実施形態では、四つの接続部が存在するため、当該位置に合わせて四つの切欠部２２が設けられている。切欠部２２の深さ（高さ）Ｄは、後述するように壁面体１０の孔部１１の縁部１２の立ち上げ高さ（以降、バーリング高さという）以上であることが好ましい。切欠部２２の幅Ｗは、小さい方が好ましいが、最大で管体２０の内幅全体であり得る。換言すれば、管体２０の内幅全体の切欠部２２が設けられた状態とは、内リブ２１が端部から深さＤまで全て除去された状態をいう。このような状態は、接合体１が外力を受けた際のピーク荷重を低下できる利点がある。このような管体２０は、例えば、アルミニウム合金製の押し出し材であり、自動車に取り付けられるバンパーシステムのステイの一部であり得る。

図３Ａから図３Ｇを参照して、図１および図２に示すような接合体１を形成する本実施形態の部材の接合方法を第１工程から第７工程に分けて説明する。

図３Ａに示すように、第１工程では、載置台３０に載置された上記壁面体１０と、上記管体２０と、弾性体４０とを準備する。載置台３０の上面は平坦であり、この上面の中央部には、座ぐり穴３１が設けられている。座ぐり穴３１は、平面視において、管体２０の外形と相似形であり、管体２０の外形よりもわずかに小さく形成されている。また、前述のバーリング加工によって孔部１１にはＣ面１５が形成されている。Ｃ面１５の形成角度は一般に４５度であり、本実施形態でも４５度で図示されているが、形成角度は任意であり得る。なお、管体２０には前述の通り内リブ２１に切欠部２２（図１，２参照）が設けられているが、図３Ａは断面図であるため、内リブ２１は図示されない。また、弾性体４０は、弾性を有する材質からなり、例えば、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、ＣＮＲゴム（クロロプレンゴム＋ニトリルゴム）、またはシリコンゴム等からなる。弾性体４０は、仕切られた管体２０の内部空間の数に対応して四つ準備されている。各弾性体４０は、管体２０内に挿入可能な大きさの円柱状であり、中央に長手方向に延びる貫通孔４１を有する。

図３Ｂに示すように、第２工程では、管体２０を壁面体１０の孔部１１に挿通して載置台３０に載置する。このとき、管体２０は、載置台３０の座ぐり穴３１内には進入せず、載置台３０の上面に載置される。また、仮想的に図示された切欠部２２の高さＤは、壁面体１０の孔部１１のバーリング高さＨよりわずかに高い。

図３Ｃに示すように、第３工程では、パッド５０によって壁面体１０を載置台３０に押圧して固定する。パッド５０は、平面視において管体２０の外形と相似形の概ね四角筒状であり、下端に壁面体１０を押圧するためのフランジ部５１を有する。パッド５０は、図示しないプレス装置等に機械的に接続されており、壁面体１０を載置台３０に向かって押圧して固定できる程度の所定の力で上下動可能である。

図３Ｄに示すように、第４工程では、加圧具６０に挟持された状態の弾性体４０を管体２０の内部に挿入する。加圧具６０は、上具６１と下具６２とばね６３とからなる。上具６１は、円柱状の上部ヘッド６１ａと、上部ヘッド６１ａから下向きに延びる四つの円筒状のレシーバ６１ｂとを備える。下具６２は、管体２０に挿入可能な大きさの四つの下部ヘッド６２ａと、各下部ヘッド６２ａからそれぞれ上向きに延びるロッド６２ｂとを備え、各下部ヘッド６２ａは載置台３０の座ぐり穴３１内に配置されている。ロッド６２ｂは、弾性体４０の貫通孔４１を貫通した状態で、レシーバ６１ｂに挿入されている。ロッド６２ｂの上面と上部ヘッド６１ａの下面との間にはばね６３が配置されており、ばね６３によって上具６１と下具６２は互いに離れる方向に付勢される。なお、図３Ｄは断面図であるため、四つのレシーバ６１ｂのうち二つのレシーバ６１ｂが図示されており、同様に、四つのロッド６２ｂのうち二つのロッド６２ｂが図示されている。また、第４工程は、第２工程の前に行われてもよい。即ち、加圧具６０が挿入された状態の管体２０を載置台３０に載置してもよい。

図３Ｅに示すように、第５工程では、上具６１の上部ヘッド６１ａをばね６３の付勢力に抗して下方へ押圧し、加圧具６０を介して弾性体４０を管体２０の中心軸Ｌ方向に圧縮して中心軸Ｌの径方向外側に向けて膨張させ、それによって管体２０の端部を拡大変形させて壁面体１０にかしめ接合する。このとき、管体２０は、壁面体１０の孔部１１のＣ面１５に沿って変形されるとともに、壁面体１０の孔部１１の上部が部分的に拡管される。管体２０の拡管後、上部ヘッド６１ａに付加した押圧力を除去すると、ばね６３の付勢力および自身の弾性力によって加圧具６０および弾性体４０はそれぞれ元の形状（図３Ｄ）に復元する。

図３Ｆに示すように、第６工程では、元の形状（図３Ｄ）に復元した加圧具６０と弾性体４０とを管体２０から取り出す。取り出した後も、管体２０は塑性変形しているため、拡管された形状を維持し、第５工程で施されたかしめ接合は解かれない。

図３Ｇに示すように、第７工程では、パッド５０に付加した押圧力を解放し、パッド５０を取り外す。このようにして、管体２０と壁面体１０とが接合された接合体１が得られる。

以上のようにして、得られた接合体１は以下のような効果を有する。

本実施形態によれば、弾性体４０により管体２０を均等に拡管できるため、管体２０に対する局所的な負荷を軽減でき、局所的な変形を防止できる。従って、その他の接合方法に比べて、管体２０と壁面体１０とを高精度に嵌合でき、即ち接合強度を向上できる。また、管体２０には、強度向上等の観点から内リブ２１が設けられているが、内リブ２１の下端には切欠部２２が設けられているため、内リブ２１が拡管の際の抵抗となり難く、管体２０の挿入部を十分に拡管できる。従って、管体２０に内リブ２１が設けられていない場合と同程度の十分な接合強度を確保できる。

図４に示すように、仮に内リブ２１に切欠部２２が設けられていない場合、前述のような弾性体４０を使用したかしめ接合を行っても、内リブ２１が管体２０を拡管する際の抵抗となるため、管体２０が十分に拡管されない。これに対し、本実施形態では図２に示すように、内リブ２１を管体２０に設けたことで、拡管に対する抵抗を抑制し、管体２０を十分に拡管できる。

また、バーリング加工によって壁面体１０の孔部１１の壁面が立ち上げられているため、管体２０と壁面体１０との接合面積が増大し、接合強度が向上している。

また、孔部１１にＣ面１５（図３Ａ参照）が設けられていることで、管体２０をより大きく拡管できる。詳細には、Ｃ面１５を設けるバーリング加工は、例えば単に垂直に立ち上げるバーリング加工と比べて、孔部１１をより大きく形成できる。そのため、孔部１１がより大きく形成された分、管体２０をより大きく拡管できる。従って、抜け止めとなる拡管される部分を大きく形成できるため、接合強度を向上できる。

また、孔部１１の縁部１２では直辺部１３が角部１４より高く形成されている（図１参照）。そのため、直辺部１３における管体２０と壁面体１０との接合面積を角部１４における該接合面積よりも大きくできる。管体２０は、剛性の観点から、角部１４にて拡管され難く、直辺部１３にて拡管され易い。従って、拡管され易い直辺部１３における接合面積を大きくすることで、効率的に接合強度を向上できる。

また、切欠部２２の高さＤが孔部１１のバーリング高さＨ以上であるため（図３Ｂ参照）、管体２０の下端部（挿入部）をこのバーリング高さまでは大きく拡管できる。そのため、バーリング加工された孔部１１の全体に対して管体２０を拡管させてかしめ接合できるため、接合強度を向上できる。

また、切欠部２２が内リブ２１において、管体２０の内面との接続部に設けられていることで、即ち接続部において内リブ２１と管体２０の内面が部分的に分離されていることで、内リブ２１が管体２０の拡管に対する抵抗となることを効率的に抑制できる。従って、管体２０の拡管量を増大でき、接合強度を向上できる。

本実施形態に使用された各部材の態様は様々であり得る。前述のように、本実施形態では、載置台３０および加圧具６０を使用して接合体１を形成したが、載置台３０および加圧具６０は、使用されない場合もあり得る。また、壁面体１０の孔部１１はバーリング加工されていなくてもよく、管体２０を孔部１１の縁に直接かしめ接合することもできる。また、バーリング加工の態様は特に限定されず、本実施形態のＣ面加工以外に例えばＲ面加工であってもよい。また、管体２０の内リブ２１は、特に限定されず、十字型以外の態様でもあり得る。

図５に示すように、本実施形態の変形例として、切欠部２２の位置は、十字型の内リブ２１の中央であってもよい。これにより、切欠部２２を設ける箇所を一箇所にすることができる。

図６Ａおよび図６Ｂに示すように、本実施形態の他の変形例として、管体２０の断面形状は、例えば円形であってもよい。円形である場合も、内リブ２１に設ける切欠部２２の位置は、管体２０の内面との接続部（図６Ａ参照）、または内リブ２１の中央部（図６Ｂ参照）であり得る。本変形例に示すように、管体２０の形状および内リブ２１の位置は、特に限定されず、任意の態様であり得る。

以上より、本発明の具体的な実施形態やその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、個々の実施形態の内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。

１接合体
１０壁面体
１１孔部
１２縁部
１３直辺部
１４角部
１５Ｃ面
２０管体
２１内リブ
２２切欠部
３０載置台
３１座ぐり穴
４０弾性体
４１貫通孔
５０パッド
５１フランジ部
６０加圧具
６１上具
６１ａ上部ヘッド
６１ｂレシーバ
６２下具
６２ａ下部ヘッド
６２ｂロッド
６３ばね

Claims

上下方向に延びる中心軸を有し、内部を仕切るように前記中心軸方向に延びた内リブが設けられており、前記内リブには前記内リブの下端から前記中心軸方向に切り欠かれた切欠部が設けられている管体と、前記管体を挿入可能な孔部を有する壁面体と、前記管体に挿入可能な弾性体とを準備し、
前記壁面体の前記孔部に前記管体を挿入し、
前記管体の前記内リブで仕切られた内部空間に前記弾性体を挿入し、
前記弾性体を前記管体の前記中心軸方向に圧縮して前記中心軸の径方向外側に向けて膨張させ、それによって前記管体の前記壁面体への挿入部を拡管して前記壁面体にかしめ接合する
ことを含み、
前記壁面体の前記孔部は、前記孔部の壁面が前記中心軸方向に立ち上がるようにバーリング加工され
前記中心軸方向において、前記切欠部の高さは、前記壁面体のバーリング高さよりも高い、部材の接合方法。
前記バーリング加工によって立ち上げられた前記孔部はＣ面を有している、請求項１に記載の部材の接合方法。
前記バーリング加工によって立ち上げられた前記孔部の前記壁面の上端縁は、直辺部と、前記直辺部を接続する角部とを備え、
前記直辺部は前記角部よりも高く立ち上げられている、請求項１または請求項２に記載の部材の接合方法。
前記切欠部の高さは、前記バーリング加工によって立ち上げられた前記孔部の前記壁面の上端縁の高さ以上である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の部材の接合方法。
前記切欠部は、前記内リブにおいて、前記管体の内面との接続部に設けられている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の部材の接合方法。
上下方向に延びる中心軸を有する管体と、
前記管体を挿通可能な孔部を有する壁面体と
を備え、
前記管体の挿入部が拡管された状態で前記壁面体とかしめ接合されており、
前記管体の挿入部には、内部を仕切るように前記中心軸方向に延びた内リブが設けられており、前記内リブには前記内リブの下端から前記中心軸方向に切り欠かれた切欠部が設けられ、
前記壁面体の前記孔部は、前記孔部の壁面が前記中心軸方向に立ち上がるようにバーリング加工され
前記中心軸方向において、前記切欠部の高さは、前記壁面体のバーリング高さよりも高い、接合体。