ボス成形治具およびボス成形方法
【課題】 本発明は、金属板にネジ付きのボス成形を行なうボス成形治具、およびボス成形方法に関するものである。
【解決手段】 本発明のボス成形治具は、円柱底面に開口する円筒形状の空洞を円柱と円筒の中心軸を合わせて形成し、円柱底面の縁部の円環の面を加工面として加工対象の金属材に押圧され回転するボス成形部と、ボス成形部の中空の中心軸に、ボス成形部とは回転および昇降自在に配置され、表面がネジ立てされた棒状のネジ成形部とを有する、よう構成する。
【解決手段】 本発明のボス成形治具は、円柱底面に開口する円筒形状の空洞を円柱と円筒の中心軸を合わせて形成し、円柱底面の縁部の円環の面を加工面として加工対象の金属材に押圧され回転するボス成形部と、ボス成形部の中空の中心軸に、ボス成形部とは回転および昇降自在に配置され、表面がネジ立てされた棒状のネジ成形部とを有する、よう構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板にネジ付きのボス成形を行なうボス成形治具、およびボス成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ノートパソコンや携帯電話などの情報機器には、マグネシウム合金、アルミニウム合金などの軽合金の金属筐体が用いられている。これは、軽合金が
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であることに加えて、強度が高いことや、プラスチックに比べてリサイクルが容易なことから用いられるようになった。これらの金属筐体の製造方法として、例えばマグネシウム合金を用いた筐体では、チクソ射出成形法やダイキャスト成形法が知られている。
【０００３】
しかしこれらの成形法では、成型後のバリ取りなどの後加工が多いことや、溶融金属の流れ跡による外観不良が多いため、製造コストが増大することがネックになっている。一方、軽合金の板材を用いて板金加工により筐体を製造することも行われている。この板金加工による筐体の製造方法は、外観に優れ低コストである。
【０００４】
ところで筐体には、筐体の内部に収容する部品と筐体との固定、あるいは筐体同士を固定するためのボスが必要である。板金加工によって作られた筐体にボスを形成する技術として、予め作成したボスを筐体にスタッド溶接する方法が知られている。また、摩擦圧接を利用したボスの成形方法も知られている（ここでは、摩擦圧接成形法という）。この摩擦圧接法は、中空円筒状のボス成形治具を金属板に高速回転しながら押圧し、ボス成形治具と金属板との間で発生する摩擦熱により金属板の金属に超塑性現象を発現させて塑性流動化し、その金属をボス成形治具内に流動させてボス（突起）を成形するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４９６７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３０４０号公報
【特許文献３】特開２００９−１０７００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、情報機器等の筐体には軽合金を用いた板金加工により製造することが行なわれている。そのような板金で作られた筐体にボスを設ける方法としてスタッド溶接法や摩擦圧接法が知られている。
【０００７】
ボスを用いた締結の方法は、ボスに明けられた孔にタッピンネジをねじ込み、ネジ立てしながら締結する方法が一般的であるが、ネジ加工したボスにビス（小ネジ）を用いて締結したい場合がある。例えば、タッピンネジを締めつけた際に発生する切り粉を嫌う場合ではビスを用いることになり、このような場合にネジ加工したボスを必要とする。
【０００８】
上記したスタッド溶接法は、予めネジ加工したボスを金属筐体に溶接することになるが、ボスと筐体との接合に十分な強度が得られないことや、筐体の表面に溶接痕がつくため外観上の問題がある。
【０００９】
また、摩擦圧接法ではタッピンネジのための孔（ここではボス孔という）を明けたボスを製作することは一般に行なわれているが、ネジ付きのボスを直接製作することは知られていない。ネジ付きのボスとするためには、摩擦圧接法でボス孔のあるボスを一旦作成し、そのボス孔にネジ立てすることが行なわれていた。従って、ボス成型後にネジ立ての工程を必要とするために、コストアップとなる、という問題があった。また、薄い金属板に摩擦圧接法によりボス成形を行った場合に、成形したボスの裏側の金属板に「ひけ」を発生する場合があり、このために外観不良となってしまう、という問題もあった。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、摩擦圧接法においてネジ立ての工程を必要とせずにネジ付きのボス成形を可能とするボス成形治具、およびボス成形方法を提供することを目的とする。また、「ひけ」の発生しないネジ付きのボス成形を可能とするボス成形治具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明の一観点によれば、円柱底面に開口する円筒形状の空洞を円柱と円筒の中心軸を合わせて形成し、円柱底面の縁部の円環の面を加工面として加工対象の金属材に押圧され回転するボス成形部と、ボス成形部の中空の中心軸に、ボス成形部とは回転および昇降自在に配置され、表面がネジ立てされた棒状のネジ成形部とを有するボス成形治具が提供される。
【００１２】
発明の別の一観点によれば、円柱底面に開口する円筒形状の空洞を円柱と円筒の中心軸を合わせて形成し、円柱底面の縁部の円環の面を加工面とするボス成形部と空洞のほぼ中心軸に配置され、表面がネジ立てされた円筒形のネジ成形部とを含むボス成形治具を加工対象の金属材に回転しながら押圧し、金属材の金属を塑性流動化させる工程と、塑性流動化した金属をボス成形部の中空円筒の内側とネジ成形部との間に流動させ、中空円筒の内壁とネジ成形部の表面とに倣ってボスを成形する工程と、ネジ成形部をネジ立てしたネジの進行方向と逆の方向に回転して成形されたボスから引き抜く工程と、を有するボス成形方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
ボスの外形を規定する中空円筒のボス成形部にネジ立てしたコアを設けるようにしたので、ネジ立ての工程を必要とせずにネジ付きのボス成形を可能とする摩擦圧接法用のボス成形治具の提供ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一般的な金属筐体とボスの例を示す図である。
【図２】一般的な摩擦圧接法によるボス成形例を示す図である。
【図３】本発明のボス成形治具の構造例（実施例１）を示す図である。
【図４】本発明によるネジ付きボス成形のフロー例（実施例１）を示す図である。
【図５】本発明のボス成形治具の他の構造例（実施例１）を示す図である。
【図６】本発明のボス成形治具の構造例（実施例２）を示す図である。
【図７】本発明によるネジ付きボスの成形例（実施例２）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施例の説明の前に、金属筐体に成形されるボスの例と、摩擦圧接法によるボス成形の一般例を説明する。
【００１６】
図１は、ノートパソコンの金属筐体の例を示した図で、筐体は複数の筐体パーツで構成されるが、その内の１つの筐体パーツの例である。図１の筐体パーツ１０は、１ｍｍ厚のマグネシウム合金を板金加工により作成され、裏面から見た形状を示している。図に示されるように、裏面には摩擦圧接法によって８個のボス２０が成形されている。それぞれのボス２０にはタッピンネジがねじ込まれるボス孔２１が明けられている。ボス孔２１にねじ込まれたタッピンネジは、タッピンネジの先端の切り刃の部分でボス孔２１の内壁を削りながら進入し、締結を行う。この際に、前述した切り粉が発生する。
【００１７】
次に図１のボス孔２１を有するボス２０の摩擦圧接法による一般的な成形方法を図２を用いて説明する。ボス成形治具３０は、図２（ａ）に示すように全体は円筒状をなし、円筒の端部に円環状の溝３１が形成され、端部の面を加工面３２、３３とする治具である。このボス成形治具３０を金属材４０の上方から回転しながら押しつけると、加工面３２、３３で摩擦熱が発生し、金属材４０を塑性流動化する。塑性流動化した金属は、図２（ｂ）に示した金属材４０中に描いた矢印のようにボス成形治具３０の溝３１に流れ込み、中央にボス孔４２を備えたボス４１を形成する（図２（ｃ））。なお、図２（ｂ）のボス成形治具３０上に描かれた矢印は、ボス成形治具３０の回転と押圧の方向を示している。
【００１８】
（実施例１）
本発明のボス成形治具は、摩擦圧接法におけるネジ付きのボスを成形する治具である。ネジ付きのボスとは、ネジ立てされたボス孔を有するボスである。図３は、本発明のボス成形治具１００の構造を示した図で、ボス成形治具１００はボスの外形を成形するボス成形部１１０とボス孔のネジを成形するネジ成形部１２０とを含んだ構成である。
【００１９】
ボス成形部１１０の全体外形は円柱状を成し、円柱底面となる先端部（図３の下端）はボス成形部１１０の中心軸と合わせて同方向に円筒形状にくり抜かれた開口した凹部１１１を形成している。この凹部１１１は、ボスの外形を規定する。凹部１１１の端面が加工面１１２で、加工面１１２は円環形状を成している。また、ボス成形部１１０の中心軸に、次に説明するネジ成形部１２０を通す貫通孔１１３を設けている。ボス成形部１１０の上部は、不図示の加工装置に把持され、回転される部分となる。また、ボス成形部１１０に形成した凹部１１１は後述する塑性流動化した金属が流れ込む空間で、金型におけるキャビティに相当する。
【００２０】
ネジ成形部１２０は、ネジ部１２１とネジ把持部１２２とからなる。ネジ部１２１は棒状の長ネジで、ボス孔のネジ立て用の母型となる部分である。ネジ部１２１の先端は（図３では下端の部分）は、ここではボス成形部１１０の加工面１１２とほぼ同じ高さにしている。この先端部の高さは、ボスに形成するネジ孔の深さを規定する。従って、ネジ孔の深さにより適宜変えられることになる。ネジ部１２１はボス成形部１１０に形成した貫通孔１１３を通りネジ把持部１２２と連結する。貫通孔１１３により、ボスの成形中のボス成形部１１０は回転するが、ネジ成形部１２０はこのネジ把持部１２２が不図示の加工装置に把持され、回転しない。ボス成形部１１０の凹部１１１のネジ部１２１は金型におけるコア（中子）に相当する。
【００２１】
ボス成形部１１０とネジ成形部１２０の材質は、共にステンレス鋼ＳＵＳ３０４を用いている。しかし、この材質に限定されるものではない。また、ネジ成形部１２０のネジ部１２１の表面はダイヤモンドライクカーボンを皮膜処理してある。後述するが、塑性流動化した金属がネジ部１２１に形成されたネジ山の凹凸に倣ってネジを形成するが、ボス成形後にこの金属からネジ成形部１２０を引き抜く必要があり、このため金属との剥離がし易いように低摩擦係数という特質を持つダイヤモンドライクカーボンをコーティグするものである。この皮膜は、ダイヤモンドライクカーボン皮膜に限定されるものではなく、フッ素皮膜、ウレタン皮膜、あるいは無機ガラス皮膜等でもよい。
【００２２】
ボス成形治具１００の各部の寸法は、ボス成形部１１０の直径ａが８ｍｍ、凹部の直径ｂが５ｍｍ、凹部の高さｈは６ｍｍ、ネジ成形部１２０のネジ部１２１の直径ｃが３ｍｍである。なお、これらの寸法は直径５ｍｍのボスに３ｍｍのネジ孔を形成する例であり、成形するボスの寸法に合わせて、適宜変えられてよい。
【００２３】
次に、ネジ付きボスの成形方法について説明する。図４は、図３に示したボス成形治具１００を用いて、加工対象である金属材５０としてのマグネシウム合金薄板（ＡＺ３１Ｂ、板厚１ｍｍ）にネジ付きのボスを形成する例で説明する。なお、金属材５０は機械加工した後に、表面を脱脂洗浄している。脱脂洗浄は、金属材５０の表面とボス成形部１１０の加工面１１２とで効率よく摩擦を行なわせるために実施される。
【００２４】
まず、図４（ａ）に示すように、ネジ成形部１２０は無回転の状態でボス成形部１１０を８，０００ｒｐｍに水平回転させ、ボス成形治具１００全体を下降させる。曲線の矢印はボス成形部１１０の回転方向を示し、直線の矢印はボス成形部１１０とネジ成形部１２０とを同時に下降する方向を示している。なお、ボス成形部１１０の回転方向はこの図と反対の方向であってもよい。
【００２５】
ボス成形治具１００の下降により、ボス成形部１１０の加工面１１２が金属材５０の表面に到達すると、回転する加工面１１２と金属材５０表面との間に摩擦が行われ、摩擦熱を発生する。発生した摩擦熱により金属材５０は塑性流動化し、ボス成形部１１０の凹部１１１に流れ込む。ボス成形部１１０を回転し下方に押圧し続けることにより、凹部１１１には流動化した金属材５０が、凹部１１１の壁とネジ成形部１２０の表面に形成されたネジ山に倣って満たされていく。これに伴って、ボス成形治具１００は下降する。このとき、ボス成形部１１０は回転し、ネジ成形部１２０は無回転の状態で共に下降する（図４（ｂ）参照）。
【００２６】
ボス成形部１１０の加工面１１２が金属材５０の表面から０．５ｍｍの深さになったとき、下方への押圧を停止する。クールダウンし、流動化した金属が凝固したところで、ネジ成形部１２０を回転させながら引き抜く。回転方向はネジ部１２１のネジ進行方向と逆方向に回転させる。ネジ部１２１には前述のようにダイヤモンドライクカーボン皮膜をコーティグしており、金属材５０との剥離を容易にしている（図４（ｃ）参照）。
【００２７】
続いて、ボス成形部１１０を回転しながら上昇させ、金属材５０から剥離してネジ孔５２を有するネジ付きボス５１の完成となる。ここでは、ネジ成形部１２０の引き抜き後にボス成形部１１０を金属材５０から上昇し剥離させたが、これらは同時に行ってもよい（図４（ｄ））
本実施例では、金属材５０を暖めることなく直接ボス成形することを行なったが、例えばおおよそ２００℃に加熱しておいた状態で上記のボス成形を行なうようにしてもよい。このように予め熱を与えておくことで塑性流動化をより促進し、ボス成形時間が短くなる。
【００２８】
図４のボス成形フローで用いたボス成形治具１００では、ネジ部１２１がボス成形部１１０の貫通孔１１３を貫通する構造であったが、図５に示すようにネジ部１４１がボス成形部１１０の凹部１３１にのみあり、貫通孔１１４には把持部１４２を延出した部分が貫通する構造のネジ成形部１４０としてもよい。このようにすることで、ボス成形時に回転するボス成形部１３０と無回転のネジ成形部１４０のギャップを小さくでき、ボス成形部１３０の回転振れを少なくできる。但し、ネジ孔５２の深さを可変することはできず一定の深さとなる。
【００２９】
（実施例２）
実施例１における金属材に対するボス成形治具の加工面はフラットな面であった。この加工面を金属材に押し当て回転して金属を塑性流動化し、流動化した金属がボス成形治具に設けられた凹部（図３では凹部１１１）に進入してボスを成形するが、一部の流動化した金属はボス成形治具によって押圧されボス成形治具の外側に流動して「バリ」を作る場合がある。また、加工面の下の金属が流動によって少なくなると、ボス成形した板金の裏側の表面に「ひけ」と称される窪みを発生する場合がある。
【００３０】
実施例２は、このような「バリ」や「ひけ」の発生を抑制したネジ付きのボスを成形するボス成形治具である。図６は、実施例２のボス成形治具２００の構造例を示した図で、ボス成形治具２００はボス成形部２１０とネジ成形部１２０とを含んで構成される。実施例１で示したボス成形治具１００と異なる点はボス成形部２１０で、ネジ成形部１２０は同一である。
【００３１】
ボス成形部２１０は、加工面２１２の外側縁部に中心軸と平行な方向に突出する突出部２１３を有している。突出部２１３の突出量ｇおよび半径ｒは共に０．３ｍｍである。他の寸法（図６のａ〜ｃ、ｈ）は、図３に示したボス成形治具１００と同一である。
【００３２】
ボス成形部２１０に突出部２１３を設けたことにより、加工面２１２下で流動化した金属はボス成形部２１０の外側への流動が抑制され、凹部２１１にのみ進入する。図７は、実施例２におけるボス成形例を説明する図で、図７（ａ）はボス成形中の金属の塑性流動を矢印で示している。金属材中の矢印に示されるように、塑性流動化した金属はボス成形部２１０の外側に流動することなく凹部２１１に流動する。図７（ｂ）はボス加工の終わった状態を示し、突起部痕５３は残るがそれは筐体の裏面であり、筐体の表面の「ひけ」の発生は抑制されたものとなる。因みに、「バリ」、「ひけ」が発生した状態は図７（ｃ）に示される。ボス成形治具を図６に示した構造とすることにより、このようなバリ５４、ひけ５５の発生は抑制される。
【００３３】
以上、本発明のネジ付きのボス成形治具とボス成形方法の実施例を説明したが、これらは上記した内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得るものである。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 筐体パーツ
２０ ボス
２１ ボス孔
３０ ボス成形治具
３１ 溝
３２ 加工面
３３ 加工面
４０ 金属材
４１ ボス
４２ ボス孔
５０ 金属材
５１ ネジ付きボス
５２ ネジ孔
５３ 突起部痕
５４ バリ
５５ ひけ
１００ ボス成形治具
１０１ ボス成形治具
１１０ ボス成形部
１１１ 凹部
１１２ 加工面
１１３ 貫通穴
１１４ 貫通穴
１２０ ネジ成形部
１２１ ネジ部
１２２ 把持部
１３０ ボス成形部
１３１ 凹部
１４０ ネジ成形部
１４１ ネジ部
１４２ 把持部
２００ ボス成形治具
２１０ ボス成形部
２１１ 凹部
２１２ 加工面
２１３ 突起部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板にネジ付きのボス成形を行なうボス成形治具、およびボス成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ノートパソコンや携帯電話などの情報機器には、マグネシウム合金、アルミニウム合金などの軽合金の金属筐体が用いられている。これは、軽合金が
1299660598718_0
であることに加えて、強度が高いことや、プラスチックに比べてリサイクルが容易なことから用いられるようになった。これらの金属筐体の製造方法として、例えばマグネシウム合金を用いた筐体では、チクソ射出成形法やダイキャスト成形法が知られている。
【０００３】
しかしこれらの成形法では、成型後のバリ取りなどの後加工が多いことや、溶融金属の流れ跡による外観不良が多いため、製造コストが増大することがネックになっている。一方、軽合金の板材を用いて板金加工により筐体を製造することも行われている。この板金加工による筐体の製造方法は、外観に優れ低コストである。
【０００４】
ところで筐体には、筐体の内部に収容する部品と筐体との固定、あるいは筐体同士を固定するためのボスが必要である。板金加工によって作られた筐体にボスを形成する技術として、予め作成したボスを筐体にスタッド溶接する方法が知られている。また、摩擦圧接を利用したボスの成形方法も知られている（ここでは、摩擦圧接成形法という）。この摩擦圧接法は、中空円筒状のボス成形治具を金属板に高速回転しながら押圧し、ボス成形治具と金属板との間で発生する摩擦熱により金属板の金属に超塑性現象を発現させて塑性流動化し、その金属をボス成形治具内に流動させてボス（突起）を成形するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４９６７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３０４０号公報
【特許文献３】特開２００９−１０７００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、情報機器等の筐体には軽合金を用いた板金加工により製造することが行なわれている。そのような板金で作られた筐体にボスを設ける方法としてスタッド溶接法や摩擦圧接法が知られている。
【０００７】
ボスを用いた締結の方法は、ボスに明けられた孔にタッピンネジをねじ込み、ネジ立てしながら締結する方法が一般的であるが、ネジ加工したボスにビス（小ネジ）を用いて締結したい場合がある。例えば、タッピンネジを締めつけた際に発生する切り粉を嫌う場合ではビスを用いることになり、このような場合にネジ加工したボスを必要とする。
【０００８】
上記したスタッド溶接法は、予めネジ加工したボスを金属筐体に溶接することになるが、ボスと筐体との接合に十分な強度が得られないことや、筐体の表面に溶接痕がつくため外観上の問題がある。
【０００９】
また、摩擦圧接法ではタッピンネジのための孔（ここではボス孔という）を明けたボスを製作することは一般に行なわれているが、ネジ付きのボスを直接製作することは知られていない。ネジ付きのボスとするためには、摩擦圧接法でボス孔のあるボスを一旦作成し、そのボス孔にネジ立てすることが行なわれていた。従って、ボス成型後にネジ立ての工程を必要とするために、コストアップとなる、という問題があった。また、薄い金属板に摩擦圧接法によりボス成形を行った場合に、成形したボスの裏側の金属板に「ひけ」を発生する場合があり、このために外観不良となってしまう、という問題もあった。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、摩擦圧接法においてネジ立ての工程を必要とせずにネジ付きのボス成形を可能とするボス成形治具、およびボス成形方法を提供することを目的とする。また、「ひけ」の発生しないネジ付きのボス成形を可能とするボス成形治具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明の一観点によれば、円柱底面に開口する円筒形状の空洞を円柱と円筒の中心軸を合わせて形成し、円柱底面の縁部の円環の面を加工面として加工対象の金属材に押圧され回転するボス成形部と、ボス成形部の中空の中心軸に、ボス成形部とは回転および昇降自在に配置され、表面がネジ立てされた棒状のネジ成形部とを有するボス成形治具が提供される。
【００１２】
発明の別の一観点によれば、円柱底面に開口する円筒形状の空洞を円柱と円筒の中心軸を合わせて形成し、円柱底面の縁部の円環の面を加工面とするボス成形部と空洞のほぼ中心軸に配置され、表面がネジ立てされた円筒形のネジ成形部とを含むボス成形治具を加工対象の金属材に回転しながら押圧し、金属材の金属を塑性流動化させる工程と、塑性流動化した金属をボス成形部の中空円筒の内側とネジ成形部との間に流動させ、中空円筒の内壁とネジ成形部の表面とに倣ってボスを成形する工程と、ネジ成形部をネジ立てしたネジの進行方向と逆の方向に回転して成形されたボスから引き抜く工程と、を有するボス成形方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
ボスの外形を規定する中空円筒のボス成形部にネジ立てしたコアを設けるようにしたので、ネジ立ての工程を必要とせずにネジ付きのボス成形を可能とする摩擦圧接法用のボス成形治具の提供ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一般的な金属筐体とボスの例を示す図である。
【図２】一般的な摩擦圧接法によるボス成形例を示す図である。
【図３】本発明のボス成形治具の構造例（実施例１）を示す図である。
【図４】本発明によるネジ付きボス成形のフロー例（実施例１）を示す図である。
【図５】本発明のボス成形治具の他の構造例（実施例１）を示す図である。
【図６】本発明のボス成形治具の構造例（実施例２）を示す図である。
【図７】本発明によるネジ付きボスの成形例（実施例２）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施例の説明の前に、金属筐体に成形されるボスの例と、摩擦圧接法によるボス成形の一般例を説明する。
【００１６】
図１は、ノートパソコンの金属筐体の例を示した図で、筐体は複数の筐体パーツで構成されるが、その内の１つの筐体パーツの例である。図１の筐体パーツ１０は、１ｍｍ厚のマグネシウム合金を板金加工により作成され、裏面から見た形状を示している。図に示されるように、裏面には摩擦圧接法によって８個のボス２０が成形されている。それぞれのボス２０にはタッピンネジがねじ込まれるボス孔２１が明けられている。ボス孔２１にねじ込まれたタッピンネジは、タッピンネジの先端の切り刃の部分でボス孔２１の内壁を削りながら進入し、締結を行う。この際に、前述した切り粉が発生する。
【００１７】
次に図１のボス孔２１を有するボス２０の摩擦圧接法による一般的な成形方法を図２を用いて説明する。ボス成形治具３０は、図２（ａ）に示すように全体は円筒状をなし、円筒の端部に円環状の溝３１が形成され、端部の面を加工面３２、３３とする治具である。このボス成形治具３０を金属材４０の上方から回転しながら押しつけると、加工面３２、３３で摩擦熱が発生し、金属材４０を塑性流動化する。塑性流動化した金属は、図２（ｂ）に示した金属材４０中に描いた矢印のようにボス成形治具３０の溝３１に流れ込み、中央にボス孔４２を備えたボス４１を形成する（図２（ｃ））。なお、図２（ｂ）のボス成形治具３０上に描かれた矢印は、ボス成形治具３０の回転と押圧の方向を示している。
【００１８】
（実施例１）
本発明のボス成形治具は、摩擦圧接法におけるネジ付きのボスを成形する治具である。ネジ付きのボスとは、ネジ立てされたボス孔を有するボスである。図３は、本発明のボス成形治具１００の構造を示した図で、ボス成形治具１００はボスの外形を成形するボス成形部１１０とボス孔のネジを成形するネジ成形部１２０とを含んだ構成である。
【００１９】
ボス成形部１１０の全体外形は円柱状を成し、円柱底面となる先端部（図３の下端）はボス成形部１１０の中心軸と合わせて同方向に円筒形状にくり抜かれた開口した凹部１１１を形成している。この凹部１１１は、ボスの外形を規定する。凹部１１１の端面が加工面１１２で、加工面１１２は円環形状を成している。また、ボス成形部１１０の中心軸に、次に説明するネジ成形部１２０を通す貫通孔１１３を設けている。ボス成形部１１０の上部は、不図示の加工装置に把持され、回転される部分となる。また、ボス成形部１１０に形成した凹部１１１は後述する塑性流動化した金属が流れ込む空間で、金型におけるキャビティに相当する。
【００２０】
ネジ成形部１２０は、ネジ部１２１とネジ把持部１２２とからなる。ネジ部１２１は棒状の長ネジで、ボス孔のネジ立て用の母型となる部分である。ネジ部１２１の先端は（図３では下端の部分）は、ここではボス成形部１１０の加工面１１２とほぼ同じ高さにしている。この先端部の高さは、ボスに形成するネジ孔の深さを規定する。従って、ネジ孔の深さにより適宜変えられることになる。ネジ部１２１はボス成形部１１０に形成した貫通孔１１３を通りネジ把持部１２２と連結する。貫通孔１１３により、ボスの成形中のボス成形部１１０は回転するが、ネジ成形部１２０はこのネジ把持部１２２が不図示の加工装置に把持され、回転しない。ボス成形部１１０の凹部１１１のネジ部１２１は金型におけるコア（中子）に相当する。
【００２１】
ボス成形部１１０とネジ成形部１２０の材質は、共にステンレス鋼ＳＵＳ３０４を用いている。しかし、この材質に限定されるものではない。また、ネジ成形部１２０のネジ部１２１の表面はダイヤモンドライクカーボンを皮膜処理してある。後述するが、塑性流動化した金属がネジ部１２１に形成されたネジ山の凹凸に倣ってネジを形成するが、ボス成形後にこの金属からネジ成形部１２０を引き抜く必要があり、このため金属との剥離がし易いように低摩擦係数という特質を持つダイヤモンドライクカーボンをコーティグするものである。この皮膜は、ダイヤモンドライクカーボン皮膜に限定されるものではなく、フッ素皮膜、ウレタン皮膜、あるいは無機ガラス皮膜等でもよい。
【００２２】
ボス成形治具１００の各部の寸法は、ボス成形部１１０の直径ａが８ｍｍ、凹部の直径ｂが５ｍｍ、凹部の高さｈは６ｍｍ、ネジ成形部１２０のネジ部１２１の直径ｃが３ｍｍである。なお、これらの寸法は直径５ｍｍのボスに３ｍｍのネジ孔を形成する例であり、成形するボスの寸法に合わせて、適宜変えられてよい。
【００２３】
次に、ネジ付きボスの成形方法について説明する。図４は、図３に示したボス成形治具１００を用いて、加工対象である金属材５０としてのマグネシウム合金薄板（ＡＺ３１Ｂ、板厚１ｍｍ）にネジ付きのボスを形成する例で説明する。なお、金属材５０は機械加工した後に、表面を脱脂洗浄している。脱脂洗浄は、金属材５０の表面とボス成形部１１０の加工面１１２とで効率よく摩擦を行なわせるために実施される。
【００２４】
まず、図４（ａ）に示すように、ネジ成形部１２０は無回転の状態でボス成形部１１０を８，０００ｒｐｍに水平回転させ、ボス成形治具１００全体を下降させる。曲線の矢印はボス成形部１１０の回転方向を示し、直線の矢印はボス成形部１１０とネジ成形部１２０とを同時に下降する方向を示している。なお、ボス成形部１１０の回転方向はこの図と反対の方向であってもよい。
【００２５】
ボス成形治具１００の下降により、ボス成形部１１０の加工面１１２が金属材５０の表面に到達すると、回転する加工面１１２と金属材５０表面との間に摩擦が行われ、摩擦熱を発生する。発生した摩擦熱により金属材５０は塑性流動化し、ボス成形部１１０の凹部１１１に流れ込む。ボス成形部１１０を回転し下方に押圧し続けることにより、凹部１１１には流動化した金属材５０が、凹部１１１の壁とネジ成形部１２０の表面に形成されたネジ山に倣って満たされていく。これに伴って、ボス成形治具１００は下降する。このとき、ボス成形部１１０は回転し、ネジ成形部１２０は無回転の状態で共に下降する（図４（ｂ）参照）。
【００２６】
ボス成形部１１０の加工面１１２が金属材５０の表面から０．５ｍｍの深さになったとき、下方への押圧を停止する。クールダウンし、流動化した金属が凝固したところで、ネジ成形部１２０を回転させながら引き抜く。回転方向はネジ部１２１のネジ進行方向と逆方向に回転させる。ネジ部１２１には前述のようにダイヤモンドライクカーボン皮膜をコーティグしており、金属材５０との剥離を容易にしている（図４（ｃ）参照）。
【００２７】
続いて、ボス成形部１１０を回転しながら上昇させ、金属材５０から剥離してネジ孔５２を有するネジ付きボス５１の完成となる。ここでは、ネジ成形部１２０の引き抜き後にボス成形部１１０を金属材５０から上昇し剥離させたが、これらは同時に行ってもよい（図４（ｄ））
本実施例では、金属材５０を暖めることなく直接ボス成形することを行なったが、例えばおおよそ２００℃に加熱しておいた状態で上記のボス成形を行なうようにしてもよい。このように予め熱を与えておくことで塑性流動化をより促進し、ボス成形時間が短くなる。
【００２８】
図４のボス成形フローで用いたボス成形治具１００では、ネジ部１２１がボス成形部１１０の貫通孔１１３を貫通する構造であったが、図５に示すようにネジ部１４１がボス成形部１１０の凹部１３１にのみあり、貫通孔１１４には把持部１４２を延出した部分が貫通する構造のネジ成形部１４０としてもよい。このようにすることで、ボス成形時に回転するボス成形部１３０と無回転のネジ成形部１４０のギャップを小さくでき、ボス成形部１３０の回転振れを少なくできる。但し、ネジ孔５２の深さを可変することはできず一定の深さとなる。
【００２９】
（実施例２）
実施例１における金属材に対するボス成形治具の加工面はフラットな面であった。この加工面を金属材に押し当て回転して金属を塑性流動化し、流動化した金属がボス成形治具に設けられた凹部（図３では凹部１１１）に進入してボスを成形するが、一部の流動化した金属はボス成形治具によって押圧されボス成形治具の外側に流動して「バリ」を作る場合がある。また、加工面の下の金属が流動によって少なくなると、ボス成形した板金の裏側の表面に「ひけ」と称される窪みを発生する場合がある。
【００３０】
実施例２は、このような「バリ」や「ひけ」の発生を抑制したネジ付きのボスを成形するボス成形治具である。図６は、実施例２のボス成形治具２００の構造例を示した図で、ボス成形治具２００はボス成形部２１０とネジ成形部１２０とを含んで構成される。実施例１で示したボス成形治具１００と異なる点はボス成形部２１０で、ネジ成形部１２０は同一である。
【００３１】
ボス成形部２１０は、加工面２１２の外側縁部に中心軸と平行な方向に突出する突出部２１３を有している。突出部２１３の突出量ｇおよび半径ｒは共に０．３ｍｍである。他の寸法（図６のａ〜ｃ、ｈ）は、図３に示したボス成形治具１００と同一である。
【００３２】
ボス成形部２１０に突出部２１３を設けたことにより、加工面２１２下で流動化した金属はボス成形部２１０の外側への流動が抑制され、凹部２１１にのみ進入する。図７は、実施例２におけるボス成形例を説明する図で、図７（ａ）はボス成形中の金属の塑性流動を矢印で示している。金属材中の矢印に示されるように、塑性流動化した金属はボス成形部２１０の外側に流動することなく凹部２１１に流動する。図７（ｂ）はボス加工の終わった状態を示し、突起部痕５３は残るがそれは筐体の裏面であり、筐体の表面の「ひけ」の発生は抑制されたものとなる。因みに、「バリ」、「ひけ」が発生した状態は図７（ｃ）に示される。ボス成形治具を図６に示した構造とすることにより、このようなバリ５４、ひけ５５の発生は抑制される。
【００３３】
以上、本発明のネジ付きのボス成形治具とボス成形方法の実施例を説明したが、これらは上記した内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得るものである。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 筐体パーツ
２０ ボス
２１ ボス孔
３０ ボス成形治具
３１ 溝
３２ 加工面
３３ 加工面
４０ 金属材
４１ ボス
４２ ボス孔
５０ 金属材
５１ ネジ付きボス
５２ ネジ孔
５３ 突起部痕
５４ バリ
５５ ひけ
１００ ボス成形治具
１０１ ボス成形治具
１１０ ボス成形部
１１１ 凹部
１１２ 加工面
１１３ 貫通穴
１１４ 貫通穴
１２０ ネジ成形部
１２１ ネジ部
１２２ 把持部
１３０ ボス成形部
１３１ 凹部
１４０ ネジ成形部
１４１ ネジ部
１４２ 把持部
２００ ボス成形治具
２１０ ボス成形部
２１１ 凹部
２１２ 加工面
２１３ 突起部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱底面に開口する円筒形状の空洞を該円柱と該円筒の中心軸を合わせて形成し、該円柱底面の縁部の円環の面を加工面として加工対象の金属材に押圧され回転するボス成形部と、
前記ボス成形部の中空の前記中心軸に、該ボス成形部とは回転および昇降自在に配置され、表面がネジ立てされた棒状のネジ成形部と
を有することを特徴とするボス成形治具。
【請求項２】
前記ネジ成形部の表面は、低摩擦性の膜でコートされている
ことを特徴とする請求項１に記載のボス成形治具。
【請求項３】
前記ネジ成形部は、前記ネジ立てしたネジの進行方向と逆の方向に回転可能である
ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のボス成形治具。
【請求項４】
前記ボス成形部は、前記加工面の縁部に設けられて前記中心軸に平行な方向に突出する突出部を有する
ことを特徴とする請求項１または３のいずれか１項に記載のボス成形治具。
【請求項５】
円柱底面に開口する円筒形状の空洞を該円柱と該円筒の中心軸を合わせて形成し、該円柱底面の縁部の円環の面を加工面とするボス成形部と該空洞のほぼ中心軸に配置され、表面がネジ立てされた円筒形のネジ成形部とを含むボス成形治具を加工対象の金属材に回転しながら押圧し、該金属材の金属を塑性流動化させる工程と、
前記塑性流動化した金属を前記ボス成形部の中空円筒の内側と前記ネジ成形部との間に流動させ、該中空円筒の内壁と該ネジ成形部の表面とに倣ってボスを成形する工程と、
前記ネジ成形部を前記ネジ立てしたネジの進行方向と逆の方向に回転して成形された前記ボスから引き抜く工程と
を有することを特徴とするボス成形方法。
【請求項６】
前記金属材は、マグネシウム、アルミニウム、チタン、またはそれらの金属を主成分とする合金である
ことを特徴とする請求項５に記載のボス成形方法。
【請求項７】
前記金属材は、予め２００℃以上の温度で加熱する
ことを特徴とする請求項５または６のいずれか１項に記載のボス成形方法。
【請求項１】
円柱底面に開口する円筒形状の空洞を該円柱と該円筒の中心軸を合わせて形成し、該円柱底面の縁部の円環の面を加工面として加工対象の金属材に押圧され回転するボス成形部と、
前記ボス成形部の中空の前記中心軸に、該ボス成形部とは回転および昇降自在に配置され、表面がネジ立てされた棒状のネジ成形部と
を有することを特徴とするボス成形治具。
【請求項２】
前記ネジ成形部の表面は、低摩擦性の膜でコートされている
ことを特徴とする請求項１に記載のボス成形治具。
【請求項３】
前記ネジ成形部は、前記ネジ立てしたネジの進行方向と逆の方向に回転可能である
ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のボス成形治具。
【請求項４】
前記ボス成形部は、前記加工面の縁部に設けられて前記中心軸に平行な方向に突出する突出部を有する
ことを特徴とする請求項１または３のいずれか１項に記載のボス成形治具。
【請求項５】
円柱底面に開口する円筒形状の空洞を該円柱と該円筒の中心軸を合わせて形成し、該円柱底面の縁部の円環の面を加工面とするボス成形部と該空洞のほぼ中心軸に配置され、表面がネジ立てされた円筒形のネジ成形部とを含むボス成形治具を加工対象の金属材に回転しながら押圧し、該金属材の金属を塑性流動化させる工程と、
前記塑性流動化した金属を前記ボス成形部の中空円筒の内側と前記ネジ成形部との間に流動させ、該中空円筒の内壁と該ネジ成形部の表面とに倣ってボスを成形する工程と、
前記ネジ成形部を前記ネジ立てしたネジの進行方向と逆の方向に回転して成形された前記ボスから引き抜く工程と
を有することを特徴とするボス成形方法。
【請求項６】
前記金属材は、マグネシウム、アルミニウム、チタン、またはそれらの金属を主成分とする合金である
ことを特徴とする請求項５に記載のボス成形方法。
【請求項７】
前記金属材は、予め２００℃以上の温度で加熱する
ことを特徴とする請求項５または６のいずれか１項に記載のボス成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１８７６９０（Ｐ２０１２−１８７６９０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４９５１（Ｐ２０１１−５４９５１）
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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