説明

金属板の接合装置及び接合方法

金属板の接合装置及び接合方法が、接合プロセスを簡略にし、接合強度を向上させる。金属板の接合装置は、内部に第1ガイド通路が上下方向に形成されている上部金型、上部金型の下に配置され内部に第2ガイド通路が上下方向に形成されている中間金型、中間金型の下に配置され内部に金属排出通路が上下方向に形成されている下部金型、金属板と金属テープを加熱するための加熱ユニット、金属板に接合荷重を付与するパンチ、金属板をクランプするクランプ荷重を上部金型に付与するクランプユニット、及び、金属板を接合する接合荷重をパンチに加える接合ユニットを含むことができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
発明の背景
(a)発明の分野
本発明は、金属板の接合装置及び接合方法に関する。より詳しくは、本発明は、接合工程を簡略にしながらも接合強度を向上させた金属板の接合装置及び接合方法に関する。
【背景技術】
【0002】
(b)関連技術の説明
薄い2枚の金属板を接合する方法として、一般的には2つの方法が知られている。第1の方法はスポット溶接法であり、第2の方法はリベット接合法である。スポット溶接法においては、重なった金属板に電圧を印加すると、金属板が電気抵抗を有するため金属板に熱が発生する。このとき、重なった金属板に圧力を加えて金属板の重畳面を溶融し、2枚の金属板を接合する。
【0003】
一方、リベット接合法においては、2枚の金属板に穿孔を行って金属板をリベットで接合する。
【0004】
前記2つの接合方法にはそれぞれの長所がある。しかしながら、スポット溶接法には、金属板に高電圧が印加されるためにアーキング(arcing)が発生し、環境汚染を起こす可能性がある。また、接合面が均整にならない可能性もある。
【0005】
なお、リベット接合法には、接合強度が高く、接合工程が室温で行えるという長所がある。しかしながら、1つのリベットを用いて金属板を接合すると、金属板同士の垂直結合力及び剪断結合力(shearing bonding force)は強いものにできるが、金属板同士が相対回転する可能性がある。したがって、複数個のリベットを用いて金属板が回転しないようにしなければならない。さらに、まずリベット頭部を整形してから、金属板の孔に位置合わせしてリベットを挿入しなければならない。
【0006】
最近では、このようなリベット接合法の短所を補うために、セルフ穿孔リベット接合法が開発されている。セルフ穿孔リベット接合法においては、金属板の穿孔と同時に、金属板及びこれらを接合するリベットの間の摩擦熱によって溶融溜め(molten pool)を形成する。
【0007】
しかしながら、セルフ穿孔リベット接合法では、まずセルフ穿孔リベットを製造しなければならないし、摩擦熱によって金属板を接合するためにはセルフ穿孔リベットを回転させねばならない。
尚、この「発明の背景」で上述した情報は理解促進のためのみに開示されているため、この国の当業者に既知の先行技術を構成しないものも含まれている可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
発明の概要
本発明は、電気アーキングが発生せず、かつセルフ穿孔リベットの回転と製造を必要としないという長所を持った、金属板の接合装置及び接合方法を提供するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明によれば、セルフ穿孔リベット接合法の圧入工程が、高電圧を印加して金属板を急加熱するスポット溶接法と一体化される。これにより、高電圧を印加することによる金属板の加熱工程と、金属板と同一材質のリベット部材を金属板に圧入する圧入工程が同時に行われる。したがって、リベット部材と金属板が可塑性流動状態で接合される。
【0010】
つまり、アーキングが発生しない温度である熱間塑性加工温度(hot plastic working temperature)で金属板と金属テープを加熱する。その後、金属テープを型抜き(punch)してリベット部材を製造すると同時に、リベット部材を金属板に圧入する。
【0011】
本発明の一実施形態による金属板接合装置は、以下のものを含むことができる。すなわち、
互いに重なった金属板、
前記重なった金属板を接合するために用いられ、前記金属板と同じ材質からなる金属テープ、
前記金属テープを供給及び回収する金属テープ移送ユニット、
前記金属テープから型抜きされて加熱されるリベット部材、
上部に設けたコイルスプリングの弾性力によって前記金属テープをクランプし、パンチを案内し、かつ第1電極として用いられる上部金型、
前記重なった金属板をクランプし、前記金属テープを型抜きして前記リベット部材を作り、前記リベット部材とパンチを案内し、かつ第2電極として用いられる中間金型、
前記重なった金属板を支持し、前記リベット部材によって金属板を押出す押出ダイとして用いられ、押出す間に過剰金属をシェービングするシェービング金型として用いられ、かつ第3電極として用いられる下部金型、並びに
前記金属テープを型抜きして前記リベット部材を作り、前記リベット部材に荷重を加えて前記重なった金属板にリベット部材を圧入する前記パンチ。
【0012】
第1・第2ガイド通路及び金属排出通路の断面形状が円形状又は三角形状であり、前記リベット部材の断面形状によって前記金属板の回転変位を抑制するように構成されることができる。
【0013】
第1・第2ガイド通路の少なくとも一方、金属排出通路及び前記パンチが、前記金属板の回転変位を抑制するのに用いることができる。
【0014】
さらに、本発明の一実施形態による金属板接合装置は、前記第1・第2・第3電極に給電を行う給電装置並びにクランプ荷重、押出荷重及びシェービング荷重を付与する油圧システムを有するロボットを含み、前記ロボットが金属板の接合位置に自動的に移動するように構成することができる。
【0015】
本発明の他の実施形態による金属板接合装置は、以下のものを含むことができる。すなわち、
内部に第1ガイド通路が上下方向に形成されている上部金型、
前記上部金型の下に配置され、内部に第2ガイド通路が上下方向に形成されている中間金型、
前記中間金型の下に配置され、内部に金属排出通路が上下方向に形成されている下部金型、
金属板と金属テープを加熱する加熱ユニット、
金属板に接合荷重を付与するパンチ、
金属板をクランプするクランプ荷重を前記上部金型に付与するクランプユニット、及び
金属板を接合する接合荷重を前記パンチに付与する接合ユニット。
【0016】
前記上部金型と中間金型がリベット部材を作るために用いられる金属テープをクランプし、前記中間金型と下部金型が金属板をクランプすることができる。
【0017】
前記金属テープは、前記金属板と同一材質にすることができる。
【0018】
本発明の他の実施形態による金属板接合装置は、前記下部金型を水平方向に移動させる下部金型移送ユニットをさらに含むことができる。
【0019】
本発明の他の実施形態による金属板接合装置は、前記金属テープを水平方向に移動させる金属テープ移送ユニットをさらに含むことができる。
【0020】
前記金属テープ移送ユニットは、前記上部金型の両側に設けられた移送ローラ、前記クランプユニットの一側に設けられ、金属テープが巻かれた金属テープ供給ローラ、及び前記クランプユニットの他側に設けられ、型抜き済みの金属テープが回収される金属テープ回収ローラを含むことができる。
【0021】
本発明の他の実施形態による金属板接合装置は、前記金属テープをクランプするクランプ金型をさらに含み、前記クランプ金型を前記上部金型の内周面に設けることができる。
【0022】
前記上部金型とクランプ金型の間には、下向きの弾性力を前記クランプ金型に付与する弾性部材が設けられてもよい。
【0023】
前記弾性部材は、コイルスプリングにすることができる。
【0024】
前記加熱ユニットは、前記クランプ金型の内周面に形成された第1電極、前記中間金型の内周面に形成された第2電極、及び前記下部金型の内周面に形成された第3電極を含むことができる。
【0025】
前記金属板と金属テープの抵抗が高いことによって、これら金属板と金属テープに電流を付与すると熱が発生することができる。
【0026】
前記第1・第2・第3電極には、それぞれ高周波誘導コイルを巻くことができる。
【0027】
また、別の加熱ユニットは、前記パンチの下側に設けられ、前記金属テープを加熱する第1レーザーソース、及び前記下部金型の内周面に設けられ、前記金属板を加熱する第2レーザーソースを含むことができる。
【0028】
前記第1ガイド通路の半径と前記第2ガイド通路の半径は、同一にすることができる。
【0029】
前記金属排出通路の半径は、前記第2ガイド通路の半径よりも小さくすることができる。
【0030】
前記第1・第2ガイド通路と金属排出通路は、シリンダー形状にすることができる。
【0031】
また、前記第1・第2ガイド通路と金属排出通路は、三角柱形状にすることができる。
【0032】
前記接合ユニットの接合ユニットシリンダーは、前記クランプユニットのクランプユニットピストンに形成されることができる。
【0033】
本発明の一実施形態による金属板接合方法は、以下の段階を含むことができる。すなわち、
重なった金属板を接合するために、前記重なった金属板の接合位置の下に下部金型を位置させる段階、
前記接合位置の中心に第2ガイド通路の中心軸を一致させる段階、
前記重なった金属板を中間金型によって、金属テープをコイルスプリングによって、同時にクランプする段階、
第1電極と第2電極の間に電流を付与することによって、前記コイルスプリングによりクランプされている金属テープを急加熱する段階、
前記クランプされている金属テープを、第1ガイド通路に挿入されたパンチによって型抜きし、加熱されたリベット部材を作る段階、
前記重なった金属板の上側に接触している第2電極と前記重なった金属板の下側に接触している第3電極の間に電流を付与することによって、前記重なった金属板を急加熱する段階、
前記パンチの圧縮荷重によって、前記中間金型と下部金型の間にクランプされている金属板に前記加熱されたリベット部材を圧入する段階、及び
前記加熱されたリベット部材と加熱された前記重なった金属板が可塑性流動状態で、前記第2ガイド通路の半径より小さい半径を有する金属排出通路に押出される時に、押出圧力と剪断力によって前記重なった金属板とリベット部材を接合する段階。
【0034】
さらに、給電装置に接続された前記第2電極と、前記第1電極の間に電流を付与することによって金属テープを急加熱し、
給電装置に接続された前記第3電極と、前記第2電極の間に電流を付与することによって金属板を急加熱し、
前記第1・第2・第3電極をそれぞれ同心の円筒形状に形成し、
前記第1ガイド通路において金属テープを型抜きし、
型抜きされた前記リベット部材を、前記第2ガイド通路を通過させ、金属板の加熱された部分に圧入し、
前記パンチが前記第1・第2ガイド通路を通過する時に、金属板を押し出すとともに可塑性流動によって接合し、同時に過剰金属を前記金属排出通路に排出するのもよい。
【0035】
前記第1・第2電極に高周波誘導コイルを巻き回し、この高周波誘導コイルの誘導電流によって、上部金型と中間金型の間に置かれた金属テープを急加熱し、前記第2・第3電極にも高周波誘導コイルを巻き回し、この高周波誘導コイルの誘導電流によって、中間金型と下部金型の間に置かれた金属板を急加熱することができる。
【0036】
前記パンチの下側に設けられた第1レーザーソースによって、上部金型と中間金型の間に置かれた金属テープを急加熱し、前記金属排出通路に設けられた第2レーザーソースによって、中間金型と下部金型の間に置かれた金属板を急加熱するのもよい。
【0037】
金属テープ供給ローラに巻かれた金属テープが巻き出され型抜きされた後に前記パンチが復帰すると、金属テープ移送ユニットによって型抜き済み金属テープを金属テープ回収ローラに巻き、かつ金属テープを使い切ると前記金属テープ供給ローラを交換することによって、連続的に金属テープを供給及び回収可能に構成することもできる。
【0038】
前記リベット部材を金属板に圧入する時には、前記重なった金属板の上側にパンチの下側を移動させることによって突出金属の形成を規制し、かつ、下部金型移送ユニットに連結された下部金型を水平方向にスライドさせ、前記重なった金属板の下側に付着した過剰金属をシェービングすることができる。
【0039】
前記パンチによって前記リベット部材を作った後、前記中間金型と下部金型の間にクランプした金属板に前記加熱されたリベット部材を圧入する時には、前記リベット部材の反復圧縮荷重によって、可塑性流動状態に加熱された金属板を接合することができる。
【0040】
本発明の他の実施形態による金属板接合方法は、以下の段階を含むことができる。すなわち、
下部金型と中間金型によって、重なった金属板をクランプする段階、
前記中間金型と上部金型によって、前記重なった金属板の上に金属テープを配置する段階、
加熱ユニットによって、前記重なった金属板と金属テープを加熱する段階、
前記金属テープを型抜きしてリベット部材を作る段階、及び
パンチによって、前記重なった金属板に前記リベット部材を圧入する段階。
【0041】
また、前記圧入する段階の間に押し出された、過剰金属を除去する段階をさらに含むことができる。
【0042】
前記過剰金属を除去する段階は、前記下部金型を水平方向に移動させることによって金属板をシェービングするのと同時に行うことができる。
【0043】
前記上部金型に第1ガイド通路が上下方向に形成され、前記中間金型に第2ガイド通路が上下方向に形成され、前記下部金型に金属排出通路が上下方向に形成されているのもよい。
【0044】
前記第1ガイド通路の半径と前記第2ガイド通路の半径は、同一にすることができる。
【0045】
前記金属排出通路の半径は、前記第2ガイド通路の半径よりも小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0046】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態を詳細に説明する。
【0047】
図1及び図8に示すように、本発明の一実施形態による金属板接合装置は、支持台35、上部金型5、中間金型6、下部金型7、加熱ユニット16、パンチ8、クランプユニット31、接合ユニット32、金属テープ移送ユニット20及び下部金型移送ユニット33を含む。
【0048】
支持台35は、本発明の当該一実施形態による金属板接合装置を支持する。
【0049】
上部金型5の内部には、第1ガイド通路9が上下方向に形成されている。第1ガイド通路9は前記パンチ8をガイドする。
【0050】
中間金型6は、上部金型5の下部に配置されている。この中間金型6の内部には、第2ガイド通路10が上下方向に形成されている。第2ガイド通路10は前記パンチ8をガイドする。
【0051】
上部金型5と中間金型6は、リベット部材3を作るための金属テープ2をクランプする。
【0052】
上部金型5の内周面には、金属テープ2をクランプするクランプ金型21が配置される。
【0053】
また、上部金型5とクランプ金型21の間には、クランプ金型21に弾性力を下方に加えるための弾性部材が搭載されている。
【0054】
この弾性部材は、コイルスプリング38で構成することができる。
【0055】
下部金型7は、中間金型6の下部に配置されている。下部金型7の内部には、金属排出通路11が上下方向に形成されている。図8に示すように、金属排出通路11は過剰金属収集部36に連通されている。金属板1を接合した後、金属排出通路11を通じて、押し出された過剰金属26を過剰金属収集部36へ排出する。
【0056】
中間金型6と下部金型7は、重なった金属板1をクランプする。
【0057】
第1・第2ガイド通路9、10と金属排出通路11は、中心軸が同一であるシリンダー形状にすることができる。
【0058】
図1に示すように、パンチ8をガイドするために、第1ガイド通路9の半径r1と第2ガイド通路10の半径r2は同一である。ただし、金属排出通路11の半径r3は、金属板1とリベット3を結合するために、第2ガイド通路10の半径r2よりも小さい。
【0059】
一方、図7に示すように、前記第1・第2ガイド通路9、10と前記金属排出通路11は三角柱形状にすることができる。この場合、型抜き(punch)されたリベット部材3の断面が三角形になっているため、接合された金属板1の回転を抑制することができる。また、第1・第2ガイド通路9、10と金属排出通路11を複数形成すれば、複数の接合位置で金属板1とリベット部材3を接合することができる。このように接合位置を配置することによって、接合された金属板1の回転を抑制することができる。
【0060】
ここではリベット部材3の断面が円形または三角形であるが、これに限定されるものではない。当業者はリベット部材3の断面形状を任意に選択できることは理解されよう。
【0061】
加熱ユニット16は、金属板1と金属テープ2を可塑性流動(plastic flow)が起こる温度まで加熱する。
【0062】
図3に示すように、加熱ユニット16は3個の電極13、14、15を含む。第1電極13は、給電装置12に連結された第2電極14の上に配置されている。第1・第2電極13、14の間に配置した金属テープ2は、これら第1・第2電極13、14の間に電流を付与すると急加熱される。また、第2電極14の下には、給電装置12に連結された第3電極15が配置されている。第2・第3電極14、15の間に電流を付与すると、これら第2・第3電極14、15の間にある金属板1が急加熱される。
【0063】
第1・第2・第3電極13、14、15の断面形状は、中心軸を同心とした円形になっている。また、金属板1と金属テープ2は、これらに電流を付与すると熱が発生するべく高い抵抗を有する。
【0064】
図4に示すような、本発明の一実施形態による加熱ユニット16の別の例においては、第1・第2・第3電極13、14、15を高周波誘導コイル17で巻いている。そして、第1・第2・第3電極13、14、15が金属板1と金属テープ2を急加熱する。つまり、第1・第2電極13、14には、給電装置12に接続された高周波誘導コイル17が巻き回されている。これにより、上部金型5と中間金型6の間に置かれた金属テープ2を誘導電流によって急加熱する。また、第2、3電極14、15にも、給電装置12に接続された高周波誘導コイル17が巻き回されている。これにより、中間金型6と下部金型7の間に置かれた金属板1を誘導電流によって急加熱する。
【0065】
図5に示すような、加熱ユニット16のさらに別の例においては、パンチ8の下端に第1レーザーソース18が設置され、下部金型7の内周面に第2レーザーソース19が設置されている。これら第1・第2レーザーソース18、19を利用して、金属テープ2と金属板1を急加熱する。つまり、パンチ8の下端に設置された第1レーザーソース18によって上部金型5と中間金型6の間に置かれた金属テープ2を急加熱し、下部金型7の内周面に設置された第2レーザーソース19によって中間金型6と下部金型7の間に置かれた金属板1を急加熱する。
【0066】
尚、加熱ユニット16は、上記開示形態に限定されるものではなく、別紙特許請求の範囲の思想及び範囲内にある種々の変更及び均等構成も含むことが意図される。
【0067】
つまり、金属テープ2と金属板1を金型内で加熱し可塑性流動によって金属板1を接合する、どのような加熱ユニット16も本発明に適用可能である。また、加熱ユニット16は金属テープ2と金属板1を、これら金属テープ2と金属板1が可塑性流動をするが溶融はしない温度まで加熱する。
【0068】
パンチ8は、接合ユニット32に連結され、接合ユニット32からの圧力を伝達する。パンチ8は、金属板1に接合荷重を加える。パンチ8は、第1ガイド通路9に沿って下へ移動し、金属テープ2を型抜きすることによってリベット部材3を作る。
【0069】
その後、パンチ8は、第2ガイド通路9に沿ってさらに下に移動し、リベット部材3を金属板1に圧入(press-fit)する。この場合、金属排出通路11の半径r3は第2ガイド通路10の半径r2よりも小さいため、パンチ8は重なった金属板1の上面まで移動してリベット部材3を金属板1に圧入した後、この上面で停止する。
【0070】
パンチ8の断面形状は、第1・第2ガイド通路9、10の断面形状と同一である。
【0071】
上部金型5の上側には、クランプユニット31が連結されている。クランプユニット31は、金属板1をクランプするクランプ荷重を上部金型5に付与する。このクランプユニット31としては、油圧シリンダーを採用することができる。
【0072】
パンチ8の上側には接合ユニット32が連結され、パンチ8に接合荷重を付与する。この接合ユニット32としては、油圧シリンダーを採用することができる。また、クランプユニット31のクランプユニットピストン39には、接合ユニット32の接合ユニットシリンダー40が形成されている。これにより、クランプユニット31に油圧が付与されてクランプユニットピストン39が下に動くと、このクランプユニットピストン39とともに接合ユニットシリンダー40も下に動き、パンチ8に接合荷重を付与する。また、このような構成によって、金属板接合装置の大きさを小さくすることもできる。
【0073】
金属テープ移送ユニット20は、移送ローラ34、金属テープ供給ローラ23及び金属テープ回収ローラ25を含む。
【0074】
移送ローラ34は、上部金型5の両側にそれぞれ設置されている。移送ローラ34は金属テープ2を移送する。
【0075】
前記金属テープ供給ローラ23は、クランプユニット31の一側に設置されている。金属テープ供給ローラ23には、金属テープ2が巻かれている。金属テープ供給ローラ23は、金属テープ2を金属板接合装置に供給する。
【0076】
前記金属テープ回収ローラ25は、クランプユニット31の他側に設置されている。金属テープ回収ローラ25には、型抜き済みの金属テープ2が回収される。
【0077】
金属テープ供給ローラ23に巻かれた金属テープ2が移送ローラ34によって巻き出され金属板接合装置に供給された後、パンチ8が下に動いて金属テープ2の型抜きと金属板の接合を行う。その後、パンチ8、接合ユニット32及びクランプユニット31が元の位置に復帰する間に、金属テープ2は金属テープ回収ローラ25に巻かれる。これにより、金属テープ2が連続的に金属板接合装置に供給される。また、金属テープ2を使い果たした後には、金属テープ供給ローラ23を新たな金属テープ2に交換する。パンチ8には、油圧システムあるいは空気圧システムによって衝撃荷重(impact load)または反復荷重(repetitive load)を付与することができ、当業者は任意に、本発明の範囲内で、荷重の種類と圧力付与システムを選択することができる。
【0078】
前記下部金型7には、下部金型移送ユニット33が連結されている。下部金型移送ユニット33は、下部金型7を水平方向に移動させる。下部金型移送ユニット33としては、油圧シリンダーを採用することができる。
【0079】
図9に示すように、本発明の一実施形態による金属板接合装置は、スポット溶接に用いるロボット37に設置することができる。この場合、金属板接合装置には、ロボット上部アーム28及びロボット下部アーム29に連結するための連結部30を設ける。これにより、スポット溶接用ロボット37に金属板接合装置を装着し、給電装置12を第1・第2・第3電極13、14、15に接続する。その後、クランプ荷重及び接合荷重を供給するための油圧システムまたは空気圧システムを備えたロボット37を接合位置に移動させて、金属板1の接合を行う。
【0080】
尚、金属板1の接合を容易にするべく、金属テープ2と金属板1は同じ材質にすることができる。
【0081】
以下、図2A〜2D及び図6を参照しながら、本発明の一実施形態による金属板接合方法を詳細に説明する。
【0082】
図2A〜2Dに示すように、重なった金属板1の接合位置を下部金型7の金属排出通路11上に位置させた後、第2ガイド通路10の中心を接合位置の中心に一致させる。そして、中間金型6と下部金型7で金属板1をクランプする。また、上部金型5と中間金型6で金属テープ2をクランプする。
【0083】
その後、加熱ユニット16が給電装置12から給電を受け、金属テープ2と金属板1を急加熱する。
【0084】
その後、第1ガイド通路9を通じてパンチ8を下に移動させて金属テープ2を型抜きし、リベット部材3を作る。
【0085】
その後、第2ガイド通路10を通じてパンチ8をさらに下に移動させ、重なった金属板1にリベット部材3を圧入する。このとき、金属排出通路11の半径r3が第2ガイド通路10の半径r2よりも小さいため、リベット部材3と金属板1の移動が金属排出通路11の上面によって規制される。これにより、リベット部材3と金属板1が可塑性流動を起こして接合される。
【0086】
一方、図6に示すように、接合過程で下に押し出された過剰金属26は、下部金型移送ユニット33によって下部金型7が水平方向に移動する時に除去される。このとき、下部金型7は、過剰金属26を除去すると同時に、金属板1とリベット部材3の接合位置の下側をシェービング切削する。また、過剰金属26は、金属排出通路11を通じて過剰金属収集部36に集まる。
【0087】
従前、車両のボディーの溶接は、主にスポット溶接法によって行われていた。この溶接法によれば、自動車のボディーに主に用いられる金属板は電気抵抗が高いため、高電流を付与すれば溶融は良好なものとなる。これに対し、電気抵抗の低い軽金属は、高電流を付与しても溶融が良好にはならない。しかしながら、本発明によれば、加熱した軽金属板を可塑性流動によって接合するため、アーキングが発生しない。また、本発明によれば、加熱された金属板にリベット部材を圧入することによって金属板を接合する。よって、小さい圧入荷重でも強い接合強度で金属板を接合することができる。
尚、本発明は現在実用的な実施形態と考えられるものとの関連で説明してきたが、本発明は上記開示形態に限定されるものではなく、別紙特許請求の範囲の思想及び範囲内にある種々の変更及び均等構成も含むことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【0088】
【図1】本発明の一実施形態による金属板接合装置の一部の断面図
【図2A】本発明の一実施形態による金属板接合装置を利用して金属テープを型抜きする過程を示す断面図
【図2B】本発明の一実施形態による、リベット部材を金属板に圧入する過程を示す断面図
【図2C】本発明の一実施形態による、リベット部材を金属板に圧入する時に過剰金属を押し出す過程を示す断面図
【図2D】本発明の一実施形態による、過剰金属を除去する過程を示す断面図
【図3】本発明の一実施形態による加熱ユニットの概略図
【図4】本発明の一実施形態による別の加熱ユニットを示す概略図
【図5】本発明の一実施形態によるさらに別の加熱ユニットを示す概略図
【図6】本発明の一実施形態による、下部金型を水平方向に移動して過剰金属を除去する過程を示す断面図
【図7】本発明の一実施形態によるリベット部材の形状及び配置を示す概略図
【図8】本発明の一実施形態による金属板接合装置の全体断面図
【図9】本発明の一実施形態による金属板接合装置がロボットに装着されている状態を示す概略図
【符号の説明】
【0089】
1 金属板
2 金属テープ
3 リベット部材
5 上部金型
6 中間金型
7 下部金型
8 パンチ
9 第1ガイド通路
10 第2ガイド通路
11 金属排出通路
12 給電装置
13 第1電極
14 第2電極
15 第3電極
16 加熱ユニット
17 高周波誘導コイル
18 第1レーザーソース
19 第2レーザーソース
20 金属テープ移送ユニット
21 クランプ金型
23 金属テープ供給ローラ
24 金属テープ
25 金属テープ回収ローラ
26 過剰金属
28 ロボット上部アーム
29 ロボット下部アーム
30 連結部
31 クランプユニット
32 接合ユニット
33 下部金型移送ユニット
34 移送ローラ
35 支持台
36 過剰金属収集部
37 ロボット
38 コイルスプリング
39 クランプユニットピストン
40 接合ユニットシリンダー

【特許請求の範囲】
【請求項1】
以下のものを含む金属板接合装置、
互いに重なった金属板、
前記重なった金属板を接合するために用いられ、前記金属板と同じ材質からなる金属テープ、
前記金属テープを供給及び回収する金属テープ移送ユニット、
前記金属テープから型抜きされて加熱されるリベット部材、
上部に設けたコイルスプリングの弾性力によって前記金属テープをクランプし、パンチを案内し、かつ第1電極として用いられる上部金型、
前記重なった金属板をクランプし、前記金属テープを型抜きして前記リベット部材を作り、前記リベット部材とパンチを案内し、かつ第2電極として用いられる中間金型、
前記重なった金属板を支持し、前記リベット部材によって金属板を押出す押出ダイとして用いられ、押出す間に過剰金属をシェービングするシェービング金型として用いられ、かつ第3電極として用いられる下部金型、並びに
前記金属テープを型抜きして前記リベット部材を作り、前記リベット部材に荷重を加えて前記重なった金属板にリベット部材を圧入する前記パンチ。
【請求項2】
以下の段階を含む金属板接合方法、
重なった金属板を接合するために、前記重なった金属板の接合位置の下に下部金型を位置させる段階、
前記接合位置の中心に第2ガイド通路の中心軸を一致させる段階、
前記重なった金属板を中間金型によって、金属テープをコイルスプリングによって、同時にクランプする段階、
第1電極と第2電極の間に電流を付与することによって、前記コイルスプリングによりクランプされている金属テープを急加熱する段階、
前記クランプされている金属テープを、第1ガイド通路に挿入されたパンチによって型抜きし、加熱されたリベット部材を作る段階、
前記重なった金属板の上側に接触している第2電極と前記重なった金属板の下側に接触している第3電極の間に電流を付与することによって、前記重なった金属板を急加熱する段階、
前記パンチの圧縮荷重によって、前記中間金型と下部金型の間にクランプされている金属板に前記加熱されたリベット部材を圧入する段階、及び
前記加熱されたリベット部材と加熱された前記重なった金属板が可塑性流動状態で、前記第2ガイド通路の半径より小さい半径を有する金属排出通路に押出される時に、押出圧力と剪断力によって前記重なった金属板とリベット部材を接合する段階。
【請求項3】
給電装置に接続された前記第2電極と、前記第1電極の間に電流を付与することによって金属テープを急加熱し、
給電装置に接続された前記第3電極と、前記第2電極の間に電流を付与することによって金属板を急加熱し、
前記第1・第2・第3電極をそれぞれ同心の円筒形状に形成し、
前記第1ガイド通路において金属テープを型抜きし、
型抜きされた前記リベット部材を、前記第2ガイド通路を通過させ、金属板の加熱された部分に圧入し、
前記パンチが前記第1・第2ガイド通路を通過する時に、金属板を押し出すとともに可塑性流動によって接合し、同時に過剰金属を前記金属排出通路に排出する、請求項2に記載の金属板接合方法。
【請求項4】
前記第1・第2電極に高周波誘導コイルを巻き回し、この高周波誘導コイルの誘導電流によって、上部金型と中間金型の間に置かれた金属テープを急加熱し、
前記第2・第3電極にも高周波誘導コイルを巻き回し、この高周波誘導コイルの誘導電流によって、中間金型と下部金型の間に置かれた金属板を急加熱する、請求項2に記載の金属板接合方法。
【請求項5】
前記パンチの下側に設けられた第1レーザーソースによって、上部金型と中間金型の間に置かれた金属テープを急加熱し、
前記金属排出通路に設けられた第2レーザーソースによって、中間金型と下部金型の間に置かれた金属板を急加熱する、請求項2に記載の金属板接合方法。
【請求項6】
金属テープ供給ローラに巻かれた金属テープが巻き出され型抜きされた後に前記パンチが復帰すると、金属テープ移送ユニットによって型抜き済み金属テープを金属テープ回収ローラに巻き、かつ金属テープを使い切ると前記金属テープ供給ローラを交換することによって、連続的に金属テープを供給及び回収可能に構成されている、請求項2に記載の金属板接合方法。
【請求項7】
前記リベット部材を金属板に圧入する時には、前記重なった金属板の上側にパンチの下側を移動させることによって突出金属の形成を規制し、かつ
下部金型移送ユニットに連結された下部金型を水平方向にスライドさせ、前記重なった金属板の下側に付着した過剰金属をシェービングする、請求項2に記載の金属板接合方法。
【請求項8】
前記パンチによって前記リベット部材を作った後、前記中間金型と下部金型の間にクランプした金属板に前記加熱されたリベット部材を圧入する時には、前記リベット部材の反復圧縮荷重によって、可塑性流動状態に加熱された金属板を接合する、請求項2に記載の金属板接合方法。
【請求項9】
第1・第2ガイド通路及び金属排出通路の断面形状が円形状又は三角形状であり、前記リベット部材の断面形状によって前記金属板の回転変位を抑制するように構成されている請求項1に記載の金属板接合装置。
【請求項10】
第1・第2ガイド通路の少なくとも一方、金属排出通路及び前記パンチが、前記金属板の回転変位を抑制するのに用いられる請求項1または9に記載の金属板接合装置。
【請求項11】
さらに、前記第1・第2・第3電極に給電を行う給電装置並びにクランプ荷重、押出荷重及びシェービング荷重を付与する油圧システムを有するロボットを含み、
前記ロボットが金属板の接合位置に自動的に移動するように構成されている請求項1に記載の金属板接合装置。
【請求項12】
以下のものを含む金属板接合装置、
内部に第1ガイド通路が上下方向に形成されている上部金型、
前記上部金型の下に配置され、内部に第2ガイド通路が上下方向に形成されている中間金型、
前記中間金型の下に配置され、内部に金属排出通路が上下方向に形成されている下部金型、
金属板と金属テープを加熱する加熱ユニット、
金属板に接合荷重を付与するパンチ、
金属板をクランプするクランプ荷重を前記上部金型に付与するクランプユニット、及び
金属板を接合する接合荷重を前記パンチに付与する接合ユニット。
【請求項13】
前記上部金型と中間金型がリベット部材を作るために用いられる金属テープをクランプし、前記中間金型と下部金型が金属板をクランプする請求項12に記載の金属板接合装置。
【請求項14】
前記金属テープは前記金属板と同一材質である請求項13に記載の金属板接合装置。
【請求項15】
前記下部金型を水平方向に移動させる下部金型移送ユニットをさらに含む請求項12に記載の金属板接合装置。
【請求項16】
前記金属テープを水平方向に移動させる金属テープ移送ユニットをさらに含む請求項13に記載の金属板接合装置。
【請求項17】
前記金属テープ移送ユニットが、
前記上部金型の両側に設けられた移送ローラ、
前記クランプユニットの一側に設けられ、金属テープが巻かれた金属テープ供給ローラ、及び
前記クランプユニットの他側に設けられ、型抜き済みの金属テープが回収される金属テープ回収ローラ
を含む請求項16に記載の金属板接合装置。
【請求項18】
前記金属テープをクランプするクランプ金型をさらに含み、前記クランプ金型が前記上部金型の内周面に設けられている請求項12に記載の金属板接合装置。
【請求項19】
前記上部金型とクランプ金型の間に、下向きの弾性力を前記クランプ金型に付与する弾性部材が設けられている請求項18に記載の金属板接合装置。
【請求項20】
前記弾性部材がコイルスプリングである請求項19に記載の金属板接合装置。
【請求項21】
前記加熱ユニットが、
前記クランプ金型の内周面に形成された第1電極、
前記中間金型の内周面に形成された第2電極、及び
前記下部金型の内周面に形成された第3電極
を含む請求項18に記載の金属板接合装置。
【請求項22】
前記金属板と金属テープの抵抗が高いことによって、これら金属板と金属テープに電流を付与すると熱が発生する請求項21に記載の金属板接合装置。
【請求項23】
前記第1・第2・第3電極にそれぞれ高周波誘導コイルが巻かれている請求項21に記載の金属板接合装置。
【請求項24】
前記加熱ユニットが、
前記パンチの下側に設けられ、前記金属テープを加熱する第1レーザーソース、及び
前記下部金型の内周面に設けられ、前記金属板を加熱する第2レーザーソース
を含む請求項12に記載の金属板接合装置。
【請求項25】
前記第1ガイド通路の半径と前記第2ガイド通路の半径が同一である請求項12に記載の金属板接合装置。
【請求項26】
前記金属排出通路の半径が前記第2ガイド通路の半径よりも小さい請求項25に記載の金属板接合装置。
【請求項27】
前記第1・第2ガイド通路と金属排出通路がシリンダー形状である請求項12に記載の金属板接合装置。
【請求項28】
前記第1・第2ガイド通路と金属排出通路が三角柱形状である請求項12に記載の金属板接合装置。
【請求項29】
前記接合ユニットの接合ユニットシリンダーが前記クランプユニットのクランプユニットピストンに形成されている請求項12に記載の金属板接合装置。
【請求項30】
下部金型と中間金型によって、重なった金属板をクランプする段階、
前記中間金型と上部金型によって、前記重なった金属板の上に金属テープを配置する段階、
加熱ユニットによって、前記重なった金属板と金属テープを加熱する段階、
前記金属テープを型抜きしてリベット部材を作る段階、及び
パンチによって、前記重なった金属板に前記リベット部材を圧入する段階
を含む金属板接合方法。
【請求項31】
前記圧入する段階の間に押し出された、過剰金属を除去する段階をさらに含む請求項30に記載の金属板接合方法。
【請求項32】
前記過剰金属を除去する段階は、前記下部金型を水平方向に移動させることによって金属板をシェービングするのと同時に行われる請求項31に記載の金属板接合方法。
【請求項33】
前記上部金型に第1ガイド通路が上下方向に形成され、前記中間金型に第2ガイド通路が上下方向に形成され、前記下部金型に金属排出通路が上下方向に形成されている請求項30に記載の金属板接合方法。
【請求項34】
前記第1ガイド通路の半径と前記第2ガイド通路の半径が同一である請求項33に記載の金属板接合方法。
【請求項35】
前記金属排出通路の半径が前記第2ガイド通路の半径よりも小さい請求項34に記載の金属板接合方法。

【図1】
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【図2A】
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【図2B】
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【図2C】
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【図2D】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公表番号】特表2009−501086(P2009−501086A)
【公表日】平成21年1月15日(2009.1.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−521331(P2008−521331)
【出願日】平成18年7月14日(2006.7.14)
【国際出願番号】PCT/KR2006/002780
【国際公開番号】WO2007/008046
【国際公開日】平成19年1月18日(2007.1.18)
【出願人】(507301154)
【Fターム(参考)】