穿入元件的敲入方法、元件组合体、以及焊接用构件与流程

本发明涉及穿入元件的敲入方法、元件组合体、以及焊接用构件。

背景技术：

作为接合两个金属构件的方法之一，已知有称为元件电弧点焊的方法。在元件电弧点焊中，在设置于一方的金属构件的孔部装配与另一方的金属构件同种的金属制的夹设部件，并对该夹设部件与另一方的金属构件进行电弧点焊。即，元件电弧点焊是经由夹设部件将两个金属构件间接地一体化的技术。有利的地方在于，元件电弧点焊并非对两个金属构件直接焊接，而是经由夹设部件对两个金属构件进行焊接，因此能够进行通常难以被接合的异种金属的接合。

例如，在专利文献1中，作为元件电弧点焊法的一例，公开了通过使用钢制金属穿入件(夹设部件)的点焊，将钢制构件与铝合金构件接合的方法。在该方法中，首先，将铝合金构件加工为适合焊接的形态。具体而言，在铝合金构件形成孔部，并将钢制金属穿入件装配于该孔部，从而将铝合金构件加工为焊接用构件。然后，对焊接用构件的钢制金属穿入件与钢制构件进行点焊。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-22622号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

在专利文献1所公开的元件电弧点焊中，在形成上述的焊接用构件时存在三个课题。第一，若在焊接前在将钢制金属穿入件安装于铝合金构件的孔部的状态下进行搬运，则由于钢制金属穿入件未被固定，因此存在该钢制金属穿入件从铝合金构件脱落的可能性。第二，需要预先在铝合金构件设置孔部，因此与通常的焊接相比，工时增加。第三，钢制金属穿入件并未完全埋入铝合金构件，因此钢制金属穿入件在铝合金构件的表面突出，厚度局部增加，因此缺少作为焊接用构件的通用性。

本发明的课题在于，提供夹设部件(穿入元件)不易从板材脱落，抑制制造工时的增加，并制造厚度均匀的焊接用构件的穿入元件的敲入方法。另外，本发明的课题在于，提供适合于该方法的元件组合体。另外，本发明的课题在于，提供穿入元件不易脱落，抑制制造工时的增加，且厚度均匀的焊接用构件。

用于解决课题的方案

本发明的第一方案提供一种穿入元件的敲入方法，其中，所述穿入元件的敲入方法包括如下步骤：准备如下构件：金属制的板材；穿入元件，其具有上部、下部、以及将所述上部与所述下部连结且在俯视观察下比所述上部及所述下部小的连结部，通过所述上部的下表面、所述下部的上表面、以及所述连结部的侧面而划分出缩窄部，且所述穿入元件具有所述板材的厚度以下的厚度；先行冲头，其在俯视观察下比所述下部大；以及冲模，其具有在俯视观察下比所述先行冲头大的孔部，将所述板材配置于所述冲模的所述孔部之上，在所述板材上且是与所述孔部对应的位置上，从上方向下方依次配置所述穿入元件和所述先行冲头，向下方按压所述穿入元件，从而借助于所述先行冲头对所述板材进行冲裁，并且以埋入的方式将所述穿入元件敲入所述板材，由于所述敲入中的所述板材的塑性变形而所述板材咬入所述缩窄部，由此将所述穿入元件固定于所述板材。

根据该结构，能够克服上述三个课题来将穿入元件敲入板材。具体而言，第一，在将穿入元件敲入板材时，板材向该缩窄部内进行塑性流动，穿入元件咬入板材，因此能够将穿入元件固定于板材。因此，能够防止穿入元件从板材脱落的情况。第二，能够同时进行对板材进行冲裁的工序。以及将板材敲入穿入元件的工序，因此无需预先在板材设置用于装配穿入元件的孔部。此时，冲裁后的板材的冲裁片通过冲模的孔部而向下方落下。因此，能够抑制制造工时的增加。第三，穿入元件的厚度为板材的厚度以下，并以埋入的方式将穿入元件敲入板材，因此穿入元件不会向板材的表面突出，从而能够形成厚度均匀且敲入有穿入元件的板材(焊接用构件)。在此，俯视观察是指从与板材的主面垂直的方向进行观察的情况。此时，在将穿入元件敲入板材后，先行冲头通过冲模的孔部而向下方落下。

也可以是，在对所述板材进行冲裁时，在由元件保持件保持着所述穿入元件的状态下向下方按压所述元件保持件，从而向下方按压所述穿入元件。

根据该结构，能够通过元件保持件来保持穿入元件，因此能够稳定地将穿入元件敲入板材。

也可以是，在所述板材的冲裁前，所述先行冲头在所述穿入元件的正下方与所述穿入元件经由在将所述穿入元件敲入所述板材时被破坏的强度的桥接部而连接，通过所述板材的冲裁时的负载将所述桥接部破坏，从而将所述先行冲头从所述穿入元件分离。

根据该结构，能够通过桥接部将穿入元件与先行冲头一体化，因此将穿入元件与先行冲头配置于敲入位置变得容易，即定位变得容易。另外，能够将先行冲头配置于穿入元件的正下方直至敲入穿入元件位置。假设在未将先行冲头配置于穿入元件的正下方的情况下将穿入元件敲入板材，则存在产生毛刺的可能性。与此相对，若将先行冲头配置于穿入元件的正下方，则先行冲头能够先对板材进行冲裁，从而在板材形成有孔部的状态下插入穿入元件，因此能够抑制上述毛刺的产生。此时，与通常的穿入加工同样地，考虑到在先行冲头对板材进行冲裁时会产生毛刺的情况，能够通过将冲模的孔部与先行冲头之间的间隙设为不易产生毛刺的数值来抑制毛刺的产生。由此，在将穿入元件敲入板材时，穿入元件与先行冲头之间的连接被解除，从而能够将穿入元件与先行冲头分离。

也可以是，在所述板材的冲裁前，利用电磁力将所述先行冲头吸附于所述穿入元件，在所述板材的冲裁后，解除所述电磁力，从而将所述先行冲头从所述穿入元件分离。

根据该结构，能够使先行冲头电磁吸附于穿入元件直至敲入穿入元件为止。由此，与前述同样地，能够将先行冲头配置于穿入元件的正下方，因此能够抑制对板材进行冲裁时的毛刺的产生。特别是，电磁力的吸附/分离的切换容易，在穿入元件的敲入后容易将先行冲头从穿入元件分离。

也可以是，在所述板材的冲裁后，通过按压件将所述先行冲头从所述孔部向下方推出从而使该先行冲头落下。

根据该结构，使先行冲头从冲模的孔部落下变得容易。特别是，在冲模的孔部直径与先行冲头的直径接近的情况下，考虑到先行冲头堵塞于孔部而不落下的情况，能够通过按压件将先行冲头向下方推出，从而能够可靠地使先行冲头落下。

也可以是，所述下部在俯视观察下比所述上部小。

根据该结构，能够促进板材向缩窄部的塑性流动，从而能够使穿入元件牢固地咬入板材。详细而言，在将穿入元件敲入板材时，由于下部在俯视观察下较小，因此板材容易越过下部而向缩窄部进行塑性流动。另外，由于上部在俯视观察下较大，因此向缩窄部塑性流动的板材不易越过上部。因此，塑性流动的板材残留于缩窄部，从而能够成为穿入元件牢固地咬入板材的状态。

本发明的第二方案提供一种元件组合体，其中，所述元件组合体具备：主体，其具有上部、下部、以及将所述上部与所述下部连结且在俯视观察下比所述上部及所述下部小的连结部，并通过所述上部的下表面、所述下部的上表面、以及所述连结部的侧面而划分出缩窄部；先行冲头，其配置于所述主体的正下方，且在俯视观察下比所述下部大；以及桥接部，其以敲入板材时被破坏的强度将所述下部与所述先行冲头连接。

根据该结构，在使用元件组合体对板材进行加工时，能够在将穿入元件敲入板材的同时通过先行冲头对板材进行冲裁。因此，能够抑制板材的加工工时的增加。另外，通过设置缩窄部而能够使穿入元件咬入板材，因此能够使穿入元件在敲入板材时不易脱落。另外，通过桥接部而将主体与先行冲头一体化，因此能够将其作为元件组合体而一体地制造。另外，桥接部的强度是在将穿入元件敲入板材时桥接部会被破坏的程度的强度。由此，在将穿入元件敲入板材时，主体与先行冲头之间的连接被解除，从而能够将穿入元件与先行冲头分离。

本发明的第三方案提供一种焊接用构件，其中，所述焊接用构件具备：板材；以及穿入元件，其具有上部、下部、以及将所述上部与所述下部连结且在俯视观察下比所述上部及所述下部小的连结部，通过所述上部的下表面、所述下部的上表面、以及所述连结部的侧面而划分出缩窄部，且所述穿入元件具有所述板材的厚度以下的厚度，所述穿入元件埋入所述板材，且在所述缩窄部咬住所述板材，从而被固定于所述板材。

根据该结构，能够提供解决了前述的三个课题的焊接用构件。即，能够提供防止穿入元件从板材脱落的情况，抑制制造工时的增加，且厚度均匀的焊接用构件。

发明效果

根据本发明，能够提供穿入元件不易从板材脱落，抑制制造工时的增加，且制造厚度均匀的焊接用构件的穿入元件的敲入方法。另外，能够提供适合于该方法的元件组合体。另外，能够提供穿入元件不易脱落，抑制制造工时的增加，且厚度均匀的焊接用构件。

附图说明

图1是示出本发明的一实施方式的穿入元件的敲入方法的第一工序的剖视图。

图2是示出本发明的一实施方式的穿入元件的敲入方法的第二工序的剖视图。

图3是示出本发明的一实施方式的穿入元件的敲入方法的第三工序的剖视图。

图4是示出本发明的一实施方式的穿入元件的敲入方法的第四工序的剖视图。

图5是示出本发明的一实施方式的穿入元件的敲入方法的第五工序的剖视图。

图6是示出本发明的一实施方式的穿入元件的敲入方法的第六工序的剖视图。

图7是敲入有穿入元件的板材(焊接用构件)的剖视图。

图8是点焊后的接合体的剖视图。

图9是元件组合体的立体图。

图10是元件组合体的主视图。

图11是元件组合体的侧视图。

图12是元件组合体的俯视图。

图13是元件组合体的仰视图。

图14是元件组合体的剖视图。

图15是沿着图10的a-a线得到的桥接部的剖视图。

图16是示出图15的桥接部的第一变形例的剖视图。

图17是示出图15的桥接部的第二变形例的剖视图。

图18是示出元件组合体的变形例的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1至图6是分别示出一实施方式的穿入元件10的敲入方法的第一至第六工序的剖视图。在本实施方式中，经过上述的工序，如图7所示，制造出敲入有穿入元件10的板材20(焊接用构件1)。另外，如图8所示，通过焊接而将这样的敲入有穿入元件10的板材20与另一板材30一体化。

如图1所示，在第一工序(准备工序)中，准备在本实施方式的穿入元件10的敲入方法中使用的各构件。具体而言，准备冲模40、板材20、先行冲头50、穿入元件10、以及元件保持件60。

冲模40对应于冲压模具的承接模，该冲模40的上表面为平坦，且具有俯视观察下为圆形的孔部41。在本实施方式中，孔部41的直径例如为10.1mm左右。另外，孔部41的形状并不限定于圆形，孔部41的形状可以根据先行冲头50以及穿入元件10的形状而变更。

板材20是金属制，在本实施方式中例如是5000系或6000系的铝合金制。如后述那样，板材20具有能够被穿入元件10冲裁的程度的厚度。在本实施方式中，板材20的厚度例如为2.0mm左右。

先行冲头50对应于冲压模具的按压模，该先行冲头50为大致圆柱状，且具有在俯视观察下比冲模40的孔部41的直径略小的直径。在如本实施方式这样，板材20为铝合金制的情况下，先行冲头50与孔部41之间的间隙优选为板材20的厚度的5％左右。因此，在本实施方式中，将先行冲头50与孔部41之间的间隙设为0.1mm左右。通过该间隙，能够抑制在如后述那样对板材20进行冲裁时毛刺的产生。根据该尺寸关系，在本实施方式中，先行冲头50的直径例如成为9.9mm左右。

穿入元件10具有上部11、下部12、以及将上部11与下部12连结的连结部13。上部11、下部12、以及连结部13在俯视观察下分别为同心的圆形。下部12的直径比上部11小，连结部13的直径比下部12小。另外，穿入元件10比板材20薄。在本实施方式中，上部11的直径例如为10.5mm左右，上部11的高度例如为0.8mm左右。另外，下部12的直径例如为9.7mm左右，下部12的高度例如为0.6mm左右。另外，连结部13的直径例如为9.3mm左右，连结部13的高度例如为0.6mm左右。因此，在本实施方式中，穿入元件10的高度为2.0mm左右，与板材20的厚度相同。由于穿入元件10具有这样的形状，通过上部11的下表面、下部12的上表面、以及连结部13的侧面而划分出缩窄部14。穿入元件10在中央具有贯穿上部11、下部12、以及连结部13的贯通孔15。贯通孔15成为供后述的元件保持件60的凸部62能够插入的形状。穿入元件10是金属制，在本实施方式中例如是钢铁制，优选为与后述的另一板材30是同种金属且为软性。

在本实施方式中，先行冲头50与穿入元件10通过桥接部51而连接。桥接部51具有在穿入元件10的贯通孔15的周围360°连续地延伸的环状结构(参照图15)。在本实施方式中，桥接部51的高度例如为0.2mm，桥接部51的径向上的厚度例如为0.2mm。因此，先行冲头50配置于穿入元件10的正下方。这样的桥接部51具有会被后述那样的板材20的冲裁时的负载破坏的程度的强度。因此，在将穿入元件10敲入板材20时，穿入元件10与先行冲头50之间的连接被解除，从而能够将穿入元件10与先行冲头50分离。需要说明的是，桥接部51的形状在俯视观察下并不限定于环状，其也可以是将这样的环状间歇地切断而成的形状、或以规定间隔设置多个柱状结构而成的形状(参照图16、17)。进一步而言，并非必须设置桥接部51，也可以将先行冲头50与穿入元件10分离。

在第一工序(准备工序)中，如前述那样，先行冲头50与穿入元件10成为一体，将该成为一体的部件称为元件组合体。

元件保持件60具有圆柱状的台部61、以及从台部61的下表面中央向下方延伸的凸部62。凸部62与台部61同心，且该凸部62呈比直径台部61小的圆柱状。在台部61与凸部62设置有在同心轴方向上将它们贯穿的贯通孔63。在贯通孔63的内部收容有弹簧构件64和推顶销(按压件)65。推顶销65具备凸缘部65a、以及从凸缘部65a向下方延伸的销主体65b。凸缘部65a呈扁平的圆柱状，销主体65b是较长的圆柱状。凸缘部65a在俯视观察下形成为与销主体65b同心，且该凸缘部65a的直径比销主体65b大。贯通孔63的下端部的直径成为使销主体65b通过但不使凸缘部65a通过的程度的大小。因此，即使由弹簧构件64向下方对推顶销65施力，推顶销65也不会从元件保持件60向下方脱落。

如图2所示，在第二工序(配置工序)中，将板材20配置于冲模40的孔部41的上方。另外，将元件保持件60的凸部62插入穿入元件10的贯通孔15。并且，在板材20上且是与冲模40的孔部41对应的位置上，从上方向下方依次配置元件保持件60、穿入元件10以及先行冲头50。

如图3所示，在第三工序(冲裁工序)中，在由元件保持件60保持着穿入元件10的状态下使元件保持件60向下方移动，从而向下方按压穿入元件10。由此，经由先行冲头50对板材20进行冲裁。由于该冲裁时的负载，桥接部51被破坏，先行冲头50与穿入元件10分离。

如图4所示，在第四工序(第一分离工序)中，使在第三工序中从板材20冲裁出的冲裁片21从孔部41向下方落下。

如图5所示，在第五工序(敲入工序)中，在第三工序以及第四工序的板材20的冲裁以及冲裁片21的分离之后，将穿入元件10以埋入的方式敲入板材20。在此，以埋入的方式是指，敲入后的穿入元件10不会从板材20的上下突出的形态。在本实施方式中，穿入元件10与板材20的厚度相同，因此能够将穿入元件10埋入板材20。在将穿入元件10敲入板材20时，板材20向缩窄部14进行塑性流动，从而成为穿入元件10咬入板材20的状态。由此，穿入元件10被固定于板材20。

如图6所示，在第六工序(第二分离工序)中，使先行冲头50从孔部41向下方落下。此时，先行冲头50被推顶销65向下方推出。然后，如图7所示，将元件保持件60从穿入元件10分离。

如图7所示，在通过本实施方式的穿入元件10的敲入方法而形成的焊接用构件1中，穿入元件10埋入板材20，上下表面为平坦。另外，穿入元件10在缩窄部14咬入板材20。

如图8所示，在将焊接用构件1和与穿入元件10同种金属(在本实施方式中为钢铁制)的另一板材30重叠配置的状态下，对穿入元件10和板材30进行点焊。焊接的方式可以是电弧焊接等。

图9至图14是在本实施方式中使用的元件组合体的立体图、主视图、侧视图、俯视图、仰视图、以及剖视图。特别是，由于背面图与主视图相同，因此将其省略。另外，由于右侧视图与左侧视图相同，因此将其合并为侧视图示出。进一步而言，在图10和图11中分别图示出了主视图和侧视图，但主视图与侧视图相同。

另外，图15是沿着图10的a-a线得到的桥接部51的剖视图。如图15所示，在本实施方式中，桥接部51具有360°连续地延伸的环状结构。但是，桥接部51的形状并不限定于此，也可以如图16以及图17中示出的变形例那样，设置多个柱状结构的桥接部51。

根据本实施方式，能够实现下述的三个效果并将穿入元件10敲入板材20。具体而言，第一，在将穿入元件10敲入板材20时，板材20向缩窄部14内进行塑性流动，穿入元件10咬入板材20，因此能够将穿入元件10固定于板材20。因此，能够防止穿入元件10从板材20脱落的情况。第二，能够同时进行对板材20进行冲裁的工序、以及将板材20敲入穿入元件10的工序，因此无需预先在板材20设置用于装配穿入元件10的孔部。因此，能够抑制制造工时的增加。第三，穿入元件10的厚度为板材20的厚度以下，并以埋入的方式将穿入元件10敲入板材20，因此穿入元件10不会向板材20的表面突出，从而能够形成厚度均匀且敲入有穿入元件10的板材20(焊接用构件1)。

另外，根据本实施方式，能够通过元件保持件60来保持穿入元件10，因此能够稳定地将穿入元件10敲入板材20。

另外，根据本实施方式，通过由桥接部51实现的穿入元件10与先行冲头50的一体化结构，将穿入元件10与先行冲头50配置于敲入位置变得容易，即定位变得容易。另外，能够将先行冲头50配置于穿入元件10的正下方直至敲入穿入元件10为止。假设在并未将先行冲头50配置于穿入元件10的正下方的情况下将穿入元件10敲入板材20，则存在产生毛刺的可能性。与此相对，若将先行冲头50配置于穿入元件10的正下方，则先行冲头50能够先对板材20进行冲裁，从而在板材20形成有孔部的状态下插入穿入元件10，因此能够抑制上述毛刺的产生。此时，与通常的穿入加工同样地，考虑到在先行冲头50对板材20进行冲裁时会产生毛刺的情况，但能够通过将冲模40的孔部41与先行冲头50之间的间隙设为不易产生毛刺的数值来抑制毛刺的产生。

另外，根据本实施方式，通过推顶销65，使先行冲头50从冲模40的孔部41落下变得容易。特别是，在冲模的孔部的直径与先行冲头的直径接近的情况下，考虑到先行冲头堵塞于孔部而不落下的可能性，但由于能够通过按压件将先行冲头向下方推出，因此能够可靠地使先行冲头落下。

另外，根据本实施方式，能够促进板材20向缩窄部14的塑性流动，从而能够使穿入元件10较强地咬入板材20。详细而言，在将穿入元件10敲入板材20时，由于下部12在俯视观察下较小，因此板材20容易越过下部12而向缩窄部14进行塑性流动。另外，由于上部11在俯视观察下较大，因此向缩窄部14塑性流动的板材20不易越过上部11。因此，塑性流动的板材20残留于缩窄部14，从而能够成为穿入元件10牢固地咬入板材20的状态。

如图18所示，作为上述实施方式的变形例，也可以不在穿入元件10设置贯通孔15(参照图1等)，而设置有底的孔部16。在该情况下，焊接的方式可以是电弧焊接或激光焊接等。

另外，也可以通过电磁力使先行冲头50吸附于穿入元件10。具体而言，也可以是，在对板材20进行冲裁前，通过电磁力使先行冲头50吸附于穿入元件10，在板材20的冲裁后，解除电磁力，从而将先行冲头50与穿入元件10分离。

根据本变形例，能够使先行冲头50电磁吸附于穿入元件10直至敲入穿入元件10为止。因此，与前述同样地，能够将先行冲头50配置于穿入元件10的正下方，因此能够抑制在对板材20进行冲裁时的毛刺的产生。特别是，电磁力的吸附/分离的切换容易，在穿入元件10的敲入后将先行冲头50从穿入元件10分离容易。

通过以上，对本发明的具体的实施方式以及变形例进行了说明，但本发明并不限定于上述方案，可以在本发明的范围内进行各种变更并实施。例如，各构件的材质并不限定于上述所示的材质，其可以是任意的材料。另外，各构件的俯视观察下的形状并不限定于圆形，也可以是多边形状等任意的形状。

附图标记说明

1焊接用构件

10穿入元件

11上部

12下部

13连结部

14缩窄部

15贯通孔

16孔部

20板材

21冲裁片

30板材

40冲模

41孔部

50先行冲头

51桥接部

60元件保持件

61台部

62凸部

63贯通孔

64弹簧构件

65推顶销(按压件)

65a凸缘部

65b销主体。