JP2000141066A

JP2000141066A - 接合方法

Info

Publication number: JP2000141066A
Application number: JP10312520A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Ide; 孝信井手; Hisashi Hori; 久司堀; Shinya Makita; 慎也牧田
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd; Unipres Corp
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd; Unipres Corp
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1998-11-02
Publication date: 2000-05-23
Anticipated expiration: 2018-11-02
Also published as: JP4092794B2

Abstract

(57)【要約】【課題】一対のアルミニウム又はその合金製の部材同士
を簡単な治具や装置を用いて簡便に接合する接合方法を
提供する。【解決手段】一対のアルミニウム又はアルミニウム合金
製の部材１ａ，１ｂを重ね合わせて重合面Ｇを形成し、
該重合面Ｇを貫通するように一方の部材１ａの表面から
他方の部材１ｂに向けて摩擦ピン２を回転しつつ押圧
し、上記一対の部材１ａ,１ｂと摩擦ピン２との間に生
じる摩擦熱により両部材１ａ,１ｂのアルミニウムを軟
化せしめ且つ撹拌することにより、摩擦ピン２を両部材
１ａ，１ｂに植設すると共に両部材１ａ，１ｂ同士を接
合する接合方法。これによれば、摩擦ピン２が一対のア
ルミニウム製の部材１ａ,１ｂを貫通して両部材１ａ,１
ｂを摩擦撹拌することにより、両部材１ａ，１ｂは固相
状態で流動化し撹拌され、互いに直に接合され、且つ摩
擦ピン２を介して強固に接合することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム又は
アルミニウム合金(以下単にアルミニウムと称す)製の部
材に対し、回転しつつ進入する摩擦ピンによって生じる
摩擦熱により前記部材を軟化及び撹拌して、２つの上記
部材同士を摩擦ピンを介して、或いは１つ又は２つの上
記部材を摩擦ピンを介して別の部材と接合する接合方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、２つの部材を重ね合わせて点部
分で接合する方法として、アーク溶接、又はスポット溶
接が、また、部材の表面にボルトを植設する方法とし
て、スタッド溶接が用いられている。例えば図７(Ａ)に
示すように、２つの部材２０，２２を重ね合わせて部分
的にアーク溶接を利用して接合する場合、電極Ａにより
接合すべき部分にアーク放電を行う。次いで、表面側部
材２０から裏面側部材２２まで両部材２０，２２を溶融
した状態でアーク放電を停止することにより、両部材２
０，２２に跨る溶融部Ｍが凝固することにより、両部材
２０，２２を点部分で接合するものである。このアーク
溶接による場合、表面側部材２０から裏面側部材２２に
達するまで溶融させる必要があり、溶接の熱影響により
両部材２０，２２の変形や、溶融による表面形状の荒れ
が生じるため、熟練した専門技術者が必要であった。

【０００３】また、スポット溶接は、図７(Ｂ)に示すよ
うに、表面側部材２４と裏面側部材２６とを一対の電極
２８で挟持し、係る電極２８，２８間に電流を流す。こ
れにより、両部材２４，２６の接合面付近において抵抗
発熱を生じ、図７(Ｃ)に示すように、両部材２４,２６
間にナゲットＧを形成し、両部材２４,２６を重ね合わ
せて部分的に接合できる。尚、図中の符号Ｓは上記電極
２８による圧痕を示す。ところで自動車や車両の軽量化
に伴って、各種の部品に対するアルミニウムの適用が検
討されている。しかし、上記スポット溶接は、少なくと
も一方の部材が薄肉である必要があり、接合すべき部材
２４，２６の厚さが厚肉になると、スポット溶接機によ
っては溶接できず、且つアルミニウムの場合には大電流
を要するため、溶接機にも大型の電源装置を備えること
が必要になる。従って、２つのアルミニウム部材(２４,
２６)同士を簡便に点接合するには不向きであった。

【０００４】更に、スタッド溶接は、図７(Ｄ)に示すよ
うに、部材３０の表面に該部材３０と同じ材質のボルト
３２とをチャック３４と口金３６を介して接触させる。
次に、ボルト３２と部材３０の間でアークを発生させる
と、図７(Ｅ)に示すように、ボルト３２の下端と部材３
０内に溶け込み部分Ｍを形成することにより、スタッド
ボルト３２は部材３０の表面に垂直に植設される。しか
し、上記アークは部材３０に強度低下や変形を招くこと
がある。しかも、部材３０をアルミニウム化した場合、
スタッドボルト３２にはアルミニウム以外の金属を使用
することができず、接合強度不足となることがあった。

【０００５】ところで、アルミニウム製の部材に対し
て、異種金属の部材を接合する方法として、摩擦結合方
法(特開平７−４７４８０号公報)が提案されている。こ
の結合方法は、アルミニウム(Ａｌ)製の第二の構成部品
に対して、銅(Ｃｕ)製の第一の構成部品を回転ししつ進
入させ、両部品間に生じる摩擦熱により両部品の界面付
近を軟化させて結合するものである。しかし、上記第一
の構成部品をどのようにして用いるのかについては、具
体的には何ら開示されていない。

【０００６】

【発明が解決すべき課題】本発明は、以上に説明した従
来の技術における問題点を解決し、一対のアルミニウム
製の部材同士を簡単な治具や装置を用いて簡便に接合し
たり、或いは、１つ又は一対のアルミニウム製部材に対
し別の部材を簡単な治具等を用いて簡便にネジ結合可能
とする接合方法を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、アルミニウムと異種材質の摩擦ピンを介し
て一対のアルミニウム製の部材同士を接合したり、或い
は上記摩擦ピンを介してアルミニウム製の部材の表面に
別の部材をネジ結合にて接合することに着想して成され
たものである。

【０００８】即ち、本発明の第１の接合方法は、一対の
アルミニウム又はアルミニウム合金製の部材を重ね合わ
せて重合面を形成し、該重合面を貫通するように一方の
部材の表面から他方の部材に向けて摩擦ピンを回転しつ
つ押圧し、上記一対の部材と摩擦ピンとの間に生じる摩
擦熱により両部材を軟化せしめ且つ撹拌することによ
り、摩擦ピンを両部材に植設すると共に両部材同士を接
合する、ことを特徴とする。これによれば、摩擦ピンが
一対のアルミニウム製の部材間に跨って両部材を摩擦撹
拌することにより、両部材は固相状態で流動化して撹拌
され、互いに直に接合される。しかも、両部材を例えば
特殊鋼製の摩擦ピンを介して該ピンを中心として簡便且
つ強固に接合することができる。尚、両部材同士が直に
接合されていないか接合不十分であっても、摩擦ピンを
介して強固に接合することができる。

【０００９】また、本発明の第２の接合方法は、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金製の部材に対し、少なくと
も後端寄りの周面にネジを設けた摩擦ピンを上記部材の
表面から内部に向けて回転しつつ押圧し、上記部材と摩
擦ピンとの間に生じる摩擦熱により上記部材を軟化せし
め且つ撹拌することにより、摩擦ピンを上記部材に植設
すると共に、上記部材の表面から突出する摩擦ピンの上
記ネジを利用して上記部材に別の部材を固定する、こと
を特徴とする。

【００１０】これによれば、摩擦ピンによる摩擦熱によ
ってアルミニウム製の部材を固相状態で流動化し撹拌す
ることで、上記部材に摩擦ピンを簡便且つ強固に植設で
き、且つ摩擦ピンの後端寄りに設けたネジを利用して別
の部材を容易に固定することができる。しかも、摩擦ピ
ンがアルミニウム以外の鋼やステンレス鋼等の異種材質
であっても、従来のスタッド溶接のような制限を受け
ず、且つ摩擦ピンの埋設長さも深くすることができるの
で、少ない治具で容易且つ強固に植設できる。尚、上記
別の部材の材質にはアルミニウム製以外のものも含まれ
る。

【００１１】更に、本発明の第３の接合方法は、一対の
アルミニウム又はアルミニウム合金製の部材を重ね合わ
せて重合面を形成し、該重合面を貫通するように一方の
部材の表面から他方の部材に向けて、少なくとも後端寄
りの周面にネジを設けた摩擦ピンを回転しつつ押圧し、
上記一対の部材と摩擦ピンとの間に生じる摩擦熱により
両部材を軟化せしめ且つ撹拌することにより、摩擦ピン
を両部材に植設し且つ両部材同士を接合すると共に、上
記一方の部材の表面から突出する摩擦ピンの上記ネジを
利用して上記両部材に別の部材を固定する、ことを特徴
とする。

【００１２】これによれば、摩擦ピンが一対のアルミニ
ウム製の部材を貫通して両部材を固相状態で流動化・撹
拌し直に接合すると共に、両部材も摩擦ピン介して強固
に接合される。しかも、上記部材に摩擦ピンを簡便且つ
強固に植設でき、且つ摩擦ピンの後端寄りに設けたネジ
を利用して別の部材を容易に固定することができる。
尚、両部材同士が直に接合されていないか接合不十分で
あっても、上記摩擦ピンを介して強固に接合することが
できる。また、上記別の部材の材質もアルミニウム製の
ものに限らない。

【００１３】また、前記摩擦ピンが、先端面又は先端部に
散点状又は線状の凹凸部を形成している、接合方法も含
まれる。これにより、摩擦ピンと上記部材との間で摩擦
熱を発生し易くし、部材のアルミニウムを固相状態で更
に流動化することができる。更に、前記摩擦ピンが、そ
の周面に凹凸を形成している、接合方法も含まれる。こ
れによっても、摩擦ピンと上記部材との間で摩擦熱を発
生し易くし、該部材のアルミニウムを固相状態で流動化
を促進すると共に、第１又は第３の発明における一対の
部材間に跨るアルミニウムの撹拌を確実にして両部材の
直接接合することができる。しかも、摩擦ピン自体を一
対の部材又は単独の部材と強固に接合することができ
る。

【００１４】また、前記摩擦ピンが、その周面に連続す
るか又は部分的なネジを形成している、接合方法も含ま
れる。これによれば、ネジにより上記摩擦熱を発生さ
せ、上記部材のアルミニウムを固相状態で流動化して撹
拌し、一対の部材同士の直接接合及び摩擦ピン自体の一
対の部材又は単独の部材との接合を一層強固にできる。
更に、前記摩擦ピンをその周面に形成したネジの回転方
向と逆方向に回転しつつ前記一対の部材又は前記単独の
部材に押圧する、接合方法も含まれる。

【００１５】これによれば、摩擦ピンにより流動化され
た上記部材のアルミニウムをネジに沿って部材の外部に
排出するのを阻止し、流動化した上記アルミニウムに内
圧を加えつつ確実に撹拌できる。従って、係る流動化し
たアルミニウムは、摩擦ピンの周面付近に留まるため、
摩擦ピンのネジ谷内にも進入して固化し摩擦ピンを強固
に固定する。しかも、流動化するアルミニウムの容積も
増えるため、第１又は第３の発明における一対の部材の
接合を更に強固なものにすることができる。

【００１６】また、前記摩擦ピンが、その先端面に開口
する中空部を有する中空材である、接合方法も含まれ
る。更に、前記摩擦ピンが貫通する前記一対の部材間の
重合面付近において、少なくとも何れかの部材に上記摩
擦ピンの周囲に隙間を形成する凹部を予め設けた、接合
方法も含まれる。加えて、前記摩擦ピンが進入する前記
一対の部材又は前記単独の部材内に、摩擦ピンと同軸で
且つ細径の貫通孔、及び／又は、閉塞穴を予め形成し
た、接合方法も含まれる。

【００１７】これらによれば、前記部材内に進入する摩
擦ピンによりその容積分に相当するアルミニウムは、そ
の一部が上記中空部、凹部、或いは貫通孔又は閉塞穴に
進入して外部に排出されなくなり、接合後における仕上
げ加工を容易にすることができる。しかも、摩擦ピンの
押込み圧力を減らせると共に、第１又は第３の発明にお
ける一対の部材間の重合面間から流動化したアルミニウ
ムが外部にバリとして流れ出すことも防止できる。

【００１８】更に、前記摩擦ピンを前記一対の部材又は
前記単独の部材に植設する際、これらの部材の表面に位
置する上記摩擦ピンに大径部分を形成すると共に、該摩
擦ピンを一対の部材又は単独の部材に植設し終わる直前
に摩擦ピンの回転を停止し、且つ当該摩擦ピンをその先
端面に向けその軸方向に沿って荷重を加えることによ
り、上記大径部分の一部又は全部を一方の部材又は単独
の部材内に埋設した、接合方法も含まれる。これによれ
ば、上記大径部分により前記部材の流動化して固化する
アルミニウムに蓋をした状態で摩擦ピンを押圧するの
で、係る摩擦ピンと前記一対の部材又は単独部材との密
着も確実になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下において本発明の実施に好適
な形態を図面と共に説明する。図１は本願における第１
の発明に関し、図１(Ａ)は接合すべき一対のアルミニウ
ム製の部材１ａ，１ｂをそれぞれの端縁付近で重合して
重合面Ｇを設け、且つ図示しない治具で拘束した状態を
示す。上記部材１ａ，１ｂには、純Ａｌ系(JIS:Ａ１０
８０，Ａ１１００)、Ａｌ−Ｍｎ系(JIS:Ａ３００３)、
Ａｌ−Ｍｇ系(JIS:Ａ５０５２，Ａ５４５７)、Ａｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系(JIS:Ａ６０６１)等のアルミニウムからなる
圧延による板材又は押出形材、或いは鋳造用アルミニウ
ムやダイカスト用アルミニウムからなる鋳物又はダイカ
スト材が用いられる。各部材１ａ，１ｂの厚さは例えば
３〜１８ｍｍ程度である。

【００２０】図１(Ｂ)に示すように、両部材１ａ，１ｂ
の重合面Ｇを貫通するよう一方の部材１ｂの表面に向け
て直角に摩擦ピン２を回転させつつ接近する。この摩擦
ピン２は、アルミニウムよりも硬質で軟化点の高い特殊
鋼等からなり、その周面に凹凸であるネジ４を有し、且
つ上端に薄肉部６を有する。この薄肉部６は、図示しな
いモータ等の回転軸の一端に固定されたチャックに把持
される。また、摩擦ピン２の直径は約３〜１０ｍｍで、
長さは約４〜３４ｍｍ程度である。係る摩擦ピン２は、
５００〜１５０００ｒｐｍの回転速度によりネジ４の回
転方向と逆方向に回転されつつ、その軸方向に沿って１
〜２０ｋＮの押込み力(押圧力)を付与されている。

【００２１】摩擦ピン２は、先ず一方の部材１ｂ内に進
入し、そのネジ４と部材１ｂのアルミニウムとの間で摩
擦熱を生じ、且つネジ４付近のアルミニウムを固相状態
で軟化して流動化しつつ撹拌する。この際、摩擦ピン２
はネジ４と逆方向に回転されているため、流動化したア
ルミニウムは図示で下向きに押し付けられる。更に、摩
擦ピン２を押込むと、その先端側は重合面Ｇを貫通し
て、他方の部材１ａ内に進入し、上記と同じく摩擦熱を
生じ、且つネジ４付近のアルミニウムを固相状態で軟化
して流動化しつつ撹拌する。その結果、図１(Ｃ)に示す
ように、摩擦ピン２は両部材１ａ，１ｂの重合面Ｇを貫
通して、各部材１ａ，１ｂのアルミニウムを両者間に渉
って水平及び垂直方向に流動化して撹拌し、そのネジ４
の周囲に略鐘形状の接合部Ｗが形成される。

【００２２】そして、摩擦ピン２のネジ４部分が両部材
１ａ，１ｂ中に進入した状態で、摩擦ピン２の回転を停
止し、その薄肉部６を上記チャックから開放する。する
と、図１(Ｄ)に示すように、上記接合部Ｗは固化して両
部材１ａ，１ｂを接合する。また、固化した接合部Ｗは
摩擦ピン２を両部材１ａ，１ｂに跨って固定すると共
に、その薄肉部６を一方の部材１ｂにおける接合部Ｗの
表面Ｗａ上に突出して植設することができる。従って、
両部材１ａ，１ｂは接合部Ｗにより直接接合されると共
に、摩擦ピン２を介しても接合されるため、強固な接合
強度を得ることができ。尚、接合部Ｗの表面Ｗａ上には
摩擦ピン２の進入に伴いその体積分の一部が排出されて
バリＷｃが形成されが、このバリＷｃは必要により追っ
て除去される。また、重合面Ｇに沿って前記流動化した
アルミニウムの一部は、摩擦ピン２のネジ４の逆向き回
転による内圧を受けて外部に流出しようとする。その結
果、図１(Ｄ)に示したようなバリＷｂが形成されてしま
う場合がある。

【００２３】図２は、前記第１の発明における上記バリ
Ｗｂの発生を防ぐ形態に関する。図２(Ａ)は、接合すべ
き両部材１ａ，１ｂの重合面Ｇにおける中央付近に円盤
形状の凹部１ｃを同軸に一対形成した状態を示す。図２
(Ｂ)に示すように、前記同様に摩擦ピン２を一方の部材
１ｂから重合面Ｇの上記各凹部１ｃに向けて回転しつつ
押込む。その結果、図２(Ｃ)に示すように、摩擦ピン２
のネジ４により流動化され撹拌された両部材１ａ，１ｂ
のアルミニウムは、摩擦ピン２の周囲に接合部Ｗを形成
する。その際、上記一対の凹部１ｃに相当する容積のア
ルミニウムは摩擦ピン２のネジ４の逆向き回転による内
圧を受けて外部に流出しなくなり、前記バリＷｂ，Ｗｃ
がないか少ない接合部Ｗを形成することができる。尚、
図２(Ｃ)において、各部材１ａ，１ｂの流動化したアル
ミニウムが互いに撹拌されない場合がある。しかし、こ
の場合でも各部材１ａ，１ｂは個別の接合部Ｗ及び摩擦
ピン２を介して所要程度以上の強度をもって接合され
る。尚また、上記凹部１ｃは何れか一方の部材１ａ，１
ｂのみに穿設しても良い。

【００２４】図２(Ｄ)は、一方の部材１ａにおける摩擦
ピン２の進入路に沿って該ピン２よりも細径の貫通孔１
ｄを穿設すると共に、他方の部材１ｂにおけるピン２の
進入路に沿って該ピン２よりも細径の閉塞穴１ｅを穿設
した状態を示す。閉塞穴１ｅの直径は、貫通孔１ｄと同
径か僅かに細径としている。係る貫通孔１ｄ及び閉塞穴
１ｅを予め両部材１ａ，１ｂの重合面Ｇ付近に穿設する
ことにより、摩擦ピン２により流動化したアルミニウム
による前記バリＷｂ，Ｗｃの発生を防いだり減らすこと
ができる。しかも、摩擦ピン２の軸方向に沿った押込み
力を低減することもできる。尚、貫通孔１ｄと閉塞穴１
ｅの何れか一方のみを形成しても良い。

【００２５】また、図２(Ｅ)に示すように、摩擦ピン２
自体をその先端面に開口する中空部３を有する中空材か
ら形成することによっても、摩擦ピン２により流動化さ
れたアルミニウムによる前記バリＷｂ，Ｗｃの発生を少
なくすることができ、且つ摩擦ピン２の軸方向に沿った
押込み力を低減することもできる。尚、前記凹部１ｃと
貫通孔１ｄ、凹部１ｃと貫通孔１ｄと閉塞穴１ｅ、或い
はこれらと上記中空部３を有する摩擦ピン２を適宜組み
合せて併用することで、接合部ＷのバリＷｂ，Ｗｃの発
生を一層確実に防止することが可能となる。

【００２６】図３は本願における第３の発明による接合
形態に関する。図３(ａ)は前記摩擦ピン２を示し、図３
(Ａ)に示すように、一対のアルミニウム製の部材１ａ，
１ｂに対し前記同様にして回転しつつ押込んで、そのネ
ジ４の周囲に接合部Ｗを形成する。且つ、摩擦ピン２の
後端寄りのネジ４を接合部Ｗの表面Ｗａ及び一方の部材
１ｂから上方に突出するように上記ピン２を植設したも
のである。そして、突出した摩擦ピン２のネジ４に別部
材であるアングル８の透孔９を貫通し、且つ上記ネジ４
にナットＮを螺合することにより、アングル８を予め接
合した一対の部材１ａ，１ｂに固定したものである。

【００２７】これにより、アルミニウム製の両部材１
ａ，１ｂ及びアングル８を摩擦ピン２を介して強固に接
合することができる。尚、アングル８には形鋼又はアル
ミニウムの押出形材を用いる。また、本図３及びこれ以
降の図面においても、部材１ａ，１ｂに前記凹部１ｃや
貫通孔１ｄ等を形成することにより、部材１ａの表面や
部材１ａ，１ｂの重合面付近にバリＷｂ，Ｗｃの発生を
抑制する構造としている。但し、バリＷｃ等の発生を完
全には阻止できないが、その図示は省略した。

【００２８】図３(ｂ)は周面にネジ４を有し且つその後
端面に六角穴７を形成した摩擦ピン２′を示す。図３
(Ｂ)はこのピン２′を用いて一対の部材１ａ，１ｂ及び
アングル８を接合した状態を示す。即ち、予め摩擦ピン
２′をその六角穴７内に図示しないチャックと一体の六
角ピンを挿入し且つその周囲に電磁石を有する当該チャ
ックに固定する。次に、摩擦ピン２′を一対のアルミニ
ウム製の部材１ａ，１ｂに対し前記同様にして回転しつ
つ押込み、そのネジ４の周囲に接合部Ｗを形成する。同
時に、摩擦ピン２′の後端寄りのネジ４を接合部Ｗの表
面Ｗａ及び一方の部材１ｂから上方に突出するよう上記
ピン２′を植設する。更に、突出した摩擦ピン２′のネ
ジ４に別部材であるアングル８の透孔９を貫通し、且つ
上記ネジ４にナットＮを螺合することにより、アングル
８を予め接合した一対の部材１ａ，１ｂに固定したもの
である。これによって、アルミニウム製の両部材１ａ，
１ｂ及びアングル８を摩擦ピン２′を介して強固に接合
することができる。

【００２９】図３(ｃ)は先端寄りの周面にネジ４を、後
端寄りの周面に逆ネジ４′を有すると共に、その間に六
角形の太い把持部(大径部分)５を形成した摩擦ピン２″
を示す。図３(Ｃ)はこのピン２″を用いて一対の部材１
ａ，１ｂ及びアングル８を接合した状態を示す。即ち、
摩擦ピン２″を予めその把持部５により図示しないチャ
ックに固定する。次に、係る摩擦ピン２″を一対の部材
１ａ，１ｂに対し前記同様にして回転しつつ押込み、そ
のネジ４の周囲に接合部Ｗを形成し、同時に摩擦ピン
２″の把持部５と後端寄りの逆ネジ４′を接合部Ｗの表
面Ｗａ及び一方の部材１ｂから上方に突出させて上記ピ
ン２″を植設する。

【００３０】更に、突出した摩擦ピン２″の逆ネジ４′
に別部材であるアングル８の透孔９を貫通し、且つ上記
ネジ４にナットＮを螺合することにより、アングル８を
予め接合した一対の部材１ａ，１ｂに固定したものであ
る。これによっても、アルミニウム製の両部材１ａ，１
ｂ及びアングル８を摩擦ピン２″を介して強固に接合す
ることができる。また、上記把持部５の全部又は一部を
次述するように、一方の部材１ｂ内の接合部Ｗ中に埋設
しても良い。更に、以上のアングル８に替えて更に異な
る別の部材、例えばチャンネル形鋼、Ｈ形鋼、又はＩ形
鋼等の構造用強度部材や、鋼板、ステンレス鋼板等のア
ルミニウムと異種材質の板材を摩擦ピン２,２′,２″か
ら突出するネジ４，逆ネジ４′を活用して固定し接合す
ることもできる。

【００３１】図４は本願の第１発明における変形形態に
関する。図４(Ａ)及び(Ｂ)は、ネジ４を有する周面と、
その後端の円筒形をなす大径部分５ａと、該大径部分５
ａの後端面に六角穴７を有する摩擦ピン２ａを示す。図
４(Ｃ)は上記ピン２ａを用いて一対の部材１ａ，１ｂを
接合する状態を示す。予め、摩擦ピン２ａをその六角穴
７内に六角ピンを挿入し且つ大径部分５ａを吸着する電
磁石を六角ピンと一体に有する図示しないチャックに固
定する。次に、係る摩擦ピン２ａを一対の部材１ａ，１
ｂに対し、前記同様その重合面Ｇを貫通するようにして
回転しつつ押込み、そのネジ４の周囲に接合部Ｗを形成
する。

【００３２】そして、摩擦ピン２ａを一対の部材１ａ，
１ｂに植設し終わる直前に摩擦ピン２ａの回転を停止
し、且つその先端面に向けその軸方向に沿って上記チャ
ックを介して更に荷重を加える。その結果、図４(Ｄ)に
示すように、摩擦ピン２ａの大径部分５ａ全体を一方の
部材１ｂ中における接合部Ｗ内に埋設することができ
る。従って、接合部Ｗは摩擦ピン２ａの大径部分５ａに
より押圧された状態で固化するため、各部材１ａ，１ｂ
及び上記ピン２ａのネジ４に確実に密着し、これら３者
間の接合を一層強固にすることができる。尚、上記大径
部分５ａの一部を部材１ｂ中の接合部Ｗ内に埋設しても
同様の作用を得ることができる。

【００３３】図５は更に異なる形態の摩擦ピンに関す
る。図５(Ａ)は、先端寄りの周面にその長手方向に沿っ
て部分的なネジ４″を有し、後端寄りの周面にネジ４と
後端面に六角穴７を有する摩擦ピン２ｂを示す。このピ
ン２ｂを前記同様にチャックに固定し、図５(Ｂ)に示す
ように、一対の部材１ａ，１ｂに対し、前記同様その重
合面Ｇを貫通するように回転しつつ押込み、先端寄りの
部分的に形成されたネジ４″の周囲に接合部Ｗを形成す
る。この際、部分的なネジ４″により各部材１ａ，１ｂ
との摩擦熱が高くなり、且つ流動化したアルミニウムを
重合面Ｇを挟んで一層激しく撹拌することができる。

【００３４】従って、図５(Ｃ)に示すように、摩擦ピン
２ｂの先端寄りが重合面Ｇを貫通した状態でも上記ネジ
４″の周囲に比較的大きな接合部Ｗが形成される。そし
て、上記ピン２ｂの回転を停止し且つ両部材１ａ，１ｂ
に跨って植設すると共に、一方の部材１ｂの表面から突
出した後端寄りのネジ４を利用して、別の部材たるアン
グル８をナットＮにより、両部材１ａ，１ｂに固定し強
固に接合することができる。尚、摩擦ピン２ｂの周面全
体に上記部分的なネジ４″を形成して、両部材１ａ，１
ｂのみを接合する第１の発明に活用することもできる。

【００３５】図５(Ｄ)は、以上に説明した前記摩擦ピン
２〜２ｂにおける先端面に、散点状の凹凸部３ａを設け
た形態を示す。また、図５(Ｆ)に示すように、摩擦ピン
２〜２ｂの先端面に互いに直交する平行線からなる線状
の凹凸部３ｂを設けることもできる。これらの凹凸部３
ａ，３ｂを摩擦ピン２〜２ｂの先端面に設けることによ
り、各ピン２〜２ｂと各部材１ａ，１ｂとの間における
摩擦熱の発生を容易にし且つアルミニウムの流動化を一
層促進することができる。尚、各摩擦ピン２〜２ｂにお
ける先端は、上記の平坦な先端面に限らず、半球面や半
楕円形状の先端部として、その表面に散点状状又は線状
のの凹凸部３ａ，３ｂを設けることもできる。これによ
り、上記摩擦熱の発生とアルミニウムの流動化を更に一
層高めることができる。

【００３６】図６(Ａ)及び(Ｂ)は、本願における第２発
明の接合形態を示す。予めアルミニウム製の部材１ｂを
水平に拘束すると共に、周面にネジ４を後端面に六角穴
７を有する前記摩擦ピン２′を上記六角穴７を介して図
示しないチャック固定する。次に、図６(Ａ)に示すよう
に、チャックと共に摩擦ピン２′を回転しつつ上記部材
１ｂに向けて押圧する。この際、回転方向は摩擦ピン
２′のネジ４の回転方向と逆向きにする。すると、図６
(Ｂ)に示すように、摩擦ピン２′の先端寄りのネジ４部
分は部材１ｂとの間で摩擦熱を生じ、前記同様に部材１
ｂのアルミニウムを軟化・流動化して撹拌し接合部Ｗを
形成する。

【００３７】更に、摩擦ピン２′が部材１ｂ内に一定長
さ進入した状態で、その回転と押圧を停止する。する
と、接合部Ｗのアルミニウムは固化して摩擦ピン２′の
先端寄りのネジ４部分を部材１ｂ内に埋設する。更に、
摩擦ピン２′からチャックを取外すと、図６(Ｂ)に示す
ように、後端寄りのネジ４が部材１ｂの表面から突出し
た状態になる。そして、図６(Ｃ)に示すように、上記部
材１ｂ表面から突出した摩擦ピン２ｃのネジ４部分に前
記アングル８を貫通し且つナットＮを螺合して、部材１
ｂと別の部材たるアングル８とを摩擦ピン２′を介して
強固に接合することができる。尚、摩擦ピン２′に替え
て前記摩擦ピン２,２″,２ｂを用い得ることも明らかで
ある。

【００３８】図６(Ｄ)及び(Ｅ)は、防振ゴムブッシュ用
のマウントブラケット１０に本発明の接合方法を適用し
た例を示す。このブラケット１０は、上記ブッシュを内
嵌するリング部１２と、その下辺から左右に延びるフラ
ンジ１４，１６とを一体に有し、図示で右側のフランジ
１６の底面には切欠き１７が形成されている。且つ、係
るブラケット１０は、上記リング部１２,フランジ１４,
１６、及び切欠き１７を一体に有する断面形状の図示し
ないアルミニウム製の押出形材を、その押出方向と直角
に所要幅で切断することにより得られたものである。

【００３９】上記ブラケット１０の左側のフランジ１４
の底面には、図６(Ｅ)に示すように、前記図６(Ａ)乃至
(Ｃ)に示した第２発明の接合方法により、摩擦ピン２′
からなるボルトが垂直に植設されている。係るボルト
(摩擦ピン)２′を用いて、このブラケット１０を図示し
ない車体等の構成部材にネジ止めすることができる。ま
た、図６(Ｄ)のように、上記ブラケット１０における右
側のフランジ１６の切欠き１７内に、該フランジ１６と
直交するアルミニウム製のプレート１８が挿入される。
そして、図６(Ｅ)に示すように、フランジ１６とプレー
ト１８との重合部に、前記図４で示した第１発明の接合
方法により、一対の前記接合部Ｗが形成され且つ摩擦ピ
ン２ａがそれぞれ進入している。これにより、ブラケッ
ト１０にプレート１８が強固に接合される。尚、プレー
ト１８の両端には取付孔１９，１９が穿設されており、
これによって車体等の構成部材にネジ止めされる。

【００４０】本発明は、以上において説明した各形態に
限定されるものではない。例えば、前記図３〜図５にお
ける一対の部材１ａ，１ｂ間の重合面Ｇ付近に前記凹部
１ｃや、貫通孔１ｄ、閉塞穴１ｅを設けたり、或いは前
記図３〜図６(Ｃ)における摩擦ピン２,２′,２″,２
ａ，２ｂに、前記図２(Ｅ)で示した中空部３を形成して
も良い。また、一対の部材１ａ，１ｂをアルミニウム製
の押出形材で成形する場合、追って重合部となる付近に
予め前記凹部１ｃを一体に形成しておくこともできる。

【００４１】更に、摩擦ピンの周面に形成する凹凸は、
前記ネジ４や部分的なネジ４″に限らず、周面の径方向
に沿って互いに平行な連続したリング形の凹凸又は不連
続なリング形の凹凸としたり、或いは周面の円周方向に
複数ヶ所突出する凸条又は突起を軸方向に沿って連続的
に形成したものも含まれる。尚、前記一対の部材１ａ，
１ｂのアルミニウムには、同一又は同種のものに限ら
ず、互いに異なる種類のアルミニウムを用い得ること明
らかである。

【００４２】

【発明の効果】以上において説明した第１の発明の接合
方法によれば、摩擦ピンが一対のアルミニウム製の部材
を貫通して両部材を摩擦撹拌することにより、両部材は
固相状態で流動化して撹拌され、互いに直に接合され
る。しかも、両部材を例えば特殊鋼製の摩擦ピン介し該
ピンを中心として簡便且つ強固に接合することができ
る。また、第２の発明の接合方法によれば、摩擦ピンに
よる摩擦熱でアルミニウム製の部材を固相状態で流動化
し撹拌することで、上記部材に摩擦ピンを簡便且つ強固
に植設でき、且つ摩擦ピンの後端寄りに設けたネジを利
用して別の部材を容易に固定することができる。しか
も、摩擦ピンがアルミニウム以外の鋼やステンレス鋼等
の異種材質であっても、従来のスタッド溶接のような制
限を受けないと共に、摩擦ピンの埋設長さも深くするこ
とができるので、少ない治具で容易且つ強固に植設でき
る。

【００４３】更に、第３の発明の接合方法によれば、摩
擦ピンが一対のアルミニウム製の部材を貫通して両部材
を固相状態で流動化して撹拌し直に接合すると共に、両
部材も摩擦ピン介して強固に接合される。しかも、上記
部材に摩擦ピンを簡便且つ強固に植設でき、且つ摩擦ピ
ンの後端寄りに設けたネジを利用して別の部材を容易に
固定することもできる。また、請求項４乃至６に記載の
接合方法によれば、一対の部材又は単独の部材に対し摩
擦ピンによる摩擦熱を発生し易くし、且つ部材の流動化
したアルミニウムを確実に撹拌することができる。更
に、請求項７に記載の接合方法によれば、摩擦ピンが進
入する部材における流動化したアルミニウムが不用意に
部材の外へ排出されることを防止できる。加えて、請求
項８乃至１０に記載の接合方法によれば、摩擦ピンが進
入する部材における流動化したアルミニウムが一対の部
材間にバリとなって流出したり、単独の部材の表面に不
用意に排出されることを防いだり減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(Ａ)〜(Ｄ)は第１の発明の接合方法の各工程を
示す概略図。

【図２】(Ａ)〜(Ｃ)は第１の発明の接合方法における異
なる形態を示す概略図、(Ｄ)は更に異なる形態を示す概
略図、(Ｅ)は異なる形態の摩擦ピンを示す断面図。

【図３】(ａ)〜(ｃ)は更に異なる形態の摩擦ピンを示す
概略図、(Ａ)〜(Ｃ)はこれらの摩擦ピンを用いた第３の
発明の接合方法を示す概略図。

【図４】(Ａ)と(Ｂ)は更に異なる形態の摩擦ピンを示す
正面図又は断面図、(Ｃ)と(Ｄ)はこの摩擦ピンを用いた
第１の発明の接合方法を示す概略図。

【図５】(Ａ)は別異の形態の摩擦ピンを示す正面図、
(Ｂ)と(Ｃ)はこの摩擦ピンを用いた第３の発明の接合方
法を示す概略図、(Ｄ)と(Ｅ)は摩擦ピンの先端面におけ
る凹凸部を示す部分正面図又は底面図。

【図６】(Ａ)〜(Ｃ)は第２の発明の接合方法の各工程を
示す概略図、(Ｄ)と(Ｅ)は本発明の各接合方法により形
成したマウントブラケットの斜視図又は正面図。

【図７】(Ａ)は従来の技術のアーク溶接による接合状態
を示す概略図、(Ｂ)と(Ｃ)は従来のスポット溶接の各工
程を示す部分断面図、(Ｄ)と(Ｅ)は従来のスタッド溶接
の各工程を示す概略図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…………………………部材１ｃ…………………………………凹部１ｄ…………………………………貫通孔１ｅ…………………………………閉塞穴２,２′,２″,２ａ,２ｂ…………摩擦ピン３……………………………………中空部３ａ，３ｂ…………………………凹凸部４,４′,４″………………………ネジ(凹凸) ５……………………………………把持部(大径部分) ５ａ…………………………………大径部分８……………………………………アングル(別の部材) Ｇ……………………………………重合面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀久司静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番地１号日本軽金属株式会社グループ技術センター内 (72)発明者牧田慎也静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番地１号日本軽金属株式会社グループ技術センター内Ｆターム(参考） 3J001 AA01 BA01 DA00 DB03 EA00 4E067 AA05 BG02 EB00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対のアルミニウム又はアルミニウム合金
製の部材を重ね合わせて重合面を形成し、上記重合面を貫通するように一方の部材の表面から他方
の部材に向けて摩擦ピンを回転しつつ押圧し、上記一対の部材と摩擦ピンとの間に生じる摩擦熱により
両部材を軟化せしめ且つ撹拌することにより、摩擦ピン
を両部材に植設すると共に両部材同士を接合する、こと
を特徴とする接合方法。
【請求項２】アルミニウム又はアルミニウム合金製の部
材に対し、少なくとも後端寄りの周面にネジを設けた摩
擦ピンを上記部材の表面から内部に向けて回転しつつ押
圧し、上記部材と摩擦ピンとの間に生じる摩擦熱により上記部
材を軟化せしめ且つ撹拌することにより、摩擦ピンを上
記部材に植設すると共に、上記部材の表面から突出する摩擦ピンの上記ネジを利用
して上記部材に別の部材を固定する、ことを特徴とする
接合方法。
【請求項３】一対のアルミニウム又はアルミニウム合金
製の部材を重ね合わせて重合面を形成し、上記重合面を貫通するように一方の部材の表面から他方
の部材に向けて、少なくとも後端寄りの周面にネジを設
けた摩擦ピンを回転しつつ押圧し、上記一対の部材と摩擦ピンとの間に生じる摩擦熱により
両部材を軟化せしめ且つ撹拌することにより、摩擦ピン
を両部材に植設し且つ両部材同士を接合すると共に、上記一方の部材の表面から突出する摩擦ピンの上記ネジ
を利用して上記両部材に別の部材を固定する、ことを特
徴とする接合方法。
【請求項４】前記摩擦ピンが、先端面又は先端部に散点
状又は線状の凹凸部を形成している、ことを特徴とする
請求項１乃至３の何れかに記載の接合方法。
【請求項５】前記摩擦ピンが、その周面に凹凸を形成し
ている、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の接合
方法。
【請求項６】前記摩擦ピンが、その周面に連続するか又
は部分的なネジを形成している、ことを特徴とする請求
項１乃至５の何れかに記載の接合方法。
【請求項７】前記摩擦ピンをその周面に形成したネジの
回転方向と逆方向に回転しつつ前記一対の部材又は前記
単独の部材に押圧する、ことを特徴とする請求項６に記載の接合方法。
【請求項８】前記摩擦ピンが、その先端面に開口する中
空部を有する中空材である、ことを特徴とする請求項１
乃至７の何れかに記載の接合方法。
【請求項９】前記摩擦ピンが貫通する前記一対の部材間
の重合面付近において、少なくとも何れかの部材に上記
摩擦ピンの周囲に隙間を形成する凹部を予め設けた、こ
とを特徴とする請求項１又は３乃至８の何れかに記載の
接合方法。
【請求項１０】前記摩擦ピンが進入する前記一対の部材
又は前記単独の部材内に、摩擦ピンと同軸で且つ細径の
貫通孔、及び／又は、閉塞穴を予め形成した、ことを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の接合
方法。
【請求項１１】前記摩擦ピンを前記一対の部材又は前記
単独の部材に植設する際、これらの部材の表面に位置す
る上記摩擦ピンに大径部分を形成すると共に、上記摩擦ピンを一対の部材又は単独の部材に植設し終わ
る直前に摩擦ピンの回転を停止し、且つ当該摩擦ピンを
その先端面に向けその軸方向に沿って荷重を加えること
により、上記大径部分の一部又は全部を一方の部材又は
単独の部材内に埋設した、ことを特徴とする請求項１乃
至１０の何れかに記載の接合方法。