JP2001259865A - 金属製部材の結合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 角形断面のアーム部と取付部を摩擦撹拌接合
により容易・確実に結合する。 【構成】 アルミ製アーム部１０の一端である連結部１
１を角形断面に形成し、これを別体取付部２０に形成さ
れた二股突部２２へ嵌合する。別体取付部２０は、ブッ
シュ取付用の丸穴２１が形成されたリング状部２０ａの
外周側から一体に突出する略コ字状をなし、二股突部２
２の対向する一対の凹部側接合面２３に連結部１１の一
対の連結部側接合面１２が接し、かつ凹部側接合面２３
及び連結部側接合面１２とそれぞれ直交する平面状をな
す上面１３及び２５を面一のガイド面とし、接合部３１
の上方から摩擦撹拌接合用回転工具４０を挿入して肩部
４３をガイド面である上面１３及び２５上に摺動させな
がら接合部３１に沿ってアーム部１０の長手方向へ移動
させて接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、摩擦撹拌接合を
用いた金属製部材の結合方法に係り、特に、アーム部と
その両端に設けられるブッシュ取付部とを備えたアルミ
等の金属製リンク部材を摩擦撹拌接合にて容易かつ確実
に結合する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】別体のブッシュ取付部をアーム部の端部
へ結合してリンク部材を製造する場合、別体のブッシュ
取付部へ略コの字状をなすように二股状に突出する一対
の二股突部を設け、この二股突部間へ四角断面をなすア
ーム部の端部を嵌合し、嵌合部を溶接して一体化するサ
スペンションアーム用リンク部材の製法が公知である
（一例として特開平１１−１５７３１７号）。

【０００３】しかしながらこのようにしてリンク部材を
製造する場合、嵌合部を溶接するとき熱影響が残るので
溶接部位の選定が困難であったり、作業に熟練を求めら
れる場合がある。特に、アルミ材料の溶接は困難であ
り、作業性の向上が望まれている。そこでこのような溶
接に代わる方法として摩擦撹拌接合が提唱されるように
なった。なお、本願発明においてアルミとは種々の公知
アルミ合金材料を含むものとする。

【０００４】図１１は、このような摩擦撹拌接合の一例
として特開平１１−１９０３７５号に示される方法であ
り、第１部材１に形成された丸穴状の嵌合穴２に、丸棒
状の第２部材３の端部を嵌合し、第１部材１の半径方向
外方から高速回転する摩擦撹拌用回転工具５の先端に形
成された小径のプローブ６を挿入し、この状態で第１部
材１及び第２部材３を一体回転させることにより、第１
部材１と第２部材３の接合部４に沿う部分を摩擦撹拌接
合にて接合するようになっている。符号７は摩擦撹拌用
回転工具の肩部である。

【０００５】図１２は、特開平１１−２０４３５号に示
される例であり、アルミ押出部材から構成されたリング
状をなす第１部材１の外周部に半径方向外方へ突出する
連結部８を設け、ここに断面四辺形状の嵌合穴２を形成
し、この嵌合穴２へアルミ製角パイプ状をなす第２部材
３の一端部を嵌合し、上記摩擦撹拌用回転工具５により
摩擦撹拌接合を行う。このとき、摩擦撹拌用回転工具５
も、連結部８の外表面に形成された平面９上を移動する
ようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、摩擦撹拌接
合は相接する２部材の各材料を、摩擦撹拌接合用回転工
具で軟化させ、接合部４を挟んで両側の材料を撹拌混合
させることにより結合するものである。したがって、十
分な結合強度を得るには相接する２材料を十分に撹拌混
合させなければならない。また摩擦撹拌接合作業中に軟
化した材料が溢れ出さないよう、摩擦撹拌用回転工具５
の肩部７で接合部を押さえ込むことによりシールする必
要がある。

【０００７】そこで前記従来例を検討すると、前記図１
１の方法ではプローブ６と接合部４の関係がほぼ一定で
あるため、撹拌混合が効率的でなく、十分な結合強度を
得ることができない。また、肩部７を円形断面をなす第
１部材１の外周部へ当接させるため、肩部７で曲面を押
さえてシールすることになり、この状態では軟化材料の
溢れ出しを防ぐことが難しく、確実にシールするために
は厳しい工程管理が必要になる。

【０００８】一方、図１２に示す例では、肩部７を平面
９へ当接するので、軟化材料の溢れ出しを防ぐことはで
きるが、プローブ６の回転面と接合部４が平行であるか
ら、プローブ６と接合部４の関係がやはり一定であり、
殆ど撹拌混合を期待できない。したがってこの例も十分
な結合強度を得られない。

【０００９】そこで本願発明は、別体取付部とアーム部
を、そのいずれか一方側に設けられたコ字状等の二股部
に他方側を嵌合して摩擦撹拌接合により結合一体化する
リンク部材等の製法において、上記摩擦撹拌接合に伴う
問題点を解決し、容易かつ確実な摩擦撹拌接合を実現さ
せることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本願発明に係る金属製部材の結合方法は、金属製の第１
部材と第２部材の結合に際し、第１部材に設けられた嵌
合凹部へ第２部材に設けられた連結部を嵌合して結合一
体化する方法において、前記第１部材は前記嵌合凹部に
臨んで対面する一対の凹部側接合面を備え、かつ前記連
結部は、その外表面に前記凹部側接合面に対応する一対
の連結部側接合面を備えるとともに、前記連結部を前記
嵌合凹部へ嵌合し、各連結部側接合面を対応する前記凹
部側接合面へ接触させ、これら連結部側接合面と凹部側
接合面との接合部に沿ってその上から摩擦撹拌接合する
ことにより結合一体化することを特徴とする。

【００１１】

【発明の効果】本願発明によれば、接合部に沿ってその
上方から摩擦撹拌接合するので、接合部を挟む第１部材
の嵌合凹部に臨む縁部側と連結部側の各材料が良好かつ
十分に撹拌混合される。このため、摩擦撹拌接合が強固
になる。しかも接合部に沿って形成するため、必要強度
に応じて接合ラインの長さを自在に調整できるので、接
合作業の自由度が高くなる。そのうえ、接合部を挟んで
面一となるガイド面を第１部材の嵌合凹部に臨む縁部と
連結部側双方に形成することにより、このガイド面上で
摩擦撹拌用回転工具を摺動させながら接合部に沿って移
動させると、摩擦撹拌接合時の軟化材料の溢れ出しを容
易かつ確実に阻止できるので、摩擦撹拌接合が容易にな
り、かつ品質も安定する。また、凹部側接合面に対して
接合幅が狭い連結部を使用する場合は、この接合幅の差
に等しい接合幅を有するスペーサーを用いることによ
り、スペーサーと第１部材の嵌合凹部に臨む縁部とのガ
イド面を面一にすることができる。なお、本願発明にお
いて接合幅とは、接合部における摩擦撹拌用回転工具の
回転軸線方向の幅を指称する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて自動車のサ
スペンション用リンクアームに適用された実施例を説明
する。図１〜４は第１実施例に係り、図１は摩擦撹拌接
合部分を示す図、図２はリンクアーム全体を９０°違い
でＡ，Ｂとして示す図、図３は接合部の分解図、図４は
摩擦撹拌接合部分の断面図である。

【００１３】図２に示すように、このリンクアームは、
角パイプ状をなすアーム部１０と、その長さ方向両端に
摩擦撹拌接合で結合される別体取付部２０を有する。別
体取付部２０は、図示しないブッシュ取付用の丸穴２１
を有するリング状本体部２０ａを備え、その外周部から
一対の二股突部２２が間隔をもって平行に突出して二股
部を形成し、この部分は丸穴２１の中心軸線方向から見
たとき、略コ字状をなしている。二股突部２２は本願発
明における第１部材の嵌合凹部に臨む縁部に相当する。

【００１４】これらアーム部１０及び別体取付部２０
は、それぞれアルミ押し出し部品を所定幅で押し出し方
向と直交する方向へカットすることにより得られ、アー
ム部１０の両端部である連結部１１を、一対の二股突部
２２の間に形成されている嵌合凹部２２ａ（図３）へ嵌
合し、摩擦撹拌接合により結合される。なお、図２の
Ａ，Ｂに示すように、両端の別体取付部２０は、それぞ
れ丸穴２１の中心軸線を９０°違う方向へ向けて連結さ
れている。但し、同方向にすることも任意にできる。

【００１５】図１は、丸穴２１の中心軸線方向から一端
の別体取付部２０とアーム部１０との結合状態を示す
図、図４は図１の４−４線相当断面における摩擦撹拌接
合を示す図であり、これらの図１、図３及び図４に明ら
かなように、、連結部１１と二股突部２２との結合部は
横断面（すなわち図４）をなす。二股突部２２は対向面
を凹部側接合面２３とし、凹部側接合面２３間の間隔は
内幅Ｗをなす。

【００１６】また、図４において二股突部２２の上下面
２５，２６のうち、上面２５は凹部側接合面２３と直交
する平面であるガイド面をなしている。なお、凹部側接
合面２３間は嵌合空間２４をなす。また、丸穴２１の中
心軸線方向における二股突部２２の寸法二股突部の厚さ
方向寸法をｔとする。なお、本願発明において上下左右
とは図４等における横断面の図示状態を基準とする。

【００１７】連結部１１は、横断面四角形状をなし、そ
の外表面のうち嵌合時に凹部側接合面２３に対面して接
する部分は一対の連結部側接合面１２をなし、この連結
部側接合面１２間の寸法である外幅は内幅Ｗと略等し
い。図４に示すように、連結部１１の上面１３及び下面
１４は、平行する平面状をなし、上面１３と下面１４間
の寸法は二股突部２２の厚さ方向寸法ｔと一致し、二股
突部２２へ嵌合したとき上面１３は二股突部２２の上面
２５と面一になり、下面１４も二股突部２２の下面２６
と面一になり、それぞれガイド面を構成する。

【００１８】図１に示すように、二股突部２２の嵌合空
間２４へ嵌合されたアーム部１０の連結部１１は、二股
突部２２の凹部側接合面２３と連結部１１の連結部側接
合面１２との接合部に沿ってアーム部１０の長手方向と
平行に摩擦撹拌接合される（以後、この方向の接合を長
手方向接合という）。符号３０はこの接合による接合ラ
インを示す。

【００１９】図４に示すように、摩擦撹拌接合は凹部側
接合面２３と連結部側接合面１２の接合部３１の上方か
ら挿入される工具４０により行われる。工具４０は、太
径部４１とその先端側に形成される小径部４２を一体に
備え、太径部４１と小径部４２の間に形成される肩部４
３がガイド面をなす上面１３及び２５上を摺動可能にな
っている。

【００２０】この工具４０を高速回転させながら小径部
４２を接合部３１の上方から当接し、接合部３１を挟む
二股突部２２と連結部１１の材料を軟化させながら挿入
すると、この小径部４２により二股突部２２と連結部１
１の材料は撹拌混合されて撹拌混合部３２となる。

【００２１】やがて肩部４３が上面１３及び２５へ当接
すると、この状態で肩部４３を上面１３及び２５上で摺
動させながら工具４０を接合部３１に沿ってアーム部１
０の長手方向へ移動させる。すると、二股突部２２と連
結部１１は接合部３１の近傍部が撹拌混合される。

【００２２】その結果、撹拌混合部３２は連結部１１と
接合部３１の各材料が十分に撹拌混合されるため強固な
摩擦撹拌接合が可能になる。しかも接合ライン３０を長
手方向にすることにより、目的とする結合強度に応じて
接合ライン３０の長さを自由に調節できるので、摩擦撹
拌接合の自由度が大きくなる。

【００２３】そのうえ、接合部３１の両側にガイド面１
３，２５を設けたので、肩部４３がガイド面である上面
１３及び２５に当接して軟化部をシールするため、軟化
材料の溢れ出しを確実かつ容易に防止でき、摩擦撹拌接
合作業を容易かつ迅速にでき、接合品質も安定させるこ
とができる。

【００２４】図５は第２実施例に係り、この例では二股
突部２２と連結部１１の各上下面１３，１４，２５及び
２６をそれぞれ面一のガイド面とし、図示の横断面にお
いて、左側の接合部３１では上方から摩擦撹拌接合し、
右側の接合部３１では下方から摩擦撹拌接合している。

【００２５】これにより、横断面において摩擦撹拌接合
を対角位置２ヶ所で行い、対角位置に一対の撹拌混合部
３２が上下方向から形成されることになり、その結果、
摩擦撹拌接合を必要最小限度の範囲で済ませることがで
き、かつ全体の結合強度をバランスよくできる。

【００２６】図６は第３実施例であり、連結部１１の高
さｈが二股突部２２の厚さ方向寸法ｔより小さく（ｔ＞
ｈ）なっている。上面１３及び下面１４の上にはスペー
サー５０がそれぞれ重ねられている。

【００２７】スペーサー５０の左右両端には肉厚部５１
が設けられ、その表面５２は上面２５及び下面２６と面
一のガイド面をなしている。なおスペーサー５０の横幅
方向中心部は薄肉部５４をなし、肉抜きすることにより
全体の重量増加を極力抑制している。

【００２８】この状態で、左側を接合部３１の上方か
ら、右側を接合部３１の下方から摩擦撹拌接合すると、
凹部側接合面２３とスペーサー５０の接合面５３及び連
結部側接合面１２の３部分へまたがるよう、対角位置に
撹拌混合部３２が形成され、全体が結合一体化する。

【００２９】このように、本来は嵌合端部１１の上面１
３と二股突部２２の上面２５並びに連結部１１の下面１
４と二股突部２２の下面２６の間に段差ができ、摩擦撹
拌接合が困難になるところ、スペーサー５０を設けるこ
とにより摩擦撹拌接合が可能になる。したがって、大き
さの異なる別体取付部とアーム部を結合する場合に極め
て有効である。

【００３０】図７は、第４実施例であり、アーム部並び
に連結部１１をＨ字状断面とし、一対の対向壁１５とこ
れを左右に連結するブリッジ１６を一体に有し、対向壁
１５の外表面を連結部側接合面１２とし、かつその高さ
ｈを二股突部２２の厚さ方向寸法ｔと一致させる。

【００３１】これにより二股突部２２の上面２５及び下
面２６と、対向壁１５の上面１３及び下面１４を面一に
してガイド面とすることにより、横断面において対角位
置２ヶ所で摩擦撹拌接合が可能になるとともに、アーム
部１０が軽量化するので全体として製品を著しく軽量化
できる。

【００３２】図８は第５実施例に係り、この例では結合
部の横断面が略Ｎ字状をなし、アーム部及び連結部１１
は横断面で扁平状をなして斜めに配置され、左右の二股
突部２２間を対角線状に結合する全体の横断面が略Ｎ字
状をなす。

【００３３】連結部１１の上端側に連結部側接合面１２
と上面１３を設け、かつ下端側に連結部側接合面１２と
下面１４を設け、上下方向から対角２ヶ所で摩擦撹拌接
合する。このようにすると、アーム部１０をさらに軽量
化できるので、可及的に製品重量を軽量化できる。

【００３４】図９は、第６実施例に係るリンクアーム全
体を９０°違いで示す図２に対応する図であり、アーム
部１０は一端に二股突部５０を設け、この二股突部５０
の内幅ｗを別体取付部２０の厚さ方向寸法ｔと一致させ
る。この二股突部５０は二股部の変形例である。

【００３５】また、他端にはブッシュ取付用の丸穴５１
を有するリング状部５２を一体に形成し、かつ、中間部
には肉抜き穴５３が幅方向に貫通し、丸穴５１、肉抜き
穴５３及び二股突部５０間の空間の抜き方向が一致する
ようにアルミ部材を押し出し成形し、所定幅Ｗで押し出
し方向と直交方向にカットしたものである。

【００３６】別体取付部２０は、リング状部２０ａの外
周側から突出部２７を一体に設けてある。この突出部２
７は連結部の変形例である。この別体取付部２０はブッ
シュ取付用の丸穴２１の軸線方向へアルミ部材を押し出
して、押し出し方向と直交方向に厚さ方向寸法ｔに相当
する幅でカットすることにより得られる。なお、突出部
２７の高さＨはアーム部１０側のカット幅Ｗと一致させ
る。

【００３７】このようにしてなるアーム部１０の二股状
部５０間へ別体取付部２０の連結部２７を嵌合し、接合
部３３に沿って摩擦撹拌接合することにより平行する接
合ライン３０を形成して結合する。このようにすると、
アーム部１０と別体取付部２０をアルミ押し出し成形に
より製造できるので全体の製造効率が向上する。

【００３８】図１０は第７実施例に係る図１と同様の図
であり、別体取付部２０とアーム部並びに連結部１１の
構造は第１実施例と同様であるが摩擦撹拌接合方向を異
にする。すなわち、接合ライン３０を連結部１１の連結
部側接合面１２と二股突部２２の凹部側接合面２３との
接合部３１（アーム部１０の軸線と平行）に対して角θ
なる傾斜をなすように形成され、接合ラインの軸部のう
ち、別体取付部２０側の端部ａは接合部３３よりも連結
部１１側へ偏在し、アーム部１０側の端部ｂは接合部３
３よりも二股突部２２側へ偏在する

【００３９】このようにすると、別体取付部２０とアー
ム部１０へ引っ張り力（又は圧縮力）Ｆが加わると、そ
れぞれの入力側となる端部は相手部材側に接合ライン３
０の開始位置が偏在するため、最も応力が高くなる部分
は、摩擦撹拌接合による溶け込みが少なくなり、強度低
下を防止でき、高い応力に対応できる。

【００４０】また、斜めの接合ライン３０に沿って入力
端から遠くなるほど溶け込み部が自己（二股突部２２）
側へ移るので、実際に必要とされる応力分布と強度変化
が対応し、これにより結合部全体における応力分布の均
一化を図ることができる。

【００４１】なお、本願発明は上記各実施例に限定され
ず、本願発明の原理内において種々に応用や変形が可能
である。例えば、本願発明の適用対象となる製品は、サ
スペンション用並びにその他の各種装置に使用するのリ
ンク部材が可能であり、これらリンク部材はいずれも摩
擦撹拌接合により容易かつ確実に製造できる。

【００４２】このとき取付部における二股突部又は連結
部以外の部分は、ブッシュ取付用のリング状をなすもの
ばかりでなく略Ｕ字状の二股形状をなすものでもよい。
また、別体取付部２０とアーム部１０をそれぞれアルミ
押出部材とすればアルミ製リンク部材の製造効率が著し
く向上する。

【００４３】但し、アーム部１０及び別体取付部２０を
のいずれか一方又は双方をアルミ等の鋳造又は鍛造品と
することもできる。さらに、アーム部１０と別体取付部
２０はいずれか一方がアルミ製であれば足り、他方は例
えば鉄等の異種金属でもよい。また、アルミ以外の金属
間における接合にも当然適用可能である。そのうえ、こ
のようなリンク部材ばかりでなく、種々の金属部材間の
溶接をしない結合にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例（図１〜４）に係る結合状態を示
す図

【図２】 製品全体を示す図

【図３】 第１部材と第２部材との嵌合部を示す分解図

【図４】 図１の４−４線に沿う断面図

【図５】 第２実施例に係る図４と同様の図

【図６】 第３実施例に係る図４と同様の図

【図７】 第４実施例に係る図４と同様の図

【図８】 第５実施例に係る図４と同様の図

【図９】 第６実施例に係る図２と同様の図

【図１０】第７実施例に係る図１と同様の図

【図１１】従来例の断面図

【図１２】他の従来例の断面図

【符号の説明】

１０：アーム部、１１：連結部、１２：連結部側接合
面、１３：上面（ガイド面）、１４：下面（ガイド
面）、２０：別体取付部、２２：二股突部、２３：凹部
側接合面、２５：上面（ガイド面）、２６：下面（ガイ
ド面）、３０：接合ライン、３１：接合部、３２：撹拌
混合部、４０：摩擦撹拌接合用工具、４２：プローブ、
４３：肩部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邉 英祐 埼玉県入間郡大井町大字亀久保1239番地 山下ゴム株式会社内 Ｆターム(参考） 3J001 FA02 GA03 GB01 HA02 JD11 KA02 KA21 KB01 4E067 AA05 BG00 DA13 EA00 EB00

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製の第１部材と第２部材の結合に際
   し、第１部材に設けられた嵌合凹部へ第２部材に設けら
   れた連結部を嵌合して結合一体化する方法において、前
   記第１部材は前記嵌合凹部に臨んで対面する一対の凹部
   側接合面を備え、かつ前記連結部は、その外表面に前記
   凹部側接合面に対応する一対の連結部側接合面を備える
   とともに、前記連結部を前記嵌合凹部へ嵌合し、各連結
   部側接合面を対応する前記凹部側接合面へ接触させ、こ
   れら連結部側接合面と凹部側接合面との接合部に沿って
   その上から摩擦撹拌接合することにより結合一体化する
   ことを特徴とする金属製部材の結合方法。
2. 【請求項２】 前記第１部材の前記嵌合凹部に臨む縁部
   と前記連結部は、それぞれ接合部を挟んで面一となる平
   面状のガイド面を備え、このガイド面上で摩擦撹拌用回
   転工具を摺動させながら接合部に沿って移動させること
   により摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１に記
   載した金属製部材の結合方法。
3. 【請求項３】 前記連結部はその連結部側接合面の接合
   幅が前記第１部材の前記凹部側接合面よりも狭いととも
   に、この接合幅の差に相当する接合幅を有するスペーサ
   ーを前記連結部の外表面上に設け、このスペーサーの一
   部表面を第１部材側と面一になるガイド面とし、これら
   第１部材の前記嵌合凹部に臨む縁部、連結部及びスペー
   サーを摩擦撹拌接合により結合したことを特徴とする請
   求項２に記載した金属製部材の結合方法。
4. 【請求項４】 前記第１部材の前記嵌合凹部に臨む縁部
   と前記連結部との結合部横断面において、対角方向の２
   ヶ所から摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１に
   記載した金属製部材の結合方法。
5. 【請求項５】 全体として車両用サスペンション用リン
   クアームを構成していることを特徴とする請求項１に記
   載した金属製部材の結合方法。
6. 【請求項６】 前記第１部材及び第２製部材のうち少な
   くとも一部がアルミ押出部材をカットして形成されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載した金属製部材の結合方
   法。
7. 【請求項７】 前記摩擦撹拌接合による接合ラインを接
   合部の上方から見て接合部と斜交するように形成すると
   ともに、前記接合ラインの長さ方向両端部のうち、前記
   連結部の嵌合時先端側となる端部位置を連結部側へ偏在
   させ、かつ他側の端部位置を第１部材の前記嵌合凹部に
   臨む縁部側へ偏在させたことを特徴とする請求項１に記
   載した金属製部材の結合方法。