JP2007160372A - Method for joining machine element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はボルトやナッドなどを想定した機械要素接合方法に関するものである。 The present invention relates to a machine element joining method assuming bolts, nads, and the like.
接合すべき部材を溶融させずに相互に接合する技法として摩擦撹拌接合がある(例えば、特許文献1参照)。 Friction stir welding is a technique for joining members to be joined together without melting them (see, for example, Patent Document 1).
この技法では、被接合部材を重ねた被接合物に接合ツールを回転させながら押し付け、摩擦熱と塑性流動により軟化した材料を撹拌して同化させる。 In this technique, a welding tool is pressed against a workpiece to which the members to be joined are stacked while being rotated, and the material softened by frictional heat and plastic flow is stirred and assimilated.
次いで、接合ツールを被接合物から離して材料が同化した部位を硬化させ、被接合部材を相互に接合する。
ところが特許文献1には、材質が異なる部材相互の接合についての提案はなく、炭素鋼を素材にしたボルトやナットなどの機械要素をアルミニウム合金を素材とする対象部材に接合することは達成できない。 However, in Patent Document 1, there is no proposal for joining members of different materials, and it is not possible to join a mechanical element such as a bolt or nut made of carbon steel to a target member made of aluminum alloy.
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、機械要素を対象部材に強固に接合できるようにすることを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to enable a mechanical element to be firmly joined to a target member.
上記目的を達成するため本発明では、一端から機械要素が突出し且つ他端に機械要素とは同軸ではないように突起が形作られている台座を、突起形成端が機械要素を取り付けるべき対象部材の表面に向き合うように配置し、次いで、接合ツールを回転させながら対象部材の裏面の突起に重なっている個所へ押し付け、摩擦熱によって軟化した対象部材に台座の突起をめり込ませ、この後、接合ツールを対象部材から引き離し、当該対象部材の塑性変形部位を硬化させる。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a pedestal in which a machine element protrudes from one end and a protrusion is formed at the other end so as not to be coaxial with the machine element is provided. Place it so as to face the surface, then press the part that overlaps the protrusion on the back surface of the target member while rotating the welding tool, squeeze the protrusion on the base into the target member softened by frictional heat, The joining tool is pulled away from the target member, and the plastic deformation portion of the target member is cured.
あるいは、一方の面から複数の機械要素が突出し且つ他方の面に機械要素ごとに突起が形作られている台座を、突起形成面が機械要素を取り付けるべき対象部材の表面に向き合うように配置し、次いで、接合ツールを回転させながら対象部材の裏面の突起に重なっている個所へ押し付け、摩擦熱によって軟化した対象部材に台座の突起をめり込ませ、この後、接合ツールを対象部材から引き離し、当該対象部材の塑性変形部位を硬化させる。 Alternatively, a pedestal in which a plurality of machine elements protrude from one surface and a protrusion is formed for each machine element on the other surface is disposed so that the protrusion forming surface faces the surface of the target member to which the machine element is to be attached, Next, while rotating the welding tool, it is pressed against the portion overlapping the protrusion on the back surface of the target member, the protrusion of the base is pushed into the target member softened by frictional heat, and then the welding tool is pulled away from the target member, The plastic deformation portion of the target member is cured.
つまり、摩擦熱で軟化した対象部材の材料とそれに密着した台座の材料の分子間接合、及び対象部材と台座に形作ってある突起の嵌め合いによって、台座から突出している機械要素を対象部材に接合する。 In other words, the machine element protruding from the pedestal is joined to the target member by intermolecular joining of the material of the target member softened by frictional heat and the pedestal material closely attached to it, and the fitting of the projection formed on the target member and the pedestal. To do.
また、一端から機械要素が突出し且つ他端に機械要素とは同軸ではないように窪みが形作られている台座を、窪み形成端が機械要素を取り付けるべき対象部材の表面に向き合うように配置し、次いで、接合ツールを回転させながら対象部材の裏面の窪みに重なっている個所へ押し付け、摩擦熱によって軟化した対象部材を台座の窪みにめり込ませ、この後、接合ツールを対象部材から引き離し、当該対象部材の塑性変形部位を硬化させる。 Further, a pedestal in which a mechanical element protrudes from one end and a recess is formed at the other end so as not to be coaxial with the mechanical element is disposed so that the indented end faces the surface of the target member to which the mechanical element is to be attached, Next, while rotating the welding tool, it is pressed against the part overlapping the recess on the back surface of the target member, the target member softened by frictional heat is sunk into the recess of the pedestal, and then the welding tool is pulled away from the target member, The plastic deformation portion of the target member is cured.
あるいは、一方の面から複数の機械要素が突出し且つ他方の面に機械要素ごとに窪みが形作られている台座を、窪み形成面が機械要素を取り付けるべき対象部材の表面に向き合うように配置し、次いで、接合ツールを回転させながら対象部材の裏面の窪みに重なっている個所へ押し付け、摩擦熱によって軟化した対象部材を台座の窪みにめり込ませ、この後、接合ツールを対象部材から引き離し、当該対象部材の塑性変形部位を硬化させる。 Alternatively, a pedestal in which a plurality of machine elements protrude from one surface and a depression is formed for each machine element on the other surface is disposed so that the depression forming surface faces the surface of a target member to which the machine element is to be attached, Next, while rotating the welding tool, it is pressed against the part overlapping the recess on the back surface of the target member, the target member softened by frictional heat is sunk into the recess of the pedestal, and then the welding tool is pulled away from the target member, The plastic deformation portion of the target member is cured.
つまり、摩擦熱で軟化した対象部材の材料とそれに密着した台座の材料の分子間接合、及び対象部材と台座に形作ってある窪みの嵌め合いによって、台座から突出している機械要素を対象部材に接合する。 In other words, the machine element protruding from the pedestal is joined to the target member by intermolecular joining of the material of the target member softened by frictional heat and the pedestal material closely attached to it, and by fitting the recess formed in the target member and the pedestal. To do.
更に、台座の平面形状よりも先端面が大きい接合ツールを対象部材の裏面に押し付けるようにして、対象部材と台座の密着性を高める。 Furthermore, the adhesion between the target member and the pedestal is enhanced by pressing a joining tool having a tip end surface larger than the planar shape of the pedestal against the back surface of the target member.
本発明の機械要素接合方法によれば、下記のような優れた効果を奏し得る。 According to the mechanical element joining method of the present invention, the following excellent effects can be obtained.
(1)接合ツールの回転と押し付けで軟化した対象部材の表面に、台座に形作ってある突起をめり込ませるので、対象部材と台座の分子間接合、及び対象部材と突起の嵌め合いの相乗効果によって、台座とともに機械要素を対象部材に高いトルク強度で接合することができる。 (1) Since the protrusion formed on the pedestal is inserted into the surface of the target member softened by the rotation and pressing of the welding tool, the intermolecular bonding between the target member and the pedestal and the fitting of the target member and the protrusion are combined. Due to the effect, the machine element can be joined to the target member together with the base with high torque strength.
(2)接合ツールの回転と押し付けで軟化した対象部材の表面を、台座に形作ってある窪みにめり込ませるので、対象部材と台座の分子間接合、及び対象部材と窪みの嵌め合いの相乗効果によって、台座とともに機械要素を対象部材に高いトルク強度で接合することができる。 (2) Since the surface of the target member softened by the rotation and pressing of the joining tool is embedded in the recess formed in the pedestal, the intermolecular connection between the target member and the pedestal and the fit of the target member and the recess are combined. Due to the effect, the machine element can be joined to the target member together with the base with high torque strength.
(3)台座の平面形状よりも先端面が大きい接合ツールを用いれば、対象部材と台座の密着性が高まり、分子間接合がより確実になる。 (3) If a joining tool having a tip surface larger than the planar shape of the pedestal is used, the adhesion between the target member and the pedestal is increased, and intermolecular joining is more reliable.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の機械要素接合方法の第1の例であって、ボルト1を取り付けるべき対象部材2は、アルミニウム合金を素材とするパネルなどである。
FIG. 1 shows a first example of a machine element joining method according to the present invention. A
ボルト1は平らな形状の台座3の一端から突出しており、これらは炭素鋼を素材とする一体部品で、台座3の他端には、複数の突起4がボルト1に対して同軸に位置しないように形作ってある。
The bolt 1 protrudes from one end of a
この他に、ボルト1が下向きに入る収納穴5を有する裏当て部材6、並びに対象部材2を塑性変形させるための円柱状のツール本体7を工具として用意する。
In addition, a
裏当て部材6には、ボルト1を中心とした台座3の回動を拘束するストッパ8が設けてあり、また、ツール本体7は、耐摩耗性を有し且つ硬度が高い超硬合金を素材としている。
The
ツール本体7の先端面7aは、台座3の平面形状よりもやや大きく形作ってある。
The
ボルト1を対象部材2に接合する際は、図1(a)に示すように、ボルト1が収納穴5に入るように台座3の一端を裏当て部材6に載せ、突起4に向き合うように対象部材2の表面を台座3の他端に載せる。
When joining the bolt 1 to the
次いで、図1(b)に示すように、上方からツール本体7を回転させながら対象部材2が台座3に重なっている個所の裏面に押し付け、この付近を摩擦熱により軟化させ、対象部材2の裏面側にツール本体7をめり込ませるとともに、対象部材2の表面側に台座3の突起4をめり込ませ、更に、図1(c)に示すように、対象部材2の表面を台座3の他端に密着させる。
Next, as shown in FIG. 1 (b), while rotating the
これにより、アルミニウム合金と炭素鋼の間に分子間接合が生じ、対象部材2の表面にボルト1と一体的な台座3が接合する。
Thereby, intermolecular bonding occurs between the aluminum alloy and the carbon steel, and the
対象部材2と台座3との相互性を固めるためには、当該台座3の平面形状よりも先端面7aが大きいツール本体7を用いることが望ましい。
In order to solidify the reciprocity between the
この後、図1(d)に示すように、ツール本体7を対象部材2から引き離し、当該対象部材2の塑性変形部位を硬化させる。
Thereafter, as shown in FIG. 1 (d), the
ツール本体7の外径dが20mm、対象部材2の厚さtが6mm、ボルト1の呼び径がM8という条件で接合を行なったところ、ボルト1及び台座3と対象部材2のトルク強度は、分子間接合、並びに突起4と対象部材2の嵌め合いの相乗効果によって、50N・mを超過した。
When the outer diameter d of the
また、突起4はトルク強度を考慮すると、一つよりも複数であることが望ましい。
Further, in consideration of torque strength, it is desirable that the number of the
図2は本発明の機械要素接合方法の第2の例であって、図中、図1と同一符号を付した部分は同一物を表わしている。 FIG. 2 shows a second example of the mechanical element joining method according to the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts.
ボルト1は平らな形状の台座9の一端から突出しており、これらは炭素鋼を素材とする一体部品で、台座9の他端には、複数の窪み10がボルト1に対して同軸に位置しないように形作ってある。
The bolt 1 protrudes from one end of a flat pedestal 9, which is an integral part made of carbon steel. At the other end of the pedestal 9, a plurality of
ボルト1を対象部材2に接合するのに際しては、ボルト1が収納穴5に入るように台座9の一端を裏当て部材6に載せ、窪み10に向き合うように対象部材2の表面を台座9の他端に載せ、上方からツール本体7を回転させながら対象部材2が台座9に重なっている個所の裏面に押し付け、この付近を摩擦熱により軟化させ、対象部材2の裏面側にツール本体7をめり込ませる。
When the bolt 1 is joined to the
更に、対象部材2に由来する材料を台座9の窪み10にめり込ませ、対象部材2の表面を台座9の他端に密着させる。
Further, the material derived from the
これにより、アルミニウム合金と炭素鋼の間に分子間接合が生じ、対象部材2の表面にボルト1と一体的な台座9が接合する。
As a result, intermolecular bonding occurs between the aluminum alloy and the carbon steel, and the base 9 integrated with the bolt 1 is bonded to the surface of the
この後、ツール本体7を対象部材2から引き離し、当該対象部材2の塑性変形部位を硬化させる。
Thereafter, the
図3は本発明の機械要素接合方法の第3の例であって、図中、図1と同一符号を付した部分は同一物を表わしている。 FIG. 3 shows a third example of the mechanical element joining method according to the present invention. In the figure, the portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 represent the same items.
この例では、複数のボルト1が細長い形状の台座11の一方の面から突出し、これらは炭素鋼を素材とする一体部品で、台座11の他方の面には複数の突起4が、各ボルト1の近くに位置するように形作ってある。
In this example, a plurality of bolts 1 protrude from one surface of an
この他に、ボルト1が下向きに入る収納穴5を有する裏当て部材12と、ツール本体7を工具として用意する。
In addition, a
所定のボルト1が収納穴5に入るように、台座11の一方の面の所定範囲を裏当て部材12に載せ、対象部材2の表面を台座11の他方の面の全般にわたってに載せる。
A predetermined range of one surface of the
次いで、裏当て部材12の上方からツール本体7を回転させながら対象部材2の裏面の突起4に対応する個所に押し付け、この付近を摩擦熱と塑性流動により撹拌して軟化させ、対象部材2の裏面側にツール本体7をめり込ませるとともに、対象部材2の表面側に台座11の突起4をめり込ませ、対象部材2の表面を台座11の他方の面に密着させる。
Next, the
この後、ツール本体7を対象部材2から引き離し、当該対象部材2の塑性変形部位を硬化させる。
Thereafter, the
上述したような工程を繰り返し施すと、対象部材2の表面に複数のボルト1と一体的な台座11が接合することになる。
When the steps as described above are repeated, the
図4は本発明の機械要素接合方法の第4の例であって、図中、図2と同一符号を付した部分は同一物を表わしている。 FIG. 4 shows a fourth example of the mechanical element joining method according to the present invention. In the figure, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG.
この例では、複数のボルト1が細長い形状の台座13の一方の面から突出し、これらは炭素鋼を素材とする一体部品で、台座13の他方の面には複数の窪み10が、各ボルト1の近くに位置するように形作ってある。
In this example, a plurality of bolts 1 protrude from one surface of an
台座13を対象部材2に接合するのに際しては、所定のボルト1が収納穴5に入るように、台座13の一方の面の所定範囲を裏当て部材12に載せ、台座13の他方の面に対象部材2を載せる。
When joining the
次いで、裏当て部材12の上方からツール本体7を回転させながら対象部材2の裏面の窪み10に対応する個所に押し付け、この付近を摩擦熱と塑性流動により撹拌して軟化させ、対象部材2の裏面側にツール本体7をめり込ませるとともに、対象部材2に由来する材料を台座13の窪み10にめり込ませ、対象部材2の表面を台座13の他方の面に密着させる。
Next, the
この後、ツール本体7を対象部材2から引き離し、当該対象部材2の塑性変形部位を硬化させる。
Thereafter, the
上述したような工程を繰り返し施すと、対象部材2の表面に複数のボルト1と一体的な台座13が接合することになる。
When the steps as described above are repeated, the base 13 integrated with the plurality of bolts 1 is joined to the surface of the
なお、本発明の機械要素接合方法は、上述の実施の形態のみに限定されるものではなく、機械要素としてナットやピンなどを台座に付帯させるようにすること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。 Note that the mechanical element joining method of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and a nut, a pin, or the like is attached to the base as a mechanical element, or otherwise departs from the gist of the present invention. It goes without saying that changes can be made within the range not to be performed.
本発明の機械要素接合方法は、様々な部品の組付工程に適用できる。 The mechanical element joining method of the present invention can be applied to various parts assembling processes.
1 ボルト(機械要素)
2 対象部材
3 台座
4 突起
7 ツール本体(接合ツール)
9 台座
10 窪み
11 台座
13 台座
1 bolt (machine element)
2
9
Claims (5)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005362205A JP2007160372A (en) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | Method for joining machine element |
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JP2005362205A JP2007160372A (en) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | Method for joining machine element |
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---|---|---|---|---|
JP2010003808A (en) * | 2008-06-19 | 2010-01-07 | Renesas Technology Corp | Method of manufacturing semiconductor integrated circuit apparatus |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002256453A (en) * | 2001-03-05 | 2002-09-11 | Akira Nishihara | Friction stir forming method |
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2005
- 2005-12-15 JP JP2005362205A patent/JP2007160372A/en active Pending
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