JP2007301629A

JP2007301629A - 部材接合方法

Info

Publication number: JP2007301629A
Application number: JP2006135406A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fukuda; 浩史福田
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】摩擦撹拌接合の手法によって異種材接合を行なえるようにする。
【解決手段】連結部材として使うボルト３の軸部４が挿入可能で且つ頭部５の通過を阻む内径の孔６を第１の被接合部材１に穿設し、この孔６にボルト３の軸部４を挿入して頭部５を第１の被接合部材１の下面に当接させたうえ、第１の被接合部材１に接合すべき第２の被接合部材２を、その下面がボルト３の軸部４先端に接するように配置する。
この状態で、第２の被接合部材２のボルト３の軸部４を覆っている部位に接合ツール９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この部位にボルト３の軸部４をめり込ませ、第１、第２の被接合部材１，２の間隔を狭めて両部材１，２を密着させ、この後、接合ツール９を第２の被接合部材２から引き離して、その塑性流動部位を硬化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は部材接合方法に関するものである。

接合すべき部材を溶融させずに相互に接続する方法として摩擦撹拌接合がある（例えば、特許文献１参照）。

この技法では、被接合部材を重ね合わせた被接合物を、裏当て部材である支持ツールに載せたうえ、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。

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。

接合ツールは、円柱状のショルダ部と、当該ショルダ部に同軸に連なり且つツール先端へ向けて突出する短円筒状でショルダ部よりも外径が小さいピン部とを備えている。
特開２００４−１３６３６５号公報

摩擦撹拌接合は、接合ツールに消耗が生じにくく且つ溶加材などの副資材も特に必要としないが、引用文献１の手法では、アルミニウム合金と鋼のような異種材の接合には対応できない。

本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、摩擦撹拌接合の手法によって異種材接合を行なえるようにすることを目的としている。

上記目的を達成するため本発明は、軸部の外周面に凸条を有し且つ軸部の基端に頭部を形作った連結部材を使う部材接合方法であって、連結部材の軸部が挿入可能で且つ頭部の通過を阻む形状の孔を第１の被接合部材に穿設し、当該孔に前記連結部材の軸部を挿入して頭部を第１の被接合部材の一方の面に当接させたうえ、第１の被接合部材に接合すべき第２の被接合部材を、その一方の面が連結部材の軸部先端に接するように配置し、第２の被接合部材の連結部材の軸部を覆っている部位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この部位に連結部材の軸部をめり込ませ、第１、第２の被接合部材の間隔を狭めて両部材を密着させ、この後、接合ツールを第２の被接合部材から引き離して、その塑性流動部位を硬化させる。

より具体的には、第１の被接合部材に穿設する孔の内径を、連結部材の軸部が余裕をもって挿入できるように設定し、第１、第２の被接合部材の間隔が狭まって両部材が密着する際に、摩擦熱と塑性流動により軟化した第２の被接合部材に由来する材料で、第１の被接合部材の孔の内周面と連結部材の軸部の外周面との間の空隙が充されるようにする。

また、連結部材としてボルトを使うようにする。

連結部材としてボルトを使う場合は、連結部材の軸部が螺合可能なねじ孔を第１の被接合部材に穿設し、当該ねじ孔に前記連結部材の軸部を螺合して連結部材の頭部を第１の被接合部材の一方の面に当接させたうえ、第１の被接合部材に接合すべき第２の被接合部材を、その一方の面が連結部材の軸部先端に接するように配置し、第２の被接合部材の連結部材の軸部を覆っている部位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この部位に連結部材の軸部をめり込ませ、第１、第２の被接合部材の間隔を狭めて両部材を密着させ、この後、接合ツールを第２の被接合部材から引き離して、その塑性流動部位を硬化させる。

すなわち、頭部が第１の被接合部材に当接している連結部材の軸部を、摩擦撹拌接合の手法で局所的に軟化させた第２の被接合部材にめり込ませ、この連結部材の仲介によって第１、第２の被接合部材を接合する。

更に、連結部材の軸部の軸線方向長さを、第１、第２の被接合部材の厚みの合計を下回るように設定する。

本発明の部材接合方法によれば、下記のような優れた効果を奏し得る。

（１）頭部が第１の被接合部材に当接している連結部材の軸部を、摩擦撹拌接合の手法で局所的に軟化させた第２の被接合部材にめり込ませるので、第１、第２の被接合部材が異種材であっても、両部材を効率よく且つ確実に接続することができる。

（２）第１の被接合部材の孔の内径を、連結部材の軸部が余裕をもって挿入できるように設定すれば、第２の被接合部材に由来する材料が第１の被接合部材の孔の内周面と連結部材の軸部の外周面との間の空隙にも充され、第２の被接合部材への連結部材の拘束力が増す。

（３）第１の被接合部材の孔をねじ孔にすれば、第１の被接合部材に対する連結部材の位置決めを容易に行なえる。

（４）連結部材に広く市販されている規格品のボルトを用いれば、部材接合に際してのコスト低減を図れる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明の部材接合方法の第１の例であり、第１の被接合部材１と第２の被接合部材２を接合するのに際しては、ボルト３の軸部４が余裕をもって挿入でき且つボルト３の頭部５の通過を阻むような内径の孔６を、第１の被接合部材１に穿設しておく。

第１の被接合部材１とボルト３は、鋼、もしくはアルミニウム合金を素材とし、第２の被接合部材２は、アルミニウム合金を素材としている。

ボルト３の軸部４の長さＬ１は、第１の被接合部材１の厚みｔ１を上回り、当該第１の被接合部材１の厚みｔ１と第２の被接合部材２の厚みｔ２の合計を下回るように設定してある。

第１の被接合部材１を水平に配置し、その孔６に下側からボルト３の軸部４を上向きに挿入し、ボルト３の頭部５を第１の被接合部材１の下面に当接させる（図１（ａ）参照）。

このとき、ボルト３の頭部５を裏当て部材７の凹部８に嵌め込んで、ボルト３が周方向へ回ることを規制し、ボルト３が第１の被接合部材１から抜け落ちないようにする。

裏当て部材７、並びに摩擦撹拌接合用の接合ツール９は、アルミニウム合金よりも硬く且つ軟化温度が高い鋼を素材としている。

接合ツール９は円柱状で、その外径は図面からも明らかなように、ボルト３の軸部４に比べて太く設定してある。

第１の被接合部材１に接合すべき第２の被接合部材２を、その下面がボルト３の軸部４の先端が接するように配置したうえ、接合ツール９を回転させながら、第２の被接合部材２のボルト３の軸部４を覆っている部位に上方から押し付け（図１（ｂ）参照）、摩擦熱と塑性流動により軟化したこの部位にボルト３の軸部４をめり込ませ、第１、第２の被接合部材１，２の間隔を狭めて両部材１，２を密着させ、第２の被接合部材２に由来する軟化材料で、第１の被接合部材１の孔６の内周面とボルト３の軸部４の外周面との間の空隙が充されるようにする（図１（ｃ）参照）。

ボルト３の軸部４の長さＬ１は、第１の被接合部材１の厚みｔ１と第２の被接合部材２の厚みｔ２の合計を下回っているので、軸部４が接合ツール９の先端に突き当たることはない。

この後、接合ツール９を第２の被接合部材２から引き離して、その塑性流動部位を硬化させ（図１（ｄ）参照）、裏当て部材７をボルト３の頭部５から取り外す。

すなわち、ボルト３の軸部４の回りに行き渡った第２の被接合部材２に由来する材料が硬化して、第１の被接合部材１と第２の被接合部材２が互いに密着した状態で強固に接合される。

これは、第１の被接合部材１及びボルト３の素材を、鋼、もしくはアルミニウム合金のいずれを選んだ場合でも同様である。

更に、第１の被接合部材１及びボルト３の素材をアルミニウム合金とすれば、ボルト３や第１の被接合部材１を形成している材料に、前述した摩擦熱と塑性流動により軟化した第２の被接合部材２に由来する材料が同化し、接合強度の向上が見込まれる。

また、第１の被接合部材１の孔６に挿入可能で且つ周方向に延びる凸条を有する軸部、並びにその基端に形作った頭部を構成要素にする連結部材を、ボルト３の代わりに用いてもよい。

図２は本発明の部材接合方法の第２の例であり、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

この例では、第１の被接合部材１と第２の被接合部材２を接合するのに際して、第１の被接合部材１に、ボルト３の軸部４が螺合可能なねじ孔１０を穿設しておく。

第１の被接合部材１を水平に配置し、ねじ孔１０に下側からボルト３の軸部４を上向きに螺合し、ボルト３の頭部５を第１の被接合部材１の下面に当接させる（図２（ａ）参照）。

このとき、ボルト３の頭部５を裏当て部材７の凹部８に嵌め込んで、ボルト３が周方向へ回ることを規制する。

第１の被接合部材１に接合すべき第２の被接合部材２を、その下面がボルト３の軸部４の先端が接するように配置したうえ、接合ツール９を回転させながら、第２の被接合部材２のボルト３の軸部４を覆っている部位に上方から押し付け（図２（ｂ）参照）、摩擦熱と塑性流動により軟化したこの部位にボルト３の軸部４をめり込ませ、第１、第２の被接合部材１，２の間隔を狭めて両部材１，２を密着させる（図２（ｃ）参照）。

また、第１の被接合部材１及びボルト３の素材をアルミニウム合金とすれば、ボルト３や第１の被接合部材１を形成している材料に、前述した摩擦熱と塑性流動により軟化した第２の被接合部材２に由来する材料が同化し、接合強度の向上が見込まれる。

なお、本発明の部材接合方法は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、第１の被接合部材、及び連結部材としてのボルトの素材に、鋼やアルミニウム合金以外のもの用いること、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。

本発明の部材接合方法は、様々な部品の組付工程に適用できる。

本発明の部材接合方法の第１の例の施工手順を示す概念図である。本発明の部材接合方法の第２の例の施工手順を示す概念図である。

符号の説明

１第１の被接合部材
２第２の被接合部材
３ボルト（連結部材）
４軸部
５頭部
６孔
９接合ツール
１０ねじ孔

Claims

軸部の外周面に凸条を有し且つ軸部の基端に頭部を形作った連結部材を使う部材接合方法であって、連結部材の軸部が挿入可能で且つ頭部の通過を阻む形状の孔を第１の被接合部材に穿設し、当該孔に前記連結部材の軸部を挿入して頭部を第１の被接合部材の一方の面に当接させたうえ、第１の被接合部材に接合すべき第２の被接合部材を、その一方の面が連結部材の軸部先端に接するように配置し、第２の被接合部材の連結部材の軸部を覆っている部位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この部位に連結部材の軸部をめり込ませ、第１、第２の被接合部材の間隔を狭めて両部材を密着させ、この後、接合ツールを第２の被接合部材から引き離して、その塑性流動部位を硬化させることを特徴とする部材接合方法。
第１の被接合部材に穿設する孔の内径を、連結部材の軸部が余裕をもって挿入できるように設定し、第１、第２の被接合部材の間隔が狭まって両部材が密着する際に、摩擦熱と塑性流動により軟化した第２の被接合部材に由来する材料で、第１の被接合部材の孔の内周面と連結部材の軸部の外周面との間の空隙が充されるようにする請求項１に記載の部材接合方法。
連結部材としてボルトを使う請求項１または請求項２のいずれかに記載の部材接合方法。
連結部材としてボルトを使う部材接合方法であって、連結部材の軸部が螺合可能なねじ孔を第１の被接合部材に穿設し、当該ねじ孔に前記連結部材の軸部を螺合して連結部材の頭部を第１の被接合部材の一方の面に当接させたうえ、第１の被接合部材に接合すべき第２の被接合部材を、その一方の面が連結部材の軸部先端に接するように配置し、第２の被接合部材の連結部材の軸部を覆っている部位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この部位に連結部材の軸部をめり込ませ、第１、第２の被接合部材の間隔を狭めて両部材を密着させ、この後、接合ツールを第２の被接合部材から引き離して、その塑性流動部位を硬化させることを特徴とする部材接合方法。
連結部材の軸部の軸線方向長さを、第１、第２の被接合部材の厚みの合計を下回るように設定する請求項１に記載の部材接合方法。