JP2008137064A - 部材接合方法及び構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】形材の補強に適した部材接合方法及び構造を提供する。
【解決手段】主部材６の第１の個所８ａと第２の個所８ｂに穿設した各孔９ａ，９ｂに補助部材７を、その先端部分が第２の個所８ｂの孔９ｂに入り且つ基端部分のストッパ１０が第１の個所８ａに当接するように差し込む。接合ツール５を回転させながら補助部材７の先端に押し付け、この部位と主部材６の第２の個所８ｂを摩擦熱と塑性流動により軟化させた後、接合ツール５を主部材６から引き離して第２の個所８ｂと補助部材７の塑性流動部位を硬化させる。
【選択図】図１
【解決手段】主部材６の第１の個所８ａと第２の個所８ｂに穿設した各孔９ａ，９ｂに補助部材７を、その先端部分が第２の個所８ｂの孔９ｂに入り且つ基端部分のストッパ１０が第１の個所８ａに当接するように差し込む。接合ツール５を回転させながら補助部材７の先端に押し付け、この部位と主部材６の第２の個所８ｂを摩擦熱と塑性流動により軟化させた後、接合ツール５を主部材６から引き離して第２の個所８ｂと補助部材７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及び構造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。
また、アルミニウム合金を素材とした中空押し出し形材を二つ並べたうえ、この形材を摩擦撹拌接合によって一体化して構造体を製作する手法も既に提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−１３６３６５号公報
特開２００２−１３７０７１号公報
二つの面板の間をリブによって接続した断面を呈する形材は、面板とリブの共同によりこれら単体を上回る剛性を発揮するが、時として形材の剛性を局所的に強めることが要求される。
この場合、二つの面板の間にリブを追加するという手立てが考えられるが、リブは形材の全長にわたって存在するため、結果的に形材の重量が増えてしまうし、コストアップにもなる。
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、形材の補強に適した部材接合方法及び構造を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、主部材の第１の個所とそれに向き合う第２の個所のそれぞれに孔を正対するように穿設し、これらの孔に基端部分にストッパを有する補助部材と、その先端部分が主部材の第２の個所の孔に入り且つストッパが第１の個所に当接するように差し込み、接合ツールを回転させながら補助部材の先端に押し付け、摩擦熱と塑性流動により軟化した補助部材の材料を変形させたうえ、これに同化し得るように主部材の第２の個所の材料も摩擦熱と塑性流動により軟化させ、この後、接合ツールを主部材から引き離して、主部材の第２の個所と補助部材の塑性流動部位を硬化させる。
請求項２に記載の発明では、第１の個所と第２の個所のそれぞれに正対する孔が穿設してある主部材と、先端部分が主部材の第２の個所の孔に入り且つ基端部分が主部材の第１の個所の孔に入った補助部材と、主部材の第１の個所に第２の個所の真反対から当接し得るように補助部材の基端部分に設けたストッパとを備え、この補助部材の先端部分を、摩擦熱と塑性流動により前記主部材の第２の個所に同化させた構成を採る。
請求項３に記載の発明では、第１の個所と第２の個所のそれぞれに正対する孔が穿設してある主部材と、先端部分が主部材の第２の個所の孔に入り且つ基端部分が主部材の第１の個所の孔に入った補助部材と、主部材の第１の個所に第２の個所の真反対から当接し得るように補助部材の基端部分に設けたストッパと、前記補助部材に外嵌してストッパ及び主部材の第１の個所に挟まれる付加部材とを備え、補助部材の先端部分を、摩擦熱と塑性流動により前記主部材の第２の個所に同化させた構成を採る。
請求項４に記載の発明では、第１の個所と第２の個所のそれぞれに正対する孔が穿設してある主部材と、先端部分が主部材の第２の個所の孔に入り且つ基端部分が主部材の第１の個所の孔に入った補助部材と、主部材の第１の個所に第２の個所の真反対から当接し得るように補助部材の基端部分に設けたストッパと、前記補助部材に外嵌して主部材の第２の個所に当接する付加部材とを備え、補助部材の先端部分を、摩擦熱と塑性流動により前記主部材の第２の個所、及び付加部材に同化させた構成を採る。
請求項５に記載の発明では、第１の個所と第２の個所のそれぞれに正対する孔が穿設してある主部材と、先端部分が主部材の第２の個所の孔に入り且つ基端部分が主部材の第１の個所の孔に入った補助部材と、主部材の第１の個所に第２の個所の真反対から当接し得るように補助部材の基端部分に設けたストッパと、前記補助部材に外嵌して主部材の第２の個所に当接する付加部材とを備え、補助部材の先端部分を、摩擦熱と塑性流動により前記主部材の第２の個所に同化させて、付加部材を厚み方向に挟むように形作った構成を採る。
請求項６に記載の発明では、補助部材のストッパに機械要素を設けた構成を採る。
本発明の部材接合方法及び構造によれば、下記のような優れた効果を奏し得る。
（１）請求項１〜請求項６に記載の発明のいずれにおいても、主部材の第１の個所に補助部材のストッパを当接させ、摩擦熱と塑性流動により補助部材の先端部分を主部材に同化させるので、主部材の剛性が局所的に高まり、しかも主部材の重量増加を抑えることができる。
（２）請求項４、請求項５に記載の発明においては、主部材の剛性向上と同時に付加部材の取り付けが完了するので、部材組付工程が減ることになる。
（３）請求項６に記載の発明においては、主部材の剛性向上と同時に機械要素の取り付けが完了するので、部材組付工程が減ることになる。
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構造の第１の例であり、凹部１を有する裏当て部材２と、短円柱状のピン部３を円柱状のショルダ部４の先端面に同軸に連ねた接合ツール５とを用いて、矩形断面の中空形材である主部材６に、丸棒状の補助部材７を接合する。
補助部材７は、その基端部分にフランジ状のストッパ１０を有し、当該ストッパ１０には、機械要素としてボルト１１が設けてある。
また、ボルト１１に代えて、ナットやピンなどの機械要素をストッパ１０に設けるようにしてもよいし、機械要素を必要としない場合は、ストッパ１０のみとする。
主部材６と補助部材７は、アルミニウム合金を素材とし、裏当て部材２と接合ツール５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。
主部材６の第１の個所８ａとそれに向き合う第２の個所８ｂのそれぞれに孔９ａ，９ｂを穿設し、凹部１にボルト１１が入るようにストッパ１０を裏当て部材２で受け、ストッパ１０に第１の個所８ａが当接し且つ第２の個所８ｂの孔９ｂに補助部材７の先端部分が入るよう主部材６を配置したうえ、接合ツール５を補助部材７の先端部分に相対させる（図１（ａ）参照）。
孔９ａ，９ｂの形状は、補助部材７が丸棒状であれば、ドリルで穿設した丸孔でよく、補助部材７が角棒状、もしくは板状である場合には、それに見合った形の孔９ａ，９ｂを機械加工などで各個所８ａ，８ｂに穿設することになる。
接合ツール５を回転させながら、ピン部３を補助部材７の先端に押し付けると、摩擦熱と塑性流動により軟化したこの部位にピン部３が徐々にめり込む。
やがて、接合ツール５のショルダ部４の端面が、補助部材７の先端と主部材６の第２の個所８ｂに押し付けられ、当該第２の個所８ｂも摩擦熱と塑性流動により軟化して、接合ツール５のピン部３の周囲に、主部材６の第２の個所８ｂと補助部材７の先端部分に由来する材料の同化層１２が軟化した状態で生じる（図１（ｂ）参照）。
回転している接合ツール５のピン部３を丸棒状の補助部材７の先端部分に押し付けると、初めのうちは補助部材７も周方向へ回ることがある。
この補助部材７の回動は材料の軟化に伴って収まるが、クランプのような機械的手段を用いて補助部材７の回動を抑えるという手法も採れる。
接合ツール５の押圧力は、補助部材７を介して裏当て部材２に伝わるので、主部材６の第１の個所８ａと第２の個所８ｂの間にある第３の個所８ｃや第４の個所８ｄには座屈変形が生じない。
この後、接合ツール５を主部材６及び補助部材７から引き離して、塑性流動部位である同化層１２を硬化させる（図１（ｃ）参照）。
すなわち、主部材６の第１の個所８ａに補助部材７のストッパ１０を当接させ、主部材６の第２の個所８ｂに補助部材７の先端部分を摩擦撹拌接合の手法により一体化するので、主部材６の剛性が局所的に高まり、これと同時にボルト１１の装着も完了するため、部材組付工程が減ることになる。
また、接合ツール５のピン部３がめり込んだあとの形作られた補助部材７の先端部分の穴１３は、雌ねじ加工を施せば別部材のボルト締結に利用できる。
図２は本発明の部材接合構造の第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、補助部材７の基端部分に付加部材１４を外嵌させておき、ストッパ１０と主部材６の第１の個所８ａとで付加部材１４を挟む。
付加部材１４に用いる素材には特に制約はなく、アルミニウム合金、鋼、あるいはそれ以外のものであってもよい。
凹部１にボルト１１が入るようにストッパ１０を裏当て部材２で受け、付加部材１４を補助部材７に外嵌させたうえ、ストッパ１０と第１の個所８ａが付加部材１４を挟むように、補助部材７に主部材６を組み付け、接合ツール５を補助部材７の先端部分に相対させ、接合ツール５を回転させながら、ピン部３を補助部材７の先端に押し付けると、摩擦熱と塑性流動により軟化したこの部位にピン部３が徐々にめり込む。
やがて、接合ツール５のショルダ部４の端面が、補助部材７の先端と主部材６の第２の個所８ｂに押し付けられ、当該第２の個所８ｂも摩擦熱と塑性流動により軟化して、接合ツール５のピン部３の周囲に、主部材６の第２の個所８ｂと補助部材７の先端部分に由来する材料の同化層１２が軟化した状態で生じる（図２（ａ）参照）。
接合ツール５の押圧力は、補助部材７を介して裏当て部材２に伝わるので、主部材６の第１の個所８ａと第２の個所８ｂの間にある第３の個所８ｃや第４の個所８ｄには座屈変形が生じない。
この後、接合ツール５を主部材６及び補助部材７から引き離して、塑性流動部位である同化層１２を硬化させる（図２（ｂ）参照）。
すなわち、主部材６の第１の個所８ａに補助部材７のストッパ１０を当接させ、主部材６の第２の個所８ｂに補助部材７の先端部分を摩擦撹拌接合の手法により一体化するので、主部材６の剛性が局所的に高まり、これと同時にボルト１１や付加部材１４の装着も完了するため、部材組付工程が減ることになる。
また、接合ツール５のピン部３がめり込んだあとの形作られた補助部材７の先端部分の穴１３は、雌ねじ加工を施せば別部材のボルト締結に利用できる。
図３は本発明の部材接合構造の第３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、凹部１にボルト１１が入るようにストッパ１０を裏当て部材２で受け、ストッパ１０に第１の個所８ａが当接し且つ第２の個所８ｂの９ｂに補助部材７の先端部分が入るよう主部材６を配置し、アルミニウム合金を素材とした付加部材１５を補助部材７の先端部分に外嵌させ、当該付加部材１５を主部材６の第２の個所８ｂに載せ、接合ツール５を補助部材７の先端部分に相対させ、接合ツール５を回転させながら、ピン部３を補助部材７の先端に押し付けると、摩擦熱と塑性流動により軟化したこの部位にピン部３が徐々にめり込む。
やがて、接合ツール５のショルダ部４の端面が、補助部材７の先端と付加部材１５に押し付けられ、当該付加部材１５や主部材６の第２の個所８ｂも摩擦熱と塑性流動により軟化して、接合ツール５のピン部３の周囲に、付加部材１５と主部材６の第１の個所８ａと補助部材７の基端部分に由来する材料の同化層１６が軟化した状態で生じる（図３（ａ）参照）。
この後、接合ツール５を主部材６、補助部材７、及び付加部材１５から引き離して、塑性流動部位である同化層１６を硬化させる（図３（ｂ）参照）。
すなわち、主部材６の第１の個所８ａに補助部材７のストッパ１０を当接させ、主部材６の第２の個所８ｂに補助部材７の先端部分とを付加部材１５を一緒に摩擦撹拌接合の手法により一体化するので、主部材６の剛性が局所的に高まり、これと同時にボルト１１や付加部材１５の装着も完了するため、部材組付工程が減ることになる。
また、接合ツール５のピン部３がめり込んだあとの形作られた補助部材７の先端部分の穴１３は、雌ねじ加工を施せば別部材のボルト締結に利用できる。
図４は本発明の部材接合構造の第４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、凹部１にボルト１１が入るようにストッパ１０を裏当て部材２で受け、ストッパ１０に第１の個所８ａが当接し且つ第２の個所８ｂの９ｂに補助部材７の先端部分が入るよう主部材６を配置し、鋼を素材とした付加部材１７を補助部材７の先端部分に外嵌させ、当該付加部材１７を主部材６の第２の個所８ｂに載せ、接合ツール５を補助部材７の先端部分に相対させ、接合ツール５を回転させながら、ピン部３を補助部材７の先端に押し付けると、摩擦熱と塑性流動により軟化したこの部位にピン部３が徐々にめり込む。
やがて、接合ツール５のショルダ部４の端面が、補助部材７の基端に押し付けられ、主部材６の第１の個所８ａも摩擦熱と塑性流動により軟化して、接合ツール５のピン部３の周囲に、主部材６の第１の個所８ａと補助部材７の先端部分に由来する材料の同化層１８が軟化した状態で、付加部材１７を部材厚み方向に挟むように生じる（図４（ａ）参照）。
この後、接合ツール５を主部材６、補助部材７、及び付加部材１７から引き離して、塑性流動部位である同化層１８を硬化させる（図４（ｂ）参照）。
すなわち、主部材６の第１の個所８ａに補助部材７のストッパ１０を当接させ、主部材６の第２の個所８ｂに補助部材７の先端部分を摩擦撹拌接合の手法により一体化するので、主部材６の剛性が局所的に高まり、これと同時にボルト１１や付加部材１７の装着も完了するため、部材組付工程が減ることになる。
また、接合ツール５のピン部３がめり込んだあとの形作られた補助部材７の先端部分の穴１３は、雌ねじ加工を施せば別部材のボルト締結に利用できる。
なお、本発明の部材接合方法及び構造は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、ピン部がない単なる円柱状の接合ツールを用いるようにすること、ストッパと主部材の第１の個所で付加部材を挟んだうえ、同じ主部材の第２の個所に別の付加部材を先に述べた手法によって装着すること、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。
本発明の部材接合方法及び構造は、様々な部品の接合組付工程に適用できる。
５ 接合ツール
６ 主部材
７ 補助部材
８ａ 第１の個所
８ｂ 第２の個所
９ａ 孔
９ｂ 孔
１０ ストッパ
１１ ボルト（機械要素）
１２ 同化層
１４ 付加部材
１５ 付加部材
１６ 同化層
１７ 付加部材
１８ 同化層
６ 主部材
７ 補助部材
８ａ 第１の個所
８ｂ 第２の個所
９ａ 孔
９ｂ 孔
１０ ストッパ
１１ ボルト（機械要素）
１２ 同化層
１４ 付加部材
１５ 付加部材
１６ 同化層
１７ 付加部材
１８ 同化層
Claims (6)
- 主部材の第１の個所とそれに向き合う第２の個所のそれぞれに孔を正対するように穿設し、これらの孔に基端部分にストッパを有する補助部材と、その先端部分が主部材の第２の個所の孔に入り且つストッパが第１の個所に当接するように差し込み、接合ツールを回転させながら補助部材の先端に押し付け、摩擦熱と塑性流動により軟化した補助部材の材料を変形させたうえ、これに同化し得るように主部材の第２の個所の材料も摩擦熱と塑性流動により軟化させ、この後、接合ツールを主部材から引き離して、主部材の第２の個所と補助部材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の個所と第２の個所のそれぞれに正対する孔が穿設してある主部材と、先端部分が主部材の第２の個所の孔に入り且つ基端部分が主部材の第１の個所の孔に入った補助部材と、主部材の第１の個所に第２の個所の真反対から当接し得るように補助部材の基端部分に設けたストッパとを備え、この補助部材の先端部分を、摩擦熱と塑性流動により前記主部材の第２の個所に同化させたことを特徴とする部材接合構造。
- 第１の個所と第２の個所のそれぞれに正対する孔が穿設してある主部材と、先端部分が主部材の第２の個所の孔に入り且つ基端部分が主部材の第１の個所の孔に入った補助部材と、主部材の第１の個所に第２の個所の真反対から当接し得るように補助部材の基端部分に設けたストッパと、前記補助部材に外嵌してストッパ及び主部材の第１の個所に挟まれる付加部材とを備え、補助部材の先端部分を、摩擦熱と塑性流動により前記主部材の第２の個所に同化させたことを特徴とする部材接合構造。
- 第１の個所と第２の個所のそれぞれに正対する孔が穿設してある主部材と、先端部分が主部材の第２の個所の孔に入り且つ基端部分が主部材の第１の個所の孔に入った補助部材と、主部材の第１の個所に第２の個所の真反対から当接し得るように補助部材の基端部分に設けたストッパと、前記補助部材に外嵌して主部材の第２の個所に当接する付加部材とを備え、補助部材の先端部分を、摩擦熱と塑性流動により前記主部材の第２の個所、及び付加部材に同化させたことを特徴とする部材接合構造。
- 第１の個所と第２の個所のそれぞれに正対する孔が穿設してある主部材と、先端部分が主部材の第２の個所の孔に入り且つ基端部分が主部材の第１の個所の孔に入った補助部材と、主部材の第１の個所に第２の個所の真反対から当接し得るように補助部材の基端部分に設けたストッパと、前記補助部材に外嵌して主部材の第２の個所に当接する付加部材とを備え、補助部材の先端部分を、摩擦熱と塑性流動により前記主部材の第２の個所に同化させて、付加部材を厚み方向に挟むように形作ったことを特徴とする部材接合構造。
- 補助部材のストッパに機械要素を設けた請求項２乃至請求項５に記載の部材接合構造。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2007
- 2007-01-24 JP JP2007013989A patent/JP2008137064A/ja not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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