JP2008137070A - 部材接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】形材の補強に適した部材接合構造を提供する。
【解決手段】第１の個所８ａ及び第２の個所８ｂに孔９ａ，９ｂが正対するように穿設してある主部材６と、第１の個所８ａの孔９ａに連なるねじ孔１ａが穿設してあり且つ第２の個所８ｂとは真反対に位置するように主部材６の第１の個所８ａに当接する第１の締結部材５ａと、第２の個所８ｂの孔９ｂに連なるねじ孔１ｂが穿設してあり且つ第１の個所８ａとは真反対に位置するように主部材６の第２の個所８ｂに当接する第２の締結部材５ｂと、軸部７が第１、第２の締結部材５ａ，５ｂのねじ孔１ａ，１ｂに螺合されたボルト４とを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルト４に由来する材料を、孔９ａ，９ｂやねじ孔１ａ，１ｂに詰め込み且つ第１、第２の締結部材５ａ，５ｂのねじ孔１ａ，１ｂの周囲を覆うように形作り、主部材６にボルト４を接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は部材接合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。

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、補助部材挿入用の孔が第１の個所及び第２の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第１の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第２の個所とは真反対に位置するように主部材の第１の個所に配置した第１の締結部材と、前記第２の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第１の個所とは真反対に位置するように主部材の第２の個所に配置した第２の締結部材と、軸部が第１、第２の締結部材に螺合され且つ頭部を第１の締結部材に当接させた補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材に由来する材料を、第１、第２の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第１、第２の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作った構成を採る。

請求項２に記載の発明では、ボルト挿入用の孔が第１の個所及び第２の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第１の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第２の個所とは真反対に位置するように主部材の第１の個所に配置した第１の締結部材と、前記第２の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第１の個所とは真反対に位置するように主部材の第２の個所に配置した第２の締結部材と、軸部が第１、第２の締結部材に螺合され且つ頭部を第１の締結部材に当接させたボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルトに由来する材料を、第１、第２の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第１、第２の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作った構成を採る。

請求項３に記載の発明では、補助部材挿入用の孔が第１の個所及び第２の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第１の個所の孔に連なる開口を有し且つ第２の個所とは真反対に位置するように主部材の第１の個所に配置した付加部材と、前記第１の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第２の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第１の締結部材と、前記第２の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第１の個所とは真反対に位置するように主部材の第２の個所に配置した第２の締結部材と、軸部が第１、第２の締結部材に螺合され且つ頭部を第１の締結部材に当接させた補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材に由来する材料を、第１、第２の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第１、第２の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作った構成を採る。

請求項４に記載の発明では、ボルト挿入用の孔が第１の個所及び第２の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第１の個所の孔に連なる開口を有し且つ第２の個所とは真反対に位置するように主部材の第１の個所に配置した付加部材と、前記第１の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第２の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第１の締結部材と、前記第２の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第１の個所とは真反対に位置するように主部材の第２の個所に配置した第２の締結部材と、軸部が第１、第２の締結部材に螺合され且つ頭部を第１の締結部材に当接させたボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルトに由来する材料を、第１、第２の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第１、第２の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作った構成を採る。

請求項５に記載の発明では、補助部材挿入用の孔が第１の個所及び第２の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第１の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第２の個所とは真反対に位置するように主部材の第１の個所に配置した第１の締結部材と、前記第２の個所の孔に連なる開口を有し且つ第１の個所とは真反対に位置するように主部材の第２の個所に配置した付加部材と、前記第２の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第１の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第２の締結部材と、軸部が第１、第２の締結部材に螺合され且つ頭部を第１の締結部材に当接させた補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材に由来する材料を、第１、第２の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第１、第２の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作った構成を採る。

請求項６に記載の発明では、ボルト挿入用の孔が第１の個所及び第２の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第１の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第２の個所とは真反対に位置するように主部材の第１の個所に配置した第１の締結部材と、前記第２の個所の孔に連なる開口を有し且つ第１の個所とは真反対に位置するように主部材の第２の個所に配置した付加部材と、前記第２の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第１の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第２の締結部材と、軸部が第１、第２の締結部材に螺合され且つ頭部を第１の締結部材に当接させたボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルトに由来する材料を、第１、第２の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第１、第２の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作った構成を採る。

本発明の部材接合構造によれば、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、摩擦熱と塑性流動によって補助部材、もしくはボルトを、第１、第２の締結部材に係合させるので、主部材と補助部材、もしくはボルト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、主部材の剛性が局所的に高まる。

（２）請求項３〜請求項６に記載の発明では、第１、第２の結合部材と主部材との間に付加部材を介在させてあるので、当該付加部材を局所的な補強が達成された主部材に結合させることができる。

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、請求項１、２に対応している。

この部材結合構造は、矩形断面の主部材６と、ねじ孔１ａ，１ｂが穿設してある第１、第２の締結部材５ａ，５ｂと、ボルト４とを備えている。

主部材６の第１の個所８ａには、部材厚み方向に貫通する孔９ａが穿設してあり、当該第１の個所８ａに向き合う第２の個所８ｂには、部材厚み方向に貫通する孔９ｂが、前記孔９ａに正対するように穿設してある。

また、第１の個所８ａと第２の個所８ｂの間にある第３の個所８ｃ及び第４の個所８ｄには、特に加工を施していない。

第１の締結部材５ａは、ねじ孔１ａが第１の個所８ａの孔９ａに連なり且つ第２の個所８ｂとは真反対に位置するように主部材６の第１の個所８ａに当接している。

第２の締結部材５ｂは、ねじ孔１ｂが第２の個所８ｂの孔９ｂに連なり且つ第１の個所８ａとは真反対に位置するように主部材６の第２の個所８ｂに当接している。

ボルト４はアルミニウム合金を素材とし、第１、第２の締結部材５ａ，５ｂ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。

第１、第２の締結部材５ａ，５ｂとしては、ナットを利用することができ、これら締結部材５ａ，５ｂは、主部材６に溶接などの手法により予め固着しておいてもよい。

図１（ａ）に示すように、ボルト４の軸部７は、主部材６の孔９ａ，９ｂを突き抜けて第１、第２の締結部材５ａ，５ｂのねじ孔１ａ，１ｂに螺合され、ボルト４の頭部１０は、第１の締結部材５ａに当接している。

図１（ｄ）に示すように、ボルト４に由来する材料は、摩擦熱と塑性流動によって、第１の締結部材５ａのねじ孔１ａ内周面、主部材６の第１、第２の個所８ａ，８ｂの孔９ａ，９ｂ内周面、並びに第２の締結部材５ｂのねじ孔１ｂ内周面のそれぞれに密着し且つ第１、第２の締結部材５ａ，５ｂのねじ孔１ａ，１ｂの周囲を覆うように形作られ、ボルト４が主部材６に接合されている。

ボルト４を上述したような形状とする際には、裏当て部材１１と接合ツール１２を用いる。

裏当て部材１１と接合ツール１２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１２は、短円柱状のピン部１３を円柱状のショルダ部１４の先端面に同軸に連ねた形をしており、また、裏当て部材１１は、第２の締結部材５ｂとボルト４を受ける役割をする。

裏当て部材１１で保持されているボルト４の頭部１０に、接合ツール１２を回転させながら押し付けると、図１（ｂ）に示すように、ボルト４が摩擦熱と塑性流動により軟化する。

更に、ボルト４に由来する材料が、第１の締結部材５ａのねじ孔１ａの溝や主部材６の第１の個所８ａの孔９ａの全般にわたって詰まり、ねじ孔１ａが前記軟化材料で塞がれる。

この後、接合ツール１２をボルト４から引き離し、第１の締結部材５ａのねじ孔１ａを塞いでいるボルト４の塑性流動部位を硬化させると、主部材６の第１の個所８ａとボルト４の接合が完了する。

つまり、主部材６とボルト４が異種材であっても、主部材６の第１の個所８ａにボルト４を効率よく且つ確実に接合することができる。

次いで、主部材６及びボルト４を逆向きにし、ボルト４の第１の締結部材５ａ側の端部を裏当て部材（図示せず）で受け、ボルト４の第２の締結部材５ｂ側の端面に、接合ツール１２を回転させながら押し付けると、図１（ｃ）に示すように、ボルト４が摩擦熱と塑性流動により軟化する。

更に、ボルト４に由来する材料が、第２の締結部材５ｂのねじ孔１ｂの溝や主部材６の第２の個所８ｂの孔９ｂの全般にわたって詰まり、ねじ孔１ｂが前記軟化材料で塞がれる。

この後、図１（ｄ）に示すように、接合ツール１２をボルト４から引き離し、第２の締結部材５ｂのねじ孔１ｂを塞いでいるボルト４の塑性流動部位を硬化させると、主部材６の第２の個所８ｂとボルト４の接合が完了する。

つまり、主部材６とボルト４が異種材であっても、主部材６の第２の個所８ｂにボルト４を効率よく且つ確実に接合することができる。

また、主部材６の素材がボルト４と同じアルミニウム合金であれば、ボルト４に由来する材料が主部材６に同化する。

図２は本発明の部材接合構造の第２の例であり、請求項３、４、５、６に対応し、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。

この部材接合構造は、 矩形断面の主部材６と、ねじ孔１ａ，１ｂが穿設してある第１、第２の締結部材５ａ，５ｂと、付加部材１５，１６と、ボルト４とを備えている。

付加部材１５，１６のそれぞれには、ボルト４の軸部７が挿通可能な開口１７，１８が穿設してある。

付加部材１５は、開口１７が第１の個所８ａの孔９ａに連なり且つ第２の個所８ｂとは真反対に位置するように主部材６の第１の個所８ａに当接している。

付加部材１６は、開口１８が第２の個所８ｂの孔９ｂに連なり且つ第１の個所８ａとは真反対に位置するように主部材６の第２の個所８ｂに当接している。

これら付加部材１５，１６は、主部材６に溶接などの手法により予め固着しておいてもよい。

第１の締結部材５ａは、ねじ孔１ａが第１の個所８ａの孔９ａに連なるように付加部材１５に当接している。

第２の締結部材５ｂは、ねじ孔１ｂが第２の個所８ｂの孔９ｂに連なるように付加部材１６に当接している。

ボルト４はアルミニウム合金を素材とし、第１、第２の締結部材５ａ，５ｂ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。

第１、第２の締結部材５ａ，５ｂとしては、ナットを利用することができ、これら締結部材５ａ，５ｂは、付加部材１５，１６に溶接などの手法により予め固着しておいてもよい。

図２（ａ）に示すように、ボルト４の軸部７は、主部材６の孔９ａ，９ｂ、並びに付加部材１５，１６の開口１７，１８を突き抜けて第１、第２の締結部材５ａ，５ｂのねじ孔１ａ，１ｂに螺合され、ボルト４の頭部１０は、第１の締結部材５ａに当接している。

図２（ｂ）に示すように、ボルト４に由来する材料は、摩擦熱と塑性流動によって、第１の締結部材５ａのねじ孔１ａ内周面、主部材６の第１、第２の個所８ａ，８ｂの孔９ａ，９ｂ内周面や付加部材１５，１６の開口１７，１８内周面、並びに第２の締結部材５ｂのねじ孔１ｂ内周面のそれぞれに密着し且つ第１、第２の締結部材５ａ，５ｂのねじ孔１ａ，１ｂの周囲を覆うように形作られ、ボルト４が主部材６に接合されている。

ボルト４を上述したような形状とする際には、先に述べた図１に示す例と同様に裏当て部材１１と接合ツール１２を用いる。

すなわち、摩擦熱と塑性流動により軟化させたボルト４に由来する材料を、第１の締結部材５ａのねじ孔１ａの溝や主部材６の第１の個所８ａの孔９ａの全般にわたって詰め、ねじ孔１ａを前記軟化材料で塞いだうえ、ボルト４の塑性流動部位を硬化させると、主部材６の第１の個所８ａとボルト４の接合が完了する。

つまり、主部材６とボルト４が異種材であっても、主部材６の第１の個所８ａにボルト４を効率よく且つ確実に接合することができる。

次いで、主部材６及びボルト４を逆向きにし、摩擦熱と塑性流動により軟化させたボルト４に由来する材料を、第２の締結部材５ｂのねじ孔１ｂの溝や主部材６の第２の個所８ｂの孔９ｂの全般にわたって詰め、ねじ孔１ｂを前記軟化材料で塞いだうえ、ボルト４の塑性流動部位を硬化させると、主部材６の第２の個所８ｂとボルト４の接合が完了する。

つまり、主部材６とボルト４が異種材であっても、主部材６の第２の個所８ｂにボルト４を効率よく且つ確実に接合することができる。

また、主部材６の素材がボルト４と同じアルミニウム合金であれば、ボルト４に由来する材料が主部材６に同化する。

なお、本発明の部材接合構造は、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、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。

本発明の部材接合構造は、様々な部品の接合組付工程に適用できる。

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

符号の説明

１ａ ねじ孔
１ｂ ねじ孔
４ ボルト（補助部材）
５ａ 第１の締結部材
５ｂ 第２の締結部材
６ 主部材
７ 軸部
８ａ 第１の個所
８ｂ 第２の個所
９ａ 孔
９ｂ 孔
１０ 頭部
１５ 付加部材
１６ 付加部材
１７ 開口
１８ 開口

Claims (6)

1. 補助部材挿入用の孔が第１の個所及び第２の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第１の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第２の個所とは真反対に位置するように主部材の第１の個所に配置した第１の締結部材と、前記第２の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第１の個所とは真反対に位置するように主部材の第２の個所に配置した第２の締結部材と、軸部が第１、第２の締結部材に螺合され且つ頭部を第１の締結部材に当接させた補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材に由来する材料を、第１、第２の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第１、第２の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作ったことを特徴とする部材接合構造。
2. ボルト挿入用の孔が第１の個所及び第２の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第１の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第２の個所とは真反対に位置するように主部材の第１の個所に配置した第１の締結部材と、前記第２の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第１の個所とは真反対に位置するように主部材の第２の個所に配置した第２の締結部材と、軸部が第１、第２の締結部材に螺合され且つ頭部を第１の締結部材に当接させたボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルトに由来する材料を、第１、第２の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第１、第２の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作ったことを特徴とする部材接合構造。
3. 補助部材挿入用の孔が第１の個所及び第２の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第１の個所の孔に連なる開口を有し且つ第２の個所とは真反対に位置するように主部材の第１の個所に配置した付加部材と、前記第１の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第２の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第１の締結部材と、前記第２の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第１の個所とは真反対に位置するように主部材の第２の個所に配置した第２の締結部材と、軸部が第１、第２の締結部材に螺合され且つ頭部を第１の締結部材に当接させた補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材に由来する材料を、第１、第２の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第１、第２の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作ったことを特徴とする部材接合構造。
4. ボルト挿入用の孔が第１の個所及び第２の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第１の個所の孔に連なる開口を有し且つ第２の個所とは真反対に位置するように主部材の第１の個所に配置した付加部材と、前記第１の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第２の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第１の締結部材と、前記第２の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第１の個所とは真反対に位置するように主部材の第２の個所に配置した第２の締結部材と、軸部が第１、第２の締結部材に螺合され且つ頭部を第１の締結部材に当接させたボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルトに由来する材料を、第１、第２の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第１、第２の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作ったことを特徴とする部材接合構造。
5. 補助部材挿入用の孔が第１の個所及び第２の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第１の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第２の個所とは真反対に位置するように主部材の第１の個所に配置した第１の締結部材と、前記第２の個所の孔に連なる開口を有し且つ第１の個所とは真反対に位置するように主部材の第２の個所に配置した付加部材と、前記第２の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第１の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第２の締結部材と、軸部が第１、第２の締結部材に螺合され且つ頭部を第１の締結部材に当接させた補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材に由来する材料を、第１、第２の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第１、第２の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作ったことを特徴とする部材接合構造。
6. ボルト挿入用の孔が第１の個所及び第２の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第１の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第２の個所とは真反対に位置するように主部材の第１の個所に配置した第１の締結部材と、前記第２の個所の孔に連なる開口を有し且つ第１の個所とは真反対に位置するように主部材の第２の個所に配置した付加部材と、前記第２の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第１の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第２の締結部材と、軸部が第１、第２の締結部材に螺合され且つ頭部を第１の締結部材に当接させたボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルトに由来する材料を、第１、第２の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第１、第２の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作ったことを特徴とする部材接合構造。

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