JP2008188625A - 部材接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】形材の局所的な補強に適した部材接合構造を提供する。
【解決手段】Ｔ字状断面の補助部材２のウエブ５を、主部材１の第１の個所３ａと第２の個所３ｂに穿設した各長孔４ａ，４ｂに差し込み、補助部材２のフランジ６を主部材１の第１の個所３ａに当接させる。接合ツール１２を回転させながら補助部材２のフランジ６に押し付け、この部位と主部材１の第１の個所３ａを摩擦熱と塑性流動により軟化させた後、接合ツール１２を主部材１から引き離して主部材１及び補助部材２の材料に由来する同化層７を硬化させる。接合ツール１２を回転させながら補助部材２のウエブ５に先端部分に押し付け、この部位と主部材１の第２の個所３ｂを摩擦熱と塑性流動により軟化させた後、接合ツール１２を主部材１から引き離して主部材１及び補助部材２の材料に由来する同化層８を硬化させる。
【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高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、形材の局所的な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、第１の個所と第２の個所のそれぞれに正対する長孔が穿設してある主部材と、先端部分が主部材の第２の個所の長孔に入り且つ基端部分が主部材の第１の個所の長孔に入ったウエブを有し且つ当該ウエブの基端部分に連なるフランジを主部材の第１の個所に当接させた補助部材とを備え、この補助部材のフランジを、摩擦熱と塑性流動により前記主部材の第１の個所に同化させ、補助部材のウエブの先端部分を、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２に記載の発明では、補助部材のウエブの基端部分を、摩擦熱と塑性流動により前記主部材の第１の個所に同化させた構成を採る。

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に記載の発明では、摩擦熱と塑性流動により、補助部材のフランジを主部材の第１の個所に同化させ、補助部材のウエブの先端部分を主部材の第２の個所に同化させるので、主部材の剛性を効率よく局所的に高めることができる。

（２）請求項２に記載の発明では、摩擦熱と塑性流動により、補助部材のフランジ及びウエブの基端部分を主部材の第１の個所に同化させ、補助部材のウエブの先端部分を主部材の第２の個所に同化させるので、主部材の剛性を効率よく局所的に高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１及び図２は本発明の部材接合構造の第１の例であり、矩形断面の主部材１と、Ｔ字状断面の補助部材２とを備えている。

主部材１の第１の個所３ａには、主部材１の長手方向へと延び且つ部材厚み方向に貫通する長孔４ａが穿設してあり、当該第１の個所３ａに向き合う第２の個所３ｂには、主部材１の長手方向へと延び且つ部材厚み方向に貫通する長孔４ｂが、前記長孔４ａに正対するように穿設してある。

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

図１（ａ）に示すように、補助部材２は、先端部分が主部材１の第２の個所３ｂの長孔４ｂに入り且つ基端部分が主部材１の第１の個所３ａの長孔４ａに入った平板状のウエブ５を有し、このウエブ５の基端部分に連なるフランジ６が、主部材１の第１の個所３ａに当接している。

これら主部材１及び補助部材２は、アルミニウム合金を素材としている。

図１（ｃ）などに示すように、補助部材２のフランジ６に由来する材料は、摩擦熱と塑性流動によって、主部材１の第１の個所３ａに由来する材料と同化層７を形作り、また、図１（ｄ）に示すように、補助部材２のウエブ５に由来する材料は、摩擦熱と塑性流動によって、主部材１の第２の個所３ｂに由来する材料と同化層８を形作っている。

補助部材２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、裏当て部材１１は、主部材１を受ける役割をする。

接合ツール１２を回転させながら、そのピン部１３を補助部材２のフランジ６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１３が徐々にめり込む。

引き続いて、ピン部１３が主部材１の第１の個所３ａに徐々にめり込み、図１（ｂ）に示すように、接合ツール１２のピン部１３の周囲に、補助部材２のフランジ６と主部材１の第１の個所３ａに由来する材料の同化層７が軟化した状態で生じる。

この後、接合ツール１２を主部材１及び補助部材２から引き離して、塑性流動部位である同化層７を硬化させる。

補助部材２のフランジ６、並びに主部材１の第１の個所３ａに対して複数の同化層７を形作り、主部材１を裏当て部材１１から取り外したうえ、主部材１及び補助部材２を逆向きにし、前記主部材１を裏当て部材（図示せず）により受け、接合ツール１２を補助部材２のウエブ５の先端部分に相対させる。

接合ツール１２を回転させながら、そのピン部１３を補助部材２のウエブ５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１３が徐々にめり込んで、図１（ｃ）に示すように、接合ツール１２のピン部１３の周囲に、補助部材２のウエブ５と主部材１の第２の個所３ｂに由来する材料の同化層８が軟化した状態で生じる。

更に、回転している接合ツール１２を補助部材２の長手方向へ移動させると、同化層８が新たに生じるとともに、塑性流動部位である同化層８が逐次硬化する。

この後、補助部材２の全長にわたって同化層８が形作られたならば、図１（ｄ）に示すように、接合ツール１２を主部材１及び補助部材２から引き離す。

つまり、主部材１の第１の個所３ａに補助部材２のフランジ６が一体化し、主部材１の第２の個所３ｂに補助部材２のウエブ５の先端部分が一体化して、主部材１の剛性が局所的に高まることになる。

上述した事例では、補助部材２のフランジ６を主部材１の第１の個所３ａと一体化させた後に、補助部材２のウエブ５の先端部分を主部材１の第２の個所３ｂと一体化させているが、これと逆に、補助部材２のウエブ５の先端部分を主部材１の第２の個所３ｂと一体化させた後に、補助部材２のフランジ６を主部材１の第１の個所３ａと一体化させるという手順を採っても何ら差し支えない。

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

図３（ａ）に示すように、補助部材２は、先端部分が主部材１の第２の個所３ｂの長孔４ｂに入り且つ基端部分が主部材１の第１の個所３ａの長孔４ａに入った平板状のウエブ５を有し、このウエブ５の基端部分に連なるフランジ６が、主部材１の第１の個所３ａに当接している。

図３（ｃ）などに示すように、補助部材２のフランジ６及びウエブ５に由来する材料は、摩擦熱と塑性流動によって、主部材１の第１の個所３ａに由来する材料と同化層９を形作り、また、図３（ｄ）に示すように、補助部材２のウエブ５に由来する材料は、摩擦熱と塑性流動によって、主部材１の第２の個所３ｂに由来する材料と同化層８を形作っている。

補助部材２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で主部材１を受け、接合ツール１２を回転させながら、そのピン部１３を補助部材２のフランジ６の幅方向中央に押し付けると、摩擦熱と塑性流動により軟化したこの部位にピン部１３が徐々にめり込む。

引き続いて、ピン部１３が補助部材２のウエブ５に徐々にめり込み、図３（ｂ）に示すように、接合ツール１２のピン部１３の周囲に、補助部材２のフランジ６及びウエブ５と主部材１の第１の個所３ａに由来する材料の同化層９が軟化した状態で生じる。

更に、回転している接合ツール１２を補助部材２の長手方向へ移動させると、同化層９が新たに生じるとともに、塑性流動部位である同化層９が逐次硬化する。

この後、補助部材２の全長にわたって同化層９が形作られたならば、接合ツール１２を主部材１及び補助部材２から引き離し、主部材１を裏当て部材１１から取り外したうえ、主部材１及び補助部材２を逆向きにし、前記主部材１を裏当て部材（図示せず）により受け、接合ツール１２を補助部材２のウエブ５の先端部分に相対させる。

接合ツール１２を回転させながら、そのピン部１３を補助部材２のウエブ５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１３が徐々にめり込んで、図３（ｃ）に示すように、接合ツール１２のピン部１３の周囲に、補助部材２のウエブ５と主部材１の第２の個所３ｂに由来する材料の同化層８が軟化した状態で生じる。

更に、回転している接合ツール１２を補助部材２の長手方向へ移動させると、同化層８が新たに生じるとともに、塑性流動部位である同化層８が逐次硬化する。

この後、補助部材２の全長にわたって同化層８が形作られたならば、図３（ｄ）に示すように、接合ツール１２を主部材１及び補助部材２から引き離す。

つまり、主部材１の第１の個所３ａに補助部材２のフランジ６及びウエブ５の基端部分が一体化し、主部材１の第２の個所３ｂに補助部材２のウエブ５の先端部分が一体化して、主部材１の剛性が局所的に高まることになる。

上述した事例では、補助部材２のフランジ６及びウエブ５の基端部分を主部材１の第１の個所３ａと一体化させた後に、補助部材２のウエブ５の先端部分を主部材１の第２の個所３ｂと一体化させているが、これと逆に、補助部材２のウエブ５の先端部分を主部材１の第２の個所３ｂと一体化させた後に、補助部材２のフランジ６及びウエブ５の基端部分を主部材１の第１の個所３ａと一体化させるという手順を採っても何ら差し支えない。

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、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。 図１の関連する主部材に補助部材を組み付ける前の状態を示す斜視図である。 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

１ 主部材
２ 補助部材
３ａ 第１の個所
３ｂ 第２の個所
４ａ 長孔
４ｂ 長孔
５ ウエブ
６ フランジ

Claims (2)

1. 第１の個所と第２の個所のそれぞれに正対する長孔が穿設してある主部材と、先端部分が主部材の第２の個所の長孔に入り且つ基端部分が主部材の第１の個所の長孔に入ったウエブを有し且つ当該ウエブの基端部分に連なるフランジを主部材の第１の個所に当接させた補助部材とを備え、この補助部材のフランジを、摩擦熱と塑性流動により前記主部材の第１の個所に同化させ、補助部材のウエブの先端部分を、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。
2. 補助部材のウエブの基端部分を、摩擦熱と塑性流動により前記主部材の第１の個所に同化させた請求項１に記載の部材接合構造。

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