JP4253528B2

JP4253528B2 - アルミニウム部材の連結方法

Info

Publication number: JP4253528B2
Application number: JP2003145827A
Authority: JP
Inventors: 俊秀砂田; 和心長尾
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: JP2004344945A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム製材料からなる第１部材とアルミニウム製材料以外の異種材料からなる第２部材とを一体的に連結するアルミニウム部材の連結方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車のボディ（ドアパネル、ボンネットパネル、フレーム等）に採用される複数の薄板状のスチール製材料に代えて、薄板状のアルミニウム製材料を採用することにより、前記ボディの軽量化を図り、運動性能や燃費の向上を図る技術が採用されている。
【０００３】
この場合であっても、前記ボディの各部位における剛性を維持し、製造コストを低減する等の要請により、スチール製材料とアルミニウム製材料とが混在して採用されることがある。そして、前記スチール製材料とアルミニウム製材料とを連結して一体化する際に、アルミニウム製材料とそれ以外のスチール製材料等の他の金属製材料とを接合によって直接的に連結することが困難である。
【０００４】
そのため、例えば、図５に示されるように、平面状の鉄製のベースプレート１とアルミニウム製のアルミパネル２とを一体的に固定する場合には、前記ベースプレート１をアルミニウム製材料からなるパネル３の上部に載置する。
【０００５】
一方、ベースプレート１の略中央部から所定間隔離間して複数のリベット孔４ａを形成し、前記リベット孔４ａと対向するパネル３にも同様に複数のリベット孔４ｂを形成する。次いで、前記リベット孔４ａ、４ｂにリベット５ａ、５ｂを挿通させ、前記リベット５ａ、５ｂの両端部を拡径するように変形させることによりベースプレート１とパネル３とを一体的に固定している。
【０００６】
この場合、前記パネル３の下側に突出するように折曲して形成されるフランジ６を、平面状のアルミパネル２の上面に当接させ、前記フランジ６とアルミパネル２とを接合することにより、ベースプレート１とアルミパネル２とを一体的に連結する（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３６４６２４号公報（段落［０００９］〜［００１５］、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に係るアルミパネルの連結部位構造においては、ベースプレート１とアルミパネル２とを直接的に連結することができないため、複数のリベット孔４ａ、４ｂにリベット５ａ、５ｂを挿通させてベースプレート１とパネル３とを連結した後、前記パネル３とアルミパネル２とを接合によって連結している。
【０００９】
しかしながら、ベースプレート１とパネル３とをリベット５ａ、５ｂによって連結する際、該リベット５ａ、５ｂがベースプレート１の上面から上方に所定長だけ突出するとともに、前記リベット５ａ、５ｂがパネル３の下面から同様に下方に所定長だけ突出する。
【００１０】
そのため、前記パネル３をアルミパネル２へと連結する際、前記パネル３をアルミパネル２の上面に当接するように配設することができず、フランジ６を介して所定長だけ上方へと離間させて浮かせた状態としている。すなわち、前記アルミパネル２の上面とパネル３の下面との間にクリアランスを設けることによって、リベット５ａ、５ｂの突出した部位を回避する構造としている。その結果、前記クリアランスの分だけベースプレート１の連結部位近傍における高さ方向の寸法が増大するという問題がある。
【００１１】
また、ベースプレート１とアルミパネル２との間にパネル３を介在させ、且つリベット５ａ、５ｂを用いるために部品点数が増大するとともに、その組み付け工程が煩雑になるという問題がある。
【００１２】
本発明は、前記の不具合を考慮してなされたものであり、部品点数を削減して構成を簡素化するとともに、高さ方向の寸法を抑制することが可能なアルミニウム部材の連結方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、アルミニウム製材料からなる第１部材に対して、貫通孔を有するアルミニウム製材料以外の異種材料から形成される第２部材を載置する工程と、
アルミニウム製材料からなり、且つフランジ部の形成された連結部材の有底筒状部を前記貫通孔の内部に挿入する工程と、
前記有底筒状部の内径より小径に形成される接合部を前記有底筒状部の内部に挿入し、回転する前記接合部と連結部材とを接触させて摩擦攪拌接合して、前記第１部材と連結部材とを一体化することにより、前記第２部材を前記フランジ部によって第１部材との間に挟持して、第１部材と第２部材とを連結する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、アルミニウム製材料からなる第１部材と、アルミニウム製材料以外の異種材料からなる第２部材とを、アルミニウム製材料からなる連結部材を介して摩擦攪拌接合を行うことにより、前記第１部材と連結部材とを金属的に強固に連結することができ、第１部材と第２部材との間の連結強度を向上させることができる。
【００１５】
また、前記第１部材と第２部材とを、アルミニウム製材料からなる連結部材のみで一体的に連結することができるため、部品点数およびコストを削減することができるとともに、第１部材と第２部材との連結部位における高さ方向の寸法を低減することができる。
【００１６】
さらに、前記接合部が有底筒状部の内部に挿入されて摩擦攪拌接合が行われる際、連結部材を、前記第１部材の方向に押圧された状態で保持することにより、前記連結部材が第１部材および第２部材より離間することが防止されるとともに、前記連結部材の変形等を防止することができる。
【００１７】
さらにまた、第１部材に、前記連結部材の有底筒状部と対向し、前記有底筒状部の外形形状に対応した位置決め部を形成することにより、前記第１部材と連結部材との連結位置をより高精度に位置決めすることができるため、それに伴って貫通孔を介して連結される第１部材と第２部材との位置決め精度を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係るアルミニウム部材の連結方法について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１９】
図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る連結方法が適用されるアルミニウム部材の連結構造を示す。
【００２０】
このアルミニウム部材の連結構造１０（以下、単に連結構造１０という）は、図１に示されるように、薄板状のアルミニウム製材料からなるアルミニウムプレート（第１部材）１２と、前記アルミニウムプレート１２の上面に載置され、その略中央部に貫通孔１４が形成されるプレート部材（第２部材）１６と、前記プレート部材１６の上方より貫通孔１４の内部に挿入される連結部材１８とからなる。なお、前記プレート部材１６は、アルミニウム以外の異種材料（例えば、スチール製材料）から形成されていればよく、特に材質は限定されるものではない。
【００２１】
連結部材１８はアルミニウム製材料から形成され、有底円筒状の挿入部（有底筒状部）２０と、前記挿入部２０の上端より半径外方向へと拡径したフランジ部２２と、前記挿入部２０の内部に形成される穴部２４とからなる。そして、挿入部２０の下端部には連結部２６が形成され、この連結部２６にはアルミニウムプレート１２と対向する連結面２８が形成されている。
【００２２】
また、連結部２６は、連結部材１８の他の部位と比較して薄肉状に形成されている。挿入部２０の外周径Ａは、プレート部材１６の貫通孔１４の直径Ｂより小さく形成されている（Ａ＜Ｂ）。一方、挿入部２０における穴部２４の内周径Ｃは、その穴部２４に対して上方より挿入される摩擦攪拌接合用工具（接合部）３４（後述する）の外周径Ｄより大きく形成されている（Ｃ＞Ｄ）。
【００２３】
さらに、前記挿入部２０における連結面２８とフランジ部２２の下面との距離Ｅを、プレート部材１６の厚さＦより大きくなるように形成してもよいし、略同等もしくは小さくなるように形成してもよい（Ｅ＞Ｆ、Ｅ≦Ｆ）。
【００２４】
アルミニウムプレート１２と連結部材１８とを連結する際、該連結部材１８の穴部２４に摩擦攪拌接合用工具３４が挿入される。この摩擦攪拌接合用工具３４は耐熱性および高剛性を有する材質から形成され、図示しない駆動源の作用下に回転自在であり、且つ軸線方向に沿って変位自在に構成されている。図２および図３に示されるように、摩擦攪拌接合用工具３４の下端部には下方に向かって所定長だけ突出したプローブ３６（図２および図３参照）が設けられ、前記プローブ３６は摩擦攪拌接合用工具３４より半径内方向に縮径して形成されている。前記プローブ３６の軸線方向に沿った長さＧは、連結部２６の厚さＨより長く形成されている（Ｇ＞Ｈ）。
【００２５】
本発明の実施の形態に係るアルミニウム部材の連結方法が適用されるアルミニウム部材の連結構造１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その連結方法について説明する。
【００２６】
先ず、図１に示されるように、平面状のアルミニウムプレート１２の上面に対して、プレート部材１６の貫通孔１４を所望の位置に合わせるようにして載置する。そして、プレート部材１６の貫通孔１４の内部に連結部材１８の挿入部２０をフランジ部２２が上方となるように挿入する（図２参照）。
【００２７】
その際、アルミニウムプレート１２における挿入部２０と対向する位置に予め所定深さの位置決め穴（位置決め部）３０（図１参照）を形成しておき、前記貫通孔１４に挿入部２０を挿入した際にその先端部が位置決め穴３０に挿入されることにより、連結部材１８およびプレート部材１６の位置決めを行うようにしてもよい。すなわち、連結部材１８を位置決め穴３０に挿入することにより、アルミニウムプレート１２に対するプレート部材１６の連結位置を簡便且つ高精度に位置決めすることができる。
【００２８】
次に、図３に示されるように、貫通孔１４に挿入された連結部材１８に対して、フランジ部２２の上方から円筒状の押え治具３２を当接させ、前記連結部材１８をプレート部材１６の方向（矢印方向）へと押圧する。すなわち、前記押え治具３２の押圧作用下にフランジ部２２がプレート部材１６の上面に当接した状態が確保され、連結部材１８がプレート部材１６に対して上方に離間することが防止される。
【００２９】
そして、前記押え治具３２の内部の空間を貫通して、摩擦攪拌接合用工具３４を所定回転数で回転させながら下方へと変位させ、連結部材１８の穴部２４へと進入させ、該摩擦攪拌接合用工具３４の下端に設けられたプローブ３６を穴部２４の底面に回転当接させる。
【００３０】
前記のように高速度で回転するプローブ３６を穴部２４の底面に接触させることにより摩擦熱が発生し、この摩擦熱により連結部材１８における連結部２６を軟化させるとともに、前記連結部２６に対向するアルミニウムプレート１２の上面近傍を同様に軟化させて、連結部２６とアルミニウムプレート１２とを一体的に接合する摩擦攪拌接合（ＦＷＳ…friction stir welding）が行われる。
【００３１】
詳細には、プローブ３６を穴部２４の底面に当接させた状態で所定回転数で回転させることにより、前記プローブ３６と連結部２６との接触作用下に摩擦熱が生じ、前記連結部２６におけるプローブ３６との接触部位が加熱されて軟化する。このプローブ３６は、連結部２６の軟化した肉を流動させながら上方へと押し出し、前記肉は、前記連結部２６の内部をアルミニウムプレート１２の方向に向かって徐々に変位する。そのため、前記連結部２６を軟化させたプローブ３６が、連結部２６に対向するアルミニウムプレート１２の上面と接触し、該アルミニウムプレート１２の上面近傍も同様に加熱されて軟化する。
【００３２】
そして、連結部材１８における連結部２６の流動化した肉と、アルミニウムプレート１２の流動化した肉とが互いに接触して一体化される。一方、この状態で、前記摩擦攪拌接合用工具３４が上方へと変位し、連結部材１８より離間する。
【００３３】
最後に、図４に示されるように、連結部材１８における連結部２６の流動した肉と、アルミニウムプレート１２の流動した肉とが一体化された状態で、冷却されることにより連結部材１８の連結部２６とアルミニウムプレート１２とが強固に連結された状態となる。
【００３４】
また、アルミニウムプレート１２と連結部材１８における連結部２６とを摩擦攪拌接合によって連結する際に、前記連結部材１８における連結面２８とフランジ部２２の下面との距離Ｅを、プレート部材１６の厚さＦより大きく（Ｅ＞Ｆ）なるように形成することにより、前記連結部２６をアルミニウムプレート１２に対して比較的接合力が小さな状態で連結することができる。
【００３５】
反対に、前記連結部材１８における連結面２８とフランジ部２２の下面との距離Ｅを、プレート部材１６の厚さＦより小さくもしくは略同等（Ｅ≦Ｆ）となるように形成することにより、前記連結部２６をアルミニウムプレート１２に対してより強固に連結することができる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態では、アルミニウム製材料からなるアルミニウムプレート１２の上面に、貫通孔１４が形成されたプレート部材１６を載置した後、前記貫通孔１４に連結部材１８の挿入部２０を挿入する。そして、前記連結部材１８のフランジ部２２の上面を押え治具３２によってアルミニウムプレート１２側へと押圧した状態で、挿入部２０の穴部２４に摩擦攪拌接合用工具３４を回転させながら挿通させている。この摩擦攪拌接合用工具３４のプローブ３６を連結部２６に接触させることにより、前記連結部２６との間で発生する摩擦熱の作用下に該連結部２６を軟化させ、その後、アルミニウムプレート１２における連結部２６と対向する位置を同様に軟化させている。
【００３７】
そして、アルミニウムプレート１２および連結部２６における軟化して流動した肉同士が一体化した状態で冷却されることにより、摩擦攪拌接合によってアルミニウムプレート１２と、アルミニウム製材料からなる連結部材１８の連結部２６とを金属的に結合させることができるため、アルミニウム製材料からなるアルミニウムプレート１２と連結部材１８とをより一層強固に連結することができる。
【００３８】
その結果、アルミニウムプレート１２に連結された連結部材１８のフランジ部２２によって、プレート部材１６が該フランジ部２２とアルミニウムプレート１２との間に挟持されるため、アルミニウム製材料からなるアルミニウムプレート１２と、アルミニウム製材料以外の異種材料からなるプレート部材１６とを確実且つ容易に一体的に連結することができる。
【００３９】
また、アルミニウムプレート１２に対してプレート部材１６を連結するための連結部材１８は、その連結時においてアルミニウムプレート１２側に突出することがないとともに、プレート部材１６側に対してはフランジ部２２の厚さのみが突出しているだけとなる。そのため、従来のアルミパネル２とベースプレート１との間にパネル３を介在させ、上下方向に突出したリベット５ａ、５ｂを介してベースプレート１とアルミパネル２とを連結している特許文献１に係るアルミニウムパネルの連結部位構造と比較して、アルミニウムプレート１２とプレート部材１６との連結部位における高さ方向の寸法を低減することができる。
【００４０】
さらに、アルミニウム製材料からなるアルミニウムプレート１２と、アルミニウム製材料以外の異種材料からなるプレート部材１６とを、アルミニウム製材料からなる連結部材１８のみで一体的に連結することができる。そのため、リベット５ａ、５ｂ、パネル３等を介してアルミパネル２と鉄製のベースプレート１とを連結していた従来のアルミニウム部材の連結部位構造と比較して、部品点数を削減することができる。その結果、作業工程を短縮化することができるとともに、製造コストを削減することができる。
【００４１】
さらにまた、アルミニウムプレート１２の上面に、連結部材１８の挿入部２０と対向する位置決め穴３０を設け、前記挿入部２０の先端を挿入することによりアルミニウムプレート１２に対する連結部材１８およびプレート部材１６の位置決めを簡便に行うことができる。そのため、アルミニウムプレート１２とプレート部材１６との連結部位の位置精度を向上させることができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００４３】
すなわち、アルミニウム製材料からなる第１部材と、アルミニウム製材料以外の異種材料からなる第２部材とに対して、アルミニウム製材料からなる連結部材を介して摩擦攪拌接合を行うことにより、前記第１部材と第２部材とを連結部材を介して金属的に連結することができ、前記第１部材と第２部材との連結強度を向上させることができる。
【００４４】
また、前記第１部材と第２部材とをアルミニウム製材料からなる連結部材のみで一体的に連結することができるため、部品点数およびコストを削減することができるとともに、第１部材と第２部材との連結部位における高さ方向の寸法を低減し、且つ連結部位の位置精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るアルミニウム部材の連結方法が適用されたアルミニウム部材の連結構造の分解縦断面図である。
【図２】図１のアルミニウムプレートの上面にプレート部材を載置し、貫通孔に連結部材を挿入した状態を示す縦断面図である。
【図３】図２の連結部材におけるフランジ部を押え治具で押圧するとともに、連結部材の穴部に摩擦攪拌接合用工具を挿入した状態を示す縦断面図である。
【図４】図３の摩擦攪拌接合用工具による接合作用下にアルミニウムプレートとプレート部材とが連結部材を介して一体的に連結された状態を示す縦断面図である。
【図５】従来技術に係るアルミニウムパネルの連結部位構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０…アルミニウム部材の連結構造１２…アルミニウムプレート
１４…貫通孔１６…プレート部材
１８…連結部材２０…挿入部
２２…フランジ部２４…穴部
２６…連結部２８…連結面
３０…位置決め穴３２…押え治具
３４…摩擦攪拌接合用工具３６…プローブ

Claims

アルミニウム製材料からなる第１部材に対して、貫通孔を有するアルミニウム製材料以外の異種材料から形成される第２部材を載置する工程と、
アルミニウム製材料からなり、且つフランジ部の形成された連結部材の有底筒状部を前記貫通孔の内部に挿入する工程と、
前記有底筒状部の内径より小径に形成される接合部を前記有底筒状部の内部に挿入し、回転する前記接合部と連結部材とを接触させて摩擦攪拌接合して、前記第１部材と連結部材とを一体化することにより、前記第２部材を前記フランジ部によって第１部材との間に挟持して、第１部材と第２部材とを連結する工程と、
を有することを特徴とするアルミニウム部材の連結方法。
請求項１記載のアルミニウム部材の連結方法において、
前記連結部材は、前記接合部が有底筒状部の内部に挿入されて摩擦攪拌接合が行われる際、前記第１部材の方向に押圧された状態で保持されることを特徴とするアルミニウム部材の連結方法。
請求項１又は２記載のアルミニウム部材の連結方法において、
前記第１部材には、前記連結部材の有底筒状部と対向し、前記有底筒状部の外形形状に対応した位置決め部が形成されることを特徴とするアルミニウム部材の連結方法。