JP4488395B2

JP4488395B2 - ２部材の結合方法

Info

Publication number: JP4488395B2
Application number: JP2000233443A
Authority: JP
Inventors: 孝信井手
Original assignee: Yamashita Rubber Co Ltd
Current assignee: Yamashita Rubber Co Ltd
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: JP2002045982A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、接合面へせん断方向の大きな力がかる用途に好適な２部材の結合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１０−１８１３２５号には、車両のサスペンションリンク等に用いられるリンク部材の構造が示されており、このリンク部材は棒状の金属からなるアーム部と、アルミ合金の押し出し成形によって得られたブッシュを支持するジョイント部とで構成し、これらアーム部の端部をジョイント部に設けた二股部へ嵌合してから二股部の先端に沿ってアーム部材の周囲方向へ溶接一体化している。
【０００３】
また、２つの金属製部材を重ね合わせ、その重合面と直交する方向から高速回転するピンを押圧させてこれら金属部材を摩擦熱で軟化させながら両金属部材中にピンを埋め込むことにより、ピンで両金属部材を結合一体化することも公知である（特開２０００−１４１０６６号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特開平１０−１８１３２５号のように、アーム部とジョイント部を溶接で結合する場合には、その熱影響を考慮する必要がある。また溶接の始端と終端では溶接の溶け込み量が一定しないので強度品質が不安定になりやすいため、溶接作業に熟練を要する。そのうえアルミ合金等の融点が低い金属を用いる場合いは特に溶接が困難になる。したがって熟練を要さずに安定した結合強度の得られる接合方法が望まれている。
【０００５】
一方、特開２０００−１４１０６６号の方法によれば、金属を溶融させずに結合できるので熱影響の問題を解消できる。しかし、この方法ではピンを重合面と直交方向から挿入するので、重合面を挟んで上下に分かれた両部材間における摩擦撹拌は生じず、その結果、両部材はピンのみによって結合されることになる。このため、重合面と平行な方向から押し引きする力が加わる場合、すなわち接合面にせん断方向の力がかかる用途で使用する場合、結合強度はピンの断面積に依存することになり、加わる力が大きくなればなるほどピンを太くしなければならないが、重量等の点でこのような太いピンの使用は回避することが望まれている。そこで本願発明はこのような要請の実現を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に係る２部材の結合方法は、反対方向に外部入力を受ける２部材を突き合わせて外部入力の方向と平行する接合面を形成し、回転するピンにより２部材の材料を摩擦撹拌して２部材を結合する方法において、
前記接合面は平面状をなし、
前記ピンを回転させながらピンの軸線を前記接合面と平行かつ接合面に沿わせて前記２部材の材料中へ挿入し、
前記接合面を挟んで前記２部材の材料を摩擦撹拌混合させ、この摩擦撹拌による撹拌混合層を接合面に沿って形成するとともに、
ピンを接合面に沿って前記２部材の材料中に残して埋設することを特徴とする。
また、請求項２に係る２部材の結合方法は、反対方向に外部入力を受ける２部材を嵌合して外部入力の方向と平行する接合面を形成し、回転するピンにより２部材の材料を摩擦撹拌して２部材を結合する方法において、
前記接合面は円形断面をなし、
前記ピンを回転させながらピンの軸線を前記円形断面の接合面と接するか又は弦状に横切るように挿入し、
前記接合面を挟んで前記２部材の材料を摩擦撹拌混合させるとともに、
ピンを前記円形断面の接合面と接するか又は弦状に横切る状態で前記２部材の材料中に残して埋設することを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、回転するピンを嵌合した２部材の平面状をなす接合面と平行かつかつ接合面に沿って押圧すると、接合面を挟む２部材が摩擦熱によってそれぞれの融点未満に加熱されて流動性を生じ、ピンの回転に伴い流動化した材料が接合面を越えて撹拌拌混合し、融合一体化する。この状態でピンを接合面に沿って埋設し、２部材中に残留させると、ピン周囲の撹拌混合層が冷却により収縮し、ピンを締め付けて固定するとともに、接合面に沿って長く形成されるピンと撹拌混合層が接合面を挟む両部材を結合する。
【０００８】
このため、外部入力で接合面にせん断方向の力が加わっても、接合面に沿って長く形成されるピンと周囲の撹拌混合層の複合された断面によるせん断強度で受けることができ、ピンを特別太くしないで済む。また接合面にはがれ方向の力が加わると接合面を越えて融合一体化した撹拌混合層によりこれに耐えることがができる。しかも、２部材をそれぞれの融点未満に加熱することで結合できるので、結合部に対して熱影響を少なくでき、アルミ押し出し成形品等の低融点材料に対する接合に好適となる。そのうえ、結合部の強度品質が安定する。
また、請求項２の発明によれば、摩擦撹拌層を良好に形成でき、円形部材に対する摩擦撹拌結合が容易になる。しかもピンを同様に細くできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて実施例を説明する。図１〜図４は車両用のサスペンションリンクとして構成された第１実施例であり、図１はアーム部とジョイント部の結合部分を示し、アーム部の中間部にその断面形状を併せて示した図、図２は図１の２−２線に沿う端面図、図３は図１の３−３線に沿う端面図、図４は摩擦撹拌方法を説明する図である。
【００１０】
このリンク部材は、角断面中実棒状のアーム部１と、その端部に結合した円環状のブッシュ取付部２を備える。なお、アーム部１の図示しない他端には同様の円環状をなすか又は略コ字状をなす別のブッシュ取付部が以下に説明する結合方法で取付けられている。これらアーム部１とブッシュ取付部２はそれぞれアルミ合金から製造される。但し、適宜金属材料もしくは樹脂材料を用いることもできる。
【００１１】
ブッシュ取付部２は、リング部３とその外周部から半径方向へ突出する二股状の取付部４、４を備える。リング部３の内部にはブッシュ５が嵌合されている。このブッシュ５は防振ゴム６及びこれを介して中心部に支持された内筒カラー７を備え、内筒カラー７で他の部材と連結される。
【００１２】
取付部４、４は、アーム部１の端部を嵌合する幅で対面する一対の対向壁を備えるとともに、それぞれの各先端間は相互に直接連結されず開放された構造になっている。ここで開放された構造とは先端側が相互に連結されていない構造を意味し、例えばアーム部を嵌合する穴のように、穴を囲む先端（開口端）側が相互に連結されている構造ではないことをいう。
【００１３】
取付部４の各対向壁とアーム部１の両側面との接合面８はアーム部１の両側面と一致して平面状をなし、かつ取付部４の上面４ａと下面４ｂも平面状でアーム部１の上面１ａ及び下面１ｂと面一をなす（図２）。上面１ａ，４ａから下面１ｂ，４ｂへ貫いて、ピン１０が接合面８に沿って挿入され、埋設一体化されている。接合面８はブッシュ取付部３へ外力Ｆが加わると、この外力によってせん断方向の力を受ける面である。
【００１４】
ピン１０はその軸線が接合面８と平行かつ接合面８上にあり、ピン１０の肉部は接合面８を挟む取付部４及びアーム部１の各材料中へ入り込んだ状態で埋設一体化され、かつピン１０のほぼ全長が埋設されている。このピン１０は後述する摩擦撹拌により挿入され、その周囲に取付部４及びアーム部１側へ食い込んで摩擦撹拌層１１が形成されている。これらピン１０及び摩擦撹拌層１１は合わせ面に沿って長く形成されている。
【００１５】
ピン１０を用いて摩擦撹拌するには、図４に示すようにアーム部１及び取付部４よりも溶融温度の高い金属等の適宜材料からなるピン１０を、回転駆動装置１２により高速回転させながら、その軸線を接合面８の延長上に一致させて接合面８の上方から平行かつ外力Ｆの入力方向すなわちアーム部１のほぼ長手方向と角度を持って上面（４ａ，１ａ）へ押しつける。すると、ピン１０との摩擦によりピン１０と接触する部分のアーム部１及び取付部４の材料が軟化流動性を生じ、ピン１０がアーム部１及び取付部４の肉厚中へ接合面８に沿って入り込む。
【００１６】
同時に、ピン１０は接合面８の上にある軸線を中心に回転するため、接合面８を挟んで対面するアーム部１と取付部４の一部は、ピン１０によって接合面８を越えて摩擦撹拌され、ピン１０の周囲へ略同軸状の摩擦撹拌層１１が形成される。この摩擦撹拌層１１はアーム部及び取付部４と連続一体化されている。
【００１７】
ピン１０が下面（４ｂ，１ｂ）へ達したとき、回転駆動装置１２をピン１０と分離してピン１０をアーム部１及び取付部４の肉厚中へ残す。するとピン１０周囲の撹拌混合層１１が冷却により収縮し、ピン１０を締め付けて固定するとともに、接合面８を挟むアーム部１と取付部４を結合する。
【００１８】
これにより、ピン１０はアーム部１及び取付部４の肉厚中へ接合面８に沿って挿入された状態で周囲に形成された撹拌混合層１１を介して埋設一体化される。このときピン１０と撹拌混合層１１はほぼ全長が接合面８に沿って埋設一体化される。なお、符号１３は摩擦撹拌時のベッドであり、下面（１ｂ．４ｂ）が平面状をなすため、ベッド１３による当接支持が容易になる。
【００１９】
次に、本実施例の作用を説明する。図４に示すように、ピン１０を高速回転させて押圧部に軟化流動性を生じさせながら軸線を接合面８に一致させかつ接合面８と平行に押し込むことにより、接合面８を挟むアーム部１と取付部４の各材料がピン１０の周囲に摩擦撹拌し、摩擦撹拌層１１を形成する。この摩擦撹拌層１１は冷却するとピン１０を締め付けて固定するとともに、周囲のアーム部１及び取付部４と連続一体であり、ピン１０と共にほぼ全長が接合面８に沿って長く埋設されて形成される。
【００２０】
しかも、ピン１０の挿入方向が、接合面８へせん断方向に加わる力Ｆに対して角度をなし、本実施例では力Ｆがアーム部１の軸線方向と平行である場合にはほぼ直交するような角度である。したがって、この摩擦撹拌層１１によりアーム部１と取付部４を結合一体化するからアーム部１へ引き抜き又は圧縮方向等の接合面８と略平行かつアーム部１の軸線方向と略平行に力Ｆが加わることにより、ピン１０へせん断方向に力が作用するが、このせん断力に対してピン１０及び摩擦撹拌層１１の断面積が十分に大きいので、これに耐える大きな強度が得られる。
【００２１】
そのうえ摩擦撹拌層１１がアーム部１と取付部４の双方へ連続一体化しているので、接合面８にはがれ方向の力がかかると摩擦撹拌層１１によってこれに耐えることができる。したがって結合強度が極めて大きくなり同じ強度を得るためには、ピン１０を単独使用の場合と比べて著しく細くでき、それだけ全体を小型・軽量化できる。
【００２２】
さらに、二股状をなす取付部４が互いに先端を連結せず開いた構造であるにもかかわらず、摩擦撹拌層１１により取付部４とアーム部１を結合一体化しているため、接合面８と略平行の力Ｆがかかったとき取付部４の先端側がめくれる方向へ開くことを阻止できる。したがって従来このようなピンでは有効な結合ができなかった開いた二股部に対するピン１０の使用を可能にできる。
【００２３】
しかも、結合部を溶融させず融点未満で摩擦撹拌層１１を形成するので熱影響を考慮せずに作業できる。したがって、従来溶接が難しくかつ低融点金属であるアルミ押し出し品を結合する場合でも、結合部に対して熱影響を少なくでき、このような金属材料に対する結合に好適となる。そのうえ、従来例のような溶接と異なり、結合部の強度品質が安定する。
【００２４】
図５及び図６は第２実施例に係り、図５は図１に対応し、図６は図５の６−６線端面に相当する。なお、前実施例と共通機能部分については同一符号を使用するとともに、相違部分を中心に説明する（これ以降の各実施例も同様）。この実施例では、取付部４に丸穴２０が形成され、その一端は取付部４の突出端面へ開放されている。取付部４の嵌合部は丸穴２０であるから、先端の開口端側が閉じられた構造になっている。
【００２５】
この丸穴２０へは中実丸棒状のアーム部１の一端が嵌合され、その結果、取付部４とアーム部１の接合面８は円形になっている。この円形の接合面８の接線２１とピン１０の軸線が平行かつ接合面８の一部と接するか弦状に横切るようにピン１０を取付部４の上面４ａ又は側面側から挿入する。
【００２６】
このようにすると、ピン１０は接合面８を挟んでアーム部１と取付部４の材料が摩擦撹拌されるので、摩擦撹拌層１１を良好に形成でき、円形部材に対する摩擦撹拌結合が容易になる、しかもピン１０を前実施例同様に細くできる。なお図６に示すように、より正確には、ピン１０がアーム部１の円断面を横切る範囲とほぼ同程度の範囲Ａの部分で摩擦撹拌がおこなわれ、摩擦撹拌層１１のうちこの範囲Ａに入る部分１１ａのみが取付部４に対してアーム部１の混合一体化する部分であり、他の部分は単に取付部４が軟化後再び冷却固化しただけの混合しない部分である。
【００２７】
図７及び図８は第３実施例に係り、この実施例では前実施例と同様に先端側が閉じられた取付部４を有するが、取付部４は角穴３０を有し、これに嵌合するアーム部１は中空角パイプ状になっている。この場合は、ピン１０をその軸線が接合面８と重なり、かつ径方向全体がアーム部１及び取付部４の各肉厚内を通るようにする。これにより、アーム部１が丸パイプ状の場合と同様に取付部４と摩擦撹拌接合可能になる。
【００２８】
図９〜図１１は第４実施例に係り、図９は図１と同様の図、図１０は図９の１０−１０線端面図、図１１は図９の１１−１１線端面図である。この例では、アーム部１は図１１に示すように丸パイプ状をなすが、その先端部１５は端部を縮径することによりつぶして、中実かつ円形断面になっている。一方、取付部４には図１０に示すようにこの先端部１５が嵌合可能な丸穴４０が形成されている。そこでアーム部１の先端部１５を丸穴４０へ嵌合すると、丸穴４０の内周面に沿って円形の接合面８が形成されるので、この接合面８の接線方向と平行かつ取付部４の上面４ａへ垂直にピン１０を挿入する。
【００２９】
この場合におけるピン１０の摩擦撹拌による挿入は第２実施例と同様にできるので、図１０中に図６と対応する部分の符号を付すだけに止めて詳細説明は割愛するが、このようにすると、中空パイプのアーム部１を用いても摩擦撹拌に十分な肉厚を確保できるので、確実に摩擦撹拌により結合できる。なお、アーム部１が角パイプ状であっても同様にして結合できる。
【００３０】
図１２〜１４は第５実施例に係り、図１２は本実施例に係るエンジンマウントの平面図、図１３はその側面図、図１４は図１３の１４−１４線に沿う断面図である。
【００３１】
このエンジンマウント５０は、アルミ押出品である本体部５１、とこれに接合一体化された取付脚５２を備える。本体部５１は筒部５３とその一部から反対方向へ突出する取付脚５４及び連結部５５を一体に備える。本体部５１は押出時の端面が図１３に示すものとなるように長尺で押し出されてから図１２に示す所定幅にカットされて得られたものである。
【００３２】
筒部５３の内部空間には防振ゴム５６及び内筒カラー５７が設けられて公知の防振装置を構成し、内筒カラー５７はボルトによってエンジン側へ連結される（図示省略）。また、取付脚５２及び５４にはボルト通し穴５８，５９が設けられ、ここでボルトによって車体側へ連結される（図示省略）。なお、取付脚５２は連結部５５を挟んだ左右両側に一対で設けられ、それぞれに通し穴５８、５８が設けられるので、このエンジンマウントは図１２に示すように都合３点（５８，５８，５９）で車体側へ取付けられる。
【００３３】
図１４に示すように、連結部５５は、取付脚５２の中央部へ形成されている上向きに開放された凹部６０内へ嵌合し、この凹部６０の側壁６１と筒部５３のカット面６２との接合面６３は、本体部５１にかかる外力Ｆによってせん断方向に力がかかる面である。この接合面６３に沿って紙面に垂直方向へピン６４が摩擦撹拌接合で埋設され、かつその周囲に撹拌混合層６５が形成されている。ピン６４及び撹拌混合層６５は接合面６３を挟んで取付脚５２及び連結部５５の双方へ入り込んでいる。
【００３４】
このようにすると、本体部５１に対して図１４の上方へ引っ張る力Ｆがかかった場合、この力Ｆは取付脚５２においては接合面６３に対してせん断方向に作用するが、この部分は摩擦撹拌されて混合一体化している撹拌混合層６５及びピン６４があり、この断面積が大きいので十分に強度が高くなり、このようなせん断方向の力Ｆに耐えることができる。したがって、本実施例におけるエンジンマウントのように、リンク部材以外の各種用途における２部材の結合にも有効であることが判る。
【００３５】
なお、本願発明は上記実施例に限定されず、同一の発明原理内において種々に変形や応用が可能である。例えば、嵌合部分の構造は、ブッシュ取付部側の取付部４を単純な突状とし、これを予めパイプ状又は二股状に形成されているアーム部１の端部内側へ嵌合するようにしてもよい。また、接合面が直線状又は円弧状である部分は少なくとも一部であれば足り、例えば、アーム部の端部一側面を円弧状とし、他側面を平面状とするＤ形断面のような異形断面のアーム部を使用することもできる。さらに、リンク部材の用途はエンジンのマウント用リンク等、他の種々な目的に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る平面図
【図２】図１の２−２線に沿う端面図
【図３】図１の３−３線に沿う端面図
【図４】摩擦撹拌を説明する図
【図５】第２実施例に係る図１に対応する図
【図６】図５の６−６線端面図
【図７】第３実施例に係る図１に対応する図
【図８】図７の８−８線端面図
【図９】第４実施例に係る図１に相当する図
【図１０】図９の１０−１０線端面図
【図１１】図９の１１−１１線端面図
【図１２】第５実施例の平面図
【図１３】その側面図
【図１４】図１３の１４−１４線に沿う断面図
【符号の説明】
１：アーム部、２：ブッシュ取付部、３：リング部、４：取付部、８：接合面、１０：ピン、１１：摩擦撹拌層

Claims

反対方向に外部入力を受ける２部材を突き合わせて外部入力の方向と平行する接合面を形成し、回転するピンにより２部材の材料を摩擦撹拌して２部材を結合する方法において、
前記接合面は平面状をなし、
前記ピンを回転させながらピンの軸線を前記接合面と平行かつ接合面に沿わせて前記２部材の材料中へ挿入し、
前記接合面を挟んで前記２部材の材料を摩擦撹拌混合させ、この摩擦撹拌による撹拌混合層を接合面に沿って形成するとともに、
ピンを接合面に沿って前記２部材の材料中に残して埋設することを特徴とする２部材の結合方法。
反対方向に外部入力を受ける２部材を嵌合して外部入力の方向と平行する接合面を形成し、回転するピンにより２部材の材料を摩擦撹拌して２部材を結合する方法において、
前記接合面は円形断面をなし、
前記ピンを回転させながらピンの軸線を前記円形断面の接合面と接するか又は弦状に横切るように挿入し、
前記接合面を挟んで前記２部材の材料を摩擦撹拌混合させるとともに、
ピンを前記円形断面の接合面と接するか又は弦状に横切る状態で前記２部材の材料中に残して埋設することを特徴とする２部材の結合方法。
前記２部材の一方がリンク部材を構成するアーム部であり、他方がアルミ押し出し成形されたブッシュ取付部であることを特徴とする請求項１又は２に記載した２部材の結合方法。
前記接合面上に前記ピンの軸線があることを特徴とする請求項１に記載した２部材の結合方法。
前記２部材の一方に二股状の取付部又は角穴を有する取付部を設け、この取付部へ他方の端部を嵌合させることを特徴とする請求項１に記載した２部材の結合方法。
前記２部材の一方に丸穴を有する取付部を設け、この取付部の丸穴へ他方の端部を嵌合させることを特徴とする請求項２に記載した２部材の結合方法。