JP4732109B2 - 複数ワークの分離方法 - Google Patents

Description

この発明は、複数のワークを横並べした状態で全体を一度に摩擦撹拌接合（これを一括接合というものとする）したとき、隣り合うワークがその境界部上において摩擦撹拌接合で結合一体化するので、その後、この結合部を切り離して隣り合うワークを有利に分離する方法に関する。

長手形状のアーム部とその端部に摩擦撹拌接合されたブッシュ取付け用のブラケットを有するリンクロッドは公知である。このリンクロッドの製法として、リンクロッドのアーム部とブッシュ取付け用のブラケットの各複数分に相当するアーム用素材とブラケット用素材とをそれぞれ押出成形してから各素材間を相互を摩擦撹拌接合し、その後製品幅にスライスして個々のリンクロッドに分離するものがある（特許文献１参照）。

また、左右のブラケットとアーム部からなるセットを複数用意し、各セットは、アーム部の長手方向左右端部を左右のブラケットに設けられた接合部へ突き合わせて仮組み状態とし、この仮組み状態のものを複数セット横並びさせて、突き合わせ部が一直線状になるようにセット（これを「横並びセット」とする）してから、突き合わせ部に沿って全体を一度に摩擦撹拌接合し、その後、隣り合うセットの摩擦撹拌接合した部分をバンドソー等で切断することにより各セットを分離してリンクロッドを形成する方法も考えられる。
特開平１１−９９４１５号公報

ところで、上記のように複数のワークを横並べして全体を一度に摩擦撹拌接合すると、隣り合うワークは互いの境界部上にて摩擦撹拌接合により結合し、横並べした全ワークが一体化して一つの結合体になる。そこで摩擦撹拌接合後にこの結合部を切り離して各ワークを分離しなければならない。しかし横並びセット時に隣り合うワーク間を密にすれば、カット時にはバンドソー等の刃幅に相当する切り代が必要になるため、予め各ワークの幅を製品幅よりも切り代分だけ幅広にしておかなければならず、この切り代分が材料ロスとなる。そのうえカットは、本来上記交点における結合部だけを分離すれば足りるところ、全体の製品幅を一定にするためにはワークの全長に及ぶ必要があるので、カット長並びに工数も多くなってしまう。また、横並びセット時に隣り合うワーク間を開けて、スペーサーを介在させることも考えられるが、このようにすると、スペーサーが材料ロスになるとともに横並びセット時の位置決め工数が余計にかかることになる。
そこで本願発明は、複数ワークを密に横並べして摩擦撹拌接合により一括接合した後において、各ワークの分離を容易に行い、かつカット時の材料ロスを少なくすることを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１における複数ワークの分離方法は、第１及び第２の部材を突き合わせたワークを複数横並べして、各ワークの突き合わせ部を摩擦撹拌接合で一括接合した結合体とし、
その後、この結合体に対して隣り合うワーク間の摩擦撹拌接合部上から穴開け工具で分離用凹部を形成することにより、各ワークを分離させることを特徴とする。

請求項２は上記請求項１において、前記分離用凹部が非貫通のものであることを特徴とする。

請求項３は上記請求項１において、隣り合うワークの境界線と摩擦撹拌接合の接合ラインとの交点近傍に形成される不均一組織部分を、前記分離用凹部の形成により同時に除去することを特徴とする。

請求項４は上記請求項１において、前記ワークがリンクロッドであり、前記第１の部材が長手部材からなるアーム部であり、前記第２の部材がアーム部の長手方向両端部に結合された左右のブッシュ取付用ブラケットであることを特徴とする。

請求項１によれば、複数のワークを横並べして全体を摩擦撹拌接合により一括接合したとき、各ワークは第１及び第２部材がそれぞれの突き合わせ部で摩擦撹拌接合により結合されるとともに、隣り合うワーク間は境界部のみにて摩擦撹拌接合で相互に結合し、横並べした全ワークが一体化して一つの結合体になる。そこで、この結合体に対して隣り合うワーク間の境界部における結合部の上から穴開け工具で分離用凹部を形成すると、結合部が分離用凹部により除去されるので、隣り合うワークが分離される。

このとき、境界線上に分離用凹部を形成するだけで隣り合うワークを分離できるから、隣り合うワークの境界線に沿ってバンドソー等を比較的長い距離移動させることによりカットする必要がなくなるので、製品幅に加えて切り代を設けることや、スペーサーを介在させることが不用となり、材料ロスを少なくすることができる。そのうえ、比較的小さな分離用穴の形成により分離できるのでカット工数も削減できる。

請求項２によれば、分離用凹部は摩擦撹拌接合部分の深さ程度まで穿孔すれば足りるので、非貫通のものとすることができ、これにより穿孔工数や材料ロスのさらなる低減を図ることができる。

請求項３によれば、摩擦撹拌接合により隣り合うワークの境界線と摩擦撹拌接合の接合ラインとの交点近傍に形成された不均一組織部分を、分離用凹部の形成により同時に除去することができ、不均一組織部分をワークの分離と同時に行うことができる。

請求項４によれば、第１の部材であるアーム部と、その長手方向両端に摩擦撹拌接合される第２の部材であるブッシュ取付用ブラケットを備えたリンクロッドを容易に形成できる。

以下、図面に基づいて第１の実施形態を説明する。図２は本願発明の対象となるワークとしての自動車のサスペンション等に用いられるリンクロッドを示し、Ａはその正面図、Ｂは平面図である。このリンクロッド１は、第１の部材である断面略Ｉ字状のアーム部２と、その長手方向両端に結合一体化されるとともに、ブッシュ３が設けられた第２の部材であるブラケット４を備える。この例では、左右のブッシュ３は同一である。但し、左右で寸法や材料等を異ならせることは自由にできる。ブラケット４は本願発明のブッシュ用取付ブラケットをなす。

ブラケット４は略円筒状をなし、その外周部の一部から径方向外方へ一体に突出する取付突部５を備え、取付突部５の端部とアーム部２の端部は突き合わせ部６で相互に突き合わされ、摩擦撹拌接合で結合一体化されている。この突き合わせ部６の近傍となるアーム部２の端部内側には、取付突部５の突出端側に形成された嵌合突部７が圧入されている。８は分離用穴である。

嵌合突部７の上下面には段部７ａ，７ａが形成され、この段部７ａ，７ａの深さｔ分だけ嵌合突部７の上下方向幅が取付突部５よりも狭くなっている。段部７ａ，７ａの端部である立て壁部７ｂの上端は突き合わせ部６と一致する。段部７ａ，７ａの深さｔは、突き合わせ部６の深さとも一致する。

分離用穴８は後から詳述するが本願発明の分離用凹部に相当するものであり、Ａに示すように、突き合わせ部６の深さｔよりも深く形成されることが好ましく、かつＢに示すように、突き合わせ部６の長さ方向両端部に半円状をなして形成される。この分離用穴８は外側方へ開放されて形成され、リンクロッド１の幅方向端部９によって円を半分に分割されたものに相当する。幅方向端部９は、アーム部２とブラケット４の各幅方向端面に沿う線であり、両幅方向端部９、９間の幅Ｗ１は製品幅でもある。

ブラケット４の内側に設けられるブッシュ３は、防振ゴム３ａ及びこれを介してブラケット４と連結される内筒３ｂを備え、ブラケット４と内筒３ｂが略同心的に配置されている。但し、ブッシュ３の構造も任意であり、例えば、内外二重筒式であって、外筒をブラケット４のリング部へ圧入で取付けられるものでもよい。内筒３ｂは偏心配置されたものでもよい。

図１は、このリンクロッド１の製法全体を概略的説明するものである。図中のＡは、アーム部２及びブラケット４の製造工程であり、アーム部２は横断面略Ｉ字状に押出成形された押出素材を所定のアーム長で定尺カットしたものを所定数横並べする。ここでアーム部２の横並べとは、アーム部２の長手方向と直交する方向へ各アーム部２の側部が密に接するように並べる状態をいう。アーム部２の押出素材はアルミ合金等の軽合金をＥ方向へ押し出したものである。

ブラケット４も、その正面視形状（図２のＡ参照）を押出形状として押出成形されたブラケット用素材１４に対して、カットラインFで示すように押し出し方向と直交する方向に製品幅Ｗ１（図２のＢ参照）で定尺カットしたものであり、これも所定数を押出方向へ横並べする。ここでブラケット４の横並べとは、押し出し時に一体形成されるブラケット取付のブッシュ穴４ａの軸線方向へ各ブラケット４を同軸上にて密に並べた状態をいう。ブラケット用素材１４もアルミ合金等の軽合金をＥ方向へ押し出したものである。

Ｂはアーム部２の長さ方向両端部へブラケット４、４を突き当てて仮組みセットしたものを横並びにセットしてから回転工具３０にて摩擦撹拌接合し、その後、ドリル４０にて分離する工程を示す。ドリル４０による分離は、隣り合うリンクロッド１の境界線４１と摩擦撹拌接合による連続一直線状の接合ライン４２との交点４３を上方から分離用穴８を穿孔して形成することにより行う。境界線４１は隣り合うリンクロッド１の各幅方向端部９、９（図１参照）が接する線である。

符号４４は仮組みセット、４５は複数の仮組みセット４４を摩擦撹拌接合により全体が結合一体化したセット結合体である。セット結合体４５の状態においては、各仮組みセット４４はアーム部２とブラケット４が一体化されたリンクロッド１になっており、これらリンクロッド１の隣り合うもの同士が境界線４１の上で摩擦撹拌接合により、互いに結合一体化された状態である。なお仮組みセット４４はアーム部２とブラケット４がまだ摩擦撹拌接合で一体化されていない状態を意味する。

Ｃは分離されて完成されたリンクロッド１の斜視図を示す。隣り合うリンクロッド１は分離用穴８を形成するだけで分離される。隣り合うリンクロッド１を分離すると、それまで平面視円形だった分離用穴８は、平面視半円形で上方及び外側方へ開放された凹部をなす。

図３〜１０は、このリンクロッド１を製造する際における各工程の詳細を説明するものである。図３はブラケット４とアーム部２の端部を結合する方法を説明する図であり、Ａは仮組する状態、Ｂは摩擦撹拌接合時における状態を示す。

Ａに示すように、ブラケット４の取付突部５には嵌合突部７が一体に形成され、かつ嵌合突部７の上下両面には段部７ａ，７ａが形成され、これらはその端部である立壁部７ｂと一体に形成される。嵌合突部７をアーム部２の端部２ａの後述する空間へ嵌合し、取付突部５の立壁部７ｂへアーム部２の端部２ａを突き合わせて仮組みし、その後、図のＢに示すように、突き合わせ部６に沿って摩擦撹拌接合することによりアーム部２とブラケット４が結合一体化される。

アーム部２は、第１の面２０，第２の面２１及び第３の面２２を有する略Ｉ字断面をなす部材であり、長手方向をブラケット４のブッシュ穴４ａにおける中心軸線方向と直交させて配置し、端部２ａにおける第１の面２０及び第２の面２１の各端部が段部７ａ上に重なり、その先端面が立て壁部７ｂへ突き合わされる。アーム部２の高さと取付突部５の高さ方向幅はそれぞれＨで一致する。

図４はアーム部２の詳細を示す図であり、Ａは切り欠き部形成前の正面、Ｂは横断面、Ｃは切り欠き部形成後の正面をそれぞれ示す。これらに明らかなように、アーム部２は上下が平行して一対をなす第１の面２０，第２の面２１をなし、これらと直交して連結する立壁状の第３の面２２を一体に形成したものである。

アーム部２はＡに示す断面略Ｉ字状の押出形状にて押し出し成形されて定尺カットされた後、第３の面２２の端部２ａ側における端部をその後切り欠いて切り欠き部２３とし、Ｃに示すように、第１の面２０，第２の面２１及び切り欠き部２３で囲まれた嵌合用の空間を形成し、ここに嵌合突部７を嵌合するようになっている。第１の面２０及び第２の面２１の板厚はｔであり、段部７ａの深さと一致している（図２のＡ参照）。

図５は、アーム部２とブラケット４の仮組みセットを複数横並びに配置した状態の上面視図である。アーム部２をブラケット４の押し出し方向Ｅへ隙間なく複数本横並びさせて配置する。ブラケット４の及びアーム部２の横幅をＷ１としたとき、アーム部２をＮ本（この例ではＮ＝５）横並べした全体の横幅Ｗ２はＷ１×Ｎである。

アーム部２の長手方向他端側も同様にして、他のブラケット４に突き合わせる。このようにしてなる横並びセット状態では、各アーム部２の突き合わせ部６が連続一直線状になり、一つの仮想直線１６上に重なる。そこで、この仮想直線１６上に沿って連続的に一度の工程で摩擦撹拌接合して一括接合する。

図６は横並状態におけるアーム部２の長手方向端部を突き合わせ側から示す図である。この図に明らかなように、第１の面２０と第２の面２１は、第３の面２２により上下に間隔を保って図の左右方向へ連続している。また第３の面２２における切り欠き部２３も同じ高さで図の左右方向へ間隔を持って並ぶため、第１の面２０と第２の面２１の間に、図の左右方向へ連続して嵌合突部７が嵌合するようになっている。

なお、本図では嵌合突部７が第１の面２０及び第２の面２１から若干離れて表現されているが、これは見易くするための便宜上の表現であって、実際は嵌合突部７が第１の面２０及び第２の面２１に重なった密接状態になっている。

図７は摩擦撹拌接合の状態を示す図であり、突き合わせ部６の上から高速回転する回転工具３０のプローブ３１を押し付けることにより、突き合わせ部６の上から材料内部へ差し込み侵入させ、両側の材料を摩擦撹拌接合することにより一体化する公知の接合方法である。

このとき、突き合わせ部６を挟む取付突部５と端部２ａの表面である工具移動面３２は面一になっているので段差が無く、回転工具３０による信頼性の高い摩擦撹拌接合を可能にする。しかも、突き合わせ部６は横並べされた全アーム部２にわたって一直線状に連続する仮想直線１６（図５参照）をなすので、これに沿って回転工具３０を移動させることにより、一回の操作で全アーム部２を取付突部５と結合一体化する一括接合ができる。

また、端部２ａにおける第３の面２２に形成した切り欠き部２３により、上下の第１の面２０及び第２の面２１間には嵌合突部７が嵌合されているため、回転工具３０を強く端部２ａへ押しつけても、嵌合突部７が内側から支持することにより、端部２ａが下側へ凹むような変形を阻止することができ、これによっても回転工具３０による安定した信頼性の高い摩擦撹拌接合を可能にする。

このようにして摩擦撹拌接合が行われると、全ブラケット４とアーム部２が突き合わせ部６にて結合一体化され、リンクロッド１となる。但し、仮想直線１６が連続するものであり、この線の上に摩擦撹拌接合による接合ライン４２（図１）が形成されるので、隣り合うリンクロッド１は、接合ライン４２と境界線４１の交点４３（図１）部分でのみ摩擦撹拌接合により結合一体化された状態となる。寸法ｄはプローブ３１の侵入深さであり、第１の面２０（第２の面２１）の肉厚よりも大きくすることが好ましい。

図８は摩擦撹拌接合状態を示す仮想直線１６に沿う断面図であり、第１の面２０と嵌合突部７は、プローブ３１の長さに相当する差し込み長さである侵入深さｄに相当する深さで摩擦撹拌される。このとき、第１の面２０及び嵌合突部７の各表面は酸化等により内部と若干組織が異なっているが、この部分も内部と一緒に摩擦撹拌で溶融される。しかしプローブ３１の回転軸方向では撹拌されず不均一組織層のまま、プローブ３２の移動にしたがって幅方向縁部９へ向かって移動する。

やがて、プローブ３２が幅方向縁部９へ達すると、隣り合う幅方向縁部９、９間による境界線４１が母材間における微視的な不連続部をなすため、不均一組織層はこの境界線４１と接合ライン４２の交点４３近傍へ集中され、この部分に局部的な不均一組織部４６が形成される。しかもこの不均一組織部４６を含む部分でのみ隣り合うリンクロッド１同士が結合一体化される。但し、この不均一組織部４６が形成された隣り合うリンクロッド１の結合部自体も境界線４１上のみにおける微少部分である。なお、下側の第２の面２１においても同様である（以下の説明でも同様に省略する）。

図９は分離用穴形成を示す断面図であり、図８において不均一組織部４６の上方からドリル４０を下降させて形成することにより、図９に示すように、分離用穴８を境界線４１上に形成する。その深さＤはプローブ３１の侵入深さｄよりも若干長くすることが好ましい。この分離用穴８によって不均一組織部４６が同時に除去される。しかも隣り合うリンクロッド１同士の結合部分が同時に除去されることになる。この分離用穴８は深さＤ程度の非貫通穴であるが、このような比較的浅い穴の形成により、隣り合うリンクロッド１の分離と不均一組織部４６の除去が可能になる。

図１０は分離用穴形成時における平面視を示し、Ａは分離用穴８を形成直後の状態を示す。この図において、分離用穴８は境界線４１と接合ライン４２（仮想直線１６と一致する）の交点４３上に形成され、分離用穴８の半径は不均一組織部４６の形成域を十分に含む大きさで任意に設定される。なお、分離用穴８はセット結合体４５に対して境界線４１と接合ライン４２の各交点４３（図１参照）について行う。したがって一つのリンクロッド１につて接合部６の両端に分離用穴８が左右一対で形成される。

図１０のＢは分離用穴８による形成時における平面視であって、隣り合うリンクロッド１の分離の前後における状態を示す。Ａに示すように、分離用穴８を境界線４１の上に形成することにより、隣り合うリンクロッド１を相互に結合する摩擦撹拌接合部分が除去されるため、Ｂに示すように、隣り合うリンクロッド１は境界部で分離され、セット結合体複数４５（図１参照）の状態から、それぞれが独立した完成品となる。このとき、不均一組織部４６も同時に除去される。

次に、本実施例の作用を説明する。図１に示すように、仮組みセット４４を複数横並びして摩擦撹拌接合することにより、複数のリンクロッド１を一度に摩擦撹拌接合できるので生産効率を高めることができる。そのうえ、摩擦撹拌接合後において、各境界線４１と接合ライン４２の交点４３上に分離用穴８を形成することにより、隣り合うリンクロッド１を簡単に分離できる。

このため、境界線４１上に分離用穴８を形成するだけで隣り合うリンクロッド１を分離できるから、境界線４１に沿ってバンドソー等を移動させることにより比較的長い距離をカットする必要がなくなるので、製品幅Ｗ１に加えて切り代をさらに設けることや、スペーサーを介在させることが不用となり、材料ロスを著しく少なくすることができる。そのうえ、比較的小さな分離用穴８の形成により分離できるのでカット工数も著しく削減できる。

また、分離用穴８を回転工具３０におけるプローブ３１の侵入深さｄよりも若干深い寸法Ｄ等になるように比較的浅い非貫通穴として形成すれば、穿孔時の工数を比較的少なくできるとともに、この穴により境界線４１近傍に形成される局部的な不均一組織部４６が簡単に除去される。しかも、リンクロッド１の分離と同時に不均一組織部４６を同時にかつ簡単に除去できる。このため、摩擦撹拌接合端部に形成される局部的な不均一組織部４６を除去して摩擦撹拌接合部全体における組織を高度に均一化できる。

なお、本願発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、発明の原理内において種々に変形や応用が可能である。例えば、リンクロッドの用途は、サスペンションやエンジンマウント等の自動車用各部への適用が可能である。さらに、アーム部は単純な角パイプ等であってもよい。

図１１はこのような別実施例を示す図１に相当する図であり、共通部には共通符号を用いて示す。アーム用素材１２はアーム部２の長手方向と直交し、ブラケット用素材１４と同方向Ｅへ押し出されたものであり、このアーム用素材１２を押し出し方向Ｅと直交する方向と平行に製品幅でカットされる。このとき第１及び第２の面２０及び２１並びに切り欠き状部５３も連続して形成されている。

切り欠き状部５３は押し出し方向Ｅから見て切り欠き部２３（図４）と同様形状をなすが、押し出しと同時に形成される。また肉抜き穴５０も同時に形成される。これらの肉抜き穴５０及び切り欠き状部５３を除くアーム部２は中実で角断面をなす。第３の面２２はカット時の側面をなし、中実部の側面でもある。ブラケット４も同様にカットして形成される。カット後のアーム部２及びブラケット４は前実施例と同様に組立できる。また、切り欠き状部５３及び嵌合突部７を設けずに、アーム部２の長さ方向端面を取付突部５の端面と同形にして、双方を直接突き合わせて摩擦撹拌接合してもよい。

本願発明に係るリンクロッドの製造工程を概略的に示す図 リンクロッドを示す図 仮組状態を示す図 アーム部を示す図 アーム部を横並び配置した状態の上面視図 横並びされたアーム部の長さ方向端部を示す図 摩擦撹拌接合の状態を示す図 不均一組織部の形成を示す断面図 分離用穴の断面図 分離用穴の平面図 別実施形態に係る図１相当図

符号の説明

１：リンクロッド（ワーク）、２：アーム部（第１の部分）、３：ブッシュ（第２の部分）、４：ブラケット、５：取付突部、６：突き合わせ部、７：嵌合突部、８：分離用穴、９：幅方向端部、１２：アーム用素材、１４：ブラケット用素材、３０：回転工具、３１：プローブ、３２：工具移動面、４０：ドリル（穴開け工具）、４１：境界部、４２：接合ライン、４３：交点、４４：仮組みセット、４５：セット結合体、４６：不均一組織部

Claims (4)

1. 第１及び第２の部材を突き合わせたワークを複数横並べして、各ワークの突き合わせ部を摩擦撹拌接合で一括接合した結合体とし、
   その後、この結合体に対して隣り合うワーク間の摩擦撹拌接合部上から穴開け工具で分離用凹部を形成することにより、各ワークを分離させることを特徴とする複数ワークの分離方法。
2. 前記分離用凹部が非貫通のものであることを特徴とする請求項１に記載した複数ワークの分離方法。
3. 隣り合うワークの境界線と摩擦撹拌接合の接合ラインとの交点近傍に形成される不均一組織部分を、前記分離用凹部の形成により同時に除去することを特徴とする請求項１に記載した複数ワークの分離方法。
4. 前記ワークがリンクロッドであり、前記第１の部材が長手部材からなるアーム部であり、前記第２の部材がアーム部の長手方向両端部に結合された左右のブッシュ取付用ブラケットであることを特徴とする請求項１に記載した複数ワークの分離方法。
   

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