JP4776372B2 - Mounting method of members - Google Patents
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Description
本発明は、部材の取付方法に関するものである。 The present invention relates to a method for attaching a member.
近年、自動車業界においては、燃費向上等を目指した車両の軽量化を図る観点からアルミ材等の軽量素材が積極的に採用されており、これによりアルミ材と鉄材等といった溶接が困難な異種材料同士を取り付けて固定する技術への重要性が高まってきている。 In recent years, in the automobile industry, lightweight materials such as aluminum have been actively adopted from the viewpoint of reducing the weight of vehicles with the aim of improving fuel efficiency, etc., which makes it difficult to weld different materials such as aluminum and iron. The importance of attaching and fixing each other is increasing.
例えば、図5に示す如く、従来において、アルミ製の母材aに鉄製(スチール製)のボルトbを取り付けようとした場合には、該ボルトbを鉄製(スチール製)のセッティングプレートcに溶接した上で、該セッティングプレートcを前記アルミ製の母材aに対しボルトd及びナットeで締結するといった手段を講じなければならなかった。 For example, as shown in FIG. 5, conventionally, when an iron (steel) bolt b is to be attached to an aluminum base material a, the bolt b is welded to an iron (steel) setting plate c. In addition, it was necessary to take measures such as fastening the setting plate c to the aluminum base material a with bolts d and nuts e.
尚、後述する本発明の部材の取付方法に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献1等がある。
しかしながら、前述の如きセッティングプレートcを介在させたボルト締結を採用した場合には、母材aの表裏面にボルトdやナットeが突起物として張り出すため、これらの突起物の占有スペースを設計上で確保しなければならないという制約があり、しかも、ボルトdやナットeによる締結では緩みや脱落等の心配もあった。 However, when the bolt fastening with the setting plate c as described above is adopted, the bolts d and nuts elongate as projections on the front and back surfaces of the base material a, so the space occupied by these projections is designed. In addition, there is a restriction that it must be secured above, and there are also concerns about loosening and dropping off when fastening with bolts d and nuts e.
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、設計上の制約となるような突起物の張り出し及び緩みや脱落等の心配がなくて済む部材の取付方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for attaching a member that does not have to worry about overhanging projections, loosening, dropping off, or the like, which is a design constraint.
本発明は、第一材料に予め穿設してある取付孔に対し、該取付孔より大きな外形のフランジ部を基端側に備えた被取付部材の先端側を挿通し、第一材料に前記フランジ部を被覆するように第二材料を重ね合わせ、前記フランジ部に対応させて配置した接合ツールを回転しながら第二材料に押し付け、該第二材料と接合ツールとの間に生じた摩擦熱で前記フランジ部周囲の第二材料を固相状態のまま局所的に軟化させて前記フランジ部を埋没させ、該フランジ部周囲の軟化した第二材料を第一材料の表面に密着せしめてから前記接合ツールを引き抜き、前記フランジ部周囲の第二材料を硬化させて被取付部材を第一材料及び第二材料に対し固定することを特徴とする部材の取付方法、に係るものである。 The present invention inserts the distal end side of a mounted member provided with a flange portion having an outer shape larger than the mounting hole on the proximal end side with respect to the mounting hole previously drilled in the first material, Friction heat generated between the second material and the welding tool by overlapping the second material so as to cover the flange and pressing the welding tool arranged in correspondence with the flange against the second material while rotating. Then, the second material around the flange portion is locally softened in a solid state to bury the flange portion, and the softened second material around the flange portion is brought into close contact with the surface of the first material. According to the present invention, there is provided a member attaching method, wherein the joining tool is pulled out and the second material around the flange portion is cured to fix the attached member to the first material and the second material.
而して、このようにすれば、摩擦熱により固相状態のまま軟化したフランジ部周囲の第二材料が第一材料に密着されて融点以下の温度条件で加圧されることにより、その接合面間に生じる原子の拡散で第一材料と第二材料とが拡散接合され、これら第一材料と第二材料との間に埋没したフランジ部が強固に挾持されて被取付部材の第一材料及び第二材料に対する良好な固定が実現される一方、前記被取付部材の先端側が第一材料の取付孔から張り出して使用可能な状態となる。 Thus, in this way, the second material around the flange portion softened in a solid state by frictional heat is brought into close contact with the first material and pressed under a temperature condition below the melting point, so that the bonding The first material and the second material are diffusion-bonded by the diffusion of atoms generated between the surfaces, and the buried flange portion is firmly held between the first material and the second material, and the first material of the mounted member On the other hand, good fixing to the second material is realized, while the tip end side of the attached member protrudes from the attachment hole of the first material to be usable.
この際、被取付部材のフランジ部は、第一材料と第二材料との間に埋没して固定されることになり、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物が第一材料及び第二材料から張り出すことがないため、この種の突起物の占有スペースを確保するといった設計上の制約がかからなくて済み、しかも、ボルト締結を採用した場合のような緩みや脱落等の心配もなくなる。 At this time, the flange portion of the mounted member is buried and fixed between the first material and the second material, and projections such as bolts and nuts in the case of bolt fastening are the first material and the first material. Because it does not overhang from two materials, there are no design restrictions such as securing the space occupied by this type of protrusion, and there is a concern about loosening and falling off when using bolt fastening. Also disappear.
更に、本発明においては、第一材料における取付孔を取り囲む位置に、溝部を内側面に備えた接合孔を予め穿設しておき、第一材料に重ね合わせた第二材料における前記接合孔に対応する位置に接合ツールを回転しながら押し付け、該第二材料と接合ツールとの間に生じた摩擦熱で前記第二材料を固相状態のまま局所的に軟化させて第一材料の接合孔へ入り込ませ、該接合孔に入り込ませた第二材料側に前記溝部と嵌合する係合部を形成せしめてから前記接合ツールを引き抜き、前記係合部を硬化させて第一材料と第二材料とを接合することが好ましい。 Furthermore, in the present invention, a joint hole having a groove on the inner surface is previously drilled at a position surrounding the mounting hole in the first material, and the joint hole in the second material superimposed on the first material is formed in the joint hole. The welding tool is rotated and pressed to a corresponding position, and the second material is locally softened in a solid state by frictional heat generated between the second material and the welding tool, thereby joining the first material. And forming an engaging portion that fits into the groove portion on the second material side that has entered the joining hole, and then pulling out the joining tool to cure the engaging portion and the first material and the second material. It is preferable to join the materials.
このようにすれば、第一材料の接合孔内に入り込んで硬化した第二材料が前記第一材料側の溝部との間に係合部を形成し、該係合部と前記溝部との嵌合により抜け止め効果が奏されて第一材料と第二材料とが強固に接合されるので、このように第一材料における取付孔を取り囲む位置で第一材料と第二材料との強固な接合が図られれば、被取付部材の第一材料及び第二材料に対する固定が大幅に補強されることになる。 If it does in this way, the second material which entered and hardened in the joint hole of the first material will form an engagement portion between the groove portion on the first material side, and the engagement portion and the groove portion will be fitted. As a result, the first material and the second material are firmly bonded to each other, so that the first material and the second material are firmly bonded at the position surrounding the mounting hole in the first material. If this is achieved, the fixing of the attached member to the first material and the second material will be greatly reinforced.
しかも、第一材料の接合孔内に入り込む第二材料は、前記第一材料側との間に係合部を形成するだけであり、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物が張り出すことがないため、この種の突起物の占有スペースを確保するといった設計上の制約がかからなくて済み、しかも、ボルト締結を採用した場合のような緩みや脱落等の心配もない。 In addition, the second material that enters the joint hole of the first material only forms an engaging portion with the first material side, and protrusions such as bolts and nuts project in the case of bolt fastening. Therefore, there are no design restrictions such as securing the space occupied by this type of projection, and there is no concern about loosening or dropping off when bolt fastening is employed.
また、このような第一材料の接合孔に対し第二材料を軟化させて入り込ませるために必要な接合ツールには、被取付部材のフランジ部周囲の第二材料を軟化させて第一材料に密着させるための接合ツールを兼用させることが可能であるので、接合ツールを交換せずに被取付部材の固定とその補強を連続的に実現することが可能となる。 In addition, in the joining tool necessary to soften and enter the second material into the joining hole of the first material, the second material around the flange portion of the attached member is softened to the first material. Since it is possible to use also the joining tool for making it closely_contact | adhere, it becomes possible to implement | achieve fixation of the to-be-attached member and its reinforcement continuously, without replacing | exchanging a joining tool.
上記した本発明の部材の取付方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。 According to the above-described member mounting method of the present invention, the following various excellent effects can be obtained.
(I)本発明の請求項1に記載の発明によれば、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物の張り出しがないことから設計上の制約を大幅に緩和することができると共に、ボルト締結の場合の如き緩みや脱落等の心配も解消することができる。
(I) According to the invention described in
(II)本発明の請求項2に記載の発明によれば、第一材料の取付孔を取り囲む位置で第一材料と第二材料とを強固に接合することができ、これにより被取付部材の第一材料及び第二材料に対する固定を大幅に補強することができるので、被取付部材の固定強度をより一層向上することができ、しかも、接合ツールを交換せずに被取付部材の固定とその補強を連続的に実現することができる。
( II ) According to the invention described in
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1〜図4は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、アルミ製の第一材料1及び第二材料2を母材として、これら二枚重ねの母材に対し鉄製(スチール製)のボルト5(被取付部材)を取り付ける場合を例示している。
1 to 4 show an example of an embodiment for carrying out the present invention. In this embodiment, the
図1に示す如く、第一材料1には、その厚さ方向に貫通する取付孔3が穿設され、該取付孔3より大きな外形のフランジ部4を基端側に備えたボルト5の先端側が前記取付孔3に対し挿通されており、前記フランジ部4を被覆するように第二材料2が第一材料1の上に重ね合わせてあり、第一材料1の下面側(反第二材料2側)には、前記ボルト5の先端側を収容可能なピット部6aを有する治具6が配置されている。
As shown in FIG. 1, the
尚、ここに図示している例においては、ボルト5のフランジ部4における下面(第一材料1側への対峙面)に、その周方向に所要間隔を隔てて複数の突起部5aが形成されている。
In the example shown here, a plurality of
更に、前記第二材料2の上側には、前記ボルト5のフランジ部4より大きな外形を有する円柱状の接合ツール7が前記接合孔9と同心状に配置されており、図示しない接合装置により回転可能且つ昇降可能に支持されるようになっている。
Further, on the upper side of the
また、本形態例においては、第一材料1における取付孔3を取り囲む位置に、螺旋状(ネジ山状)の溝部8を内側面に備えた接合孔9が予め穿設されており、前記第一材料1の下面側(反第二材料2側)には、前記接合孔9の下端部を閉塞し得るようフラットな上面の裏当て部材10が配置されている。
In this embodiment, a
尚、ここに図示している例では、前記第二材料2の下面における取付孔3と対峙する位置に、前記ボルト5のフランジ部4及び突起部5aの厚さ寸法分に相当する高さ寸法で且つ前記フランジ部4より大きな外形の凹部11を形成し、第一材料1と第二材料2との間にフランジ部4及び突起部5aを挟んだ状態としても、第二材料2下面の大半が第一材料1の上面に当接してガタつきが生じないようにしてある。
In the example shown here, the height dimension corresponding to the thickness dimension of the flange part 4 and the
そして、このように重ね合わせた第一材料1及び第二材料2に対しボルト5を取り付けるにあたっては、図1の状態から図2に示すように接合ツール7を回転しながら下降して下端部を第二材料2に押し付け、該第二材料2と接合ツール7との間に生じた摩擦熱で前記フランジ部4周囲の第二材料2を固相状態のまま局所的に軟化させて前記接合ツール7を所要深さまで沈降せしめると、図3に示す如く、フランジ部4周囲の軟化した第二材料2により前記フランジ部4が埋没されると共に、第二材料2側から伝わる摩擦熱により軟化した第一材料1側に対しフランジ部4の下面の各突起部5aが嵌入されることになる。
And in attaching the
また、前記フランジ部4周囲の軟化した第二材料2が第一材料1の表面に密着されて融点以下の温度条件で加圧されることにより、その接合面間に生じる原子の拡散で第一材料1と第二材料2とが拡散接合されることになるので、然る後に、図4に示す如く、前記接合ツール7を上方へ引き抜いてフランジ部4周囲の第二材料2を硬化させると、第一材料1と第二材料2との間に埋没したフランジ部4が強固に挾持されてボルト5の第一材料1及び第二材料2に対する良好な固定が実現される一方、前記ボルト5の先端側が第一材料1の取付孔3から張り出して使用可能な状態となる。
Further, the softened
この際、ボルト5のフランジ部4は、第一材料1と第二材料2との間に埋没して固定されることになり、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物が第一材料1及び第二材料2から張り出すことがないため、この種の突起物の占有スペースを確保するといった設計上の制約がかからなくて済み、しかも、ボルト締結を採用した場合のような緩みや脱落等の心配もなくなる。
At this time, the flange portion 4 of the
また、フランジ部4の下面の各突起部5aが第一材料1側に嵌入されることによって、フランジ部4の軸心回りの動きが規制され、第一材料1及び第二材料2に対しボルト5の回り止めの効果が奏されることになる。
Further, the
従って、上記形態例によれば、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物の張り出しがないことから設計上の制約を大幅に緩和することができると共に、ボルト締結の場合の如き緩みや脱落等の心配も解消することができ、しかも、第一材料1及び第二材料2に対しボルト5の確実な回り止めを図ることができるので、該ボルト5に対し十分なトルク強度を付与することができる。
Therefore, according to the above embodiment, since there is no projection of a projection such as a bolt or a nut in the case of bolt fastening, the design restrictions can be relieved greatly, and the looseness or drop-off as in the case of bolt fastening can be achieved. In addition, since the
また、ここに図示している例においては、第一材料1における取付孔3を取り囲む位置に、溝部8を内側面に備えた接合孔9が予め穿設されているので、以下に詳述する如く、この接合孔9を利用して前記ボルト5の固定の補強を図ることが可能である。
Moreover, in the example shown here, since the joining
即ち、図1に示す如く、接合孔9に対応する位置の上方に接合ツール7を配置し、この図1の状態から図2に示すように接合ツール7を回転しながら下降して下端部を第二材料2に押し付け、該第二材料2を接合ツール7との間に生じた摩擦熱で固相状態のまま局所的に軟化させて第一材料1の接合孔9へ入り込ませる。
That is, as shown in FIG. 1, the
次いで、図3に示す如く、接合ツール7を所要深さまで沈降せしめると、接合孔9に入り込ませた第二材料2が塑性流動及び圧入により接合孔9の全域に拡がり、該接合孔9の螺旋状の溝部8と嵌合することで第二材料2側に螺旋状(ネジ山状)の係合部12が形成される。
Next, as shown in FIG. 3, when the joining
然る後、図4に示す如く、接合ツール7を上方へ引き抜いて係合部12を硬化させると、第一材料1の接合孔9内に入り込んで硬化した第二材料2が前記第一材料1側の溝部8との間に係合部12を形成し、該係合部12と前記溝部8との嵌合により抜け止め効果が奏される。
Thereafter, as shown in FIG. 4, when the joining
而して、このようにすれば、第一材料1の接合孔9内に入り込んで硬化した第二材料2が前記第一材料1側の溝部8との間に成す係合部12の嵌合により、抜け止め効果が奏されて第一材料1と第二材料2とが強固に接合されるので、このように第一材料1における取付孔3を取り囲む位置で第一材料1と第二材料2との強固な接合が図られれば、ボルト5の第一材料1及び第二材料2に対する固定が大幅に補強されることになる。
Thus, when the
しかも、第一材料1の接合孔9内に入り込む第二材料2は、前記第一材料1側との間に係合部12を形成するだけであり、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物が張り出すことがないため、この種の突起物の占有スペースを確保するといった設計上の制約がかからなくて済み、しかも、ボルト締結を採用した場合のような緩みや脱落等の心配もない。
In addition, the
また、このような第一材料1の接合孔9に対し第二材料2を軟化させて入り込ませるために必要な接合ツール7には、ボルト5のフランジ部4周囲の第二材料2を軟化させて第一材料1に密着させるための接合ツール7を兼用させることが可能であるので、接合ツール7を交換せずにボルト5の固定とその補強を連続的に実現することが可能となる。
Further, the
尚、図1〜図4にあっては、説明の便宜を図るために、接合ツール7により第一材料1の接合孔9に第二材料2を軟化させて入り込ませる工程と、接合ツール7によりボルト5のフランジ部4周囲の第二材料2を軟化させて第一材料1に密着させる工程とを並列に図示しているが、実際の各工程が一つの接合ツール7により順次行われるようになっていることは勿論である。
In FIG. 1 to FIG. 4, for convenience of explanation, the joining
また、図1〜図4に図示する例では、接合孔9の内周面に螺旋状の溝部8をネジ加工した場合を例示したが、この溝部8は必ずしも螺旋状に形成することに限定されるものではなく、例えば、リング状の溝部8として抜け止め効果が得られるようにしても良い。
Moreover, although the example illustrated in FIGS. 1 to 4 illustrates the case where the
従って、以上に述べた如き接合孔9を利用した補強を講じれば、第一材料1の取付孔3を取り囲む位置で第一材料1と第二材料2とを強固に接合することができ、これによりボルト5の第一材料1及び第二材料2に対する固定を大幅に補強することができるので、ボルト5の固定強度をより一層向上することができ、しかも、接合ツール7を交換せずにボルト5の固定とその補強を連続的に実現することができる。
Therefore, if reinforcement using the joining
尚、第一材料1における取付孔3及び接合孔9を、図面に対し直角な向きに列を成すように連続的に穿設し、多数のボルト5を図面に対し直角な向きに並べて取り付ける場合には、第二材料2に回転しながら押し付けた接合ツール7を取付孔3及び接合孔9の夫々の並び方向に移動させて各フランジ部4を連続的に第二材料2で埋没させたり、各接合孔9に第二材料2を連続的に入り込ませたりすることも可能である。
In the case where the mounting
しかも、このように多数のボルト5を図面に対し直角な向きに並べて取り付ける場合には、各ボルト5のフランジ部4を並び方向に長く延びる共通のフランジ部4として一体化させたり、取付孔3及び接合孔9を図面に対し直角な向きに延びるスリット状に穿設させたりすることも可能である。
In addition, when a large number of
また、本発明の部材の取付方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、第一材料及び第二材料は必ずしも同種材料でなくても良く、異種材料であっても良いこと、更に、被取付部材は必ずしもボルトでなくても良く、ソケット型のナット等であっても良いこと、また、第一材料及び第二材料は摩擦熱で固相状態のまま局所的に軟化させられるものであれば良く、金属材料以外に高分子材料等を適宜に採用し得ること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Moreover, the attachment method of the member of this invention is not limited only to the above-mentioned example, The 1st material and the 2nd material do not necessarily need to be the same material, and a different material may be sufficient, Further, the attached member does not necessarily have to be a bolt and may be a socket type nut or the like, and the first material and the second material are locally softened in a solid state by frictional heat. Of course, a polymer material or the like can be appropriately employed in addition to the metal material, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 第一材料
2 第二材料
3 取付孔
4 フランジ部
5 ボルト(被取付部材)
5a 突起部
7 接合ツール
8 溝部
9 接合孔
12 係合部
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