JP4781804B2 - 機械要素接合方法 - Google Patents

Description

本発明はナットやカラーなどを想定した機械要素接合方法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合する技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、被接合部材を重ねた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。
特開２００４−１３６３６５号公報

ところが特許文献１には、材質が異なる部材相互の接合についての提案はなく、炭素鋼を素材にしたナットやカラーなどの機械要素をアルミニウム合金を素材とする対象部材に接合することは達成できない。

また、ナットやカラーなどの機械要素を対象部材に取り付けるのに際しては、ボルトやシャフトを通す孔を予め対象部材に穿設しておく必要がある。

本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、対象部材への孔の穿設と機械要素の接合を同一工程で行なえるようにすることを目的としている。

上記目的を達成するため本発明では、機械要素の中心には機械加工孔とツール逃げ孔が同軸に形作られており、前記機械要素を、ツール逃げ孔開口端が対象部材の表面に向き合うように配置し、ツール逃げ孔に挿入可能な形状で且つ軸線方向長さが対象部材の厚さを上回るピン部を有する接合ツールを、回転させながら対象部材の裏面の機械要素中心に重なっている個所へ押し付け、摩擦熱により軟化した対象部材にピン部を突き通し、この後、接合ツールを対象部材から引き抜き、ピン部に見合う孔が形成された対象部材の塑性変形部位を硬化させる。

つまり、摩擦熱で軟化した対象部材の表面と、それに向き合う機械要素のツール逃げ孔開口端との密着によって、機械要素を対象部材に拡散接合し、また、対象部材へピン部を突き通したうえ、直ちに引き抜いて、機械要素に装着すべき軸体に見合う孔を対象部材に形成する。

ピン部を円柱状のショルダ部に同軸に設けた接合ツールを、当該ショルダ部が対象部材の裏面に摺接するまで押し付けるようにして、対象部材と機械要素の密着性を高める。

また、ピン部の先端を鈍角状の円錐形とした接合ツールを対象部材の裏面に押し付けるようにして、対象部材へピン部を突き通しやすくする。

本発明の機械要素接合方法によれば、下記のような優れた効果を奏し得る。

（１）接合ツールの回転と押し付けで軟化した対象部材に、接合ツールのピン部を機械要素に向けて突き通すので、対象部材と機械要素の拡散接合、及び対象部材への孔の形成を同一工程で行なうことができ、よって、機械要素の組付効率が向上する。

（２）ピン部をショルダ部に設けた接合ツールを、当該ショルダ部が対象部材の裏面に摺接するまで押し付けるようにすれば、対象部材と機械要素の密着性が高まり、拡散接合がより確実になる。

（３）ピン部の先端を鈍角状の円錐形とした接合ツールを用いれば、対象部材にピン部を突き通すのに必要な時間が短縮され、単位時間あたりの組付処理数が増える。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明の機械要素接合方法の一例であり、ナット１を取り付けるべき対象部材２は、アルミニウム合金を素材とするパネルなどである。

ナット１は、炭素鋼を素材とし、先端寄りのねじ孔３に同軸に連なるツール逃げ孔４が基端寄りに形作ってある。

ツール逃げ孔４の内径ｄ１は、ねじ孔３に装着すべきボルト（図示していない軸体）の呼び径よりも大きく設定してある。

この他に、ナット１が下向きに嵌まり込む収納穴５を有する裏当て部材６、並びに対象部材２を塑性変形させるためのツール本体７を工具として用意する。

収納穴５は、周方向へのナット１の回動を拘束できるように、当該ナット１に見合った平面形状（一般には正六角形）に設定してあり、収納穴５の軸線方向長さＬ１は、ナット１の軸線方向長さＬ２よりも短く設定してある。

ツール本体７は、円柱状のショルダ部９と、当該ショルダ部９に同軸に連なったピン部１０とで構成され、耐摩耗性を有し且つ硬度が高い超硬合金を素材としている。

ピン部１０は、短円柱体の先端を鈍角状円錐形としたものであり、円柱部分の軸線方向長さＬ３は対象部材２の厚さｔ１よりもやや長く設定してあり、円柱部分に円錐形部分を含めたピン部１０の軸線方向長さＬ４は、前記ツール逃げ孔４の軸線方向長さＬ５と対象部材２の厚さｔ１の合計よりも短く設定してある。

また、ピン部１０の外径ｄ２は、ねじ孔３に装着すべきボルトと同等以上で且つツール逃げ孔４の内径ｄ１よりも小さく設定してある。

ナット１を対象部材２に接合する際は、図１（ａ）に示すように、収納穴５の内底部側にねじ孔が位置するようにナット１を裏当て部材６に入れて、対象部材２の表面をナット１のツール逃げ孔４開口端に載せる。

次いで、図１（ｂ）に示すように、上方からツール本体７を回転させながら対象部材２がナット１に重なっている個所の裏面に向けて、ツール逃げ孔４と同軸に押し付け、この付近の対象部材２を摩擦熱と塑性流動により撹拌して軟化させ、更に、図１（ｃ）に示すように、ショルダ部９の端面が対象部材２の裏面に摺接するまでピン部１０を対象部材２にめり込ませ、対象部材２に由来する材料をツール逃げ孔４の内壁面に付着させながら、ナット１を対象部材２の表面に密着させる。

これにより、アルミニウム合金と炭素鋼の間に原子の拡散が生じ、対象部材２の表面にナット１が接合する。

この後、図１（ｄ）に示すように、ツール本体７を対象部材２から引き離し、当該対象部材２の塑性変形部位を硬化させると、ねじ孔３に装着すべきボルトに見合った孔１１が現われることになる。

つまり、対象部材２とナット１の接合、及び対象部材２への孔１１の形成を同一工程で行なうことができ、よって、ナット１の組付効率が向上する。

なお、本発明の機械要素接合方法は、上述の実施の形態のみに特に限定されるものではなく、カラーなどのねじ孔が形作られていない機械要素の組付に適用すること、その他、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。

本発明の機械要素接合方法は、様々な構造物の組付工程に適用できる。

本発明の機械要素接合方法の一例の施工手順を示す概念図である。

符号の説明

１ ナット（機械要素）
２ 対象部材
３ ねじ孔（機械加工孔）
４ ツール逃げ孔
７ ツール本体（接合ツール）
９ ショルダ部
１０ ピン部

Claims (3)

1. 機械要素の中心には機械加工孔とツール逃げ孔が同軸に形作られており、前記機械要素を、ツール逃げ孔開口端が対象部材の表面に向き合うように配置し、ツール逃げ孔に挿入可能な形状で且つ軸線方向長さが対象部材の厚さを上回るピン部を有する接合ツールを、回転させながら対象部材の裏面の機械要素中心に重なっている個所へ押し付け、摩擦熱により軟化した対象部材にピン部を突き通し、この後、接合ツールを対象部材から引き抜き、ピン部に見合う孔が形成された対象部材の塑性変形部位を硬化させることを特徴とする機械要素接合方法。
2. ピン部を円柱状のショルダ部に同軸に設けた接合ツールを、当該ショルダ部が対象部材の裏面に摺接するまで押し付けるようにする請求項１に記載の機械要素接合方法。
3. ピン部の先端を鈍角状の円錐形とした接合ツールを対象部材の裏面に押し付けるようにする請求項１あるいは請求項２のいずれかに記載の機械要素接合方法。

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