JP7245105B2

JP7245105B2 - 異種金属部材の接合方法および接合構造

Info

Publication number: JP7245105B2
Application number: JP2019074017A
Authority: JP
Inventors: 浩二山本
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2023-03-23
Anticipated expiration: 2039-04-09
Also published as: JP2020171933A

Description

本発明は、異なる材質の金属部材を高い密着度で接合する異種金属部材の接合方法および接合構造に関する。

従来、異なる材質の金属部材を接合する方法およびその接合構造としては、例えば特許文献１に示される金属部材の接合方法および接合構造が知られている。この接合方法および接合構造は、接合部材の突部と、これよりも柔らかい材料でなる被接合部材の穴部とを嵌合させ、被接合部材を圧縮することで接合部材の突部をアンダーカット部に変形させるものであり、アンダーカット部への被接合部材の余肉の回り込みを良好になし、接合部材と被接合部材の密着性を高め、かつ強固に抜け止めができるものである。また、接合部材の突部にはセレーションやねじ山などが設けられ、ここに被接合部材の余肉を密に回り込ませることにより、接合部材と被接合部材の回り止めができるように構成されている。

特開２０１８－１２０９公報

上記従来の接合方法および接合構造によれば、接合部材と被接合部材との密着度を高め、かつ、これら相互の抜け止め効果、回り止め効果も高めることができるが、アンダーカット部やセレーション、ねじ山などに余肉を回り込ませるための被接合部材の圧縮力や拘束構造など、塑性加工に係る設計作業や工程設計が緻密になる問題があった。一般には、アンダーカットやセレーション等を用いた強固な抜け止めや回り止めを要求されない接合部品もあることから、接合部材と被接合部材の高い密着度を維持した、より簡易な接合方法および接合構造を開発する必要があった。

本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、高い密着度を維持しつつ、接合をより簡易となした異種金属部材の接合方法および接合構造を提供することを目的とする。この目的を達成するために本発明は、所望の金属材料でなる接合部材と、この接合部材よりも柔らかい金属材料で成る被接合部材とを接合する接合方法であって、被接合部材は中実軸部の先端に中空円筒状の円筒部を形成した構成であり、接合部材は被接合部材の円筒部の中空穴と略等しい外径および長さの軸状に構成されており、接合部材を被接合部材の円筒部に嵌合した状態で当該部分の外周を拘束し、この状態で中実軸部を圧縮することにより、被接合部材の円筒部と接合部材の端面が同一面上に揃った状態でこれらの周壁面同士を圧着して接合することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するために本発明は、所望の金属材料でなる接合部材と、この接合部材よりも柔らかい金属材料で成る被接合部材とを接合する接合構造であって、被接合部材は中実軸部の先端に中空円筒状の円筒部を形成した構成であり、接合部材は被接合部材の円筒部の中空穴と略等しい外径および長さの軸状に構成されており、前記接合部材が被接合部材の円筒部に嵌合し、かつ接合部材と被接合部材の端面が同一面上に揃った状態で、これらの周壁面同士を圧着して接合することを特徴とするものでもある。

なお、上述の接合方法または接合構造において、接合部材の外周部には係合部が設けられていることが望ましい。これにより、係合部に被接合部材の余肉を充填し、接合部材と被接合部材とをより強固に接合することが可能となる。

本発明によれば、接合部材をこれより柔らかい被接合部材の円筒部に嵌合した状態で当該部分の外周を拘束し、被接合部材を圧縮することにより、接合部材と被接合部材の端面が同一面上に配置されるように双方を圧着させて接合しているため、従来のように接合部材と被接合部材との密着度が極めて高い接合を簡易に行うことができる等の利点がある。また、接合部材と被接合部材の端面が同一面上に配置されていることから、接合時に被接合部材の肉が接合部材端面周縁の面取り部分等に回り込み、これにより接合部材を抜け止めできるとともに、接合部材に外力、特にモーメントが作用しにくいため、接合部材と被接合部材との密着度を高い状態で維持できる等の利点もある。さらに、接合部材外周に凹部を設けておくことにより、ここに被接合材の肉を回り込ませ、両部材をより強固に抜け止めできる等の利点がある。

（ａ）は本発明に係る異種金属部材接合品の要部断面図であり、（ｂ）はそのＡ部の拡大図であり、(ｃ）はその斜視図である。本発明に係る異種金属接合部品の接合部材と被接合部材の素材を示す斜視図である。本発明に係る異種金属部材の接合方法を示す説明図であり、（ａ）は接合部材と被接合部材とを分解した状態を示す断面図、（ｂ）は両部材を組み合わせた状態を示す断面図である。本発明に係る異種金属部材の接合方法を示す説明図であり、（ａ）は接合部材と被接合部材の素材を受け型に配置した状態を示す断面図、（ｂ）は両部材を受け型内で圧縮して接合した状態を示す断面図である。

以下、図面に基づき本発明の第１の実施形態を説明する。
図１（ａ）～（ｃ）において、１は例えば炭素鋼などの鉄鋼で構成された接合部材２と、この接合部材２よりも柔らかい金属材料の一例であるアルミニウム合金で構成された被接合部材３とを一体に接合して成る異種金属部材接合品（以下、異種材接合品１という）である。

前記接合部材２は、図１（ａ）および図２に示すように、中実軸状を成しており、その被接合部材３内部側の一端部外周には、全周に渡って係合部の一例である環状角溝様の凹部２１が形成されている。また、この接合部材２の被接合部材３の端面と同一面上に位置する他端面には、図１（ｂ）に示すように、その周縁部全周に面取り部２２が形成されている。この面取り部２２は、接合部材２他端面の周縁部を切削もしくは圧造成形することによって形成されている。

前記被接合部材３は、図１（ａ）に示すように、前記接合部材２が挿入された中空円筒状の円筒部３１を有し、この円筒部３１の一端は、図１（ａ）および同図（ｃ）に示すように、外周方向に円形に広がった鍔部３２に成形されている。この鍔部３２の内部には、前記接合部材２の一端部が位置しており、そこの凹部２１には、被接合部材３の肉が密に充満している。また、被接合部材３の他端、すなわち円筒部３１の開口端は、図１（ｂ）に示すように、前記接合部材２の他端と同一面上に位置しており、円筒部３１端部の余肉が接合部材２の面取り部２２を覆うように構成されている。

次に、図２ないし図４に基づき、接合部材２と被接合部材３とを接合して異種材接合品１を得る接合方法を説明する。接合前の被接合部材３は、図２および図３に示すように、成形後に前記鍔部３２となる中実軸部３３を有しており、この中実軸部３３に前記円筒部３１が一体に連設する構造を成す（図３（ａ）参照）。また、接合部材２は、このブランクの状態における被接合部材３の円筒部３１の中空穴３１ａの内径および長さと略等しい外径および長さに構成されている。

接合に当たり、図３（ｂ）に示すように、被接合部材３の円筒部３１に接合部材２を挿入し、この嵌合部分を受け型４の成形穴４１に嵌合させる。この時、成形穴４１の奥、所定位置には、成形穴４１と同径でこれに沿って摺動可能なノックアウトピンＮｐが配置されており、これら成形穴４１とノックアウトピンＮｐにより、円筒部３１と接合部材２の嵌合部分の端面を含む外周全体を拘束し、円筒部３１に連設された中実軸部３３は非拘束とする（図４（ａ）参照）。受け型４の成形穴４１は、円筒部３１の外径と同径に構成されており、よって、円筒部３１はこの成形穴４１にすきまばめ程度のはめあいで嵌合する。

続いて、中実軸部３３をパンチＰにより押圧して圧縮すると、中実軸部３３は円形鍔状に塑性変形して鍔部３２に成形され、これによって生じた材料の流動で、凹部２１には被接合部材３の余肉が密に充填される（図４（ｂ）参照）。この時、円筒部３１側は受け型４とノックアウトピンＮｐとに拘束されているため、円筒部３１の開口端面と接合部材２の他端面とが同一面上に正確に揃えられるとともに、僅かに空隙となっている面取り部２２と円筒部３１との隙間に被接合部材３の余肉が流動して密に充填される。それ以外の円筒部３１と接合部材２の部位においては、円筒部３１の中空穴３１ａ周壁面が接合部材２の外周壁面に押圧されて圧着する。これらにより、円筒部３１内で接合部材２を抜け止めすることができるとともに、接合部材２と被接合部材３とを極めて高い密着度でもって接合することができる。

上述のようにして接合された異種材接合品１は、被接合部材３の円筒部３１の端面と接合部材２の端面とが同一面上に揃えられるため、以後、接合部材２に外力、特にモーメントが作用しにくく、接合部材２と被接合部材３との密着度を高い状態で長期間維持できるものとなる。しかも、円筒部３１と接合部材２との界面は密に圧着して接合しているため、これらの接触抵抗が高く、前述のモーメントが作用しにくい構造と相まって、これだけによっても接合部材２と被接合部材３相互の一定の抜け止め効果および回り止め効果を得ることができる。

なお、本実施形態においては、接合部材２に凹部２１を設けたが、凹部２１がなくとも面取り部２２に回り込んだ余肉や、円筒部３１と接合部材２との界面の密着度から得られる接触抵抗によって、一定の抜け止め効果や回り止め効果は得られる。よって、強固な抜け止め効果や回り止め効果が求められない場合は、凹部２１を設けず、接合部材２の形状をより一層単純にすることができる。この結果、接合部材２と被接合部材３の接合をより簡易に行うことが可能になる。また、接合部材２を鉄鋼で構成し、被接合部材３をアルミニウム合金で構成したが、これらに限定されるものではなく、接合部材２を構成する材料よりも被接合部材３を構成する材料の方が柔らかければ、塑性変形によって材料の流動が生じ得る金属材料の何れかを選択することができる。さらに、係合部としては、被接合部材３の余肉が回ることで引っかかりが生じる形状であれば、凹部２１以外の形状を採用することができる。

１異種金属部材接合品
２接合部材
２１凹部
２２面取り部
３被接合部材
３１円筒部
３１ａ中空穴
３２鍔部
３３中実軸部
４受け型
４１成形穴
Ｎｐノックアウトピン
Ｐパンチ

Claims

所望の金属材料でなる接合部材と、この接合部材よりも柔らかい金属材料で成る被接合部材とを接合する接合方法であって、
被接合部材は中実軸部の先端に中空円筒状の円筒部を形成した構成であり、接合部材は被接合部材の円筒部の中空穴と略等しい外径および長さの軸状に構成されており、接合部材を被接合部材の円筒部に嵌合した状態で当該部分の外周を拘束し、この状態で中実軸部を圧縮することにより、被接合部材の円筒部と接合部材の端面が同一面上に揃った状態でこれらの周壁面同士を圧着して接合することを特徴とする異種金属部材の接合方法。
接合部材の外周部には係合部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の異種金属部材の接合方法。
所望の金属材料でなる接合部材と、この接合部材よりも柔らかい金属材料で成る被接合部材とを接合する接合構造であって、
被接合部材は中実軸部の先端に中空円筒状の円筒部を形成した構成であり、接合部材は被接合部材の円筒部の中空穴と略等しい外径および長さの軸状に構成されており、
前記接合部材が被接合部材の円筒部に嵌合し、かつ接合部材と被接合部材の端面が同一面上に揃った状態で、これらの周壁面同士を圧着して接合することを特徴とする異種金属部材の接合構造。
接合部材の外周部には係合部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の異種金属部材の接合構造。