JPH09323179A - 金属製部材同士の接合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度的信頼性、品質に優れた接合部を生産性
良く実現できる部材同士の接合構造を提供すること。 【解決手段】 各部材１、２がアルミニウム製押出型材
からなり、これら部材１、２に設けられた嵌合用切欠き
１ａ、２ａにおいて両部材１、２がしっくりと嵌合状態
に組合わされている。かつ、摩擦熱にて軟化させ接合す
る摩擦溶接法にて、両部材１、２が嵌合部において接合
一体化されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、自動車
のスペースフレーム等のフレーム構造、建築構造物のフ
レーム構造、など各種構造物において採用されうるアル
ミニウム等の金属製の部材同士の接合構造に関する。

【０００２】なお、本明細書において、「アルミニウ
ム」の語はその合金をも含む意味において用いる。

【０００３】

【従来の技術】例えば、自動車のスペースフレームは、
多数の金属製部材同士を接合して構成されるが、従来、
この接合は、ＭＩＧ、ＴＩＧといったアーク溶接、或い
はボルト締め等の機械的締結により行われていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなアーク溶接による接合構造では、溶接熱影響部に
強度低下を生じるため、これによって接合構造材全体の
強度が決まってしまい、設計自由度が低下するという欠
点があった。また、部材が例えばアルミニウム製である
場合には、アーク溶接可能な合金の範囲に制限があり、
Ａ６０００系、Ａ２０００系等のアルミニウム合金等の
採用は困難で、この面からも設計の自由度が制限されて
しまう欠点があった。更に、止端部に応力集中を生じや
すく、そのため疲労に弱いという欠点もあった。また、
溶接部には割れやブローホールのような溶接欠陥を生じ
ることがあり、接合部の品質面での厄介な問題もあっ
た。特にＭｇ、Ｚｎの元素を含むようなアルミニウム合
金では溶接中溶接部においてこれらの元素が蒸発する不
都合もあった。更に、アーク溶接の場合には、溶接ビー
ドを生じ、そのビードを除去する必要のある場合には、
その除去のための仕上げ加工が厄介であるという欠点も
あった。更に、アーク溶接の場合、大きな歪みを生じ、
溶接後の歪取り矯正に多くの手間を要し、接合品を生産
性良く製作していくことができないという問題もあっ
た。

【０００５】また、機械的な締結による接合構造では、
ボルト締めのような場合、ボルト穴をあける必要があ
り、そこに応力集中を生じ易く、設計上の配慮が必要と
いう厄介な問題があった。

【０００６】本発明は、上記のような従来の問題点に鑑
み、強度的信頼性に優れた接合部を実現することがで
き、しかも、欠陥のない品質良好な接合部を形成するこ
とができ、かつ生産性に優れた構造の部材同士の接合構
造を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は、金属製部材
の少なくとも一方に嵌合用の切欠きが設けられ、該切欠
きにおいて該金属製部材同士がしっくりした嵌合状態に
組み合わされるとともに、該金属製部材同士が、摩擦熱
にて軟化させ接合する摩擦溶接法により、それらの嵌合
部において接合一体化されてなることを特徴とする金属
製部材同士の接合構造によって解決される。

【０００８】即ち、本接合構造では、金属製部材同士
が、接合部の溶融を伴わない摩擦溶接法により嵌合部に
おいて接合一体化された構造であることにより、接合部
が溶融するアーク溶接の場合のような熱影響による強度
低下の問題が解消されると共に、アーク溶接困難な材質
の部材も接合し得て部材の材質範囲も広げられ、更に、
機械的な締結の場合の穴開けによる応力集中の問題も排
除され、従って、強度的信頼性に優れた接合部が得られ
る。

【０００９】しかも、アーク溶接の場合の溶接欠陥の発
生の問題、止端部応力集中の問題等も排除され、この面
からも強度的信頼性、また品質的にも優れた接合部が実
現される。

【００１０】更に、アーク溶接の場合のようなビードを
生じず、その除去のための厄介な仕上げ加工が排除さ
れ、また、アーク溶接の場合のような厄介な歪取り矯正
も不要となり、工数減により接合構造が生産性良く得ら
れる。

【００１１】そして、本発明は、摩擦熱を用いて軟化さ
せ接合する摩擦溶接法による接合構造において、金属製
部材の少なくとも一方に嵌合用の切欠きが設けられ、該
切欠きにおいて該金属製部材同士がしっくりした嵌合状
態に組み合わされ、その組合わせ状態において、該金属
製部材同士がそれらの嵌合部において接合一体化された
構造であることにより、接合時の部材同士の位置決めが
容易であり、しかも、部材同士の接合面積も広く確保さ
れて強度的に優れた接合部が形成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を説明す
る。

【００１３】本実施形態にかかる金属製部材同士の接合
構造は、自動車のスペースフレーム構造において採用さ
れるものであるが、本発明の接合構造は、これに限られ
るものではなく、建築構造等の各種構造物において広く
採用され得るものであることはいうまでもない。

【００１４】図１（イ）に示される接合構造は、部材
（１）（２）同士が十字状の交差状態に配されて該交差
部において接合されている構造である。各部材（１）
（２）は、中空方形のアルミニウム製押出型材によるも
ので、所定の熱処理が施された後、図１（ロ）に示され
るように、各部材（１）（２）の長さ方向中間部に、コ
字状の嵌合用切欠き（1a）（2a）が設けられ、これら切
欠き凹部（1a）（2a）同士を対向させるようにしてしっ
くりと嵌合させた組合わせ状態にされる。この嵌合によ
り、部材（１）（２）同士が相互に影響しあって、それ
ら自体でガタのない適正な仮組状態が得られる。なお、
部材（１）（２）として、溶接困難とされるＡ６０００
系、Ａ２０００系のアルミニウム合金等によるものが用
いられてもよい。

【００１５】上記構造物において、接合部（３）の形成
は、部材（１）（２）同士の嵌合部を摩擦熱にて加熱軟
化させ接合する摩擦溶接法によって行われている。この
摩擦溶接法は、接合部を溶融させることなく接合する固
相接合法の一種であり、摩擦熱を嵌合部における部材
（１）（２）同士の接触部ないしその近傍部に与え、必
要に応じてその部分を加圧することにより接合するもの
である。

【００１６】而して、通常の摩擦溶接法のように、部材
（１）（２）同士を摩擦させることが構造的にできない
ことから、例えば、図２（イ）（ロ）に示されるよう
に、高速回転されるシャフト（４）などの摩擦熱付与作
動体を、嵌合部における部材（１）（２）同士の境界部
ないしは境界部近傍領域に所定の押圧のもとで当接さ
せ、それにより発生する摩擦熱にて部材（１）（２）同
士の接触部ないしその近傍部を加熱軟化させる方法など
が採られる。この高速回転シャフト（４）は、図２
（ロ）に示されるように部材（１）（２）同士の境界部
に沿うようにして移動させてもよいし、接合しようとす
る箇所や高速回転シャフト（４）のサイズ等に応じて接
合中定位置に保持させてもよい。このような摩擦熱付与
作動体を用いることにより、ＴＩＧ、ＭＩＧ等による溶
接が困難な箇所をも容易に接合することができる。

【００１７】また、この摩擦溶接において、部材（１）
（２）同士の接触部を互いに圧する場合のその圧力の付
与は、上記のような高速回転シャフト（４）を部材
（１）（２）に押し付けることにより、あるいは、部材
（１）（２）に別途、外力を付与したりすること等によ
り行えば良い。

【００１８】上記のようにして形成された部材（１）
（２）同士の接合構造において、一方の部材（１）の嵌
合用切欠き（1a）内にはもう一方の部材（２）の周壁部
が仕切り壁状に存置され、これが部材（１）（２）同士
の接合部を強度的に補強する作用も奏し、接合部強度を
より一層高いものにすることができる。

【００１９】図３（イ）は他の実施形態に係る接合構造
を示すものであり、部材（１）（２）同士がＴ字状に配
されて互いに接合されている。各部材（１）（２）は、
同じく中空方形のアルミニウム製押出型材によるもの
で、図３（ロ）に示されるように、一方の部材（１）に
はその長さ方向中間部にコ字状の嵌合用切欠き（1a）が
設けられ、もう一方の部材（２）にはその長さ方向の一
端部に外方に開放されたＬ字状の嵌合用切欠き（2a）が
設けられ、これら切欠き（1a）（2a）同士を対向させる
ようにしてしっくりとした嵌合状態に組み合わされる。

【００２０】図３の接合構造においても、図４に示すよ
うに、高速回転されるシャフト（４）などの摩擦熱付与
作動体を、嵌合部における部材（１）（２）同士の境界
部ないしは境界部近傍領域に所定の押圧のもとで当接さ
せ、それにより発生する摩擦熱にて部材（１）（２）同
士の接触部ないしその近傍部を軟化させることにより、
接合部（３）の形成が行われたものである。

【００２１】図５（イ）（ロ）は、さらに他の実施形態
を示すものである。図５（イ）は部材（１）（２）同士
が非直交の交差状態となるようにしっくりと切欠き嵌合
されて接合されたものであり、図５（ロ）は一方の部材
（２）の端部がもう一方の部材（１）の長さ方向中間部
に非直交状態に所定の角度をなしてしっくりと切欠き嵌
合されて接合されたものである。ここに、部材（１）
（２）相互のなす角度ａは、例えば、１０〜１７０°の
広い範囲、好ましくは３０〜１５０°の広い範囲で自由
に設計することができ、いずれの場合も、摩擦溶接法に
て適正な接合状態を実現し得る。

【００２２】以上に、この発明の実施形態を説明した
が、本発明はこれに限られるものではなく、各種変形が
可能である。例えば、上記実施形態では、部材としてア
ルミニウム材を用いているが、部材（１）（２）は、そ
の他鉄系材料をはじめとする各種金属材料にて形成され
たものであってもよい。また、部材（１）（２）は上記
実施形態のような中空材によるものの他、中実材であっ
てもよい。その横断面形状も上記実施形態のような方形
状に限られるものではなく、異形状等をはじめとする各
種形状のものであってよい。また、両部材（１）（２）
はサイズ・形状的に互いに異なるものであってもよい。
また、嵌合用切欠きはいずれか一方の部材に設けられ、
もう一方の部材には設けられていない構造であってもよ
い。また、部材（１）（２）は、押出材に限られるもの
ではなく、その他の各種展伸材等であってもよい。ま
た、部材の端部同士を接合する場合の接合構造として構
成されてもよい。

【００２３】

【発明の効果】上述の次第で、本発明の部材同士の接合
構造は、金属製部材同士が、摩擦熱を用いて軟化させ接
合する摩擦溶接法にて接合一体化された構造であるか
ら、アーク溶接の場合のような熱影響による強度低下の
問題が解消されると共に、部材の材質の範囲も広げら
れ、更に、機械的な締結の場合の穴開けによる応力集中
の問題も排除され、従って、強度的信頼性に優れた接合
部を実現することができ、構造体の設計自由度や適用範
囲を拡大することができる。しかも、アーク溶接の場合
の溶接欠陥の発生の問題、止端部応力集中の問題等も排
除され、この面からも強度的信頼性、また品質的にも優
れた接合部を実現することができる。更に、アーク溶接
の場合のようなビードを生じず、その除去のための厄介
な仕上げ加工が排除され、また厄介な歪取り矯正も不要
となり、工数減によって、接合品を生産性良く製作する
ことができる。

【００２４】そして、本発明は、摩擦溶接法による接合
構造において、金属製部材の少なくとも一方に嵌合用の
切欠きが設けられ、該切欠きにおいて該金属製部材同士
がしっくりした嵌合状態に組み合わされ、その組合わせ
状態において、該金属製部材同士がそれらの嵌合部にお
いて接合一体化された構造であるから、部材同士の接合
面積を広く確保し得て強度的に非常に強い接合部を形成
することができる。のみならず、接合の際の部材相互の
位置決めを容易に実現することができ、精度的に優れた
接合構造物を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態にかかる部材同士の接合構造を示す
もので、図（イ）は斜視図、図（ロ）は部材を分離状態
にして示す斜視図である。

【図２】図１の接合構造における接合方法を示すもの
で、図（イ）は接合部の平面図、図（ロ）は図（イ）の
II−II線断面図である。

【図３】他の実施形態にかかる部材同士の接合構造を示
すもので、図（イ）は斜視図、図（ロ）は部材を分離状
態にして示す斜視図である。

【図４】図２の接合構造における接合方法を示すもの
で、図（イ）は図３（イ）の突き合わせ方向前方から見
た正面図、図（ロ）は図（イ）のIV−IV線断面図であ
る。

【図５】図（イ）（ロ）は更に他の実施形態にかかる部
材同士の接合構造を示す平面図である。

【符号の説明】

１…一方の部材 １ａ…嵌合用切欠き ２…もう一方の部材 ２ａ…嵌合用切欠き ３…接合部 ４…高速回転シャフト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製部材の少なくとも一方に嵌合用の
   切欠きが設けられ、該切欠きにおいて該金属製部材同士
   がしっくりした嵌合状態に組み合わされるとともに、該
   金属製部材同士が、摩擦熱にて軟化させ接合する摩擦溶
   接法により、それらの嵌合部において接合一体化されて
   なることを特徴とする金属製部材同士の接合構造。