説明

部材接合方法

【課題】摩擦撹拌接合の手法によって異種材接合を行なえるようにする。
【解決手段】連結部材として使うボルト3の軸部4が挿入可能で且つ頭部5の通過を阻む内径の孔6を第1の被接合部材1に穿設し、この孔6にボルト3の軸部4を挿入して頭部5を第1の被接合部材1の下面に当接させたうえ、第1の被接合部材1に接合すべき第2の被接合部材2を、その下面がボルト3の軸部4先端に接するように配置する。
この状態で、第2の被接合部材2のボルト3の軸部4を覆っている部位に接合ツール9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この部位にボルト3の軸部4をめり込ませ、第1、第2の被接合部材1,2の間隔を狭めて両部材1,2を密着させ、この後、接合ツール9を第2の被接合部材2から引き離して、その塑性流動部位を硬化させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は部材接合方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
接合すべき部材を溶融させずに相互に接続する方法として摩擦撹拌接合がある(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
この技法では、被接合部材を重ね合わせた被接合物を、裏当て部材である支持ツールに載せたうえ、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。
【0004】
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。
【0005】
接合ツールは、円柱状のショルダ部と、当該ショルダ部に同軸に連なり且つツール先端へ向けて突出する短円筒状でショルダ部よりも外径が小さいピン部とを備えている。
【特許文献1】特開2004−136365号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
摩擦撹拌接合は、接合ツールに消耗が生じにくく且つ溶加材などの副資材も特に必要としないが、引用文献1の手法では、アルミニウム合金と鋼のような異種材の接合には対応できない。
【0007】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、摩擦撹拌接合の手法によって異種材接合を行なえるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため本発明は、軸部の外周面に凸条を有し且つ軸部の基端に頭部を形作った連結部材を使う部材接合方法であって、連結部材の軸部が挿入可能で且つ頭部の通過を阻む形状の孔を第1の被接合部材に穿設し、当該孔に前記連結部材の軸部を挿入して頭部を第1の被接合部材の一方の面に当接させたうえ、第1の被接合部材に接合すべき第2の被接合部材を、その一方の面が連結部材の軸部先端に接するように配置し、第2の被接合部材の連結部材の軸部を覆っている部位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この部位に連結部材の軸部をめり込ませ、第1、第2の被接合部材の間隔を狭めて両部材を密着させ、この後、接合ツールを第2の被接合部材から引き離して、その塑性流動部位を硬化させる。
【0009】
より具体的には、第1の被接合部材に穿設する孔の内径を、連結部材の軸部が余裕をもって挿入できるように設定し、第1、第2の被接合部材の間隔が狭まって両部材が密着する際に、摩擦熱と塑性流動により軟化した第2の被接合部材に由来する材料で、第1の被接合部材の孔の内周面と連結部材の軸部の外周面との間の空隙が充されるようにする。
【0010】
また、連結部材としてボルトを使うようにする。
【0011】
連結部材としてボルトを使う場合は、連結部材の軸部が螺合可能なねじ孔を第1の被接合部材に穿設し、当該ねじ孔に前記連結部材の軸部を螺合して連結部材の頭部を第1の被接合部材の一方の面に当接させたうえ、第1の被接合部材に接合すべき第2の被接合部材を、その一方の面が連結部材の軸部先端に接するように配置し、第2の被接合部材の連結部材の軸部を覆っている部位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この部位に連結部材の軸部をめり込ませ、第1、第2の被接合部材の間隔を狭めて両部材を密着させ、この後、接合ツールを第2の被接合部材から引き離して、その塑性流動部位を硬化させる。
【0012】
すなわち、頭部が第1の被接合部材に当接している連結部材の軸部を、摩擦撹拌接合の手法で局所的に軟化させた第2の被接合部材にめり込ませ、この連結部材の仲介によって第1、第2の被接合部材を接合する。
【0013】
更に、連結部材の軸部の軸線方向長さを、第1、第2の被接合部材の厚みの合計を下回るように設定する。
【発明の効果】
【0014】
本発明の部材接合方法によれば、下記のような優れた効果を奏し得る。
【0015】
(1)頭部が第1の被接合部材に当接している連結部材の軸部を、摩擦撹拌接合の手法で局所的に軟化させた第2の被接合部材にめり込ませるので、第1、第2の被接合部材が異種材であっても、両部材を効率よく且つ確実に接続することができる。
【0016】
(2)第1の被接合部材の孔の内径を、連結部材の軸部が余裕をもって挿入できるように設定すれば、第2の被接合部材に由来する材料が第1の被接合部材の孔の内周面と連結部材の軸部の外周面との間の空隙にも充され、第2の被接合部材への連結部材の拘束力が増す。
【0017】
(3)第1の被接合部材の孔をねじ孔にすれば、第1の被接合部材に対する連結部材の位置決めを容易に行なえる。
【0018】
(4)連結部材に広く市販されている規格品のボルトを用いれば、部材接合に際してのコスト低減を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【0020】
図1は本発明の部材接合方法の第1の例であり、第1の被接合部材1と第2の被接合部材2を接合するのに際しては、ボルト3の軸部4が余裕をもって挿入でき且つボルト3の頭部5の通過を阻むような内径の孔6を、第1の被接合部材1に穿設しておく。
【0021】
第1の被接合部材1とボルト3は、鋼、もしくはアルミニウム合金を素材とし、第2の被接合部材2は、アルミニウム合金を素材としている。
【0022】
ボルト3の軸部4の長さL1は、第1の被接合部材1の厚みt1を上回り、当該第1の被接合部材1の厚みt1と第2の被接合部材2の厚みt2の合計を下回るように設定してある。
【0023】
第1の被接合部材1を水平に配置し、その孔6に下側からボルト3の軸部4を上向きに挿入し、ボルト3の頭部5を第1の被接合部材1の下面に当接させる(図1(a)参照)。
【0024】
このとき、ボルト3の頭部5を裏当て部材7の凹部8に嵌め込んで、ボルト3が周方向へ回ることを規制し、ボルト3が第1の被接合部材1から抜け落ちないようにする。
【0025】
裏当て部材7、並びに摩擦撹拌接合用の接合ツール9は、アルミニウム合金よりも硬く且つ軟化温度が高い鋼を素材としている。
【0026】
接合ツール9は円柱状で、その外径は図面からも明らかなように、ボルト3の軸部4に比べて太く設定してある。
【0027】
第1の被接合部材1に接合すべき第2の被接合部材2を、その下面がボルト3の軸部4の先端が接するように配置したうえ、接合ツール9を回転させながら、第2の被接合部材2のボルト3の軸部4を覆っている部位に上方から押し付け(図1(b)参照)、摩擦熱と塑性流動により軟化したこの部位にボルト3の軸部4をめり込ませ、第1、第2の被接合部材1,2の間隔を狭めて両部材1,2を密着させ、第2の被接合部材2に由来する軟化材料で、第1の被接合部材1の孔6の内周面とボルト3の軸部4の外周面との間の空隙が充されるようにする(図1(c)参照)。
【0028】
ボルト3の軸部4の長さL1は、第1の被接合部材1の厚みt1と第2の被接合部材2の厚みt2の合計を下回っているので、軸部4が接合ツール9の先端に突き当たることはない。
【0029】
この後、接合ツール9を第2の被接合部材2から引き離して、その塑性流動部位を硬化させ(図1(d)参照)、裏当て部材7をボルト3の頭部5から取り外す。
【0030】
すなわち、ボルト3の軸部4の回りに行き渡った第2の被接合部材2に由来する材料が硬化して、第1の被接合部材1と第2の被接合部材2が互いに密着した状態で強固に接合される。
【0031】
これは、第1の被接合部材1及びボルト3の素材を、鋼、もしくはアルミニウム合金のいずれを選んだ場合でも同様である。
【0032】
更に、第1の被接合部材1及びボルト3の素材をアルミニウム合金とすれば、ボルト3や第1の被接合部材1を形成している材料に、前述した摩擦熱と塑性流動により軟化した第2の被接合部材2に由来する材料が同化し、接合強度の向上が見込まれる。
【0033】
また、第1の被接合部材1の孔6に挿入可能で且つ周方向に延びる凸条を有する軸部、並びにその基端に形作った頭部を構成要素にする連結部材を、ボルト3の代わりに用いてもよい。
【0034】
図2は本発明の部材接合方法の第2の例であり、図中、図1と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【0035】
この例では、第1の被接合部材1と第2の被接合部材2を接合するのに際して、第1の被接合部材1に、ボルト3の軸部4が螺合可能なねじ孔10を穿設しておく。
【0036】
第1の被接合部材1を水平に配置し、ねじ孔10に下側からボルト3の軸部4を上向きに螺合し、ボルト3の頭部5を第1の被接合部材1の下面に当接させる(図2(a)参照)。
【0037】
このとき、ボルト3の頭部5を裏当て部材7の凹部8に嵌め込んで、ボルト3が周方向へ回ることを規制する。
【0038】
第1の被接合部材1に接合すべき第2の被接合部材2を、その下面がボルト3の軸部4の先端が接するように配置したうえ、接合ツール9を回転させながら、第2の被接合部材2のボルト3の軸部4を覆っている部位に上方から押し付け(図2(b)参照)、摩擦熱と塑性流動により軟化したこの部位にボルト3の軸部4をめり込ませ、第1、第2の被接合部材1,2の間隔を狭めて両部材1,2を密着させる(図2(c)参照)。
【0039】
ボルト3の軸部4の長さL1は、第1の被接合部材1の厚みt1と第2の被接合部材2の厚みt2の合計を下回っているので、軸部4が接合ツール9の先端に突き当たることはない。
【0040】
この後、接合ツール9を第2の被接合部材2から引き離して、その塑性流動部位を硬化させ(図1(d)参照)、裏当て部材7をボルト3の頭部5から取り外す。
【0041】
すなわち、ボルト3の軸部4の回りに行き渡った第2の被接合部材2に由来する材料が硬化して、第1の被接合部材1と第2の被接合部材2が互いに密着した状態で強固に接合される。
【0042】
これは、第1の被接合部材1及びボルト3の素材を、鋼、もしくはアルミニウム合金のいずれを選んだ場合でも同様である。
【0043】
また、第1の被接合部材1及びボルト3の素材をアルミニウム合金とすれば、ボルト3や第1の被接合部材1を形成している材料に、前述した摩擦熱と塑性流動により軟化した第2の被接合部材2に由来する材料が同化し、接合強度の向上が見込まれる。
【0044】
なお、本発明の部材接合方法は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、第1の被接合部材、及び連結部材としてのボルトの素材に、鋼やアルミニウム合金以外のもの用いること、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。
【産業上の利用可能性】
【0045】
本発明の部材接合方法は、様々な部品の組付工程に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】本発明の部材接合方法の第1の例の施工手順を示す概念図である。
【図2】本発明の部材接合方法の第2の例の施工手順を示す概念図である。
【符号の説明】
【0047】
1 第1の被接合部材
2 第2の被接合部材
3 ボルト(連結部材)
4 軸部
5 頭部
6 孔
9 接合ツール
10 ねじ孔

【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸部の外周面に凸条を有し且つ軸部の基端に頭部を形作った連結部材を使う部材接合方法であって、連結部材の軸部が挿入可能で且つ頭部の通過を阻む形状の孔を第1の被接合部材に穿設し、当該孔に前記連結部材の軸部を挿入して頭部を第1の被接合部材の一方の面に当接させたうえ、第1の被接合部材に接合すべき第2の被接合部材を、その一方の面が連結部材の軸部先端に接するように配置し、第2の被接合部材の連結部材の軸部を覆っている部位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この部位に連結部材の軸部をめり込ませ、第1、第2の被接合部材の間隔を狭めて両部材を密着させ、この後、接合ツールを第2の被接合部材から引き離して、その塑性流動部位を硬化させることを特徴とする部材接合方法。
【請求項2】
第1の被接合部材に穿設する孔の内径を、連結部材の軸部が余裕をもって挿入できるように設定し、第1、第2の被接合部材の間隔が狭まって両部材が密着する際に、摩擦熱と塑性流動により軟化した第2の被接合部材に由来する材料で、第1の被接合部材の孔の内周面と連結部材の軸部の外周面との間の空隙が充されるようにする請求項1に記載の部材接合方法。
【請求項3】
連結部材としてボルトを使う請求項1または請求項2のいずれかに記載の部材接合方法。
【請求項4】
連結部材としてボルトを使う部材接合方法であって、連結部材の軸部が螺合可能なねじ孔を第1の被接合部材に穿設し、当該ねじ孔に前記連結部材の軸部を螺合して連結部材の頭部を第1の被接合部材の一方の面に当接させたうえ、第1の被接合部材に接合すべき第2の被接合部材を、その一方の面が連結部材の軸部先端に接するように配置し、第2の被接合部材の連結部材の軸部を覆っている部位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この部位に連結部材の軸部をめり込ませ、第1、第2の被接合部材の間隔を狭めて両部材を密着させ、この後、接合ツールを第2の被接合部材から引き離して、その塑性流動部位を硬化させることを特徴とする部材接合方法。
【請求項5】
連結部材の軸部の軸線方向長さを、第1、第2の被接合部材の厚みの合計を下回るように設定する請求項1に記載の部材接合方法。

【図1】
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【図2】
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