説明

部材接合構造

【課題】形材の補強に適した部材接合構造を提供する。
【解決手段】第1の個所8a及び第2の個所8bに孔9a,9bが正対するように穿設してある主部材6と、第1の個所8aの孔9aに連なるねじ孔1aが穿設してあり且つ第2の個所8bとは真反対に位置するように主部材6の第1の個所8aに当接する第1の締結部材5aと、第2の個所8bの孔9bに連なるねじ孔1bが穿設してあり且つ第1の個所8aとは真反対に位置するように主部材6の第2の個所8bに当接する第2の締結部材5bと、軸部7が第1、第2の締結部材5a,5bのねじ孔1a,1bに螺合されたボルト4とを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルト4に由来する材料を、孔9a,9bやねじ孔1a,1bに詰め込み且つ第1、第2の締結部材5a,5bのねじ孔1a,1bの周囲を覆うように形作り、主部材6にボルト4を接合する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は部材接合構造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。
【0006】
また、アルミニウム合金を素材とした中空押し出し形材を二つ並べたうえ、この形材を摩擦撹拌接合によって一体化して構造体を製作する手法も既に提案されている(例えば、特許文献2参照)。
【特許文献1】特開2004−136365号公報
【特許文献2】特開2002−137071号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
二つの面板の間をリブによって接続した断面を呈する形材は、面板とリブの共同によりこれら単体を上回る剛性を発揮するが、時として形材の剛性を局所的に強めることが要求される。
【0008】
この場合、二つの面板の間にリブを追加するという手立てが考えられるが、リブは形材の全長にわたって存在するため、結果的に形材の重量が増えてしまう。
【0009】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、形材の補強に適した部材接合構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、補助部材挿入用の孔が第1の個所及び第2の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第1の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第2の個所とは真反対に位置するように主部材の第1の個所に配置した第1の締結部材と、前記第2の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第1の個所とは真反対に位置するように主部材の第2の個所に配置した第2の締結部材と、軸部が第1、第2の締結部材に螺合され且つ頭部を第1の締結部材に当接させた補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材に由来する材料を、第1、第2の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第1、第2の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作った構成を採る。
【0011】
請求項2に記載の発明では、ボルト挿入用の孔が第1の個所及び第2の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第1の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第2の個所とは真反対に位置するように主部材の第1の個所に配置した第1の締結部材と、前記第2の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第1の個所とは真反対に位置するように主部材の第2の個所に配置した第2の締結部材と、軸部が第1、第2の締結部材に螺合され且つ頭部を第1の締結部材に当接させたボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルトに由来する材料を、第1、第2の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第1、第2の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作った構成を採る。
【0012】
請求項3に記載の発明では、補助部材挿入用の孔が第1の個所及び第2の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第1の個所の孔に連なる開口を有し且つ第2の個所とは真反対に位置するように主部材の第1の個所に配置した付加部材と、前記第1の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第2の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第1の締結部材と、前記第2の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第1の個所とは真反対に位置するように主部材の第2の個所に配置した第2の締結部材と、軸部が第1、第2の締結部材に螺合され且つ頭部を第1の締結部材に当接させた補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材に由来する材料を、第1、第2の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第1、第2の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作った構成を採る。
【0013】
請求項4に記載の発明では、ボルト挿入用の孔が第1の個所及び第2の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第1の個所の孔に連なる開口を有し且つ第2の個所とは真反対に位置するように主部材の第1の個所に配置した付加部材と、前記第1の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第2の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第1の締結部材と、前記第2の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第1の個所とは真反対に位置するように主部材の第2の個所に配置した第2の締結部材と、軸部が第1、第2の締結部材に螺合され且つ頭部を第1の締結部材に当接させたボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルトに由来する材料を、第1、第2の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第1、第2の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作った構成を採る。
【0014】
請求項5に記載の発明では、補助部材挿入用の孔が第1の個所及び第2の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第1の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第2の個所とは真反対に位置するように主部材の第1の個所に配置した第1の締結部材と、前記第2の個所の孔に連なる開口を有し且つ第1の個所とは真反対に位置するように主部材の第2の個所に配置した付加部材と、前記第2の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第1の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第2の締結部材と、軸部が第1、第2の締結部材に螺合され且つ頭部を第1の締結部材に当接させた補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材に由来する材料を、第1、第2の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第1、第2の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作った構成を採る。
【0015】
請求項6に記載の発明では、ボルト挿入用の孔が第1の個所及び第2の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第1の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第2の個所とは真反対に位置するように主部材の第1の個所に配置した第1の締結部材と、前記第2の個所の孔に連なる開口を有し且つ第1の個所とは真反対に位置するように主部材の第2の個所に配置した付加部材と、前記第2の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第1の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第2の締結部材と、軸部が第1、第2の締結部材に螺合され且つ頭部を第1の締結部材に当接させたボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルトに由来する材料を、第1、第2の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第1、第2の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作った構成を採る。
【発明の効果】
【0016】
本発明の部材接合構造によれば、下記のような優れた効果を奏し得る。
【0017】
(1)請求項1〜請求項6に記載の発明のいずれにおいても、摩擦熱と塑性流動によって補助部材、もしくはボルトを、第1、第2の締結部材に係合させるので、主部材と補助部材、もしくはボルト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、主部材の剛性が局所的に高まる。
【0018】
(2)請求項3〜請求項6に記載の発明では、第1、第2の結合部材と主部材との間に付加部材を介在させてあるので、当該付加部材を局所的な補強が達成された主部材に結合させることができる。
【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構造の第1の例であり、請求項1、2に対応している。
【0021】
この部材結合構造は、矩形断面の主部材6と、ねじ孔1a,1bが穿設してある第1、第2の締結部材5a,5bと、ボルト4とを備えている。
【0022】
主部材6の第1の個所8aには、部材厚み方向に貫通する孔9aが穿設してあり、当該第1の個所8aに向き合う第2の個所8bには、部材厚み方向に貫通する孔9bが、前記孔9aに正対するように穿設してある。
【0023】
また、第1の個所8aと第2の個所8bの間にある第3の個所8c及び第4の個所8dには、特に加工を施していない。
【0024】
第1の締結部材5aは、ねじ孔1aが第1の個所8aの孔9aに連なり且つ第2の個所8bとは真反対に位置するように主部材6の第1の個所8aに当接している。
【0025】
第2の締結部材5bは、ねじ孔1bが第2の個所8bの孔9bに連なり且つ第1の個所8aとは真反対に位置するように主部材6の第2の個所8bに当接している。
【0026】
ボルト4はアルミニウム合金を素材とし、第1、第2の締結部材5a,5b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。
【0027】
第1、第2の締結部材5a,5bとしては、ナットを利用することができ、これら締結部材5a,5bは、主部材6に溶接などの手法により予め固着しておいてもよい。
【0028】
図1(a)に示すように、ボルト4の軸部7は、主部材6の孔9a,9bを突き抜けて第1、第2の締結部材5a,5bのねじ孔1a,1bに螺合され、ボルト4の頭部10は、第1の締結部材5aに当接している。
【0029】
図1(d)に示すように、ボルト4に由来する材料は、摩擦熱と塑性流動によって、第1の締結部材5aのねじ孔1a内周面、主部材6の第1、第2の個所8a,8bの孔9a,9b内周面、並びに第2の締結部材5bのねじ孔1b内周面のそれぞれに密着し且つ第1、第2の締結部材5a,5bのねじ孔1a,1bの周囲を覆うように形作られ、ボルト4が主部材6に接合されている。
【0030】
ボルト4を上述したような形状とする際には、裏当て部材11と接合ツール12を用いる。
【0031】
裏当て部材11と接合ツール12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。
【0032】
接合ツール12は、短円柱状のピン部13を円柱状のショルダ部14の先端面に同軸に連ねた形をしており、また、裏当て部材11は、第2の締結部材5bとボルト4を受ける役割をする。
【0033】
裏当て部材11で保持されているボルト4の頭部10に、接合ツール12を回転させながら押し付けると、図1(b)に示すように、ボルト4が摩擦熱と塑性流動により軟化する。
【0034】
更に、ボルト4に由来する材料が、第1の締結部材5aのねじ孔1aの溝や主部材6の第1の個所8aの孔9aの全般にわたって詰まり、ねじ孔1aが前記軟化材料で塞がれる。
【0035】
この後、接合ツール12をボルト4から引き離し、第1の締結部材5aのねじ孔1aを塞いでいるボルト4の塑性流動部位を硬化させると、主部材6の第1の個所8aとボルト4の接合が完了する。
【0036】
つまり、主部材6とボルト4が異種材であっても、主部材6の第1の個所8aにボルト4を効率よく且つ確実に接合することができる。
【0037】
次いで、主部材6及びボルト4を逆向きにし、ボルト4の第1の締結部材5a側の端部を裏当て部材(図示せず)で受け、ボルト4の第2の締結部材5b側の端面に、接合ツール12を回転させながら押し付けると、図1(c)に示すように、ボルト4が摩擦熱と塑性流動により軟化する。
【0038】
更に、ボルト4に由来する材料が、第2の締結部材5bのねじ孔1bの溝や主部材6の第2の個所8bの孔9bの全般にわたって詰まり、ねじ孔1bが前記軟化材料で塞がれる。
【0039】
この後、図1(d)に示すように、接合ツール12をボルト4から引き離し、第2の締結部材5bのねじ孔1bを塞いでいるボルト4の塑性流動部位を硬化させると、主部材6の第2の個所8bとボルト4の接合が完了する。
【0040】
つまり、主部材6とボルト4が異種材であっても、主部材6の第2の個所8bにボルト4を効率よく且つ確実に接合することができる。
【0041】
また、主部材6の素材がボルト4と同じアルミニウム合金であれば、ボルト4に由来する材料が主部材6に同化する。
【0042】
図2は本発明の部材接合構造の第2の例であり、請求項3、4、5、6に対応し、図中、図1と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
【0043】
この部材接合構造は、 矩形断面の主部材6と、ねじ孔1a,1bが穿設してある第1、第2の締結部材5a,5bと、付加部材15,16と、ボルト4とを備えている。
【0044】
付加部材15,16のそれぞれには、ボルト4の軸部7が挿通可能な開口17,18が穿設してある。
【0045】
付加部材15は、開口17が第1の個所8aの孔9aに連なり且つ第2の個所8bとは真反対に位置するように主部材6の第1の個所8aに当接している。
【0046】
付加部材16は、開口18が第2の個所8bの孔9bに連なり且つ第1の個所8aとは真反対に位置するように主部材6の第2の個所8bに当接している。
【0047】
これら付加部材15,16は、主部材6に溶接などの手法により予め固着しておいてもよい。
【0048】
第1の締結部材5aは、ねじ孔1aが第1の個所8aの孔9aに連なるように付加部材15に当接している。
【0049】
第2の締結部材5bは、ねじ孔1bが第2の個所8bの孔9bに連なるように付加部材16に当接している。
【0050】
ボルト4はアルミニウム合金を素材とし、第1、第2の締結部材5a,5b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。
【0051】
第1、第2の締結部材5a,5bとしては、ナットを利用することができ、これら締結部材5a,5bは、付加部材15,16に溶接などの手法により予め固着しておいてもよい。
【0052】
図2(a)に示すように、ボルト4の軸部7は、主部材6の孔9a,9b、並びに付加部材15,16の開口17,18を突き抜けて第1、第2の締結部材5a,5bのねじ孔1a,1bに螺合され、ボルト4の頭部10は、第1の締結部材5aに当接している。
【0053】
図2(b)に示すように、ボルト4に由来する材料は、摩擦熱と塑性流動によって、第1の締結部材5aのねじ孔1a内周面、主部材6の第1、第2の個所8a,8bの孔9a,9b内周面や付加部材15,16の開口17,18内周面、並びに第2の締結部材5bのねじ孔1b内周面のそれぞれに密着し且つ第1、第2の締結部材5a,5bのねじ孔1a,1bの周囲を覆うように形作られ、ボルト4が主部材6に接合されている。
【0054】
ボルト4を上述したような形状とする際には、先に述べた図1に示す例と同様に裏当て部材11と接合ツール12を用いる。
【0055】
すなわち、摩擦熱と塑性流動により軟化させたボルト4に由来する材料を、第1の締結部材5aのねじ孔1aの溝や主部材6の第1の個所8aの孔9aの全般にわたって詰め、ねじ孔1aを前記軟化材料で塞いだうえ、ボルト4の塑性流動部位を硬化させると、主部材6の第1の個所8aとボルト4の接合が完了する。
【0056】
つまり、主部材6とボルト4が異種材であっても、主部材6の第1の個所8aにボルト4を効率よく且つ確実に接合することができる。
【0057】
次いで、主部材6及びボルト4を逆向きにし、摩擦熱と塑性流動により軟化させたボルト4に由来する材料を、第2の締結部材5bのねじ孔1bの溝や主部材6の第2の個所8bの孔9bの全般にわたって詰め、ねじ孔1bを前記軟化材料で塞いだうえ、ボルト4の塑性流動部位を硬化させると、主部材6の第2の個所8bとボルト4の接合が完了する。
【0058】
つまり、主部材6とボルト4が異種材であっても、主部材6の第2の個所8bにボルト4を効率よく且つ確実に接合することができる。
【0059】
また、主部材6の素材がボルト4と同じアルミニウム合金であれば、ボルト4に由来する材料が主部材6に同化する。
【0060】
なお、本発明の部材接合構造は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、ピン部がない単なる円柱状の接合ツールを用いるようにすること、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。
【産業上の利用可能性】
【0061】
本発明の部材接合構造は、様々な部品の接合組付工程に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0062】
【図1】本発明の部材接合構造の第1の例の施工手順を示す概念図である。
【図2】本発明の部材接合構造の第2の例の施工手順を示す概念図である。
【符号の説明】
【0063】
1a ねじ孔
1b ねじ孔
4 ボルト(補助部材)
5a 第1の締結部材
5b 第2の締結部材
6 主部材
7 軸部
8a 第1の個所
8b 第2の個所
9a 孔
9b 孔
10 頭部
15 付加部材
16 付加部材
17 開口
18 開口

【特許請求の範囲】
【請求項1】
補助部材挿入用の孔が第1の個所及び第2の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第1の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第2の個所とは真反対に位置するように主部材の第1の個所に配置した第1の締結部材と、前記第2の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第1の個所とは真反対に位置するように主部材の第2の個所に配置した第2の締結部材と、軸部が第1、第2の締結部材に螺合され且つ頭部を第1の締結部材に当接させた補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材に由来する材料を、第1、第2の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第1、第2の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作ったことを特徴とする部材接合構造。
【請求項2】
ボルト挿入用の孔が第1の個所及び第2の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第1の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第2の個所とは真反対に位置するように主部材の第1の個所に配置した第1の締結部材と、前記第2の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第1の個所とは真反対に位置するように主部材の第2の個所に配置した第2の締結部材と、軸部が第1、第2の締結部材に螺合され且つ頭部を第1の締結部材に当接させたボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルトに由来する材料を、第1、第2の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第1、第2の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作ったことを特徴とする部材接合構造。
【請求項3】
補助部材挿入用の孔が第1の個所及び第2の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第1の個所の孔に連なる開口を有し且つ第2の個所とは真反対に位置するように主部材の第1の個所に配置した付加部材と、前記第1の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第2の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第1の締結部材と、前記第2の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第1の個所とは真反対に位置するように主部材の第2の個所に配置した第2の締結部材と、軸部が第1、第2の締結部材に螺合され且つ頭部を第1の締結部材に当接させた補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材に由来する材料を、第1、第2の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第1、第2の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作ったことを特徴とする部材接合構造。
【請求項4】
ボルト挿入用の孔が第1の個所及び第2の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第1の個所の孔に連なる開口を有し且つ第2の個所とは真反対に位置するように主部材の第1の個所に配置した付加部材と、前記第1の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第2の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第1の締結部材と、前記第2の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第1の個所とは真反対に位置するように主部材の第2の個所に配置した第2の締結部材と、軸部が第1、第2の締結部材に螺合され且つ頭部を第1の締結部材に当接させたボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルトに由来する材料を、第1、第2の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第1、第2の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作ったことを特徴とする部材接合構造。
【請求項5】
補助部材挿入用の孔が第1の個所及び第2の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第1の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第2の個所とは真反対に位置するように主部材の第1の個所に配置した第1の締結部材と、前記第2の個所の孔に連なる開口を有し且つ第1の個所とは真反対に位置するように主部材の第2の個所に配置した付加部材と、前記第2の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第1の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第2の締結部材と、軸部が第1、第2の締結部材に螺合され且つ頭部を第1の締結部材に当接させた補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材に由来する材料を、第1、第2の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第1、第2の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作ったことを特徴とする部材接合構造。
【請求項6】
ボルト挿入用の孔が第1の個所及び第2の個所に正対するように穿設してある主部材と、前記第1の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第2の個所とは真反対に位置するように主部材の第1の個所に配置した第1の締結部材と、前記第2の個所の孔に連なる開口を有し且つ第1の個所とは真反対に位置するように主部材の第2の個所に配置した付加部材と、前記第2の個所の孔に連なるねじ孔が穿設してあり且つ第1の個所とは真反対に位置するように付加部材に配置した第2の締結部材と、軸部が第1、第2の締結部材に螺合され且つ頭部を第1の締結部材に当接させたボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルトに由来する材料を、第1、第2の締結部材のねじ孔の溝に入り込ませ且つ第1、第2の締結部材のねじ孔の周囲を覆うように形作ったことを特徴とする部材接合構造。

【図1】
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【図2】
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