JP4818705B2 - 部材の取付方法 - Google Patents

Description

本発明は、部材の取付方法に関するものである。

近年、自動車業界においては、燃費向上等を目指した車両の軽量化を図る観点からアルミ材等の軽量素材が積極的に採用されており、これによりアルミ材と鉄材等といった溶接が困難な異種材料同士を取り付けて固定する技術への重要性が高まってきている。

例えば、図５に示す如く、従来において、アルミ製の母材ａに鉄製（スチール製）のボルトｂを取り付けようとした場合には、該ボルトｂを鉄製（スチール製）のセッティングプレートｃに溶接した上で、該セッティングプレートｃを前記アルミ製の母材ａに対しボルトｄ及びナットｅで締結するといった手段を講じなければならなかった。

尚、後述する本発明の部材の取付方法に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
特開２００４−１３６３６５号公報

しかしながら、前述の如きセッティングプレートｃを介在させたボルト締結を採用した場合には、母材ａの表裏面にボルトｄやナットｅが突起物として張り出すため、これらの突起物の占有スペースを設計上で確保しなければならないという制約があり、しかも、ボルトｄやナットｅによる締結では緩みや脱落等の心配もあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、設計上の制約となるような突起物の張り出し及び緩みや脱落等の心配がなくて済む部材の取付方法を提供することを目的としている。

本発明は、第一材料に予め穿設してある取付孔に対し、該取付孔より大きな外径のフランジ部を基端側に備えた被取付部材の先端側を挿通し、第一材料に前記フランジ部を被覆するように第二材料を重ね合わせ、該第二材料側への対峙面に前記フランジ部より大きな内径の凹部を備えた逆Ｕ字断面の接合ツールを前記フランジ部と同心状に配置して回転しながら第二材料に押し付け、該第二材料と接合ツールとの間に生じた摩擦熱で前記フランジ部周囲の第二材料を固相状態のまま局所的に軟化させて前記接合ツールを第一材料に到達するまで沈降せしめ、前記接合ツールを第一材料にも押し付けることで該第一材料を摩擦熱により固相状態のまま局所的に軟化させて該第一材料と前記第二材料との境界部分を撹拌すると共に、前記接合ツールの凹部における内側面全体で該凹部内の第二材料を摩擦熱により固相状態のまま軟化させて前記フランジ部を埋没せしめ、然る後、前記接合ツールを引き抜いて前記境界部分を硬化させることで被取付部材を第一材料及び第二材料に対し固定することを特徴とする部材の取付方法、に係るものである。

而して、このようにすれば、フランジ部周囲の第二材料が第一材料に対し摩擦撹拌接合（Friction Stir Welding：略称ＦＳＷ）されることになり、これら第一材料と第二材料との間に埋没したフランジ部が強固に挾持されて被取付部材の第一材料及び第二材料に対する良好な固定が実現される一方、前記被取付部材の先端側が第一材料の取付孔から張り出して部材として使用可能な状態となる。

この際、被取付部材のフランジ部は、第一材料と第二材料との間に埋没して固定されることになり、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物が第一材料及び第二材料から張り出すことがないため、この種の突起物の占有スペースを確保するといった設計上の制約がかからなくて済み、しかも、ボルト締結を採用した場合のような緩みや脱落等の心配もなくなる。

また、本発明においては、フランジ部の第一材料側への対峙面に突起部を予め形成しておき、該突起部を摩擦熱により軟化した第一材料側に嵌入せしめることが好ましく、このようにすれば、前記突起部の第一材料側への嵌入によりフランジ部の軸心回りの動きが規制され、第一材料及び第二材料に対し被取付部材の回り止めの効果が奏されることになる。

上記した本発明の部材の取付方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物の張り出しがないことから設計上の制約を大幅に緩和することができると共に、ボルト締結の場合の如き緩みや脱落等の心配も解消することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、第一材料及び第二材料に対し被取付部材の確実な回り止めを図ることができるので、被取付部材がボルトやナット等であっても十分なトルク強度を付与することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図４は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、アルミ製の第一材料１及び第二材料２を母材として、これら二枚重ねの母材に対し鉄製（スチール製）のボルト５（被取付部材）を取り付ける場合を例示している。

図１に示す如く、第一材料１には、その厚さ方向に貫通する取付孔３が穿設され、該取付孔３より大きな外径のフランジ部４を基端側に備えたボルト５の先端側が前記取付孔３に対し挿通されており、前記フランジ部４を被覆するように第二材料２が第一材料１の上に重ね合わせてあり、第一材料１の下面側（反第二材料２側）には、前記ボルト５の先端側を収容可能なピット部６ａを有する治具６が配置されている。

尚、ここに図示している例においては、ボルト５のフランジ部４における下面（第一材料１側への対峙面）に、その周方向に所要間隔を隔てて複数の突起部５ａが形成されている。

更に、前記第二材料２の上側には、前記ボルト５のフランジ部４より大きな内径の凹部７を下面（第一材料１側への対峙面）に形成した逆Ｕ字断面の接合ツール８が前記フランジ部４と同心状に配置されており、図示しない接合装置により回転可能且つ昇降可能に支持されるようになっている。

そして、このように重ね合わせた第一材料１及び第二材料２に対しボルト５を取り付けるにあたっては、図１の状態から図２に示すように接合ツール８を回転しながら下降して下端部を第二材料２に押し付け、該第二材料２と接合ツール８との間に生じた摩擦熱で前記フランジ部４周囲の第二材料２を固相状態のまま局所的に軟化させて前記接合ツール８を第一材料１に到達するまで沈降せしめる。

次いで、図３に示す如く、前記接合ツール８の下端部を第一材料１にも押し付けることで該第一材料１を摩擦熱により固相状態のまま局所的に軟化せしめると、該第一材料１と前記第二材料２との境界部分９が撹拌され、しかも、これと同時に前記接合ツール８の凹部７における内側面全体で該凹部７内の第二材料２が摩擦熱により固相状態のまま軟化されて前記フランジ部４が埋没されることになり、また、摩擦熱により軟化した第一材料１側に対しフランジ部４の下面の各突起部５ａが嵌入されることになる。

然る後に、図４に示す如く、前記接合ツール８を上方へ引き抜いて前記境界部分９を硬化させると、フランジ部４周囲の第二材料２が第一材料１に対し摩擦撹拌接合（Friction Stir Welding：略称ＦＳＷ）されることになり、これら第一材料１と第二材料２との間に埋没したフランジ部４が強固に挾持されてボルト５の第一材料１及び第二材料２に対する良好な固定が実現される一方、前記ボルト５の先端側が第一材料１の取付孔３から張り出して使用可能な状態となる。

この際、ボルト５のフランジ部４は、第一材料１と第二材料２との間に埋没して固定されることになり、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物が第一材料１及び第二材料２から張り出すことがないため、この種の突起物の占有スペースを確保するといった設計上の制約がかからなくて済み、しかも、ボルト締結を採用した場合のような緩みや脱落等の心配もなくなる。

また、フランジ部４の下面の各突起部５ａが第一材料１側に嵌入されることによって、フランジ部４の軸心回りの動きが規制され、第一材料１及び第二材料２に対しボルト５の回り止めの効果が奏されることになる。

従って、上記形態例によれば、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物の張り出しがないことから設計上の制約を大幅に緩和することができると共に、ボルト締結の場合の如き緩みや脱落等の心配も解消することができ、しかも、第一材料１及び第二材料２に対しボルト５の確実な回り止めを図ることができるので、該ボルト５に対し十分なトルク強度を付与することができる。

尚、本発明の部材の取付方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、第一材料及び第二材料は必ずしも同種材料でなくても良く、異種材料であっても良いこと、更に、被取付部材は必ずしもボルトでなくても良く、ソケット型のナット等であっても良いこと、また、第一材料及び第二材料は摩擦熱で固相状態のまま局所的に軟化させられるものであれば良く、金属材料以外に高分子材料等を適宜に採用し得ること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。 図１の接合ツールを回転しながら下降した状態を示す断面図である。 図２の状態から更に接合ツールを下降した状態を示す断面図である。 図３の状態から接合ツールを引き上げた状態を示す断面図である。 従来例を示す断面図である。

符号の説明

１ 第一材料
２ 第二材料
３ 取付孔
４ フランジ部
５ ボルト（被取付部材）
５ａ 突起部
６ 治具
６ａ ピット部
７ 凹部
８ 接合ツール
９ 境界部分

Claims (2)

1. 第一材料に予め穿設してある取付孔に対し、該取付孔より大きな外径のフランジ部を基端側に備えた被取付部材の先端側を挿通し、第一材料に前記フランジ部を被覆するように第二材料を重ね合わせ、該第二材料側への対峙面に前記フランジ部より大きな内径の凹部を備えた逆Ｕ字断面の接合ツールを前記フランジ部と同心状に配置して回転しながら第二材料に押し付け、該第二材料と接合ツールとの間に生じた摩擦熱で前記フランジ部周囲の第二材料を固相状態のまま局所的に軟化させて前記接合ツールを第一材料に到達するまで沈降せしめ、前記接合ツールを第一材料にも押し付けることで該第一材料を摩擦熱により固相状態のまま局所的に軟化させて該第一材料と前記第二材料との境界部分を撹拌すると共に、前記接合ツールの凹部における内側面全体で該凹部内の第二材料を摩擦熱により固相状態のまま軟化させて前記フランジ部を埋没せしめ、然る後、前記接合ツールを引き抜いて前記境界部分を硬化させることで被取付部材を第一材料及び第二材料に対し固定することを特徴とする部材の取付方法。
2. フランジ部の第一材料側への対峙面に突起部を予め形成しておき、該突起部を摩擦熱により軟化した第一材料側に嵌入せしめることを特徴とする請求項１に記載の部材の取付方法。

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