(57)【要約】【課題】異種材にも対応可能な部材接合構造を提供する。【解決手段】互いに連なる孔５，６がそれぞれ穿設してあり且つ面接触するように重ねた板状の第１、第２の被接合部材１，２と、これら被接合部材１，２の孔５，６に連なるねじ孔７が形成してあり且つ第２の被接合部材２とは真反対に位置するように第１の被接合部材１に当接する締結部材３と、軸部が第１、第２の被接合部材１，２の孔５，６に差し込まれて締結部材３に螺合され且つ頭部が第２の被接合部材２に当接したボルト４とを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルト４及びボルトに由来する材料を、第１の被接合部材１に同化させる。【選択図】図１
2008137068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに連なる補助部材挿入用の孔がそれぞれ穿設してあり且つ面接触するように重ねた第１、第２の被接合部材と、第２の被接合部材とは真反対に位置するように第１の被接合部材に当接し且つ補助部材が入り得る孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる締結部材と、軸部が第１、第２の被接合部材の孔に差し込まれて締結部材の孔に入り且つ頭部が第２の被接合部材に当接した補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材及び締結部材に由来する材料を、第１の被接合部材に同化させたことを特徴とする部材接合構造。
【請求項２】
互いに連なるボルト挿入用の孔がそれぞれ穿設してあり且つ面接触するように重ねた第１、第２の被接合部材と、第２の被接合部材とは真反対に位置するように第１の被接合部材に当接し且つねじ孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる締結部材と、軸部が第１、第２の被接合部材の孔に差し込まれて締結部材に螺合され且つ頭部が第２の被接合部材に当接したボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルト及び締結部材に由来する材料を、第１の被接合部材に同化させたことを特徴とする部材接合構造。
【請求項３】
互いに連なる補助部材挿入用の孔がそれぞれ穿設してあり且つ面接触するように重ねた第１、第２の被接合部材と、第２の被接合部材とは真反対に位置するように第１の被接合部材に当接し且つ補助部材が入り得る孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第１の締結部材と、第１の被接合部材とは真反対に位置するように第２の被接合部材に当接し且つ補助部材係合部位が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第２の締結部材と、軸部が第１の締結部材の孔、並びに第１、第２の被接合部材の孔に差し込まれて第２の締結部材に係合し且つ頭部が第１の締結部材に当接した補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材及び第１の締結部材に由来する材料を、第１の被接合部材に同化させたことを特徴とする部材接合構造。
【請求項４】
互いに連なるボルト挿入用の孔がそれぞれ穿設してあり且つ面接触するように重ねた第１、第２の被接合部材と、第２の被接合部材とは真反対に位置するように第１の被接合部材に当接し且つねじ孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第１の締結部材と、第１の被接合部材とは真反対に位置するように第２の被接合部材に当接し且つねじ孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第２の締結部材と、軸部が第１、第２の被接合部材の孔に差し込まれて第１、第２の締結部材に螺合され且つ、頭部が第１の締結部材に当接したボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルト及び第１の締結部材に由来する材料を、第１の被接合部材に同化させたことを特徴とする部材接合構造。
【請求項５】
互いに連なる補助部材挿入用の孔がそれぞれ穿設してあり且つ面接触するように重ねた第１、第２の被接合部材と、第２の被接合部材とは真反対に位置するように第１の被接合部材に当接し且つ補助部材が入り得る孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第１の締結部材と、第１の被接合部材とは真反対に位置するように第２の被接合部材に当接し且つ補助部材が入り得る孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第２の締結部材と、軸部が第２の締結部材の孔、並びに第１、第２の被接合部材の孔に差し込まれて第１の締結部材の孔に入り且つ頭部が第２の締結部材に当接した補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材及び第１の締結部材に由来する材料を、第１の被接合部材に同化させたことを特徴とする部材接合構造。
【請求項６】
互いに連なるボルト挿入用の孔がそれぞれ穿設してあり且つ面接触するように重ねた第１、第２の被接合部材と、第２の被接合部材とは真反対に位置するように第１の被接合部材に当接し且つねじ孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第１の締結部材と、第１の被接合部材とは真反対に位置するように第２の被接合部材に当接し且つねじ孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第２の締結部材と、軸部が第１、第２の被接合部材の孔に差し込まれて第１、第２の締結部材に螺合され且つ頭部が第２の締結部材に当接したボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルト及び第１の締結部材に由来する材料を、第１の被接合部材に同化させたことを特徴とする部材接合構造。
【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。
【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】
しかしながら特許文献１の手法では、例えば鋼とアルミニウム合金とのように、硬さや軟化温度などの物性が著しく違う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、異種材にも対応可能な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】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、互いに連なる補助部材挿入用の孔がそれぞれ穿設してあり且つ面接触するように重ねた第１、第２の被接合部材と、第２の被接合部材とは真反対に位置するように第１の被接合部材に当接し且つ補助部材が入り得る孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる締結部材と、軸部が第１、第２の被接合部材の孔に差し込まれて締結部材の孔に入り且つ頭部が第２の被接合部材に当接した補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材及び締結部材に由来する材料を、第１の被接合部材に同化させた構成を採る。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、互いに連なるボルト挿入用の孔がそれぞれ穿設してあり且つ面接触するように重ねた第１、第２の被接合部材と、第２の被接合部材とは真反対に位置するように第１の被接合部材に当接し且つねじ孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる締結部材と、軸部が第１、第２の被接合部材の孔に差し込まれて締結部材に螺合され且つ頭部が第２の被接合部材に当接したボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルト及び締結部材に由来する材料を、第１の被接合部材に同化させた構成を採る。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、互いに連なる補助部材挿入用の孔がそれぞれ穿設してあり且つ面接触するように重ねた第１、第２の被接合部材と、第２の被接合部材とは真反対に位置するように第１の被接合部材に当接し且つ補助部材が入り得る孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第１の締結部材と、第１の被接合部材とは真反対に位置するように第２の被接合部材に当接し且つ補助部材係合部位が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第２の締結部材と、軸部が第１の締結部材の孔、並びに第１、第２の被接合部材の孔に差し込まれて第２の締結部材に係合し且つ頭部が第１の締結部材に当接した補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材及び第１の締結部材に由来する材料を、第１の被接合部材に同化させた構成を採る。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、互いに連なるボルト挿入用の孔がそれぞれ穿設してあり且つ面接触するように重ねた第１、第２の被接合部材と、第２の被接合部材とは真反対に位置するように第１の被接合部材に当接し且つねじ孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第１の締結部材と、第１の被接合部材とは真反対に位置するように第２の被接合部材に当接し且つねじ孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第２の締結部材と、軸部が第１、第２の被接合部材の孔に差し込まれて第１、第２の締結部材に螺合され且つ、頭部が第１の締結部材に当接したボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルト及び第１の締結部材に由来する材料を、第１の被接合部材に同化させた構成を採る。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、互いに連なる補助部材挿入用の孔がそれぞれ穿設してあり且つ面接触するように重ねた第１、第２の被接合部材と、第２の被接合部材とは真反対に位置するように第１の被接合部材に当接し且つ補助部材が入り得る孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第１の締結部材と、第１の被接合部材とは真反対に位置するように第２の被接合部材に当接し且つ補助部材が入り得る孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第２の締結部材と、軸部が第２の締結部材の孔、並びに第１、第２の被接合部材の孔に差し込まれて第１の締結部材の孔に入り且つ頭部が第２の締結部材に当接した補助部材とを備え、摩擦熱と塑性流動により補助部材及び第１の締結部材に由来する材料を、第１の被接合部材に同化させた構成を採る。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、互いに連なるボルト挿入用の孔がそれぞれ穿設してあり且つ面接触するように重ねた第１、第２の被接合部材と、第２の被接合部材とは真反対に位置するように第１の被接合部材に当接し且つねじ孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第１の締結部材と、第１の被接合部材とは真反対に位置するように第２の被接合部材に当接し且つねじ孔が第１、第２の被接合部材の孔に連なる第２の締結部材と、軸部が第１、第２の被接合部材の孔に差し込まれて第１、第２の締結部材に螺合され且つ頭部が第２の締結部材に当接したボルトとを備え、摩擦熱と塑性流動によりボルト及び第１の締結部材に由来する材料を、第１の被接合部材に同化させた構成を採る。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【００１５】
（１）請求項１に記載の発明では、摩擦熱と塑性流動によって補助部材の軸部及び締結部材を第１の被接合部材に同化させるので、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）請求項２に記載の発明では、摩擦熱と塑性流動によってボルトの軸部及び締結部材を第１の被接合部材に同化させるので、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。
【００１７】
（３）請求項３に記載の発明では、摩擦熱と塑性流動によって補助部材の頭部及び第１の締結部材を第１の被接合部材に同化させるので、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。
【００１８】
（４）請求項４に記載の発明では、摩擦熱と塑性流動によってボルトの頭部及び第１の締結部材を第１の被接合部材に同化させるので、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。
【００１９】
（５）請求項５に記載の発明では、摩擦熱と塑性流動によって補助部材の軸部及び第１の締結部材を第１の被接合部材に同化させるので、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。
【００２０】
（６）請求項６に記載の発明では、摩擦熱と塑性流動によってボルトの軸部及び第１の締結部材を第１の被接合部材に同化させるので、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２２】
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。
【００２３】
この部材接合構造は、面接触するように重ねた板状の第１、第２の被接合部材１，２と、第２の被接合部材２とは真反対に位置するように第１の被接合部材１に当接した締結部材３と、ボルト４とを備えている。
【００２４】
ボルト４、締結部材３、第１の被接合部材１は、アルミニウム合金を素材としている。
【００２５】
第１、第２の被接合部材１，２には部材厚み方向に貫通する孔５，６が、同軸に穿設してある。
【００２６】
締結部材３には部材厚み方向に貫通するねじ孔７が、前記第１、第２の被接合部材１，２の孔５，６と同軸に位置するように穿設してあり、締結部材３としては、ナットを利用することができる。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、ボルト４は、その頭部が第２の被接合部材２に当接し、軸部が第１、第２の被接合部材１，２の孔５，６に差し込まれ、締結部材３のねじ孔７に螺合されている。
【００２８】
つまり、ボルト４と締結部材３によって、第１、第２の被接合部材１，２を相互に係止することができる。
【００２９】
締結部材３は、第１の被接合部材１に溶接などの手法により予め固着しておいてもよい。
【００３０】
ボルト４及び締結部材３に由来する材料は、図１（ｃ）に示すように、摩擦熱と塑性流動によって第１の被接合部材１に同化するように形作られ、ボルト４が第１、第２の被接合部材１，２を接合している。
【００３１】
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８と接合ツール９を用いる。
【００３２】
裏当て部材８と接合ツール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。
【００３３】
接合ツール９は、短円柱状のピン部１０を円柱状のショルダ部１１の先端面に同軸に連ねた形をしており、また、裏当て部材８は、ボルト４の頭部を受ける役割をする。
【００３４】
ボルト４の頭部が裏当て部材８に保持されている状態で、ボルト４の軸部と締結部材３に接合ツール９を回転させながら押し付けると、ボルト４及び締結部材３が摩擦熱と塑性流動により軟化する。
【００３５】
この塑性流動部位は、図１（ｂ）に示すように、第１の被接合部材１に同化したうえ、第２の被接合部材２の孔６内周面に密着する。
【００３６】
更に、図１（ｃ）に示すように、接合ツール９をボルト４から引き離して、第２の被接合部材１に同化したボルト４及び締結部材３の塑性流動部位を硬化させると、第１、第２の被接合部材１，２の接合が完了する。
【００３７】
つまり、第２の被接合部材２の素材が、鋼などのアルミニウム合金とは物性が著しく違う異種材であっても、第１、第２の被接合部材１，２を効率よく且つ確実に接合することができる。
【００３８】
また、第２の被接合部材２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に由来する材料が第２の被接合部材２に同化する。
【００３９】
ねじ孔７が穿設してある締結部材３とボルト４との組み合わせは、これらの部材によって第１、第２の被接合部材１，２を相互に係止できるという利点がある。
【００４０】
これに対し、最終的にはボルト４は締結部材３や第１の被接合部材１に固定されることになるので、締結部材３とボルト４に代えて、第２の被接合部材２に当接可能な頭部を有する軸体、及び単なる孔が穿設してある締結部材の組み合わせも選択肢となり得る。
【００４１】
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。
【００４２】
この部材接合構造は、面接触するように重ねた板状の第１、第２の被接合部材１，１２と、第２の被接合部材１２とは真反対に位置するように第１の被接合部材１に当接した締結部材３と、第１の被接合部材１とは真反対に位置するように第２の被接合部材１２に当接した締結部材１３と、ボルト１４とを備えている。
【００４３】
ボルト１４、締結部材３、第１の被接合部材１は、アルミニウム合金を素材としている。
【００４４】
第１、第２の被接合部材１，１２には部材厚み方向に貫通する孔５，１５が、同軸に穿設してある。
【００４５】
締結部材３，１３には部材厚み方向に貫通するねじ孔７，１６が、前記第１、第２の被接合部材１，１２の孔５，１５と同軸に位置するように穿設してあり、締結部材３，１３としては、ナットを利用することができる。
【００４６】
図２（ａ）に示すように、ボルト１４は、その頭部が第１の被接合部材１側の締結部材３に当接し、軸部が第１、第２の被接合部材１，１２の孔５，１５に差し込まれ、締結部材３，１３のねじ孔７，１６に螺合されている。
【００４７】
つまり、ボルト１４と締結部材３，１３によって、第１、第２の被接合部材１，１２を相互に係止することができる。
【００４８】
締結部材３は、第１の被接合部材１に溶接などの手法により予め固着しておいてもよく、同様に締結部材１３も、第２の被接合部材１２に溶接などの手法により予め固着しておいてもよい。
【００４９】
ボルト１４及び締結部材３に由来する材料は、図２（ｃ）に示すように、摩擦熱と塑性流動によって第１の被接合部材１に同化するように形作られ、ボルト１４が第１、第２の被接合部材１，１２を接合している。
【００５０】
ボルト１４を上述したような形状とする際には、裏当て部材１７と接合ツール９を用いる。
【００５１】
裏当て部材１７と接合ツール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おり、また、裏当て部材１７は、締結部材１３を受ける役割をする。
【００５２】
ボルト１４の軸部に螺合した締結部材１３が裏当て部材１７に保持されている状態で、ボルト１４の軸部と締結部材３に接合ツール９を回転させながら押し付けると、ボルト１４及び締結部材３が摩擦熱と塑性流動により軟化する。
【００５３】
この塑性流動部位は、図２（ｂ）に示すように、第１の被接合部材１に同化したうえ、第２の被接合部材１２の孔１５内周面や締結部材１３のねじ孔１６内周面に密着する。
【００５４】
更に、図２（ｃ）に示すように、接合ツール９をボルト１４から引き離して、第２の被接合部材１に同化したボルト１４及び締結部材３の塑性流動部位を硬化させると、第１、第２の被接合部材１，１２の接合が完了する。
【００５５】
つまり、第２の被接合部材１２の素材が、鋼などのアルミニウム合金とは物性が著しく違う異種材であっても、第１、第２の被接合部材１，１２を効率よく且つ確実に接合することができる。
【００５６】
また、第２の被接合部材１２の素材がボルト１４と同じアルミニウム合金であれば、ボルト１４に由来する材料が第２の被接合部材１２に同化する。
【００５７】
ねじ孔７が穿設してある締結部材３とボルト１４との組み合わせは、これらの部材によって第１、第２の被接合部材１，１２を相互に係止できるという利点がある。
【００５８】
更に、最終的にはボルト１４は締結部材３や第１の被接合部材１に固定されることになるので、締結部材３に代えて、ボルト１４の軸部が挿通可能な孔が穿設してある締結部材の適用も選択肢となり得る。
【００５９】
図３は本発明の部材接合構造の第３の例であり、請求項５、６に対応し、図中、図１、２と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
【００６０】
この部材接合構造は、面接触するように重ねた板状の第１、第２の被接合部材１，１２と、第２の被接合部材１２とは真反対に位置するように第１の被接合部材１に当接した締結部材３と、第１の被接合部材１とは真反対に位置するように第２の被接合部材１２に当接した締結部材１３と、ボルト１８とを備えている。
【００６１】
ボルト１８、締結部材３、第１の被接合部材１は、アルミニウム合金を素材としている。
【００６２】
図３（ａ）に示すように、ボルト１８は、その頭部が第１の被接合部材１２側の締結部材１３に当接し、軸部が第１、第２の被接合部材１，１２の孔５，１５に差し込まれ、締結部材３，１３のねじ孔７，１６に螺合されている。
【００６３】
つまり、ボルト１８と締結部材３，１３によって、第１、第２の被接合部材１，１２を相互に係止することができる。
【００６４】
締結部材３は、第１の被接合部材１に溶接などの手法により予め固着しておいてもよく、同様に締結部材１３も、第２の被接合部材１２に溶接などの手法により予め固着しておいてもよい。
【００６５】
ボルト１８及び締結部材３に由来する材料は、図３（ｃ）に示すように、摩擦熱と塑性流動によって第１の被接合部材１に同化するように形作られ、ボルト１８が第１、第２の被接合部材１，１２を接合している。
【００６６】
ボルト１８を上述したような形状とする際には、裏当て部材８と接合ツール９を用いる。
【００６７】
裏当て部材８と接合ツール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おり、また、裏当て部材８は、ボルト１８の頭部を受ける役割をする。
【００６８】
ボルト１８の頭部が裏当て部材８に保持されている状態で、ボルト１８の軸部と締結部材３に接合ツール９を回転させながら押し付けると、ボルト１８及び締結部材３が摩擦熱と塑性流動により軟化する。
【００６９】
この塑性流動部位は、図３（ｂ）に示すように、第１の被接合部材１に同化したうえ、第２の被接合部材１２の孔１５内周面や締結部材１３のねじ孔１６内周面に密着する。
【００７０】
更に、図３（ｃ）に示すように、接合ツール９をボルト１８から引き離して、第２の被接合部材１に同化したボルト１８及び締結部材３の塑性流動部位を硬化させると、第１、第２の被接合部材１，１２の接合が完了する。
【００７１】
つまり、第２の被接合部材１２の素材が、鋼などのアルミニウム合金とは物性が著しく違う異種材であっても、第１、第２の被接合部材１，１２を効率よく且つ確実に接合することができる。
【００７２】
また、第２の被接合部材１２の素材がボルト１８と同じアルミニウム合金であれば、ボルト１８に由来する材料が第２の被接合部材１２に同化する。
【００７３】
ねじ孔７が穿設してある締結部材３とボルト１８との組み合わせは、これらの部材によって第１、第２の被接合部材１，１２を相互に係止できるという利点がある。
【００７４】
これに対し、最終的にはボルト１８は締結部材３や第１の被接合部材１に固定されることになるので、締結部材３に代えて、ボルト１８の軸部が挿通可能な孔が穿設してある締結部材の適用も選択肢となり得る。
【００７５】
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、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】
【００７６】
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】
【００７７】
【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。
【図３】本発明の部材接合構造の第３の例の施工手順を示す概念図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  第１の被接合部材
２  第２の被接合部材
３  締結部材（第１の締結部材）
４  ボルト（補助部材）
５  孔
６  孔
７  ねじ孔
１２  第２の被接合部材
１３  締結部材（第２の締結部材）
１４  ボルト（補助部材）
１５  孔
１６  ねじ孔（補助部材係合部位）
１８  ボルト（補助部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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