(57)【要約】【課題】接合に起因する歪みやブローホールなどの欠陥などが無く、強度的に優れた軽量で高剛性なサブフレームと、サブフレームの製造方法の提供。【解決手段】サブフレーム１は、アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ合金）製のグラビティ鋳造法による鋳物である本体１１（開断面形状部分の主肉厚２ｍｍ）と、アルミニウム合金（Ａ６０６１合金）製の蓋１２（厚さ２ｍｍの板材）とを、摩擦撹拌接合法によって接合した構造になっている。このサブフレーム１は、接合部にブローホール等の欠陥が無く、接合部分付近の歪みも無く、サブフレームとして使用するのに充分な強度を有するものであった。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開断面形状部分を有するアルミニウム合金製の鋳物である本体と、前記開断面形状部分の開口面を塞ぐように配置されて前記本体に対して接合されたアルミニウム合金製の蓋とを備えてなり、前記本体と前記蓋とが摩擦撹拌接合法によって接合された構造になっていることを特徴とするサブフレーム。
【請求項２】
前記蓋が、前記開断面形状部分の開口面の全部を塞ぐように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のサブフレーム。
【請求項３】
前記蓋が、前記開断面形状部分の開口面の一部を塞ぐように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のサブフレーム。
【請求項４】
前記蓋が、前記開断面形状部分の開口面の５０〜９０％を塞ぐように配置されていることを特徴とする請求項３に記載のサブフレーム。
【請求項５】
前記開断面形状部分の内側にリブが設けられていないことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のサブフレーム。
【請求項６】
開断面形状部分を有するアルミニウム合金製の鋳物である本体と、アルミニウム合金製の蓋とを用いて、前記本体の前記開断面形状部分の開口面に前記蓋を配置して、当該蓋で前記開口面を塞ぎ、前記本体と前記蓋とを摩擦撹拌接合法によって接合することを特徴とするサブフレームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複雑な形状で且つ高剛性が必要とされる自動車部品であるサブフレームと、サブフレームの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車部品の一つであるサブフレームは、一般に複雑な形状であるため、いくつかの部分を鋳物で形成し、それら鋳物同士あるいは鋳物と展伸材とを接合した構造になっている。また、軽量化を図るために、いくつかの部分はパイプなどによって形成された中空構造になっている。
【０００３】
ところで、上記従来のサブフレームの接合部分については、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接に代表される不活性ガスアーク溶接による接合が主流となっている。特に、余盛を必要とする隅肉溶接や中空部の突き合わせ溶接が必要な箇所においては、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接を使用せざるを得ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、不活性ガスアーク溶接によって接合された接合部分には、溶融溶接にありがちなブローホールなどの欠陥が発生しやすく、強度的に問題が生じることがあった。また、不活性ガスアーク溶接の場合、接合部分付近に歪みが生じやすいという問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、接合に起因する歪みやブローホールなどの欠陥などが無く、強度的に優れた軽量で高剛性なサブフレームと、そのサブフレームの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段、および発明の効果】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載のサブフレームは、
開断面形状部分を有するアルミニウム合金製の鋳物である本体と、前記開断面形状部分の開口面を塞ぐように配置されて前記本体に対して接合されたアルミニウム合金製の蓋とを備えてなり、前記本体と前記蓋とが摩擦撹拌接合法によって接合された構造になっていることを特徴とする。
【０００７】
このサブフレームによれば、本体および蓋がいずれもアルミニウム合金で形成され、しかも、本体と蓋とによって中空構造を形成しているので、きわめて軽量なサブフレームとなる。しかも、中空材同士が突き合わせ溶接されたものとは異なり、本体の開断面形状部分の開口面を塞ぐように蓋を配置して本体と蓋とを、摩擦撹拌接合法によって接合した構造にしてあるので、ブローホールの如き欠陥が接合部分に発生することはなく、サブフレームが強度的に優れたものとなり、接合部分付近の歪みも抑制される。
【０００８】
なお、本発明において、蓋には、本体の開断面形状部分の力学的強度を高め、開断面形状部分の開口面が拡がったり狭まったりするのを防止する役割があるが、そのような強度を高めることを重要視するのであれば、請求項２に記載の通り、前記蓋が、前記開断面形状部分の開口面の全部を塞ぐように配置されていると望ましい。
【０００９】
一方、ある程度の力学的強度が確保されれば、それ以上の過剰な強度を必要としない場合もあるので、その場合は、請求項３に記載のように、前記蓋が、前記開断面形状部分の開口面の一部を塞ぐように配置されていてもよい。このような構成を採用すると、開口面の全部を塞いだものよりも、力学的強度は低下する可能性があるが、部分的に蓋が存在しない分だけ、サブフレームの軽量化を図ることができる。
【００１０】
開断面形状部分の開口面のどの程度を塞ぐとよいかは、要求される強度や本体の形状にもよっても変わるので、一概には特定できないが、目安としては、請求項４に記載のように、前記蓋が、前記開断面形状部分の開口面の５０〜９０％を塞ぐように配置されているとよい。
【００１１】
開口面の塞がれる範囲が５０％を下回ると、開断面形状部分の半分以上が開断面形状のままになるので強度の確保が難しくなり、本体により多くのリブを設けて強度を確保するなど、本体の構造に工夫が必要となる。開口面の塞がれる範囲が９０％を上回ると、強度的には問題がないが、軽量化を図る上では不利になる。
【００１２】
また、強度を確保するためには、開断面形状部分の内側にリブを設けてもよいが、本体の開断面形状部分の開口面を塞ぐように蓋を配置して本体と蓋とを、摩擦撹拌接合法によって接合した構造にすると、それだけでも非常に高い強度を得ることができるので、請求項５に記載のように、前記開断面形状部分の内側にリブが設けられていない構造にして軽量化を図ることも可能である。
【００１３】
あるいは、前記開断面形状部分の内側にリブが設ける場合であっても、開断面形状部分の内側の断面積の５０％以下という比較的小さな断面積のリブを設けるだけで高い強度を確保できるので、このような構造を採用することにより、リブを設けた場合でも最小限の重量増で強度を確保することができる。
【００１４】
なお、請求項６に記載のサブフレームの製造方法は、
開断面形状部分を有するアルミニウム合金製の鋳物である本体と、アルミニウム合金製の蓋とを用いて、前記本体の前記開断面形状部分の開口面に前記蓋を配置して、当該蓋で前記開口面を塞ぎ、前記本体と前記蓋とを摩擦撹拌接合法によって接合することを特徴とする。
【００１５】
このサブフレームの製造方法によれば、請求項１に記載したサブフレームを製造できるので、上述の作用、効果を奏するサブフレームを得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態についていくつかの例を挙げて説明する。
［実施形態１］
図１（ａ）および同図（ｂ）に示すサブフレーム１は、アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ合金）製のグラビティ鋳造法による鋳物である本体１１（開断面形状部分の主肉厚２ｍｍ）と、アルミニウム合金（Ａ６０６１合金）製の蓋１２（厚さ２ｍｍの板材）とを、摩擦撹拌接合法によって接合した構造になっている。なお、サブフレーム１の細部の具体的な形状は、図示したものよりも複雑なものであるが、サブフレーム１の形状そのものは本発明の要部ではないので、形状については簡略化して図示することにする。
【００１７】
本体１１は、ほぼ全体が開断面形状部分によって構成され、例えば図１（ａ）に示したＡ−Ａ線切断部は、図１（ｂ）に示した通り、開断面が表れる形状となっている。本体１１の開断面形状部分の開口面の周縁には、周縁全体にわたって段差部１１ａが形成され、蓋１２を本体１１に配置した際に、段差部１１ａに蓋１２がぴったりと嵌合するように構成されている。
【００１８】
蓋１２は、上記段差部１１ａに配置すると本体１１の開口面全部を塞ぐ形状に加工された板材である。この蓋１２は、工具Ｔによって本体１１に対して摩擦撹拌接合法によって接合される。
より具体的には、本体１１と蓋１２との突き合わせ部分に、先端に突起のついた工具Ｔを回転させながら上から押込む。この時、段差部１１ａは、蓋１２から作用する荷重を受ける硬質な裏当て材として機能する。工具Ｔが当接した部分は、工具の回転運動によって発生する摩擦熱で加熱されて軟化する。この状態で、突き合せ面に沿って工具を移動させると、軟化した突き合わせ部分を塑性流動して撹拌される状態になり、その結果、突き合わせ部分において本体１１と蓋１２とが入り混じって両者間の界面が消失し、両者が接合されることになる。
【００１９】
以上のようにして構成されたサブフレーム１は、接合部にブローホール等の欠陥が無く、接合部分付近の歪みも無く、サブフレームとしての構造試験を実施したところ、サブフレームとして使用するのに充分な強度を有するものであった。
［実施形態２］
図２に示すサブフレーム２は、高い延性を有するアルミニウム合金（ダイカスト合金ＡＤＣ−６）製の高圧ダイカスト鋳造法による鋳物である本体２１（開断面形状部分の主肉厚２〜３．５ｍｍ）と、アルミニウム合金（Ａ５０８３合金）製の蓋２２，２３，２４（厚さ２ｍｍの板材）とを、摩擦撹拌接合法によって接合した構造になっている。
【００２０】
本体２１は、実施形態１と同様、ほぼ全体が開断面形状部分によって構成され、開口面に蓋２２〜２４が嵌合するように構成されている。
蓋２２〜２４は、それぞれが本体２１の開口面を局部的に塞ぐ大きさに加工された板材である。蓋２２〜２４が配置された箇所は、特に高い曲げ剛性および捻り剛性が要求される部分である。なお、これらの蓋２２〜２４が、本体２１に対して摩擦撹拌接合法によって接合される点は、上記実施形態１と同様である。
【００２１】
以上のようにして構成されたサブフレーム２も、接合部にブローホール等の欠陥が無く、接合部分付近の歪みも無く、サブフレームとしての構造試験を実施したところ、サブフレームとして使用するのに充分な強度を有するものであった。
また、蓋２２〜２４が本体２１の開口面を局部的に塞ぐ構造なので、開口面全面を塞ぐ場合よりも軽量化を図ることができた。
【００２２】
［実施形態３］
図３（ａ）および同図（ｂ）に示すサブフレーム３は、高い延性を有するアルミニウム合金（ダイカスト合金ＡＤＣ−６）製の高圧ダイカスト鋳造法による鋳物である本体３１（開断面形状部分の主肉厚２〜３．５ｍｍ）と、アルミニウム合金（Ａ５０８３合金）製の蓋３２（厚さ２ｍｍの板材）とを、摩擦撹拌接合法によって接合した構造になっている。
【００２３】
本体３１は、ほぼ全体が開断面形状部分によって構成され、開口面に蓋３２が嵌合するように構成されている点は、実施形態１，２と同様とであるが、図１（ｂ）に示すように、開断面形状部分の内側にリブ３４が形成されている点において、実施形態１，２とは相違している。このリブ３４は、開断面形状部分の内側の断面積の５０％以下という比較的小さな断面積のリブであるが、本体３１および蓋３２のみでも相当に高い剛性を確保しているので、この程度の小さなリブ３４を設けるだけでも、サブフレーム３に要求される高い強度を十分に確保することができる。
【００２４】
蓋３２は、実施形態１と同様、本体３１の開口面全体を塞ぐ形状で、本体３１に対して摩擦撹拌接合法によって接合されている。
以上のようにして構成されたサブフレーム３も、接合部にブローホール等の欠陥が無く、接合部分付近の歪みも無く、サブフレームとしての構造試験を実施したところ、サブフレームとして使用するのに充分な強度を有するものであった。
【００２５】
また、リブ３４が設けられた構造なので、実施形態１のもの以上に力学的強度に優れており、サブフレームの剛性をより高くすることができた。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されず、この他にも種々の形態で実施することができる。
【００２６】
例えば、接合前の本体については、上述のグラビティ鋳造法や高圧ダイカスト鋳造法以外にも、種々の鋳造法の中から任意に選定される方法で製造することができる。
また、接合前の蓋についても、押出材、鋳造材、鍛造材など、種々の成形法の中から任意に選定される方法で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１のサブフレームを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線切断面の拡大断面図である。
【図２】実施形態２のサブフレームを示す平面図である。
【図３】実施形態３のサブフレームを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線切断面の拡大断面図である。
【符号の説明】
１，２，３・・・サブフレーム、１１，２１，３１・・・本体、１１ａ・・・段差部、１２，２２〜２４，３２・・・蓋、３４・・・リブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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