(57)【要約】【課題】従来よりもコストを削減し且つ生産性を向上し得る材料の穿孔接合方法を提供する。【解決手段】相互に重ね合わせた複数の材料１，２に対し、その重ね方向の一方の側から接合ツール１３を回転しながら押し付け、該接合ツール１３と各材料１，２との間に生じる摩擦熱により各材料１，２を固相状態のまま局所的に軟化させて接合ツール１３を各材料１，２の重ね方向に没入し、これにより各材料１，２間の境界部分１４を撹拌させながら該各材料１，２を貫通せしめて孔明けを行い、然る後、接合ツール１３を引き抜いて前記境界部分１４を硬化させることで各材料１，２間を接合する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に重ね合わせた複数の材料に対し、その重ね方向の一方の側から接合ツールを回転しながら押し付け、該接合ツールと各材料との間に生じる摩擦熱により各材料を固相状態のまま局所的に軟化させて接合ツールを各材料の重ね方向に没入し、これにより各材料間の境界部分を撹拌させながら該各材料を貫通せしめて孔明けを行い、然る後、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各材料間を接合することを特徴とする材料の穿孔接合方法。
【請求項２】
各材料に対し部材をボルト締結するためのボルト孔として孔明けを行うことを特徴とする請求項１に記載の材料の穿孔接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の穿孔接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
例えば、図９に示す如く、二枚のアルミ製の材料１，２を重ね合わせて接合することでサブアッセンブリ化した母材３に対し、鉄製（スチール製）の部材４を取り付けようとした場合には、該部材４をボルト５及びナット６で締結するといった手段を講じなければならない。
【０００４】
そして、このような部材４の母材３への締結を図るに際し、従来にあっては、図１０に示す如く、材料１，２の夫々に取付孔１ａ，２ａと基準孔１ｂ，２ｂとをレーザ、パンチ、ドリル等により高い精度で位置決めして孔明けを行い、次いで、図１１に示す如く、治具７上に具備された基準ピン８を前記基準孔１ｂ，２ｂに通し且つクランプ９で材料１，２を二枚重ねで把持して上下の取付孔１ａ，２ａが正確に位置合せされた状態とし、斯かる状態で各材料１，２をスポット溶接１１により接合するようにしている。
【０００５】
このようにすれば、図１２に示す如く、材料１，２が二枚重ねで一体化されたサブアッセンブリの母材３が得られるので、先の図９に示す通り、この母材３の取付孔１ａ，２ａに対し部材４を貫通させたボルト５を通してナット６で締結すれば、母材３に対し部材４がボルト締結されて取り付けられることになる。
【０００６】
尚、後述する本発明の材料の穿孔接合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】
【０００７】
しかしながら、前述の如き材料１，２の夫々に取付孔１ａ，２ａを穿孔した後に、両取付孔１ａ，２ａを位置合せしてスポット溶接１１による接合を行うのでは、各材料１，２の孔明け工程と接合工程とを順次個別に行わなければならず、しかも、夫々の工程で位置精度や組付け精度を高い精度で要求されることになるため、コストの高騰や生産性の低下が避けられないという問題があった。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、従来よりもコストを削減し且つ生産性を向上し得る材料の穿孔接合方法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】
【０００９】
本発明は、相互に重ね合わせた複数の材料に対し、その重ね方向の一方の側から接合ツールを回転しながら押し付け、該接合ツールと各材料との間に生じる摩擦熱により各材料を固相状態のまま局所的に軟化させて接合ツールを各材料の重ね方向に没入し、これにより各材料間の境界部分を撹拌させながら該各材料を貫通せしめて孔明けを行い、然る後、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各材料間を接合することを特徴とする材料の穿孔接合方法、に係るものである。
【００１０】
而して、このようにすれば、接合ツールにより各材料が重ね方向に貫通されて孔明けが成されると同時に、各材料間の境界部分が摩擦撹拌接合（Friction Stir Welding：略称ＦＳＷ）されることになり、各材料の孔明け工程と接合工程とが同時に施されて工程数が削減され、しかも、従来の如き高い精度で位置決めして各材料に孔明けを行い且つその孔の位置合せを高い精度で行いながら各材料を接合するといった手間が不要となり、工程中に要求される精度が大幅に緩和される。
【００１１】
また、本発明においては、各材料に対し部材をボルト締結するためのボルト孔として孔明けを行うことが好ましく、このようにすれば、各材料の重ね方向に孔明けされた孔をボルト孔として利用し、該ボルト孔に対し部品を貫通させたボルトを通してナットで締結することで各材料に対し部材が取り付けられる。
【発明の効果】
【００１２】
上記した本発明の材料の穿孔接合方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１３】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、各材料の孔明け工程と接合工程とを同時に施して工程数を削減することができ、しかも、その工程中に要求される精度を大幅に緩和することもできるので、従来よりもコストを著しく削減することができ且つ生産性の大幅な向上を図ることができる。
【００１４】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、各材料の重ね方向に孔明けされた孔をボルト孔として利用することによって、各材料に対し部材をボルト締結により取り付けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１〜図８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、アルミ製の相互に重ね合わせた二枚の板状の材料１，２に対し、該各材料１，２の孔明け工程と接合工程とを同時に施す場合を例示している。
【００１７】
図１に示す如く、各材料１，２の夫々には、レーザ、パンチ、ドリル等により基準孔１ｂ，２ｂが予め孔明けされているが、従来において、この基準孔１ｂ，２ｂと一緒に穿孔加工されていた取付孔１ａ，２ａ（図６〜図８参照）は未だ孔明けされていない状態となっている。
【００１８】
そして、図２に示す如く、この取付孔１ａ，２ａが未だ孔明けされていない各材料１，２を治具７上に載せ、該治具７の基準ピン８を前記各材料１，２の基準孔１ｂ，２ｂに通し且つクランプ９で材料１，２を二枚重ねで把持せしめ、各材料１，２の孔明けを施すべき位置の下面側に、ピット部１２ａを備えた裏当て部材１２を配置しておく。
【００１９】
次いで、この裏当て部材１２の各材料１，２を挟んだ上側に配置した接合ツール１３を回転しながら下降して各材料１，２に押し付け、図３〜図６に示す如き手順で各材料１，２の孔明け工程と接合工程とを同時に施す。
【００２０】
即ち、図３に示す如く、重ね合せた材料１，２の上側には、ピン部１３ａを下端に有する円柱状の接合ツール１３が、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ており、図４に示す如く、この接合ツール１３を回転しながら下降させて上側の材料１に押し付けると、該接合ツール１３のピン部１３ａと材料１との間に生じる摩擦熱により材料１が固相状態のまま局所的に軟化して接合ツール１３のピン部１３ａが材料１の重ね方向に没入し、接合ツール１３のピン部１３ａが材料２に到達する。
【００２１】
そして、図５に示す如く、接合ツール１３のピン部１３ａを材料２にも押し付けることで該材料２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、該材料２と前記材料１との境界部分１４が撹拌されつつ接合ツール１３のピン部１３ａが更に下降して材料２の下面側まで突き抜ける。
【００２２】
然る後、図６に示す如く、接合ツール１３を上方へ引き抜いて前記境界部分１４を硬化させると、前記接合ツール１３のピン部１３ａを引き抜いた跡に取付孔１ａ，２ａが残って孔明けが完了すると同時に、各材料１，２間の境界部分１４が摩擦撹拌接合（Friction Stir Welding：略称ＦＳＷ）されて各材料１，２が強固に接合される。
【００２３】
この結果、各材料１，２の孔明け工程と接合工程とが同時に施されて工程数が削減され、しかも、従来の如き高い精度で位置決めして各材料１，２に孔明けを行い且つその孔の位置合せを高い精度で行いながら各材料１，２を接合するといった手間が不要となって、工程中に要求される精度が大幅に緩和されることになる。
【００２４】
従って、上記形態例によれば、各材料１，２の孔明け工程と接合工程とを同時に施して工程数を削減することができ、しかも、その工程中に要求される精度を大幅に緩和することもできるので、従来よりもコストを著しく削減することができ且つ生産性の大幅な向上を図ることができる。
【００２５】
また、このようにすれば、図７に示す如く、各材料１，２間で「ずれ」を生ずることなく取付孔１ａ，２ａを穿孔加工したサブアッセンブリの母材３が完成するので、各材料１，２の重ね方向に孔明けされた取付孔１ａ，２ａをボルト孔として利用し、図８に示すように、取付孔１ａ，２ａに対し部材４を貫通させたボルト５を通してナット６で締結するようにすれば、各材料１，２から成る母材３に対し部材４をボルト締結により取り付けることができる。
【００２６】
尚、本発明の材料の穿孔接合方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、各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、また、孔明けにより明く孔はボルト孔以外の用途に用いても良く、この孔を接合ツールを移動させることにより長孔状に孔明けするようにしても良いこと、また、各材料は三層以上重ね合わせるようにしても良いこと、また、各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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を実施する形態の一例の加工前の状態を示す断面図である。
【図２】図１の各材料を接合ツールで加工している状態を示す断面図である。
【図３】図２の接合ツールによる加工の詳細を説明する断面図である。
【図４】図３の接合ツールのピン部が下側の材料に到達した状態を示す断面図である。
【図５】図４の接合ツールのピン部が下側の材料を貫通した状態を示す断面図である。
【図６】図５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。
【図７】図２の各材料から成る母材の完成状態を示す断面図である。
【図８】図７の母材に対し部材をボルト締結した状態を示す断面図である。
【図９】従来例を示す断面図である。
【図１０】図９の各材料の孔明け工程を説明する断面図である。
【図１１】図１０の各材料の接合工程を説明する断面図である。
【図１２】図１１の各材料から成る母材の完成状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  材料
１ａ  取付孔（ボルト孔）
２  材料
２ａ  取付孔（ボルト孔）
４  部材
５  ボルト
６  ナット
１３  接合ツール
１４  境界部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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