(57)【要約】【課題】溶接の問題を解決しつつ金属板母材を損傷することなく一定のボルト締着力で取付相手に固定できる金属構造物を提供する。【解決手段】シートメタル11と平ワッシャ12との嵌合境界部分を摩擦攪拌接合部24により一体化接合する。この摩擦攪拌接合部24の形成は、ピン状本体21の先端中央部に突起部（ブローブ）22を突設した回転工具20を用いて行なう。すなわち、回転工具20を回転させながら、突起部22をシートメタル11と平ワッシャ12とを突合わせた接合部に押込みながら、摩擦熱で軟化(塑性流動化)した金属材料を攪拌接合しながら、ピン状本体21の先端面に形成したショルダ部23により、その摩擦攪拌接合部24の表面を押さえて整える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
穴が穿設された金属板母材と、
金属板母材の穴に密着嵌合されボルト挿入穴を有し金属板母材より硬度の高い座金部材と、
金属板母材と座金部材との嵌合境界部分を摩擦攪拌接合により一体化した摩擦攪拌接合部と
を具備したことを特徴とする金属構造物。
【請求項２】
金属板母材は、シートメタルであり、
座金部材は、平ワッシャである
ことを特徴とする請求項１記載の金属構造物。
【請求項３】
シートメタルは、
複数の金属板間に制振材を挟み込んだラミネート構造シートメタルである
ことを特徴とする請求項２記載の金属構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルト締着に適する金属構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来より使用されているシートメタル１をフレーム２に取付けるシートメタル取付構造を示し、通常、シートメタル１が軟質金属薄板であるので、フレーム２にこのシートメタル１を取付けるため、シートメタル１のボルト締結穴３の周辺のボルト締結座面に平ワッシャ４を介在させ、フレーム２のボルト穴５の裏面には裏ナット６を溶接し、シートメタル１の装着時のボルト７での締結を可能としている。
【０００３】
そして、シートメタル１側のボルト締結穴３をフレーム２のボルト穴５に位置決めして、フレーム２側の裏ナット６の雌ねじが見えるようにシートメタル１を当てがい、このシートメタル１のフレーム２との接触面の反対側から、平ワッシャ４を嵌込んだボルト７を上記裏ナット６の雌ねじにねじ込み締付け、この締付けを終えた時点で、ボルト７の締付けトルクを管理し、ボルト７に初期張力を発生させ、シートメタル１の接触部の離反を防止している。
【０００４】
また、シートメタルの穴に硬質のリング状部材を嵌着して、レーザーまたは電子ビームによりシートメタルにリング状部材を溶接した金属構造物がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表平１０−５０７１４４号公報（第１１−１３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図６で示される構造のシートメタル取付構造では、以下のような問題点がある。
【０００６】
シートメタル１は、プレス成型されるため軟質の薄い金属で製作されているので、平ワッシャ４を介してボルト締結する際に、ボルト７の締付トルクを大きくして十分な軸力をもたせようとしても、シートメタル１の接触部分に降伏が発生しやすい。そのため、ボルト７をフレーム２側の裏ナット６の雌ねじにねじ込んでいく際に、ボルト締付トルクを高めにできず、摩擦係数のばらつきでボルト７に十分な軸力を持たせることができない場合がある。
【０００７】
したがって、シートメタル１の振動で、ボルト７の緩みが発生するおそれが大きい。さらに、逆に大きなトルクで締付けると、シートメタル１に早い時期にクラックが発生する場合がある。
【０００８】
さらに、内部機器をメンテナンスする時、シートメタル１を取外し取付けるが、従来構造では、ボルト７の頭部の座面に取付けた平ワッシャ４が分離されているため、サービスマンが組立中に平ワッシャ４を紛失したまま組立ててしまうおそれがあり、ボルト７に十分な軸力を持たせることができない、シートメタル１にクラックが発生しやすいなどの問題がある。
【０００９】
また、特許文献１に示されたシートメタルにレーザーまたは電子ビームによりリング状部材を溶接した金属構造物は、上記のような問題は防止できるものの、溶接部分に凝固割れや空孔が発生する問題がある。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、溶接の問題を解決しつつ金属板母材を損傷することなく一定のボルト締着力で取付相手に固定できる金属構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の発明は、穴が穿設された金属板母材と、金属板母材の穴に密着嵌合されボルト挿入穴を有し金属板母材より硬度の高い座金部材と、金属板母材と座金部材との嵌合境界部分を摩擦攪拌接合により一体化した摩擦攪拌接合部とを具備した金属構造物である。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の金属構造物において、金属板母材をシートメタルとし、座金部材を平ワッシャとしたものである。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の金属構造物におけるシートメタルを、複数の金属板間に制振材を挟み込んだラミネート構造シートメタルとしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、金属板母材と硬度のより高い座金部材とを摩擦攪拌接合部により一体化したので、ボルト締着力を座金部材で受けることにより、金属板母材を損傷することなく一定のボルト締着力で取付相手に固定できる。また、摩擦攪拌接合部には、溶接した場合のような凝固割れや空孔の発生がないので、金属板母材に座金部材を確実に一体化できる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、シートメタルと平ワッシャとを摩擦攪拌接合部により一体化したので、ボルト締着力を平ワッシャで受けることにより、シートメタルを損傷することなく一定のボルト締着力で取付相手に固定できるとともに、シートメタルに平ワッシャを確実に一体化できる。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、ラミネート構造シートメタルと平ワッシャとを摩擦攪拌接合部により一体化したので、ボルト締着力を平ワッシャで受けることにより、制振材の部分変形および金属板接触部分の降伏による陥没を防止できることで、ラミネート構造シートメタルを一定のボルト締着力で取付相手に固定でき、また、摩擦攪拌接合部によりラミネート構造シートメタルに平ワッシャを確実に一体化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を図１乃至図３に示された一実施の形態、図４および図５に示された他の実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
先ず、図１乃至図３に示された一実施の形態を説明すると、図１（ａ）に示されるように、金属板母材としてのシートメタル11のボルト穴周辺に、シートメタル11より硬度の高い座金部材としての平ワッシャ12の外径とほぼ同径の穴13を穿設形成しておく。
【００１９】
この平ワッシャ12には、締着ボルトを通すためのボルト挿入穴14が穿設されている。また、この平ワッシャ12の厚みはシートメタル11とほぼ同等で、平ワッシャ12の硬度はシートメタル11より高いものにする。
【００２０】
図１（ｂ）に示されるように、上記シートメタル11の穴13に、上記平ワッシャ12を同一平面となるように密着嵌合し、図２および図３に示されるように、所定のクランプジグ15，16によりシートメタル11および平ワッシャ12をそれぞれ取付基板17に固定する。
【００２１】
図１（ｃ）に示されるように、シートメタル11と平ワッシャ12との嵌合境界部分に、摩擦攪拌接合法を施す。
【００２２】
この摩擦攪拌接合法は、図３に示されるようなピン状本体21の先端中央部に突起部（ブローブ）22が突設された回転工具20を用いて金属材料間を接合するものであり、回転工具20を回転させながら、突起部22をシートメタル11と平ワッシャ12とを突合わせた嵌合境界部分に押込みながら、摩擦熱で軟化(塑性流動化)した金属材料を攪拌接合しながら、ピン状本体21の先端面に形成されたショルダ部23により、その摩擦攪拌接合部24の表面を押さえて整える金属接合法であり、通常の溶解溶接とは異なり、シートメタル11および平ワッシャ12を溶融せずに接合する固相接合法である。この摩擦攪拌接合部24には、溶接に特有な凝固割れや空孔が発生せず、金属組織は強加工された組織となり、機械的性質に優れている。
【００２３】
この摩擦攪拌接合法によって、図１（ｄ）に示されるように、シートメタル11と平ワッシャ12との嵌合境界部分が摩擦攪拌接合部24により一体化接合された金属構造物が得られる。
【００２４】
次に、この図１乃至図３に示された実施の形態の作用効果を説明する。
【００２５】
シートメタル11と、硬度のより高い平ワッシャ12とを摩擦攪拌接合部24により一体化したので、図１（ｄ）に示されるように平ワッシャ12のボルト挿入穴14に挿入したボルト25によるシートメタル装着時のボルト締着力を平ワッシャ12で受けることにより、シートメタル11を損傷することなく一定のボルト締着力で取付相手に固定できる。
【００２６】
すなわち、図６に示されるような硬度の高い平ワッシャ４を介して軟質のシートメタル１をボルト締着する場合のような、ボルトねじ込みトルク値の制約が無くなり、十分なボルト軸力を発生させることができる。
【００２７】
また、ボルト25の締付時に発生するボルト軸力で、ボルト頭部の座面と、当接された平ワッシャ12との間に十分な摩擦力が発生し、ボルト25の緩みに対する抵抗トルクを十分大きくすることができる。
【００２８】
さらに、摩擦攪拌接合部24により、平ワッシャ12がシートメタル11に一体形成されているので、メンテナンスや組立時にボルト25から平ワッシャが離脱したまま誤って組立ててしまうおそれを防止できる。
【００２９】
また、摩擦攪拌接合部24には、溶接した場合のような凝固割れや空孔の発生がなく、シートメタル11に平ワッシャ12を確実に一体化できる。
【００３０】
したがって、組立性および整備性を改善できるとともに、ボルト25の緩みやシートメタル11の割れなどの不具合も防止でき、信頼性を向上できる。
【００３１】
次に、図４および図５に示された実施の形態を説明する。なお、図１乃至図３に示された実施の形態と同様の部分には、同一符号を付して、その説明を省略する場合もある。
【００３２】
図４（ａ）に示されるように金属板母材は、複数の薄い軟質の金属板11m間に制振材11dを挟み込んでプレス成形されたラミネート構造シートメタル11Ｌである。このラミネート構造シートメタル11Ｌは、ラミネート鋼板シートメタルとも称され、制振材11dにより、機体や機器の振動で発生する「ビビリ音」を抑制できる。
【００３３】
一方で、このラミネート構造シートメタル11Ｌは、ボルト締着力を直接受けると、制振材11dの部分変形と、金属板11mのボルト接触部分の降伏とにより陥没が発生しやすく、十分なボルト締付トルクが得られないとともに、過大なボルト締付トルクにより破損しやすい性質がある。
【００３４】
そこで、このラミネート構造シートメタル11Ｌに穿設された穴13に、図４（ｂ）に示されるようにボルト挿入穴14を有しラミネート構造シートメタル11Ｌより硬度の高い座金部材としての平ワッシャ12を密着嵌合し、図４（ｃ）に示されるようにその嵌合境界部分を摩擦攪拌接合により一体化して、図４（ｄ）に示されるように摩擦攪拌接合部24を形成する。また、図５に示されるように、摩擦攪拌接合の際は、クランプジグ15，16によりラミネート構造シートメタル11Ｌおよび平ワッシャ12をそれぞれ取付基板17に固定する。
【００３５】
このように、ラミネート構造シートメタル11Ｌと平ワッシャ12とを摩擦攪拌接合部24により一体化したので、図４（ｄ）に示されるボルト25の締着力を平ワッシャ12で受けることにより、制振材11dの部分変形および金属板接触部分の降伏による陥没を防止でき、これにより、ラミネート構造シートメタル11Ｌを一定のボルト締着力で取付相手に固定できる。また、摩擦攪拌接合部24により、ラミネート構造シートメタル11Ｌに平ワッシャ12を確実に一体化できる。
【００３６】
さらに、このラミネート構造シートメタル11Ｌは、ラミネート構造でない前記シートメタル11と同様の効果を有するが、その説明は省略する。
【００３７】
本発明は、シートメタル11、ラミネート構造シートメタル11Ｌのような薄肉金属板母材に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る金属構造物の一実施の形態の形成工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を示す斜視図である。
【図２】同上金属構造物の形成に必要な摩擦攪拌接合法を示す平面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】本発明に係る金属構造物の他の実施の形態の形成工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を示す斜視図である。
【図５】同上形成工程（ｃ）の断面図である。
【図６】従来のシートメタル取付構造を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
11    金属板母材としてのシートメタル
11Ｌ  ラミネート構造シートメタル
11m     金属板
11d     制振材
12    座金部材としての平ワッシャ
13    穴
14    ボルト挿入穴
24    摩擦攪拌接合部
【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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