(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共に中空である第１部材及び第２部材の側面部に嵌合用の切欠き部が設けられ、
これら切欠き部が、切欠き部を通じて両部材間に立方体状ないしは直方体状の中子が配置されるように交差状に嵌合され、かつ、この嵌合部における両部材間の空隙を埋める態様において中子が配置され、
第１部材と中子とが重ね継手形式にて接合されると共に、第２部材と中子とが重ね継手形式にて接合される態様に、第１部材と第２部材とがこの中子を介して接合され、
第１、第２部材の交差部において、第２部材における、切欠き部のある側とは反対の側の壁の外面部、及び、第１部材における、切欠き部のある側とは反対の側の壁の外面部から、それぞれ中子に対して摩擦撹拌接合が施されていることを特徴とする部材同士の交差部嵌合接合構造。
【請求項２】
第１部材及び第２部材がフレーム材により構成され、
請求項１に記載の部材同士の交差部嵌合接合構造が適用されてなることを特徴とする自動車のスペースフレーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のアルミニウム製スペースフレームのフレーム材のクロス部などに用いられる部材同士の交差部嵌合接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、自動車のフレーム構造として、アルミニウム製スペースフレームが用いられるようになってきており、フレーム材の交差部、特にクロス部の構造についての検討が進められている状況にある。
【０００３】
図５には、その一例を示す。両フレーム材（５１）（５２）は、断面方形状のアルミニウム製中空押出型材によるもので、その長手方向の中間部の側面部に、内部中空部を側方に開放する態様の切欠き部（５１ａ）（５２ａ）が設けられており、これら切欠き部（５１ａ）（５２ａ）をしっくりとした嵌合状態に互いに嵌合させて、スペースフレームのクロス部を形成するようになされている。両フレーム材（５１）（５２）の接合には、この嵌合部において、図５（ロ）（ハ）に示されるように、フレーム材（５１）（５２）の肉同士の境界部のうち、突き合わせ状態となっている部分（５３）に対して外方より摩擦撹拌接合を施したり、あるいはまた、ボルトやリベットによって機械的に接合する方法が採られ得る。図５において、網点部分は摩擦撹拌接合部を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなクロス嵌合部を摩擦撹拌接合にて接合した構造では、コーナー部に対して接合用ツールを作用させることができないという摩擦撹拌接合法固有の理由から、上記のように、両フレーム材（５１）（５２）の肉の境界部分のうち、突き合わせ状態となる部分（５３）に対してだけの接合となる。この突き合わせ部分（５３）は、ねじれや引っ張り等の力が作用した場合に大きな応力が作用する箇所であり、従って、摩擦撹拌接合部に破断を生じさせるおそれがあり、強度的に問題がある。
【０００５】
また、切欠き部（５１ａ）（５２ａ）に寸法精度上の誤差がある場合、突き合わせ部（５３）の外面側に段差を生じて摩擦撹拌接合に適した平坦な突き合わせ部が得られないことから、切欠き部（５１ａ）（５２ａ）の加工には高精度が要求されるという問題もある。
【０００６】
また、ボルトやリベットによる機械的接合では、クロス嵌合部内に存在する空隙のため、強く締めると嵌合部に潰れなどの変形を生じることがあり、強固に接合することが難しい。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、部材同士の交差部の嵌合部を強度的に強くしっかりと接合することのできる部材同士の交差部嵌合接合構造を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、第１部材の側面部に嵌合用の切欠き部が設けられると共に、該嵌合用切欠き部に第２部材が交差状に嵌合され、かつ、この嵌合部における両部材間の空隙を埋める態様において中子が配置され、第１部材と第２部材とがこの中子を介して接合されていることを特徴とする部材同士の交差部嵌合接合構造によって解決される。
【０００９】
即ち、嵌合部における両部材間の空隙を埋める態様において中子が配置されていることにより、この中子を利用した強固な接合が可能となる。例えば、摩擦撹拌接合法による場合、第１部材と中子、第２部材と中子を、それぞれ重ね継手形式にて摩擦撹拌接合することが可能となり、接合部にねじれや引っ張りによる応力が作用しにくくなり、両部材を強固にしっかりと接合することができるようになる。また、突き合わせ部における接合でなくともよくなるから、切欠き部の加工に高精度が要求されるということもなくなる。また、ボルトやリベットなどによる機械的接合の場合、締付けによる潰れ方向の力を中子が支えて、部材に潰れを生じさせることなく強固に接合することが可能となる。更に、中子の利用により接合面積が拡大され、接着剤による接合なども可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
本実施形態は、図１及び図２に示されるように、自動車のスペースフレームのフレーム材（１）（２）のクロス部の嵌合接合構造に適用した場合のものである。即ち、フレーム材（１）が本発明の第１部材であり、フレーム材（２）が第２部材である。
【００１２】
第１、第２の両フレーム材（１）（２）は、断面方形状のアルミニウム製中空押出型材によるもので、図１に示されるように、それらの長手方向の中間部の側面部にそれぞれ、内部中空部を側方に開放する態様の切欠き部（１ａ）（２ａ）が設けられている。これら切欠き部（１ａ）（２ａ）をしっくりとした嵌合状態に互いに嵌合させることによって、スペースフレームのクロス部が形成される。
【００１３】
本発明では、これら両フレーム材（１）（２）のクロス部における接合に中子（８）を用いる。中子（８）は、アルミニウム製であり、立方体状ないしは直方体状のもので、各フレーム材（１）（２）の切欠き部（１ａ）（２ａ）を通じて、両フレーム材（１）（２）のクロス嵌合部における空隙（１０）内にしっくりと嵌合配置されるものとなされており、この中子（８）によって、クロス部内の空隙（１０）が埋められるようになされている。
【００１４】
第１実施形態では、図２に示されるように、上記のようにして中子（８）を備えさせた第１、第２のフレーム材（１）（２）のクロス部において、第２フレーム材（２）における、切欠き部（２ａ）のある側とは反対の側の壁（２ｂ）の外面部、及び、第１フレーム材（１）における、切欠き部（１ａ）のある側とは反対の側の壁（１ｂ）の外面部から、それぞれ中子（８）に対して重ね継手形式にて摩擦撹拌接合を施し、両フレーム材（１）（２）を接合する。
【００１５】
摩擦撹拌接合法は、金属製の部材同士を固相接合させるもので、図３に示されるような回転子（３）を接合用のツールとして用いる。この回転子（３）は、円柱状回転子本体（９）の先端軸芯部に、この本体（９）よりも径小なピン状の摩擦撹拌用プローブ（４）を同軸一体に突設させたもので、硬質で耐熱性に優れた、鋼などの材料にて製作されている。
【００１６】
接合は、次のようにして行う。即ち、図３に示されるように、この回転子（３）を自軸回りで回転させながら、そのプローブ（４）の先端を、第２フレーム材（２）における、切欠き部（２ａ）のある側とは反対側の壁（２ｂ）の外面に押付け状態に当接させ、その摩擦熱で当接部分を軟化可塑化させる。そして、回転子（３）を更に同壁（２ｂ）に押し付け、プローブ（４）をこの壁（２ｂ）の肉と中子（８）の肉とに及ぶように肉厚方向に挿入していき、回転子本体（９）の先端のショルダー部（６）を第２フレーム材（２）の壁（２ｂ）の外面に押付け状態に当接させる。しかる後、その回転状態を維持しながら、回転子（３）を移動させる。回転子（３）の通過する部分では、周辺の材料が、回転子（３）の回転による摩擦熱で軟化撹拌され、かつ、回転子本体（９）のショルダー（６）にて飛散を規制されながらプローブ（４）の通過溝を埋めるように塑性流動したのち、熱を急速に失って冷却固化される。こうして、第２フレーム（２）の壁（２ｂ）の肉及び中子（８）の肉の軟化、密着変形、撹拌、冷却固化が回転子（３）の移動に伴って順次繰り返されていき、第２フレーム材（２）の壁（２ｂ）と中子（８）とが互いに接合（７）される。
【００１７】
また、第１フレーム材（１）における、切欠き部（１ａ）のある側とは反対の側の壁（１ｂ）と中子（８）についても、上記と同様にして摩擦撹拌接合していく。以上により、第１フレーム材（１）と第２フレーム材（２）とのクロス部が、図２に示されるように接合される。このように、この摩擦撹拌接合法は、材料を溶融させることなく軟化状態で接合させるものであり、溶接の場合のような熱影響等による品質面での問題が発生せず、高品質な接合部（７）（７）が形成される。
【００１８】
なお、プローブ（４）の外周面には、ネジ（５）が形成されている。回転子  （３）はネジ（５）の螺旋方向とは逆の方向に回転駆動されるものとなされて、部材の肉へのプローブ（４）の回転挿入中、プローブ（４）をワークへの挿入方向とは逆の方向に付勢し、その付勢力の反力にて軟化させた肉を効果的に撹拌するものとなされている。プローブ（４）の外周面には、ネジ（５）に替え、各種の溝や凹凸が形成されたものであってもよい。このような構成のプローブ（４）を用いることにより、上記のような重ね継手形式での接合をより一層しっかりとしたものにすることができる。
【００１９】
上記の接合構造では、両フレーム材（１）（２）のクロス部の嵌合部内の空隙（１０）を埋める態様において中子（８）が配置されているから、上記のように、この中子（８）を利用して、第１フレーム材（１）と中子（８）、第２フレーム材（２）と中子（８）を、それぞれ重ね継手形式にて摩擦撹拌接合でき、接合面積を広く確保し得て両フレーム材（１）（２）を強固に接合することができる。しかも、この重ね継手形式の接合により、両フレーム材（１）（２）の肉の突き合わせ部での接合を排除することもでき、切欠き部（１ａ）（２ａ）の加工に若干の寸法誤差があっても許容される。また、断面方形のフレーム材にして、各フレーム材（１）（２）の壁（１ｂ）（２ｂ）の中央部分において摩擦撹拌接合を施し接合しえたものであるから、フレーム材（１）（２）にねじりや引っ張り等の力が作用してもこれら接合部（７）（７）に大きな応力が作用するということも回避できて、破断等の不具合発生のおそれも低減し得る。なお、摩擦撹拌接合は、接合用ツール（３）を移動させることなく行うようにして点状の接合部を形成するようにしてもよい。
【００２０】
図４に示される第２実施形態は、リベット（１１）（１１）による機械接合によって両フレーム材（１）（２）のクロス部を接合する場合のものである。第１、第２フレーム材（１）（２）の壁（１ｂ）（２ｂ）及び中子（８）には通孔（１ｃ）（２ｃ）（８ａ）が互いに連通して開けられ、そこにリベット（１２）が通され、両フレーム材（１）（２）が中子（８）を介して機械的に接合されている。なお、リベットに代え、ボルトを通孔（１ｃ）（２ｃ）（８ａ）に通しナットにて締結した機械接合によるものなどであってもよい。リベット（１１）（１１）やボルトによる機械的接合の場合、締付けによる潰れ方向の力を中子（８）が支えることとなって、フレーム材（１）（２）に潰れを生じさせることなく強固に締結することができる。
【００２１】
また、接合構造としては、中子（８）の外面と各フレーム材（１）（２）の内壁面とを接着剤にて接合したものであってもよい。それらの面を利用して接着面積広く確保し得て強固に接合することができる。
【００２２】
以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、フレーム材の端部同士を中子を介して接合する構造や、一方のフレーム材の端部をもう一方のフレーム材の長手方向中間部において中子を介して接合する構造など、フレーム材同士の各種交差部の嵌合接合構造として用いられてよい。また、一方のフレーム材が中空で、もう一方の部材が帯板状などの中実材の場合や、あるいは、溝型材などによる半中空のフレーム材同士の交差部嵌合接合構造として用いられてもよい。要は、両材の交差嵌合部内にその空隙を埋める態様において中子が配置された構造のものであればよい。また、自動車のスペースフレームのフレーム材への適用に限られるものではなく、各種構造物のフレーム材の交差部嵌合接合構造や、あるいはまた、広く各種部材の交差部嵌合接合構造として用いられてもよい。また、嵌合用の切欠き部は、少なくとも一方の部材に形成されていればよい。また、部材や中子に材質的な制限はなく、アルミニウム以外の金属材や、合成樹脂材の交差部嵌合接合構造として用いられてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
上述の次第で、本発明の部材同士の交差部嵌合接合構造は、第１部材の側面部に嵌合用の切欠き部が設けられると共に、該嵌合用切欠き部に第２部材が交差状に嵌合され、かつ、この嵌合部における両部材間の空隙を埋める態様において中子が配置され、第１部材と第２部材とがこの中子を介して接合されているものであるから、例えば、摩擦撹拌接合法や、ボルトやリベットなどによる機械的接合法にて、部材同士の交差部の嵌合部を強度的に強くしっかりと接合することができる。しかも、接着剤などによってもしっかりと接合でき、接合法の適用範囲を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すもので、両フレーム材及び中子を分離状態にして示す斜視図である。
【図２】同実施形態を示すもので、図（イ）は接合部の斜視図、図（ロ）は図（イ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】同実施形態における接合法を示すもので、図（イ）は断面図、図（ロ）は平面図である。
【図４】第２実施形態を示すもので、図（イ）は接合部の斜視図、図（ロ）は図（イ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図５】先行技術を示すもので、図（イ）は両フレーム材を分離状態にして示す斜視図、図（ロ）は接合部の斜視図、図（ハ）は図（ロ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
１…第１フレーム材（第１部材）
１ａ…切欠き部
２…第２フレーム材（第２部材）
７…接合部
８…中子
１０…空隙
【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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