JP2007167938A

JP2007167938A - 部材の取付方法

Info

Publication number: JP2007167938A
Application number: JP2005372634A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fukuda; 浩史福田
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: JP4776372B2

Abstract

【課題】設計上の制約となるような突起物の張り出し及び緩みや脱落等の心配がなくて済む部材の取付方法を提供する。
【解決手段】第一材料１に予め穿設してある取付孔３に対し、該取付孔３より大きな外径のフランジ部４を基端側に備えたボルト５の先端側を挿通し、第一材料１に前記フランジ部４を被覆するように第二材料２を重ね合わせ、前記フランジ部４に対応させて配置した接合ツール７を回転しながら第二材料２に押し付け、該第二材料２と接合ツール７との間に生じた摩擦熱で前記フランジ部４周囲の第二材料２を固相状態のまま局所的に軟化させて前記フランジ部４を埋没させ、該フランジ部４周囲の軟化した第二材料２を第一材料１の表面に密着せしめてから前記接合ツール７を引き抜き、前記フランジ部４周囲の第二材料２を硬化させてボルト５を第一材料１及び第二材料２に対し固定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、部材の取付方法に関するものである。

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。

例えば、図５に示す如く、従来において、アルミ製の母材ａに鉄製（スチール製）のボルトｂを取り付けようとした場合には、該ボルトｂを鉄製（スチール製）のセッティングプレートｃに溶接した上で、該セッティングプレートｃを前記アルミ製の母材ａに対しボルトｄ及びナットｅで締結するといった手段を講じなければならなかった。

尚、後述する本発明の部材の取付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。
特開２００４−１３６３６５号公報

しかしながら、前述の如きセッティングプレートｃを介在させたボルト締結を採用した場合には、母材ａの表裏面にボルトｄやナットｅが突起物として張り出すため、これらの突起物の占有スペースを設計上で確保しなければならないという制約があり、しかも、ボルトｄやナットｅによる締結では緩みや脱落等の心配もあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、設計上の制約となるような突起物の張り出し及び緩みや脱落等の心配がなくて済む部材の取付方法を提供することを目的としている。

本発明は、第一材料に予め穿設してある取付孔に対し、該取付孔より大きな外形のフランジ部を基端側に備えた被取付部材の先端側を挿通し、第一材料に前記フランジ部を被覆するように第二材料を重ね合わせ、前記フランジ部に対応させて配置した接合ツールを回転しながら第二材料に押し付け、該第二材料と接合ツールとの間に生じた摩擦熱で前記フランジ部周囲の第二材料を固相状態のまま局所的に軟化させて前記フランジ部を埋没させ、該フランジ部周囲の軟化した第二材料を第一材料の表面に密着せしめてから前記接合ツールを引き抜き、前記フランジ部周囲の第二材料を硬化させて被取付部材を第一材料及び第二材料に対し固定することを特徴とする部材の取付方法、に係るものである。

而して、このようにすれば、摩擦熱により固相状態のまま軟化したフランジ部周囲の第二材料が第一材料に密着されて融点以下の温度条件で加圧されることにより、その接合面間に生じる原子の拡散で第一材料と第二材料とが拡散接合され、これら第一材料と第二材料との間に埋没したフランジ部が強固に挾持されて被取付部材の第一材料及び第二材料に対する良好な固定が実現される一方、前記被取付部材の先端側が第一材料の取付孔から張り出して使用可能な状態となる。

この際、被取付部材のフランジ部は、第一材料と第二材料との間に埋没して固定されることになり、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物が第一材料及び第二材料から張り出すことがないため、この種の突起物の占有スペースを確保するといった設計上の制約がかからなくて済み、しかも、ボルト締結を採用した場合のような緩みや脱落等の心配もなくなる。

また、本発明においては、フランジ部の第一材料側への対峙面に突起部を予め形成しておき、該突起部を摩擦熱により軟化した第一材料側に嵌入せしめることが好ましく、このようにすれば、前記突起部の第一材料側への嵌入によりフランジ部の軸心回りの動きが規制され、第一材料及び第二材料に対し被取付部材の回り止めの効果が奏されることになる。

更に、本発明においては、第一材料における取付孔を取り囲む位置に、溝部を内側面に備えた接合孔を予め穿設しておき、第一材料に重ね合わせた第二材料における前記接合孔に対応する位置に接合ツールを回転しながら押し付け、該第二材料と接合ツールとの間に生じた摩擦熱で前記第二材料を固相状態のまま局所的に軟化させて第一材料の接合孔へ入り込ませ、該接合孔に入り込ませた第二材料側に前記溝部と嵌合する係合部を形成せしめてから前記接合ツールを引き抜き、前記係合部を硬化させて第一材料と第二材料とを接合することが好ましい。

このようにすれば、第一材料の接合孔内に入り込んで硬化した第二材料が前記第一材料側の溝部との間に係合部を形成し、該係合部と前記溝部との嵌合により抜け止め効果が奏されて第一材料と第二材料とが強固に接合されるので、このように第一材料における取付孔を取り囲む位置で第一材料と第二材料との強固な接合が図られれば、被取付部材の第一材料及び第二材料に対する固定が大幅に補強されることになる。

しかも、第一材料の接合孔内に入り込む第二材料は、前記第一材料側との間に係合部を形成するだけであり、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物が張り出すことがないため、この種の突起物の占有スペースを確保するといった設計上の制約がかからなくて済み、しかも、ボルト締結を採用した場合のような緩みや脱落等の心配もない。

また、このような第一材料の接合孔に対し第二材料を軟化させて入り込ませるために必要な接合ツールには、被取付部材のフランジ部周囲の第二材料を軟化させて第一材料に密着させるための接合ツールを兼用させることが可能であるので、接合ツールを交換せずに被取付部材の固定とその補強を連続的に実現することが可能となる。

上記した本発明の部材の取付方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物の張り出しがないことから設計上の制約を大幅に緩和することができると共に、ボルト締結の場合の如き緩みや脱落等の心配も解消することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、第一材料及び第二材料に対し被取付部材の確実な回り止めを図ることができるので、被取付部材がボルトやナット等であっても十分なトルク強度を付与することができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、第一材料の取付孔を取り囲む位置で第一材料と第二材料とを強固に接合することができ、これにより被取付部材の第一材料及び第二材料に対する固定を大幅に補強することができるので、被取付部材の固定強度をより一層向上することができ、しかも、接合ツールを交換せずに被取付部材の固定とその補強を連続的に実現することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図４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、アルミ製の第一材料１及び第二材料２を母材として、これら二枚重ねの母材に対し鉄製（スチール製）のボルト５（被取付部材）を取り付ける場合を例示している。

図１に示す如く、第一材料１には、その厚さ方向に貫通する取付孔３が穿設され、該取付孔３より大きな外形のフランジ部４を基端側に備えたボルト５の先端側が前記取付孔３に対し挿通されており、前記フランジ部４を被覆するように第二材料２が第一材料１の上に重ね合わせてあり、第一材料１の下面側（反第二材料２側）には、前記ボルト５の先端側を収容可能なピット部６ａを有する治具６が配置されている。

尚、ここに図示している例においては、ボルト５のフランジ部４における下面（第一材料１側への対峙面）に、その周方向に所要間隔を隔てて複数の突起部５ａが形成されている。

更に、前記第二材料２の上側には、前記ボルト５のフランジ部４より大きな外形を有する円柱状の接合ツール７が前記接合孔９と同心状に配置されており、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るようになっている。

また、本形態例においては、第一材料１における取付孔３を取り囲む位置に、螺旋状（ネジ山状）の溝部８を内側面に備えた接合孔９が予め穿設されており、前記第一材料１の下面側（反第二材料２側）には、前記接合孔９の下端部を閉塞し得るようフラットな上面の裏当て部材１０が配置されている。

尚、ここに図示している例では、前記第二材料２の下面における取付孔３と対峙する位置に、前記ボルト５のフランジ部４及び突起部５ａの厚さ寸法分に相当する高さ寸法で且つ前記フランジ部４より大きな外形の凹部１１を形成し、第一材料１と第二材料２との間にフランジ部４及び突起部５ａを挟んだ状態としても、第二材料２下面の大半が第一材料１の上面に当接してガタつきが生じないようにしてある。

そして、このように重ね合わせた第一材料１及び第二材料２に対しボルト５を取り付けるにあたっては、図１の状態から図２に示すように接合ツール７を回転しながら下降して下端部を第二材料２に押し付け、該第二材料２と接合ツール７との間に生じた摩擦熱で前記フランジ部４周囲の第二材料２を固相状態のまま局所的に軟化させて前記接合ツール７を所要深さまで沈降せしめると、図３に示す如く、フランジ部４周囲の軟化した第二材料２により前記フランジ部４が埋没されると共に、摩擦熱により軟化した第一材料１側に対しフランジ部４の下面の各突起部５ａが嵌入されることになる。

また、前記フランジ部４周囲の軟化した第二材料２が第一材料１の表面に密着されて融点以下の温度条件で加圧されることにより、その接合面間に生じる原子の拡散で第一材料１と第二材料２とが拡散接合されることになるので、然る後に、図４に示す如く、前記接合ツール７を上方へ引き抜いてフランジ部４周囲の第二材料２を硬化させると、第一材料１と第二材料２との間に埋没したフランジ部４が強固に挾持されてボルト５の第一材料１及び第二材料２に対する良好な固定が実現される一方、前記ボルト５の先端側が第一材料１の取付孔３から張り出して使用可能な状態となる。

この際、ボルト５のフランジ部４は、第一材料１と第二材料２との間に埋没して固定されることになり、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物が第一材料１及び第二材料２から張り出すことがないため、この種の突起物の占有スペースを確保するといった設計上の制約がかからなくて済み、しかも、ボルト締結を採用した場合のような緩みや脱落等の心配もなくなる。

また、フランジ部４の下面の各突起部５ａが第一材料１側に嵌入されることによって、フランジ部４の軸心回りの動きが規制され、第一材料１及び第二材料２に対しボルト５の回り止めの効果が奏されることになる。

従って、上記形態例によれば、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物の張り出しがないことから設計上の制約を大幅に緩和することができると共に、ボルト締結の場合の如き緩みや脱落等の心配も解消することができ、しかも、第一材料１及び第二材料２に対しボルト５の確実な回り止めを図ることができるので、該ボルト５に対し十分なトルク強度を付与することができる。

また、ここに図示している例においては、第一材料１における取付孔３を取り囲む位置に、溝部８を内側面に備えた接合孔９が予め穿設されているので、以下に詳述する如く、この接合孔９を利用して前記ボルト５の固定の補強を図ることが可能である。

即ち、図１に示す如く、接合孔９に対応する位置の上方に接合ツール７を配置し、この図１の状態から図２に示すように接合ツール７を回転しながら下降して下端部を第二材料２に押し付け、該第二材料２を接合ツール７との間に生じた摩擦熱で固相状態のまま局所的に軟化させて第一材料１の接合孔９へ入り込ませる。

次いで、図３に示す如く、接合ツール７を所要深さまで沈降せしめると、接合孔９に入り込ませた第二材料２が塑性流動及び圧入により接合孔９の全域に拡がり、該接合孔９の螺旋状の溝部８と嵌合することで第二材料２側に螺旋状（ネジ山状）の係合部１２が形成される。

然る後、図４に示す如く、接合ツール７を上方へ引き抜いて係合部１２を硬化させると、第一材料１の接合孔９内に入り込んで硬化した第二材料２が前記第一材料１側の溝部８との間に係合部１２を形成し、該係合部１２と前記溝部８との嵌合により抜け止め効果が奏される。

而して、このようにすれば、第一材料１の接合孔９内に入り込んで硬化した第二材料２が前記第一材料１側の溝部８との間に成す係合部１２の嵌合により、抜け止め効果が奏されて第一材料１と第二材料２とが強固に接合されるので、このように第一材料１における取付孔３を取り囲む位置で第一材料１と第二材料２との強固な接合が図られれば、ボルト５の第一材料１及び第二材料２に対する固定が大幅に補強されることになる。

しかも、第一材料１の接合孔９内に入り込む第二材料２は、前記第一材料１側との間に係合部１２を形成するだけであり、ボルト締結の場合におけるボルトやナットの如き突起物が張り出すことがないため、この種の突起物の占有スペースを確保するといった設計上の制約がかからなくて済み、しかも、ボルト締結を採用した場合のような緩みや脱落等の心配もない。

また、このような第一材料１の接合孔９に対し第二材料２を軟化させて入り込ませるために必要な接合ツール７には、ボルト５のフランジ部４周囲の第二材料２を軟化させて第一材料１に密着させるための接合ツール７を兼用させることが可能であるので、接合ツール７を交換せずにボルト５の固定とその補強を連続的に実現することが可能となる。

尚、図１〜図４にあっては、説明の便宜を図るために、接合ツール７により第一材料１の接合孔９に第二材料２を軟化させて入り込ませる工程と、接合ツール７によりボルト５のフランジ部４周囲の第二材料２を軟化させて第一材料１に密着させる工程とを並列に図示しているが、実際の各工程が一つの接合ツール７により順次行われるようになっていることは勿論である。

また、図１〜図４に図示する例では、接合孔９の内周面に螺旋状の溝部８をネジ加工した場合を例示したが、この溝部８は必ずしも螺旋状に形成することに限定されるものではなく、例えば、リング状の溝部８として抜け止め効果が得られるようにしても良い。

従って、以上に述べた如き接合孔９を利用した補強を講じれば、第一材料１の取付孔３を取り囲む位置で第一材料１と第二材料２とを強固に接合することができ、これによりボルト５の第一材料１及び第二材料２に対する固定を大幅に補強することができるので、ボルト５の固定強度をより一層向上することができ、しかも、接合ツール７を交換せずにボルト５の固定とその補強を連続的に実現することができる。

尚、第一材料１における取付孔３及び接合孔９を、図面に対し直角な向きに列を成すように連続的に穿設し、多数のボルト５を図面に対し直角な向きに並べて取り付ける場合には、第二材料２に回転しながら押し付けた接合ツール７を取付孔３及び接合孔９の夫々の並び方向に移動させて各フランジ部４を連続的に第二材料２で埋没させたり、各接合孔９に第二材料２を連続的に入り込ませたりすることも可能である。

しかも、このように多数のボルト５を図面に対し直角な向きに並べて取り付ける場合には、各ボルト５のフランジ部４を並び方向に長く延びる共通のフランジ部４として一体化させたり、取付孔３及び接合孔９を図面に対し直角な向きに延びるスリット状に穿設させたりすることも可能である。

また、本発明の部材の取付方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、第一材料及び第二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、更に、被取付部材は必ずしもボルトでなくても良く、ソケット型のナット等であっても良いこと、また、第一材料及び第二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。

本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。図１の接合ツールを回転しながら下降した状態を示す断面図である。図２の状態から更に接合ツールを下降した状態を示す断面図である。図３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。従来例を示す断面図である。

符号の説明

１第一材料
２第二材料
３取付孔
４フランジ部
５ボルト（被取付部材）
５ａ突起部
７接合ツール
８溝部
９接合孔
１２係合部

Claims

第一材料に予め穿設してある取付孔に対し、該取付孔より大きな外形のフランジ部を基端側に備えた被取付部材の先端側を挿通し、第一材料に前記フランジ部を被覆するように第二材料を重ね合わせ、前記フランジ部に対応させて配置した接合ツールを回転しながら第二材料に押し付け、該第二材料と接合ツールとの間に生じた摩擦熱で前記フランジ部周囲の第二材料を固相状態のまま局所的に軟化させて前記フランジ部を埋没させ、該フランジ部周囲の軟化した第二材料を第一材料の表面に密着せしめてから前記接合ツールを引き抜き、前記フランジ部周囲の第二材料を硬化させて被取付部材を第一材料及び第二材料に対し固定することを特徴とする部材の取付方法。
フランジ部の第一材料側への対峙面に突起部を予め形成しておき、該突起部を摩擦熱により軟化した第一材料側に嵌入せしめることを特徴とする請求項１に記載の部材の取付方法。
第一材料における取付孔を取り囲む位置に、溝部を内側面に備えた接合孔を予め穿設しておき、第一材料に重ね合わせた第二材料における前記接合孔に対応する位置に接合ツールを回転しながら押し付け、該第二材料と接合ツールとの間に生じた摩擦熱で前記第二材料を固相状態のまま局所的に軟化させて第一材料の接合孔へ入り込ませ、該接合孔に入り込ませた第二材料側に前記溝部と嵌合する係合部を形成せしめてから前記接合ツールを引き抜き、前記係合部を硬化させて第一材料と第二材料とを接合することを特徴とする請求項１又は２に記載の部材の取付方法。