JP2007301576A - 部品のスタッド接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接合されるべき部品を、摩擦発熱による塑性流動によって、被接合部材の所定の平坦な接合表面に対して、接合せしめるに際し、そのような接合されるべき部品と被接合部材との当接部位（接合界面）から外方に排出されるバリの発生を、効果的に抑制乃至は阻止し、それら部品と被接合部材との有効な接合を図り得るようにした手法を提供すること。
【解決手段】接合されるべきネジ部材２を、板材６の接合表面に対して、摩擦発熱による塑性流動を利用して接合するに際して、かかる接合されるべきネジ部材２の周りに近接位置するように、クランプ筒体８を配置し、このクランプ筒体８にて、板材６の接合表面を押圧せしめた状態下において、接合操作を行うようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品のスタッド接合方法に係り、特に、ネジ（ボルト）やナット等の部品を板材の如き被接合部材の平坦な表面に対して、摩擦発熱による塑性流動を利用して、有利に接合せしめるようにした方法に関するものである。

従来から、自動車、各種車両、建材等の用途において、ネジ（ボルト）やナット等の部品を被接合部材の所定の平坦面に対して取り付け、それら部品を介して、他の部材と連結するようにした構造が、採用されてきている。例えば、板材に、ボスとして、ネジやナット等を取り付け、他の部材と締結せしめるようにすることは、鋼板の自動車モノコックボデーでは、よく行われており、そこでは、スタッド溶接やプロジェクション溶接にて、ネジやナットが取り付けられている。

而して、スタッド溶接は、ネジの底面に突起を付け、接合対象となる板材との間にアークを飛ばして、溶かしながら、押し付ける方法であるところから、スパッタやバリが発生する問題を内在している。特に、板材の材質がアルミニウムの場合にあっては、軟らかい材質となるところから、バリの発生量も多くなるのである。また、プロジェクション溶接は、抵抗溶接の一種で、ネジやナットの底面に突起を設け、接合対象となる板材と接触させて、電流を流すことにより、最も電流密度の高い接点で溶融させて、接合する方法であるが、アルミニウムを材質とする場合にあっては、その電気及び熱伝動性が良いところから、短時間大電流が必要となるのであり、そのために、プロジェクション溶接は非常に困難とされているのである。

一方、そのようなネジやナット等の部品を、所定の部材の平坦面に接合せしめる一つの方法として、摩擦撹拌接合（Friction Stir Welding ）を利用した手法が、特開２００２−１５３９７９号公報（特許文献１）において、明らかにされている。そこでは、アルミニウム材質からなるナット材を回転させつつ、アルミニウム材質からなる母材に当接させて、その当接部分に摩擦撹拌を生じさせ、それらナットと母材とが溶融させられることなく摩擦撹拌接合せしめられるようになっている。そして、それによって、短時間の接合、所要の接合強度の確保、入熱、歪みの低減の他、接合前の平面度、面粗度、材料強度を維持することが出来、安定した接合条件が得られる等の利点を享受し得ることが、明らかにされている。

しかしながら、そのような摩擦撹拌接合手法を利用したナットと板材との接合にあっては、ナットと回転工具とが同時に回転するものであるところから、ナットの周囲に多量のバリが発生し、接合製品の美感を損なうのみならず、場合によっては、得られた接合製品のハンドリング又は使用中において、バリが脱落して、問題を惹起することとなる。加えて、撹拌されたメタルがバリとして排出されるようになるために、母材（板材）における塑性流動域が小さくなり、充分な接合強度を得る上においても、制限を受けるものであった。それ故に、ネジやナット等の部品を板状の母材に接合するに際しては、そのようなバリの発生を極力少なくする必要があったのである。

特開２００２−１５３９７９号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、接合されるべき所定の部品を、摩擦発熱による塑性流動によって、被接合部材の所定の平坦な接合表面に対して、有利に接合せしめるためのスタッド接合方法を提供することにあり、また、他の課題とするところは、そのような接合されるべき部品と被接合部材との当接部位（接合界面）から外方に排出されるバリの発生を、効果的に抑制乃至は阻止し、それら部品と被接合部材との有効な接合を図り得るようにした手法を提供することにもある。

そして、本発明にあっては、上記した課題を解決するために、接合されるべき所定の部品を回転工具にて拘束して、該部品の中心線回りに回転せしめつつ、被接合部材の所定の平坦な接合表面に対して当接し、押し付けることにより、摩擦発熱させて、該被接合部材の部品接合部位に塑性流動を惹起せしめると共に、該部品を該被接合部材に差し込んで、それら部品と被接合部材とを接合するに際して、該接合されるべき部品の周りに近接位置するように、環状乃至は筒状の押圧部材を配置し、該押圧部材にて、前記被接合部材の接合表面を押圧せしめた状態下において、前記接合操作を行うことにより、それら部品と被接合部材との接合界面から外方に排出されるバリを抑制するようにしたことを特徴とする部品のスタッド接合方法を、その要旨とするものである。

なお、かかる本発明に従う部品のスタッド接合方法の好ましい態様の一つによれば、前記被接合部材の部品接合部位の裏側に裏当て治具が配置され、この裏当て治具と前記押圧部材との間において、該被接合部材が挟持せしめられるように構成されており、これによって、被接合部材の固定、更には部品接合部位の位置決めが、容易に行なわれ得るようになっている。

また、本発明に従う方法の好ましい態様の他の一つによれば、前記接合されるべき部品の接合面に、撹拌突起が設けられており、前記被接合部材の部品接合部位における塑性流動が、該撹拌突起による摩擦撹拌作用によって、更に増大せしめられ得るようになっている。即ち、かかる撹拌突起が、被接合部材に差し込まれて、摩擦撹拌作用が付与せしめられることによって、より一層有効な塑性流動が惹起されることとなるのである。

そして、本発明において、前記接合されるべき部品としては、一般に、ボルト状（ネジ状）やナット状の物品が対象とされ、そのような物品が、板材や形材等の被接合部材の所定の平坦な接合表面に対して、有利に接合せしめられるのである。

また、本発明に従う他の望ましい態様の一つによれば、前記接合されるべき部品がナット状物品であると共に、該ナット状物品の中心孔を貫通して該ナット状物品から突出する撹拌ロッド部が、前記回転治具に一体的に設けられており、前記接合に際して、該ナット状物品から突出する該撹拌ロッド部の先端部位が、前記被接合部材の部品接合部位に差し込まれて、かかる部品接合部位に、該撹拌ロッド部による摩擦撹拌作用に基づく塑性流動が惹起せしめられるようになっている。このような回転治具に一体的に設けられた撹拌ロッド部を、かかる回転治具の前進作動によって、同時に、被接合部材の部品接合部位に差し込み、摩擦撹拌作用を付与することにより、そのような部品接合部位における塑性流動をより一層有効に行い、そのようなナット状物品の被接合部材に対する接合を効果的に行うことが出来ることとなる。

さらに、本発明に従う他の望ましい態様の別の一つによれば、前記接合されるべき部品がナット状物品であると共に、該ナット状物品が接合せしめられる前記被接合部材の部品接合部位に、該ナット状物品の中心孔に対応して貫通孔が設けられている一方、該部品接合部位の裏側に配置される裏当て治具に対して、該貫通孔を通って該ナット状物品の中心孔に挿入せしめられる内側押えロッド部が一体的に設けられ、該内側押えロッド部を前記貫通孔から前記中心孔に挿入した状態下において、前記接合操作が実行されるように構成されている。かかる内側押えロッド部の存在によって、ナット状物品の中心孔に入り込むバリに対して、効果的な抑制効果を発揮せしめることが出来るのである。

加えて、本発明にあっては、有利には、前記接合操作が終了した後、前記押圧部材を、前記被接合部材の接合表面に対する押圧が解除せしめられるように後退させて、該接合表面から離隔せしめ、次いで前記回転工具を後退させて、該回転工具による前記部品の前記被接合部材の接合表面に対する押付け作用を解除すると共に、該部品が、該被接合部材の接合表面に固着、残留せしめられるようにする構成が、採用されることとなる。これによって、押圧部材の固着を阻止して、被接合部材の部品接合部位から、押圧部材を有利に離脱せしめ得るのである。

なお、本発明にあっては、前記被接合部材として、アルミニウム材質であるものが有利に用いられ、具体的には、アルミニウム板材やアルミニウム形材が、対象とされることとなる。

従って、かくの如き本発明に係る部品のスタッド接合方法によれば、管状乃至は筒状の押圧部材を用い、そのような押圧部材にて、被接合部材の接合表面を押圧せしめた状態において、接合されるべき部品が、かかる押圧部材の内側空間に収容されて、被接合部材に接触せしめられつつ、回転工具にて回転させられることにより、摩擦発熱による塑性流動が惹起されて、それら部品と被接合部材との間の接合が行われることとなるところから、それら部品と被接合部材との当接部位から外方に排出されるバリが、それらの周囲を取り囲むように位置する押圧部材にて、効果的に抑制せしめられ得ることとなるのであり、以て、得られる接合製品におけるバリの存在が低減されることにより、接合製品の美感の向上は勿論のこと、そのような接合製品のハンドリングや使用中において、製品からのバリの脱落によって惹起される問題をも、効果的に回避乃至は軽減し得ることとなったのである。

しかも、かかる本発明に従うスタッド接合方法にあっては、上述せるように、部品と被接合部材との接合界面からのバリの発生が効果的に抑制され得ているところから、被接合部材の部品接合部位におけるメタルの減少が有利に抑制乃至は阻止され得ることとなるのであり、以て、かかる被接合部材に生じる塑性流動域が小さくなることが、効果的に抑制乃至は阻止され得て、充分な接合強度を有する接合製品、即ち、目的とする部品が被接合部材の所定の部位に接合せしめられてなる製品を、有利に得ることが出来ることとなったのである。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の代表的な実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図１は、本発明に従うスタッド接合方法の一例における工程中の各部材の配置状態を断面形態で示しており、そこで、（ａ）は、摩擦発熱による接合操作開始前の状態を示し、また（ｂ）は、かかる接合操作終了直前の状態を示しており、更に（ｃ）は、接合されるべき部品と回転工具との拘束形態の一例を明らかにしている。そして、それらの図において、接合されるべき部品たるネジ部材２は、回転工具４にて拘束された状態において回転せしめられつつ、被接合部材たる、アルミニウム又はその合金からなるアルミニウム材質等にて構成される板材６に対して当接され、更に押し付けられるようになっている一方、回転工具４に拘束されたネジ部材２の周りに近接位置するように、管状乃至は筒状の押圧部材たるクランプ筒体８が、板材６の板面を押圧するように配置せしめられ、板材６の裏側に配置された厚手の板状の裏当て治具１０との間において、かかる板材６を挟持し、固定せしめ得るようになっている。

具体的には、ネジ部材２は、図示の如く、そのネジ部２ａを上に、その頭部２ｂを下にした形態において、クランプ筒体８内に位置せしめられるようになっている。また、かかるネジ部材２の頭部２ｂのネジ部２ａ側には、図１（ｃ）から明らかなように、９０°の位相差をもって、四つの係止凹所２ｃが、それぞれ、周方向に所定間隔を置いて配設されている。更に、かかる頭部２ｂの板材６に対向せしめられる先端面（図において、下面）には、その中心部に、背の低い円柱形状を呈する撹拌突起１２が、一体的に設けられている。

また、回転工具４は、図示しない回転駆動機構によって、軸心回りに高速回転せしめられるようになっている回転筒体部４ａを有しており、この回転筒体部４ａの先端部（図において下部）には、図１（ｃ）に明らかにされているように、９０°の位相差をもって周方向に所定距離を隔てて位置する、四つの係止突起４ｂが、前記ネジ部材２の頭部２ｂに設けられた係止凹所２ｃに嵌合せしめられ得る大きさにおいて、配設されている。

そして、かかる回転工具４の回転筒体部４ａの先端部に設けた係止突起４ｂを、ネジ部材２の頭部２ｂに設けた係止凹所２ｃに嵌合せしめて、かかる回転筒体部４ａにてネジ部材２を拘束せしめた状態下において、回転筒体部４ａを、その軸心回りに高速回転させることにより、ネジ部材２も、その軸心（中心線）回りに一体的に高速回転せしめられ得るようになっているのである。

さらに、クランプ筒体８は、ここでは、ネジ部材２や板材６よりも硬質の材質、例えば鉄等にて構成されて、ネジ部材２の最大外径を有する頭部２ｂの外周面との間に、その高速回転においても接触しないような隙間をもって、可及的に近接せしめられて、即ちネジ部材２の最大外径となる頭部２ｂの外径よりも僅かに大きな内径をもって、配置されていると共に、板材６の表面を所定の押圧機構（図示せず）にて押圧せしめて、ネジ部材２と板材６との接合界面、即ち、ネジ部材２の頭部２ｂの下面と板材６の上面（表面）との間から、バリが外方に排出されるのを、抑制乃至は阻止せしめ得るようになっている。

従って、板材６の所定の接合部位に対して、ネジ部材２を、その頭部２ｂ側において接合せしめるに際しては、図１（ａ）に示されるように、クランプ筒体８を下降（前進）させて板材６に当接せしめ、かかるクランプ筒体８にて板材６を裏当て治具１０との間において挟持し、位置固定とした状態において、そのようなクランプ筒体８内において、回転工具４の回転筒体部４ａにて拘束保持したネジ部材２を回転工具４にて高速回転させて、ネジ部材２をその軸心回りに回転せしめつつ、回転工具４の前進（図において下方への移動）により、板材６の表面（接合面）に対して当接し、更に押し付けることにより、撹拌突起１２、更には頭部２ｂの頂面（下面）と板材６との間の摩擦発熱作用にて、板材６に塑性流動する摩擦撹拌領域１４を形成し、更に、そのように形成される摩擦撹拌領域１４内に、ネジ部材２の頭部２ｂを所定深さ差し込むようにすることによって、それらネジ部材２と板材６との間の良好な接合が、実現されることとなるのである。

そして、そのようなネジ部材２と板材６との接合操作においては、軸心回りに回転せしめられるネジ部材２の頭部２ｂの周りに、それに可及的に近接して、回転させられることのないクランプ筒体８が配置されて、板材６の板面を押圧しているところから、それらネジ部材２と板材６との接合界面から外方に排出されるバリが、効果的に抑制乃至は阻止され得ることとなるのであり、これによって、製品美感を損ねたり、発生したバリが、接合製品（ネジ部材２＋板材６）のハンドリングや使用中において脱落して、問題を惹起したりすることが、効果的に解消され得ることとなったのである。しかも、そのようなネジ部材２と板材６との間の接合界面からのバリの排出が抑制乃至は阻止され得ることによって、板材６における塑性流動域（１４）が小さくなるようなことも、効果的に回避され得て、接合製品における充分な接合強度の確保に制限を受けるようなことも、有利に解消され得ることとなったのである。

加えて、板材６に接合せしめられるネジ部材２においては、その頭部２ｂに、撹拌突起１２が設けられていることにより、かかる頭部２ｂと板材６との間の摩擦発熱により形成される塑性流動域（１４）が、そのような撹拌突起１２による撹拌作用にて、より一層大きな塑性流動域となるのであり、これによって、ネジ部材２と板材６との間の接合強度をより一層高め得るようになっている。

また、図２（ａ）〜（ｃ）には、図１（ａ）〜（ｃ）に対応した形態において、接合されるべき部品としてナット１６を用い、それを、板材６の所定の接合部位に接合せしめる本発明に従うスタッド接合方法の他の一例が、概略的に示されている。

そこにおいて、板材６に接合されるナット１６は、図２の（ａ）〜（ｃ）より明らかな如く、その上部外周部に、周方向に９０°の位相差をもって設けられた、四つの係止凹所を有している一方、その板材６に対向する側の底面には、所定幅を持って周方向に連続して延びる円環状の撹拌突起１８が、板材６の板厚よりも低い高さで、一体的に設けられている。そして、かかるナット１６の係止凹所１６ａに対して、回転工具４の回転筒体部４ａの先端部に設けられた係止突起４ｂが、嵌合せしめられて係止され、以て、ナット１６を回転工具４にて拘束した状態下において、回転工具４の回転筒体部４ａを、その軸心回りに高速回転せしめることにより、ナット１６を一体的に回転せしめつつ、板材６の表面（上面）に当接し、更に押し付け得るようになっている。そして、これにより、図２（ｂ）に示される如く、それらナット１６と板材６との間に摩擦発熱させて、板材６に塑性流動を惹起せしめ、更にそれを撹拌突起１８にて撹拌流動させることによって、有効な摩擦撹拌領域１４が、平面視において円環形状を呈するように形成され、以て、ナット１６が板材６に対して効果的に接合せしめられ得るのである。

しかも、かかるナット１６と板材６との接合に際しては、裏当て治具１０との間において板材６を挟持するように、ナット１６の周りにそれに可及的に近接した状態において、クランプ筒体８が配置されていることによって、それらナット１６と板材６との接合界面から外方に排出されるバリが、効果的に抑制乃至は阻止され得ることとなるのであり、以て、そのようなバリに起因した各種の問題の発生も、有利に回避され得ることとなるのである。

さらに、図３には、前例とは異なる回転工具を用いた、本発明の一つの実施形態が、示されている。即ち、そこでは、回転工具２２として、図示しない回転駆動機構にて軸心周りに高速回転せしめられる円柱状の回転軸部２２ａを有しており、この回転軸部２２ａの先端部に、同心的に、ナット１６のネジ孔１６ｂの内径よりも僅かに小さな外径を有する細径柱状の撹拌ピン部２２ｂが、一体形成されている。なお、この回転軸部２２ａにおける撹拌ピン部２２ｂは、その少なくとも板材６に差し込まれる先端部において、板材６よりも硬度の高い材質にて、構成されている。

そして、かかる回転工具２２は、その回転軸部２２ａの先端外周部において、接合せしめられるナット１６の上部内周部に、図２と同様な構造において凹凸嵌合せしめられることにより、ナット１６は回転工具２２にて拘束されて、回転軸部２２ａの軸心回りの回転と一体的に、軸心周りに回転せしめられるようになっている。一方、回転軸部２２ａから延びる撹拌ピン部２２ｂが、ナット１６の内孔となるネジ孔１６ｂを貫通して、ナット１６の底面から下方に所定長さ突出するように、構成されている。そして、かかる回転工具２２に拘束されたナット１６を、その軸心周りに回転せしめつつ、板材６に当接し、更に押し付けることにより、摩擦発熱せしめられるようにすると共に、差し込まれる撹拌ピン部２２ｂによる摩擦撹拌作用にて、効果的な塑性流動を惹起させて、大きな摩擦撹拌領域２４が形成されるようにすることにより、ナット１６が、板材６に対して、有利に接合せしめられることとなる。

加えて、図４に示される本発明の更に異なる他の実施形態においては、裏当て治具１０に、ナット１６のネジ孔１６ｂよりも僅かに小さな外径を有する棒状の挿入ピン部１０ａが、所定長さにおいて一体的に立設されている。そして、この挿入ピン部１０ａが、板材６に設けられた貫通孔６ａとナット１６のネジ孔１６ｂに挿通せしめられた形態において、ナット１６が、回転工具４の回転筒体部４ａに拘束された状態において、軸心周りに回転させられつつ、板材６に当接せしめられ、更に押し付けられることにより、摩擦発熱されて、板材６に、図２の実施形態と同様な摩擦撹拌接合部２０が、形成されるようになっているのである。

そして、かかる図３や図４に示される実施形態の場合にあっても、板材６に接合せしめられるナット１６の周りに近接位置するように、クランプ筒体８が配置されて、板材６を押圧しているところから、それらナット１６と板材６との接合界面から、バリが外方に排出されるのが、効果的に抑制乃至は阻止せしめられ得るようになっている。しかも、そこでは、ナット１６のネジ孔１６ｂ内に、回転軸部２２ａから一体的に延びる撹拌ピン部２２ｂや、裏当て治具１０から一体的に延びる挿入ピン部１０ａが、ネジ孔１６ｂ内周面との間において大きな隙間を殆ど形成することなく、挿入位置せしめられていることにより、摩擦撹拌領域２４、２０から可塑化された材料が流入することが、有利に抑制乃至は阻止され得ることとなるのであり、これによって、ナット１６の内外におけるバリの排出が、効果的に抑制乃至は阻止せしめられ得るのである。

なお、かくの如き図示した本発明の実施形態において、ネジ部材２やナット１６の回転工具４、２２による拘束、更にはそれらネジ部材２やナット１６の板材６に対する当接、更にはクランプ筒体８の板材６に対する押圧等の操作の順序は、特に限定されるものではなく、適宜に選択、採用されるところである。例えば、クランプ筒体８を板材６に押圧せしめる一方、ネジ部材２やナット１６を拘束した回転工具４、２２を回転させながら、クランプ筒体８内に挿入し、板材６に当接、押し付けるようにする方法の他、板材６にクランプ筒体８を押圧し、セットした後に、クランプ筒体８内に、ネジ部材２やナット１６を投入乃至は挿入し、更にその後、回転工具４、２２を挿入して、ネジ部材２やナット１６を係止、拘束して回転させることにより、目的とする接合を行う方法や、クランプ筒体８と共に、ネジ部材２やナット１６を板材６表面に当接、配置した状態において、回転工具４、２２を挿入して、ネジ部材２やナット１６を係止、拘束し、回転せしめることにより、目的とする接合を行う方法等を、適宜に採用することが可能である。

また、本発明にあっては、図１〜図４に示される如き接合操作が終了した後に、回転工具４、２２の回転を停止すれば、それらネジ部材２やナット１６から、回転工具４は、容易に抜き去り得るものであり、更に、そのような回転工具４、２２からのネジ部材２やナット１６の拘束解除と同時に、或いはそれに前後して、クランプ筒体８の板材６に対する当接、押圧が解除されるように、クランプ筒体８が、板材６の上方に相対的に移動せしめられることとなるが、特に、本発明にあっては、図５に示されるように、回転工具４の後退に先立ち、クランプ筒体８が板材６の押圧から解除されることが、望ましいのである。

すなわち、図５は、図１に示される実施形態において、その（ｂ）の状態から、クランプ筒体８の離脱の形態を示すものであって、そこでは、板材６に対するネジ部材２の接合操作が終了した後、クランプ筒体８が上方に移動（後退）せしめられて、板材６における接合表面から離隔させられることによって、板材６の接合表面に対する押圧が解除せしめられた後、回転工具４を後退させて、それによるネジ部材２の、板材６の接合表面に対する押し付け作用を解除して、かかるネジ部材２が、板材６の接合表面に固着、残留せしめられるようにされるのである。なお、回転工具４によるネジ部材２の回転は、クランプ筒体８の後退の後に停止せしめることも可能であるが、バリの発生を抑制する効果を高める上において、かかるクランプ筒体８の後退に先立って、停止させておくことが望ましい。このようなネジ部材２の押し付け作用の解除に先立つクランプ筒体８の押圧解除によって、かかるクランプ筒体８の板材６からの離脱を、より一層効果的に行うことが可能となるのである。

以上、本発明の幾つかの実施形態について詳述して来たが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものでないことが、理解されるべきである。

例えば、本発明において対象とされる、接合されるべき部品としては、例示の如きネジ部材２やナット１６の他、ボルト等、接合表面に垂直な中心線回りに回転せしめられ得る物品であれば、何れをも採用可能であり、また、そのような部品が接合せしめられる被接合部材としても、例示の如き板材６の他、平坦な接合表面を有しているものであれば、何れをも対象とすることが出来、例えば、押出し形材の平坦な表面に対して、目的とする部品を、本発明に従って接合せしめたりすることも可能である。

また、それら接合されるべき部品（２、１６）や、被接合部材（６）の材質としては、公知の各種の材質が採用され得るものであるが、特に、本発明にあっては、アルミニウム若しくはその合金や銅若しくはその合金等の、比較的軟質な金属材料が、有利に用いられることとなる。なお、図１〜図５においては、摩擦撹拌領域１４、２０、２４が形成された状態において、ネジ部材２やナット１６の底面や撹拌突起１２、１８の外形線が明確な実線にて示されているが、それら接合されるべき部品（２、１６）と被接合部材（６）とが同程度の硬度の材質が用いられている場合にあっては、そのような明確な実線は現われず、それら部品と被接合部材とが一体となった接合領域が形成されることとなるのであり、そのような形態が、本発明においては、有利に採用されることとなる。

ところで、押圧部材であるクランプ筒体８は、例示の如く、回転させられることなく、被接合部材たる板材６の接合表面に対して押圧せしめられている一方、その内部空間内において、回転工具４にて拘束されつつ、ネジ部材２やナット１６が回転せしめられて、板材６との間の接合が行われるようになっているところから、かかるクランプ筒体８の如き押圧部材は、相互に接合せしめられるネジ部材２、ナット１６や板材６よりも、硬度の高い材質からなるものとされていることが望ましいのであり、また、裏当て治具１０においても、同様に、硬度の高い金属材質のものとされている。

さらに、接合されるべき部品（２、１６）を、回転工具（４、２２）にて拘束する形態にあっても、例示の如き凹凸嵌合構造において、ネジ部材２やナット１６を回転工具４、２２に係止せしめて、拘束するようにした構造の他、公知の各種の固定乃至は締結機構を採用して、接合されるべき部品たるネジ部材２やナット１６を、回転工具４の回転筒体部４ａ乃至は回転軸部２２ａに固定せしめて、拘束するようにした構造を採用することも、可能である。

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。

以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を、更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、また、言うまでもないところである。

＜実施例１＞
先ず、接合されるべき部品として、図１に示される如きネジ（２）を準備した。即ち、それは、頭部（２ｂ）の直径が１０ｍｍであり、撹拌突起（１２）の直径が３ｍｍ、その高さが０．３ｍｍであるアルミニウム合金（２０１１−Ｔ６）からなるＭ８のネジである。また、接合部材としては、厚さが１ｍｍの６０００系アルミニウム板材（６０１６−Ｔ４）を準備した。

そして、かかるアルミニウム板材の裏側となる下面に、図１と同様にして、裏当て治具（１０）を当接する一方、その上側の面に対して、外径：２０ｍｍ×内径：１０．５ｍｍのリング状のクランプ（８）を当接し、荷重が２ｋＮとなるように挟み込んだ後、回転工具（４）の回転筒体部（４ａ）の先端部に、準備したネジ（２）を、その頭部裏側において掴み、更に２０００ｒｐｍにて回転させながら、ネジ（２）の頭部（２ｂ）をアルミニウム板材（６）に押し当て、摩擦発熱させて、塑性流動を行わしめる一方、かかる頭部（２ｂ）が、０．１ｍｍの深さにおいて、アルミニウム板材（６）に埋まるように荷重を制御して、押し込み、それらネジ（２）とアルミニウム板材（６）との間の接合を行った。

かかる接合操作の後、回転工具（４）を後退させ、更にリング状のクランプ（８）を後退させて、それらを取り外したところ、ネジ（２）は、アルミニウム板材（６）に対して有効に接合せしめられており、しかも、ネジ（２）の頭部（２ｂ）の周りのバリの発生も殆ど認められない接合製品を得ることが出来た。

また、そのようにして得られたネジ−アルミニウム板材の接合製品において、そのネジ（２）の頭部（２ｂ）を、アルミニウム板材（６）の表面方向に２ｋＮの荷重の押圧力を加えたところ、それらネジとアルミニウム板材との接合界面は、何等破断することなく、かかるネジ（２）の脚部（２ａ）部分が、４５°以上曲がるのみであった。

＜実施例２＞
被接合部材として、実施例１の場合と同様なアルミニウム板材（厚さ：１ｍｍ）を用いる一方、接合されるべき部品として、外径：１５ｍｍ、内径：８ｍｍ、長さ（高さ）：１０ｍｍのアルミ材質（２０１１−Ｔ６）からなるＭ８のナット（１６）を準備した。

そして、図２に示されるように、外径：２５ｍｍ、内径：１５．５ｍｍのリング状クランプ（８）を、アルミニウム板材（６）に当接し、更に押圧することによって、アルミニウム板材（６）を、クランプ（８）と裏当て治具（１０）との間において挟持、固定する一方、かかるクランプ（８）内に、準備したナットを投入し、更にそのナットの係止凹所（１６ａ）に、回転工具（４）の回転筒体部（４ａ）の先端に設けた係止突起（４ｂ）を嵌め込み、軸心回りに回転させることにより、それらナット（１６）とアルミニウム板材（６）との間に摩擦発熱を惹起させてリング状の塑性流動域（２０）を形成させることにより、それらナット（１６）とアルミニウム板材（６）との接合を行った。

かくして得られた接合製品には、バリの発生が殆ど認められず、また、アルミニウム板材に対してナットが強固に接合せしめられていることを認めた。

本発明に従う部品のスタッド接合方法の一例を示す概略説明図であって、（ａ）は、接合開始直前の状態を示す断面説明図であり、（ｂ）は、接合終了直前の状態を示す断面説明図であり、（ｃ）は、回転工具の回転筒体部とネジ部材との間の係止拘束構造を示す分解斜視説明図である。 本発明に従う部品のスタッド接合方法の他の一例を示す概略説明図であって、（ａ）は、接合操作開始直前の状態を示す断面説明図であり、（ｂ）は、接合操作終了直前の状態を示す断面説明図であり、（ｃ）は、ナットと回転工具４の回転筒体部４ａとの係止拘束構造を示す分解斜視説明図である。 本発明に従う部品のスタッド接合方法の更に異なる例を示す、図２（ｂ）に対応する断面説明図である。 本発明に従う部品のスタッド接合方法の更に異なる他の一例を示す、図２（ｂ）に対応する断面説明図である。 図１（ｂ）において、クランプ筒体の押圧解除の一例を示す断面説明図である。

符号の説明

２ ネジ部材 ２ａ ネジ部
２ｂ 頭部 ２ｃ 係止凹所
４ 回転工具 ４ａ 回転筒体部
４ｂ 係止突起 ６ 板材
８ クランプ筒体 １０ 裏当て治具
１２ 撹拌突起 １６ ナット
１６ａ 係止凹所 １６ｂ ネジ孔
１８ 撹拌突起 ２０、２４ 摩擦撹拌接合部
２２ａ 回転軸部 ２２ｂ 撹拌ピン部

Claims (8)

1. 接合されるべき所定の部品を回転工具にて拘束して、該部品の中心線回りに回転せしめつつ、被接合部材の所定の平坦な接合表面に対して当接し、押し付けることにより、摩擦発熱させて、該被接合部材の部品接合部位に塑性流動を惹起せしめると共に、該部品を該被接合部材に差し込んで、それら部品と被接合部材とを接合するに際して、
   該接合されるべき部品の周りに近接位置するように、環状乃至は筒状の押圧部材を配置し、該押圧部材にて、前記被接合部材の接合表面を押圧せしめた状態下において、前記接合操作を行うことにより、それら部品と被接合部材との接合界面から外方に排出されるバリを抑制するようにしたことを特徴とする部品のスタッド接合方法。
2. 前記被接合部材の部品接合部位の裏側に裏当て治具が配置され、この裏当て治具と前記押圧部材との間において、該被接合部材が挟持せしめられるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の部品のスタッド接合方法。
3. 前記接合されるべき部品の接合面に、撹拌突起が設けられており、前記被接合部材の部品接合部位における塑性流動が、該撹拌突起による摩擦撹拌作用によって更に増大せしめられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の部品のスタッド接合方法。
4. 前記接合されるべき部品が、ボルト状又はナット状の物品であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の部品のスタッド接合方法。
5. 前記接合されるべき部品がナット状物品であると共に、該ナット状物品の中心孔を貫通して該ナット状物品から突出する撹拌ロッド部が、前記回転治具に一体的に設けられており、前記接合に際して、該ナット状物品から突出する該撹拌ロッド部の先端部位が、前記被接合部材の部品接合部位に差し込まれて、かかる部品接合部位に、該撹拌ロッド部による摩擦撹拌作用に基づく塑性流動が惹起せしめられることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の部品のスタッド接合方法。
6. 前記接合されるべき部品がナット状物品であると共に、該ナット状物品が接合せしめられる前記被接合部材の部品接合部位に、該ナット状物品の中心孔に対応して貫通孔が設けられている一方、該部品接合部位の裏側に配置される裏当て治具に対して、該貫通孔を通って該ナット状物品の中心孔に挿入せしめられる内側押えロッド部が一体的に設けられ、該内側押えロッド部を前記貫通孔から前記中心孔に挿入した状態下において、前記接合操作が実行されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の部品のスタッド接合方法。
7. 前記接合操作が終了した後、前記押圧部材を、前記被接合部材の接合表面に対する押圧が解除せしめられるように後退させて、該接合表面から離隔せしめ、次いで前記回転工具を後退させて、該回転工具による前記部品の前記被接合部材の接合表面に対する押付け作用を解除すると共に、該部品が、該被接合部材の接合表面に固着、残留せしめられるようにすることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の部品のスタッド接合方法。
8. 前記被接合部材が、アルミニウム材質であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載の部品のスタッド接合方法。