JP3148125B2 - 部材同士の接合構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、自動車
のスペースフレーム等のフレーム構造、建築構造物のフ
レーム構造、など各種構造物において採用されうるアル
ミニウム等の金属製の部材同士の接合構造に関する。

【０００２】なお、本明細書において、「アルミニウ
ム」の語はその合金をも含む意味において用いる。

【０００３】

【従来の技術】例えば、自動車のスペースフレームは、
多数の金属製展伸材同士を接合して構成されており、接
合は、ＭＩＧ、ＴＩＧといったアーク溶接、或いはボル
ト締め等の機械的締結により行われていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなアーク溶接による接合構造では、溶接熱影響部に
強度低下を生じるため、これによって接合構造材全体の
強度が決まってしまい、設計自由度が低下するという欠
点があった。また、部材が例えばアルミニウム製である
場合には、アーク溶接可能な合金の範囲に制限があり、
Ａ６０００系、Ａ２０００系等のアルミニウム合金等の
採用は困難で、この面からも設計の自由度が制限されて
しまう欠点があった。更に、止端部に応力集中を生じや
すく、そのため疲労に弱いという欠点もあった。また、
溶接部には割れやブローホールのような溶接欠陥を生じ
ろことがあり、接合部の品質面での厄介な問題もあっ
た。特にＭｇ、Ｚｎの元素を含むようなアルミニウム合
金では溶接中溶接部においてこれらの元素が蒸発する不
都合もあった。更に、アーク溶接の場合には、溶接ビー
ドを生じ、そのビードを除去する必要のある場合には、
その除去のための仕上げ加工が厄介であるという欠点も
あった。更に、アーク溶接の場合、大きな歪みを生じ、
溶接後の歪取り矯正に多くの手間を要し、接合品を生産
性良く製作していくことができないという問題もあっ
た。

【０００５】また、機械的な締結による接合構造では、
ボルト締めのような場合、ボルト穴をあける必要があ
り、そこに応力集中を生じ易く、設計上の配慮が必要と
いう厄介な問題があった。

【０００６】更にまた、展伸材同士の接合のため、一方
の部材に対するもう一方の部材の接合方向の自由度に制
限があり、設計上、部材同士を所望の方向に向けて接合
することに制限があるという欠点もあった。

【０００７】本発明は、上記のような従来の問題点に鑑
み、強度的信頼性に優れた接合部を実現することがで
き、しかも、欠陥のない品質良好な接合部を形成するこ
とができ、かつ生産性良く製作することができ、更に、
部材同士の接合方向の自由度の拡大を図ることができる
部材同士の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、一方の部材
がアルミニウム製展伸材、もう一方の部材がアルミニウ
ム製鋳物材からなり、これらの部材のうち少なくとも一
方の部材に他方の部材を嵌合させる嵌合部が備えられ、
両部材が前記嵌合部において嵌合状態に組合わされると
ともに、該部材同士が、嵌合部における外側の部材の外
側に配置されたプローブによって付与された摩擦熱にて
軟化させ接合する摩擦溶接法により、前記嵌合部におい
て周方向に接合一体化されてなることを特徴とする部材
同士の接合構造によって解決される。

【０００９】即ち、本接合構造では、アルミニウム製部
材同士が、接合部の溶融を伴わない摩擦溶接法により嵌
合部において接合一体化された構造であることにより、
接合部が溶融するアーク溶接の場合のような熱影響によ
る強度低下の問題が解消されると共に、アーク溶接困難
な材質の部材も接合し得て部材の材質範囲も広げられ、
更に、機械的な締結の場合の穴開けによる応力集中の問
題も排除され、従って、部材母材部の設計の自由度を大
きくしながら、強度的信頼性に優れた接合部が得られ
る。

【００１０】しかも、アーク溶接の場合の溶接欠陥の発
生の問題、止端部応力集中の問題等も排除され、この面
からも強度的信頼性、また品質的にも優れた接合部が実
現される。

【００１１】更に、アーク溶接の場合のようなビードを
生じず、その除去のための厄介な仕上げ加工が排除さ
れ、また、アーク溶接の場合のような厄介な歪取り矯正
も不要となり、工数減により接合構造が生産性良く得ら
れる。

【００１２】そして、本発明は、部材同士が、嵌合部に
おける外側の部材の外側に配置されたプローブによって
付与された摩擦熱にて軟化させ接合する摩擦溶接法によ
る接合構造において、その部材の一方が展伸材、もう一
方が形状設計の自由度の大きい鋳物材にて構成されてい
ることにより、展伸材による一方の部材が鋳物材による
もう一方の部材に対して方向の自由度高く接合され、こ
れまでの展伸材同士の接合では実現するのが困難ないし
不可能であった方向性を有する接合が極めて容易に実現
される。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態を説
明する。

【００１４】本実施形態にかかる金属製部材同士の接合
構造は、自動車のスペースフレーム構造において採用さ
れるものであるが、本発明の接合構造は、これに限られ
るものではなく、建築構造等の各種構造物において広く
採用され得るものであることはいうまでもない。

【００１５】図１（イ）に示される部材同士の接合構造
において、（１）…は展伸材としてのアルミニウム製押
出型材、（２）は鋳物材としてのアルミニウム製ダイカ
スト材である。なお、部材（１）（２）として、溶接困
難とされるＡ６０００系、Ａ２０００系のアルミニウム
合金等によるものが用いられてもよい。図１（イ）
（ロ）に示されるように、ダイカスト材（２）は、その
本体部（2a）に複数の突部（2b）…をそれぞれ所定向き
に向けて備えており、各突部（2b）…には、押出型材
（１）…の端部を適合状態にしっくりと挿入嵌合させる
所定の深さの嵌合用挿入穴部（2c）…が設けられてい
る。各押出型材（１）…は、その端部がダイカスト材
（２）の嵌合用挿入穴部（2c）…内に挿入嵌合され、こ
れにより、ダイカスト材（２）に対し、設計どおりの所
定の方向に向けられて、ガタなく適合状態に組合わされ
る。

【００１６】押出型材（１）…とダイカスト材（２）と
の接合部（３）の形成は、それらの嵌合部を、摩擦熱に
て加熱軟化させ接合する摩擦溶接法によって行われてい
る。この摩擦溶接法は、接合部を溶融させることなく接
合する固相接合法の一種であり、摩擦熱を嵌合部におけ
る部材（１）（２）同士の接触部ないしその近傍部に与
えて軟化させ、必要に応じてその部分を加圧することに
より接合するものである。

【００１７】而して、摩擦溶接法の適用に際しては、次
のような方法が実用的である。即ち、図２（イ）（ロ）
に示されるように、高速回転されるシャフト（４）など
の摩擦熱付与作動体を、嵌合部における部材（１）
（２）同士の境界部ないしは境界部近傍領域に所定の押
圧のもとで当接させ、それにより発生する摩擦熱にて部
材（１）（２）同士の接触部ないしその近傍部を軟化さ
せ接合する方法である。このように例えば高速回転シャ
フト（４）を用いる場合には、例えば、同図に示される
ように、高速回転させながらダイカスト材（２）の突部
（2a）の外周部に当接させたこのシャフト（４）を突部
（2a）の全周にわたって周回移動させていくことにより
行いうる。

【００１８】また、この摩擦溶接において、部材（１）
（２）同士の接触部を互いに圧する場合のその圧力の付
与は、上記のような高速回転シャフト（４）を部材
（２）に押し付けることにより、あるいは、部材（１）
（２）に別途、外力を付与したりすること等により行え
ば良い。

【００１９】上記実施形態にかかる部材同士の接合構造
では、本体部（2a）に突部（2b）が所定向きに向けられ
て備えられ、該突部（2b）に所定の深さの嵌合用挿入穴
部（2c）が設けられたダイカスト材（２）を構成部材と
して備え、このダイカスト材（２）の突部（2b）の嵌合
用挿入穴部（2c）に、押出型材（１）の端部が適合状態
にしっくりと挿入嵌合され、ダイカスト材（２）と押出
型材（１）とが、それらの嵌合部において、摩擦熱にて
軟化させ接合する摩擦溶接法により、接合一体化された
ものであるから、ダイカスト材の設計の自由度の大きさ
から、一方の部材（１）を、もう一方の部材（２）に対
し、方向の自由度大きく、所望の向きに適正に接合する
ことができる。

【００２０】特に、上記のようにダイカスト材（２）
を、複数の押出材（１）…を連結する中間継ぎ手部材と
して採用するような場合には、複数の突部（2b）…がそ
れぞれ所望の向きに向けられて突出され、各突部（2b）
…に嵌合用挿入穴部（2c）…が設けられた複雑形状の中
間継ぎ手部材（２）もダイカスト成形により容易に成形
することができ、各押出材（１）…がダイカスト材
（２）に対し種々所望の向きに向けられて接合された適
正な接合部を極めて容易に実現することができる。

【００２１】以上に、この発明の一実施形態を説明した
が、本発明はこれに限られるものではなく、各種変形が
可能である。例えば、ダイカスト材（２）に対する押出
材（１）の接合本数に制限はなく、１本であってもよ
く、また、ダイカスト材（２）に対する押出材（１）…
の接合方向も、ダイカスト材（２）に、ダイカスト成形
可能な形状を種々採択することにより、各種方向に設計
され得るものであり、特段の制限はない。押出材（１）
はその断面形状が円形の他、円形以外の異形断面であっ
てもよく、ダイカスト材（２）の挿入穴部（2c）の横断
面もそれに応じた横断面形状となされていてもよい。ま
た、上記実施形態では、ダイカスト材（２）に、押出材
（１）の端部を挿入のための嵌合用挿入穴部（2c）を備
えたものに構成されているが、図３に示されるように、
挿入用突部（2d）をダイカスト成形により備えたダイカ
スト材（２）を用意し、この挿入用凸部（2d）を、中空
押出材（１）の端部に適合状態に挿入嵌合させ、両部材
（１）（２）を摩擦熱軟化による摩擦溶接法により接合
一体化（３）した接合構造としてもよい。また、上記実
施形態では、一方の部材（１）…が押出型材、もう一方
の部材（２）がダイカスト材としているが、押出型材は
展伸材の一例であり、ダイカスト材は鋳物材の一例であ
って、その他の展伸材、その他の鋳物材が採用されてよ
い。また、上記実施形態では部材（１）（２）としてア
ルミニウム材が用いられているが、これら部材（１）
（２）は、その他鉄系材料をはじめとする各種金属材料
からなるものであってもよい。

【００２２】

【発明の効果】上述の次第で、本発明の部材同士の接合
構造は、アルミニウム製部材同士が、嵌合部における外
側の部材の外側に配置されたプローブによって付与され
た摩擦熱にて軟化させ接合する摩擦溶接法にて周方向に
接合一体化された構造であるから、ＭＩＧ、ＴＩＧなど
のアーク溶接の場合のような熱影響による強度低下の問
題が解消されると共に、部材の材質の範囲も広げられ、
更に、機械的な締結の場合の穴開けによる応力集中の問
題も排除され、従って、強度的信頼性に優れた接合部を
実現することができ、構造体の設計自由度や適用範囲を
拡大することができる。しかも、アーク溶接の場合の溶
接欠陥の発生の問題、止端部応力集中の問題等も排除さ
れ、この面からも強度的信頼性、また品質的にも優れた
接合部を実現することができる。更に、アーク溶接の場
合のようなビードを生じず、その除去のための厄介な仕
上げ加工が排除され、また厄介な歪取り矯正も不要とな
り、工数減によって、接合品を生産性良く製作すること
ができる。

【００２３】そして、本発明は、摩擦溶接法による接合
構造において、その部材の一方が展伸材、もう一方が形
状設計の自由度の大きい鋳物材にて構成されているか
ら、展伸材による一方の部材を鋳物材によるもう一方の
部材に対し自由な方向に向けて方向の自由度高く接合す
ることができ、これまでの展伸材同士の接合構造では実
現が困難ないし不可能であった方向性を有する接合を極
めて容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態にかかる部材同士の接合構造を示す
もので、図（イ）は斜視図、図（ロ）は部材相互を分離
状態にして示す斜視図である。

【図２】該接合部の接合方法を示すもので、図（イ）は
断面図、図（ロ）は図（イ）のII−II線断面図である。

【図３】他の実施形態にかかる接合構造の接合部を示す
もので、図（イ）は断面図、図（ロ）は図（イ）のIII
−III 線断面図である。

【符号の説明】

１…押出型材（展伸材） ２…ダイカスト材（鋳物材） ２ｃ…嵌合用挿入穴部 ３…接合部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−23874（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−122936（ＪＰ，Ａ) 特表 平７−505090（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 20/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の部材がアルミニウム製展伸材、も
   う一方の部材がアルミニウム製鋳物材からなり、これら
   の部材のうち少なくとも一方の部材に他方の部材を嵌合
   させる嵌合部が備えられ、両部材が前記嵌合部において
   嵌合状態に組合わされるとともに、該部材同士が、嵌合
   部における外側の部材の外側に配置されたプローブによ
   って付与された摩擦熱にて軟化させ接合する摩擦溶接法
   により、前記嵌合部において周方向に接合一体化されて
   なることを特徴とする部材同士の接合構造。