JP2017024029A - Different material structural member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異種材料同士が接合された異材構造部材に関する。 The present invention relates to a dissimilar material structural member in which dissimilar materials are joined to each other.
異種継手構造のような異種材料同士が接合された異材構造部材の製法として、一方の材料である鋼材を、他方の材料であるアルミニウム合金で鋳ぐるむ方法が知られている(特許文献1〜3参照)。この種の異材構造部材においては、鋳ぐるみの鋳造時に、鋼材に形成された孔内にアルミニウム合金溶湯が充填、凝固することでアンカが形成される。このアンカによって、異種材料同士の接合強度が高められる。
As a method for producing a dissimilar material structure member in which dissimilar materials such as dissimilar joint structures are joined together, a method is known in which a steel material that is one material is cast with an aluminum alloy that is the other material (
特許文献1には、鋼材とアルミニウム材のように相対的に融点が大きく違う異種金属からなる製品同士を接合する異種金属製品の接合方法が記載されている。この接合方法は、予め接合用素材の一部を鋳造金属材で鋳ぐるむことにより、鋳造金属材と接合用素材とを一体化して異種金属からなる接合部材Aを作製する。そして、接合部材Aを、接合用素材と略同じ融点を有する金属材料からなる接合部材Bに対して接合用素材を介して接合する、という方法である。
特許文献2には、異材継手構造のアンカ孔をバーリング孔に形成し、単純孔の場合と同一の引張り強さになるまでアンカ孔の孔径を小さく設定することが記載される。
特許文献3には、鋼板の鋳込み金具をアルミニウムの鋳ぐるみ材で鋳ぐるみ、鋼板の鋳込み金具を鋼板の接合部材へ溶接する異材継手構造が記載されている。鋼板の鋳込み金具は、引張り強度の高い高張力鋼板で形成され、アルミニウムの鋳ぐるみ材と機械的接合をするアンカ孔が形成される。また、高張力鋼板の表面には、アルミニウムの鋳ぐるみ材と鋼板の鋳込み金具の鋼板面とを非接触にする表面処理を施すことが記載される。 Patent Document 3 describes a dissimilar joint structure in which a steel plate casting fitting is cast with an aluminum casting material, and the steel plate casting fitting is welded to a steel plate joining member. The cast metal fitting of the steel plate is formed of a high-tensile steel plate having a high tensile strength, and an anchor hole for mechanically joining the cast aluminum material is formed. Further, it is described that the surface of the high-tensile steel plate is subjected to a surface treatment that makes the cast aluminum material and the steel plate surface of the cast steel fitting of the steel plate non-contact.
しかしながら、上記の特許文献1〜3は、アルミニウム合金材と鋼材との異種材料同士を接続する技術であるが、鋼材をインサート部材とし、このインサート部材をアルミニウム合金材で鋳込む方式である。そのため、アルミニウム合金材は、鋳造材(鋳物、ダイカスト材)に限定され、アルミニウム合金展伸材に比べると引張り強さや伸び等が限定される。また、鋳造材は溶接が困難であるという問題もあり、異材構造部材を別の部材と接合する際に、その接合方法が限られる。
However, although
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は、アルミニウム材と鋼材と高い機械的強度で接合でき、他の部材と容易に接続できる異材構造部材を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said matter, The objective is to provide the dissimilar-material structural member which can be joined to aluminum material and steel material with high mechanical strength, and can be easily connected with another member.
本発明は下記構成からなる。
(1) アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材と、鋼材と、前記アルミニウム材と前記鋼材とを接合する継手部と、を備える異材構造部材であって、
前記継手部は、前記アルミニウム材と前記鋼材とがアルミニウム合金溶湯で一体に鋳ぐるんで固定される鋳ぐるみ部を有することを特徴とする異材構造部材。
(2) 前記アルミニウム材は、アルミニウム合金展伸材であることを特徴とする(1)に記載の異材構造部材。
(3) 前記アルミニウム材と前記鋼材の少なくとも一方に前記アルミニウム合金溶湯が流動する貫通孔が形成されていることを特徴とする(1)又は(2)に記載の異材構造部材。
(4) 前記アルミニウム材と前記鋼材が重ねて配置され、
前記貫通孔が前記アルミニウム材と前記鋼材の双方に形成され、
前記アルミニウム材と前記鋼材の貫通孔の孔位置が重ね方向に一致していることを特徴とする(3)に記載の異材構造部材。
(5) 前記アルミニウム材と前記鋼材は、前記アルミニウム材と前記鋼材との間に隙間を有して配置されている(1)〜(4)のいずれか1つに記載の異材構造部材。
(6) 前記アルミニウム材と前記鋼材との間に前記隙間を形成するスペーサが設けられていることを特徴とする(5)に記載の異材構造部材。
The present invention has the following configuration.
(1) A dissimilar material structural member comprising an aluminum material made of aluminum or an aluminum alloy, a steel material, and a joint portion for joining the aluminum material and the steel material,
The said joint part has a cast-in part where the said aluminum material and the said steel material are integrally cast with the aluminum alloy molten metal, and are fixed, The different-materials structural member characterized by the above-mentioned.
(2) The dissimilar material structural member according to (1), wherein the aluminum material is an aluminum alloy wrought material.
(3) The dissimilar material structural member according to (1) or (2), wherein a through-hole through which the molten aluminum alloy flows is formed in at least one of the aluminum material and the steel material.
(4) The aluminum material and the steel material are arranged to overlap,
The through hole is formed in both the aluminum material and the steel material,
The dissimilar material structural member according to (3), wherein the hole positions of the through holes of the aluminum material and the steel material coincide with each other in the overlapping direction.
(5) The dissimilar material structural member according to any one of (1) to (4), wherein the aluminum material and the steel material are disposed with a gap between the aluminum material and the steel material.
(6) The dissimilar material structural member according to (5), wherein a spacer that forms the gap is provided between the aluminum material and the steel material.
本発明によれば、アルミニウム材と鋼材と高い機械的強度で接合でき、他の部材と容易に接続することができる。 According to the present invention, the aluminum material and the steel material can be joined with high mechanical strength, and can be easily connected to other members.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
<第1構成例>
図1は本発明の実施形態を説明するための図で、第1構成例の異材構造部材の斜視図、図2は図1のA−A線断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<First configuration example>
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention, and is a perspective view of a dissimilar material structural member of a first configuration example, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
異材構造部材100は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板状のアルミニウム材11と、板状の鋼材13と、アルミニウム材11と鋼材13とを接合する継手部15とを備える。継手部15は、アルミニウム材11と鋼材13とをアルミニウム合金溶湯で一体に鋳ぐるんで固定される鋳ぐるみ部17を有する。本構成のアルミニウム材11と鋼材13は、一軸に沿って配置され、双方の一端部11a,13aの端面同士を軸方向に突き当てた状態で固定される。
The dissimilar material
本明細書においては、長手材であるアルミニウム材11と鋼材13の長手方向を軸方向、長手材の板厚方向を高さ方向、長手方向と板厚方向に直交する方向を幅方向と呼称する。
In this specification, the longitudinal direction of the
アルミニウム材11は、圧延材、押出材、鍛造材、アルミニウムクラッド材等のアルミニウム合金展伸材、又は純アルミニウムが使用でき、板厚は1.2mm〜3.0mmのものが採用できる。例えば、JIS規格の6000系、5000系、7000系、2000系、3000系等のアルミニウム合金材が使用可能である。
The
鋼材13は、裸材、亜鉛メッキ鋼板、アルミメッキ鋼板等が使用可能であり、引張り強さが270〜980MPaの高張力鋼で、板厚は0.8mm〜2.4mmのものが採用できる。
The
鋳ぐるみ部17は、アルミニウム合金鋳物AC4C、AC4CH、AC2B(JIS H 5202)もしくはADC12(JIS H 5302)であり、軸方向に直交する断面において、アルミニウム材11及び鋼材13の全周を覆って形成される。また、鋳ぐるみ部17は、アルミニウム材11と鋼材13の一端部11a,13aを覆い、これら一端部11a,13aと反対側の他端部11b,13bを、鋳ぐるみ部17の外側に露出させている。
The cast-in
鋳ぐるみ部17の外側に露出したアルミニウム材11の他端部11b、及び鋼材13の他端部13bは、切削や研削、孔開け等の機械加工が施された接合部、又は溶接される接合部とされて、図示しない他の部材と接合される。
The
本構成の異材構造部材100によれば、アルミニウム材11と鋼材13とを軸方向に付き合わせて接合するため、アルミニウム材11と鋼材13との位置決めが簡単になる。そして、アルミニウム材11をアルミニウム合金展伸材で構成した場合、アルミニウム鋳造材に比べて引張り強さが高く、伸びが大きくなり、機械強度を向上できる。また、欠陥(ひけや巣など)のない高い材料品質と高い寸法精度とを実現でき、異材構造部材100を他の部材と高強度且つ高精度で接合できる。
According to the dissimilar material
すなわち、アルミニウム材11は、他端部11bを予め所望の形状に機械加工した状態で鋳ぐるむことができる。その場合、鋳ぐるみ接合後の異材構造部材100を後加工することなく、別部材にそのまま接合できる。例えば、他端部11bにボルト孔やリベット孔を形成しておけば、相手側の別部材に容易に締結できる。また、アルミニウム材11の他端部11bを溶接部として予め加工しておけば、鋳ぐるみ接合後に、そのまま他部材と溶接でき、接合工程が煩雑にならない。
That is, the
なお、図示例では、アルミニウム材11と鋼材13の一端部11a,13aの端面が、軸方向垂直面を有する形態を示しているが、一端部11a,13aの端面形状はこれに限らない。例えば、一端部11a,13aの端面は、軸方向から傾斜した斜面、高さ方向から傾斜した斜面、又は互いに係合する凹凸面等の他の形態であってもよい。
In the illustrated example, the end surfaces of the one
<第2構成例>
図3は第2構成例の異材構造部材の斜視図、図4は図3のB−B線断面図である。以降の説明においては、同一の部材や対応する部材に対しては、同一の符号を付与することで、その説明を簡略化又は省略する。
<Second configuration example>
FIG. 3 is a perspective view of the dissimilar material structural member of the second configuration example, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. In the following description, the same members or corresponding members are given the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
本構成の異材構造部材110は、アルミニウム材11と鋼材13とが、高さ方向に重なり合い、当接した状態で接合される。図4に示すように、アルミニウム材11と鋼材13とが重なる領域は、鋳ぐるみ部17の軸方向中央の領域Wであり、それぞれの一端部11a,13aが、鋳ぐるみ部17の内側に配置される。
In the dissimilar material
本構成の異材構造部材110によれば、アルミニウム材11と鋼材13とは、それぞれの対向面同士が当接した状態で重ね合わされる。そのため、双方の部材の平行度が簡単に得られる。よって、鋳ぐるみの鋳造時における位置決めが簡単になる。
According to the dissimilar material
なお、図示例では、アルミニウム材11と鋼材13の一端部11a,13aの対向面が、平坦面同士で当接する形態を示しているが、一端部11a,13aの対向面形状はこれに限らない。一端部11a,13aの対向面は、平坦面に代えて、例えば軸方向又は幅方向に沿って板厚が変化する傾斜面、互いに係合する凹凸面等、他の形態であってもよい。
In addition, in the example of illustration, although the opposing surface of the one
<第3構成例>
図5は第3構成例の異材構造部材の斜視図、図6は図5のC−C線断面図である。
本構成の異材構造部材120は、アルミニウム材11と鋼材13とが一軸に沿って配置され、アルミニウム材11の一端部11aと鋼材13の一端部13aとの間に、所定の軸方向隙間Caが設けられる。つまり、図6に示すように、アルミニウム材11と鋼材13とは、互いに当接することなく、鋳ぐるみ部17内部で軸方向隙間Caを有して接合される。
<Third configuration example>
FIG. 5 is a perspective view of the dissimilar material structural member of the third configuration example, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
In the dissimilar material
本構成の異材構造部材120によれば、双方の一端部11a,13a同士が軸方向に所定の隙間Caを有した状態で鋳ぐるみされる。つまり、鋳ぐるみの鋳造時に、アルミニウム材11と鋼材13との間の軸方向隙間Caにアルミニウム合金溶湯が流動し、この軸方向隙間Caにアルミニウム合金鋳造材が確実に充填される。
According to the dissimilar material
その結果、アルミニウム材11と鋼材13は、鋳ぐるみ部17内における表面積、すなわち、接合に寄与する面積が増加して、アルミニウム材11、鋼材13、鋳ぐるみ部17の相互間の接合強度が向上する。また、アルミニウム材11と鋼材13との間に軸方向隙間Caが存在するため、アルミニウム材11と鋼材13とを当接させた場合と比較して、意図しない隙間(欠陥)が生じることがない。その結果、異材構造部材120全体の強度を向上できる。
As a result, the
なお、アルミニウム材11と鋼材13の一端部11a,13aの端面を、平坦面から凹凸面等に変更して、鋳ぐるみ部17との接触面積を更に増加させてもよい。その場合、アルミニウム材11と鋼材13との接合強度を一層向上できる。
In addition, the end surface of the
<第4構成例>
図7は第4構成例の異材構造部材の斜視図、図8は図7のD−D線断面図である。
本構成の異材構造部材130は、図7に示すように、アルミニウム材11と鋼材13とが、図4に示す状態から高さ方向に離間して配置される。つまり、図8に示すように、アルミニウム材11と鋼材13とは、互いに当接することなく、鋳ぐるみ部17内部で高さ方向隙間Cbを有して接合される。
<Fourth configuration example>
FIG. 7 is a perspective view of the dissimilar material structural member of the fourth configuration example, and FIG. 8 is a sectional view taken along the line DD of FIG.
As shown in FIG. 7, the dissimilar material
アルミニウム材11と鋼材13とが高さ方向に重なる領域は、鋳ぐるみ部17の軸方向中央の領域Wであり、それぞれの一端部11a,13aは、鋳ぐるみ部17の内側に配置される。
A region where the
本構成の異材構造部材130によれば、双方の一端部11a,13a同士が、高さ方向に所定の高さ方向隙間Cbを有した状態で鋳ぐるみされる。アルミニウム合金溶湯は、アルミニウム材11と鋼材13との間に高さ方向隙間Cbが存在することによって、鋳ぐるみの鋳造時に隙間Cb内に流動し、この隙間Cbにアルミニウム合金鋳造材が確実に充填される。
According to the dissimilar material
そのため、アルミニウム材11と鋼材13は、鋳ぐるみ部17内における表面積、すなわち、接合に寄与する面積が増加して、アルミニウム材11、鋼材13、鋳ぐるみ部17の相互間の接合強度が向上する。その結果、異材構造部材130全体の強度を向上できる。
Therefore, the
なお、アルミニウム材11と鋼材13の一端部11a,13a側の対向面11c,13cは、平坦面から凹凸面等に変更して、鋳ぐるみ部17との接触面積を更に増加させてもよい。その場合、接合強度を一層向上させることができる。
The facing surfaces 11c and 13c on the one
<第5構成例>
図9は第5構成例の異材構造部材の斜視図、図10は図9に示す異材構造部材の平面図、図11は図10のE−E線断面図である。
本構成の異材構造部材140は、図5に示す異材構造部材120の鋼材13に、アルミニウム合金溶湯が流動する貫通孔19を形成したこと以外は、異材構造部材120と同様の構成である。
<Fifth configuration example>
9 is a perspective view of the dissimilar material structure member of the fifth configuration example, FIG. 10 is a plan view of the dissimilar material structure member shown in FIG. 9, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line EE of FIG.
The dissimilar material
鋼材13は、鋳ぐるみ部17内の一端部13a側に、高さ方向に貫通する少なくとも1つの貫通孔19(図示例では3箇所)が形成される。アルミニウム合金溶湯は、鋳ぐるみの鋳造時に鋼材13の貫通孔19内に流動して、この貫通孔19内にアルミニウム合金鋳造材が確実に充填される。
In the
これにより、鋼材13の表裏面に形成される鋳ぐるみ部17が、貫通孔19を通じて表裏連結される。貫通孔19内にアルミニウム合金鋳造材が充填されることで、鋼材13と鋳ぐるみ部17との接合強度が向上し、異材構造部材140の引張り強度等の機械的強度が高められる。
As a result, the cast-in
貫通孔19の数、配置場所、孔径φdsは、異材構造部材140の使用用途や適用部位に応じて適宜調整することで、最適な継手強度を得ることができる。
The optimal joint strength can be obtained by appropriately adjusting the number of the through-
<第6構成例>
図12は第6構成例の異材構造部材の斜視図、図13は図12に示す異材構造部材の平面図、図14は図13のF−F線断面図である。
本構成の異材構造部材150は、図9に示す異材構造部材140のアルミニウム材11に、アルミニウム合金溶湯が流動する貫通孔21を形成したこと以外は、異材構造部材140と同様の構成である。
<Sixth configuration example>
12 is a perspective view of the dissimilar material structure member of the sixth configuration example, FIG. 13 is a plan view of the dissimilar material structure member shown in FIG. 12, and FIG. 14 is a sectional view taken along line FF in FIG.
The dissimilar material
アルミニウム材11は、鋳ぐるみ部17内の一端部11a側に、高さ方向に貫通する少なくとも1つの貫通孔21(図示例では3箇所)が形成される。アルミニウム合金溶湯は、鋳ぐるみの鋳造時にアルミニウム材11の貫通孔21内に流動して、この貫通孔21内にアルミニウム合金鋳造材が確実に充填される。
In the
アルミニウム合金鋳造材が貫通孔19,21内に充填されることで、アルミニウム材11と鋼材13のそれぞれの表裏面に形成される鋳ぐるみ部17が、各貫通孔19,21を通じて表裏連結される。これにより、アルミニウム材11及び鋼材13と鋳ぐるみ部17との接合強度が向上し、異材構造部材150の引張り強度等の機械的強度がより高められる。
By filling the aluminum alloy casting material into the through
貫通孔19,21の数、配置場所、貫通孔19の孔径φds、貫通孔21の孔径φdaは、異材構造部材150の使用用途や適用部位に応じて適宜調整することで、最適な継手強度を得ることができる。上記は、以降の各構成例についても同様である。
The number of the through
<第7構成例>
図15は第6構成例の異材構造部材の斜視図、図16は図15に示す異材構造部材の平面図、図17は図16のG−G線断面図である。
本構成の異材構造部材160は、図7に示す異材構造部材130の鋼材13にアルミニウム合金溶湯が流動する貫通孔19を形成し、アルミニウム材11にアルミニウム合金溶湯が流動する貫通孔21を形成したこと以外は、異材構造部材130と同様の構成である。
<Seventh configuration example>
15 is a perspective view of the dissimilar material structure member of the sixth configuration example, FIG. 16 is a plan view of the dissimilar material structure member shown in FIG. 15, and FIG. 17 is a sectional view taken along the line GG of FIG.
In the dissimilar material
本構成の異材構造部材160によれば、アルミニウム合金鋳造材が貫通孔19,21内に充填されることで、アルミニウム材11と鋼材13のそれぞれの表裏面に形成される鋳ぐるみ部17が、各貫通孔19,21を通じて表裏連結される。これにより、アルミニウム材11及び鋼材13と鋳ぐるみ部17との接合強度が更に向上し、異材構造部材150の引張り強度等の機械的強度がより高められる。
According to the dissimilar material
<第8構成例>
図18は第8構成例の異材構造部材の斜視図、図19は図18に示す異材構造部材の平面図、図20は図19のH−H線断面図である。
<Eighth configuration example>
18 is a perspective view of the dissimilar material structure member of the eighth configuration example, FIG. 19 is a plan view of the dissimilar material structure member shown in FIG. 18, and FIG. 20 is a cross-sectional view taken along line HH in FIG.
本構成の異材構造部材170は、図7に示す異材構造部材130の鋼材13にアルミニウム合金溶湯が流動する貫通孔19が形成される。アルミニウム材11の貫通孔21と鋼材13の貫通孔19の孔位置は、アルミニウム材11と鋼材13との重ね方向に一致している。また、アルミニウム材11と鋼材13との間には、高さ方向に隙間が形成される。この高さ方向隙間は、アルミニウム材11の対向面11cに設けられ、鋼材13に向けて突出する突起23によって形成される。その他は、異材構造部材130と同様の構成である。
In the dissimilar material
突起23は、スペーサとして機能し、その突出高さを調節することで、アルミニウム材11と鋼材13との間の高さ方向隙間を任意に設定できる。突起23は、アルミニウム材11側に設ける以外にも、鋼材13側に設けてもよい。図19に示すように、本構成例では突起23を3箇所に設けているが突起23の数、配置場所、突起23の大きさや突出高さは、異材構造部材170の使用用途や適用部位に応じて適宜設定することができる。また、突起23は、アルミニウム材11や鋼材13が薄板状である場合、折り曲げや押し出し等の板金加工によって形成すれば、加工が容易となる。
The
更に、突起23は、アルミニウム材11又は鋼材13の少なくとも一方に埋め込まれた金具であってもよい。金具は、ねじ機構等の突出高さが任意に調整可能なものであれば、アルミニウム材11と鋼材13との間の高さ方向隙間を自在に且つ簡便に変更でき、設計変更する必要がなくなる。
Further, the
突起23は、アルミニウム材11又は鋼材13に一体に設ける以外にも、アルミニウム材11や鋼材13とは別体に設けた構成としてもよい。図21はアルミニウム材11と鋼材13との間に高さ方向隙間を形成する他のスペーサを示す断面図である。
The
図21に示すスペーサ25は、アルミニウム材11や鋼材13とは別体の部材で構成され、アルミニウム材11と鋼材13との間に介装される。スペーサ25の具体例としては、例えば、リベットやピン、或いは、アルミニウム材11と鋼材13とを貫通するボルトに噛み合うナットやワッシャ等が挙げられる。
A
また、スペーサ25は、鋳ぐるみ部17となるアルミニウム合金鋳物よりも低い融点の材料を使用することが望ましい。その場合、アルミニウム材11と鋼材13との間の隙間を設定したスペーサ25が、鋳ぐるみの鋳造時に、アルミニウム合金溶湯によって融解し、スペーサ25の位置もアルミニウム合金鋳物が充填されることになる。よって、鋳ぐるみ部17内がアルミニウム合金鋳物で均一に充填され、余分な空間(欠陥)を発生させることがない。その結果、高い接合強度を維持できる。
The
また、アルミニウム材11の貫通孔21と、鋼材13の貫通孔19とが、アルミニウム材11と鋼材13との重ね方向に一致した位置に設けることで、鋳ぐるみの鋳造後の検査を簡単化できる。すなわち、各貫通孔19,21にアルミニウム合金鋳物が充填されているか否かを検査する際、貫通孔19と21の孔内を、重ね方向に超音波探傷試験等の非破壊検査を行うことで、一度に検査できる。よって、検査箇所を少なくでき、異材構造部材の性能の評価が容易に行える。
Further, by providing the through
<第9構成例>
次に、上記した異材構造部材を自動車用のフレーム部材に適用した一例を説明する。
図22は第9構成例の異材構造部材の斜視図、図23は異材構造部材の鋳ぐるみ前の骨格部材を示す斜視図、図24は図23のI−I線断面図、図25は図23に示す異材構造部材の平面図である。
<Ninth configuration example>
Next, an example in which the above-described dissimilar material structural member is applied to an automobile frame member will be described.
22 is a perspective view of the dissimilar material structural member of the ninth configuration example, FIG. 23 is a perspective view of the skeleton member before casting of the dissimilar material structural member, FIG. 24 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 24 is a plan view of the dissimilar material structural member shown in FIG.
図22に示すように、本構成例の異材構造部材180は、材質が異なる2種類の板材であるアルミニウム材11と、鋼材13の各一端が、隙間を有して重ね合わされてなる骨格部材31と、各板材が重ね合わされた領域に鋳造により形成される前述の鋳ぐるみ部17とを備える。鋳ぐるみ部17は、アルミニウム材11と鋼材13とを接合する継手部15となる。
As shown in FIG. 22, the dissimilar material
図23に示すように、鋼材13は断面略逆U字形のハット形パネル部材であり、幅方向(X方向)の両脇側に鍔部33が形成される。アルミニウム材11は、鋼材13より一回り大きい断面略逆U字形のハット形パネル部材であり、幅方向(X方向)の両脇側に鍔部35が形成される。アルミニウム材11は、鍔部35が鋼材13の鍔部33から高さ方向に所定距離だけ離間して、鋼材13の外側の一部を覆って配置される。
As shown in FIG. 23, the
つまり、図24に示すように、アルミニウム材11の軸方向(Y方向)の一端部11aと、鋼材13の軸方向(Y方向)の一端部13aとは、図25に示すアルミニウム材11と鋼材13との重ね合わせ領域Wにおいて、互いに隙間Ccを有して重ね合わされる。
That is, as shown in FIG. 24, one
アルミニウム材11と鋼材13との間の隙間Ccは、本構成例ではアルミニウム材11に設けた突起23Aにより形成される。突起23Aは、アルミニウム材11と鋼材13とを貫通する貫通孔(鋼材13側の貫通孔21A、及びアルミニウム材11側の貫通孔19A)の周囲に設けられ、アルミニウム材11を逆U字型に成形するプレス成形と同時に成形できる。
The gap Cc between the
隙間Ccは、上記の突起23A以外にも、アルミニウム材11と鋼材13との間に複数のリベットを配置して、これらのリベットによって形成してもよい。リベットによる固定方法としては、例えば特開平7−214338号や特開2010−207898号に開示される方法を適宜利用できる。
In addition to the
図23〜図25に示すように、アルミニウム材11及び鋼材13は、それぞれの鍔部35,33と、頂面部37,39と、これらを接続する側面部41,43とに、上記の突起23Aと共に貫通孔21A,19Aが形成される。また、突起23Aの位置以外にも、他の貫通孔21B,19Bが複数形成される。これらの貫通孔19A,19B,21A,21Bは、鋳ぐるみの鋳造時にアルミニウム合金溶湯の流路となる。
As shown in FIGS. 23 to 25, the
鋳ぐるみの鋳造時においては、アルミニウム材11と鋼材13とが接合された骨格部材31が、不図示の成形金型内にセットされ、アルミニウム材11と鋼材13との重ね合わせ領域Wに画成されるキャビティにアルミニウム合金溶湯が供給される。
At the time of casting, the
成形金型は、図示はしないが、外枠体と、外枠体の内部に挿入される中子を有する。骨格部材31は、外枠体の内周面と中子との間にセットされ、キャビティ内にアルミニウム合金溶湯が流動して充填されることで、図22に示す鋳ぐるみ部17が形成される。
Although not shown, the molding die has an outer frame body and a core inserted into the outer frame body. The
図26は図22のJ−J線断面図である。図26に示すように、成形金型のキャビティは、アルミニウム材11と鋼材13の周囲に画成される複数の隙間空間からなる。すなわち、成形金型の外枠体の内周面とアルミニウム材11との間の隙間空間CB1、アルミニウム材11と鋼材13との間の隙間空間CB2、鋼材13の内部における、軸方向(Y方向)に沿って挿入される中子の外周面と鋼材13との間に形成される隙間CB3、及び成形金型の外枠体の内周面と中子の外周面との間の隙間空間CB4とを含む。これら各隙間空間CB1〜CB4にアルミニウム合金溶湯が流動して充填され、鋳ぐるみ部17が形成される。
26 is a cross-sectional view taken along line JJ in FIG. As shown in FIG. 26, the cavity of the molding die is composed of a plurality of gap spaces defined around the
鋳ぐるみの鋳造後の異材構造部材180は、図22に示すように、アルミニウム材11の一端部11aの端面、及び鋼材13の一端部13aの端面を覆って鋳ぐるみ部17が形成される。
As shown in FIG. 22, the dissimilar material
図26に示すように、アルミニウム合金溶湯は、貫通孔19A(19B),21A(21B)にも充填される。これら貫通孔19A,19B,21A,21Bに充填されたアルミニウム合金鋳造材は、アルミニウム材11と鋼材13との係合部として機能し、孔内から抜けにくくなる。また、上記の各隙間空間CB1〜CB4に充填されたアルミニウム合金鋳造材は、上記係合部によって鋳ぐるみ部17材と接続される。このため、鋳ぐるみ部17とアルミニウム材11及び鋼材13との全体が一体化される。これらの作用により、重量を増加させることなく異材構造部材180の剛性や、耐荷重性を向上できる。
As shown in FIG. 26, the molten aluminum alloy is also filled in the through
また、アルミニウム材11と鋼材13の一端部11a,13aにおける端面は、鋳ぐるみ部17により覆われる。そのため、鋳ぐるみ部17は、水分の浸入から保護され、錆、腐食、電食が生じにくくなる。なお、少なくとも鋼材13と鋳ぐるみ部17との境界部分に、接着剤の塗布、樹脂テープの貼り付け等により樹脂皮膜を形成してもよい。これにより鋳ぐるみ部17と鋼材13との電位差により生じる電食を確実に防止することができる。
Further, end surfaces of the one
アルミニウム材11及び鋼材13の少なくとも重ね合わせ領域Wの表面は、平滑面、粗面化された面のいずれであってもよい。表面が粗面化されている場合、アルミニウム合金との接合強度をより高めることができる。粗面化の方法としてはブラスト処理、エッチング処理、ブラシ研磨処理、切削処理などがある。この粗面化処理によって、鋳造欠陥の起因となる酸化物や有機物等が除去されるため、鋳造欠陥を防止することができる。また、重ね合わせ領域Wは、エンボス加工された面で形成してもよい。エンボス状の隙間にアルミニウム合金鋳造材が充填されることで、アルミニウム材11と鋼材13とを、長手方向の耐荷重性を向上させた接合形態にできる。
The surface of at least the overlapping region W of the
アルミニウム材11と鋼材13との間に充填されるアルミニウム合金鋳造材の厚みは、鋳ぐるみの鋳造時におけるアルミニウム合金溶湯の流動性と、複合部材の強度の観点から、最も厚みの薄い箇所で、1.8〜3mm程度とすることが好ましい。
The thickness of the aluminum alloy cast material filled between the
本構成例の異材構造部材180によれば、アルミニウム材11と鋼材13とが高さ方向隙間を有して配置され、この隙間にアルミニウム合金鋳造材が充填される。また、複数の貫通孔19A,19B,21A,21Bにもアルミニウム合金鋳造材が充填される。これにより、アルミニウム材11と鋼材13とが、鋳ぐるみ部17を介して高強度に接合される。そして、1回の鋳ぐるみの鋳造によってアルミニウム材11と鋼材13とが一体に接合されるため、製造工程を簡略化できる。
According to the dissimilar material
貫通孔19,19A,19B,21,21A,21Bは、図示例の丸孔に限らず、角孔、長孔等、任意の形状であってもよい。また、孔断面は、円筒状の他に、テーパ状や厚み方向中間部が内側に突出した形状等、孔内面積を増加させることや傾斜面を持たせた形状にしてもよい。その場合、孔内壁面とアルミニウム合金鋳造材との接合強度が更に増加して、異材構造部材180の剛性を一層向上できる。
The through holes 19, 19 A, 19 B, 21, 21 A, and 21 B are not limited to the round holes in the illustrated example, and may have any shape such as a square hole or a long hole. In addition to the cylindrical shape, the hole cross section may have a shape in which the area in the hole is increased or an inclined surface is provided, such as a taper shape or a shape in which a middle portion in the thickness direction protrudes inward. In this case, the bonding strength between the hole inner wall surface and the aluminum alloy cast material is further increased, and the rigidity of the dissimilar material
次に、上記構成の異材構造部材180を自動車用のフロントサブフレームに適用した構成を説明する。図27は自動車用のフロントサブフレームの斜視図である。
Next, a configuration in which the dissimilar material
フロントサブフレーム200は、車両のフレーム構造の一つであり、車両前方に配置される鋼製のフロントメンバ51と、エンジン等を搭載するアルミニウム製のリヤメンバ53とが、一対の異材構造部材180により一体に接合された形状を有する。
The
フロントメンバ51は、車幅方向(X方向)に延びるフロントクロスメンバ55と、一対の支柱57とを備える。これらフロントクロスメンバ55、及び一対の支柱57は鋼製である。一対の支柱57は、フロントクロスメンバ55の車幅方向(X方向)両端に接続され、それぞれ上方に向かって延設される。また、リヤメンバ53は、車幅方向(X方向)に延びるアルミニウム合金製のリヤクロスメンバ59を備える。
The
一対の異材構造部材180は、フロントクロスメンバ55と、リヤクロスメンバ59との間に接合される。つまり、一対の異材構造部材180は、一方の端部がフロントクロスメンバ55の車幅方向(X方向)両端部の車両後方側に溶接され、他方の端部がリヤクロスメンバ59の車幅方向(X方向)両端部の車両前方側に溶接される。
The pair of different material
これにより、一対の異材構造部材180は、フロントクロスメンバ45とリヤクロスメンバ49と一体に接続され、フロントサブフレーム200の一部品として構成される。
As a result, the pair of dissimilar material
フロントクロスメンバ55と異材構造部材180の一方の端部は、共に鋼製であり、リヤクロスメンバ59と異材構造部材180の他方の端部は、共にアルミニウム製である。そのため、フロントクロスメンバ55は、同じ材料の鋼材13と溶接され、リヤクロスメンバ59は、同じ材料のアルミニウム材11と溶接される。しがって、異材構造部材180は、同じ材料同士で溶接することになるので、溶接工程が簡単に済み、溶接強度も高められる。
One end of the
上記構成のフロントサブフレーム200によれば、リヤクロスメンバ59、及びリヤクロスメンバ59側の異材構造部材180の部材をアルミニウム製とすることで、軽量化が図られ、車両の燃費向上等に寄与できる。
According to the
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art can make changes and applications based on combinations of the configurations of the embodiments, descriptions in the specification, and well-known techniques. This is also the scope of the present invention, and is included in the scope of seeking protection.
11 アルミニウム材
11a 一端部
13 鋼材
13a 一端部
15 継手部
17 鋳ぐるみ部
19,19A,19B 貫通孔
21,21A,21B 貫通孔
23 突起
25 スペーサ
100,110,120,130,140,150,160,170,180 異材構造部材
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記継手部は、前記アルミニウム材と前記鋼材とがアルミニウム合金溶湯で一体に鋳ぐるんで固定される鋳ぐるみ部を有することを特徴とする異材構造部材。 A dissimilar material structural member comprising an aluminum material made of aluminum or an aluminum alloy, a steel material, and a joint part for joining the aluminum material and the steel material,
The said joint part has a cast-in part where the said aluminum material and the said steel material are integrally cast with the aluminum alloy molten metal, and are fixed, The different-materials structural member characterized by the above-mentioned.
前記貫通孔が前記アルミニウム材と前記鋼材の双方に形成され、
前記アルミニウム材と前記鋼材の貫通孔の孔位置が重ね方向に一致していることを特徴とする請求項3に記載の異材構造部材。 The aluminum material and the steel material are arranged to overlap,
The through hole is formed in both the aluminum material and the steel material,
The dissimilar material structural member according to claim 3, wherein the hole positions of the through holes of the aluminum material and the steel material coincide with each other in the overlapping direction.
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