JP6697922B2 - 部材の接合方法、接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、部材の接合方法及び接合構造に関する。

自動車の構造部材では、ハイテンション鋼と呼ばれる高強度の薄鋼板が使用されている。これらのハイテンション鋼は軽量化や安全性向上に有効ではあるが、アルミなどの低比重材料と比べると重い。また、ハイテンション鋼には、高強度ゆえに、成形性の低下、成形荷重の上昇、および寸法精度の低下などの問題がある。これらの問題を解決するために、近年、鋼板よりも比重が軽いアルミを用いた押し出し成形品や鋳造品、プレス成形品を鋼製部品と合わせて活用するマルチマテリアル化が行われている。

マルチマテリアル化で問題となるのは鋼板製部品とアルミ部品の接合である。スポット溶接に代表される溶接技術においては鋼板とアルミ板の界面に脆弱な金属間化合物（ＩＭＣ：intermetallic compound）が生じるため、電磁成形接合、ボルトとナットに代表されるねじ締結、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ：friction stir welding）、リベット、セルフピアスリベット（ＳＰＲ：self-piercing rivet）、メカニカルクリンチング、および接着などの接合技術が実用化されている。

電磁成形によるかしめは、相手部品に嵌合させたパイプ状の部品の内側にソレノイド成形コイルを挿入し、コイルに衝撃電流を流すことによって生じる磁界の変化により、導体のパイプに誘導電流を誘起させる。コイルの１次電流による磁界と、パイプの周方向上に反対方向に流れる誘導電流との間に電磁力が発生し、このときパイプは外側に向かう力を受けるため拡大変形され相手部品にかしめ接合される。この接合方法は、電気伝導度の良い銅やアルミに適しており、自動車部品の接合においても一部で実用化されている。

特許文献１には、マルチマテリアル化のための電磁成形によるかしめ接合技術が開示されている。特許文献１では、断面が中空の金属形材からなるバンパーリインフォースを電磁成形により拡大変形し、アルミニウム合金製のバンパーステイに設けられた穴部と嵌合させて接合している。

特開２００７−２８４０３９号公報

特許文献１の電磁成形やその他の接合方法において、接合強度の向上が望まれている。接合強度の向上のためには、部材強度を向上させることが好ましい。そのためには、材料の高硬度化や板厚の増加が考えられる。しかし、部材の高硬度化に伴って衝撃時のワレの危険性が増大したり、板厚の増加に伴って部品重量が増加したりする。代替的には、接合強度の向上のために接合部にバーリング等の加工を施すことも考えられるが、接合部の形状によってはバーリング加工が難しい場合がある。また、バーリング加工可能な形状であっても、加工により工数が増加し、製造コストが増大する。なお、電磁成形による接合では、断面多角形状部材を拡大化させて相手部材にかしめ接合することは難しい。

そこで本発明は、断面多角形状部材の拡大化による２つの部材の接合において、部材の重量増加を抑制し、接合強度を向上させることができる部材の接合方法及び接合構造を提供することを課題とする。

本発明の第１の態様は、部材の接合方法であって、
断面多角形状の第１穴部が形成された第１部材と、中空状の第２部材と、を準備し、
前記第２部材は、前記第１穴部の断面多角形状に対応する断面形状を有し、前記断面形状において、直線状に延びる複数の直線部と、互いに隣接する２つの直線部の間に位置するコーナー部と、を備え、
前記第１部材の前記第１穴部に前記第２部材を挿入し、
前記コーナー部を拡大変形させて、前記第２部材を前記第１部材にかしめ接合することを含んでいる。

前記構成によれば、直線部に比べてかしめ保持力の高いコーナー部を拡大変形させることによって、部材の接合強度を向上させることができる。また、特に部材を増加及び追加していないので、部材の重量を増加させることなく、部材の接合強度を向上させることができる。

ここで、第１穴部の断面多角形状は、直線部とコーナー部とを有する形状であればよく、コーナー部は、円弧形状を有するものも、所定の角度を有する頂点を有するものも含む。また、第１穴部の断面多角形状に対応する第２部材の断面形状は、第１穴部の断面多角形状に挿入可能な形状であって、第１穴部の直線部に対応する直線部と第１穴部のコーナー部に対応するコーナー部とを有する形状であればよく、コーナー部は、円弧形状を有するものも、所定の角度を有する頂点を有するものも含む。

前記第１の態様は、更に、次のような構成を備えるのが好ましい。
（１）前記コーナー部に弾性体を配置し、
前記弾性体を前記第２部材の挿入方向に圧縮することによって、前記コーナー部を拡大変形させる。
（２）前記直線部は、第１長さ以上を有しており、
前記直線部に中子部材を配置する。
（３）前記構成（２）において、前記第１長さは、前記第１部材の有効幅Ｂと等しくなっており、前記有効幅Ｂは、下記式（１）により求められ、
前記直線部の長さ方向における前記中子部材の長さＣは、下記式（３）により求められる。

［数１］Ｂ＝α×√Ｅ×ｔ／√σｙ …（１）
０．９≦α≦１．１ …（２）
Ｃ≧Ｌ−Ｂ …（３）

ただし、αは式（２）で規定され、Ｅは第１部材のヤング率であり、ｔは第１部材の板厚であり、σｙは第１部材の降伏応力であり、Ｌは直線部の長さである。
（４）前記構成（１）において、前記弾性体は、前記コーナー部において、少なくとも前記第１部材と前記第２部材との接合部に配置される。

前記構成（１）によれば、コーナー部に配置された弾性体を用いてコーナー部を拡大変形させるので、コーナー部を均等に変形させることができ、その結果、第１部材と第２部材との間の嵌合精度が向上し、接合強度を向上させることができる。

前記構成（２）によれば、所定長さ以上を有する直線部に中子部材を配置することによって、かしめ時に生じる面内の圧縮力に対して弾性座屈が生じやすい直線部を変形させず、直線部に比べてかしめ保持力の高いコーナー部に変形を集中させるので、接合強度を向上させることができる。

前記構成（３）によれば、直線部の長さが第１部材の有効幅より大きい場合、第１部材は、直線部両端からそれぞれ有効幅／２だけ離れた領域で弾性座屈が生じやすくなるので、当該領域に中子部材を配置し、当該領域における第２部材の拡大変形を防止することによって、当該領域の第１部材の弾性座屈を防止できる。

前記構成（４）によれば、弾性体の配置領域を少なくとも第１部材と第２部材との接合部とすることによって、弾性体の必要量を低減できる。また、弾性体の大きさを小さくすることによって、弾性体を用いたコーナー部の均等変形をより容易とすることができる。

本発明の第２の態様は、第１穴部を有する第１部材と、前記第１穴部に挿入される中空状の第２部材との接合構造であって、
前記第１穴部は、断面多角形状を有しており、
前記第２部材は、前記第１穴部の断面多角形状に対応する断面形状を有し、前記断面形状において、直線状に延びる複数の直線部と、互いに隣接する２つの直線部の間に位置するコーナー部と、を備えており、
少なくとも１つの前記コーナー部における第２部材の拡大変形量は、少なくとも一方側の前記直線部における第２部材の拡大変形量より大きくなっていることを特徴とする。

前記構成によれば、直線部に比べてかしめ保持力の高いコーナー部の拡大変形量が大きくなっているので、部材の接合強度を向上させることができる。また、特に部材を増加及び追加していないので、部材の重量を増加させることなく、部材の接合強度を向上させることができる。

要するに本発明によると、断面多角形状部材の拡大化による２つの部材の接合において、部材の重量増加を抑制し、接合強度を向上させることができる部材の接合方法及び接合構造を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る第１部材と第２部材との接合を説明する斜視図。 第１部材に第２部材を挿入した状態における、第１穴部の水平断面を示す断面図。 第１部材に第２部材が挿入され、さらに第２部材の内部に弾性体及び中子部材が挿入された状態を示す第１穴部の水平断面を示す断面図。 第１部材に第２部材が挿入され、さらに第２部材の内部に弾性体及び中子部材が挿入された状態の縦断面図。 本発明の第２実施形態に係る第１部材と第２部材との接合を説明する斜視図。 第１部材に第２部材を挿入した状態における、第１穴部の水平断面を示す断面図。 第１部材に第２部材が挿入され、さらに第２部材の内部に弾性体及び中子部材が挿入された状態を示す第１穴部の水平断面を示す断面図。 第１部材に第２部材が挿入され、さらに第２部材の内部に弾性体及び中子部材が挿入された状態の縦断面図。 弾性体の配置の変形例を示す縦断面図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明では、方向や位置を表す用語（例えば、「上側」、「下側」等）を用いる場合があるが、これらは発明の理解を容易にするためであり、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本発明の一形態の例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

以下で説明する各実施形態では、個々の部材の材料を例示しているが、全実施形態において個々の部材の材料は特に例示しているものに限定されず、例えば、第１部材及び第２部材を鉄同士、アルミニウム合金同士、鉄とアルミニウム合金との組み合わせとする等、任意の材料に対して本発明は適用できる。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る第１部材と第２部材との接合を説明する斜視図である。図１に示されるように、本実施形態では、第１部材１に第２部材２を挿入して第１部材１と第２部材２とを接合する。第１部材１は、例えばハイテンション鋼でできており、中空状で直方体の形状を有している。第１部材１は、上壁１１と、下壁１２と、上壁１１と下壁１２とを連結する複数の側壁１３〜１６と、を備えている。上壁１１及び下壁１２には、それぞれ、第２部材２を挿通可能な第１穴部１７、１８が設けられている。また、側壁１４及び側壁１６には、第２部材２を挿入する方向と直交する方向に、それぞれ穴が形成されている。

図２は、第１部材１に第２部材２を挿入した状態における、第１穴部１７の水平断面を示す断面図である。図２に示されるように、第１穴部１７は、長辺１７１、１７２及び短辺１７３、１７４を備える断面長方形の形状を有している。長辺１７１、１７２は、それぞれ直線状に延びる直線部１７１ａ、１７２ａを備えており、短辺１７３、１７４は、それぞれ直線状に延びる直線部１７３ａ、１７４ａを備えている。また、第１穴部１７は、直線部１７１ａと直線部１７３ａとの間に位置するコーナー部１７５、直線部１７１ａと直線部１７４ａとの間に位置するコーナー部１７６、直線部１７２ａと直線部１７３ａとの間に位置するコーナー部１７７、直線部１７２ａと直線部１７４ａとの間に位置するコーナー部１７８を備えている。４つのコーナー部１７５〜１７８は、それぞれ同一の曲率を有する円弧形状を有している。なお、第１穴部１８は、第１穴部１７と同様の形状を有している。

第２部材２は、例えばアルミニウム合金でできており、中空状で角が円弧状の直方体の形状を有しており、軸線Ｚ方向に延びている。軸線Ｚは、第２部材２の中心と、第１部材１の第１穴部１７、１８の中心とを通っている。軸線Ｚ方向は、第１部材１への第２部材２の挿入方向と一致する。

第２部材２はまた、第１穴部１７、１８に挿通可能なように、第１穴部１７、１８の断面長方形の形状に対応する断面長方形の形状を有している。具体的には、第２部材２の断面形状は、第１穴部１７、１８の断面形状と相似形であり、第１穴部１７、１８の断面形状より少し小さい形状となっている。

第２部材２は、断面形状において、直線状に延びる直線部２１〜２４と、２つの直線部の間に位置するコーナー部２５〜２８と、を備えている。第２部材２を第１穴部１７、１８に挿入した状態で、直線部２１は直線部１７１ａに対向し、直線部２２は直線部１７２ａに対向し、直線部２３は直線部１７３ａに対向し、直線部２４は直線部１７４ａに対向する。また、同様の状態で、コーナー部２５はコーナー部１７５に対向し、コーナー部２６はコーナー部１７６に対向し、コーナー部２７はコーナー部１７７に対向し、コーナー部２８はコーナー部１７８に対向する。４つのコーナー部２５〜２８は、それぞれ同一の曲率を有する円弧形状を有している。

長辺側の直線部２１、２２は、第１長さ以上を有しており、短辺側の直線部２３、２４は、第１長さ未満を有している。第１長さは、第１部材１の有効幅Ｂと等しくなっている。

第１部材１の有効幅Ｂは、下記式（１）により求められる。
［数２］Ｂ＝α×√Ｅ×ｔ／√σｙ …（１）
０．９≦α≦１．１ …（２）

ただし、αは式（２）で規定され、Ｅは第１部材１のヤング率であり、ｔは第１部材１の板厚であり、σｙは第１部材１の降伏応力である。

なお、式（１）において、第１部材１の有効幅Ｂは、第１部材１が降伏応力に達したとき弾性座屈するという前提でのKarmanの式で規定されている。

第１部材１と第２部材２との接合は、以下の手順で行われる。

まず、図１に示されるように、第１部材１の第１穴部１７、１８に第２部材２が挿入される。さらに、第２部材２の内部に弾性体３及び中子部材４が挿入される。図３は、第１部材１に第２部材２が挿入され、さらに第２部材２の内部に弾性体３及び中子部材４が挿入された状態を示す第１穴部１７の水平断面を示す断面図である。図３に示されるように、第２部材２のコーナー部２５〜２８には、弾性体３が配置され、第１長さ（第１部材１の有効幅Ｂ）以上の長さを有する長辺側の直線部２１、２２には、中子部材４が配置される。特に、中子部材４は、長辺側の直線部２１、２２の長さ方向中央部に配置される。

直線部２１、２２の長さ方向における中子部材４の長さＣは、下記式（３）により求められる。
［数３］Ｃ≧Ｌ−Ｂ …（３）

ただし、Ｌは直線部２１、２２の長さである。

中子部材４は、例えば、鋼でできている。中子部材４は、第１部材１と同じ材料でもよく、異なる材料でもよい。

図４は、第１部材１に第２部材２が挿入され、さらに第２部材２の内部に弾性体３及び中子部材４が挿入された状態の縦断面図である。図４に示されるように、第２部材２は第１部材１を貫通しており、弾性体３は、コーナー部２５〜２８において、第１部材１と第２部材２との接合部１ａを覆うように、第２部材２の挿入方向（軸線Ｚ方向）に沿って所定長さだけ延びるように、上下に分割して配置されている。上部側の弾性体３の上部、上部側の弾性体３と下部側の弾性体３との間、及び下部側の弾性体の下部には、中子部材５が配置されている。なお、中子部材５は、第１部材１と第２部材２との接合部１ａには配置されていない。中子部材５は、直線部２１、２２に配置される中子部材４と同様の材料でできている。

弾性体３は、圧縮力によって外側へ膨張し、第２部材２を拡大変形させることができるものであり、例えば、ゴムや気体又は液体を封入された封入部材を含む。なお、弾性体３は、圧縮力に応じて外側へ膨張する際、均等に変形する部材であることが好ましい。

弾性体３がゴムの場合、ゴムの材質は、例えば、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、ＣＮＲゴム（クロロプレンゴム＋ニトリルゴム）、又はシリコンゴムのいずれかを用いることが好ましい。また、これらのゴムの硬度はショアＡで３０以上であることが好ましい。

なお、第２部材２は、弾性体３及び中子部材４、５が挿入された状態で、第１穴部１７、１８に挿入されてもよい。

次に、弾性体３及び中子部材４、５が挿入された第２部材２は、プレス装置６にセットされる。プレス装置６は、圧子６１及び受座６２を備えている。圧子６１は平坦な下面を有しており、下面で中子部材５を介して弾性体３を押圧する。受座６２は、平坦な上面を有し、上面には中子部材５を介して弾性体３が載置されている。

次に、プレス装置６により弾性体３に対して軸線Ｚ方向に圧縮の外力を付与する。弾性体３は軸線Ｚ方向の寸法が小さくなるにつれて、径方向の寸法が拡大する。このように、弾性体３を軸線Ｚから外側に向けて弾性変形（膨張）させ、その結果、弾性体３が内部に挿入されている第２部材２を拡大変形させる。

第１部材１と第２部材２との接合後、プレス装置６の圧縮力を除去する。圧縮力が除去された弾性体３は、自身の弾性力により元の形状に復元し、第２部材２から取り除かれる。また、中子部材４、５も第２部材２から取り除かれる。

弾性体３が取り除かれた後の、第２部材２の第１部材１に対する拡大変形の状態が、図３及び図４の破線で示されている。図３に示されるように、コーナー部２５〜２８における第２部材２の拡大変形量は、長辺側の直線部２１、２２における第２部材２の拡大変形量より大きくなっている。より詳細には、第２部材２の第１部材１に向けての拡大変形量が、コーナー部２５〜２８から長辺側の直線部２１、２２の長さ方向中心に向かって減少するようになっている。

なお、短辺側の直線部２３、２４には中子部材４が配置されていないので、コーナー部２５〜２８における第２部材２の拡大変形量は、短辺側の直線部２３、２４における第２部材の拡大変形量より小さくなっている。より詳細には、第２部材２の第１部材１に向けての拡大変形量が、コーナー部２５〜２８から短辺側の直線部２３、２４の長さ方向の中心に向かって増加するようになっている。

前記構成の第１部材１０と第２部材２０との接合方法及び接合構造によれば、次のような効果を発揮できる。

第２部材２において、直線部２１〜２４に比べてかしめ保持力の高いコーナー部２５〜２８を拡大変形させることによって、第１部材１と第２部材２との接合強度を向上させることができる。また、特に部材を増加及び追加していないので、部材の重量を増加させることなく、第１部材１と第２部材２との接合強度を向上させることができる。

コーナー部２５〜２８に配置された弾性体３を用いてコーナー部２５〜２８を拡大変形させるので、コーナー部２５〜２８を均等に変形させることができ、その結果、第１部材１と第２部材２との間の嵌合精度が向上し、第１部材１と第２部材２との接合強度を向上させることができる。

所定長さ以上を有する直線部２１、２２に中子部材４を配置することによって、かしめ時に生じる面内の圧縮力に対して弾性座屈が生じやすい直線部２１、２２を変形させず、直線部２１、２２に比べてかしめ保持力の高いコーナー部２５〜２８に変形を集中させるので、第１部材１と第２部材２との接合強度を向上させることができる。

直線部２１、２２の長さが第１部材１の有効幅Ｂより大きい場合、第１部材１は、直線部２１、２２の両端からそれぞれ有効幅Ｂ／２だけ離れた領域で弾性座屈が生じやすくなる。そこで、当該領域に中子部材４を配置し、当該領域における第２部材２の拡大変形を防止することによって、当該領域の第１部材１の弾性座屈を防止できる。

弾性体３の配置領域を少なくとも第１部材１と第２部材２との接合部１ａとすることによって、弾性体３の必要量を低減できる。また、弾性体３の大きさを小さくすることによって、弾性体３を用いたコーナー部２５〜２８の均等変形をより容易とすることができる。

第２部材２の断面形状は、第１部材１の第１穴部１７、１８の断面形状に相似する形状を有しているので、第２部材２のコーナー部２５〜２８を均等に拡大変形させることができ、第１部材１及び第２部材２に対して局所的な荷重が発生することを抑制できる。

コーナー部２５〜２８における第２部材２の拡大変形量は、長辺側の直線部２１、２２における第２部材２の拡大変形量より大きくなっている、すなわち、直線部２１、２２に比べてかしめ保持力の高いコーナー部２５〜２８の拡大変形量が大きくなっているので、第１部材１と第２部材２との接合強度を向上させることができる。さらに、第２部材２の第１部材１に向けての拡大変形量が、コーナー部２５〜２８から長辺側の直線部２１、２２の長さ方向中心に向かって減少するようになっているので、コーナー部２５〜２８における第１部材１と第２部材２との間の嵌合精度を向上させることができ、その結果、第１部材１と第２部材２との接合強度を向上させることができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る第１部材と第２部材との接合を説明する斜視図である。第２実施形態は、第１部材１の第１穴部７１、７２の断面形状及び第２部材２の断面形状が第１実施形態と異なっており、その他の構成は第１実施形態と同様である。このため、第２実施形態の説明においては、第１実施形態と同様の部品又は部分については同様の符号を付し、それらの内容については詳しい説明を省略する。

第１部材１の上壁１１及び下壁１２には、それぞれ、第２部材２を挿通可能な第１穴部７１、７２が設けられている。

図６は、第１部材１に第２部材２を挿入した状態における、第１穴部７１の水平断面を示す断面図である。図６に示されるように、第１穴部７１は、長辺７１１、７１２及び短辺７１３、７１４を備える断面長方形の形状を有している。長辺７１１、７１２は、それぞれ直線状に延びる直線部７１１ａ、７１２ａを備えており、短辺７１３、７１４は、それぞれ直線状に延びる直線部７１３ａ、７１４ａを備えている。また、第１穴部７１は、直線部７１１ａと直線部７１３ａとの間に位置するコーナー部７１５、直線部７１７ａと直線部７１４ａとの間に位置するコーナー部７１６、直線部７１２ａと直線部７１３ａとの間に位置するコーナー部７１７、直線部７１２ａと直線部７１４ａとの間に位置するコーナー部７１８を備えている。４つのコーナー部７１５〜７１８は、それぞれ同一の曲率を有する円弧形状を有している。なお、第１穴部７２は、第１穴部７１と同様の形状を有している。

第２部材２は、第１穴部７１、７２に挿通可能なように、第１穴部７１、７２の断面長方形の形状に対応する断面長方形の形状を有している。具体的には、第２部材２の断面形状は、第１穴部７１、７２の断面形状と相似形であり、第１穴部７１、７２の断面形状より少し小さい形状となっている。

第２部材２は、断面形状において、直線状に延びる直線部８１〜８４と、２つの直線部の間に位置するコーナー部８５〜８８と、を備えている。第２部材２を第１穴部７１、７２に挿入した状態で、直線部８１は直線部７１１ａに対向し、直線部８２は直線部７１２ａに対向し、直線部８３は直線部７１３ａに対向し、直線部８４は直線部７１４ａに対向する。また、同様の状態で、コーナー部８５はコーナー部７１５に対向し、コーナー部８６はコーナー部７１６に対向し、コーナー部８７はコーナー部７１７に対向し、コーナー部８８はコーナー部７１８に対向する。４つのコーナー部８５〜８８は、それぞれ同一の曲率を有する円弧形状を有している。

長辺側の直線部８１、８２及び短辺側の直線部８３、８４は、第１長さ以上を有している。第１長さは、第１部材１の有効幅Ｂと等しくなっている。第１部材１の有効幅Ｂは、第１実施形態と同様に求められる。

第１部材１と第２部材２との接合は、以下の手順で行われる。

まず、図５に示されるように、第１部材１の第１穴部７１、７２に第２部材２が挿入される。さらに、第２部材２の内部に弾性体３及び中子部材４が挿入される。図７は、第１部材１に第２部材２が挿入され、さらに第２部材２の内部に弾性体３及び中子部材４が挿入された状態を示す第１穴部７１の水平断面を示す断面図である。図７に示されるように、第２部材２のコーナー部８５〜８８には、弾性体３が配置され、第１長さ（第１部材１の有効幅Ｂ）以上の長さを有する長辺側の直線部８１、８２及び短辺側の直線部８３、８４には、中子部材４が配置される。特に、中子部材４は、直線部８１〜８４の長さ方向中央部に配置される。

直線部８１、８２の長さ方向における中子部材４の長さＣ１は、下記式（４）により求められる。
［数４］Ｃ１≧Ｌ１−Ｂ …（４）

ただし、Ｌ１は直線部８１、８２の長さである。

直線部８３、８４の長さ方向における中子部材４の長さＣ２は、下記式（５）により求められる。
［数５］Ｃ２≧Ｌ２−Ｂ …（５）

ただし、Ｌ２は直線部８３、８４の長さである。

図８は、第１部材１に第２部材２が挿入され、さらに第２部材２の内部に弾性体３及び中子部材４が挿入された状態の縦断面図である。図８に示されるように、第２部材２は第１部材１を貫通しており、弾性体３は、コーナー部８５〜８８において、第１部材１と第２部材２との接合部１ａを覆うように、第２部材２の挿入方向（軸線Ｚ方向）に沿って所定長さだけ延びるように、上下に分割して配置されている。上部側の弾性体３の上部、上部側の弾性体３と下部側の弾性体３との間、及び下部側の弾性体の下部には、中子部材５が配置されている。なお、中子部材５は、第１部材１と第２部材２との接合部１ａには配置されていない。中子部材５は、直線部８１〜８４に配置される中子部材４と同様の材料でできている。

なお、第２部材２は、弾性体３及び中子部材４、５が挿入された状態で、第１穴部７１、７２に挿入されてもよい。

次に、弾性体３及び中子部材４、５が挿入された第２部材２は、プレス装置６にセットされる。プレス装置６は、圧子６１及び受座６２を備えている。圧子６１は平坦な下面を有しており、下面で中子部材５を介して弾性体３を押圧する。受座６２は、平坦な上面を有し、上面には中子部材５を介して弾性体３が載置されている。

次に、プレス装置６により弾性体３に対して軸線Ｚ方向に圧縮の外力を付与する。弾性体３は軸線Ｚ方向の寸法が小さくなるにつれて、径方向の寸法が拡大する。このように、弾性体３を軸線Ｚから外側に向けて弾性変形（膨張）させ、その結果、弾性体３が内部に挿入されている第２部材２を拡大変形させる。

第１部材１と第２部材２との接合後、プレス装置６の圧縮力を除去する。圧縮力が除去された弾性体３は、自身の弾性力により元の形状に復元し、第２部材２から取り除かれる。また、中子部材４、５も第２部材２から取り除かれる。

弾性体３が取り除かれた後の、第２部材２の第１部材１に対する拡大変形の状態が、図７及び図８の破線で示されている。図７に示されるように、コーナー部８５〜８８における第２部材２の拡大変形量は、直線部８１〜８４における第２部材２の拡大変形量より大きくなっている。より詳細には、第２部材２の第１部材１に向けての拡大変形量が、コーナー部８５〜８８から直線部８１〜８４の長さ方向中心に向かって減少するようになっている。

前記構成の第１部材１０と第２部材２０との接合方法及び接合構造によれば、次のような効果を発揮できる。

所定長さ以上を有する四辺の直線部８１〜８４に中子部材４を配置することによって、かしめ時に生じる面内の圧縮力に対して弾性座屈が生じやすい直線部８１〜８４を変形させず、直線部８１〜８４に比べてかしめ保持力の高いコーナー部８５〜８８に変形を集中させるので、第１部材１と第２部材２との接合強度を向上させることができる。また、特に部材を増加及び追加していないので、部材の重量を増加させることなく、第１部材１と第２部材２との接合強度を向上させることができる。

コーナー部８５〜８８に配置された弾性体３を用いてコーナー部８５〜８８を拡大変形させるので、コーナー部８５〜８８を均等に変形させることができ、その結果、第１部材１と第２部材２との間の嵌合精度が向上し、第１部材１と第２部材２との接合強度を向上させることができる。

弾性体３の配置領域を少なくとも第１部材１と第２部材２との接合部とすることによって、弾性体３の必要量を低減できる。また、弾性体３の大きさを小さくすることによって、弾性体３を用いたコーナー部８５〜８８の均等変形をより容易とすることができる。

第２部材２の断面形状は、第１部材１の第１穴部７１、７２の断面形状に相似する形状を有しているので、第２部材２のコーナー部８５〜８８を均等に拡大変形させることができ、第１部材１及び第２部材２に対して局所的な荷重が発生することを抑制できる。

コーナー部８５〜８８における第２部材２の拡大変形量は、直線部８１〜８４における第２部材２の拡大変形量より大きくなっている、すなわち、直線部８１〜８４に比べてかしめ保持力の高いコーナー部８５〜８８の拡大変形量が大きくなっているので、第１部材１と第２部材２との接合強度を向上させることができる。さらに、第２部材２の第１部材１に向けての拡大変形量が、コーナー部８５〜８８から直線部８１〜８４の長さ方向中心に向かって減少するようになっているので、コーナー部８５〜８８における第１部材１と第２部材２との間の嵌合精度を向上させることができ、その結果、第１部材１と第２部材２との接合強度を向上させることができる。

上記実施形態では、弾性体３を第２部材２の挿入方向（軸線Ｚ方向）に圧縮することによって、第２部材２のコーナー部を拡大変形させるようになっているが、コーナー部を拡大変形させる手段は弾性体３に限定されず、金型等を用いた圧力付与等、コーナー部を拡大変形させる手段であればよい。

上記実施形態では、弾性体３は、第２部材２のコーナー部において、第１部材１と第２部材２との接合部１ａを覆うように、第２部材２の挿入方向（軸線Ｚ方向）に沿って所定長さだけ延びるように、上下に分割して配置されている。しかし、図９に示されるように、弾性体３は、第２部材２のコーナー部において、接合部１ａ間の全長に亘って配置されていてもよい。この場合、弾性体３を上下に分割して配置する必要がなく、弾性体３の挿入手順を簡素化することができる。なお、弾性体３が取り除かれた後の、第２部材２の第１部材１に対する拡大変形の状態は、図９の破線で示されている。

上記実施形態では、第１部材の有効幅Ｂは、降伏応力に達したとき弾性座屈するという前提でのKarmanの式で規定されているが、他の式又はその他の条件に基づいて導出されてもよい。

上記実施形態では、第１部材１の第１穴部１７、１８及び第２部材２は、断面長方形の形状を有しているが、第１穴部１７、１８及び第２部材２の形状は断面長方形の形状に限定されず、直線部及びコーナー部を有する断面三角形、断面四角形、断面五角形、断面六角形等の断面多角形状であればよい。なお、第２部材２の断面形状は、第１穴部１７、１８の断面多角形状に挿入可能な形状であって、第１穴部１７、１８の直線部に対応する直線部と第１穴部１７、１８のコーナー部に対応するコーナー部とを有する形状であればよい。

上記実施形態では、第１部材１のコーナー部が、それぞれ同一の曲率を有する円弧形状を有しているが、例えば曲率がそれぞれ異なる円弧形状を有してもよい。同様に、第２部材２のコーナー部が、それぞれ同一の曲率を有する円弧形状を有しているが、例えば曲率がそれぞれ異なる円弧形状を有してもよい。また、第１部材１のコーナー部及び第２部材２のコーナー部は、所定の角度を有する頂点を有してもよい。なお、第２部材２のコーナー部が円弧形状を有していることによって、弾性体３がコーナー部に隙間無く充填されやすく、弾性体３の圧縮によるコーナー部の拡大変形をより均等に行うことができる。

なお、第２部材２の直線部の長さが第１長さ以下の場合、中子部材４を配置する必要はないが、中子部材４を配置する場合、直線部両端からそれぞれ有効幅Ｂ／２だけ離れた領域で弾性座屈が生じやすくなることを考慮し、直線部の長さ方向中央部に配置することが好ましい。

上記実施形態では、第２部材２は、第１部材１の第１穴部に挿入され、第１部材１を貫通しているが、第１部材１の全体を貫通しなくてもよい。具体的には、第１部材１と第２部材２との接合部１ａが存在すればよく、例えば、第２部材２は、第１部材１の第１穴部の一方のみ貫通し、他方は貫通しなくてもよい。

本発明は、上記実施形態で説明した構成には限定されず、特許請求の範囲に記載した内容を逸脱することなく、当業者が考え得る各種変形例を含むことができる。

１ 第１部材
１１ 上壁 １２ 下壁
１３〜１６ 側壁
１７ 第１穴部 １８ 第１穴部
１７１ 長辺 １７２ 長辺 １７３ 短辺 １７４ 短辺
１７１ａ 直線部 １７２ａ 直線部 １７３ａ 直線部 １７４ａ 直線部
１７５〜１７８ コーナー部
７１ 第１穴部 ７２ 第２穴部
７１１ 長辺 ７１２ 長辺 ７１３ 短辺 ７１４ 短辺
７１１ａ 直線部 ７１２ａ 直線部 ７１３ａ 直線部 ７１４ａ 直線部
７１５〜７１８ コーナー部
２ 第２部材
２１〜２４ 直線部
２５〜２８ コーナー部
８１〜８４ 直線部
８５〜８８ コーナー部
３ 弾性体
４ 中子部材 ５ 中子部材
６ プレス装置
６１ 圧子 ６２ 受座

Claims (4)

1. 断面多角形状の第１穴部が形成された第１部材と、中空状の第２部材と、を準備し、
   前記第２部材は、前記第１穴部の断面多角形状に対応する断面形状を有し、前記断面形状において、直線状に延びる複数の直線部と、互いに隣接する２つの直線部の間に位置するコーナー部と、を備え、前記直線部は、第１長さ以上を有しており、
   前記第１部材の前記第１穴部に前記第２部材を挿入し、
   前記コーナー部に弾性体を配置し、
   前記直線部に中子部材を配置し、
   前記弾性体を前記第２部材の挿入方向に圧縮することによって、前記コーナー部を拡大変形させて、前記第２部材を前記第１部材にかしめ接合することを含む、部材の接合方法。
   
2. 前記第１長さは、前記第１部材の有効幅Ｂと等しくなっており、前記有効幅Ｂは、下記式（１）により求められ、
   前記直線部の長さ方向における前記中子部材の長さＣは、下記式（３）により求められる、請求項１記載の接合方法。
   
   Ｂ＝α×√Ｅ×ｔ／√σｙ …（１）
   ０．９≦α≦１．１ …（２）
   Ｃ≧Ｌ−Ｂ …（３）
   
   ただし、αは式（２）で規定され、Ｅは第１部材のヤング率であり、ｔは第１部材の板厚であり、σｙは第１部材の降伏応力であり、Ｌは直線部の長さである。
   
3. 前記弾性体は、前記コーナー部において、少なくとも前記第１部材と前記第２部材との接合部に配置される、請求項１又は２に記載の接合方法。
   
4. 第１穴部を有する第１部材と、前記第１穴部に挿入される中空状の第２部材との接合構造であって、
   前記第１穴部は、断面多角形状を有しており、
   前記第２部材は、前記第１穴部の断面多角形状に対応する断面形状を有し、前記断面形状において、直線状に延びる複数の直線部と、互いに隣接する２つの直線部の間に位置するコーナー部と、を備えており、
   前記第２部材の前記第１部材に向けての拡大変形量は、前記コーナー部から長辺側の前記直線部の長さ方向中心に向かって減少するようになっており、前記コーナー部から短辺側の前記直線部の長さ方向中心に向かって増加するようになっていることを特徴とする、接合構造。

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