(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023142403
(43)【公開日】2023-10-05
(54)【発明の名称】複合製品の製造方法
(51)【国際特許分類】
B23K 20/12 20060101AFI20230928BHJP
【ＦＩ】
B23K20/12 360
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022049310
(22)【出願日】2022-03-25
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-10-06
(71)【出願人】
【識別番号】000204033
【氏名又は名称】太平洋工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112472
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 弘
(74)【代理人】
【識別番号】100202223
【弁理士】
【氏名又は名称】軸見 可奈子
(72)【発明者】
【氏名】山田 奨
(72)【発明者】
【氏名】三鴨 賢一
(72)【発明者】
【氏名】服部 啓一
(72)【発明者】
【氏名】佐野 元紀
(72)【発明者】
【氏名】山越 晶太
【テーマコード（参考）】
4E167
【Ｆターム（参考）】
4E167AA06
4E167AA07
4E167AA08
4E167AA13
4E167AA22
4E167BG06
4E167BG22
4E167BG25
4E167BG27
(57)【要約】
【課題】摩擦攪拌接合用のツールが引き抜かれた部分の接合強度が従来よりも向上した複合製品の製造方法を提供する。
【解決手段】本実施形態の蓋付ケース１０の製造方法では、摩擦撹拌接合を行うためにプローブ５２が、ケース本体３０及び蓋体２０の被接合部の始点Ｓから終点Ｆまで移動した後、終点Ｆで折り返して摩擦攪拌接合部４０内を逆方向に移動しながら徐々に引き抜かれるので、接合ライン４０におけるプローブ５２の引抜孔が従来より浅くなるか無くなり、部分的な接合強度の低下が抑えられると共に、蓋付ケース１０のうち開口３２Ｋの閉塞部分のシールの信頼性が向上する。
【選択図】図５
【解決手段】本実施形態の蓋付ケース１０の製造方法では、摩擦撹拌接合を行うためにプローブ５２が、ケース本体３０及び蓋体２０の被接合部の始点Ｓから終点Ｆまで移動した後、終点Ｆで折り返して摩擦攪拌接合部４０内を逆方向に移動しながら徐々に引き抜かれるので、接合ライン４０におけるプローブ５２の引抜孔が従来より浅くなるか無くなり、部分的な接合強度の低下が抑えられると共に、蓋付ケース１０のうち開口３２Ｋの閉塞部分のシールの信頼性が向上する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１部材（３０）と、前記第１部材（３０）に摩擦攪拌接合される第２部材（２０）とを備える複合製品（１０）の製造方法において、
摩擦攪拌接合用の回転するツール（５０）が、前記第１部材（３０）及び前記第２部材（２０）の被接合部の始点（Ｓ）から終点（Ｆ）まで移動して接合ライン（４０）が形成された後、前記ツール（５０）が前記終点（Ｆ）で折り返して前記接合ライン（４０）内を移動しながら徐々に前記接合ライン（４０）から引き抜かれる複合製品（１０）の製造方法。
摩擦攪拌接合用の回転するツール（５０）が、前記第１部材（３０）及び前記第２部材（２０）の被接合部の始点（Ｓ）から終点（Ｆ）まで移動して接合ライン（４０）が形成された後、前記ツール（５０）が前記終点（Ｆ）で折り返して前記接合ライン（４０）内を移動しながら徐々に前記接合ライン（４０）から引き抜かれる複合製品（１０）の製造方法。
【請求項2】
前記第１部材（３０）のうち前記第２部材（２０）が重ねられる第１面（３２Ｍ）には、前記第２部材（２０）にて閉塞される第１開口（３２Ｋ）が備えられ、
前記第１部材（３０）及び前記第２部材（２０）の前記被接合部は、前記第１開口（３２Ｋ）の開口縁に沿った閉ループ状をなしている請求項１に記載の複合製品（１０）の製造方法。
前記第１部材（３０）及び前記第２部材（２０）の前記被接合部は、前記第１開口（３２Ｋ）の開口縁に沿った閉ループ状をなしている請求項１に記載の複合製品（１０）の製造方法。
【請求項3】
前記ツール（５０）のプローブ（５２）のうち前記第１開口（３２Ｋ）から離れた側の周面速度の向きは、前記プローブ（５２）が前記始点（Ｓ）から前記終点（Ｆ）に移動するときの移動の向きと一致し、前記プローブ（５２）が前記終点（Ｆ）で折り返して移動するときの移動の向きと逆向きになる請求項２に記載の複合製品（１０）の製造方法。
【請求項4】
前記摩擦撹拌接合を終えた後で、前記接合ライン（４０）が露出する前記第２部材（２０）又は、前記第１部材（３０）及び前記第２部材（２０）の表面が平面加工される請求項１から３の何れか１の請求項に記載の複合製品（１０）の製造方法。
【請求項5】
前記第１部材（３０）の外面には、前記第１面（３２Ｍ）の前記開口縁に段付き状に陥没した陥没部（３２）が形成され、
前記第２部材（２０）は、前記陥没部（３２）に受容されて前記第１部材（３０）の外面から突出する状態で摩擦撹拌接合され、
前記摩擦撹拌接合後に、前記第２部材（２０）の外面と前記第１部材（３０）の外面とが面一になるように前記第２部材（２０）が加工される請求項２から４の何れか１の請求項に記載の複合製品（１０）の製造方法。
前記第２部材（２０）は、前記陥没部（３２）に受容されて前記第１部材（３０）の外面から突出する状態で摩擦撹拌接合され、
前記摩擦撹拌接合後に、前記第２部材（２０）の外面と前記第１部材（３０）の外面とが面一になるように前記第２部材（２０）が加工される請求項２から４の何れか１の請求項に記載の複合製品（１０）の製造方法。
【請求項6】
前記ツール（５０）が前記終点（Ｆ）で折り返して移動し始めてから前記接合ライン（４０）から前記ツール（５０）のプローブ（５２）の先端が離れる迄の平均の勾配（θ）は、１０°以下である請求項１から５の何れか１の請求項に記載の複合製品（１０）の製造方法。
【請求項7】
前記ツール（５０）が前記終点（Ｆ）で折り返して移動し始めてから前記ツール（５０）のショルダー（５１）が前記第２部材（２０）から離れる迄の平均の勾配（θ）は、１０°以下である請求項１から５の何れか１の請求項に記載の複合製品（１０）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、複数の部材を接合して備える複合製品の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の複合製品の製造方法として、摩擦攪拌接合により複数の部材を接合する製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－０４０１００（段落［０００８］及び図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の製造方法にて製造される複合製品には、摩擦攪拌接合用のツールが引き抜かれた部分に、そのツールのプローブの軸長と略同一の深さの引抜孔が形成され、部分的に接合強度が低下するという問題があり、その対策が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、第１部材（３０）と、前記第１部材（３０）に摩擦攪拌接合される第２部材（２０）とを備える複合製品（１０）の製造方法において、摩擦攪拌接合用の回転するツール（５０）が、前記第１部材（３０）及び前記第２部材（２０）の被接合部の始点（Ｓ）から終点（Ｆ）まで移動して接合ライン（４０）が形成された後、前記ツール（５０）が前記終点（Ｆ）で折り返して前記接合ライン（４０）内を移動しながら徐々に前記接合ライン（４０）から引き抜かれる複合製品（１０）の製造方法である。
【0006】
請求項２の発明は、前記第１部材（３０）のうち前記第２部材（２０）が重ねられる第１面（３２Ｍ）には、前記第２部材（２０）にて閉塞される第１開口（３２Ｋ）が備えられ、前記第１部材（３０）及び前記第２部材（２０）の前記被接合部は、前記第１開口（３２Ｋ）の開口縁に沿った閉ループ状をなしている請求項１に記載の複合製品（１０）の製造方法である。
【0007】
請求項３の発明は、前記ツール（５０）のプローブ（５２）のうち前記第１開口（３２Ｋ）から離れた側の周面速度（Ｖ１）の向きは、前記プローブ（５２）が前記始点（Ｓ）から前記終点（Ｆ）に移動するときの移動の向きと一致し、前記プローブ（５２）が前記終点（Ｆ）で折り返して移動するときの移動の向きと逆向きになる請求項２に記載の複合製品（１０）の製造方法である。
【0008】
請求項４の発明は、前記摩擦撹拌接合を終えた後で、前記接合ライン（４０）が露出する前記第２部材（２０）又は、前記第１部材（３０）及び前記第２部材（２０）の表面が平面加工される請求項１から３の何れか１の請求項に記載の複合製品（１０）の製造方法である。
【0009】
請求項５の発明は、前記第１部材（３０）の外面には、前記第１面（３２Ｍ）の前記開口縁に段付き状に陥没した陥没部（３２）が形成され、前記第２部材（２０）は、前記陥没部（３２）に受容されて前記第１部材（３０）の外面から突出する状態で摩擦撹拌接合され、前記摩擦撹拌接合後に、前記第２部材（２０）の外面と前記第１部材（３０）の外面とが面一になるように前記第２部材（２０）が加工される請求項２から４の何れか１の請求項に記載の複合製品（１０）の製造方法である。
【0010】
請求項６の発明は、前記ツール（５０）が前記終点（Ｆ）で折り返して移動し始めてから前記接合ライン（４０）から前記ツール（５０）のプローブ（５２）の先端が離れる迄の平均の勾配（θ）は、１０°以下である請求項１から５の何れか１の請求項に記載の複合製品（１０）の製造方法である。
【0011】
請求項７の発明は、前記ツール（５０）が前記終点（Ｆ）で折り返して移動し始めてから前記ツール（５０）のショルダー（５１）が前記第２部材（２０）から離れる迄の平均の勾配（θ）は、１０°以下である請求項１から５の何れか１の請求項に記載の複合製品（１０）の製造方法である。
【発明の効果】
【0012】
請求項１の複合製品（１０）の製造方法では、摩擦撹拌接合を行うためにツール（５０）が、第１部材（３０）及び第２部材（２０）の被接合部の始点（Ｓ）から終点（Ｆ）まで移動した後、終点（Ｆ）で折り返して接合ライン（４０）内を逆方向に移動しながら徐々に引き抜かれるので、接合ライン（４０）におけるツール（５０）のプローブ（５２）の引抜孔が従来より浅くなるか無くなり、部分的な接合強度の低下が抑えられる。
【0013】
ここで、プローブ（５２）が接合ライン（４０）から引き抜かれるときの勾配（θ）は、例えば、３～２０°が好ましく、１０°以下（即ち、３～１０°）がより好ましい。その勾配（θ）は、プローブ（５２）の先端が接合ライン（４０）から離れるまでの勾配（θ）であってもよいし（請求項６の発明）、ツール（５０）のショルダー（５１）が接合ライン（４０）から離れるまでの勾配（θ）であってもよい（請求項７の発明）。さらに、勾配（θ）が徐々に大きくなるように変化させてもよい。具体的には、ショルダー（５１）が接合ライン（４０）から離れるまでの第１の勾配（θ）に対し、そこからプローブ（５２）の先端が接合ライン（４０）から離れるまでの第２の勾配（θ）を大きくしてもよい。
【0014】
また、被接合部の形状は、どのような形状でもよいが、請求項２のように、第１部材（３０）の第１開口（３２Ｋ）が第２部材（２０）にて閉塞され、第１開口（３２Ｋ）の開口縁に沿った閉ループ状に第１部材（３０）及び第２部材（２０）の摩擦攪拌接合されるものに本開示の複合製品（１０）に製造方法を利用すれば、第１開口（３２Ｋ）の閉塞部分のシールの信頼性が向上する。
【0015】
ここで、プローブ（５２）が徐々に引き抜かれるときに通過する部分では、接合ライン（４０）の幅方向の一方の側部と他方の側部とで接合強度が相違する。これに対し、請求項３の発明のように、プローブ（５２）のうち第１開口（３２Ｋ）から離れた側の周面速度（Ｖ１）の向きが、プローブ（５２）が始点（Ｓ）から終点（Ｆ）に移動するときにその移動の向きと一致し、プローブ（５２）が終点（Ｆ）で折り返して移動するときにその移動の向きと逆向きになるようにすると、それとは逆にした場合に比べて、接合ライン（４０）の幅方向のうち第１開口（３２Ｋ）に近い側の一方の側部の接合強度が高くなり、シールの信頼性も高くなる。
【0016】
請求項４の発明では、摩擦撹拌接合後、接合ライン（４０）が露出する第２部材（２０）又は、第１部材（３０）及び第２部材（２０）が平面加工されるので、外観品質が向上する。この場合、請求項５の発明のように第２部材（２０）のうち予め削り代分を第１部材（３０）から突出させておいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本開示の一実施形態に係る蓋付ケースの分解斜視図
【図2】摩擦攪拌接合システムの概念図
【図3】蓋付ケースの平面図
【図6】製造が完了した蓋付ケースの斜視図
【図8】試験品５の（Ａ）平面加工前、（Ｂ）平面加工後の上方から見た写真
【図9】試験品２の（Ａ）平面加工前、（Ｂ）平面加工後の上方から見た写真
【図12】（Ａ）試験品６の断面写真、（Ｂ）試験品６に耐圧試験を行った後の断面写真、（Ｃ）試験品７に耐圧試験を行った後の断面写真
【図13】試験品７の（Ａ）平面加工前、（Ｂ）平面加工後の上方から見た写真、（Ｃ）試験品７に耐圧試験を行った後の断面写真
【発明を実施するための形態】
【0018】
［第１実施形態］
以下、図１～図６を参照して、本開示の第１実施形態の複合製品の製造方法を利用した蓋付ケース１０の製造方法について説明する。図１に示された蓋付ケース１０は、例えば、自動車部品であって、特許請求の範囲の「第１部材」としてのケース本体３０と、そのケース本体３０の開口３２Ｋを閉塞する特許請求の範囲の「第２部材」としての蓋体２０とを有する。
以下、図１～図６を参照して、本開示の第１実施形態の複合製品の製造方法を利用した蓋付ケース１０の製造方法について説明する。図１に示された蓋付ケース１０は、例えば、自動車部品であって、特許請求の範囲の「第１部材」としてのケース本体３０と、そのケース本体３０の開口３２Ｋを閉塞する特許請求の範囲の「第２部材」としての蓋体２０とを有する。
【0019】
蓋体２０は、例えばアルミニウムの板状の圧延材であり、四隅が丸みを帯びた横長の長方形をなしている。ケース本体３０は、例えば、アルミニウムのダイカスト品であって、全体が直方体状をなし、直方体状の収容部３５を備える。そのケース本体３０の上面３１には、収容部３５の上面開口３２Ｎの開口縁に、段付き状に陥没した陥没部３２が形成されている。換言すれば、陥没部３２の底面３２Ｍに収容部３５の開口３２Ｋが形成されている。また、陥没部３２の平面形状は、蓋体２０の平面形状と略同一になっていて、蓋体２０は陥没部３２に収まった状態で開口３２Ｋを閉塞する。さらに、蓋付ケース１０の製造前の状態では、蓋体２０の板厚は、陥没部３２の深さより厚くなっている。これにより、図４（Ａ）に示すように、陥没部３２の底面３２Ｍに蓋体２０の底面が重ねられた状態で蓋体２０の上面２０Ｊがケース本体３０の上面３１から突出する。
【0020】
なお、底面３２Ｍは、特許請求の範囲の「第１面」に相当し、開口３２Ｋは、特許請求の範囲の「第１開口」に相当する。また、本実施形態では、特許請求の範囲の「第１部材」及び「第２部材」に相当するケース本体３０及び蓋体２０は、ダイカスト品と圧延材であるが、それに限定されるものではなく、共にダイカスト品であってもよいし、共に圧延材でもよい。また、第１部材及び第２部材の材質は、アルミニウムに限定されるものではなく、銅、チタン、マグネシウム、アルミニウム合金、銅合金、チタン合金、マグネシウム合金、樹脂等であってもよい。
【0021】
蓋体２０は、ケース本体３０に摩擦攪拌接合される。その摩擦攪拌接合に使用される一例の摩擦攪拌接合システム１００が図２に概念的に示されている。この摩擦攪拌接合システム１００は、例えば、接合用ロボット１０１Ａ、切削用ロボット１０１Ｂ、及び、治具１０３を備える。切削用ロボット１０１Ｂの先端部には、減速機付きのモータ１０２Ｂが取り付けられ、そのモータ１０２Ｂから垂下する回転出力軸（図示せず）に平面加工用の切削工具１０７が固定されている。また、接合用ロボット１０１Ａの先端部にも、減速機付きのモータ１０２Ａが取り付けられ、そのモータ１０２Ａから垂下する回転出力軸（図示せず）には接合用ツール５０が固定されている。
【0022】
接合用ツール５０は、円柱状のショルダー５１の下面の中心からそれより小径の円柱状のプローブ５２が垂下した構造をなしている。プローブ５２の外周面には、図示しない螺旋状の凹凸部が形成されている。そして、その螺旋状の凹凸部によりプローブ５２の周囲の材料が、プローブ５２の先端側に送り込まれる回転向きになるように接合用ツール５０がモータ１０２Ａによって回転駆動される。なお、プローブ５２の形状は、これに限られず、例えば、円柱状や、断面多角形状や、突起や溝のある断面形状等が挙げられる。
【0023】
治具１０３は、テーブル１０３Ａの上面にクランプ１０３Ｂを備えた構造をなしている。そして、テーブル１０３Ａの上面に蓋付ケース１０が二次元的に位置決めされた状態で載置され、蓋付ケース１０のケース本体３０の外縁部がクランプ１０３Ｂにて上方から押さえられてテーブル１０３Ａに固定される。
【0024】
摩擦攪拌接合システム１００の図示しないコントローラのメモリには、蓋付ケース１０を製造するための生産プログラムが記憶されている。そして、コントローラのＣＰＵが生産プログラムを実行することで接合用ロボット１０１Ａ及び切削用ロボット１０１Ｂが動作し、蓋体２０がケース本体３０に摩擦攪拌接合されると共に、その後、蓋体２０の上面が平面加工されて蓋付ケース１０が製造される。
【0025】
具体的には、生産プログラムは、摩擦攪拌接合を行うときに、接合用ツール５０の回転中心が、図３に示すように蓋体２０の側面２１より僅かに内側で、蓋体２０の外縁部に沿った閉ループ状のルートＲ１を移動するように作成されている。そのルートＲ１から蓋体２０の側面２１迄の距離は、プローブ５２の半径より僅かに小さく設定され、プローブ５２の外周面が陥没部３２の内側面にわずかに接触するように設定されている。また、ルートＲ１を移動中の接合用ツール５０の深さは、図４（Ｂ）に示すように、ショルダー５１の端面が、ケース本体３０の上面３１と面一となるか、又は、ケース本体３０の上面３１に僅かに入り込み、プローブ５２の先端が、蓋体２０とケース本体３０の上下方向の重ね合わせ面上かそれより僅かに下方に位置する深さ（以下、これを「第１深さ」という）に設定されている。即ち、本実施形態では、ケース本体３０と蓋体２０の上下の重ね合わせ面と水平方向の突き合わせ面との両方を含む範囲を被接合部とする所謂、突合わせ重ね接合の摩擦攪拌接合が行われるように設定されている。
【0026】
生産プログラムの実行前は、接合用ツール５０及び切削工具１０７が、治具１０３上の蓋付ケース１０の上方領域から離れた原点位置に配置されている。また、ルートＲ１の一箇所がルートＲ１の始点Ｓ、兼、終点Ｆとして設定されていて、生産プログラムが実行されると、接合用ロボット１０１Ａが動作して、接合用ツール５０が、原点位置から始点Ｓの真上となる待機位置に移動し（図４（Ａ）参照）、そこでモータ１０２Ａが起動されて接合用ツール５０が回転駆動される。
【0027】
次いで、接合用ツール５０が、待機位置から蓋付ケース１０に対する前述の第１深さとなる位置まで降下する。そして、接合用ツール５０が第１深さを維持した状態でルートＲ１に倣って開口３２Ｋの回りを回るように移動する。このとき、図３の上部に示されているように、プローブ５２のうち開口３２Ｋから離れた側の周面速度Ｖ１の向きが、プローブ５２の移動の向きと一致するように、プローブ５２が開口３２Ｋ回りを移動する。
【0028】
接合用ツール５０のプローブ５２は、上述した条件で始点Ｓから終点Ｆに向かって移動し、その通過後には、蓋体２０を構成する金属とケース本体３０を構成する金属とが攪拌されて一体になった摩擦攪拌接合部として、閉ループ状をなした接合ライン４０（図４（Ｂ），図５，図６参照）が形成されていく。ここで、従来の蓋付ケース１０の製造方法では、接合用ツール５０が終点Ｆに到達したら、接合用ツール５０が真上に引き抜かれるように生産プログラムが作られる。
【0029】
これに対し、本実施形態の蓋付ケース１０の製造方法では、図５に示すように接合用ツール５０が終点Ｆで折り返して接合ライン４０内を斜め上方に移動して徐々に接合ライン４０から引き抜かれるように生産プログラムが作られている。ここで、接合用ツール５０が終点Ｆで折り返して斜め上方に移動する際の勾配θは、例えば、３～２０°が好ましく、１０°以下（即ち、３～１０°）がより好ましい。なお、図５には、プローブ５２の先端面の中心がルートＲ１に倣って終点Ｆの手前から終点Ｆまで移動してくるまでの軌跡Ｋ１と、終点Ｆから抜けていくときの軌跡Ｋ２とが示されている。
【0030】
また、接合用ツール５０は、終点Ｆで折り返して移動するので、前述したプローブ５２の開口３２Ｋから離れた側の周面速度Ｖ１の向きは、プローブ５２の移動の向きと逆向きになり、プローブ５２の開口３２Ｋに近い側の周面速度Ｖ１の向きが、プローブ５２の移動の向きと一致する。
【0031】
接合用ツール５０は、プローブ５２の先端面が蓋付ケース１０から上方に離間したら前述の原点位置に戻り、接合用ツール５０の回転が止められる。そして、切削用ロボット１０１Ｂが動作し、切削工具１０７が回転駆動されて、蓋体２０及び接合ライン４０のうちケース本体３０の上面３１から突出する部分を切除するように平面加工が行われる。また、その平面加工が終了すると切削工具１０７が原点位置に戻されて回転を止められ、生産プログラムが終了する。
【0032】
蓋付ケース１０及び摩擦攪拌接合システム１００の構成に関する説明は以上である。蓋付ケース１０は、摩擦攪拌接合システム１００を用いて以下のように製造される。
【0033】
先ずは、ケース本体３０の収容部３５に図示しない被冷却体、例えば、電気部品等が収容され、収容部３５の開口縁の陥没部３２に蓋体２０が受容される（図３（Ａ）参照）。そして、ケース本体３０が治具１０３に保持され、摩擦攪拌接合システム１００の生産プログラムが実行される。すると、接合用ロボット１０１Ａが動作し、接合用ツール５０が回転した状態でルートＲ１の始点Ｓから終点Ｆまで移動して摩擦攪拌接合を行いながら開口３２Ｋの回りを一周回る。そして、接合用ツール５０は、終点Ｆに到達すると折り返して接合ライン４０内を斜め上方に移動し、徐々に接合ライン４０から引き抜かれる。
【0034】
その後、切削用ロボット１０１Ｂが動作し、蓋体２０及び接合ライン４０のうちケース本体３０の上面３１から突出する部分が切除され、ケース本体３０の上面３１と蓋体２０の上面と接合ライン４０の上面とを含む蓋付ケース１０全体の上面が面一の平坦になるように加工される。そして、治具１０３から蓋付ケース１０が取り外され、蓋付ケース１０が完成する。
【0035】
以上説明したように、本実施形態の蓋付ケース１０の製造方法では、摩擦撹拌接合を行うためにプローブ５２が、ケース本体３０及び蓋体２０の被接合部の始点Ｓから終点Ｆまで移動した後、終点Ｆで折り返して接合ライン４０内を逆方向に移動しながら徐々に引き抜かれるので、接合ライン４０におけるプローブ５２の引抜孔が従来より浅くなるか無くなり、部分的な接合強度の低下が抑えられると共に、蓋付ケース１０のうち開口３２Ｋの閉塞部分のシールの信頼性が向上する。
【0036】
ここで、プローブ５２が徐々に引き抜かれるときに通過する部分では、接合ライン４０の幅方向の一方の側部と他方の側部とでは接合強度が相違する。これに対し、本実施形態では、プローブ５２のうち開口３２Ｋから離れた側の周面速度Ｖ１の向きが、プローブ５２が終点Ｆで折り返して移動するときにその移動の向きと逆向きになるようにすることで、接合ライン４０の幅方向のうち開口３２Ｋに近い側の一方の側部の接合強度が高くなり、この点においても上述のシールの信頼性が高くなる。
【0037】
さらには、本実施形態の蓋付ケース１０の製造方法では、摩擦撹拌接合後、接合ライン４０が露出する蓋付ケース１０の上面が平面加工されるので外観品質が向上する。
【0038】
なお、プローブ５２が始点Ｓから移動して始点Ｓと同じ終点Ｆに到達したら、折り返さずに始点Ｓの先方の接合ライン４０内を斜め上方に移動して接合ライン４０から引き抜かれるようにしてもよい。このようにしても接合ライン４０におけるプローブ５２の引抜孔が従来より浅くなるか無くなる。しかしながら、本実施形態のようにプローブ５２が終点Ｆで折り返して接合ライン４０を斜め上方に移動して接合ライン４０から引き抜かれるようにした場合の方が、プローブ５２は、余熱が多い接合ライン４０内を進むことができ、プローブ５２の通過部分が攪拌された材料により埋められ易くなり、接合ライン４０による接合強度が高くなる。
【0039】
［第２実施形態］
図７には、本開示の第２実施形態の蓋付ケース１０Ｖが示されている。以下、この蓋付ケース１０Ｖについて、第１実施形態と相違する点に関してのみ説明する。この蓋付ケース１０Ｖの製造前の状態では、蓋体２０の板厚は、図７（Ａ）に示すように、陥没部３２の深さの略２倍の大きさとなっている。そして、前記第１実施形態と同様に、プローブ５２をルートＲ１の始点Ｓから終点Ｆまで移動させて摩擦攪拌接合を行いながら開口３２Ｋの回りを一周させ、終点Ｆに到達すると折り返して接合ライン４０内を斜め上方に移動させて徐々に接合ライン４０から引き抜くと、接合ライン４０の引抜孔の深さは、図７（Ｂ）のように、ケース本体３０の上面３１よりも浅くなる。この構成によれば、蓋体２０及び接合ライン４０のうちケース本体３０の上面３１から突出する部分を切除する平面加工を行えば、より一層引抜孔を残さず除去することができ、外観品質を向上させることができる。
図７には、本開示の第２実施形態の蓋付ケース１０Ｖが示されている。以下、この蓋付ケース１０Ｖについて、第１実施形態と相違する点に関してのみ説明する。この蓋付ケース１０Ｖの製造前の状態では、蓋体２０の板厚は、図７（Ａ）に示すように、陥没部３２の深さの略２倍の大きさとなっている。そして、前記第１実施形態と同様に、プローブ５２をルートＲ１の始点Ｓから終点Ｆまで移動させて摩擦攪拌接合を行いながら開口３２Ｋの回りを一周させ、終点Ｆに到達すると折り返して接合ライン４０内を斜め上方に移動させて徐々に接合ライン４０から引き抜くと、接合ライン４０の引抜孔の深さは、図７（Ｂ）のように、ケース本体３０の上面３１よりも浅くなる。この構成によれば、蓋体２０及び接合ライン４０のうちケース本体３０の上面３１から突出する部分を切除する平面加工を行えば、より一層引抜孔を残さず除去することができ、外観品質を向上させることができる。
【0040】
＜実施例＞
上記実施形態の蓋付ケース１０を、以下の条件で摩擦攪拌接合を行って、試験品１～７として製造し、外観品質、接合品質の評価実験を行った。
（１）試験品１～３：上記実施形態の勾配θを、３．４°，６．６°、１０°としたもの。
（２）試験品４：プローブ５２を終点Ｆで水平に折り返して移動し、真っ直ぐ上方に引き抜いたもの。
（３）試験品５：プローブ５２を終点Ｆで真上に引き抜いたもの。
（４）試験品６：プローブ５２のうち開口３２Ｋから離れた側の周面速度Ｖ１の向きが、プローブ５２の移動の向きと一致するように、プローブ５２が開口３２Ｋ回りを移動して閉ループの接合ライン４０を形成し、その後逆方向に移動させなかったもの。
（５）試験品７：プローブ５２のうち開口３２Ｋから離れた側の周面速度Ｖ１の向きが、プローブ５２の移動の向きと逆向きになるように、プローブ５２が開口３２Ｋ回りを移動して閉ループの接合ライン４０を形成し、その後逆方向に移動させなかったもの。
上記実施形態の蓋付ケース１０を、以下の条件で摩擦攪拌接合を行って、試験品１～７として製造し、外観品質、接合品質の評価実験を行った。
（１）試験品１～３：上記実施形態の勾配θを、３．４°，６．６°、１０°としたもの。
（２）試験品４：プローブ５２を終点Ｆで水平に折り返して移動し、真っ直ぐ上方に引き抜いたもの。
（３）試験品５：プローブ５２を終点Ｆで真上に引き抜いたもの。
（４）試験品６：プローブ５２のうち開口３２Ｋから離れた側の周面速度Ｖ１の向きが、プローブ５２の移動の向きと一致するように、プローブ５２が開口３２Ｋ回りを移動して閉ループの接合ライン４０を形成し、その後逆方向に移動させなかったもの。
（５）試験品７：プローブ５２のうち開口３２Ｋから離れた側の周面速度Ｖ１の向きが、プローブ５２の移動の向きと逆向きになるように、プローブ５２が開口３２Ｋ回りを移動して閉ループの接合ライン４０を形成し、その後逆方向に移動させなかったもの。
【0041】
［実験結果］
図８は、試験品５の写真であり、図９は、試験品２の写真である。図８（Ａ）、図９（Ａ）は、接合ライン４０を形成後、プローブ５２を引き抜いた状態を上方から見た写真であり、図８（Ａ）では、プローブ５２の先端面が蓋付ケース１０から離間した位置（以下、離脱点Ｄという）に引抜孔が残ることが確認できた。一方、図９（Ａ）では、離脱点Ｄに明確な引抜孔が形成されないことが確認できた。なお、図９（Ａ）から、プローブ５２が接合ライン４０内を逆戻りした部分に、プローブ５２の通過痕が溝状欠陥のように残っていることも確認できた。
図８は、試験品５の写真であり、図９は、試験品２の写真である。図８（Ａ）、図９（Ａ）は、接合ライン４０を形成後、プローブ５２を引き抜いた状態を上方から見た写真であり、図８（Ａ）では、プローブ５２の先端面が蓋付ケース１０から離間した位置（以下、離脱点Ｄという）に引抜孔が残ることが確認できた。一方、図９（Ａ）では、離脱点Ｄに明確な引抜孔が形成されないことが確認できた。なお、図９（Ａ）から、プローブ５２が接合ライン４０内を逆戻りした部分に、プローブ５２の通過痕が溝状欠陥のように残っていることも確認できた。
【0042】
また、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）は、プローブ５２を引き抜いた後、接合ライン４０が露出する蓋付ケース１０の上面を平面加工した状態を上方から見た写真である。図８（Ｂ）では、平面加工しても離脱点Ｄの引抜孔は消えず、接合ライン４０の深い位置まで引抜孔が形成されていることが確認できた。一方、図９（Ｂ）では、引抜孔は残らず、また、溝状欠陥のように残っていた通過痕も除去され、凹凸のない平面が形成されていることが確認できた。以上のことから、接合ライン４０を形成後、プローブ５２を引き抜くときに、従来のように真上に引き抜かれるよりも徐々に引き抜く方が、離脱点Ｄに引抜孔が浅くなるか無くなるので接合強度が低下せず、しかも、接合ライン４０の表面を切削することで、外観品質が向上することが分かった。
【0043】
図１０及び図１１は、試験品１～４の写真である。図１０は、平面加工前の、接合ライン４０を終点Ｆから５ｍｍの位置でカットした断面写真であり、図１１は、平面加工前の、終点Ｆから離脱点Ｄの間の接合ライン４０の断面写真である。試験品４は、勾配θが０°であって、終点Ｆから離脱点Ｄの間でプローブ５２は引き抜かれない。従って、終点Ｆから離脱点Ｄの間で、プローブ５２の通過溝は軟化した蓋体２０とケース本体３０により埋められていることが確認できた。これに対して、試験品１～３では、勾配θが小さくなるにつれて、プローブ５２の引抜孔が浅くなることが確認できた。また、試験品３の引抜孔の深さが、ケース本体３０の上面３１と略同じか少し深いことから、平面加工しても表面に引抜孔が残る可能性があることが分かった。以上のことから、勾配θは、１０°以下がより好ましいことが分かった。
【0044】
図１２（Ａ）は、試験品６の断面写真である。試験品６では、接合ライン４０の幅方向のうち開口３２Ｋに近い側の蓋体２０の板厚が減少していることが確認出来た。この試験品６に対して、所定の耐圧試験を行って、蓋体２０に負荷をかけると、図１２（Ｂ）に示すように、板厚の薄い箇所の強度が弱いことが確認できた。これにより、蓋体２０のうちケース本体３０の収容部３５の内圧の影響を受けやすい開口３２Ｋに近い側の板厚が減少していると、接合強度が低下してしまうことが分かった。
【0045】
なお、耐圧試験は、予め定められた試験圧力の流体をケース本体３０の収容部３５に充填して、試験品内を加圧することによって、試験圧力に耐えることを確認するための試験である。また、耐圧試験時に試験品に充填する流体としては、水を用いている。
【0046】
これに対して、図１２（Ｃ）には、試験品７に前述の耐圧試験を行った後の断面写真が示されている。試験品７では、接合ライン４０の幅方向のうち開口３２Ｋから離れた側の板厚が減少している。この場合には、蓋体２０に負荷をかけても内圧の影響を受けにくいことが分かった。以上のことから、プローブ５２のうち開口３２Ｋから離れた側の周面速度Ｖ１の向きが、移動の向きと逆向きになるようにすることで、接合ライン４０の幅方向のうち開口３２Ｋに近い側の接合強度が高くなることが分かった。
【0047】
図１３は、試験品７の写真である。この試験品７では、接合ライン４０の幅方向のうち開口３２Ｋから離れた側の板厚が減少しているだけでなく、図１３（Ａ），（Ｃ）から、蓋体２０とケース本体３０の突き合わせ部分に、溝状欠陥が発生していることが確認できた。この溝状欠陥は、図１３（Ｂ）に示すように、平面加工しても消えないことから、その欠陥が深いことが確認できた。以上のことから、ケース本体３０及び蓋体２０の被接合部の始点Ｓから終点Ｆまで移動するときに、プローブ５２のうち開口３２Ｋから離れた側の周面速度Ｖ１の向きが、プローブ５２の移動の向きと一致するようにし、終点Ｆで折り返して接合ライン４０内を逆方向に移動するときに、プローブ５２のうち開口３２Ｋから離れた側の周面速度Ｖ１の向きが、その移動の向きと逆向きになるようにすることで、接合ライン４０の幅方向のうち開口３２Ｋに近い側の接合強度が高くなることが分かった。
【0048】
［他の実施形態］
（１）前記実施形態の製造方法で製造される複合製品は、自動車部品である蓋付ケース１０であるが、自動車部品に限定されるものではなく、構造もケースに限定されるものではない。
（１）前記実施形態の製造方法で製造される複合製品は、自動車部品である蓋付ケース１０であるが、自動車部品に限定されるものではなく、構造もケースに限定されるものではない。
【0049】
（２）前記実施形態では、プローブ５２によって摩擦攪拌接合される被接合部が閉ループ状をなして始点Ｓと終点Ｆとが同じであったが、閉ループ状をなさず、始点Ｓと終点Ｆとが異なっていてもよい。例えば、被接合部が直線状、蛇行形状、渦巻き状になっていて、始点Ｓと終点Ｆとが異なっていてもよい。また、被接合部が閉ループ状をなして始点Ｓと終点Ｆとが異なっていてもよい。即ち、ルートＲ１上を移動したプローブ５２が始点Ｓを通過した位置に終点Ｆを配置してもよい。
【0050】
（３）前記実施形態では、プローブ５２が接合ライン４０から抜ける際に移動する勾配θは、例えば３～２０°で一定であるが、３～２０°に限定されるものではなく、また、一定でなくてもよい。即ち、プローブ５２が終点Ｆから離れるに従って勾配が徐々に大きくなるように曲線を描くように移動してもよいし、プローブ５２が終点Ｆから離れた第１位置まで第１の勾配で斜め上方に直線状に移動し、第１位置から蓋付ケース１０から抜け出るまで、第１の勾配より大きな第２の勾配で移動してもよいし、第１位置から真上にプローブ５２が抜け出るように移動してもよい。
【0051】
（４）前記実施形態では、ケース本体３０と蓋体２０とが突合わせ重ね接合されるように摩擦攪拌接合が行われていたが、突合わせ接合、又は、重ね接合される場合に、本開示の技術を利用してもよい。また、前記実施形態では、摩擦攪拌接合前に蓋体２０がケース本体３０から突出した状態になるように形成しておいて、摩擦攪拌接合後に蓋体２０、ケース本体３０及び接合ライン４０が面一になるように加工を行っていたが、摩擦攪拌接合前に蓋体２０及びケース本体３０の上面が面一になるようにしておいて、摩擦攪拌接合後に蓋付ケース１０の上面全体を平面加工してもよい。また、摩擦攪拌接合後に平面加工しなくてもよい。
【0052】
（５）前記実施形態では、接合用ツール５０は、接合用ロボット１０１Ａの先端部に備えられていたが、ＦＳＷ専用設備に備えられていてもよい。また、切削工具１０７も、切削用ロボット１０１Ｂの先端部に備えられていたが、ＦＳＷ専用設備や汎用設備に備えられていてもよい。
【0053】
なお、本明細書及び図面には、特許請求の範囲に含まれる技術の具体例が開示されているが、特許請求の範囲に記載の技術は、これら具体例に限定されるものではなく、具体例を様々に変形、変更したものも含み、また、具体例から一部を単独で取り出したものも含む。
【符号の説明】
【0054】
１０ 蓋付ケース（複合製品）
２０ 蓋体（第２部材）
３０ ケース本体（第１部材）
３２ 陥没部
３２Ｋ 開口（第１開口）
３２Ｍ 底面（第１面）
４０ 接合ライン
５０ 接合用ツール（ツール）
５１ ショルダー
５２ プローブ
Ｆ 終点
Ｓ 始点
Ｖ１ 周面速度
θ 勾配
２０ 蓋体（第２部材）
３０ ケース本体（第１部材）
３２ 陥没部
３２Ｋ 開口（第１開口）
３２Ｍ 底面（第１面）
４０ 接合ライン
５０ 接合用ツール（ツール）
５１ ショルダー
５２ プローブ
Ｆ 終点
Ｓ 始点
Ｖ１ 周面速度
θ 勾配
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【手続補正書】
【提出日】2022-08-10
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１部材（３０）と、前記第１部材（３０）に摩擦攪拌接合される第２部材（２０）とを備える複合製品（１０）の製造方法において、
摩擦攪拌接合用の回転するツール（５０）が、前記第１部材（３０）及び前記第２部材（２０）の被接合部の始点（Ｓ）から終点（Ｆ）まで移動して接合ライン（４０）が形成された後、前記ツール（５０）が前記終点（Ｆ）で折り返して前記接合ライン（４０）内を移動しながら徐々に前記ツール（５０）のショルダー（５１）が前記第２部材（２０）から離れて斜め上方に移動しかつ、徐々に前記ツール（５０）のプローブ（５２）が前記接合ライン（４０）から引き抜かれ、
前記ツール（５０）が前記終点（Ｆ）で折り返して移動し始めてから前記プローブ（５２）の先端が前記接合ライン（４０）から離れる迄の平均の勾配（θ）は、１０°以下である複合製品（１０）の製造方法。
摩擦攪拌接合用の回転するツール（５０）が、前記第１部材（３０）及び前記第２部材（２０）の被接合部の始点（Ｓ）から終点（Ｆ）まで移動して接合ライン（４０）が形成された後、前記ツール（５０）が前記終点（Ｆ）で折り返して前記接合ライン（４０）内を移動しながら徐々に前記ツール（５０）のショルダー（５１）が前記第２部材（２０）から離れて斜め上方に移動しかつ、徐々に前記ツール（５０）のプローブ（５２）が前記接合ライン（４０）から引き抜かれ、
前記ツール（５０）が前記終点（Ｆ）で折り返して移動し始めてから前記プローブ（５２）の先端が前記接合ライン（４０）から離れる迄の平均の勾配（θ）は、１０°以下である複合製品（１０）の製造方法。
【請求項2】
前記第１部材（３０）のうち前記第２部材（２０）が重ねられる第１面（３２Ｍ）には、前記第２部材（２０）にて閉塞される第１開口（３２Ｋ）が備えられ、
前記第１部材（３０）及び前記第２部材（２０）の前記被接合部は、前記第１開口（３２Ｋ）の開口縁に沿った閉ループ状をなしている請求項１に記載の複合製品（１０）の製造方法。
前記第１部材（３０）及び前記第２部材（２０）の前記被接合部は、前記第１開口（３２Ｋ）の開口縁に沿った閉ループ状をなしている請求項１に記載の複合製品（１０）の製造方法。
【請求項3】
前記ツール（５０）のプローブ（５２）のうち前記第１開口（３２Ｋ）から離れた側の周面速度の向きは、前記プローブ（５２）が前記始点（Ｓ）から前記終点（Ｆ）に移動するときの移動の向きと一致し、前記プローブ（５２）が前記終点（Ｆ）で折り返して移動するときの移動の向きと逆向きになる請求項２に記載の複合製品（１０）の製造方法。
【請求項4】
前記摩擦撹拌接合を終えた後で、前記接合ライン（４０）が露出する前記第２部材（２０）又は、前記第１部材（３０）及び前記第２部材（２０）の表面が平面加工される請求項１から３の何れか１の請求項に記載の複合製品（１０）の製造方法。
【請求項5】
前記第１部材（３０）の外面には、前記第１面（３２Ｍ）の前記開口縁に段付き状に陥没した陥没部（３２）が形成され、
前記第２部材（２０）は、前記陥没部（３２）に受容されて前記第１部材（３０）の外面から突出する状態で摩擦撹拌接合され、
前記摩擦撹拌接合後に、前記第２部材（２０）の外面と前記第１部材（３０）の外面とが面一になるように前記第２部材（２０）が加工される請求項２又は３に記載の複合製品（１０）の製造方法。
前記第２部材（２０）は、前記陥没部（３２）に受容されて前記第１部材（３０）の外面から突出する状態で摩擦撹拌接合され、
前記摩擦撹拌接合後に、前記第２部材（２０）の外面と前記第１部材（３０）の外面とが面一になるように前記第２部材（２０）が加工される請求項２又は３に記載の複合製品（１０）の製造方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0005】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、第１部材（３０）と、前記第１部材（３０）に摩擦攪拌接合される第２部材（２０）とを備える複合製品（１０）の製造方法において、摩擦攪拌接合用の回転するツール（５０）が、前記第１部材（３０）及び前記第２部材（２０）の被接合部の始点（Ｓ）から終点（Ｆ）まで移動して接合ライン（４０）が形成された後、前記ツール（５０）が前記終点（Ｆ）で折り返して前記接合ライン（４０）内を移動しながら徐々に前記ツール（５０）のショルダー（５１）が前記第２部材（２０）から離れて斜め上方に移動しかつ、徐々に前記ツール（５０）のプローブ（５２）が前記接合ライン（４０）から引き抜かれ、前記ツール（５０）が前記終点（Ｆ）で折り返して移動し始めてから前記プローブ（５２）の先端が前記接合ライン（４０）から離れる迄の平均の勾配（θ）は、１０°以下である複合製品（１０）の製造方法である。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0009】
請求項５の発明は、前記第１部材（３０）の外面には、前記第１面（３２Ｍ）の前記開口縁に段付き状に陥没した陥没部（３２）が形成され、前記第２部材（２０）は、前記陥没部（３２）に受容されて前記第１部材（３０）の外面から突出する状態で摩擦撹拌接合され、前記摩擦撹拌接合後に、前記第２部材（２０）の外面と前記第１部材（３０）の外面とが面一になるように前記第２部材（２０）が加工される請求項２又は３に記載の複合製品（１０）の製造方法である。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0013】
ここで、プローブ（５２）の先端が接合ライン（４０）から離れるまでの勾配（θ）は、例えば、３～２０°が好ましく、１０°以下（即ち、３～１０°）がより好ましい。なお、勾配（θ）は徐々に大きくなるように変化させてもよいし、ショルダー（５１）が接合ライン（４０）から離れるまでの第１の勾配（θ）に対し、そこからプローブ（５２）の先端が接合ライン（４０）から離れるまでの第２の勾配（θ）を大きくしてもよい。