特開 2023-176945 金属製部品の摩擦攪拌点接合方法

(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】P2023176945

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】金属製部品の摩擦攪拌点接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20231206BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 364

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022089543

(22)【出願日】2022-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100192614

【弁理士】

【氏名又は名称】梅本 幸作

(74)【代理人】

【識別番号】100158355

【弁理士】

【氏名又は名称】岡島 明子

(72)【発明者】

【氏名】船平 伸之

(72)【発明者】

【氏名】佐竹 真紀

(72)【発明者】

【氏名】廣野 敦也

【テーマコード（参考）】

4E167

【Ｆターム（参考）】

4E167AA06

4E167AA08

4E167BG25

(57)【要約】

【課題】摩擦撹拌点接合時に箔材のズレや箔材が破損する等の不具合が起こりにくい金属製部品の摩擦撹拌点接合方法を提供する。
【解決手段】
金属製の箔材３０と板材２０を接合する金属製部品の摩擦撹拌点接合方法において、少なくとも５回以上折り返し積層した箔材３０の上方に板材２０を配置する。板材２０を治具４０により固定した状態で摩擦撹拌接合工具１０を回転しながら、摩擦撹拌接合工具１０の先端１０Ｔを板材２０側から挿入する。これにより板材２０の一部を箔材３０へ押し付けることで箔材３０と板材２０を接合する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属製の箔材と板材を接合する金属製部品の摩擦撹拌点接合方法であって、少なくとも５回以上折り返し積層した前記箔材の上方に前記板材を配置して、前記板材を治具により固定した状態で摩擦撹拌接合工具を回転しながら、前記摩擦撹拌接合工具の先端を前記板材側から挿入することにより前記板材の一部を前記箔材へ押し付けることで前記箔材と板材を接合することを特徴とした金属製部品の摩擦撹拌点接合方法。

【請求項2】

前記箔材の端部から２０ｍｍの範囲内に前記摩擦撹拌接合工具の先端を前記板材に挿入することで前記箔材と板材を接合することを特徴とした請求項１に記載の金属製部品の摩擦撹拌点接合方法。

【請求項3】

前記摩擦撹拌接合工具の先端の挿入深さは、前記箔材と板材の各厚さの総和よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の金属製部品の摩擦撹拌点接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アルミニウム合金や銅合金などの金属製の板材と箔材を互いに摩擦撹拌（かく拌）点接合により接合する金属製部品の摩擦撹拌（かく拌）点接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属箔と金属板を摩擦撹拌点接合した製品や製造方法は、例えば特許文献１に開示されているように使用される金属としてアルミニウム合金や銅合金を接合したものが知られている。これらの金属箔を使用した多くの製品は、例えば特許文献２および３に開示されている様に１枚ずつ切断した金属箔を多層に積層した集束板と金属板を接合した方法で製造されている。

【0003】

また、金属箔を多層に積層する方法として、１枚の金属箔を渦巻状に巻き回すように接合する方法があり、コンデンサなどの電気部品の製造方法として知られている。従来の摩擦撹拌点接合方法による金属製部品の模式構成図を図１０、従来の摩擦撹拌点接合方法に用いる金属製箔材の模式図を図１１、従来の摩擦撹拌点接合方法で接合した金属製部品の模式図を図１２にそれぞれ示す。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５－１０９２３０号公報

【特許文献2】特開２００５－１１６７５号公報

【特許文献3】特許第６２５２３５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、図１０および図１１に示す様に１枚ずつ切断した箔材１３０を多層に積層した集束板１５０では、摩擦撹拌接合工具１１０を挿入した際、２枚の板材１２０，１２１に挟まれた箔材１３０のみが回転したり、位置ズレを起こしたり、もしくは箔材１３０が破損するという問題があった。

【0006】

加えて、多層に積層した箔材をクランプ（固定）する際に、箔材を十分に加圧した状態で固定すると、比較的に軟質であるアルミニウム合金や銅合金の箔材は延伸して、断面積が減少することで強度が低下する。

【0007】

特に、箔材を渦巻状に積層したものは、折り返しの端部の箔材が密着しにくく、箔材を高圧で固定する必要がある。しかし、高圧で箔材を加圧しても積層上部の箔材が延伸して、積層部の下部側が固定されていない、または密着していない場合もある。

【0008】

もし、箔材に対して加圧力が不十分な状態で接合すると、箔材が回転したり、位置ズレを起こしたり、もしくは箔材が破損するという問題があった。

【0009】

また、従来の接合方法では箔材を多層に積層した集束板の最下層まで摩擦撹拌接合工具を挿入する必要があるため、集束板を板材で挟んだ形状でしか接合できず、部品形状が大きくなるという問題があった。

【0010】

そこで、本発明は、摩擦撹拌点接合時に箔材のズレや箔材が破損する等の不具合が起こりにくいアルミニウムや銅などの金属製部品の摩擦攪拌点接合方法を提供することを課題とする。合わせて、多層に積層した箔材とその上部に配置した板材からなるシンプルな形状で作製することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の金属製部品の摩擦撹拌点接合方法は、少なくとも５回以上折り返し積層した箔材の上方に板材を配置して、当該板材を治具により固定する。その状態で摩擦撹拌接合工具を回転しながら、当該摩擦撹拌接合工具の先端を板材側から挿入する。摩擦撹拌接合によって板材の一部を箔材へ押し付けることで箔材と板材を接合する。

【0012】

また、箔材を折り返した端部から２０ｍｍの範囲内に摩擦撹拌接合工具の先端を板材に挿入することで箔材と板材を接合することもできる。摩擦撹拌接合工具の先端の挿入深さについては、箔材と板材の各厚さの総和よりも小さいことが望ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明の金属製部品の摩擦撹拌点接合方法は、箔材を摩擦撹拌点接合方法により接合する際に、箔材を折りたたみ（折り返した）構造とすることで摩擦撹拌点接合時に箔材のズレや箔材が破損する等の不具合が起こりにくい。

【0014】

さらに、摩擦撹拌接合工具を積層した箔材の最下層まで挿入しないことで多層に積層した箔材とその上部に配置した板材からなるシンプルな形状で作製することできる。また、箔材の折りたたみ（折り返した）構造は一体化されているので、複数枚の箔材を積層させて板材と接合する場合に比べて接合工程を含めた成型工程全体のサイクルタイムが短縮される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】金属製部品の接合時に使用する全体構成図である。

【図2】金属製部品の接合時に使用する箔材３０の模式図である。

【図3】本発明の金属製部品の接合方法を構成する第１工程の模式図である。

【図4】本発明の金属製部品の接合方法を構成する第２工程の模式図である。

【図5】本発明の金属製部品の接合方法を構成する第３工程の模式図である。

【図6】本発明の金属製部品の接合方法を構成する第４工程の模式図である。

【図7】本発明の接合方法を用いて製造した金属製部品５０の模式断面図である。

【図8】本発明の接合方法による接合時の箔材の配置パターン（第１実施形態）である。

【図9】本発明の接合方法による接合時の箔材の配置パターン（第２実施形態）である。

【図10】従来の摩擦撹拌点接合方法の模式構成図である。

【図11】従来の摩擦撹拌点接合方法に用いる箔材１３０の模式図である。

【図12】従来の摩擦撹拌点接合方法で接合した金属製部品１５０の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の金属製部品の摩擦撹拌点接合方法である一実施形態について図面を用いて説明する。本発明の金属製部品の摩擦撹拌点接合方法における各構成を図１、本発明の金属製部品の摩擦撹拌点接合方法で使用する折り曲げた箔材３０の模式形態を図２に示す。本発明の金属製部品の摩擦撹拌点接合方法では金属製部品は図1に示す様に箔材２０と板材３０から構成されて、摩擦撹拌点接合時において摩擦撹拌接合時に使用する摩擦撹拌接合工具１０の下方には箔材２０を上層、板材３０を下層にした状態で積層する形態で設置する。この場合、摩擦撹拌点接合時に使用する箔材２０は図２に示す様に少なくとも５回以上折り返して積層した形態とする。

【0017】

本発明の金属製部品の摩擦撹拌点接合方法の第１ないし第４工程における模式図を図３ないし図６に示す。まず、金属製部品となる箔材３０の上方に板材２０を積み重ねた状態で、図３に示す様にこれら箔材３０および板材２０を共に押さえ治具４０で上方から固定する。この際、図３に示す様に箔材３０の端部３０Ｈと板材２０の端部２０Ｈを揃えておくことが好ましい（第１工程:図３）。押さえ治具４０の空いた位置に摩擦撹拌接合工具１０を図示しない接合装置に取り付けて、摩擦撹拌接合工具１０の先端１０Ｔを所定位置まで近づける。

【0018】

次に、摩擦撹拌接合工具１０を所定の回転数で回転させながら（回転方向Ｒ）、摩擦撹拌接合工具１０の先端１０Ｔを板材２０の内部へ挿入する（第２工程：図４）。高速回転した摩擦撹拌接合工具１０の先端１０Ｔにより板材２０の一部が溶融して、撹拌される。同時に、溶融した板材２０の一部が摩擦撹拌接合工具１０の先端１０Ｔの周囲および箔材２０側へそれぞれ移動する。最終的には、摩擦撹拌接合工具１０の先端１０Ｔが箔材２０の内部まで挿入する（第３工程：図５）。なお、摩擦撹拌接合工具１０の先端１０Ｔの位置は箔材２０を突き抜けない位置までとして、摩擦撹拌接合工具１０の先端１０Ｔの位置を箔材２０の厚さの範囲に留める。

【0019】

摩擦撹拌接合工具１０の先端１０Ｔの位置が最深位置まで到達した後、摩擦撹拌接合工具１０を上方へ移動して、摩擦撹拌接合工具１０の先端１０Ｔの位置が所定位置まで戻ることで箔材３０および板材２０の接合が完了して、金属製部品５０が出来上がる（第４工程：図６）。本発明の金属製部品の摩擦攪拌点接合方法を用いて製造した金属製部品５０の模式断面図を図７に示す。当該金属製部品５０には、図７に示す様に摩擦撹拌点接合時に使用した摩擦撹拌接合工具の形状跡が残存し、摩擦撹拌接合工具１の先端形状の凹部およびその周囲に堤防形状の凸部が形成される。

【0020】

次に、本発明の摩擦撹拌点接合方法による接合時の箔材３１，３２の配置形態を図８（第１実施形態）および図９（第２実施形態）に示す。第１実施形態として、図３に示す場合と同様に金属製部品の構成要素である箔材３１の上方に板材２１を積み重ねた状態で、図８に示す様にこれら箔材３１および板材２１を共に押さえ治具４１によりこれらの上方から固定する。この際、図８に示す様に箔材３１の端部３１Ｈと板材２１の端部２１Ｈは互いに位置がズレており、板材２１の端部２１Ｈは押さえ治具４１の直下に位置しているが、箔材３１の端部３１Ｈは押さえ治具４１縁部の直下よりやや内側（図面左側）に位置している。この場合には、摩擦撹拌接合工具１１による接合箇所は、図８に示す様に箔材３１の端部３１Ｈを起点とした距離ｄ１の範囲内とすることが好ましい。

【0021】

第２実施形態は、図８に示す第１実施形態と同様に金属製部品の構成要素である箔材３２の上方に板材２２を積み重ねた状態で、図９に示す様にこれら箔材３２および板材２２を共に押さえ治具４２によりこれらの上方から固定する。この際、図９に示す様に箔材３２の端部３２Ｈと板材２２の端部２２Ｈは互いに位置がズレており、板材２２の端部２２Ｈは押さえ治具４２の直下に位置しているが、箔材３２の端部３２Ｈは押さえ治具４２縁部の直下よりやや外側（図面右側）に位置している。この場合も摩擦撹拌接合工具１２による接合箇所は、図９に示す様に箔材３２の端部３２Ｈを起点とした距離ｄ２の範囲内とすることが好ましい。なお、本願発明において、「箔材（金属箔）」とは厚さが０．３０ｍｍ以下であり、「板材（金属板）」とは厚さが０．３０ｍｍを超えるものとする。

【符号の説明】

【0022】

１０，１１，１２ 摩擦撹拌接合工具
２０，２１，２２ 板材
３０，３１，３２ 箔材
４０，４１，４２ 押さえ治具
５０ 金属製部品
１０Ｔ 摩擦撹拌接合工具の先端
２０Ｈ，２１Ｈ，２２Ｈ 板材の端部
３０Ｈ，３１Ｈ，３２Ｈ 箔材の端部
ｄ１，ｄ２ 箔材の端部を起点として距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】