特許 7342510 接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-04

(45)【発行日】2023-09-12

(54)【発明の名称】接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20230905BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 310

B23K20/12 366

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019148013

(22)【出願日】2019-08-09

(65)【公開番号】P2021028079

(43)【公開日】2021-02-25

【審査請求日】2022-02-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000004743

【氏名又は名称】日本軽金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】堀 久司

(72)【発明者】

【氏名】瀬尾 伸城

【審査官】黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０８２４３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２００２－５３９９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－４２７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２８５３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５３０３１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

凹部を備える本体と、前記凹部の開口部を封止する蓋部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法であって、
摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、 前記本体は、底部と前記底部の周縁部から立ち上がる周壁部とを有し、前記周壁部の内周壁に前記周壁部の端面から一段下がった段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成し、前記段差側面に近接するとともに前記周壁部の端面から突出する傾斜台を形成し、前記傾斜台は、下端が前記段差側面と接するとともに方向を変えながら湾曲して傾斜しているアプローチ部と、前記アプローチ部の上端と接して徐々に上昇する傾斜面とを有する準備工程と、
前記本体に前記蓋部材を載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記蓋部材の側面とを突合せて第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の段差底面と前記蓋部材の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記第一突合せ部に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記周壁段差部及び前記蓋部材に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行った後、前記回転ツールを前記アプローチ部に進入させて、前記傾斜面に移動させながら前記傾斜面に沿って昇るように移動させて当該傾斜面の上側で前記攪拌ピンを引抜く本接合工程と、
前記傾斜台を切削除去する傾斜台除去工程と、を含むことを特徴とする接合方法。

【請求項2】

凹部を備える本体と、前記凹部の開口部を封止する蓋部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法であって、
摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、 前記本体は、底部と前記底部の周縁部から立ち上がる周壁部とを有し、前記周壁部の内周壁に前記周壁部の端面から一段下がった段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成し、前記蓋部材の側面に近接するとともに前記蓋部材の表面から突出する傾斜台を形成し、前記傾斜台は、下端が前記蓋部材の側面と接するとともに方向を変えながら湾曲して傾斜しているアプローチ部と、前記アプローチ部の上端と接して徐々に上昇する傾斜面とを有する準備工程と、
前記本体に前記蓋部材を載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記蓋部材の側面とを突合せて第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の段差底面と前記蓋部材の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記第一突合せ部に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記周壁段差部及び前記蓋部材に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行った後、前記回転ツールを前記アプローチ部に進入させて、前記傾斜面に移動させながら前記傾斜面に沿って昇るように移動させて当該傾斜面の上側で前記攪拌ピンを引抜く本接合工程と、
前記傾斜台を切削除去する傾斜台除去工程と、を含むことを特徴とする接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属部材同士を接合する技術として、摩擦攪拌接合が知られている。摩擦攪拌接合では、回転ツールに備えられた攪拌ピンを金属部材から引き抜く際に、引抜き穴が残ってしまうという課題がある。そこで、金属部材に引抜き穴が残らないような接合方法が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１に係る接合方法では、攪拌ピンを移動させながら徐々に引き抜くことによって、引抜き痕を小さくする方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－８７６４９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、特許文献１の接合方法では、回転ツールを徐々に引き抜く際に、塑性化領域に引抜き痕が残ってしまうという課題がある。

【0006】

そこで本発明は、凹部を備える本体と蓋部材とを摩擦攪拌によって接合する際に、攪拌ピンによる引抜き穴及び引抜き痕の発生を防ぐことができる接合方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、凹部を備える本体と、前記凹部の開口部を封止する蓋部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法であって、摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記本体は、底部と前記底部の周縁部から立ち上がる周壁部とを有し、前記周壁部の内周壁に前記周壁部の端面から一段下がった段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成し、前記段差側面に近接するとともに前記周壁部の端面から突出する傾斜台を形成し、前記傾斜台は、下端が前記段差側面と接するとともに方向を変えながら湾曲して傾斜しているアプローチ部と、前記アプローチ部の上端と接して徐々に上昇する傾斜面とを有する準備工程と、前記本体に前記蓋部材を載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記蓋部材の側面とを突合せて第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の段差底面と前記蓋部材の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記第一突合せ部に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記周壁段差部及び前記蓋部材に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行った後、前記回転ツールを前記アプローチ部に進入させて、前記傾斜面に移動させながら前記傾斜面に沿って昇るように移動させて当該傾斜面の上側で前記攪拌ピンを引抜く本接合工程と、前記傾斜台を切削除去する傾斜台除去工程と、を含むことを特徴とする。

【0008】

また、本発明は、凹部を備える本体と、前記凹部の開口部を封止する蓋部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法であって、摩擦攪拌で用いる回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記本体は、底部と前記底部の周縁部から立ち上がる周壁部とを有し、前記周壁部の内周壁に前記周壁部の端面から一段下がった段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成し、前記蓋部材の側面に近接するとともに前記蓋部材の表面から突出する傾斜台を形成し、前記傾斜台は、下端が前記蓋部材の側面と接するとともに方向を変えながら湾曲して傾斜しているアプローチ部と、前記アプローチ部の上端と接して徐々に上昇する傾斜面とを有する準備工程と、前記本体に前記蓋部材を載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記蓋部材の側面とを突合せて第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の段差底面と前記蓋部材の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記第一突合せ部に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記周壁段差部及び前記蓋部材に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行った後、前記回転ツールを前記アプローチ部に進入させて、前記傾斜面に移動させながら前記傾斜面に沿って昇るように移動させて当該傾斜面の上側で前記攪拌ピンを引抜く本接合工程と、前記傾斜台を切削除去する傾斜台除去工程と、を含むことを特徴とする接合方法。

【0009】

かかる接合方法によれば、摩擦攪拌接合を行った後、突合せ部とは別の位置に設けられた傾斜台で攪拌ピンを引き抜くことができる。また、傾斜台は周壁部から切除することができる。これにより、攪拌ピンによる引抜き穴及び引抜き痕の発生を防ぐことができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によると、凹部を備える本体と封止体を摩擦攪拌によって接合する際に、攪拌ピンによる引抜き穴及び引抜き痕の発生を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第一実施形態に係る接合方法の準備工程を示す分解斜視図である。

【図2】本発明の第一実施形態に係る接合方法の載置工程を示す断面図である。

【図3】本発明の第一実施形態に係る接合方法の本接合工程を示す平面図である。

【図4】本発明の第一実施形態に係る接合方法の本接合工程の終了位置の斜視図である。

【図5】本発明の第一実施形態に係る接合方法本接合工程の終了位置の断面図である。

【図6】本発明の第二実施形態に係る接合方法を示す斜視図である。

【図7】本発明の第三実施形態に係る接合方法を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施するための形態を、図等を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、「裏面」の反対側の面を「表面」と言う。

【0013】

図１に示すように、本実施形態に係る接合方法では、金属製の本体１と、金属製の蓋部材２とを摩擦攪拌接合で接合して中空容器を形成する。

【0014】

本体１は、上方が開口された箱状体である。本体１は、底部１０と、周壁部１１と、傾斜台３とで構成されている。本体１は、本実施形態ではアルミニウム合金を使用するが、摩擦攪拌可能な金属から適宜選択することができる。例えば、本体１は、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金、アルミニウム、マグネシウム、チタン等で形成することができる。

【0015】

底部１０は、平面視矩形の板状を呈する。周壁部１１は、底部１０の周縁に立設されており、平面視矩形枠状を呈する。周壁部１１は、同じ板厚からなる壁部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄで構成されている。壁部１１Ａ、１１Ｃは、短辺部となっており、互いに対向している。壁部１１Ｂ、１１Ｄは、長辺部となっており、互いに対向している。底部１０及び、周壁部１１の内部には凹部１２が形成されている。

【0016】

周壁部１１の端面となる端面１１ａには、本体１の周壁部１１の内周縁に沿って周壁段差部１３が形成される。周壁段差部１３は、段差底面１３ａと、段差底面１３ａから立ち上がる段差側面１３ｂとで構成される。段差底面１３ａは、端面１１ａから一段下がった位置に形成されている。

【0017】

傾斜台３は、端面１１ａに設けられている。傾斜台３は、傾斜台側面３ａと、傾斜台側面３ｂと、傾斜面３ｃと、アプローチ部３ｄとで構成される。傾斜台側面３ａ及び傾斜台側面３ｂは傾斜台３の側面であり、互いに対向している。傾斜台側面３ａは、段差側面１３ｂから離間した位置に形成されている。傾斜台側面３ａから段差側面１３ｂまでの距離は、後記する本接合工程を行う際に、回転ツールＦと傾斜台３とが干渉しないように設定することが好ましい。

【0018】

傾斜面３ｃは、徐々に上昇する斜面であればよく、平面であっても、曲面であってもよい。アプローチ部３ｄは、下端が段差側面１３ｂと接するとともに上端が傾斜面３ｃに接し、９０°方向を変えながら緩やかに湾曲して傾斜している。なお、本実施形態では、傾斜台３は、壁部１１Ｄの端面１１ａに設けられているが、壁部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの端面１１ａであってもよい。また、アプローチ部３ｄの下端は、本接合工程の際に回転ツールＦと接触しないように段差側面１３ｂと離間させてもよい。

【0019】

本体１は、例えばダイキャストで形成するのが好ましい。ダイキャストによれば傾斜台３が設けられた本体１を容易に一体形成することができる。

【0020】

蓋部材２は、本体１の開口部を封止する平面視矩形の板部材である。蓋部材２の材料は、本体１と同じ金属でもよいし、異なる金属であってもよい。蓋部材２は、周壁段差部１３にほぼ隙間なく載置される大きさで形成されている。蓋部材２の板厚寸法は、段差側面１３ｂの高さ寸法より大きくしてもよい。

【0021】

次に、本実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法は、準備工程と、載置工程と、本接合工程と、傾斜台除去工程とを行う。

【0022】

準備工程は、図１に示すように、傾斜台３及び凹部１２を備えた本体１と、本体１に載置する蓋部材２とを形成する工程である。本体１は、例えばダイキャストで形成を行う。

【0023】

載置工程は、図２に示すように、本体１に形成される周壁段差部１３に、蓋部材２を載置する工程である。周壁段差部１３の段差側面１３ｂと、蓋部材２の側面２ｃとが突き合わされて第一突合せ部Ｊ１が形成される。さらに、周壁段差部１３の段差底面１３ａと、蓋部材２の底面２ｂとが突き合わされて第二突合せ部Ｊ２が形成される。周壁部１１の端面１１ａと、蓋部材２の表面２ａとは面一になっている。

【0024】

本接合工程は、回転ツールＦを用いて第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。図２に示すように、回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２を有する。攪拌ピンＦ２は、連結部Ｆ１から垂下しており、連結部Ｆ１と同軸になっている。攪拌ピンＦ２は連結部Ｆ１から離間するにつれて先細りになっている。攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝が刻設されている。本実施形態では、回転ツールＦを右回転させるため、螺旋溝を基端から先端に向けて左回りに刻設する。

【0025】

なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向けて右回りに刻設する。このようにすると、摩擦攪拌接合によって塑性流動化した金属が螺旋溝に導かれて攪拌ピンＦ２の先端側に移動する。これにより、被接合金属部材（本体１及び蓋部材２）から溢れ出る金属を少なくすることができる。

【0026】

本接合工程では、図３に示すように、開始位置Ｓｐから一周させて中間点Ｓ１までの本工程と、中間点Ｓ１から終了位置Ｅｐまでの離脱工程とを行う。本工程では、回転ツールＦを用いて、第一突合せ部Ｊ１に沿って摩擦攪拌接合を行う。回転ツールＦを任意に設定した開始位置Ｓｐに挿入し、回転ツールＦを第一突合せ部Ｊ１に沿って右回りに移動させる。

【0027】

攪拌ピンＦ２の挿入の深さは、攪拌ピンＦ２の先端が周壁段差部１３の段差底面１３ａに達するように設定するとともに、蓋部材２及び周壁部１１に攪拌ピンＦ２のみが接触するように設定する。そして、回転ツールＦを一定の高さ位置を保った状態で第一突合せ部Ｊ１をなぞるようにして移動させる。

【0028】

回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。開始位置Ｓｐからスタートした回転ツールＦが一周して開始位置Ｓｐに達したら、塑性化領域Ｗをオーバーラップさせて、中間点Ｓ１まで移動させる。回転ツールＦが中間点Ｓ１に達したら、回転ツールＦを離脱させずにそのまま離脱工程に移行する。

【0029】

離脱工程は、図４に示すように、中間点Ｓ１から終了位置Ｅｐまで回転ツールＦを移動させて、傾斜台３で離脱させる工程である。離脱工程では、回転ツールＦの挿入深さを一定に保ちながらアプローチ部３ｄに進入し傾斜台３の傾斜面３ｃに移動させる。その後、回転ツールＦを端面１１ａから徐々に離間させながら、傾斜面３ｃに沿って移動させる。回転ツールＦが終了位置Ｅｐに達したら、回転ツールＦを上昇させて、傾斜台３から回転ツールＦを離脱させる。

【0030】

最後に、傾斜台３を、本体１から取り除く傾斜台除去工程を行う。傾斜台除去工程では、例えば、切削加工により端面１１ａを基準として傾斜台３をすべて除去する。

【0031】

以上説明した、接合方法によれば、回転ツールＦの終了位置Ｅｐを傾斜台３に設定するとともに、当該傾斜台３を切除する。これにより、本体１に引抜き穴及び引抜き痕が残存するのを防ぐことができる。また、これにより本体１の表面には引抜き穴及び引抜き痕が残存しないため、きれいに仕上げることができる。

【0032】

また、回転ツールＦは傾斜面３ｃに沿って上昇させるため、終了位置Ｅｐまで回転ツールＦを移動させると、攪拌ピンＦ２と端面１１ａとを離間させることができる。これにより、回転ツールＦを離脱させた際に生じる引抜き穴は、本体１には残存せず、傾斜台３のみに残存させることができる。

【0033】

また、傾斜台３にアプローチ部３ｄを設けることにより、第一突合せ部Ｊ１から傾斜台３へ回転ツールＦの移動速度を落とすことなくスムーズに移動させることができる。また、アプローチ部３ｄの下端を段差側面１３ｂに接触させているため、離脱工程の際に端面１１ａに塑性化領域Ｗが極力残存しないようにすることができる。

【0034】

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態では、傾斜台が形成される方向が第一実施形態と相違する。本実施形態では、第一実施形態と相違する部分について説明する。

【0035】

本実施形態では、図６に示すように傾斜台３Ｂは、第一突合せ部Ｊ１に対して傾斜面３ｃの傾斜方向が垂直に形成されている。傾斜面３ｃの下端は段差側面１３ｂに接触している。なお、傾斜面３ｃの下端と段差側面１３ｂとは、本接合工程の際に回転ツールＦと接触しないように離間させてもよい。

【0036】

離脱工程において、第一実施形態では、回転ツールＦを傾斜面３ｃに移動させる際にアプローチ部３ｄを介して移動させていた。しかし、本実施形態では、傾斜面３ｃが段差側面１３ｂに対して垂直に接続されているため、中間点Ｓ１で、回転ツールＦを９０°左に移動させるだけで、回転ツールＦを容易に傾斜台３Ｂへ移動させることができる。なお、その他の構成については、第一実施形態と同様である。

【0037】

以上説明した接合方法であっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。

【0038】

（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態では、傾斜台が蓋部材２に形成されている点で第一実施形態と相違する。本実施形態では、第一実施形態と相違する部分について説明する。

【0039】

図７に示すように、本実施形態では、傾斜台３Ｃが蓋部材２の表面２ａ上に突出して形成されている。傾斜台３Ｃのアプローチ部３ｄは、下端が蓋部材２の側面２ｃと接するとともに上端が傾斜面３ｃに接し、９０°方向を変えながら緩やかに湾曲して傾斜している。なお、傾斜面３ｃの下端と蓋部材２の側面２ｃとは、本接合工程の際に回転ツールＦと接触しないように離間させてもよい。

【0040】

蓋部材２の傾斜台３Ｃは、第一実施形態と同様に、例えば、ダイキャストで形成することができる。これにより、傾斜台３Ｃと蓋部材２とを容易に一体形成することができる。

【0041】

なお、本接合工程については、傾斜台３Ｃで離脱させることを除いては、第一実施形態と同様である。また、その他の構成についても、第一実施形態と同じであるため、詳細な説明は省略する。このように、第三実施形態に係る接合方法であっても、第一実施形態と概ね同等の効果を奏することができる。

【0042】

以上、本発明について説明したが、本発明は、前記の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変化が可能である。

【0043】

例えば、第三実施形態において蓋部材２に形成される傾斜台に第二実施形態のような構成を適用してもよい。すなわち、蓋部材２の側面２ｃに対して傾斜面の傾斜方向が垂直となるように傾斜台を蓋部材２に設けてもよい。

【符号の説明】

【0044】

１ 本体
２ 蓋部材
３、３Ｂ、３Ｃ 傾斜台
１０ 底部
１１ 周壁部
１１ａ 端面
１１Ａ 壁部
１１Ｂ 壁部
１１Ｃ 壁部
１１Ｄ 壁部
１２ 凹部
１３ 周壁段差部
１３ａ 段差底面
１３ｂ 段差側面
Ｊ１ 第一突合せ部
Ｊ２ 第二突合せ部
Ｆ 回転ツール
Ｆ１ 連結部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｗ 塑性化領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】