7562464 接合された部材を分離する方法

(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】2024-09-27

(45)【発行日】2024-10-07

(54)【発明の名称】接合された部材を分離する方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20240930BHJP

   B23K 20/20 20060101ALI20240930BHJP

   B23K 103/20 20060101ALN20240930BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 310

B23K20/20

B23K103:20

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021057225

(22)【出願日】2021-03-30

(65)【公開番号】P2022154281

(43)【公開日】2022-10-13

【審査請求日】2023-11-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】弁理士法人大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮脇 章嘉

(72)【発明者】

【氏名】佐山 満

(72)【発明者】

【氏名】栗原 大知

(72)【発明者】

【氏名】中井 浩之

【審査官】杉田 隼一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１３５７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０４７９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６２６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０８３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２５５６４７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

Ｂ２３Ｋ ２０／２０

Ｂ２３Ｋ １０３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状の第１部材と、前記第１部材の対向面に当接するように配置されて、接合部によって前記第１部材に接合された第２部材とを含む接合構造に於いて、前記第１部材を前記第２部材から分離する方法であって、
前記第１部材の表面に交差する中心軸線に沿って延在する貫通孔、及び前記第１部材に選択的に当接可能な当接面を有するショルダと、側周面にねじ溝を有するプローブが先端部に設けられ、前記貫通孔に挿通され、前記中心軸線に沿って延在し、前記中心軸線回りに回転可能な回転ツールを用意するステップと、
前記第１部材に前記ショルダの前記当接面を押し付けるステップと、
前記接合部の少なくとも一部が流動してかき出されるように、前記ねじ溝によって前記接合部がかき出される方向に前記回転ツールを回転させ、かつ前記プローブを前記接合部に突入させるステップと、
前記第１部材を前記第２部材から引き離すステップと
を備えることを特徴とする方法。

【請求項2】

前記接合構造は前記第１部材側からの摩擦撹拌接合によって形成された前記接合部による摩擦撹拌接合構造であって、
前記摩擦撹拌接合は、摩擦撹拌点接合であり、
前記突入させるステップに於いて、前記回転ツールは、前記プローブの前記側周面と前記ショルダの前記貫通孔の内周面との間に環状空隙を形成し、前記環状空隙が、前記接合部に於けるかき出された部分を前記第１部材に連結した状態で受容して、接合材料部を形成するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

分離された前記第１部材を前記第２部材に再接合するべく、
前記中心軸線に沿って延在する貫通孔、及び前記第１部材に選択的に当接可能な当接面を有する再接合用ショルダと、プローブが先端部に設けられ、前記再接合用ショルダの前記貫通孔に挿通され、前記中心軸線に沿って延在し、前記中心軸線回りに回転可能な再接合用回転ツールとを用意するステップと、
前記接合材料部が連結した前記第１部材を、前記第２部材に対して分離前と同じ位置に配置するステップと、
前記接合材料部が前記再接合用ショルダの前記貫通孔に受容されるように前記第１部材に前記再接合用ショルダの前記当接面を押し付けるステップと、
前記再接合用回転ツールを回転させ、前記接合材料部を流動させて押し込むように前記再接合用回転ツールの前記プローブを前記接合部が形成されていた部分に突入させるステップと
を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記接合構造は前記第１部材側からの摩擦撹拌接合によって形成された前記接合部による摩擦撹拌接合構造であって、
前記摩擦撹拌接合は、摩擦撹拌線接合であり、
前記ショルダの前記当接面には、径方向に直線状に延在して前記貫通孔から前記ショルダの外周面に至る溝が形成されており、
前記プローブを前記接合部に突入させるステップは、前記接合部の少なくとも一部を、前記溝内に向けてかき出して、前記接合部の少なくとも一部を、前記第２部材に対して空隙をおいて対峙する位置に向けて引き離すことにより前記第１部材に連結した接合材料部を形成しつつ、前記プローブを前記溝側とは反対の方向に向けて前進させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項5】

分離された前記第１部材を前記第２部材に再接合するべく、
前記接合材料部が連結した前記第１部材を、前記第２部材に対して分離前と同じ位置に配置するステップと、
前記接合材料部の一端部が前記ショルダの前記溝に受容されるように前記第１部材に前記ショルダの前記当接面を押し付けるステップと、
前記回転ツールを、分離時とは逆方向に回転させつつ前記接合部を形成していた部分に突入させ、かつ、前記回転ツール及び前記ショルダを、前記溝が前側に位置するように、前記接合材料部に沿って移動させるステップと
を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記第１部材の素材の強度は、前記第２部材の素材の強度よりも低いことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記第１部材及び前記第２部材は、電子部品又は電気部品の電気的接続部を構成することを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、接合された部材を分離する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

摩擦撹拌接合とは、互いに重ね合わせた複数の部材に対して、工具を回転させながら押し付け、押し付けた部分の周辺を摩擦熱によって塑性流動させて撹拌することによって、互いに接合する方法である。摩擦撹拌線接合は、工具を部材に押し付けた後、工具を部材の表面に沿って移動させる方法であり、摩擦撹拌点接合は、工具を部材に押し付けた後、工具を部材の表面に沿って移動させない方法である。

【0003】

特許文献１には、摩擦撹拌接合に於いて、ねじ構造を有するピン部（プローブ）を使用して、塑性流動した材料をねじ構造によってピン部の先端に押し出すことが記載されている。特許文献２には、摩擦撹拌接合された異種金属接合体に対して、加熱して脆弱な異種金属間化合物相を形成し、外的負荷を与えて脆弱な異種金属間化合物相を破壊することにより、接合された金属材料を互いに分離することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－１６０３１８号公報

【文献】特開２００７－５４８４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

接合した部材を点検又は修理のため分離し、点検又は修理の後に再接合する場合がある。特許文献１に記載の方法は、接合後に分離することは考慮されていない。特許文献２に記載の方法は、分離のために外部入力が必要であり、また、加熱によって脆弱な異種金属間化合物相が生じているため、再接合しようとした際に、接合強度の低下を防ぐための措置が必要であった。また、特許文献２には、具体的な加熱方法が記載されておらず、電子部品や電気部品に於ける接合を解除しようとした場合には、加熱によってこれらの部品に悪影響を及ぼすおそれがあり、特許文献２に記載の発明は、再接合して使用する部品の分離には不向きであった。

【0006】

このような問題に鑑み、本発明は、接合された部材を再接合できるように容易に分離できる分離方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある実施形態は、板状の第１部材（１）と、前記第１部材（１）の対向面に当接するように配置されて、接合部（３，３１）によって前記第１部材（１）に接合された第２部材（２）とを含む接合構造に於いて、前記第１部材（１）を前記第２部材（２）から分離する摩擦攪拌を用いた方法であって、前記第１部材（１）の表面に交差する中心軸線に沿って延在する貫通孔（１０，３６）、及び前記第１部材（１）に選択的に当接可能な当接面（１２，３８）を有するショルダ（１４，３４）と、側周面にねじ溝を有するプローブ（１７，３５）が先端部に設けられ、前記貫通孔（１０，３６）に挿通され、前記中心軸線に沿って延在し、前記中心軸線回りに回転可能な回転ツール（１５，３３）を用意するステップと、前記第１部材（１）に前記ショルダ（１４，３４）の前記当接面（１２，３８）を押し付けるステップと、前記接合部（３，３１）の少なくとも一部が流動してかき出されるように、前記ねじ溝によって前記接合部（３，３１）がかき出される方向に前記回転ツール（１５，３３）を回転させ、かつ前記プローブ（１７，３５）を前記接合部（３，３１）に突入させるステップと、前記第１部材（１）を前記第２部材（２）から引き離すステップとを備える。

【0008】

この構成によれば、接合部の少なくとも一部がかき出されて接合に寄与しなくなるため、第１部材を第２部材から容易に分離することができる。また、分離作業時に発生する熱は、プローブの回転による摩擦熱であるため、第１部材及び第２部材に悪影響を及ぼさず、第１部材及び第２部材を再利用して再接合することができる。

【0009】

本発明のある実施形態は、上記構成に於いて、前記接合構造は前記第１部材（１）側からの摩擦撹拌接合によって形成された前記接合部（３）による摩擦撹拌接合構造であって、前記摩擦撹拌接合は、摩擦撹拌点接合であり、前記突入させるステップに於いて、前記回転ツール（１５）は、前記プローブ（１７）の前記側周面と前記ショルダ（１４）の前記貫通孔（１０）の内周面との間に環状空隙（１９）を形成し、前記環状空隙（１９）が、前記接合部（３）に於けるかき出された部分を前記第１部材（１）に連結した状態で受容して、接合材料部（２０）を形成するように構成されたことを特徴とする。

【0010】

この構成によれば、摩擦撹拌点接合によって形成された接合部に於けるかき出された部分が、接合材料部として第１部材に連結しているため、部材を再接合する時に、接合部を形成するために追加する材料が少量又は不要となる。

【0011】

本発明のある実施形態は、直上の構成に於いて、分離された前記第１部材（１）を前記第２部材（２）に再接合するべく、前記中心軸線に沿って延在する貫通孔（１０）、及び前記第１部材（１）に選択的に当接可能な当接面（１２）を有する再接合用ショルダ（２２）と、プローブ（８）が先端部に設けられ、前記再接合用ショルダ（２２）の前記貫通孔（１０）に挿通され、前記中心軸線に沿って延在し、前記中心軸線回りに回転可能な再接合用回転ツール（２３）とを用意するステップと、前記接合材料部（２０）が連結した前記第１部材（１）を、前記第２部材（２）に対して分離前と同じ位置に配置するステップと、前記接合材料部（２０）が前記再接合用ショルダ（２２）の前記貫通孔（１０）に受容されるように前記第１部材（１）に前記再接合用ショルダ（２２）の前記当接面（１２）を押し付けるステップと、前記再接合用回転ツール（２３）を回転させ、前記接合材料部（２０）を流動させて押し込むように前記再接合用回転ツール（２３）の前記プローブ（８）を前記接合部（３）が形成されていた部分に突入させるステップとを更に備えることを特徴とする。

【0012】

この構成によれば、再接合の手段が分離の手段と類似しているため、工具を動かすための装置を共通のものにすることができ、作業性が向上する。

【0013】

本発明のある実施形態は、上記の第１の構成に於いて、前記接合構造は前記第１部材側からの摩擦撹拌接合によって形成された前記接合部（３１）による摩擦撹拌接合構造であって、前記摩擦撹拌接合は、摩擦撹拌線接合であり、前記ショルダ（３４）の前記当接面（３８）には、径方向に直線状に延在して前記貫通孔（３６）から前記ショルダ（３４）の外周面に至る溝（３９）が形成されており、前記プローブ（３５）を前記接合部（３１）に突入させるステップは、前記接合部（３１）の少なくとも一部を、前記溝（３９）内に向けてかき出して、前記接合部（３１）の少なくとも一部を、前記第２部材（２）に対して空隙をおいて対峙する位置に向けて引き離すことにより前記第１部材（１）に連結した接合材料部（４０）を形成しつつ、前記プローブ（３５）を前記溝（３９）側とは反対の方向に向けて前進させることを含むことを特徴とする。

【0014】

この構成によれば、摩擦撹拌線接合によって形成された接合部に於けるかき出された部分が、接合材料部として第１部材に連結しているため、部材を再接合する時に、接合部を形成するために追加する材料が少量又は不要となる。

【0015】

本発明のある実施形態は、直上の構成に於いて、分離された前記第１部材（１）を前記第２部材（２）に再接合するべく、前記接合材料部（４０）が連結した前記第１部材（１）を、前記第２部材（２）に対して分離前と同じ位置に配置するステップと、前記接合材料部（４０）の一端部が前記ショルダ（３４）の前記溝（３９）に受容されるように前記第１部材（１）に前記ショルダ（３４）の前記当接面（３８）を押し付けるステップと、前記回転ツール（３３）を、分離時とは逆方向に回転させつつ前記接合部（３１）を形成していた部分に突入させ、かつ、前記回転ツール（３３）及び前記ショルダ（３４）を、前記溝（３９）が前側に位置するように、前記接合材料部（４０）に沿って移動させるステップとを更に備えることを特徴とする。

【0016】

この構成によれば、分離及び再接合に共通の工具を使用するため、工具の交換の手間が省け、作業性が向上する。

【0017】

本発明のある実施形態は、上記構成の何れかに於いて、前記第１部材（１）の素材の強度は、前記第２部材（２）の素材の強度よりも低いことを特徴とする。

【0018】

この構成によれば、低強度の第１部材側からプローブが突入するため、プローブの回転によって塑性流動した部分が撹拌されやすく、第１部材１の第２部材２に対する分離及び再接合が容易となる。

【0019】

本発明のある実施形態は、上記構成の何れかに於いて、前記第１部材（１）及び前記第２部材（２）は、電子部品又は電気部品の電気的接続部を構成することを特徴とする。

【0020】

この構成によれば、これらの部品の電気的接続部ボルト等により物理的に接合する場合に比べて、接合時の電気エネルギーのロスが小さくなり、また、電気的接続部の分離及び再接合を容易に行うことができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、摩擦撹拌接合によって接合された部材を再接合できるように容易に分離できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】第１実施形態に係る摩擦撹拌点接合による接合方法の説明図

【図2】第１実施形態に係る摩擦撹拌点接合による接合の分離方法の説明図

【図3】第１実施形態に係る摩擦撹拌点接合による再接合方法の説明図

【図4】第２実施形態に係る摩擦撹拌線接合による接合を示す平面図

【図5】第２実施形態に係る摩擦撹拌線接合による接合方法の説明図（図４のＡ－Ａ断面）

【図6】第２実施形態に係る摩擦撹拌線接合による接合方法の説明図（図４のＢ－Ｂ断面）

【図7】第２実施形態に係る摩擦撹拌線接合による接合の分離方法の説明図（図４のＡ－Ａ断面）

【図8】第２実施形態に係る摩擦撹拌線接合による接合の分離方法の説明図（図４のＢ－Ｂ断面）

【図9】第２実施形態に係る摩擦撹拌線接合による再接合方法の説明図（図４のＢ－Ｂ断面）

【図10】第２実施形態に係るショルダの底面図

【図11】第２実施形態の変形例に係る分離方法の説明図

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１～図３は、第１実施形態に係る摩擦撹拌点接合を利用した、部材の接合方法、分離方法及び再接合方法を示す縦断面図である。

【0024】

図１に示すように、板状の第１部材１と板状の第２部材２とが、摩擦撹拌点接合によって形成された接合部３によって、互いに接合される。接合部３は、第１部材１の側から接合装置４を適用することによって形成される。第１部材１と第２部材２との間に他の板状の部材が含まれていてもよい。好ましくは、接合されるべき部分に於いて、第１部材１の素材の強度は、第２部材２の素材の強度よりも低い。例えば、第１部材１の素材と第２部材２の素材との組み合わせは、アルミニウム合金－アルミニウム合金、銅合金－銅合金、鉄合金－鉄合金、アルミニウム合金－鉄合金、アルミニウム合金－銅合金、アルミニウム合金－炭素繊維強化プラスチック、アルミニウム合金－ガラス繊維強化プラスチック、マグネシウム合金－鉄合金、マグネシウム合金－銅合金、マグネシウム合金－炭素繊維強化プラスチック、又はマグネシウム合金－ガラス繊維強化プラスチックであってもよい（ハイフンの前に第１部材１の素材を記載し、ハイフンの後に第２部材２の素材を記載した）。

【0025】

第２部材２に第１部材１を接合するための接合装置４は、中心軸線回りに回転する接合用回転ツール５と、接合用ショルダ６とを備える。以下、中心軸線が上下方向に延在し、第１部材１に対して接合装置４が載置される側を上、第２部材２が配置される側を下として説明するが、実際の第１及び第２部材１，２と接合装置４との位置関係は、上下が逆でもよく、中心軸線が横方向に延在してもよく、傾いていてもよい。また、中心軸線は、第１部材１の表面に直交しているが、９０°以外の角度で交差してもよい。

【0026】

接合用回転ツール５は、中心軸線回りに回転対称形をなしている。接合用回転ツール５は、中心軸線を中心とする概ね円柱形状をなす本体部７と、本体部７の下端から中心軸線に沿って下方に延出するプローブ８とを含む。プローブ８は、本体部７に対して小径であり、本体部７の下面は、第１部材１に対して凹状をなす肩面９を形成している。プローブ８の側周面にはねじ溝が設けられている。

【0027】

接合用ショルダ６は、概ね円柱形状をなし、中心軸線に沿って延在する貫通孔１０が設けられ、上部には径方向（中心軸線に直交する平面に於いて中心軸から離反する方向）の外方に延出するフランジ１１が設けられ、下面は第１部材１に選択的に当接可能な当接面１２となっている。

【0028】

接合装置４を用いた摩擦撹拌点接合による第１部材１の第２部材２への接合方法について説明する。作業員は、図１（Ａ）に示すように、作業台（図示せず）の上に載置された第２部材２の上に第１部材１を重ね、第１部材１に接合用ショルダ６の当接面１２を押し付け、図１（Ｂ）に示すように、接合用ショルダ６の貫通孔１０に挿通させた接合用回転ツール５を中心軸線回りに回転させながら、プローブ８を第１及び第２部材１，２に突入させる。この時、接合用回転ツール５の回転方向は、プローブ８の回転による摩擦熱によって塑性流動した第１及び第２部材１，２の材料がねじ溝によって下方に押し付けられる方向である。プローブ８は、その先端が第２部材２上面と下面との間に配置されるまで、第１及び第２部材１，２に突入される。プローブ８の回転による摩擦熱で塑性流動した第１及び第２部材１，２の材料は互いに撹拌される。最も深くプローブ８を第１及び第２部材１，２に突入させた時、プローブ８の側周面及び肩面９、又は、プローブ８の側周面、肩面９及び貫通孔１０の下部内周面が、第１及び第２部材１，２の塑性流動した部分を覆う。図１（Ｃ）に示すように、作業員がプローブ８を回転させながら引き抜くと、塑性流動して撹拌された第１及び第２部材１，２の材料が冷却して固まり、接合部３となる。

【0029】

なお、第１及び第２部材１，２の互いの接合は、接合用ショルダ６を用いずに行ってもよい。また、接合時に使用されるプローブ８は、側周面にねじ溝を有さなくてもよく、この場合、接合用回転ツール５の回転方向は、時計回りと反時計回りとのどちらでもよい。

【0030】

図２は、分離装置１３を用いて摩擦撹拌点接合によって第２部材２に接合された第１部材１を分離する方法を示す。分離装置１３は、ショルダ１４と、中心軸線回りに回転する回転ツール１５とを備える。

【0031】

分離用のショルダ１４は、接合用ショルダ６と同様に、貫通孔１０及び当接面１２を含む。貫通孔１０の直径は、接合用ショルダ６（図１参照）の貫通孔１０の直径以上である。分離用のショルダ１４として、接合用ショルダ６を用いてもよい。

【0032】

回転ツール１５は、接合用回転ツール５とは異なるものである。回転ツール１５は、中心軸線回りに概ね回転対称形をなしている。回転ツール１５は、中心軸線を中心とする概ね円柱形状をなす本体部１６と、本体部１６の下端から中心軸線に沿って下方に延出するプローブ１７とを含む。プローブ１７は、本体部１６に対して小径であり、本体部１６の下面は、第１部材１に対向する平坦な肩面１８を形成している。プローブ１７の側周面にはねじ溝が設けられている。プローブ１７の直径は、接合時のプローブ８（図１参照）の直径以上である。プローブ１７の肩面１８からの突出長は、接合時のプローブ８の肩面９からの突出長よりも長い。

【0033】

分離装置１３を用いた第１部材１の第２部材２からの分離方法について説明する。作業員は、図２（Ａ）に示すように、作業台（図示せず）の上に互いに接合された第１及び第２部材１，２を第１部材１が第２部材２の上に配置されるように載置し、第１部材１にショルダ１４の当接面１２を押し付け、図２（Ｂ）に示すように、ショルダ１４の貫通孔１０に挿通させた回転ツール１５を中心軸線回りに回転させながら、プローブ１７を接合部３に突入させる。この時、回転ツール１５の回転方向は、プローブ１７の回転による摩擦熱により塑性流動した接合部３の構成材料が上方にかき出される方向である。プローブ１７は、その先端が第２部材２の上面と下面との間に配置されるまで、接合部３に突入される。この時、接合部３を構成していた材料は、プローブ１７の回転による摩擦熱により塑性流動してねじ溝によってかき出され、プローブ１７の側周面とショルダ１４の貫通孔１０の内周面との間に形成された環状空隙１９に受容される。図２（Ｃ）に示すように、作業員がプローブ１７を回転方向を変えずに回転させながら引き抜くと、塑性流動していた部分が冷却して固まり、環状の接合材料部２０となる。続いて、作業員は、第１部材１を第２部材２から引き離す。接合材料部２０の下部は、第１部材１に連結して第２部材２に連結していないため、第１部材１を第２部材２から容易に分離できる。あるいは、接合材料部２０の下部は、第１及び第２部材１，２に連結しているが、第２部材２に連結している部分は少量かつ薄いため、第２部材２から剥離しやすく、また破断しやすい。このため、第１部材１を第２部材２から引き離す方向に力が加わると、小さな力でも、接合材料部２０が第２部材２から剥離し、又は、接合材料部２０が第１部材１と第２部材２との境界付近で破断して、接合材料部２０の全体又は大部分が連結した状態で第１部材１が第２部材２から分離する。

【0034】

図３は、再接合装置２１を用いて、第１部材１を第２部材２に再接合する方法を示す。再接合装置２１は、再接合用ショルダ２２と、中心軸線回りに回転する再接合用回転ツール２３とを備える。

【0035】

再接合用ショルダ２２は、分離用のショルダ１４と同様に、貫通孔１０及び当接面１２を含み、再接合用ショルダ２２の貫通孔１０の直径は、分離用のショルダ１４の貫通孔１０の直径以上であり、好ましくは、分離用のショルダ１４の貫通孔１０の直径と等しい。再接合用ショルダ２２として、分離用のショルダ１４を用いてもよい。

【0036】

再接合用回転ツール２３は、分離用の回転ツール１５（図２参照）とは異なるものである。再接合用回転ツール２３は、中心軸線回りに回転対称形をなしている。再接合用回転ツール２３は、接合用回転ツール５と同様に、本体部７と、プローブ８とを含み、本体部７の下面には肩面９が形成されている。プローブ８の肩面９からの突出長は、分離用の回転ツール１５（図２参照）に於けるプローブ１７の肩面１８からの突出長よりも短く、プローブ８の直径は分離用のプローブ１７の直径以下である。再接合用回転ツール２３として、接合用回転ツール５（図１参照）を使用してもよい。

【0037】

再接合装置２１を用いた第１部材１の第２部材２への再接合方法について説明する。作業員は、図３（Ａ）に示すように、作業台（図示せず）の上に載置された第２部材２の上の分離前と同じ位置に第１部材１を重ね、第１部材１に再接合用ショルダ２２の当接面１２を押し付け、図３（Ｂ）に示すように、再接合用ショルダ２２の貫通孔１０に挿通させた再接合用回転ツール２３を中心軸線回りに回転させながら、プローブ８を接合部３が形成されていた部分に突入させる。この時、再接合用回転ツール２３の回転方向は、プローブ８の回転による摩擦熱によって塑性流動した接合材料部２０の材料が下方に押し付けられる方向である。また、プローブ８の突入中に肩面９が接合材料部２０に回転しながら衝当し、接合材料部２０の塑性流動した材料を下方に押し付ける。プローブ８は、その先端が第２部材２の上面と下面との間に配置されるまで、接合部３が形成されていた部分に突入される。最も深くプローブ８を接合部３が形成されていた部分に突入させた時、プローブ８の側周面及び肩面９、又は、プローブ８の側周面、肩面９及び貫通孔１０の下部の内周面が、接合材料部２０を構成していた材料を覆う。図３（Ｃ）に示すように、作業員がプローブ８を回転方向を変えずに回転させながら引き抜くと、塑性流動していた部分が固まり、接合部３となる。なお、再接合時に使用されるプローブ８は、側周面にねじ溝を有さなくてもよく、この場合、再接合用回転ツール２３の回転方向は、時計回りと反時計回りとのどちらでもよい。プローブ８を第１及び第２部材１，２に突入させる前に、接合部３を構成するべき材料を接合材料部２０内に追加してもよい。

【0038】

第１実施形態の作用効果について説明する。分離装置１３で、接合部３を接合材料部２０に変形させると、接合材料部２０の下部が第１及び第２部材１，２に連結しているが、第２部材２に連結している部分は少量かつ薄いため、接合材料部２０の下部は、第２部材２から剥離しやすく、また破断しやすい。このため、わずかな力で接合材料部２０が第２部材２から剥離し、又は第１及び第２部材１，２間の境界付近で破断し、容易に第１部材１を第２部材２から分離できる。

【0039】

分離時に第１及び第２部材１，２に加わる熱は、プローブ１７による摩擦熱であるため、その影響範囲は、接合時や再接合時のプローブ８による摩擦熱と大差ないため、第１及び第２部材１，２への悪影響が抑制され、第１及び第２部材１，２を再利用して再接合することができる。

【0040】

分離時に掻き出された接合部３の構成材料が、接合材料部２０として第１部材１に連結しているため、再接合時に新たに追加する再接合用の材料が少量又は不要となる。

【0041】

接合、分離、再接合の手段が互いに類似しているため、接合用回転ツール５、分離用の回転ツール１５及び再接合用回転ツール２３、並びに、接合用ショルダ６、分離用のショルダ１４及び再接合用ショルダ２２を動かすための装置を共通のものとすることができ、作業性が向上する。

【0042】

第２部材２よりも強度の低い第１部材１側から、分離装置１３及び再接合装置２１を適用することにより、強度の高い側から分離装置１３及び再接合装置２１を適用する場合に比べて、プローブ１７の回転によって塑性流動した部分が撹拌されやすく、第１部材１の第２部材２に対する分離及び再接合が容易となる。

【0043】

図４～図１１を参照して、第２実施形態について説明する。図４は、接合された部材の平面図である。接合部３１は接合された第１部材１の表面に沿って線状に延在する。図５及び図７は、図４のＡ－Ａ断面に対応する断面を示し、図６、図８及び図９は、図４のＢ－Ｂ断面に対応する断面を示す。図５及び図６は摩擦撹拌線接合を利用した部材の接合方法を示し、図７及び図８は分離方法を示し、図９は再接合方法を示す。

【0044】

図４～図６に示すように、板状の第１部材１と板状の第２部材２とが、摩擦撹拌線接合によって形成された接合部３１によって、互いに接合される。接合部３１は、第１部材１の側から接合分離装置３２を適用することによって形成される。第１部材１と第２部材２との間に他の板状の部材が含まれていてもよい。好ましくは、接合されるべき部分に於いて、第１部材１の素材の強度は、第２部材２の素材の強度よりも低い。第１部材１の素材と第２部材２の素材との組み合わせの例は、第１実施形態と同様である。

【0045】

第２実施形態では、第１部材１の第２部材２に対する、接合、分離及び再接合は、共通の接合分離装置３２によって行われる。接合分離装置３２は、中心軸線回りに回転する回転ツール３３と、ショルダ３４とを備える。

【0046】

回転ツール３３は、中心軸線回りに回転対称形をなしている。回転ツール３３には、中心軸線を中心とする概ね円柱形状をなすプローブ３５が下端部に設けられている。プローブ３５の側周面にはねじ溝が設けられている。

【0047】

ショルダ３４は、概ね円柱形状をなし、中心軸線に沿って延在する貫通孔３６が設けられ、上部には径方向の外方に延出するフランジ３７が設けられ、下面は第１部材１に選択的に当接可能な当接面３８が設けられている。貫通孔３６にはプローブ３５が挿通され、貫通孔３６の内周面は、プローブ３５が中心軸線回りに回転可能な程度に密接している。図６及び図８～図１０に示すように、当接面３８には、径方向に直線状に延在して貫通孔３６からショルダ３４の外周面に至る溝３９が形成されている。溝３９の幅は、貫通孔３６の直径に略等しい。

【0048】

図５及び図６を参照して、接合分離装置３２を用いた摩擦撹拌線接合による第１部材１の第２部材２への接合方法について説明する。作業員は、図５（Ａ）に示すように、作業台（図示せず）の上に載置された第２部材２の上に第１部材１を重ね、第１部材１にショルダ３４の当接面３８を押し付け、図１（Ｂ）に示すように、プローブ３５をショルダ３４の貫通孔３６に挿通し、回転ツール３３を中心軸線回りに回転させながら、プローブ３５を第１及び第２部材１，２に突入させる。この時、回転ツール３３の回転方向は、第１及び第２部材１，２に於けるプローブ３５の回転による摩擦熱によって塑性流動した部分がねじ溝によって下方に押し付けられる方向である。プローブ３５は、その先端が第２部材２上面と下面との間に配置されるまで、第１及び第２部材１，２に突入される。

【0049】

次に、作業員は、図６に示すように、プローブ３５を第１及び第２部材１，２に突入させた状態で、接合部３１を形成するべき方向にショルダ３４及びプローブ３５を第１部材１の表面に沿って移動させる。この時、ショルダ３４の溝３９は、貫通孔３６に対してショルダ３４及びプローブ３５の前進方向に配置される。第１及び第２部材１，２に於けるプローブ３５の回転による摩擦熱によって塑性流動した部分は、プローブ３５のねじ溝によって後方に移動する。ショルダ３４及びプローブ３５が接合部３１の終点まで移動したら、図５（Ｃ）に示すように、作業員は、プローブ３５を回転させながら引き抜く。第１及び第２部材１，２に於ける塑性流動していた部分は、冷却すると固まり、接合部３１となる。

【0050】

図７及び８を参照して、接合分離装置３２を用いて、摩擦撹拌線接合によって第２部材２に接合された第１部材１を第２部材２から分離する方法を説明する。まず、作業員は、接合部３１の一端部に於いて、図７（Ａ）に示すように、作業台（図示せず）の上に、第１部材１が第２部材２の上に配置されるように第１及び第２部材１，２を載置し、第１部材１の表面にショルダ３４の当接面３８を押し付ける。この時、ショルダ３４は、溝３９が貫通孔３６に対して接合部３１とは反対側に位置するように配置される。次に、作業員は、図７（Ｂ）に示すように、プローブ３５をショルダ３４の貫通孔３６に挿通し、回転ツール３３を中心軸線回りに回転させながら、プローブ３５を接合部３１に突入させる。この時、回転ツール３３の回転方向は、接合時と逆方向、すなわち、接合部３１に於けるプローブ３５の回転による摩擦熱により塑性流動した部分が上方にかき出される方向である。プローブ３５は、その先端が第２部材２の上面と下面との間に配置されるまで、好ましくは接合時と同じ深さまで、接合部３１に突入される。

【0051】

次に、作業員は、図８に示すように、プローブ３５が接合部３１に突入した状態で、接合部３１に沿って接合部３１の他端部に向かってショルダ３４及び回転ツール３３を移動させる。従って、ショルダ３４及び回転ツール３３は、溝３９とは反対の方向に前進することとなる。この時、接合部３１の少なくとも一部は、プローブ３５の回転による摩擦熱により塑性流動してねじ溝によって上方かつ後方に向けてかき出され、第２部材２に対して空隙をおいて対峙するように溝３９内に受容される。溝３９内に受容された接合部３１を構成していた材料は、冷却して固まり、第１部材１に連結して第２部材２に連結しない接合材料部４０となる。ショルダ３４及びプローブ３５が接合部３１の他端部まで移動したら、図７（Ｃ）に示すように、作業員は、プローブ３５を回転方向を変えずに回転させながら引き抜く。接合材料部４０が第１及び第２部材１，２間の接合に寄与していないため、作業員は、第１部材１を第２部材２から容易に引き離すことができる。

【0052】

図９を参照して、接合分離装置３２を用いて、第１部材１を第２部材２に再接合する方法について説明する。作業員は、作業台（図示せず）の上に載置された第２部材２に対して分離前と同じ位置に第１部材１を重ね、第１部材１にショルダ３４の当接面３８を押し付ける。この時、ショルダ３４は、溝３９が接合材料部４０の一端部を受容するように配置される。次に、作業員は、プローブ３５がショルダ３４の貫通孔３６に挿通した回転ツール３３を中心軸線回りに回転させながら、プローブ３５を接合材料部４０を介して接合部３１が設けられていた部分に突入させる。この時、回転ツール３３の回転方向は、分離時とは逆方向、すなわち、プローブ３５の回転による摩擦熱によって塑性流動した部分が下方に押し付けられる方向である。プローブ３５は、分離時と同じ上下方向位置まで接合部３１が形成されていた部分に突入される。

【0053】

次に、作業員は、プローブ３５が接合部３１が形成されていた部分に突入した状態で、接合材料部４０に沿って接合材料部４０の他端部に向かってショルダ３４及びプローブ３５を移動させる。従って、ショルダ３４及びプローブ３５は、貫通孔３６から見て溝３９が存在する方向に前進することとなる。この時、接合材料部４０を構成していた材料は、プローブ３５の回転による摩擦熱により塑性流動してねじ溝によって下方かつ後方に向けて押し出されて、上方への移動は当接部によって規制されるため、接合材料部４０と第２部材２との間の空隙を埋めるように押し込まれる。移動した接合材料部４０を構成していた材料は、冷却して固まり、接合部３１を形成して、第１及び第２部材１，２を互いに接合する。ショルダ３４及び回転ツール３３が接合材料部４０の他端部まで移動したら、作業員は、プローブ３５を回転方向を変えずに回転させながら第１及び第２部材１，２から引き抜く。

【0054】

第２実施形態の作用効果について説明する。接合、分離及び再接合時に於いて、共通の回転ツール３３及びショルダ３４を利用できるため、これらの工具の接合分離装置３２からの脱着作業が不要となる。接合分離装置３２で接合部３１を第２部材２に空隙を置いて対峙して第１部材１に連結した接合材料部４０とすることにより、第１及び第２部材１，２の互いの連結が解除されるため、容易に第１部材１を第２部材２から分離できる。また、接合部３１を構成していた材料は、接合材料部４０として第１部材１に連結しているため、再接合時に新たに再接合用の材料を追加する必要がない。分離作業時に発生する熱の悪影響が抑制される点、第１部材１が第２部材２よりも強度が低いことによって分離及び再接合が容易となる点は、第１実施形態と同様である。

【0055】

図１１は、第２実施形態の変形例を示す。この変形例では、第１部材１の第２部材２に対する最初の接合が、接合分離装置３２ではなく、公知の摩擦撹拌線接合によって行われた点で第２実施形態と相違する。このため、図１１（Ａ）に示すように接合部３１の形状が、プローブ３５（図７等参照）の形状と一致しない。また、この変形例は、第２部材２が板状ではない点でも第２実施形態と相違する。

【0056】

第１部材１は、電子部品又は電気部品４１の導線の端子であり、第２部材２は、電子部品又は電気部品４１に電気的に接続されるバッテリー４２の端子である。両端子をボルト等により物理的に互いに接合する場合に比べて、接合時の電気エネルギーのロスが小さくなり、また、両端子の互いの分離及び再接合を容易に行うことができる。

【0057】

プローブ３５の直径及び貫通孔３６の直径は、第１部材１の下面に於ける接合部３１の幅以上である。溝３９の幅は、第１部材１の上面に於ける接合部３１の幅に略等しいことが、好ましい。このように、プローブ３５の直径、貫通孔３６の直径及び溝３９の幅を設定することにより、上記の第２実施形態の分離方法及び再接合方法によって、第１及び第２部材１，２を互いに分離及び再接合することができる。

【0058】

なお、図１１（Ｂ）に示すように、接合部３１（図１１（Ａ）参照）の一部であった接合残部４３が第２材料上に残る場合がある。しかし、プローブ３５を第２部材２の上面よりも下方まで突入させていれば、接合残部４３は、第１部材１とは連結しておらず、接合には寄与しない。このため、図１１（Ｃ）に示すように、接合残部４３が残っていても、第１部材１を第２部材２から容易に分離できる。

【0059】

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、本発明の実施形態では分離方法が適用される接合構造は摩擦撹拌接合構造であるが、例えばレーザー溶接などの溶接構造や接着剤による接合構造にも適用可能である。本発明に係る分離方法は、接合された機器の修理又は点検のためだけでなく、リサイクルに向けた異材の分離等のためにも使用できる。

【符号の説明】

【0060】

１：第１部材
２：第２部材
３，３１：接合部
８，１７，３５：プローブ
９，１８：肩面
１０，３６：貫通孔
１２，３８：当接面
１３：分離装置
１４，３４：ショルダ
１５，３３：回転ツール
１９：環状空隙
２０，４０：接合材料部
２１：再接合用装置
２２：再接合用ショルダ
２３：再接合用回転ツール
３２：接合分離装置
３９：溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】