CN103028837B - 摩擦搅拌接合部件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以更少的工时数就能够防止产生腐蚀的摩擦搅拌接合部件。部件（20A）设有向工具（50）侧突出的凸部（30），凸部的高度（H1）比工具的销（51）的长度（h1）高。在凸部设有接合终端部（40），在接合终端部拔出销。在接合结束时在接合终端部拔出销而产生的凹陷部（61）的深度（h2）比凸部的高度小，在部件（10A）中留下从高度减去深度所得到的壁厚（t1）。由于留下壁厚的作业仅仅是从接合终端部拔出销，而不需要其他作业，因此能够减少作业工时数。由于壁厚使得面（82）不会向外部露出，即使部件被置于湿润环境中，且部件（10A）为低电位金属，部件（20A）为高电位金属，也能够防止部件（10A）发生腐蚀。

Description

摩擦搅拌接合部件

技术领域

本发明涉及一种通过摩擦搅拌接合法以与第一部件的材质不同的第二部件层叠于第一部件的状态将第二部部件与该第一部件接合而成的摩擦搅拌接合部件。

背景技术

作为接合钢板和铝板的技术之一，已知有摩擦搅拌接合法（例如，参照专利文件1（图2））。

根据下图来说明专利文件1。

图15为说明现有技术的基本原理的图，在摩擦搅拌接合法中，在第一部件201层叠与该第一部件201的材质不同的第二部件202，将如箭头（1）那样旋转的接合工具203的销204插入到该第二部件202中。在将该销204的末端配置在距离第一部件201的靠第二部件侧的面为高h3的位置的状态下，使接合工具203相对地移动。

在旋转中的销204和第二部件202之间会产生摩擦热，第二部件202会由于该摩擦热而软化。软化物固化则变为接合部208，起到将第二部件202与第一部件201接合的作用。结果是，第二部件202与第一部件201接合，从而得到摩擦搅拌接合部件205。

然而，由于设计指示和施工指示等原因，接合部208的长度有时不足第二部件202的长度。下面说明该情况下的剖视图。

图16是以往的摩擦搅拌接合部件的剖视图，在第二部件202形成有相当于接合工具203的销204的拔出轨迹的孔206，使得第一部件201的靠第二部件侧的面207向外露出。第一部件201为低电位金属，第二部件202为高电位金属，如果水浸入到第二部件202的孔206以及第一部件201的靠第二部件侧的面207，电流就会从第二部件202经由水而流向第一部件201。靠第二部件侧的面207由于该电流而腐蚀。

作为对策，列举了通过旋塞部件来堵塞第二部件202的孔206，但会增加将旋塞部件安装于孔206的工时数。

作为另一个对策，列举了用软化后的第二部件202（软化物）填塞孔206。为了用软化物填塞孔206，在图15中，将销204从软化物拔出，并将如空白箭头所示的那样旋转的工具主体209朝向软化物按压。由于该工具主体209的按压，软化物会被工具主体209挤压。被挤压的软化物一流进孔，孔就会被软化物填塞。但是，由于上述孔填塞作业为抽拔销204后实施的另一作业，因此会导致工时数的增加。

因此，寻求一种以更少的工时数就能够防止产生腐蚀的摩擦搅拌接合部件。

专利文件1：日本特开2006-239720号公报

发明内容

本发明的课题在于提供一种以更少的工时数就能够防止产生腐蚀的摩擦搅拌接合部件。

技术方案1的发明为一种摩擦搅拌接合部件，将第二部件与第一部件层叠，所述第二部件的材质与该第一部件不同，将作为摩擦搅拌接合法的接合工具的销插入于该第二部件，从所述第二部件的一端开始接合，在到达所述第二部件的另一端之前开始提升所述销，并且在接合终端部拔出所述销，从而将所述第二部件与所述第一部件接合而构成摩擦搅拌接合部件，其特征在于，在所述第二部件一体地设有向所述接合工具侧突出的凸部，该凸部形成得比所述销的长度高，所述接合终端部设于所述凸部。

技术方案2的发明为一种摩擦搅拌接合部件，将第二部件与第一部件层叠，所述第二部件的材质与该第一部件不同，将作为摩擦搅拌接合法的接合工具的销插入于该第二部件，从所述第二部件的一端开始接合，在到达所述第二部件的另一端之前开始提升所述销，并且在接合终端部拔出所述销，从而将所述第二部件与所述第一部件接合而构成摩擦搅拌接合部件，其特征在于，在所述第一部件一体地设有向所述第二部件侧敞开的凹部，所述第二部件的一部分流入到该凹部，所述接合终端部设于所述第二部件的与所述凹部对应的对应部位。

（发明效果）

在技术方案1的发明中，在第二部件一体地设有向接合工具侧突出的凸部，该凸部形成得比接合工具的销的长度高。并且，在凸部设有接合终端部，在该接合终端部将到达第二部件的另一端之前的销拔出。在接合结束时能够在接合终端部拔出销，当接合终端部固化时，在第二部件就形成了与销的体积大小相当的销印凹陷部。由于该销印凹陷部的深度比凸部的高度小，因此在第二部件中留下从凸部的高度减去销印凹陷部的深度所得到的量的壁厚。由于在第二部件中留下壁厚的作业仅仅是在接合结束时从接合终端部拔出销，而不需要其他作业，因此能够减少作业工时数。

而且，由于上述壁厚，第一部件的靠第二部件侧的面不会向外部露出，因此，即使第一部件和第二部件被置于湿润环境中，且第一部件为低电位金属，第二部件为高电位金属，也能够防止第一部件产生腐蚀。因此，可以提供一种以更少的工时数就能够防止发生腐蚀的摩擦搅拌接合部件。

在技术方案2的发明中，在第一部件一体地设有朝向第二部件敞开的凹部。在第二部件的与该凹部对应的对应部位设有接合终端部。当在接合结束时接合工具的销到达接合终端部的时候，接合终端部的周围材料由于在销和接合终端部之间产生的摩擦热而软化。接合终端部的软化了的周围材料被正在旋转的销搅拌并流入到凹部，由此，接合终端部的周围材料填充到凹部。填充后，接合终端部的固化了的周围材料是与凹部接合并向凹部嵌入的突起部，从而接合终端部的周围材料嵌合于凹部。因此，不仅将第二部件与第一部件接合，而且将接合终端部的周围材料嵌合于凹部，从而能够更加强化第二部件相对于第一部件的接合。

附图说明

图1是本发明的第一部件和第二部件的立体图。

图2是图1的第一部件及第二部件的剖视图。

图3中的（a）图～（d）图是说明适用于图2的第一部件及第二部件的摩擦搅拌接合法的图。

图4是图1的变形例的图。

图5是图4的第一部件及第二部件的剖视图。

图6中的（a）图～（c）图是表示适用于图5的第一部件及第二部件的摩擦搅拌接合法的图。

图7是图5的变形例的图。

图8中的（a）图～（c）图是表示适用于图7的第一部件及第二部件的摩擦搅拌接合法的图。

图9是图5的更进一步的变形例的图。

图10中的（a）图～（c）图是表示适用于图9的第一部件及第二部件的摩擦搅拌接合法的图。

图11是图5的又进一步的变形例的图。

图12中的（a）图～（c）图是表示适用于图11的第一部件及第二部件的摩擦搅拌接合法的图。

图13是图9的变形例的图。

图14中的（a）图～（c）图是表示适用于图13的第一部件及第二部件的摩擦搅拌接合法的图。

图15是说明现有技术的基本原理的图。

图16是以往的摩擦搅拌接合部件的剖视图。

标号说明：

10A、10D第一部件；20A、20D第二部件；21一端；22另一端；30凸部；40、110接合终端部；50接合工具；51销；70A、70D摩擦搅拌接合部件；140凹部；141一部分；h1销的长度。

具体实施方式

以下根据附图说明本发明的实施方式。

[实施例]

根据附图说明本发明的实施例。

如图1所示，将第二部件20A如箭头（2）那样层叠于在下侧配置的第一部件10A，从而将第二部件20A相对于第一部件10A定位。第二部件20A是材质与第一部件10A不同的部件。接着，通过图2说明第一部件10A及第二部件20A的剖面结构。

如图2所示，在第二部件20A一体地设有向接合工具（后述）侧突出的圆柱状的第二凸部30。该第二凸部30形成得比接合工具的销（后述）的长度（后述）高。

并且，在第二凸部30设有接合终端部40（详细后述）。从第二部件20A的一端（图1，标号21）开始接合，该接合终端部40是用于在销到达另一端（图1，标号22）之前拔出销的部位。

下面，描述对以上所述的第一部件10A及第二部件20A实施的摩擦搅拌接合法。

在图3中，如（a）图所示，如箭头（3）那样旋转的接合工具50的销51被插入于第二部件20A。旋转中的销51由于与第二部件20A接触，因此会产生摩擦热。由于该摩擦热，销51周围的第二部件20A软化。使接合工具50如箭头（4）那样相对地移动。

如（b）图所示，使接合工具50如箭头（5）那样进一步相对地移动。

如（c）图所示，接合工具50移动至接合终端部40，在该接合终端部40如箭头（6）那样拔出销51。

如（d）图所示，当软化了的第二部件20A固化时，在第二部件20A就形成了与销51的体积大小相当的销印凹陷部61。并且，第二部件20A与第一部件10A接合从而得到摩擦搅拌接合部件70A。标号81是接合部。

在（c）图中，在第二部件20A一体地设有向接合工具50侧突出的第二凸部30，该第二凸部30的高度H1比接合工具50的销51的长度h1高。另外，在第二凸部30设有接合终端部40，在该接合终端部40将到达第二部件20A的另一端（图1，标号22）之前的销51拔出。在接合结束时在接合终端部40拔出销51，当接合终端部40固化时，如（d）图所示，在第二部件20A形成了与销51的体积大小相当的销印凹陷部61。由于该销印凹陷部61的深度h2比第二凸部30的高度H1小，因此在第二部件20A留下了从第二凸部30的高度H1减去销印凹陷部61的深度h2所得到的壁厚t1。由于在第二部件20A留下壁厚t1的作业仅仅是在完成接合时从接合终端部40拔出销51，而不需要其他作业，因此能够减少作业工时数。

并且，由于上述壁厚t1，使得第一部件10A的靠第二部件侧的面82不会向外部露出，即使第一部件10A和第二部件20A被置于湿润环境中，且第一部件10A为低电位金属，第二部件20A为高电位金属，也能够防止第一部件10A发生腐蚀。因此，可以提供一种以更少的工时数就能够防止产生腐蚀的摩擦搅拌接合部件70A。

在至此的说明中，通过在第二部件20A设置第二凸部30来确保接合终端部40。在第二部件确保接合终端部的手段还可以考虑其他的。因此，接下来说明能够在第二部件确保接合终端部的其他例子。

在图4中，对于与图1共同的结构沿用标号并省略详细说明。主要的改变之处在于，在第一部件设置孔部且在第二部件设置向第一部件侧突出的凸部。

将第二部件20B如箭头（7）那样重叠在配置于下侧的第一部件10B上。同时，设于第二部件20B的圆柱状的第二凸部100（详细后述）如箭头（8）那样插入到设于第一部件10B的圆形的第一孔部90（详细后述）。由此，第二部件20B相对于第一部件10B定位。

另外，第二部件20B是材质与第一部件10B不同的部件。下面通过图5说明第一部件10B及第二部件20B的剖面结构。

如图5所示，在第二部件20B一体地设有向第一部件10B侧突出的第二凸部100。并且，第二部件20B的与第二凸部100对应的靠工具侧的面设有接合终端部110。

另一方面，在第一部件10B设有第一孔部90，该第一孔部90具有比第二凸部100的外径D1大的内径D2。

下面，描述对以上所述的第一部件10B及第二部件20B实施的摩擦搅拌接合法。

在图6中，如（a）图所示，如箭头（9）那样旋转的接合工具50的销51被插入于第二部件20B。旋转中的销51由于与第二部件20B接触，因此会产生摩擦热。由于该摩擦热，销51周围的第二部件20B软化。使接合工具50如箭头（10）那样相对地移动。

如（b）图所示，接合工具50移动至接合终端部110，使得被销51搅拌的第二部件20B的第二凸部100填满第一孔部90。接着，在接合终端部110如箭头（11）那样拔出销51。

如（c）图所示，当软化了的第二部件20B固化时，在第二部件20B就形成了与销51的体积大小相当的销印凹陷部111。并且，第二部件20B与第一部件10B接合从而得到摩擦搅拌接合部件70B。标号112是接合部。

第二部件20B的靠工具侧的面113在接合后具有销印凹陷部111并形成为大致平面。虽然销印凹陷部111设于靠工具侧的面113，销印凹陷部111的周围也为大致平面，因此可以在靠工具侧的面113安装其他部件。

在（b）图中，如果设销51的外径为d1，设第一孔部90的内径为D2，那么D2>d1。优选为：D2=1.6d1。若D2<1.6d1，第二部件20B的相对于第一孔部90的填充过剩。若D2>1.6d1，第二部件20B的相对于第一孔部90的填充不足。另外，上述第一孔部90的内径D2和销51的外径的尺寸比是本实施例中的一例，第一孔部的内径和深度、销的外径和长度等能够适当地调整，以充分地填充第二部件。

在上述第一部件10B中具备第一孔部90。如果在该第一孔部90填充第二部件20B的第二凸部100，则从外侧能够看得到第二凸部100。然而，被填充于第一孔部的第二凸部在不能从外侧看到时外观才会得以改善。因此，下面说明使外观改善的摩擦搅拌接合部件。

在图7中，对于与图5共同的结构沿用标号并省略详细说明。主要的改变之处在于在第一部件设置凹部。

在第二部件20C一体地设有向第一部件10C突出的圆柱状的第二凸部120。设第二凸部120的外径为D3。

另一方面，在第一部件10C一体地设有向第二部件20C侧敞开的第一凹部130。该第一凹部130是供被销（图6，标号51）搅拌的第二部件20C的第二凸部120流入的部位。另外，第一凹部130的内径D4比第二凸部120的外径D3大。并且，第一凹部130俯视观察为圆形。

并且，在第二部件20C的对应于第一凹部130的靠工具侧的面设有接合终端部110。

下面描述对以上所述的第一部件10C及第二部件20C实施的摩擦搅拌接合法。

在图8中，如（a）图所示，如箭头（12）那样旋转的接合工具50的销51被插入于第二部件20C。旋转中的销51由于与第二部件20C接触，因此会产生摩擦热。由于该摩擦热，销51周围的第二部件20C软化。使接合工具50如箭头（13）那样相对地移动。

如（b）图所示，接合工具50移动至接合终端部110，使得被销51搅拌的第二部件20C的第二凸部120填满第一凹部130。接着，在接合终端部110如箭头（14）那样拔出销51。

如（c）图所示，当软化了的第二部件20C固化时，在第二部件20C就形成了与销51的体积大小相当的销印凹陷部131。并且，第二部件20C与第一部件10C接合起来，从而得到摩擦搅拌接合部件70C。标号132是接合部。

在（a）图中，在第一部件10C一体地设有向第二部件20C侧敞开的第一凹部130。在第二部件20C的与该第一凹部130对应的对应部位设有接合终端部110。当接合工具50的销51在接合结束时到达接合终端部110的时候，接合终端部110的周围材料会由于在销51和接合终端部110之间产生的摩擦热而软化。接合终端部110的软化了的周围材料受到正在旋转的销51搅拌并流入第一凹部130，由此，接合终端部110的周围材料如（b）图所示那样被填充到第一凹部130。填充后，接合终端部110的固化了的周围材料为是与第一凹部130接合并向第一凹部130嵌入的突起部，从而接合终端部110的周围材料嵌合于第一凹部130。因此，不仅将第二部件20C与第一部件10C接合起来，而且将接合终端部110的周围材料嵌合于第一凹部130，从而能够更加强化第二部件20C相对于第一部件10C的接合。

并且，在（c）图中，由于第二部件20C的第二凸部120填充于第一凹部130，因此第二凸部120不会挤出到第一部件10C的外侧。由于第二凸部120不会挤出，因此接合后的外观得以改善。因此，能够提供外观性优越的摩擦搅拌接合部件70C。

上述第一部件10C中具备第一凹部130。通过在该第一凹部130中填满第二部件20C的第二凸部120，能够使接合后的外观得以改善。然而，更优选的是能够使接合后的外观得以改善且能够降低花费到摩擦搅拌接合部件上的加工费。因此，下面对能够改善外观且能够降低加工费的例子进行说明。

在图9中，对于与图5共同的结构沿用标号并省略详细说明。主要的改变之处在于，在第一部件设置凹部，并从第二部件去除凸部。

在第一部件10D一体地设有向第二部件20D侧敞开的第一凹部140。该第一凹部140是供被销（图6，符合51）搅拌的第二部件20D的一部分流入的部位。并且，设第一凹部140的内径为D5。另外，第一凹部140俯视观察为圆形。

第二部件20D为平板。并且，第二部件20D的与第一凹部140对应的靠工具侧的面设有接合终端部110。

下面描述对以上所述的第一部件10D及第二部件20D实施的摩擦搅拌接合法。

在图10中，如（a）图所示，如箭头（15）那样旋转的接合工具50的销51被插入于第二部件20D。旋转中的销51由于与第二部件20D接触，因此会产生摩擦热。由于该摩擦热，销51周围的第二部件20D软化。使接合工具50如箭头（16）那样相对地移动。

如（b）图所示，接合工具50移动至接合终端部110，使得被销51搅拌的第二部件20D的一部分141填满第一凹部140。接着，在接合终端部110如箭头（17）那样拔出销51。

如（c）图所示，当软化了的第二部件20D固化时，在第二部件20D就形成了与销51的体积大小相当的销印凹陷部142。并且，第二部件20D与第一部件10D接合起来，从而得到摩擦搅拌接合部件70D。标号143是接合部。

在（a）图中，在第一部件10D设置第一凹部140，且未对第二部件20D实施加工。由于仅对第一部件10D加工，因此能够降低摩擦搅拌接合部件70D所花费的加工费。另外，由于第二部件20D的一部分141被第一凹部140覆盖，因此外观性得以改善。因此，可以提供能够使外观得以改善且能够降低加工费的摩擦搅拌接合部件70D。

上述第一部件10D中具备第一凹部140。通过在该第一凹部140塞满第二部件20D的一部分141，能够使接合后的外观得以改善并能够降低加工费。然而，如果对第一部件实施的加工更加简单，就能够进一步降低第一部件的制造费用。因此，下面对能够进一步降低第一部件的制造费用的例子进行说明。

在图11中，对于与图5共同的结构沿用标号并省略详细说明。主要的改变之处在于，在第一部件设置孔部。

在第一部件10E设有向第二部件20E敞开的第一孔部150。该第一孔部150的内径为D6。并且，第一孔部150俯视观察为圆形。

另一方面，第二部件20E为平板。另外，第二部件20E的与第一孔部150对应的靠工具侧的面设有接合终端部110。

下面描述对以上所述的第一部件10E及第二部件20E实施的摩擦搅拌接合法。

在图12中，如（a）图所示，如箭头（18）那样旋转的接合工具50的销51被插入于第二部件20E。旋转中的销51由于与第二部件20E接触，因此会产生摩擦热。由于该摩擦热，销51周围的第二部件20E会软化。使接合工具50如箭头（19）那样相对地移动。

如（b）图所示，接合工具50移动至接合终端部110，使得被销51搅拌的第二部件20E的一部分151填满第一孔部150。接着，在接合终端部110如箭头（20）那样拔出销51。

如（c）图所示，当软化了的第二部件20E固化时，在第二部件20E就形成了与销51的体积大小相当的销印凹陷部152。并且，第二部件20E与第一部件10E接合起来，从而得到摩擦搅拌接合部件70E。标号153是接合部。

在（a）图中，在第一部件10E设置第一孔部150，未对第二部件20E实施加工。由于仅仅对第一部件10E开孔即可，因此第一孔部150的加工更加简单。一旦加工更加简单，加工时间就会缩短，因此能够进一步降低第一部件的制造费用。

另外，在图9中，在第一部件10D形成有凹部140。如果能够缩短该凹部140的加工时间，就能够迅速地对第一部件10D实施摩擦搅拌接，从而有望提高摩擦搅拌接合部件的量产能力。

通过图13对适于量产的方式的第一部件进行说明。

在图13中，对于与图9共同的结构沿用标号并省略详细说明。与图9的主要的改变之处在于，通过对第一部件实施冲压加工而形成凹部。

在第一部件10F一体地设有向第二部件20D侧开口的第一凹部160。该第一凹部160通过对第一部件10F实施冲压加工而形成。而且，第一凹部160是供被销（图6，符合51）搅拌的第二部件20D的一部分流入的部位。并且，设第一凹部160的底部内径为D7。另外，第一凹部160俯视观察为圆形。

下面描述对以上所述的第一部件10F及第二部件20D实施的摩擦搅拌接合法。

在图14中，如（a）图所示，如箭头（21）那样旋转的接合工具50的销51被插入于第二部件20D。旋转中的销51由于与第二部件20D接触，因此会产生摩擦热。由于该摩擦热，销51周围的第二部件20D会软化。使接合工具50如箭头（22）那样相对地移动。

如（b）图所示，接合工具50移动至接合终端部110，使得被销51搅拌的第二部件20D的一部分161填满第一凹部160。接着，在接合终端部110如箭头（23）那样拔出销51。

如（c）图所示，当软化了的第二部件20D固化时，在第二部件20D就形成了与销51的体积大小相当的销印凹陷部162。并且，第二部件20D与第一部件10F接合起来，从而得到摩擦搅拌接合部件70F。标号163是接合部。

在（a）图中，通过对第一部件10F实施冲压加工而形成了第一凹部160。由于冲压加工一般比机械加工的加工时间短，因此能够顺畅地向摩擦搅拌接合工序供给第一部件10F，从而能够迅速地对第一部件10F实施摩擦搅拌接合。通过使用第一部件10F，有望提高摩擦搅拌接合部件70F的量产能力。

此外，本发明的第一部件优选钢板，第二部件优选铝板。也可以应用镁板代替铝板来作为第二部件。

而且，本发明的凸部在实施方式中为圆柱状，但也可以为棱柱状或椭圆柱状。

再有，本发明的凹部在实施方式中俯视观察为圆形，但也可以为多边形或椭圆形。

工业上的可利用性

本发明的摩擦搅拌接合部件适用于机动车的车身构成部件。

Claims (2)

1.一种摩擦搅拌接合部件，将第二部件与第一部件层叠，所述第二部件的材质与该第一部件不同，将作为摩擦搅拌接合法的接合工具的销插入于该第二部件，从所述第二部件的一端开始接合，在到达所述第二部件的另一端之前开始提升所述销，并且在接合终端部拔出所述销，从而将所述第二部件与所述第一部件接合而构成摩擦搅拌接合部件，其特征在于，

在所述第二部件一体地设有向所述接合工具侧突出的凸部，该凸部形成得比所述销的长度高，所述接合终端部设于所述凸部，

在与所述接合终端部相应的部位局部地形成所述凸部。

2.一种摩擦搅拌接合部件，将第二部件与第一部件层叠，所述第二部件的材质与该第一部件不同，将作为摩擦搅拌接合法的接合工具的销插入于该第二部件，从所述第二部件的一端开始接合，在到达所述第二部件的另一端之前开始提升所述销，并且在接合终端部拔出所述销，从而将所述第二部件与所述第一部件接合而构成摩擦搅拌接合部件，其特征在于，

在所述第一部件一体地设有向所述第二部件侧敞开的凹部，

在所述第二部件一体地设有向所述第一部件侧的所述凹部突出的凸部，

所述第二部件的一部分流入到该凹部，所述接合终端部设于所述第二部件的与所述凹部对应的对应部位，

在与所述接合终端部相应的部位局部地形成所述凹部。