JP2002066762A - 部材の接合方法及び接合装置 - Google Patents
部材の接合方法及び接合装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】板厚が異なる突き合わせ接合であっても、撹拌
性を高めて接合強度を向上する。 【解決手段】板厚の大きい第１接合部材Ｗ１を、板厚の
小さい第２接合部材Ｗ２に対して回転工具１の進行方向
Ｖに対して回転工具１の回転方向Ｒが進行方向Ｖに向か
う側に突出するよう配置し、少なくとも第１接合部材Ｗ
１を回転工具１のショルダ３で軟化させ、第２接合部材
Ｗ２の突出部２の進行方向側に流動させ、この流動した
部材組織を第２接合部材Ｗ２と共に撹拌する。
性を高めて接合強度を向上する。 【解決手段】板厚の大きい第１接合部材Ｗ１を、板厚の
小さい第２接合部材Ｗ２に対して回転工具１の進行方向
Ｖに対して回転工具１の回転方向Ｒが進行方向Ｖに向か
う側に突出するよう配置し、少なくとも第１接合部材Ｗ
１を回転工具１のショルダ３で軟化させ、第２接合部材
Ｗ２の突出部２の進行方向側に流動させ、この流動した
部材組織を第２接合部材Ｗ２と共に撹拌する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
製の板材やプレス成形体等の部材の接合方法及び接合装
置に関する。
製の板材やプレス成形体等の部材の接合方法及び接合装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の接合技術は、板材や予め３次元形
状にプレス成形された材料を突き合わせ、電気抵抗溶接
やアーク溶接、接着剤等によって接合している。
状にプレス成形された材料を突き合わせ、電気抵抗溶接
やアーク溶接、接着剤等によって接合している。
【０００３】また、他の接合技術として、非溶融の状態
で摩擦撹拌する接合方法が特許第２７１２８３８号公報
に開示されている。この接合技術は、２つの部材を突き
合わせた接合面に図３に示す回転工具１のプローブと呼
ばれる平面状のショルダ３から突出する突出部２を回転
させながら挿入及び並進させ、接合面近傍の金属組織を
摩擦熱により可塑化させて結合するものである。
で摩擦撹拌する接合方法が特許第２７１２８３８号公報
に開示されている。この接合技術は、２つの部材を突き
合わせた接合面に図３に示す回転工具１のプローブと呼
ばれる平面状のショルダ３から突出する突出部２を回転
させながら挿入及び並進させ、接合面近傍の金属組織を
摩擦熱により可塑化させて結合するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】板厚が異なる接合部材
の突き合わせ接合は、多数の部品を接合した後、プレス
することにより１つの部品を成形するプレス成形に有効
であり、部位ごとに強度を変えたり、材料の無駄を省い
てコスト低減を図ることができる。
の突き合わせ接合は、多数の部品を接合した後、プレス
することにより１つの部品を成形するプレス成形に有効
であり、部位ごとに強度を変えたり、材料の無駄を省い
てコスト低減を図ることができる。
【０００５】ところが、上記公報に記載の接合技術で
は、板厚が異なる接合部材の突き合わせ接合について明
示されておらず、回転工具１の回転方向と板厚との関係
から最適な接合強度を得ることが必要である。
は、板厚が異なる接合部材の突き合わせ接合について明
示されておらず、回転工具１の回転方向と板厚との関係
から最適な接合強度を得ることが必要である。
【０００６】本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その
目的は、板厚が異なる突き合わせ接合であっても、撹拌
性を高めて接合強度を向上できる部材の接合方法及び接
合装置を提供することである。
目的は、板厚が異なる突き合わせ接合であっても、撹拌
性を高めて接合強度を向上できる部材の接合方法及び接
合装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明の部材の接合方法は、平面
状の先端部と、該先端部に突出する突出部とを有する回
転部材を回転させながら、第１部材と第２部材とを段差
を持って突き合わせた接合面に沿って該回転部材の先端
部を進行させることにより非溶融の状態で摩擦により撹
拌させて接合する部材の接合方法において、前記第１部
材と第２部材のうち突出する側の部材を、突出しない側
の部材に対して前記回転部材の進行方向に対して該回転
部材の回転方向が該進行方向に向かう側に突出して配置
し、少なくとも該部材を該回転部材の先端部で撹拌す
る。
的を達成するために、本発明の部材の接合方法は、平面
状の先端部と、該先端部に突出する突出部とを有する回
転部材を回転させながら、第１部材と第２部材とを段差
を持って突き合わせた接合面に沿って該回転部材の先端
部を進行させることにより非溶融の状態で摩擦により撹
拌させて接合する部材の接合方法において、前記第１部
材と第２部材のうち突出する側の部材を、突出しない側
の部材に対して前記回転部材の進行方向に対して該回転
部材の回転方向が該進行方向に向かう側に突出して配置
し、少なくとも該部材を該回転部材の先端部で撹拌す
る。
【０００８】また、好ましくは、前記第１部材と第２部
材とは板厚が異なり、前記板厚の大きい部材は、前記板
厚の小さい部材と略同等乃至３倍の板厚を有する。
材とは板厚が異なり、前記板厚の大きい部材は、前記板
厚の小さい部材と略同等乃至３倍の板厚を有する。
【０００９】また、好ましくは、前記回転部材の先端部
の直径は、前記突出部の略３倍乃至８倍の直径を有す
る。
の直径は、前記突出部の略３倍乃至８倍の直径を有す
る。
【００１０】また、好ましくは、前記回転部材の先端部
の前記突出する側の部材に対する押し込み量は、零より
大きく第１部材と第２部材との段差未満に設定される。
の前記突出する側の部材に対する押し込み量は、零より
大きく第１部材と第２部材との段差未満に設定される。
【００１１】本発明の部材の接合装置は、平面状の先端
部と、該先端部に突出する突出部とを有する回転部材を
回転させながら、第１部材と第２部材とを段差を持って
突き合わせた接合面に沿って該回転部材の先端部を進行
させることにより非溶融の状態で摩擦により撹拌させて
接合する部材の接合装置において、前記第１部材と第２
部材のうち突出する側の部材を、突出しない側の部材に
対して前記回転部材の進行方向に対して該回転部材の回
転方向が該進行方向に向かう側に突出して配置し、少な
くとも該部材を該回転部材の先端部で撹拌する摩擦撹拌
手段と、前記回転部材により、前記第１及び第２部材の
接合面を非溶融の状態で摩擦により撹拌させて非溶融撹
拌層を形成して、該第１及び第２部材を接合するよう前
記摩擦撹拌手段を制御する制御手段とを具備する。
部と、該先端部に突出する突出部とを有する回転部材を
回転させながら、第１部材と第２部材とを段差を持って
突き合わせた接合面に沿って該回転部材の先端部を進行
させることにより非溶融の状態で摩擦により撹拌させて
接合する部材の接合装置において、前記第１部材と第２
部材のうち突出する側の部材を、突出しない側の部材に
対して前記回転部材の進行方向に対して該回転部材の回
転方向が該進行方向に向かう側に突出して配置し、少な
くとも該部材を該回転部材の先端部で撹拌する摩擦撹拌
手段と、前記回転部材により、前記第１及び第２部材の
接合面を非溶融の状態で摩擦により撹拌させて非溶融撹
拌層を形成して、該第１及び第２部材を接合するよう前
記摩擦撹拌手段を制御する制御手段とを具備する。
【００１２】
【発明の効果】以上説明のように、請求項１、５の発明
によれば、第１部材と第２部材のうち突出する側の部材
を、突出しない側の部材に対して回転部材の進行方向に
対して回転部材の回転方向が進行方向に向かう側に突出
して配置し、少なくとも該部材を回転部材の先端部で撹
拌することにより、突出する側の部材の部材組織が回転
部材の進行方向に向かって突出しない側の部材に流動
し、この軟化された部材組織が、回転部材の撹拌により
接合部分で塑性流動して突出しない側の部材の表面に流
れるので接合強度を高めることができる。
によれば、第１部材と第２部材のうち突出する側の部材
を、突出しない側の部材に対して回転部材の進行方向に
対して回転部材の回転方向が進行方向に向かう側に突出
して配置し、少なくとも該部材を回転部材の先端部で撹
拌することにより、突出する側の部材の部材組織が回転
部材の進行方向に向かって突出しない側の部材に流動
し、この軟化された部材組織が、回転部材の撹拌により
接合部分で塑性流動して突出しない側の部材の表面に流
れるので接合強度を高めることができる。
【００１３】請求項２の発明によれば、第１部材と第２
部材とは板厚が異なり、板厚の大きい部材は、板厚の小
さい部材と略同等乃至３倍の板厚を有することにより、
板厚が異なる突き合わせ接合であっても、撹拌性を高め
て接合強度を高めることができる。
部材とは板厚が異なり、板厚の大きい部材は、板厚の小
さい部材と略同等乃至３倍の板厚を有することにより、
板厚が異なる突き合わせ接合であっても、撹拌性を高め
て接合強度を高めることができる。
【００１４】請求項３の発明によれば、回転部材の先端
部の直径は、突出部の略３倍乃至８倍の直径を有するこ
とにより、突出する側の部材の部材組織を突出しない側
の部材に流動させることができ、同厚で段差付き又は板
厚が異なる突き合わせ接合であっても、撹拌性を高めて
接合強度を高めることができる。
部の直径は、突出部の略３倍乃至８倍の直径を有するこ
とにより、突出する側の部材の部材組織を突出しない側
の部材に流動させることができ、同厚で段差付き又は板
厚が異なる突き合わせ接合であっても、撹拌性を高めて
接合強度を高めることができる。
【００１５】請求項４の発明によれば、回転部材の先端
部の突出する側の部材に対する押し込み量は、零より大
きく第１部材と第２部材との段差未満に設定されること
により、突出する側の部材の部材組織を突出しない側の
部材に流動させることができ、両部材の段差が小さくな
ると共に、同厚で段差付き又は板厚が異なる突き合わせ
接合であっても、撹拌性を高めて接合強度を高めること
ができる。
部の突出する側の部材に対する押し込み量は、零より大
きく第１部材と第２部材との段差未満に設定されること
により、突出する側の部材の部材組織を突出しない側の
部材に流動させることができ、両部材の段差が小さくな
ると共に、同厚で段差付き又は板厚が異なる突き合わせ
接合であっても、撹拌性を高めて接合強度を高めること
ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、添付図面を参照して詳細に説明する。
いて、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】尚、以下に説明する実施の形態は、本発明
の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を
逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したもの
に適用可能である。
の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を
逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したもの
に適用可能である。
【００１８】図１は、本発明に係る実施形態の部材の接
合方法を説明する回転工具付近の拡大図である。図２
は、図１をＩ方向から見た図である。図３は、本実施形
態の部材の接合方法に用いる回転工具の斜視図である。
合方法を説明する回転工具付近の拡大図である。図２
は、図１をＩ方向から見た図である。図３は、本実施形
態の部材の接合方法に用いる回転工具の斜視図である。
【００１９】本実施形態の接合方法は、アルミニウム合
金製の板材や予め３次元形状にプレス成形された材料の
接合に適用され、少なくとも２枚の材料を突き合わせ
て、その突き合わせ面に沿って、図３に示す回転工具１
の突出部２を押し込みながら並進させることにより、第
１及び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２の突き合わせ面の部材組
織を摩擦熱により非溶融で撹拌して接合するものであ
る。
金製の板材や予め３次元形状にプレス成形された材料の
接合に適用され、少なくとも２枚の材料を突き合わせ
て、その突き合わせ面に沿って、図３に示す回転工具１
の突出部２を押し込みながら並進させることにより、第
１及び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２の突き合わせ面の部材組
織を摩擦熱により非溶融で撹拌して接合するものであ
る。
【００２０】そして、非溶融で撹拌するので、電気抵抗
溶接等で発生する熱歪み等の問題を解消することができ
る。
溶接等で発生する熱歪み等の問題を解消することができ
る。
【００２１】ここで、非溶融で攪拌する状態とは、母材
に含有される各成分或いは共晶化合物の中で最も融点が
低いものよりもさらに低い温度下で摩擦熱により部材組
織を軟化させて攪拌することを意味する。
に含有される各成分或いは共晶化合物の中で最も融点が
低いものよりもさらに低い温度下で摩擦熱により部材組
織を軟化させて攪拌することを意味する。
【００２２】図１乃至図３に示すように、摩擦撹拌によ
る部材の接合方法は、板厚の異なる少なくとも２枚の第
１及び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２を突き合わせ、平面状の
ショルダ３に突出部２を有する円筒状の回転工具１を、
その軸心周りに回転させながら、突出部２を接合部材Ｗ
１、Ｗ２の突き合わせ面に割り込ませると同時に、ショ
ルダ３の下端面で当該突き合わせ面に直交して突出する
板厚が大きい接合部材Ｗ１の上面を押圧して、突き合わ
せた第１及び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２を非溶融の状態で
摩擦により撹拌させて、材料同士を接合する。
る部材の接合方法は、板厚の異なる少なくとも２枚の第
１及び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２を突き合わせ、平面状の
ショルダ３に突出部２を有する円筒状の回転工具１を、
その軸心周りに回転させながら、突出部２を接合部材Ｗ
１、Ｗ２の突き合わせ面に割り込ませると同時に、ショ
ルダ３の下端面で当該突き合わせ面に直交して突出する
板厚が大きい接合部材Ｗ１の上面を押圧して、突き合わ
せた第１及び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２を非溶融の状態で
摩擦により撹拌させて、材料同士を接合する。
【００２３】また、第１及び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２の
突き合わせ面を挟むように回転工具１のショルダ３に対
向するよう受け部材４が配置される（図５（ａ）参
照）。
突き合わせ面を挟むように回転工具１のショルダ３に対
向するよう受け部材４が配置される（図５（ａ）参
照）。
【００２４】回転工具１及び受け部材４は、接合部材よ
りも硬度の高い鋼材（超硬合金等）で形成された非摩耗
型工具であるが、接合材料は回転工具１より軟質の材質
であれば、アルミニウム合金に限定されない。
りも硬度の高い鋼材（超硬合金等）で形成された非摩耗
型工具であるが、接合材料は回転工具１より軟質の材質
であれば、アルミニウム合金に限定されない。
【００２５】回転工具１は、後述する多関節ロボット１
０のアーム又はマシニングセンタに回転可能に取り付ら
れ、材料が複雑な３次元形状の場合でも接合できるよう
構成されている。
０のアーム又はマシニングセンタに回転可能に取り付ら
れ、材料が複雑な３次元形状の場合でも接合できるよう
構成されている。
【００２６】図４は、回転工具を保持及び駆動する多関
節ロボットの概略図である。
節ロボットの概略図である。
【００２７】図４に示すように、多関節ロボット１０
は、ベース１１に設けられた関節１２に連結されてｙ軸
中心に揺動すると共に、関節１３でｚ軸中心に回転する
第１アーム１４と、関節１５を介して第１アーム１４に
連結されてｙ軸中心に揺動すると共に、関節１６でｘ軸
中心に回転する第２アーム１７と、関節１８を介して第
２アーム１７に連結されてｙ軸中心に揺動する第３アー
ム１９とを有する。
は、ベース１１に設けられた関節１２に連結されてｙ軸
中心に揺動すると共に、関節１３でｚ軸中心に回転する
第１アーム１４と、関節１５を介して第１アーム１４に
連結されてｙ軸中心に揺動すると共に、関節１６でｘ軸
中心に回転する第２アーム１７と、関節１８を介して第
２アーム１７に連結されてｙ軸中心に揺動する第３アー
ム１９とを有する。
【００２８】第３アーム１９は、回転工具１が回転可能
に取り付けられると共に、回転工具１を回転駆動するモ
ータ２０と、回転工具１のショルダ３に対向するよう配
置される受け部材４とを備える。回転工具１のショルダ
３と受け部材４のショルダとの間隔はアクチュエータ２
２により可変となっており、接合時の材料に対する押圧
力を調整可能となっている。
に取り付けられると共に、回転工具１を回転駆動するモ
ータ２０と、回転工具１のショルダ３に対向するよう配
置される受け部材４とを備える。回転工具１のショルダ
３と受け部材４のショルダとの間隔はアクチュエータ２
２により可変となっており、接合時の材料に対する押圧
力を調整可能となっている。
【００２９】多関節ロボット１０の各アーム、モータ、
アクチュエータの動作は、予めティーチングされて制御
部３０がコントロールされ、回転工具１の接合部材に対
する押圧力や回転数は、材料の板厚等に基づいて設定さ
れる。
アクチュエータの動作は、予めティーチングされて制御
部３０がコントロールされ、回転工具１の接合部材に対
する押圧力や回転数は、材料の板厚等に基づいて設定さ
れる。
【００３０】図５（ａ）は、図１の接合部分の断面図で
あり、図５（ｂ）は接合部材が同厚であって、互いに段
差ができるようにオフセットして突き合わせた状態を示
す断面図である。
あり、図５（ｂ）は接合部材が同厚であって、互いに段
差ができるようにオフセットして突き合わせた状態を示
す断面図である。
【００３１】図５（ａ）に示すように、回転工具１は、
ショルダ３の直径φ１が１０〜１５ｍｍ程度、突出部２
の直径φ２が５〜７．５ｍｍ程度である。
ショルダ３の直径φ１が１０〜１５ｍｍ程度、突出部２
の直径φ２が５〜７．５ｍｍ程度である。
【００３２】本実施形態では、板厚の大きい第１接合部
材Ｗ１を、板厚の小さい第２接合部材Ｗ２に対して回転
工具１の進行方向Ｖに対して回転工具１の回転方向Ｒが
進行方向Ｖに向かう側に突出するよう配置し、少なくと
も第１接合部材Ｗ１を回転工具１のショルダ３で軟化さ
せ、第２接合部材Ｗ２の突出部２の進行方向側に流動さ
せ、この流動した部材組織を第２接合部材Ｗ２と共に撹
拌する。
材Ｗ１を、板厚の小さい第２接合部材Ｗ２に対して回転
工具１の進行方向Ｖに対して回転工具１の回転方向Ｒが
進行方向Ｖに向かう側に突出するよう配置し、少なくと
も第１接合部材Ｗ１を回転工具１のショルダ３で軟化さ
せ、第２接合部材Ｗ２の突出部２の進行方向側に流動さ
せ、この流動した部材組織を第２接合部材Ｗ２と共に撹
拌する。
【００３３】第１接合部材Ｗ１の板厚ｔ１は、第２接合
部材Ｗ２の板厚ｔ２に対して、ｔ２＜ｔ１＜３×ｔ２を
許容範囲として選定される。板厚差がこの範囲以上とな
ると、接合強度が低下するからである。また、ショルダ
３の直径φ１は、突出部２の直径φ２（≒ｔ２）に対し
て、φ１＝３〜８×φ２を許容範囲として設定される。
部材Ｗ２の板厚ｔ２に対して、ｔ２＜ｔ１＜３×ｔ２を
許容範囲として選定される。板厚差がこの範囲以上とな
ると、接合強度が低下するからである。また、ショルダ
３の直径φ１は、突出部２の直径φ２（≒ｔ２）に対し
て、φ１＝３〜８×φ２を許容範囲として設定される。
【００３４】尚、本実施形態は、図５（ｂ）に示すよう
に、第１及び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２が同厚ｔ３であっ
て、互いに段差ができるようにオフセットして突き合わ
せた状態で接合する場合にも有効である。また、第１及
び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２が同厚ｔ３で段差を持った接
合の場合には、上記板厚差を段差として許容範囲を設定
すればよい。
に、第１及び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２が同厚ｔ３であっ
て、互いに段差ができるようにオフセットして突き合わ
せた状態で接合する場合にも有効である。また、第１及
び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２が同厚ｔ３で段差を持った接
合の場合には、上記板厚差を段差として許容範囲を設定
すればよい。
【００３５】また、好ましくは、回転工具１は、接合部
材Ｗ１、Ｗ２の法線方向に対して進行方向Ｖとは反対方
向に１〜５°程度傾斜させて進行させる。この傾斜角度
が５°より大きくなると、接合部分の板厚が減少して接
合強度の低下を引き起こし、１°より小さいと部材組織
の塑性流動性が低下して未充填欠陥の発生原因となるか
らである。
材Ｗ１、Ｗ２の法線方向に対して進行方向Ｖとは反対方
向に１〜５°程度傾斜させて進行させる。この傾斜角度
が５°より大きくなると、接合部分の板厚が減少して接
合強度の低下を引き起こし、１°より小さいと部材組織
の塑性流動性が低下して未充填欠陥の発生原因となるか
らである。
【００３６】図６は、本実施形態に対する比較例１とし
て異なる板厚の接合部材を面一の状態にして接合する方
法を示す図である。図７は、本実施形態に対する比較例
２として板厚の大きい接合部材を、板厚の小さい接合部
材に対して回転工具の進行方向に対して回転工具の回転
方向が進行方向と反対に向かう側に突出するよう配置し
て接合する方法を示す図である。また、図８は、本例、
比較例１、２、同厚接合（段差なし）、１枚板材の各機
械的特性を比較して示す図である。
て異なる板厚の接合部材を面一の状態にして接合する方
法を示す図である。図７は、本実施形態に対する比較例
２として板厚の大きい接合部材を、板厚の小さい接合部
材に対して回転工具の進行方向に対して回転工具の回転
方向が進行方向と反対に向かう側に突出するよう配置し
て接合する方法を示す図である。また、図８は、本例、
比較例１、２、同厚接合（段差なし）、１枚板材の各機
械的特性を比較して示す図である。
【００３７】図６に示す比較例１は、受け部材４に板厚
差に対応した段差を設け、第１及び第２接合部材Ｗ１、
Ｗ２を面一な状態として回転工具１により接合してい
る。また、図７に示す比較例２は、接合部材の配置を図
５（ａ）とは反対にして、板厚の大きい第１接合部材Ｗ
１を、板厚の小さい第２接合部材Ｗ２に対して回転工具
１の進行方向Ｖに対して回転工具１の回転方向Ｒが進行
方向Ｖと反対に向かう側に突出するよう配置して接合し
ている。
差に対応した段差を設け、第１及び第２接合部材Ｗ１、
Ｗ２を面一な状態として回転工具１により接合してい
る。また、図７に示す比較例２は、接合部材の配置を図
５（ａ）とは反対にして、板厚の大きい第１接合部材Ｗ
１を、板厚の小さい第２接合部材Ｗ２に対して回転工具
１の進行方向Ｖに対して回転工具１の回転方向Ｒが進行
方向Ｖと反対に向かう側に突出するよう配置して接合し
ている。
【００３８】図８に示すように、機械的特性として示す
引張強度及び弾性強度を比較すると、比較例１、２は、
同厚接合したものと略同等の特性が得られたのに対し
て、本例により接合した接合強度は、一枚板材には劣る
が、比較例１、２及び同厚接合のものより高い強度で接
合されている。
引張強度及び弾性強度を比較すると、比較例１、２は、
同厚接合したものと略同等の特性が得られたのに対し
て、本例により接合した接合強度は、一枚板材には劣る
が、比較例１、２及び同厚接合のものより高い強度で接
合されている。
【００３９】本実施形態では、回転する突出部２が第１
及び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２の突き合わせ面を撹拌しな
がら進行し、ショルダ３と第１接合部材Ｗ１との摩擦熱
により、第１接合部材Ｗ１の部材組織が突出部２の進行
方向に向かって第２接合部材Ｗ２に流動し、この軟化さ
れた部材組織が、突出部２の撹拌により第２接合部材Ｗ
２と接合部分で塑性流動すると共に、第２接合部材Ｗ２
の表面にも流れるので接合強度を高めることができる。
また、第１接合部材Ｗ１の部材組織が流動しただけ第１
及び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２の段差が緩やかになり、そ
の後のプレス成形等に適したものとなる。
及び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２の突き合わせ面を撹拌しな
がら進行し、ショルダ３と第１接合部材Ｗ１との摩擦熱
により、第１接合部材Ｗ１の部材組織が突出部２の進行
方向に向かって第２接合部材Ｗ２に流動し、この軟化さ
れた部材組織が、突出部２の撹拌により第２接合部材Ｗ
２と接合部分で塑性流動すると共に、第２接合部材Ｗ２
の表面にも流れるので接合強度を高めることができる。
また、第１接合部材Ｗ１の部材組織が流動しただけ第１
及び第２接合部材Ｗ１、Ｗ２の段差が緩やかになり、そ
の後のプレス成形等に適したものとなる。
【００４０】これに対して、比較例２では、回転工具１
の回転方向に対して接合部材の配置が反対となってお
り、軟化された第１接合部材Ｗ１の部材組織が突出部２
の進行方向に向かって第２接合部材Ｗ２に流動しないた
め、突き合わせ面で部材組織が十分に撹拌されず、接合
強度が弱くなってしまう。
の回転方向に対して接合部材の配置が反対となってお
り、軟化された第１接合部材Ｗ１の部材組織が突出部２
の進行方向に向かって第２接合部材Ｗ２に流動しないた
め、突き合わせ面で部材組織が十分に撹拌されず、接合
強度が弱くなってしまう。
【００４１】尚、接合部材としては、同種のアルミニウ
ム合金や鋳物とアルミニウム合金等でも適用できる。ま
た、融点の異なるプラスチック材料の接合にも適用でき
る。
ム合金や鋳物とアルミニウム合金等でも適用できる。ま
た、融点の異なるプラスチック材料の接合にも適用でき
る。
【００４２】接合強度が要求強度を満たす回転工具１の
回転速度は、１０００〜２５００ｒｐｍが好ましく、回
転速度が１０００ｒｐｍより遅いと撹拌が不十分で接合
強度は低くなり、逆に２５００ｒｐｍより速いと、撹拌
されるべき部材組織が空回りして撹拌されないために、
接合強度は低くなる。 ［適用材料］本実施形態の接合方法は、多数の部品を接
合した後、プレスすることにより１つの部品を成形する
プレス成形に適用でき、自動車のサイドフレームやドア
やリフトゲート内部の接合に適用できる。 ［バリ除去構造］図９は、バリ抑制用段差を設けた回転
工具を示し、図１の接合部分の断面図である。図１０
は、図９のＩＩ方向から見た側面図である。
回転速度は、１０００〜２５００ｒｐｍが好ましく、回
転速度が１０００ｒｐｍより遅いと撹拌が不十分で接合
強度は低くなり、逆に２５００ｒｐｍより速いと、撹拌
されるべき部材組織が空回りして撹拌されないために、
接合強度は低くなる。 ［適用材料］本実施形態の接合方法は、多数の部品を接
合した後、プレスすることにより１つの部品を成形する
プレス成形に適用でき、自動車のサイドフレームやドア
やリフトゲート内部の接合に適用できる。 ［バリ除去構造］図９は、バリ抑制用段差を設けた回転
工具を示し、図１の接合部分の断面図である。図１０
は、図９のＩＩ方向から見た側面図である。
【００４３】本実施形態では、ショルダ３を板厚の大き
い第１接合部材Ｗ１に対して傾斜させて押し付けるため
に、第１接合部材Ｗ１の表面にバリが発生する。このバ
リを取り除くために、図９及び図１０に示すように、回
転工具１の先端近傍の外周面に拡径するバリ抑制用段差
３ａを形成してもよい。このバリ抑制用段差３ａの軸心
方向の位置は、第１接合部材Ｗ１に押し込まれるショル
ダ３の押し込み量ｔだけ上方に形成され、バリ抑制用段
差３ａの傾きθは回転工具１の傾きと一致するよう形成
されている。押し込み量ｔは、０＜ｔ＜ｔ１−ｔ２を許
容範囲として設定される。
い第１接合部材Ｗ１に対して傾斜させて押し付けるため
に、第１接合部材Ｗ１の表面にバリが発生する。このバ
リを取り除くために、図９及び図１０に示すように、回
転工具１の先端近傍の外周面に拡径するバリ抑制用段差
３ａを形成してもよい。このバリ抑制用段差３ａの軸心
方向の位置は、第１接合部材Ｗ１に押し込まれるショル
ダ３の押し込み量ｔだけ上方に形成され、バリ抑制用段
差３ａの傾きθは回転工具１の傾きと一致するよう形成
されている。押し込み量ｔは、０＜ｔ＜ｔ１−ｔ２を許
容範囲として設定される。
【００４４】また、このバリ抑制用段差３ａに切り刃を
加工しておけば、バリを効果的に除去することができ
る。 ［板厚差を滑らかにして接合する方法］図１１は、外壁
部を設けた回転工具を示し、図１の接合部分の断面図で
ある。図１２は、図１１の回転工具を含む縦断面図であ
る。
加工しておけば、バリを効果的に除去することができ
る。 ［板厚差を滑らかにして接合する方法］図１１は、外壁
部を設けた回転工具を示し、図１の接合部分の断面図で
ある。図１２は、図１１の回転工具を含む縦断面図であ
る。
【００４５】ショルダ３により撹拌された第１接合部材
Ｗ１の部材組織は、ショルダ３により撹拌されて板厚の
小さい第２接合部材Ｗ２側に塑性流動する。そして、こ
の第２接合部材Ｗ２の表面に流動した部材組織が段差な
く滑らかに接合されるように、図１１及び図１２に示す
ように、回転工具１の先端近傍の外周面に中空状の外壁
部３ｂを設けてもよい。この外壁部３ｂは回転せず、板
厚の小さい第２接合部材Ｗ２側のショルダ３ｃが部材Ｗ
２に当接すると共に、このショルダ３ｃの内周縁部３ｄ
がショルダ３の端部と滑らかに連続するように先端にな
るほど拡がったテーパ形状となっている。
Ｗ１の部材組織は、ショルダ３により撹拌されて板厚の
小さい第２接合部材Ｗ２側に塑性流動する。そして、こ
の第２接合部材Ｗ２の表面に流動した部材組織が段差な
く滑らかに接合されるように、図１１及び図１２に示す
ように、回転工具１の先端近傍の外周面に中空状の外壁
部３ｂを設けてもよい。この外壁部３ｂは回転せず、板
厚の小さい第２接合部材Ｗ２側のショルダ３ｃが部材Ｗ
２に当接すると共に、このショルダ３ｃの内周縁部３ｄ
がショルダ３の端部と滑らかに連続するように先端にな
るほど拡がったテーパ形状となっている。
【００４６】この構成により、ショルダ３により撹拌さ
れた第１接合部材Ｗ１の部材組織は、突出部２の外周
面、ショルダ３、ショルダ３下方の第２接合部材Ｗ２、
内周縁部３ｄにより囲まれた領域Ｚに流動し、第１接合
部材Ｗ１と第２接合部材Ｗ２とがその板厚差が滑らかな
状態で接合され、段差がなく接合後のプレス成形に適し
たものとなる。
れた第１接合部材Ｗ１の部材組織は、突出部２の外周
面、ショルダ３、ショルダ３下方の第２接合部材Ｗ２、
内周縁部３ｄにより囲まれた領域Ｚに流動し、第１接合
部材Ｗ１と第２接合部材Ｗ２とがその板厚差が滑らかな
状態で接合され、段差がなく接合後のプレス成形に適し
たものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の部材の接合方法を説明
する回転工具付近の拡大図である。
する回転工具付近の拡大図である。
【図２】図１をＩ方向から見た図である。
【図３】本実施形態の部材の接合方法に用いる回転工具
の斜視図である。
の斜視図である。
【図４】回転工具を保持及び駆動する多関節ロボットの
概略図である。
概略図である。
【図５】（ａ）は、図１の接合部分の断面図であり、
（ｂ）は接合部材が同厚であって、互いに段差ができる
ようにオフセットして突き合わせた状態を示す断面図で
ある。
（ｂ）は接合部材が同厚であって、互いに段差ができる
ようにオフセットして突き合わせた状態を示す断面図で
ある。
【図６】本実施形態に対する比較例１として異なる板厚
の接合部材を面一の状態にして接合する方法を示す図で
ある。
の接合部材を面一の状態にして接合する方法を示す図で
ある。
【図７】本実施形態に対する比較例２として板厚の大き
い接合部材を、板厚の小さい接合部材に対して回転工具
の進行方向に対して回転工具の回転方向が進行方向と反
対に向かう側に突出するよう配置して接合する方法を示
す図である。
い接合部材を、板厚の小さい接合部材に対して回転工具
の進行方向に対して回転工具の回転方向が進行方向と反
対に向かう側に突出するよう配置して接合する方法を示
す図である。
【図８】本例、比較例１、２、同厚接合、１枚板材の各
機械的特性を比較して示す図である。
機械的特性を比較して示す図である。
【図９】バリ抑制用段差を設けた回転工具を示し、図１
の接合部分の断面図である。
の接合部分の断面図である。
【図１０】図９のＩＩ方向から見た側面図である。
【図１１】外壁部を設けた回転工具を示し、図１の接合
部分の断面図である。
部分の断面図である。
【図１２】図１１の回転工具を含む縦断面図である。
１ 回転工具 ２ 突出部 ３ ショルダ ４ 受け部材 １０ 多関節ロボット Ｗ１、Ｗ２ 接合部材
Claims (5)
- 【請求項１】 平面状の先端部と、該先端部に突出する
突出部とを有する回転部材を回転させながら、第１部材
と第２部材とを段差を持って突き合わせた接合面に沿っ
て該回転部材の先端部を進行させることにより非溶融の
状態で摩擦により撹拌させて接合する部材の接合方法に
おいて、 前記第１部材と第２部材のうち突出する側の部材を、突
出しない側の部材に対して前記回転部材の進行方向に対
して該回転部材の回転方向が該進行方向に向かう側に突
出して配置し、少なくとも該部材を該回転部材の先端部
で撹拌することを特徴とする部材の接合方法。 - 【請求項２】 前記第１部材と第２部材とは板厚が異な
り、板厚の大きい部材は、前記板厚の小さい部材と略同
等乃至３倍の板厚を有することを特徴とする請求項１に
記載の部材の接合方法。 - 【請求項３】 前記回転部材の先端部の直径は、前記突
出部の略３倍乃至８倍の直径を有することを特徴とする
請求項１又は２に記載の部材の接合方法。 - 【請求項４】 前記回転部材の先端部の前記突出する側
の部材に対する押し込み量は、零より大きく第１部材と
第２部材との段差未満に設定されることを特徴とする請
求項１乃至３のいずれか１項に記載の部材の接合方法。 - 【請求項５】 平面状の先端部と、該先端部に突出する
突出部とを有する回転部材を回転させながら、第１部材
と第２部材とを段差を持って突き合わせた接合面に沿っ
て該回転部材の先端部を進行させることにより非溶融の
状態で摩擦により撹拌させて接合する部材の接合装置に
おいて、 前記第１部材と第２部材のうち突出する側の部材を、突
出しない側の部材に対して前記回転部材の進行方向に対
して該回転部材の回転方向が該進行方向に向かう側に突
出して配置し、少なくとも該部材を該回転部材の先端部
で撹拌する摩擦撹拌手段と、 前記回転部材により、前記第１及び第２部材の接合面を
非溶融の状態で摩擦により撹拌させて非溶融撹拌層を形
成して、該第１及び第２部材を接合するよう前記摩擦撹
拌手段を制御する制御手段とを具備することを特徴とす
る部材の接合装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000263919A JP2002066762A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 部材の接合方法及び接合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000263919A JP2002066762A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 部材の接合方法及び接合装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002066762A true JP2002066762A (ja) | 2002-03-05 |
Family
ID=18751406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000263919A Pending JP2002066762A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 部材の接合方法及び接合装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002066762A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004004962A1 (en) * | 2002-07-08 | 2004-01-15 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Manufacturing method of butt joint, butt joint, manufacturing method of bent member, and friction stir joining method |
| JP2007144479A (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | Honda Motor Co Ltd | 摩擦撹拌接合用工具及びそれを用いた摩擦撹拌接合方法 |
| JP2007222933A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-09-06 | Hitachi Ltd | 摩擦攪拌接合方法 |
| JP2009202212A (ja) * | 2008-02-28 | 2009-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 異材接合方法及び装置 |
| WO2023166925A1 (ja) * | 2022-03-04 | 2023-09-07 | 国立大学法人大阪大学 | 摩擦攪拌接合方法 |
-
2000
- 2000-08-31 JP JP2000263919A patent/JP2002066762A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004004962A1 (en) * | 2002-07-08 | 2004-01-15 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Manufacturing method of butt joint, butt joint, manufacturing method of bent member, and friction stir joining method |
| GB2405609A (en) * | 2002-07-08 | 2005-03-09 | Honda Motor Co Ltd | Manufacturing method of butt joint, butt joint, manufacturing thod of bent member and friction stir joining method |
| GB2405609B (en) * | 2002-07-08 | 2006-05-31 | Honda Motor Co Ltd | Manufacturing method of butt joint, butt joint, manufacturing method of bent member and friction stir joining method |
| CN1332781C (zh) * | 2002-07-08 | 2007-08-22 | 本田技研工业株式会社 | 对接接头制造方法及摩擦搅动接合法 |
| KR101032241B1 (ko) | 2002-07-08 | 2011-05-02 | 쇼와 덴코 가부시키가이샤 | 맞대기 접합부의 제작 방법, 맞대기 접합부, 굽힘 부재의제작 방법 및 마찰 교반 접합 방법 |
| JP2007144479A (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | Honda Motor Co Ltd | 摩擦撹拌接合用工具及びそれを用いた摩擦撹拌接合方法 |
| JP2007222933A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-09-06 | Hitachi Ltd | 摩擦攪拌接合方法 |
| JP2009202212A (ja) * | 2008-02-28 | 2009-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 異材接合方法及び装置 |
| WO2023166925A1 (ja) * | 2022-03-04 | 2023-09-07 | 国立大学法人大阪大学 | 摩擦攪拌接合方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050210 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050610 |