JP2009269058A - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】円柱状の大径部の端部に円柱状の小径部を備えた第一金属部材1aと、前記大径部と略同等の外径を有する円筒状の第二金属部材1bとを端面同士で突き合わせて形成された突合部40に対して摩擦攪拌を行う摩擦攪拌接合方法であって、突合部40に沿って回転ツール50を一周させて塑性化領域41を形成した後、塑性化領域41に沿って回転ツール50をさらに一周させることを特徴とする
【選択図】図4
Description
また、中空部を備える容器本体と、当該容器本体を塞ぐ蓋体のように、肉厚の異なる部材を突き合わせて形成された突合部に沿って、摩擦攪拌接合を行う技術が特許文献2に開示されている。当該接合方法は、回転ツールの進行速度が回転速度に加算されるシアー側に、肉厚の蓋体が位置するように摩擦攪拌接合を行ことで、摩擦攪拌接合の際に肉不足を引き起こさずに接合部分を接合することができる。
本発明の第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について、図面を適宜参照して詳細に説明する。
図1は、第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法を示した斜視図である。本実施形態では、略円柱状の第一金属部材1aと、円筒状の第二金属部材1bとを突き合わせ、当該突き合わせた部分に形成された突合部40に沿って円周方向に、2周に亘って摩擦攪拌を行うことを特徴とする。第一実施形態によって、例えば、密閉容器やトルクロッド等を形成することができる。
第一金属部材1aは、図2の(a)に示すように、略円柱状を呈する金属部材であって、大径部Dと、大径部Dの端面11aに凸設された円柱状を呈する小径部Eとを有する。大径部D及び小径部Eは、同心軸で形成されている。第二金属部材1bは、円筒状を呈する金属部材である。第一金属部材1a及び第二金属部材1bは、略同等の外径からなり、第一金属部材1aの小径部Eの外径と、第二金属部材1bの内径は、略同等に形成されている。
まず、図2の(a)及び(b)に示すように、第一金属部材1aと第二金属部材1bとを端面同士で突き合わせて被接合金属部材1を形成する。即ち、第一金属部材1aの端面11aと、第二金属部材1bの端面11bとを密着させる。前記したように、第一金属部材1aの外径(大径部Dの外径)と、第二金属部材1bの外径は、略同一に形成されているため、両部材を突き合せると互いの外周面12a,外周面12bが面一になる。また、第一金属部材1aの小径部Eの外径と、第二金属部材1bの内径は、略同等に形成されているため、両部材を突き合せると小径部Eの外周面13aと、第二金属部材1bの内周面13bとが接触する。
二周目の始端55a(一周目の終端54bと同位置)から引き続いて塑性化領域41に沿って回転ツール50をさらに一周させる。本実施形態では、回転ツール50の二周目の回転および移動は、一周目の回転方向、回転速度、移動方向および移動速度と同様にしている(図4の(c)中、矢印Y3,Y4)。また、二周目の移動に入るに際して、回転ツール50は、交換を行わず、突合部40に挿入したままの状態で継続して回転および移動させ、押込み量も変更しない。なお、回転ツール50の回転速度や移動速度等は、被接合金属部材1の形状や材質に応じて適宜変更してもよい。
また、本実施形態では、被接合金属部材1に対して、回転ツール50を相対的に移動させて摩擦攪拌を行ったが、これに限定されるものではなく、回転ツール50を自転させた状態で固定し、被接合金属部材1を周方向に回転させてもよい。
次に、第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について、図5を参照して説明する。
かかる実施形態は、図5の(a)に示すように、回転ツール50で塑性化領域41を形成する工程に先立って、突合部40の一部を回転ツール50よりも小型の仮接合用回転ツール60を用いて仮接合することを特徴とする。当該仮接合を行った後に、回転ツール50を用いて第一実施形態と同様の摩擦攪拌接合を行う(図5の(b)参照)。
次に、第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について、図6、図7および図8を参照して説明する。
かかる実施形態は、図6に示すように、回転ツール50の二周目における移動軌跡を、回転ツール50の一周目における移動で形成された塑性化領域41よりも第一金属部材1a側へ偏移させることを特徴とする。
本実施形態では、回転ツール50の二周目における移動軌跡を、回転ツール50の一周目における移動で形成された塑性化領域41よりも第一金属部材1a側へ偏移させることによって、一周目の摩擦攪拌で空洞欠陥が発生したとしても、その空洞欠陥は塑性化領域41内の第一金属部材1a寄りのスペース56a(図8参照)に発生するので、回転ツール50の二周目の移動で攪拌して空洞欠陥を低減することができる。さらに、万一、二周目の摩擦攪拌で空洞欠陥が発生したとしても、二周目の塑性化領域43の第一金属部材1a側のスペース56b(図8参照)に発生することになるので、空洞欠陥は突合部40から大きく離反する。したがって、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
次に、第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について、図9を参照して説明する。
かかる実施形態は、図9に示すように、回転ツール50の二周目における移動方向を、回転ツール50の一周目における移動方向とは逆方向にすることを特徴とする。
本実施形態では、回転ツール50の一周目と二周目における移動方向を逆方向にすることによって、塑性化領域41,43が一周目と二周目とで逆向きに攪拌されることになるので、効率的に攪拌される。したがって、空洞欠陥を低減させることができ、接合部の密閉性能を向上させることができる。なお、本実施形態では、一周目と二周目を同じ軌跡としたが、第三実施形態のように、二周目を第一金属部材1a側に偏移させてもよい。
次に、第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について、図10を参照して説明する。
かかる実施形態は、図10に示すように、回転ツール50の二周目における突合部40への押込み量を、回転ツール50の一周目における突合部40への押込み量よりも大きくすることを特徴とする。
本実施形態では、回転ツール50の二周目における突合部40への押込み量L3を、回転ツール50の一周目における突合部40への押込み量L2よりも大きくしているので、回転ツール50がより一層奥まで押し込まれ、回転ツール50の押込み力により第二塑性化領域43に作用する圧力が高くなり、効率的に攪拌されることとなる。これによって、空洞欠陥を低減させることができる。
1a 第一金属部材
1b 第二金属部材
40 突合部
41 塑性化領域
43 塑性化領域
50 回転ツール
60 仮接合用回転ツール
L2 押込み量
L3 押込み量
Claims (9)
- 大径部の端部に小径部を備えた柱状の第一金属部材と、前記大径部と略同等の外径を有する筒状の第二金属部材とを端面同士で突き合わせて形成された突合部に対して摩擦攪拌を行う摩擦攪拌接合方法であって、
前記突合部に沿って回転ツールを一周させて塑性化領域を形成した後、前記塑性化領域に沿って前記回転ツールをさらに一周させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 前記回転ツールの一周目における始端と終端とがオーバーラップしており、前記塑性化領域の一部が重複していることを特徴とする請求項1に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記回転ツールの二周目における移動軌跡を前記回転ツールの一周目における移動で形成された塑性化領域よりも前記第一金属部材側へ偏移させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記回転ツールの二周目における前記突合部への押込み量を、前記回転ツールの一周目における前記突合部への押込み量よりも大きくすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向左側に位置する場合、前記回転ツールを右回転させ、
前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向右側に位置する場合、前記回転ツールを左回転させることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。 - 前記回転ツールの二周目の移動方向を、前記回転ツールの一周目の移動方向と逆にすることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記回転ツールを、前記回転ツールの二周目における終端から前記第一金属部材側に向けて偏移させながら移動させて、前記回転ツールの引抜位置を前記第一金属部材に設けることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記回転ツールで前記塑性化領域を形成する工程に先だって、前記突合部の一部を前記回転ツールよりも小型の仮接合用回転ツールを用いて仮接合することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 円柱状の大径部の端部に円柱状の小径部を備えた第一金属部材と、前記大径部と略同等の外径を有する円筒状の第二金属部材とを端面同士で突き合わせて形成された突合部に対して摩擦攪拌を行う摩擦攪拌接合方法であって、
前記突合部に沿って回転ツールを一周させて塑性化領域を形成した後、前記塑性化領域に沿って前記回転ツールをさらに一周させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
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