JP5838995B2 - 部材の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、部材の接合方法に関する。

例えば、特許文献１には円筒状を呈する金属部材同士を摩擦圧接によって接合する方法が開示されている。この接合方法は、円筒状の金属部材の端面同士を押圧しつつ中心軸周りに高速回転させることで、接合面に摩擦熱を発生させて両部材を接合するというものである。

国際公開第２００８／０１０２６５号パンフレット

一方、金属部材同士を突き合わせた突合せ部が平面視矩形枠状を呈する場合、金属部材同士を回転させて接合することができないため、金属部材同士を直線状に往復移動させて接合することが考えられる。図１３は課題を説明するための図であって、（ａ）は接合前の分解斜視図、（ｂ）は接合前の断面図、（ｃ）は接合後の断面図である。

図１３の（ａ）に示すように、ここでは、第一部材４０１と第二部材４１０とを摩擦圧接によって接合する場合を例示する。第一部材４０１は、平面視矩形枠状の側壁部４０２と、側壁部４０２に等間隔で配設された仕切り部４０３とを有する。第二部材４１０は、平面視矩形の底部４１１と、底部４１１に垂下する平面視矩形枠状の側壁部４１２とを有する。

このような平面視長方形の部材に対して摩擦圧接を行う際には、図１３の（ｂ）に示すように、第一部材４０１の外側を固定治具４２０で移動不能に拘束しつつ、側壁部４０２の上端面と側壁部４１２の下端面同士を突き合わせる。そして、側壁部４０２の縦辺部４０５の長手方向と平行に第一部材４０１及び第二部材４１０を相対的に往復移動させて接合することが考えられる。

図１３の（ｃ）に示すように、固定治具４２０で第一部材４０１の外側を固定しているため、摩擦圧接によって第一部材４０１の横辺部４０６に板厚方向の応力が作用すると、横辺部４０６の先端が内側に倒れ込み、接合不良となるという問題がある。また、第一部材４０１と第二部材４１０の外面が凹んでしまい、意匠性等にも悪影響を及ぼすという問題がある。

また、例えば、側壁部４０２と仕切り部４０３とで囲まれた空間を流体の流路として利用する場合は、横辺部４０６の倒れ込みによって当該流路が閉塞されるという問題がある。

このような観点から、本発明は、側壁部の倒れ込みを防ぐことができる部材の接合方法を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために本発明は、板状を呈する一対の縦辺部と板状を呈する一対の横辺部とで構成され平面視枠状の側壁部を備えた第一部材及び板状を呈する一対の縦辺部と板状を呈する一対の横辺部とで構成され平面視枠状の側壁部を備えた第二部材を準備する準備工程と、前記側壁部の端面同士を突き合せて平面視枠状の突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一部材及び前記第二部材を、前記縦辺部と平行に往復移動させて摩擦圧接する摩擦圧接工程と、を含み、前記第一部材及び前記第二部材は、アルミニウム合金材料からなり、前記第一部材及び前記第二部材におけるそれぞれの前記側壁部の外周面の全ての外角部が外側に凸の曲面となり、前記曲面の曲率半径を前記横辺部の長手方向の全長で除した値がそれぞれ０．３以上となるように設定することを特徴とする。

また、本発明は、板状を呈する一対の縦辺部と板状を呈する一対の横辺部とで構成され平面視枠状の側壁部を備えた第一部材と、前記第一部材に対向する第二部材と、を準備する準備工程と、前記側壁部の端面と前記第二部材のうち前記端面と対向する対向面とを突き合せて平面視枠状の突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一部材及び前記第二部材を、前記縦辺部と平行に往復移動させて摩擦圧接する摩擦圧接工程と、を含み、前記横辺部が外側に凸となる湾曲状となるように前記第一部材を準備することを特徴とする。

かかる方法によれば、板厚方向の応力を受ける横辺部の全部に外側に凸となる曲面を備えている。これにより、当該曲面が無い場合と比べて横辺部の板厚方向の剛性を大きくすることができる。これにより、側壁部の倒れ込みを防ぐことができる。また、前記外角部において、前記曲面の曲率半径を前記横辺部の長手方向の全長で除した値がそれぞれ０．３以上となるように設定することにより、側壁部の倒れ込みをより確実に防ぐことができる。また、前記第一部材及び前記第二部材におけるそれぞれの前記側壁部の内周面の全ての内角部を外側に凸の曲面とすることが好ましい。

また、本発明は、板状を呈する一対の縦辺部と板状を呈する一対の横辺部とで構成され平面視枠状の側壁部を備えた第一部材と、前記第一部材に対向する第二部材と、を準備する準備工程と、前記側壁部の端面と前記第二部材のうち前記端面と対向する対向面とを突き合せて平面視枠状の突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一部材及び前記第二部材を、前記縦辺部と平行に往復移動させて摩擦圧接する摩擦圧接工程と、を含み、前記側壁部の前記端面付近において、前記横辺部が外側に傾倒した前記第一部材を準備することを特徴とする。また、前記横辺部を塑性変形させることによって前記横辺部を外側に傾倒させてもよい。

かかる方法によれば、板厚方向の応力を受ける横辺部を予め外側に傾倒させることで、摩擦圧接によって生じる変形と相殺されため、接合後の側壁部の倒れ込みを防ぐことができる。

また、前記摩擦圧接工程の後に、摩擦圧接工程で発生したバリを溶加材として、前記突合せ部に沿って溶接を施す溶接工程をさらに含むことが好ましい。

かかる方法によれば、接合された部材の外面をきれいに仕上げることができる。

本発明に係る部材の接合方法によれば、側壁部の倒れ込みを防ぐことができる。

本発明の第一実施形態に係る中空容器の分解斜視図である。 第一実施形態に係る第一部材の平面図である。 第一実施形態に係る第二部材の平面図である。 第一実施形態に係る中空容器の断面図である。 第一実施形態に係る部材の接合方法の突合せ工程を示す斜視図である。 本発明の第二実施形態に係る中空容器の分解斜視図である。 本発明の第三実施形態に係る中空容器の分解斜視図である。 第三実施形態に係る部材の接合方法を示す図であって、（ａ）は準備工程を示す斜視図であり、（ｂ）は突合せ工程を示す側面図である。 実施例に係る中空容器を示す分解斜視図である。 （ａ）は実施例に係る第一部材を示す平面図であり、（ｂ）は実施例の変形量の測定方法を示す側断面図である。 実施例の条件及び結果を示す表である。 実施例の結果を示すグラフである。 課題を説明するための図であって、（ａ）は接合前の分解斜視図、（ｂ）は接合前の断面図、（ｃ）は接合後の断面図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態に係る部材の接合方法について図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態の部材の接合方法では、金属部材同士を接合して中空容器１を製造する場合を例示する。中空容器１は、例えば、内部に流体を流して伝熱部材として用いられる。説明における「前後」、「左右」、「上下」は図１の矢印に従う。

中空容器１は、第一部材２と、第二部材３とで構成される。第一部材２及び第二部材３の材料は、摩擦圧接が可能な金属又は樹脂であれば特に制限されないが、本実施形態ではいずれもアルミニウム合金を用いている。また、第一部材２及び第二部材３の耐力も特に制限されないが、本実施形態では、第一部材２の耐力よりも第二部材３の耐力の方が大きくなるように設定している。つまり、後記する摩擦圧接工程の際に、第一部材２よりも第二部材３の方が軟化しにくくなっている。まず、接合する前の第一部材２と第二部材３の構成について説明する。

第一部材２は、底部１１と、底部１１に立設された平面視略矩形枠状の第一側壁部１２と、第一側壁部１２の内部に形成された複数の仕切り部１３とで構成されている。第一部材２は前後方向に対称に形成されている。第一部材２の成形方法は特に制限されないが、本実施形態では押出成形によって第一側壁部１２と仕切り部１３とを一体成形した後、当該成形品の端部に底部１１を溶接している。

第一側壁部１２は、第一縦辺部１４，１４と、第一横辺部１５，１５とで構成されている。第一縦辺部１４，１４は、板状を呈し互いに離間して平行に配置されている。第一横辺部１５，１５は、板状を呈し互いに離間して平行に配置されている。第一縦辺部１４は、第一横辺部１５に対して直角になっている。

第一側壁部１２の外周面は、外面１４ｃ，１４ｃ及び外面１５ｃ，１５ｃで構成されている。第一側壁部１２の内周面は、内面１４ｄ，１４ｄ及び内面１５ｄ，１５ｄで構成されている。第一縦辺部１４の上端面１４ａと第一横辺部１５の上端面１５ａは面一になっている。第二部材３に突き合わされる「第一突合せ面」は、上端面１４ａ，１４ａと、上端面１５ａ，１５ａとで構成される。

図２に示すように、第一縦辺部１４は仮想の境界面（側端面）１４ｂまでとする。また、第一横辺部１５は仮想の境界面（側面）１５ｅまでとする。第一縦辺部１４の仮想の境界面（側端面）１４ｂは、第一横辺部１５の仮想の境界面（側面）１５ｅに接続されている。第一横辺部１５の外面１５ｃは、第一外面１５ｃａ，１５ｃａと、第二外面１５ｃｂと、第三外面１５ｃｄ，１５ｃｄとで構成されている。

第一外面１５ｃａ，１５ｃａは、第一縦辺部１４の外面１４ｃに連続しており、面内方向が前後方向と平行になっている。第二外面１５ｃｂは、第一横辺部１５の前側を構成する面である。第二外面１５ｃｂは、面内方向が左右方向と平行になっている。

第三外面１５ｃｄは、第一外面１５ｃａと第二外面１５ｃｂとを連結する曲面である。第三外面１５ｃｄは、外側に凸となっている。第三外面１５ｃｄは、第一外面１５ｃａと第二外面１５ｃｂの外角部を丸面取りして形成されている。

第一側壁部１２の内面１４ｄと内面１５ｄとの内角部にも丸面取りによって形成された第一内面１５ｄａ，１５ｄａが形成されている。第一内面１５ｄａは、外側に凸となるようになっている。

仕切り部１３は、板状を呈し第一縦辺部１４，１４に対して直角に連結されている。仕切り部１３は、等間隔で複数枚配設されている。第一側壁部１２と仕切り部１３とで形成された複数の空間は、流体が流れる流路Ｐ，Ｐ・・・として用いられる。仕切り部１３の上端面１３ａは、上端面１４ａ，１５ａと面一になっている。

図１に示すように、第二部材３は、底部２１と、底部２１から垂下した平面視略矩形枠状の第二側壁部２２とで構成されている。第二部材３は、前後方向に対称になっている。第二部材３の内部には、底部２１と第二側壁部２２とで構成された凹部Ｑが形成されている。第二部材３の成形方法は特に制限されないが、本実施形態ではダイキャストによって一体成形されている。

第二側壁部２２は、第二縦辺部２４，２４と、第二横辺部２５，２５とで構成されている。第二縦辺部２４，２４は、板状を呈し互いに離間して平行に配置されている。第二横辺部２５，２５は、板状を呈し互いに離間して平行に配置されている。第二縦辺部２４は、第二横辺部２５に対して直角になっている。第二縦辺部２４の下端面２４ａと第二横辺部２５の下端面２５ａは面一になっている。第一部材２に突き合わされる「第二突合せ面（対向面）」は、下端面２４ａ，２４ａと、下端面２５ａ，２５ａとで構成される。

第二側壁部２２の外周面は、外面２４ｃ，２４ｃ及び外面２５ｃ，２５ｃで構成されている。第二側壁部２２の内周面は、内面２４ｄ，２４ｄ及び内面２５ｄ，２５ｄで構成されている。第二縦辺部２４の長さ及び板厚は、第一縦辺部１４の長さ及び板厚とそれぞれ同等になっている。また、第二横辺部２５の長さ及び板厚は、第一横辺部１５の長さ及び板厚と同等になっている。

図３に示すように、第二縦辺部２４は仮想の境界面（側端面）２４ｂまでとする。また、第二横辺部２５は仮想の境界面（側面）２５ｅまでとする。第二縦辺部２４の仮想の境界面（側端面）２４ｂは、第二横辺部２５の仮想の境界面（側面）２５ｅに接続されている。第二横辺部２５の外面２５ｃは、第一外面２５ｃａ，２５ｃａと、第二外面２５ｃｂと、第三外面２５ｃｄ，２５ｃｄとで構成されている。

第一外面２５ｃａ，２５ｃａは、第二縦辺部２４の外面２４ｃに連続しており、面内方向が前後方向と平行になっている。第二外面２５ｃｂは、第二横辺部２５の前側を構成する面である。第二外面２５ｃｂは、面内方向が左右方向と平行になっている。

第三外面２５ｃｄは、第一外面２５ｃａと第二外面２５ｃｂを連結する曲面である。第三外面２５ｃｄは、外側に凸になっている。つまり、第三外面２５ｃｄは、第一外面２５ｃａと第二外面２５ｃｂの外角部を丸面取りして形成されている。

第二側壁部２２の内面２４ｄと内面２５ｄとの内角部にも丸面取りによって形成された第二内面２５ｄａ，２５ｄａが形成されている。第二内面２５ｄａは、外側に凸となるようになっている。

図４は、第一実施形態に係る中空容器の断面図である。図４に示すように、中空容器１は、第一部材２と第二部材３とが摩擦圧接によって接合されている。第一部材２と第二部材３とが突き合わされて形成された突合せ部Ｊ１には、その外周に亘って溶接金属Ｗ１が形成されている。溶接金属Ｗ１はレーザー溶接によって形成される部位である。

次に、本実施形態に係る部材の接合方法について説明する。本実施形態に係る部材の接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、摩擦圧接工程と、溶接工程とを行う。

図１に示すように、準備工程は、第一部材２と第二部材３とを用意する工程である。第一部材２及び第二部材３の成形方法は特に制限されるものではない。

図５に示すように、突合せ工程は、第一部材２と第二部材３とを突き合わせる工程である。突合せ工程では、第一部材２の第一突合せ面（上端面１４ａ，１４ａ、上端面１５ａ，１５ａ）と、第二部材３の第二突合せ面（下端面２４ａ，２４ａ、下端面２５ａ，２５ａ）とを突き合わせて突合せ部Ｊ１が形成される。

なお、本実施形態の摩擦圧接工程では、第一部材２を固定して第二部材３を相対移動させるため、突合せ工程では、第一部材２の第一側壁部１２の周囲を固定治具（図示省略）で移動不能に拘束する。

摩擦圧接工程は、摩擦工程と圧接工程とを行って、第一部材２と第二部材３とを接合する工程である。摩擦工程では、突き合わされた第一部材２と第二部材３とを互いに近接する方向に押圧する。そして、本実施形態では、第一縦辺部１４の長手方向と平行に第一部材２及び第二部材３を相対的かつ直線的に往復移動させる。本実施形態では、第一部材２は移動させず、第二部材３のみを直線的に往復移動させる。

本実施形態に係る摩擦工程では、上端面１４ａと下端面２４ａ及び上端面１５ａと下端面２５ａとが擦り合わされて摩擦熱が発生し、軟化した母材が外部に排出される。摩擦工程における条件は適宜設定すればよいが、例えば、周波数を１００〜２６０Ｈｚ、振幅を１．０〜２．０ｍｍ、摩擦圧力を２０〜６０ＭＰａに設定する。また、摩擦工程の時間を５〜１０秒程度に設定する。摩擦工程が終了したら、直ちに圧接工程に移行する。

圧接工程では、第一部材２及び第二部材３を相対移動させずに互いに近接する方向に押圧する。圧接工程における条件は適宜設定すればよいが、例えば、アップセット圧力を６０〜８０ＭＰａ、時間を３〜５秒程度に設定する。

摩擦工程によって突合せ部Ｊ１に摩擦熱が発生した後、往復移動を停止させ、圧接工程によってアプセット圧力を付与すると、突合せ部Ｊ１に分子間引力が働き第一部材２の第一突合せ面と第二部材３の第二突合せ面とが結合する。なお、摩擦工程の際には、第一部材２の第一突合せ面と第二部材３の第二突合せ面とが擦り合わされ、軟化した母材が突合せ部Ｊ１の内側及び外側に押し出されることによってバリが発生する。

溶接工程は、第一部材２及び第二部材３の外面に形成されたバリを溶加材として溶接を行う。溶接の種類は特に制限されないが、本実施形態ではレーザー溶接を行う。溶接工程では、アーク溶接等他の種類の溶接方法で行ってもよい。以上により、中空容器１が形成される。

以上説明した本実施形態に係る部材の接合方法によれば、摩擦圧接の際に板厚方向の応力を受ける第一横辺部１５及び第二横辺部２５に外側に凸となる曲面の第三外面１５ｃｄ，１５ｃｄを形成している。当該曲面が無いと、摩擦圧接によって第一横辺部１５及び第二横辺部２５の中央部分が面外方向に変位しやすくなるが、本実施形態によれば、外側に凸となる曲面がある分、第一横辺部１５及び第二横辺部２５の剛性を大きくすることができる。これにより、第一横辺部１５及び第二横辺部２５の倒れ込みを防ぐことができる。

また、本実施形態によれば、平面視矩形の突合せ部Ｊ１に対して直線状に往復移動させても第一部材２と第二部材３とを確実に接合することができ、中空容器１の密閉性を高めることができる。

また、摩擦圧接工程の移動方向は、第一横辺部１５と平行でもよいし、第一縦辺部１４に対して斜めに移動させてもよいが、本実施形態のように第一縦辺部１４、第二縦辺部２４の長手方向と平行に往復移動させることで、第一部材２と第二部材３との接触面積を大きくすることができるため、第一横辺部１５、第二横辺部２５の長手方向と平行に往復させる場合と比べて安定して摩擦圧接を行うことができる。

また、溶接工程によれば、中空容器１の外面をきれいに仕上げることができる。また、摩擦圧接工程で排出されたバリを溶加材として用いるため、材料費を抑えることができる。

なお、第一実施形態に係る部材の接合方法では、前記した形態に限定されずに適宜設計変更が可能である。例えば、本実施形態の第一側壁部１２及び第二側壁部２２はアスペクト比の大きな部材を用いたが、アスペクト比の小さな長方形でもよいし、正方形であってもよい。

また、図２に示すように、本実施形態では、外角部及び内角部の両方に曲面を設けたが、外角部及び内角部の少なくともいずれか一方に曲面を設ければよい。

また、本実施形態では、第一側壁部１２及び第二側壁部２２の両方の外周面に曲面（第三外面１５ｃｄ，２５ｃｄ）を設けるようにしたが、第一側壁部１２及び第二側壁部２２の少なくともいずれか一方に曲面を設けるだけでもよい。

また、本実施形態では、第一部材２及び第二部材３の四隅に曲面（第三外面１５ｃｄ，２５ｃｄ）を設けるようにしたが、前側又は後側の一対の角部のみに曲面を設けるだけでもよい。

また、本実施形態では第一部材２及び第二部材３ともに金属部材を用いたが、いずれか一方が樹脂部材でもよいし、両方樹脂部材でもよい。また、中空容器１の用途は特に制限されるものではない。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る部材の接合方法ついて説明する。図６に示すように、本実施形態に係る部材の接合方法は、第一部材１０２の第一横辺部１１５の形状及び第二部材１０３の形状が第一実施形態と相違する。本実施形態に係る部材の接合方法の説明では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。

第一部材１０２の第一側壁部１１２は、板状の第一縦辺部１１４，１１４と、曲板状の第一横辺部１１５，１１５とで構成されている。第一側壁部１１２は、平面視長丸の枠状を呈する。第一縦辺部１１４の仮想の境界面（側端面）１１４ｂに曲板状の第一横辺部１１５の仮想の境界面（側端面）１１５ｅが接続されている。第一横辺部１１５は、板状を呈し平面視円弧状を呈する。第一横辺部１１５の板厚は、第一縦辺部１１４の板厚と略同等になっている。第一縦辺部１１４の外面１１４ｃ，１１４ｃ同士は平行になっている。第一横辺部１１５の外面１１５ｃは、外面１１４ｃに連続している。

第二部材１０３と対向する「第一突合せ面」は、上端面１１４ａ，１１４ａと、上端面１１５ａ，１１５ａとで構成されている。

図６に示すように、第二部材１０３は、板状部材であって、平面視長丸状（平行な直線の端部を円弧で結んだ形）を呈する。第二部材１０３の外縁は、第一部材１０２の外縁と同等の形状になっている。第二部材１０３の裏面１０３ａは、「第二突合せ面（対向面）」となる。

次に、本実施形態に係る部材の接合方法について説明する。本実施形態に係る部材の接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、摩擦圧接工程と、溶接工程とを行う。本実施形態に係る部材の接合方法は、第一実施形態と同じであるため詳細な説明は省略する。

本実施形態では、摩擦圧接の際に板厚方向の応力を受ける第一横辺部１１５を外側に凸となるように湾曲させている。仮に、横辺部が第一縦辺部１１４に対して直角の板状部材であると、当該横辺部は板厚方向の力を受けて変位しやすくなるが、本実施形態によれば、第一横辺部１１５を凸状にすることで剛性を大きくすることができる。これにより、第一横辺部１１５の倒れ込みを防ぐことができる。

また、枠状の第一部材１０２に対して第二部材１０３のように板状部材を突き合わせて摩擦圧接を行った場合でも第一実施形態と同様の略同等の結果を得ることができる。

なお、本実施形態では、第一横辺部１１５の外面１１５ｃ及び内面１１５ｄの両方とも曲面としたが、少なくともいずれかに曲面を設けるだけでもよい。また、第二部材１０３は、第一側壁部１１２の開口を塞ぐものであればどのような形状であってもよい。

また、本実施形態では、板状の第二部材１０３を用いたが、第二部材１０３に替えて平面視長丸の枠状を呈する第二部材を用いて中空容器を形成してもよい。また、第一実施形態において、第二部材３に替えて第二部材１０３を用いて中空容器を形成してもよい。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る部材の接合方法について説明する。図７に示すように、本実施形態に係る部材の接合方法は、準備工程が第一実施形態と相違する。

図７に示すように、本実施形態に係る第一部材２０２は、底部２１１と、底部２１１に立設された平面視矩形枠状の第一側壁部２１２とで構成されている。第一側壁部２１２は、第一縦辺部２１４，２１４と、第一横辺部２１５，２１５とで構成されている。第一縦辺部２１４は、第一横辺部２１５に対して直角になっている。第一縦辺部２１４の外面２１４ｃと第一横辺部２１５の外面２１５ｃとは直角になっている。

第一縦辺部２１４の上端面２１４ａと第一横辺部２１５の上端面２１５ａは面一になっている。第二部材３に突き合わされる「第一突合せ面」は、上端面２１４ａ，２１４ａと、上端面２１５ａ，２１５ａとで構成されている。

図７に示すように、第二部材２０３は、板状部材であって、平面視矩形を呈する。第二部材２０３の外縁は、第一部材２０２の外縁と同等の形状になっている。第二部材２０３の裏面２０３ａは、「第二突合せ面（対向面）」となる。

次に本実施形態に係る部材の接合方法について説明する。本実施形態に係る部材の接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、摩擦圧接工程と、溶接工程とを行う。

図７に示すように、準備工程では、第一部材２０２と、第二部材２０３とを用意する。そして、準備工程では、図８の（ａ）に示すように、第一横辺部２１５，２１５が互いに離間する方向に塑性変形させる。つまり、準備工程では、第一側壁部２１２の第一横辺部２１５，２１５の上端周りが外側に傾倒するように塑性変形させる。これにより、第一横辺部２１５の外面２１５ｃ，２１５ｃは、互いに離間する方向に凸となるように湾曲する。

図８の（ｂ）に示すように、突合せ工程では、第一部材２０２の第一突合せ面（上端面２１４ａ，２１４ａ、上端面２１５ａ，２１５ａ）と、第二部材２０３の第二突合せ面（裏面２０３ａ）とを突き合わせて突合せ部Ｊ２を形成する。第一横辺部２１５，２１５は外側に塑性変形しているため、第一部材２０２と第二部材２０３とを突き合わせると、上端面２１５ａ上に第二部材２０３が突き合わされない非突合せ部２１６，２１６が形成される。

摩擦圧接工程は、摩擦工程と圧接工程とを行って、第一部材２０２と第二部材２０３とを接合する工程である。摩擦圧接工程は、第一実施形態と同等であるため説明を省略する。

以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、摩擦圧接の際に板厚方向の応力を受ける第一横辺部２１５を塑性変形させて予め外側に傾倒させているので、摩擦圧接工程によって、第一横辺部２１５が塑性変形して内側に傾倒することで変形分が相殺され、第一横辺部２１５の倒れ込みを抑制することができる。

なお、本実施形態の準備工程では、第一横辺部２１５，２１５を塑性変形させたが、ダイキャスト等で予め第一横辺部２１５が外側に傾倒した部材を用いてもよい。また、第一横辺部２１５の外面２１５ｃは必ずしも曲面でなくてもよい。また、第三実施形態の第二部材２０３に替えて、第一実施形態の第二部材３を用いてもよい。この場合は、第二部材３側の第一横辺部２１５を外側に傾倒させてもよい。

次に、本発明の実施例について説明する。図９に示すように、実施例では、第一部材３０２及び第二部材３０３を複数種類ずつ用意して、Ｒ面取りの曲率半径、第一部材３０２及び第二部材３０３の幅を変更して摩擦圧接を行った。

第一部材３０２は、底部３１１と、底部３１１に立設された側壁部３１２を備えている。側壁部３１２は、縦辺部３１４，３１４と、横辺部３１５，３１５とで構成されている。第一部材３０２には、底部３１１と側壁部３１２とで構成された流路Ｐが形成されている。第二部材３０３に突き合わされる「第一突合せ面」は、上端面３１４ａ，３１４ａと、上端面３１５ａ，３１５ａとで構成される。

図１０の（ａ）に示すように、横辺部３１５の外角部Ｋ，Ｋには、丸面取りされて形成された面取り部（第三外面１５ｃｄに相当）Ｒ，Ｒが形成されている。第一部材３０２は、長さが１５０ｍｍ、高さが１０ｍｍになっている。第一部材３０２の縦辺部３１４の板厚ｔ１は１．６ｍｍ、横辺部３１５の板厚ｔ２は２．８ｍｍになっている。第一部材３０２の幅ｔ３は８．０，１０．０，１２．０ｍｍの三種類を用意した。面取り部Ｒの曲率半径は、幅ｔ３に応じて１．０，３．０，５．０ｍｍに適宜設定した。

第一部材３０２はアルミニウム合金Ａ１０５０−Ｈ１１２（ＪＩＳ）を用いている。
ＪＩＳ：Ａ１０５０は、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｆｅ；０．４０％以下、Ｃｕ；０．０５％以下、Ｍｎ；０．０５％以下、Ｍｇ；０．０５％以下、Ｚｎ；０．０５％以下、Ｖ；０．０５％以下、Ｔｉ；０．０３％以下、Ａｌ；９９．５０％以上で構成されている。Ｈ１１２とは、展伸材においては積極的な加工硬化を加えずに、製造したままの状態で機械的性質の保証がされたものを意味する。

第二部材３０３は、底部３２１と、底部３２１に垂下する側壁部３２２とを備えている。側壁部３２２は、縦辺部３２４，３２４と、横辺部３２５，３２５とで構成されている。第一部材３０２に突き合わされる「第二突合せ面」は、下端面３２４ａ，３２４ａと、下端面３２５ａ，３２５ａとで構成される。第二部材３０３には、底部３２１と側壁部３２２とで構成された凹部Ｑが形成されている。

第二部材３０３は、長さが１５０ｍｍ、高さが１０ｍｍになっている。第二部材３０３の縦辺部３２４の板厚ｔ１は１．６ｍｍ、横辺部３２５の板厚ｔ２は２．８ｍｍになっている。第二部材３０３の幅ｔ３は、第一部材３０２に対応して８．０，１０．０，１２．０ｍｍの三種類を用意した。第二部材３０３の横辺部３２５における面取り部Ｒは、突き合わされる第一部材３０２と適宜同等に設定した。

第二部材３０３は、アルミニウム合金ＡＤＣ１２（ＪＩＳ）を用いている。第二部材３０３の材料は、第一部材３０２の材料に比べて大きな耐力となるように設定されている。ＪＩＳ：ＡＤＣ１２は、Ｃｕ；１．５〜３．５％、Ｓｉ；９．６〜１２．０％、Ｍｇ；０．３％以下、Ｚｎ；１．０％以下、Ｆｅ；１．３％以下、Ｍｎ；０．５％以下、Ｎｉ；０．５％以下、Ｔｉ；０．３％以下、Ｐｂ；０．２％以下、Ｓｎ；０．２％以下、Ａｌ；残部で構成されている。

実施例に係る部材の接合方法では、準備工程、突合せ工程、摩擦圧接工程を行った。各工程は、第一実施形態と同等である。図１０の（ｂ）に示すように、実施例では、摩擦圧接工程が終わった後の内面の変形量Ｍ１及び外面の変形量Ｍ２を測定した。内面の変形量Ｍ１は、摩擦圧接前における横辺部３２５の内面（基準面）３２５ｄから摩擦圧接後のバリＳの先端までの距離である。つまり、変形量Ｍ１は、バリＳの高さと横辺部３１５の倒れ込み量との和を意味する。

外面の変形量Ｍ２は、摩擦圧接前における第二部材３０３の横辺部３２５の外面（基準面）３２５ｃから摩擦圧接後のバリＳの先端までの距離である。つまり、変形量Ｍ２は、バリＳの高さと横辺部３１５の倒れ込み量との和を意味する。測定値は、内面３２５ｄ及び外面３２５ｃよりも凸であればプラスとし、凹であればマイナスとした。プラス、マイナスに関わらず、０に近い数値であることは変形量が小さいことを意味する。本実施例では、変形量が±０．５ｍｍを閾範囲とした。

図１１は、実施例の接合条件及び結果を示す表である。図１２は、実施例の結果を示すグラフである。図１１に示すように、面取り部Ｒの曲率半径が１．０ｍｍのものを比較例Ｙ１〜Ｙ３とし、曲率半径が３．０ｍｍ又は５．０ｍｍのものを実施例Ｘ１〜Ｘ４とした。

比較例Ｙ１〜Ｙ３に示すように、横辺部３１５のそれぞれの外角部Ｋ，ＫでＲ／ｔ３＜０．３であると、内面の変形量Ｍ１が大きくなることがわかった。つまり、部材の幅t３に対する面取り部Ｒの割合が小さいと、横辺部３１５の内側への倒れ込みが大きくなることがわかった。また、比較例Ｙ１〜Ｙ３の外面の変形量Ｍ２は、全てマイナスであるため、外面は凹んでいることがわかった。

一方、横辺部３１５のそれぞれの外角部Ｋ，ＫでＲ／ｔ３≧０．３であると、横辺部３２５の内側への倒れ込みが小さいことがわかった。つまり、部材の幅ｔ３に対する面取り部Ｒの割合が大きくなると、横辺部３１５の内側への倒れ込みが小さくなることがわかった。これにより、例えば、形成した中空容器の内部の流路が狭くなるのを防ぐことができる。

１ 中空容器
２ 第一部材
３ 第二部材
１１ 底部
１２ 側壁部
１３ 仕切り部
１４ 縦辺部
１５ 横辺部
２１ 底部
２２ 側壁部
２４ 縦辺部
２５ 横辺部

Claims (6)

1. 板状を呈する一対の縦辺部と板状を呈する一対の横辺部とで構成され平面視枠状の側壁部を備えた第一部材及び板状を呈する一対の縦辺部と板状を呈する一対の横辺部とで構成され平面視枠状の側壁部を備えた第二部材を準備する準備工程と、
   前記側壁部の端面同士を突き合せて平面視枠状の突合せ部を形成する突合せ工程と、
   前記第一部材及び前記第二部材を、前記縦辺部と平行に往復移動させて摩擦圧接する摩擦圧接工程と、を含み、
   前記第一部材及び前記第二部材は、アルミニウム合金材料からなり、
   前記第一部材及び前記第二部材におけるそれぞれの前記側壁部の外周面の全ての外角部が外側に凸の曲面となり、前記曲面の曲率半径を前記横辺部の長手方向の全長で除した値がそれぞれ０．３以上となるように設定することを特徴とする部材の接合方法。
2. 前記第一部材及び前記第二部材におけるそれぞれの前記側壁部の内周面の全ての内角部を外側に凸の曲面と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。
3. 板状を呈する一対の縦辺部と板状を呈する一対の横辺部とで構成され平面視枠状の側壁部を備えた第一部材と、前記第一部材に対向する第二部材と、を準備する準備工程と、
   前記側壁部の端面と前記第二部材のうち前記端面と対向する対向面とを突き合せて平面視枠状の突合せ部を形成する突合せ工程と、
   前記第一部材及び前記第二部材を、前記縦辺部と平行に往復移動させて摩擦圧接する摩擦圧接工程と、を含み、
   前記横辺部が外側に凸となる湾曲状となるように前記第一部材を準備することを特徴とする部材の接合方法。
4. 板状を呈する一対の縦辺部と板状を呈する一対の横辺部とで構成され平面視枠状の側壁部を備えた第一部材と、前記第一部材に対向する第二部材と、を準備する準備工程と、
   前記側壁部の端面と前記第二部材のうち前記端面と対向する対向面とを突き合せて平面視枠状の突合せ部を形成する突合せ工程と、
   前記第一部材及び前記第二部材を、前記縦辺部と平行に往復移動させて摩擦圧接する摩擦圧接工程と、を含み、
   前記側壁部の前記端面付近において、前記横辺部が外側に傾倒した前記第一部材を準備することを特徴とする部材の接合方法。
5. 前記横辺部を塑性変形させることによって前記横辺部を外側に傾倒させることを特徴とする請求項４に記載の部材の接合方法。
6. 前記摩擦圧接工程の後に、摩擦圧接工程で発生したバリを溶加材として、前記突合せ部に沿って溶接を施す溶接工程をさらに含む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部材の接合方法。

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