JP6028674B2 - 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、接合部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

摩擦圧接工程においては、接合部の周囲に不可避的にバリが発生する。当該バリは、接合部の周囲に不規則に膨出するため、当該バリの処理が煩雑になるとともに、被接合部材の意匠性等にも悪影響を及ぼす。

また、接合する一対の部材のいずれかが枠状部材である場合には、接合部の外側及び内側（内空側）の両方にバリが発生する。被接合部材の内側を、例えば、流体を流す流路として用いる場合には、被接合部材の内側にバリが膨出すると、流体の流通を妨げる要因となる。

このような観点から、本発明は、バリを制御するとともに被接合部材の意匠性を向上させる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、アルミニウム合金製の第一部材と、前記第一部材に対向するアルミニウム合金製の第二部材とを準備する準備工程と、前記第一部材の端面と前記端面に対向する前記第二部材の対向面とを突き合せて摩擦圧接を行う摩擦圧接工程と、前記摩擦圧接工程で形成されたバリを溶加材としてレーザー溶接を行う溶接工程と、を含み、前記第一部材のうち前記第二部材が突き合わされる部位は平面視矩形枠状を呈し、前記第一部材は板状の一対の第一縦辺部と前記第一縦辺部よりも長さ寸法の小さい板状の第一横辺部とを備える平面視矩形枠状の第一側壁部と該第一側壁部の内部に形成された複数の仕切り部とを備える中空押出成形品であり、前記第二部材は平面視矩形の底部と該底部から垂下した平面視矩形枠状の第二側壁部とを備えるダイキャスト成形品であり、前記摩擦圧接工程では、前記第一部材と前記第二部材との突合せ部の外側において、前記第一縦辺部の長手方向のみに沿って摩擦圧接の開始時に間隔をあけて対向する互いに平行な一対の離間面を設けておき、前記摩擦圧接工程では、前記第一部材及び前記第二部材を前記第一縦辺部と平行に相対的に往復移動させ、当該一対の離間面の間に摩擦圧接で発生する前記バリを収容するとともに、前記バリを前記離間面に導かせて排出させ、
前記溶接工程では、前記第一部材と前記第二部材との突合せ部の前記第一縦辺部の外側に形成された前記バリを溶加材としてレーザー溶接することを特徴とする。

かかる方法によれば、一対の離間面の間にバリを収容することにより、従来のように被接合部材の外側にバリが不規則に膨出するのを少なくするか、もしくは無くすことができる。また、溶接工程を行うことで、被接合部材の外面をきれいに仕上げることができる。また、バリを溶加材として利用するときには、一対の離間面の間に溶加材を集めることができるため、溶接作業を容易に行うことができる。また、かかる方法によれば、前記第一部材のうち前記第二部材が突き合わされる部位が平面視矩形枠状を呈する場合でも部材同士を接合することができる。また、第一縦辺部と平行に往復移動させると当該第一縦辺部にかかる突合せ部にバリが多く発生する傾向にあるが、第一縦辺部の長手方向に沿って一対の離間面を設けることでバリを効果的に収容できる。

また、前記摩擦圧接工程では、前記第一部材と前記第二部材との突合せ部の内側において、摩擦圧接の開始時に間隔をあけて対向する互いに平行な一対の離間面を設けておき、当該一対の離間面の間に摩擦圧接で発生する前記バリを収容することが好ましい。

かかる方法によれば、例えば、被接合部材の内側を、流体を流す流路として用いる場合において、被接合部材の内側にバリが不規則に膨出するのを少なくするか、もしくは無くすことができる。これにより、バリが流体の流通の妨げになるのを防ぐことができる。

本発明に係る部材の接合方法によれば、バリを制御するとともに被接合部材の意匠性を向上させることができる。

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。 （ａ）は第一実施形態に係る第一部材の平面図であり、（ｂ）は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断面図である。 第一実施形態に係る部材の接合方法を示す断面図であって、（ａ）は突合せ工程を示し、（ｂ）は摩擦圧接工程後を示し、（ｃ）は溶接工程を示す。 （ａ）は第一変形例に係る部材の接合方法の突合せ工程を示す断面図であり、（ｂ）は第二変形例に係る部材の接合方法の突合せ工程を示す断面図である。 第三変形例に係る部材の接合方法の突合せ工程を示す断面図である。 （ａ）は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り、（ｂ）は第二実施形態に係る部材の接合方法の突合せ工程を示す断面図である。 本発明の第三実施形態に係る筒状部材の分解斜視図である。 第三実施形態に係る筒状部材の断面図である。 第三実施形態に係る部材の接合方法の突合せ工程を示す断面図である。

［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（第一部材２を基準とする）。

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、平面視矩形の底部１１と、底部１１に立設された平面視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を接合している。

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。

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１４ｂは、第一横辺部１５の仮想の境界面１５ｅに接続されている。

図２に示すように、上端面１４ａは２つの領域に分けられる。後記する突合せ工程において下端面２４ａと接触する面を上端面１４ａ_１とし、下端面２４ａと離間する面を上端面１４ａ_２とする。

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、平面視矩形の底部２１と、底部２１から垂下した平面視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２の（ｂ）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２４ｂは、第二横辺部２５の仮想の境界面２５ｅに接続されている。

図１及び図２（ｂ）に示すように、下端面２４ａ，２４ａの外側にはそれぞれ切欠き部２６が形成されている。切欠き部２６は、底面２６ａと、底面２６ａに対して垂直な側面２６ｂとで構成されている。切欠き部２６は、第二縦辺部２４の長手方向の全長に沿って一定断面で形成されている。切欠き部２６の高さ（側面２６ｂの高さ）は、第一部材２及び第二部材３の材料や摩擦圧接の条件によって適宜設定される。

図３は、第一実施形態に係る中空容器の断面図である。図３に示すように、中空容器１は、第一部材２と第二部材３とを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との接合部には、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４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の上端面１４ａ_１，１４ａ_１と第二部材３の下端面（対向面）２４ａ，２４ａとを面接触させる。また、第一部材２の上端面１５ａ，１５ａと第二部材３の下端面（対向面）２５ａ，２５ａとを面接触させる。また、第一部材２の第一側壁部１２の外周面と第二部材３の第二側壁部２２の外周面とを面一にする。これにより、突合せ部Ｊ１が形成される。

図４に示すように、突合せ工程では、第二部材３の第二縦辺部２４に切欠き部２６が形成されているため、上端面１４ａ_２と底面２６ａとはわずかな隙間をあけて対向する。底面２６ａ及びこの底面２６ａに対向する上端面１４ａ_２は、特許請求の範囲の「離間面」に相当する。

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。

図５の（ａ）に示すように、本実施形態に係る摩擦工程では、上端面１４ａ_１と下端面２４ａ及び上端面１５ａと下端面２５ａ（図４参照）とが擦り合わされる。

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。

摩擦工程によって接合部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、接合部に分子間引力が働き第一部材２と第二部材３とが結合する。図５の（ｂ）に示すように、摩擦圧接工程では、軟化した母材が外部に排出されることで、第一側壁部１２及び第二側壁部２２のうち擦り合わされている部位の高さが徐々に小さくなる。そして、軟化した母材が接合部の内側及び外側に押し出されることによってバリＳが発生する。

摩擦圧接工程後は、上端面１４ａ_２と底面２６ａとの距離は摩擦圧接前の半分以下になっている。外側に発生するバリＳは、上端面１４ａ_２、側面２６ｂ及び底面２６ａで囲まれたスペースに収容される。本実施形態のように、バリＳの先端側が外面よりも外側に突出していてもよい。

溶接工程は、第一部材２及び第二部材３の突合せ部Ｊ１の外側に形成されたバリＳ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。

本実施形態では、溶接工程の溶接の中心線Ｖ１と底面２６ａとが重なるように設定しているため、溶接の中心線Ｖ１と突合せ部Ｊ１とは離間する。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、摩擦圧接の開始時において、上端面（離間面）１４ａ_２と底面（離間面）２６ａとはわずかな隙間をあけて対向する。これにより、摩擦圧接工程の際に、当該離間面の間にバリＳを収容することができ、従来のように被接合部材の外側にバリが不規則に膨出するのを防ぐことができる。

仮に、従来のように離間面が無い形態であると、バリは第一部材２及び第二部材３の上下方向、外側方向に不規則に膨出する。しかし、本実施形態であれば、バリＳが上端面１４ａ_２及び底面２６ａに導かれつつ外側に向けて排出されるため、不規則に外部に膨出するのを防ぎ、上端面１４ａ_２と底面２６ａとの間にバリＳを集めることができる。

また、切欠き部２６が無い場合と比べて、摩擦圧接の接触面積が小さくなるため、摩擦熱も小さくなりバリの発生量を少なくすることができる。

また、溶接工程を行うことで、中空容器（被接合部材）１の外面をきれいに仕上げることができる。また、一対の離間面の間に溶加材となるバリＳを収容することで、所定の部位に溶加材を集めることができるため、溶接作業を容易に行うことができる。また、溶接工程においてバリを溶加材とすることができるため、材料費を削減できる。

また、本実施形態によれば、第一部材２及び第二部材３のうち互いに突き合わされる部位が平面視矩形枠状を呈する場合でも、部材同士を接合することができる。また、第一縦辺部１４と平行に往復移動させると突合せ部Ｊ１のうち第一縦辺部１４及び第二縦辺部２４側にバリＳが多く発生する傾向にあるが、第一縦辺部１４の長手方向に沿って一対の離間面を設けることでバリＳを効果的に収容できる。
なお、溶接工程の際には、溶接の中心線Ｖ１と底面２６ａとを平行に設定し、かつ、溶接の中心線Ｖ１とバリＳの先端とが重なるように設定してもよい。また、溶接工程の際には、溶接の中心線Ｖ１と底面２６ａとを平行に設定し、かつ、溶接の中心線Ｖ１が上端面１４ａ_２と底面２６ａとの間の中点を通るように設定してもよい。バリＳの発生形態に応じて溶接の中心線Ｖ１を適宜設定することで、仕上がり面をきれいにすることができる。

［第一変形例］
図６の（ａ）に示す第一変形例は、突合せ部Ｊ１の内側にも離間面を設けた点で第一実施形態と相違する。第一変形例では、第一実施形態と相違する点を中心に説明する。

図６の（ａ）に示すように、第二部材３Ａは、底部２１と、底部２１から垂下する矩形枠状の第二側壁部２２とで構成されている。第二側壁部２２は、板状を呈する一対の第二縦辺部２４，２４と、板状を呈する一対の第二横辺部２５，２５とで構成されている。第二縦辺部２４は、第二横辺部２５よりも長くなっている。

第二縦辺部２４の下端面２４ａの内側及び外側には、切欠き部２６，２７が形成されている。切欠き部２６，２７は、第二縦辺部２４の長手方向に亘って形成されている。切欠き部２６は、底面２６ａと、底面２６ａに対して垂直な側面２６ｂとで構成されている。同様に切欠き部２７は、底面２７ａと、底面２７ａに対して垂直な側面２７ｂとで構成されている。

第一変形例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。

準備工程は、第一実施形態と同等である。突合せ工程は、第一部材２と第二部材３Ａとを突き合せる工程である。突合せ工程では、第一縦辺部１４の上端面１４ａ_１と第二縦辺部２４の下端面２４ａとを突き合せるとともに、第一横辺部１５の上端面１５ａと第二横辺部２５の下端面２５ａとを突き合せる。これにより、突合せ部Ｊ２が形成される。

突合せ工程では、外側の上端面１４ａ_２と外側の底面２６ａとはわずかな隙間をあけて対向する。また、内側の上端面１４ａ_２と内側の底面２７ａとはわずかな隙間をあけて対向する。底面２６ａ及びこの底面２６ａに対向する上端面１４ａ_２、底面２７ａ及びこの底面２７ａに対向する上端面１４ａ_２は、特許請求の範囲の「離間面」に相当する。

摩擦圧接工程及び溶接工程は、第一実施形態と同等である。

第一変形例によっても第一実施形態と同等の効果を得ることができる。また、中空容器１Ａの内部を、流体を流す流路として用いる場合には、中空容器１Ａの内側に発生したバリＳの膨出によって当該流路が狭められて流体の流通の妨げになるおそれがあるが、本実施形態のように、内側に形成された一対の離間面の間にバリを収容するようにすることで、中空容器１Ａの内側へのバリの膨出を少なくするか、もしくは無くすことができる。

［第二変形例］
図６の（ｂ）に示す第二変形例は、第一部材２Ｂにも切欠き部１６を設けた点で第一実施形態と相違する。第二変形例では、第一実施形態との相違点を中心に説明する。

第一部材２Ｂの第一側壁部１２は、板状を呈する第一縦辺部１４，１４と、板状を呈する第一横辺部１５，１５とで構成されている。第一側壁部１２は、平面視矩形枠状を呈する。第一縦辺部１４の上端面１４ａの外側には切欠き部１６が形成されている。切欠き部１６は、底面１６ａと、底面１６ａに対して垂直な側面１６ｂとで構成されている。

第二部材３は、第一実施形態と同等である。切欠き部１６及び切欠き部２６は、同じ形状になっている。

第二変形例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。

準備工程は、第一実施形態と同等である。突合せ工程は、第一部材２Ｂと第二部材３とを突き合せる工程である。突合せ工程では、第一縦辺部１４の上端面１４ａと、第二縦辺部２４の下端面２４ａとを突き合せるとともに、第一横辺部１５の上端面１５ａと第二横辺部２５の下端面２５ａとを突き合せる。これにより、突合せ部Ｊ３が形成される。

突合せ工程では、切欠き部１６の底面１６ａと切欠き部２６の底面２６ａとはわずかな隙間をあけて対向する。底面１６ａ及びこの底面１６ａに対向する底面２６ａは、特許請求の範囲の「離間面」に相当する。

摩擦圧接工程は、第一実施形態と同等である。溶接工程では、第一実施形態と同様に突合せ部Ｊ３の底面（離間面）１６ａと底面（離間面）２６ａの間に収容されるバリを溶加材としてレーザー溶接を行う。第二変形例では溶接の中心線と突合せ部Ｊ３とは重なるようになっている。

第二変形例のように、第一部材２Ｂ及び第二部材３の両方に切欠き部１６，２６を設けて離間面（１６ａ，２６ａ）を形成しても第一実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第三変形例］
図７に示す第三変形例は、第二部材３Ｃに面取り部２６Ｃを設けた点で第一実施形態と相違する。第三変形例では、第一実施形態との相違点を中心に説明する。

第一部材２は、第一実施形態と同等の部材を用いている。第二部材３Ｃは、底部２１と、底部２１から垂下する第二側壁部２２とで構成されている。第二側壁部２２は、平面視矩形枠状を呈する。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の下端面２４ａの外側には、長手方向に亘ってＣ面取りされた面取り部２６Ｃが形成されている。

面取り部２６Ｃは、第二縦辺部２４の下端面２４ａと外面２４ｃとの角部を面取りして形成されている。本実施形態では、Ｃ面取りになっているが、丸面取りでもよい。

第二変形例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。

準備工程は、第一実施形態と同等である。突合せ工程は、第一部材２と第二部材３Ｃとを突き合せる工程である。突合せ工程では、第一縦辺部１４の上端面１４ａ_１と第二縦辺部２４の下端面２４ａとを突き合せるとともに、第一横辺部１５の上端面１５ａと第二横辺部２５の下端面２５ａとを突き合せる。これにより、突合せ部Ｊ４が形成される。

また、突合せ工程では、上端面１４ａ_２と面取り部２６Ｃの面取り面２６Ｃａとは隙間をあけて対向する。上端面１４ａ_２及びこの上端面１４ａ_２に対向する面取り面２６Ｃａは、特許請求の範囲の「離間面」に相当する。

摩擦圧接工程は、第一実施形態と同等である。摩擦圧接工程によって、上端面１４ａ_１と下端面２４ａ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ことで第一側壁部１２及び第二側壁部２２のうちの擦り合わされている部位の高さが徐々に小さくなる。本実施形態では、摩擦圧接終了後に、面取り部２６Ｃの切欠き高さは摩擦圧接前の半分程度になる。排出されたバリは、上端面１４ａ_２と面取り面２６Ｃａとの隙間に収容される。

溶接工程では、上端面１４ａ_２と面取り面２６Ｃａとの隙間に収容されたバリを溶加材として溶接を行う。

以上の第三変形例のように、第二部材３Ｃに面取り部２６Ｃを設ける場合でも、摩擦圧接によって発生したバリを上端面１４ａ_２と面取り面２６Ｃａとの間に収容することができ、第一実施形態と同等の効果を得ることができる。なお、本実施形態では、突合せ部Ｊ４の外側の角部を面取りしているが、内側に面取り加工を施してもよい。また、面取り部２６は、面取り加工に限定するものではなく、ダイキャストによって成形してもよい。

［第二実施形態］
図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第二実施形態では、枠状の第一側壁部と板状の蓋部材を接合する点で第一実施形態と相違する。第二実施形態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２Ｄは、第一側壁部１２を備えている。第一側壁部１２は、板状を呈する第一縦辺部１４，１４と、板状を呈する第一横辺部１５，１５とで構成されている。第一縦辺部１４は、第一横辺部１５よりも長くなっている。第一側壁部１２は、平面視矩形枠状を呈する。

第一縦辺部１４の上端面１４ａの外側には、切欠き部２６が形成されている。切欠き部２６は、底面２６ａと、底面２６ａに垂直な側面２６ｂとで構成されている。切欠き部２６は、第一縦辺部１４の長手方向全体に亘って形成されている。

第二部材３Ｄは、平面視矩形の板状を呈する。第二部材３Ｄの外縁は、第一側壁部１２の外縁と同じ形状になっている。第二部材３Ｄのうち第一縦辺部１４及び第一横辺部１５に対向する部位には、枠状の対向面３１ａが形成されている。対向面３１ａのうち第一縦辺部１４に対向する部位は、２つの領域に分けられる。後記する突合せ工程において、上端面１４ａと接触する面を対向面３１ａ_１とし、上端面１４ａと離間する面を対向面３１ａ_２とする。

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８の（ｂ）に示すように、準備工程は、第一部材２Ｄと第二部材３Ｄを用意する工程である。第一部材２Ｄ及び第二部材３Ｄの成形方法は特に制限されるものではない。

図８の（ｂ）に示すように、突合せ工程では、第一部材２Ｄの上端面１４ａ，１４ａと第二部材３Ｄの対向面３１ａ_１，３１ａ_１とを面接触させる。また、第一部材２Ｄの上端面１５ａ，１５ａと対向面３１ａ，３１ａとを面接触させる。これにより、突合せ部Ｊ５が形成される。

また、突合せ工程では、第二部材３の第一縦辺部１４に切欠き部２６が形成されているため、対向面３１ａ_２と底面２６ａとはわずかな隙間をあけて対向する。底面２６ａ及びこの底面２６ａに対向する対向面３１ａ_２は、特許請求の範囲の「離間面」に相当する。

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２Ｄと第二部材３Ｄ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２Ｄと第二部材３Ｄ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２Ｄ及び第二部材３Ｄ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２Ｄは移動させず、第二部材３Ｄのみを直線的に往復移動させる。

図８の（ｂ）に示すように、本実施形態に係る摩擦工程では、上端面１４ａと対向面３１ａ_２及び上端面１５ａと対向面３１ａ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ことで、第一側壁部１２及び第二側壁部２２のうち擦り合わされている部位の高さが徐々に小さくなる。

摩擦工程によって接合部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、接合部に分子間引力が働き第一部材２Ｄと第二部材３Ｄとが結合する。摩擦工程の際には、軟化した母材が接合部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。突合せ部Ｊ５の外側に発生するバリは、底面２６ａと対向面３１ａ_２とで囲まれたスペースに収容される。

溶接工程は、第一部材２Ｄ及び第二部材３Ｄの突合せ部Ｊ５の外側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１Ｄが形成される。

第二実施形態に係る部材の接合方法のように第二部材３Ｄを板状の蓋としても第一実施形態と同等の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、切欠き部２６を第一部材２Ｄのみに設けたが、第二部材３Ｄのみに設けてもよいし、第一部材２Ｄ及び第二部材３Ｄの両方に切欠き部を設けてもよい。

また、前記した実施形態では、長辺部のみに切欠き部を設けたが、短辺部のみに設けてもよいし、長辺部と短辺部の両方に設けてもよい。また、前記した実施形態では、摩擦圧接工程の際に、縦辺部と平行に往復移動させたが、横辺部と平行に往復移動させてもよいし、縦辺部に対して斜めに往復移動させてもよい。

なお、前記した実施形態及び変形例では、第一部材及び第二部材のうち突き合わされる部位の形状を平面視矩形枠状を呈するようにしたが、三角枠状、六角枠状等他の多角枠形状を呈するようにしてもよい。

また、前記した実施形態及び変形例では、第一部材及び第二部材のいずれかに底部を設け、中空部を備えた中空容器を形成する場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、一方又は両方が角筒状を呈する第一部材及び第二部材を接合して、有底筒状部材又は筒状部材を形成してもよい。この場合、第一部材及び第二部材のうち突き合わされる部位の形状は、三角形、六角形等他の多角形状であってもよい。

また、中実の第一部材及び第二部材を接合してもよい。具体的には、例えば、四角柱同士、六角柱同士等多角柱同士を接合する場合にも本発明を適用することができる。この場合、多角柱同士は同じ断面形状であってもよいし、異なる断面形状であってもよい。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態では、円筒状を呈する第一部材及び第二部材を接合して筒状部材を形成する点で他の実施形態と相違する。第三実施形態では、図９に示すように円筒状を呈する第一部材１０２と、円筒状を呈する第二部材１０３とを接合する。第三実施形態では、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は、円筒状の第一側壁部１１２で構成されている。第一側壁部１１２の上端面１１２ａは、二つの領域に分けられる。後記する突合せ工程において下端面１２２ａと接触する面を上端面１１２ａ_１とし、下端面１２２ａと離間する面を上端面１１２ａ_２とする。上端面１１２ａ_１は上端面１１２ａの内側に形成され、上端面１１２ａ_２は外側に形成されている。

第二部材１０３は、円筒状の第二側壁部１２２で構成されている。第二側壁部１２２の外径及び板厚は、第一側壁部１１２の外径及び板厚と同等になっている。第二側壁部１２２の下端面１２２ａの外側には切欠き部１１６が形成されている。切欠き部１１６は、底面１１６ａと、底面１１６ａに対して垂直な１１６ｂとが形成されている。切欠き部１１６は、全周に亘って形成されている。

図１０は、第三実施形態に係る筒状部材の断面図である。図１０に示すように、筒状部材１０１は、第一部材１０２と第二部材１０３とを摩擦圧接によって接合されている。第一部材１０２と第二部材１０３との接合部には、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。

準備工程は、第一部材１０２と第二部材１０３とを用意する工程である。第一部材１０２及び第二部材１０３の成形方法は特に制限されるものではない。

図１１に示すように、突合せ工程は、第一部材１０２と第二部材１０３とを突き合わせる工程である。突合せ工程では、第一部材１０２の上端面１１２ａ_１と第二部材１０３の下端面１２２ａとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ６が形成される。

突合せ工程では、第二部材１０３に切欠き部１１６が形成されているため、上端面１１２ａ_２と底面１１６ａとはわずかな隙間をあけて対向する。底面１１６ａ及び底面１１６ａに対向する上端面１１２ａ_２は、特許請求の範囲の「離間面」に相当する。

なお、本実施形態の摩擦圧接工程では、第一部材１０２を固定して第二部材１０３を相対移動させるため、突合せ工程では、第一部材１０２の第一側壁部１１２の周囲を固定治具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１０２と第二部材１０３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１０２と第二部材１０３とを互いに近接する方向に押圧する。そして、第一部材１０２の軸中心周りに第二部材１０３を円周方向に回転させる。

摩擦圧接工程では、第一実施形態と同様に、軟化した母材が接合部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。摩擦圧接工程後は、上端面１１２ａ_２と底面１１６ａとの距離は摩擦圧接前の半分程度になる。外側に発生するバリは、上端面１１２ａ_１、底面１１６ａ及び側面１１６ｂで囲まれたスペースに収容される。溶接工程は、第一実施形態と略同等である。

本実施形態のように、第一部材１０２及び第二部材１０３が円筒状を呈する場合であっても、第一実施形態と同等の効果を得ることができる。なお、本実施形態では、円筒状同士の部材を接合したが、これに限定されるものではない。接合される部材の少なくとも一方が円筒状であればよい。

また、第一部材及び第二部材のいずれかに底部を設け、有底円筒状部材又は中空円筒状部材を形成してもよい。また、中実の第一部材及び第二部材を接合しもよい。具体的には、円柱同士を接合する場合にも本発明を適用することができる。

また、特許請求の範囲の請求項２における「前記第一部材のうち前記第二部材が突き合わされる部位は平面視枠状を呈し」とは、第一部材のうち前記第二部材が突き合わされる部位を平面視した場合の形状が円筒状や、三角枠状、矩形枠状、六角枠状等他の多角枠状を含む意味である。

１ 中空容器
２ 第一部材
３ 第二部材
１１ 底部
１２ 第一側壁部
１３ 仕切り部
１４ 第一縦辺部
１５ 第一横辺部
２１ 底部
２２ 第二側壁部
２４ 第二縦辺部
２５ 第二横辺部
２６ 切欠き部

Claims (2)

1. アルミニウム合金製の第一部材と、前記第一部材に対向するアルミニウム合金製の第二部材とを準備する準備工程と、
   前記第一部材の端面と前記端面に対向する前記第二部材の対向面とを突き合せて摩擦圧接を行う摩擦圧接工程と、
   前記摩擦圧接工程で形成されたバリを溶加材としてレーザー溶接を行う溶接工程と、を含み、
   前記第一部材のうち前記第二部材が突き合わされる部位は平面視矩形枠状を呈し、前記第一部材は板状の一対の第一縦辺部と前記第一縦辺部よりも長さ寸法の小さい板状の第一横辺部とを備える平面視矩形枠状の第一側壁部と該第一側壁部の内部に形成された複数の仕切り部とを備える中空押出成形品であり、前記第二部材は平面視矩形の底部と該底部から垂下した平面視矩形枠状の第二側壁部とを備えるダイキャスト成形品であり、
   前記摩擦圧接工程では、前記第一部材と前記第二部材との突合せ部の外側において、前記第一縦辺部の長手方向のみに沿って摩擦圧接の開始時に間隔をあけて対向する互いに平行な一対の離間面を設けておき、
   前記摩擦圧接工程では、前記第一部材及び前記第二部材を前記第一縦辺部と平行に相対的に往復移動させ、当該一対の離間面の間に摩擦圧接で発生する前記バリを収容するとともに、前記バリを前記離間面に導かせて排出させ、
   前記溶接工程では、前記第一部材と前記第二部材との突合せ部の前記第一縦辺部の外側に形成された前記バリを溶加材としてレーザー溶接することを特徴とする部材の接合方法。
2. 前記摩擦圧接工程では、前記第一部材と前記第二部材との突合せ部の内側において、摩擦圧接の開始時に間隔をあけて対向する互いに平行な一対の離間面を設けておき、当該一対の離間面の間に摩擦圧接で発生する前記バリを収容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。

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