JP6693386B2 - 中空容器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空容器の製造方法に関する。

特許文献１には、中空容器の製造方法が開示されている。当該中空容器の製造方法は、中空容器本体の開口部に封止体を配置した後、中空容器本体と封止体との突合せ部に沿ってレーザ溶接を行う溶接工程と、当該溶接工程を行った後に回転ツールを用いて摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程と、を行うものである。

特開２０１４−１０２８９５号公報

従来の中空容器の製造方法では、突合せ部の全周に亘ってレーザー溶接を行うため、入熱量が大きくなり中空容器本体及び封止体に熱歪みが発生するという問題がある。

そこで、本発明は、熱歪みを小さくすることができる中空容器の製造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、底部と前記底部の周縁から立ち上る周壁部とを備える第一金属部材と、底部と前記底部の周縁から立ち上る周壁部とを備える第二金属部材とを用意する準備工程と、前記第一金属部材の前記周壁部の端面と、前記第二金属部材の前記周壁部の端面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、攪拌ピンを備える仮接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に対して摩擦攪拌でスポット仮付けを行う仮接合工程と、攪拌ピンを備える本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に対して前記本接合用回転ツールを一周させて摩擦攪拌する本接合工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明は、底部と前記底部の周縁から立ち上る周壁部とを備える第一金属部材と、平板状の第二金属部材とを準備する準備工程と、前記第一金属部材の周壁部の端面と、前記第二金属部材の裏面と、を突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、攪拌ピンを備える仮接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に対して摩擦攪拌でスポット仮付けを行う仮接合工程と、攪拌ピンを備える本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に対して前記本接合用回転ツールを一周させて摩擦攪拌する本接合工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明は、底部と前記底部の周縁から立ち上る周壁部とを備える第一金属部材と、底部と前記底部の周縁から立ち上る周壁部とを備える第二金属部材とを用意する準備工程と、前記第一金属部材の前記周壁部の端面と、前記第二金属部材の前記周壁部の端面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記突合せ部に対してＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接でスポット仮付けを行う仮接合工程と、攪拌ピンを備える本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に対して前記本接合用回転ツールを一周させて摩擦攪拌する本接合工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明は、底部と前記底部の周縁から立ち上る周壁部とを備える第一金属部材と、平板状の第二金属部材とを用意する準備工程と、前記第一金属部材の前記周壁部の端面と、前記第二金属部材の裏面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記突合せ部に対してＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接でスポット仮付けを行う仮接合工程と、攪拌ピンを備える本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に対して前記本接合用回転ツールを一周させて摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、前記突合せ工程では、前記第一金属部材の側面と前記第二金属部材の側面とが面一になるように前記突合せ部を形成し、前記本接合工程では、前記第一金属部材の前記側面及び前記第二金属部材の前記側面と、前記本接合用回転ツールの回転中心軸とが垂直となるように設定しつつ、前記本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記突合せ部に挿入することを特徴とする。

かかる製造方法によれば、スポット仮付けで仮接合工程を行うため、入熱量を小さくすることができる。また、本接合工程でも攪拌ピンのみを用いて摩擦攪拌接合を行うため、入熱量を小さくすることができる。これにより、熱歪みを相乗的に小さくすることができる。また、スポット仮付けで仮接合工程を行うため、仮接合工程を短時間で行うことができる。また、本接合工程では、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、深い位置まで摩擦攪拌接合することができる。

また、前記仮接合用回転ツールと前記本接合用回転ツールとが同一であることが好ましい。これにより、仮接合工程と本接合工程とで回転ツールを交換する必要がないため、作業時間をより短くすることができる。

また、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の対向する各角部に丸面取り加工を施すことが好ましい。これにより、本接合工程の際に、角部を容易に接合することができる。

本発明に係る中空容器の製造方法によれば、熱歪みを小さくすることができる。

本発明の第一実施形態に係る中空容器の製造方法の準備工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る中空容器の製造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中空容器の製造方法の仮接合工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る中空容器の製造方法の仮接合工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る中空容器の製造方法の本接合工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る中空容器の製造方法の本接合工程を示す断面図である。 本発明の第二実施形態に係る中空容器の製造方法の準備工程を示す斜視図である。 第二実施形態に係る中空容器の製造方法の仮接合工程を示す斜視図である。 第二実施形態に係る中空容器の製造方法の本接合工程を示す斜視図である。

〔第一実施形態〕
本発明の第一実施形態に係る中空容器の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る中空容器の製造方法では、図１に示すように、中空部を備えた金属製の中空容器１を形成する。中空容器の製造方法では、準備工程と、突合せ工程と、仮接合工程と、本接合工程と、を行う。

準備工程は、図１に示すように、第一金属部材２と、第二金属部材３とを用意する工程である。第一金属部材２は、箱状体である。第一金属部材２は、矩形板状の底部１０と、底部１０の周縁から立ち上る矩形枠状の周壁部１１と、で構成されている。周壁部１１の４つの角部は高さ方向に亘って丸面取り加工が施されている。第一金属部材２の内部には、凹部１２が形成されている。

第二金属部材３は、矩形板状の底部２０と、底部２０の周縁から立ち上る矩形枠状の周壁部２１と、で構成されている。周壁部２１の４つの角部は高さ方向に亘って丸面取り加工が施されている。第二金属部材３の内部には、凹部２２が形成されている。第一金属部材２及び第二金属部材３の大きさ及び形状は、異なっていてもよいが、本実施形態では同一になっている。

第一金属部材２及び第二金属部材３は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金等の摩擦攪拌可能な金属で形成されている。第一金属部材２及び第二金属部材３は、異なる材料であってもよいが、本実施形態では同一の材料になっている。

突合せ工程は、図２に示すように、第一金属部材２と第二金属部材３とを突き合わせる工程である。突合せ工程では、周壁部１１の端面１１ａと、周壁部２１の端面２１ａとを突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成する。突合せ工程によって、周壁部１１の側面１１ｂと、周壁部２１の側面２１ｂとは面一になる。

仮接合工程は、第一金属部材２と第二金属部材３とを摩擦攪拌で仮接合する工程である。仮接合工程では、回転ツールＦ（仮接合用回転ツール）を用いて仮接合を行う。図３に示すように、回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、円柱状を呈し、摩擦攪拌装置の回転軸に連結される部位である。

攪拌ピンＦ２は、連結部Ｆ１から垂下しており、連結部Ｆ１と同軸になっている。攪拌ピンＦ２は連結部Ｆ１から離間するにつれて先細りになっている。攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝が刻設されている。本実施形態では、回転ツールＦを右回転させるため、螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。

なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。螺旋溝をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝によって攪拌ピンＦ２の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材（第一金属部材２及び第二金属部材３）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。回転ツールＦは、例えば、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたアームロボットに取り付けられる。これにより、回転ツールＦの回転中心軸の角度や挿入位置を容易に変更することができる。

図３及び図４に示すように、仮接合工程では、回転ツールＦ（仮接合用回転ツール）を用いて摩擦攪拌でスポット仮付けを行う。仮接合工程では、側面１１ｂ，２１ｂと回転ツールＦの回転中心軸とが垂直となるように設定しつつ、右回転させた回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを浅目に突合せ部Ｊ１に挿入し、突合せ部Ｊ１に沿って点状にスポット仮接合工程を行う。仮接合工程によって所定の間隔で塑性化領域Ｗ１が形成される。

本接合工程は、図５及び図６に示すように、突合せ部Ｊ１を本格的に摩擦攪拌接合する工程である。仮接合工程及び本接合工程は、異なる回転ツールを用いてもよいが、本実施形態では、仮接合工程と同様に回転ツールＦ（本接合用回転ツール）を用いる。本接合工程では、右回転する回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材２及び第二金属部材３に接触させた状態で、回転ツールＦを突合せ部Ｊ１に沿って相対移動させる。本接合工程では、側面１１ｂ，２１ｂと回転ツールＦの回転中心軸とが垂直となるように設定しつつ、攪拌ピンＦ２を所定の深さまで挿入する。

回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ２が形成される。本接合工程では、被接合金属部材の回りに回転ツールＦを相対移動させ、塑性化領域Ｗ２の始端と終端とが重複するようにする。本接合工程が終了したら、塑性化領域Ｗ２の周囲に形成されたバリを除去するバリ除去工程を行ってもよい。これにより、中空容器１をきれいに仕上げることができる。

以上説明した本実施形態に係る中空容器の製造方法によれば、スポット仮付けで仮接合工程を行うため、入熱量を小さくすることができる。また、本接合工程でも攪拌ピンＦ２のみを用いて摩擦攪拌接合を行うため、入熱量を小さくすることができる。これにより、第一金属部材２及び第二金属部材３の熱歪みを相乗的に小さくすることができる。また、スポット仮付けで仮接合工程を行うため、仮接合工程を短時間で行うことができる。また、本接合工程では、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、突合せ部Ｊ１の深い位置まで摩擦攪拌接合することができる。

また、本実施形態のように仮接合工程と本接合工程で同じ回転ツールを用いれば、工程ごとに回転ツールを交換する必要がないため、作業時間をより短くすることができる。

また、第一金属部材２及び第二金属部材３の角部は、面取り加工を施さなくてもよいが、本実施形態では、丸面取り加工を行っている。これにより、第一金属部材２及び第二金属部材３の角部で回転ツールＦをスムーズに相対移動できるので、容易に摩擦攪拌接合することができる。

なお、仮接合工程では、摩擦攪拌に代えて、溶接でスポット仮付けを行ってもよい。溶接は、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接又はレーザー溶接を行ってもよい。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る中空容器の製造方法について説明する。第二実施形態に係る中空容器の製造方法では、準備工程と、突合せ工程と、仮接合工程と、本接合工程と、を行う。第二実施形態に係る中空容器の製造方法は、図７に示すように、第二金属部材４と仮接合工程が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。

準備工程は、図７に示すように、第一金属部材２と第二金属部材４を準備する工程である。第二金属部材４は、第一金属部材２の開口部を封止する板状の金属部材である。第二金属部材４は、第一金属部材２と同じ材料で形成されている。また、第二金属部材４の角部は丸面取り加工されている。

突合せ工程は、図７に示すように、第一金属部材２の端面１１ａと、第二金属部材４の裏面４ｂとを突き合わせて突合せ部Ｊ２（図８参照）を形成する工程である。また、突合せ工程では、第一金属部材２の側面１１ｂと第二金属部材３の側面４ｃとを面一にする。

仮接合工程は、図８に示すように、第一金属部材２と第二金属部材４とを溶接で仮接合する工程である。仮接合工程では、溶接トーチＨを用いてレーザー溶接でスポット仮付けを行う。仮接合工程では、溶接トーチＨを突合せ部Ｊ２に近接させ、突合せ部Ｊ２に沿って点状にスポット仮接合工程を行う。仮接合工程によって溶接痕Ｗ３が所定の間隔で形成される。なお、溶接の種類については特に制限されないが、レーザー溶接、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接を行うことができる。

本接合工程は、図９に示すように、第一実施形態と同様の要領で突合せ部Ｊ２に対して摩擦攪拌接合を行う。つまり、本接合工程では、回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材２及び第二金属部材４に接触させた状態で、突合せ部Ｊ２に沿って相対移動させる。以上のように、第二実施形態に係る中空容器の製造方法によっても第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。

また、第二実施形態に係る中空容器の製造方法の仮接合工程では溶接によって仮接合を行ったが、第一実施形態のように摩擦攪拌でスポット仮付けを行ってもよい。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲で適宜設計変更が可能である

１ 中空容器
２ 第一金属部材
３ 第二金属部材
４ 第二金属部材
Ｆ 回転ツール（本接合用回転ツール、仮接合用回転ツール）
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｊ１ 突合せ部
Ｊ２ 突合せ部
Ｗ１ 塑性化領域
Ｗ２ 塑性化領域

Claims (7)

1. 底部と前記底部の周縁から立ち上る周壁部とを備える第一金属部材と、底部と前記底部の周縁から立ち上る周壁部とを備える第二金属部材とを用意する準備工程と、
   前記第一金属部材の前記周壁部の端面と、前記第二金属部材の前記周壁部の端面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
   攪拌ピンを備える仮接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に対して摩擦攪拌でスポット仮付けを行う仮接合工程と、
   攪拌ピンを備える本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に対して前記本接合用回転ツールを一周させて摩擦攪拌する本接合工程と、を含むことを特徴とする中空容器の製造方法。
2. 底部と前記底部の周縁から立ち上る周壁部とを備える第一金属部材と、平板状の第二金属部材とを準備する準備工程と、
   前記第一金属部材の周壁部の端面と、前記第二金属部材の裏面と、を突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
   攪拌ピンを備える仮接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に対して摩擦攪拌でスポット仮付けを行う仮接合工程と、
   攪拌ピンを備える本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に対して前記本接合用回転ツールを一周させて摩擦攪拌する本接合工程と、を含むことを特徴とする中空容器の製造方法。
3. 前記仮接合用回転ツールと前記本接合用回転ツールとが同一であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の中空容器の製造方法。
4. 前記第一金属部材及び前記第二金属部材の対向する各角部に丸面取り加工を施す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中空容器の製造方法。
5. 底部と前記底部の周縁から立ち上る周壁部とを備える第一金属部材と、底部と前記底部の周縁から立ち上る周壁部とを備える第二金属部材とを用意する準備工程と、
   前記第一金属部材の前記周壁部の端面と、前記第二金属部材の前記周壁部の端面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
   前記突合せ部に対してＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接でスポット仮付けを行う仮接合工程と、
   攪拌ピンを備える本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に対して前記本接合用回転ツールを一周させて摩擦攪拌する本接合工程と、を含むことを特徴とする中空容器の製造方法。
6. 底部と前記底部の周縁から立ち上る周壁部とを備える第一金属部材と、平板状の第二金属部材とを用意する準備工程と、
   前記第一金属部材の前記周壁部の端面と、前記第二金属部材の裏面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
   前記突合せ部に対してＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接でスポット仮付けを行う仮接合工程と、
   攪拌ピンを備える本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に対して前記本接合用回転ツールを一周させて摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、
   前記突合せ工程では、前記第一金属部材の側面と前記第二金属部材の側面とが面一になるように前記突合せ部を形成し、
   前記本接合工程では、前記第一金属部材の前記側面及び前記第二金属部材の前記側面と、前記本接合用回転ツールの回転中心軸とが垂直となるように設定しつつ、前記本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記突合せ部に挿入することを特徴とする中空容器の製造方法。
7. 前記第一金属部材及び前記第二金属部材の対向する各角部に丸面取り加工を施すことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の中空容器の製造方法。

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