JP6777226B2

JP6777226B2 - 接合方法

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Publication number: JP6777226B2
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Authority: JP
Inventors: 伸城瀬尾; 堀　久司; 久司堀
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Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2020-10-28
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Description

本発明は、接合方法に関する。

一対のダブルスキンパネルを摩擦攪拌によって接合する技術が知られている（特許文献１）。図１４は、従来の接合方法の突合せ工程を示す断面図である。図１５は、従来の接合方法の摩擦攪拌工程を示す断面図である。図１４に示すように、従来の接合方法の突合せ工程では、第一金属部材１０１の端部と第二金属部材１０２の端部とを突き合わせる。第一金属部材１０１と第二金属部材１０２の端部には、それぞれ切欠き部が形成されており、両者を突き合わせると断面視クランク形状の突合せ部Ｊ１０が形成される。

図１５に示す摩擦攪拌工程では、ショルダ部Ｇ１と、攪拌ピンＧ２とを有する回転ツールＧを用いて摩擦攪拌接合を行う。回転ツールＧの移動軌跡には塑性化領域Ｗ１０が形成される。その際、ショルダ部Ｇ１の下端面を第一金属部材１０１の表面及び第二金属部材１０２の表面に数ミリ程度押し込みながら突合せ部Ｊ１０に沿って相対移動させる。このように突合せ部Ｊ１０を断面視クランク形状にすると、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の位置ずれを防ぐことができる。

特開２００８−２７９５１３号公報

しかし、従来の接合方法では、ショルダ部Ｇ１を第一金属部材１０１の表面及び第二金属部材１０２の表面に押し込むため、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２に作用する荷重が大きくなり、塑性流動材が突合せ部Ｊ１０の下端から中空部Ｚに流出するおそれがある。また、ショルダ部Ｇ１を第一金属部材１０１の表面及び第二金属部材１０２の表面に押し込むため、回転ツールＧの押圧荷重に耐えられるように第二金属部材１０２の支柱１０２ａの板厚を大きくする必要がある。

このような観点から本発明は、塑性流動材が突合せ部から流出するのを防ぐとともに、金属部材の薄肉化、軽量化を図ることができる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、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、前記第一金属部材の端部の表面に第一段差底面及び第一段差側面を形成するとともに、前記第二金属部材の端部の裏面に第二段差底面及び第二段差側面を形成する準備工程と、前記第一段差底面と前記第二段差底面とを重ね合わせて重合部を形成するとともに、前記第一段差側面と前記第二金属部材の端面とを突き合わせて表側突合せ部を形成し、さらに、前記第二段差側面と前記第一金属部材の端面とを突き合わせて裏側突合せ部を形成する重ね突合せ工程と、回転する前記攪拌ピンを前記表側突合せ部から挿入し、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表側突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記表側突合せ部及び前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記攪拌ピンは、前記回転ツールの回転軸に対して垂直な平坦面を備えるとともに、前記平坦面から突出する突起部を備え、前記摩擦攪拌工程では、前記平坦面を前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させるとともに、前記突起部の先端面が前記重合部よりも深く、且つ前記重合部が前記突起部の側面に位置するように挿入して前記表側突合せ部及び前記重合部を接合することを特徴とする。

また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、前記第一金属部材の端部の表面に第一段差底面及び第一段差側面を形成するとともに、前記第二金属部材の端部の裏面に第二段差底面及び第二段差側面を形成する準備工程と、前記第一段差底面と前記第二段差底面とを重ね合わせて重合部を形成するとともに、前記第一段差側面と前記第二金属部材の端面とを突き合わせて表側突合せ部を形成し、さらに、前記第二段差側面と前記第一金属部材の端面とを突き合わせて裏側突合せ部を形成する重ね突合せ工程と、回転する前記攪拌ピンを前記裏側突合せ部から挿入し、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裏側突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記裏側突合せ部及び前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記攪拌ピンは、前記回転ツールの回転軸に対して垂直な平坦面を備えるとともに、前記平坦面から突出する突起部を備え、前記摩擦攪拌工程では、前記平坦面を前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させるとともに、前記突起部の先端面が前記重合部よりも深く、且つ前記重合部が前記突起部の側面に位置するように挿入して前記裏側突合せ部及び前記重合部を接合することを特徴とする。

また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、前記第一金属部材及び前記第二金属部材は、上基板、下基板及び前記上基板と前記下基板とを接続する支持板とで主に構成されたダブルスキンパネルであり、前記第一金属部材の端部の表面に第一段差底面及び第一段差側面を形成するとともに、前記第二金属部材の端部の裏面に第二段差底面及び第二段差側面を形成する準備工程と、前記第一段差底面と前記第二段差底面とを重ね合わせて重合部を形成するとともに、前記第一段差側面と前記第二金属部材の端面とを突き合わせて表側突合せ部を形成し、さらに、前記第二段差側面と前記第一金属部材の端面とを突き合わせて裏側突合せ部を形成する重ね突合せ工程と、回転する前記攪拌ピンを前記表側突合せ部から挿入し、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表側突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記表側突合せ部及び前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記攪拌ピンは、前記回転ツールの回転軸に対して垂直な平坦面を備えるとともに、前記平坦面から突出する突起部を備え、前記摩擦攪拌工程では、前記平坦面を前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させるとともに、前記突起部の先端面が前記重合部よりも深く、且つ前記重合部が前記突起部の側面に位置するように挿入して前記表側突合せ部及び前記重合部を接合することを特徴とする。

また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、前記第一金属部材及び前記第二金属部材は、上基板、下基板及び前記上基板と前記下基板とを接続する支持板とで主に構成されたダブルスキンパネルであり、前記第一金属部材の端部の表面に第一段差底面及び第一段差側面を形成するとともに、前記第二金属部材の端部の裏面に第二段差底面及び第二段差側面を形成する準備工程と、前記第一段差底面と前記第二段差底面とを重ね合わせて重合部を形成するとともに、前記第一段差側面と前記第二金属部材の端面とを突き合わせて表側突合せ部を形成し、さらに、前記第二段差側面と前記第一金属部材の端面とを突き合わせて裏側突合せ部を形成する重ね突合せ工程と、回転する前記攪拌ピンを前記裏側突合せ部から挿入し、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裏側突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記裏側突合せ部及び前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記攪拌ピンは、前記回転ツールの回転軸に対して垂直な平坦面を備えるとともに、前記平坦面から突出する突起部を備え、前記摩擦攪拌工程では、前記平坦面を前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させるとともに、前記突起部の先端面が前記重合部よりも深く、且つ前記重合部が前記突起部の側面に位置するように挿入して前記裏側突合せ部及び前記重合部を接合することを特徴とする。

かかる接合方法によれば、攪拌ピンのみを接触させた状態で摩擦攪拌を行うため、第一金属部材及び第二金属部材に作用する負荷が小さくなり、塑性流動材が突合せ部から流出するのを防ぐことができる。また、第一金属部材及び第二金属部材に作用する負荷が小さくなるため、第一金属部材及び第二金属部材の薄肉化、軽量化を図ることができる。また、突起部の先端面を重合部よりも深く挿入することにより、重合部の周囲も確実に接合することができる。また、回転ツールが平坦面を有することにより、突起部の周辺に巻き上げられる塑性流動材を押え込むことができ、重合部の酸化被膜を確実に分断することができる。

また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、前記第一金属部材の表面に前記第二金属部材の裏面を重ね合わせて重合部を形成する重ね合わせ工程と、回転する前記攪拌ピンを前記第二金属部材の表面側から挿入し、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重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記攪拌ピンは、前記回転ツールの回転軸に対して垂直な平坦面を備えるとともに、前記平坦面から突出する突起部を備え、前記摩擦攪拌工程では、前記平坦面を前記第二金属部材に接触させるとともに、前記突起部の先端面を前記第一金属部材に接触させた状態で前記重合部を接合することを特徴とする。

また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、前記第一金属部材及び前記第二金属部材は、上基板、下基板及び前記上基板と前記下基板とを接続する支持板とで主に構成されたダブルスキンパネルであり、前記第一金属部材の表面に前記第二金属部材の裏面を重ね合わせて重合部を形成する重ね合わせ工程と、回転する前記攪拌ピンを前記第二金属部材の表面側から挿入し、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重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記攪拌ピンは、前記回転ツールの回転軸に対して垂直な平坦面を備えるとともに、前記平坦面から突出する突起部を備え、前記摩擦攪拌工程では、前記平坦面を前記第二金属部材に接触させるとともに、前記突起部の先端面を前記第一金属部材に接触させた状態で前記重合部を接合することを特徴とする。

かかる接合方法によれば、攪拌ピンのみを接触させた状態で摩擦攪拌を行うため、第一金属部材及び第二金属部材に作用する負荷が小さくなり、塑性流動材が突合せ部から流出するのを防ぐことができる。また、攪拌ピンのみを接触させた状態で摩擦攪拌を行うため、第一金属部材及び第二金属部材の薄肉化、軽量化を図ることができる。また、突起部の先端面を重合部よりも深く挿入することにより、重合部の周囲も確実に接合することがでる。また、回転ツールが平坦面を有することにより、突起部の周辺に巻き上げられる塑性流動材を押え込むことができ、重合部の酸化被膜を確実に分断することができる。

本発明に係る接合方法によれば、塑性流動材が突合せ部から流出するのを防ぐとともに、金属部材の薄肉化、軽量化を図ることができる。

本発明の第一実施形態に係る接合方法の準備工程を示す断面図である。第一実施形態に係る接合方法の重ね突合せ工程を示す断面図である。回転ツールを示す側面図である。第一実施形態に係る接合方法の上部表側摩擦攪拌工程を示す断面図である。第一実施形態に係る接合方法の上部裏側摩擦攪拌工程を示す断面図である。第二実施形態に係る接合方法の上部表側摩擦攪拌工程を示す断面図である。第三実施形態に係る接合方法の上部表側摩擦攪拌工程を示す断面図である。第四実施形態に係る接合方法の上部表側摩擦攪拌工程を示す断面図である。第五実施形態に係る接合方法の摩擦攪拌工程を示す断面図である。実施例の第一試験を示す平面図である。実施例の第一試験を示す断面図である。実施例の第二試験を示す平面図である。実施例の第二試験を示す断面図である。従来の接合方法の突合せ工程を示す断面図である。従来の接合方法の摩擦攪拌工程を示す断面図である。

［第一実施形態］
本発明の実施形態に係る接合方法について、図面を用いて詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る接合方法では、ダブルスキンパネルである第一金属部材１と、ダブルスキンパネルである第二金属部材２とを摩擦攪拌によって接合する。以下の説明における「表面」とは「裏面」の反対側の面という意味である。

第一金属部材１及び第二金属部材２はいずれも摩擦攪拌可能な金属で形成されている。第一金属部材１及び第二金属部材２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から適宜選択される。本実施形態に係る接合方法では、準備工程と、重ね突合せ工程と、摩擦攪拌工程とを行う。

準備工程は、第一金属部材１及び第二金属部材２を用意する工程である。第一金属部材１は、上基板１１と、下基板１２と、支持板１３とで主に構成されている。第一金属部材１は、例えば、押出し形材である。上基板１１の端部の表面１１ｂには、第一上部段差部１５が形成されている。第一上部段差部１５は、第一上部段差底面（第一段差底面）１５ａと、第一上部段差側面（第一段差側面）１５ｂとで構成されている。第一上部段差底面１５ａと、第一上部段差側面１５ｂとは垂直になっている。上基板１１と下基板１２との間には中空部１４が形成されている。

下基板１２の端部の表面１２ｂには、第一下部段差部１６が形成されている。第一下部段差部１６は、第一下部段差底面（第一段差底面）１６ａと、第一下部段差側面（第一段差側面）１６ｂとで構成されている。第一下部段差底面１６ａと、第一下部段差側面１６ｂとは垂直になっている。支持板１３は、上基板１１の裏面１１ｃと、下基板１２の裏面１２ｃとをそれぞれ垂直に連結する板状部材である。上基板１１と支持板１３との角部は円弧状になっている。また、下基板１２と支持板１３との角部も円弧状になっている。

第二金属部材２は、上基板２１と、下基板２２と、支持板２３とで主に構成されている。第二金属部材２は、例えば、押出し形材である。上基板２１の端部の裏面２１ｃには、第二上部段差部２５が形成されている。第二上部段差部２５は、第二上部段差底面（第二段差底面）２５ａと、第二上部段差側面（第二段差側面）２５ｂとで構成されている。第二上部段差底面２５ａと、第二上部段差側面２５ｂとは垂直になっている。上基板２１と下基板２２との間には中空部２４が形成されている。

下基板２２の端部の裏面２２ｃには、第二下部段差部２６が形成されている。第二下部段差部２６は、第二下部段差底面（第二段差底面）２６ａと、第二下部段差側面（第二段差側面）２６ｂとで構成されている。第二下部段差底面２６ａと、第二下部段差側面２６ｂとは垂直になっている。支持板２３は、上基板２１の裏面２１ｃと、下基板２２の裏面２２ｃとをそれぞれ垂直に連結する板状部材である。上基板２１と支持板２３との角部は円弧状になっている。また、下基板２２と支持板２３との角部も円弧状になっている。

重ね突合せ工程は、図２に示すように、第一金属部材１の端部と第二金属部材２の端部とを突き合せて突合せ部Ｊ１，Ｊ２を形成する工程である。突合せ部Ｊ１は、上部重合部（重合部）Ｊ１ａと、上部表側突合せ部Ｊ１ｂと、上部裏側突合せ部Ｊ１ｃとで構成されている。上部重合部Ｊ１ａは、第一上部段差底面１５ａと、第二上部段差底面２５ａとが重ね合わされて形成されている。

上部表側突合せ部Ｊ１ｂは、第一上部段差側面１５ｂと、上基板２１の端面２１ａとが突き合わされて形成されている。上部裏側突合せ部Ｊ１ｃは、上基板１１の端面１１ａと第二上部段差側面２５ｂとが突き合わされて形成されている。

突合せ部Ｊ２は、下部重合部（重合部）Ｊ２ａと、下部表側突合せ部Ｊ２ｂと、下部裏側突合せ部Ｊ２ｃとで構成されている。下部重合部Ｊ２ａは、第一下部段差底面１６ａと、第二下部段差底面２６ａとが重ね合わされて形成されている。下部表側突合せ部Ｊ２ｂは、第一下部段差側面１６ｂと、下基板２２の端面２２ａとが突き合わされて形成されている。下部裏側突合せ部Ｊ２ｃは、下基板１２の端面１２ａと、第二下部段差側面２６ｂとが突き合わされて形成されている。このように、突合せ部Ｊ１，Ｊ２が断面視クランク形状となるように第一金属部材１と第二金属部材２とを突き合わせることにより、摩擦攪拌工程の際の位置ずれを防ぐことができる。

摩擦攪拌工程は、図３及び図４に示すように、突合せ部Ｊ１，Ｊ２に対して回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合を行う工程である。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。攪拌ピンＦ２の先端には、突起部Ｆ４が形成されている。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、摩擦攪拌装置（図示省略）の回転軸に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔（図示省略）が形成されている。

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の先端には、回転中心軸Ｃに対して垂直であり、かつ、平坦な平坦面Ｆ３が形成されている。

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。言い換えると、螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見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。言い換えると、この場合の螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て右回りに形成されている。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１及び第二金属部材２）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

突起部Ｆ４は、平坦面Ｆ３の中央に連結部Ｆ１と同軸で突設されている。突起部Ｆ４の形状は特に制限されないが、本実施形態では円柱状を呈する。突起部Ｆ４の側面に螺旋溝を形成してもよい。

本実施形態の摩擦攪拌工程では、上部表側摩擦攪拌工程と、上部裏側摩擦攪拌工程と、下部表側摩擦攪拌工程と、下部裏側摩擦攪拌工程とを行う。

上部表側摩擦攪拌工程は、図４に示すように、右回転させた回転ツールＦを上部表側突合せ部Ｊ１ｂに挿入し、上部表側突合せ部Ｊ１ｂに沿って回転ツールＦを相対移動させる。図４において、回転ツールＦは手前側から奥側へ移動させている。回転ツールＦの挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態では平坦面Ｆ３を第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に接触させつつ、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５が上部重合部Ｊ１ａよりも深くなるように設定する。つまり、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５は、第一金属部材１のみと接触するように挿入する。言い換えると、上部重合部Ｊ１ａが突起部Ｆ４の側面に位置するように回転ツールＦの挿入深さを設定する。回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ１が形成される。

上部裏側摩擦攪拌工程は、図５に示すように、右回転させた回転ツールＦを上部裏側突合せ部Ｊ１ｃに挿入し、上部裏側突合せ部Ｊ１ｃに沿って回転ツールＦを相対移動させる。図５において、回転ツールＦは手前側から奥側へ移動させている。回転ツールＦの挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態では平坦面Ｆ３を第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に接触させつつ、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５が上部重合部Ｊ１ａよりも深くなるように設定する。つまり、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５は、第二金属部材２のみと接触するように設定する。言い換えると、上部重合部Ｊ１ａが突起部Ｆ４の側面に位置するように回転ツールＦの挿入深さを設定する。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。なお、回転ツールＦは、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てもよい。このようにすると、中空部Ｚ内のような狭隘な部分でも容易に作業を行うことができる。

下部表側摩擦攪拌工程は、図２に示すように、右回転させた回転ツールＦを下部表側突合せ部Ｊ２ｂに挿入し、下部表側突合せ部Ｊ２ｂに沿って回転ツールＦを相対移動させる。下部表側摩擦攪拌工程は、上部表側摩擦攪拌工程と同じ要領で行うため、詳細な説明は省略する。

下部裏側摩擦攪拌工程は、図２に示すように、右回転させた回転ツールＦを下部裏側突合せ部Ｊ２ｃに挿入し、下部裏側突合せ部Ｊ２ｃに沿って回転ツールＦを相対移動させる。下部裏側摩擦攪拌工程は、上部裏側摩擦攪拌工程と同じ要領で行うため、詳細な説明は省略する。以上の工程によって第一金属部材１と第二金属部材２とが接合される。また、摩擦攪拌工程によって発生するバリを除去するバリ除去工程を行ってもよい。

以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１及び第二金属部材２に接触させた状態で摩擦攪拌を行うため、第一金属部材１及び第二金属部材２に作用する負荷が小さくなり、塑性流動材が突合せ部Ｊ１から流出するのを防ぐことができる。具体的には、上部表側摩擦攪拌工程を行う際に、塑性流動材が上部裏側突合せ部Ｊ１ｃから流出するのを防ぐことができる。

また、摩擦攪拌工程を行う際に、第一金属部材１及び第二金属部材２に作用する負荷が小さくなるため、第一金属部材１及び第二金属部材２の薄肉化、軽量化を図ることができる。つまり、上基板１１，２１、下基板１２，２２及び支持板１３，２３の板厚を薄くすることができる。また、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の幅を小さくすることができるため、上部重合部Ｊ１ａ及び下部重合部Ｊ２ａの幅を小さくすることができる。

また、摩擦攪拌工程において、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５を上部重合部Ｊ１ａ及び下部重合部Ｊ２ａよりもそれぞれ深く挿入することにより、上部重合部Ｊ１ａ及び下部重合部Ｊ２ａの周囲も確実に接合することができる。例えば、上部表側摩擦攪拌工程においては、上部重合部Ｊ１ａ及び上部表側突合せ部Ｊ１ｂの両方を摩擦攪拌接合できるため、接合強度を高めることができる。また、回転ツールＦが平坦面Ｆ３を有することにより、突起部Ｆ４の周辺に巻き上げられる塑性流動材を平坦面Ｆ３で押え込むことができ、上部重合部Ｊ１ａの酸化被膜を確実に分断することができる。

なお、第一実施形態の摩擦攪拌工程では、前記したように回転ツールＦの挿入深さを設定したが、平坦面Ｆ３が上部重合部Ｊ１ａよりも下方に位置するように回転ツールＦの挿入深さを設定してもよい。

［第二実施形態］
次に、図６を用いて本発明の第二実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法では、準備工程、重ね突合せ工程及び摩擦攪拌工程を行う。本実施形態では、摩擦攪拌工程の回転ツールＦの挿入深さが第一実施形態と相違するため、相違する部分を中心に説明する。

上部表側摩擦攪拌工程では、図６に示すように、右回転させた回転ツールＦを上部表側突合せ部Ｊ１ｂに挿入し、上部表側突合せ部Ｊ１ｂに沿って回転ツールＦを相対移動させる。図６において、回転ツールＦは手前側から奥側へ移動させている。回転ツールＦの挿入深さは、本実施形態では平坦面Ｆ３及び突起部Ｆ４の先端面Ｆ５がいずれも第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に接触するように設定する。つまり、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５が、上部重合部Ｊ１ａと接触しないように設定する。

以上説明した第二実施形態によれば、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１及び第二金属部材２に接触させた状態で摩擦攪拌を行うため、第一金属部材１及び第二金属部材２に作用する負荷が小さくなり、塑性流動材が突合せ部Ｊ１から流出するのを防ぐことができる。具体的には、上部表側摩擦攪拌工程を行う際に、塑性流動材が上部裏側突合せ部Ｊ１ｃから流出するのを防ぐことができる。

また、摩擦攪拌工程を行う際に、第一金属部材１及び第二金属部材２に作用する負荷が小さくなるため、第一金属部材１及び第二金属部材２の薄肉化、軽量化を図ることができる。また、回転ツールＦが平坦面Ｆ３を有することにより、突起部Ｆ４の周辺に巻き上げられる塑性流動材を平坦面Ｆ３で押え込むことができ、上部表側突合せ部Ｊ１ｂの酸化被膜を確実に分断することができる。

［第三実施形態］
次に、図７を用いて本発明の第三実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法では、準備工程、重ね突合せ工程及び摩擦攪拌工程を行う。本実施形態に係る接合方法では、回転ツールが第一実施形態と相違するため、相違する部分を中心に説明する。

図７に示すように、本実施形態に係る回転ツールＦＡは、突起体を設けていない点で第一実施形態で用いた回転ツールＦと相違する。本実施形態に係る上部表側摩擦攪拌工程では、図７に示すように、攪拌ピンＦ２を上基板１１，２１に接触させつつ、回転ツールＦＡの平坦面Ｆ３が、上部重合部Ｊ１ａよりも深くなるように挿入深さを設定する。

以上説明した第三実施形態に係る接合方法によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。

［第四実施形態］
次に、図８を用いて本発明の第四実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法では、回転ツールが第二実施形態と相違するため、相違する部分を中心に説明する。

図８に示すように、本実施形態に係る回転ツールＦＡは、突起体を設けていない点で第二実施形態に用いた回転ツールＦと相違する。本実施形態に係る上部表側摩擦攪拌工程では、図８に示すように、攪拌ピンＦ２を上基板１１，２１に接触させつつ、回転ツールＦＡの平坦面Ｆ３が、上部重合部Ｊ１ａよりも上方に位置するように挿入深さを設定する。

以上説明した第四実施形態に係る接合方法によっても、第二実施形態と略同等の効果を奏することができる。

［第五実施形態］
次に、図９を用いて本発明の第五実施形態に係る接合方法について説明する。第五実施形態に係る接合方法では、板状の第一金属部材４１と板状の第二金属部材５１を用いる点で第一実施形態と相違する。本実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。第五実施形態に係る接合方法では、準備工程、重ね合わせ工程及び摩擦攪拌工程を行う。

準備工程は、第一金属部材４１及び第二金属部材５１を用意する工程である。第一金属部材４１及び第二金属部材５１は、ダブルスキンパネルの一部を構成する部材であって、板状を呈し摩擦攪拌可能な金属部材である。

重ね合わせ工程は、第一金属部材４１と第二金属部材５１とを重ね合わせる工程である。第一金属部材４１の表面４１ａと、第二金属部材５１の裏面５１ａとが重ね合わされて重合部Ｊ３が形成される。

摩擦攪拌工程は、回転ツールＦを用いて重合部Ｊ３を摩擦攪拌接合する工程である。摩擦攪拌工程では、回転する回転ツールＦを第二金属部材５１の表面５１ｂから挿入し、回転ツールＦの平坦面Ｆ３を重合部Ｊ３よりも上方に位置させるとともに、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５を重合部Ｊ３よりも下方に位置させるように回転ツールＦの挿入深さを設定する。つまり、重合部Ｊ３が突起部Ｆ４の側面に位置するように回転ツールＦの挿入深さを設定する。

以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材４１及び第二金属部材５１に接触させた状態で摩擦攪拌を行うため、第一金属部材４１及び第二金属部材５１に作用する負荷が小さくなり、塑性流動材が重合部Ｊ３から外部へ流出するのを防ぐことができる。

また、摩擦攪拌工程を行う際に、第一金属部材４１及び第二金属部材５１に作用する負荷が小さくなるため、第一金属部材４１及び第二金属部材５１の薄肉化、軽量化を図ることができる。また、摩擦攪拌工程において、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５を重合部Ｊ３よりも深く挿入することにより、重合部Ｊ３の周囲も確実に接合することができる。これにより、接合強度を高めることができる。また、回転ツールＦが平坦面Ｆ３を有することにより、突起部Ｆ４の周辺に巻き上げられる塑性流動材を平坦面Ｆ３で押え込むことができ、重合部Ｊ３の酸化被膜を確実に分断することができる。

なお、回転ツールＦでは、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５が、重合部Ｊ３よりも上方に位置するように挿入深さを設定してもよい。つまり、攪拌ピンＦ２が第二金属部材５１のみと接触するように回転ツールＦの挿入深さを設定してもよい。この場合は、回転ツールＦと第二金属部材５１の摩擦熱によって、重合部Ｊ３が塑性流動化され接合される。なお、摩擦攪拌工程では、回転ツールＦの平坦面Ｆ３を重合部Ｊ３よりも深く挿入してもよい。

また、本実施形態の摩擦攪拌工程では、第一金属部材４１の裏面４１ｂから回転ツールＦを挿入し、重合部Ｊ３に対して摩擦攪拌接合を行ってもよい。この際、表側の塑性化領域Ｗ１と裏側の塑性化領域とが重なるようにしてもよい。

次に、本発明の実施例について説明する。実施例では、第一試験と、第二試験を行った。第一試験では、図１０に示すように、スタート部（Ｌ０ｍｍ）から、エンド部（Ｌ３５０ｍｍ）まで連続して摩擦攪拌接合を行った。第一試験における金属部材同士の突き合わせ方は第一実施形態と同じである。第一試験では、回転ツールＦの回転数を３０００ｒｐｍに設定し、送り速度を３００ｍｍ／分に設定した。第一試験では、第二実施形態のように、回転ツールＦの突起部Ｆ４の先端面Ｆ５が、重合部（上部重合部）よりも上方に位置するように挿入深さを設定した。図１１は、図１０のＬ０ｍｍ、Ｌ５０ｍｍ、Ｌ３００ｍｍ、Ｌ３５０ｍｍの各地点におけるマクロ断面図である。図１１に示すように、第一試験では、各地点とも接合状況は良好であった。

第二試験では、図１２に示すように、スタート部（Ｌ０ｍｍ）から、エンド部（Ｌ３５０ｍｍ）まで連続して摩擦攪拌接合を行った。第二試験における金属部材同士の突き合わせ方は第二実施形態と同じである。第二試験では、回転ツールＦの回転数を３５００ｒｐｍに設定し、送り速度を３００ｍｍ／分に設定した。第二試験では、第二実施形態と同じように、回転ツールＦの突起部Ｆ４の先端面Ｆ５が、重合部（上部重合部）よりも上方に位置するように挿入深さを設定した。図１３は、図１２のＬ０ｍｍ、Ｌ５０ｍｍ、Ｌ３００ｍｍ、Ｌ３５０ｍｍの各地点におけるマクロ断面図である。図１３に示すように、第二試験では、各地点とも接合状況は良好であった。

１第一金属部材
２第二金属部材
Ｆ回転ツール
Ｆ１連結部
Ｆ２攪拌ピン
Ｆ３平坦面
Ｆ４突起部
Ｆ５先端面
Ｊ１突合せ部
Ｊ１ａ上部重合部
Ｊ１ｂ上部表側突合せ部
Ｊ１ｃ上部裏側突合せ部
Ｊ２突合せ部
Ｊ２ａ下部重合部
Ｊ２ｂ下部表側突合せ部
Ｊ２ｃ下部裏側突合せ部
Ｗ１塑性化領域

Claims

攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、
前記第一金属部材の端部の表面に第一段差底面及び第一段差側面を形成するとともに、前記第二金属部材の端部の裏面に第二段差底面及び第二段差側面を形成する準備工程と、
前記第一段差底面と前記第二段差底面とを重ね合わせて重合部を形成するとともに、前記第一段差側面と前記第二金属部材の端面とを突き合わせて表側突合せ部を形成し、さらに、前記第二段差側面と前記第一金属部材の端面とを突き合わせて裏側突合せ部を形成する重ね突合せ工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記表側突合せ部から挿入し、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表側突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記表側突合せ部及び前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
前記攪拌ピンは、前記回転ツールの回転軸に対して垂直な平坦面を備えるとともに、前記平坦面から突出する突起部を備え、
前記摩擦攪拌工程では、前記平坦面を前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させるとともに、前記突起部の先端面が前記重合部よりも深く、且つ前記重合部が前記突起部の側面に位置するように挿入して前記表側突合せ部及び前記重合部を接合することを特徴とする接合方法。
攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、
前記第一金属部材の端部の表面に第一段差底面及び第一段差側面を形成するとともに、前記第二金属部材の端部の裏面に第二段差底面及び第二段差側面を形成する準備工程と、
前記第一段差底面と前記第二段差底面とを重ね合わせて重合部を形成するとともに、前記第一段差側面と前記第二金属部材の端面とを突き合わせて表側突合せ部を形成し、さらに、前記第二段差側面と前記第一金属部材の端面とを突き合わせて裏側突合せ部を形成する重ね突合せ工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記裏側突合せ部から挿入し、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裏側突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記裏側突合せ部及び前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
前記攪拌ピンは、前記回転ツールの回転軸に対して垂直な平坦面を備えるとともに、前記平坦面から突出する突起部を備え、
前記摩擦攪拌工程では、前記平坦面を前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させるとともに、前記突起部の先端面が前記重合部よりも深く、且つ前記重合部が前記突起部の側面に位置するように挿入して前記裏側突合せ部及び前記重合部を接合することを特徴とする接合方法。
攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、
前記第一金属部材の表面に前記第二金属部材の裏面を重ね合わせて重合部を形成する重ね合わせ工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記第二金属部材の表面側から挿入し、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重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
前記攪拌ピンは、前記回転ツールの回転軸に対して垂直な平坦面を備えるとともに、前記平坦面から突出する突起部を備え、
前記摩擦攪拌工程では、前記平坦面を前記第二金属部材に接触させるとともに、前記突起部の先端面を前記第一金属部材に接触させた状態で前記重合部を接合することを特徴とする接合方法。
攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材は、上基板、下基板及び前記上基板と前記下基板とを接続する支持板とで主に構成されたダブルスキンパネルであり、
前記第一金属部材の端部の表面に第一段差底面及び第一段差側面を形成するとともに、前記第二金属部材の端部の裏面に第二段差底面及び第二段差側面を形成する準備工程と、
前記第一段差底面と前記第二段差底面とを重ね合わせて重合部を形成するとともに、前記第一段差側面と前記第二金属部材の端面とを突き合わせて表側突合せ部を形成し、さらに、前記第二段差側面と前記第一金属部材の端面とを突き合わせて裏側突合せ部を形成する重ね突合せ工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記表側突合せ部から挿入し、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表側突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記表側突合せ部及び前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
前記攪拌ピンは、前記回転ツールの回転軸に対して垂直な平坦面を備えるとともに、前記平坦面から突出する突起部を備え、
前記摩擦攪拌工程では、前記平坦面を前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させるとともに、前記突起部の先端面が前記重合部よりも深く、且つ前記重合部が前記突起部の側面に位置するように挿入して前記表側突合せ部及び前記重合部を接合することを特徴とする接合方法。
攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材は、上基板、下基板及び前記上基板と前記下基板とを接続する支持板とで主に構成されたダブルスキンパネルであり、
前記第一金属部材の端部の表面に第一段差底面及び第一段差側面を形成するとともに、前記第二金属部材の端部の裏面に第二段差底面及び第二段差側面を形成する準備工程と、
前記第一段差底面と前記第二段差底面とを重ね合わせて重合部を形成するとともに、前記第一段差側面と前記第二金属部材の端面とを突き合わせて表側突合せ部を形成し、さらに、前記第二段差側面と前記第一金属部材の端面とを突き合わせて裏側突合せ部を形成する重ね突合せ工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記裏側突合せ部から挿入し、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裏側突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記裏側突合せ部及び前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
前記攪拌ピンは、前記回転ツールの回転軸に対して垂直な平坦面を備えるとともに、前記平坦面から突出する突起部を備え、
前記摩擦攪拌工程では、前記平坦面を前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させるとともに、前記突起部の先端面が前記重合部よりも深く、且つ前記重合部が前記突起部の側面に位置するように挿入して前記裏側突合せ部及び前記重合部を接合することを特徴とする接合方法。
攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材は、上基板、下基板及び前記上基板と前記下基板とを接続する支持板とで主に構成されたダブルスキンパネルであり、
前記第一金属部材の表面に前記第二金属部材の裏面を重ね合わせて重合部を形成する重ね合わせ工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記第二金属部材の表面側から挿入し、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重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
前記攪拌ピンは、前記回転ツールの回転軸に対して垂直な平坦面を備えるとともに、前記平坦面から突出する突起部を備え、
前記摩擦攪拌工程では、前記平坦面を前記第二金属部材に接触させるとともに、前記突起部の先端面を前記第一金属部材に接触させた状態で前記重合部を接合することを特徴とする接合方法。