KR101708590B1

KR101708590B1 - 부재의 접합 방법

Info

Publication number: KR101708590B1
Application number: KR1020157027900A
Authority: KR
Inventors: 료 요시다; 히사시 호리
Original assignee: 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2017-02-20
Also published as: CN105163893A; WO2014181720A1; TW201446371A; JP2014217868A; CN105163893B; JP6028674B2; TWI579084B; KR20150123945A

Abstract

버어를 제어함과 함께 피접합 부재의 의장성을 향상시키는 것을 과제로 한다. 프레임 형상을 나타내는 제1 부재(2)와, 제1 부재(2)에 대향하는 제2 부재(3)를 준비하는 준비 공정과, 제1 부재(2)의 단부면과 이 단부면에 대향하는 제2 부재(3)의 대향면을 맞대어 마찰 압접을 행하는 마찰 압접 공정과, 마찰 압접 공정에서 형성된 버어를 용가재로 하여 용접을 행하는 용접 공정을 포함하고, 마찰 압접 공정에서는, 제1 부재(2)와 제2 부재(3)의 맞댐부의 외측에 있어서, 마찰 압접의 개시 시에 간격을 두고 대향하는 한 쌍의 이격면을 형성해 두고, 상기 한 쌍의 이격면의 사이에 마찰 압접에 의해 발생한 버어를 수용하는 것을 특징으로 한다.

Description

부재의 접합 방법 {METHOD FOR JOINING MEMBERS}

본 발명은 부재의 접합 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 특허문헌 1에는 원통 형상을 나타내는 금속 부재끼리를 마찰 압접에 의해 접합하는 방법이 개시되어 있다. 이 접합 방법은, 원통 형상의 금속 부재의 단부면끼리를 압박하면서 중심축 주위로 고속 회전시킴으로써, 접합부에 마찰열을 발생시켜 양쪽 부재를 접합한다고 하는 것이다.

국제 공개 제2008/010265호 팸플릿

마찰 압접 공정에 있어서는, 접합부의 주위에 불가피적으로 버어가 발생한다. 상기 버어는, 접합부의 주위에 불규칙하게 팽출되기 때문에, 상기 버어의 처리가 번잡해짐과 함께, 피접합 부재의 의장성 등에도 악영향을 미친다.

또한, 접합하는 한 쌍의 부재 중 어느 하나가 프레임 형상 부재인 경우에는, 접합부의 외측 및 내측(내공측)의 양쪽에 버어가 발생한다. 피접합 부재의 내측을, 예를 들어 유체를 흘리는 유로로서 사용하는 경우에는, 피접합 부재의 내측에 버어가 팽출되면, 유체의 유통을 방해하는 요인으로 된다.

이와 같은 관점에서, 본 발명은 버어를 제어함과 함께 피접합 부재의 의장성을 향상시킬 수 있는 부재의 접합 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

이와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은 알루미늄 합금제의 제1 부재와, 상기 제1 부재에 대향하는 알루미늄 합금제의 제2 부재를 준비하는 준비 공정과, 상기 제1 부재의 단부면과 상기 단부면에 대향하는 제2 부재의 대향면을 맞대어 마찰 압접을 행하는 마찰 압접 공정과, 상기 마찰 압접 공정에서 형성된 버어를 용가재로 하여 용접을 행하는 용접 공정을 포함하고, 상기 제1 부재 중 상기 제2 부재가 맞대어지는 부위는 평면에서 볼 때 직사각형 프레임 형상을 나타내고, 상기 제1 부재는 판 형상의 한 쌍의 제1 종변부와 상기 제1 종변부보다도 길이 치수가 작은 판 형상의 제1 횡변부를 구비하는 평면에서 볼 때 직사각형 프레임 형상의 제1 측벽부와 상기 제1 측벽부의 내부에 형성된 복수의 구획부를 구비하는 중공 압출 성형품이며, 상기 제2 부재는 평면에서 볼 때 직사각형의 바닥부와 상기 바닥부로부터 현수된 평면에서 볼 때 직사각형 프레임 형상의 제2 측벽부를 구비하는 다이캐스트 성형품이며, 상기 마찰 압접 공정에서는, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 맞댐부의 외측에 있어서, 상기 제1 종변부의 길이 방향만을 따라서 마찰 압접의 개시 시에 간격을 두고 대향하는 한 쌍의 이격면을 형성해 두고, 상기 마찰 압접 공정에서는, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 상기 제1 종변부와 평행하게 상대적으로 왕복 이동시키고, 상기 한 쌍의 이격면의 사이에 마찰 압접에 의해 발생하는 상기 버어를 수용함과 함께, 상기 버어를 상기 이격면으로 유도시켜 배출시키고, 상기 용접 공정에서는, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 맞댐부의 상기 제1 종변부의 외측에 형성된 상기 버어를 용가재로 하여 레이저 용접하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 의하면, 한 쌍의 이격면의 사이에 버어를 수용함으로써, 종래와 같이 피접합 부재의 외측에 버어가 불규칙하게 팽출되는 것을 적게 하거나, 또는 없앨 수 있다. 또한, 용접 공정을 행함으로써, 피접합 부재의 외면을 깨끗하게 마무리할 수 있다. 또한, 버어를 용가재로서 이용할 때에는, 한 쌍의 이격면의 사이에 용가재를 모을 수 있기 때문에, 용접 작업을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 이러한 방법에 의하면, 상기 제1 부재 중 상기 제2 부재가 맞대어지는 부위가 평면에서 볼 때 직사각형 프레임 형상을 나타내는 경우에도 부재끼리를 접합할 수 있다. 또한, 제1 종변부와 평행하게 왕복 이동시키면 상기 제1 종변부에 걸치는 맞댐부에 버어가 많이 발생하는 경향이 있지만, 제1 종변부의 길이 방향을 따라 한 쌍의 이격면을 형성함으로써 버어를 효과적으로 수용할 수 있다.

또한, 상기 마찰 압접 공정에서는, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 맞댐부의 내측에 있어서, 마찰 압접의 개시 시에 간격을 두고 대향하는 서로 평행한 한 쌍의 이격면을 형성해 두고, 상기 한 쌍의 이격면의 사이에 마찰 압접에 의해 발생하는 상기 버어를 수용하는 것이 바람직하다.

이러한 방법에 의하면, 예를 들어 피접합 부재의 내측을, 유체를 흘리는 유로로서 사용하는 경우에 있어서, 피접합 부재의 내측에 버어가 불규칙하게 팽출되는 것을 적게 하거나, 또는 없앨 수 있다. 이에 의해, 버어가 유체의 유통 방해로 되는 것을 방지할 수 있다.

삭제

본 발명에 관한 부재의 접합 방법에 의하면, 버어를 제어함과 함께 피접합 부재의 의장성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 중공 용기의 분해 사시도이다.
도 2의 (a)는 제1 실시 형태에 관한 제1 부재의 평면도이며, (b)는 제1 실시 형태에 관한 제2 부재의 평면도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 중공 용기의 단면도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 부재의 접합 방법의 맞댐 공정을 도시하는 단면도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 부재의 접합 방법을 도시하는 단면도로, (a)는 맞댐 공정을 도시하고, (b)는 마찰 압접 공정 후를 도시하고, (c)는 용접 공정을 도시한다.
도 6의 (a)는 제1 변형예에 관한 부재의 접합 방법의 맞댐 공정을 도시하는 단면도이며, (b)는 제2 변형예에 관한 부재의 접합 방법의 맞댐 공정을 도시하는 단면도이다.
도 7은 제3 변형예에 관한 부재의 접합 방법의 맞댐 공정을 도시하는 단면도이다.
도 8의 (a)는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 중공 용기의 분해 사시도이며, (b)는 제2 실시 형태에 관한 부재의 접합 방법의 맞댐 공정을 도시하는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 통 형상 부재의 분해 사시도이다.
도 10은 제3 실시 형태에 관한 통 형상 부재의 단면도이다.
도 11은 제3 실시 형태에 관한 부재의 접합 방법의 맞댐 공정을 도시하는 단면도이다.

[제1 실시 형태]

본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부재의 접합 방법에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 부재의 접합 방법에서는, 금속 부재끼리를 접합하여 중공 용기(1)를 제조하는 경우를 예시한다. 중공 용기(1)는, 예를 들어 내부에 유체를 흘려 전열 부재로서 사용된다. 설명에 있어서의 「전후」, 「좌우」, 「상하」는 도 1의 화살표에 따른다[제1 부재(2)를 기준으로 한다].

중공 용기(1)는 제1 부재(2)와, 제2 부재(3)로 구성된다. 제1 부재(2) 및 제2 부재(3)의 재료는, 마찰 압접이 가능한 금속이라면 특별히 제한되지 않지만, 본 실시 형태에서는 모두 알루미늄 합금을 사용하고 있다. 또한, 제1 부재(2) 및 제2 부재(3)의 내력도 특별히 제한되지 않지만, 본 실시 형태에서는, 제1 부재(2)의 내력보다도 제2 부재(3)의 내력 쪽이 커지도록 설정하고 있다. 즉, 후기하는 마찰 압접 공정 시에, 제1 부재(2)보다도 제2 부재(3) 쪽이 연화되기 어렵게 되어 있다. 먼저, 접합하기 전의 제1 부재(2)와 제2 부재(3)의 구성에 대해 설명한다.

제1 부재(2)는 평면에서 볼 때 직사각형의 바닥부(11)와, 바닥부(11)에 기립 설치된 평면에서 볼 때 직사각형 프레임 형상의 제1 측벽부(12)와, 제1 측벽부(12)의 내부에 형성된 복수의 구획부(13)로 구성되어 있다. 제1 부재(2)의 성형 방법은 특별히 제한되지 않지만, 본 실시 형태에서는 압출 성형에 의해 제1 측벽부(12)와 구획부(13)를 일체 성형한 후, 상기 성형품의 단부에 바닥부(11)를 접합하고 있다.

제1 측벽부(12)는 제1 종변부(14, 14)와, 제1 횡변부(15, 15)로 구성되어 있다. 제1 종변부(14, 14)는, 판 형상을 나타내고 서로 이격되어 평행하게 배치되어 있다. 제1 횡변부(15, 15)는, 판 형상을 나타내고 서로 이격되어 평행하게 배치되어 있다. 제1 종변부(14)는 제1 횡변부(15)에 대해 직각으로 되어 있다. 제1 종변부(14)의 상단부면(14a)과 제1 횡변부(15)의 상단부면(15a)은 동일 평면이 되도록 되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 제1 종변부(14)는 가상의 경계면(측단부면)(14b)까지로 한다. 또한, 제1 횡변부(15)는 가상의 경계면(측면)(15e)까지로 한다. 제1 종변부(14)의 가상의 경계면(14b)은 제1 횡변부(15)의 가상의 경계면(15e)에 접속되어 있다.

도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 상단부면(14a)은 2개의 영역으로 나뉘어진다. 후기하는 맞댐 공정에 있어서 하단부면(24a)과 접촉하는 면을 상단부면(14a₁)이라고 하고, 하단부면(24a)과 이격되는 면을 상단부면(14a₂)이라고 한다.

구획부(13)는 판 형상을 나타내고 제1 종변부(14, 14)에 대해 직각으로 연결되어 있다. 구획부(13)는 등간격으로 복수매 배치되어 있다. 제1 측벽부(12)와 구획부(13)로 형성된 복수의 공간은, 유체가 흐르는 유로(P, P…)로서 사용된다. 구획부(13)의 상단부면(13a)은 상단부면(14a, 15a)과 동일 평면이 되도록 되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 제2 부재(3)는 평면에서 볼 때 직사각형의 바닥부(21)와, 바닥부(21)로부터 현수된 평면에서 볼 때 직사각형 프레임 형상의 제2 측벽부(22)로 구성되어 있다. 제2 부재(3)의 내부에는, 바닥부(21)와 제2 측벽부(22)로 구성된 오목부(Q)가 형성되어 있다. 제2 부재(3)의 성형 방법은 특별히 제한되지 않지만, 본 실시 형태에서는 다이캐스트에 의해 일체 성형되어 있다.

제2 측벽부(22)는 제2 종변부(24, 24)와, 제2 횡변부(25, 25)로 구성되어 있다. 제2 종변부(24, 24)는, 판 형상을 나타내고 서로 이격되어 평행하게 배치되어 있다. 제2 횡변부(25, 25)는, 판 형상을 나타내고 서로 이격되어 평행하게 배치되어 있다. 제2 종변부(24)는 제2 횡변부(25)에 대해 직각으로 되어 있다. 제2 종변부(24)의 길이 및 판 두께는, 제1 종변부(14)의 길이 및 판 두께와 각각 동등하게 되어 있다. 또한, 제2 횡변부(25)의 길이 및 판 두께는, 제1 횡변부(15)의 길이 및 판 두께와 동등하게 되어 있다.

도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 종변부(24)는 가상의 경계면(측단부면)(24b)까지로 한다. 또한, 제2 횡변부(25)는 가상의 경계면(측면)(25e)까지로 한다. 제2 종변부(24)의 가상의 경계면(24b)은 제2 횡변부(25)의 가상의 경계면(25e)에 접속되어 있다.

도 1 및 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 하단부면(24a, 24a)의 외측에는 각각 절결부(26)가 형성되어 있다. 절결부(26)는 바닥면(26a)과, 바닥면(26a)에 대해 수직인 측면(26b)으로 구성되어 있다. 절결부(26)는 제2 종변부(24)의 길이 방향의 전체 길이를 따라 일정 단면으로 형성되어 있다. 절결부(26)의 높이[측면(26b)의 높이]는 제1 부재(2) 및 제2 부재(3)의 재료나 마찰 압접의 조건에 의해 적절히 설정된다.

도 3은 제1 실시 형태에 관한 중공 용기의 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 중공 용기(1)는 제1 부재(2)와 제2 부재(3)가 마찰 압접에 의해 접합되어 있다. 제1 부재(2)와 제2 부재(3)의 접합부에는, 그 외주에 걸쳐 용접 금속 W1이 형성되어 있다. 용접 금속 W1은 레이저 용접에 의해 형성되는 부위이다.

이어서, 본 실시 형태에 관한 부재의 접합 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 부재의 접합 방법에서는, 준비 공정과, 맞댐 공정과, 마찰 압접 공정과, 용접 공정을 행한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 준비 공정은, 제1 부재(2)와 제2 부재(3)를 준비하는 공정이다. 제1 부재(2) 및 제2 부재(3)의 성형 방법은 특별히 제한되는 것은 아니다.

도 4에 도시한 바와 같이, 맞댐 공정은, 제1 부재(2)와 제2 부재(3)를 맞대는 공정이다. 맞댐 공정에서는, 제1 부재(2)의 상단부면(14a₁, 14a₁)과 제2 부재(3)의 하단부면(대향면)(24a, 24a)을 면 접촉시킨다. 또한, 제1 부재(2)의 상단부면(15a, 15a)과 제2 부재(3)의 하단부면(대향면)(25a, 25a)을 면 접촉시킨다. 또한, 제1 부재(2)의 제1 측벽부(12)의 외주면과 제2 부재(3)의 제2 측벽부(22)의 외주면을 동일 평면이 되도록 한다. 이에 의해, 맞댐부 J1이 형성된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 맞댐 공정에서는, 제2 부재(3)의 제2 종변부(24)에 절결부(26)가 형성되어 있기 때문에, 상단부면(14a₂)과 바닥면(26a)은 약간의 간극을 두고 대향한다. 바닥면(26a) 및 이 바닥면(26a)에 대향하는 상단부면(14a₂)은, 특허청구범위의 「이격면」에 상당한다.

또한, 본 실시 형태의 마찰 압접 공정에서는, 제1 부재(2)를 고정하고 제2 부재(3)를 상대 이동시키기 위해, 맞댐 공정에서는, 제1 부재(2)의 제1 측벽부(12)의 주위를 고정 지그로 이동 불가능하게 구속한다.

마찰 압접 공정은, 마찰 공정과 압접 공정을 행하여, 제1 부재(2)와 제2 부재(3)를 접합하는 공정이다. 마찰 공정에서는, 맞대어진 제1 부재(2)와 제2 부재(3)를 서로 근접하는 방향으로 압박한다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 제1 종변부(14)의 길이 방향과 평행하게 제1 부재(2) 및 제2 부재(3)를 상대적 또한 직선적으로 왕복 이동시킨다. 본 실시 형태에서는, 제1 부재(2)는 이동시키지 않고, 제2 부재(3)만을 직선적으로 왕복 이동시킨다.

도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 마찰 공정에서는, 상단부면(14a₁)과 하단부면(24a) 및 상단부면(15a)과 하단부면(25a)(도 4 참조)이 서로 마찰된다.

마찰 공정에 있어서의 조건은 적절히 설정하면 되지만, 예를 들어 주파수를 100∼260㎐, 진폭을 1.0∼2.0㎜, 마찰 압력을 20∼60㎫로 설정한다. 또한, 마찰 공정의 시간을 5∼10초 정도로 설정한다. 마찰 공정이 종료되면, 즉시 압접 공정으로 이행한다.

압접 공정에서는, 제1 부재(2) 및 제2 부재(3)를 상대 이동시키지 않고 서로 근접하는 방향으로 압박한다. 압접 공정에 있어서의 조건은 적절히 설정하면 되지만, 예를 들어 업셋 압력을 60∼80㎫, 시간을 3∼5초 정도로 설정한다.

마찰 공정에 의해 접합부에 마찰열이 발생한 후, 왕복 이동을 정지시키고, 압접 공정에 의해 업셋 압력을 부여하면, 접합부에 분자간 인력이 작용하여 제1 부재(2)와 제2 부재(3)가 결합된다. 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 마찰 압접 공정에서는, 연화된 모재가 외부로 배출됨으로써, 제1 측벽부(12) 및 제2 측벽부(22) 중 서로 마찰되어 있는 부위의 높이가 서서히 작아진다. 그리고, 연화된 모재가 접합부의 내측 및 외측으로 압출됨으로써 버어(S)가 발생한다.

마찰 압접 공정 후에는 상단부면(14a₂)과 바닥면(26a)의 거리는 마찰 압접 전의 절반 이하로 되어 있다. 외측에 발생하는 버어(S)는, 상단부면(14a₂), 측면(26b) 및 바닥면(26a)으로 둘러싸인 스페이스에 수용된다. 본 실시 형태와 같이, 버어(S)의 선단측이 외면보다도 외측으로 돌출되어 있어도 된다.

용접 공정은, 제1 부재(2) 및 제2 부재(3)의 맞댐부 J1의 외측에 형성된 버어(S)를 용가재로 하여 용접을 행한다. 용접의 종류는 특별히 제한되지 않지만, 본 실시 형태에서는 레이저 용접을 행한다. 용접 공정에서는, 아크 용접 등 다른 종류의 용접 방법으로 행해도 된다.

도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 용접 공정의 용접의 중심선 V1과 바닥면(26a)이 겹치도록 설정하고 있기 때문에, 용접의 중심선 V1과 맞댐부 J1은 이격된다. 이상에 의해, 중공 용기(1)가 형성된다.

이상 설명한 본 실시 형태에 관한 부재의 접합 방법에 의하면, 마찰 압접의 개시 시에 있어서, 상단부면(이격면)(14a₂)과 바닥면(이격면)(26a)은 약간의 간극을 두고 대향한다. 이에 의해, 마찰 압접 공정 시에, 상기 이격면의 사이에 버어(S)를 수용할 수 있어, 종래와 같이 피접합 부재의 외측에 버어가 불규칙하게 팽출되는 것을 방지할 수 있다.

가령, 종래와 같이 이격면이 없는 형태이면, 버어는 제1 부재(2) 및 제2 부재(3)의 상하 방향, 외측 방향으로 불규칙하게 팽출된다. 그러나, 본 실시 형태라면, 버어(S)가 상단부면(14a₂) 및 바닥면(26a)으로 유도되면서 외측을 향해 배출되기 때문에, 불규칙하게 외부로 팽출되는 것을 방지하고, 상단부면(14a₂)과 바닥면(26a) 사이에 버어(S)를 모을 수 있다.

또한, 절결부(26)가 없는 경우에 비해, 마찰 압접의 접촉 면적이 작아지기 때문에, 마찰열도 작아져 버어의 발생량을 적게 할 수 있다.

또한, 용접 공정을 행함으로써, 중공 용기(피접합 부재)(1)의 외면을 깨끗하게 마무리할 수 있다. 또한, 한 쌍의 이격면의 사이에 용가재로 되는 버어(S)를 수용함으로써, 소정의 부위에 용가재를 모을 수 있기 때문에, 용접 작업을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 용접 공정에 있어서 버어를 용가재로 할 수 있기 때문에, 재료비를 삭감할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따르면, 제1 부재(2) 및 제2 부재(3) 중 서로 맞대어지는 부위가 평면에서 볼 때 직사각형 프레임 형상을 나타내는 경우에도, 부재끼리를 접합할 수 있다. 또한, 제1 종변부(14)와 평행하게 왕복 이동시키면 맞댐부 J1 중 제1 종변부(14) 및 제2 종변부(24)측에 버어(S)가 많이 발생하는 경향이 있지만, 제1 종변부(14)의 길이 방향을 따라 한 쌍의 이격면을 형성함으로써 버어(S)를 효과적으로 수용할 수 있다.

또한, 용접 공정 시에는, 바닥면(26a)에 평행하고, 또한 용접의 중심선 V1과 버어(S)의 선단이 겹치도록 설정해도 된다. 또한, 바닥면(26a)에 평행하고, 또한 용접의 중심선 V1이, 상단부면(14a₂)과 바닥면(26a) 사이의 중점을 통하도록 설정해도 된다. 버어(S)의 발생 형태에 따라 용접의 중심선 V1을 적절히 설정함으로써, 마무리면을 깨끗하게 할 수 있다.

[제1 변형예]

도 6의 (a)에 도시하는 제1 변형예는, 맞댐부 J1의 내측에도 이격면을 형성한 점에서 제1 실시 형태와 상이하다. 제1 변형예에서는, 제1 실시 형태와 상이한 점을 중심으로 설명한다.

도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 제2 부재(3A)는, 바닥부(21)와, 바닥부(21)로부터 현수되는 직사각형 프레임 형상의 제2 측벽부(22)로 구성되어 있다. 제2 측벽부(22)는 판 형상을 나타내는 한 쌍의 제2 종변부(24, 24)와, 판 형상을 나타내는 한 쌍의 제2 횡변부(25, 25)로 구성되어 있다. 제2 종변부(24)는 제2 횡변부(25)보다도 길게 되어 있다.

제2 종변부(24)의 하단부면(24a)의 내측 및 외측에는, 절결부(26, 27)가 형성되어 있다. 절결부(26, 27)는, 제2 종변부(24)의 길이 방향에 걸쳐 형성되어 있다. 절결부(26)는 바닥면(26a)과, 바닥면(26a)에 대해 수직인 측면(26b)으로 구성되어 있다. 마찬가지로 절결부(27)는 바닥면(27a)과, 바닥면(27a)에 대해 수직인 측면(27b)으로 구성되어 있다.

제1 변형예에 관한 부재의 접합 방법에서는, 준비 공정과, 맞댐 공정과, 마찰 압접 공정과, 용접 공정을 행한다.

준비 공정은, 제1 실시 형태와 대략 동등하다. 맞댐 공정은, 제1 부재(2)와 제2 부재(3A)를 맞대는 공정이다. 맞댐 공정에서는, 제1 종변부(14)의 상단부면(14a₁)과 제2 종변부(24)의 하단부면(24a)을 맞댐과 함께, 제1 횡변부(15)의 상단부면(15a)과 제2 횡변부(25)의 하단부면(25a)을 맞댄다. 이에 의해, 맞댐부 J2가 형성된다.

맞댐 공정에서는, 외측의 상단부면(14a₂)과 외측의 바닥면(26a)은 약간의 간극을 두고 대향한다. 또한, 내측의 상단부면(14a₂)과 내측의 바닥면(27a)은 약간의 간극을 두고 대향한다. 바닥면(26a) 및 이 바닥면(26a)에 대향하는 상단부면(14a₂), 바닥면(27a) 및 이 바닥면(27a)에 대향하는 상단부면(14a₂)은, 특허청구범위의 「이격면」에 상당한다.

마찰 압접 공정 및 용접 공정은, 제1 실시 형태와 대략 동등하다.

제1 변형예에 의해서도 제1 실시 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 중공 용기(1A)의 내부를, 유체를 흘리는 유로로서 사용하는 경우에는, 중공 용기(1A)의 내측에 발생한 버어(S)의 팽출에 의해 상기 유로가 좁혀져 유체의 유통의 방해로 될 우려가 있지만, 본 실시 형태와 같이, 내측에 형성된 한 쌍의 이격면의 사이에 버어를 수용하도록 함으로써, 중공 용기(1A)의 내측에의 버어의 팽출을 적게 하거나, 또는 없앨 수 있다.

[제2 변형예]

도 6의 (b)에 도시하는 제2 변형예는, 제1 부재(2B)에도 절결부(16)를 형성한 점에서 제1 실시 형태와 상이하다. 제2 변형예에서는, 제1 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명한다.

제1 부재(2B)의 제1 측벽부(12)는 판 형상을 나타내는 제1 종변부(14, 14)와, 판 형상을 나타내는 제1 횡변부(15, 15)로 구성되어 있다. 제1 측벽부(12)는 평면에서 볼 때 직사각형 프레임 형상을 나타낸다. 제1 종변부(14)의 상단부면(14a)의 외측에는 절결부(16)가 형성되어 있다. 절결부(16)는 바닥면(16a)과, 바닥면(16a)에 대해 수직인 측면(16b)으로 구성되어 있다.

제2 부재(3)는 제1 실시 형태와 동등하다. 절결부(16) 및 절결부(26)는 동일한 형상으로 되어 있다.

제2 변형예에 관한 부재의 접합 방법에서는, 준비 공정과, 맞댐 공정과, 마찰 압접 공정과, 용접 공정을 행한다.

준비 공정은, 제1 실시 형태와 대략 동등하다. 맞댐 공정은, 제1 부재(2B)와 제2 부재(3)를 맞대는 공정이다. 맞댐 공정에서는, 제1 종변부(14)의 상단부면(14a)과, 제2 종변부(24)의 하단부면(24a)을 맞댐과 함께, 제1 횡변부(15)의 상단부면(15a)과 제2 횡변부(25)의 하단부면(25a)을 맞댄다. 이에 의해, 맞댐부 J3이 형성된다.

맞댐 공정에서는, 절결부(16)의 바닥면(16a)과 절결부(26)의 바닥면(26a)은 약간의 간극을 두고 대향한다. 바닥면(16a) 및 이 바닥면(16a)에 대향하는 바닥면(26a)은 특허청구범위의 「이격면」에 상당한다.

마찰 압접 공정은, 제1 실시 형태와 동등하다. 용접 공정에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 맞댐부 J3의 바닥면(이격면)(16a)과 바닥면(이격면)(26a)의 사이에 수용되는 버어를 용가재로 하여 레이저 용접을 행한다. 제2 변형예에서는 용접의 중심선과 맞댐부 J3은 겹치게 되어 있다.

제2 변형예와 같이, 제1 부재(2B) 및 제2 부재(3)의 양쪽에 절결부(16, 26)를 형성하여 이격면(16a, 26a)을 형성해도 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

[제3 변형예]

도 7에 도시하는 제3 변형예는, 제2 부재(3C)에 모따기부(26C)를 형성한 점에서 제1 실시 형태와 상이하다. 제3 변형예에서는, 제1 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명한다.

제1 부재(2)는 제1 실시 형태와 동등한 부재를 사용하고 있다. 제2 부재(3C)는, 바닥부(21)와, 바닥부(21)로부터 현수되는 제2 측벽부(22)로 구성되어 있다. 제2 측벽부(22)는 평면에서 볼 때 직사각형 프레임 형상을 나타낸다. 제2 측벽부(22)는 제2 종변부(24, 24)와, 제2 횡변부(25, 25)로 구성되어 있다. 제2 종변부(24)의 하단부면(24a)의 외측에는, 길이 방향에 걸쳐 C 모따기된 모따기부(26C)가 형성되어 있다.

모따기부(26C)는, 제2 종변부(24)의 하단부면(24a)과 외면(24c)의 코너부를 모따기하여 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, C 모따기로 되어 있지만, 라운드 모따기이어도 된다.

제3 변형예에 관한 부재의 접합 방법에서는, 준비 공정과, 맞댐 공정과, 마찰 압접 공정과, 용접 공정을 행한다.

준비 공정은, 제1 실시 형태와 동등하다. 맞댐 공정은, 제1 부재(2)와 제2 부재(3C)를 맞대는 공정이다. 맞댐 공정에서는, 제1 종변부(14)의 상단부면(14a₁)과 제2 종변부(24)의 하단부면(24a)을 맞댐과 함께, 제1 횡변부(15)의 상단부면(15a)과 제2 횡변부(25)의 하단부면(25a)을 맞댄다. 이에 의해, 맞댐부 J4가 형성된다.

또한, 맞댐 공정에서는, 상단부면(14a₂)과 모따기부(26C)의 모따기면(26Ca)은 간극을 두고 대향한다. 상단부면(14a₂) 및 이 상단부면(14a₂)에 대향하는 모따기면(26Ca)은, 특허 청구 범위의 「이격면」에 상당한다.

마찰 압접 공정은, 제1 실시 형태와 동등하다. 마찰 압접 공정에 의해, 상단부면(14a₁)과 하단부면(24a)이 서로 마찰되어 마찰열이 발생하고, 연화된 모재가 외부로 배출됨으로써 제1 측벽부(12) 및 제2 측벽부(22) 중 서로 마찰되어 있는 부위의 높이가 서서히 작아진다. 본 실시 형태에서는, 마찰 압접 종료 후에, 모따기부(26C)의 절결 높이는 마찰 압접 전의 절반 정도로 된다. 배출된 버어는, 상단부면(14a₂)과 모따기면(26Ca)의 간극에 수용된다.

용접 공정에서는, 상단부면(14a₂)과 모따기면(26Ca)의 간극에 수용된 버어를 용가재로 하여 용접을 행한다.

이상의 제3 변형예와 같이, 제2 부재(3C)에 모따기부(26C)를 형성하는 경우에도, 마찰 압접에 의해 발생한 버어를 상단부면(14a₂)과 모따기면(26Ca) 사이에 수용할 수 있고, 제1 실시 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 맞댐부 J4의 외측의 코너부를 모따기하고 있지만, 내측에 모따기 가공을 실시해도 된다. 또한, 모따기부(26)는 모따기 가공으로 한정되는 것은 아니고, 다이캐스트에 의해 성형해도 된다.

[제2 실시 형태]

도 8의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태에서는, 프레임 형상의 제1 측벽부와 판 형상의 덮개 부재를 접합하는 점에서 제1 실시 형태와 상이하다. 제2 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 상이한 부분을 중심으로 설명한다.

제1 부재(2D)는, 제1 측벽부(12)를 구비하고 있다. 제1 측벽부(12)는 판 형상을 나타내는 제1 종변부(14, 14)와, 판 형상을 나타내는 제1 횡변부(15, 15)로 구성되어 있다. 제1 종변부(14)는 제1 횡변부(15)보다도 길게 되어 있다. 제1 측벽부(12)는 평면에서 볼 때 직사각형 프레임 형상을 나타낸다.

제1 종변부(14)의 상단부면(14a)의 외측에는, 절결부(26)가 형성되어 있다. 절결부(26)는 바닥면(26a)과, 바닥면(26a)에 수직인 측면(26b)으로 구성되어 있다. 절결부(26)는 제1 종변부(14)의 길이 방향 전체에 걸쳐 형성되어 있다.

제2 부재(3D)는, 평면에서 볼 때 직사각형의 판 형상을 나타낸다. 제2 부재(3D)의 외측 테두리는, 제1 측벽부(12)의 외측 테두리와 동일한 형상으로 되어 있다. 제2 부재(3D) 중 제1 종변부(14) 및 제1 횡변부(15)에 대향하는 부위에는, 프레임 형상의 대향면(31a)이 형성되어 있다. 대향면(31a) 중 제1 종변부(14)에 대향하는 부위는, 2개의 영역으로 나뉘어진다. 후기하는 맞댐 공정에 있어서, 상단부면(14a)과 접촉하는 면을 대향면(31a₁)으로 하고, 상단부면(14a)과 이격되는 면을 대향면(31a₂)으로 한다.

도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 준비 공정은, 제1 부재(2D)와 제2 부재(3D)를 준비하는 공정이다. 제1 부재(2D) 및 제2 부재(3D)의 성형 방법은 특별히 제한되는 것은 아니다.

도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 맞댐 공정에서는, 제1 부재(2D)의 상단부면(14a, 14a)과 제2 부재(3D)의 대향면(31a₁, 31a₁)을 면 접촉시킨다. 또한, 제1 부재(2D)의 상단부면(15a, 15a)과 대향면(31a, 31a)을 면 접촉시킨다. 이에 의해, 맞댐부 J5가 형성된다.

또한, 맞댐 공정에서는, 제2 부재(3)의 제1 종변부(14)에 절결부(26)가 형성되어 있기 때문에, 대향면(31a₂)과 바닥면(26a)은 약간의 간극을 두고 대향한다. 바닥면(26a) 및 이 바닥면(26a)에 대향하는 대향면(31a₂)은, 특허청구범위의 「이격면」에 상당한다.

마찰 압접 공정은, 마찰 공정과 압접 공정을 행하여, 제1 부재(2D)와 제2 부재(3D)를 접합하는 공정이다. 마찰 공정에서는, 맞대어진 제1 부재(2D)와 제2 부재(3D)를 서로 근접하는 방향으로 압박한다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 제1 종변부(14)의 길이 방향과 평행하게 제1 부재(2D) 및 제2 부재(3D)를 상대적 또한 직선적으로 왕복 이동시킨다. 본 실시 형태에서는, 제1 부재(2D)는 이동시키지 않고, 제2 부재(3D)만을 직선적으로 왕복 이동시킨다.

도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 마찰 공정에서는, 상단부면(14a)과 대향면(31a₂) 및 상단부면(15a)과 대향면(31a)이 서로 마찰되어 마찰열이 발생하고, 연화된 모재가 외부로 배출됨으로써, 제1 측벽부(12) 및 제2 측벽부(22) 중 서로 마찰되어 있는 부위의 높이가 서서히 작아진다.

마찰 공정에 의해 접합부에 마찰열이 발생한 후, 왕복 이동을 정지시키고, 압접 공정에 의해 업셋 압력을 부여하면, 접합부에 분자간 인력이 작용하여 제1 부재(2D)와 제2 부재(3D)가 결합된다. 마찰 공정 시에는, 연화된 모재가 접합부의 내측 및 외측으로 압출됨으로써 버어가 발생한다. 맞댐부 J5의 외측에 발생하는 버어는, 바닥면(26a)과 대향면(31a₂)으로 둘러싸인 스페이스에 수용된다.

용접 공정은, 제1 부재(2D) 및 제2 부재(3D)의 맞댐부 J5의 외측에 형성된 버어를 용가재로 하여 용접을 행한다. 용접의 종류는 특별히 제한되지 않지만, 본 실시 형태에서는 레이저 용접을 행한다. 용접 공정에서는, 아크 용접 등 다른 종류의 용접 방법으로 행해도 된다. 이상에 의해, 중공 용기(1D)가 형성된다.

제2 실시 형태에 관한 부재의 접합 방법과 같이 제2 부재(3D)를 판 형상의 덮개로 해도 제1 실시 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 절결부(26)를 제1 부재(2D)에만 형성하였지만, 제2 부재(3D)에만 형성해도 되고, 제1 부재(2D) 및 제2 부재(3D)의 양쪽에 절결부를 형성해도 된다.

또한, 상기한 실시 형태에서는, 종변부에만 절결부를 형성하였지만, 횡변부에만 형성해도 되고, 종변부와 횡변부의 양쪽에 형성해도 된다. 또한, 상기한 실시 형태에서는, 마찰 압접 공정 시에, 종변부와 평행하게 왕복 이동시켰지만, 횡변부와 평행하게 왕복 이동시켜도 되고, 종변부에 대해 비스듬히 왕복 이동시켜도 된다.

또한, 상기한 실시 형태 및 변형예에서는, 제1 부재 및 제2 부재 중 맞대어지는 부위의 형상을 평면에서 볼 때 직사각형 프레임 형상을 나타내도록 하였지만, 삼각 프레임 형상, 육각 프레임 형상 등 다른 다각 프레임 형상을 나타내도록 해도 된다.

또한, 상기한 실시 형태 및 변형예에서는, 제1 부재 및 제2 부재 중 어느 하나에 바닥부를 형성하고, 중공부를 구비한 중공 용기를 형성하는 경우를 예시하였지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 한쪽 또는 양쪽이 각통 형상을 나타내는 제1 부재 및 제2 부재를 접합하여, 바닥이 있는 통 형상 부재 또는 통 형상 부재를 형성해도 된다. 이 경우, 제1 부재 및 제2 부재 중 맞대어지는 부위의 형상은, 삼각형, 육각형 등 다른 다각 형상이어도 된다.

또한, 중실의 제1 부재 및 제2 부재를 접합해도 된다. 구체적으로는, 예를 들어 사각기둥끼리, 육각기둥끼리 등 다각기둥끼리를 접합하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우, 다각기둥끼리는 동일한 단면 형상이어도 되고, 상이한 단면 형상이어도 된다.

[제3 실시 형태]

이어서, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 제3 실시 형태에서는, 원통 형상을 나타내는 제1 부재 및 제2 부재를 접합하여 통 형상 부재를 형성하는 점에서 다른 실시 형태와 상이하다. 제3 실시 형태에서는, 도 9에 도시한 바와 같이 원통 형상을 나타내는 제1 부재(102)와, 원통 형상을 나타내는 제2 부재(103)를 접합한다. 제3 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 상이한 부분을 중심으로 설명한다.

제1 부재(102)는 원통 형상의 제1 측벽부(112)로 구성되어 있다. 제1 측벽부(112)의 상단부면(112a)은 2개의 영역으로 나뉘어진다. 후기하는 맞댐 공정에 있어서 하단부면(122a)과 접촉하는 면을 상단부면(112a₁)으로 하고, 하단부면(122a)과 이격되는 면을 상단부면(112a₂)으로 한다. 상단부면(112a₁)은 상단부면(112a)의 내측에 형성되고, 상단부면(112a₂)은 외측에 형성되어 있다.

제2 부재(103)는 원통 형상의 제2 측벽부(122)로 구성되어 있다. 제2 측벽부(122)의 외경 및 판 두께는, 제1 측벽부(112)의 외경 및 판 두께와 동등하게 되어 있다. 제2 측벽부(122)의 하단부면(122a)의 외측에는 절결부(116)가 형성되어 있다. 절결부(116)는 바닥면(116a)과, 바닥면(116a)에 대해 수직인 (116b)으로 형성되어 있다. 절결부(116)는 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다.

도 10은, 제3 실시 형태에 관한 통 형상 부재의 단면도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 통 형상 부재(101)는 제1 부재(102)와 제2 부재(103)를 마찰 압접에 의해 접합하고 있다. 제1 부재(102)와 제2 부재(103)의 접합부에는, 그 외주에 걸쳐 용접 금속 W1이 형성되어 있다. 용접 금속 W1은, 레이저 용접에 의해 형성되는 부위이다.

준비 공정은, 제1 부재(102)와 제2 부재(103)를 준비하는 공정이다. 제1 부재(102) 및 제2 부재(103)의 성형 방법은 특별히 제한되는 것은 아니다.

도 11에 도시한 바와 같이, 맞댐 공정은, 제1 부재(102)와 제2 부재(103)를 맞대는 공정이다. 맞댐 공정에서는, 제1 부재(102)의 상단부면(112a₁)과 제2 부재(103)의 하단부면(122a)을 맞댄다. 이에 의해, 맞댐부 J6이 형성된다.

맞댐 공정에서는, 제2 부재(103)에 절결부(116)가 형성되어 있기 때문에, 상단부면(112a₂)과 바닥면(116a)은 약간의 간극을 두고 대향한다. 바닥면(116a) 및 바닥면(116a)에 대향하는 상단부면(112a₂)은, 특허청구범위의 「이격면」에 상당한다.

또한, 본 실시 형태의 마찰 압접 공정에서는, 제1 부재(102)를 고정하고 제2 부재(103)를 상대 이동시키기 위해, 맞댐 공정에서는, 제1 부재(102)의 제1 측벽부(112)의 주위를 고정 지그로 이동 불가능하게 구속한다.

마찰 압접 공정은, 마찰 공정과 압접 공정을 행하여, 제1 부재(102)와 제2 부재(103)를 접합하는 공정이다. 마찰 공정에서는, 맞대어진 제1 부재(102)와 제2 부재(103)를 서로 근접하는 방향으로 압박한다. 그리고, 제1 부재(102)의 축 중심 주위로 제2 부재(103)를 원주 방향으로 회전시킨다.

마찰 압접 공정에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 연화된 모재가 접합부의 내측 및 외측으로 압출됨으로써 버어가 발생한다. 마찰 압접 공정 후에는 상단부면(112a₂)과 바닥면(116a)의 거리는 마찰 압접 전의 절반 정도로 된다. 외측에 발생하는 버어는, 상단부면(112a₂), 바닥면(116a) 및 측면(116b)으로 둘러싸인 스페이스에 수용된다. 용접 공정은, 제1 실시 형태와 대략 동등하다.

본 실시 형태와 같이, 제1 부재(102) 및 제2 부재(103)가 원통 형상을 나타내는 경우에도, 제1 실시 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 원통 형상끼리의 부재를 접합하였지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 접합되는 부재 중 적어도 한쪽이 원통 형상이라면 된다.

또한, 제1 부재 및 제2 부재 중 어느 하나에 바닥부를 형성하고, 바닥이 있는 원통 형상 부재 또는 중공 원통 형상 부재를 형성해도 된다. 또한, 중실의 제1 부재 및 제2 부재를 접합해도 된다. 구체적으로는, 원기둥끼리를 접합하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 특허청구범위의 청구항 2에 있어서의 「상기 제1 부재 중 상기 제2 부재가 맞대어지는 부위는 평면에서 볼 때 프레임 형상을 나타내고」라 함은, 제1 부재 중 상기 제2 부재가 맞대어지는 부위를 평면에서 본 경우의 형상이 원통 형상이나, 삼각 프레임 형상, 직사각형 프레임 형상, 육각 프레임 형상 등 다른 다각 프레임 형상을 포함하는 의미이다.

1 : 중공 용기
2 : 제1 부재
3 : 제2 부재
11 : 바닥부
12 : 제1 측벽부
13 : 구획부
14 : 제1 종변부
15 : 제1 횡변부
21 : 바닥부
22 : 제2 측벽부
24 : 제2 종변부
25 : 제2 횡변부
26 : 절결부

Claims

알루미늄 합금제의 제1 부재와, 상기 제1 부재에 대향하는 알루미늄 합금제의 제2 부재를 준비하는 준비 공정과,
상기 제1 부재의 단부면과 상기 단부면에 대향하는 제2 부재의 대향면을 맞대어 마찰 압접을 행하는 마찰 압접 공정과,
상기 마찰 압접 공정에서 형성된 버어를 용가재로 하여 용접을 행하는 용접 공정을 포함하고,
상기 제1 부재 중 상기 제2 부재가 맞대어지는 부위는 평면에서 볼 때 직사각형 프레임 형상을 나타내고, 상기 제1 부재는 판 형상의 한 쌍의 제1 종변부와 상기 제1 종변부보다도 길이 치수가 작은 판 형상의 제1 횡변부를 구비하는 평면에서 볼 때 직사각형 프레임 형상의 제1 측벽부와 상기 제1 측벽부의 내부에 형성된 복수의 구획부를 구비하는 중공 압출 성형품이며, 상기 제2 부재는 평면에서 볼 때 직사각형의 바닥부와 상기 바닥부로부터 현수된 평면에서 볼 때 직사각형 프레임 형상의 제2 측벽부를 구비하는 다이캐스트 성형품이며,
상기 마찰 압접 공정에서는, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 맞댐부의 외측에 있어서, 상기 제1 종변부의 길이 방향만을 따라서 마찰 압접의 개시 시에 간격을 두고 대향하는 한 쌍의 이격면을 형성해 두고,
상기 마찰 압접 공정에서는, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 상기 제1 종변부와 평행하게 상대적으로 왕복 이동시키고, 상기 한 쌍의 이격면의 사이에 마찰 압접에 의해 발생하는 상기 버어를 수용함과 함께, 상기 버어를 상기 이격면으로 유도시켜 배출시키고,
상기 용접 공정에서는, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 맞댐부의 상기 제1 종변부의 외측에 형성된 상기 버어를 용가재로 하여 레이저 용접하는 것을 특징으로 하는, 부재의 접합 방법.
제1항에 있어서,
상기 마찰 압접 공정에서는, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 맞댐부의 내측에 있어서, 마찰 압접의 개시 시에 간격을 두고 대향하는 서로 평행한 한 쌍의 이격면을 형성해 두고, 상기 한 쌍의 이격면의 사이에 마찰 압접에 의해 발생하는 상기 버어를 수용하는 것을 특징으로 하는, 부재의 접합 방법.
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