KR102543018B1

KR102543018B1 - 접합 방법

Info

Publication number: KR102543018B1
Application number: KR1020217019094A
Authority: KR
Inventors: 노부시로 세오; 게이타 오이카와
Original assignee: 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2023-06-13
Also published as: JP7140036B2; US20220111465A1; WO2020208844A1; US11806802B2; KR20210092806A; CN113825584A; EP3903987A4; JP2020171953A; EP3903987A1

Abstract

금속 부재끼리를 적절하게 접합할 수 있는 접합 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 회전하는 선단측 핀(F3)을 내측 코너부에 삽입하고, 선단측 핀(F3)을 제1 금속 부재(1), 제2 금속 부재(2) 및 보조 부재(10)에 접촉시키면서, 기단측 핀(F2)의 외주면을 보조 부재(10)로 압박한 상태에서 내측 코너부를 따라 회전 툴(F)을 상대 이동시켜 제1 금속 부재(1), 제2 금속 부재(2) 및 보조 부재(10)를 접합하는 마찰 교반 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

접합 방법

본 발명은 접합 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 특허 문헌 1에는, 제1 금속 부재와 제2 금속 부재로 구성된 내측 코너부에, 회전 툴의 교반 핀만을 삽입하고, 마찰 교반 접합을 행하는 발명이 개시되어 있다. 회전 툴의 교반 핀만을 내측 코너부에 삽입하여 마찰 교반을 행하면, 소성 유동재가 외부로 넘쳐서 접합부의 금속이 부족하고, 접합 강도가 저하될 우려가 있다. 그 때문에, 당해 발명은, 내측 코너부에 보조 부재를 배치하고, 내측 코너부 및 보조 부재와 회전 툴을 접촉시킨 상태로 마찰 교반 접합을 행하고, 접합부의 금속 부족을 방지한다고 하는 것이다.

일본 특허 공개 제2017-121639호 공보

특허 문헌 1에 관한 발명에서는, 제1 금속 부재 또는 제2 금속 부재와 보조 부재를 지그로 고정하여 마찰 교반을 행하기는 하지만, 마찰 교반 중에 보조 부재가 제1 금속 부재 또는 제2 금속 부재로부터 이격되도록 변형될 우려가 있다. 제1 금속 부재 또는 제2 금속 부재로부터 보조 부재가 이격되어 버리면, 접합부의 금속 부족을 해소하는 효과가 얻어지지 않게 된다고 하는 문제가 있다. 또한, 보조 부재에 의해 회전 툴이 눌리고, 회전 툴의 이동 루트가 설정 이동 루트로부터 빠질 우려가 있다.

이러한 관점에서, 본 발명은 금속 부재끼리를 적절하게 접합할 수 있는 접합 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 회전 툴을 사용하여 제1 금속 부재와 제2 금속 부재를 접합하는 접합 방법이며, 상기 제1 금속 부재와 상기 제2 금속 부재를 단면 대략 L자형 또는 대략 T자형으로 맞대서 맞대기부를 형성하는 맞대기 공정과, 상기 제1 금속 부재와 상기 제2 금속 부재의 내측 코너부에 있어서, 상기 제1 금속 부재 또는 상기 제2 금속 부재에 면 접촉하도록 하나의 보조 부재를 배치하는 배치 공정과, 상기 회전 툴은, 기단측 핀과, 선단측 핀을 구비하고, 상기 기단측 핀의 테이퍼 각도는, 상기 선단측 핀의 테이퍼 각도보다도 크게 되어 있고, 회전하는 상기 선단측 핀을 상기 내측 코너부에 삽입하고, 상기 선단측 핀을 상기 제1 금속 부재, 상기 제2 금속 부재 및 상기 보조 부재에 접촉시키면서, 상기 기단측 핀의 외주면을 상기 보조 부재에 압박한 상태에서 상기 내측 코너부를 따라 상기 회전 툴을 상대 이동시켜 상기 제1 금속 부재, 상기 제2 금속 부재 및 상기 보조 부재를 접합하는 마찰 교반 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 회전 툴을 사용하여 제1 금속 부재와 제2 금속 부재를 접합하는 접합 방법이며, 상기 제1 금속 부재와 상기 제2 금속 부재를 단면 대략 L자형 또는 대략 T자형으로 맞대서 맞대기부를 형성하는 맞대기 공정과, 상기 제1 금속 부재와 상기 제2 금속 부재의 내측 코너부에 있어서, 상기 제1 금속 부재 및 상기 제2 금속 부재에 면 접촉하도록 보조 부재를 배치하는 배치 공정과, 상기 회전 툴은, 기단측 핀과, 선단측 핀을 구비하고, 상기 기단측 핀의 테이퍼 각도는, 상기 선단측 핀의 테이퍼 각도보다도 크게 되어 있고, 회전하는 상기 선단측 핀을 상기 내측 코너부에 삽입하고, 상기 선단측 핀을 상기 제1 금속 부재, 상기 제2 금속 부재 및 상기 보조 부재에 접촉시키면서, 상기 기단측 핀의 외주면을 상기 보조 부재에 압박한 상태에서 상기 내측 코너부를 따라 상기 회전 툴을 상대 이동시켜 상기 제1 금속 부재, 상기 제2 금속 부재 및 상기 보조 부재를 접합하는 마찰 교반 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 접합 방법에 의하면, 회전 툴의 기단측 핀의 외주면에서 보조 부재를 압박하면서 마찰 교반 접합을 행하기 때문에, 보조 부재가 금속 부재로부터 이격되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 접합부의 금속 부족을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 보조 부재가 회전 툴을 가이드하기 때문에, 회전 툴이 설정 이동 루트로부터 빠지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 마찰 교반 공정 후, 상기 보조 부재를 상기 내측 코너부로부터 제거하는 보조 부재 제거 공정을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 접합 방법에 의하면, 적절하게 접합할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 회전 툴을 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 접합 방법의 맞대기 공정 및 배치 공정을 나타내는 사시도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 접합 방법의 마찰 교반 공정을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 접합 방법의 맞대기 공정 및 배치 공정을 도시하는 단면도이다.
도 5는 제2 실시 형태에 관한 접합 방법의 마찰 교반 공정을 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 접합 방법의 맞대기 공정 및 배치 공정을 나타내는 사시도이다.
도 7은 제3 실시 형태에 관한 접합 방법의 마찰 교반 공정을 도시하는 단면도이다.
도 8은 비교예 1에 관한 접합 방법을 나타내는 사시도이다.
도 9는 비교예 1에 관한 접합 방법에 있어서, 마찰 교반 접합 후의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 10은 비교예 2에 관한 접합 방법을 도시하는 개요도이다.
도 11은 실시예 1에 관한 접합 방법을 도시하는 개요도이다.
도 12는 실시예 2에 관한 접합 방법을 도시하는 개요도이다.

본 발명의 실시 형태에 대해, 적절하게 도면을 참조하면서 설명한다. 우선은, 본 실시 형태에 관한 접합 방법으로 사용되는 회전 툴에 대해 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 회전 툴 F는, 예를 들어 공구강으로 형성되어 있고, 기본 축부 F1과, 기단측 핀 F2와, 선단측 핀 F3으로 주로 구성되어 있다. 기본 축부 F1은, 선단을 향하여 끝이 가늘어지는 원추 사다리꼴 형상을 나타내고, 마찰 교반 장치의 주축에 접속되는 부위이다.

기단측 핀 F2는, 기본 축부 F1에 연속되어, 선단을 향하여 끝이 가늘어지고 있다. 기단측 핀 F2는, 원뿔대 형상을 나타낸다. 기단측 핀 F2의 테이퍼 각도 A는 적절히 설정하면 되지만, 예를 들어 약 90°로 되어 있다. 테이퍼 각도 A는, 후술하는 선단측 핀 F3의 테이퍼 각도 B보다도 크게 되어 있다. 기단측 핀 F2의 외주면에는, 나선 홈이 형성되어 있지 않다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 선단측 핀 F3은, 기단측 핀 F2에 연속해서 형성되어 있고 끝이 가늘어지고 있다. 선단측 핀 F3의 선단은, 평탄면을 구비하고 있어도 되지만, 본 실시 형태에서는, 구면으로 되어 있다.

선단측 핀 F3의 외주면에는, 나선 홈이 새겨져 마련되어 있다. 나선 홈은, 우회전, 좌회전 중 어느 쪽이어도 되지만, 본 제1 실시 형태에서는 회전 툴 F를 우회전시키기 때문에, 기단부측으로부터 선단측을 향하여 좌회전에 새겨져 마련되어 있다.

또한, 회전 툴 F를 좌회전시키는 경우는, 나선 홈을 기단부측으로부터 선단측을 향하여 우회전으로 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 나선 홈에 의해 소성 유동재가 선단측으로 유도되기 때문에, 피접합 금속 부재의 외부로 넘쳐 나오는 금속을 저감시킬 수 있다. 회전 툴 F는, 마찰 교반 장치에 설치하여 마찰 교반 접합을 행한다. 회전 툴 F는, 예를 들어 선단에 스핀들 유닛 등의 회전 구동 수단을 구비한 암 로봇에 설치해도 된다. 암 로봇에 회전 툴 F를 설치함으로써, 회전 툴 F의 회전 중심축의 각도를 용이하게 변경할 수 있다.

[제1 실시 형태]

본 발명의 실시 형태에 대해, 적절하게 도면을 참조하면서 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태에 관한 접합 방법에서는, 제1 금속 부재(1)와 제2 금속 부재(2)를 단면 L자형으로 맞대고, 마찰 교반 접합한다고 하는 것이다. 제1 실시 형태에 관한 접합 방법에서는 맞대기 공정과, 배치 공정과, 마찰 교반 공정과, 보조 부재 제거 공정을 행한다. 또한, 실시 형태의 설명에 있어서의 「표면」이란, 「이면」의 반대측의 면이라는 의미이다.

맞대기 공정은, 제1 금속 부재(1)와 제2 금속 부재(2)를 맞대는 공정이다. 제1 금속 부재(1) 및 제2 금속 부재(2)는, 판형을 나타내는 금속 부재이다. 제1 금속 부재(1) 및 제2 금속 부재(2)는, 마찰 교반 가능한 금속(알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금 등)이라면 특별히 제한되지 않지만, 본 실시 형태에서는 모두 알루미늄 합금으로 형성되어 있다.

맞대기 공정에서는, 제1 금속 부재(1)의 단면(1a)과, 제2 금속 부재(2)의 측면(2b)을 맞대서 맞대기부 J1이 형성된다. 또한, 제1 금속 부재(1)의 측면(1b)과, 제2 금속 부재(2)의 측면(2b)으로 수직인 코너부가 되는 내측 코너부가 형성된다. 제1 금속 부재(1)의 측면(1c)과, 제2 금속 부재(2)의 단면(2a)은 동일 평면 상에 위치하게 한다.

배치 공정은, 보조 부재(10)를 배치하는 공정이다. 보조 부재(10)는, 금속제 판형 부재이다. 보조 부재(10)는, 본 실시 형태에서는, 제1 금속 부재(1) 및 제2 금속 부재(2)와 동일한 재료로 형성되어 있다. 보조 부재(10)는, 접합부의 금속 부족을 보충하기 위한 부재임과 함께, 회전 툴 F의 가이드 기능을 구비하는 것이다. 배치 공정에서는, 보조 부재(10)의 단면(10a)을 제2 금속 부재(2)의 측면(2b)에 맞닿게 함과 함께, 보조 부재(10)의 이면(10c)을 제1 금속 부재(1)의 측면(1b)에 면 접촉시킨다. 보조 부재(10)를 배치하면, 도시하지 않은 지그로, 제1 금속 부재(1), 제2 금속 부재(2) 및 보조 부재(10)를 이동 불능으로 구속한다.

마찰 교반 공정은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전 툴 F를 사용하여 제1 금속 부재(1)와 제2 금속 부재(2)의 내측 코너부를 마찰 교반 접합하는 공정이다. 마찰 교반 공정에서는, 회전 툴 F의 회전 중심축 Z를 제2 금속 부재(2)측에 경사지게 하고, 선단측 핀 F3을 보조 부재(10)의 표면(10b)측으로부터 삽입하면서, 내측 코너부에 삽입한다. 선단측 핀 F3은, 맞대기부 J1에 달하도록 삽입 깊이 및 삽입 각도를 설정한다. 또한, 기단측 핀 F2의 외주면을, 보조 부재(10)의 표면(10b)에 압박한 상태에서, 회전 툴 F를 내측 코너부를 따라 상대 이동시킨다. 마찰 교반 공정에서는, 기단측 핀 F2의 축 방향의 일부 또는 전부가, 보조 부재(10)에 맞닿도록 설정되어 있다. 회전 툴 F의 이동 궤적에는, 소성화 영역 W가 형성된다.

보조 부재 제거 공정은, 마찰 교반 공정이 종료된 후에, 보조 부재(10)를 절제하는 공정이다. 또한, 필요에 따라 버를 절제하는 버 절제 공정을 행해도 된다. 이상의 공정에 의해, 제1 금속 부재(1)와 제2 금속 부재(2)가 수직으로 접합된다.

여기서, 내측 코너부에 대해 마찰 교반 접합을 행하면, 보조 부재(10)를 지그로 고정하고 있어도, 회전 툴 F에 의한 마찰열이나 압력 등에 의해 보조 부재(10)가 제1 금속 부재(1)로부터 이격되는 방향으로 변형될 우려가 있다. 또한, 보조 부재(10)의 변형에 수반하여, 회전 툴 F가 보조 부재(10)에 눌려 버려, 회전 툴 F가 설정 이동 루트로부터 빠져 버릴 우려가 있다.

그러나, 본 실시 형태에 의하면, 회전 툴 F의 기단측 핀 F2의 외주면을 보조 부재(10)의 표면(10b)에 압박한 상태에서 마찰 교반 접합을 행한다. 이에 의해, 보조 부재(10)의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 기단측 핀 F2의 외주면을 보조 부재(10)의 표면(10b)에 누름으로써, 보조 부재(10)를 따라 회전 툴 F가 가이드된다. 이에 의해, 회전 툴 F가 설정 이동 루트로부터 빠지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 기단측 핀 F2의 외주면에는 나선 홈이 형성되어 있지 않고 평활하게 되어 있다. 이에 의해, 보조 부재(10)를 따라 회전 툴 F가 원활하게 이동할 수 있어, 가이드 기능을 높일 수 있다.

또한, 보조 부재(10)를 마련하고, 제1 금속 부재(1), 제2 금속 부재(2) 및 보조 부재(10)를 회전 툴 F로 마찰 교반 접합함으로써, 접합부의 금속 부족을 방지할 수 있다. 또한, 보조 부재 제거 공정을 행함으로써, 내측 코너부를 깨끗하게 마무리할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 마찰 교반 공정에서는, 회전 툴 F의 진행 방향 좌측에 보조 부재(10)를 배치하고, 회전 툴 F를 우회전시켜 마찰 교반을 행하였다. 즉, 본 실시 형태에서는, 시어측에 보조 부재(10)를 배치하여 마찰 교반 공정을 행하였다. 시어측에 보조 부재(10)를 배치하여 마찰 교반 공정을 행하면, 마찰 교반 공정 후에 보조 부재(10)를 용이하게 절제할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 마찰 교반 공정에서는, 회전 툴 F의 진행 방향 우측에 보조 부재를 배치하고, 회전 툴 F를 우회전시켜 마찰 교반을 행해도 된다. 즉, 플로측에 보조 부재(10)를 배치하여 마찰 교반을 행해도 된다. 플로측에 보조 부재(10)를 배치하여 마찰 교반 공정을 행하면, 내측 코너부에 형성되는 목 두께를 비교적 크게 할 수 있음과 함께, 버를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 시어측(Advancing side)이란, 피접합부에 대한 회전 툴의 외주의 상대 속도가, 회전 툴의 외주에 있어서의 접선 속도의 크기로 이동 속도의 크기를 가산한 값이 되는 측을 의미한다. 한편, 플로측(Retreating side)이란, 회전 툴의 이동 방향의 반대 방향으로 회전 툴이 회동함으로써, 피접합부에 대한 회전 툴의 상대 속도가 저속이 되는 측을 말한다.

[제2 실시 형태]

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 접합 방법에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에 관한 접합 방법에서는, 보조 부재(10A)의 형상이 제1 실시 형태와 상이하다. 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 상이한 부분을 중심으로 설명한다.

본 실시 형태에 관한 접합 방법에서는, 맞대기 공정과, 배치 공정과, 마찰 교반 공정과, 보조 부재 제거 공정을 행한다. 맞대기 공정은, 제1 실시 형태와 동일하다.

배치 공정에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 보조 부재(10A)를 배치한다. 보조 부재(10A)는, 내각이 90°가 되는 단면 L자형의 판형 부재이다. 배치 공정에서는, 보조 부재(10A)의 이면(10Ac, 10Ac)을 제1 금속 부재(1)의 측면(1b) 및 제2 금속 부재(2)의 측면(2b)에 각각 접촉시켜, 도시하지 않은 지그로 이동 불능으로 고정한다.

마찰 교반 공정에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 회전 툴 F를 사용하여 제1 금속 부재(1)와 제2 금속 부재(2)의 내측 코너부를 마찰 교반 접합하는 공정이다. 마찰 교반 공정에서는, 회전 툴 F의 회전 중심축 Z를 제2 금속 부재(2)측에 경사지게 하고, 선단측 핀 F3을 보조 부재(10)의 표면(10Ab)측으로부터 삽입하면서, 내측 코너부에 삽입한다. 선단측 핀 F3은, 맞대기부 J1에 달하도록 삽입 깊이 및 삽입 각도를 설정한다.

또한, 기단측 핀 F2의 외주면을, 보조 부재(10)의 표면(10Ab, 10Ab)의 양쪽으로 압박한 상태에서, 회전 툴 F를 내측 코너부를 따라 상대 이동시킨다. 즉, 기단측 핀 F2의 외주면이, 보조 부재(10A)를 구성하는 두 표면(10Ab, 10Ab)에 접촉한 상태에서 마찰 교반을 행한다. 마찰 교반 공정에서는, 기단측 핀 F2의 축 방향의 일부 또는 전부가, 보조 부재(10A)의 표면(10Ab, 10Ab)에 각각 맞닿도록 설정되어 있다. 회전 툴 F의 이동 궤적에는, 소성화 영역 W가 형성되어 있다.

보조 부재 제거 공정에서는, 마찰 교반 공정이 종료된 후, 잔존한 보조 부재(10A)를 절제한다.

이상 설명한 본 실시 형태에 의하면, 회전 툴 F의 기단측 핀 F2의 외주면을 보조 부재(10)의 표면(10Ab, 10Ab)에 압박한 상태에서 마찰 교반 접합을 행한다. 이에 의해, 보조 부재(10A)의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 기단측 핀 F2의 외주면을 보조 부재(10)의 표면(10Ab, 10Ab)의 양쪽으로 누름으로써, 보조 부재(10)를 따라 회전 툴 F가 더 안정적으로 가이드된다. 이에 의해, 회전 툴 F가 설정 이동 루트로부터 빠지는 것을 더 방지할 수 있다.

또한, 기단측 핀 F2의 외주면에는 나선 홈이 형성되어 있지 않고 평활하게 되어 있다. 이에 의해, 보조 부재(10A)를 따라 회전 툴 F가 원활하게 이동할 수 있고, 가이드 기능을 높일 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 마찰 교반 공정에서는, 회전 툴 F의 진행 방향의 양측에 보조 부재(10A)가 있기 때문에, 접합부의 금속 부족을 더 확실하게 방지할 수 있다.

[제3 실시 형태]

다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 접합 방법에 대해 설명한다. 제3 실시 형태에 관한 접합 방법에서는, 맞대기 공정과, 배치 공정과, 마찰 교반 공정과, 보조 부재 제거 공정을 행한다. 맞대기 공정에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 제1 금속 부재(1)와 제2 금속 부재(2)를 단면 T자형으로 수직으로 맞댄다. 맞대기 공정에서는, 제1 금속 부재(1)의 단면(1a)과, 제2 금속 부재(2)의 표면(2b)이 맞대져서 맞대기부 J2가 형성된다.

제1 금속 부재(1)의 측면(1b)과, 제2 금속 부재(2)의 측면(2b)에서 한쪽의 내측 코너부가 형성된다. 또한, 제1 금속 부재(1)의 측면(1c)과, 제2 금속 부재(2)의 측면(2b)에서 다른 쪽 내측 코너부가 형성된다.

배치 공정에서는, 한쪽의 내측 코너부 및 다른 쪽 내측 코너부에 보조 부재(11, 12)를 각각 배치하는 공정이다. 보조 부재(11, 12)는, 판형을 나타내는 금속 부재이다. 본 실시 형태에서는, 보조 부재(11)의 단면(11a)을 제1 금속 부재(1)의 측면(1b)에 맞닿게 함과 함께, 보조 부재(11)의 이면(11c)을 제2 금속 부재(2)의 측면(2b)에 접촉시킨다. 또한, 보조 부재(12)의 단면(12a)을 제1 금속 부재(1)의 측면(1c)에 맞닿게 함과 함께, 보조 부재(12)의 이면(12c)을 제2 금속 부재(2)의 측면(2b)에 접촉시킨다.

마찰 교반 공정은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 회전 툴 F를 사용하여 제1 금속 부재(1)와 제2 금속 부재(2)로 형성되는 한쪽의 내측 코너부 및 다른 쪽 내측 코너부를 마찰 교반 접합하는 공정이다. 마찰 교반 공정에서는, 회전 툴 F의 회전 중심축 Z를 제2 금속 부재(2)측에 경사지게 하고, 선단측 핀 F3을 보조 부재(11)의 표면(11b)측으로부터 삽입하면서, 한쪽의 내측 코너부에 삽입한다. 선단측 핀 F3은, 맞대기부 J1에 달하도록 삽입 깊이 및 삽입 각도를 설정한다. 또한, 기단측 핀 F2의 외주면을 보조 부재(11)의 표면(11b)에 압박한 상태에서, 회전 툴 F를 내측 코너부를 따라 이동시킨다.

마찰 교반 공정에서는, 기단측 핀 F2의 축 방향의 일부 또는 전부가, 보조 부재(11)에 맞닿도록 설정되어 있다. 회전 툴 F의 이동 궤적에는, 소성화 영역 W2가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 진행 방향 우측에 보조 부재(11, 12)를 각각 배치하면서, 회전 툴 F를 우회전시킨다. 즉, 플로측에 보조 부재(11, 12)가 각각 배치하도록 회전 툴 F의 진행 방향 및 회전 방향을 설정하고 있다. 또한, 다른 쪽 내측 코너부에 대해서도, 한쪽의 내측 코너부와 같은 요령으로 마찰 교반을 행한다.

이상 설명한, 제3 실시 형태에서도, 제1 실시 형태와 대략 동등한 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 본 실시 형태와 같이 T자형으로 제1 금속 부재(1)와 제2 금속 부재(2)를 접합할 수 있다. 또한, 본 실시예에서도 단면 L자형의 보조 부재(10A)를 배치하여 마찰 교반 공정을 행해도 된다. 또한, 회전 툴 F의 삽입 각도나 선단측 핀 F3의 길이를 조정하고, 맞대기부 J2의 전체가 마찰 교반되도록 설정해도 된다. 즉, 맞대기부 J2에 있어서, 소성화 영역 W1, W2가 접촉하도록 설정해도 된다.

실시예

다음에, 본 발명에 관한 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1 및 실시예 2에 대해 설명한다. 도 8은, 비교예 1에 관한 접합 방법을 나타내는 사시도이다.

[비교예 1]

비교예 1에서는, 마찰 교반 접합 후에, 보조 부재의 변형 상태를 확인하는 것을 목적으로 하고 있다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 비교예 1에서는, 회전 툴 F10을 사용하여, 제1 금속 부재(1)와 제2 금속 부재(2)를 수직으로 마찰 교반 접합한다. 제1 금속 부재(1) 및 제2 금속 부재(2)는, 알루미늄 합금이며, 두께가 6㎜로 되어 있다. 보조 부재(10)는, 알루미늄 합금이며, 두께가 3㎜로 되어 있다. 회전 툴 F10은, 연결부 F11과, 연결부 F11로부터 수직으로 늘어지는 교반 핀 F12를 갖는다. 교반 핀 F12의 외주면에는 나선 홈이 새겨져 마련되어 있다.

비교예에서는, 본 발명의 제1 실시 형태와 같은 요령으로, 맞대기 공정 및 배치 공정을 행한다. 보조 부재(10)의 이면(10c)은, 제1 금속 부재(1)의 측면(1b)에 면 접촉하고 있다. 마찰 교반 공정에서는, 회전 툴 F10의 교반 핀 F12만을 보조 부재(10)의 표면(10b)측으로부터 삽입하고, 내측 코너부에 삽입한다. 교반 핀 F12의 선단은, 맞대기부 J1에 달하도록 교반 핀 F12의 삽입 깊이 및 삽입 각도를 설정한다. 마찰 교반 공정에서는, 내측 코너부(맞대기부 J1)를 따라 회전 툴 F10을 상대 이동시킨다.

도 9는, 비교예 1에 관한 접합 방법에 있어서, 마찰 교반 접합 후의 상태를 나타내는 사시도이다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 보조 부재(10)는, 도시하지 않은 지그로 제1 금속 부재(1) 및 제2 금속 부재(2)와 함께 고정되어 있음에도 불구하고, 마찰 교반 공정에 의한 마찰열과 압입력에 의해 제1 금속 부재(1)로부터 이격되는 방향으로 돌출되도록 변형되어 있다. 비교예 1에 따른 마찰 교반 공정이면, 마찰 교반 중에 보조 부재(10)가 변형하기 때문에, 회전 툴 F10이 보조 부재(10)에 눌려서 원하는 설정 이동 루트로부터 빠져 버려, 접합 불량이 발생한다고 하는 문제가 있다. 또한, 보조 부재(10)가 변형되어 버리기 때문에 금속이 적절하게 보충되지 않고, 접합부의 금속 부족이 발생함과 함께, 버 V도 많이 발생한다.

[비교예 2]

비교예 2는, 회전 툴 F10의 삽입 위치가 접합부에 미치는 영향을 확인하는 것을 목적으로 하고 있다. 도 10은, 비교예 2에 관한 접합 방법을 도시하는 개요도이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 비교예 2에서는, 제1 금속 부재(1)와 제2 금속 부재(2)를 단면 T자형으로 접합한다. 마찰 교반 공정에서는, 회전 툴 F10(도 8 참조)을 사용한다. 제1 금속 부재(1) 및 제2 금속 부재(2)는, 알루미늄 합금이며, 두께가 6㎜로 되어 있다. 보조 부재(11)는 알루미늄 합금이며, 두께가 3㎜로 되어 있다.

비교예 2에서는, 도 10에 도시하는 각 조건에서 마찰 교반 접합을 행하였다. 즉, 비교예 2에서는, 틸트를 0°로 하고, C축을 45도로 하였다. 틸트는, 회전 툴 F10의 진행 방향에 대한 경도 각도를 말한다. C축은, 교반 핀 F12의 회전 중심축 Z의 제2 금속 부재(2)의 측면(2b)으로부터의 개방 각도를 말한다. 또한, 비교예 2에서는, 접합 속도를 100㎜/min으로 하고, 회전 속도를 3000rpm으로 하여, 압입력을 3750N으로 하였다.

또한, 비교예 2에서는, 회전 툴 F10의 삽입 위치(오프셋)를 -1㎜, 0㎜, +1㎜로 설정하였다. 회전 툴 F10의 삽입 위치가 0㎜라는 것은, 회전 중심축 Z가 제1 금속 부재(1)의 측면(1b)과, 제2 금속 부재(2)의 측면(2b)의 코너부 P와 겹치는 위치를 의미한다. 오프셋양 -1㎜라는 것은, 오프셋양 0의 위치로부터 제1 금속 부재(1)측으로 1㎜ 수평 이동시킨 위치이다. 오프셋양 +1㎜라 함은, 오프셋양 0의 위치로부터 제1 금속 부재(1)로부터 이격되는 측으로 1㎜ 수평 이동시킨 위치이다. 또한, 도 10 내의 부호 11은, 접합 후의 보조 부재를 나타내고 있다. 오프셋양 +1㎜에 대해서는, 마찰 교반 공정 후에 자연스럽게 보조 부재(11)가 탈락되었다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 오프셋양이 0㎜이면, 접합부의 단면도도 양호하다. 그러나, 오프셋양이 -1㎜이면, 오목 홈 Q1이 연장 방향을 향하여 형성된다. 또한, 오프셋양이 +1㎜이면, 노치 Q2가 연장 방향을 향하여 형성된다. 즉, 비교예 2에 의하면, 설정 이동 루트가 1㎜ 어긋나는 것만으로, 접합 불량이 될 우려가 높은 것을 알 수 있다.

[실시예 1]

도 11은, 실시예 1에 관한 접합 방법을 도시하는 개요도이다. 실시예 1에서는, 본 발명에 관한 회전 툴 F를 사용하여 제1 금속 부재(1)와 제2 금속 부재(2)를 단면 T자형으로 마찰 교반 접합하였다. 제1 금속 부재(1) 및 제2 금속 부재(2)는, 알루미늄 합금이며, 두께가 6㎜로 되어 있다. 보조 부재(11, 12)는, 알루미늄 합금이며, 두께가 3㎜로 되어 있다.

보조 부재(11, 12)는, 시어측으로 되도록 회전 툴 F의 접합 조건을 설정하였다. 마찰 교반 공정에서는, 회전 툴 F의 기단측 핀 F2의 외주면을, 보조 부재(11, 12)의 표면(11b, 12b)에 압박하면서 회전 툴 F를 상대 이동시켰다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 실시예 1에서는, 틸트를 0°로 하고, C축을 45°로 하고, 접합 속도를 100㎜/min으로 하고, 회전 속도를 3000rpm으로 하여, 압입력을 5000N으로 하였다. 오프셋양은 0㎜로 하였다. 즉, 회전 툴 F의 회전 중심축 Z를 제1 금속 부재(1)의 측면(1b)과 제2 금속 부재(2)의 측면(2b)의 코너부 P에 겹치도록 마찰 교반을 행하였다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 실시예 1에 있어서의 접합부의 단면(소성화 영역 W1, W2)은 모두 양호하였다.

[실시예 2]

도 12는, 실시예 2에 관한 접합 방법을 도시하는 개요도이다. 실시예 2에서는, 틸트를 0°로 하고, C축을 45°로 하고, 접합 속도를 500㎜/min으로 하고, 회전 속도를 3000rpm으로 하여, 압입력을 5250N으로 하였다. 오프셋 -0.5㎜라는 것은, 회전 중심축 Z를 코너부 P로부터 제1 금속 부재(1)측(도면 좌측)으로 0.5㎜ 어긋나게 하고 있다. 실시예 2에 있어서도 접합부의 단면(소성화 영역 W1, W2)은 모두 양호하였다.

목 두께는, 실시예 2에 비하여 실시예 1의 쪽이 비교적 크게 되었다. 이것은 실시예 1의 쪽이 실시예 2보다도 접합 속도가 느린 것에 기인한다고 생각된다.

1: 제1 금속 부재
1b: 표면
1c: 이면
2: 제2 금속 부재
2b: 표면
2c: 이면
10: 보조 부재
F: 회전 툴
F1: 기본 축부
F2: 기단측 핀
F3: 선단측 핀
W: 소성화 영역

Claims

회전 툴을 사용하여 제1 금속 부재와 제2 금속 부재를 접합하는 접합 방법이며,
상기 회전 툴은, 원추 사다리꼴 형상의 기단측 핀과 선단측 핀을 구비하고, 상기 기단측 핀의 테이퍼 각도는, 상기 선단측 핀의 테이퍼 각도보다도 크게 되어 있고,
상기 접합 방법은,
상기 제1 금속 부재와 상기 제2 금속 부재를 단면 대략 L자형 또는 대략 T자형으로 맞대서 맞대기부를 형성하는 맞대기 공정과,
상기 제1 금속 부재와 상기 제2 금속 부재의 내측 코너부에 있어서, 상기 제1 금속 부재 또는 상기 제2 금속 부재에 면 접촉하도록 하나의 보조 부재를 배치하는 배치 공정과,
회전하는 상기 선단측 핀을 상기 내측 코너부에 삽입하고, 상기 선단측 핀을 상기 제1 금속 부재, 상기 제2 금속 부재 및 상기 보조 부재에 접촉시키면서, 상기 기단측 핀의 외주면을 상기 보조 부재에 압박한 상태에서 상기 내측 코너부를 따라 상기 회전 툴을 상대 이동시켜 상기 제1 금속 부재, 상기 제2 금속 부재 및 상기 보조 부재를 접합하는 마찰 교반 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
제1항에 있어서, 상기 마찰 교반 공정 후, 상기 보조 부재를 상기 내측 코너부로부터 제거하는 보조 부재 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
제1항에 있어서,
상기 보조 부재는 판형을 나타내는, 접합 방법.
회전 툴을 사용하여 제1 금속 부재와 제2 금속 부재를 접합하는 접합 방법이며,
상기 회전 툴은, 원추 사다리꼴 형상의 기단측 핀과 선단측 핀을 구비하고, 상기 기단측 핀의 테이퍼 각도는, 상기 선단측 핀의 테이퍼 각도보다도 크게 되어 있고,
상기 접합 방법은,
상기 제1 금속 부재와 상기 제2 금속 부재를 단면 대략 L자형 또는 대략 T자형으로 맞대서 맞대기부를 형성하는 맞대기 공정과,
상기 제1 금속 부재와 상기 제2 금속 부재의 내측 코너부에 있어서, 상기 제1 금속 부재 및 상기 제2 금속 부재에 면 접촉하도록 보조 부재를 배치하는 배치 공정과,
회전하는 상기 선단측 핀을 상기 내측 코너부에 삽입하고, 상기 선단측 핀을 상기 제1 금속 부재, 상기 제2 금속 부재 및 상기 보조 부재에 접촉시키면서, 상기 기단측 핀의 외주면을 상기 보조 부재에 압박한 상태에서 상기 내측 코너부를 따라 상기 회전 툴을 상대 이동시켜 상기 제1 금속 부재, 상기 제2 금속 부재 및 상기 보조 부재를 접합하는 마찰 교반 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
제4항에 있어서, 상기 마찰 교반 공정 후, 상기 보조 부재를 상기 내측 코너부로부터 제거하는 보조 부재 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
제4항에 있어서,
상기 보조 부재는 판형을 나타내는, 접합 방법.