(57)【要約】【課題】接合精度を高めることができる接合方法を提供することを課題とする。【解決手段】板状の第一金属部材１の表面１ｂと板状の第二金属部材２の裏面２ｃとを重ね合わせて重合部Ｊ１を形成する重ね合わせ工程と、第二金属部材２の端面２ａと第一金属部材１の表面１ｂとで構成される第一内隅及び第一金属部材１の端面１ａと第二金属部材２の裏面２ｃとで構成される第二内隅に接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を挿入して重合部Ｊ１を摩擦攪拌接合する内隅接合工程と、第一金属部材１の裏面１ｃ及び第二金属部材２の表面２ｂのいずれか一方から重合部Ｊ１に沿ってＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行って重合部Ｊ１を接合する第一本接合工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合わせ工程と、
前記第二金属部材の端面と前記第一金属部材の表面とで構成される第一内隅及び前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで構成される第二内隅に回転ツールの攪拌ピンを挿入して前記重合部を摩擦攪拌接合する内隅接合工程と、
前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の表面のいずれか一方から前記重合部に沿ってＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行って前記重合部を接合する第一本接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記第一本接合工程では、前記重合部に沿って１パスで連続してＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記第一本接合工程では、前記重合部に沿って断続的に間をあけてＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項４】
前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の表面のいずれか他方から前記重合部に沿ってＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行って前記重合部を接合する第二本接合工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項５】
前記第二本接合工程では、前記重合部に沿って１パスで連続してＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行うことを特徴とする請求項４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記第二本接合工程では、前記重合部に沿って断続的に間をあけてＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行うことを特徴とする請求項４に記載の接合方法。
【請求項７】
板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合わせ工程と、
前記第二金属部材の端面と前記第一金属部材の表面とで構成される第一内隅及び前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで構成される第二内隅に回転ツールの攪拌ピンを挿入して前記重合部を摩擦攪拌接合する内隅接合工程と、
前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の表面に電極を押し当てて、前記重合部に対して抵抗スポット溶接を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項８】
前記内隅接合工程では、前記重合部に沿って１パスで連続して摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項９】
前記内隅接合工程では、前記重合部に沿って断続的に間をあけて摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材同士を摩擦攪拌で接合する接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、第一金属部材の表面と第二金属部材の裏面を重ね合わせて重合部を形成した後、第二金属部材の表面から当該重合部に対して溶接（アーク溶接、レーザー溶接等）を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５３２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の接合方法であると、溶接の際の入熱によって第一金属部材及び第二金属部材が変形し、第一金属部材と第二金属部材との間に隙間が生じて接合精度が低下するおそれがある。特に、第一金属部材及び第二金属部材の厚さが薄い場合は大きく変形するため、接合精度がより低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、接合精度を高めることができる接合方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明は、板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合わせ工程と、前記第二金属部材の端面と前記第一金属部材の表面とで構成される第一内隅及び前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで構成される第二内隅に回転ツールの攪拌ピンを挿入して前記重合部を摩擦攪拌接合する内隅接合工程と、前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の表面のいずれか一方から前記重合部に沿ってＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行って前記重合部を接合する第一本接合工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合わせ工程と、前記第二金属部材の端面と前記第一金属部材の表面とで構成される第一内隅及び前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで構成される第二内隅に回転ツールの攪拌ピンを挿入して前記重合部を摩擦攪拌接合する内隅接合工程と、前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の表面に電極を押し当てて、前記重合部に対して抵抗スポット溶接を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
かかる接合方法によれば、内隅接合工程を摩擦攪拌接合で行うことで熱歪を抑えつつ、第一金属部材と第二金属部材とを仮止めすることができる。これにより、第一本接合工程又は本接合工程の際に第一金属部材と第二金属部材とが離間することを防ぐことができるため、接合精度を高めることができる。
【０００９】
また、前記第一本接合工程では、前記重合部に沿って１パスで連続してＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行うことが好ましい。
また、前記第一本接合工程では、前記重合部に沿って断続的に間をあけてＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行うことが好ましい。
【００１０】
また、前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の表面のいずれか他方から前記重合部に沿ってＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行って前記重合部を接合する第二本接合工程と、を含むことが好ましい。
【００１１】
かかる接合方法によれば、接合強度を高めることができる。
【００１２】
また、前記第二本接合工程では、前記重合部に沿って１パスで連続してＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行うことが好ましい。
また、前記第二本接合工程では、前記重合部に沿って断続的に間をあけてＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行うことが好ましい。
【００１３】
また、前記内隅接合工程では、前記重合部に沿って１パスで連続して摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。
また、前記内隅接合工程では、前記重合部に沿って断続的に間をあけて摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る接合方法によれば、接合精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る接合方法の重ね合わせ工程を示す斜視図である。
【図２】第一実施形態に係る接合方法の内隅接合工程を示す断面図である。
【図３】第一実施形態に係る接合方法の内隅接合工程を示す断面図である。
【図４】第一実施形態に係る接合方法の第一本接合工程を示す斜視図である。
【図５】第一実施形態に係る接合方法の第二本接合工程を示す断面図である。
【図６】第一実施形態の変形例に係る第一本接合工程を示す斜視図である。
【図７】第二実施形態に係る接合方法の本接合工程を示す斜視図である。
【図８】第二実施形態に係る接合方法の本接合工程後を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第一実施形態］
本発明の実施形態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、本実施形態に係る接合方法では、第一金属部材１と第二金属部材２を重ね合わせて接合する。本実施形態に係る接合方法では、重ね合わせ工程と、内隅接合工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。なお、下記の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面という意味である。
【００１７】
重ね合わせ工程は、図１に示すように、第一金属部材１と第二金属部材２とを重ね合わせる工程である。第一金属部材１及び第二金属部材２は、金属製の板状部材である。第一金属部材１及び第二金属部材２の材料は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、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から適宜選択すればよい。第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚は同等になっている。第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚は適宜設定すればよい。
【００１８】
重ね合わせ工程では、第一金属部材１の表面１ｂの一部と、第二金属部材２の裏面２ｃの一部とを重ね合わせて重合部Ｊ１を形成する。第二金属部材２の端面２ａと第一金属部材１の表面１ｂとで第一内隅が形成される。また、第一金属部材１の端面１ａと第二金属部材２の裏面２ｃとで第二内隅が形成される。重ね合わされた第一金属部材１及び第二金属部材２は、治具で架台（図示省略）に固定する。
【００１９】
内隅接合工程は、図２及び図３に示すように、第一内隅及び第二内隅から摩擦攪拌を行って、重合部Ｊ１を接合する工程である。まず、内隅接合工程では、図２に示すように、接合用回転ツールＦを用いて第一内隅を摩擦攪拌接合する。接合用回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。接合用回転ツールＦは、特許請求の範囲の「回転ツール」に相当する。接合用回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、摩擦攪拌装置の回転軸（図示省略）に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈している。
【００２０】
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の円錐台形状になっている。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、接合用回転ツール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。
【００２１】
なお、接合用回転ツール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。なお、螺旋溝は省略してもよい。
【００２２】
接合用回転ツールＦは、マシニングセンタ等の摩擦攪拌装置に取り付けてもよいが、本実施形態では先端にスピンドルユニット等の回転手段を備えたアームロボットに取り付けられている。アームロボットに取り付けることにより、接合用回転ツールＦの回転中心軸を容易に傾斜させることができる。
【００２３】
内隅接合工程では、図２に示すように、第一内隅から右回転する攪拌ピンＦ２を挿入して、第一内隅（重合部Ｊ１）に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。内隅接合工程では、接合用回転ツールＦの回転中心軸を第一金属部材１の表面１ｂから３０°〜６０°の範囲で傾斜させつつ相対移動させる。また、内隅接合工程では、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、攪拌ピンＦ２の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌を行う。本実施形態では、端面２ａが接合用回転ツールＦの左側に位置するように進行方向を設定している。接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ１が形成される。第一内隅を接合する際には、本実施形態では、重合部Ｊ１に対して１パスで連続して摩擦攪拌接合を行う。
【００２４】
また、内隅接合工程では、図３に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２をうら返し、第一金属部材１の端面１ａと第二金属部材２の裏面２ｃとで構成された第二内隅に右回転する攪拌ピンＦ２を挿入して、第二内隅（重合部Ｊ１）に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。本実施形態では、端面１ａが接合用回転ツールＦの左側に位置するように進行方向を設定している。接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ２が形成される。第二内隅を接合する際には、本実施形態では、重合部Ｊ１に対して１パスで連続して摩擦攪拌接合を行う。なお、内隅接合工程では、重合部Ｊ１に対して間をあけて断続的に摩擦攪拌接合を行ってもよい。
【００２５】
第一本接合工程は、図４に示すように、第一金属部材１の裏面１ｃ及び第二金属部材２の表面２ｂのいずれか一方から重合部Ｊ１に沿ってＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行って重合部Ｊ１を接合する工程である。本実施形態の第一本接合工程では、第一金属部材１の裏面１ｃに溶接トーチＨを近接させつつ、端面１ａと平行に溶接トーチＨを相対移動させ、レーザー溶接により重合部Ｊ１を接合する。溶接トーチＨの移動軌跡には、溶接痕Ｗ３が形成される。
【００２６】
第二本接合工程は、図５に示すように、第一金属部材１の裏面１ｃ及び第二金属部材２の表面２ｂのいずれか他方から重合部Ｊ１に沿ってＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行って重合部Ｊ１を接合する工程である。本実施形態の第二本接合工程では、第二金属部材２の表面２ｂに溶接トーチＨを近接させつつ、端面２ａと平行に溶接トーチＨを相対移動させ、レーザー溶接により重合部Ｊ１を接合する。溶接トーチＨの移動軌跡には、溶接痕Ｗ４が形成される。第二本接合工程では、溶接痕Ｗ４が溶接痕Ｗ３と重複するように移動ルートを設定する。
【００２７】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、内隅接合工程を摩擦攪拌接合で行うことで第一金属部材１及び第二金属部材２の熱歪を抑えつつ、第一金属部材１と第二金属部材２とを仮止めすることができる。これにより、第一本接合工程又は第二本接合工程の際に第一金属部材１と第二金属部材２とが熱歪によって変形し、離間することを防ぐことができるため、接合精度を高めることができる。
【００２８】
また、第一本接合工程及び第二本接合工程を行うことにより、被接合金属部材の両側から重合部Ｊ１を接合できるため、接合強度を高めることができる。また、溶接痕Ｗ３，Ｗ４が互いに接触しないようにレーザー溶接を行ってもよいが、溶接痕Ｗ３，Ｗ４を重複させることで、接合強度をより高めることができる。
【００２９】
［変形例］
次に、第一実施形態に係る接合方法の変形例について説明する。図６に示すように、変形例では、重ね合わせ工程と、内隅接合工程と、第一本接合工程と、を行う。重ね合わせ工程は、前記した第一実施形態と同一である。
【００３０】
内隅接合工程では、図６に示すように、第一内隅及び第二内隅に対して断続的に摩擦攪拌接合を行う。接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２がそれぞれ断続的に形成される。第一本接合工程では、溶接トーチＨを用いてレーザースポット溶接を行い、重合部Ｊ１を接合する。第一本接合工程によって、溶接痕Ｗ３は断続的に形成される。
【００３１】
当該変形例のように、内隅接合工程を間をあけて断続的に行ってもよい。また、第一本接合工程においても、間をあけて断続的に行ってもよい。これにより、入熱量を低減することができるため、第一金属部材１及び第二金属部材２の熱歪をより抑制することができる。これにより、接合精度をより高めることができる。また、当該変形例のように第二本接合工程は省略してもよい。
【００３２】
［第二実施形態］
次に、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、重ね合わせ工程と、内隅接合工程と、本接合工程と、を行う。重ね合わせ工程は、前記した第一実施形態と同一である。また、内隅接合工程は、前記した変形例と同一である。
【００３３】
本接合工程は、図７に示すように、第一金属部材１の裏面１ｃと第二金属部材２の表面２ｂに電極Ｕ１，Ｕ２をそれぞれ押し当てて、重合部Ｊ１に対して抵抗スポット溶接を行う工程である。本接合工程では、図８に示すように、間をあけて溶接痕Ｗ３が形成される。
【００３４】
第二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。また、第二実施形態に係る本接合工程によれば、抵抗スポット溶接によって断続的に溶接を行うことにより、入熱量を低減することができるため、第一金属部材１及び第二金属部材２の熱歪をより抑制することができる。これにより、接合精度をより高めることができる。
【００３５】
以上本発明の実施形態及び変形例について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、第二実施形態においては、内隅接合工程を間をあけて断続的に行ったが、第一実施形態のように連続して行ってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１      第一金属部材
１ａ    端面
１ｂ    表面
１ｃ    裏面
２      第二金属部材
２ａ    端面
２ｂ    表面
２ｃ    裏面
Ｆ      接合用回転ツール（回転ツール）
Ｆ１    連結部
Ｆ２    攪拌ピン
Ｊ１    重合部
Ｗ１    塑性化領域
Ｗ２    塑性化領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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