(57)【要約】【課題】厚さが異なる複数種類の被接合物の摩擦撹拌接合を行なえるようにする。【解決手段】被接合部材６，７を重ね合わせた被接合物８を凹部１が形作ってある裏当て部材２に載せ、被接合物８が裏当て部材２の凹部１を覆っている部位に向けて、凹部１に進入可能なピン部３を有する接合ツール５を回転させながら押し付け、摩擦熱と塑性流動により軟化した被接合部材６，７の材料を撹拌して、その一部を裏当て部材２の凹部１へ押し込み、この後、接合ツール５を被接合物８から引き離して、被接合部材６，７の塑性変形部位を硬化させ、裏当て部材２を被接合物８から取り外す。【選択図】図１
2007283317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合部材を重ね合わせた被接合物を凹部が形作ってある裏当て部材に載せ、被接合物が裏当て部材の凹部を覆っている部位に、凹部に進入可能なピン部をショルダ部に同軸に連ねた接合ツールを回転させながら押し付け、摩擦熱と塑性流動により軟化した被接合部材の材料を撹拌して、その一部を裏当て部材の凹部へと押し込み、この後、接合ツールを被接合物から引き離して、被接合部材の塑性変形部位を硬化させ、裏当て部材を被接合物から取り外すことを特徴とする部材接合方法。
【請求項２】
被接合物の厚みに応じて裏当て部材の凹部の見掛けの深さを設定する請求項１に記載の部材接合方法。
【請求項３】
凹部の見掛けの深さが可変な裏当て部材を用い、被接合物の厚みに応じて裏当て部材の凹部の見掛けの深さを設定する請求項１に記載の部材接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は部材接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
接合すべき部材を溶融させずに相互に接続する方法として摩擦撹拌接合がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この技法では、被接合部材を重ね合わせた被接合物を、裏当て部材である支持ツールに載せたうえ、被接合物に接合ツールを回転させながら押し付け、摩擦熱と塑性流動により軟化した材料を撹拌して同化させる。
【０００４】
次いで、接合ツールを被接合物から離して材料が同化した部位を硬化させ、被接合部材を相互に接合する。
【０００５】
接合ツールは、円柱状のショルダ部と、当該ショルダ部に同軸に連なり且つツール先端へ向けて突出する短円筒状でショルダ部よりも外径が小さいピン部とを備えている。
【特許文献１】特開２００４−１３６３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１を参照すると、接合ツールのピン部の突出寸法が、被接合物の厚みに対して短いため、部材接合に際してピン部だけでなく、ショルダ部をも被接合物にめり込ませている。
【０００７】
ところが、特許文献１の事例とは反対に、ピン部の突出寸法が被接合物の厚みに対して長い（同等に含む）と、被接合物にめり込んだピン部の先端が裏当て部材に突き当たってしまうため、被接合物の厚みに応じて接合ツールを交換する必要がある。
【０００８】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、接合ツールの交換をせずに厚さが異なる複数種類の被接合物の摩擦撹拌接合を行なえるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明は、被接合部材を重ね合わせた被接合物を凹部が形作ってある裏当て部材に載せ、被接合物が裏当て部材の凹部を覆っている部位に、凹部に進入可能なピン部をショルダ部に同軸に連ねた接合ツールを回転させながら押し付け、摩擦熱と塑性流動により軟化した被接合部材の材料を撹拌して、その一部を裏当て部材の凹部へと押し込み、この後、接合ツールを被接合物から引き離して、被接合部材の塑性変形部位を硬化させ、裏当て部材を被接合物から取り外す。
【００１０】
これに加えて、被接合物の厚みに応じて裏当て部材の凹部の見掛けの深さを設定する。
【００１１】
より具体的には、凹部の見掛けの深さが可変な裏当て部材を用いる。
【００１２】
つまり、接合ツールを回転させながら被接合物に押し付けると、ピン部が軟化した材料を裏当て部材の凹部へと押し込み、ピン部の突出寸法が被接合物の厚みに対して長い場合には、ピン部が軟化した材料とともに裏当て部材の凹部に入り込む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の部材接合方法によれば、下記のような優れた効果を奏し得る。
【００１４】
（１）接合ツールのピン部の突出寸法が被接合物の厚みに対して長いと、裏当て部材の凹部にピン部が入り込むので、裏当て部材の被接合物が載る面にピン部が干渉せず、単一の接合ツールで厚さが異なる複数種類の被接合物の摩擦撹拌接合を行なえる。
【００１５】
（２）裏当て部材の凹部の見掛けの深さを、接合ツールのピン部が凹部の内底面に干渉し得ない最小値に設定すれば、凹部の容積が減り、被接合物の接合ツールの押圧個所とは反対側の部位に形成される突起を小さくすることができる。
【００１６】
（３）被接合物の厚みが接合ツールのピン部の突出寸法を上回っている場合には、凹部の見掛けの深さを無くして裏当て部材の被接合物が載る面に平らに連ねれば、被接合物の接合ツールの押圧個所とは反対側の部位に突起が形成されない。
【００１７】
（４）凹部の見掛けの深さが可変な裏当て部材を用れば、被接合物の接合ツールの押圧個所とは反対側の部位に形成される突起が最小、もしくは無くなるように、厚さが異なる複数種類の被接合物の摩擦撹拌接合を行なえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１９】
図１及び図２は本発明の部材接合方法の一例であり、凹部１を有する裏当て部材２と、凹部１に進入可能な短円柱状のピン部３を円柱状のショルダ部４の先端面に同軸に連ねた接合ツール５とを用いて、薄手の被接合部材６及び厚手の被接合部材７を一枚ずつ重ねた被接合物８、もしくは厚手の被接合部材７を二枚重ねた被接合物９の摩擦撹拌接合を実施する。
【００２０】
ピン部３の外周面には、接合ツール５の回転方向に対して逆向きのねじ溝（接合ツール５の回転方向がその基端側から先端側に見て右回りであれば、左回り前進の螺旋）が形成されている。
【００２１】
被接合部材６，７は、いずれもアルミニウム合金を素材としており、裏当て部材２及び接合ツール５は、アルミニウム合金よりも硬く且つ軟化温度が高い鋼を素材としている。
【００２２】
接合ツール５のピン部３の軸線方向長さＬ１は、被接合部材６，７を重ねた被接合物８の厚みｔ１と等しく、被接合部材７，７を重ねた被接合物９の厚みｔ２に対しては短い。
【００２３】
被接合物８の被接合部材６，７を相互に接合するときには、図１（ａ）に示すように、被接合物８を裏当て部材２に載せ、裏当て部材２の凹部１の真上に位置させておいた接合ツール５を回転させながら被接合物８に押し付け、ショルダ部４の端面４ａが上側に位置している被接合部材７の表面に当接するまでピン部３を被接合物８にめり込ませて、図１（ｂ）に示すように、ピン部３の周囲の被接合部材６，７を摩擦熱と塑性流動により撹拌し、上下の被接合部材６，７の材料からなる同化層１０を軟化した状態で生じさせる。
【００２４】
ピン部３のねじ溝は接合ツール５の回転方向に対して逆向きであるので、上側の被接合部材７に由来する材料と下側の被接合部材６に由来する材料が効果的に混ざり合う。
【００２５】
また、接合ツール５のピン部３によって下側の被接合部材６に由来する材料が、裏当て部材２の凹部１に押し込まれるものの、接合ツール５は裏当て部材２に突き当たらない。
【００２６】
より具体的に述べると、裏当て部材２に載せるべき被接合物の厚みと凹部１の見掛けの深さの合計が、ピン部３の軸線方向長さＬ１を上回ってさえすれば、裏当て部材２と接合ツール５の干渉を避けることができ、被接合物を突き抜けるような孔も発現しない。
【００２７】
更に、図１（ｃ）に示すように、接合ツール５を被接合物８から引き離し、同化層１０を硬化させて被接合部材６，７を相互に接合したうえ、裏当て部材２から外す。
【００２８】
被接合物９の被接合部材７，７を相互に接合するときには、図２（ａ）に示すように、被接合物９を裏当て部材２に載せ、上方から裏当て部材２の凹部１の真上に位置する接合ツール５を回転させながら被接合物９に押し付け、ショルダ部４の端面４ａが上側に位置している被接合部材７の表面に当接するまでピン部３を被接合物９にめり込ませて、図２（ｂ）に示すように、ピン部３の周囲の被接合部材７，７を摩擦熱と塑性流動により撹拌し、上下の被接合部材７，７の材料からなる同化層１１を軟化した状態で生じさせる。
【００２９】
先に述べたように、ピン部３のねじ溝は接合ツール５の回転方向に対して逆向きであるので、上側の被接合部材７に由来する材料と下側の被接合部材７に由来する材料が効果的に混ざり合う。
【００３０】
また、接合ツール５のピン部３によって下側の被接合部材７に由来する材料が、裏当て部材２の凹部１に押し込まれる。
【００３１】
更に、図２（ｃ）に示すように、接合ツール５を被接合物９から引き離し、同化層１１を硬化させて被接合部材７，７を相互に接合したうえ、裏当て部材２から外す。
【００３２】
このように、裏当て部材２は、薄手の被接合部材６及び厚手の被接合部材７を一枚ずつ接合する場合、あるいは厚手の被接合部材７を二枚重ねて接合する場合のどちらにも対応可能なので、これらが混在した組付工程では接合ツール５の交換が不要になり、時間短縮による作業効率の向上を期待できる。
【００３３】
図３及び図４は本発明の部材接合方法の他の例であり、接合ツール５と、裏当て部材２に代わる別の裏当て部材１２とを用いて、薄手の被接合部材６及び厚手の被接合部材７を一枚ずつ重ねた被接合物８、もしくは厚手の被接合部材７を二枚重ねた被接合物９の摩擦撹拌接合を実施する。
【００３４】
裏当て部材１２は、上下に延びる筒状の支持台座１３と、当該支持台座１３の中空部分に嵌め込まれて凹部１４を形作る補助部材１５とを備えており、アルミニウム合金よりも硬く且つ軟化温度が高い鋼を素材としている。
【００３５】
この補助部材１５は、その下側に設置したアクチュエータ、またはシムの入れ出しなどによって凹部１４の見掛けの深さが調整できるようにしてある。
【００３６】
また、接合ツール５、被接合部材６，７は、図１及び図２に示すものと同じである。
【００３７】
被接合物８の被接合部材６，７を相互に接合するときには、図３（ａ）に示すように、接合ツール５のピン部３の軸線方向長さＬ１と、それに等しい被接合物８の厚みｔ１との関係に適した凹部１４が形作られるように、支持台座１３に対する補助部材１５の位置を設定し、被接合物８を裏当て部材１２に載せ、裏当て部材１２の凹部１４の真上に位置させておいた接合ツール５を回転させながら被接合物８に押し付ける。
【００３８】
この後、ショルダ部４の端面４ａが上側に位置している被接合部材７の表面に当接するまでピン部３を被接合物８にめり込ませて、図３（ｂ）に示すように、ピン部３の周囲の被接合部材６，７を摩擦熱と塑性流動により撹拌し、上下の被接合部材６，７の材料からなる同化層１０を軟化した状態で生じさせる。
【００３９】
ピン部３のねじ溝は接合ツール５の回転方向に対して逆向きであるので、上側の被接合部材７に由来する材料と下側の被接合部材６に由来する材料が効果的に混ざり合う。
【００４０】
このときに、接合ツール５のピン部３によって下側の被接合部材６に由来する材料が、裏当て部材１２の凹部１４に押し込まれるものの、接合ツール５は裏当て部材１２の補助部材１５に突き当たらない。
【００４１】
つまり、裏当て部材１２に載せるべき被接合物の厚みと凹部１４の見掛けの深さの合計が、ピン部３の軸線方向長さＬ１を上回ってさえすれば、裏当て部材１２と接合ツール５の干渉を避けることができ、被接合物を突き抜けるような孔も発現しない。
【００４２】
更に、図３（ｃ）に示すように、接合ツール５を被接合物８から引き離し、同化層１０を硬化させて被接合部材６，７を相互に接合したうえ、裏当て部材１２から外す。
【００４３】
被接合物９の被接合部材７，７を相互に接合するときには、図４（ａ）に示すように、接合ツール５のピン部３の軸線方向長さＬ１と、それよりも長い被接合物９の厚みｔ２を考慮して、支持台座１３の上端面に補助部材１５の上端面が連なるように、支持台座１３に対する補助部材１５の位置を設定し、図３における凹部１４の見掛けの深さを無くし、裏当て部材１２の上端を平らにし、次いで、被接合物９を裏当て部材１２に載せ、裏当て部材１２の凹部１４の真上に位置させておいた接合ツール５を回転させながら被接合物９に押し付ける。
【００４４】
この後、ショルダ部４の端面４ａが上側に位置している被接合部材７の表面に当接するまでピン部３を被接合物９にめり込ませて、図４（ｂ）に示すように、ピン部３の周囲の被接合部材７，７を摩擦熱と塑性流動により撹拌し、上下の被接合部材７，７の材料からなる同化層１１を軟化した状態で生じさせる。
【００４５】
先に述べたように、ピン部３のねじ溝は接合ツール５の回転方向に対して逆向きであるので、上側の被接合部材７に由来する材料と下側の被接合部材７に由来する材料が効果的に混ざり合う。
【００４６】
また、裏当て部材１２の上端が平らであるので、下側の被接合部材７に由来する材料は下向きに突出しない。
【００４７】
更に、図４（ｃ）に示すように、接合ツール５を被接合物９から引き離し、同化層１１を硬化させて被接合部材７，７を相互に接合する。
【００４８】
このように裏当て部材１２は、薄手の被接合部材６及び厚手の被接合部材７を一枚ずつ接合する場合、あるいは厚手の被接合部材７を二枚重ねて接合する場合のどちらにも対応可能なので、これらが混在した組付工程では接合ツール５の交換が不要になり、時間短縮による作業効率の向上を期待できる。
【００４９】
なお、本発明の部材接合方法は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の部材接合方法は、様々な部品の接合組付工程に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の部材接合方法の一例において薄手と厚手の被接合部材を接合する際の施工手順を示す概念図である。
【図２】本発明の部材接合方法の一例において厚手の被接合部材を重ねて接合する際の施工手順を示す概念図である。
【図３】本発明の部材接合方法の他の例において薄手と厚手の被接合部材を接合する際の施工手順を示す概念図である。
【図４】本発明の部材接合方法の他の例において厚手の被接合部材を重ねて接合する際の施工手順を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  凹部
２  裏当て部材
３  ピン部
４  ショルダ部
５  接合ツール
６  被接合部材
７  被接合部材
８  被接合物
９  被接合物
１２  裏当て部材
１４  凹部
【図１】
2007283317.tif 000003
【図２】
2007283317.tif 000004
【図３】
2007283317.tif 000005
【図４】
2007283317.tif 000006