摩擦攪拌接合方法
【課題】本発明は、接合部位の外観を優れるようにする摩擦攪拌接合方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る摩擦攪拌接合方法は、摩擦面を有する接合工具を提供するステップと、第一表面層及び第一接合部を有する第一部品を提供するステップと、第二表面層及び第二接合部を有する第二部品を提供するステップと、前記第一部品の第一接合部と第二部品の第二接合部とを対接させるステップと、前記接合工具の摩擦面を第一部品の第一表面層及び第二部品の第二表面層のうち少なくとも一方に圧接し、前記接合工具を回転させながら移動することにより、前記接合工具の摩擦面は第一部品の第一表面層及び第二部品の第二表面層のうち少なくとも一方を摩擦攪拌して熱量を生じ、前記熱量は第一部品の第一接合部及び第二部品の第二接合部に伝達されて第一接合部及び第二接合部を塑性状態に加熱して、前記第一部品及び第二部品を接合するステップとを備える。
【解決手段】本発明に係る摩擦攪拌接合方法は、摩擦面を有する接合工具を提供するステップと、第一表面層及び第一接合部を有する第一部品を提供するステップと、第二表面層及び第二接合部を有する第二部品を提供するステップと、前記第一部品の第一接合部と第二部品の第二接合部とを対接させるステップと、前記接合工具の摩擦面を第一部品の第一表面層及び第二部品の第二表面層のうち少なくとも一方に圧接し、前記接合工具を回転させながら移動することにより、前記接合工具の摩擦面は第一部品の第一表面層及び第二部品の第二表面層のうち少なくとも一方を摩擦攪拌して熱量を生じ、前記熱量は第一部品の第一接合部及び第二部品の第二接合部に伝達されて第一接合部及び第二接合部を塑性状態に加熱して、前記第一部品及び第二部品を接合するステップとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌接合方法に関し、特に攪拌ピン（突起部）を備えない攪拌工具で摩擦攪拌接合する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
摩擦攪拌接合方法とは、板材を対接させて接合する場合、回転する攪拌工具で接合部位の材料を攪拌して接合することである。前記摩擦攪拌接合方法は、その簡単性及び優れた生産性によって徐々にその適用範囲が拡大している。前記摩擦攪拌接合方法において、攪拌工具の耐久性に対して要求が高いので、アルミニウム（Ａｌ）合金の接合に多く用いられる。しかし、接合面が製品の外表面である場合、接合加工によって製品の外表面に攪拌痕跡又はバリ（Ｂｕｒｒ）が残るので、切削加工又は研磨加工を行って接合ワークの表面層を除去しなければならない。
【０００３】
前記表面層を除去して平滑な接合面を得たとしても、撹拌過程中で撹拌部分に比較的大きい塑性流動が重複するので、撹拌された部位の金属組織が母材と大きく異なることになる。これによって、後続のアルミニウム合金に多用されるアルマイト処理を行う場合、加工面に痕跡が残る。前記痕跡は、機械加工によって除去されるが、アルマイト処理によっては除去されない。即ち、通常のアルマイト処理に化学エッチング効果が付加されるので、前記アルマイト処理によって金属組織の変化が現れてしまう。即ち摩擦攪拌による塑性流動性によって攪拌される部分の材料の金属組織は機械的に改変されて、攪拌される部分の材料の金属組織は母材と大きく異なる。従って、前記摩擦攪拌接合されたワークに対してアルマイト処理を行うと、攪拌された部分の表面に生じる微細な凹凸によって、接合部を視認できる。
【０００４】
さらに、接合部材を炉内に放置し、再結晶温度以上の温度まで加熱して、接合部分の金属組織の局部的な差異を除去する焼鈍などの熱処理を加えても、熱処理条件が適切でなければ、再結晶の時攪拌部位に存在する差異が現われ、全域にわたり金属組織を均一化することができない。
【０００５】
上述したように、金属組織が相異の接合部分にアルマイト処理を行うと、その金属組織の差異が接合部材の表面から表現される。即ち、同じ成分の金属でも製造方法（圧延、押し出し、鍛造、鋳造、焼結）が異なれば、金属組織は異なるため、接合方法と関係無しに、接合部材に対してアルマイト処理を実施すれば、接合部位を境界とする差異が表現される。さらに摩擦攪拌によって接合された接合部材の接合部位の金属組織が母材と大きく異なるので、接合部材に対してアルマイト処理を実施すれば、接合部位は母材に対して差異が大きい。
【０００６】
上述したように、アルマイト処理を実施する場合、母材の製造方法及びその金属組織を考慮しなければならなく、接合部位を完全に視認できない接合は、理論的にも実現し難い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明は、接合部位の外観を優れるようにする摩擦攪拌接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記問題を解決するために、本発明に係る摩擦攪拌接合方法は、摩擦面を有する接合工具を提供するステップと、第一表面層及び第一接合部を有する第一部品を提供するステップと、第二表面層及び第二接合部を有する第二部品を提供するステップと、前記第一部品の第一接合部と前記第二部品の第二接合部とを対接させるステップと、前記接合工具の摩擦面を前記第一部品の第一表面層及び前記第二部品の第二表面層のうちの少なくとも一方に圧接し、前記接合工具を回転させながら移動することにより、前記接合工具の摩擦面は前記第一部品の第一表面層及び前記第二部品の第二表面層のうちの少なくとも一方を摩擦攪拌して熱量を生じさせ、前記熱量は前記第一部品の第一接合部及び前記第二部品の第二接合部に伝達されて前記第一接合部及び前記第二接合部を塑性状態に加熱して、前記第一部品及び前記第二部品を接合するステップと、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る摩擦攪拌接合方法において、接合工具で第一部品及び第二部品の表面層だけを摩擦攪拌して熱量を産生し、且つ前記熱量を前記第一部品及び前記第二部品の接合部に伝達して前記第一部品及び前記第二部品を接合するため、前記第一部品及び前記第二部品の表面層の材料だけに塑性流動が発生し、前記第一部品及び前記第二部品の接合部の材料には流動が発生しない。従って、前記第一接合部及び前記第二接合部の材料は組織の変化が極めて少なく、本発明に係る方法による製品は優れた外観を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る摩擦攪拌接合方法に採用される接合工具の斜視図である。
【図２】図１に示す接合工具の摩擦面の構造図である。
【図３】図１に示す接合工具の摩擦面の他の構造図である。
【図４】本発明の第一実施例に係る第一部品及び第二部品を示す図である。
【図５】図１に示す接合工具で図４に示す第一部品及び第二部品を接合する過程を示す図である。
【図６】本発明の第二実施例に係る第一部品及び第二部品を示す図である
【図７】図１に示す接合工具で図６に示す第一部品及び第二部品を接合する過程を示す図である。
【図８】本発明の第三実施例に係る第一部品及び第二部品を示す図である。
【図９】図１に示す接合工具で図８に示す第一部品及び第二部品を接合する過程を示す図である。
【図１０】図８に示す第一部品と第二部品とが接合された構造を示す図である。
【図１１】本発明の第四実施例に係る第一部品及び第二部品を示す図である。
【図１２】図１に示す接合工具で図１１に示す第一部品及び第二部品を接合する過程を示す図である。
【図１３】本発明の第五実施例に係る第一部品、第二部品及び溶接部材を示す図である。
【図１４】図１３に示す第一部品と第二部品とが接合された構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて、本発明に係る摩擦攪拌接合方法について詳細に説明する。
【００１２】
図１、図４及び図５を参照すると、本発明の第一実施例に係る摩擦攪拌接合方法は、接合工具１０を採用して第一部品２０及び第二部品３０に対して摩擦攪拌をして、前記第一部品２０と前記第二部品３０とを接合する。
【００１３】
図１乃至図３を参照すると、前記接合工具１０は、実質的に柱状体であり、その一端面は略平面状の摩擦面１１である。前記摩擦面１１には、前記接合工具１０の内部へ凹入された複数の凹部１３が形成されている。前記凹部１３の形状は、螺旋状又は前記接合工具１０の軸中心を共通の起点として放射状に配列される複数の円弧である。作業時の前記接合工具１０の回転方向は、前記凹部１３の中心から周縁へ延伸する方向（例えば、図２及び図３の矢印の方向）と同じである。
【００１４】
図４及び図５を参照すると、前記第一部品２０は、第一表面層２１と、前記第一表面層２１に隣接され且つ前記第一表面層２１に垂直する平面である第一接合部２３と、を備える。
【００１５】
前記第二部品３０は、第二表面層３１と、前記第二表面層３１に隣接され且つ前記第二表面層３１に垂直する平面である第二接合部３３と、を備える。
【００１６】
前記第一部品２０と前記第二部品３０とを接合する時、先ず、前記第一部品２０の第一接合部２３と前記第二部品３０の第二接合部３３とを対接させてから、前記第一部品２０及び前記第二部品３０を固定させる。前記第一部品２０の第一表面層２１と前記第二部品３０の第二表面層３１は、同じ平面に置かれる。前記第一部品２０の第一表面層２１の接合辺縁と前記第二部品３０の第二表面層３１の接合辺縁とが接合する箇所に接合線２９が形成される。
【００１７】
次に、前記接合工具１０の摩擦面１１を、前記第一部品２０の第一表面層２１と前記第二部品３０の第二表面層３１とに圧接（即ち、前記接合線２９の上に圧接）してから、前記接合工具１０を前記接合線２９の延伸方向を沿って回転及び移動させて、前記第一部品２０の第一表面層２１及び前記第二部品３０の第二表面層３１を摩擦攪拌する。前記摩擦攪拌によって産生される熱量は、摩擦攪拌されない前記第一接合部２３及び前記第二接合部３３に伝達されて、前記第一接合部２３及び前記第二接合部３３を塑性状態に加熱して、前記第一部品２０及び前記第二部品３０を無間隙に接合させる。
【００１８】
前記接合工具１０の回転方向は、前記凹部１３の摩擦面１１の中心から周縁へ延伸する方向と同じである。前記接合工具１０を、前記摩擦面１１が前記第一部品２０の第一表面層２１及び前記第二部品３０の第二表面層３１にやや挿入された状態で高速回転させるとともに低速移動させて、前記第一部品２０及び前記第二部品３０に対して摩擦攪拌接合を行う。前記接合工具１０の回転速度Ｓ、移動速度Ｖ及び前記接合工具１０の先端が前記第一部品２０の第一表面層２１及び前記第二部品３０の第二表面層３１に挿入される深さＨは、前記第一部品２０及び前記第二部品３０の接合部位の厚さ及び材料、前記接合工具１０のサイズ及び材料等によって決定される。即ち、前記第一部品２０及び前記第二部品３０の部分の材料だけが塑性流動状態になるとともに、十分な熱量を産生して攪拌されない部分に伝達して、前記第一部品２０の第一接合部２３と前記第二部品３０の第二接合部３３とが接合できさえすれば良い。本実施例において、前記接合工具１０の回転速度Ｓは７０００回／分であり、移動速度Ｖは５００ｍｍ／分であり、前記第一表面層２１及び前記第二表面層３１の摩擦攪拌される厚さＨは０．１５ｍｍである。
【００１９】
図１、図６及び図７を参照すると、本発明の第二実施例に係る摩擦攪拌接合方法は、接合工具１０を採用して第一部品４０及び第二部品５０に対して摩擦攪拌して、前記第一部品４０と前記第二部品５０とを接合する。本実施例の接合工具１０は、第一実施例の接合工具１０と同じである。
【００２０】
前記第一部品４０は、第一表面層４１と、前記第一表面層４１に対して垂直する平面である第一接合部４３と、前記第一表面層４１と前記第一接合部４３とを連結する第一斜面４５と、を備える。
【００２１】
前記第二部品５０は、第二表面層５１と、前記第二表面層５１に対して垂直する平面である第二接合部５３と、前記第二表面層５１と前記第二接合部５３とを連結する第二斜面５５と、を備える。
【００２２】
前記第一部品４０と前記第二部品５０とを接合する時、先ず、前記第一部品４０の第一接合部４３と前記第二部品５０の第二接合部５３とを対接させてから、前記第一部品４０及び前記第二部品５０を固定する。前記第一部品４０の第一表面層４１と前記第二部品５０の第二表面層５１とは、同じ平面に置かれ、前記第一斜面４５と前記第二斜面５５とは凹部４９を形成し、前記凹部４９の底部には接合線５９が形成される。また、前記斜面は、前記第一部品４０と前記第二部品５０のうちの一方だけに設置することができ、前記凹部は、任意形状とすることができる。
【００２３】
次に、前記接合工具１０の摩擦面１１を、前記第一部品４０の第一表面層４１と前記第二部品５０の第二表面層５１とに圧接（即ち、前記凹部４９の上に圧接）してから、前記接合工具１０を前記接合線５９の延伸方向に沿って回転及び移動させて、前記第一部品４０の第一表面層４１及び前記第二部品５０の第二表面層５１を摩擦攪拌する。前記摩擦攪拌によって産生される熱量は、摩擦攪拌されない前記第一接合部４３及び前記第二接合部５３に伝達されて、前記第一接合部４３及び前記第二接合部５３を塑性状態に加熱して、前記第一部品４０及び前記第二部品５０を無間隙に接合させる。また、摩擦攪拌によって塑性流動された第一部品４０の材料及び第二部品５０の材料が前記凹部４９に充填されて、前記第一部品４０と前記第二部品５０との接合が堅固になる。
【００２４】
前記接合工具１０の回転方向は、前記凹部１３の摩擦面１１の中心から周縁へ延伸する方向と同じである。前記接合工具１０を、前記摩擦面１１が前記第一部品４０の第一表面層４１及び前記第二部品５０の第二表面層５１にやや挿入された状態で高速回転させるとともに低速移動させて、前記第一部品４０及び前記第二部品５０に対して摩擦攪拌接合を行う。前記接合工具１０の回転速度Ｓ、移動速度Ｖ及び前記接合工具１０の先端が前記第一部品４０の第一表面層４１及び前記第二部品５０の第二表面層５１に挿入される深さＨは、前記第一部品４０及び前記第二部品５０の接合部位の厚さ及び材料、前記接合工具１０のサイズ及び材料等によって決定される。即ち、前記第一部品４０及び前記第二部品５０の部分の材料だけが塑性流動状態になるとともに、十分な熱量を産生して攪拌されない部分に伝達して、前記第一部品４０の第一接合部４３と前記第二部品５０の第二接合部５３とが接合できさえすれば良い。本実施例において、前記接合工具１０の回転速度Ｓは７０００回／分であり、移動速度Ｖは５００ｍｍ／分であり、前記第一表面層４１及び前記第二表面層５１の摩擦攪拌される厚さＨは０．１５ｍｍである。
【００２５】
図１、図８、図９及び図１０を参照すると、本発明の第三実施例に係る摩擦攪拌接合方法は、接合工具１０を採用して第一部品６０及び第二部品７０に対して摩擦攪拌して、前記第一部品６０と前記第二部品７０とを接合する。本実施例の接合工具１０は、第一実施例の接合工具１０と同じである。
【００２６】
前記第一部品６０は、第一表面層６１と、前記第一表面層６１に隣接され且つ前記第一表面層６１に対して傾斜された平面である第一接合部６３と、を備える。
【００２７】
前記第二部品７０は、第二表面層７１と、前記第二表面層７１に隣接され且つ前記第二表面層７１に対して傾斜された平面である第二接合部７３と、を備える。
【００２８】
前記第一部品６０と前記第二部品７０とを接合する時、先ず、前記第一部品６０の第一接合部６３と前記第二部品７０の第二接合部７３とを対接させてから、前記第一部品６０及び前記第二部品７０を固定する。前記第一部品６０の第一表面層６１と前記第二部品７０の第二表面層７１とは任意の角度を成す。本実施例において、前記第一部品６０の第一表面層６１と前記第二部品７０の第二表面層７１とが成す角度は、９０度である。即ち、前記第一部品６０と前記第二部品７０とは直交する。前記第一部品６０の第一表面層６１の接合辺縁と前記第二部品７０の第二表面層７１の接合辺縁とが接合する箇所には接合線６９が形成されている。前記接合線６９は、前記第一部品６０と前記第二部品７０とによって形成される摩擦攪拌製品３００の辺角線と重畳される。
【００２９】
前記摩擦攪拌接合方法は、摩擦攪拌接合製品３００に対する後処理加工をさらに含む。例えば、前記第一部品６０と前記第二部品７０とを接合した後、前記第一部品６０の第一表面層６１及び前記第二部品７０の第二表面層７１の組織が変化した部分（摩擦攪拌された部分）を除去して、組織が変化しない部分を露出させる。これによって、陽極酸化などのような後続の処理を実施しても、接合された製品３００は優れた外観を有する。即ち、摩擦攪拌接合製品３００の外観において、色差などのような欠陥を低減するか、又は欠陥を避けることができる。また、前記接合線６９と前記摩擦攪拌接合製品３００の辺角線とが重畳されるので、接合部位を視認し難い。
【００３０】
また、第一実施例及び第二実施例における第一部品２０、４０と第二部品３０、５０とを接合した後、上述したような後処理加工（組織が変化した部分の除去及び陽極酸化）を行うことができる。
【００３１】
前記接合工具１０の回転方向は、前記凹部１３の摩擦面１１の中心から周縁へ延伸する方向と同じである。前記接合工具１０を、前記摩擦面１１が前記第一部品６０の第一表面層６１にやや挿入された状態で高速回転させるとともに低速移動させて、前記第一部品６０及び前記第二部品７０に対して摩擦攪拌接合を行う。前記接合工具１０の回転速度Ｓ、移動速度Ｖ及び前記接合工具１０の先端が前記第一部品６０の第一表面層６１に挿入される深さＨは、前記第一部品６０及び前記第二部品７０の接合部位の厚さ及び材料、前記接合工具１０のサイズ及び材料等によって決定される。即ち、前記第一部品６０の部分の材料だけが塑性流動状態になるとともに、十分な熱量を産生して、攪拌されない部分に伝達して、前記第一部品６０の第一接合部６３と前記第二部品７０の第二接合部７３とが接合できさえすれば良い。本実施例において、前記接合工具１０の回転速度Ｓは７０００回／分であり、移動速度Ｖは５００ｍｍ／分であり、前記第一表面層６１の摩擦攪拌される厚さＨは０．１５ｍｍである。
【００３２】
本実施例において、前記第一部品６０と前記第二部品７０とを接合する時、補助的部材２００を採用することができる。前記補助的部材２００は、端面２０１と、前記端面２０１に隣接する第三表面層２０３と、を備える。前記補助的部材２００の端面２０１を、前記補助的部材２００の第三表面層２０３と前記第一部品６０の第一表面層６１とが同じ平面に置かれるように、前記第二部品７０の第二表面層７１に当接させる。
【００３３】
前記補助的部材２００は、摩擦面積を増加させるので、摩擦による熱量も増加され、且つ前記熱量が前記第一部品６０の第一接合部６３及び前記第二部品７０の第二接合部７３に伝達されることによって、前記第一部品６０と前記第二部品７０とはより十分に接合される。
【００３４】
図１、図１１及び図１２を参照すると、本発明の第四実施例に係る摩擦攪拌接合方法は、接合工具１０を採用して第一部品８０及び第二部品９０に対して摩擦攪拌して、前記第一部品８０と前記第二部品９０とを接合する。本実施例の接合工具１０は、第一実施例の接合工具１０と同じである。
【００３５】
前記第一部品８０は、第一表面層８１と、前記第一表面層８１に対して傾斜される平面である第一接合部８３と、前記第一表面層８１と前記第一接合部８３とを連結する側面８５と、を備える。
【００３６】
前記第二部品９０は、第二表面層９１と、前記第二表面層９１に隣接され且つ前記第二表面層９１に対して傾斜される平面である第二接合部９３と、を備える。
【００３７】
前記第一部品８０と前記第二部品９０とを接合する時、先ず、前記第一部品８０の第一接合部８３と前記第二部品９０の第二接合部９３とを対接させてから、前記第一部品８０及び前記第二部品９０を固定する。前記第一部品８０の側面８５と前記第二部品９０の第二表面層９１は、同じ平面に置かれ、前記第一部品８０の第一表面層８１と前記第二部品９０の第二表面層９１は任意の角度を成す。本実施例において、前記第一部品８０の第一表面層８１と前記第二部品９０の第二表面層９１とが成す角度は、９０度である。即ち、前記第一部品８０と前記第二部品９０は直交する。前記第一接合部８３と前記第二接合部９３は、前記側面８５と前記第二表面層９１との間で接合線８９を形成する。
【００３８】
次に、前記接合工具１０の摩擦面１１を、前記第一部品８０の側面８５に近接するように前記第一部品８０の第一表面層８１に圧接してから、前記接合工具１０を前記接合線８９の延伸方向に沿って回転及び移動させて、前記第一部品８０の第一表面層８１を摩擦攪拌する。前記摩擦攪拌によって産生される熱量は、摩擦攪拌されない前記第一接合部８３及び前記第二接合部９３に伝達されて、前記第一接合部８３及び前記第二接合部９３を塑性状態に加熱して、前記第一部品８０及び前記第二部品９０は無間隙に接合される。
【００３９】
前記接合工具１０の回転方向は、前記凹部１３の摩擦面１１の中心から周縁へ延伸する方向と同じである。前記接合工具１０を、前記摩擦面１１が前記第一部品８０の第一表面層８１にやや挿入された状態で高速回転させるとともに低速移動させて、前記第一部品８０及び前記第二部品９０に対して摩擦攪拌接合を行う。前記接合工具１０の回転速度Ｓ、移動速度Ｖ及び前記接合工具１０の先端が前記第一部品８０の第一表面層８１に挿入される深さＨは、前記第一部品８０及び前記第二部品９０の接合部位の厚さ及び材料、前記接合工具１０のサイズ及び材料等によって決定される。即ち、前記第一部品８０の部分の材料だけが塑性流動状態になるとともに、十分な熱量を産生して、攪拌されない部分に伝達して、前記第一部品８０の第一接合部８３と前記第二部品９０の第二接合部９３とが接合できさえすれば良い。
【００４０】
また、前記第一部品８０と前記第二部品９０とを接合してから、摩擦攪拌によって組織が変化された部分を除去することができる。
【００４１】
前記第一部品２０、４０、６０、８０及び前記第二部品３０、５０、７０、９０の材料は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅合金、ゴムなどのような低熔点の材料である。前記第一部品２０、４０、６０、８０及び前記第二部品３０、５０、７０、９０の形状は限定されない。第一接合部２３、４３、６３、８３及び第二接合部３３、５３、７３、９３は、面、線又は点とすることができる。
【００４２】
本発明に係る摩擦攪拌接合方法は、主に接合強度が高くない外観製品の接合に適用される。従って、前記表面層２１、３１、４１、５１、６１、８１だけに対して摩擦攪拌して接合する方式は、一般的に外観製品の強度要求を満足することができる。
【００４３】
図１３及び図１４に示したように、より高い接合強度を得るために、前記第一部品６０の第一接合部６３及び前記第二部品７０の第二接合部７３に別々に装着溝６７、７７を設置し、且つ前記装着溝６７、７７に半田材（Ｓｏｌｄｅｒ）のような低熔点の溶接部材４００を装着することができる。前記溶接部材４００の熔点は、前記第一部品６０及び前記第二部品７０より低い。本発明に係る摩擦攪拌接合方法は、熱量の伝達によって部品を接合し、摩擦攪拌部位から遠く離れている部位に伝達される熱量が比較的低いので、前記溶接部材４００を収納する装着溝６７、７７を摩擦撹拌部位から遠く離れた箇所に設置して、接合強度を高める。
【００４４】
前記第一装着溝６７は、前記第一接合部６３の前記第一表面層６１から離れている一端に形成されている。前記第二装着溝７７は、前記第二接合部７３の前記第二表面層７１から離れている一端に形成され、且つ前記第一装着溝６７と配合して装着部を構成する。
【００４５】
前記第一部品６０と前記第二部品７０とを接合する時、前記溶接部材４００は前記装着部に装着され、前記第一部品６０の第一表面層６１を摩擦攪拌することによって産生される熱量が前記第一装着溝６７及び前記第二装着溝７７に伝達され、前記第一装着溝６７及び前記第二装着溝７７によって構成される装着部に装着された前記溶接部材４００の熔点が低いので、溶接部材４００は容易に流動状態になる。これによって、前記第一部品６０と前記第二部品７０との接合強度は優れたものとなる。また、前記第一部品６０及び前記第二部品７０のうちのいずれか一方に装着部を設置することができる。また、前記第一部品６０及び前記第二部品７０にそれぞれ装着部を設置することもできる。
【００４６】
本発明に係る摩擦攪拌接合方法において、接合される製品のサイズは比較的小さいので、接合に用いられる接合工具１０のサイズも比較的小さい。そして、製品に対して部分的な連続加工を行い、必要とされる加工動力及び加工圧力が比較的小さいので、加工設備は、構造が簡単であって、比較的廉価である。
【００４７】
また、本発明に係る摩擦攪拌接合方法に用いられる接合工具１０を汎用の機械加工センター（図示せず）に応用することができる。即ち、前記第一部品２０、４０、６０、８０及び前記第二部品３０、５０、７０、９０に対して予め処理を行う時、専門設備を必要とせず汎用性に優れ、前記第一部品２０、４０、６０、８０と前記第二部品３０、５０、７０、９０とを摩擦攪拌接合してから、同じ機械加工センターで後処理を行うので、生産効率が高くなる。
【００４８】
また、本発明に係る摩擦撹拌接合方法において、平面である摩擦面１１を有する接合工具１０を採用し、前記接合工具１０で製品の表面に対して加工をするので、結合部位が曲面又は曲線でもその接合加工を良好に完成することができる。
【００４９】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、該変形又は修正も又、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 接合工具
１１ 摩擦面
１３ 凹部
２０ 第一部品
２１ 第一表面層
２３ 第一接合部
２９ 接合線
３０ 第二部品
３１ 第二表面層
３３ 第二接合部
４０ 第一部品
４１ 第一表面層
４３ 第一接合部
４５ 第一斜面
４９ 凹部
５０ 第二部品
５１ 第二表面層
５３ 第二接合部
５５ 第二斜面
５９ 接合線
６０ 第一部品
６１ 第一表面層
６３ 第一接合部
６７ 第一装着溝
６９ 接合線
７０ 第二部品
７１ 第二表面層
７３ 第二接合部
７７ 第二装着溝
８０ 第一部品
８１ 第一表面層
８３ 第一接合部
８５ 側面
８９ 接合線
９０ 第二部品
９１ 第二表面層
９３ 第二接合部
２００ 補助的部材
２０１ 端面
２０３ 第三表面層
３００ 摩擦攪拌接合製品
４００ 溶接部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌接合方法に関し、特に攪拌ピン（突起部）を備えない攪拌工具で摩擦攪拌接合する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
摩擦攪拌接合方法とは、板材を対接させて接合する場合、回転する攪拌工具で接合部位の材料を攪拌して接合することである。前記摩擦攪拌接合方法は、その簡単性及び優れた生産性によって徐々にその適用範囲が拡大している。前記摩擦攪拌接合方法において、攪拌工具の耐久性に対して要求が高いので、アルミニウム（Ａｌ）合金の接合に多く用いられる。しかし、接合面が製品の外表面である場合、接合加工によって製品の外表面に攪拌痕跡又はバリ（Ｂｕｒｒ）が残るので、切削加工又は研磨加工を行って接合ワークの表面層を除去しなければならない。
【０００３】
前記表面層を除去して平滑な接合面を得たとしても、撹拌過程中で撹拌部分に比較的大きい塑性流動が重複するので、撹拌された部位の金属組織が母材と大きく異なることになる。これによって、後続のアルミニウム合金に多用されるアルマイト処理を行う場合、加工面に痕跡が残る。前記痕跡は、機械加工によって除去されるが、アルマイト処理によっては除去されない。即ち、通常のアルマイト処理に化学エッチング効果が付加されるので、前記アルマイト処理によって金属組織の変化が現れてしまう。即ち摩擦攪拌による塑性流動性によって攪拌される部分の材料の金属組織は機械的に改変されて、攪拌される部分の材料の金属組織は母材と大きく異なる。従って、前記摩擦攪拌接合されたワークに対してアルマイト処理を行うと、攪拌された部分の表面に生じる微細な凹凸によって、接合部を視認できる。
【０００４】
さらに、接合部材を炉内に放置し、再結晶温度以上の温度まで加熱して、接合部分の金属組織の局部的な差異を除去する焼鈍などの熱処理を加えても、熱処理条件が適切でなければ、再結晶の時攪拌部位に存在する差異が現われ、全域にわたり金属組織を均一化することができない。
【０００５】
上述したように、金属組織が相異の接合部分にアルマイト処理を行うと、その金属組織の差異が接合部材の表面から表現される。即ち、同じ成分の金属でも製造方法（圧延、押し出し、鍛造、鋳造、焼結）が異なれば、金属組織は異なるため、接合方法と関係無しに、接合部材に対してアルマイト処理を実施すれば、接合部位を境界とする差異が表現される。さらに摩擦攪拌によって接合された接合部材の接合部位の金属組織が母材と大きく異なるので、接合部材に対してアルマイト処理を実施すれば、接合部位は母材に対して差異が大きい。
【０００６】
上述したように、アルマイト処理を実施する場合、母材の製造方法及びその金属組織を考慮しなければならなく、接合部位を完全に視認できない接合は、理論的にも実現し難い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明は、接合部位の外観を優れるようにする摩擦攪拌接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記問題を解決するために、本発明に係る摩擦攪拌接合方法は、摩擦面を有する接合工具を提供するステップと、第一表面層及び第一接合部を有する第一部品を提供するステップと、第二表面層及び第二接合部を有する第二部品を提供するステップと、前記第一部品の第一接合部と前記第二部品の第二接合部とを対接させるステップと、前記接合工具の摩擦面を前記第一部品の第一表面層及び前記第二部品の第二表面層のうちの少なくとも一方に圧接し、前記接合工具を回転させながら移動することにより、前記接合工具の摩擦面は前記第一部品の第一表面層及び前記第二部品の第二表面層のうちの少なくとも一方を摩擦攪拌して熱量を生じさせ、前記熱量は前記第一部品の第一接合部及び前記第二部品の第二接合部に伝達されて前記第一接合部及び前記第二接合部を塑性状態に加熱して、前記第一部品及び前記第二部品を接合するステップと、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る摩擦攪拌接合方法において、接合工具で第一部品及び第二部品の表面層だけを摩擦攪拌して熱量を産生し、且つ前記熱量を前記第一部品及び前記第二部品の接合部に伝達して前記第一部品及び前記第二部品を接合するため、前記第一部品及び前記第二部品の表面層の材料だけに塑性流動が発生し、前記第一部品及び前記第二部品の接合部の材料には流動が発生しない。従って、前記第一接合部及び前記第二接合部の材料は組織の変化が極めて少なく、本発明に係る方法による製品は優れた外観を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る摩擦攪拌接合方法に採用される接合工具の斜視図である。
【図２】図１に示す接合工具の摩擦面の構造図である。
【図３】図１に示す接合工具の摩擦面の他の構造図である。
【図４】本発明の第一実施例に係る第一部品及び第二部品を示す図である。
【図５】図１に示す接合工具で図４に示す第一部品及び第二部品を接合する過程を示す図である。
【図６】本発明の第二実施例に係る第一部品及び第二部品を示す図である
【図７】図１に示す接合工具で図６に示す第一部品及び第二部品を接合する過程を示す図である。
【図８】本発明の第三実施例に係る第一部品及び第二部品を示す図である。
【図９】図１に示す接合工具で図８に示す第一部品及び第二部品を接合する過程を示す図である。
【図１０】図８に示す第一部品と第二部品とが接合された構造を示す図である。
【図１１】本発明の第四実施例に係る第一部品及び第二部品を示す図である。
【図１２】図１に示す接合工具で図１１に示す第一部品及び第二部品を接合する過程を示す図である。
【図１３】本発明の第五実施例に係る第一部品、第二部品及び溶接部材を示す図である。
【図１４】図１３に示す第一部品と第二部品とが接合された構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて、本発明に係る摩擦攪拌接合方法について詳細に説明する。
【００１２】
図１、図４及び図５を参照すると、本発明の第一実施例に係る摩擦攪拌接合方法は、接合工具１０を採用して第一部品２０及び第二部品３０に対して摩擦攪拌をして、前記第一部品２０と前記第二部品３０とを接合する。
【００１３】
図１乃至図３を参照すると、前記接合工具１０は、実質的に柱状体であり、その一端面は略平面状の摩擦面１１である。前記摩擦面１１には、前記接合工具１０の内部へ凹入された複数の凹部１３が形成されている。前記凹部１３の形状は、螺旋状又は前記接合工具１０の軸中心を共通の起点として放射状に配列される複数の円弧である。作業時の前記接合工具１０の回転方向は、前記凹部１３の中心から周縁へ延伸する方向（例えば、図２及び図３の矢印の方向）と同じである。
【００１４】
図４及び図５を参照すると、前記第一部品２０は、第一表面層２１と、前記第一表面層２１に隣接され且つ前記第一表面層２１に垂直する平面である第一接合部２３と、を備える。
【００１５】
前記第二部品３０は、第二表面層３１と、前記第二表面層３１に隣接され且つ前記第二表面層３１に垂直する平面である第二接合部３３と、を備える。
【００１６】
前記第一部品２０と前記第二部品３０とを接合する時、先ず、前記第一部品２０の第一接合部２３と前記第二部品３０の第二接合部３３とを対接させてから、前記第一部品２０及び前記第二部品３０を固定させる。前記第一部品２０の第一表面層２１と前記第二部品３０の第二表面層３１は、同じ平面に置かれる。前記第一部品２０の第一表面層２１の接合辺縁と前記第二部品３０の第二表面層３１の接合辺縁とが接合する箇所に接合線２９が形成される。
【００１７】
次に、前記接合工具１０の摩擦面１１を、前記第一部品２０の第一表面層２１と前記第二部品３０の第二表面層３１とに圧接（即ち、前記接合線２９の上に圧接）してから、前記接合工具１０を前記接合線２９の延伸方向を沿って回転及び移動させて、前記第一部品２０の第一表面層２１及び前記第二部品３０の第二表面層３１を摩擦攪拌する。前記摩擦攪拌によって産生される熱量は、摩擦攪拌されない前記第一接合部２３及び前記第二接合部３３に伝達されて、前記第一接合部２３及び前記第二接合部３３を塑性状態に加熱して、前記第一部品２０及び前記第二部品３０を無間隙に接合させる。
【００１８】
前記接合工具１０の回転方向は、前記凹部１３の摩擦面１１の中心から周縁へ延伸する方向と同じである。前記接合工具１０を、前記摩擦面１１が前記第一部品２０の第一表面層２１及び前記第二部品３０の第二表面層３１にやや挿入された状態で高速回転させるとともに低速移動させて、前記第一部品２０及び前記第二部品３０に対して摩擦攪拌接合を行う。前記接合工具１０の回転速度Ｓ、移動速度Ｖ及び前記接合工具１０の先端が前記第一部品２０の第一表面層２１及び前記第二部品３０の第二表面層３１に挿入される深さＨは、前記第一部品２０及び前記第二部品３０の接合部位の厚さ及び材料、前記接合工具１０のサイズ及び材料等によって決定される。即ち、前記第一部品２０及び前記第二部品３０の部分の材料だけが塑性流動状態になるとともに、十分な熱量を産生して攪拌されない部分に伝達して、前記第一部品２０の第一接合部２３と前記第二部品３０の第二接合部３３とが接合できさえすれば良い。本実施例において、前記接合工具１０の回転速度Ｓは７０００回／分であり、移動速度Ｖは５００ｍｍ／分であり、前記第一表面層２１及び前記第二表面層３１の摩擦攪拌される厚さＨは０．１５ｍｍである。
【００１９】
図１、図６及び図７を参照すると、本発明の第二実施例に係る摩擦攪拌接合方法は、接合工具１０を採用して第一部品４０及び第二部品５０に対して摩擦攪拌して、前記第一部品４０と前記第二部品５０とを接合する。本実施例の接合工具１０は、第一実施例の接合工具１０と同じである。
【００２０】
前記第一部品４０は、第一表面層４１と、前記第一表面層４１に対して垂直する平面である第一接合部４３と、前記第一表面層４１と前記第一接合部４３とを連結する第一斜面４５と、を備える。
【００２１】
前記第二部品５０は、第二表面層５１と、前記第二表面層５１に対して垂直する平面である第二接合部５３と、前記第二表面層５１と前記第二接合部５３とを連結する第二斜面５５と、を備える。
【００２２】
前記第一部品４０と前記第二部品５０とを接合する時、先ず、前記第一部品４０の第一接合部４３と前記第二部品５０の第二接合部５３とを対接させてから、前記第一部品４０及び前記第二部品５０を固定する。前記第一部品４０の第一表面層４１と前記第二部品５０の第二表面層５１とは、同じ平面に置かれ、前記第一斜面４５と前記第二斜面５５とは凹部４９を形成し、前記凹部４９の底部には接合線５９が形成される。また、前記斜面は、前記第一部品４０と前記第二部品５０のうちの一方だけに設置することができ、前記凹部は、任意形状とすることができる。
【００２３】
次に、前記接合工具１０の摩擦面１１を、前記第一部品４０の第一表面層４１と前記第二部品５０の第二表面層５１とに圧接（即ち、前記凹部４９の上に圧接）してから、前記接合工具１０を前記接合線５９の延伸方向に沿って回転及び移動させて、前記第一部品４０の第一表面層４１及び前記第二部品５０の第二表面層５１を摩擦攪拌する。前記摩擦攪拌によって産生される熱量は、摩擦攪拌されない前記第一接合部４３及び前記第二接合部５３に伝達されて、前記第一接合部４３及び前記第二接合部５３を塑性状態に加熱して、前記第一部品４０及び前記第二部品５０を無間隙に接合させる。また、摩擦攪拌によって塑性流動された第一部品４０の材料及び第二部品５０の材料が前記凹部４９に充填されて、前記第一部品４０と前記第二部品５０との接合が堅固になる。
【００２４】
前記接合工具１０の回転方向は、前記凹部１３の摩擦面１１の中心から周縁へ延伸する方向と同じである。前記接合工具１０を、前記摩擦面１１が前記第一部品４０の第一表面層４１及び前記第二部品５０の第二表面層５１にやや挿入された状態で高速回転させるとともに低速移動させて、前記第一部品４０及び前記第二部品５０に対して摩擦攪拌接合を行う。前記接合工具１０の回転速度Ｓ、移動速度Ｖ及び前記接合工具１０の先端が前記第一部品４０の第一表面層４１及び前記第二部品５０の第二表面層５１に挿入される深さＨは、前記第一部品４０及び前記第二部品５０の接合部位の厚さ及び材料、前記接合工具１０のサイズ及び材料等によって決定される。即ち、前記第一部品４０及び前記第二部品５０の部分の材料だけが塑性流動状態になるとともに、十分な熱量を産生して攪拌されない部分に伝達して、前記第一部品４０の第一接合部４３と前記第二部品５０の第二接合部５３とが接合できさえすれば良い。本実施例において、前記接合工具１０の回転速度Ｓは７０００回／分であり、移動速度Ｖは５００ｍｍ／分であり、前記第一表面層４１及び前記第二表面層５１の摩擦攪拌される厚さＨは０．１５ｍｍである。
【００２５】
図１、図８、図９及び図１０を参照すると、本発明の第三実施例に係る摩擦攪拌接合方法は、接合工具１０を採用して第一部品６０及び第二部品７０に対して摩擦攪拌して、前記第一部品６０と前記第二部品７０とを接合する。本実施例の接合工具１０は、第一実施例の接合工具１０と同じである。
【００２６】
前記第一部品６０は、第一表面層６１と、前記第一表面層６１に隣接され且つ前記第一表面層６１に対して傾斜された平面である第一接合部６３と、を備える。
【００２７】
前記第二部品７０は、第二表面層７１と、前記第二表面層７１に隣接され且つ前記第二表面層７１に対して傾斜された平面である第二接合部７３と、を備える。
【００２８】
前記第一部品６０と前記第二部品７０とを接合する時、先ず、前記第一部品６０の第一接合部６３と前記第二部品７０の第二接合部７３とを対接させてから、前記第一部品６０及び前記第二部品７０を固定する。前記第一部品６０の第一表面層６１と前記第二部品７０の第二表面層７１とは任意の角度を成す。本実施例において、前記第一部品６０の第一表面層６１と前記第二部品７０の第二表面層７１とが成す角度は、９０度である。即ち、前記第一部品６０と前記第二部品７０とは直交する。前記第一部品６０の第一表面層６１の接合辺縁と前記第二部品７０の第二表面層７１の接合辺縁とが接合する箇所には接合線６９が形成されている。前記接合線６９は、前記第一部品６０と前記第二部品７０とによって形成される摩擦攪拌製品３００の辺角線と重畳される。
【００２９】
前記摩擦攪拌接合方法は、摩擦攪拌接合製品３００に対する後処理加工をさらに含む。例えば、前記第一部品６０と前記第二部品７０とを接合した後、前記第一部品６０の第一表面層６１及び前記第二部品７０の第二表面層７１の組織が変化した部分（摩擦攪拌された部分）を除去して、組織が変化しない部分を露出させる。これによって、陽極酸化などのような後続の処理を実施しても、接合された製品３００は優れた外観を有する。即ち、摩擦攪拌接合製品３００の外観において、色差などのような欠陥を低減するか、又は欠陥を避けることができる。また、前記接合線６９と前記摩擦攪拌接合製品３００の辺角線とが重畳されるので、接合部位を視認し難い。
【００３０】
また、第一実施例及び第二実施例における第一部品２０、４０と第二部品３０、５０とを接合した後、上述したような後処理加工（組織が変化した部分の除去及び陽極酸化）を行うことができる。
【００３１】
前記接合工具１０の回転方向は、前記凹部１３の摩擦面１１の中心から周縁へ延伸する方向と同じである。前記接合工具１０を、前記摩擦面１１が前記第一部品６０の第一表面層６１にやや挿入された状態で高速回転させるとともに低速移動させて、前記第一部品６０及び前記第二部品７０に対して摩擦攪拌接合を行う。前記接合工具１０の回転速度Ｓ、移動速度Ｖ及び前記接合工具１０の先端が前記第一部品６０の第一表面層６１に挿入される深さＨは、前記第一部品６０及び前記第二部品７０の接合部位の厚さ及び材料、前記接合工具１０のサイズ及び材料等によって決定される。即ち、前記第一部品６０の部分の材料だけが塑性流動状態になるとともに、十分な熱量を産生して、攪拌されない部分に伝達して、前記第一部品６０の第一接合部６３と前記第二部品７０の第二接合部７３とが接合できさえすれば良い。本実施例において、前記接合工具１０の回転速度Ｓは７０００回／分であり、移動速度Ｖは５００ｍｍ／分であり、前記第一表面層６１の摩擦攪拌される厚さＨは０．１５ｍｍである。
【００３２】
本実施例において、前記第一部品６０と前記第二部品７０とを接合する時、補助的部材２００を採用することができる。前記補助的部材２００は、端面２０１と、前記端面２０１に隣接する第三表面層２０３と、を備える。前記補助的部材２００の端面２０１を、前記補助的部材２００の第三表面層２０３と前記第一部品６０の第一表面層６１とが同じ平面に置かれるように、前記第二部品７０の第二表面層７１に当接させる。
【００３３】
前記補助的部材２００は、摩擦面積を増加させるので、摩擦による熱量も増加され、且つ前記熱量が前記第一部品６０の第一接合部６３及び前記第二部品７０の第二接合部７３に伝達されることによって、前記第一部品６０と前記第二部品７０とはより十分に接合される。
【００３４】
図１、図１１及び図１２を参照すると、本発明の第四実施例に係る摩擦攪拌接合方法は、接合工具１０を採用して第一部品８０及び第二部品９０に対して摩擦攪拌して、前記第一部品８０と前記第二部品９０とを接合する。本実施例の接合工具１０は、第一実施例の接合工具１０と同じである。
【００３５】
前記第一部品８０は、第一表面層８１と、前記第一表面層８１に対して傾斜される平面である第一接合部８３と、前記第一表面層８１と前記第一接合部８３とを連結する側面８５と、を備える。
【００３６】
前記第二部品９０は、第二表面層９１と、前記第二表面層９１に隣接され且つ前記第二表面層９１に対して傾斜される平面である第二接合部９３と、を備える。
【００３７】
前記第一部品８０と前記第二部品９０とを接合する時、先ず、前記第一部品８０の第一接合部８３と前記第二部品９０の第二接合部９３とを対接させてから、前記第一部品８０及び前記第二部品９０を固定する。前記第一部品８０の側面８５と前記第二部品９０の第二表面層９１は、同じ平面に置かれ、前記第一部品８０の第一表面層８１と前記第二部品９０の第二表面層９１は任意の角度を成す。本実施例において、前記第一部品８０の第一表面層８１と前記第二部品９０の第二表面層９１とが成す角度は、９０度である。即ち、前記第一部品８０と前記第二部品９０は直交する。前記第一接合部８３と前記第二接合部９３は、前記側面８５と前記第二表面層９１との間で接合線８９を形成する。
【００３８】
次に、前記接合工具１０の摩擦面１１を、前記第一部品８０の側面８５に近接するように前記第一部品８０の第一表面層８１に圧接してから、前記接合工具１０を前記接合線８９の延伸方向に沿って回転及び移動させて、前記第一部品８０の第一表面層８１を摩擦攪拌する。前記摩擦攪拌によって産生される熱量は、摩擦攪拌されない前記第一接合部８３及び前記第二接合部９３に伝達されて、前記第一接合部８３及び前記第二接合部９３を塑性状態に加熱して、前記第一部品８０及び前記第二部品９０は無間隙に接合される。
【００３９】
前記接合工具１０の回転方向は、前記凹部１３の摩擦面１１の中心から周縁へ延伸する方向と同じである。前記接合工具１０を、前記摩擦面１１が前記第一部品８０の第一表面層８１にやや挿入された状態で高速回転させるとともに低速移動させて、前記第一部品８０及び前記第二部品９０に対して摩擦攪拌接合を行う。前記接合工具１０の回転速度Ｓ、移動速度Ｖ及び前記接合工具１０の先端が前記第一部品８０の第一表面層８１に挿入される深さＨは、前記第一部品８０及び前記第二部品９０の接合部位の厚さ及び材料、前記接合工具１０のサイズ及び材料等によって決定される。即ち、前記第一部品８０の部分の材料だけが塑性流動状態になるとともに、十分な熱量を産生して、攪拌されない部分に伝達して、前記第一部品８０の第一接合部８３と前記第二部品９０の第二接合部９３とが接合できさえすれば良い。
【００４０】
また、前記第一部品８０と前記第二部品９０とを接合してから、摩擦攪拌によって組織が変化された部分を除去することができる。
【００４１】
前記第一部品２０、４０、６０、８０及び前記第二部品３０、５０、７０、９０の材料は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅合金、ゴムなどのような低熔点の材料である。前記第一部品２０、４０、６０、８０及び前記第二部品３０、５０、７０、９０の形状は限定されない。第一接合部２３、４３、６３、８３及び第二接合部３３、５３、７３、９３は、面、線又は点とすることができる。
【００４２】
本発明に係る摩擦攪拌接合方法は、主に接合強度が高くない外観製品の接合に適用される。従って、前記表面層２１、３１、４１、５１、６１、８１だけに対して摩擦攪拌して接合する方式は、一般的に外観製品の強度要求を満足することができる。
【００４３】
図１３及び図１４に示したように、より高い接合強度を得るために、前記第一部品６０の第一接合部６３及び前記第二部品７０の第二接合部７３に別々に装着溝６７、７７を設置し、且つ前記装着溝６７、７７に半田材（Ｓｏｌｄｅｒ）のような低熔点の溶接部材４００を装着することができる。前記溶接部材４００の熔点は、前記第一部品６０及び前記第二部品７０より低い。本発明に係る摩擦攪拌接合方法は、熱量の伝達によって部品を接合し、摩擦攪拌部位から遠く離れている部位に伝達される熱量が比較的低いので、前記溶接部材４００を収納する装着溝６７、７７を摩擦撹拌部位から遠く離れた箇所に設置して、接合強度を高める。
【００４４】
前記第一装着溝６７は、前記第一接合部６３の前記第一表面層６１から離れている一端に形成されている。前記第二装着溝７７は、前記第二接合部７３の前記第二表面層７１から離れている一端に形成され、且つ前記第一装着溝６７と配合して装着部を構成する。
【００４５】
前記第一部品６０と前記第二部品７０とを接合する時、前記溶接部材４００は前記装着部に装着され、前記第一部品６０の第一表面層６１を摩擦攪拌することによって産生される熱量が前記第一装着溝６７及び前記第二装着溝７７に伝達され、前記第一装着溝６７及び前記第二装着溝７７によって構成される装着部に装着された前記溶接部材４００の熔点が低いので、溶接部材４００は容易に流動状態になる。これによって、前記第一部品６０と前記第二部品７０との接合強度は優れたものとなる。また、前記第一部品６０及び前記第二部品７０のうちのいずれか一方に装着部を設置することができる。また、前記第一部品６０及び前記第二部品７０にそれぞれ装着部を設置することもできる。
【００４６】
本発明に係る摩擦攪拌接合方法において、接合される製品のサイズは比較的小さいので、接合に用いられる接合工具１０のサイズも比較的小さい。そして、製品に対して部分的な連続加工を行い、必要とされる加工動力及び加工圧力が比較的小さいので、加工設備は、構造が簡単であって、比較的廉価である。
【００４７】
また、本発明に係る摩擦攪拌接合方法に用いられる接合工具１０を汎用の機械加工センター（図示せず）に応用することができる。即ち、前記第一部品２０、４０、６０、８０及び前記第二部品３０、５０、７０、９０に対して予め処理を行う時、専門設備を必要とせず汎用性に優れ、前記第一部品２０、４０、６０、８０と前記第二部品３０、５０、７０、９０とを摩擦攪拌接合してから、同じ機械加工センターで後処理を行うので、生産効率が高くなる。
【００４８】
また、本発明に係る摩擦撹拌接合方法において、平面である摩擦面１１を有する接合工具１０を採用し、前記接合工具１０で製品の表面に対して加工をするので、結合部位が曲面又は曲線でもその接合加工を良好に完成することができる。
【００４９】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、該変形又は修正も又、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 接合工具
１１ 摩擦面
１３ 凹部
２０ 第一部品
２１ 第一表面層
２３ 第一接合部
２９ 接合線
３０ 第二部品
３１ 第二表面層
３３ 第二接合部
４０ 第一部品
４１ 第一表面層
４３ 第一接合部
４５ 第一斜面
４９ 凹部
５０ 第二部品
５１ 第二表面層
５３ 第二接合部
５５ 第二斜面
５９ 接合線
６０ 第一部品
６１ 第一表面層
６３ 第一接合部
６７ 第一装着溝
６９ 接合線
７０ 第二部品
７１ 第二表面層
７３ 第二接合部
７７ 第二装着溝
８０ 第一部品
８１ 第一表面層
８３ 第一接合部
８５ 側面
８９ 接合線
９０ 第二部品
９１ 第二表面層
９３ 第二接合部
２００ 補助的部材
２０１ 端面
２０３ 第三表面層
３００ 摩擦攪拌接合製品
４００ 溶接部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦面を有する接合工具を提供するステップと、
第一表面層及び第一接合部を有する第一部品を提供するステップと、
第二表面層及び第二接合部を有する第二部品を提供するステップと、
前記第一部品の第一接合部と前記第二部品の第二接合部とを対接させるステップと、
前記接合工具の摩擦面を、前記第一部品の第一表面層及び前記第二部品の第二表面層のうちの少なくとも一方に圧接し、前記接合工具を回転させながら移動することにより、前記接合工具の摩擦面は、前記第一部品の第一表面層及び前記第二部品の第二表面層のうちの少なくとも一方を摩擦攪拌して熱量を生じさせ、前記熱量は前記第一部品の第一接合部及び前記第二部品の第二接合部に伝達されて前記第一接合部及び前記第二接合部を塑性状態に加熱して、前記第一部品及び前記第二部品を接合するステップと、
を備えることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項２】
前記第一部品は、前記第一表面層と前記第一接合部とを連結する第一斜面をさらに備え、前記接合工具で前記第一部品の第一表面層及び前記第二部品の第二表面層のうちの少なくとも一方を摩擦攪拌する時、摩擦攪拌による前記第一表面層及び前記第二表面層の材料が前記第一斜面に充填されることを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項３】
前記第二部品は、前記第二表面層と前記第二接合部とを連結する第二斜面をさらに備え、前記接合工具で前記第一部品の第一表面層及び前記第二部品の第二表面層のうちの少なくとも一方を摩擦攪拌する時、摩擦攪拌による前記第一表面層及び前記第二表面層の材料が、前記第一斜面と前記第二斜面とが構成する凹部に充填されることを特徴とする請求項２に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項４】
前記第一表面層と前記第二表面層との成す角度が０度より大きく１８０度より小さくなるように、前記第一部品の第一接合部と前記第二部品の第二接合部とを対接させて、前記接合工具の摩擦面を前記第一部品の第一表面層に圧接することを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項５】
前記第一部品の第一接合部は、前記第一表面層に傾斜する斜面であり、前記第二部品の第二接合部は、前記第二表面層に傾斜する斜面であることを特徴とする請求項４に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項６】
前記第一接合部の前記第一表面層から離れている一端に第一装着溝が設置され、前記第一装着溝に、熔点が前記第一部品より低い溶接部材を装着することを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項７】
前記第二接合部の前記第二表面層から離れている一端に第二装着溝が設置され、前記第一装着溝と前記第二装着溝は装着部を構成し、前記溶接部材は前記装着部内に装着されることを特徴とする請求項６に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項８】
前記第一部品は、前記第一表面層と前記第一接合部とを連結する側面をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項９】
前記接合工具の摩擦面には、前記接合工具の内部へ凹入された複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１】
摩擦面を有する接合工具を提供するステップと、
第一表面層及び第一接合部を有する第一部品を提供するステップと、
第二表面層及び第二接合部を有する第二部品を提供するステップと、
前記第一部品の第一接合部と前記第二部品の第二接合部とを対接させるステップと、
前記接合工具の摩擦面を、前記第一部品の第一表面層及び前記第二部品の第二表面層のうちの少なくとも一方に圧接し、前記接合工具を回転させながら移動することにより、前記接合工具の摩擦面は、前記第一部品の第一表面層及び前記第二部品の第二表面層のうちの少なくとも一方を摩擦攪拌して熱量を生じさせ、前記熱量は前記第一部品の第一接合部及び前記第二部品の第二接合部に伝達されて前記第一接合部及び前記第二接合部を塑性状態に加熱して、前記第一部品及び前記第二部品を接合するステップと、
を備えることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項２】
前記第一部品は、前記第一表面層と前記第一接合部とを連結する第一斜面をさらに備え、前記接合工具で前記第一部品の第一表面層及び前記第二部品の第二表面層のうちの少なくとも一方を摩擦攪拌する時、摩擦攪拌による前記第一表面層及び前記第二表面層の材料が前記第一斜面に充填されることを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項３】
前記第二部品は、前記第二表面層と前記第二接合部とを連結する第二斜面をさらに備え、前記接合工具で前記第一部品の第一表面層及び前記第二部品の第二表面層のうちの少なくとも一方を摩擦攪拌する時、摩擦攪拌による前記第一表面層及び前記第二表面層の材料が、前記第一斜面と前記第二斜面とが構成する凹部に充填されることを特徴とする請求項２に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項４】
前記第一表面層と前記第二表面層との成す角度が０度より大きく１８０度より小さくなるように、前記第一部品の第一接合部と前記第二部品の第二接合部とを対接させて、前記接合工具の摩擦面を前記第一部品の第一表面層に圧接することを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項５】
前記第一部品の第一接合部は、前記第一表面層に傾斜する斜面であり、前記第二部品の第二接合部は、前記第二表面層に傾斜する斜面であることを特徴とする請求項４に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項６】
前記第一接合部の前記第一表面層から離れている一端に第一装着溝が設置され、前記第一装着溝に、熔点が前記第一部品より低い溶接部材を装着することを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項７】
前記第二接合部の前記第二表面層から離れている一端に第二装着溝が設置され、前記第一装着溝と前記第二装着溝は装着部を構成し、前記溶接部材は前記装着部内に装着されることを特徴とする請求項６に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項８】
前記第一部品は、前記第一表面層と前記第一接合部とを連結する側面をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項９】
前記接合工具の摩擦面には、前記接合工具の内部へ凹入された複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１１５８４６（Ｐ２０１１−１１５８４６Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９０３４０（Ｐ２０１０−９０３４０）
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（５０３０２３０６９）鴻富錦精密工業（深▲セン▼）有限公司 (399)
【出願人】（３０５０５２５８４）ファインテック株式会社 (6)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（５０３０２３０６９）鴻富錦精密工業（深▲セン▼）有限公司 (399)
【出願人】（３０５０５２５８４）ファインテック株式会社 (6)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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