JP2003211326A - 金属部品の製造方法および金属部品 - Google Patents
金属部品の製造方法および金属部品Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 素材を摩擦攪拌接合して組立て部材とし、こ
れを切断して複数の部品を製造する方法を提供する。 【解決手段】 金属部品を構成する第１の素材１００
と、第２の素材２００と、第３の素材３００を用意す
る。第１の素材１００は、円筒部１１０と縁部１２０を
有し、円筒部１１０に貫通穴１３０が形成される。第２
の素材２００も同様の構造を有する。第３の素材３００
は平板状のもので、接合線Ｓ１，Ｓ２に沿って摩擦攪拌
接合工具４００により摩擦攪拌接合Ｆ１を施して接合す
る。接合された部材の表面側を切削して所定の形状にす
る、次に、所定の幅寸法で切り離す。次に、穴加工やバ
リ取りを行い、所望の金属部品を得る。
れを切断して複数の部品を製造する方法を提供する。 【解決手段】 金属部品を構成する第１の素材１００
と、第２の素材２００と、第３の素材３００を用意す
る。第１の素材１００は、円筒部１１０と縁部１２０を
有し、円筒部１１０に貫通穴１３０が形成される。第２
の素材２００も同様の構造を有する。第３の素材３００
は平板状のもので、接合線Ｓ１，Ｓ２に沿って摩擦攪拌
接合工具４００により摩擦攪拌接合Ｆ１を施して接合す
る。接合された部材の表面側を切削して所定の形状にす
る、次に、所定の幅寸法で切り離す。次に、穴加工やバ
リ取りを行い、所望の金属部品を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦攪拌接合（Ｆ
ＳＷ）技術を利用した金属部品の製造方法に関する。
ＳＷ）技術を利用した金属部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】摩擦攪拌接合は、アルミニウム合金材の
接合等に利用されており、車両パネル材等の接合に実用
化されている。これは、例えば、特開平０９−３０９１
６４号公報（ＥＰ０７９７０４３Ａ）に示されている。
接合等に利用されており、車両パネル材等の接合に実用
化されている。これは、例えば、特開平０９−３０９１
６４号公報（ＥＰ０７９７０４３Ａ）に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、摩擦攪拌接
合を利用して機械部品等の金属部品を量産するのに適し
た方法を提供するものである。
合を利用して機械部品等の金属部品を量産するのに適し
た方法を提供するものである。
【０００４】摩擦攪拌接合は、特に、その接合の終了点
に摩擦攪拌接合を行う工具の孔が残る。製品としてはこ
の孔があることは望ましくない。このため、摩擦攪拌接
合の後、部材の端部を除去しなければならない。また、
摩擦攪拌接合の始点側の端部も摩擦攪拌接合の後、除去
することが望ましい。このため、切断して除去する部材
が多くなる。
に摩擦攪拌接合を行う工具の孔が残る。製品としてはこ
の孔があることは望ましくない。このため、摩擦攪拌接
合の後、部材の端部を除去しなければならない。また、
摩擦攪拌接合の始点側の端部も摩擦攪拌接合の後、除去
することが望ましい。このため、切断して除去する部材
が多くなる。
【０００５】したがって、摩擦攪拌接合した方向の金属
部品の幅が短い部品に対しては摩擦攪拌接合の適用は困
難である。
部品の幅が短い部品に対しては摩擦攪拌接合の適用は困
難である。
【０００６】この金属部品の一例を図９により説明す
る。金属部品１は、例えば、リンク・アームとして使用
される機械部品であって、２個の端部１０，２０が平板
状のアーム３０で連結された構造を有する。第１の端部
１０には、円筒穴１２が形成されており、リンク・ピン
等が挿入される。第２の端部２０には円筒穴２２が形成
されており、リンク・ピン等が挿入される。
る。金属部品１は、例えば、リンク・アームとして使用
される機械部品であって、２個の端部１０，２０が平板
状のアーム３０で連結された構造を有する。第１の端部
１０には、円筒穴１２が形成されており、リンク・ピン
等が挿入される。第２の端部２０には円筒穴２２が形成
されており、リンク・ピン等が挿入される。
【０００７】この機械部品１の製作は、例えば鋳造や鍛
造で金属の素材をつくり、機械加工を施して必要な形状
に仕上げている。または、金属ブロックの素材から削り
出して必要な形状に加工している。
造で金属の素材をつくり、機械加工を施して必要な形状
に仕上げている。または、金属ブロックの素材から削り
出して必要な形状に加工している。
【０００８】いずれの加工方法にしても、１個づつ部品
を加工していくのは、生産性に劣る。
を加工していくのは、生産性に劣る。
【０００９】本発明は、摩擦攪拌接合を利用して機械部
品等の金属部品を量産するのに適した方法を提供するも
のである。特に、比較的幅の短い金属部品を摩擦攪拌接
合によって製作する場合に適している。
品等の金属部品を量産するのに適した方法を提供するも
のである。特に、比較的幅の短い金属部品を摩擦攪拌接
合によって製作する場合に適している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、金属部品の
複数の素材を用意し、隣接する前記素材に対して摩擦攪
拌接合を施して接合して組立て部材を製造し、前記摩擦
攪拌接合した接合線に対して直角方向に前記組立て部材
を複数の金属部品に切断すること、によって達成でき
る。
複数の素材を用意し、隣接する前記素材に対して摩擦攪
拌接合を施して接合して組立て部材を製造し、前記摩擦
攪拌接合した接合線に対して直角方向に前記組立て部材
を複数の金属部品に切断すること、によって達成でき
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の製造方法の一例を図１乃
至図８により説明する。本実施例の機械部品はリンク・
アームである。本実施例にあっては、図３のように３種
類の素材１００，２００，３００が用意される。
至図８により説明する。本実施例の機械部品はリンク・
アームである。本実施例にあっては、図３のように３種
類の素材１００，２００，３００が用意される。
【００１２】第１の素材１００は、機械部品の一端を構
成する部材であり、円筒部１１０と円筒部１１０の半径
方向に突出した平板状の縁部１２０とを有する。円筒部
１１０の中心には、貫通穴１３０がある。
成する部材であり、円筒部１１０と円筒部１１０の半径
方向に突出した平板状の縁部１２０とを有する。円筒部
１１０の中心には、貫通穴１３０がある。
【００１３】縁部１２０の突出寸法は、摩擦攪拌接合に
適した寸法にする。つまり、円筒部１１０が摩擦攪拌接
合の回転工具に接触しない寸法にする。縁部１２０の先
端の形状は、直角な端面が通常採用されるが、摩擦攪拌
接合に適した端面形状を採用することができる。縁部１
２０の厚さは第３の素材１００の厚さと実質的に同一で
ある。
適した寸法にする。つまり、円筒部１１０が摩擦攪拌接
合の回転工具に接触しない寸法にする。縁部１２０の先
端の形状は、直角な端面が通常採用されるが、摩擦攪拌
接合に適した端面形状を採用することができる。縁部１
２０の厚さは第３の素材１００の厚さと実質的に同一で
ある。
【００１４】第１の素材１００はアルミニウム合金を押
出した中空形材である。第１の素材は他の手段で構成し
たものでもよい。例えば、圧延材を切削して構成する。
第１の素材１００の材質は摩擦攪拌接合が適用できる材
料であれば、アルミニウム合金に限らず採用することが
できる。
出した中空形材である。第１の素材は他の手段で構成し
たものでもよい。例えば、圧延材を切削して構成する。
第１の素材１００の材質は摩擦攪拌接合が適用できる材
料であれば、アルミニウム合金に限らず採用することが
できる。
【００１５】第２の素材２００も第１の素材１００と同
様の方法で同様の形状に構成したものである。第２の素
材２００は、円筒部２１０と、円筒部２１０から半径方
向に突出する平板状の縁部２２０、貫通穴２３０を有す
る。第２の素材２００は、機械部品の他端を構成する部
材である。
様の方法で同様の形状に構成したものである。第２の素
材２００は、円筒部２１０と、円筒部２１０から半径方
向に突出する平板状の縁部２２０、貫通穴２３０を有す
る。第２の素材２００は、機械部品の他端を構成する部
材である。
【００１６】第１の素材１００及び第２の素材２００が
同一形状であれば、同一の素材を用意して互いに対向す
る姿勢で使用することができる。
同一形状であれば、同一の素材を用意して互いに対向す
る姿勢で使用することができる。
【００１７】第３の素材３００は長尺の平板であって、
第１の素材１００や第２の素材２００と実質的に同様の
材料でつくられる。この第３の素材３００は、例えば圧
延加工したアルミニウム合金の板材である。
第１の素材１００や第２の素材２００と実質的に同様の
材料でつくられる。この第３の素材３００は、例えば圧
延加工したアルミニウム合金の板材である。
【００１８】素材３００の端面３０２は、素材１００の
縁部１２０の端面１２２、素材２００の縁部２２０の端
面２２２との摩擦攪拌接合に適した形状に形成してい
る。素材３００は長尺の圧延板であるので、平板の面に
直交する端面であることが望ましい。
縁部１２０の端面１２２、素材２００の縁部２２０の端
面２２２との摩擦攪拌接合に適した形状に形成してい
る。素材３００は長尺の圧延板であるので、平板の面に
直交する端面であることが望ましい。
【００１９】この素材１００，２００，３００からリン
ク・アームを製作する手順を説明する。先ず、図３に示
したように、この素材１００，２００，３００を架台
（図示せず）に載せ、固定する。素材１００の縁部１２
０と素材３００の端部とは突き合わせてあり、素材２０
０の縁部２２０と素材３００の端部とは突き合わせてあ
る。
ク・アームを製作する手順を説明する。先ず、図３に示
したように、この素材１００，２００，３００を架台
（図示せず）に載せ、固定する。素材１００の縁部１２
０と素材３００の端部とは突き合わせてあり、素材２０
０の縁部２２０と素材３００の端部とは突き合わせてあ
る。
【００２０】次に、図４のように，突き合わせ部の接合
線Ｓ１に沿って、素材１００と素材３００、素材２００
と素材３００とを間欠的に仮止め溶接Ｗ１する。図４で
は接合線の端部、特に摩擦攪拌接合の開始点側の端部を
溶接していないが、この端部を溶接することが望まし
い。この仮止め溶接した状態、または架台に素材１０
０，２００，３００を固定した状態を仮組立てした状態
という。
線Ｓ１に沿って、素材１００と素材３００、素材２００
と素材３００とを間欠的に仮止め溶接Ｗ１する。図４で
は接合線の端部、特に摩擦攪拌接合の開始点側の端部を
溶接していないが、この端部を溶接することが望まし
い。この仮止め溶接した状態、または架台に素材１０
０，２００，３００を固定した状態を仮組立てした状態
という。
【００２１】次に、図５のように、摩擦攪拌接合装置に
よって、２本の接合線Ｓ１，Ｓ２に沿って、摩擦攪拌接
合Ｆ１を行う。この接合により、素材１００，２００，
３００は一体の部材に形成される。図６は２本の接合線
Ｓ１，Ｓ２が摩擦攪拌接合Ｆ １により接合された状態で
ある。この接合により、素材１００，２００，３００は
一体の部材に形成される。摩擦攪拌接合Ｆ１，Ｆ１の終
点には孔Ｆ３，Ｆ３が空いている。
よって、２本の接合線Ｓ１，Ｓ２に沿って、摩擦攪拌接
合Ｆ１を行う。この接合により、素材１００，２００，
３００は一体の部材に形成される。図６は２本の接合線
Ｓ１，Ｓ２が摩擦攪拌接合Ｆ １により接合された状態で
ある。この接合により、素材１００，２００，３００は
一体の部材に形成される。摩擦攪拌接合Ｆ１，Ｆ１の終
点には孔Ｆ３，Ｆ３が空いている。
【００２２】図７は、摩擦攪拌接合による接合部の構造
を示す断面図である。素材１００，２００の縁部１２
０，２２０、素材３００の板厚が比較的薄い場合や、強
度的に問題がない場合には、図７に示すように、素材の
片側のみから摩擦攪拌接合Ｆ１される。
を示す断面図である。素材１００，２００の縁部１２
０，２２０、素材３００の板厚が比較的薄い場合や、強
度的に問題がない場合には、図７に示すように、素材の
片側のみから摩擦攪拌接合Ｆ１される。
【００２３】図８は、接合対象の素材の板厚が比較的厚
い場合の接合断面を示しており、素材の両面側から２回
の摩擦攪拌接合Ｆ１，Ｆ２を施して接合を完成させる。
例えば、一方の面側からの摩擦攪拌接合Ｆ１を行った
後、素材を反転させて架台に固定し、前記のように仮止
め溶接を行い、次いで摩擦攪拌接合Ｆ２を行う。
い場合の接合断面を示しており、素材の両面側から２回
の摩擦攪拌接合Ｆ１，Ｆ２を施して接合を完成させる。
例えば、一方の面側からの摩擦攪拌接合Ｆ１を行った
後、素材を反転させて架台に固定し、前記のように仮止
め溶接を行い、次いで摩擦攪拌接合Ｆ２を行う。
【００２４】次に、摩擦攪拌接合した表面側の切削加工
を行う。これは摩擦攪拌接合部にはバリや凹部が生じ
る。この切削は主としてこのバリや凹部を除くためであ
る。また、前記凹部の発生を考慮して縁部１２０，２２
０、第３の素材の厚さは厚くしているので、縁部１２
０，２２０、素材３００の板厚を所定厚さまで切削す
る。厚さを所定にするための切削は、片面でも両面でも
よいが、両面が望ましい。また、縁部１２０，２２０を
除く素材１００，２００の外形の切削は必ずしも必要は
ない。このように、複数の部品に分割する前に、切削加
工を行っているので、容易に短時間に加工でき、安価に
できる。
を行う。これは摩擦攪拌接合部にはバリや凹部が生じ
る。この切削は主としてこのバリや凹部を除くためであ
る。また、前記凹部の発生を考慮して縁部１２０，２２
０、第３の素材の厚さは厚くしているので、縁部１２
０，２２０、素材３００の板厚を所定厚さまで切削す
る。厚さを所定にするための切削は、片面でも両面でも
よいが、両面が望ましい。また、縁部１２０，２２０を
除く素材１００，２００の外形の切削は必ずしも必要は
ない。このように、複数の部品に分割する前に、切削加
工を行っているので、容易に短時間に加工でき、安価に
できる。
【００２５】図１は、上述した工程により製造された組
立て部材５００の斜視図である。この組立て部材５００
に切断線Ｃ１，Ｃ２・・・を設定し、適宜の手段によっ
て切断加工を施す。これによって、図２に示す所望の部
品（リンク・アーム）１を得ることができる。
立て部材５００の斜視図である。この組立て部材５００
に切断線Ｃ１，Ｃ２・・・を設定し、適宜の手段によっ
て切断加工を施す。これによって、図２に示す所望の部
品（リンク・アーム）１を得ることができる。
【００２６】摩擦攪拌接合の始点側は正規の部品としな
いように切断線Ｃ１を定める。つまり、正規の摩擦攪拌
接合になっていない部分を除く。また、摩擦攪拌接合の
終点側の切断線Ｃは孔Ｆ３よりも始点側に設ける。な
お、孔Ｆ３を溶接で埋めればこのようにすることは必用
ではない。
いように切断線Ｃ１を定める。つまり、正規の摩擦攪拌
接合になっていない部分を除く。また、摩擦攪拌接合の
終点側の切断線Ｃは孔Ｆ３よりも始点側に設ける。な
お、孔Ｆ３を溶接で埋めればこのようにすることは必用
ではない。
【００２７】次に、切断した部品１に対して仕上げ加工
を行う。仕上げ加工は、貫通穴１３０，２３０の中心間
の距離を所定にするための穴あけ加工であったり、貫通
穴１３０，２３０の径を所定にするための穴あけ加工で
あったり、貫通穴１３０，２３０を所定の形状にするた
めの加工であったり、切断線の面のバリや面取りを行う
加工である。これによって、図９に示す所望の部品（リ
ンク・アーム）１を得ることができる。
を行う。仕上げ加工は、貫通穴１３０，２３０の中心間
の距離を所定にするための穴あけ加工であったり、貫通
穴１３０，２３０の径を所定にするための穴あけ加工で
あったり、貫通穴１３０，２３０を所定の形状にするた
めの加工であったり、切断線の面のバリや面取りを行う
加工である。これによって、図９に示す所望の部品（リ
ンク・アーム）１を得ることができる。
【００２８】これによれば、摩擦攪拌接合であるので、
変形が少ない。このため、素材３００の長さが長くても
精度よく接合ができ、各部品１を所定の寸法に製作でき
るものである。したがって、同一形状を有する部品を効
率よく加工することができるものである。
変形が少ない。このため、素材３００の長さが長くても
精度よく接合ができ、各部品１を所定の寸法に製作でき
るものである。したがって、同一形状を有する部品を効
率よく加工することができるものである。
【００２９】また、厚さの異なる部分ごとに３つに分け
て製作した素材を接合してリンク・アーム１を製作して
いるので、材料費と所定形状にするための切削加工費を
低減して製作できるものである。
て製作した素材を接合してリンク・アーム１を製作して
いるので、材料費と所定形状にするための切削加工費を
低減して製作できるものである。
【００３０】また、２つの円筒部１１０，２１０の間の
アーム（３００）の長さが長い場合は、全体を押出し形
材で製作する場合は困難である。上記実施例によれば押
出し加工品を小さくでき、押出し加工を適用できるもの
である。
アーム（３００）の長さが長い場合は、全体を押出し形
材で製作する場合は困難である。上記実施例によれば押
出し加工品を小さくでき、押出し加工を適用できるもの
である。
【００３１】また、アーム（３００）を圧延材にしてい
るので、軽量で高強度にできるものである。
るので、軽量で高強度にできるものである。
【００３２】上記実施例の素材１００，２００は押出し
形材であったが、圧延材の板の場合にも適用できる。リ
ンク・アームは強度部材である。強度部材の場合は、一
般に押出し加工が困難な材料が求められる。このため、
押出し加工で製作した素材は用いない。このため、圧延
材の素材１００，２００を用いる。穴１３０，２３０を
有しない。アームになる素材３００に接合しやすいよう
に、縁部１２０，２２０は切削によって設けておく。ま
た、貫通穴１３０，２３０に同心状素材１００，２００
の外形を切削しておく。３つの素材１００，２００，３
００を接合した後、縁部１２０，２２０、素材３００の
厚さを所定に切削する。そして、複数に切断する。次
に、貫通穴１３０，２３０のための穴加工を行う。な
お、切断後、外形形状を所定に切削することができる。
形材であったが、圧延材の板の場合にも適用できる。リ
ンク・アームは強度部材である。強度部材の場合は、一
般に押出し加工が困難な材料が求められる。このため、
押出し加工で製作した素材は用いない。このため、圧延
材の素材１００，２００を用いる。穴１３０，２３０を
有しない。アームになる素材３００に接合しやすいよう
に、縁部１２０，２２０は切削によって設けておく。ま
た、貫通穴１３０，２３０に同心状素材１００，２００
の外形を切削しておく。３つの素材１００，２００，３
００を接合した後、縁部１２０，２２０、素材３００の
厚さを所定に切削する。そして、複数に切断する。次
に、貫通穴１３０，２３０のための穴加工を行う。な
お、切断後、外形形状を所定に切削することができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、金属部品を複数の金属
素材で組立てて、接合部に摩擦攪拌接合を施して、組立
て部材を製造し、所定の幅寸法で切断して必要な金属部
品を得るので、安価に製造できるものである。
素材で組立てて、接合部に摩擦攪拌接合を施して、組立
て部材を製造し、所定の幅寸法で切断して必要な金属部
品を得るので、安価に製造できるものである。
【図１】本発明の一実施例の機械部品の製作途中の斜視
図。
図。
【図２】切断により製造された金属部品の斜視図。
【図３】本発明の一実施例の３つの素材の斜視図。
【図４】３つの素材を仮組立てした状態の斜視図。
【図５】仮組立てられた素材に摩擦攪拌接合を施す斜視
図。
図。
【図６】摩擦攪拌接合が完了した状態の斜視図。
【図７】摩擦攪拌接合の接合部を示す断面図。
【図８】摩擦攪拌接合の接合部を示す断面図。
【図９】本発明の製造方法により製造される金属部品の
斜視図。
斜視図。
１ 金属部品
１０，２０ 端部
３０ アーム
１００ 第１の素材
１１０ 円筒部
１２０ 縁部
１３０ 貫通穴
２００ 第２の素材
２１０ 円筒部
２２０ 縁部
２３０ 貫通穴
３００ 第３の素材
Ｃ１、Ｃ２ 切断線
Ｆ１、Ｆ２ 摩擦攪拌接合
Ｆ３ 摩擦攪拌接合の終点の孔
Ｓ１、Ｓ２ 接合線
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１５年３月２０日（２００３．３．２
０）
０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
Claims (11)
- 【請求項１】 金属部品の複数の素材を用意し、 隣接する前記素材に対して摩擦攪拌接合を施して接合し
て組立て部材を製造し、 前記摩擦攪拌接合した接合線に対して直角方向に前記組
立て部材を複数の金属部品に切断すること、 を特徴とする金属部品の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の金属部品の製造方法にお
いて、 前記組立て部材を製造した後、前記摩擦攪拌接合を行う
側の面の前記組立て部材を切削し、 次に、前記切断を行うこと、 を特徴とする金属部品の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の金属部品の製造方法にお
いて、 前記組立て部材を製造した後、該組立て部材を所定の外
形形状に切削し、 次に、前記切断を行うこと、 を特徴とする金属部品の製造方法。 - 【請求項４】 請求項１記載の金属部品の製造方法にお
いて、 前記切断を行った後、前記摩擦攪拌接合の接合線に沿っ
て前記金属部品に対して穴加工を行うこと、 を特徴とする金属部品の製造方法。 - 【請求項５】 請求項１記載の金属部品の製造方法にお
いて、 前記複数の素材は、前記金属部品の厚さが厚い部分にな
る第１の素材と、薄い部分になる第２の素材とからな
り、 前記第１の素材は前記第２の素材との接合部に向けて突
出する突出部があり、 前記突出部の厚さは前記第２の素材の厚さと実質的に同
一であり、 前記突出部と前記第２の素材とを突き合わせた部分を前
記摩擦攪拌接合すること、 を特徴とする金属部品の製造方法。 - 【請求項６】 請求項５記載の金属部品の製造方法にお
いて、 前記第１の素材は押出し形材であり、 前記第２の素材は圧延材の板であること、 を特徴とする金属部品の製造方法。 - 【請求項７】 請求項５記載の金属部品の製造方法にお
いて、 前記第１の素材は圧延材を切削したものであり、 前記第２の素材は圧延材の板であること、 を特徴とする金属部品の製造方法。 - 【請求項８】 請求項１記載の金属部品の製造方法にお
いて、 前記素材は複数の製造方法により製造されたものあるこ
と、 を特徴とする金属部品の製造方法。 - 【請求項９】 請求項１記載の金属部品の製造方法にお
いて、 穴を有する部分の素材の製造方法は、中空押出し加工方
法であること、 を特徴とする金属部品の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項１記載の金属部品の製造方法に
おいて、 他の部分に比べて厚さが薄い部分の素材の製造方法は、
圧延加工方法であること、 を特徴とする金属部品の製造方法。 - 【請求項１１】 穴を有する第１の部材と、これに接合
した第２の部材と、からなり、 前記第１の部材は、前記第２の部材に向けて突出する突
出部があり、 前記突出部と前記第２の部材との突き合わせ部を摩擦攪
拌接合によって接合しており、 前記第１の部材は押出し形材であり、 前記第２の部材は圧延材の板であること、 を特徴とする金属部品。
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