JP4453682B2 - 接合方法および接合ツール - Google Patents
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Description
しかし、アルミニウム部材と銅部材との接合に摩擦圧接を用いた場合、被接合部材の断面形状が、棒材や管材などに限定されてしまう。また、爆発圧接を用いた場合にも、被接合部材の断面形状が制限されると共に、コスト高になる。更に、ロウ付けを用いた場合、接合部における品質の安定性を欠くと共に、高温に加熱された場合に得られた接合製品が変形し易くなる、という問題があった。
しかし、この接合方法では、プローブの重合部付近への挿入が困難であると共に、係るプローブを含む接合ツールの寿命も短くなるため、工程管理が煩雑で且つコスト高になるという問題があった。
この接合方法によれば、軟質のアルミニウム部材の可塑化が容易なため、プローブの挿入も容易となり、両部材の金属同士の攪拌もスムーズに行えるため、重合部付近に欠陥が発生せず接合強度が向上する、という利点を有する。
一方、プローブおよび回転子の回転数を上げて、プローブの先端寄りの位置における入熱量を増やそうとすると、アルミニウム部材側への入熱量が一層増加し且つアルミニウム部材の流動抵抗が著しく低下する。この結果、前記底面の付近からアルミニウム部材の一部が外部に漏れ出すことにより表面欠陥を生じる、という問題がある。
即ち、本発明の接合方法(請求項1)は、円柱形の本体とその底面に突設したプローブ基端部とを含む第1部分と、プローブ先端部と上記第1部分の本体およびプローブ基端部の軸心を貫通する回転軸とを含む第2部分とを含むと共に、互いに同軸心で且つ個別に回転する第1・第2部分からなる接合ツールを用いる接合方法であって、融点が互いに異なる一対の金属部材を重ね合わせる工程と、この一対の金属部材のうち、低融点側の金属部材の表面付近に上記接合ツールを配置する工程と、この接合ツールをその本体側の第1部分の回転数よりもプローブ先端部側の第2部分の回転数を大きくした回転を伴って上記一対の金属部材の重合部付近に進入させ且つ係る重合部の長手方向に沿って移動させることにより、上記一対の金属部材をその重合部に沿って摩擦攪拌接合する工程と、を含む、ことを特徴とする。
また、前記接合ツールには、上記2つの金属部材よりも更に高融点で且つ硬質の金属または合金から成形されたものが用いられる。
図1〜図4は、本発明の接合方法およびこれに用いる接合ツール20に関する。
接合ツール20(請求項2に相当)は、図1,図2に示すように、例えば高速度鋼からなり、円柱形の本体21とその底面21aの中心部に突設したプローブ基端部22とを含む第1部分20aと、このプローブ基端部22と同軸心のプローブ先端部24と上記本体21およびプローブ基端部22の軸心孔23を貫通する回転軸26とを含む第2部分20bと、係る第1部分20aと第2部分20bとの間に配置した複数の軸受28と、を含む。第1部分20aと第2部分20bとは、モータなどの専用の駆動源に対し個別に接続されている。尚、第1・第2部分20a,20b間の外端部寄りには、耐熱性のシール材29が配置される。
図3,図4に示すように、アルミニウム合金材(低融点側の金属部材)1と無酸素銅(高融点側の金属部材)2とを重ね合わせて拘束し、重合部4を形成する。また、アルミニウム合金材1の表面付近には、上記接合ツール20を移動方向と反対側に傾斜して配置する。この際、第2部分20bを第1部分20aよりも大きな回転数によって回転しつつ、接合ツール20に1〜30kNの押し込み力を加え、且つ上記重合部4付近に向けて挿入すると共に、係る接合ツール20を図4で右方向に50mm〜2メートル/分の移動速度で移動させる。
JIS:A6063からなり長さ200mm×幅100mm×厚さ5mmのアルミニウム合金材1と同じサイズの無酸素銅2とを4組用意した。
また、高速度鋼から成形され、直径20mmの本体21および直径9mmで長さ3mmのプローブ基端部22からなる第1部分20aと、同じ直径と長さのプローブ先端部24および回転軸26からなるを第2部分20bとを含む接合ツール20を用意した。更に、ツール本体とプローブとが一体である一般的な形態の接合ツールを別途用意した。
前記図3,図4に示したように、各組のアルミニウム合金材1と無酸素銅2とを重ね合わせ且つ拘束して、重合部4を形成すると共に、アルミニウム合金材1の表面付近には、上記接合ツール20と一般的な形態の接合ツールとを、個別に且つ前記同様に傾斜して配置した。
一方、前記一般的な形態の接合ツールを用い、その回転数を上記第1部分20aと同じとしたほかは上記同様の条件にして、残った1組のアルミニウム合金材1の表面側から挿入し、且つ重合部4に沿って移動させることにより、得られた接合部Wを比較例とした。
実施例1〜3と比較例の各接合部Wを切断し、露出した断面を目視により観察して欠陥の有無を調べた。それらの結果を表1に示した。
図5,図6に示すように、接合ツール20′は、円柱形の本体21を含む第1部分20aと、この本体21の軸心孔23を貫通する回転軸26およびその先端に位置するプローブ25とを含む第2部分20bと、係る第1部分20aと第2部分20bとの間に配置した複数の軸受28と、を含む。
上記第1・第2部分20a,20bは、モータなどの専用の駆動源に対し個別に接続され、且つ第1・第2部分20a,20b間の外端部寄りには、耐熱性のシール材29が配置されている。
接合ツール20″は、図7に示すように、円柱形の本体21の外周部を含む第1部分20aと、本体21の軸心孔23を貫通する太径の回転軸26およびその底面27の中心部から同軸心に突出するプローブ25を含む第2部分20bと、係る第1部分20aと第2部分20bとの間に配置した複数の軸受28と、を含む。これら第1・第2部分20a,20bも、モータなどの専用の駆動源に対し個別に接続され、且つ第1・第2部分20a,20b間の外端部寄りには、耐熱性のシール材29が配置される。
以上のような接合ツール20″を用いても、接合ツール20′と同じく前記接合ツール20における作用・効果を同様に得ることが可能である。
例えば、本発明における低融点側と高融点側の金属部材は、両者の間における融点または軟化点の差が100℃以上であるか、または、同じ加熱温度における引張強さなどの強度の差が100N以上であるか、あるいは硬度の差が30Hv以上であれば、異種金属やそれらの合金間の組合せは基より、同種金属の合金系同士でも適用可能である。
また、低融点側と高融点側の一対の金属部材における重ね合わせ部には、両部材の段部同士の間または雄・雌嵌合部も含まれ、且つ平面視で直線形に限らず、中間で屈曲する重合部やカーブする重合部も含まれる。
2…………………………無酸素銅(高融点側の金属部材)
4…………………………重合部
20…………………………接合ツール
20a……………………第1部分
20b……………………第2部分
21………………………本体
22………………………プローブ基端側
24………………………プローブ先端側
26………………………回転軸
28………………………軸受
Claims (2)
- 円柱形の本体とその底面に突設したプローブ基端部とを含む第1部分と、プローブ先端部と上記第1部分の本体およびプローブ基端部の軸心を貫通する回転軸とを含む第2部分とを含むと共に、互いに同軸心で且つ個別に回転する第1・第2部分からなる接合ツールを用いる接合方法であって、
融点が互いに異なる一対の金属部材を重ね合わせる工程と、
上記一対の金属部材のうち、低融点側の金属部材の表面付近に上記接合ツールを配置する工程と、
上記接合ツールをその本体側の第1部分の回転数よりもプローブ先端部側の第2部分の回転数を大きくした回転を伴って上記一対の金属部材の重合部付近に進入させ且つ係る重合部の長手方向に沿って移動させることにより、上記一対の金属部材をその重合部に沿って摩擦攪拌接合する工程と、を含む、
ことを特徴とする接合方法。 - 請求項1に記載の接合方法に用いる接合ツールであって、
円柱形の本体とその底面に突設したプローブ基端部とを含む第1部分と、
プローブ先端部と上記第1部分の本体およびプローブ基端部の軸心を貫通する回転軸とを含む第2部分と、
上記第1部分と第2部分との間に配置した軸受と、を含む、
ことを特徴とする接合ツール。
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