JP2018065164A - 中空容器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱歪を小さくすることができる中空容器の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】底部１０及び周壁部１１を有する中空容器本体２と、中空容器本体２の開口部を封止する封止体３とで構成され、中空容器本体２と封止体３とを接合する中空容器の製造方法であって、周壁部１１の内周縁に、段差部を形成する準備工程と、中空容器本体２に封止体３を配置し、突合せ部Ｊ１を形成する配置工程と、突合せ部Ｊ１に回転する回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を挿入し、攪拌ピンＦ２のみを中空容器本体２及び封止体３に接触させた状態で摩擦攪拌でスポット仮付けを行う仮接合工程と、突合せ部Ｊ１に回転する回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を挿入し、攪拌ピンＦ２のみを中空容器本体２及び封止体３に接触させた状態で突合せ部Ｊ１に沿って相対移動させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、中空容器の製造方法に関する。

特許文献１には、中空容器の製造方法が開示されている。当該中空容器の製造方法は、中空容器本体の開口部に封止体を配置した後、中空容器本体と封止体との突合せ部に沿ってレーザ溶接を行う溶接工程と、当該溶接工程を行った後に回転ツールを用いて摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程と、を行うものである。

特開２０１４−１０２８９５号公報

従来の中空容器の製造方法では、突合せ部の全周に亘ってレーザー溶接を行うため、入熱量が大きくなり中空容器本体及び封止体に熱歪が発生するという問題がある。

そこで、本発明は、熱歪を小さくすることができる中空容器の製造方法を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために本発明は、底部及び前記底部の周縁から立ち上る周壁部を有する中空容器本体と、前記中空容器本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記中空容器本体と前記封止体とを接合する中空容器の製造方法であって、前記周壁部の内周縁に、段差底面と前記段差底面から立ち上る段差側面とを有する段差部を形成する準備工程と、前記中空容器本体に前記封止体を配置し、前記段差側面と前記封止体の側面とを突き合わせて突合せ部を形成する配置工程と、前記突合せ部に回転する仮接合用回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記攪拌ピンのみを前記中空容器本体及び前記封止体に接触させた状態で摩擦攪拌でスポット仮付けを行う仮接合工程と、前記突合せ部に回転する本接合用回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記攪拌ピンのみを前記中空容器本体及び前記封止体に接触させた状態で前記突合せ部に沿って相対移動させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明は、底部及び前記底部の周縁から立ち上る周壁部を有する中空容器本体と、前記中空容器本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記中空容器本体と前記封止体とを接合する中空容器の製造方法であって、前記周壁部の内周縁に、段差底面と前記段差底面から立ち上る段差側面とを有する段差部を形成する準備工程と、前記中空容器本体に前記封止体を配置し、前記段差側面と前記封止体の側面とを突き合わせて突合せ部を形成する配置工程と、前記突合せ部に沿って溶接でスポット仮付けを行う仮接合工程と、前記突合せ部に回転する本接合用回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記攪拌ピンのみを前記中空容器本体及び前記封止体に接触させた状態で前記突合せ部に沿って相対移動させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする。

かかる製造方法によれば、スポット仮付けで仮接合工程を行うため、入熱量を小さくすることができる。また、本接合工程でも攪拌ピンのみを用いて摩擦攪拌接合を行うため、入熱量を小さくすることができる。これにより、熱歪を相乗的に小さくすることができる。また、スポット仮付けで仮接合工程を行うため、仮接合工程を短時間で行うことができる。また、本接合工程では、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、深い位置まで摩擦攪拌接合することができる。

また、前記仮接合用回転ツールは、前記本接合用回転ツールと同一であることが好ましい。これにより、仮接合工程と本接合工程とで回転ツールを交換する必要がないため、作業時間をより短くすることができる。

また、前記本接合用回転ツールは、前記封止体の厚さよりも長い攪拌ピンを有し、前記本接合工程では、突合せ部の深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、中空容器の水密性及び気密性を高めることができる。

また、前記仮接合工程において、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接を行うことが好ましい。

本発明に係る中空容器の製造方法によれば、熱歪を小さくすることができる。

本発明の第一実施形態に係る中空容器の製造方法の準備工程及び配置工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る中空容器の製造方法の仮接合工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る中空容器の製造方法の仮接合工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る中空容器の製造方法の本接合工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る中空容器の製造方法の本接合工程を示す断面図である。 本発明の第二実施形態に係る中空容器の製造方法の仮接合工程を示す斜視図である。

〔第一実施形態〕
本発明の第一実施形態に係る中空容器の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る中空容器の製造方法では、図１に示すように、中空部を備えた金属製の中空容器１を形成する。中空容器の製造方法では、準備工程と、配置工程と、仮接合工程と、本接合工程と、を行う。

準備工程は、図１に示すように、中空容器本体２と、封止体３とを用意する工程である。中空容器本体２は、上方に開放された箱状体である。中空容器本体２は、矩形板状の底部１０と、底部１０の周縁から立ち上る矩形枠状の周壁部１１と、で構成されている。周壁部１１の内周縁には、段差底面１２ａと、段差底面１２ａから立ち上る段差側面１２ｂとを備えた段差部１２が形成されている。中空容器本体２の内部には、凹部１３が形成されている。

封止体３は、矩形の板状部材である。封止体３は、段差部１２にほぼ隙間なく配置される大きさになっている。封止体３の板厚は、段差側面１２ｂの高さ寸法と略同等になっている。中空容器本体２及び封止体３は、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の摩擦攪拌可能な金属で形成されている。中空容器本体２及び封止体３は、異なる材料であってもよいが、本実施形態では同一の材料になっている。

配置工程は、封止体３を段差底面１２ａに配置する工程である。封止体３を段差底面１２ａに配置すると、段差側面１２ｂと封止体３の側面３ｃとが突き合わされて突合せ部Ｊ１（図２参照）が形成される。また、段差底面１２ａに封止体３を配置すると、周壁部１１の端面１１ａと封止体３の表面３ａとは面一になる。

仮接合工程は、中空容器本体２と封止体３とを摩擦攪拌で仮接合する工程である。仮接合工程では、回転ツールＦを用いて仮接合を行う。図２に示すように、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。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、円柱状を呈し、摩擦攪拌装置の回転軸に連結される部位である。

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になっている。攪拌ピンＦ２の長さは、封止体３の板厚よりも大きくなっている。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、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。

なお、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（中空容器本体２及び封止体３）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

図２及び図３に示すように、仮接合工程では、回転ツールＦ（仮接合用回転ツール）を用いて摩擦攪拌でスポット仮付けを行う。仮接合工程では、右回転させた回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを浅目に突合せ部Ｊ１に挿入し、突合せ部Ｊ１に沿って点状にスポット仮接合工程を行う。仮接合工程によって所定の間隔で塑性化領域Ｗ１が形成される。

本接合工程は、図４及び図５に示すように、突合せ部Ｊ１を本格的に摩擦攪拌接合する工程である。仮接合工程及び本接合工程は、異なる回転ツールを用いてもよいが、本実施形態では、仮接合工程と同様に回転ツールＦ（本接合用回転ツール）を用いる。本接合工程では、右回転する回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを中空容器本体２及び封止体３に接触させた状態で、回転ツールＦを突合せ部Ｊ１に沿って相対移動させる。攪拌ピンＦ２の先端を、段差底面１２ａに達するように挿入深さを設定することで、突合せ部Ｊ１の深さ方向の全長を接合することができる。

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。本接合工程では、封止体３の回りに回転ツールＦを相対移動させ、塑性化領域Ｗ２の始端と終端とが重複するようにする。回転ツールＦは、突合せ部Ｊ１上で被接合金属部材から離脱させてもよいし、周壁部１１の端面１１ａ上で離脱させてもよい。

本接合工程が終了したら、塑性化領域Ｗ２の周囲に形成されたバリを除去するバリ除去工程を行ってもよい。これにより、中空容器１をきれいに仕上げることができる。

以上説明した本実施形態に係る中空容器の製造方法によれば、スポット仮付けで仮接合工程を行うため、入熱量を小さくすることができる。また、本接合工程でも攪拌ピンＦ２のみを用いて摩擦攪拌接合を行うため、入熱量を小さくすることができる。これにより、中空容器本体２及び封止体３の熱歪を相乗的に小さくすることができる。また、スポット仮付けで仮接合工程を行うため、仮接合工程を短時間で行うことができる。また、本接合工程では、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、突合せ部Ｊ１の深い位置まで摩擦攪拌接合することができる。

また、本実施形態のように仮接合工程と本接合工程で同じ回転ツールを用いれば、工程ごとに回転ツールを交換する必要がないため、作業時間をより短くすることができる。

また、回転ツールＦは、封止体３の厚さよりも長い攪拌ピンＦ２を有し、本接合工程では、突合せ部Ｊ１の深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。本実施形態では、攪拌ピンＦ２を段差底面１２ａに達する位置まで挿入するため、段差底面１２ａと封止体３の裏面３ｂとが重ね合わされた重合部も摩擦攪拌接合できる。これにより、中空容器１の水密性及び気密性を高めることができる。また、仮接合工程を行うことにより、本接合工程の際の突合せ部Ｊ１の目開きを防ぐことができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る中空容器の製造方法について説明する。第二実施形態に係る中空容器の製造方法では、準備工程と、配置工程と、仮接合工程と、本接合工程と、を行う。第二実施形態に係る中空容器の製造方法は、仮接合工程が第一実施形態と相違する。準備工程、配置工程及び本接合工程は、第一実施形態と同一であるため説明を省略する。

仮接合工程は、図６に示すように、中空容器本体２と封止体３とを溶接で仮接合する工程である。仮接合工程では、溶接トーチＨを用いてレーザー溶接でスポット仮付けを行う。仮接合工程では、溶接トーチＨを突合せ部Ｊ１に近接させ、突合せ部Ｊ１に沿って点状にスポット仮接合工程を行う。仮接合工程によって溶接痕Ｗ３が所定の間隔で形成される。なお、溶接の種類については特に制限されないが、レーザー溶接、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接を行うことができる。以上説明した第二実施形態によっても第一実施形態と同じ効果を奏することができる。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲で適宜設計変更が可能である

１ 中空容器
２ 中空容器本体
３ 封止体
３ａ 表面
３ｂ 裏面
３ｃ 側面
１０ 底部
１１ 周壁部
１１ａ 端面
１２ 段差部
１２ａ 段差底面
１２ｂ 段差側面
１３ 凹部
Ｆ 回転ツール（本接合用回転ツール、仮接合用回転ツール）
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｊ１ 突合せ部
Ｗ１ 塑性化領域
Ｗ２ 塑性化領域

Claims (6)

1. 底部及び前記底部の周縁から立ち上る周壁部を有する中空容器本体と、前記中空容器本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記中空容器本体と前記封止体とを接合する中空容器の製造方法であって、
   前記周壁部の内周縁に、段差底面と前記段差底面から立ち上る段差側面とを有する段差部を形成する準備工程と、
   前記中空容器本体に前記封止体を配置し、前記段差側面と前記封止体の側面とを突き合わせて突合せ部を形成する配置工程と、
   前記突合せ部に回転する仮接合用回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記攪拌ピンのみを前記中空容器本体及び前記封止体に接触させた状態で摩擦攪拌でスポット仮付けを行う仮接合工程と、
   前記突合せ部に回転する本接合用回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記攪拌ピンのみを前記中空容器本体及び前記封止体に接触させた状態で前記突合せ部に沿って相対移動させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする中空容器の製造方法。
2. 前記仮接合用回転ツールは、前記本接合用回転ツールと同一であることを特徴とする請求項１に記載の中空容器の製造方法。
3. 前記本接合用回転ツールは、前記封止体の厚さよりも長い攪拌ピンを有し、
   前記本接合工程では、突合せ部の深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の中空容器の製造方法。
4. 底部及び前記底部の周縁から立ち上る周壁部を有する中空容器本体と、前記中空容器本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記中空容器本体と前記封止体とを接合する中空容器の製造方法であって、
   前記周壁部の内周縁に、段差底面と前記段差底面から立ち上る段差側面とを有する段差部を形成する準備工程と、
   前記中空容器本体に前記封止体を配置し、前記段差側面と前記封止体の側面とを突き合わせて突合せ部を形成する配置工程と、
   前記突合せ部に沿って溶接でスポット仮付けを行う仮接合工程と、
   前記突合せ部に回転する本接合用回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記攪拌ピンのみを前記中空容器本体及び前記封止体に接触させた状態で前記突合せ部に沿って相対移動させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする中空容器の製造方法。
5. 前記仮接合工程において、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に記載の中空容器の製造方法。
6. 前記本接合用回転ツールは、前記封止体の厚さよりも長い攪拌ピンを有し、
   前記本接合工程では、突合せ部の深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の中空容器の製造方法。

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