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公開番号2025179908
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-11
出願番号2024086836
出願日2024-05-29
発明の名称接合体及びその製造方法、ならびに接合ツール
出願人国立大学法人大阪大学
代理人個人,個人,個人
主分類B23K 20/12 20060101AFI20251204BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】母材同士の接合の高効率化かつ高信頼性を実現しつつ、継手特性の低下を抑制可能な接合体及びその製造方法、ならびに接合ツールを提供すること。
【解決手段】
接合体は、板状の第1部材と、第1部材の板厚方向において、第1部材に重ねられる第2部材と、第1部材及び第2部材を接合する接合構造と、を備え、接合構造は、第1部材及び第2部材を接合する継手と、第1部材及び第2部材の少なくとも一方に設けられると共に板厚方向において継手に重なる変形部とを有し、継手の本体部の形状は、板厚方向から見て、接合構造の縁に沿った環形状であり、継手の前記本体部の幅は、1mm以上であって、板厚方向に直交する方向に沿った接合構造の最短寸法の半分未満であり、接合構造において継手に囲われる領域の少なくとも一部では、第1部材と第2部材とが板厚方向において重なっているが接合していない。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
板状の第１部材と、
前記第１部材の板厚方向において、前記第１部材に重ねられる第２部材と、
前記第１部材及び前記第２部材を接合する接合構造と、
を備え、
前記接合構造は、前記第１部材及び前記第２部材を接合する継手と、前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方に設けられると共に前記板厚方向において前記継手に重なる変形部とを有し、
前記継手の本体部の形状は、前記板厚方向から見て、前記接合構造の縁に沿った環形状であり、
前記継手の前記本体部の幅は、１ｍｍ以上であって、前記板厚方向に直交する方向に沿った前記接合構造の最短寸法の半分未満であり、
前記接合構造において前記継手に囲われる領域の少なくとも一部では、前記第１部材と前記第２部材とが前記板厚方向において重なっているが接合していない、
接合体。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記継手の前記本体部の幅は、１．５ｍｍ以上である、請求項１に記載の接合体。
【請求項３】
前記接合構造の前記最短寸法は、５ｍｍ以上である、請求項１または２に記載の接合体。
【請求項４】
前記第１部材と、前記第２部材とは、互いに異なる材料を含む、請求項１または２に記載の接合体。
【請求項５】
前記第１部材は、０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚さを有する金属板もしくは合金板であり、
前記第２部材は、樹脂を含む、請求項４に記載の接合体。
【請求項６】
板状の第１部材、及び、前記第１部材の板厚方向において前記第１部材に重ねられる第２部材を接合する接合構造を形成する工程を備える接合体の製造方法であって、
前記接合構造は、前記第１部材及び前記第２部材を接合する継手と、前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方に設けられると共に前記板厚方向において前記継手に重なる変形部とを有し、
前記継手の本体部の形状は、前記板厚方向から見て、前記接合構造の縁に沿った環形状であり、
前記継手の前記本体部の幅は、１ｍｍ以上であって、前記板厚方向に直交する方向に沿った前記接合構造の最短寸法の半分未満であり、
前記接合構造において前記継手に囲われる領域の少なくとも一部では、前記第１部材と前記第２部材とが前記板厚方向において重なっているが接合していない、
接合体の製造方法。
【請求項７】
前記工程では、摩擦撹拌接合によって前記接合構造を形成する、請求項６に記載の接合体の製造方法。
【請求項８】
前記工程では、レーザー照射によって前記接合構造を形成する、請求項６に記載の接合体の製造方法。
【請求項９】
互いに重ね合わされる板状の第１部材、及び第２部材を接合するための接合ツールであって、
先端面と、前記先端面の外周縁に沿って延在する側面と、前記側面に接続される基端部とを有する基部を備え、
前記先端面は、環形状を有し、
前記先端面の幅は、１ｍｍ以上であって、
前記基部には、前記先端面の内周縁に沿うと共に、前記基部の軸線方向において前記先端面から前記基端部に向かって延在する空間が画成される、
接合ツール。
【請求項１０】
前記先端面の幅は、１．５ｍｍ以上である、請求項９に記載の接合ツール。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、接合体及びその製造方法、ならびに接合ツールに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
自動車を代表とする工業製品の製造において、同一の金属種だけでなく、異なる金属種、金属と樹脂のように異なる材料同士の接合体（異種材料接合体）の利用可能性について、近年、研究開発が進められている。異種材料接合体における母材同士の接合構造に含まれる継手は、公知の接合方法（例えば、抵抗スポット溶接、摩擦撹拌接合、超音波接合など）にて形成されるところ、構造上、当該継手に応力が集中しやすい。ここで、異種材料接合体における接合構造は、母材に比べて弱い界面が形成される傾向がある。このような傾向への対策として、例えば、下記特許文献１には、金属と樹脂とを摩擦攪拌接合する際に用いられる摩擦攪拌接合用ツールが開示されている。
【０００３】
下記特許文献１に開示される摩擦攪拌接合用ツールは、略円柱状を呈する基部と、基部の端面からなる摩擦攪拌面と、を有し、摩擦攪拌面の中央に円盤状凹部を有する。このような円盤状凹部が基部に設けられることによって、円盤状凹部における摩擦発熱量が低くなることで被接合界面における温度を均一化することができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－６８７３０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、異種材料接合体に限らず、摩擦撹拌接合によって互いに重ね合わされる母材同士の接合体を形成する場合、接合強度の観点から、一般に少なくとも数秒の摩擦撹拌が実施される。これにより、摩擦撹拌された箇所の全域に接合構造が形成される。ここで、母材の種類によっては、接合構造の形成に伴う母材への入熱に起因した当該母材の変形などによって、当該接合構造の接合強度（継手特性）が低下してしまう懸念がある。上記懸念を解消するため、摩擦撹拌接合の実施時間を短縮化すると、母材同士の接合が不十分となってしまい、接合構造の接合強度が低下してしまう懸念がある。このような懸念は、摩擦撹拌接合だけでなく、線形摩擦接合、摩擦撹拌点接合、抵抗スポット溶接などを実施しても同様に発生し得る。
【０００６】
本開示の一側面の目的は、母材同士の接合の高効率化を実現しつつ、継手特性の低下を抑制可能な接合体及びその製造方法、ならびに接合ツールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
互いに重ね合わされる母材同士の接合構造における継手特性の改善においては、通常、接合面積の確保、接合時間の長時間化などが考慮される。ただ、単に接合面積の拡大、接合時間の延長などを実施すると、接合構造体の生産性低下（接合の低効率化）につながる。また、母材に含まれる材料によっては、接合時間の延長によって、継手特性がむしろ低下してしまう懸念がある。これに対して本発明者らは、鋭意研究の末、被接合材である部材の少なくとも一方が板形状を有する場合において、上記母材同士の接合構造のうち端部領域における破壊特性が継手特性に大きく影響を及ぼすことを見出した。この知見に基づきさらなる鋭意検討の末、本発明者らは、母材同士の接合予定部の輪郭に沿って形成される幅１ｍｍ以上の環状接合構造の継手強度は、当該接合予定部の全体に形成される接合構造の継手強度と同程度であることを見出した。
【０００８】
上述した知見に基づいてなされた本開示の一側面に係る接合体は、板状の第１部材と、第１部材の板厚方向において、第１部材に重ねられる第２部材と、第１部材及び第２部材を接合する接合構造と、を備え、接合構造は、第１部材及び第２部材を接合する継手と、第１部材及び第２部材の少なくとも一方に設けられると共に板厚方向において継手に重なる変形部とを有し、継手の本体部の形状は、板厚方向から見て、接合構造の縁に沿った環形状であり、継手の本体部の幅は、１ｍｍ以上であって、板厚方向に直交する方向に沿った接合構造の最短寸法の半分未満であり、接合構造において継手に囲われる領域の少なくとも一部では、第１部材と第２部材とが板厚方向において重なっているが接合していない。
【０００９】
この接合体によれば、接合構造に含まれる継手の本体部の形状は、板厚方向から見て、接合構造の縁に沿った環形状であり、接合構造において継手に囲われる領域の少なくとも一部では、第１部材と第２部材とが板厚方向において重なっているが接合していない。これにより、接合構造の全体に継手が形成される場合と比較して、第１部材及び第２部材に加熱される部分が限定される。これにより、接合構造に含まれる継手の形成時間ならびに接合面積を低減できるので、効率的に継手を形成できる。さらには、継手の本体部の幅は、１ｍｍ以上であって、板厚方向に直交する方向に沿った接合構造の最短寸法の半分未満である。これにより、接合構造に環状の継手が形成される場合であっても、当該継手の継手強度を、接合構造の全体に継手が形成される場合と同程度にできる。したがって、本開示の一側面によれば、母材同士の接合の高効率化を実現しつつ、継手特性の低下を抑制可能な接合体が提供される。
【００１０】
継手の本体部の幅は、１．５ｍｍ以上でもよい。この場合、接合構造の継手強度をより良好に設定できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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