CN110290893A - 摩擦搅拌接合方法及接合构造体的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种摩擦搅拌接合方法，将由金属或树脂构成的第一被接合构件(1)和由金属或树脂构成且具有第一台阶部(10)的第二被接合构件(2)重合地配置，并利用接合工具(5)进行摩擦搅拌接合，具备：在第一台阶部(10)的台阶支承面(12)上，在与第一台阶部(10)的侧面(11)之间隔开间隙(4)地配置第一被接合构件(1)的工序；接合工具插入工序，在接合工具插入工序中，使接合工具(5)一边旋转一边从与台阶支承面(12)接触的第一被接合构件(1)的背面的相反侧的表面推入第一被接合构件(1)，并插入直到到达第二被接合构件(2)的台阶支承面(12)；及搅拌工序，在搅拌工序中，通过使接合工具(5)旋转，从而搅拌第一被接合构件(1)和第二被接合构件(2)而形成接合部(3)。

Description

摩擦搅拌接合方法及接合构造体的制造方法

技术领域

本申请涉及摩擦搅拌接合方法及接合构造体的制造方法。

背景技术

摩擦搅拌接合(FSW：Friction Stir Welding)是一种金属接合技术，是通过将称为工具的旋转工具插入被接合构件的接合部，使工具一边旋转一边沿着接合线移动，并搅拌接合部，从而进行固相接合的方法。另外，由于摩擦搅拌接合能够在熔融温度以下进行被接合构件的接合，所以具有由金相组织的相变带来的接合部的强度降低、变形较小等很多优点。

摩擦搅拌接合的接合部的形状依赖于工具的形状。一般的工具由称为肩的大径的部分和设置于其前端的称为探针的部位构成。

在以往的摩擦搅拌接合中，将探针插入作为被接合构件的金属的内部，用肩压住此时被扒出的金属并接合，接合宽度依赖于肩径。因此，为了缩窄接合宽度，需要将使用的工具的肩径变细。但是，当使肩径变细时，不能完全压住搅拌时被扒出的金属，在搅拌时从被接合构件上表面扒出的金属作为毛刺而大量产生，产生缺陷。

在以往的摩擦搅拌用旋转工具中，通过使用在探针上设置螺纹槽且螺纹谷的面积设为螺纹牙的面积以上的特殊形状的工具，从而能够进行以较小的接合宽度的接合而不将肩推压到接合金属(例如参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-136259号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在以往的摩擦搅拌用旋转工具及使用该工具的处理方法中，存在如下问题点：能够进行没有缺陷的接合的条件的范围较窄，接合速度较慢。另外，存在如下问题点：由于设置在探针上的螺纹槽形状的影响，探针的强度会下降。

本申请是为解决上述课题而做出的，其目的在于得到能够形成接合宽度较窄的接合部而无需使用特别形状的接合工具的摩擦搅拌接合方法及接合构造体的制造方法。

用于解决课题的手段

在本申请公开的摩擦搅拌接合方法中，将由金属或树脂构成的第一被接合构件和由金属或树脂构成且具有第一台阶部的第二被接合构件重合地配置，并利用接合工具进行摩擦搅拌接合，其中，具备：在所述第一台阶部的台阶支承面，在与所述第一台阶部的侧面之间隔开间隙并配置所述第一被接合构件的工序；接合工具插入工序，在所述接合工具插入工序中，使所述接合工具一边旋转一边从与所述台阶支承面接触的所述第一被接合构件的背面的相反侧的表面推入所述第一被接合构件，并插入直到到达所述第二被接合构件的所述台阶支承面；及搅拌工序，在所述搅拌工序中，通过使所述接合工具旋转，从而搅拌所述第一被接合构件和所述第二被接合构件而形成接合部。

发明的效果

根据本申请公开的摩擦搅拌接合方法，通过将第一被接合构件配置在具有第一台阶部的第二被接合构件上并在第一台阶部的侧面与第一被接合构件之间设置间隙，从而在第一被接合构件的上表面方向上被搅拌的金属等变少，即使是肩径较细的接合工具，也能够充分地压住被搅拌的金属等。因此，能够形成接合宽度较窄的接合部而无需使用特别形状的接合工具。

附图说明

图1是用于说明实施方式1的摩擦搅拌接合方法的剖视图。

图2是用于说明实施方式2的摩擦搅拌接合方法的剖视图。

图3A是示出在一般的摩擦搅拌接合方法中使用的接合工具的剖视图。

图3B是示出在一般的摩擦搅拌接合方法中使用的接合工具的剖视图。

图4是用于说明实施方式2的摩擦搅拌接合方法的剖视图。

图5是用于说明实施方式3的摩擦搅拌接合方法的剖视图。

图6是用于说明实施方式4的摩擦搅拌接合方法的剖视图。

图7是用于说明实施方式5的摩擦搅拌接合方法的剖视图。

图8是用于说明实施方式5的摩擦搅拌接合方法的剖视图。

图9是用于说明实施方式5的摩擦搅拌接合方法的剖视图。

图10是用于说明实施方式5的摩擦搅拌接合方法的剖视图。

图11是用于说明实施方式6的摩擦搅拌接合方法的剖视图。

图12是示出在实施方式6的摩擦搅拌接合方法中使用的接合工具的剖视图。

图13是用于说明实施方式7的摩擦搅拌接合方法的剖视图。

图14是用于说明实施方式8的摩擦搅拌接合方法的俯视示意图。

图15是用于说明实施方式8的摩擦搅拌接合方法的剖视示意图。

图16是用于说明实施方式8的摩擦搅拌接合方法的剖视示意图。

图17是用于说明实施方式9的摩擦搅拌接合方法的俯视示意图。

图18是用于说明实施方式9的摩擦搅拌接合方法的剖视示意图。

具体实施方式

实施方式1.

以下，基于附图说明实施方式1。

图1是用于说明实施方式1的摩擦搅拌接合方法的剖视图。如图1所示，实施方式1的接合构造体50具备由金属或树脂构成的第一被接合构件1和由金属或树脂构成且具有第一台阶部10的第二被接合构件2。第一被接合构件1配置在第二被接合构件2的第一台阶部10中的台阶支承面12上。另外，在第二被接合构件2的第一台阶部10的侧面11与第一被接合构件1的外形侧面13之间形成有间隙4。另外，在第一被接合构件1与第二被接合构件2的重合部，设置有利用接合工具5搅拌而形成的摩擦搅拌接合部3。如后所述，由于摩擦搅拌接合部3的形成，接合金属有时会流入间隙4。

如图1所示，实施方式1的摩擦搅拌接合方法具有：在第一台阶部10的台阶支承面12，在与第一台阶部10的侧面11之间隔开间隙4地配置第一被接合构件1的工序；接合工具插入工序，在该接合工具插入工序中，使接合工具5一边旋转一边从与台阶支承面12接触的第一被接合构件1的背面的相反侧的表面推入第一被接合构件1，并插入直到到达第二被接合构件2的台阶支承面12；及搅拌工序，在该搅拌工序中，通过使接合工具5旋转，从而搅拌第一被接合构件1和第二被接合构件2而形成摩擦搅拌接合部3。

通过在设置于第二被接合构件2的第一台阶部10的侧面11与第一被接合构件1的外形侧面13之间设置间隙4，从而在该部位形成隔热层。由于第一被接合构件1的热容易停滞在隔热层的部分，所以温度上升而软化的接合金属等容易在间隙4的方向上流动。结果，在第一被接合构件上表面方向上被搅拌的金属等变少，即使在使用肩径较细的接合工具5的情况下，也能够充分地压住被搅拌的金属等。因此，能够形成接合宽度较窄的摩擦搅拌接合部3而无需使用特别形状的接合工具5。

实施方式1的摩擦搅拌接合方法特别适合第一被接合构件1或第二被接合构件2为铝合金或铜等的情况。另外，第二被接合构件2例如是箱型的冷却器的水套(jacket)，第一被接合构件1例如是散热器等板状部件。

在此，以下示出利用实际的摩擦搅拌接合方法进行的接合实验例。

被接合材料：A6063-A6063，板厚3mm，搭接接头

工具：肩径5mm，探针长度3.2mm

转速：1500～3000rpm

接合速度：200～800mm/min

在实施方式1的摩擦搅拌接合方法中，利用上述材料及接合条件，形成没有接合缺陷的摩擦搅拌接合部3。另外，由于被搅拌的接合金属容易向间隙4流动，所以也能够抑制毛刺的产生。此外，上述接合实验例的探针7的形状成为圆锥台状，探针7的根部的直径为φ3mm，探针7的前端的直径为φ2mm。另外，为了提高搅拌力，使用在探针7上设置有相当于M3螺纹的螺旋状的槽的接合工具5，接合工具5的旋转方向设为与设置在探针7上的螺旋状的槽相反(反螺纹)的方向。

图3A及图3B是示出在一般的摩擦搅拌接合方法中使用的接合工具的剖视图。

如图3A所示，在摩擦搅拌接合方法中使用的接合工具5由称为肩6的较粗的直径的部分和设置在其前端的称为探针7的细径的部分构成。将探针7插入到要接合的金属的内部，用肩6压住此时要从接合金属上表面扒出的接合金属并接合。另外，在图3A中，图示了肩6为圆筒状，探针7为圆锥台状，但如果是其他形状也没有问题。例如，有如下等形状：肩6成为有上凸形状的曲面的形状或前端较细的锥形形状，探针7成为圆筒状、前端成为曲面形状。

摩擦搅拌接合的接合形状取决于接合工具5的形状。接合宽度由肩6的直径L1决定，接合深度由探针7的长度L2决定。在一般的接合工具5中，肩6的直径L1为探针7的长度L2的3～6倍左右。因此，就摩擦搅拌接合而言，基本上接合宽度比接合深度宽。由此，在一般的摩擦搅拌接合中，由于接合宽度宽，而存在变形大、无法应用于接合部的范围较窄的地方等缺点。

因此，为了在接合范围较窄的部位应用摩擦搅拌接合，需要利用高长宽比(接合深度/接合宽度)的接合工具5的摩擦搅拌接合方法。也就是说，需要不使探针7的长度L2变化而使肩6的直径L1变细。但是，当使肩6的直径L1相对于探针7的长度L2变细，例如将肩6的直径L1设为探针7的长度L2的1～2倍左右时，不能完全压住被搅拌的金属，搅拌的金属作为毛刺从第一被接合构件1的上表面方向大量产生，在内部产生缺陷(空隙)。

作为将接合范围较窄的部位接合的摩擦搅拌接合方法，提出了使用图3B所示的接合工具5的方法。这是通过改进设置在探针7上的螺纹槽形状从而不使肩6与被接合构件接触的摩擦搅拌接合的方法。由于肩6不与被接合构件接触，所以能够进行宽度较窄的接合。

但是，在使用这种接合工具5的方法中，存在如下缺点：没有缺陷的接合较窄，不能加快接合速度。另外，由于没有由肩6产生的热输入，所以为了得到摩擦搅拌接合所需的摩擦热，需要高速旋转的条件。在高速旋转的摩擦搅拌接合中，存在如下缺点：由于接合工具5的磨损剧烈，所以接合工具5的寿命变短。

如上所述，在实施方式1的摩擦搅拌接合方法中，为了弥补这些缺点，在设置于第二被接合构件2的第一台阶部10的侧面11与第一被接合构件1的外形侧面13之间设置有间隙4。因此，在第一被接合构件1的上表面方向上被搅拌的金属等变少，能够形成接合宽度较窄的摩擦搅拌接合部3而不限制接合工具5的形状。

实施方式2.

图2是用于说明实施方式2的摩擦搅拌接合方法的剖视图。另外，图4是用于说明实施方式2的摩擦搅拌接合方法的剖视图。在实施方式2中，关于与实施方式1相同的附图标记，由于是与实施方式1相同的结构，所以省略说明。如图2所示，实施方式2的接合构造体50将间隙4的宽度W1限制在第一被接合构件1的板厚t1的0.03倍以上且0.2倍以下，将接合宽度W2限制在第一被接合构件1的板厚t1的0.5倍以上且2倍以下的范围。这些尺寸的指定会对摩擦搅拌接合部3的板厚t1带来影响。

另外，在实施方式2的摩擦搅拌接合方法中，通过使被搅拌的接合金属等逃逸到间隙4中，从而减少被搅拌到第一被接合构件1的上表面上的金属，即使在使用肩6的直径L1较细的接合工具5的情况下，也能够没有缺陷地形成摩擦搅拌接合部3。因此，当间隙4比第一被接合构件1的板厚t1的0.2倍宽时，流入间隙4的接合金属变多，摩擦搅拌接合部3的板厚t1变薄。结果，不能得到规定的接合强度。相反地，当间隙4比第一被接合构件1的板厚t1的0.03倍窄时，已确认能够流入间隙4的接合金属的量变少，实施方式2的结构的效果变小，会产生缺陷。

接合宽度W2对接合金属的量带来较大的影响，当使接合宽度W2比第一被接合构件1的板厚t1的2倍大时，在间隙4内无法收纳接合金属，接合金属会从第一被接合构件1的上表面流出，产生缺陷。另外，在接合宽度W2比第一被接合构件1的板厚t1的0.5倍小的情况下，流入间隙4的接合金属变少，间隙4成为基本上没被填埋的状态。当成为这种状态时，接合金属被自由地搅拌，有时会产生内部缺陷。

根据以上观点，在实施方式2的摩擦搅拌接合方法中，优选将间隙4的宽度W1设定为第一被接合构件1的板厚t1的0.03倍以上且0.2倍以下，将接合宽度W2设定为第一被接合构件1的板厚t1的0.5倍以上且2倍以下的范围。

图4是用于说明实施方式2中的摩擦搅拌接合方法的剖视图，是示出接合工具5的插入的位置的剖视图。如图4，在实施方式2中，优选将从作为接合工具5的插入位置的接合工具5的中心轴20到第一被接合构件1的外形侧面13的长度L3设为第一被接合构件1的板厚t1的0.5倍以上且1倍以下的范围。当接合工具5的插入位置比第一被接合构件1的板厚t1的1倍大并远离间隙4时，由于被搅拌的接合金属与间隙4变远，所以有时接合金属不流入间隙4，接合金属作为毛刺从第一被接合构件1的上表面流出。结果，有时会产生内部缺陷，不能形成良好的摩擦搅拌接合部3。

另外，当接合工具5的插入位置比第一被接合构件1的板厚t1的0.5倍小并接近间隙4时，有时会被搅拌到第二被接合构件2的侧面11。当被搅拌到第二被接合构件2时，第一台阶部10的侧面11软化，不能压住被搅拌的接合金属。

因此，在实施方式2中，在搅拌工序中，接合工具5插入到从接合工具5的中心轴20到第一被接合构件1的外形侧面13的长度L3为第一被接合构件1的板厚的0.5倍以上且1.0倍以下的范围内的位置，通过一边保持该插入位置一边沿着第一被接合构件的外形使接合工具5移动，从而形成摩擦搅拌接合部3。另外，实施方式2具有第二被接合构件2的第一台阶部10的侧面11压住接合金属的效果，能够抑制向第二被接合构件2的热输入。在实施方式2中，摩擦搅拌接合的区域与间隙4的关系和插入接合工具5的位置会影响接合质量，该关系在形成高长宽比(接合深度/接合宽度)的摩擦搅拌接合部3方面重要。

实施方式3.

图5是用于说明实施方式3的摩擦搅拌接合方法的剖视图。如图5所示，在实施方式3中，在与台阶支承面12接触的第一被接合构件1的背面侧，沿着第一被接合构件1的外形设置有空间8。空间8构成为：宽度W3为第一被接合构件1的板厚t1的0.5倍以上且1倍以下，深度D1为0.3倍以上且0.8倍以下。通过使第一被接合构件1与第二被接合构件2重合，并沿着空间8进行摩擦搅拌接合，从而形成摩擦搅拌接合部3。

由此，能够在位于第一被接合构件1的外形侧面13和第二被接合构件2的第一台阶部10的侧面11之间的间隙4的相反侧形成隔热层。由于接合金属容易流入空间8，所以被搅拌到第一被接合构件1的上表面侧的接合金属变少，即使在使用肩6较细的接合工具5的情况下，也能够没有缺陷地形成摩擦搅拌接合部3。另外，在图5中，由于设置有空间8，所以可以基本上没有间隙4。此外，在第一被接合构件1与第二被接合构件2的重合部处的第二被接合构件2侧形成相同的空间也发挥相同的效果。

实施方式4.

图6是用于说明实施方式4的摩擦搅拌接合方法的剖视图。如图6所示，在实施方式4中，成为与图1所示的接合构造体50相同的结构，其特征在于，沿着摩擦搅拌接合部3从图1所示的接合构造体50除去摩擦搅拌接合部3的上表面侧，形成槽部21。

在摩擦搅拌接合部3处，有时在与接合工具5的肩6接触的部位产生毛刺。在实施方式4中，由于特征在于使肩6的直径L1变细且进行高长宽比(接合深度/接合宽度)的摩擦搅拌接合，所以不能用肩6完全压住被搅拌的接合金属，特别是毛刺的产生变多。另外，当肩6的直径L1较细时，接合面容易变粗糙。因此，优选除去摩擦搅拌接合部3的上表面，并除去毛刺。另外，关于除去的量，优选以留下第一被接合构件的板厚t1的60～95％的方式进行除去。当除去该量以上的量时，摩擦搅拌接合部3的板厚变薄，接合强度下降。在实施方式4中，在使第一被接合构件1与第二被接合构件的台阶支承面12重合并进行摩擦搅拌接合后，沿着摩擦搅拌接合部3除去接合部的上表面而留下第一被接合构件1的板厚的60％至95％，并沿着第一被接合构件1的接合部设置槽部21。另外，在将实施方式4的摩擦搅拌接合方法应用于需要水密性、气密性的产品的情况下，将通过除去摩擦搅拌接合部3的上表面而形成的槽部21密封的方法也是有用的。

实施方式5.

图7、图8、图9、图10是用于说明实施方式5的摩擦搅拌接合方法的剖视图。图7成为基本上与图1相同的结构，第二被接合构件2具备设置在第一台阶部10的台阶支承面12的端部上的第二台阶部23。另外，第二台阶部23具备台阶壁面24和台阶底面22。成为如下结构：在第一台阶部10的台阶支承面12与第二台阶部23的台阶底面22之间具有上述台阶壁面24，台阶壁面24与第一台阶部10的端部连接，并且台阶底面22与台阶壁面24的端部连接。

另外，第二被接合构件2在与台阶支承面12独立的台阶底面22上具备第一肋构造9。另外，优选的是，该第一肋构造9的高度H1是与第一台阶部10的台阶支承面12同等的高度。

在实施方式5的摩擦搅拌接合方法中，在将第一被接合构件配置在作为第一肋构造9的上表面的第一肋台阶支承面28及台阶支承面12上后，首先，使第一被接合构件1与作为第一肋构造9的上表面的第一肋台阶支承面28重合并进行摩擦搅拌接合，其后，沿着第一被接合构件的外形将第二被接合构件2的台阶支承面12与第一被接合构件摩擦搅拌接合。

先通过将作为第一肋构造9的上表面的第一肋台阶支承面28与第一被接合构件摩擦搅拌接合，从而限制第一被接合构件1，第一被接合构件1与第二被接合构件2的侧面11之间的间隙4的位置被固定。由此，具有将间隙4保持在适当的位置的效果。

实施方式5的摩擦搅拌接合方法例如适合于将第一被接合构件1的四条边密封接合并施加内压的密封容器等。例如，在冷却器等箱型的第二被接合构件2中，以第一肋构造9为中心左右对称，在第一肋构造9的相反侧(图中的右侧)也有摩擦搅拌接合部3和间隙4(未图示)。因此，通过先将第一肋构造9摩擦搅拌接合，从而能够将以第一肋构造9为中心位于左右的第一台阶部10的摩擦搅拌接合部3的间隙4左右一起保持在适当的位置。当先形成任一方的第一台阶部10的摩擦搅拌接合部3时，第一被接合构件1会被向先形成摩擦搅拌接合部3的一方拉近，另一方的间隙4会变大。

在没有第一肋构造9的情况下，在将第一被接合构件1接合时，第一被接合构件1向最初接合的方向收缩，相反侧的面的间隙4变大。另一方面，通过设置第一肋构造9并先将第一肋构造9接合，从而固定第一被接合构件1，并适当保持间隙4。因此，能够稳定地进行高长宽比的摩擦搅拌接合。

另外，通过在作为第一被接合构件1的背面侧的压力施加的面14的中央部设置第一肋构造9，从而耐压性也得到提高。并且，通过将从第一被接合构件1的背面到第二被接合构件2的台阶底面22的高度H1控制在0.5mm以内，从而在将第二被接合构件2使用于冷却器的情况下，能够保持冷却能力。并且，通过将高度H1保持为一定，从而能够在例如将第二被接合构件2使用于冷却器的情况下保持冷却效果。另外，在中央部的接合中，优选将拔出接合工具5的位置设为远离接合界面的部分。例如，在第一肋构造9为圆柱形状的情况下，当将第一肋构造9的中心设为拔出接合工具5的位置时，耐压性进一步提高。

图8成为基本上与图1相同的结构，成为如下构造：在第二被接合构件2中的与第一台阶部10独立的位置具备第一肋构造9。另外，在作为第一肋构造9的上表面的第一肋台阶支承面28上设置有突起15，所述突起15具有与第一被接合构件1的板厚t1同等的厚度量的高度，在第一被接合构件1，以能够与突起15嵌合的方式设置有开口部16。该开口部16也可以不是贯通孔。如图8所示，首先，使第一肋构造9的突起15与第一被接合构件1的开口部16嵌合并进行摩擦搅拌接合。其后，沿着第一被接合构件1的外形将第二被接合构件2的第一台阶部10的台阶支承面12和第一被接合构件摩擦搅拌接合。在图8所示的摩擦搅拌接合方法中，除了上述效果以外，通过在第一肋构造9上设置突起15并使其与第一被接合构件1嵌合，从而第一肋构造9实现定位销的作用，具有定位变容易的进一步的效果。

图9是针对具有与图7相同的效果的接合构造体50的摩擦搅拌接合方法，成为在第一被接合构件1侧设置有第二肋构造17的结构。第二肋构造17例如成为与从第二被接合构件2的台阶底面22到台阶支承面12的高度相同的高度。在使作为第二肋构造17的上表面的第二肋台阶支承面29与第二被接合构件2的台阶底面22重合并从第二被接合构件2的台阶底面22的相反侧进行摩擦搅拌接合后，使第二被接合构件2的台阶支承面12与第一被接合构件1重合，并沿着第一被接合构件1的外形进行摩擦搅拌接合。

另外，如图10所示，在接合构造体50中，在作为第一被接合构件1的第二肋构造17的上表面的第二肋台阶支承面29上设置有凸部18，所述凸部18具有第二被接合构件2的台阶底面22的板厚的厚度量的高度，在第二被接合构件2的台阶底面22设置有供第二肋构造17的凸部18嵌合的凹部19。如图10所示，在使第二肋构造17的凸部18与第二被接合构件2的凹部19嵌合，并从第二被接合构件2的台阶底面22的相反侧摩擦搅拌接合后，使第二被接合构件2的台阶支承面12与第一被接合构件1重合，并沿着第一被接合构件1的外形进行摩擦搅拌接合。

实施方式6.

图11是用于说明实施方式6的摩擦搅拌接合方法的剖视图。

图11成为与图1相同的结构，示出接合工具5与第一被接合构件1的工具接触面积A1设为设置于第二被接合构件2的第一台阶部10的台阶支承面12的台阶宽度W4以下。当工具接触面积A1比台阶支承面12的台阶宽度W4宽时，由于在摩擦搅拌接合时施加的载荷，无法保持第一台阶部10的形状，会产生异常的变形。因此，优选的是，接合工具5与第一被接合构件1接触的工具接触面积A1比设置于第二被接合构件2的第一台阶部10的台阶宽度W4小。

图12是示出在实施方式6的摩擦搅拌接合方法中使用的接合工具的剖视图。图12示出适合于使接合工具5与第一被接合构件1接触的工具接触面积A1比设置于第二被接合构件2的台阶宽度W4小的接合工具5的形状。这是从探针7的前端向肩6而探针的直径呈锥形变大并且用平滑曲线将该探针7与肩6连接而成的反向圆角型工具。由于该形状的接合工具5不仅使工具接触面积A1减小，也基本上没有应力集中，所以接合工具5的强度提高，不易折损。另外，由于在锥形形状部、平滑曲线部中的任意的插入位置都能够进行摩擦搅拌接合，所以接合工具5的插入深度的余量较高，能够应对各种板厚的被接合构件。另外，优选在锥形形状部设置螺纹状的槽。例如，优选的是，在反向圆角型工具的前端曲面加工螺距为0.3mm以上且1.5mm以下的螺纹形状。另外，为了减小槽的谷部分的应力集中，槽形状优选使用梯形螺纹形状等。

实施方式7.

图13是用于说明实施方式7的摩擦搅拌接合方法的剖视图。图13成为与图1相同的结构，控制探针7的前端并将其插入第二被接合构件2的台阶支承面12到第一被接合构件1的板厚t1的0.01倍以上且0.3倍以下的深度D2，使第二被接合构件2的台阶支承面12与第一被接合构件1重合，并沿着第一被接合构件1的外形进行摩擦搅拌接合。当将探针7插入第二被接合构件2到比第一被接合构件1的板厚t1的0.3倍深时，被搅拌的接合金属量变多，如果是肩6的直径L1较细的接合工具5，无法完全压住接合金属。因此，不能进行高长宽比的摩擦搅拌接合。另外，当向第二被接合构件2的插入深度成为第一被接合构件1的板厚t1的0.01倍以下时，有时由于接合工具5的磨损等而不能进行接合，无法得到强度。

根据以上观点，通过在第二被接合构件2的台阶支承面12与第一被接合构件1的重合部，将第二被接合构件2处的接合工具5的插入深度设为第一被接合构件1的板厚t1的0.01倍以上且0.3倍以下，从而能够进行高长宽比的摩擦搅拌接合。

实施方式8.

图14是用于说明实施方式8的摩擦搅拌接合方法的俯视示意图。另外，图15及图16是用于说明实施方式8的摩擦搅拌接合方法的剖视示意图。另外，图15示出插入接合工具5前的状态，图16是图14的A-A线的切断面，示出接合中的状态。在实施方式8中，第一被接合构件1例如是散热器等板状部件，第二被接合构件2例如是箱型的冷却器的水套。

如上所述，在将第一被接合构件1与第二被接合构件2摩擦搅拌接合时，通过使接合工具5一边旋转一边沿着第一被接合构件1的外形移动从而进行摩擦搅拌接合，但相对于接合工具5的旋转的中心轴20通过的接合线，形成接合工具5的工具旋转方向与工具移动方向一致的一侧和不一致的一侧，在接合线的内侧区域和外侧区域，接合状态成为不对称。

特别是在接合工具5的移动时，在接合工具5的附近，同时产生由接合工具5与第一被接合构件1的摩擦导致的剪切流动和由摩擦发热导致的热变形，工具旋转方向与工具移动方向一致的一侧成为剪切流动的起点，决定性地发生摩擦搅拌，工具旋转方向与工具移动方向不同的一侧，由摩擦发热导致的热变形相比剪切流动的比例变多。

在将上述接合状态的不对称性应用于例如第一被接合构件1的外形侧面13与第二被接合构件2的侧面11这样的对接构造的情况下，工具旋转方向与工具移动方向一致的一侧的第一被接合构件1成为剪切流动的起点，决定性地发生摩擦搅拌，在工具旋转方向与工具移动方向不一致的一侧的第一被接合构件1中，仅热变形的比例变多。

作为结果，相对于接合工具5的工具旋转方向与工具移动方向不一致的一侧的第一被接合构件1，工具旋转方向与工具移动方向一致的一侧的第一被接合构件1被搅拌而形成混合的状态，摩擦搅拌接合部3的工具旋转方向与工具移动方向一致的一侧的第一被接合构件1的比例变多，同时在工具旋转方向与工具移动方向不一致的一侧容易形成接合界面。

另外，在将上述接合状态的不对称性应用于例如第一台阶部10的台阶支承面12和配置在其上的板状的第一被接合构件1这样的重合部的接合的情况下，在工具旋转方向与工具移动方向不一致的一侧，热变形的比例变多，重合的下侧的第二被接合构件2不被搅拌，容易产生由热变形导致的鼓起的卷起。由此导致的未接合部变长，容易引起接合质量的下降。

因此，在实施方式8中，如图14至图16所示，在使板状的第一被接合构件1与第二被接合构件2的第一台阶部10重合并沿着第一被接合构件1的外形进行摩擦搅拌接合时，在接合线的内侧区域30使接合工具5的工具旋转方向25与工具移动方向27a成为相同的方向。由此，能够设为如下接合构造体50，即对于接合后的负荷较大的接合线的内侧区域30，容易成为开裂的起点的未接合部少且接合强度大的接合构造体50。此外，在实施方式8中，与实施方式1同样地，在设置于第二被接合构件2的第一台阶部10的侧面11与第一被接合构件1的外形侧面13之间设置有间隙4。

具体而言，如图14至图16所示，使第一被接合构件1与第二被接合构件2重合，并使接合工具5一边在工具旋转方向25(逆时针方向)上旋转，一边在工具插入方向26上插入第一被接合构件1。然后，通过使接合工具5一边在工具旋转方向25(逆时针方向)上旋转一边沿着第一被接合构件1的外形向工具移动方向27a(从纸面近前侧向内侧方向)移动，从而将第一被接合构件1与第二被接合构件2摩擦搅拌接合而形成摩擦搅拌接合部3。在实施方式8中，由于在接合线的内侧区域30使接合工具5的工具旋转方向25与工具移动方向27a成为相同的方向，所以能够设为如下接合构造体50，即对于接合后的负荷较大的接合线的内侧区域30，容易成为开裂的起点的未接合部少且接合强度较大的接合构造体50。

并且，通过设为如下重合接合构造，即将旋转的接合工具5的中心轴20配置在第一被接合构件1的外形侧面13的附近，并将第二被接合构件2的第一台阶部10的侧面11和第一被接合构件1的外形侧面13包括在部分的对接构造中的重合接合构造，从而能够设为从台阶重合接合面到台阶侧面没有缺陷或未接合部且接合界面较长的牢固的接合构造体50。

具体而言，在搅拌工序中，接合工具5插入第一被接合构件1或第二被接合构件2到如下范围，即从接合工具5的旋转的中心轴20到第一被接合构件1的外形侧面13的长度为接合工具5的外径L4的0倍以上且在内侧区域30方向上1.0倍以下的范围。也就是说，接合工具5插入第一被接合构件1或第二被接合构件2到如下范围，即从接合工具5的旋转的中心轴20成为与第一被接合构件1的外形侧面13同轴的位置起，到在内侧区域30侧接合工具5的外径L4的1倍以下的范围。

另外，将从第二被接合构件2的台阶支承面12起的插入深度D3控制为第一被接合构件1的板厚t1的0.01倍以上且0.3倍以下而插入。然后，一边保持该位置一边以工具移动方向27a与工具旋转方向25在第一被接合构件1的内侧区域30一致的方式沿着第一被接合构件1的外形移动，并将第一被接合构件1和第二被接合构件2摩擦搅拌接合。

另外，在实施方式8的摩擦搅拌接合方法中，当在接合工具5设置与工具旋转方向25反方向的螺纹，也就是说，在接合工具5为逆时针方向时设置正螺纹，在接合工具5为顺时针方向时设置反螺纹时，能够得到更高的效果。

实施方式9.

图17是用于说明实施方式9的摩擦搅拌接合方法的俯视示意图。另外，图18是示出图17的B-B线切断面的剖视图。在实施方式9中，如图7、图8、图9、图10所示，示出对在第一被接合构件1或第二被接合构件2分别设置有第一肋构造9或第二肋构造17的接合构造体50进行的摩擦搅拌接合方法。

图17示出对在图8所示的第一被接合构件1设置有第一肋构造9的接合构造体50进行的摩擦搅拌接合方法。如上所述，由于摩擦搅拌接合通过使接合工具5一边旋转一边移动从而进行被接合构件彼此的接合，所以根据相对于工具移动方向的接合工具5的工具旋转方向，沿着接合线形成接合状态的不对称性。

因此，如图17及图18所示，在具有第一肋构造9的第二被接合构件2的摩擦搅拌接合时，设为将接合工具5的前端插入得比第一肋台阶支承面28深的重合接合构造，以在第一肋构造9的肋外周侧31，接合工具5的工具旋转方向(逆时针方向)25与工具移动方向27b(从纸面内侧向近前方向)成为相同的方向的方式进行摩擦搅拌接合。

具体而言，在第一肋构造9的第一肋台阶支承面28与第一被接合构件1的摩擦搅拌接合中，接合工具5以如下方式进行摩擦搅拌接合：一边将从第一肋台阶支承面28起的插入深度D4保持在作为板状部件的第一被接合构件1的板厚t1的0.01倍以上且0.3倍以下，一边使工具移动方向27b(从纸面内侧向近前方向)与工具旋转方向25(逆时针方向)在肋外周侧31一致。由于在第一肋构造9，对肋外周侧31施加较大的负荷，所以通过使用上述摩擦搅拌接合方法，从而强度大幅提高。此外，在第一肋构造9以外的部分，通过将负荷变高的一侧的接合工具5的工具旋转方向与工具移动方向设为相同的方向，从而也预测到接合强度的提高。

在实施方式9中，代表在第一被接合构件1或第二被接合构件2分别设置有第一肋构造9或第二肋构造17的接合构造体50的摩擦搅拌接合方法，基于图8进行了说明，图10也与图8同样地，在具有第二肋构造17的第一被接合构件1的摩擦搅拌接合时，设为将接合工具5的前端插入得比第二肋台阶支承面29深的重合接合构造，以在第二肋构造17的肋外周侧31，接合工具5的工具旋转方向与工具移动方向成为相同的方向的方式进行摩擦搅拌接合。在对图10所示的接合构造体50进行的摩擦搅拌接合方法中，也在第二肋构造17的第二肋台阶支承面29与第二被接合构件2的摩擦搅拌接合中，接合工具5以如下方式进行接合：一边将从第二肋台阶支承面29起的插入深度保持在第一被接合构件1的板厚t1的0.01倍以上且0.3倍以下的深度，一边使工具旋转方向与工具移动方向在肋外周侧31一致。

如上，使用实施方式1至实施方式9的摩擦搅拌接合方法，摩擦搅拌接合而制造出接合构造体50。

此外，能够将各实施方式组合或将各实施方式适当变形、省略。

附图标记的说明

1第一被接合构件，2第二被接合构件，3摩擦搅拌接合部，4间隙，5接合工具，6肩，7探针，8空间，9第一肋构造，10第一台阶部，11侧面，12台阶支承面，13外形侧面，14压力施加的面，15突起，16开口部，17第二肋构造，18凸部，19凹部，20中心轴，21槽部，22台阶底面，23第二台阶部，24台阶壁面，25工具旋转方向，26工具插入方向，27a工具移动方向，27b工具移动方向，28第一肋台阶支承面，29第二肋台阶支承面，30内侧区域，31肋外周侧，50接合构造体。

Claims (15)

1.一种摩擦搅拌接合方法，将由金属或树脂构成的第一被接合构件和由金属或树脂构成且具有第一台阶部的第二被接合构件重合地配置，并利用接合工具进行摩擦搅拌接合，其特征在于，具备：

在所述第一台阶部的台阶支承面，在与所述第一台阶部的侧面之间隔开间隙地配置所述第一被接合构件的工序；

接合工具插入工序，在所述接合工具插入工序中，使所述接合工具一边旋转一边从与所述台阶支承面接触的所述第一被接合构件的背面的相反侧的表面推入所述第一被接合构件，并插入直到到达所述第二被接合构件的所述台阶支承面；及

搅拌工序，在所述搅拌工序中，通过使所述接合工具旋转，从而搅拌所述第一被接合构件和所述第二被接合构件而形成接合部。

2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

所述第一被接合构件为板状构件，

所述间隙的宽度为所述第一被接合构件的板厚的0.03倍以上且0.2倍以下，

形成在所述第一被接合构件的所述表面上的所述接合部的接合宽度为所述第一被接合构件的板厚的0.5倍以上且2倍以下，

在所述搅拌工序中，所述接合工具插入到从所述接合工具的中心轴到所述第一被接合构件的外形侧面的长度为所述第一被接合构件的板厚的0.5倍以上且1.0倍以下的范围内的位置，一边保持所述位置一边沿着所述第一被接合构件的外形移动所述接合工具。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

在所述第一被接合构件的所述背面，沿着所述第一被接合构件的外形设置有空间，所述空间的宽度为所述第一被接合构件的板厚的0.5倍以上且1.0倍以下，深度为所述第一被接合构件的板厚的0.3倍以上且0.8倍以下，

使所述第一被接合构件与所述第二被接合构件重合并沿着所述空间接合。

4.一种接合构造体的制造方法，其使用权利要求1至权利要求3中任一项所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

使所述第一被接合构件与所述第二被接合构件的所述台阶支承面重合并接合后，沿着所述接合部除去所述接合部的上表面而留下所述第一被接合构件的板厚的60％至95％，沿着所述第一被接合构件的所述接合部设置有槽部。

5.一种接合构造体的制造方法，其使用权利要求1至权利要求3中任一项所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

所述第二被接合构件具备第二台阶部，所述第二台阶部设置在所述台阶支承面的端部并具有台阶壁面和台阶底面，

所述第二被接合构件在所述台阶底面具备与所述台阶支承面独立的第一肋构造，

所述接合构造体的制造方法具备：

在作为所述第一肋构造的上表面的第一肋台阶支承面及所述台阶支承面配置所述第一被接合构件的工序，

在使所述第一肋构造的所述第一肋台阶支承面与所述第一被接合构件重合并接合后，沿着所述第一被接合构件的外形将所述第二被接合构件的所述台阶支承面与所述第一被接合构件接合。

6.根据权利要求5所述的接合构造体的制造方法，其特征在于，

在所述第二被接合构件的所述第一肋台阶支承面的上表面设置有突起，所述突起具有所述第一被接合构件的板厚的厚度量的高度，

在所述第一被接合构件设置有供所述突起嵌合的开口部，

在使所述突起与所述第一被接合构件的所述开口部嵌合并接合后，使所述第二被接合构件的所述台阶支承面与所述第一被接合构件重合并沿着所述第一被接合构件的外形接合。

7.一种接合构造体的制造方法，其使用权利要求1至权利要求3中任一项所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

所述第二被接合构件具备第二台阶部，所述第二台阶部设置在所述台阶支承面的端部并具有台阶壁面和台阶底面，

所述第一被接合构件具备第二肋构造，所述第二肋构造的高度与从所述第二被接合构件的所述台阶底面到所述台阶支承面的高度相同，

在使作为所述第二肋构造的上表面的第二肋台阶支承面与所述第二被接合构件的所述台阶底面重合并从所述台阶底面的相反侧接合后，沿着所述第一被接合构件的外形将所述第二被接合构件的所述台阶支承面与所述第一被接合构件接合。

8.根据权利要求7所述的接合构造体的制造方法，其特征在于，

在所述第一被接合构件的所述第二肋台阶支承面的上表面设置有凸部，所述凸部具有所述第二被接合构件的所述台阶底面的板厚的厚度量的高度，

在所述第二被接合构件的所述台阶底面设置有供所述凸部嵌合的凹部，在使所述凸部与所述第二被接合构件的所述凹部嵌合并接合后，沿着所述第一被接合构件的外形将所述第二被接合构件的所述台阶支承面与所述第一被接合构件接合。

9.一种接合构造体的制造方法，其使用权利要求1至权利要求3中任一项所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

与所述第一被接合构件接触的所述接合工具的工具接触面积小于沿着所述第二被接合构件的外形设置的所述台阶支承面的宽度。

10.一种接合构造体的制造方法，其使用权利要求1至权利要求3中任一项所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

使用反向圆角型工具，所述反向圆角型工具是从所述接合工具的探针的前端朝向肩而所述探针的直径呈锥形变大，并且由平滑曲线将所述探针与所述肩连接而成的。

11.根据权利要求10所述的接合构造体的制造方法，其特征在于，

在所述反向圆角型工具的前端曲面加工出螺距为0.3mm以上且1.5mm以下的螺纹形状。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的接合构造体的制造方法，其特征在于，

控制所述探针的前端并将其插入所述第二被接合构件的所述台阶支承面到如下深度，并且使所述第二被接合构件与所述第一被接合构件的外形重合并接合，所述深度为所述第一被接合构件的板厚的0.01倍以上且0.3倍以下的深度。

13.一种使用权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法的接合构造体的制造方法，其特征在于，

在所述搅拌工序中，以所述接合工具的工具旋转方向与工具移动方向在所述第一被接合构件的内侧区域一致的方式沿着所述第一被接合构件的外形移动所述接合工具。

14.根据权利要求5或权利要求6所述的接合构造体的制造方法，其特征在于，

在所述第一肋构造的所述第一肋台阶支承面与所述第一被接合构件的摩擦搅拌接合中，所述接合工具以如下方式移动：一边将距所述第一肋台阶支承面的插入深度保持为所述第一被接合构件的板厚的0.01倍以上且0.3倍以下的深度，一边使工具旋转方向与工具移动方向在肋外周侧一致。

15.根据权利要求7或权利要求8所述的接合构造体的制造方法，其特征在于，

在所述第二肋构造的所述第二肋台阶支承面与所述第二被接合构件的摩擦搅拌接合中，所述接合工具以如下方式移动：一边将距所述第二肋台阶支承面的插入深度保持为所述第一被接合构件的板厚的0.01倍以上且0.3倍以下的深度，一边使工具旋转方向与工具移动方向在肋外周侧一致。