JP2000158153A - 摩擦攪拌接合用回転ツール及び摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
摩擦攪拌接合用回転ツール及び摩擦攪拌接合方法Info
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- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
- B23K20/1255—Tools therefor, e.g. characterised by the shape of the probe
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- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】簡易なクランプ治具を用い、突合わせ面間に隙
間があっても、接合部に、前記隙間を充填する可塑化固
相金属量の、不足に起因するトンネル状空洞欠陥や、過
剰に起因する重度のバリ状欠陥等の発生することのな
い、摩擦攪拌接合用回転ツールの提供を課題とする。 【解決手段】回転ツールＲＴの回転軸３の底端面稜線
（以後、回転ツールの肩という）３ｓに接する平面ＦＳ
と回転軸３の凹面の底面３bs及び攪拌ピン４の外周面４
osとで囲まれる空間５の中心縦断面積をＡ(mm2) 、接合
部６の上方アンダーカット７の縦断面積をＢ(mm2) 、突
合わせ面間の隙間２の縦断面積をＣ(mm2) としたとき
に、０．８０Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．３Ｃ望ましくは０．８０
Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．０Ｃとなるように、さらには、前記平
面ＦＳと回転軸３の凹面の底面３bsとのなす角度θが５
〜２０度になるように回転ツールＲＴを形成することを
解決手段とする。
間があっても、接合部に、前記隙間を充填する可塑化固
相金属量の、不足に起因するトンネル状空洞欠陥や、過
剰に起因する重度のバリ状欠陥等の発生することのな
い、摩擦攪拌接合用回転ツールの提供を課題とする。 【解決手段】回転ツールＲＴの回転軸３の底端面稜線
（以後、回転ツールの肩という）３ｓに接する平面ＦＳ
と回転軸３の凹面の底面３bs及び攪拌ピン４の外周面４
osとで囲まれる空間５の中心縦断面積をＡ(mm2) 、接合
部６の上方アンダーカット７の縦断面積をＢ(mm2) 、突
合わせ面間の隙間２の縦断面積をＣ(mm2) としたとき
に、０．８０Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．３Ｃ望ましくは０．８０
Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．０Ｃとなるように、さらには、前記平
面ＦＳと回転軸３の凹面の底面３bsとのなす角度θが５
〜２０度になるように回転ツールＲＴを形成することを
解決手段とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、摩擦攪拌接合用
回転ツールに関し、特に、一対の被接合部材の突き合わ
せ面間に隙間があっても、接合部に、前記隙間を充填す
る塑性流動化（可塑化）固相金属量の、不足に起因する
トンネル状空洞欠陥や、過剰に起因する重度のバリ状欠
陥等の発生することのない摩擦攪拌接合用回転ツールに
関する。
回転ツールに関し、特に、一対の被接合部材の突き合わ
せ面間に隙間があっても、接合部に、前記隙間を充填す
る塑性流動化（可塑化）固相金属量の、不足に起因する
トンネル状空洞欠陥や、過剰に起因する重度のバリ状欠
陥等の発生することのない摩擦攪拌接合用回転ツールに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、摩擦攪拌接合用回転ツールの明確
な設計基準がなく、実験的、経験的に接合部の品質欠陥
が発生しないように形成するとともに、一対の被接合部
材の間に隙間が発生しないように強固に拘束していたの
が実際である。
な設計基準がなく、実験的、経験的に接合部の品質欠陥
が発生しないように形成するとともに、一対の被接合部
材の間に隙間が発生しないように強固に拘束していたの
が実際である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の設計方
法では、突き合わせ面に存在する凹凸による隙間や、接
合中の熱歪みによって生じる隙間に充填するだけの塑性
流動化（可塑化）固相量の不足に起因して、接合部上部
に溝状欠陥やトンネル状空洞欠陥が発生したり、逆に塑
性流動化（可塑化）固相量の過剰に起因して接合部表面
両側に多量のバリ欠陥が発生したりしていた。そこで、
許容限度以上の隙間が開かないようにするために、事前
に突合わせ面同士の密着性を確保するための平滑化加工
を施したり、強固なクランプ治具を用いて接合する必要
があり、余分な平滑化加工と大がかりなクランプ治具を
備えた摩擦攪拌接合装置を必要とするとともに、被接合
部材を前記クランプ治具にセットしたり、接合後に取り
外したりするための時間と人手を多く必要としていた。
法では、突き合わせ面に存在する凹凸による隙間や、接
合中の熱歪みによって生じる隙間に充填するだけの塑性
流動化（可塑化）固相量の不足に起因して、接合部上部
に溝状欠陥やトンネル状空洞欠陥が発生したり、逆に塑
性流動化（可塑化）固相量の過剰に起因して接合部表面
両側に多量のバリ欠陥が発生したりしていた。そこで、
許容限度以上の隙間が開かないようにするために、事前
に突合わせ面同士の密着性を確保するための平滑化加工
を施したり、強固なクランプ治具を用いて接合する必要
があり、余分な平滑化加工と大がかりなクランプ治具を
備えた摩擦攪拌接合装置を必要とするとともに、被接合
部材を前記クランプ治具にセットしたり、接合後に取り
外したりするための時間と人手を多く必要としていた。
【０００４】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、簡易なクランプ治具を用い、一対の被接合部材の突
き合わせ面間に隙間があっても、接合部に隙間を充填す
る塑性流動化（可塑化）固相金属量の、不足に起因する
溝状欠陥又はトンネル状空洞欠陥や、過剰に起因する重
度のバリ欠陥等の発生することのない摩擦攪拌接合用回
転ツールの提供を課題とする。
し、簡易なクランプ治具を用い、一対の被接合部材の突
き合わせ面間に隙間があっても、接合部に隙間を充填す
る塑性流動化（可塑化）固相金属量の、不足に起因する
溝状欠陥又はトンネル状空洞欠陥や、過剰に起因する重
度のバリ欠陥等の発生することのない摩擦攪拌接合用回
転ツールの提供を課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の摩擦攪拌接合用
回転ツールは上記課題を解決するために、第１の手段と
して、凹面の底面を有する回転軸の、前記凹面の底面か
ら同心に突出する攪拌ピンを備えた摩擦攪拌接合用回転
ツールを、一対の被接合部材の突き合わせ面間に隙間が
ある際に、下記式１を満足するように形成するように構
成した。 ０．８０Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．３Ｃ ………………………………式１ ここで、 Ａ ；回転軸底端面稜線（以後、回転ツールの肩と称す
る）に接する平面と凹面の底面及び攪拌ピン外周面とで
囲まれる空間の中心縦断面積(mm2) Ｂ ；接合部上方アンダーカットの縦断面積(mm2) Ｃ ；突き合わせ面間の隙間の縦断面積(mm2)
回転ツールは上記課題を解決するために、第１の手段と
して、凹面の底面を有する回転軸の、前記凹面の底面か
ら同心に突出する攪拌ピンを備えた摩擦攪拌接合用回転
ツールを、一対の被接合部材の突き合わせ面間に隙間が
ある際に、下記式１を満足するように形成するように構
成した。 ０．８０Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．３Ｃ ………………………………式１ ここで、 Ａ ；回転軸底端面稜線（以後、回転ツールの肩と称す
る）に接する平面と凹面の底面及び攪拌ピン外周面とで
囲まれる空間の中心縦断面積(mm2) Ｂ ；接合部上方アンダーカットの縦断面積(mm2) Ｃ ；突き合わせ面間の隙間の縦断面積(mm2)
【０００６】上記本発明においては、第２の手段とし
て、摩擦攪拌接合用回転ツールを下記式２を満足するよ
うに形成するように構成することが望ましい。 ０．８０Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．０Ｃ ………………………………式２
て、摩擦攪拌接合用回転ツールを下記式２を満足するよ
うに形成するように構成することが望ましい。 ０．８０Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．０Ｃ ………………………………式２
【０００７】上記本発明においては、第３の手段とし
て、前記回転ツールの肩に接する平面と前記凹面の底面
のなす角度θを５〜２０度とすることが望ましい。
て、前記回転ツールの肩に接する平面と前記凹面の底面
のなす角度θを５〜２０度とすることが望ましい。
【０００８】本発明の摩擦攪拌接合方法においては、上
記課題を解決するために、一対の被接合部材の突合わせ
面間の隙間の縦断面積Ｃ(mm2)に応じ、前記回転ツール
の肩と接する平面と凹面の底面とのなす角度が５〜２０
度の範囲で、かつ、前記式１又は前記式２を満足するよ
うな回転ツールの肩の直径を有する回転ツールを用いよ
うに構成している。
記課題を解決するために、一対の被接合部材の突合わせ
面間の隙間の縦断面積Ｃ(mm2)に応じ、前記回転ツール
の肩と接する平面と凹面の底面とのなす角度が５〜２０
度の範囲で、かつ、前記式１又は前記式２を満足するよ
うな回転ツールの肩の直径を有する回転ツールを用いよ
うに構成している。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、請求項１、請求項２に係る
本発明の実施の形態の構成とその作用を添付の図面と、
具体的な実施例を参照しつつ、以下に述べる。図１は、
前記式１で使用した記号Ａ，ＢとＣを説明するための各
々縦断面図であって、（ａ）は回転ツールＲＴの、
（ｂ）は一対の被接合部材の、（ｃ）は接合後の接合部
近辺の縦断面図を各々示す。
本発明の実施の形態の構成とその作用を添付の図面と、
具体的な実施例を参照しつつ、以下に述べる。図１は、
前記式１で使用した記号Ａ，ＢとＣを説明するための各
々縦断面図であって、（ａ）は回転ツールＲＴの、
（ｂ）は一対の被接合部材の、（ｃ）は接合後の接合部
近辺の縦断面図を各々示す。
【００１０】請求項１に係る本発明の実施の形態におい
ては、図１に示すように、凹面の底面３ｂｓを有する回
転軸３の、前記凹面の底面３bsから同心に突出する攪拌
ピン４を備えた摩擦攪拌接合用回転ツールＲＴは、一対
の被接合部材１ａ、１ｂの突き合わせ面１as、１bs間に
隙間２がある際に、下記式１を満足するように形成され
るている。 ０．８０Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．３Ｃ ………………………………式１ ここで、 Ａ ；回転ツールの肩３ｓに接する平面ＦＳと凹面の底
面３bs及び攪拌ピン外周面４osとで囲まれる空間５の中
心縦断面積(mm2) Ｂ ；接合部上方アンダーカット７の縦断面積(mm2) Ｃ ；突き合わせ面１as、１bs間の隙間２の縦断面積(m
m2)
ては、図１に示すように、凹面の底面３ｂｓを有する回
転軸３の、前記凹面の底面３bsから同心に突出する攪拌
ピン４を備えた摩擦攪拌接合用回転ツールＲＴは、一対
の被接合部材１ａ、１ｂの突き合わせ面１as、１bs間に
隙間２がある際に、下記式１を満足するように形成され
るている。 ０．８０Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．３Ｃ ………………………………式１ ここで、 Ａ ；回転ツールの肩３ｓに接する平面ＦＳと凹面の底
面３bs及び攪拌ピン外周面４osとで囲まれる空間５の中
心縦断面積(mm2) Ｂ ；接合部上方アンダーカット７の縦断面積(mm2) Ｃ ；突き合わせ面１as、１bs間の隙間２の縦断面積(m
m2)
【００１１】請求項２に係る本発明の実施の形態におい
ては、摩擦攪拌接合用回転ツールＲＴは、下記式２を満
足するように形成されている。 ０．８０Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．０Ｃ ………………………………式２
ては、摩擦攪拌接合用回転ツールＲＴは、下記式２を満
足するように形成されている。 ０．８０Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．０Ｃ ………………………………式２
【００１２】１．実施例１ 「ＪＩＳ Ｈ ４１００」に規定されるアルミニウム合
金押出形材６Ｎ０１−Ｔ５の一対の被接合部材の突き合
わせ部板厚ｔが、２mm、３．５mm、５mm、８mmの各部材
同士を突合わせ摩擦攪拌接合するに当たって、回転ツー
ルの肩の直径Ｄ3S（回転ツールの底面外周部の角の曲率
半径ｒが１mm程度で外径に比べて無視可能なほど小さい
ので、回転ツールＲＴの直径Ｄ3 で代用してもよい）が
１５mm、攪拌ピン４の直径ｄ4 ＝５mm、前記縦断面積Ａ
が４．４mm2 、前記回転ツールの肩に接する平面ＦＳと
凹面の底面３bsとのなす角度θが１０度の回転ツールを
用い、摩擦攪拌接合実験を行った。接合後の前記回転ツ
ールの肩３ｓの押し込みによる接合部６の上端の窪み、
すなわち、アンダーカット７の縦断面積Ｂは２mm2であ
った。従って、このときのＡ＋Ｂ＝６．４mm2 であっ
た。
金押出形材６Ｎ０１−Ｔ５の一対の被接合部材の突き合
わせ部板厚ｔが、２mm、３．５mm、５mm、８mmの各部材
同士を突合わせ摩擦攪拌接合するに当たって、回転ツー
ルの肩の直径Ｄ3S（回転ツールの底面外周部の角の曲率
半径ｒが１mm程度で外径に比べて無視可能なほど小さい
ので、回転ツールＲＴの直径Ｄ3 で代用してもよい）が
１５mm、攪拌ピン４の直径ｄ4 ＝５mm、前記縦断面積Ａ
が４．４mm2 、前記回転ツールの肩に接する平面ＦＳと
凹面の底面３bsとのなす角度θが１０度の回転ツールを
用い、摩擦攪拌接合実験を行った。接合後の前記回転ツ
ールの肩３ｓの押し込みによる接合部６の上端の窪み、
すなわち、アンダーカット７の縦断面積Ｂは２mm2であ
った。従って、このときのＡ＋Ｂ＝６．４mm2 であっ
た。
【００１３】上記の条件下で、摩擦攪拌接合した各接合
材の接合部の上部の溝状欠陥やトンネル状空洞欠陥の有
無、接合部表面両側のバリ状欠陥の有無を各々検査し、
各板厚における前記面積Ａ＋Ｂ(mm2)と隙間縦断面積Ｃ
(mm2)との大小関係と前記の接合部欠陥の有無を検査し
て、その評価結果を図２に示した。なお、図２における
記号の意味は、以下のとおりである。 ◎ ；溝状欠陥、トンネル状空洞欠陥及びバリ状欠陥と
もに無し ○ ；トンネル状空洞欠陥無し、軽度のバリ状欠陥あり △ ；トンネル状空洞欠陥無し、重度のバリ状欠陥あり ● ；溝状欠陥又はトンネル状空洞欠陥あり
材の接合部の上部の溝状欠陥やトンネル状空洞欠陥の有
無、接合部表面両側のバリ状欠陥の有無を各々検査し、
各板厚における前記面積Ａ＋Ｂ(mm2)と隙間縦断面積Ｃ
(mm2)との大小関係と前記の接合部欠陥の有無を検査し
て、その評価結果を図２に示した。なお、図２における
記号の意味は、以下のとおりである。 ◎ ；溝状欠陥、トンネル状空洞欠陥及びバリ状欠陥と
もに無し ○ ；トンネル状空洞欠陥無し、軽度のバリ状欠陥あり △ ；トンネル状空洞欠陥無し、重度のバリ状欠陥あり ● ；溝状欠陥又はトンネル状空洞欠陥あり
【００１４】図２から以下のことがいえる。 （１）突き合わせ部板厚ｔ(mm)の大小に関わりなく、隙
間縦断面積Ｃ(mm2)に対してＡ＋Ｂ(mm2) が下記式を満
足する関係にある場合は、トンネル状空洞欠陥もバリ欠
陥も発生せず、良好な接合部が得られる。 ６．４＝Ａ＋Ｂ≦Ｃ≦１．２５×（Ａ＋Ｂ）＝１．２５
×６．４＝８．３ すなわち、 ０．８０Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．０Ｃ ………………………………式２ （２）隙間縦断面積Ｃ(mm2) に対して、Ａ＋Ｂ(mm2) が
下記式３の範囲にあると塑性流動化（可塑化）固相金属
がやや過剰となり、回転ツールの外側へ少し排出され、
接合部上端（アンダーカット）両側に軽度のバリ状欠陥
が発生する。 ０．７７×（Ａ＋Ｂ）≦Ｃ＜Ａ＋Ｂ すなわち、 １．０Ｃ＜（Ａ＋Ｂ）≦１．３Ｃ ………………………………式３ （３）隙間縦断面積Ｃ(mm2) に対して、Ａ＋Ｂ(mm2) が
下記式４の範囲にあると塑性流動化（可塑化）固相金属
が過剰となり、トンネル状空洞欠陥は発生しないが、回
転ツールの肩３ｓの外へ排出され、接合部６の上面外側
で、バリ状の欠陥となり外観を損なう。 Ｃ＜０．７７×（Ａ＋Ｂ） すなわち、 Ａ＋Ｂ＞１．３Ｃ ………………………………式４
間縦断面積Ｃ(mm2)に対してＡ＋Ｂ(mm2) が下記式を満
足する関係にある場合は、トンネル状空洞欠陥もバリ欠
陥も発生せず、良好な接合部が得られる。 ６．４＝Ａ＋Ｂ≦Ｃ≦１．２５×（Ａ＋Ｂ）＝１．２５
×６．４＝８．３ すなわち、 ０．８０Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．０Ｃ ………………………………式２ （２）隙間縦断面積Ｃ(mm2) に対して、Ａ＋Ｂ(mm2) が
下記式３の範囲にあると塑性流動化（可塑化）固相金属
がやや過剰となり、回転ツールの外側へ少し排出され、
接合部上端（アンダーカット）両側に軽度のバリ状欠陥
が発生する。 ０．７７×（Ａ＋Ｂ）≦Ｃ＜Ａ＋Ｂ すなわち、 １．０Ｃ＜（Ａ＋Ｂ）≦１．３Ｃ ………………………………式３ （３）隙間縦断面積Ｃ(mm2) に対して、Ａ＋Ｂ(mm2) が
下記式４の範囲にあると塑性流動化（可塑化）固相金属
が過剰となり、トンネル状空洞欠陥は発生しないが、回
転ツールの肩３ｓの外へ排出され、接合部６の上面外側
で、バリ状の欠陥となり外観を損なう。 Ｃ＜０．７７×（Ａ＋Ｂ） すなわち、 Ａ＋Ｂ＞１．３Ｃ ………………………………式４
【００１５】本発明の上記の実施の形態によれば、少な
くとも上記式１を、望ましくは上記式２を満足するよう
に、摩擦攪拌接合用回転ツールＲＴを設計することによ
り、突き合わせ面間の隙間が従来より大きくなっても、
健全で外観のよい接合部を得ることが可能である。
くとも上記式１を、望ましくは上記式２を満足するよう
に、摩擦攪拌接合用回転ツールＲＴを設計することによ
り、突き合わせ面間の隙間が従来より大きくなっても、
健全で外観のよい接合部を得ることが可能である。
【００１６】次に、請求項３に係る本発明の摩擦攪拌接
合用回転ツールの実施の形態の構成と作用について以下
に説明する。請求項３に係る本発明の実施の形態の構成
は、前記請求項１、請求項２に係る実施の形態の構成に
加えて、図１（ａ）に示す回転ツールＲＴの回転軸３の
凹面の底面の底端の稜線、即ち、回転ツールの肩３ｓに
接する平面ＦＳと凹面の底面３bsとのなす角度θを５〜
２０度の範囲に入るように構成したものである。
合用回転ツールの実施の形態の構成と作用について以下
に説明する。請求項３に係る本発明の実施の形態の構成
は、前記請求項１、請求項２に係る実施の形態の構成に
加えて、図１（ａ）に示す回転ツールＲＴの回転軸３の
凹面の底面の底端の稜線、即ち、回転ツールの肩３ｓに
接する平面ＦＳと凹面の底面３bsとのなす角度θを５〜
２０度の範囲に入るように構成したものである。
【００１７】上記のように構成された本実施の形態の作
用について、具体的な実施例を参照して、以下に説明す
る。
用について、具体的な実施例を参照して、以下に説明す
る。
【００１８】２．実施例２ ２−１．実施例２の１ 「ＪＩＳ Ｈ ４１００」に規定されるアルミニウム合
金押出形材６Ｎ０１−Ｔ５の一対の被接合部材の突き合
わせ部板厚ｔが、２mm、３．５mm、５mm、８mmの各部材
同士を突合わせ摩擦攪拌接合するに当たって、回転ツー
ルの肩の直径Ｄ3S＝１５mm、攪拌ピンの直径ｄ4 ＝５mm
とし、回転ツールの肩３ｓに接する平面ＦＳと凹面の底
面３bsとのなす角度θ（図１参照）を、３度、５度、１
０度、２０度、２５度及び３０度に、隙間縦断面積Ｃ(m
m2) を４．０mm2 、５．０mm2 、６．０mm2 、７．０mm
2 、８．０mm2 の５段階に変化させ、摩擦攪拌接合実験
を行い、回転ツールの肩３ｓに接する平面ＦＳと凹面の
底面３bsとのなす角度θの接合部６のトンネル状空洞欠
陥の発生に与える影響を調査した。上記の実験で得られ
た各接合部の上端部のトンネル状空洞欠陥の発生の有無
を検査し、前記の各実験条件とともに、下記表１に示し
た。
金押出形材６Ｎ０１−Ｔ５の一対の被接合部材の突き合
わせ部板厚ｔが、２mm、３．５mm、５mm、８mmの各部材
同士を突合わせ摩擦攪拌接合するに当たって、回転ツー
ルの肩の直径Ｄ3S＝１５mm、攪拌ピンの直径ｄ4 ＝５mm
とし、回転ツールの肩３ｓに接する平面ＦＳと凹面の底
面３bsとのなす角度θ（図１参照）を、３度、５度、１
０度、２０度、２５度及び３０度に、隙間縦断面積Ｃ(m
m2) を４．０mm2 、５．０mm2 、６．０mm2 、７．０mm
2 、８．０mm2 の５段階に変化させ、摩擦攪拌接合実験
を行い、回転ツールの肩３ｓに接する平面ＦＳと凹面の
底面３bsとのなす角度θの接合部６のトンネル状空洞欠
陥の発生に与える影響を調査した。上記の実験で得られ
た各接合部の上端部のトンネル状空洞欠陥の発生の有無
を検査し、前記の各実験条件とともに、下記表１に示し
た。
【００１９】
【表１】
【００２０】表１から以下のことがいえる。 （１）隙間縦断面積Ｃ(mm2) が、前記式２を満足する範
囲にあり、上記角度θが５〜２０度の範囲にあれば、溝
状欠陥やトンネル状空洞欠陥上のない健全な接合部が得
られる。 （２）隙間縦断面積Ｃ(mm2) が、前記式２を満足する範
囲にあっても、上記角度θが５度未満であれば、回転ツ
ールの肩３ｓに接する平面ＦＳと凹面の底面３bs及び攪
拌ピン４の外周面４osとで囲まれる空間５の中心縦断面
積Ａ(mm2) つまり空間５の容積が小さくなり、隙間２を
埋めるだけの塑性流動化（可塑化）固相量を貯溜できな
くなる。その結果、溝状欠陥やトンネル状空洞欠陥が発
生する。 （３）隙間縦断面積Ｃ(mm2) が、前記式２を満足する範
囲にあっても、上記角度θが２０度を超えると、回転ツ
ールの肩３ｓに接する平面ＦＳと凹面の底面３bs及び攪
拌ピン４の外周面４osとで囲まれる空間５の中心縦断面
積Ａ(mm2) つまり空間５の容積が大きくなり、隙間２を
埋めるだけの塑性流動化（可塑化）固相量を貯溜でき
る。しかし、前記空間５が上方に深くなり、上部が冷却
されて温度が低くなり流動性が低下するために、前記の
隙間２に塑性流動化（可塑化）固相が供給されにくくな
る。その結果、溝状欠陥やトンネル状空洞欠陥が発生す
る。
囲にあり、上記角度θが５〜２０度の範囲にあれば、溝
状欠陥やトンネル状空洞欠陥上のない健全な接合部が得
られる。 （２）隙間縦断面積Ｃ(mm2) が、前記式２を満足する範
囲にあっても、上記角度θが５度未満であれば、回転ツ
ールの肩３ｓに接する平面ＦＳと凹面の底面３bs及び攪
拌ピン４の外周面４osとで囲まれる空間５の中心縦断面
積Ａ(mm2) つまり空間５の容積が小さくなり、隙間２を
埋めるだけの塑性流動化（可塑化）固相量を貯溜できな
くなる。その結果、溝状欠陥やトンネル状空洞欠陥が発
生する。 （３）隙間縦断面積Ｃ(mm2) が、前記式２を満足する範
囲にあっても、上記角度θが２０度を超えると、回転ツ
ールの肩３ｓに接する平面ＦＳと凹面の底面３bs及び攪
拌ピン４の外周面４osとで囲まれる空間５の中心縦断面
積Ａ(mm2) つまり空間５の容積が大きくなり、隙間２を
埋めるだけの塑性流動化（可塑化）固相量を貯溜でき
る。しかし、前記空間５が上方に深くなり、上部が冷却
されて温度が低くなり流動性が低下するために、前記の
隙間２に塑性流動化（可塑化）固相が供給されにくくな
る。その結果、溝状欠陥やトンネル状空洞欠陥が発生す
る。
【００２１】２−２．実施例２の２ 突合わせ部板厚ｔ(mm)が、２．０ mm 、３．５ mm 、
５．０ mm 、８．０mmの各々の場合で、回転ツールの肩
３ｓに接する平面ＦＳと凹面の底面３bsとのなす角度θ
が、２０度と５度のそれぞれの場合について、前記実施
例１と同じ条件で、摩擦攪拌接合実験をおこなった。そ
れぞれの角度θにおける溝状欠陥やトンネル状空洞欠陥
もバリ状欠陥も発生しない最小隙間縦断面積Ｃmin(mm2)
と最大隙間縦断面積Ｃmax(mm2)とを求め、これらの値か
ら被接合部材の突き合わせ部板厚ｔ(mm)と許容最小隙間
幅Ｗgamin(mm) 及び許容最大隙間幅Ｗgamax(mm) との関
係を求めて図３に示した。図３において、曲線ａが角度
θ＝２０度の場合の許容最大隙間幅Ｗgamax(mm) を、曲
線ｂが角度θ＝５度の場合の許容最小隙間幅Ｗgamin(m
m) を、それぞれ示す。
５．０ mm 、８．０mmの各々の場合で、回転ツールの肩
３ｓに接する平面ＦＳと凹面の底面３bsとのなす角度θ
が、２０度と５度のそれぞれの場合について、前記実施
例１と同じ条件で、摩擦攪拌接合実験をおこなった。そ
れぞれの角度θにおける溝状欠陥やトンネル状空洞欠陥
もバリ状欠陥も発生しない最小隙間縦断面積Ｃmin(mm2)
と最大隙間縦断面積Ｃmax(mm2)とを求め、これらの値か
ら被接合部材の突き合わせ部板厚ｔ(mm)と許容最小隙間
幅Ｗgamin(mm) 及び許容最大隙間幅Ｗgamax(mm) との関
係を求めて図３に示した。図３において、曲線ａが角度
θ＝２０度の場合の許容最大隙間幅Ｗgamax(mm) を、曲
線ｂが角度θ＝５度の場合の許容最小隙間幅Ｗgamin(m
m) を、それぞれ示す。
【００２２】また、使用した回転ツール３の攪拌ピン４
の直径ｄ4 ＝５mmであるので、この実施例における実際
の許容最大隙間幅Ｗgamax(mm) は、実際の隙間幅Ｗg(m
m) に対して、経験的に半径で０．５mmずつ攪拌ピンの
直径ｄ4(mm) を大きくするものとすると、許容隙間幅Ｗ
ga＝５−（０．５＋０．５）＝４．０mmとなり、図３の
曲線ｃも許容最大隙間幅Ｗgamax(mm) を示すことにな
る。従って、図３の曲線ａとｂとｄで挟まれる斜線の部
分が、前記回転ツールの肩３ｓ接する平面ＦＳと凹面の
底面３ｂｓとのなす角度θと攪拌ピン４の直径ｄ4(mm)
をも考慮した溝状欠陥やトンネル状空洞欠陥もバリ状欠
陥も発生しない突き合わせ部板厚ｔ(mm)と許容隙間幅Ｗ
ga(mm)との関係の適正範囲であるといえる。
の直径ｄ4 ＝５mmであるので、この実施例における実際
の許容最大隙間幅Ｗgamax(mm) は、実際の隙間幅Ｗg(m
m) に対して、経験的に半径で０．５mmずつ攪拌ピンの
直径ｄ4(mm) を大きくするものとすると、許容隙間幅Ｗ
ga＝５−（０．５＋０．５）＝４．０mmとなり、図３の
曲線ｃも許容最大隙間幅Ｗgamax(mm) を示すことにな
る。従って、図３の曲線ａとｂとｄで挟まれる斜線の部
分が、前記回転ツールの肩３ｓ接する平面ＦＳと凹面の
底面３ｂｓとのなす角度θと攪拌ピン４の直径ｄ4(mm)
をも考慮した溝状欠陥やトンネル状空洞欠陥もバリ状欠
陥も発生しない突き合わせ部板厚ｔ(mm)と許容隙間幅Ｗ
ga(mm)との関係の適正範囲であるといえる。
【００２３】次に、請求項４に係る本発明の摩擦攪拌接
合方法の実施の形態を、具体的な実施例を参照して、以
下に述べる。
合方法の実施の形態を、具体的な実施例を参照して、以
下に述べる。
【００２４】本発明の摩擦攪拌接合用回転ツールの実施
の形態は、一対の被接合部材１ａ、１ｂの突合わせ面１
ａｓ、１ｂｓ間の隙間の縦断面積Ｃ(mm2) に応じて、Ａ
＋Ｂ(mm2)が前記式１望ましくは前記式２を満たすよう
な、さらに角度θが５〜２０度の範囲に入るような回転
ツール３の肩の直径Ｄ3S(mm)を有するよう形成される。
なお、隙間の幅Ｗg(mm) よりも大きな攪拌ピンの直径ｄ
sp(mm)を有するように形成されることは論を待たない。
そこで、下記の実施例３に記載されるような実験を行っ
た。
の形態は、一対の被接合部材１ａ、１ｂの突合わせ面１
ａｓ、１ｂｓ間の隙間の縦断面積Ｃ(mm2) に応じて、Ａ
＋Ｂ(mm2)が前記式１望ましくは前記式２を満たすよう
な、さらに角度θが５〜２０度の範囲に入るような回転
ツール３の肩の直径Ｄ3S(mm)を有するよう形成される。
なお、隙間の幅Ｗg(mm) よりも大きな攪拌ピンの直径ｄ
sp(mm)を有するように形成されることは論を待たない。
そこで、下記の実施例３に記載されるような実験を行っ
た。
【００２５】３．実施例３ 「ＪＩＳ Ｈ ４１００」に規定されるアルミニウム合
金押し出し形材６Ｎ０１−Ｔ５からなる一対の被接合部
材の突き合わせ部板厚ｔ＝８mmのものを用い、前記角度
θ＝２０度にそれぞれ固定し、回転軸の直径Ｄ3 ≒回転
ツールの肩の直径Ｄ3S(mm)を、１５mm、２０mm及び２５
mmに、攪拌ピンの直径ｄ4 ＝５mmとし、隙間幅Ｗｇを
１．０〜４．０mmに０．５mmづつ段階的に変化させて、
回転軸の直径Ｄ3 ≒回転ツールの肩の直径Ｄ3S(mm)が、
許容隙間Ｗga(mm)に及ぼす影響を調査する摩擦攪拌接合
実験をおこなった。実験で得られた接合部のトンネル状
空洞欠陥、バリ状欠陥の有無を検査し、これらの欠陥の
有無により、前記実施例１と同じ評価記号で接合部品質
を評価し、結果を下記表２に示した。
金押し出し形材６Ｎ０１−Ｔ５からなる一対の被接合部
材の突き合わせ部板厚ｔ＝８mmのものを用い、前記角度
θ＝２０度にそれぞれ固定し、回転軸の直径Ｄ3 ≒回転
ツールの肩の直径Ｄ3S(mm)を、１５mm、２０mm及び２５
mmに、攪拌ピンの直径ｄ4 ＝５mmとし、隙間幅Ｗｇを
１．０〜４．０mmに０．５mmづつ段階的に変化させて、
回転軸の直径Ｄ3 ≒回転ツールの肩の直径Ｄ3S(mm)が、
許容隙間Ｗga(mm)に及ぼす影響を調査する摩擦攪拌接合
実験をおこなった。実験で得られた接合部のトンネル状
空洞欠陥、バリ状欠陥の有無を検査し、これらの欠陥の
有無により、前記実施例１と同じ評価記号で接合部品質
を評価し、結果を下記表２に示した。
【００２６】
【表２】
【００２７】。上記表２から、実施例１の図２から判明
した前記（１）〜（３）項と同じことがいえると同時
に、以下のことがいえる。すなわち、 （Ａ）回転軸の直径Ｄ3 ≒回転ツールの肩の直径Ｄ3S(m
m)が５mm太くなれば、許容隙間Ｗga(mm)が１．６〜２．
０倍になり、その倍率は、回転軸の直径Ｄ3 ≒回転ツー
ルの肩の直径Ｄ3S(mm)が小さい領域程大きい。 （Ｂ）この結果から、一対の被接合部材の突き合わせ面
間に隙間がある際に、その隙間縦断面積Ｃ(mm2) に応じ
て、前記請求項３に係る本発明の摩擦攪拌接合用回転ツ
ールの回転軸の直径Ｄ3 ≒回転ツールの肩の直径Ｄ3S(m
m)を選択して用い、これを大きくすることにより、許容
隙間幅Ｗga(mm)を大きくしてトンネル状空洞欠陥等の接
合部欠陥のない健全な接合部を得ることができる。
した前記（１）〜（３）項と同じことがいえると同時
に、以下のことがいえる。すなわち、 （Ａ）回転軸の直径Ｄ3 ≒回転ツールの肩の直径Ｄ3S(m
m)が５mm太くなれば、許容隙間Ｗga(mm)が１．６〜２．
０倍になり、その倍率は、回転軸の直径Ｄ3 ≒回転ツー
ルの肩の直径Ｄ3S(mm)が小さい領域程大きい。 （Ｂ）この結果から、一対の被接合部材の突き合わせ面
間に隙間がある際に、その隙間縦断面積Ｃ(mm2) に応じ
て、前記請求項３に係る本発明の摩擦攪拌接合用回転ツ
ールの回転軸の直径Ｄ3 ≒回転ツールの肩の直径Ｄ3S(m
m)を選択して用い、これを大きくすることにより、許容
隙間幅Ｗga(mm)を大きくしてトンネル状空洞欠陥等の接
合部欠陥のない健全な接合部を得ることができる。
【００２８】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は上記の実施の形態に限られず、構成の要
旨を逸脱しない範囲内で、他の実施の形態を含むことは
論を待たない。
たが、本発明は上記の実施の形態に限られず、構成の要
旨を逸脱しない範囲内で、他の実施の形態を含むことは
論を待たない。
【００２９】
【発明の効果】本発明摩擦攪拌接合用回転ツールによれ
ば、簡易なクランプ治具を用い、一対の被接合部材の突
き合わせ面間に隙間があっても、接合部に隙間を充填す
る塑性流動化（可塑化）固相金属量の、不足に起因する
溝状欠陥・トンネル状空洞欠陥のない接合部をもち、過
剰に起因する接合部表面両側に外観を損なう重度のバリ
状欠陥等の発生のない摩擦攪拌接合が可能である。な
お、前記突き合わせ面間の隙間の縦断面積が大きな場合
は、それに応じて攪拌ピンの直径および回転軸の直径Ｄ
3 ≒回転ツールの肩の直径Ｄ3S(mm)の大きな摩擦攪拌接
合用回転ツールを用いることにより、トンネル状空洞欠
陥等の接合部欠陥のない健全な接合部を容易に得ること
が可能である。
ば、簡易なクランプ治具を用い、一対の被接合部材の突
き合わせ面間に隙間があっても、接合部に隙間を充填す
る塑性流動化（可塑化）固相金属量の、不足に起因する
溝状欠陥・トンネル状空洞欠陥のない接合部をもち、過
剰に起因する接合部表面両側に外観を損なう重度のバリ
状欠陥等の発生のない摩擦攪拌接合が可能である。な
お、前記突き合わせ面間の隙間の縦断面積が大きな場合
は、それに応じて攪拌ピンの直径および回転軸の直径Ｄ
3 ≒回転ツールの肩の直径Ｄ3S(mm)の大きな摩擦攪拌接
合用回転ツールを用いることにより、トンネル状空洞欠
陥等の接合部欠陥のない健全な接合部を容易に得ること
が可能である。
【図１】 式１で使用した記号Ａ、ＢとＣを説明するた
めの各々縦断面図であって、（ａ）は回転ツールＲＴ
の、（ｂ）は一対の被接合部材の、（ｃ）は接合後の接
合部近辺の縦断面図を各々示す。
めの各々縦断面図であって、（ａ）は回転ツールＲＴ
の、（ｂ）は一対の被接合部材の、（ｃ）は接合後の接
合部近辺の縦断面図を各々示す。
【図２】 板厚ｔ(mm)と隙間縦断面積Ｃ(mm2) とが、接
合部品質に及ぼす影響を示す説明図である。
合部品質に及ぼす影響を示す説明図である。
【図３】 板厚ｔ(mm)と許容隙間幅Ｗga(mm)との関係示
す説明図である。
す説明図である。
１ａ，１ｂ 被接合部材 １as，１bs 突合わせ面 ２ 隙間 ３ 回転軸 ３bs 凹面の底面 ３ｓ 回転ツールの肩 ４ 攪拌ピン ４os 攪拌ピン外周面 ５ 空間 ６ 接合部 ６us 接合部上面 ７ アンダーカット ＲＴ 回転ツール ＦＳ 回転ツールの肩に接する平面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E067 BG02 CA01 4F211 AD03 AD05 AJ08 TA01 TC02 TC09 TC14 TD07 TD11 TN21
Claims (4)
- 【請求項１】 凹面の底面を有する回転軸の、前記凹面
の底面から同心に突出する攪拌ピンを備えた摩擦攪拌接
合用回転ツールであって、 一対の被接合部材の突き合わせ面間に隙間がある際に、
下記式１を満足するように形成されることを特徴とした
摩擦攪拌接合用回転ツール。 ０．８０Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．３Ｃ ………………………………式１ ここで、 Ａ ；回転軸底端面稜線（以後、回転ツールの肩と称す
る）に接する平面と凹面の底面及び攪拌ピン外周面とで
囲まれる空間の中心縦断面積(mm2) Ｂ ；接合部上方アンダーカットの縦断面積(mm2) Ｃ ；突き合わせ面間の隙間の縦断面積(mm2) - 【請求項２】 下記式２を満足するように形成されるこ
とを特徴とした請求項１に記載の摩擦攪拌接合用回転ツ
ール。 ０．８０Ｃ≦Ａ＋Ｂ≦１．０Ｃ ………………………………式２ - 【請求項３】 前記回転ツールの肩と接する平面と凹
面の底面とのなす角度が５〜２０度である請求項１又は
請求項２に記載の摩擦攪拌接合用回転ツール。 - 【請求項４】 一対の被接合部材の突合わせ面間の隙間
の縦断面積Ｃ(mm2) に応じ、前記回転ツールの肩と接す
る平面と凹面の底面とのなす角度が５〜２０度の範囲
で、かつ、前記式１又は前記式２を満足するような回転
軸底端面稜線（以後、回転ツールの肩と称する）の直径
を有する回転ツールを用いることを特徴とする摩擦攪拌
接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33252798A JP3446814B2 (ja) | 1998-11-24 | 1998-11-24 | 摩擦攪拌接合用回転ツール及び摩擦攪拌接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33252798A JP3446814B2 (ja) | 1998-11-24 | 1998-11-24 | 摩擦攪拌接合用回転ツール及び摩擦攪拌接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000158153A true JP2000158153A (ja) | 2000-06-13 |
| JP3446814B2 JP3446814B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=18255926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33252798A Expired - Lifetime JP3446814B2 (ja) | 1998-11-24 | 1998-11-24 | 摩擦攪拌接合用回転ツール及び摩擦攪拌接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3446814B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011116127A (ja) * | 2009-12-03 | 2011-06-16 | Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum Fur Material & Kustenforschung Gmbh | 金属ワークとプラスチックワークとを接合する方法 |
| JP2019212511A (ja) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | 住友電装株式会社 | 複合端子の締結構造 |
| JP2019212512A (ja) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | 住友電装株式会社 | 端子の接合構造 |
-
1998
- 1998-11-24 JP JP33252798A patent/JP3446814B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011116127A (ja) * | 2009-12-03 | 2011-06-16 | Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum Fur Material & Kustenforschung Gmbh | 金属ワークとプラスチックワークとを接合する方法 |
| JP2019212511A (ja) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | 住友電装株式会社 | 複合端子の締結構造 |
| WO2019235171A1 (ja) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | 住友電装株式会社 | 複合端子の締結構造 |
| JP2019212512A (ja) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | 住友電装株式会社 | 端子の接合構造 |
| WO2019235214A1 (ja) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | 住友電装株式会社 | 端子の接合構造 |
| US11437741B2 (en) | 2018-06-06 | 2022-09-06 | Sumitomo Wiring Systems, Ltd. | Fastening structure of complex terminal |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3446814B2 (ja) | 2003-09-16 |
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