JP2001321967A - 点接合継ぎ手及び点接合方法 - Google Patents
点接合継ぎ手及び点接合方法Info
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- JP2001321967A JP2001321967A JP2000136943A JP2000136943A JP2001321967A JP 2001321967 A JP2001321967 A JP 2001321967A JP 2000136943 A JP2000136943 A JP 2000136943A JP 2000136943 A JP2000136943 A JP 2000136943A JP 2001321967 A JP2001321967 A JP 2001321967A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 継ぎ手強度が高く且つ強度のばらつきが小さ
く、良好な接合状態を安定して保持することができる点
接合継ぎ手を、摩擦接合用回転工具の圧入ピンを圧入す
るのみで得ることが可能とする点接合継ぎ手及び点接合
方法を提供する。 【解決手段】 複数の重ね合わせた金属板材２、３に対
して、これらより硬質な摩擦接合工具４の圧入ピン５を
圧入して攪拌し、攪拌部６を、圧入ピン５の基部を形成
する肩部７にて押圧することによって、圧入ピンによる
圧入穴を形成し、該圧入穴の近傍において前記複数の重
ね合わせた金属板材を接合する。圧入ピンの圧入と肩部
による押圧で生じた圧入穴８の周辺に段差部９に形成す
るのが、ばらつきの少ない接合継ぎ手を得る上で更に好
ましい。
く、良好な接合状態を安定して保持することができる点
接合継ぎ手を、摩擦接合用回転工具の圧入ピンを圧入す
るのみで得ることが可能とする点接合継ぎ手及び点接合
方法を提供する。 【解決手段】 複数の重ね合わせた金属板材２、３に対
して、これらより硬質な摩擦接合工具４の圧入ピン５を
圧入して攪拌し、攪拌部６を、圧入ピン５の基部を形成
する肩部７にて押圧することによって、圧入ピンによる
圧入穴を形成し、該圧入穴の近傍において前記複数の重
ね合わせた金属板材を接合する。圧入ピンの圧入と肩部
による押圧で生じた圧入穴８の周辺に段差部９に形成す
るのが、ばらつきの少ない接合継ぎ手を得る上で更に好
ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、点接合継ぎ手及び
点接合方法、特に、各種輸送機材の軽量化に際して、部
材にアルミニウム及びその合金を使用する場合における
部材の接合に好適な点接合継ぎ手及び点接合方法に関す
る。
点接合方法、特に、各種輸送機材の軽量化に際して、部
材にアルミニウム及びその合金を使用する場合における
部材の接合に好適な点接合継ぎ手及び点接合方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】地球環境保護及び省エネルギーの観点か
ら、各種器材の軽量化、特に自動車など輸送機器部材の
軽量化が要請され、外装材（パネル材）、その他の部材
について、従来の鋼材からアルミニウム及びその合金素
材への転換が積極的に検討され、一部実用化されてい
る。この場合、従来の鋼材との比較において、輸送機器
部材用アルミニウム合金材には種々の特性が要求される
が、このうち、アルミニウム合金材を互いに接合する方
式も重要な課題の一つであり、アルミニウム合金材をパ
ネル材として使用する自動車ボディの構造については、
板プレス品を抵抗スポット溶接（点溶接）により接合す
るモノコック構造が主流となっている。
ら、各種器材の軽量化、特に自動車など輸送機器部材の
軽量化が要請され、外装材（パネル材）、その他の部材
について、従来の鋼材からアルミニウム及びその合金素
材への転換が積極的に検討され、一部実用化されてい
る。この場合、従来の鋼材との比較において、輸送機器
部材用アルミニウム合金材には種々の特性が要求される
が、このうち、アルミニウム合金材を互いに接合する方
式も重要な課題の一つであり、アルミニウム合金材をパ
ネル材として使用する自動車ボディの構造については、
板プレス品を抵抗スポット溶接（点溶接）により接合す
るモノコック構造が主流となっている。
【０００３】これまで、アルミニウム合金材に対する抵
抗スポット溶接においては、鋼材に対する抵抗スポット
溶接に使用されているクロム銅電極やジルコニウムクロ
ム銅電極を用いるスポット溶接方式が流用されている
が、アルミニウム合金材は、鋼材よりも導電率及び熱伝
導度が高いので、抵抗スポット溶接の際、大電流での短
時間通電が必要であり、このため、アルミニウム合金材
の溶接においては、鋼材の溶接よりも電極の損耗が激し
く、長期にわたり正常なナゲット形成することが困難で
あるという問題がある。
抗スポット溶接においては、鋼材に対する抵抗スポット
溶接に使用されているクロム銅電極やジルコニウムクロ
ム銅電極を用いるスポット溶接方式が流用されている
が、アルミニウム合金材は、鋼材よりも導電率及び熱伝
導度が高いので、抵抗スポット溶接の際、大電流での短
時間通電が必要であり、このため、アルミニウム合金材
の溶接においては、鋼材の溶接よりも電極の損耗が激し
く、長期にわたり正常なナゲット形成することが困難で
あるという問題がある。
【０００４】また、抵抗スポット溶接においては、引張
破断時に、破断した母材の片側にもう一方の母材が円盤
状に剥離する、いわゆる栓抜け破断を生じることが強度
的に有利であるという特徴があるが、アルミニウム合金
板材は、電極の損耗や電流の不安定さに起因してシアー
破断（剪断による破断）となり易く、強度がばらつくた
め信頼性に問題がある。
破断時に、破断した母材の片側にもう一方の母材が円盤
状に剥離する、いわゆる栓抜け破断を生じることが強度
的に有利であるという特徴があるが、アルミニウム合金
板材は、電極の損耗や電流の不安定さに起因してシアー
破断（剪断による破断）となり易く、強度がばらつくた
め信頼性に問題がある。
【０００５】このようなことから、セルフピアシングリ
ベットによるアルミニウム合金板材の接合が試みられて
いる。この接合方法は、重ね合わせた複数のアルミニウ
ム合金材に、鋼製のリベットを打ち込む機械的接合の一
種であり、抵抗スポット溶接より継ぎ手部分の品質が安
定しているという利点があるが、第３部材として高価な
リベットを必要とするという難点があり、工具の摩耗状
態によっては接合不良が生じるおそれもある。
ベットによるアルミニウム合金板材の接合が試みられて
いる。この接合方法は、重ね合わせた複数のアルミニウ
ム合金材に、鋼製のリベットを打ち込む機械的接合の一
種であり、抵抗スポット溶接より継ぎ手部分の品質が安
定しているという利点があるが、第３部材として高価な
リベットを必要とするという難点があり、工具の摩耗状
態によっては接合不良が生じるおそれもある。
【０００６】更に、入熱が少なく、軟化や歪みの程度が
少ないアルミニウム合金材の突合わせ接合方法として、
摩擦攪拌接合が提案されている（特許第２７１２８３８
号）。この方式は、硬質な材料で作られた裏当ての上
に、アルミニウム合金材等の軟質材を突合わせて拘束
し、軟質材より硬質な摩擦接合用回転工具の圧入ピンを
突合部に高速回転させながら圧入し移動して、軟質材同
士を摩擦接合するものであり、接合部分が溶融しないの
が特徴となっている。上記の特許公報においては、アル
ミニウム板材の点接合については言及していないが、
アルミニウム合金板同士の点接合に上記の摩擦接合方法
を適用した場合、抵抗スポット溶接やリベットによる接
合よりも、継ぎ手品質が良く、良好な接合状態が安定し
て得られることが期待される。
少ないアルミニウム合金材の突合わせ接合方法として、
摩擦攪拌接合が提案されている（特許第２７１２８３８
号）。この方式は、硬質な材料で作られた裏当ての上
に、アルミニウム合金材等の軟質材を突合わせて拘束
し、軟質材より硬質な摩擦接合用回転工具の圧入ピンを
突合部に高速回転させながら圧入し移動して、軟質材同
士を摩擦接合するものであり、接合部分が溶融しないの
が特徴となっている。上記の特許公報においては、アル
ミニウム板材の点接合については言及していないが、
アルミニウム合金板同士の点接合に上記の摩擦接合方法
を適用した場合、抵抗スポット溶接やリベットによる接
合よりも、継ぎ手品質が良く、良好な接合状態が安定し
て得られることが期待される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の摩擦
接合方式によりアルミニウム合金材のスポット溶接の可
能性を追求するために、摩擦接合用回転工具の形状、圧
入穴の形状とメタルフローの関係等について、試験、検
討を重ねた結果としてなされたものであり、その第１の
目的は、摩擦接合用回転工具の圧入ピンを圧入するのみ
で得られる接合継ぎ手であり、従来の抵抗スポット溶接
より優れた継ぎ手強度を有する点接合継ぎ手及び点接合
方法を提供することにある。また第２の目的は、更に、
強度のばらつきが小さく、良好な接合状態を安定して保
持することができる点接合継ぎ手及び点接合方法を提供
することにある。
接合方式によりアルミニウム合金材のスポット溶接の可
能性を追求するために、摩擦接合用回転工具の形状、圧
入穴の形状とメタルフローの関係等について、試験、検
討を重ねた結果としてなされたものであり、その第１の
目的は、摩擦接合用回転工具の圧入ピンを圧入するのみ
で得られる接合継ぎ手であり、従来の抵抗スポット溶接
より優れた継ぎ手強度を有する点接合継ぎ手及び点接合
方法を提供することにある。また第２の目的は、更に、
強度のばらつきが小さく、良好な接合状態を安定して保
持することができる点接合継ぎ手及び点接合方法を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の請求項１による点接合継ぎ手は、複数の重
ね合わせた金属板材に対して、これらの金属板材より硬
質な摩擦接合用回転工具の圧入ピンを圧入して攪拌し、
該攪拌部を圧入ピンの基部を形成する前記回転工具の肩
部で押圧することによって、圧入ピンによる圧入穴を形
成し、該圧入穴の近傍において前記複数の重ね合わせた
金属板材を接合してなることを特徴とする。
めの本発明の請求項１による点接合継ぎ手は、複数の重
ね合わせた金属板材に対して、これらの金属板材より硬
質な摩擦接合用回転工具の圧入ピンを圧入して攪拌し、
該攪拌部を圧入ピンの基部を形成する前記回転工具の肩
部で押圧することによって、圧入ピンによる圧入穴を形
成し、該圧入穴の近傍において前記複数の重ね合わせた
金属板材を接合してなることを特徴とする。
【０００９】請求項２による点接合継ぎ手は、請求項１
において、圧入ピンの圧入と肩部の押圧により形成され
る前記圧入穴の周辺に段差部を設けたことを特徴とす
る。
において、圧入ピンの圧入と肩部の押圧により形成され
る前記圧入穴の周辺に段差部を設けたことを特徴とす
る。
【００１０】請求項３による点接合継ぎ手は、請求項２
において、前記圧入穴の周辺に設けられた段差部の径
（Ｌ1 ）は、圧入ピンの径（ｄ1 ）の１１０％以上で肩
部が前記金属板材に擦れて生じた圧痕部の径（Ｌ 2）の
７０％以下の範囲（１．１×ｄ 1 ≦Ｌ1 ≦０．７×
Ｌ 2）にあり、前記段差部の深さ（Ｄ）は金属板材の厚
み（Ｔ）の５０％以下の範囲（Ｄ≦０．５×Ｔ）にある
ことを特徴とする。
において、前記圧入穴の周辺に設けられた段差部の径
（Ｌ1 ）は、圧入ピンの径（ｄ1 ）の１１０％以上で肩
部が前記金属板材に擦れて生じた圧痕部の径（Ｌ 2）の
７０％以下の範囲（１．１×ｄ 1 ≦Ｌ1 ≦０．７×
Ｌ 2）にあり、前記段差部の深さ（Ｄ）は金属板材の厚
み（Ｔ）の５０％以下の範囲（Ｄ≦０．５×Ｔ）にある
ことを特徴とする。
【００１１】請求項４による点接合継ぎ手は、請求項１
〜３において、前記金属板材が、アルミニウム、銅、マ
グネシウム、鉄及びこれらの合金から選択される材質か
らなることを特徴とする。
〜３において、前記金属板材が、アルミニウム、銅、マ
グネシウム、鉄及びこれらの合金から選択される材質か
らなることを特徴とする。
【００１２】また、本発明の請求項５による点接合方法
は、複数の重ね合わせた金属板材に裏当て材を配置し、
金属板材より硬質な摩擦接合用回転工具の圧入ピンを圧
入して攪拌し、該攪拌部を、圧入ピンの基部を形成する
前記回転工具の肩部で押圧した後、圧入ピンを上方に引
き上げ、圧入ピンによる圧入穴を形成することを特徴と
する。
は、複数の重ね合わせた金属板材に裏当て材を配置し、
金属板材より硬質な摩擦接合用回転工具の圧入ピンを圧
入して攪拌し、該攪拌部を、圧入ピンの基部を形成する
前記回転工具の肩部で押圧した後、圧入ピンを上方に引
き上げ、圧入ピンによる圧入穴を形成することを特徴と
する。
【００１３】請求項６による点接合方法は、複数の重ね
合わせた金属板材に裏当て材を配置し、金属板材より硬
質な摩擦接合用回転工具の圧入ピンを圧入して攪拌し、
該攪拌部を、圧入ピンの基部を形成する段差をそなえた
前記回転工具の肩部で押圧して点接合継ぎ手を形成する
ことを特徴とする。
合わせた金属板材に裏当て材を配置し、金属板材より硬
質な摩擦接合用回転工具の圧入ピンを圧入して攪拌し、
該攪拌部を、圧入ピンの基部を形成する段差をそなえた
前記回転工具の肩部で押圧して点接合継ぎ手を形成する
ことを特徴とする。
【００１４】請求項７による点接合方法は、前記金属板
材が、アルミニウム、銅、マグネシウム、鉄及びこれら
の合金から選択される材質からなることを特徴とする。
材が、アルミニウム、銅、マグネシウム、鉄及びこれら
の合金から選択される材質からなることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。図１は本発明の点接合継ぎ手の
一実施形態を示す断面図、図２は本発明の点接合継ぎ手
の他の実施形態を示す断面図、図３及び図４は、図２の
実施形態に基づく本発明の点接合継ぎ手の作製方法につ
いての実施形態を示す断面図である。
面に基づいて説明する。図１は本発明の点接合継ぎ手の
一実施形態を示す断面図、図２は本発明の点接合継ぎ手
の他の実施形態を示す断面図、図３及び図４は、図２の
実施形態に基づく本発明の点接合継ぎ手の作製方法につ
いての実施形態を示す断面図である。
【００１６】本発明の一実施形態においては、図１に示
すように、本発明による点接合継ぎ手１は、複数の重ね
合わせた金属板材２、３に対して、これらより硬質な摩
擦接合用回転工具４の圧入ピン５を圧入して攪拌し、該
攪拌部６を、圧入ピン５の基部を形成する回転工具４の
肩部７にて押圧することによって、圧入ピン５による圧
入穴８を形成し、圧入穴８の近傍において複数の重ね合
わせた金属板材２、３を接合するものである。
すように、本発明による点接合継ぎ手１は、複数の重ね
合わせた金属板材２、３に対して、これらより硬質な摩
擦接合用回転工具４の圧入ピン５を圧入して攪拌し、該
攪拌部６を、圧入ピン５の基部を形成する回転工具４の
肩部７にて押圧することによって、圧入ピン５による圧
入穴８を形成し、圧入穴８の近傍において複数の重ね合
わせた金属板材２、３を接合するものである。
【００１７】本発明の他の実施形態においては、図２に
示すように、本発明による点接合継ぎ手１は、複数の重
ね合わせた金属板材２、３に対して、これらより硬質な
摩擦接合用回転工具４の圧入ピン５を圧入して攪拌し、
該攪拌部６を、圧入ピン５の基部を形成する回転工具４
の段差をそなえた肩部７にて押圧し、圧入ピン５の圧入
と肩部７の押圧により生じる点接合継ぎ手１の圧入穴８
の周辺に段差部９を形成するものである。
示すように、本発明による点接合継ぎ手１は、複数の重
ね合わせた金属板材２、３に対して、これらより硬質な
摩擦接合用回転工具４の圧入ピン５を圧入して攪拌し、
該攪拌部６を、圧入ピン５の基部を形成する回転工具４
の段差をそなえた肩部７にて押圧し、圧入ピン５の圧入
と肩部７の押圧により生じる点接合継ぎ手１の圧入穴８
の周辺に段差部９を形成するものである。
【００１８】前記金属板材２、３の厚さは特に限定され
ないが、厚さ０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度のものが多く使
用され、材質についても、摩擦接合できるものであれ
ば、特に限定がない。例示すれば、アルミニウム、銅、
マグネシウム、鉄から選択される１の材質及びこれらの
合金材であり、これらの金属のうちの同種金属または異
種金属を組合わせて点接合を行うことができる。なお、
本発明は、３枚以上重ねた金属板材の点接合にも適用す
ることができる。
ないが、厚さ０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度のものが多く使
用され、材質についても、摩擦接合できるものであれ
ば、特に限定がない。例示すれば、アルミニウム、銅、
マグネシウム、鉄から選択される１の材質及びこれらの
合金材であり、これらの金属のうちの同種金属または異
種金属を組合わせて点接合を行うことができる。なお、
本発明は、３枚以上重ねた金属板材の点接合にも適用す
ることができる。
【００１９】本発明の好ましい点接合継ぎ手（図２）を
形成するための摩擦接合用回転工具４は、図２に示すよ
うに、回転軸２０の一端面が肩部７となり、肩部７の軸
心部に圧入ピン５が突出しており、肩部７は圧入ピン５
の基部を形成している。更に、肩部７と圧入ピン５との
間に階段部２１が設けられ、回転軸２０の他端面側に回
転駆動機構（図示せず）が連結されている。この摩擦接
合用回転工具４における回転軸２０、肩部７、階段部２
１及び圧入ピン５は、金属板材２、３よりも硬質な材質
にて構成されている。
形成するための摩擦接合用回転工具４は、図２に示すよ
うに、回転軸２０の一端面が肩部７となり、肩部７の軸
心部に圧入ピン５が突出しており、肩部７は圧入ピン５
の基部を形成している。更に、肩部７と圧入ピン５との
間に階段部２１が設けられ、回転軸２０の他端面側に回
転駆動機構（図示せず）が連結されている。この摩擦接
合用回転工具４における回転軸２０、肩部７、階段部２
１及び圧入ピン５は、金属板材２、３よりも硬質な材質
にて構成されている。
【００２０】摩擦接合用回転工具４の圧入ピン５の径
（ｄ1 ）、階段部２１の径（ｄ2 ）及び肩部７の径（ｄ
3 ）の好ましい関係は、１．１×ｄ1 ≦ｄ2 ≦０．７ｄ
3 であり、更に好ましくは、１．２×ｄ1 ≦ｄ2 ≦０．
５ｄ3 である。また、摩擦接合用回転工具４の階段部２
１の高さ（Ｈ）及び金属板材２の厚み（Ｔ）の関係は、
好ましくは、Ｈ≦０．５×Ｔ、より好ましくは、Ｈ≦
０．２５×Ｔである。
（ｄ1 ）、階段部２１の径（ｄ2 ）及び肩部７の径（ｄ
3 ）の好ましい関係は、１．１×ｄ1 ≦ｄ2 ≦０．７ｄ
3 であり、更に好ましくは、１．２×ｄ1 ≦ｄ2 ≦０．
５ｄ3 である。また、摩擦接合用回転工具４の階段部２
１の高さ（Ｈ）及び金属板材２の厚み（Ｔ）の関係は、
好ましくは、Ｈ≦０．５×Ｔ、より好ましくは、Ｈ≦
０．２５×Ｔである。
【００２１】摩擦接合用回転工具４を使用する点接合継
ぎ手１の形成は、以下のようにして行われる。まず、図
３に示すように、複数の重ね合わせた金属板材２、３に
裏当て材２２を配置し、これに金属板材２、３を拘束す
る。次に、金属板材２、３の厚み、材質に適する摩擦接
合用回転工具４を選択し、回転軸２０を回転させ、金属
板材２、３に圧入ピン５を圧入し攪拌する（図４）。
ぎ手１の形成は、以下のようにして行われる。まず、図
３に示すように、複数の重ね合わせた金属板材２、３に
裏当て材２２を配置し、これに金属板材２、３を拘束す
る。次に、金属板材２、３の厚み、材質に適する摩擦接
合用回転工具４を選択し、回転軸２０を回転させ、金属
板材２、３に圧入ピン５を圧入し攪拌する（図４）。
【００２２】圧入ピン５の圧入に伴って攪拌部６が形成
され且つ拡大されて、金属板材２上に攪拌部６が若干盛
り上がり、更に圧入ピン５を圧入すると、図４に示すよ
うに、階段部２１が攪拌部６の盛上部２３に当たり、押
圧するようになる。階段部２１が盛上部２３を押圧する
ことによって、攪拌部６のメタルフローが矢線Ａ方向に
なり、攪拌部が更に拡大する（図２、図５）。圧入ピン
５を、金属板材２上に肩部７が当たるまで更に圧入して
圧痕部２４を形成した後、摩擦接合用回転工具４を上昇
させ、点接合継ぎ手１の形成を終了する。この場合、圧
入ピン５の先端を円錐形に形成したり、圧入ピン５の先
端に小径の突起部を設ければ、外方へのメタルフローが
促進され攪拌部を大きくするのに有利となる。また、圧
入ピン５の先端を円錐形にすることは、継ぎ手形成後に
回転工具４を上昇させる際の抵抗を小さくして、圧入穴
周辺のバリの発生を軽減できる点でも有効である。
され且つ拡大されて、金属板材２上に攪拌部６が若干盛
り上がり、更に圧入ピン５を圧入すると、図４に示すよ
うに、階段部２１が攪拌部６の盛上部２３に当たり、押
圧するようになる。階段部２１が盛上部２３を押圧する
ことによって、攪拌部６のメタルフローが矢線Ａ方向に
なり、攪拌部が更に拡大する（図２、図５）。圧入ピン
５を、金属板材２上に肩部７が当たるまで更に圧入して
圧痕部２４を形成した後、摩擦接合用回転工具４を上昇
させ、点接合継ぎ手１の形成を終了する。この場合、圧
入ピン５の先端を円錐形に形成したり、圧入ピン５の先
端に小径の突起部を設ければ、外方へのメタルフローが
促進され攪拌部を大きくするのに有利となる。また、圧
入ピン５の先端を円錐形にすることは、継ぎ手形成後に
回転工具４を上昇させる際の抵抗を小さくして、圧入穴
周辺のバリの発生を軽減できる点でも有効である。
【００２３】上記により得られた点接合継ぎ手１におい
ては、図５に示すように、肩部７の階段部２１により金
属板材２面に形成される段差部９の径（Ｌ1 ）は、圧入
ピン５の径（ｄ1 ）の１１０％以上で、肩部７が金属板
材２上面に擦れて生じた圧痕部２４の径（Ｌ2 ）の７０
％以下の範囲（１．１×ｄ1 ≦Ｌ1 ≦０．７Ｌ2 ）にあ
る。
ては、図５に示すように、肩部７の階段部２１により金
属板材２面に形成される段差部９の径（Ｌ1 ）は、圧入
ピン５の径（ｄ1 ）の１１０％以上で、肩部７が金属板
材２上面に擦れて生じた圧痕部２４の径（Ｌ2 ）の７０
％以下の範囲（１．１×ｄ1 ≦Ｌ1 ≦０．７Ｌ2 ）にあ
る。
【００２４】段差部９の径（Ｌ1 ）が、圧入ピン５の径
（ｄ1 ）の１１０％未満（１．１×ｄ1 ＞Ｌ1 ）では、
圧入穴８側部分で破断が生じるため継ぎ手強度がばらつ
き、段差部９の径（Ｌ1 ）が圧痕部２４の径（Ｌ2 ）の
７０％を越えると、段差部９側の破断強度が高くなり過
ぎて、圧入穴８側で破断が生じる不都合がある。より好
ましい段差部９の径（Ｌ1 ）は、（１．２×ｄ1 ≦Ｌ1
≦０．５Ｌ2 ）の範囲である。
（ｄ1 ）の１１０％未満（１．１×ｄ1 ＞Ｌ1 ）では、
圧入穴８側部分で破断が生じるため継ぎ手強度がばらつ
き、段差部９の径（Ｌ1 ）が圧痕部２４の径（Ｌ2 ）の
７０％を越えると、段差部９側の破断強度が高くなり過
ぎて、圧入穴８側で破断が生じる不都合がある。より好
ましい段差部９の径（Ｌ1 ）は、（１．２×ｄ1 ≦Ｌ1
≦０．５Ｌ2 ）の範囲である。
【００２５】更に、点接合継ぎ手１において、段差部９
の深さ（Ｄ）（図２、図５）は、最大で金属板材２の厚
み（Ｔ）の５０％以下が好ましく、５０％を越えると金
属板材２の窪みが大きくなり過ぎて、接合部分の断面積
が低下し、段差部９側の継ぎ手強度が低くなる。段差部
９の深さ（Ｄ）の最小値は金属板材２の厚さの５％程度
である。
の深さ（Ｄ）（図２、図５）は、最大で金属板材２の厚
み（Ｔ）の５０％以下が好ましく、５０％を越えると金
属板材２の窪みが大きくなり過ぎて、接合部分の断面積
が低下し、段差部９側の継ぎ手強度が低くなる。段差部
９の深さ（Ｄ）の最小値は金属板材２の厚さの５％程度
である。
【００２６】図６は本発明の点接合継ぎ手の他の実施形
態を示すものである。この点接合継ぎ手１ａと図１〜４
に示す点接合継ぎ手１との相違点は、段差部９ａが２段
に形成されるよう、摩擦接合用回転工具４ａの階段部２
１ａを２段に形成している点である。こうすることによ
って、階段部２１ａによる攪拌部６の盛上部２３に対す
る押圧が２段階となり、攪拌部６において、矢線Ａ方向
へのメタルフローがより円滑に行われて攪拌部が拡大す
る結果、圧入穴８ａ側強度を向上させることができる。
その他の構成、作用は図１〜４の実施形態と略同様であ
るから、図面に符号を付して説明を省略する。
態を示すものである。この点接合継ぎ手１ａと図１〜４
に示す点接合継ぎ手１との相違点は、段差部９ａが２段
に形成されるよう、摩擦接合用回転工具４ａの階段部２
１ａを２段に形成している点である。こうすることによ
って、階段部２１ａによる攪拌部６の盛上部２３に対す
る押圧が２段階となり、攪拌部６において、矢線Ａ方向
へのメタルフローがより円滑に行われて攪拌部が拡大す
る結果、圧入穴８ａ側強度を向上させることができる。
その他の構成、作用は図１〜４の実施形態と略同様であ
るから、図面に符号を付して説明を省略する。
【００２７】以上の実施形態においては、摩擦接合用回
転工具４、４ａに１段または２段以上の階段部２１、２
１ａを設け、圧入穴８、８ａの周辺に、階段部２１、２
１ａに対応する階段状の段差部９、９ａを形成するよう
にしたが、圧入穴周辺に形成する段差部としては、圧入
穴の回りに形成された環状（リング状）の窪みや溝条で
もよく、このような環状の窪みや溝条の形成によっても
同等の効果を得ることが可能であり、本発明において、
圧入穴の周辺に形成される段差部には、これらも包含さ
れる。なお、上記環状の窪みや溝条は、回転工具４の肩
部７において、圧入ピン５の回りを囲むように環状の突
部を設けることにより形成でき、階段部２１、２１ａを
設けた肩部のみでなく、環状の突部を設けた肩部も段差
をそなえた肩部と総称する。
転工具４、４ａに１段または２段以上の階段部２１、２
１ａを設け、圧入穴８、８ａの周辺に、階段部２１、２
１ａに対応する階段状の段差部９、９ａを形成するよう
にしたが、圧入穴周辺に形成する段差部としては、圧入
穴の回りに形成された環状（リング状）の窪みや溝条で
もよく、このような環状の窪みや溝条の形成によっても
同等の効果を得ることが可能であり、本発明において、
圧入穴の周辺に形成される段差部には、これらも包含さ
れる。なお、上記環状の窪みや溝条は、回転工具４の肩
部７において、圧入ピン５の回りを囲むように環状の突
部を設けることにより形成でき、階段部２１、２１ａを
設けた肩部のみでなく、環状の突部を設けた肩部も段差
をそなえた肩部と総称する。
【００２８】段差部を設けない点接合継ぎ手の強度は、
攪拌部外周から圧入穴までの距離に関係し、攪拌部が小
さいと圧入穴側で破断することになる。段差部を設けた
点接合継ぎ手は、前記のように、段差部の形成により攪
拌部が拡大して圧入穴側の強度が高くなるから、段差部
が弱め部として機能することとなり、多くの場合、段差
部の端縁から破断が生じることとなる。
攪拌部外周から圧入穴までの距離に関係し、攪拌部が小
さいと圧入穴側で破断することになる。段差部を設けた
点接合継ぎ手は、前記のように、段差部の形成により攪
拌部が拡大して圧入穴側の強度が高くなるから、段差部
が弱め部として機能することとなり、多くの場合、段差
部の端縁から破断が生じることとなる。
【００２９】
【実施例】次に、本発明の効果を確認するための実施例
について説明する。なお、これらの実施例は本発明の一
実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定され
るものではない。
について説明する。なお、これらの実施例は本発明の一
実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定され
るものではない。
【００３０】実施例１ 図１に示すように、アルミニウム合金材質、ＡＡ６１１
１（調質：Ｔ４、厚さ：１ｍｍ）の板を２枚重ね合わ
せ、裏側から鋼製裏当てを当てがって重ね合わせた板を
裏当てに固定し、表側から摩擦接合用回転工具を回転さ
せながら当て、圧入ピンを突き立て下側の板に達するま
で差し込み、回転数１０００ｒｐｍで攪拌し、圧入ピン
の差し込みから引き抜くまでの摩擦接合時間を３〜４秒
の範囲として、点接合継ぎ手を形成した。摩擦接合用回
転工具の回転軸の径は１０ｍｍとし、圧入ピンは径が３
ｍｍ、長さが１．２ｍｍのものとした。
１（調質：Ｔ４、厚さ：１ｍｍ）の板を２枚重ね合わ
せ、裏側から鋼製裏当てを当てがって重ね合わせた板を
裏当てに固定し、表側から摩擦接合用回転工具を回転さ
せながら当て、圧入ピンを突き立て下側の板に達するま
で差し込み、回転数１０００ｒｐｍで攪拌し、圧入ピン
の差し込みから引き抜くまでの摩擦接合時間を３〜４秒
の範囲として、点接合継ぎ手を形成した。摩擦接合用回
転工具の回転軸の径は１０ｍｍとし、圧入ピンは径が３
ｍｍ、長さが１．２ｍｍのものとした。
【００３１】この点接合継ぎ手と、同じ径のナゲットが
形成された抵抗スポット溶接継ぎ手について、剪断引張
試験を行った結果、この点接合継ぎ手は圧入穴の内側で
破断したが、破断強度は抵抗スポット溶接継ぎ手の１４
０％であり、優れた接合強度を有していることが確認さ
れた。
形成された抵抗スポット溶接継ぎ手について、剪断引張
試験を行った結果、この点接合継ぎ手は圧入穴の内側で
破断したが、破断強度は抵抗スポット溶接継ぎ手の１４
０％であり、優れた接合強度を有していることが確認さ
れた。
【００３２】実施例２ 図２に示すように、アルミニウム合金材質、ＡＡ６１１
１（調質：Ｔ４、厚さ：１ｍｍ）の板を２枚重ね合わ
せ、裏側から鋼製裏当てを当てがって重ね合わせた板を
裏当てに固定し、表側から肩部に段差部を設けた摩擦接
合用回転工具を回転させながら当て、圧入ピンを突き立
て下側の板に達するまで差し込み、回転数１０００ｒｐ
ｍで攪拌し、圧入ピンの差し込みから引き抜くまでの摩
擦接合時間を３〜４秒の範囲として、点接合継ぎ手を形
成した。摩擦接合用回転工具の回転軸の径は１０ｍｍと
し、回転軸の基部に径５ｍｍ、高さ０．２ｍｍの段差部
を設けるとともに、段差部に径３ｍｍ、長さ１．２ｍｍ
の圧入ピンを設けた。
１（調質：Ｔ４、厚さ：１ｍｍ）の板を２枚重ね合わ
せ、裏側から鋼製裏当てを当てがって重ね合わせた板を
裏当てに固定し、表側から肩部に段差部を設けた摩擦接
合用回転工具を回転させながら当て、圧入ピンを突き立
て下側の板に達するまで差し込み、回転数１０００ｒｐ
ｍで攪拌し、圧入ピンの差し込みから引き抜くまでの摩
擦接合時間を３〜４秒の範囲として、点接合継ぎ手を形
成した。摩擦接合用回転工具の回転軸の径は１０ｍｍと
し、回転軸の基部に径５ｍｍ、高さ０．２ｍｍの段差部
を設けるとともに、段差部に径３ｍｍ、長さ１．２ｍｍ
の圧入ピンを設けた。
【００３３】この点接合継ぎ手と、同じ径のナゲットが
形成された抵抗スポット溶接継ぎ手について、剪断引張
試験を行った結果、この点接合継ぎ手は段差部において
栓抜け破断し、抵抗スポット溶接継ぎ手の１８０％の破
断強度があることが認められた。更に、この点接合継ぎ
手を１００個作製し、剪断引張試験を行ったところ、継
ぎ手強度のばらつきは±５％の範囲内であった。
形成された抵抗スポット溶接継ぎ手について、剪断引張
試験を行った結果、この点接合継ぎ手は段差部において
栓抜け破断し、抵抗スポット溶接継ぎ手の１８０％の破
断強度があることが認められた。更に、この点接合継ぎ
手を１００個作製し、剪断引張試験を行ったところ、継
ぎ手強度のばらつきは±５％の範囲内であった。
【００３４】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、従来の抵
抗スポット溶接継ぎ手に比べて格段に優れた継ぎ手強度
を有する良好な接合継ぎ手を摩擦接合用回転工具の圧入
ピンを圧入するのみで得ることが可能となる。
抗スポット溶接継ぎ手に比べて格段に優れた継ぎ手強度
を有する良好な接合継ぎ手を摩擦接合用回転工具の圧入
ピンを圧入するのみで得ることが可能となる。
【００３５】請求項２の発明によれば、従来の抵抗スポ
ット溶接継ぎ手より優れた継ぎ手強度を有すると共に、
強度のばらつきが小さく、良好な接合状態を安定して保
持することができる点接合継ぎ手を、摩擦接合用回転工
具の圧入ピンを圧入するのみで得ることができる。
ット溶接継ぎ手より優れた継ぎ手強度を有すると共に、
強度のばらつきが小さく、良好な接合状態を安定して保
持することができる点接合継ぎ手を、摩擦接合用回転工
具の圧入ピンを圧入するのみで得ることができる。
【００３６】即ち、階段部を設けない摩擦接合用回転工
具で点接合を行うことにより形成される接合継ぎ手にお
いては、攪拌部が小さく攪拌部外周と圧入穴との距離が
小さいため、圧入穴側で破断することになるが、圧入穴
部分は金属板材の陽極酸化皮膜等の影響により破断強度
にばらつきが生じ易い。これに対して、階段部２１をそ
なえた摩擦接合用回転工具で点接合を行うことにより形
成される接合継ぎ手においては、メタルフローが生じて
攪拌部が拡大して圧入穴側の強度が高くなり、弱め部と
して機能する段差部において破断するようになるから、
破断は母材部分で生じることとなる。従って、接合強度
のばらつきは小さいものとなり、強度設計の上で有利と
なる。
具で点接合を行うことにより形成される接合継ぎ手にお
いては、攪拌部が小さく攪拌部外周と圧入穴との距離が
小さいため、圧入穴側で破断することになるが、圧入穴
部分は金属板材の陽極酸化皮膜等の影響により破断強度
にばらつきが生じ易い。これに対して、階段部２１をそ
なえた摩擦接合用回転工具で点接合を行うことにより形
成される接合継ぎ手においては、メタルフローが生じて
攪拌部が拡大して圧入穴側の強度が高くなり、弱め部と
して機能する段差部において破断するようになるから、
破断は母材部分で生じることとなる。従って、接合強度
のばらつきは小さいものとなり、強度設計の上で有利と
なる。
【００３７】請求項３の発明によれば、階段部の径が圧
入ピンの径の１１０％以上で、圧痕部の径の７０％以下
の範囲にあり、且つ階段部の深さは金属板材の厚みの５
０％以下の範囲にあるから、継ぎ手強度が更に高く、且
つばらつきの少ない点接合継ぎ手を更に安定して得るこ
とが可能となる。
入ピンの径の１１０％以上で、圧痕部の径の７０％以下
の範囲にあり、且つ階段部の深さは金属板材の厚みの５
０％以下の範囲にあるから、継ぎ手強度が更に高く、且
つばらつきの少ない点接合継ぎ手を更に安定して得るこ
とが可能となる。
【００３８】また、請求項４〜５の発明によれば、上記
の点接合継ぎ手を効率よく形成することができ、特に、
輸送機器部材の接合に効果的である。
の点接合継ぎ手を効率よく形成することができ、特に、
輸送機器部材の接合に効果的である。
【図１】本発明の点接合継ぎ手の一実施形態を示す断面
図である。
図である。
【図２】本発明の点接合継ぎ手の他の実施形態を示す断
面図である。
面図である。
【図３】本発明の図２の点接合継ぎ手の作製方法の実施
形態を示す断面図である。
形態を示す断面図である。
【図４】本発明の図２の点接合継ぎ手の作製方法の実施
形態を示す断面図である。
形態を示す断面図である。
【図５】本発明における図３〜４に従って成形した後の
点接合継ぎ手の実施形態を示す断面図である。
点接合継ぎ手の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明の点接合継ぎ手の更に他の実施形態を示
す断面図である。
す断面図である。
１、１ａ 点接合継ぎ手 ２、３ 金属板材 ４、４ａ 摩擦接合用回転工具 ５ 圧入ピン ６ 攪拌部 ７ 肩部 ８、８ａ 圧入穴 ９、９ａ 段差部 ２０ 回転軸 ２１、２１ａ 階段部 ２２ 裏当て材 ２３ 盛上部 ２４ 圧痕部
Claims (7)
- 【請求項１】 複数の重ね合わせた金属板材に対して、
これらの金属板材より硬質な摩擦接合用回転工具の圧入
ピンを圧入して攪拌し、該攪拌部を圧入ピンの基部を形
成する前記回転工具の肩部で押圧することによって、圧
入ピンによる圧入穴を形成し、該圧入穴の近傍において
前記複数の重ね合わせた金属板材を接合してなることを
特徴とする点接合継ぎ手。 - 【請求項２】 圧入ピンの圧入と肩部の押圧により形成
される前記圧入穴の周辺に段差部を設けたことを特徴と
する請求項１記載の点接合継ぎ手。 - 【請求項３】 前記圧入穴の周辺に設けられた段差部の
径（Ｌ1 ）は、圧入ピンの径（ｄ1 ）の１１０％以上で
肩部が前記金属板材に擦れて生じた圧痕部の径（Ｌ 2）
の７０％以下の範囲（１．１×ｄ1 ≦Ｌ1 ≦０．７×Ｌ
2）にあり、前記段差部の深さ（Ｄ）は金属板材の厚み
（Ｔ）の５０％以下の範囲（Ｄ≦０．５×Ｔ）にあるこ
とを特徴とする請求項２記載の点接合継ぎ手。 - 【請求項４】 前記金属板材が、アルミニウム、銅、マ
グネシウム、鉄及びこれらの合金から選択される材質か
らなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
の点接合継ぎ手。 - 【請求項５】 複数の重ね合わせた金属板材に裏当て材
を配置し、金属板材より硬質な摩擦接合用回転工具の圧
入ピンを圧入して攪拌し、該攪拌部を、圧入ピンの基部
を形成する前記回転工具の肩部で押圧した後、圧入ピン
を上方に引き上げ、圧入ピンによる圧入穴を形成するこ
とを特徴とする点接合方法。 - 【請求項６】 複数の重ね合わせた金属板材に裏当て材
を配置し、金属板材より硬質な摩擦接合用回転工具の圧
入ピンを圧入して攪拌し、該攪拌部を、圧入ピンの基部
を形成する段差をそなえた前記回転工具の肩部で押圧し
て点接合継ぎ手を形成することを特徴とする点接合方
法。 - 【請求項７】 前記金属板材が、アルミニウム、銅、マ
グネシウム、鉄及びこれらの合金から選択される材質か
らなることを特徴とする請求項５または６記載の点接合
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000136943A JP3681156B2 (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | 点接合継ぎ手及び点接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000136943A JP3681156B2 (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | 点接合継ぎ手及び点接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001321967A true JP2001321967A (ja) | 2001-11-20 |
| JP3681156B2 JP3681156B2 (ja) | 2005-08-10 |
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| JP2000136943A Expired - Fee Related JP3681156B2 (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | 点接合継ぎ手及び点接合方法 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| KR100590616B1 (ko) | 2005-05-02 | 2006-06-19 | 한국기계연구원 | 표면이동마찰용접법에 의한 금속판재의 점용접 방법 |
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| KR20210024072A (ko) | 2018-07-03 | 2021-03-04 | 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 | 마찰 교반 점 접합 장치의 받침 부재, 마찰 교반 점 접합 장치, 마찰 교반 점 접합 방법 및 이음새 구조 |
-
2000
- 2000-05-10 JP JP2000136943A patent/JP3681156B2/ja not_active Expired - Fee Related
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