JP2002066759A - 金属の接合方法及び接合装置 - Google Patents
金属の接合方法及び接合装置Info
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Abstract
料としてのZn−5Al層又はZn溶融メッキ層Wcを
介して重ね合わせ、第1金属部材W1における第2金属
部材W2との接合部分Pに相当する表面部位に回転工具
1を押圧していくと、アルミニウム合金が摩擦により撹
拌されて塑性流動を開始する。塑性流動が促進される
と、アルミニウム合金表面の酸化被膜が破壊されて、Z
n−5Al層又はZn溶融メッキ層Wcとアルミニウム
合金とが相互に拡散してAl,Al−Zn,Zn−A
l,Fe−Zn,Feとからなる拡散層を形成し、更に
塑性流動が促進されてAl−Zn−Fe合金層となって
アルミニウム合金板W1と鋼板W2とが接合される。
Description
製鋳物や板材等の金属の接合方法及び接合装置に関す
る。
状にプレス成形された金属部材を重ね合わせ、電気抵抗
溶接やアーク溶接、接着剤、ボルト締結、リベット等に
よって接合している。
合、複数点在する接合部分に対して局所的に接合できる
スポット溶接が用いられる。
で摩擦撹拌する接合方法が特許第2712838号公報
に開示されている。この接合技術は、2つの部材を突き
合わせた接合面にプローブと呼ばれる突出部を回転させ
ながら挿入及び並進させ、接合面近傍の金属組織を摩擦
熱により可塑化させて結合するものである。
報記載の接合技術を金属部材の重ね合わせ接合に適用す
る場合、同種の金属部材同士では高い強度が得られるも
のの、異種の金属部材を接合する場合には、特に、アル
ミニウム合金と鉄との場合は、非常に脆い拡散合金を作
ってしまうため、十分な接合強度が得られないという課
題がある。
目的は、高い接合強度が得られる金属の接合方法及び接
合装置を提供することである。
的を達成するために、本発明の金属の接合方法は、第1
金属部材と第2金属部材とを重ね合わせて、非溶融の状
態で摩擦により撹拌させて接合する金属の接合方法にお
いて、前記第1金属部材と第2金属部材との接合部分
に、該第1及び第2金属部材と拡散可能な合金材料を介
在させ、前記第1金属部材における前記第2金属部材と
の接合部分に相当する表面部位に回転部材を押圧し、前
記回転部材の回転により、前記第1及び第2金属部材の
接合部分を非溶融の状態で摩擦により撹拌させて非溶融
撹拌層を形成すると共に、前記合金材料を該非溶融撹拌
層に拡散させて、該第1及び第2金属部材を接合する。
平面状に形成されている。
2金属部材のうち、融点の低い方から前記回転工具を押
圧して摩擦により撹拌させる。
ルミニウム、前記第2金属部材は鉄、前記合金材料は亜
鉛を夫々主成分とする材料であり、該合金材料を該第1
及び第2金属部材の非溶融撹拌層に拡散させ、該第1、
第2金属部材並びに合金材料からなる拡散層を形成し
て、前記アルミニウムと鉄とを接合する。
と第2金属部材とを重ね合わせて、非溶融の状態で摩擦
により撹拌させて接合する金属の接合装置において、前
記第1金属部材と第2金属部材との接合部分に、該第1
及び第2金属部材と拡散可能な合金材料を介在させて保
持する保持手段と、前記第1金属部材における前記第2
金属部材との接合部分に相当する表面部位に回転部材を
押圧させる回転手段と、前記回転部材により、前記第1
及び第2金属部材の接合部分を非溶融の状態で摩擦によ
り撹拌させて非溶融撹拌層を形成すると共に、前記合金
材料を該非溶融撹拌層に拡散させて、該第1及び第2金
属部材を接合するよう前記回転手段を制御する制御手段
とを具備する。
によれば、第1金属部材と第2金属部材との接合部分
に、第1及び第2金属部材と拡散可能な合金材料を介在
させ、第1金属部材における第2金属部材との接合部分
に相当する表面部位に回転部材を押圧し、回転部材の回
転により、第1及び第2金属部材の接合部分を非溶融の
状態で摩擦により撹拌させて非溶融撹拌層を形成すると
共に、合金材料を非溶融撹拌層に拡散させて、第1及び
第2金属部材を接合することにより、合金材料を用いて
高い接合強度が得られ、異種部材同士の接合も可能とな
る。
が平面状に形成されていることにより、接合跡として穴
が残らず、工具の加工も容易で安価にできる。
第2金属部材のうち、融点の低い方から回転工具を押圧
して摩擦により撹拌させることにより、短時間で接合で
き、回転部材への熱的、機械的負荷が低減できて工具寿
命を延長できる。
アルミニウム、第2金属部材は鉄、合金材料は亜鉛を夫
々主成分とする材料であり、合金材料を第1及び第2金
属部材の非溶融撹拌層に拡散させ、第1、第2金属部材
並びに合金材料からなる拡散層を形成して、アルミニウ
ムと鉄とを接合することにより、異種のアルミニウムと
鉄とを高い接合強度で接合可能となる。
いて、添付図面を参照して詳細に説明する。
の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を
逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したもの
に適用可能である。
せ接合方法を説明する回転工具付近の拡大図である。
金製の板材や予め3次元形状にプレス成形された金属部
材の接合に適用され、少なくとも2枚の金属部材を重ね
合わせて、最外表面の第1金属部材W1に回転工具1を
押圧することにより、重ね合わされた第1及び第2金属
部材W1、W2間の金属組織を摩擦熱により非溶融で撹
拌して接合するものである。
溶接等で発生する熱歪み等の問題を解消することができ
る。
に含有される各成分或いは共晶化合物の中で最も融点が
低いものよりもさらに低い温度下で摩擦熱により金属組
織を軟化させて攪拌することを意味する。
法は、少なくとも2枚の金属部材W1、W2を重ね合わ
せ、先端部3が平面状の円筒状の回転工具1を、その軸
心周りに回転させながら、先端部3を最外表面の第1金
属部材W1に押し付けて、第1金属部材W1、W2を非
溶融の状態で摩擦により撹拌させて非溶融撹拌層を形成
すると共に、第2金属部材W2にまで非溶融摩擦撹拌層
を拡大して第1及び第2金属部材W1、W2を接合す
る。
り金属組織を軟化させ、軟化した金属組織をショルダで
抑えるのに対して、本実施形態の重ね合わせ接合では先
端部3が金属組織を軟化させ、塑性流動させる機能を有
している。
挟むように回転工具1の先端部3に対向するよう受け部
材4が配置されている。受け部材4の外径は、回転工具
1の外径以上に設計されている。
度である。回転工具1及び受け部材4は、金属部材より
も硬度の高い鋼材(超硬合金等)で形成された非摩耗型
工具であるが、金属部材は回転工具1より軟質の材質で
あれば、アルミニウム合金に限定されない。
先端部3の略中央に凹部3aが形成されている。また、
受け部材4の先端部5の略中央にも凹部5aが形成され
ている。
凹部5aとは、いずれか一方又は両方に設けることがで
きる。また、凹部3aの代わりにピン状の凸部を設ける
こともできる。
他の形状を例示する図であり、(a)は側面図、(b)
は先端部の正面図である。
部材との接触面に対して傾斜して形成され、接触面から
の高さが変化するよう構成されている。また、図4に示
す回転工具1は、先端部3の高さが周方向で相異するよ
うに、平面状の先端部3に対して、その先端中心から外
周に向けて放射状に複数の突出部(又は溝部)3bが形
成されている。また、図5に示す回転工具1は、先端部
3の高さが周方向で相異するように、平面状の先端部3
に対して、その先端中心から外周に向けて少なくとも1
つの溝部(又は突出部)3cが形成されている。
や波状が形成できればよく、例えば、図2に示す凹部3
aと図3乃至図5に示す先端部3の形状とを組み合わせ
て構成したり、図4及び図5に示す形状では、突出部と
溝部とを組み合わせて構成することもできる。突出部の
高さや溝部の深さが大きすぎる場合には、金属組織の撹
拌性が悪化するため不適である。
ット10のアームに回転可能に取り付られ、接合される
金属部材が複雑な3次元形状の場合、複数点在する接合
部分に対してスポット的に(局所的に)接合できるよう
構成されている。
節ロボットの概略図である。
は、ベース11に設けられた関節12に連結されてy軸
中心に揺動すると共に、関節13でz軸中心に回転する
第1アーム14と、関節15を介して第1アーム14に
連結されてy軸中心に揺動すると共に、関節16でx軸
中心に回転する第2アーム17と、関節18を介して第
2アーム17に連結されてy軸中心に揺動する第3アー
ム19とを有する。
に取り付けられると共に、回転工具1を回転駆動するモ
ータ20と、回転工具1の先端部3に対向するよう配置
される受け部材4とを備える。回転工具1の先端部3と
受け部材4の先端部との間隔はアクチュエータ22によ
り可変となっており、接合時の金属部材に対する押圧力
や3枚以上重ね合わせた金属部材でも対応できるよう設
計されている。
アクチュエータの動作は、予めティーチングされて制御
部30がコントロールする。
金属部材の総板厚や重ね合わせ枚数等に基づいて接合部
分ごとに設定され、個々の金属部材の板厚が異なる場合
にも適用できる。
乃至第3金属部材W1〜W3を接合する場合には、同一
外径を有する一対の回転工具1A,1Bで金属部材を挟
み込んで接合する。この場合、図2の受け部材4に代え
て回転工具1Bを回転可能に多関節ロボット10に取り
付けて、互いに対向する回転工具1A,1Bの先端部3
A,3Bで第1乃至第3金属部材W1〜W3を挟み込み
ながら、各回転工具1A,1Bを逆回転させる。
板厚が異なる場合でも接合可能であるが、特に、薄肉側
から回転工具1を押圧させるとより撹拌しやすくなり、
均一な接合処理が実現できる。 [接合時の金属組織の塑性流動]図8は、回転工具の先
端部が平滑な場合の金属部材内部の塑性流動状態を示す
図である。図9は、回転工具の先端部に凹部を形成した
場合の金属部材内部の塑性流動状態を示す図である。図
10は、回転工具の先端部に突出部又は溝部を形成した
場合の金属部材内部の塑性流動状態を示す図である。
工具1を用いた場合(受け部材4の先端部5は、説明の
便宜上平滑とする)、所定回転数で回転する回転工具1
を第1金属部材W1に略垂直に押し当てていくと、回転
工具1と第1金属部材W1との間に摩擦が生じて、その
表面が軟化して第1及び第2金属部材W1、W2間の金
属組織が非溶融の状態で回転方向に撹拌されていく。そ
して、更に回転工具1による第1金属部材W1に対する
押圧力を高めていくと、回転工具1に非接触の金属部材
W2にまで非溶融の摩擦撹拌層が拡大して、最終的に重
ね合わされた第1及び第2金属部材W1、W2が溶融さ
れることなく接合される。
形成された回転工具1を用いた場合(受け部材4の先端
部5は、説明の便宜上平滑とする)には、金属組織は工
具1の回転方向に撹拌されると共に、凹部3aの直下及
び周辺で上下方向(金属部材の接合面と交差する方向)
に3次元的な縦渦の塑性流動が発生して撹拌されて、最
終的に重ね合わされた第1及び第2金属部材W1、W2
が溶融されることなく接合される。
金属組織の周速が略ゼロとなる凹部内での塑性流動を促
進し、受け部材4の凹部5aを設けた場合には回転工具
1に接触しない金属部材の塑性流動を促進する。
出部(又は溝部)3bが形成された回転工具1を用いた
場合(受け部材4の先端部5は、説明の便宜上平滑とす
る)には、先端部3の放射状の凹凸により、金属組織は
工具1の回転方向に撹拌されると共に、第1金属部材W
1と第2金属部材W2との界面にて回転応じて周期的変
化する上下方向(金属部材の接合面と交差する方向)に
塑性流動が加えられ、この周期的な上下方向の流動によ
り、両金属部材の界面の拡散が促進され、最終的に重ね
合わされた第1及び第2金属部材W1、W2が溶融され
ることなく接合される。
部3aを設けた場合には、接合すべき金属組織の全てが
十分に撹拌されて、接合強度が高まるのに対して、凹部
3aを設けないで平滑な場合には、金属部材の接合面と
交差する方向への撹拌が不十分なため、接合強度は弱い
ものとなる。
た場合、凹部3aを形成した場合と比較して、回転工具
1の先端部の金属組織に対する当接状態が異なり、中央
部で撹拌される金属組織の角速度が周辺部の角速度より
小さくなるよう設定できるため、撹拌性が高いと共に、
先端部の広い範囲で回転方向及び上下方向への三次元的
な塑性流動を発生させやすいという利点がある。 [試験結果]本実施形態の接合処理では、金属部材とし
てJISで規格化された6000系鋼板(Al-Mg-Si鋼
板)を一例として用いるが、5000系鋼板(Al-Mg鋼
板)や他の金属部材でも適用可能である。
よる接合強度試験方法を示す図である。図12は、図1
1の接合強度試験方法による結果を示す図である。
及び第2金属部材W1、W2を互いに相反する方向に引
張って、接合面が剥がれた時点での引張力を接合強度と
して測定している。
rpm、回転工具1の先端部3の直径がφ10mm、押
圧保持時間は0.2mm押し込み後の時間、金属部材は
6000系、板厚が1mmのものを用いた。
が形成された回転工具1を用いた方が、先端部3が平滑
な工具の場合に比べて、接合強度が高くなって要求強度
を満たす。
図15に示すように、破壊時に金属部材の接合面から剥
がれる剥離破断となるのに対して、先端部3に凹部3a
が形成された工具を用いた場合には、図13及び図14
に示すように、破壊時に接合面は剥がれずに、回転工具
1の周囲に対応する部分Waから破断するボタン破断と
なるため、接合強度が高いことがわかる。
端部3に凹部3aが形成された工具を用いて接合した場
合には、金属組織の接合界面が均一になるよう十分撹拌
されて接合されるため、接合強度が高くなる。
保持時間が長いほど接合強度は高くなるが、約10秒以
上押圧保持すると、先端部3に凹部3aが形成された回
転工具1を用いた場合でも、先端部3が平滑な工具の場
合でも接合強度は略同じとなる。 [合金材料を介在させた接合]第1及び第2金属部材
は、両金属部材の間に合金材料を介在させて接合するこ
ともできる。
第2金属部材の接合方法を説明する図である。図21
は、第1及び第2金属部材の接合部分Pにおいて合金材
料が拡散していく様子を説明する図である。
第1金属部材W1はアルミニウム合金板で、第2金属部
材W2は、合金材料としてZn−5Al層又はZn溶融
メッキ層WcがZn−Fe−Al又はZn−Fe合金層
Wdを介して形成されたFe鋼板である。Zn−5Al
層は、約95重量%のZn成分と約5重量%のAl成分
との共晶組成からなる。また、好ましくは、アルミニウ
ム合金にZn−5Al合金材料を被覆したものが最適で
ある。Zn溶融メッキ層は、一般に防錆のために金属部
材に被覆された状態で市販されている。
料としてのZn−5Al層又はZn溶融メッキ層Wcを
介して重ね合わせ、第1金属部材W1における第2金属
部材W2との接合部分Pに相当する表面部位に回転工具
1を押圧していくと、アルミニウム合金が摩擦により撹
拌されて塑性流動を開始する。塑性流動が促進される
と、アルミニウム合金表面の酸化被膜が破壊されて、Z
n−5Al層又はZn溶融メッキ層Wcとアルミニウム
合金とが相互に拡散してAl,Al−Zn,Zn−A
l,Fe−Zn,Feとからなる拡散層を形成し、更に
塑性流動が促進されてAl−Zn−Fe合金層Weとな
ってアルミニウム合金板W1と鋼板W2とがAl−Zn
−Fe合金層Weを介して接合される。
Wcが被覆されていない鋼板とアルミニウム合金板とを
接合する場合には、両部材の接合部分PにZn−5Al
層又はZn合金箔等の合金材料を別途介在させてもよ
い。また、合金材料としてZn−Alの他に、Mg−A
l合金材料を形成してもよい。
上述した様々な形状の工具を用いることができる。ま
た、先端部にプローブと呼ばれる突出部2を設けた回転
工具を用いてもよい。
第2金属部材W2のうち、融点の低い方から押圧して摩
擦により撹拌させる。
融点及び高温強度が高い鋼板よりも、少ない入熱で軟化
するアルミニウム合金側から回転工具を押圧することに
より、短時間で接合でき、工具への熱的・機械的負荷が
低減できるため、工具寿命を延長できるという利点があ
る。
転工具1の金属部材への回転数は、1000rpm程度
で一定(図22、23)又はアルミニウム合金の酸化被
膜の破壊を促進させるために周期的に変化させてもよい
(図24、25)。回転数を減少させていくと接合に時
間を要するため好ましくない。
一定(図22、24)又は漸増させる(図23、2
5)。押圧力を減少させていくと塑性流動が不十分とな
り、十分な接合強度は得られなくなる。
化しただけ、押圧力を高くしていくことが必要となる。 [合金材料の拡散接合]図26(a)〜(d)は、Zn
−5Al層とアルミニウム合金とが相互に拡散してA
l,Al−Zn,Zn−Al,Fe−Zn,Feとから
なる拡散層を形成し、更に塑性流動が促進されてAl−
Zn−Fe合金層Weとなってアルミニウム合金板W1
と鋼板W2とがAl−Zn−Fe合金層Weを介して接
合される様子を示す図である。
Fe鋼板とをZn−5Al層を介在させて重ね合わせた
状態から回転工具1により非溶融で摩擦撹拌されると、
図26(b)に示すようにアルミニウム合金の下層に
は、Al及びZn−5Al層からなる拡散層が形成され
Fe鋼板の上層には、Fe及びZn−5Al層からなる
拡散層が形成される。
と、図26(c)に示すようにZn−5Al層のZn成
分がアルミニウム合金及びFe鋼にさらに拡散し、この
拡散反応により、Zn−5Al層のZn成分の割合は低
下(Al成分の割合が増加)していく。
塑性流動が進むことにより、アルミニウム合金側の拡散
層とFe鋼板側の拡散層同士の拡散反応が行われ、結果
として図26(d)に示すAl−Zn−Fe合金層が形
成される。
1、W2は、Al−Zn−Feの3元素系の合金層を介
して接合される。これにより、第1及び第2金属部材W
1、W2は、その接合面にFe−Alという脆い金属間
化合物が生成されるのを防止することができ、Fe−A
l−Znの3元素系合金層により接合強度を非常に高く
することができる。 [金属部材形状]本実施形態では、予め3次元形状にプ
レス成形された金属部材の接合に適している。即ち、図
27に示す自動車の車体フレームW1と補強部材W2の
接合のように、プレス成形により金属部材が複雑な3次
元形状を有し、回転工具1を連続して移動できないよう
な複数点在する接合部分Pに対して、本実施形態の接合
方法を用いることにより局所的に溶接でき、プレス成形
後であっても接合可能となる。 [バリ除去構造]図28は、回転工具に切削用チップを
設けた回転工具の先端部を示す図である。図29は、回
転工具にバリ抑制用段差を設けた回転工具の先端部を示
す図である。
13参照)を取り除くために、図28及び図29に示す
ように、回転工具1の先端近傍の外周面に拡径する切削
用チップ1a又はバリ抑制用段差1bを一体的又は後付
けで形成してもよい。
状で、回転工具1の先端近傍の外周面に90°ごとに等
間隔で4つ設けられている。尚、切削用チップ1bは、
平面状ではなく、例えば、らせん状の切り刃状にもで
き、また、チップ数は金属部材の成分や押し込み量に応
じて任意に設定できる。
行な平面状で回転工具1の先端近傍の外周面に全周に亘
って形成されている。
た場合のバリ取り方法を説明する図である。図32は、
回転工具にバリ抑制用段差を設けた場合のバリ取り方法
を説明する図である。
る場合、図31に示すように、回転工具1の回転及び押
圧により第1金属部材W1における回転工具1の周囲に
発生するバリWbを切削して除去する。
する場合、図32示すように、回転工具1の回転及び押
圧により第1金属部材W1における回転工具1の周囲に
発生するバリWbを押し潰して除去する。
差1cの軸心方向の位置は、図30に示すように、金属
部材W1に押し込まれる先端部3の押し込み量tだけ上
方に形成される。
できる反面、切り屑Wbが発生し、硬質の切削用チップ
1bを用いるため回転工具1が高価となる。それに対し
て、バリ抑制用段差1cでは、押し潰されたバリWbが
残るために外観が若干劣るが、回転工具1が安価で切り
屑が発生しないという利点がある。
差1cを回転工具1に対して固定しないで、回転工具1
の回転軸と同軸に昇降可能に構成してもよい。
用段差1cを回転工具に対して昇降可能に設けた例及び
バリ除去方法を示す図である。
はバリ抑制用段差1cは、回転工具1の回転軸と同軸
に、その外周面に対して昇降可能(回転可能としてもよ
い)な中空軸41の先端部に設けられている。
制用段差1cによりバリWbを除去する場合、図33
(a)、(b)に示す接合時には上昇させて接合部分か
ら離間させ、図33(c)、(d)に示すように、接合
完了後に、切削用チップ1b又はバリ抑制用段差1cを
下降してバリWbを切削又は押し潰して除去する。
を可動式にすることにより、固定式と比較して設備が複
雑で高価となるが、金属部材に応じて回転工具の押し込
み量を変える場合でも同一の工具で対応できるという利
点がある。 [連続接合]上記実施形態では、回転工具1を接合部分
に押圧して移動させないスポット接合の例を説明した
が、図34に示すように、回転工具1を前進又は揺動さ
せながら連続的に接合してもよい。
は、図35に示すように、前進方向に対して後方に約1
°傾斜させて移動させると、金属部材W1に垂直に押し
当てる場合に比べて傾斜した分だけ撹拌性が向上する。
[変形例]本実施形態の変形例として、金属部材の歪み
を抑制するために、金属部材の接合部分を冷却しながら
接合することもできる。冷却方法としては、冷却水中で
接合したり、接合部分に冷却水を供給すればよい。 [表面処理]本実施形態の接合技術は、金属部材の表面
処理にも応用できる。
象とし、特に自動車のシリンダヘッドに形成される隣り
合うポート間(弁間部)やピストン、ブレーキディスク
等の表面改質処理に用いられ、アルミニウム合金製鋳物
の表面改質領域を摩擦熱により溶融させることなく撹拌
させることにより、金属組織の微細化や共晶シリコン
(Si)粒子の均一分散化、鋳造欠陥の減少を図り、熱
疲労(低サイクル疲労)寿命や伸び、耐衝撃性等の材料
特性において従来のリメルト処理以上のものを得ること
ができる。
に示すように、JISで規格化されたアルミニウム合金
であるAC4Dを一例として用いるが、アルミニウム合
金鋳物としては、アルミニウム合金のマグネシウム(M
g)含有率として0.2〜1.5重量%、シリコン(S
i)含有率として1〜24重量%、好ましくは4〜13
重量%の範囲で組成比率を変更可能である。他にAC4
B,AC2B、ピストンに用いるAC8A等も利用でき
る。シリコン含有率の上限を24%に設定する理由は、
それ以上シリコンを増加しても材料特性や鋳造性が飽和
すると共に、攪拌性が悪化するからである。
鋳物は、熱処理によりMg2Siを析出させて強度が高
まる。ところが、リメルト処理のように溶融させて金属
組織を微細化させる場合には、低融点(650℃)のマ
グネシウムが蒸発して含有量が低下することがある。そ
して、マグネシウム含有量が低下すると熱処理を施して
も硬さや強度が低下して所望の材料特性が得られないこ
とになる。
組織を溶融させないのでマグネシウムが蒸発することも
ないため、アルミニウム合金鋳物は熱処理によりMg2
Siを析出させて強度が高められるのである。
とにより、鋳造性(溶湯の流動性、引け特性、耐熱間割
れ性)は向上するが、共晶シリコンが一種の欠陥として
作用して機械的特性(伸び)が低下する。
点や伝播経路となるため伸びが低下する。また、弁間部
のように繰り返し熱応力を受ける部位ではその疲労寿命
が低下する。そして、金属組織ではデンドライトに沿っ
て共晶シリコンが連なった形態を呈しているが、共晶シ
リコンを微細化し、均一に分散させることによって応力
集中による亀裂の発生と、発生した亀裂の伝播を抑制す
ることが可能となる。
動車のシリンダヘッドに形成される隣り合うポート間
(弁間部)の表面改質処理方法を説明する図である。
転工具1を隣り合うポートの弁間部において、処理軌跡
F1〜F3に沿って弁間部を縦断するよう摩擦により撹
拌しながら移動させる。
で上記実施形態を修正又は変形したものに適用可能であ
る。
説明する回転工具付近の拡大図である。
り、(a)は側面図、(b)は先端部の正面図である。
概略図である。
ある。
の塑性流動状態を示す図である。
部材内部の塑性流動状態を示す図である。
た場合の金属部材内部の塑性流動状態を示す図である。
試験方法を示す図である。
図である。
部分の金属組織を示す断面図である。
の状態を示す図である。
状態を示す図である。
た金属部材の接合部分の金属組織の断面写真を示す図で
ある。
写真を示す図である。
の接合方法を説明する図である。
合金材料が拡散していく様子を説明する図である。
び押圧力の制御例を示す図である。
に拡散してAl,Al−Zn,Zn−Al,Fe−Z
n,Feとからなる拡散層を形成し、Al−Zn−Fe
合金層となって金属部材同士が接合される様子を示す図
である。
として、自動車の車体フレームを接合する場合について
示す図である。
先端部を示す図である。
の先端部を示す図である。
に対する取り付け位置を説明する図である。
取り方法を説明する図である。
リ取り方法を説明する図である。
に対して昇降可能に設けた例及びバリ取り方法を示す図
である。
場合を説明する回転工具付近の拡大図である。
場合の金属部材の接合方法を説明する図である。
分比率を示す図である。
ダヘッドに形成される隣り合うポート間(弁間部)の表
面改質処理方法を説明する図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 第1金属部材と第2金属部材とを重ね合
わせて、非溶融の状態で摩擦により撹拌させて接合する
金属の接合方法において、 前記第1金属部材と第2金属部材との接合部分に、該第
1及び第2金属部材と拡散可能な合金材料を介在させ、 前記第1金属部材における前記第2金属部材との接合部
分に相当する表面部位に回転部材を押圧し、 前記回転部材の回転により、前記第1及び第2金属部材
の接合部分を非溶融の状態で摩擦により撹拌させて非溶
融撹拌層を形成すると共に、前記合金材料を該非溶融撹
拌層に拡散させて、該第1及び第2金属部材を接合する
ことを特徴とする金属の接合方法。 - 【請求項2】 前記回転部材の先端が平面状に形成され
ていることを特徴とする請求項1に記載の金属の接合方
法。 - 【請求項3】 前記第1金属部材と第2金属部材のう
ち、融点の低い方から前記回転工具を押圧して摩擦によ
り撹拌させることを特徴とする請求項1又は2に記載の
金属の接合方法。 - 【請求項4】 前記第1金属部材はアルミニウム、前記
第2金属部材は鉄、前記合金材料は亜鉛を夫々主成分と
する材料であり、該合金材料を該第1及び第2金属部材
の非溶融撹拌層に拡散させ、該第1、第2金属部材並び
に合金材料からなる拡散層を形成して、前記アルミニウ
ムと鉄とを接合することを特徴とする請求項1乃至3の
いずれか1項に記載の金属の接合方法。 - 【請求項5】 第1金属部材と第2金属部材とを重ね合
わせて、非溶融の状態で摩擦により撹拌させて接合する
金属の接合装置において、 前記第1金属部材と第2金属部材との接合部分に、該第
1及び第2金属部材と拡散可能な合金材料を介在させて
保持する保持手段と、 前記第1金属部材における前記第2金属部材との接合部
分に相当する表面部位に回転部材を押圧させる回転手段
と、 前記回転部材により、前記第1及び第2金属部材の接合
部分を非溶融の状態で摩擦により撹拌させて非溶融撹拌
層を形成すると共に、前記合金材料を該非溶融撹拌層に
拡散させて、該第1及び第2金属部材を接合するよう前
記回転手段を制御する制御手段とを具備することを特徴
とする金属の接合装置。
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