JP2002096183A

JP2002096183A - 摩擦撹拌接合用接合工具及び摩擦撹拌接合法

Info

Publication number: JP2002096183A
Application number: JP2000287123A
Authority: JP
Inventors: Takenori Hashimoto; 武典橋本; Shigetoshi Jogan; 茂利成願; Yoshitaka Nagano; 喜隆長野
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2002-04-02
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: JP4732571B2

Abstract

(57)【要約】【課題】摩擦熱にて軟化した接合部材の軟化分中の肉
をしっかりを保持することができて、接合状態の良好な
接合継手を得ることのできる摩擦撹拌接合用接合工具、
及びこれを用いた摩擦撹拌接合法を提供すること。【解決手段】接合工具10Aは、先端部が接合部材１の
表面に圧接される径大の回転子11と、接合部材１の接合
予定部３中に挿入される径小のプローブ13とを備えてい
る。回転子11の先端部の端面12は、その外周縁から該端
面11の回転中心部側に向かって窪んだ凹面に形成されて
いる。この端面12の回転中心部に、プローブ13が突設さ
れている。さらに、この端面12に、プローブ13を取り巻
く態様で渦巻き状の溝条15が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、アルミニウム材
やその合金材等の金属材からなる接合部材を接合する際
に用いられる摩擦撹拌接合用の接合工具及びこれを用い
た摩擦撹拌接合法に関する。

【０００２】

【従来の技術】摩擦撹拌接合は、固相接合の範疇に入
り、接合される金属材の種類に制限を受けないとか、接
合に伴う熱歪みが少ない等の優れた利点を有し、近年、
船舶、自動車、鉄道車両における床材、壁材、天井材、
サスペンションアーム等を製作する際に用いられてきて
いる。

【０００３】この摩擦撹拌接合の接合方法を、２個の平
板状のアルミニウム合金製接合部材を突合せ接合する場
合について説明する。

【０００４】図６及び図７において、（110A）は従来の
摩擦撹拌接合用の接合工具である。この接合工具（110
A）は、径大の円柱状回転子（111）と、該回転子（11
1）の先端部の端面（112）の回転中心部に一体に突設さ
れた径小のピン状プローブ（113）とを備えたものであ
る。この接合工具（110A）を用い、その回転子（111）
を回転させることによりプローブ（113）を回転させ
る。そして、該プローブ（113）を両接合部材（101a）
（101b）の突合せ部（103）中に挿入するとともに、回
転子（111）の先端部を両接合部材（101a）（101b）の
表面に圧接する。そして、この状態を維持しながら回転
子（111）の先端部を突合せ部（103）に沿って移動させ
る。

【０００５】すると、プローブ（113）の回転により発
生する摩擦熱と、回転子（111）の先端部の端面（112）
と両接合部材（101a）（101b）の表面との摺動に伴い発
生する摩擦熱とによって、両接合部材（101a）（101b）
は回転子（111）の先端部及びプローブ（113）との接触
部分近傍にて軟化する。そして、該軟化部中の肉が、回
転子（111）の先端部及びプローブ（113）の回転力を受
けて撹拌混合されるとともに回転子（111）の先端部の
移動に伴って該回転子（111）の先端部及びプローブ（1
13）の通過溝を埋めるように塑性流動したのち、摩擦熱
を急速に失って冷却固化される。この現象が回転子（11
1）の先端部の移動に伴って順次繰り返されていき、最
終的に両接合部材（101a）（101b）が突合せ部（103）
において接合一体化（接合部104）されるものである。

【０００６】ところで、この摩擦撹拌接合法によれば、
回転子（110A）の先端部を突合せ部（103）に沿って移
動させると、摩擦熱にて軟化した両接合部材（101a）
（101b）の軟化部中の肉は、回転子（111）の先端部の
進行圧力を受けて両接合部材（101a）（101b）の外面側
に排出されるという不具合が生じる。このようになる
と、肉不足による接合欠陥（例えば空洞部）が接合部
（104）の内部に発生したり、肉の排出に伴うバリが接
合部（104）の表面に発生したり、更には肉の排出に伴
って接合部（104）の肉厚が減少したりして、接合状態
の良好な接合継手を得ることができなくなる。

【０００７】そこで、このような問題を解決するため、
従来では、同図６及び図７に示すように、回転子（11
1）の先端部を移動させるときに該回転子（111）の回転
軸線（Ｑ’）を接合方向の後方側（即ち、移動方向の後
方側）に傾斜させることによって、図７に示すように該
回転子（111）の先端部の端面（112）の接合方向前端部
を接合部材（101a）（101b）の表面から浮き上がらせ、
この状態を維持したままで該回転子（111）の先端部を
突合せ部（103）に沿って移動させることが行われてい
た。なお、Ｔは両接合部材（101a）（101b）のプローブ
挿入位置における表面の法線を示しており、θはこの法
線Ｔに対する回転子（111）の回転軸線（Ｑ’）の接合
方向後方側への傾斜角である。

【０００８】この方法では、回転子（111）の先端部の
端面（112）の接合方向前端部を両接合部材（101a）（1
01b）の表面から浮き上がらせた状態に維持したまま
で、回転子（111）の先端部を移動させることによっ
て、両接合部材（101a）（101b）の肉を回転子（111）
の端面（112）で受け止め、これにより当該肉が排出さ
れないよう当該肉を保持し、かかる問題を解決しようと
するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
接合工具（110A）は、図７に示すように、回転子（11
1）の先端部の端面（112）は平坦面に形成されていたの
で、接合部材（101a）（101b）の肉を保持することが困
難であった。

【００１０】一方、接合工具として図８に示したもの
（10B）が用いられる場合がある。この接合工具（110
B）は、回転子（111）の先端部の端面（112）がその外
周縁から該端面（112）の回転中心部側に向かって一定
勾配をもって窪んだ断面逆Ｖ字状の凹面に形成されると
ともに、該回転子（111）の先端部の端面（112）の回転
中心部にプローブ（113）が一体に突設されているもの
である。

【００１１】しかしながら、この接合工具（110B）を用
いて接合を行う場合であっても、接合部材（101a）（10
1b）の肉の保持力が小さく、かかる問題を完全に解決す
ることができなかった。

【００１２】さらに、この方法によれば、回転子（11
1）の回転軸線（Ｑ’）を接合方向後方側に傾斜させた
状態のままで移動させなければならないので、接合操作
が困難になり、殊に接合線が曲線状になっている場合に
は接合操作が極めて困難になっていた。

【００１３】この発明は、このような技術背景に鑑みて
なされたもので、その目的は、摩擦熱にて軟化した接合
部材の軟化分中の肉をしっかりを保持することができ
て、接合状態の良好な接合継手を得ることのできる摩擦
撹拌接合用接合工具及びこれを用いた摩擦撹拌接合法を
提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明に係る接合工具は、先端部が接合部
材の表面に圧接される径大の回転子と、接合部材の接合
予定部中に挿入される径小のプローブとを備えた摩擦撹
拌接合用の接合工具において、回転子の先端部の端面）
が、その外周縁から該端面の回転中心部側に向かって窪
んだ凹面に形成されており、この端面の回転中心部に、
プローブが突設されるとともに、この端面に、プローブ
を取り巻く態様で渦巻き状又は環状の溝条が設けられて
いることを特徴としている。

【００１５】この接合工具において、回転子の先端部の
端面が、その外周縁から該端面の回転中心部側に向かっ
て窪んだ凹面に形成されることにより、この端面の内側
に、摩擦熱にて軟化した接合部材の軟化部中の肉を収容
保持し得るようになる。さらに、この端面に溝条が設け
られることにより、収容された肉が溝条内に食い込むよ
うになって、肉の保持力が向上する。この結果、端面の
内側に収容保持された肉が接合部材の表面側に排出され
難くなり、もって接合状態の良好な接合継手を得ること
ができるようになる。特に、この溝条が渦巻き状のもの
である場合には、該溝条内に食い込んだ肉が回転子の回
転動作に伴いプローブ側に吸い込まれるように塑性流動
されるようになり、この結果、端面の内側に収容保持さ
れた肉が更に排出され難くなって、肉の保持力が更に向
上し、もってより一層高品質の接合継手が得られるよう
になる。

【００１６】請求項２の発明に係る接合工具は、先端部
が接合部材の表面に圧接される径大の回転子と、接合部
材の接合予定部中に挿入される径小のプローブとを備え
た摩擦撹拌接合用の接合工具において、回転子の先端部
の端面が、その外周縁から該端面の回転中心部側に向か
って窪んだ凹面に形成されており、この端面の回転中心
部に、プローブが突設されるとともに、回転子の先端部
の外周面に、先端側に進むにつれてプローブ側に段階的
に接近する段状部が形成されていることを特徴としてい
る。

【００１７】この接合工具においては、回転子の先端部
の外周面に、先端側に進むにつれてプローブ側に段階的
に接近する段状部が形成されていることにより、該回転
子の先端部を接合部材の表面に圧接させると、その外周
面に形成されている段状部の肩部が接合部材の表面に押
し付けられ、これにより該回転子の先端部の外周面が接
合部材の表面に強く密着するようになる。この結果、端
面の内側に収容保持された接合部材の肉が排出され難く
なり、もって接合状態の良好な接合継手を得ることがで
きるようになる。

【００１８】また、請求項３の発明に係る摩擦撹拌接合
法は、上記請求項１又は２記載の接合工具を用いて接合
を行う摩擦撹拌接合法であって、プローブを接合部材の
接合予定部中に挿入するとともに、回転子の先端部を接
合部材の表面に圧接し、この状態で、回転子の回転軸線
を接合方向の前方側及び後方側に傾けないで該回転子の
先端部を接合予定部に沿って接合部材に対して相対的に
移動させることにより、接合を行うことを特徴としてい
る。

【００１９】この摩擦撹拌接合法によれば、回転子の回
転軸線を接合方向の前方側及び後方側に傾けないで該回
転子の先端部を接合予定部に沿って相対移動させること
により、接合作業が容易になる。したがって、接合予定
部が直線状に延びている場合はもとより、これが曲線状
に延びている場合であっても、回転子の先端部をこの接
合予定部に沿って容易に相対移動させ得るようになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施形態を図面
を参照して説明する。

【００２１】図１〜図３は、この発明（請求項１）の第
１実施形態を示している。図１において、（1a）（1b）
は２個の平板状の金属製接合部材である。この実施形態
では、各接合部材（1a）（1b）はともにアルミニウム又
はその合金からなるものであって、一方の接合部材（1
a）の肉厚と他方の接合部材（1b）の肉厚は同寸に設定
されている。そして、一方の接合部材（1a）の幅方向の
端部と他方の接合部材（1b）の幅方向の端部とが、表面
同士が面一に連なる態様にして突き合わされており、且
つ、この突合せ状態で支持部材（図示せず）によって両
接合部材（1a）（1b）がその裏面側から支持されてい
る。

【００２２】この実施形態では、こうして突合せ状態に
配置された両接合部材（1a）（1b）の突合せ部（３）を
該突合せ部（３）に沿って摩擦撹拌接合する場合につい
て示すものである。したがって、両接合部材（1a）（1
b）の突合せ部（３）が接合予定部となる。

【００２３】図１において、（10A）は摩擦撹拌接合用
の接合工具である。この接合工具（10A）は、先端部が
両接合部材（1a）（1b）の表面に圧接される径大の円柱
状回転子（11）と、突合せ部（３）中に挿入される径小
のピン状プローブ（13）とを備えている。前記回転子
（11）及びプローブ（13）は、両接合部材（1a）（1b）
よりも硬質で且つ接合時に発生する摩擦熱に耐えうる耐
熱材料から形成されている。

【００２４】この接合工具（10A）において、図２及び
図３に示すように、回転子（11）の先端部の外周面と端
面（13）との角部（11a）は、全周に亘って丸く面取り
されており、これにより、当該角部（11a）の圧接に伴
う両接合部材（1a）（1b）の表面の傷付きを防止し得る
ものとなされている。そして、該回転子（11）の先端部
の端面（12）は、その外周縁から該端面（12）の回転中
心部側に向かって一定勾配をもって窪んだ断面逆Ｖ字状
の凹面に形成されている。そして、この端面（12）の回
転中心部に、前記プローブ（13）が回転子（11）の回転
軸線（Ｑ）上に突出して一体に設けられている。

【００２５】さらに、この回転子（11）の先端部の端面
（12）には、図３（イ）に示すように、プローブ（13）
の基端部の位置を中心にした２本の渦巻き状の溝条（1
5）（15）が、互いに１８０°の位相差をもって、プロ
ーブ（13）の基端部の外周縁から端面（12）の外周縁に
及ぶ領域に亘って該プローブ（13）を取り巻く態様で設
けられている。この各溝条（15）は、図３（ロ）に示す
ように、断面コ字状のものであって、接合時に、この溝
条（15）内に、摩擦熱にて軟化した両接合部材（1a）
（1b）の軟化部中の肉を食い込ませることで、該端面
（12）の内側に収容された肉に対する保持力を向上させ
るためのものである。この溝条（15）は、幅ｗ1が０．
５〜２．０ｍｍ、平均深さｈ1が０．５×ｗ1〜２×ｗ1
ｍｍ、回転子（11）の回転軸線（Ｑ）を含む断面におい
て凹面に沿う方向のピッチｐ1が０．５×ｗ1〜３×ｗ1
ｍｍの範囲内に設定されていることが、かかる作用を確
実に奏し得るようになる点で、望ましい。

【００２６】一方、プローブ（13）の外周面には、摩擦
熱にて軟化した両接合部材（1a）（1b）の軟化部中の肉
を撹拌するための断面三角形状の撹拌用凸部（13a）
が、該プローブ（13）の略全長に亘って螺旋状に設けら
れている。この第１実施形態では、このプローブ（13）
は、Ｍ５のネジの軸部状に形成されたものであって、ネ
ジ山を撹拌用凸部（13a）とするものである。

【００２７】以上の構成の接合工具（10A）を用いて両
接合部材（1a）（1b）の突合せ部（３）を接合する場合
には、図１に示すように、まず回転子（11）をその回転
軸線（Ｑ）を中心に所定の回転方向Ｒに回転させ（その
回転方向は後述する）、これによりプローブ（13）を一
体回転させる。そして、回転しているプローブ（13）を
突合せ部（３）中に表面側から挿入するとともに、回転
している回転子（11）の先端部を両接合部材（1a）（1
b）の表面に圧接させ、更に、回転子（11）の回転軸線
（Ｑ）を両接合部材（1a）（1b）のプローブ挿入位置に
おける表面の法線Ｔに一致させる。このとき、回転子
（11）の先端部は、両接合部材（1a）（1b）の表面に圧
接されることで、図２に示すように両接合部材（1a）
（1b）中に僅かに埋入された状態になる。そして、この
状態を維持しながら、回転子（11）の先端部を突合せ部
（３）に沿って移動させる。この移動方向Ｍが接合方向
となる。なお、この発明では、プローブ（13）の突合せ
部（３）中への挿入は、両接合部材（1a）（1b）の長さ
方向の一端面から行っても良いことはもちろんである。

【００２８】すると、プローブ（13）の回転により発生
する摩擦熱と、回転子（11）の先端部の端面（12）と両
接合部材（1a）（1b）の表面との摺動に伴い発生する摩
擦熱とによって、両接合部材（1a）（1b）は、回転子
（11）の先端部及びプローブ（13）との接触部分近傍に
おいて軟化する。そして、両接合部材（1a）（1b）の軟
化部中の肉は、回転子（11）の先端部からの圧接力を受
けることによって該回転子（11）の先端部の端面（12）
内に収容保持され、もって当該肉が両接合部材（1a）
（1b）の外面側に排出され難くなる。さらには、こうし
て回転子（11）の先端部からの圧接力を受けることによ
って、当該肉が溝条（15）内に食い込んで、当該肉の排
出がより強く阻止されるようになる。

【００２９】こうして回転子（11）の先端部の端面（1
2）の内側に収容保持された両接合部材（1a）（1b）の
肉は、回転子（11）の先端部及びプローブ（13）の回転
力を受けることによって撹拌混合されるとともに、回転
子（11）の先端部の移動に伴って該先端部及びプローブ
（13）の通過溝を埋めるように塑性流動したのち、摩擦
熱を急速に失って冷却固化される。この現象が回転子
（11）の先端部の移動に伴って順次繰り返されていき、
最終的に両接合部材（1a）（1b）が突合せ部（３）にお
いて接合一体化され、もって所望する突合せ接合継手が
得られる。図１において、（４）は、両接合部材（1a）
（1b）の突合せ部（３）に形成された接合部を示してい
る。

【００３０】ここで、この第１実施形態では、回転子
（11）の回転方向Ｒは、図３（イ）に示すように、回転
子（11）の先端側から見て、溝条（15）がプローブ（1
3）の周りをプローブ（13）から遠ざかりながら回転す
る方向に、設定されている。このように設定することに
より、溝条（15）内に食い込んだ肉が端面（12）の回転
動作に伴いプローブ（13）側に吸い込まれるように塑性
流動されるようになり、このため、肉の排出をより一層
強く阻止できるようになって、より一層良好な接合部
（４）を形成できるようになる。

【００３１】以上の摩擦撹拌接合法においては、接合工
具（10A）として、回転子（11）の先端部の端面（12）
が上述したような凹面に形成されており且つこの端面
（12）に上述した渦巻き状の溝条（15）が設けられたも
のが用いられているから、接合の際に回転子（11）の回
転軸線（Ｑ）を接合方向（Ｍ）後方側に傾斜させなくて
も、両接合部材（1a）（1b）の肉を端面（12）の内側に
しっかりと収容保持することができる。したがって、こ
の接合工具（10A）によれば、回転子（11）の回転軸線
（Ｑ）を両接合部材（1a）（1b）のプローブ挿入位置に
おける表面の法線Ｔに一致させた状態で、回転子（11）
の先端部の移動操作（接合操作）を行うことができる。
このため、突合せ部（３）がこの実施形態のように直線
状に延びている場合はもとより、これが曲線状に延びて
いる場合（図示せず）であっても、回転子（11）の先端
部の移動操作を容易に行うことができるようになる。

【００３２】さらに、この接合工具（10A）によれば、
両接合部材（1a）（1b）の肉を端面（12）の内側にしっ
かりと収容保持できるようになっているから、肉不足に
よる接合欠陥（空洞部等）を防止できるし、肉の排出に
伴うバリの発生を防止できるし、更には、肉の排出に伴
って接合部（４）の肉厚が減少する不具合を防止するこ
ともできる。したがって、この接合工具（10A）を用い
て接合を行うことにより、接合状態の良好な突合せ接合
継手を得ることができる。

【００３３】なお、この発明では、渦巻き状の溝条（1
5）は、１本であっても良いし、３本等の複数本であっ
ても良いことはもちろんである。

【００３４】図４は、この発明（請求項１）の第２実施
形態の接合工具（10B）を示している。同図には、上記
第１実施形態の接合工具（10A）と同じ要素に、同一の
符号が付されている。

【００３５】この接合工具（10B）においては、回転子
（11）の先端部の端面（12）には、該端面（12）の回転
中心部を中心にした、互いに半径の異なる３本の環状の
溝条（16）（16）（16）が、プローブ（13）を取り囲む
態様で同心状に設けられている。この溝条（16）におけ
る望ましい幅ｗ2、平均深さｈ2及びピッチｐ2は、上記
第１実施形態の接合工具（10A）の溝条（15）の場合と
同じである。

【００３６】この接合工具（10B）の他の構成は、上記
第１実施形態の接合工具（10A）と同一である。また、
この接合工具（10B）を用いて接合を行う接合方法につ
いても、上記第１実施形態で示された接合方法と同じで
あり、重複する説明を省略する。

【００３７】この接合工具（10B）によれば、回転子（1
1）の先端部からの圧接力を受けることによって、両接
合部材（1a）（1b）の肉が回転子（11）の先端部の端面
（12）の内側に収容保持される。さらに、当該肉が溝条
（16）内に食い込むことにより、当該肉の排出がより強
く阻止されるようになり、もって接合状態の良好な突合
せ接合継手を得ることができるようになる。

【００３８】なお、この発明では、環状の溝条（16）
は、１個であっても良いし、３本等の複数個であっても
良いことはもちろんである。

【００３９】図５は、この発明（請求項２）の第３実施
形態の接合工具（10C）を示している。同図には、上記
第１実施形態の接合工具（10A）と同じ要素に、同一の
符号が付されている。

【００４０】この接合工具（10C）においては、回転子
（11）の先端部の端面（12）には溝条（15）が設けられ
ておらず、回転子（11）の先端部の外周面に、先端側に
進むにつれてプローブ（13）側に段階的に接近する断面
Ｌ字状の２段の段状部が、該回転子（11）の回転軸線
（Ｑ）を中心にして全周に亘って形成されている。図５
（ロ）において、（17）（17）は段状部の肩部を示して
いる。

【００４１】この接合工具（10C）の他の構成は、上記
第１実施形態の接合工具（10A）と同一であり、またこ
の接合工具（10C）を用いて接合を行う接合方法につい
ても、上記第１実施形態で示された接合方法と同じであ
り、重複する説明を省略する。

【００４２】この接合工具（10C）によれば、回転子（1
1）の先端部の外周面に２段の段状部が形成されている
ので、接合の際に、該回転子（11）の先端部を両接合部
材（1a）（1b）の表面に圧接することによって、これら
２段の段状部の肩部（17）（17）を両接合部材（1a）
（1b）の表面に押し付けることができるようになり、こ
れにより、該回転子（11）の先端部の外周面を両接合部
材（1a）（1b）の表面に強く密着させることができるよ
うになる。この結果、端面（12）の内側に収容保持され
た両接合部材（1a）（1b）の肉が排出され難くなり、も
って接合状態の良好な突合せ接合継手を得ることができ
るようになる。

【００４３】この接合工具（10C）において、各段状部
は、段差ｓが０．３〜１ｍｍの範囲内に設定されている
ことが、上述した作用を確実に奏し得るようになる点
で、望ましい。

【００４４】なお、この発明では、段状部の段数は、１
段であっても良いし、３段等の複数段であっても良いこ
とはもちろんである。

【００４５】以上、この発明の第１〜第３実施形態につ
いて説明したが、この発明はこれら実施形態に限定され
るものではなく、様々に設定変更可能である。

【００４６】例えば、接合工具の回転子（11）の先端部
の端面（12）は、その外周縁から該端面（12）の回転中
心部側に向かって窪んだ断面円弧状の凹面に形成されて
いても良い。

【００４７】また、接合工具は、回転子（11）の先端部
の外周面に段状部が形成され、且つ該回転子（11）の先
端部の端面（12）に渦巻き状の溝条（15）又は環状の溝
条（16）が設けられたものであっても良い。

【００４８】また、接合操作については、接合工具の回
転子（11）の先端部の位置を固定しておき、突合せ部
（３）が順次、回転子（11）の先端部を通過するように
両接合部材（1a）（1b）を移動させることにより、接合
を行っても良い。

【００４９】

【実施例】次に、この発明の具体的実施例を示す。

【００５０】＜実施例１＞平板状のアルミニウム合金か
らなる２個の同形同寸の接合部材（材質：Ａ６０６３−
Ｔ５、寸法：長さ２００ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚さ４ｍ
ｍ）を準備した。そして、一方の接合部材の幅方向の端
部と他方の接合部材の幅方向の端部とを、表面同士が面
一に連なる態様で突き合わせた。そして、両接合部材の
突合せ部を、図１〜図３に示された上記第１実施形態の
接合工具（10A）を用いて上記第１実施形態の接合方法
に従って全長に亘って接合した。ここでは、回転子の回
転軸線Ｑを両接合部材のプローブ挿入位置における表面
の法線Ｔに一致させた状態で、すなわち、法線Ｔに対す
る回転子の回転軸線Ｑの接合方向後方側への傾斜角θを
０°に設定して、接合を行った。

【００５１】この接合の際に使用された接合工具（10
A）は、プローブ（13）がＭ５のネジの軸部状に形成さ
れているものであって、回転子（11）の先端部の外径が
１５ｍｍ、プローブ（13）の長さが４ｍｍのものであ
る。また、この接合工具（10A）の溝条（15）の寸法及
びこの接合の際に適用された接合条件は、次の通りであ
る。

【００５２】［接合工具の溝条の寸法］・溝条の幅ｗ1…１ｍｍ・溝条の平均深さｈ1…１ｍｍ・溝条のピッチｐ1…１ｍｍ［接合条件］・回転子の回転数…１０００ｒｐｍ・接合速度…６００ｍｍ／ｍｉｎ＜実施例２＞両接合部材の突合せ部を、図４に示された
上記第２実施形態の接合工具（10B）を用いて全長に亘
って接合した。この接合の際に使用された接合工具（10
B）の溝条の寸法及びこの接合の際に適用された接合条
件は、次の通りである。他の接合工具の寸法及び接合条
件は、上記実施例１と同じである。

【００５３】［接合工具の溝条の寸法］・溝条の幅ｗ2…１ｍｍ・溝条の平均深さｈ2…１ｍｍ・溝条のピッチｐ2…１ｍｍ＜実施例３＞両接合部材の突合せ部を、図５に示された
上記第３実施形態の接合工具（10C）を用いて全長に亘
って接合した。この接合の際に使用された接合工具（10
C）の段状部の寸法及びこの接合の際に適用された接合
条件は、次の通りである。他の接合工具の寸法及び接合
条件は、上記実施例１と同じである。

【００５４】［接合工具の段状部の寸法］・段状部の段差ｓ…０．５ｍｍ＜比較例１＞両接合部材の突合せ部を、図７に示された
接合工具（110A）を用いて全長に亘って接合した。他の
接合条件は上記実施例１と同じである。

【００５５】＜比較例２＞両接合部材の突合せ部を、図
８に示された接合工具（110B）を用いて全長に亘って接
合した。他の接合条件は上記実施例１と同じである。

【００５６】＜比較例３＞両接合部材の突合せ部を、図
８に示された接合工具（110B）を用いて全長に亘って接
合した。ここでは、法線Ｔに対する回転子の回転軸線の
接合方向後方側への傾斜角θを３°に設定して、接合を
行った。他の接合条件は上記実施例１と同じである。

【００５７】以上の実施例１〜３及び比較例１〜３で得
られた突合せ接合継手について、接合部の表面状態を肉
眼にて調べ、また接合部の内部欠陥の有無をＸ線試験に
より調べた。この結果を表１に示す。

【００５８】

【表１】

【００５９】なお、表１中の「接合部の表面状態」の欄
において、×は接合部の表面状態が不良であるものを示
している。一方、△、○、◎は接合部の表面状態が良好
であるものを示すとともに、この順に表面状態が良好で
あることを示している。

【００６０】表１に示すように、実施例１〜３では、い
ずれも、接合部の表面状態が良好であり、しかも接合部
に空洞部等の内部欠陥が生じておらず、更には接合部の
肉厚が殆ど減少していなかったことから、接合の際に回
転子の回転軸線を接合方向後方側に傾斜させなくても、
良好な接合部を形成できることが分かった。特に、実施
例１では、表面状態の極めて良好な接合部を形成するこ
とができ、したがって極めて高品質の突合せ接合継手を
得ることができることを確認し得た。

【００６１】一方、比較例１及び２では、接合部に空洞
部等の内部欠陥が生じてしまい、良好な接合部を形成で
きないことが分かった。また、比較例１では、接合部の
表面にバリが発生してしまい、表面状態が不良になるこ
とが分かった。

【００６２】

【発明の効果】上述の次第で、請求項１の発明に係る接
合工具は、回転子の先端部の端面が、その外周縁から該
端面の回転中心部側に向かって窪んだ凹面に形成されて
おり、この端面の回転中心部に、プローブが突設される
とともに、この端面に、プローブを取り巻く態様で渦巻
き状又は環状の溝条が設けられているものなので、この
接合工具によれば、接合時に、回転子の先端部の端面の
内側に、摩擦熱にて軟化した接合部材の軟化部中の肉を
収容保持することができるし、その上、収容された肉を
溝条内に食い込ませることができるから、該肉をしっか
りと保持することができて、肉の排出を抑制できるよう
になる。したがって、この接合工具によれば、接合の際
に、回転子の回転軸線を接合方向の後方側に傾斜させな
くても、良好な接合部を形成することができる。特に、
溝条が渦巻き状のものである場合には、肉をよりしっか
りと保持することができる。したがって、肉の排出をよ
り一層抑制することができるようになって、より一層良
好な接合部を形成できるようになる。

【００６３】請求項２の発明に係る接合工具は、回転子
の先端部の端面が、その外周縁から該端面の回転中心部
側に向かって窪んだ凹面に形成されており、この端面の
回転中心部に、プローブが突設されるとともに、回転子
の先端部の外周面に、先端側に進むにつれてプローブ側
に段階的に接近する段状部が形成されているものなの
で、この接合工具によれば、接合時に、回転子の先端部
を接合部材の表面に圧接させることにより、その外周面
に形成されている段状部の肩部を接合部材の表面に押し
付けることができて、該回転子の先端部の外周面を接合
部材の表面に強く密着させることができる。したがっ
て、端面の内側に収容保持された接合部材の肉の排出を
抑制することができるようになる。したがって、この接
合工具によれば、接合の際に、回転子の回転軸線を接合
方向の後方側に傾斜させなくても、良好な接合部を形成
することができる。

【００６４】また、請求項３の発明に係る摩擦撹拌接合
法は、上記請求項１又は２記載の接合工具を用いて接合
を行う摩擦撹拌接合法において、プローブを接合部材の
接合予定部中に挿入するとともに、回転子の先端部を接
合部材の表面に圧接し、この状態で、回転子の回転軸線
を接合方向の前方側及び後方側に傾けないで該回転子の
先端部を接合線に沿って接合部材に対して相対的に移動
させることにより、接合を行うものであるから、接合予
定部が直線状に延びている場合はもとより、これが曲線
状に延びている場合であっても、回転子の先端部をこの
接合予定部に沿って容易に相対移動させることができる
ようになって、接合操作を容易に行うことができるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態の接合工具を用いて接
合を行う場合における接合途中の状態を示す斜視図であ
る。

【図２】図１中のII−II線拡大断面図である。

【図３】（イ）は第１実施形態の接合工具を先端側から
視た底面図、（ロ）は（イ）中のIII−III線断面図であ
る。

【図４】（イ）は第２実施形態の接合工具を先端側から
視た底面図、（ロ）は（イ）中のIV−IV線断面図であ
る。

【図５】（イ）は第３実施形態の接合工具の半断面側面
図、（ロ）は（イ）中のＡ部分の拡大断面図である。

【図６】従来の接合工具を用いて接合を行う場合におけ
る接合途中の状態を示す斜視図である。

【図７】図６中のVII−VII線の拡大断面図である。

【図８】従来のもう一つの接合工具を示す、図７に対応
する拡大断面図である。

【符号の説明】

１…接合部材３…突合せ部（接合予定部）４…接合部 10A…第１実施形態の接合工具 10B…第２実施形態の接合工具 10C…第３実施形態の接合工具 11…回転子 12…端面 13…プローブ 15…渦巻き状の溝条 16…環状の溝条 17…段状部の肩部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長野喜隆堺市海山町６丁224番地昭和アルミニウム株式会社内Ｆターム(参考） 4E067 AA05 BG00 CA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端部が接合部材（１）の表面に圧接さ
れる径大の回転子（11）と、接合部材（１）の接合予定
部（３）中に挿入される径小のプローブ（13）とを備え
た摩擦撹拌接合用の接合工具（10A）（10B）において、回転子（11）の先端部の端面（12）が、その外周縁から
該端面（12）の回転中心部側に向かって窪んだ凹面に形
成されており、この端面（12）の回転中心部に、プローブ（13）が突設
されるとともに、この端面（12）に、プローブ（13）を取り巻く態様で渦
巻き状又は環状の溝条（15）（16）が設けられているこ
とを特徴とする摩擦撹拌接合用接合工具。
【請求項２】先端部が接合部材（１）の表面に圧接さ
れる径大の回転子（11）と、接合部材（１）の接合予定
部（３）中に挿入される径小のプローブ（13）とを備え
た摩擦撹拌接合用の接合工具（10C）において、回転子（11）の先端部の端面（12）が、その外周縁から
該端面（12）の回転中心部側に向かって窪んだ凹面に形
成されており、この端面（12）の回転中心部に、プローブ（13）が突設
されるとともに、回転子（11）の先端部の外周面に、先端側に進むにつれ
てプローブ側に段階的に接近する段状部が形成されてい
ることを特徴とする摩擦撹拌接合用接合工具。
【請求項３】請求項１又は２記載の接合工具を用いて
接合を行う摩擦撹拌接合法であって、プローブ（13）を接合部材（１）の接合予定部（３）中
に挿入するとともに、回転子（11）の先端部を接合部材
（１）の表面に圧接し、この状態で、回転子（11）の回
転軸線（Ｑ）を接合方向の前方側及び後方側に傾けない
で該回転子（11）の先端部を接合予定部（３）に沿って
接合部材（１）に対して相対的に移動させることによ
り、接合を行うことを特徴とする摩擦撹拌接合法。