JP2002153979A - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
摩擦攪拌接合方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 アルミニウム又はアルミニウム合金からなる
ナットを、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる
母材に、短時間で接合し、所要の接合強度を有し、入
熱、歪みが少なく、母材の接合前の平面度、面粗度、材
料強度が維持でき、安定した接合条件が得られる接合方
法を提供する。 【解決手段】 アルミニウム又はアルミニウム合金から
なるナット材１を回転させつつ、アルミニウム又はアル
ミニウム合金からなる母材３に当接させ、前記当接部分
に摩擦攪拌を生じさせ、ナット１と母材３とを溶融させ
ずに摩擦攪拌接合させる。
ナットを、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる
母材に、短時間で接合し、所要の接合強度を有し、入
熱、歪みが少なく、母材の接合前の平面度、面粗度、材
料強度が維持でき、安定した接合条件が得られる接合方
法を提供する。 【解決手段】 アルミニウム又はアルミニウム合金から
なるナット材１を回転させつつ、アルミニウム又はアル
ミニウム合金からなる母材３に当接させ、前記当接部分
に摩擦攪拌を生じさせ、ナット１と母材３とを溶融させ
ずに摩擦攪拌接合させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム又は
アルミニウム合金からなる被接合部材をアルミニウム又
はアルミニウム合金からなる母材に接合する方法で、被
接合部材を回転させつつ母材に当接させ、被接合部材と
母材との当接部分に摩擦攪拌を生じさせ、被接合部材と
母材とを溶融させずに摩擦攪拌接合する方法に関する。
アルミニウム合金からなる被接合部材をアルミニウム又
はアルミニウム合金からなる母材に接合する方法で、被
接合部材を回転させつつ母材に当接させ、被接合部材と
母材との当接部分に摩擦攪拌を生じさせ、被接合部材と
母材とを溶融させずに摩擦攪拌接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球環境保護あるいは省資源の観
点から、自動車の排出ガスに含まれる有害成分や二酸化
炭素生成の抑制、燃料経済性の向上が強く要請されてい
る。これらの要請に応える方法の一つとして、自動車の
軽量化が挙げられる。自動車の軽量化には、軽量材料の
使用が有効であり、自動車の車体及び部品材料の鋼から
アルミニウムへの置換が盛んに検討されている。即ち、
自動車の車体構造において、鋼板プレス品に鋼鉄ボル
ト、鋼鉄ナット等の部品を取付ける際、一般に、スタッ
ド溶接による鋼鉄ボルトの取付けやプロジェクション溶
接による鋼鉄ナットの取付け等が広く行われている。従
って、アルミニウム合金からなるプレス品を自動車の車
体構造に用いる場合にも、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金からなるプレス品にアルミニウム又はアルミニウ
ム合金からなるナットやボルトを接合する同様の溶接技
術の転用が考えられる。
点から、自動車の排出ガスに含まれる有害成分や二酸化
炭素生成の抑制、燃料経済性の向上が強く要請されてい
る。これらの要請に応える方法の一つとして、自動車の
軽量化が挙げられる。自動車の軽量化には、軽量材料の
使用が有効であり、自動車の車体及び部品材料の鋼から
アルミニウムへの置換が盛んに検討されている。即ち、
自動車の車体構造において、鋼板プレス品に鋼鉄ボル
ト、鋼鉄ナット等の部品を取付ける際、一般に、スタッ
ド溶接による鋼鉄ボルトの取付けやプロジェクション溶
接による鋼鉄ナットの取付け等が広く行われている。従
って、アルミニウム合金からなるプレス品を自動車の車
体構造に用いる場合にも、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金からなるプレス品にアルミニウム又はアルミニウ
ム合金からなるナットやボルトを接合する同様の溶接技
術の転用が考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金からなる部材のプロジェク
ション溶接は容易ではない。アルミニウム合金からなる
プレス品にアルミニウム合金からなるナットを接合する
方法として、MIG溶接（Metal Inert Gas Arc Welding）
やTIG溶接（Tungsten Inert Gas Arc Welding）が用い
られているが、それらの方法は溶接時間が長い上、入熱
及び溶接による歪みが大きいという問題がある。このた
め、アルミニウム合金からなるナットに広いフランジ部
を設け、そのフランジ部の数箇所をアルミニウム合金か
らなるプレス品に溶接しているのが現状である。鋼板の
プロジェクション溶接の場合のように、数箇所の突起が
下部に設けられた鋼鉄ナットを鋼板プレス品に近づけ、
電流を流して抵抗発熱させ、短時間で接合する方法が望
ましい。
ニウム又はアルミニウム合金からなる部材のプロジェク
ション溶接は容易ではない。アルミニウム合金からなる
プレス品にアルミニウム合金からなるナットを接合する
方法として、MIG溶接（Metal Inert Gas Arc Welding）
やTIG溶接（Tungsten Inert Gas Arc Welding）が用い
られているが、それらの方法は溶接時間が長い上、入熱
及び溶接による歪みが大きいという問題がある。このた
め、アルミニウム合金からなるナットに広いフランジ部
を設け、そのフランジ部の数箇所をアルミニウム合金か
らなるプレス品に溶接しているのが現状である。鋼板の
プロジェクション溶接の場合のように、数箇所の突起が
下部に設けられた鋼鉄ナットを鋼板プレス品に近づけ、
電流を流して抵抗発熱させ、短時間で接合する方法が望
ましい。
【０００４】又、入熱が少なく、接合部材の硬度低下や
歪みが少ないアルミニウム合金からなる部材の接合方法
として、摩擦突合わせ溶接法が特許第２７１２８３８号
公報に開示されている。この方法は、硬質の裏当ての上
に接合するための軟質素材同士を突合わせて固定し、硬
質のピン形状の工具を、回転させながら突合わせ部に挿
入し移動させる方法で、接合部が溶融しないのが特長で
ある。しかし、この方法は硬質の裏当てを必要とし、突
合わせ溶接は可能であるが、ナット等をプレス品に接合
する方法としては用いられていない。
歪みが少ないアルミニウム合金からなる部材の接合方法
として、摩擦突合わせ溶接法が特許第２７１２８３８号
公報に開示されている。この方法は、硬質の裏当ての上
に接合するための軟質素材同士を突合わせて固定し、硬
質のピン形状の工具を、回転させながら突合わせ部に挿
入し移動させる方法で、接合部が溶融しないのが特長で
ある。しかし、この方法は硬質の裏当てを必要とし、突
合わせ溶接は可能であるが、ナット等をプレス品に接合
する方法としては用いられていない。
【０００５】そこで、本発明の目的は、自動車等のアル
ミニウム又はアルミニウム合金からなる部材の使用部位
において、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる
ナット、ボルト等をアルミニウム又はアルミニウム合金
からなる母材に短時間で接合し、所要の接合強度を有
し、入熱、歪みが少なく、従ってナットや母材の材質劣
化を伴わず、所要の接合寸法精度が得られ、母材の接合
前の平面度、面粗度が維持でき、更に安定した接合条件
が確保できる接合方法を提供することにある。
ミニウム又はアルミニウム合金からなる部材の使用部位
において、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる
ナット、ボルト等をアルミニウム又はアルミニウム合金
からなる母材に短時間で接合し、所要の接合強度を有
し、入熱、歪みが少なく、従ってナットや母材の材質劣
化を伴わず、所要の接合寸法精度が得られ、母材の接合
前の平面度、面粗度が維持でき、更に安定した接合条件
が確保できる接合方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記目的
を達成するため、本発明では、被接合部材を回転させつ
つ母材に当接させ、前記当接部分に摩擦攪拌を生じさ
せ、被接合部材と母材とを溶融させずに接合する摩擦攪
拌接合方法を提供する。
を達成するため、本発明では、被接合部材を回転させつ
つ母材に当接させ、前記当接部分に摩擦攪拌を生じさ
せ、被接合部材と母材とを溶融させずに接合する摩擦攪
拌接合方法を提供する。
【０００７】具体的には、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金からなる被接合部材をアルミニウム又はアルミニ
ウム合金からなる母材に接合する場合に、被接合部材自
体又は被接合部材を装着した治具を所定の回転数で回転
させつつ母材に当接させ、被接合部材と母材との当接部
分に摩擦発熱による摩擦攪拌を次の二段階で生じさせ
る。
ム合金からなる被接合部材をアルミニウム又はアルミニ
ウム合金からなる母材に接合する場合に、被接合部材自
体又は被接合部材を装着した治具を所定の回転数で回転
させつつ母材に当接させ、被接合部材と母材との当接部
分に摩擦発熱による摩擦攪拌を次の二段階で生じさせ
る。
【０００８】第一段階は、被接合部材と母材との当接部
分の一部あるいは被接合部材を装着した治具と当接する
母材の当接部分の一部に局部的に生じさせる摩擦攪拌で
ある。第二段階は、被接合部材の接合すべき面全域と被
接合部材の接合すべき面が当接する母材の当接部分との
両方に生じさせる摩擦攪拌である。
分の一部あるいは被接合部材を装着した治具と当接する
母材の当接部分の一部に局部的に生じさせる摩擦攪拌で
ある。第二段階は、被接合部材の接合すべき面全域と被
接合部材の接合すべき面が当接する母材の当接部分との
両方に生じさせる摩擦攪拌である。
【０００９】第一段階の摩擦攪拌は二つの方法で生じさ
せることができる。第一の方法は、被接合部材の一部に
突起部を設け、前記突起部を母材に当接させるようにす
る方法である。被接合部材としてナットを用いた場合、
ナットのネジ穴の母材に近い側を閉塞させる。この閉塞
部の端面を母材と接合すべき面とし、その接合すべき面
の中心部に円柱状の突起部を設ける。円柱状の突起部の
大きさは、直径がナット下面の直径の１／３程度、高さ
が０．１mmから突起部の直径までの間とすることが好ま
しい。そして、この突起部が母材に当接するようにし
て、被接合部材と母材との当接部分に摩擦攪拌を生じさ
せる。その場合、被接合部材の硬度が母材の硬度より高
くなるように材料を選択し、母材側により十分な摩擦攪
拌を生じさせることが望ましい。
せることができる。第一の方法は、被接合部材の一部に
突起部を設け、前記突起部を母材に当接させるようにす
る方法である。被接合部材としてナットを用いた場合、
ナットのネジ穴の母材に近い側を閉塞させる。この閉塞
部の端面を母材と接合すべき面とし、その接合すべき面
の中心部に円柱状の突起部を設ける。円柱状の突起部の
大きさは、直径がナット下面の直径の１／３程度、高さ
が０．１mmから突起部の直径までの間とすることが好ま
しい。そして、この突起部が母材に当接するようにし
て、被接合部材と母材との当接部分に摩擦攪拌を生じさ
せる。その場合、被接合部材の硬度が母材の硬度より高
くなるように材料を選択し、母材側により十分な摩擦攪
拌を生じさせることが望ましい。
【００１０】第二の方法は、被接合部材を装着した治具
の一部に突出部を設け、前記突出部を母材に当接させる
ようにする方法である。即ち、治具の回転中心部に突出
部を設け、前記突出部が被接合部材の貫通穴を貫通し
て、被接合部材の接合すべき面より母材側に突出するよ
うにする。被接合部材としてナットを用いた場合、前記
突出部を円柱状に形成し、円柱状の突出部の大きさは、
直径がナット下面の直径の１／３程度、ナットの接合す
べき面からの突出部の高さが０．１mmから突出部の直径
までの間とすることが好ましい。治具の突出部を鋼鉄で
構成すると、鋼鉄の融点は１５００℃程度であるので、
当接によって治具が摩擦熱の影響を受けることはない。
そして、この突出部が母材に当接するようにして、母材
の当接部分に摩擦攪拌を生じさせる。
の一部に突出部を設け、前記突出部を母材に当接させる
ようにする方法である。即ち、治具の回転中心部に突出
部を設け、前記突出部が被接合部材の貫通穴を貫通し
て、被接合部材の接合すべき面より母材側に突出するよ
うにする。被接合部材としてナットを用いた場合、前記
突出部を円柱状に形成し、円柱状の突出部の大きさは、
直径がナット下面の直径の１／３程度、ナットの接合す
べき面からの突出部の高さが０．１mmから突出部の直径
までの間とすることが好ましい。治具の突出部を鋼鉄で
構成すると、鋼鉄の融点は１５００℃程度であるので、
当接によって治具が摩擦熱の影響を受けることはない。
そして、この突出部が母材に当接するようにして、母材
の当接部分に摩擦攪拌を生じさせる。
【００１１】次に、第二段階の摩擦攪拌を生じさせるた
めに、前記治具を母材側に更に押し進めて、被接合部材
の接合すべき面を母材に当接させる。そうすると、被接
合部材の接合すべき面及びその付近と被接合部材に当接
する母材の当接部分との両方に摩擦攪拌が広がる。この
時点で治具の回転を止め、母材から引離す。これにより
接合が終了し、被接合部材と母材との当接部分に溶融し
ていない塑性流動部が形成され、強固な固相接合領域が
得られる。その場合、被接合部材の硬度が母材の硬度よ
り高くなるように材料を選択し、母材側により十分な摩
擦攪拌を生じさせることが望ましい。接合の所要時間
は、約１〜２秒間である。
めに、前記治具を母材側に更に押し進めて、被接合部材
の接合すべき面を母材に当接させる。そうすると、被接
合部材の接合すべき面及びその付近と被接合部材に当接
する母材の当接部分との両方に摩擦攪拌が広がる。この
時点で治具の回転を止め、母材から引離す。これにより
接合が終了し、被接合部材と母材との当接部分に溶融し
ていない塑性流動部が形成され、強固な固相接合領域が
得られる。その場合、被接合部材の硬度が母材の硬度よ
り高くなるように材料を選択し、母材側により十分な摩
擦攪拌を生じさせることが望ましい。接合の所要時間
は、約１〜２秒間である。
【００１２】又、上記摩擦攪拌は、４００〜４５０℃程
度で生じているが、アルミニウム又はアルミニウム合金
からなる部材の融点はそれより高く５００〜６６０℃程
度である。このことは、被接合部材及び母材に融点以下
の温度で摩擦攪拌が生じていることを示している。この
ため、被接合部材と母材とは溶融せずに接合する。従っ
て、接合による母材の歪みやうねりが少なく、母材の接
合前の平面度、面粗度等が維持される。又、材料の溶融
に伴う材質の劣化が生じないので、被接合部材及び母材
の接合による強度低下はない。
度で生じているが、アルミニウム又はアルミニウム合金
からなる部材の融点はそれより高く５００〜６６０℃程
度である。このことは、被接合部材及び母材に融点以下
の温度で摩擦攪拌が生じていることを示している。この
ため、被接合部材と母材とは溶融せずに接合する。従っ
て、接合による母材の歪みやうねりが少なく、母材の接
合前の平面度、面粗度等が維持される。又、材料の溶融
に伴う材質の劣化が生じないので、被接合部材及び母材
の接合による強度低下はない。
【００１３】更に、本発明では、母材に下穴等を加工す
る必要がないので、ナット等の被接合部材を母材の任意
の位置に容易に接合することができる。
る必要がないので、ナット等の被接合部材を母材の任意
の位置に容易に接合することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態としての具体
例を、添付図面に基づいて説明する。最初に、図１から
図４までを参照して、第一実施例について説明する。図
１は、被接合部材としてのアルミニウム合金からなるナ
ットを回転治具に装着した状態を示す部分断面図であ
る。図２は、図１のナット装着状態の回転治具を下方
（図１のＸ方向）から見た図である。図３、４は、図１
のナットをアルミニウム合金からなる母材に接合する過
程を示す部分断面図である。
例を、添付図面に基づいて説明する。最初に、図１から
図４までを参照して、第一実施例について説明する。図
１は、被接合部材としてのアルミニウム合金からなるナ
ットを回転治具に装着した状態を示す部分断面図であ
る。図２は、図１のナット装着状態の回転治具を下方
（図１のＸ方向）から見た図である。図３、４は、図１
のナットをアルミニウム合金からなる母材に接合する過
程を示す部分断面図である。
【００１５】図１に示すように、被接合部材としてのナ
ット１は、その中心軸が回転治具２の回転軸と同軸にな
るように、回転治具２に装着されている。回転治具２
は、ナット１を回転させつつ、母材３の面に直角方向か
ら近づくように直線運動することができる。又、ナット
１はそのネジ穴の片側（図１のＸ方向）が閉塞してお
り、その閉塞側の端面が母材３との接合面１bとなって
いる。接合面１bの中心部には、高さH１の円柱状の突起
部１aが設けられている。
ット１は、その中心軸が回転治具２の回転軸と同軸にな
るように、回転治具２に装着されている。回転治具２
は、ナット１を回転させつつ、母材３の面に直角方向か
ら近づくように直線運動することができる。又、ナット
１はそのネジ穴の片側（図１のＸ方向）が閉塞してお
り、その閉塞側の端面が母材３との接合面１bとなって
いる。接合面１bの中心部には、高さH１の円柱状の突起
部１aが設けられている。
【００１６】次に、ナット１を母材３に接合させる過程
を図３、４に基づいて説明する。図３（a）に示すよう
に、ナット１が装着された回転治具２を２０００〜３０
００rpmの回転数で回転させつつ、ナット１の突起部１a
を母材３の回転治具２に近い側の面に当接させる。この
場合、ナット１と母材３の当接部分は、ナット１の接合
面１bの中心部に設けられている円柱状の突起部１a一箇
所のみであり、当接による摩擦熱は、突起部１aを中心
に、図３（a）の当接部３a部分に集中的に発生する。こ
の摩擦熱により、図３（a）の当接部３a部分は４００〜
４５０℃程度に加熱され、局部的に軟化する。
を図３、４に基づいて説明する。図３（a）に示すよう
に、ナット１が装着された回転治具２を２０００〜３０
００rpmの回転数で回転させつつ、ナット１の突起部１a
を母材３の回転治具２に近い側の面に当接させる。この
場合、ナット１と母材３の当接部分は、ナット１の接合
面１bの中心部に設けられている円柱状の突起部１a一箇
所のみであり、当接による摩擦熱は、突起部１aを中心
に、図３（a）の当接部３a部分に集中的に発生する。こ
の摩擦熱により、図３（a）の当接部３a部分は４００〜
４５０℃程度に加熱され、局部的に軟化する。
【００１７】更に回転治具２を下方（図３（b）のＸ方
向）に移動させると、ナット１の突起部１aの先端が母
材３の中に没入される。例えば、ナット１の材質にジュ
ラルミンを、又、母材３の材質にアルミニウムを選択す
ると、それらの融点は５１０℃及び６６０℃程度である
ので、ナット１の突起部１aとその周辺部の母材３の温
度は前記融点以下であり、溶融状態には至らない。そう
すると、図３（b）に示すように、ナット１の突起部１a
の母材３の中に没入された部分及び周辺部の母材３の両
方に、ナット１及び母材３の融点５１０℃及び６６０℃
よりも低い温度で塑性流動即ち摩擦攪拌が発生し、図３
（b）の３b部分が固相接合状態となる。
向）に移動させると、ナット１の突起部１aの先端が母
材３の中に没入される。例えば、ナット１の材質にジュ
ラルミンを、又、母材３の材質にアルミニウムを選択す
ると、それらの融点は５１０℃及び６６０℃程度である
ので、ナット１の突起部１aとその周辺部の母材３の温
度は前記融点以下であり、溶融状態には至らない。そう
すると、図３（b）に示すように、ナット１の突起部１a
の母材３の中に没入された部分及び周辺部の母材３の両
方に、ナット１及び母材３の融点５１０℃及び６６０℃
よりも低い温度で塑性流動即ち摩擦攪拌が発生し、図３
（b）の３b部分が固相接合状態となる。
【００１８】この状態から、回転治具２を更に下方に移
動させて、図４（a）に示すように、ナット１の接合面
１bを母材３に当接させる。その状態では、ナット１の
接合面１b付近及びそれに当接する部分の母材３の両方
に塑性流動即ち摩擦攪拌が広がり、図４（a）の３c部分
が固相接合状態となる。
動させて、図４（a）に示すように、ナット１の接合面
１bを母材３に当接させる。その状態では、ナット１の
接合面１b付近及びそれに当接する部分の母材３の両方
に塑性流動即ち摩擦攪拌が広がり、図４（a）の３c部分
が固相接合状態となる。
【００１９】そして、この時点で回転治具２の回転を止
め、回転治具２を図４（b）のＹ方向に移動させ母材よ
り引離す。この段階で接合が終了し、図４（b）の３d部
分に、溶融していない塑性流動部が形成され、強固な固
相接合領域が得られる。又、溶接とは異なり、母材３が
溶融していないので、母材３に歪みやうねりが少なく、
母材３の接合前の平面度、面粗度が保たれる。なお、回
転治具２は鋼鉄で構成されているので、その融点は１５
００℃程度であり、アルミニウム合金からなるナット１
及び母材３の融点より高く、上記接合過程で変形等の摩
擦熱による影響を全く受けない。
め、回転治具２を図４（b）のＹ方向に移動させ母材よ
り引離す。この段階で接合が終了し、図４（b）の３d部
分に、溶融していない塑性流動部が形成され、強固な固
相接合領域が得られる。又、溶接とは異なり、母材３が
溶融していないので、母材３に歪みやうねりが少なく、
母材３の接合前の平面度、面粗度が保たれる。なお、回
転治具２は鋼鉄で構成されているので、その融点は１５
００℃程度であり、アルミニウム合金からなるナット１
及び母材３の融点より高く、上記接合過程で変形等の摩
擦熱による影響を全く受けない。
【００２０】実験例１アルミニウム合金番号６１１１、
質別記号Ｔ４、厚さ１mmの母材に、アルミニウム合金番
号２０２４、外形１６mm、呼びＭ１０mm、長さ５mmで、
底面中心部に直径５mm、高さ0.5mmの円柱状の突起部が
設けられたナットを３０００rpmの回転数で回転させつ
つ当接させ、約１秒間で接合を終了し、母材に歪みを生
ずることなく、強固な接合結果を得た。
質別記号Ｔ４、厚さ１mmの母材に、アルミニウム合金番
号２０２４、外形１６mm、呼びＭ１０mm、長さ５mmで、
底面中心部に直径５mm、高さ0.5mmの円柱状の突起部が
設けられたナットを３０００rpmの回転数で回転させつ
つ当接させ、約１秒間で接合を終了し、母材に歪みを生
ずることなく、強固な接合結果を得た。
【００２１】次に、図５から図８までを参照して、第二
実施例を説明する。図５は、第二実施例で、被接合部材
としての異なる形状のナットを異なる形状の回転治具に
装着した部分断面図である。図６は、図５のナット装着
状態の回転治具を下方（図５のX方向）から見た図であ
る。図７、８は、図５のナットを母材に接合する過程を
示す部分断面図である。
実施例を説明する。図５は、第二実施例で、被接合部材
としての異なる形状のナットを異なる形状の回転治具に
装着した部分断面図である。図６は、図５のナット装着
状態の回転治具を下方（図５のX方向）から見た図であ
る。図７、８は、図５のナットを母材に接合する過程を
示す部分断面図である。
【００２２】第二実施例では、ネジ穴が貫通しているナ
ットを被接合部材として用い、ネジ穴を貫通する円柱状
突出部を有する回転治具を用いて、母材に接合する。図
５において、ネジ穴が貫通しているナット１０は回転治
具２０に装着されている。回転治具２０の中心部には、
ナット１０のネジ穴径とほぼ等しいが若干小さい直径の
円柱状の突出部２０aが回転治具２０と一体構造で設け
られており、突出部２０aはナット２０を貫通して、そ
の先端部２０bがナット１０の接合面１０bより高さH２
だけ突出している。
ットを被接合部材として用い、ネジ穴を貫通する円柱状
突出部を有する回転治具を用いて、母材に接合する。図
５において、ネジ穴が貫通しているナット１０は回転治
具２０に装着されている。回転治具２０の中心部には、
ナット１０のネジ穴径とほぼ等しいが若干小さい直径の
円柱状の突出部２０aが回転治具２０と一体構造で設け
られており、突出部２０aはナット２０を貫通して、そ
の先端部２０bがナット１０の接合面１０bより高さH２
だけ突出している。
【００２３】回転治具２０を２０００〜３０００rpmの
回転数で回転させつつ、下方（図５のX方向）に移動さ
せると、図７（a）に示すように、回転治具２０の突出
部２０aの下端部２０bが母材３０に当接する。この場
合、回転治具２０の突出部２０aとその先端部２０bは鋼
鉄で構成されているので、融点がアルミニウム合金より
高く、変形等の摩擦熱による影響を全く受けない。従っ
て、母材３０側の３０a部分のみが、当接によって生じ
る摩擦熱により局部的に軟化する。
回転数で回転させつつ、下方（図５のX方向）に移動さ
せると、図７（a）に示すように、回転治具２０の突出
部２０aの下端部２０bが母材３０に当接する。この場
合、回転治具２０の突出部２０aとその先端部２０bは鋼
鉄で構成されているので、融点がアルミニウム合金より
高く、変形等の摩擦熱による影響を全く受けない。従っ
て、母材３０側の３０a部分のみが、当接によって生じ
る摩擦熱により局部的に軟化する。
【００２４】更に回転治具２０を下方に移動させると、
図７（b）に示すように、突出部２０aの先端が母材３０
の中に没入され、突出部２０aの先端部２０b付近の母材
３０b部分に母材３０の融点よりも低い温度で塑性流動
即ち摩擦攪拌が発生する。この状態から更に回転治具２
０を下方に移動させ、ナット１０の接合面１０bを母材
３０の回転治具２０に近い側の面に当接させると、図８
（a）に示すように、ナット１０の接合面１０b付近とそ
れに当接する部分の母材３０との両方に塑性流動即ち摩
擦攪拌が広がり、固相接合領域が図８（a）の３０c部分
全域に広がる。この時点で回転治具２０の回転を止め、
回転治具２０を図８（b）のY方向に移動させて母材３０
より引離し接合が終了する。そうすると、図８（b）の
３０d部分に、溶融していない塑性流動部が形成され、
強固な固相接合領域が得られる。
図７（b）に示すように、突出部２０aの先端が母材３０
の中に没入され、突出部２０aの先端部２０b付近の母材
３０b部分に母材３０の融点よりも低い温度で塑性流動
即ち摩擦攪拌が発生する。この状態から更に回転治具２
０を下方に移動させ、ナット１０の接合面１０bを母材
３０の回転治具２０に近い側の面に当接させると、図８
（a）に示すように、ナット１０の接合面１０b付近とそ
れに当接する部分の母材３０との両方に塑性流動即ち摩
擦攪拌が広がり、固相接合領域が図８（a）の３０c部分
全域に広がる。この時点で回転治具２０の回転を止め、
回転治具２０を図８（b）のY方向に移動させて母材３０
より引離し接合が終了する。そうすると、図８（b）の
３０d部分に、溶融していない塑性流動部が形成され、
強固な固相接合領域が得られる。
【００２５】実験例２アルミニウム合金番号５０５２、
質別記号O、厚さ２mmの母材に、アルミニウム合金番号
７０５０、外形２０mm,呼びM１２mm、長さ８mmのナット
を装着した。その際、回転治具と一体に成形されている
直径約１０mmの円柱状の突出部を、ナットのネジ穴から
母材側に高さ１mm突出させた。この回転治具を２０００
rpmの回転数で回転させつつ母材に当接させ、約２秒間
で接合を終了し、母材に歪みを生ずることなく、強固な
接合結果を得た。
質別記号O、厚さ２mmの母材に、アルミニウム合金番号
７０５０、外形２０mm,呼びM１２mm、長さ８mmのナット
を装着した。その際、回転治具と一体に成形されている
直径約１０mmの円柱状の突出部を、ナットのネジ穴から
母材側に高さ１mm突出させた。この回転治具を２０００
rpmの回転数で回転させつつ母材に当接させ、約２秒間
で接合を終了し、母材に歪みを生ずることなく、強固な
接合結果を得た。
【００２６】以上、被接合部材としてアルミニウム又は
アルミニウム合金からなるナットをアルミニウム又はア
ルミニウム合金からなる母材に摩擦攪拌接合する方法に
ついて説明したが、本発明の応用例として、ナットの代
わりにアルミニウム又はアルミニウム合金からなるボル
ト又は棒状のピン等を回転治具に装着し、アルミニウム
又はアルミニウム合金からなる母材に摩擦攪拌接合する
こともできる。
アルミニウム合金からなるナットをアルミニウム又はア
ルミニウム合金からなる母材に摩擦攪拌接合する方法に
ついて説明したが、本発明の応用例として、ナットの代
わりにアルミニウム又はアルミニウム合金からなるボル
ト又は棒状のピン等を回転治具に装着し、アルミニウム
又はアルミニウム合金からなる母材に摩擦攪拌接合する
こともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ナットを回転治具に装着した部分断面図であ
る。
る。
【図２】 図１の回転治具を下方から見た図である。
【図３】 図１のナットを母材に接合する過程を示す部
分断面図である。
分断面図である。
【図４】 図１のナットを母材に接合する過程を示す部
分断面図である。
分断面図である。
【図５】 ネジ穴が貫通したナットを回転治具に装着し
た部分断面図である。
た部分断面図である。
【図６】 図５の回転治具を下方から見た図である。
【図７】 図５のナットを母材に接合する過程を示す部
分断面図である。
分断面図である。
【図８】 図５のナットを母材に接合する過程を示す部
分断面図である。
分断面図である。
１…ナット １a…接合面 １b…突起部 ２…回転治具 ３…母材 ３a…当接部分 ３b、３c…摩擦攪拌部分 ３d…固相接合領域 １０…ナット １０b…接合面 ２０…回転治具 ２０a…突出部 ２０b…突出部先端 ３０…母材 ３０a…当接部分 ３０b、３０c…摩擦攪拌部分 ３０d…固相接合領域
Claims (9)
- 【請求項１】 アルミニウム又はアルミニウム合金から
なる被接合部材を、アルミニウム又はアルミニウム合金
からなる母材に接合する方法であって、該被接合部材を
回転させつつ該母材に当接させ、当接部分に摩擦攪拌を
生じさせ、該被接合部材と該母材とを溶融させずに接合
する摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項２】 アルミニウム又はアルミニウム合金から
なる被接合部材を、アルミニウム又はアルミニウム合金
からなる母材に接合する方法であって、該被接合部材の
接合すべき面の一部に突起部を設け、該被接合部材を回
転させつつ該被接合部材の前記突起部を該母材に当接さ
せ、前記突起部と該母材との当接部分に摩擦攪拌を生じ
させ、次に前記被接合部材を前記母材側に更に押し進め
て前記突起部を塑性化せしめ、前記被接合部材の接合す
べき面を前記母材に当接させ、当接部分に摩擦攪拌を生
じさせ、前記被接合部材と前記母材とを溶融させずに接
合する摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項３】 前記被接合部材は、前記突起部の領域内
に配置されている回転軸を中心として回転される、請求
項２記載の摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項４】 アルミニウム又はアルミニウム合金から
なり貫通穴を有する被接合部材を、該被接合部材を装着
可能であり、装着時には該被接合部材の貫通穴を通って
外部にまで延在する突出部を有する治具を用いて、アル
ミニウム又はアルミニウム合金からなる母材に接合する
方法であって、前記治具の突出部が前記被接合部材の貫
通穴を貫通してその先端が外部に延在するように、前記
被接合部材を前記治具に装着し、前記被接合部材を装着
した前記治具を回転させつつ該母材に当接させ、前記治
具の突出部と当接する該母材の当接部分に摩擦攪拌を生
じさせ、次に前記治具を該母材側に更に押し進めて前記
突出部を該母材に没入せしめることにより、該被接合部
材の接合すべき面と前記母材とを当接させ、前記被接合
部材の接合すべき面と前記母材との当接部分に摩擦攪拌
を生じさせ、前記被接合部材と前記母材とを溶融させず
に接合する摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項５】 前記治具は、該治具の突出部の領域内に
配置されている回転軸を中心として回転される、請求項
４記載の摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項６】 前記被接合部材として前記母材よりも硬
度が高い材料を用いる、請求項１ないし５のいずれかに
記載の摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項７】 アルミニウム又はアルミニウム合金から
なりネジ穴の一方が閉塞され、且つ該閉塞部の外面が突
状に形成されたナットを、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金からなる母材に接合する方法であって、前記ナッ
トの前記突状外面が前記母材に向くように配置して前記
ナットを回転させつつ前記母材に当接させることによ
り、当接部分に摩擦攪拌を生じさせ、前記ナットと前記
母材とを溶融させずに接合する摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項８】 アルミニウム又はアルミニウム合金から
なるナットを、該ナットのネジ穴を貫通する突出部を有
する治具を用いて装着し、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金からなる母材に接合する方法であって、前記治具
の前記突出部が該ナットのネジ穴を貫通してその先端が
外部に突き出すように、前記ナットを前記治具に装着
し、前記ナットを装着した前記治具を回転させつつ前記
母材に当接させ、前記治具の突出部と当接する母材側の
当接部分に摩擦攪拌を生じさせ、次に前記治具を前記母
材側に更に押し進めて前記突出部を前記母材に没入せし
めることにより、前記ナットの接合すべき面と前記母材
とを当接させ、前記ナットの接合すべき面と前記母材と
の当接部分に摩擦攪拌を生じさせ、前記ナットと前記母
材とを溶融させずに接合する摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項９】 前記ナットとして前記母材よりも硬度が
高い材料を用いる、請求項７又は８記載の摩擦攪拌接合
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000350066A JP4570761B2 (ja) | 2000-11-16 | 2000-11-16 | 摩擦攪拌接合方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002153979A true JP2002153979A (ja) | 2002-05-28 |
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Cited By (8)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006035265A (ja) * | 2004-07-27 | 2006-02-09 | Mazda Motor Corp | 摩擦接合方法およびその装置 |
| JP2007064484A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Ejot Gmbh & Co Kg | ファスナのための雌部品 |
| JP2007160373A (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Hino Motors Ltd | 部材の取付方法 |
| JP2007301576A (ja) * | 2006-05-09 | 2007-11-22 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 部品のスタッド接合方法 |
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| CN102151979A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-08-17 | 西北工业大学 | 一种针对不同厚度板材的组合式搅拌摩擦焊搅拌头 |
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| JP2002126884A (ja) * | 2000-10-25 | 2002-05-08 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | スポット接合装置、付加材料、付加材料供給装置およびスポット接合方法 |
-
2000
- 2000-11-16 JP JP2000350066A patent/JP4570761B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US9887468B2 (en) | 2014-01-31 | 2018-02-06 | Ford Global Technologies, Llc | Spin-welded electrical ground assemblies |
| RU2663190C2 (ru) * | 2014-01-31 | 2018-08-02 | ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи | Сваренное трением вращения электрическое заземление и способы изготовления заземления |
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