JP2003266183A - 摩擦撹拌接合法 - Google Patents
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- B23K33/004—Filling of continuous seams
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 難塑性流動材料における摩擦撹拌接合を可能
にすると共に、従来不可能であった材料の組み合わせの
接合を可能にする摩擦撹拌接合法を提供する。 【解決手段】 一方の接合部材１Ａ，１Ｂは難塑性流動
材料よりなり、その接合面１１には結合を補佐するため
の第１と第２の凹部１２ａ，１２ｂが形成されている。
他方の接合部材である中間部材２は塑性流動し易い材料
からなる。両接合部材１Ａ，１Ｂ，２が互いに接合前の
状態で組み合わされてセットされた後に、中間部材２上
にツール３のプローブ３２を押し当て摩擦撹拌すること
で中間部材の材料を接合部材の凹部にならうように塑性
流動させることで、両者を強固に接合する。
にすると共に、従来不可能であった材料の組み合わせの
接合を可能にする摩擦撹拌接合法を提供する。 【解決手段】 一方の接合部材１Ａ，１Ｂは難塑性流動
材料よりなり、その接合面１１には結合を補佐するため
の第１と第２の凹部１２ａ，１２ｂが形成されている。
他方の接合部材である中間部材２は塑性流動し易い材料
からなる。両接合部材１Ａ，１Ｂ，２が互いに接合前の
状態で組み合わされてセットされた後に、中間部材２上
にツール３のプローブ３２を押し当て摩擦撹拌すること
で中間部材の材料を接合部材の凹部にならうように塑性
流動させることで、両者を強固に接合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、塑性流動性のある
金属や樹脂等の材料からなる接合部材を使用して鉄鋼材
料等の難塑性流動材の接合を行う摩擦撹拌接合法に関す
る。
金属や樹脂等の材料からなる接合部材を使用して鉄鋼材
料等の難塑性流動材の接合を行う摩擦撹拌接合法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に突き合せ状態又は重ね合せ状態に
配置した２個の接合部材を接合する摩擦撹拌接合法は、
固相接合法の一つであり、接合部材の突き合せ部又は重
ね合せ部に回転しているプローブを挿入し、このプロー
ブとの接触部を摩擦熱にて軟化させ撹拌しながら、プロ
ーブを突き合せ部又は重ね合せ部に沿って移動させなが
ら冷却固化し、両者を接合させるものである。即ち、プ
ローブの移動に伴って、軟化撹拌部分がプローブの進行
圧力を受けてプローブの通過溝で受けるように、即ちプ
ローブの進行方向後方へと回り込む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
プローブの移動に伴って順次繰り返されていき、最終的
に両接合部材が突き合せ部又は重ね合せ部において接合
一体化される。
配置した２個の接合部材を接合する摩擦撹拌接合法は、
固相接合法の一つであり、接合部材の突き合せ部又は重
ね合せ部に回転しているプローブを挿入し、このプロー
ブとの接触部を摩擦熱にて軟化させ撹拌しながら、プロ
ーブを突き合せ部又は重ね合せ部に沿って移動させなが
ら冷却固化し、両者を接合させるものである。即ち、プ
ローブの移動に伴って、軟化撹拌部分がプローブの進行
圧力を受けてプローブの通過溝で受けるように、即ちプ
ローブの進行方向後方へと回り込む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
プローブの移動に伴って順次繰り返されていき、最終的
に両接合部材が突き合せ部又は重ね合せ部において接合
一体化される。
【０００３】このような摩擦撹拌接合法は、固相接合で
あるため、接合部材の材料の種類に制限を受けないと
か、ＭＩＧ、ＴＩＧ、レーザ溶接等といった溶融溶接法
と比較して接合時の熱歪みによる変形が少ない等の利点
がある。
あるため、接合部材の材料の種類に制限を受けないと
か、ＭＩＧ、ＴＩＧ、レーザ溶接等といった溶融溶接法
と比較して接合時の熱歪みによる変形が少ない等の利点
がある。
【０００４】そして、このような従来技術として特許第
２７９２２３３号公報による摩擦撹拌溶接方法が知られ
ている。この方法は、同一方向に回転する１本のプロー
ブピンを接合部材の接合部に押し当てて、その接触部の
材料を摩擦熱により塑性流動撹拌させて接合するもので
ある。これは接合部材を溶融させずに固相の状態で拡散
接合させる画期的な接合法である。しかしながら、その
接合部材の材料の適用範囲は、ＡｌやＣｕなどの低温で
塑性流動し易い材料に限定されており、鉄鋼材料等の難
塑性流動材への適用は制限されている。
２７９２２３３号公報による摩擦撹拌溶接方法が知られ
ている。この方法は、同一方向に回転する１本のプロー
ブピンを接合部材の接合部に押し当てて、その接触部の
材料を摩擦熱により塑性流動撹拌させて接合するもので
ある。これは接合部材を溶融させずに固相の状態で拡散
接合させる画期的な接合法である。しかしながら、その
接合部材の材料の適用範囲は、ＡｌやＣｕなどの低温で
塑性流動し易い材料に限定されており、鉄鋼材料等の難
塑性流動材への適用は制限されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑みなされたもので、その目的は、鉄鋼材料等の難塑性
流動材料における摩擦撹拌接合を可能にすること、及び
従来の溶接技術では実現不可能であった材料の組み合わ
せの接合を可能にする摩擦撹拌接合法を提供することで
ある。
鑑みなされたもので、その目的は、鉄鋼材料等の難塑性
流動材料における摩擦撹拌接合を可能にすること、及び
従来の溶接技術では実現不可能であった材料の組み合わ
せの接合を可能にする摩擦撹拌接合法を提供することで
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に
記載の摩擦撹拌接合法を提供する。請求項１に記載の摩
擦撹拌接合法は、一方の接合部材が難塑性流動材料で、
他方の接合部材が塑性流動し易い材料からなっていて、
一方の接合部材の接合面には両者の接合を補佐するため
に凹部が形成されており、ツールのプローブを他方の接
合部材側に当接させて、接合部に沿って相対的に移動す
るようにしたものである。これにより、塑性流動し易い
材料の他方の接合部材が、難塑性流動材料の一方の接合
部材の凹部の形状に沿って塑性流動し、両者の強固な接
合が実現できる。また、これにより、従来の技術では実
施できない材料の接合が可能となった。
決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に
記載の摩擦撹拌接合法を提供する。請求項１に記載の摩
擦撹拌接合法は、一方の接合部材が難塑性流動材料で、
他方の接合部材が塑性流動し易い材料からなっていて、
一方の接合部材の接合面には両者の接合を補佐するため
に凹部が形成されており、ツールのプローブを他方の接
合部材側に当接させて、接合部に沿って相対的に移動す
るようにしたものである。これにより、塑性流動し易い
材料の他方の接合部材が、難塑性流動材料の一方の接合
部材の凹部の形状に沿って塑性流動し、両者の強固な接
合が実現できる。また、これにより、従来の技術では実
施できない材料の接合が可能となった。
【０００７】請求項２の摩擦撹拌接合法は、難塑性流動
材料の接合部材の接合面の第１の凹部の断面形状が開放
側が短辺である台形状に形成され、かつ第１の凹部が接
合部に沿って所定の間隔で複数形成されるようにしたも
のであり、また請求項３の摩擦撹拌接合法は、第２の凹
部の形状が一方の接合部材の厚さ方向に断面Ｖ字状に形
成したものでありこれにより、３次元のどの方向に応力
が作用しても容易に破断しない、強固な接合を得ること
ができる。
材料の接合部材の接合面の第１の凹部の断面形状が開放
側が短辺である台形状に形成され、かつ第１の凹部が接
合部に沿って所定の間隔で複数形成されるようにしたも
のであり、また請求項３の摩擦撹拌接合法は、第２の凹
部の形状が一方の接合部材の厚さ方向に断面Ｖ字状に形
成したものでありこれにより、３次元のどの方向に応力
が作用しても容易に破断しない、強固な接合を得ること
ができる。
【０００８】請求項４の摩擦撹拌接合法は、難塑性材料
の接合部材が塑性流動し易い材料の接合部材を両側から
挟み込むように配置したものであり、これにより、塑性
流動し易い材料の接合部材を介して、難塑性材料の接合
部材同志を接合することが可能となる。請求項５の摩擦
撹拌接合法は、ツールのプローブを、接合部に近接した
塑性流動し易い材料の接合部材の両側部位に当接して、
接合部に沿って相対移動させるものであり、これによ
り、両者の一層信頼性の高い接合が可能となる。
の接合部材が塑性流動し易い材料の接合部材を両側から
挟み込むように配置したものであり、これにより、塑性
流動し易い材料の接合部材を介して、難塑性材料の接合
部材同志を接合することが可能となる。請求項５の摩擦
撹拌接合法は、ツールのプローブを、接合部に近接した
塑性流動し易い材料の接合部材の両側部位に当接して、
接合部に沿って相対移動させるものであり、これによ
り、両者の一層信頼性の高い接合が可能となる。
【０００９】請求項６に記載の摩擦撹拌接合法は、難塑
性流動材料の２枚の重ね合わせた接合部材に、その内側
面に凸部を有する開口部を形成し、塑性流動し易い材料
の接合部材をその開口部に挿入してツールのプローブを
一点で当接し回転させることで、２枚の接合部材を接合
させるものであり、これにより、難塑性流動材料の２枚
の接合部材の点接合を可能にしたものである。請求項７
の摩擦撹拌接合法は、ツールのプローブを一点に固定し
ないで、開口部の周辺に放射状に相対移動させるもので
あり、これにより、開口部の開口面積が或る程度の大き
さを有する場合であっても、難塑性流動材料の２枚の接
合部材を強固に接合させることができる。
性流動材料の２枚の重ね合わせた接合部材に、その内側
面に凸部を有する開口部を形成し、塑性流動し易い材料
の接合部材をその開口部に挿入してツールのプローブを
一点で当接し回転させることで、２枚の接合部材を接合
させるものであり、これにより、難塑性流動材料の２枚
の接合部材の点接合を可能にしたものである。請求項７
の摩擦撹拌接合法は、ツールのプローブを一点に固定し
ないで、開口部の周辺に放射状に相対移動させるもので
あり、これにより、開口部の開口面積が或る程度の大き
さを有する場合であっても、難塑性流動材料の２枚の接
合部材を強固に接合させることができる。
【００１０】請求項８の摩擦撹拌接合法は、開口部の形
状を鼓状とし、塑性流動し易い材料の接合部材の形状を
円柱状と特定したものである。請求項９の摩擦撹拌接合
法は、塑性流動し易い材料の接合部材の体積が、両接合
部材がセットされたときに生じる隙間分の体積だけ増加
されているものであり、これにより、両接合部材が接合
後に、塑性流動し易い材料の接合部材の板厚方向の減少
をなくすことができる。請求項１０の摩擦撹拌接合法
は、ツールの横に押さえ板を設置し、軟化した材料が接
合部材の上面から食み出さないようにしたものであり、
これにより、塑性流動し易い材料の接合部材が軟化し
て、接合部材の上面から食み出すことなく、接合部材間
の隙間に効率よく塑性流動し、信頼性のある接合が可能
となる。
状を鼓状とし、塑性流動し易い材料の接合部材の形状を
円柱状と特定したものである。請求項９の摩擦撹拌接合
法は、塑性流動し易い材料の接合部材の体積が、両接合
部材がセットされたときに生じる隙間分の体積だけ増加
されているものであり、これにより、両接合部材が接合
後に、塑性流動し易い材料の接合部材の板厚方向の減少
をなくすことができる。請求項１０の摩擦撹拌接合法
は、ツールの横に押さえ板を設置し、軟化した材料が接
合部材の上面から食み出さないようにしたものであり、
これにより、塑性流動し易い材料の接合部材が軟化し
て、接合部材の上面から食み出すことなく、接合部材間
の隙間に効率よく塑性流動し、信頼性のある接合が可能
となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態の摩擦撹拌接合法を説明する。図１は、難塑性
流動材料からなる接合部材の継手形状を示しており、図
２及び図３、図１の接合部材の接合面に形成された凹部
の形状を説明する拡大図である。図４は、塑性流動し易
い材料からなる接合部材（中間部材）の斜視図である。
図５は、図１と図４に示された各接合部材を組み合わせ
て、本発明の第１の実施形態の摩擦撹拌接合法により両
部材を線接合する方法を説明する図である。
施の形態の摩擦撹拌接合法を説明する。図１は、難塑性
流動材料からなる接合部材の継手形状を示しており、図
２及び図３、図１の接合部材の接合面に形成された凹部
の形状を説明する拡大図である。図４は、塑性流動し易
い材料からなる接合部材（中間部材）の斜視図である。
図５は、図１と図４に示された各接合部材を組み合わせ
て、本発明の第１の実施形態の摩擦撹拌接合法により両
部材を線接合する方法を説明する図である。
【００１２】鉄鋼材料等の難塑性流動材料からなる接合
部材１Ａ，１Ｂの接合面１１には、凹部１２ａ，１２ｂ
が形成されている。図２は、この第１の凹部１２ａの実
施例の拡大図である。第１の凹部１２ａは図１，２に示
されるように、接合部に沿って所定の間隔で、接合部材
１Ａ，１Ｂの厚さ方向にその板厚と同じ長さでアリ溝状
に形成されており、その断面形状は、接合面の開放側が
短辺である台形状である。この第１の凹部１２ａは、図
１に矢印Ｅで示されるように、応力の作用方向が接合部
と平行に作用する場合に有効である。
部材１Ａ，１Ｂの接合面１１には、凹部１２ａ，１２ｂ
が形成されている。図２は、この第１の凹部１２ａの実
施例の拡大図である。第１の凹部１２ａは図１，２に示
されるように、接合部に沿って所定の間隔で、接合部材
１Ａ，１Ｂの厚さ方向にその板厚と同じ長さでアリ溝状
に形成されており、その断面形状は、接合面の開放側が
短辺である台形状である。この第１の凹部１２ａは、図
１に矢印Ｅで示されるように、応力の作用方向が接合部
と平行に作用する場合に有効である。
【００１３】図３は、接合部材１Ａ，１Ｂの接合面１１
に形成される第２の凹部１２ｂの実施例の拡大図であ
る。第２の凹部１２ｂは、接合部材１Ａ，１Ｂの厚さ方
向に断面Ｖ字状に形成され、図１に示される例において
は、接合面１１の両端部側に形成されている。この第２
の凹部１２ｂは、接合部材１Ａ，１Ｂを接合する場合に
おいては、図３に示されるように部材の厚み方向の中央
部が広く、部材の表面部を狭めた形状になるため、矢印
Ｆで示されるように応力の作用方向が部材の厚み方向
（接合部と直交する方向）に作用する場合に有効であ
る。なお、図１に示される実施例においては、第１の凹
部１２ａと第２の凹部１２ｂとを一緒に形成している
が、必要に応じ一方の凹部のみを使用してもよいもので
ある。また、図２、図３は第１、第２の凹部１２ａ，１
２ｂの１つの例を示しているにすぎず、凹部の形状は適
宜変更可能である。
に形成される第２の凹部１２ｂの実施例の拡大図であ
る。第２の凹部１２ｂは、接合部材１Ａ，１Ｂの厚さ方
向に断面Ｖ字状に形成され、図１に示される例において
は、接合面１１の両端部側に形成されている。この第２
の凹部１２ｂは、接合部材１Ａ，１Ｂを接合する場合に
おいては、図３に示されるように部材の厚み方向の中央
部が広く、部材の表面部を狭めた形状になるため、矢印
Ｆで示されるように応力の作用方向が部材の厚み方向
（接合部と直交する方向）に作用する場合に有効であ
る。なお、図１に示される実施例においては、第１の凹
部１２ａと第２の凹部１２ｂとを一緒に形成している
が、必要に応じ一方の凹部のみを使用してもよいもので
ある。また、図２、図３は第１、第２の凹部１２ａ，１
２ｂの１つの例を示しているにすぎず、凹部の形状は適
宜変更可能である。
【００１４】図４は、ＡｌやＣｕなどの塑性流動し易い
材料からなる接合部材（中間部材）２の１実施例を示し
ている。この場合においては、中間部材２は直方体に形
成されている。
材料からなる接合部材（中間部材）２の１実施例を示し
ている。この場合においては、中間部材２は直方体に形
成されている。
【００１５】本発明の第１実施形態の摩擦撹拌接合法
は、図５に示すようにして行われる。即ち、難塑性流動
材料の接合部材１Ａ，１Ｂが、互いにその接合面１１を
対峙する形で、塑性流動し易い材料の中間部材２を挟み
込むようにして配置され、図示されないクランプ部材に
より基台上にクランプされる。ツール３は、円柱状の回
転体３１と、この回転体３１の端部軸線上に一体に突出
された小径のピン状のプローブ３２とを有し、回転体３
１とプローブ３２とは一体的に回転するようになってい
る。また、回転体３１とプローブ３２とは、接合部材で
ある中間部材２よりも硬質でかつ接合時に発生する摩擦
熱に耐えられる耐熱材料によって形成されている。
は、図５に示すようにして行われる。即ち、難塑性流動
材料の接合部材１Ａ，１Ｂが、互いにその接合面１１を
対峙する形で、塑性流動し易い材料の中間部材２を挟み
込むようにして配置され、図示されないクランプ部材に
より基台上にクランプされる。ツール３は、円柱状の回
転体３１と、この回転体３１の端部軸線上に一体に突出
された小径のピン状のプローブ３２とを有し、回転体３
１とプローブ３２とは一体的に回転するようになってい
る。また、回転体３１とプローブ３２とは、接合部材で
ある中間部材２よりも硬質でかつ接合時に発生する摩擦
熱に耐えられる耐熱材料によって形成されている。
【００１６】このように構成されたツール３のプローブ
３２を接合部に近接した中間部材２上に押し当て、プロ
ーブ３２を回転しながら接合部に沿って接合の進行方向
に移動させる。この場合、ツール３の移動位置として
は、図６に示されるように、中間部材２の中央に沿って
移動させてもよいし、又は中間部材２の両側に偏位させ
て側辺に沿って移動させてもよい。中間部材２の材質に
もよるが、中間部材２の幅が比較的狭いものにおいて
は、中央に沿ったツール３の移動のみで、接合部材１
Ａ，１Ｂとの接合を行うことが可能であるが、中間部材
２の幅が比較的大きいもの及び信頼性の高い接合を必要
とするものにおいては、中間部材２の左側及び右側の位
置にプローブ３２の当接位置を偏位させて側辺に沿って
移動させる方が好適である。
３２を接合部に近接した中間部材２上に押し当て、プロ
ーブ３２を回転しながら接合部に沿って接合の進行方向
に移動させる。この場合、ツール３の移動位置として
は、図６に示されるように、中間部材２の中央に沿って
移動させてもよいし、又は中間部材２の両側に偏位させ
て側辺に沿って移動させてもよい。中間部材２の材質に
もよるが、中間部材２の幅が比較的狭いものにおいて
は、中央に沿ったツール３の移動のみで、接合部材１
Ａ，１Ｂとの接合を行うことが可能であるが、中間部材
２の幅が比較的大きいもの及び信頼性の高い接合を必要
とするものにおいては、中間部材２の左側及び右側の位
置にプローブ３２の当接位置を偏位させて側辺に沿って
移動させる方が好適である。
【００１７】このように塑性流動し易い材料の中間部材
２上をツール３で加圧し回転及び直線的に移動させるこ
とで、中間部材２の材料を接合部材１Ａ，１Ｂの接合面
の凹部１２ａ，１２ｂにならうように塑性流動させるこ
とで、強固な接合が可能となる。なお、上記説明では、
中間部材２を接合部材１Ａ，１Ｂで挟持して接合する場
合について説明しているが、単に中間部材と１つの接合
部材を当接させて接合させる場合にも、当然利用可能な
ものである。
２上をツール３で加圧し回転及び直線的に移動させるこ
とで、中間部材２の材料を接合部材１Ａ，１Ｂの接合面
の凹部１２ａ，１２ｂにならうように塑性流動させるこ
とで、強固な接合が可能となる。なお、上記説明では、
中間部材２を接合部材１Ａ，１Ｂで挟持して接合する場
合について説明しているが、単に中間部材と１つの接合
部材を当接させて接合させる場合にも、当然利用可能な
ものである。
【００１８】図７〜９は、本発明の第２実施形態の摩擦
撹拌接合法を説明する図である。第１実施形態は、２つ
の接合部材１Ａ，１Ｂの側面同志を中間部材２を使用し
て線接合するものであるが、第２実施形態は、２つの接
合部材１Ａ，１Ｂを重ね合わせて中間部材２を使用して
点接合している。図７に示すように、難塑性流動材料の
２枚の接合部材１Ａ，１Ｂが重ね合わされており、この
重ね合わされた接合部材１Ａ，１Ｂには、点接合用の開
口部１３が形成される。この開口部１３の内側面には、
凸部１３ａが環状に形成されている。即ちこの開口部１
３の形状は、接合部材１Ａ，１Ｂの表側と裏側の開口面
積が大きく、中央部が狭窄した鼓状をしている。
撹拌接合法を説明する図である。第１実施形態は、２つ
の接合部材１Ａ，１Ｂの側面同志を中間部材２を使用し
て線接合するものであるが、第２実施形態は、２つの接
合部材１Ａ，１Ｂを重ね合わせて中間部材２を使用して
点接合している。図７に示すように、難塑性流動材料の
２枚の接合部材１Ａ，１Ｂが重ね合わされており、この
重ね合わされた接合部材１Ａ，１Ｂには、点接合用の開
口部１３が形成される。この開口部１３の内側面には、
凸部１３ａが環状に形成されている。即ちこの開口部１
３の形状は、接合部材１Ａ，１Ｂの表側と裏側の開口面
積が大きく、中央部が狭窄した鼓状をしている。
【００１９】図８は、塑性流動し易い材料からなる中間
部材２を示しており、この中間部材２の形状は、開口部
１３の狭窄部分を挿通出来る外径をもつ円柱体である。
部材２を示しており、この中間部材２の形状は、開口部
１３の狭窄部分を挿通出来る外径をもつ円柱体である。
【００２０】図９に示されるように、第２実施形態の摩
擦撹拌接合法においては、２枚の重ね合わされた接合部
材１Ａ，１Ｂに形成された開口部１３内に中間部材２が
挿通されてセットされる。第１実施形態と同様にツール
３のプローブ３２を中間部材２上に押し当て、プローブ
３２を回転させて、中間材料（塑性流動し易い材料）上
を摩擦撹拌させることによって、中間材料を開口部１３
の鼓形状にならうように塑性流動させることで、接合部
材１Ａ，１Ｂ同志の強固な点接合状態が実現できる。
擦撹拌接合法においては、２枚の重ね合わされた接合部
材１Ａ，１Ｂに形成された開口部１３内に中間部材２が
挿通されてセットされる。第１実施形態と同様にツール
３のプローブ３２を中間部材２上に押し当て、プローブ
３２を回転させて、中間材料（塑性流動し易い材料）上
を摩擦撹拌させることによって、中間材料を開口部１３
の鼓形状にならうように塑性流動させることで、接合部
材１Ａ，１Ｂ同志の強固な点接合状態が実現できる。
【００２１】この点接合の場合、開口部１３の開口面積
が小さい、即ち中間材料２の外径が小さいものにあって
は、プローブ３２を中間部材２の一点で当接させて回転
させるだけで十分に点接合が可能であるが、中間部材２
の外径が或る程度大きいものや、より信頼性の高い点接
合が必要とされる場合においては、図９に示すようにプ
ローブ３２を中間部材２の外周縁（開口部の周辺）に向
けて放射状に移動させることにより、より強固な信頼性
の高い点接合が可能である。
が小さい、即ち中間材料２の外径が小さいものにあって
は、プローブ３２を中間部材２の一点で当接させて回転
させるだけで十分に点接合が可能であるが、中間部材２
の外径が或る程度大きいものや、より信頼性の高い点接
合が必要とされる場合においては、図９に示すようにプ
ローブ３２を中間部材２の外周縁（開口部の周辺）に向
けて放射状に移動させることにより、より強固な信頼性
の高い点接合が可能である。
【００２２】通常、摩擦撹拌接合法では、中間材料を塑
性流動させることによって中間部材２の板厚方向の寸法
が減少するというデメリットが発生するが、その対策法
の一例が図１０に示されている。即ち、接合後の中間部
材２の板厚方向寸法の減少をなくすために、中間部材２
の体積を予め多く、例えば、接合部材１Ａ，１Ｂの板厚
よりも高く、しておく。この増加分の体積は、接合部材
１Ａ，１Ｂと中間部材２とをセットしたときに、両者の
部材間に生じる隙間ｇ分の体積とすることが好適であ
る。しかしながら、この状態で摩擦撹拌させると図１１
に示すように、軟化した中間材料が接合部材１Ａ，１Ｂ
の上面から食み出すため、適切な接合ができない。
性流動させることによって中間部材２の板厚方向の寸法
が減少するというデメリットが発生するが、その対策法
の一例が図１０に示されている。即ち、接合後の中間部
材２の板厚方向寸法の減少をなくすために、中間部材２
の体積を予め多く、例えば、接合部材１Ａ，１Ｂの板厚
よりも高く、しておく。この増加分の体積は、接合部材
１Ａ，１Ｂと中間部材２とをセットしたときに、両者の
部材間に生じる隙間ｇ分の体積とすることが好適であ
る。しかしながら、この状態で摩擦撹拌させると図１１
に示すように、軟化した中間材料が接合部材１Ａ，１Ｂ
の上面から食み出すため、適切な接合ができない。
【００２３】そこで、本実施形態の摩擦撹拌接合法で
は、図１２及び図１３に示すようにツール３の横に軟化
した中間材料を押さえる押さえ板４を設置し、この押さ
え板４を上面から押さえながら摩擦撹拌させることによ
って、軟化した中間材料が接合部材１Ａ，１Ｂの上面か
らはみ出すことなく、接合部材１Ａ，１Ｂと中間部材２
との間に形成される隙間ｇに効率よく塑性流動し、信頼
性のある強固な接合が行えるように改良を加えている。
は、図１２及び図１３に示すようにツール３の横に軟化
した中間材料を押さえる押さえ板４を設置し、この押さ
え板４を上面から押さえながら摩擦撹拌させることによ
って、軟化した中間材料が接合部材１Ａ，１Ｂの上面か
らはみ出すことなく、接合部材１Ａ，１Ｂと中間部材２
との間に形成される隙間ｇに効率よく塑性流動し、信頼
性のある強固な接合が行えるように改良を加えている。
【００２４】図１２の点接合の場合においては、押さえ
板４は、ツール３が挿通できる穴４１が形成された環状
をしている。この場合においては、ツール３の放射状へ
の移動は制約を受ける。図１３の線接合の場合において
は、ツール３の進行方向（移動方向）に開いた馬蹄形の
押さえ板４を使用し、ツール３の移動速度と同一の移動
速度で押さえ板４を移動させることによって、隙間ｇに
効率よく中間材料を塑性流動させることが可能となり、
信頼性の高い接合が行える。なお、上記実施形態におい
ては、接合部材側を固定し、ツール側を移動させること
で説明しているが、ツール側を固定させ、接合部材側を
移動させるようにしてもよい。要は、両者が相対的に移
動すればよいものである。
板４は、ツール３が挿通できる穴４１が形成された環状
をしている。この場合においては、ツール３の放射状へ
の移動は制約を受ける。図１３の線接合の場合において
は、ツール３の進行方向（移動方向）に開いた馬蹄形の
押さえ板４を使用し、ツール３の移動速度と同一の移動
速度で押さえ板４を移動させることによって、隙間ｇに
効率よく中間材料を塑性流動させることが可能となり、
信頼性の高い接合が行える。なお、上記実施形態におい
ては、接合部材側を固定し、ツール側を移動させること
で説明しているが、ツール側を固定させ、接合部材側を
移動させるようにしてもよい。要は、両者が相対的に移
動すればよいものである。
【００２５】以上説明したように、本発明の摩擦撹拌接
合法により、従来では不可能であった鉄鋼材料等の難塑
性流動材料の摩擦撹拌接合が可能となり、更には、従来
では不可能であった材料の組み合わせの接合も可能とな
った。
合法により、従来では不可能であった鉄鋼材料等の難塑
性流動材料の摩擦撹拌接合が可能となり、更には、従来
では不可能であった材料の組み合わせの接合も可能とな
った。
【図１】線接合における接合部材の接合部の継手形状を
説明する図である。
説明する図である。
【図２】接合部材の接合面に形成される１つの実施例で
ある第１の凹部の拡大図である。
ある第１の凹部の拡大図である。
【図３】接合部材の接合面に形成される１つの実施例で
ある第２の凹部の拡大図であり、図１のＡ部を拡大して
示している。
ある第２の凹部の拡大図であり、図１のＡ部を拡大して
示している。
【図４】線接合における中間部材の斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態の摩擦撹拌接合法を説明
する図である。
する図である。
【図６】線接合におけるツールの移動位置を説明する図
である。
である。
【図７】点接合における接合部材の継手形状を説明する
図である。
図である。
【図８】点接合における中間部材の斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態の摩擦撹拌接合法を説明
する図である。
する図である。
【図１０】接合後の中間部材の板厚方向の寸法の減少に
対する対応策を説明する図である。
対する対応策を説明する図である。
【図１１】軟化した中間材料の食み出し現象を説明する
図である。
図である。
【図１２】点接合における押さえ板の実施例を示す図で
ある。
ある。
【図１３】線接合における押さえ板の実施例を示す図で
ある。
ある。
１Ａ，１Ｂ…接合部材（難塑性流動材料の接合部材）
１１…接合面
１２ａ，１２ｂ…第１、第２の凹部
１３…開口部
１３ａ…凸部
２…中間部材（塑性流動し易い材料の接合部材）
３…ツール
３２…プローブ
４…押さえ板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 吉野 睦
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会
社デンソー内
Ｆターム(参考） 4E067 BG00 CA04 DA13 DA17 DC07
EC01 EC03
Claims (10)
- 【請求項１】 両接合部材の接合部近傍に回転するツー
ルのプローブを当接し、プローブとの接触部を摩擦熱で
軟化させ撹拌しながらプローブを当接状態で接合部に沿
って相対的に移動させることにより、接合部を接合する
摩擦撹拌接合法において、 一方の接合部材が難塑性流動材料からなり、他方の接合
部材が塑性流動し易い材料からなると共に、前記一方の
接合部材の接合面には、両者の結合を補佐するように凹
部が形成されており、ツールのプローブが前記他方の接
合部材側に当接して、接合部に沿って相対的に移動する
ことを特徴とする摩擦撹拌接合法。 - 【請求項２】 前記凹部の第１の凹部が、接合部に沿っ
て所定の間隔で複数形成されており、かつ前記第１の凹
部の断面形状が、開放側が短辺である台形状に形成され
ていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦撹拌接合
法。 - 【請求項３】 前記凹部の第２の凹部の形状が、前記一
方の接合部材の厚さ方向に断面Ｖ字状に形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦撹拌接合
法。 - 【請求項４】 前記一方の接合部材が、前記他方の接合
部材を両側から挟み込む形で配置されていることを特徴
とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の摩擦撹拌接
合法。 - 【請求項５】 前記ツールのプローブを、接合部に近接
した前記他方の接合部材の両側部位に当接して接合部に
沿って相対移動させることを特徴とする請求項４に記載
の摩擦撹拌接合法。 - 【請求項６】 ２枚の接合部材を重ね合わせて接合部近
傍に回転するツールのプローブを当接し、プローブとの
接触部を摩擦熱で軟化させ撹拌しながら、２枚の接合部
材を点接合する摩擦撹拌接合法において、 前記２枚の接合部材が難塑性流動材料からなり、この重
ね合わされた前記２枚の接合部材に、その内側面に凸部
を有する開口部を形成し、塑性流動し易い材料からなる
接合部材を前記開口部に挿入して、前記ツールのプロー
ブを前記塑性流動し易い接合部材に一点で当接し回転さ
せる前記２枚の接合部材を点接合させることを特徴とす
る摩擦撹拌接合法。 - 【請求項７】 前記ツールのプローブを一点に固定しな
いで前記開口部の周辺に向けて放射状に相対移動させる
ことを特徴とする請求項６に記載の摩擦撹拌接合法。 - 【請求項８】 前記開口部の形状が、前記２枚の重ね合
わせた接合部材の表側と裏側の開口面積が大きく、中間
部が狭窄した鼓状をしており、前記塑性流動し易い材料
の接合部材の形状が円柱状をしていることを特徴とする
請求項６又は７に記載の摩擦撹拌接合法。 - 【請求項９】 前記塑性流動し易い材料の接合部材の体
積は、前記難塑性流動材の接合部材と前記塑性流動し易
い材料の接合部材とをセットした時に生じる隙間分の体
積を増加されていることを特徴とする請求項１〜８のい
ずれか一項に記載の摩擦撹拌接合法。 - 【請求項１０】 前記ツールの横に押さえ板を設置し、
軟化した材料が接合部材の上面から食み出さないように
することを特徴とする請求項９に記載の摩擦撹拌接合
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002066994A JP3861719B2 (ja) | 2002-03-12 | 2002-03-12 | 摩擦撹拌接合法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002066994A JP3861719B2 (ja) | 2002-03-12 | 2002-03-12 | 摩擦撹拌接合法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003266183A true JP2003266183A (ja) | 2003-09-24 |
| JP3861719B2 JP3861719B2 (ja) | 2006-12-20 |
Family
ID=29198540
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| JP2002066994A Expired - Fee Related JP3861719B2 (ja) | 2002-03-12 | 2002-03-12 | 摩擦撹拌接合法 |
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| JP2006289409A (ja) * | 2005-04-08 | 2006-10-26 | Honda Motor Co Ltd | 積層部接合方法 |
| JP2007245198A (ja) * | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Hino Motors Ltd | 材料の接合方法 |
| WO2008056448A1 (fr) * | 2006-11-10 | 2008-05-15 | Hino Motors, Ltd. | Structure pour éléments de liaison |
| WO2008056447A1 (fr) * | 2006-11-09 | 2008-05-15 | Hino Motors, Ltd. | Procédé et structure d'accouplement d'éléments |
| JP2008137066A (ja) * | 2006-11-10 | 2008-06-19 | Hino Motors Ltd | 部材接合構造 |
| JP2008137063A (ja) * | 2006-11-09 | 2008-06-19 | Hino Motors Ltd | 部材接合方法及び構造 |
| WO2008072380A1 (ja) * | 2006-12-15 | 2008-06-19 | Hino Motors, Ltd. | 部材接合方法及び構造 |
| JP2008168334A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-24 | Hino Motors Ltd | 部材接合方法及び構造 |
| JP2008188654A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Musashi Seimitsu Ind Co Ltd | 金属接合部材及びその接合方法 |
| JP2009274131A (ja) * | 2008-05-19 | 2009-11-26 | Aisin Aw Co Ltd | 異種材料部品の接合品、その製造方法及びその製造装置 |
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| KR101555628B1 (ko) | 2014-07-17 | 2015-09-25 | 한국알박(주) | 구조체 및 그 제조방법 |
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|---|---|---|---|---|
| CN103769521B (zh) * | 2014-02-13 | 2016-06-22 | 中国北方车辆研究所 | 一种提高制动摩擦块冲击强度的翻面旋铆方法 |
| CN106141422A (zh) * | 2016-08-23 | 2016-11-23 | 山东建筑大学 | 一种提高热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接头表面抗腐蚀性的方法 |
-
2002
- 2002-03-12 JP JP2002066994A patent/JP3861719B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| WO2007108208A1 (ja) | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Hino Motors, Ltd. | 材料の接合方法 |
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| WO2016010199A1 (ko) * | 2014-07-17 | 2016-01-21 | 한국알박㈜ | 구조체 및 그 제조방법 |
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