JP2004042048A - Ａｌ部材の摩擦攪拌接合方法及びそれに用いられるＡｌ部材 - Google Patents

Abstract

【課題】接合して得られる接合材における接合強度を高度に確保しつつ、そのような接合材の変形を効果的に抑制乃至は阻止せしめ得るＡｌ部材の摩擦攪拌接合方法、並びにそのような摩擦攪拌接合方法に有利に用いられるＡｌ部材を、提供すること。
【解決手段】Ａｌ部材１０ａとして、板状部１２ａの突合せ部１６に形成される攪拌接合部に隣接、位置する部位が所定の幅において母材部よりも厚肉とされていると共に、かかる厚肉部位１４ａよりも突合せ部１６側の部位２２ａが、厚肉部位１４ａよりも薄肉とされた形状の材料を用いて、摩擦攪拌接合を行なうようにした。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、Ａｌ（アルミニウム）部材の摩擦攪拌接合方法及びそれに用いられるＡｌ部材に係り、特に、接合して得られる接合材における接合強度を確保しつつ、そのような接合材の変形を効果的に抑制乃至は阻止せしめ得るＡｌ部材の摩擦攪拌接合方法、並びにかかる摩擦攪拌接合に有利に用いられるＡｌ部材に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年、摩擦圧接法と同様に、摩擦熱を利用して板の突合せ部位を接合する摩擦攪拌接合方法が、米国特許第５４６０３１７号明細書等に提案され、注目を浴びている。この摩擦攪拌接合方法では、一般に、接合されるべき二つの部材を突き合わせて拘束し、その突合せ部に対して、回転治具に設けた硬質のピンを、かかる回転治具と共に一体的に高速回転させながら差し込み、相対的に移動させることにより、摩擦熱を発生せしめて、その摩擦熱にて、突合せ部を塑性流動可能な状態と成し、更にピンの高速回転による攪拌作用にて、突合せ部位の組織を入り交わらせ、以て、溶融せしめることなく二つの部材を接合しようとするものである。そして、かかる手法を採用することによって、従来の手法を採用する場合に比して、或る程度の接合部の強度低下が抑制されると共に、歪みも少なくなることが明らかにされてきている。
【０００３】
ところで、このような摩擦攪拌接合法にあっても、接合による強度低下は免れ得ず、その強度が充分であるとは言い難いものであったため、本願出願人は、先に、特開平１０−２１６９６４号公報において、摩擦攪拌接合手法を利用して、強度に優れたアルミニウム広幅形材を製造する方法を提案した。具体的には、図１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、アルミニウム形材２ａ，２ｂの板状部の突き合わされる端部側の部位を、所定の高さで突出する厚肉部４ａ，４ｂと為すと共に、かかる厚肉部４ａ，４ｂの幅：ｗ，ｗ′［ｍｍ］を、回転治具６の肩部（ショルダー部）の半径：ｒ［ｍｍ］に応じて、それ（ｒ）よりも所定範囲内において大となるように、それぞれ設定することにより、熱処理合金（時効硬化型合金）や加工硬化材等からなるアルミニウム形材の攪拌接合部８における強度低下を抑制して、強度に優れたアルミニウム広幅形材を製造するようにしたものである。
【０００４】
しかしながら、このアルミニウム形材の接合部位を厚肉化して、摩擦攪拌接合せしめる方式においては、その接合部位の強度の向上を有利に図ることが出来るのであるが、この方式とても、アルミニウム形材、特にその板状部を接合して得られる接合材においては、その接合方向において、また、その接合方向とは直角な方向において変形が惹起され易く、これが製品の反りとなって現われ、全体的に平坦な接合材を得ることは、依然として、困難であったのである。また、接合部位の厚肉化によって、接合時における回転治具６やピン７への負荷が大きくなって、接合速度が遅くなり、生産性が悪化することに加えて、厚肉部４ａ，４ｂを何等設けない場合に比して、接合時に発生する摩擦熱が大きくなって、熱影響部９ａ，９ｂの幅が大きくなる問題も内在している。
【０００５】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、接合して得られる接合材における接合強度を高度に確保しつつ、そのような接合材の変形を効果的に抑制乃至は阻止せしめ得るＡｌ部材の摩擦攪拌接合方法、並びにそのような摩擦攪拌接合方法に有利に用いられるＡｌ部材を、提供することにある。また、本発明の別の課題とするところは、優れた接合強度を確保しながら、Ａｌ部材に対して一般に要求されている、軽量化を有利に図ることにある。
【０００６】
【解決手段】
そして、本発明者らは、そのような課題を解決するために、更に鋭意検討を重ねた結果、先に提案した特開平１０−２１６９６４号公報に開示された方法と同様に、摩擦攪拌接合によって生じる熱影響部に、厚肉部位を位置せしめるのであるが、攪拌接合部となる突合せ部側の部位を、かかる厚肉部位よりも薄肉とすると、接合して得られる接合材においては、優れた接合強度が維持されつつ、その接合方向（摩擦攪拌接合操作の進行方向）において、また、その接合方向とは直角な方向において、変形が惹起され難くなって、接合材の全体的な反り等の発生が効果的に抑制され得ることを見出したのである。
【０００７】
従って、本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであって、その要旨とするところは、熱処理型Ａｌ合金からなる複数のＡｌ部材の板状部を突き合わせ、その突合せ部に対して、回転治具の先端に同心的に設けたピンを、該回転治具と共に一体的に回転させつつ差し込み、相対的に移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦攪拌接合するに際して、該Ａｌ部材として、前記板状部の突合せ部に形成される攪拌接合部に隣接、位置する部位が該板状部の母材部よりも厚肉とされていると共に、該厚肉とされた部位よりも前記突合せ部側の部位が、該厚肉部位よりも薄肉とされた形状の材料を用い、前記摩擦攪拌接合を該厚肉部位より薄肉の前記突合せ部側の部位において行なう一方、該摩擦攪拌接合によって生じる熱影響部が該厚肉部位に位置するようにして、かかる摩擦攪拌接合操作を進行せしめることを特徴とするＡｌ部材の摩擦攪拌接合方法にある。
【０００８】
すなわち、このような本発明に従うＡｌ部材の摩擦攪拌接合方法によれば、Ａｌ部材として、その板状部の突合せ部に形成される攪拌接合部に隣接、位置する部位が、該板状部の母材部よりも厚肉とされると共に、その厚肉とされた部位（厚肉部位）よりも突合せ部側の部位が、該厚肉部位よりも薄肉とされた形状の部材が用いられ、しかも、かかる厚肉部位に、熱影響部が位置せしめられるようにして、摩擦攪拌接合操作が行なわれているところから、接合による強度低下が、厚肉部位の形成によって、有利に抑制され得て、優れた強度を確保することが出来ると共に、摩擦攪拌接合操作によって発生する熱に基因するところの摩擦攪拌接合部における収縮挙動が、該接合部の両側に設けられたレール状乃至はリブ状の厚肉部位によって効果的に抑制乃至は阻止され得、摩擦攪拌接合操作の進行方向となる、その接合方向において、また、かかる接合方向とは直角な方向においても、変形が惹起され難くなって、接合材の全体としての反り等の発生が効果的に阻止され得ることとなるのである。
【０００９】
また、かかる本発明方法にあっては、Ａｌ部材の板状部における突合せ部側の部位が、前記厚肉部位に比して薄肉とされて、その薄肉部位において摩擦攪拌接合が行なわれるようになっているところから、摩擦攪拌接合操作において回転治具やピンへの負荷が大きくならず、迅速な接合が可能となり、以て生産性を有利に高めることが出来ると共に、接合時に発生する摩擦熱が小さくなって、熱影響を少なくすることも可能となるのである。しかも、かかる厚肉部位は、突合せ部を挟んで両側に所定距離を隔ててそれぞれ設けられているところから、その突き合わせ部分全体に厚肉部位が形成された従来のものに比して、接合により発生する熱がこもり難く、放熱性に優れ、つまり、突合せ部を挟んで両側に設けられた厚肉部位が放熱フィンの如き作用を為して、熱が放出され、これによっても、熱による影響をより一層抑制することが可能となっているのである。従って、本発明に従う摩擦攪拌接合方法にてＡｌ部材を接合すれば、熱による影響を可及的に抑制することが可能となるのであり、熱の影響を受けて、組織変化、ひいては材質変化（軟化等）が惹起せしめられる熱影響部の幅も、可及的に小さくすることが可能となり、更には、Ａｌ部材に形成せしめられる厚肉部位の幅を小さくせしめて、その軽量化を極めて効果的に達成し得るといった効果も、享受し得るのである。
【００１０】
ところで、かかる本発明に従うＡｌ部材の摩擦攪拌接合方法の好ましい態様の一つによれば、前記Ａｌ部材における厚肉部位は、予め測定された前記熱影響部における硬さ分布に基づいて、部材厚さを漸次変化せしめてなる形状とされていることが望ましい。このように、予め、摩擦攪拌接合手法にて接合せしめられたＡｌ部材の硬さを測定して、軟化が惹起せしめられる熱影響部を把握することにより、Ａｌ部材の接合部位における軟化の程度に応じて、Ａｌ部材の厚さを適宜に変化せしめることが可能となり、以て、より一層無駄がなく、効果的に厚肉部位を形成せしめ得るようになって、本発明の目的が、より一層有利に実現され得ることとなる。
【００１１】
また、本発明における好ましい態様の他の一つによれば、前記厚肉部位が、前記回転治具の差し込み側のみにおいて前記母材部から突出した突出部にて、形成されていることが望ましく、これによって、接合材の変形を、より一層有利に抑制し得るのである。
【００１２】
さらに、本発明は、上述せる如き摩擦攪拌接合方法に用いられるＡｌ部材にして、熱処理型Ａｌ合金からなると共に、相手部材に突き合わされて摩擦攪拌接合せしめられる板状部を有し、且つ該板状部の突合せ部に形成される攪拌接合部に隣接、位置する部位が、該板状部の母材部よりも厚肉とされていると共に、該厚肉とされた部位よりも前記突合せ部側の部位が、該厚肉部位よりも薄肉とされている形状を有していることを特徴とするＡｌ部材をも、その要旨とするものである。このようなＡｌ部材を採用すれば、上述せる如き各種の効果が、有利に実現され得るのである。
【００１３】
なお、かかる本発明に従うＡｌ部材の好ましい態様の一つによれば、前記薄肉とされた部位が、前記母材部よりも厚肉とされていることが望ましい。なぜならば、摩擦攪拌接合するに際しては、高速回転せしめられている回転治具は、一般に、進行方向に後傾する形態において、相対的に移動せしめられるようになるため、接合後において、攪拌接合部の表面に、後傾した回転治具の肩部、特にエッジ部が食い込み、窪みが形成せしめられることとなり、これによって、攪拌接合部が、母材部よりも薄肉となって、継手強度が低下するといった問題が惹起される恐れがあるのであるが、前記薄肉とされた部位が、予め、母材部よりも厚肉とされておれば、そのような問題の発生が、極めて有利に抑制乃至は防止され得るようになるからである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ところで、かくの如き本発明に従うＡｌ（アルミニウム）部材の摩擦攪拌接合方法において、Ａｌ部材としては、時効硬化熱処理によって強度を高めることが可能な、従来より公知の熱処理型のアルミニウム合金、例えば、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系（２０００系）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（６０００系）、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系（７０００系）等からなると共に、接合相手方の部材に突き合わされて、摩擦攪拌接合せしめられる板状部を有するものが用いられることとなる。なお、この板状部を有するＡｌ部材の形状としては、板材に特に限定されるものではなく、公知の各種の手法にて製作された各種の形状のＡｌ部材が何れも採用され得ることとなるが、一般に、押出形材が有利に用いられ得る。また、そのような押出形材を採用するに際しては、全体が板状の押出形材は勿論のこと、所謂、シングルスキンタイプの押出形材であっても、ダブルスキンタイプの押出形材であっても、その接合端部が板状である限りにおいて、何れをも、使用可能である。
【００１５】
そして、そのようなＡｌ部材の複数を用いて、摩擦攪拌接合を行なうために、本発明にあっては、図２に示されるように、Ａｌ部材１０ａ，１０ｂの板状部１２ａ，１２ｂに、それぞれ、かかる板状部１２ａ，１２ｂの本来の厚さを呈する母材部よりも所定の高さ（ｈ，ｈ′）だけ突出した突出部１４ａ，１４ｂが、突合せ部１６から所定距離ｙ，ｙ′だけ入り込んだ位置において形成され、厚肉とされているのである。
【００１６】
より具体的には、かかる突出部１４ａ，１４ｂは、厚肉部位を構成し、図３に示されるように、摩擦攪拌接合することにより、突合せ部１６に形成される攪拌接合部１８に隣接する位置に、突合せ部１６乃至は攪拌接合部１８に沿って、長手方向（図２中、紙面に垂直な方向）に延出するように設けられており、これによって、攪拌接合部１８の周辺に生じる熱影響部２０（熱の影響を受けて、母材部よりも軟化した部位）が、そのような突出部１４ａ，１４ｂに位置せしめられるようになっているのである。
【００１７】
また、上記したＡｌ部材１０ａ，１０ｂは、その板状部１２ａ，１２ｂの突出部１４ａ，１４ｂよりも突合せ部１６側の部位において、それぞれ、内側の母材部の厚さ（ｔ，ｔ′）と突出高さ（ｈ，ｈ′）を合わせた、突出部１４ａ，１４ｂの厚さ（ｔ＋ｈ、ｔ′＋ｈ′）よりも所定の厚さだけ薄肉とされた薄肉部２２ａ，２２ｂを有するように、構成されている。
【００１８】
ここにおいて、上述せる如き突出部１４ａ，１４ｂの高さ（ｈ，ｈ′）や幅（ｘ，ｘ′）は、使用するＡｌ部材１０ａ，１０ｂの合金の種類や母材部の厚さ（ｔ，ｔ′）、更には接合条件［回転治具３０の肩部の半径（ｒ）等］に応じて、適宜に設定されるものであり、本発明において、特に制限されるものではないものの、接合によって得られる接合材２４が、熱影響部２０ａ，２０ｂにおいて簡単に破断するようなことがない、充分な接合強度が得られるような突出高さ（ｈ，ｈ′）や幅（ｘ，ｘ′）が選択されることとなる。
【００１９】
なお、そのような突出高さ（ｈ，ｈ′）や幅（ｘ，ｘ′）の設定は、予め測定された熱影響部における硬さ分布に基づいて行なわれることが望ましく、このようにして、軟化が惹起せしめられた熱影響部を把握することにより、Ａｌ部材１０ａ，１０ｂの軟化の程度に応じて、Ａｌ部材１０ａ，１０ｂの厚さ（ｈ，ｈ′）や幅（ｘ，ｘ′）を適宜に変化せしめることが可能となる。これによって、無駄な厚肉化をより一層有利に防止し得るのである。
【００２０】
具体的には、図４（ａ）に示されるように、接合すべき板状部１２ａ，１２ｂと同様の合金及び、かかる板状部１２ａ，１２ｂと同様の厚さ（ｔ，ｔ′）を有する平板状のＡｌ部材２６ａ，２６ｂを突き合わせて、摩擦攪拌接合を行ない、そして、接合によって得られた接合材２８の硬さを、接合方向とは直角な方向に測定することにより、図４（ｂ）に示される如き接合材２８の硬さ分布が得られる。
【００２１】
而して、そのような硬さ分布より、その測定された母材部の硬さと熱影響部の硬さを対比して、突出部１４ａ，１４ｂの突出高さ（ｈ，ｈ′）や幅（ｘ，ｘ′）を設定し、母材部よりも小さな硬さとなる熱影響部に、かかる突出部１４ａ，１４ｂを設けるようにすればよいのである。特に、図５に示されるように、硬さ分布における熱影響部の硬さ変化に応じて、Ａｌ部材１０ａ，１０ｂの板状部１２ａ，１２ｂの厚さを、漸次変化せしめるようにすれば、軽量化を阻害する無用な厚肉化を、有利に防止し得るのである。
【００２２】
一方、上述せる如き突出部１４ａ，１４ｂよりも突合せ部１６側に位置する薄肉部２２ａ，２２ｂの厚さ（ｓ，ｓ′）や幅（ｙ，ｙ′）にあっても、本発明において、特に制限されるものではなく、接合によって得られる接合材２４に充分な強度が確保され得る範囲内において、使用する回転治具３０の肩部の半径（ｒ）等の接合条件に応じて、適宜に設定されることとなるが、薄肉部２２ａ，２２ｂは、母材部の厚さ（ｔ，ｔ′）よりも厚肉（ｓ＞ｔ，ｓ′＞ｔ′）とされることが望ましい。
【００２３】
けだし、回転治具３０が、進行方向に対して所定の角度をもって後傾する形態において、相対的に移動せしめられることによって、攪拌接合部１８の表面に窪みが形成されても、攪拌接合部１８の厚さが、母材部の厚さ（ｔ，ｔ′）よりも薄肉となるようなことが、有利に回避され得、以て、継手強度が低下するようなことが、極めて効果的に阻止され得るからである。
【００２４】
ここにおいて、かかる薄肉部２２ａ，２２ｂの厚さ（ｓ，ｓ′）は、上述せるように、本発明に従って、突出部１４ａ，１４ｂの厚さ（ｔ＋ｈ、ｔ′＋ｈ′）よりも薄くされる必要があり、このように、突出部１４ａ，１４ｂよりも薄肉とすることによって、接合材２４が歪んで、変形してしまうようなことが、中でも、接合方向における歪み（反り）が、突合せ部１６の両側に設けられたレール状乃至はリブ状の突出部１４ａ，１４ｂの存在によって、接合部１８の縮みが抑制されることにより、効果的に阻止され得るのである。
【００２５】
また、突出部１４ａ，１４ｂよりも突合せ部１６側の部位を薄肉とすることによって、突合せ部位全体に厚肉部位が形成された従来のものに比して、回転治具やピンへの負荷が小さくなり、接合速度を高めて、生産性の向上を図ることが可能となると共に、接合時に発生する摩擦熱も小さくなることに加えて、突合せ部１６を挟んで両側に設けられた突出部１４ａ，１４ｂが、放熱フィンの如く作用して、接合により発生する熱が、放出され易くなり、熱による影響を可及的に抑えられ得るようになっているのである。このため、熱の影響を受けて、組織変化、ひいては材質変化（軟化等）が惹起せしめられる熱影響部の幅（大きさ）も、効果的に小ならしめられ得るのである。
【００２６】
これに対し、薄肉部２２ａ，２２ｂの厚さ（ｓ，ｓ′）が、突出部１４ａ，１４ｂの厚さ（ｔ＋ｈ、ｔ′＋ｈ′）と同じか、或るはそれ以上になると、接合材２４に歪みが発生し易くなって、反り等の変形が惹起され易くなることに加えて、摩擦攪拌接合のための回転治具３０やピン３２の高速回転に対する抵抗が大きくなり、大きな負荷を生じて、接合速度が遅くなると共に、接合時に発生する摩擦熱が大きくなって、熱影響部が大きくなり、更なる重量増加を招来することとなる。
【００２７】
ところで、上述せる如き形状のＡｌ部材１０ａ，１０ｂを摩擦攪拌接合する際に用いられる回転治具３０としては、軸回りに回転せしめられるロッド状本体の先端部に、所定高さを有するピン３２が同心的に設けられている、従来と同様なものが使用され、また、接合されるべきＡｌ部材１０ａ，１０ｂの板状部１２ａ，１２ｂの材質よりも硬い材料にて形成されており、そのため、それら回転治具３０やピン３２が高速回転せしめられて、二つのＡｌ部材１０ａ，１０ｂの突合せ部１６に差し込まれたり、薄肉部２２ａ，２２ｂの上面に回転治具３０の先端部たる肩部（ショルダ部）が接触せしめられても、殆ど損耗することのない非消費型の部材とされているのである。なお、これら回転治具３０やピン３２の軸心回りの高速回転は、回転治具３０の基部側において、図示しない、従来と同様な回転駆動装置に取り付けられていることによって、容易に実現され得るようになっているのである。
【００２８】
そして、本発明に従って、上述せる如き形状のＡｌ部材１０ａ，１０ｂを摩擦攪拌接合して、目的とする接合製品を形成せしめるに際しては、先ず、図２に示されるように、薄肉部２２ａ，２２ｂを突き合わせた状態下で、それら二つのＡｌ部材１０ａ，１０ｂが長手方向（接合方向）及び幅方向に相対的に移動することがないように、常法に従って拘束し、位置固定に保持せしめる一方、回転治具３０をピン３２と一体的に高速回転させて、突き合わされた薄肉部２２ａ，２２ｂの突合せ部１６に向かって、移動させることにより、かかる突合せ部１６に、該回転治具３０のピン３２を押し付けて、回転治具３０の肩部が薄肉部２２ａ，２２ｂの上面に当接するまで、該ピン３２を突合せ部１６に差し込むようにするのである。これにより、突合せ部１６とピン３２及び回転治具３０の肩部３２との接触面において摩擦熱を発生させて、その周囲を可塑化せしめると共に、ピン３２の高速回転に伴う攪拌作用にて、両側の薄肉部２２ａ，２２ｂのそれぞれの端部部位の組織を入り交じり合わせ、更に、かかる回転治具３０及びピン３２を突合せ部１６に沿って、つまり、図２の紙面に対して垂直な方向に、相対的に移動せしめることにより、二つのＡｌ部材１０ａ，１０ｂを、その突合せ部１６において、摩擦攪拌接合せしめるのである。
【００２９】
而して、上述せる如くして、摩擦攪拌接合操作が行なわれることにより、二つのＡｌ部材１０ａ，１０ｂの突合せ部１６には、図３に示されるように、それら二つのＡｌ部材１０ａ，１０ｂに跨る攪拌接合部１８が、長手方向に、連続的に延びるように形成されることとなるのである。また、摩擦攪拌接合による熱影響部（軟化部）２０ａ，２０ｂも、それぞれの突出部１４ａ，１４ｂの形成領域内に存在せしめられるのである。
【００３０】
このように、本実施形態では、突合せ部１６を、ピン３２が設けられた回転治具３０にて摩擦攪拌接合せしめる際において、Ａｌ部材１０ａ，１０ｂとして、板状部１２ａ，１２ｂの突合せ部１６に形成される攪拌接合部１８に隣接、位置する部位に、それぞれ、母材部の厚さ（ｔ，ｔ′）よりも厚肉とされた突出部１４ａ，１４ｂが設けられ、且つ、かかる突出部１４ａ，１４ｂよりも突合せ部１６側の部位が、それぞれ、突出部１４ａ，１４ｂよりも薄肉とされている形状の材料が用いられて、接合が実施されているところから、破断の惹起され易い熱影響部２０ａ，２０ｂは、それぞれ、厚肉部たる突出部１４ａ，１４ｂに位置せしめられて、破断強度の低下が有利に抑制されると共に、接合材の変形が効果的に抑制され、以て、優れた継手効率を実現し、且つ反りの少ない接合製品を、極めて有利に得ることが出来るのである。
【００３１】
かくして、上述せるようにして、複数のＡｌ部材が接合されて得られた接合製品は、近年における軽量化や大型化を図るべく、船舶や車両、航空機等の殻やフロア、建材、熱交換器、アンテナ、自動車部品、橋架等に、有利に用いられることとなる。
【００３２】
以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。
【００３３】
例えば、上記の実施形態では、接合せしめられるＡｌ部材１０ａ，１０ｂとして、母材厚さ（ｔ，ｔ′）や突出高さ（ｈ，ｈ′）、突出の幅（ｘ，ｘ′）、薄肉部の厚さ（ｓ，ｓ′）、薄肉部の幅（ｙ，ｙ′）が、それぞれ、同一であるものが用いられていたが、それらは、必ずしも同じである必要はない。例えば、互いに突き合わされるＡｌ部材同士の材質（合金の種類）が異なるような場合等には、熱影響部の形成領域や、軟化の程度も異なるところから、所望とする接合強度が得られるように、突出高さ：ｈ及びｈ′、突出の幅：ｘ及びｘ′、薄肉部の厚さ：ｓ及びｓ′等が、それぞれ、別個に設定されることとなる。
【００３４】
また、上例では、回転治具３０に一体的に取り付けられたピン３２が、突出部１４ａ，１４ｂが形成された側から、突合せ部１６に差し込まれていたが、図６に示されるように、突出部１４ａ，１４ｂが形成されていない面の側から、回転治具３０に設けられたピン３２を、差し込んで、接合するようにしても良い。
【００３５】
さらに、例示の実施形態において、Ａｌ部材１０ａ，１０ｂの板状部１２ａ，１２ｂの下面、換言すれば、回転治具３０が位置せしめられる側とは反対側の面が面一とされて、突出部１４ａ，１４ｂが、一方の側の面のみに突出するように設けられていたが、図７にも示される如く、両側の面に、突出部を設けることも可能である。
【００３６】
また、突出部１４ａ，１４ｂは、母材部の厚さ（ｔ，ｔ′）よりも厚肉とされておれば、その形状は、特に制限されるものではなく、図２に示されるような台形断面形状の他にも、矩形断面形状、円形断面形状、楕円形断面形状等の各種の形状であっても何等差支えないのであるが、上述せるように、硬さ分布に基づいて、部材厚さが漸次変化されてなる形状を有するものが、より好適に採用され得る。
【００３７】
さらに、上述せる如き突出部１４ａ，１４ｂは、接合後において、面削等によって取り除かれても良いのであるが、面削を実施しない場合等には、板状部１２ａ，１２ｂの上面と突出部１４ａ，１４ｂの側面とで形成される角部で、疲労亀裂が起こり易くなる恐れがあるところから、図８に示されるように、かかる角部の曲率半径が、３ｍｍ以上となるようにされることが望ましい。
【００３８】
加えて、上例では、突出部１４ａ，１４ｂを設けるに際して、接合すべき板状部１２ａ，１２ｂと同様の合金及び、かかる板状部１２ａ，１２ｂと同様の厚さ（ｔ，ｔ′）を有する平板状のＡｌ部材２６ａ，２６ｂを摩擦攪拌接合して得られた接合材２８の硬さ分布から、突出部１４ａ，１４ｂの突出高さ（ｈ，ｈ′）や幅（ｘ，ｘ′）を設定する方法を一例として述べたが、このような設定を繰返し、突出部の寸法を微調整することによって、より一層無駄な厚肉化のない接合製品が得られることは、勿論、言うまでもないところである。
【００３９】
その他、一々列挙はしないが、本発明が、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないところである。
【００４０】
【実施例】
以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。
【００４１】
実施例　１
接合せしめられるＡｌ部材として、図２に示される如き形状の突出部１４ａ（１４ｂ）を有する、幅：２００ｍｍ×長さ：３０００ｍｍのＡｌ板材（６Ｎ０１−Ｔ５材）の２枚を、準備した。なお、かかるＡｌ板材は、板厚（母材部厚さ：ｔ）：４ｍｍ、突出部１４ａの厚さ（ｈ＋ｔ）：６ｍｍ、突出部１４ａの幅（ｘ）：１６ｍｍ、薄肉部２２ａの厚さ（ｓ）：４．５ｍｍ、薄肉部２２ａの幅（ｙ）：９ｍｍであった。
【００４２】
比較例　１
接合せしめられるＡｌ部材として、厚さ：４ｍｍ×幅：２００ｍｍ×長さ：３０００ｍｍの、厚肉部が何等設けられていない平板状のＡｌ板材（６Ｎ０１−Ｔ５材）を、２枚準備した。
【００４３】
比較例　２
接合せしめられるＡｌ部材として、図１の（ａ）に示される如き形状の厚肉部４ａを有する、幅：２００ｍｍ×長さ：３０００ｍｍの、Ａｌ板材（６Ｎ０１−Ｔ５材）２ａを、２枚準備した。なお、かかるＡｌ板材は、板厚（母材部厚さ）：４ｍｍ、厚肉部４ａの厚さ：６ｍｍ、厚肉部４ａの幅（ｗ）：２５ｍｍであった。
【００４４】
次いで、かかる実施例１や比較例１，２で準備されたＡｌ板材同士を、それぞれ、幅方向に突き合わせた後、その突き合わせた二つのＡｌ板材が突合せ部において相対的に移動しないように拘束し、図２や図１（ａ）に示される如き形態において、先端にピンが設けられた回転治具を高速回転させつつ、かかる回転治具のピンを、二つのＡｌ板材の突合せ部に差し込んで、そして、その突合せ部に沿って移動せしめることにより、摩擦攪拌接合を行なった。
【００４５】
なお、何れの摩擦撹拌接合にも、回転治具として、ピン直径：４ｍｍ、ピン高さ：３．５ｍｍのピンが同心的に設けられた、回転治具肩径：１６ｍｍであるものを用いると共に、回転数：１５００ｒｐｍ、及び、回転治具が進行方向において後傾する傾斜角度：３°の条件を採用した。また、接合時の移動速度（接合速度）は、下記表１に示されるように、５００ｍｍ／分（実施例１，比較例１）、３００ｍｍ／分（比較例２）であった。
【００４６】
そして、上述せる如くして得られた実施例１及び比較例１，２に係る接合材について、それぞれ、ＪＩＳ−Ｚ３１２１−１９６１の「３．溶接継手の引張試験方法」に準拠して、軸方向に引張することにより、引張試験を実施し、得られた継手強度を、下記表１に併せ示した。なお、厚さ：４ｍｍの平板状のＡｌ板材（６Ｎ０１−Ｔ５材）について、同様の引張試験を実施することにより、実施例１及び比較例１，２に係る接合材における母材部の引張強度を求めたところ、２５０ＭＰａであった。
【００４７】
また、図９に示される如き、得られた実施例１及び比較例１，２に係る接合材の長手方向（接合方向）の最大の歪み（反り）：ｕを、それぞれ測定し、その結果を下記表１に示した。
【００４８】
【表１】

【００４９】
かかる表１の結果から明らかなように、本発明に従う実施例１において得られた接合材にあっては、突合せ部の両側に設けられた突出部によって、その接合部の強度が、母材の９２％以上、つまり、継手効率が９２％以上となっており、優れた強度が確保されていると共に、接合材の歪み（反り）も極めて小さくなっているのである。
【００５０】
これに対して、接合端部が何等厚肉化されていない比較例１にあっては、接合部の継手強度が低く、また、突合せ部位全体に厚肉部が形成された比較例２にあっては、優れた継手強度が得られているものの、接合部の厚肉化によって、接合速度が遅くなると共に、歪みが大きくなっていることが分かる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に従うＡｌ部材の摩擦攪拌接合方法にあっては、Ａｌ部材として、突合せ部に形成される攪拌接合部に隣接、位置する部位が、母材部よりも厚肉とされると共に、その厚肉とされた部位（厚肉部位）よりも突合せ部側の部位が、該厚肉部位よりも薄肉とされた形状の板状部を有する部材が用いられ、しかも、かかる厚肉部位に、熱影響部が位置せしめられるようにして、摩擦攪拌接合操作が行なわれているところから、接合による強度低下が、厚肉部位の形成によって有利に抑制され、優れた強度を確保することが出来ると共に、攪拌接合部の両側に位置する厚肉部位の存在によって、摩擦攪拌接合操作によって発生する熱に基因するところの反り等の変形が極めて効果的に阻止され得るのである。
【００５２】
また、Ａｌ部材の板状部における突合せ部側の部位が、厚肉部位に比して薄肉とされているところから、摩擦攪拌接合操作において回転治具やピンへの負荷が大きくならず、以て、摩擦攪拌接合において発生する熱も少なくなって、それによる悪影響が有利に回避され得ると共に、迅速な接合が可能となり、生産性を有利に高めることが出来る。
【００５３】
加えて、突合せ部の両側に設けられた厚肉部位により、接合時に発生する摩擦熱が放熱され得るところから、これによっても、熱による影響がより一層抑えられ、熱影響部の幅も可及的に小さくすることが可能となる。このため、Ａｌ部材に形成される厚肉部位の幅を小さくせしめ得て、Ａｌ部材の軽量化をも効果的に実現し得るのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】先に提案したＡｌ部材の摩擦攪拌接合方法を示す断面説明図であって、（ａ）は、接合前の状態を示し、（ｂ）は、接合された後の状態を示している。
【図２】本発明手法に従って、突き合わされたＡｌ部材を摩擦撹拌接合する工程の一例を示す断面説明図である。
【図３】本発明に従って、摩擦攪拌接合を施したＡｌ部材の断面説明図であって、図２に対応する説明図である。
【図４】本発明に従うＡｌ部材の形状を決定する方法の具体的な一例を示す説明図であって、（ａ）は、摩擦攪拌接合が施された平板状のＡｌ部材の断面説明図を示し、（ｂ）は、（ａ）の硬さ分布を示すグラフである。
【図５】本発明に従うＡｌ部材の別の具体例を示す断面説明図である。
【図６】本発明手法に従って、突き合わされたＡｌ部材を摩擦撹拌接合する工程の他の一例を示す断面説明図である。
【図７】本発明に従うＡｌ部材の更に別の具体例を示す断面説明図である。
【図８】本発明に従うＡｌ部材における厚肉部位の好ましい形態を示す部分拡大説明図である。
【図９】実施例において測定される歪み（反り）を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ　Ａｌ部材　　　１２ａ，１２ｂ　板状部
１４ａ，１４ｂ，３４ａ，３４ｂ　突出部（厚肉部位）
１６　突合せ部　　　　　　　　１８　攪拌接合部
２０ａ，２０ｂ　熱影響部（軟化部）
２２ａ，２２ｂ　薄肉部　　　　２４　接合材
３０　回転治具　　　　　　　　３２　ピン

Claims (5)

1. 熱処理型Ａｌ合金からなる複数のＡｌ部材の板状部を突き合わせ、その突合せ部に対して、回転治具の先端に同心的に設けたピンを、該回転治具と共に一体的に回転させつつ差し込み、相対的に移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦攪拌接合するに際して、
   該Ａｌ部材として、前記板状部の突合せ部に形成される攪拌接合部に隣接、位置する部位が該板状部の母材部よりも厚肉とされていると共に、該厚肉とされた部位よりも前記突合せ部側の部位が、該厚肉部位よりも薄肉とされた形状の材料を用い、前記摩擦攪拌接合を該厚肉部位より薄肉の前記突合せ部側の部位において行なう一方、該摩擦攪拌接合によって生じる熱影響部が該厚肉部位に位置するようにして、かかる摩擦攪拌接合操作を進行せしめることを特徴とするＡｌ部材の摩擦攪拌接合方法。
2. 前記Ａｌ部材における厚肉部位が、予め測定された前記熱影響部における硬さ分布に基づいて、部材厚さを漸次変化せしめてなる形状とされている請求項１に記載のＡｌ部材の摩擦攪拌接合方法。
3. 前記厚肉部位が、前記回転治具の差し込み側のみにおいて前記母材部から突出した突出部にて、形成されている請求項１又は請求項２に記載のＡｌ部材の摩擦攪拌接合方法。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の摩擦攪拌接合方法に用いられるＡｌ部材にして、
   熱処理型Ａｌ合金からなると共に、相手部材に突き合わされて摩擦攪拌接合せしめられる板状部を有し、且つ該板状部の突合せ部に形成される攪拌接合部に隣接、位置する部位が、該板状部の母材部よりも厚肉とされていると共に、該厚肉とされた部位よりも前記突合せ部側の部位が、該厚肉部位よりも薄肉とされている形状を有していることを特徴とするＡｌ部材。
5. 前記薄肉とされた部位が、前記母材部よりも厚肉とされている請求項４に記載のＡｌ部材。

Images