JP2006212651A - 摩擦撹拌点接合方法及びそのための摩擦撹拌点接合用回転工具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 3つ以上の被接合金属部材の重合せ部に対して、摩擦撹拌点接合用回転工具を、回転させつつ、その先端部に設けたプローブより差し込み、それら被接合金属部材を点接合せしめる摩擦撹拌点接合方法において、かかる重合せ部の最下段の被接合金属部材に達するようにプローブを差し込む一方、重合せ部の少なくとも上面に、摩擦撹拌点接合用回転工具に設けた外表面用ショルダ部を押し当てるようにすると共に、それら被接合金属部材の重合せ部における複数の接合界面のうちの少なくとも一つを、外表面用ショルダ部とプローブとの間に設けた、該外表面用ショルダ部よりも外径の小さな中間ショルダ部にて、摩擦撹拌点接合するようにした。
【選択図】 図1
Description
h≦−0.046t2+1.02t
h≧0.1t
t≧0.5
[但し、hは、前記中間ショルダ部が差し込まれた前記板状部の、該中間ショルダ部下方 に位置する部分の厚さ(mm)であり、tは、該板状部の厚さ(mm)である。]
を満足するように差し込まれることが望ましく、これによって、より有効な撹拌領域が形成され得るのである。
D≦1.5T+15
D≧0.25T+5
T≧1.5
を満足するように構成されることとなる。これによって、重合せ部の表面におけるバリの発生を少なくすると共に、摩擦撹拌点接合用回転工具の差込み荷重が過大となるのを抑制しつつ、重合せ部における各界面の接合に有効な撹拌領域を形成することに有利に寄与し得ることとなる。
h≦−0.046t2 +1.02t
h≧0.1t
t≧0.5
を満足するように、それぞれの中間ショルダ部26a、26bを、その対応する金属板材(12b、12c)に差し込むようにすることが望ましく、これによって、メタルの撹拌領域(30)の拡大を効果的に図り得て、接合界面14a、14b及び14cのそれぞれの継手強度を、より一層有利に高め得ることとなる。
D≦1.5T+15
D≧0.25T+5
T≧1.5
を満足するように選定されていることが望ましく、これによって、摩擦撹拌点接合操作を有利に進行せしめ得るのである。なお、かかる式において、外表面用ショルダ部24の外径(D)が大きくなり過ぎると、回転工具20の差込み荷重が過大となったり、他部材との干渉の恐れが生じたりする等の問題を惹起する一方、かかる外径(D)があまりにも小さいと、外表面用ショルダ部24の周りに、バリが多く生じる等の問題が惹起されるのである。
先ず、接合されるべき母材として、SG112−T4なる材質の厚さ:1mmの自動車用アルミニウムボデーシート材を用意し、また、回転工具としては、図1に示される如き構成の、同心円の階段状のショルダ部を有する4段の回転工具を準備した。なお、この回転工具の工具本体(外表面用ショルダ部)の外径は12mmであり、また、2つの中間ショルダ部を含めて、各ショルダ部のショルダ面の径方向幅は、何れも、同一寸法(1mm)とした。
厚さ:1mmのアルミニウム板(6016−T4材)の4枚を重ね、その最下部の板側に裏当て治具を当接する一方、最上部の板側から、図1に示される如き一体式の回転工具を高速回転させつつ差し込み、最下部の板の厚さの1/3までプローブが達するようにした後、かかる回転工具を引き抜くことにより、摩擦撹拌点接合を実施した。
板厚が1mmのアルミニウム板(6016合金板材)の4枚を重ね合わせ、図10の(a)及び(b)に示される回転工具20、20’を用いて、それぞれ、摩擦撹拌点接合を実施した。なお、図10の(a)に示される回転工具20は、その工具本体22の直径が13mmのものであり、また、外表面用ショルダ部24、第一中間ショルダ部26a及び第二中間ショルダ部26bのそれぞれのショルダ面の径方向幅は、何れも同一幅であって、13/8mmの寸法とされているものであり、また、図10(b)に示される回転工具20’は、第一中間ショルダ部26a’のショルダ面の径方向幅及び第二中間ショルダ部26b’のショルダ面の径方向幅が、それぞれ、外表面用ショルダ部24のショルダ面の径方向幅(x)とは異なるように変化せしめられて、0.83x及び1.25xとされている。
14a〜14c 接合界面 20 回転工具
22 工具本体 24 外表面用ショルダ部
26a 第一中間ショルダ部 26b 第二中間ショルダ部
28 プロープ 30 撹拌領域
40 重合せ部 42a〜42c 金属板材
44a、44b 接合界面 46 回転工具
48 プローブ 50 外表面用ショルダ部
52 中間ショルダ部 54 撹拌領域
56 バリ 58 回転工具
60 上部ショルダ部 62 外表面用ショルダ部
64、66 周溝 68 周溝
70 溝又は突起 72 周溝
74 周溝 76 凹所
Claims (13)
- 所定の被接合金属部材の上に2つ以上の被接合金属部材の各板状部を重ね合わせて、該重合せ部の最表部に位置する板状部の側から、摩擦撹拌点接合用回転工具を、回転させつつ、その先端部に設けたプローブより差し込み、それら被接合金属部材を点接合するようにした摩擦撹拌点接合方法にして、
前記重合せ部の最底部に位置する被接合金属部材に達するように前記プローブを差し込む一方、前記重合せ部の最表部に位置する被接合金属部材の板状部の少なくとも表面に、前記摩擦撹拌点接合用回転工具に設けた外表面用ショルダ部を押し当てるようにすると共に、それら被接合金属部材の前記重合せ部における複数の接合界面のうちの少なくとも一つを、該外表面用ショルダ部と前記プローブとの間に設けた、該外表面用ショルダ部よりも外径の小さな中間ショルダ部にて、摩擦撹拌点接合するようにしたことを特徴とする摩擦撹拌点接合方法。 - 前記摩擦撹拌点接合用回転工具が、前記中間ショルダ部の一つ又は複数を備え、且つ該一つ又は複数の中間ショルダ部が、順次、前記外表面用ショルダ部から前記プローブに向かって外径の小さくなる段付き形状において、設けられていると共に、かかる一つ又は複数の中間ショルダ部にて、それぞれの対応する接合界面の摩擦撹拌点接合が行なわれるようにした請求項1に記載の摩擦撹拌点接合方法。
- 前記中間ショルダ部の少なくとも一つが、それに対応した前記接合界面を通過して、その直下の前記板状部に差し込まれるようにされる請求項1又は請求項2に記載の摩擦撹拌点接合方法。
- 前記中間ショルダ部が、前記板状部に対して、次式:
h≦−0.046t2+1.02t
h≧0.1t
t≧0.5
[但し、hは、前記中間ショルダ部が差し込まれた前記板状部の、該中間ショルダ部下方 に位置する部分の厚さ(mm)であり、tは、該板状部の厚さ(mm)である。]
を満足するように差し込まれる請求項3に記載の摩擦撹拌点接合方法。 - 前記外表面用ショルダ部の外径:D(mm)が、前記重合せ部の総厚さ:T(mm)との間において、次式:
D≦1.5T+15
D≧0.25T+5
T≧1.5
を満足するように構成されている請求項1乃至請求項4の何れかに記載の摩擦撹拌点接合方法。 - 前記複数の接合界面が、前記外表面用ショルダ部から前記プローブに向かって順次外径の小さくなる段付き形状を与える、それぞれ別個の複数の中間ショルダ部と該プローブにて、それぞれ摩擦撹拌点接合せしめられることからなる請求項1乃至請求項5の何れかに記載の摩擦撹拌点接合方法。
- 所定の被接合金属部材の上に、2つ以上の被接合金属部材の各板状部を重ね合わせ、該重合せ部において、それら被接合金属部材を点接合するために用いられる摩擦撹拌点接合用回転工具にして、
前記重合せ部の最底部に位置する被接合金属部材に達するように、回転しつつ、差し込まれるプローブと、
前記重合せ部の最表部に位置する被接合金属部材の板状部の少なくとも表面に、回転しつつ、押し当てられる外表面用ショルダ部と、
それら被接合金属部材の複数の接合界面のうちの少なくとも一つを摩擦撹拌点接合するために、該外表面用ショルダ部と前記プローブとの間に設けられて、回転せしめられつつ、前記重合せ部に差し込まれ、該外表面用ショルダ部よりも順次外径が小さくなる少なくとも一つの中間ショルダ部とを、
含むことを特徴とする摩擦撹拌点接合用回転工具。 - 前記中間ショルダ部又は前記プローブが、前記差込み方向における先端側よりも基部側において、全体的に外径の小さくなる形状となるように、形成されている請求項7に記載の摩擦撹拌点接合用回転工具。
- 前記中間ショルダ部又は前記プローブの側面に、周方向に延びる周溝が形成されている請求項7に記載の摩擦撹拌点接合用回転工具。
- 前記中間ショルダ部又は前記プローブの側面に、軸方向に平行に延びる、又は軸方向に所定のリード角をもって延びる、溝又は突起が設けられている請求項7又は請求項8に記載の摩擦撹拌点接合用回転工具。
- 前記中間ショルダ部の差込み方向における前記重合せ部対向面に、周溝又は独立した凹所が、周方向に配設されている請求項7乃至請求項10の何れかに記載の摩擦撹拌点接合用回転工具。
- 前記凹所が、内側よりも外側の円弧状部側において深さが深くされた、全体的に三日月乃至は半月形状を呈するものであり、且つ該三日月乃至は半月形状が径方向において傾斜せしめられている請求項11に記載の摩擦撹拌点接合用回転工具。
- 前記外表面用ショルダ部の前記差込み方向における前記重合せ部対向面の径方向幅に対して、前記中間ショルダ部の前記差込み方向における前記重合せ部対向面の径方向幅が変化せしめられて、前記重合せ部における複数の接合界面の継手強度が調整されている請求項7乃至請求項12の何れかに記載の摩擦撹拌点接合用回転工具。
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