JP2007098439A - 段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の被接合部材の板状部を段付き形状において重ね合わせ、その重合せ部分を摩擦撹拌接合して得られる接合製品において、その疲労破壊の問題を解消して、強固な接合部を実現した、信頼性の高い接合製品を提供すること。
【解決手段】金属板１２、１４を、その端部１２ａ、１４ａが重合せ部１６の両側に位置するようにした段付き形状において、重ね合わせて、その重合せ部１６の所定部位を摩擦撹拌接合することにより得られる、段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品１０において、摩擦撹拌接合部位１８と金属板の端部１２ａ、１４ａとの間に、少なくとも３ｍｍ以上の長さにおいて位置する接着剤層２０を、重合せ部２０の重合せ界面において、それら摩擦撹拌接合部位と金属板端部との間を遮断するように介在せしめると共に、かかる重合せ部２０を、摩擦撹拌接合部位と接着剤層とによって接合せしめた。
【選択図】図１

Description

本発明は、段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品に係り、特に、複数の被接合部材の板状部を段付き形状に重ね合わせて、その重合せ部の所定部位を摩擦撹拌接合することにより得られる、摩擦撹拌接合製品に関するものである。

従来から、自動車の製造においては、そのボデー部材や各種部品が、複数の金属板部材を重ね合わせて、それらをリベットや抵抗スポット溶接の如き点接合にて連結して、一体化することにより、製造されてきており、また、そのような点接合による金属板部材の連結形式は、鉄道車両を始めとする各種車両や航空機等の輸送機分野においても、また家電製品、建材等の構造物の分野においても、広く採用されてきている。

一方、近年になって、特許文献１等において、接合時の入熱が少なく、軟化や歪みの程度が少ない接合手法として、摩擦熱を利用して金属部材を接合せしめる摩擦撹拌接合法が提案されるに至り、更に特許文献２〜４においては、そのような摩擦撹拌接合手法を採用して、複数の金属板部材の重合せ部位を点接合せしめる技術が検討され、それによって、従来の抵抗スポット溶接やリベットによる接合よりも継手品質がよく、良好な接合状態が安定して得られるとして、各種の摩擦撹拌点接合方法が、提案されている。

そして、それら提案された各種の摩擦撹拌点接合方法では、基本的に、ロッド形状の工具本体の先端に、ピン形状の硬質プローブを、一体的に、若しくは軸方向に移動可能に設けてなる構造のピン型工具（回転工具）を用いて、それを高速回転させながら、所定の金属板部材の重合せ部位に差し込み、またかかるピン型工具の工具本体の先端部にて構成されるショルダ部を重合せ部位に押圧することにより、それらショルダ部やプローブと重合せ部位との間に摩擦熱を発生させて、材料を塑性流動せしめ、かかるプローブの周りに撹拌領域を形成することによって、そのようなプローブの差込部位において、金属板部材の重合せ部位の点接合を行ない得るようになっている。

ところで、そのような摩擦撹拌接合手法を用いて、複数の金属板部材の重合せ部位を接合せしめるに際して、それら金属板部材は、例えば特許文献３の図１等に明らかにされている如く、それぞれの端部が、重合せ部の両側に位置するような段付き形状において、換言すれば重合せ部の表側及び裏側の何れの側にも段付き形状が形成された状態において、重ね合わされて、重合せ部が形成され、そして、この重合せ部を摩擦撹拌接合するとき、一般に、かかる重合せ部の中央部位において、金属板部材の接続方向とは直角な方向（幅方向）に、摩擦撹拌接合操作によって、点接合乃至は線接合が行なわれることとなる。

このため、摩擦撹拌接合された複数の金属板部材の段付き形状の重合せ部にあっては、一方の金属板部材の端部部位と他方の金属板部材との間の所定長さに亘る重合せ界面が、被接合形態となっているところから、接合後の製品において、それらの間が開口し易く、特に複数の金属板部材に、それらの板面に対して相互に逆方向の力が作用すると、それら一方の金属板部材の端部と他方の金属板部材との間が、更に開口し易くなるのであり、加えて、そのような開口挙動は、プレス成形等によって、金属板部材が所定形状に成形されている場合にあっては、反りが生じ易く、平坦な板面ではなく、湾曲した板面の板状部となり易いところから、更に顕著な現象として現れることとなる。そして、そのような重合せ部における開口挙動によって、摩擦撹拌接合部の疲労強度が低下し、そこに疲労亀裂が発生して、接合製品の破損に至る問題を内在しているのである。

また、そのような金属板部材の摩擦撹拌接合製品にあっては、その一方の金属板部材の端部と他方の金属板部材との間の開口した重合せ界面から、外部の水滴や水分等が入り込んで、摩擦撹拌接合部位に到達し、そこを腐食せしめる問題も内在しており、そして、そのような腐食が、また、疲労破壊、更には接合強度の低下に大きな影響をもたらしているのである。

特許第２７１２８３８号公報 特許第３４２９４７５号公報 特開２００３−１５４４７２号公報 特開２００１−２５９８６３号公報

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、複数の被接合部材の板状部を段付き形状において重ね合わせ、そしてその重合せ部分を摩擦撹拌接合して得られる接合製品において、その疲労破壊の問題を解消して、強固な接合部を実現した、信頼性の高い接合製品を提供することにある。

そして、本発明にあっては、上記した課題を解決するために、複数の被接合部材を、その少なくとも一方のものの板状部の端部が重合せ部の少なくとも一方の側に位置するようにした段付き形状において重ね合わせて、該重合せ部の所定部位を摩擦撹拌接合することにより得られる、段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品にして、前記摩擦撹拌接合部位と前記少なくとも一方のものの板状部の端部との間に、少なくとも３ｍｍ以上の長さにおいて位置する接着剤層が、前記重合せ部の重合せ界面において、それら摩擦撹拌接合部位と少なくとも一方のものの板状部端部との間を遮断するように介在せしめられていると共に、かかる重合せ部が、前記摩擦撹拌接合部位と該接着剤層とによって接合せしめられていることを特徴とする段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品を、その要旨とするものである。

このように、本発明に従う段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品にあっては、その重合せ部位において、少なくとも３ｍｍ以上の長さの接着剤層が、摩擦撹拌接合部位と被接合部材の板状部の端部との間に介在せしめられて、それらの間を外部から遮断する一方、そのような重合せ部が、摩擦撹拌接合部位と接着剤層部位とによって接合せしめられていることにより、一方の被接合部材の板状部端部と他方の被接合部材の板状部との間の開口挙動が、効果的に抑制乃至は阻止され得ることとなるのであり、特に、それら板状部に相互に反対方向の応力が作用した場合にあっても、また、それら板状部が反っていて、ある程度、湾曲するように変形していても、それら板状部の重合せ部が、摩擦撹拌接合と接着剤による接合によって強固に結合されているところから、そのような接合部における疲労破壊が有利に回避され得ることとなるのであり、以て、強固な、信頼性の高い摩擦撹拌接合製品を得ることが出来るのである。

発明の態様

ところで、本発明は、前記した課題又は明細書全体の記載や図面から把握される課題を解決するために、以下に列挙せる如き各種の態様において、好適に実施され得るものであるが、また、以下に記載の各態様は、任意の組み合わせにおいても、採用可能である。なお、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに何等限定されることなく、明細書全体の記載並びに図面に開示の発明思想に基づいて、認識されるものでことが、理解されるべきである。

（１）複数の被接合部材を、その少なくとも一方のものの板状部の端部が重合せ部の少なくとも一方の側に位置するようにした段付き形状において重ね合わせて、該重合せ部の所定部位を摩擦撹拌接合することにより得られる、段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品にして、前記摩擦撹拌接合部位と前記少なくとも一方のものの板状部の端部との間に、少なくとも３ｍｍ以上の長さにおいて位置する接着剤層が、前記重合せ部の重合せ界面において、それら摩擦撹拌接合部位と少なくとも一方のものの板状部端部との間を遮断するように介在せしめられていると共に、かかる重合せ部が、前記摩擦撹拌接合部位と該接着剤層とによって接合せしめられていることを特徴とする段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。

（２） 前記接着剤層が、前記板状部端部の端面に対して、該端面との間の距離が１ｍｍ以下となるように接近して、形成されている上記態様（１）に記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。
このような態様に従って、接着剤層が、被接合部材の板状部の端部の端面に近接、位置するように介在せしめられて、それら板状部端部と他方の被接合部材の板状部との間が接合せしめられることにより、それらの間の開口挙動がより一層効果的に抑制乃至は阻止され得ることとなるのであり、以て、疲労破壊の問題が有利に解消され得ることとなるのである。

（３） 前記接着剤層が、前記摩擦撹拌接合部位における摩擦撹拌領域に対して、前記板状部の板面方向において少なくとも１ｍｍ以上離れた位置に形成されている上記態様（１）又は（２）に記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。
この態様に従えば、介在せしめた接着剤層が、摩擦撹拌接合部位における摩擦撹拌領域に接することがなく、そのために、接着剤が摩擦撹拌領域に混入して、摩擦撹拌接合部の品質を低下させ、また、接合部欠陥を生じさせたりする等の問題を、効果的に回避することが出来る。

（４） 前記接着剤層が、前記摩擦撹拌接合のために用いられる回転工具の、前記重合せ部に当接せしめられるショルダ部の外周から、前記板状部の板面に平行な方向において少なくとも１ｍｍ以上離れた位置に形成されている前記態様（１）乃至（３）の何れか１つに記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。
このような態様に従って、接着剤層が、回転工具のショルダ部の外周から所定距離以上離れて、位置せしめられるようにすることにより、摩擦撹拌接合操作において、接着剤を巻き込んで、摩擦撹拌領域が形成されることを、より一層効果的に回避することが出来るのであり、以て、健全な接合部を更に有利に形成し得ることとなる。

（５） 前記摩擦撹拌接合が点接合形態において実施され、その形成された点接合部位を取り囲むように、前記接着剤層が、前記重合せ部の重合せ界面に形成されている上記態様（１）乃至（４）の何れか１つに記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。
このように、摩擦撹拌点接合部位を取り囲むように、接着剤層を設けて、かかる点接合部位が、被接合部材における板状部端部等を介して、外部と連通するのを阻止せしめることによって、外部からの水滴や水分等の侵入をも効果的に抑制し得ることとなるのであり、これによって、摩擦撹拌接合部の腐食も、有利に阻止せしめられ得るのである。

（６） 前記摩擦撹拌接合が線接合形態において実施され、その形成された線接合部位の少なくとも一方の側で該線接合部位に沿うように、前記接着剤層が、前記重合せ部の重合せ界面に形成されている上記態様（１）乃至（４）の何れか１つに記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。
この態様に従って、摩擦撹拌線接合部位に沿って接着剤層を設けることにより、少なくとも板状部端部側からの水滴や水分の侵入が遮断され得ることとなるのであり、これにより、摩擦撹拌接合部位の腐食の問題も、効果的に解消され得ることとなる。

（７） 前記複数の被接合部材が、それぞれの板状部の端部を重合せ部の両側に位置するようにした段付き形状において、重ね合わされている上記態様（１）乃至（６）の何れか１つに記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。

（８） 前記重合せ部の一方の側の最外部に位置する前記板状部が、アルミニウム材質にて構成されており、そしてこのアルミニウム材質とされた板状部の側から、前記摩擦撹拌接合が実施される上記態様（１）乃至（７）の何れか１つに記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。

（９） 前記重合せ部の他方の側の最外部に位置する前記板状部が、アルミニウム材質よりも硬質の他の金属材質にて構成されている上記態様（８）に記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図１には、本発明に従う段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品の一実施形態が、概略的に示されている。そこにおいて、摩擦撹拌接合製品１０は、被接合部材である二枚の金属板１２、１４をそれぞれの端部側において重ね合わせ、その重合せ部１６に対して、従来と同様な摩擦撹拌点接合操作を実施することにより、構成されており、そこでは、重合せ部１８に３箇所の摩擦撹拌接合部１８を形成して、一体化することによって、目的とする接合製品とされている。

より具体的には、２枚の金属板１２、１４は、図１（ａ）及び（ｂ）に示される如く、それぞれの一方の端部１２ａ、１４ａ側部位同士を、所定長さにおいて重ね合わせ、その重合せ部１６に対して、摩擦撹拌接合部１８が、通常の摩擦撹拌点接合操作にて、（ｂ）に示される如く、上側の金属板１２の端部１２ａ側部位から下側の金属板１４の端部１４ａ側部位に至るように、それら金属板１２、１４の幅方向に所定間隔を隔てて、スポット的に設けられることによって、それら金属板１２、１４が一体化されて、目的とする接合製品１０が形成されているのである。

そして、そのような摩擦撹拌接合製品１０においては、図１（ｂ）及び（ｃ）に示される如く、金属板１２、１４の重合せ部１６において、その重合せ界面に介在するように、接着剤層２０が、それら金属板１２、１４の端部１２ａ、１４ａ間に設けられて、それら端部１２ａ、１４ａ側部位にて構成される重合せ部１６を、摩擦撹拌接合部１８と共に、接合一体化せしめている。

そして、接着剤層２０は、ここでは、図１（ｃ）から明らかな如く、摩擦撹拌接合部１８の形成部位よりも少し大きな円形の空所を有する矩形の平面形態において、重合せ部１６（端部１２ａ、１４ａ）間に形成され、これによって、摩擦撹拌接合部１８を取り囲むように、配置されているのである。しかも、かかる接着剤層２０は、金属板１２、１４の延びる方向である、それら金属板の接続方向（図において左右方向）において、摩擦撹拌接合部１８を挟んで、その両側に位置するように、換言すれば、摩擦撹拌接合部１８と、それぞれの金属板１２、１４の端部との間において、少なくとも３ｍｍ以上の幅（長さ）：Ｘ₁ 、Ｘ₂ において、位置するように設けられて、重合せ部１６の重合せ界面を接合せしめているのである。

従って、このように、金属板１２、１４の重合せ部１６において、摩擦撹拌接合部１８の両側に、接着剤層２０、２０がそれぞれ介在せしめられて、その重合せ界面の接合が行なわれていることにより、一方の金属板１２の端部１２ａ側部位と他方の金属板１４との間において、また、他方の金属板１４の端部１４ａ側部位と一方の金属板１２との間において、それらを離隔する方向の応力や変形作用が加わっても、そこに開口が惹起されるようなことが、効果的に阻止され得ることとなるのであり、これによって、接合された重合せ部１６、ひいては摩擦撹拌接合部１８の疲労破壊が有利に抑制乃至は阻止され得ることとなり、以て強固で、信頼性の高い摩擦撹拌接合製品１０が実現されることとなるのである。

なお、ここで、接着剤層２０は、被接合部材である金属板１２、１４を接合せしめるために、従来から用いられている各種の接着剤、例えば、エポキシ系、アクリル系、ポリエステル系、ポリアミド系、シリコン系、ポリビニルアルコール系、ゴム系等の各種の樹脂系接着剤の中から、適宜に選定されることとなるが、本発明にあっては、特に、シリコン系の樹脂接着剤が有利に用いられ、これによって、経時劣化の少ない接着剤層２０を有利に形成することが出来る。

また、このような接着剤層２０は、本発明の目的を達成する上において、摩擦撹拌接合部１８と板材１２、１４の端部１２ａ、１４ａ（端面）との間において、少なくとも３ｍｍ以上の領域（Ｘ₁ 又はＸ₂ ）に存在せしめられている必要があるが、特に、本発明にあっては、そのような目的をより一層効果的に達成すべく、有利には、５ｍｍ以上の領域において、形成されることとなる。なお、それらＸ₁ やＸ₂ の上限としては、３０ｍｍ程度とされ、好ましくは、１５ｍｍ以下とされることとなる。また、摩擦撹拌接合部１８の両側に位置することとなる接着剤層２０の幅：Ｘ₁ 及びＸ₂ は、重合せ部１６における摩擦撹拌接合部１８の形成位置等によって、同一の長さにおいて、或いは異なる長さにおいて、形成されるものであり、更に、そのような接着剤層２０が、摩擦撹拌接合部１８と金属板端部１２ａ、１４ａの端面との間において、一つの層として形成されているのみならず、複数の層を図において左右方向に配列させたものであっても、何等差支えないが、それら複数の層を配置した場合にあっては、それらの合計幅が、少なくとも３ｍｍ以上とする必要があることは、勿論である。

さらに、かかる接着剤層２０は、本発明の目的を有利に達成する上において、金属板１２、１４の端部１２ａ、１４ａの端面に可及的に近接せしめられていることが望ましく、その距離、即ち図１（ｂ）に示される如く、接着剤層２０の端部と金属板端部１２ａ、１４ａの端面との間の距離：Ｙ₁ 又はＹ₂ が１ｍｍ以下となるように、摩擦撹拌接合部１８の両側において、接着剤層２０、２０が形成されることとなる。なお、ここでも、それぞれの接着剤層２０、２０の外側に位置する、それら接着剤層の形成されていない領域の長さとしてのＹ₁ やＹ₂ は、同一又は異なる長さにおいて、選定されることとなる。

加えて、本実施形態においては、摩擦撹拌接合部１８、具体的には、その撹拌領域の外周縁から、その両側に位置する接着剤層２０、２０の内側端部が、それぞれ所定距離：Ｚ₁ 、Ｚ₂ だけ離隔せしめられており、これによって、接着剤層２０を形成する接着剤が、摩擦撹拌接合部１８の摩擦撹拌領域内に混入するのを阻止して、摩擦撹拌接合部１８の健全性を低下せしめ得ないようになっている。特に、そのような作用・効果を有利に発揮させるべく、本発明においては、かかる距離：Ｘ₁ 、Ｘ₂ は、何れも、板面方向において少なくとも１ｍｍ以上の値とされることとなる。なお、そのような摩擦撹拌接合部１８の撹拌領域の両側に位置することとなる、接着剤層２０の存在しない領域の距離：Ｚ₁ やＺ₂ は、適宜に、同一若しくは異なる値において、設定されることとなる。

また、かかる例示の実施形態においては、図１（ｃ）に示される如く、摩擦撹拌点接合操作によって形成された摩擦撹拌接合部１８は、重合せ界面において、接着剤層２０にて取り囲まれて、外部から遮断された形態とされているところから、特に、開口作用が加わる２枚の金属板の接続方向における一方の金属板の端部と他方の金属板との間が、外部から遮断されることとなるところから、外部より水滴や水分等が重合せ部１６の重合せ界面に侵入することが効果的に抑制乃至は阻止され得るのであり、以て、摩擦撹拌接合部位（１８）の腐食等の問題の発生を、有利に回避することが出来るのである。

ところで、上述の如き本発明に従う摩擦撹拌接合製品１０は、例えば、図２に示される如き手法によって、製造されることとなる。

すなわち、そこにおいては、先ず、重ね合わされる金属板１２、１４の少なくとも一方の重合せ側表面に、所定の接着剤を用いて、図１（ｃ）に示される如きパターン形状の接着剤層２０が形成され、そして、その形成された接着剤層２０を乾燥させた後、或いは乾燥させることなく、２枚の金属板１２、１４を重ね合わせて、重合せ部１６を形成する。次いで、この重合せ部１６をクランプ等の固定手段にて固定せしめた後、従来と同様な回転工具２２を用いて、従来と同様にして、摩擦撹拌接合を実施するのである。なお、ここでは、回転工具２２として、ロッド状のショルダ部材２４の先端部に同軸的に且つ一体的に設けた所定長さのピン状のプローブ２６を備えてなるものが用いられ、かかる回転工具２２が、その軸回りに高速回転せしめられて、重合せ部１６に対して、一方の側から、相対的に接近せしめられて、差し込まれることにより、それらプローブ２６やショルダ部材２４の下面にて構成されるショルダ面との間に摩擦熱を発生させて、材料を塑性流動せしめ、以て、プローブ２６の周りに摩擦撹拌領域（１８）を形成するようにするのである。

そして、かかる摩擦撹拌接合操作にて、重合せ部１６を点接合せしめるに際しては、上記した摩擦撹拌領域（１８）を形成した後、回転工具２２を重合せ部１６に対して相対的に引き抜くようにすればよく、そして、次の点接合部位に対して、摩擦撹拌接合操作が実施されることとなる。一方、重合せ部１６を金属板１２、１４の接続方向に直角な方向に線接合する場合にあっては、かかる回転工具２２が、例えば、図２において紙面に垂直な方向に移動せしめられて、摩擦撹拌領域（１８）を紙面に垂直な方向に延びるように形成するようにすることによって、金属板１２、１４を重合せ部１６において線接合せしめることが出来る。

また、その際、２枚の金属板１２、１４の重合せ部１６における重合せ界面の接着剤層２０による接着は、そのような接着剤層２０が未乾燥の状態において重ね合わされたときには、その乾燥等によって、また、乾燥後の重合せの場合にあっては、加熱等の適当な接着力発揮手段の適用によって、実現されることとなる。また、摩擦撹拌接合操作後において、接着剤液を重合せ部１６の重合せ界面に侵入させたりすることによっても、接着剤層２０を形成することは可能である。

かくして、かくの如き摩擦撹拌接合操作によって、本発明に従う摩擦撹拌接合製品１０が形成されることとなるのであるが、その際、摩擦撹拌領域（１８）と接着剤層２０の内側端部との間の距離を正確に把握し、制御することは容易ではないところから、本発明においては、特に、接着剤層２０の内側端部と回転工具２２におけるショルダ部材２４の外周との間の距離：Ｌ₁ 、Ｌ₂ を目安として、それらの距離Ｌ₁ 、Ｌ₂ が、何れも、少なくとも１ｍｍ以上となるようにして、回転工具２２の差込み、そしてそれによる摩擦撹拌接合操作が実施されることとなる。このように、ショルダ部材２４の外周との間の距離を基準にして制御するようにすれば、摩擦撹拌領域（１８）との間の距離も、充分に目的とする距離以上に、接着剤層２０の内側端部を離隔せしめ得るのである。

また、２枚の金属板１２、１４の重合せ部１６における重合せ界面に形成される接着剤層２０の配設パターン１０は、本発明に従う限りにおいて、任意のパターン形状を採用することが出来、例えば、図１（ｃ）の他に、図３（ａ）及び（ｂ）に示される如く、スポット状の摩擦撹拌接合部１８の複数を取り囲むように、接着剤層２０を形成したり、また、摩擦撹拌線接合して得られる線状の摩擦撹拌接合部２８を挟むように、帯状の二つの接着剤層２０、２０が両側に設けられてなる配設形態とすることも、可能である。なお、図３（ａ）及び（ｂ）における接着剤層２０の何れのパターンも、接着剤層端部が金属板１４（１２）の端部の端面まで延びており、これによって、他方の金属板１２（１４）との間の開口がより一層効果的に阻止され得るようになっている。また、図３（ａ）に示される接着剤層２０の配設パターンにおいても、摩擦撹拌接合部１８が取り囲まれるようになっており、これによって、前記した態様と同様な格別の作用・効果が奏され得るようになっている。

さらに、本発明にあっては、摩擦撹拌接合製品を与える複数の被接合部材の形状としては、例示の金属板１２、１４の如く、全体が平坦な板材である必要はなく、少なくとも、その重合せ部位が、摩擦撹拌接合可能な範囲において、平坦な板状部を呈しておれば充分であり、それ故に、それぞれの金属板材に対して、プレス成形等の各種の成形操作が施されて、種々なる形状に成形されてなる成形品を、本発明における被接合部材として用いることも可能である他、重合せ部位以外の部分が板状ではなく、ブロック状、柱状、筒状、箱状等の各種の形状を有する部材を、被接合部材として用いることも可能である。

そして、それら被接合部材の重合せ方式としても、例えば図４（ａ）〜（ｃ）に示される如き形態をも採用されるのである。即ち、（ａ）においては、平坦な金属板３０に対して、プレス成形された金属板３２の平坦な板状部が重ね合わされて、摩擦撹拌接合せしめることにより、接合製品が構成されており、また（ｂ）においては、それぞれプレス成形された金属板３４、３６が、それぞれの平坦な板状部において重ね合わされて、摩擦撹拌接合されているのである。更に、（ｃ）においては、プレス成形された金属板３６ａ、３６ｂ、３６ｃの平坦な板状部が交互に段付き形状を呈するように重ね合わされて、重合せ部が形成され、そして、その重合せ部に対して摩擦撹拌接合が施されて、一体的な接合製品とされているのである。勿論、それら接合製品においては、それぞれの金属板の重合せ部における重合せ界面には、本発明に従う接着剤層２０が、それぞれ形成されているのである。

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。

例えば、例示の実施形態において用いられている、被接合部材たる複数の金属板１２、１４・・・は、何れも、同材質のものであっても、或いは異なる材質のものであっても、何等差支えなく、また、それら金属板の材質としても、特に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム若しくはその合金からなるアルミニウム材質部材、銅若しくはその合金からなる銅材質部材、マグネシウム若しくはその合金からなるマグネシウム材質部材等の比較的軟質金属からなる部材の他、鉄やスチール等の比較的硬質の金属部材等の、摩擦撹拌接合可能な公知の材料が、適宜に選択されて用いられることとなる。

なお、そのような被接合部材（金属板）の材質の選定に当たって、重合せ部１６の一方の側の最外部に位置する板状部が、アルミニウム材質とされ、そして、このアルミニウム材質とされた板状部の側から、回転工具２２による摩擦撹拌接合操作が実施されることが好ましく、特にその際、かかる重合せ部１６の他方の側の最外部に位置する板状部がアルミニウム材質よりも硬質の他の金属材質にて構成されているようにすることが望ましい。これによって、溶融溶接では脆い金属間化合物を生成するために困難であった、アルミニウムと鋼等の異種金属接合が、良好に為され得ることとなることに加えて、摩擦撹拌接合操作を、軟質金属（アルミニウム）側から回転工具を差し込むことによって、実施するようにすることにより、他方の側の異種金属に達する直前で止めるようにすれば、健全な接合が得られると共に、摩擦撹拌接合部１８の位置する重合せ部位１６の裏側は平坦となって、外観上有利となる利点も発揮することとなる。

また、回転工具２２としても、摩擦撹拌接合に際して用いられる公知の各種の回転工具が、何れも、適宜に選択されて用いられ得るのである。加えて、ショルダ部材２４とプローブ２６とが一体的な構造とされたものの他、ショルダ部材２４とプローブ２６とが別体に構成され、それぞれが別個に軸方向に移動可能とされた状態において、同軸的に組み合わされてなる構造の複動式回転工具にあっても、有利に用いられ得るのである。そして、そのような複動式回転工具としては、公知の各種のものが、適宜に選択されて用いられることとなる。

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、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。

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、また、言うまでもないところである。

先ず、被接合部材として、板厚が１ｍｍのアルミニウム板（６１１１−Ｔ４材）の二枚を準備し、その一枚の重合せ部位の表面に、市販のシリコン樹脂系接着剤を塗布して、接着剤層を形成した。なお、かかる接着剤層は、アルミニウム板の端部の端面に一致するように（Ｙ₁ 、Ｙ₂ ＝０ｍｍ）形成し、また、用いられる回転工具のショルダ部材の外径よりも３ｍｍ（＝Ｌ₁ 、Ｌ₂ ）外方に接着剤層の内側端部が位置するような大きさの円形空所を、接着剤層に形成した。このアルミニウム板の端部と、予定される摩擦撹拌接合部位との間における接着剤層の幅（長さ：Ｘ₁ 、Ｘ₂ ）は、何れも、５ｍｍであった。

次いで、かかる一方のアルミニウム板に形成された接着剤層が乾燥するまでに、その上に、他の一枚のアルミニウム板を重ね合わせて、両者を接合せしめた後、その重合せ部の裏側（下側）に鋼製治具を配置し、従来と同様にしてクランプを行なった後、図２に示される如き回転工具を用いて、表側（上側）から、従来と同様な摩擦撹拌点接合操作を実施した。即ち、かかる回転工具を回転させながら、重合せ部に当接し、ショルダ部材の下端のショルダ面が重ね合わせたアルミニウム板の上板側表面に達するまで差し込み、更に回転数：１５００ｒｐｍにおいて摩擦撹拌させて、接合した。なお、回転工具のショルダ部材の外径は１０ｍｍ、プローブの外径は３ｍｍであった。また、回転工具の差込みから引き抜きまでの時間は、１秒であった。

かくして得られた摩擦撹拌接合製品について、その接合部の断面観察を行なった結果、接合部には、欠陥がなく、５ｍｍ径のナゲット（撹拌部）が形成されていることが、認められた。また、３０ｍｍ角の重合せ部分を摩擦撹拌点接合部を中心に位置させて、且つ両側に板の片側を切削除去した３０ｍｍ×１００ｍｍの部分を有する３０ｍｍ幅×２３０ｍｍ長さの継手サンプルを採取して、その剪断引張試験を行なった結果、同じ径のナゲットを有する抵抗スポット溶接継手の３００％の強度を有することが明らかとなり、また、接着剤層を重合せ界面に介在させることなく、摩擦撹拌点接合して得られた接合製品から採取された継手サンプルの強度よりも２０％も強度が増大していることを認めた。この結果、本発明に従って、接着剤層を介在せしめて得られた摩擦撹拌接合製品においては、剪断疲労強度の優れたものであることを認めた。また、本発明に従う接合製品から、２０個の試験片を作製して、上記と同様な剪断引張試験を行なったところ、継手強度のバラツキは、±５％以内であった。

本発明に従う摩擦撹拌接合製品の一例を示す部分図であって、（ａ）は要部斜視説明図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面説明図であり、（ｃ）は、（ｂ）におけるＢ−Ｂ断面説明図である。 本発明に従う摩擦撹拌接合製品を得るための工程の一例を示す断面説明図である。 本発明に従う摩擦撹拌接合製品における接着剤層の異なる配置パターンを示す図１（ｃ）に対応する説明図であって、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、異なる例を示している。 本発明に従う摩擦撹拌接合製品の異なる例を示す断面説明図であって、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ被接合部材乃至はその重合せ部位の形態の異なる例を示す要部断面部分図である。

符号の説明

１０ 摩擦撹拌接合製品 １２、１４ 金属板
１２ａ、１４ａ 端部 １６ 重合せ部
１８ 摩擦撹拌接合部 ２０ 接着剤層
２２ 回転工具 ２４ ショルダ部材
２６ プローブ ２８ 摩擦撹拌接合部
３０、３２、３４、３６ 金属板

Claims (9)

1. 複数の被接合部材を、その少なくとも一方のものの板状部の端部が重合せ部の少なくとも一方の側に位置するようにした段付き形状において重ね合わせて、該重合せ部の所定部位を摩擦撹拌接合することにより得られる、段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品にして、
   前記摩擦撹拌接合部位と前記少なくとも一方のものの板状部の端部との間に、少なくとも３ｍｍ以上の長さにおいて位置する接着剤層が、前記重合せ部の重合せ界面において、それら摩擦撹拌接合部位と少なくとも一方のものの板状部端部との間を遮断するように介在せしめられていると共に、かかる重合せ部が、前記摩擦撹拌接合部位と該接着剤層とによって接合せしめられていることを特徴とする段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。
2. 前記接着剤層が、前記板状部端部の端面に対して、該端面との間の距離が１ｍｍ以下となるように接近して、形成されている請求項１に記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。
3. 前記接着剤層が、前記摩擦撹拌接合部位における摩擦撹拌領域に対して、前記板状部の板面方向において少なくとも１ｍｍ以上離れた位置に形成されている請求項１又は請求項２に記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。
4. 前記接着剤層が、前記摩擦撹拌接合のために用いられる回転工具の、前記重合せ部に当接せしめられるショルダ部の外周から、前記板状部の板面に平行な方向において少なくとも１ｍｍ以上離れた位置に形成されている請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。
5. 前記摩擦撹拌接合が点接合形態において実施され、その形成された点接合部位を取り囲むように、前記接着剤層が、前記重合せ部の重合せ界面に形成されている請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。
6. 前記摩擦撹拌接合が線接合形態において実施され、その形成された線接合部位の少なくとも一方の側で該線接合部位に沿うように、前記接着剤層が、前記重合せ部の重合せ界面に形成されている請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。
7. 前記複数の被接合部材が、それぞれの板状部の端部を重合せ部の両側に位置するようにした段付き形状において、重ね合わされている請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。
8. 前記重合せ部の一方の側の最外部に位置する前記板状部が、アルミニウム材質にて構成されており、そしてこのアルミニウム材質とされた板状部の側から、前記摩擦撹拌接合が実施される請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。
9. 前記重合せ部の他方の側の最外部に位置する前記板状部が、アルミニウム材質よりも硬質の他の金属材質にて構成されている請求項８に記載の段付き重合せ材料の摩擦撹拌接合製品。
   

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