JP2008279509A - 接合継手の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接合操作を容易に行うことができ、且つ、高い強度と高い硬さを有する接合継手を得ることができ、更に、接合継手の時効処理に要する時間を短縮することができる接合継手の製造方法を提供すること。
【課題手段】接合継手の製造方法は、接合予定部４の裏面に凸部が設けられた接合ワーク３の前記接合予定部４を摩擦撹拌接合したのち、接合ワーク３の摩擦撹拌接合部Ｊを圧延することによって、凸部を押し潰して接合ワークの３表裏両面を平坦状に形成し、次いで、接合ワーク３を時効処理する。
【選択図】図１

Description

この発明は、接合継手の製造方法及び接合継手の製造装置に関し、詳述すると、例えば、自動車、鉄道車両、船舶等における床材、壁材、天井材を製造する際に好適に用いられる接合継手の製造方法、接合継手及び接合継手の製造装置に関する。

摩擦撹拌接合は、固相接合の範疇に入り、接合ワークの材質に制限を受けないとか、接合に伴う熱歪みによる変形が少ない等の利点を有し、近年、様々な接合継手を製造する際に用いられてきている。

この摩擦撹拌接合は、その接合工具として、回転可能な径大のショルダー部と該ショルダー部に突設された径小のプローブとを有するものが用いられ、次のような手順により接合が行われる。

まず、接合工具の回転しているプローブを接合ワークの接合予定部中に埋入するとともに、回転しているショルダー部を接合予定部の表面に押し付け、且つショルダー部の回転軸線を接合ワークのプローブ埋入位置における表面の法線に対して接合方向後方側に所定の傾斜角で傾斜させた状態に配置する。この状態で、接合工具を接合予定部に沿って前記接合ワークに対して相対的に移動させる。こうすることにより、接合予定部が摩擦撹拌接合される。

この摩擦撹拌接合において、一般に、接合ワークの摩擦撹拌接合部の表面は、接合時に接合工具のショルダー部からの押付け力を受けることで凹み、該表面に凹部が形成される。このように凹部が形成されると、接合継手の外観が損なわれるという問題が発生する。

この問題を解決するため、従来、接合ワークの接合予定部の表面に予め凸部を設けておき、この接合予定部を摩擦撹拌接合する方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

特開平１１−１０３６４号公報（第２−３頁、第３図）

特開平１１−２８５８２号公報（第６頁、第４図） 特開平１０−２２５７８０号公報

しかしながら、上記従来の方法には次のような難点があった。すなわち、接合ワークの接合予定部の表面に凸部が設けられていると、接合時に接合工具のショルダー部が凸部からずれ落ちないように接合工具を移動させなければならず、接合操作が困難になるという難点があった。一方、このような接合工具のショルダー部の、凸部からのずれ落ちを防止するため、凸部の幅を広く設定すると、接合後に凸部の一部が残存してしまい、接合継手の外観が低下するという問題が発生する。

また、上記従来の方法により得られた接合継手は、例えば船舶における床材、壁材及び天井材に用いられるが、このような用途に用いられる接合継手は、一般に高い強度と高い硬さを有していることが望ましい。

この発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、接合操作を容易に行うことができ、且つ、高い強度と高い硬さを有する接合継手を得ることができる接合継手の製造方法、前記接合継手の製造方法により得られた接合継手、及び前記接合継手の製造方法に用いられる接合継手の製造装置を提供することにある。

本発明は、以下の手段を提供する。

（１） 接合予定部の裏面に凸部が設けられた接合ワークの前記接合予定部を摩擦撹拌接合したのち、前記接合ワークの摩擦撹拌接合部を圧延することによって、前記凸部を押し潰して前記接合ワークの表裏両面を平坦状に形成することを特徴とする接合継手の製造方法。

（２） 回転可能な径大のショルダー部と該ショルダー部に突設された径小のプローブとを有する摩擦撹拌接合工具を用い、前記接合工具のプローブを前記接合ワークの接合予定部中に埋入するとともに、前記ショルダー部を前記接合ワークの接合予定部の表面に当接させ、且つ前記ショルダー部の回転軸線を前記接合ワークのプローブ埋入位置における表面の法線に対して接合方向後方側に所定の傾斜角で傾斜させた状態で、前記接合工具を接合予定部に沿って前記接合ワークに対して相対的に移動させることにより、前記接合ワークの接合予定部の摩擦撹拌接合が行われ、前記接合工具のショルダー部の直径をＤとし、前記傾斜角をθとし、前記凸部の高さをＨとするとき、Ｈが、０．３Ｄｓｉｎθ≦Ｈ≦０．５Ｄｓｉｎθの関係式を満足している前項１記載の接合継手の製造方法。

（３） 前記接合ワークの接合予定部を摩擦撹拌接合することにより形成される、摩擦撹拌接合部の表面の凹部の深さをＰとし、前記凸部の高さをＨとするとき、Ｈが、０．８Ｐ≦Ｈ≦１．５Ｐの関係式を満足している前項１又は２記載の接合継手の製造方法。

（４） 回転可能な径大のショルダー部と該ショルダー部に突設された径小のプローブとを有する摩擦撹拌接合工具を用いて、前記接合ワークの接合予定部の摩擦撹拌接合が行われ、前記接合工具のショルダー部の直径をＤとし、前記凸部の幅をＷとするとき、Ｗが、０．８Ｄ≦Ｗ≦１．５Ｄの関係式を満足している前項１〜３のいずれか１項記載の接合継手の製造方法。

（５） 前記摩擦撹拌接合部を圧延ローラによって圧延する前項１〜４のいずれか１項記載の接合継手の製造方法。

（６） 前項１〜５のいずれか１項記載の接合継手の製造方法により製造されていることを特徴とする接合継手。

（７） 接合ワークの接合予定部を摩擦撹拌接合するための摩擦撹拌接合工具と、前記接合工具により前記接合予定部が摩擦撹拌接合された前記接合ワークの摩擦撹拌接合部を圧延するための圧延装置と、を備えていることを特徴とする接合継手の製造装置。

（８） 前記接合ワークを前記圧延装置に送るための送り装置を備えている前項７記載の接合継手の製造装置。

（９） 前記圧延装置は、互いに対向する少なくとも一対の圧延ローラを有している前項７又は８記載の接合継手の製造方法。

次に、上記各項の発明を説明する。

（１）の発明では、接合ワークの接合予定部の裏面に凸部が設けられることにより、前記凸部が接合操作の障害とはならなくなり、その結果、接合操作が容易に行われるようになる。

また、接合ワークの摩擦撹拌接合部を圧延することによって、凸部が押し潰されて接合ワークの裏面が平坦状に形成されるとともに、接合ワークの材料が摩擦撹拌接合部の表面側へ押し出され、これにより摩擦撹拌接合部の表面に形成された凹部が消滅して接合ワークの表面が平坦状に形成される。そのため、接合ワークの表面及び裏面がともに平坦状に形成されるようになり、もって接合継手の外観が向上する。その上、接合継手の強度（特に耐力）と硬さが向上する。更には、接合継手の時効が促進され、接合継手の時効に要する時間が短縮される。

この発明において、接合ワークとしては、例えば、アルミニウム又はその合金製のものであっても良いし、銅又はその合金製のものであっても良いし、鉄系材料製のものであっても良く、その材質に限定されない。また、接合ワークを構成する２個の接合部材は、互いに同種の材料からなるものであっても良いし、異種の材料からなるものであっても良い。また、各接合部材は、例えば、板状のものであっても良いし、円柱状や筒状のものであっても良く、その形状に限定されない。また、接合ワークの接合予定部は、例えば、突合せ部であっても良いし、重合せ部であっても良い。

（２）の発明では、接合工具のショルダー部の直径をＤとし、傾斜角をθとし、凸部の高さをＨとするとき、Ｈが０．３Ｄｓｉｎθ≦Ｈ≦０．５Ｄｓｉｎθの関係式を満足していることにより、凹部が確実に消滅するとともに、凸部が確実に消滅する。すなわち、Ｈが０．３Ｄｓｉｎθ未満（つまりＨ＜０．３Ｄｓｉｎθ）では、摩擦撹拌接合部の表面側へ押し出される接合ワークの材料が不足し、凹部が残存することがある。一方、Ｈが０．５Ｄｓｉｎθを超える（つまりＨ＞０．５Ｄｓｉｎθ）と、凸部が残存することがある。この場合において、特にＨは０．３Ｄｓｉｎθ≦Ｈ≦０．４Ｄｓｉｎθの関係式を満足していることが望ましい。

なお、この発明において、接合ワークの肉厚は限定されるものではないが、接合ワークの肉厚をｔとすると、ｔは２〜６ｍｍの範囲に設定されることが特に望ましい。

（３）の発明では、摩擦撹拌接合部の表面の凹部の深さをＰとし、凸部の高さをＨとするとき、Ｈが０．８Ｐ≦Ｈ≦１．５Ｐの関係式を満足していることにより、凹部が更に確実に消滅するとともに、凸部が更に確実に消滅する。すなわち、Ｈが０．８Ｐ未満（つまりＨ＜０．８Ｐ）では、摩擦撹拌接合部の表面側へ押し出される接合ワークの材料が不足し、凹部が残存することがある。一方、Ｈが１．５Ｐを超える（つまりＨ＞１．５Ｐ）と、凸部が残存することがある。この場合において、特にＨはＰ≦Ｈ≦１．２Ｐの関係式を満足していることが望ましい。

（４）の発明では、接合工具のショルダー部の直径をＤとし、凸部の幅をＷとするとき、Ｗが０．８Ｄ≦Ｗ≦１．５Ｄの関係式を満足していることにより、凹部がより一層確実に消滅するとともに、凸部がより一層確実に消滅する。すなわち、Ｗが０．８Ｄ未満（つまりＷ＜０．８Ｄ）では、摩擦撹拌接合部の表面側へ押し出される接合ワークの材料が不足し、凹部が残存することがある。一方、Ｗが１．５Ｄを超える（つまりＷ＞１．５Ｄ）と、凸部が残存することがある。この場合において、特にＷはＤ≦Ｗ≦１．３Ｄの関係式を満足していることが望ましい。

（５）の発明では、摩擦撹拌接合部を圧延ローラによって圧延することにより、摩擦撹拌接合部を確実に且つ容易に圧延することができる。

（６）の発明では、良好な外観を有し、且つ高い強度（特に耐力）と高い硬さを有する接合継手が提供される。

（７）の発明では、接合継手の製造装置は摩擦撹拌接合工具と圧延装置とを備えていることから、この接合継手の製造装置を上記発明に係る接合継手の製造方法に用いることにより、上記発明に係る接合継手の製造方法を能率良く遂行することができる。

（８）の発明では、接合継手の製造装置は送り装置を備えていることから、この接合継手の製造装置を上記発明に係る接合継手の製造方法に用いることにより、上記発明に係る接合継手の製造方法を更に能率良く遂行することができる。

（９）の発明では、圧延装置は互いに対向する少なくとも一対の圧延ローラを有していることから、この接合継手の製造装置を上記発明に係る接合継手の製造方法に用いることにより、上記発明に係る接合継手の製造方法をより一層能率良く遂行することができる。

上述の次第で、この発明は次の効果を奏する。

（１）の発明によれば、接合ワークの接合予定部の裏面に凸部が設けられているので、前記凸部が接合操作の障害とはならなくなる。そのため、接合操作を容易に行うことができる。

さらに、接合ワークの摩擦撹拌接合部を圧延することによって、摩擦撹拌接合部の表面に形成された凹部を消滅させて接合ワークの表面を平坦状に形成することができるとともに、凸部を押し潰して接合ワークの裏面を平坦状に形成することができるので、接合継手の外観を向上させることができる。その上、接合継手の強度（特に耐力）と硬さを向上させることができる。更には、接合継手の時効を促進させることができる。

（２）〜（４）の発明によれば、凸部の高さＨ又は凸部の幅Ｗが所定の関係式を満足しているので、凹部を確実に消滅させることができるし、凸部を確実に消滅させることができる。

（５）の発明によれば、摩擦撹拌接合部を確実に且つ容易に圧延することができる。

（６）の発明によれば、良好な外観を有し、且つ高い強度（特に耐力）と高い硬さを有する接合継手を提供することができる。

（７）の発明によれば、上記発明に係る接合継手の製造方法を能率良く遂行することができる。

（８）の発明によれば、上記発明に係る接合継手の製造方法を更に能率良く遂行することができる。

（９）の発明によれば、上記発明に係る接合継手の製造方法をより一層能率良く遂行することができる。

次に、この発明の好ましい一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１において、（４０）は接合継手の製造装置、（３）は板状の接合ワークである。なお、この実施形態では、接合ワーク（３）の厚さ方向両側の２つの面のうち、後述する摩擦撹拌接合工具（３０）のプローブ（３２）が埋入される側の面を「表面」と呼び、その反対側の面を「裏面」と呼ぶ。

まず、前記ワーク（３）の構成を説明する。

前記接合ワーク（３）は、図１に示すように、２個の板状の金属製接合部材（１）（２）から構成されている。両接合部材（１）（２）の肉厚は互いに同寸に設定されている。各接合部材（１）（２）は、この実施形態では長尺板状のアルミニウム又はその合金製のものである。これら両接合部材（１）（２）において、一方の接合部材（１）（これを「第１接合部材」という。）と他方の接合部材（２）（これを「第２接合部材」という。）とは、次のように互いに突合せ状に配置されている。すなわち、第１接合部材（１）の幅方向の一端部と第２接合部材（２）の幅方向の一端部とが互いに突き合われている。また、両接合部材（１）（２）の裏面側には、両接合部材（１）（２）を支持するための支持部材（１０）が配置されている。この実施形態では、支持部材（１０）は１個又は複数個（詳述すると２個）の支持ローラ（１１）（１２）から構成されている。そして、この支持ローラ（１１）（１２）によって両接合部材（１）（２）が突合せ状態のままで略水平状に支持されている。

なお、この実施形態では、両接合部材（１）（２）の突合せ部（４）が接合ワーク（３）の接合予定部である。そして、この突合せ部（４）が摩擦撹拌接合されることによって、接合継手としての突合せ接合継手が得られる。

前記接合ワーク（３）において、図４及び図５に示すように、前記第１接合部材（１）の幅方向の一端部（これを「突き合わされる端部」という。）の裏面には突出部（１ａ）が一体形成されており、また同じく、前記第２接合部材（２）の幅方向の一端部（これを「突き合わされる端部」という。）の裏面には突出部（２ａ）が一体形成されている。そして、両接合部材（１）（２）の前記端部同士を突き合わせることにより、両接合部材（１）（２）の突合せ部（４）の裏面に、両突出部（１ａ）（２ａ）が合体してなる凸部（５）が形成されている。なお、図５に示すように、この凸部（５）の両側面（５ａ）（５ａ）は斜面に形成されている。

図５において、ｔは接合部材（１）（２）の肉厚、Ｈは凸部（５）の高さ、Ｗは凸部（５）の幅である。

また、前記第１接合部材（１）の表面は平坦状に形成されており、また同じく、前記第２接合部材（２）の表面は平坦状に形成されている。そして、第１接合部材（１）の表面と第２接合部材（２）の表面とが面一に連なる態様で、両接合部材（１）（２）が突合せ状に配置されている。

次に、前記接合継手の製造装置（４０）の構成を説明する。

前記接合継手の製造装置（４０）は、図１に示すように、摩擦撹拌接合工具（３０）と、前記支持部材（１０）と、圧延装置（２０）と、送り装置（１５）とを備えている。

前記摩擦撹拌接合工具（３０）は、両接合部材（１）（２）の突合せ部（４）を摩擦撹拌接合するためのものである。この接合工具（３０）は、図３に示すように、回転可能な径大のショルダー部（３１）と径小のピン状プローブ（３２）とを有している。前記ショルダー部（３１）の断面形状は円形状に形成されている。このショルダー部（３１）は、その軸線からなる回転軸線（Ｑ）を中心に回転可能なものである。前記プローブ（３２）は、前記ショルダー部（３１）の端面（３１ａ）の回転中心部に前記回転軸線（Ｑ）と同軸状に突設されている。したがって、ショルダー部（３１）の回転軸線（Ｑ）の延長線上にプローブ（３２）の軸線が存在している。また、プローブ（３２）の外周面には、両接合部材（１）（２）の材料を撹拌するための撹拌用凸部又は／及び凹部（図示せず）が設けられている。この撹拌用凸部又は／及び凹部は、プローブ（３２）の外周面に例えば螺旋状に設けられている。

さらに、この接合工具（３０）は回転駆動装置（図示せず）に接続されており、該回転駆動装置が作動されることで接合工具（３０）のショルダー部（３１）及びプローブ（３２）が回転軸線（Ｑ）を中心に回転されるものとなされている。さらに、この接合工具（３０）は昇降装置（図示せず）に接続されており、該昇降装置が作動されることで接合工具（３０）が上下方向に移動されるものとなされている。

前記支持部材（１０）は、上述したように、両接合部材（１）（２）を支持するためのものであって、前記２個の支持ローラ（１１）（１２）から構成されている。この両支持ローラ（１１）（１２）は、回転駆動可能なものであって、両接合部材（１）（２）を移動させるための駆動ローラとしても機能するものとなされている。そして、この両支持ローラ（１１）（１２）が回転駆動することにより、両接合部材（１）（２）が所定方向に移動されるものとなされている。図１において、（ＭＤ）は両接合部材（１）（２）の移動方向を示し、（ＪＤ）は接合方向を示している。この実施形態では、両接合部材（１）（２）の移動方向（ＭＤ）と反対の方向が接合方向（ＪＤ）となる。なお、この発明では、支持ローラ（１１）（１２）は回転自在なものであっても良い。

図６及び図７に示すように、各支持ローラ（１１）（１２）の周面の一部（詳述すると該ローラの軸線方向中間部）には、前記接合部材（１）（２）の凸部（５）が嵌合される凹部（１３）が全周に亘って設けられている。また、この２個の支持ローラ（１１）（１２）のうち一方の支持ローラ（１２）は、裏当てローラとしても機能するものとなされており、当該一方の支持ローラ（１２）の上方に、前記接合工具（３０）がそのプローブ（３２）を略下方に向ける態様で配置されている。他方の支持ローラ（１１）の上方には押さえローラ（１４）が配置されている。この押さえローラ（１４）は、両接合部材（１）（２）を当該他方の支持ローラ（１１）の周面に押し付けるためのものである。

前記圧延装置（２０）は、図１、図２及び図１１に示すように、前記接合工具（３０）により突合せ部（４）が摩擦撹拌接合された前記両接合部材（１）（２）の摩擦撹拌接合部（Ｊ）を圧延するためのものである。この実施形態では、圧延装置（２０）は互いに対向する上下一対の圧延ローラ（２１）（２１）を有している。各圧延ローラ（２１）（２１）は回転駆動可能なものである。この両圧延ローラ（２１）（２１）は、前記接合工具（３０）の、両接合部材（１）（２）の移動方向（ＭＤ）前方側（換言すると接合方向（ＪＤ）後方側）に配置されている。さらに、両圧延ローラ（２１）（２１）間の隙間、即ちローラ隙間（ｒｏｌｌ ｇａｐ）は、両接合部材（１）（２）の肉厚ｔ（図５参照）と略同寸に設定されている。したがって、両接合部材（１）（２）が両圧延ローラ（２１）（２１）間に通されることにより、凸部（５）が押し潰されて消滅し、これにより両接合部材（１）（２）の裏面が平坦状に形成されるようになっている。

前記送り装置（１５）は、図１及び図２に示すように、両接合部材（１）（２）を両圧延ローラ（２１）（２１）間に送るためのものである。この実施形態では、送り装置（１５）は送りローラ（１６）からなる。この送りローラ（１６）は回転駆動可能なものである。この送りローラ（１６）の周面の一部（詳述すると該ローラの軸線方向中間部）には、上記支持ローラ（１１）（１２）と同様に、前記両接合部材（１）（２）の凸部（５）が嵌合される凹部（図示せず）が全周に亘って設けられている。この送りローラ（１６）の上方には押さえローラ（１７）が配置されている。この押さえローラ（１７）は、両接合部材（１）（２）を送りローラ（１６）の周面に押し付けるためのものである。

さらに、この実施形態の接合継手の製造装置（４０）は、図１に示すように１個又は複数個（詳述すると４個）のガイドローラ（１８）を備えている。

前記ガイドローラ（１８）は、両接合部材（１）（２）を所定の移動方向（ＭＤ）に案内するためものであって、両接合部材（１）（２）の両側にそれぞれ配置されている。さらに、この実施形態では、ガイドローラ（１８）は両接合部材（１）（２）を突合せ方向に加圧するための加圧ローラとしても機能するものとなされている。

次に、上記構成の接合継手の製造装置（４０）を用いた接合継手の製造方法について説明する。

まず、図１及び図２に示すように、突合せ状に配置された両接合部材（１）（２）を支持ローラ（１１）（１２）によって支持する。この支持状態において、両接合部材（１１）（１２）の凸部（５）は、図６及び図７に示すように支持ローラ（１１）（１２）の凹部（１３）内に嵌合されている。

次いで、図１及び図２に示すように、接合工具（３０）の回転しているプローブ（３２）を両接合部材（１）（２）の突合せ部（４）中に埋入するとともに、回転しているショルダー部（３１）を両接合部材（１）（２）の表面に押し付け、且つショルダー部（３１）の回転軸線（Ｑ）を両接合部材（１）（２）のプローブ埋入位置における表面の法線（Ｎ）に対して接合方向（ＪＤ）後方側に所定の傾斜角θで僅かに傾斜させる。このような状態に接合工具（３０）を配置する。前記傾斜角θは３°〜５°の範囲に設定されることが望ましい。

次いで、支持ローラ（１１）（１２）を回転駆動させることにより、両接合部材（１）（２）をその突合せ部（４）が接合工具（３０）のプローブ（３２）を順次通過するように移動させ、すなわち 接合工具（３０）を突合せ部（４）に沿って両接合部材（１）（２）に対して相対的に移動させる。この両接合部材（１）（２）の移動に伴い、両接合部材（１）（２）の突合せ部（４）が接合工具（３０）のプローブ（３２）により順次、摩擦撹拌接合されていく。すなわち、プローブ（３２）の回転により発生する摩擦熱と、回転しているショルダー部（３１）の端面（３１ａ）と両接合部材（１）（２）の表面との摺動に伴い発生する摩擦熱とによって、両接合部材（１）（２）はプローブ埋入位置の近傍において軟化する。さらに、この軟化した両接合部材（１）（２）の材料はプローブ（３２）の回転力により撹拌混合される。そして、この撹拌された材料が、両接合部材（１）（２）の移動に伴い、摩擦熱を失って冷却固化する。これにより、両接合部材（１）（２）の突合せ部（４）が摩擦撹拌接合されて両接合部材（１）（２）が一体化される。図１において、（４’）は両接合部材（１）（２）の接合された突合せ部（即ち接合終了部）を示している。

こうして一体化された両接合部材（１）（２）の摩擦撹拌接合部（Ｊ）の表面は、図８及び図９に示すように、接合工具（３０）のショルダー部（３１）からの押付け力を受けることで凹み、該表面に接合工具（３０）の通過痕（詳述すると接合工具（３０）のショルダー部（３１）の通過痕）からなる凹部（６）が形成される。この凹部（６）の断面形状は、接合時に接合工具（３０）のショルダー部（３１）の回転軸線（Ｑ）が上述したように所定の傾斜角θで僅かに傾斜して配置されていることから、ショルダー部（３１）の外周縁部の形状に対応して略コ字状乃至略円弧状に形成される。図９において、Ｐは凹部（６）の深さである。さらに、両接合部材（１）（２）の摩擦撹拌接合部（Ｊ）の表面にはバリ（Ｊａ）が形成されている。

次いで、両接合部材（１）（２）の端部は、両支持ローラ（１１）（１２）によって送りローラ（１６）へ移動される。そして、移動された両接合部材（１）（２）の端部の凸部（５）は、送りローラ（１６）の凹部（図示せず）内に嵌合される。この状態で、両接合部材（１）（２）の端部は、送りローラ（１６）によって両圧延ローラ（２１）（２１）間に送り込まる。

送り込まれた両接合部材（１）（２）の端部は、図２及び図１０に示すように両圧延ローラ（２１）（２１）によって圧延される。この圧延によって、凸部（５）が押し潰されて消滅するとともに、両接合部材（１）（２）の材料が摩擦撹拌接合部（Ｊ）の表面側へ押し出されて凹部（６）が消滅し、更には、摩擦撹拌接合部（Ｊ）の表面に形成されたバリ（Ｊａ）が消滅する。この結果、図１２に示すように、両接合部材（１）（２）の裏面が全面に亘って平坦状に形成されるとともに、両接合部材（１）（２）の表面が全面に亘って平坦状に形成される。

上記実施形態の接合継手の製造装置（４０）では、両接合部材（１）（２）の移動に伴い、両接合部材（１）（２）の突合せ部（４）が接合工具（３０）のプローブ（３２）によって順次、摩擦撹拌接合されていくとともに、両接合部材（１）（２）の摩擦撹拌接合部（Ｊ）が両圧延ローラ（２１）（２１）によって順次、圧延されていく。

而して、上記両接合部材（１）（２）の凸部（５）の高さＨは、次の関係式（ｉ）を満足していることが望ましい。

０．３Ｄｓｉｎθ≦Ｈ≦０．５Ｄｓｉｎθ …（ｉ）
（但し、Ｄ：接合工具（３０）のショルダー部（３１）の直径、θ：ショルダー部（３１）の回転軸線（Ｑ）の傾斜角）

Ｈが上記関係式（ｉ）を満足することにより、凹部（６）が確実に消滅するとともに、凸部（５）が確実に消滅する。特にＨは次の関係式（ｉ’）を満足していることが望ましい。

０．３Ｄｓｉｎθ≦Ｈ≦０．４Ｄｓｉｎθ …（ｉ’）

さらに、上記両接合部材（１）（２）の凸部（５）の高さＨは、次の関係式（ｉｉ）を満足していることが望ましい。

０．８Ｐ≦Ｈ≦１．５Ｐ …（ｉｉ）
（但し、Ｐ：凹部（６）の深さ）

Ｈが上記関係式（ｉｉ）を満足していることにより、凹部（６）が更に確実に消滅するとともに、凸部（５）が更に確実に消滅する。特にＨは次の関係式（ｉｉ’）を満足していることが望ましい。

Ｐ≦Ｈ≦１．２Ｐ …（ｉｉ’）

さらに、上記両接合部材（１）（２）の凸部（５）の幅Ｗは、次の関係式（ｉｉｉ）を満足していることが望ましい。

０．８Ｄ≦Ｗ≦１．５Ｄ …（ｉｉｉ）
（但し、Ｄ：接合工具（３０）のショルダー部（３１）の直径）

Ｗが上記関係式（ｉｉｉ）を満足していることにより、凹部（６）がより一層確実に消滅するとともに、凸部（５）がより一層確実に消滅する。特にＷは次の関係式（ｉｉｉ’）を満足していることが望ましい。

Ｄ≦Ｗ≦１．３Ｄ …（ｉｉｉ’）

而して、上記実施形態の接合継手の製造方法によれば、上述したように、両接合部材（１）（２）の摩擦撹拌接合部（Ｊ）を圧延することによって、摩擦撹拌接合部（Ｊ）の表面に形成された、摩擦撹拌接合工具（３０）の通過痕（詳述すると接合工具（３０）のショルダー部（３１）の通過痕）からなる凹部（６）を消滅させて両接合部材（１）（２）の表面を平坦状に形成することができるとともに、凸部（５）を押し潰して両接合部材（１）（２）の裏面を平坦状に形成することができる。そのため、得られた突合せ接合継手の外観は良好である。したがって、この突合せ接合継手は、例えば、自動車、鉄道車両、船舶における床材、壁材、天井材に用いることができることはもとより、化粧板としても好適に用いることができる。

また、両接合部材（１）（２）の摩擦撹拌接合部（Ｊ）を圧延することにより、突合せ接合継手の強度（特に耐力）と硬さが向上する。更には、突合せ接合継手の時効が促進され、そのため突合せ接合継手の時効に要する時間を短縮することができる。

上記実施形態の接合継手の製造装置（４０）は、一対の圧延ローラ（２１）（２１）を有する圧延装置（２０）を備えているので、上述した接合継手の製造方法を能率良く遂行することができる。

さらに、この接合継手の製造装置（４０）は、送り装置（１５）としての送りローラ（１６）を備えているので、両接合部材（１）（２）をこの送りローラ（１６）によって自動的に両圧延ローラ（２１）（２１）間に送り込むことができる。そのため、上述した接合継手の製造方法を更に能率良く遂行することができる。

而して、この発明に係る接合継手の製造方法は、上記実施形態に示したものに限定されるものではなく、様々に設定変更可能である。

例えば、この発明では、接合操作は次のように行っても良い。すなわち、突合せ状に配置された両接合部材（１）（２）の位置を固定しておき、この両接合部材（１）（２）の突合せ部（４）中に接合工具（３０）の回転しているプローブ（３２）を埋入した状態に配置し、この状態で、接合工具（３０）を突合せ部（４）に沿って移動させることにより、突合せ部（４）の摩擦撹拌接合を行っても良い。

もとより、この発明に係る接合継手の製造方法は、重ね接合継手を製造するために適用しても良い。

また、この発明に係る接合継手の製造装置（４０）は、上記実施形態に示したものに限定されるものではなく、様々に設定変更可能である。

例えば、圧延装置（２０）は、互いに対向する一対の圧延ローラを複数組、有するものであっても良い。

次に、この発明の具体的実施例及び比較例を示す。

［硬さ特性の評価］

＜実施例１＞
上記実施形態の接合継手の製造方法で得られた突合せ接合継手において、その摩擦撹拌接合部（Ｊ）の表面及びその近傍の硬さ（ビッカース硬さ）を、図１３に示すように、接合部材（１）の接合された突合せ部（４’）の突合せ面の位置ａから接合部材（１）の幅方向へ２ｍｍ間隔（同図においてδ＝２ｍｍ）おきに測定した。測定箇所はａ〜ｉの合計９点である。

この実施例１では、圧延は、摩擦撹拌接合を行ったときから３分以内に行った。さらに、硬さの測定は、圧延を行ったときから４時間後に行った。

使用した接合工具（３０）の構成及び接合条件は次のとおりである。
・ショルダー部の直径Ｄ…１８ｍｍ
・プローブの直径…６ｍｍ
・ショルダー部及びプローブの回転数…１８００ｒｐｍ
・ショルダー部の回転軸線の傾斜角θ…３°

また、使用した接合部材（１）（２）の構成は次のとおりである。
・材質…アルミニウム合金（Ａ６０６３Ｓ−Ｔ５）
・肉厚ｔ…４ｍｍ
・凸部の高さＨ…０．３ｍｍ
・凸部の幅Ｗ…１８ｍｍ

なお、摩擦撹拌接合が行われる前の接合部材（１）（２）の表面の硬さ（ビッカース硬さ）は５８ＨＶであった。

また、接合後において、摩擦撹拌接合部（Ｊ）の表面に形成された凹部（６）の深さＰは０．３ｍｍであった。

＜比較例１＞
摩擦撹拌接合部（Ｊ）に対して圧延を行わなかった突合せ接合継手において、実施例１と同様に摩擦撹拌接合部の表面及びその近傍の硬さを測定した。使用した接合工具（３０）の構成及び接合条件は、実施例１と同じである。また、使用した接合部材（１）（２）の材質及び肉厚ｔは、実施例１と同じである。なお、両接合部材（１）（２）の突合せ部（４）の裏面には凸部（５）は設けられていない。

この比較例１では、硬さ測定は、摩擦撹拌接合を行ったときから４時間後に行った。

また、接合後において、摩擦撹拌接合部（Ｊ）の表面に形成された凹部（６）の深さＰは０．３ｍｍであった。

以上の測定結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１の突合せ接合継手の硬さは、比較例１のものに比べて高くなっている。したがって、摩擦撹拌接合部（Ｊ）を圧延することにより、突合せ接合継手の硬さが向上することを確認し得た。

また、比較例１の突合せ接合継手では、その摩擦撹拌接合部（Ｊ）の表面には凹部（６）とバリ（Ｊａ）が形成されており、そのため、突合せ接合継手の外観が悪かった。

これに対して、実施例１の突合せ接合継手では、その摩擦撹拌接合部（Ｊ）の表面には凹部（６）とバリ（Ｊａ）が残存しておらず、該突合せ接合継手の表面が平坦状に形成されていた。さらに、突合せ接合継手の裏面には凸部（５）が残存しておらず、該突合せ接合継手の裏面が平坦状に形成されていた。そのため、突合せ接合継手の外観は良好であった。

［強度特性の評価］

＜実施例２＞
上記実施形態の接合継手の製造方法で得られた突合せ接合継手を自然時効させたのち、その突合せ接合継手の引張強さ、耐力及び伸びを測定した。
この実施例２では、圧延は、摩擦撹拌接合を行ったときから３分以内に行った。さらに、引張強さ、耐力及び伸びの測定は、圧延を行ったときから４時間後、１６８時間後及び７２０時間後にそれぞれ行った。使用した接合工具（３０）の構成及び接合条件は、実施例１と同じである。

使用した接合部材（１）（２）の構成は次のとおりである。
・材質…アルミニウム合金（ＡＮ６０１−Ｔ５）
・肉厚ｔ…３ｍｍ
・凸部の高さＨ…０．３ｍｍ
・凸部の幅Ｗ…１８ｍｍ

また、摩擦撹拌接合が行われる前の接合部材（１）（２）の引張強さ、耐力及び伸びは、次のとおりである。
・引張強さ…２８２ＭＰａ
・耐力…２５８ＭＰａ
・伸び…１２．６％

また、接合後において、摩擦撹拌接合部（Ｊ）の表面に形成された凹部（６）の深さＰは０．３ｍｍであった。

＜比較例２＞
摩擦撹拌接合部（Ｊ）に対して圧延を行わなかった突合せ接合継手を実施例２と同様に自然時効させたのち、その突合せ接合継手の引張強さ、耐力及び伸びを測定した。使用した接合工具（３０）の構成及び接合条件は、実施例２と同じである。また、使用した接合部材（１）（２）の材質及び肉厚ｔは、実施例２と同じである。なお、両接合部材（１）（２）の突合せ部（４）の裏面には凸部（５）は設けられていない。

この比較例２では、引張強さ、耐力及び伸びの測定は、摩擦撹拌接合を行ったときから４時間後、１６８時間後及び７２０時間後にそれぞれ行った。

以上の測定結果を表２に示す。

また、自然時効時間と耐力との関係を示す図（グラフ）を図１４に示す。

表２及び図１４に示すように、実施例２の突合せ接合継手の耐力は、比較例２のものに比べて高くなっているし、その上、時効が促進されている。したがって、摩擦撹拌接合部（Ｊ）を圧延することにより、突合せ接合継手の耐力が向上するし、その上、時効が促進されて、突合せ接合継手の時効に要する時間を短縮できることを確認し得た。

＜実施例３＞
上記実施形態の接合継手の製造方法で得られた突合せ接合継手を自然時効させたのち、その突合せ接合継手の引張強さ、耐力及び伸びを測定した。

この実施例３では、圧延は、摩擦撹拌接合を行ったときから３分以内に行った。さらに、引張強さ、耐力及び伸びの測定は、圧延を行ったときから７００時間後に行った。使用した接合工具（３０）の構成及び接合条件は、実施例１と同じである。

使用した接合部材（１）（２）の構成は次のとおりである。
・材質…アルミニウム合金（Ａ６０６３Ｓ−Ｔ５）
・肉厚ｔ…４ｍｍ
・凸部の高さＨ…０．３ｍｍ
・凸部の幅Ｗ…１８ｍｍ

また、摩擦撹拌接合が行われる前の接合部材（１）（２）の引張強さ、耐力及び伸びは、次のとおりである。
・引張強さ…２０３ＭＰａ
・耐力…１６８ＭＰａ
・伸び…１２％

＜比較例３＞
摩擦撹拌接合部（Ｊ）に対して圧延を行わなかった突合せ接合継手を実施例３と同様に自然時効させたのち、その突合せ接合継手の引張強さ、耐力及び伸びを測定した。使用した接合工具（３０）の構成及び接合条件は、実施例３と同じである。また、使用した接合部材（１）（２）の材質及び肉厚ｔは、実施例３と同じである。なお、両接合部材（１）（２）の突合せ部（４）の裏面には凸部（５）は設けられていない。

この比較例３では、引張強さ、耐力及び伸びの測定は、摩擦撹拌接合を行ったときから７００時間後にそれぞれ行った。

以上の測定結果を表３に示す。

表３に示すように、実施例３の突合せ接合継手の耐力は、比較例３のものに比べて高くなっている。したがって、摩擦撹拌接合部（Ｊ）を圧延することにより、実施例２と同じく突合せ接合継手の耐力が向上するを確認し得た。

この発明の一実施形態に係る接合継手の製造装置を示す斜視図である。 図１中の５０−５０線断面図である。 同接合継手の製造装置に用いられた摩擦撹拌接合工具の側面図である。 図１中の５１−５１線断面図である。 図４中のＸ部分の拡大図である。 図１中の５２−５２線断面図である。 図１中の５３−５３線断面図である。 図１中の５４−５４線断面図である。 図８中のＹ部分の拡大図である。 図１中の５５−５５線断面図である。 同接合継手の製造装置に用いられた圧延ローラの作用を説明するための断面図である。 図１中の５６−５６線断面図である。 図１２中のＺ部分の拡大図である。 時効時間と耐力との関係を示す図である。

符号の説明

１、２…接合部材
３…接合ワーク
４…突合せ部（接合予定部）
１０…支持部材
１１、１２…支持ローラ
１５…送り装置
１６…送りローラ
２０…圧延装置
２１…圧延ローラ
３０…摩擦撹拌接合工具
３１…ショルダー部
３２…プローブ
４０…接合継手の製造装置
Ｊ…摩擦撹拌接合部
ＪＤ…接合方向

Claims (2)

1. 接合予定部の裏面に凸部が設けられた接合ワークの前記接合予定部を摩擦撹拌接合したのち、前記接合ワークの摩擦撹拌接合部を圧延することによって、前記凸部を押し潰して前記接合ワークの表裏両面を平坦状に形成し、
   次いで、前記接合ワークを時効処理することを特徴とする接合継手の製造方法。
2. 接合予定部の裏面に凸部が設けられた接合ワークの前記接合予定部を摩擦撹拌接合したのち、送りローラの周面の一部に全周に亘って設けられた凹部内に前記凸部を嵌合させた状態で前記接合ワークを前記送りローラにより圧延装置に送って前記接合ワークの摩擦撹拌接合部を前記圧延装置により圧延することによって、前記凸部を押し潰して前記接合ワークの表裏両面を平坦状に形成し、
   次いで、前記接合ワークを時効処理することを特徴とする接合継手の製造方法。

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