JP2021137813A

JP2021137813A - 異種金属の接合方法

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Publication number: JP2021137813A
Application number: JP2020034578A
Authority: JP
Inventors: 亨長岡; Toru Nagaoka; 猛京田; Takeshi Kyoda; 憲太土居; Kenta Doi
Original assignee: Fuji Tanshi Kogyo Kk; Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology
Current assignee: Fuji Tanshi Kogyo Kk; Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2040-03-02
Also published as: JP7465465B2

Abstract

【課題】互いに種類が異なる２つの金属部材を、摩擦攪拌接合法によって良好に接合できる異種金属の接合方法を提供する。【解決手段】互いに種類が異なる第１の金属部材１０と第２の金属部材２０を摩擦攪拌接合によって接合する異種金属の接合方法であって、上記第１の金属部材１０と第２の金属部材２０を、実質的に隙間ができないように隣接して配置し、上記第１の金属部材１０と第２の金属部材２０の境界３に沿う領域を少なくとも覆うように補助金属材１を載置し、回転する回転工具３０の外周縁３１Ｅが上記境界３と略一致するよう、上記回転工具３０を上記補助金属材１の上から上記第１の金属部材１０に挿入した状態で、上記回転工具３０を上記境界３に沿って移動させることにより、上記第１の金属部材１０と第２の金属部材２０を接合する。【選択図】図１

Description

本発明は、互いに種類が異なる２つの金属部材を摩擦攪拌接合により接合する異種金属の接合方法に関するものである。

摩擦攪拌接合は、部材の接合技術のひとつである。円筒状の回転工具を用い、上記回転工具を回転させながら、部材同士の接合部に押し付けて挿入することによって接合する。上記回転工具を貫入させる際に発生する摩擦熱で部材を軟化させ、上記回転工具の回転力で接合部の周辺を塑性流動させることにより、複数の部材を一体化する。

このような摩擦攪拌接合は、たとえばアーク溶接と比較すると、部材の溶融を伴わないため、接合部の熱影響を抑制でき、騒音や粉塵の発生が少ないという利点がある。また、電子ビーム溶接と比較すると、接合環境に真空を必要としないため、装置の小型化が図れるという利点がある。

例えば、２枚のアルミニウム板の端面を突き合わせて接合する場合、接合線の真上から回転工具を挿入し、上記接合線に沿って回転工具を移動させることで、２枚の板材を接合することが行われる。

このような摩擦攪拌接合に関する先行技術文献として、出願人は下記の特許文献１を把握している。

特開平９−３０９１６４号公報

上記特許文献１は、アルミニウム合金製の鉄道車両や建築物等に使用されるパネルを摩擦接合法で接合する技術に関するものであり、下記の記載がある。
［００１４］
図１の実施例は、パネルとしての中空型材３１，３２の継ぎ手部の形状が突合せタイプの場合である。・・・中空型材３１，３２はアルミニウム合金の押出し型材である。・・・摩擦接合時において、回転工具５０の大径部５１と小径部の凸部５２との境５３が中空型材３１，３２の上面に位置している。
［００１５］
摩擦接合は回転工具５０を回転させながら、凸部５２を中空型材３１、３２の接合部に挿入し、接合部に沿って移動させて行う。凸部５２の回転中心は２つの板３６、３６の間にある。
［００４０］
・・・図１１に示すように、ハニカムパネル８０ａ，８０ｂは、２つの面板８１，８２と、ハニカム状のセルを有する芯材８３と、面板８１，８２の端面に沿って配置した縁材８４とからなり、芯材８３、縁材８４は面板８１，８２にろう付けされ、一体になっている。面板８１，８２、芯材８３、および縁材８４はアルミニウム合金である。・・・
［００４１］
図１１の実施例は図１の実施例に相当するものである。回転工具５０の凸部５２の高さは面板８１，８２の厚さよりも大きい。これによって、面板８１、８２、および縁材８４、８４が接合される。主として縁材８４がパネル８０ａ、８０ｂに作用する荷重を伝達する。パネル８０ａ、８０ｂを製作後、両者を組み合わせ、摩擦接合を行う。
［００４４］
図１３の実施例は、図７に相当するものである。２つのハニカムパネル８０ａ０，８０ｂを組み合わせた後、面板８１，８１の上面に板８６を載せ、板８１，８１に溶接で仮止めしたものである。板８６は塑性流動によって流出する材料を補うものである。・・・

上記特許文献１は、同種の金属（アルミニウム合金同士）を接合する技術に関するものである。２枚の金属板を突き合せた境界と回転工具の回転軸を一致させ、突き合せた２枚の金属板材の双方に塑性流動を生じさせて接合する方法を開示する。
ところが、上記特許文献１の技術によって異種金属を接合しようとすると、接合部分では、２種類の金属が互いに相手側に流動し、不均一に混在した領域となる。異種金属が混在した領域では、混在した異種金属が介在物として作用するおそれがある。また、このような領域は、激しい塑性流動で材料が飛散等することによるボイドが生じやすい。したがって、接合部全体にわたって接合強度の低下を引き起こす可能性がある。しかも、超音波によるボイドの非破壊検査をしようとしても、混在する異種金属がノイズとなってしまい、まともな検査結果が得られない。このような介在物やボイドが存在すると、接合部の経時劣化が助長されるおそれがあり、長期的な信頼性が求められる接合技術においては致命的な課題である。
加えて、異種金属では、硬度が一致しないことが多く、塑性流動時の粘性も異なっている。このため、硬度や粘性が異なる金属同士の境界に回転工具を挿入して移動させると、移動方向に直交した方向に力が生じ、回転工具に多大な負荷がかかってしまう。また、塑性流動時の粘性が高い方の金属が、回転工具に付着するといった問題も生じる。

本発明は、上記課題を解決するため、つぎの目的をもってなされたものである。
互いに種類が異なる２つの金属部材を、摩擦攪拌接合法によって良好に接合できる異種金属の接合方法を提供するものである。

請求項１記載の異種金属の接合方法は、上記目的を達成するため、下記の構成を採用した。
互いに種類が異なる第１の金属部材と第２の金属部材を摩擦攪拌接合によって接合する異種金属の接合方法であって、
上記第１の金属部材と第２の金属部材を、実質的に隙間ができないように隣接して配置し、
上記第１の金属部材と第２の金属部材の境界に沿う領域を少なくとも覆うように補助金属材を載置し、
回転する回転工具の外周縁が上記境界と略一致するよう、上記回転工具を上記補助金属材の上から上記第１の金属部材に挿入した状態で、上記回転工具を上記境界に沿って移動させることにより、
上記第１の金属部材と第２の金属部材を接合する。

請求項２記載の異種金属の接合方法は、請求項１記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記回転工具を挿入する第１の金属部材を、第２の金属部材よりも硬度が低い金属とする。

請求項３記載の異種金属の接合方法は、請求項１記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記回転工具を挿入する第１の金属部材を、第２の金属部材よりも融点が低い金属とする。

請求項４記載の異種金属の接合方法は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記補助金属材を、上記回転工具を挿入する第１の金属部材と実質的に同じ種類の金属とする。

請求項５記載の異種金属の接合方法は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記回転工具は、上記第１の金属部材に侵入させるプローブと、上記プローブの根元側にあって上記プローブよりも径の大きいショルダー部とを有し、
上記補助金属材を、上記回転工具を移動させたときに上記ショルダー部が通過する領域を少なくとも覆うものとする。

請求項６記載の異種金属の接合方法は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記回転工具は、上記第１の金属部材に侵入させるプローブと、上記プローブの根元側にあって上記プローブよりも径の大きいショルダー部とを有し、
上記補助金属材を、上記回転工具を移動させたときに上記第１の金属部材および第２の金属部材に上記ショルダー部が接触しない厚みとする。

請求項７記載の異種金属の接合方法は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記回転工具を、その移動方向に対して回転中心を実質的に垂直とし、その状態を維持しながら上記回転工具を移動させる。

請求項１記載の異種金属の接合方法は、互いに種類が異なる第１の金属部材と第２の金属部材を摩擦攪拌接合によって接合する。
まず、上記第１の金属部材と第２の金属部材を、実質的に隙間ができないように隣接して配置する。たとえば、２枚の金属板を突き合せたような状態とする。
ついで、上記第１の金属部材と第２の金属部材の境界に沿う領域を少なくとも覆うように補助金属材を載置する。たとえば、上記２枚の金属板を突き合せた境界を覆うように、補助金属材を重ねて載せる。上記補助金属材も板材を使用することができる。
つぎに、回転する回転工具を使用し、その外周縁が上記境界と略一致するよう、上記回転工具を上記補助金属材の上から上記第１の金属部材に挿入する。上記外周縁とは、回転している回転工具における最も外側の回転軌跡である。上記回転軌跡を上記境界と略一致させるようにして回転工具を挿入する。このとき上記回転工具は、上記補助金属材の上から挿入を開始する。
そして、上記回転工具を上記第１の金属部材に至るまで挿入させた状態で、上記回転工具を上記境界に沿って移動させる。これにより、上記第１の金属部材に塑性流動が生じて第２の金属との境界に密着し、上記第１の金属部材と第２の金属部材が接合される。

上述したように、回転工具を、その外周縁が上記境界と略一致するよう、上記補助金属材の上から上記第１の金属部材に挿入する。このようにすることにより、上記第１の金属部材だけに塑性流動が生じ、第２の金属部材では塑性流動がほとんど起こらない。このとき、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。
また、回転工具を第１の金属部材の側にだけ挿入することにより、従来問題であった回転工具にかかる垂直方向の力を大きく緩和し、工具の劣化を防止できる。さらに、塑性流動時の粘性が小さい金属だけに回転工具を挿入できるため、回転工具への金属の付着も抑制される。したがって、回転工具に付着した金属を除去する、回転工具を交換する等のメンテナンスの頻度を減らすことができる。

請求項２記載の異種金属の接合方法は、上記回転工具を挿入する第１の金属部材を、第２の金属部材よりも硬度が低い金属とする。
塑性流動時の粘性が小さい第１の金属部材だけに回転工具を挿入するため、回転工具への金属の付着が抑制され、回転工具のメンテナンスの頻度を減らすことができる。また、塑性流動を生じさせるために必要なエネルギーが小さくて済むため、動力の節減に有利である。

請求項３記載の異種金属の接合方法は、上記回転工具を挿入する第１の金属部材を、第２の金属部材よりも融点が低い金属とする。
仮に、回転工具を挿入する第１の金属部材のほうが融点が高ければ、第１の金属部材が塑性流動するまで高温になったころに相手材である第２の金属部材が溶融しはじめ、接合不良や欠陥が生じるおそれがある。上記回転工具を挿入する第１の金属部材を、第２の金属部材よりも融点が低い金属とすることにより、上記のような不都合の発生を防止できる。

請求項４記載の異種金属の接合方法は、上記補助金属材を、上記回転工具を挿入する第１の金属部材と実質的に同じ種類の金属とする。
激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、ボイドの発生を減少させる。このとき、異種金属の混在が問題にならない極めて良好な接合状態を得ることができる。

請求項５記載の異種金属の接合方法は、上記回転工具は、上記第１の金属部材に侵入させるプローブと、上記プローブの根元側にあって上記プローブよりも径の大きいショルダー部とを有している。そして、上記補助金属材を、上記回転工具を移動させたときに上記ショルダー部が通過する領域を少なくとも覆うものとする。
回転工具を移動させたときに、上記第１の金属部材および第２の金属部材に上記ショルダー部が接触せず、第２の金属部材の流動による異種金属の混在が確実に防止される。

請求項６記載の異種金属の接合方法は、上記回転工具は、上記第１の金属部材に侵入させるプローブと、上記プローブの根元側にあって上記プローブよりも径の大きいショルダー部とを有している。そして、上記補助金属材を、上記回転工具を移動させたときに上記第１の金属部材および第２の金属部材に上記ショルダー部が接触しない厚みとする。
回転工具を移動させたときに、上記第１の金属部材および第２の金属部材に上記ショルダー部が接触せず、第２の金属部材の流動による異種金属の混在が確実に防止される。

請求項７記載の異種金属の接合方法は、上記回転工具を、その移動方向に対して回転中心を実質的に垂直とし、その状態を維持しながら上記回転工具を移動させる。
つまり、激しい塑性流動で部材の一部が飛散するのを防止するため、回転工具を傾けて移動するケースがある。この場合は移動方向はたとえばＸ方向だけに限定される。本発明では上記補助金属材が上記塑性流動に加わって材料が補われるため、上記回転工具を移動方向に対して垂直にして移動できる。このため、たとえば移動方向をＸ方向に加えてＹ方向にも移動させるなど、加工設計の自由度が格段に向上する。

本発明の異種金属の接合方法の実施形態を説明する図である。回転工具の一例を説明する図である。回転工具と補助金属材の関係を説明する図である。上記実施形態の異種金属の接合方法を実施する状態を説明する図である。変形例を説明する図である。

つぎに、本発明を実施するための形態を説明する。

〔工程〕
図１は、本発明の異種金属の接合方法の実施形態を説明する図である。（Ａ）は正面から見た状態、（Ｂ）は上から見た状態であり、（Ｃ）は回転工具の移動状態を示す図である。

本実施形態の異種金属の接合方法は、第１の金属部材１０と第２の金属部材２０を摩擦攪拌接合によって接合する。第１の金属部材１０と第２の金属部材２０は、互いに種類が異なる異種金属である。上記第１の金属部材１０と第２の金属部材２０は、純金属でもよいし合金でもよい。図示した例は、上記第１の金属部材１０と第２の金属部材２０は、それぞれおなじ厚みに設定された長方形の板材である。

まず、上記第１の金属部材１０と第２の金属部材２０を、実質的に隙間ができないように隣接して配置する。図示した例では、それぞれ長方形の板材である第１の金属部材１０と第２の金属部材２０を金床４０上に載せ、互いの長辺を突き合せて配置する。上記第１の金属部材１０と第２の金属部材２０と突き合せたところに境界３が形成される。上記金床４０は、第１の金属部材１０と第２の金属部材２０を突き合せた状態より、すこし大きな四角形に形成されている。この例では、上記金床４０の上面に、凹部４１が形成されている、上記凹部４１は、突き合せた第１の金属部材１０と第２の金属部材２０の境界３に沿うように、溝状に形成されている。

ついで、上記第１の金属部材１０と第２の金属部材２０の境界３に沿う領域を少なくとも覆うように補助金属材１を載置する。上記補助金属材１は、この例では帯状の板材である。上記補助金属材１は、おなじ厚みの第１の金属部材１０と第２の金属部材２０を突き合せた面一となった境界３を覆うよう、それらの上面に載置される。上記補助金属材１は、純金属でもよいし合金でもよい。

つぎに、回転する回転工具３０の外周縁３１Ｅが上記境界３と略一致するよう、上記回転工具３０を上記補助金属材１の上から上記第１の金属部材１０に挿入し、その状態で上記回転工具３０を上記境界３に沿って移動させる。このとき、上記境界３に沿って第１の金属部材１０に塑性流動が生じ、上記第１の金属部材１０と第２の金属部材２０の上記境界３が接合される。

上記回転工具３０を挿入する第１の金属部材１０を、第２の金属部材２０よりも硬度が低い金属とするのが好ましい。このようにすることにより、塑性流動時の粘性が小さい第１の金属部材１０だけに回転工具３０を挿入するため、回転工具３０への金属の付着が抑制される。また、塑性流動を生じさせるために必要なエネルギーが小さくて済む。

上記回転工具３０を挿入する第１の金属部材１０を、第２の金属部材２０よりも融点が低い金属とするのが好ましい。このようにすることにより、接合不良や欠陥の発生を防止できる。仮に、回転工具３０を挿入する第１の金属部材１０のほうが融点が高ければ、第１の金属部材１０が塑性流動するまで高温になったころに相手材である第２の金属部材２０が溶融しはじめ、接合不良や欠陥が生じるおそれがある。上記回転工具３０を挿入する第１の金属部材１０を、第２の金属部材２０よりも融点が低い金属とすることにより、上記のような不都合の発生を防止できるのである。

たとえば、上記第１の金属部材１０としてアルミニウム系の材料を使用し、上記第２の金属部材２０として銅系の材料を使用することができる。もちろん、本発明を、上記の組み合わせに限定する趣旨ではない。

〔回転工具３０〕
図２は、上記回転工具３０を示す図である。（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は側面図である。上記回転工具３０は、上記第１の金属部材１０に侵入させるプローブ３１と、上記プローブ３１の根元側にあって上記プローブ３１よりも径の大きいショルダー部３２とを有している。

上記ショルダー部３２は、円柱状を呈した回転工具３０の把持部である。上記ショルダー部３２が軸旋回するチャック装置に把持され、回転中心３０Ａを軸として上記回転工具３０が回転する。上記回転工具３０の回転方向は、この例では右ねじのねじ込み方向である。つまり上から見た状態で右回転である（図示の矢印Ｒ）。上記ショルダー部３２の下面中央にプローブ３１が形成されている。上記ショルダー部３２の下面は、上記回転中心３０Ａを垂直にした状態で、外周部から中心部に向かって１０°程度の傾斜（図示の角度α）が設けられている。

上記プローブ３１は、上記ショルダー部３２と同軸状に形成された大略円柱状であり、上記補助金属材１の上から上記第１の金属部材１０に挿入される部分である。上記プローブ３１は、上記補助金属材１と第１の金属部材１０の厚みを貫通して先端が上記凹部４１に達する程度の長さに設定される。上記プローブ３１が補助金属材１と第１の金属部材１０に挿入されて移動することにより、補助金属材１と第１の金属部材１０に塑性流動が生じる。上記第１の金属部材１０と第２の金属部材２０の境界３の近傍で、上記第１の金属部材１０に塑性流動を生じさせることにより、上記第１の金属部材１０と第２の金属部材２０が接合される。

上記プローブ３１の外周には、逆ねじ部３３が形成されている。上記回転工具３０は、右ねじのねじ込み方向に回転させながら軸方向に沿って下降させ、補助金属材１と第１の金属部材１０に向かって侵入させる。このとき、上記プローブ３１の外周に逆ねじ部３３が設けられていることにより、プローブ３１を材料に侵入させるときに攪拌作用が生じ、塑性流動が促進される。

上記回転工具３０を上記補助金属材１の上から上記第１の金属部材１０に挿入するときに、回転する回転工具３０の外周縁３１Ｅを上記境界３に略一致させる。上記外周縁３１Ｅは、材料に侵入させるプローブ３１を回転させたときに、最も外側に形成される工具の回転軌跡である。この例では、上記回転中心３０Ａの軸と平行に逆ねじ部３３のねじ山頂部を通る仮想線である。

ここで、回転工具３０の外周縁３１Ｅを境界３に略一致させるとは、具体的には、回転工具３０の外周縁３１Ｅが上記境界３から０．１ｍｍ程度離れた状態から、回転工具３０の外周縁３１Ｅが上記境界３を超えて第２の金属部材２０側に入り込む状態までの各状態である。これらの状態であれば、良好な接合を得ることができる。

上記回転工具３０を上記補助金属材１の上から上記第１の金属部材１０に挿入した状態で、上記回転工具３０を上記境界３に沿って移動させる。移動方向は、上記境界３に沿うとともに、第１の金属部材１０と第２の金属部材２０を突き合せて面一となった上面に対して平行な方向である。

〔補助金属材１〕
図３は、回転工具３０と補助金属材１の関係を説明する図である。
図３（Ａ）は、ショルダー部３２の径と補助金属材１の幅の関係を示す。
図３（Ｂ）は、ショルダー部３２の形状と補助金属材１の厚みの関係を示す。

図３（Ａ）に示すように、上記補助金属材１を、上記回転工具３０を移動させたときに上記ショルダー部３２が通過する領域を少なくとも覆うものとするのが好ましい。具体的には、上記ショルダー部３２の外径３２Ｄよりも、補助金属材１の幅１Ｗを大きくすることが行われる。このようにすることにより、回転工具３０を移動させたときに、上記第１の金属部材１０および第２の金属部材２０の上面に、上記ショルダー部３２が接触するのを防止できる。

図３（Ｂ）に示すように、上記補助金属材１を、上記回転工具３０を移動させたときに上記第１の金属部材１０および第２の金属部材２０に上記ショルダー部３２が接触しない厚みとするのが好ましい。具体的には、上記ショルダー部３２の下面に設けられた傾斜によって形成されるヌスミ空間の深さ３２Ｔよりも上記補助金属材１の厚み１Ｔが大きくなるように設定する。このようにすることにより、回転工具３０を移動させたときに、上記第１の金属部材１０および第２の金属部材２０の上面に、上記ショルダー部３２が接触するのを防止できる。

上記補助金属材１は、上記回転工具３０を挿入する第１の金属部材１０と実質的に同じ種類の金属とするのが好ましい。たとえば、上記第１の金属部材１０をアルミニウム系の材料とし、上記第２の金属部材２０を銅系の材料とした場合、上記補助金属材１は、第１の金属部材１０とおなじアルミニウム系の材料とすることができる。実質的に同じとは、上記第１の金属部材１０と補助金属材１がいずれもアルミニウム系合金であれば、合金の品種が必ずしも一致していなくてもよい趣旨である。このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材１が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、ボイドの発生を減少させる。

〔実施状態〕
図４は、上記実施形態の異種金属の接合方法を実施する状態を説明する図である。（Ａ）は、境界３に沿う方向に見た模式図、（Ｂ）は、境界３を側面から見た模式図である。

上記回転工具３０を、たとえば１０００〜２０００ｒｐｍ程度で回転させる。上記回転工具３０は、プローブ３１が、上記補助金属材１と第１の金属部材１０の厚みを貫通して先端が上記凹部４１に達するまで挿入される。この状態で、上記回転工具３０を上記境界３に沿って移動させる。矢印Ｔで示す移動方向は、第１の金属部材１０と第２の金属部材２０を突き合せて面一となった上面に対して平行である。たとえば第１の金属部材１０と第２の金属部材２０の厚みが１０ｍｍであれば、移動速度は毎分１５０〜２５０ｍｍ程度である。また、上記補助金属材１の厚みは２〜３ｍｍ程度に設定する。

上記回転工具３０を、その移動方向Ｔに対して回転中心３０Ａを実質的に垂直とし、その状態を維持しながら上記回転工具３０を移動させる。つまり、上記移動方向Ｔと回転中心３０Ａの軸がなす角度βは９０°である。本実施形態では、上記補助金属材１が上記塑性流動に加わって材料が補われるため、上記回転工具３０を移動方向Ｔに対して垂直にして移動できる。

図５は、変形例を説明する図である。
この例では、境界３が直線ではなく、曲線から構成されている。上述したように、本実施形態では、上記回転工具３０を移動方向Ｔに対して垂直にして移動できるため、曲線から構成された境界３に沿うように回転工具３０を移動させることができる。

〔実施形態の効果〕
上記実施形態の異種金属の接合方法は、回転工具３０を、その外周縁３１Ｅが上記境界３と略一致するよう、上記補助金属材１の上から上記第１の金属部材１０に挿入する。このようにすることにより、上記第１の金属部材１０だけに塑性流動が生じ、第２の金属部材２０では塑性流動がほとんど起こらない。このとき、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材１が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。
また、回転工具３０を第１の金属部材１０の側にだけ挿入することにより、従来問題であった回転工具３０にかかる垂直方向の力を大きく緩和し、工具の劣化を防止できる。さらに、塑性流動時の粘性が小さい金属だけに回転工具３０を挿入できるため、回転工具３０への金属の付着も抑制される。したがって、回転工具３０に付着した金属を除去する、回転工具３０を交換する等のメンテナンスの頻度を減らすことができる。

上記実施形態の異種金属の接合方法は、上記回転工具３０を挿入する第１の金属部材１０を、第２の金属部材２０よりも硬度が低い金属とする。
塑性流動時の粘性が小さい第１の金属部材１０だけに回転工具３０を挿入するため、回転工具３０への金属の付着が抑制され、回転工具３０のメンテナンスの頻度を減らすことができる。また、塑性流動を生じさせるために必要なエネルギーが小さくて済むため、動力の節減に有利である。

上記実施形態の異種金属の接合方法は、上記回転工具３０を挿入する第１の金属部材１０を、第２の金属部材２０よりも融点が低い金属とする。
仮に、回転工具３０を挿入する第１の金属部材１０のほうが融点が高ければ、第１の金属部材１０が塑性流動するまで高温になったころに相手材である第２の金属部材２０が溶融しはじめ、接合不良や欠陥が生じるおそれがある。上記回転工具３０を挿入する第１の金属部材１０を、第２の金属部材２０よりも融点が低い金属とすることにより、上記のような不都合の発生を防止できる。

上記実施形態の異種金属の接合方法は、上記補助金属材１を、上記回転工具３０を挿入する第１の金属部材１０と実質的に同じ種類の金属とする。
激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材１が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、ボイドの発生を減少させる。このとき、異種金属の混在が問題にならない極めて良好な接合状態を得ることができる。

上記実施形態の異種金属の接合方法は、上記回転工具３０は、上記第１の金属部材１０に侵入させるプローブ３１と、上記プローブ３１の根元側にあって上記プローブ３１よりも径の大きいショルダー部３２とを有している。そして、上記補助金属材１を、上記回転工具３０を移動させたときに上記ショルダー部３２が通過する領域を少なくとも覆うものとする。
回転工具３０を移動させたときに、上記第１の金属部材１０および第２の金属部材２０に上記ショルダー部３２が接触せず、第２の金属部材２０の流動による異種金属の混在が確実に防止される。

上記実施形態の異種金属の接合方法は、上記回転工具３０は、上記第１の金属部材１０に侵入させるプローブ３１と、上記プローブ３１の根元側にあって上記プローブ３１よりも径の大きいショルダー部３２とを有している。そして、上記補助金属材１を、上記回転工具３０を移動させたときに上記第１の金属部材１０および第２の金属部材２０に上記ショルダー部３２が接触しない厚みとする。
回転工具３０を移動させたときに、上記第１の金属部材１０および第２の金属部材２０に上記ショルダー部３２が接触せず、第２の金属部材２０の流動による異種金属の混在が確実に防止される。

上記実施形態の異種金属の接合方法は、上記回転工具３０を、その移動方向に対して回転中心３０Ａを実質的に垂直とし、その状態を維持しながら上記回転工具３０を移動させる。
つまり、激しい塑性流動で部材の一部が飛散するのを防止するため、回転工具３０を傾けて移動するケースがある。この場合は移動方向はたとえばＸ方向だけに限定される。本発明では上記補助金属材１が上記塑性流動に加わって材料が補われるため、上記回転工具３０を移動方向に対して垂直にして移動できる。このため、たとえば移動方向をＸ方向に加えてＹ方向にも移動させるなど、加工設計の自由度が格段に向上する。

〔変形例〕
以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。

１：補助金属材
１Ｗ：幅
１Ｔ：厚み
３：境界
１０：第１の金属部材
２０：第２の金属部材
３０：回転工具
３０Ａ：回転中心
３１：プローブ
３１Ｅ：外周縁
３２：ショルダー部
３２Ｄ：外径
３２Ｔ：ヌスミ空間の深さ
３３：逆ねじ部
４０：金床
４１：凹部

Claims

互いに種類が異なる第１の金属部材と第２の金属部材を摩擦攪拌接合によって接合する異種金属の接合方法であって、
上記第１の金属部材と第２の金属部材を、実質的に隙間ができないように隣接して配置し、
上記第１の金属部材と第２の金属部材の境界に沿う領域を少なくとも覆うように補助金属材を載置し、
回転する回転工具の外周縁が上記境界と略一致するよう、上記回転工具を上記補助金属材の上から上記第１の金属部材に挿入した状態で、上記回転工具を上記境界に沿って移動させることにより、
上記第１の金属部材と第２の金属部材を接合する
ことを特徴とする異種金属の接合方法。
上記回転工具を挿入する第１の金属部材を、第２の金属部材よりも硬度が低い金属とする
請求項１記載の異種金属の接合方法。
上記回転工具を挿入する第１の金属部材を、第２の金属部材よりも融点が低い金属とする
請求項１記載の異種金属の接合方法。
上記補助金属材を、上記回転工具を挿入する第１の金属部材と実質的に同じ種類の金属とする
請求項１〜３のいずれか一項に記載の異種金属の接合方法。
上記回転工具は、上記第１の金属部材に侵入させるプローブと、上記プローブの根元側にあって上記プローブよりも径の大きいショルダー部とを有し、
上記補助金属材を、上記回転工具を移動させたときに上記ショルダー部が通過する領域を少なくとも覆うものとする
請求項１〜４のいずれか一項に記載の異種金属の接合方法。
上記回転工具は、上記第１の金属部材に侵入させるプローブと、上記プローブの根元側にあって上記プローブよりも径の大きいショルダー部とを有し、
上記補助金属材を、上記回転工具を移動させたときに上記第１の金属部材および第２の金属部材に上記ショルダー部が接触しない厚みとする
請求項１〜４のいずれか一項に記載の異種金属の接合方法。
上記回転工具を、その移動方向に対して回転中心を実質的に垂直とし、その状態を維持しながら上記回転工具を移動させる
請求項１〜６のいずれか一項に記載の異種金属の接合方法。