JP3081809B2 - 金属材の接合方法 - Google Patents
金属材の接合方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、摩擦攪拌接合法
により、金属板材、押出型材、鋳物等の金属材を突き合
わせたり重ねた状態で接合する方法に関する。
により、金属板材、押出型材、鋳物等の金属材を突き合
わせたり重ねた状態で接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、金属材の溶接やロウ付けに代わる
新しい接合手段として、摩擦攪拌接合法が登場してい
る。この接合法は、例えば特表平７−５０５０９０号公
報に開示されているように、被加工物よりも硬い材質の
プローブ（棒状物）を回転させながら被加工物に摺接さ
せた際に、この摺接部分で発生する摩擦熱と圧力によっ
て被加工物素材が塑性流動化するため、該プローブが被
加工物中に埋入して且つこの埋入状態のまま被加工物中
を移動可能になることを利用したものである。
新しい接合手段として、摩擦攪拌接合法が登場してい
る。この接合法は、例えば特表平７−５０５０９０号公
報に開示されているように、被加工物よりも硬い材質の
プローブ（棒状物）を回転させながら被加工物に摺接さ
せた際に、この摺接部分で発生する摩擦熱と圧力によっ
て被加工物素材が塑性流動化するため、該プローブが被
加工物中に埋入して且つこの埋入状態のまま被加工物中
を移動可能になることを利用したものである。
【０００３】例えば、図１に示すように、金属板（１）
（１）同士を突き合わせて接合する場合、回転子（２）
の軸心に突設されたプローブ（３）を回転させながら接
合線Ｌの始端部に押し付けて埋入させ、矢印で示すよう
に該接合線Ｌに沿って移動させる。これにより、進行す
るプローブ（３）の前方側では摩擦熱と圧力によって金
属板（１）（１）の素材が塑性流動し、攪拌混練されな
がら該プローブ（３）の後方側へ漸次移行するが、この
後方側では摩擦熱を失って急速に冷却固化するから、両
金属板（１）（１）は素材金属が攪拌混練されて完全に
一体化した状態で接合される。この場合、金属素材が塑
性流動する温度は融点よりもかなり低く、接合は固相接
合の範疇に入るから、接合過程を通して金属材への入熱
量は溶接やロウ付けに比較して極めて少なく、接合部近
傍の熱歪みによる変形や割れを生じにくく、合金の場合
でも接合部の組成変化を生じないという利点がある。
（１）同士を突き合わせて接合する場合、回転子（２）
の軸心に突設されたプローブ（３）を回転させながら接
合線Ｌの始端部に押し付けて埋入させ、矢印で示すよう
に該接合線Ｌに沿って移動させる。これにより、進行す
るプローブ（３）の前方側では摩擦熱と圧力によって金
属板（１）（１）の素材が塑性流動し、攪拌混練されな
がら該プローブ（３）の後方側へ漸次移行するが、この
後方側では摩擦熱を失って急速に冷却固化するから、両
金属板（１）（１）は素材金属が攪拌混練されて完全に
一体化した状態で接合される。この場合、金属素材が塑
性流動する温度は融点よりもかなり低く、接合は固相接
合の範疇に入るから、接合過程を通して金属材への入熱
量は溶接やロウ付けに比較して極めて少なく、接合部近
傍の熱歪みによる変形や割れを生じにくく、合金の場合
でも接合部の組成変化を生じないという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな摩擦攪拌接合において、金属材同士の接合終端部で
回転子を引き上げて埋入していたプローブを抜き出す
と、該接合終端部にはプローブと同じ径及び深さの孔が
生じることになるが、この孔の存在によって用途面で様
々な支障をきたしたり、外観の悪化により商品価値が低
下するという問題があった。
うな摩擦攪拌接合において、金属材同士の接合終端部で
回転子を引き上げて埋入していたプローブを抜き出す
と、該接合終端部にはプローブと同じ径及び深さの孔が
生じることになるが、この孔の存在によって用途面で様
々な支障をきたしたり、外観の悪化により商品価値が低
下するという問題があった。
【０００５】この発明は、上述の事情に鑑みて、摩擦攪
拌接合による金属材の接合において、接合終端部のプロ
ーブの抜き出し孔による問題を解決する手段を提供する
ことを目的としている。
拌接合による金属材の接合において、接合終端部のプロ
ーブの抜き出し孔による問題を解決する手段を提供する
ことを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係る金属材の接合方法は、金属材同士の
接合線に沿って回転子のプローブを埋入状態で回転しつ
つ進行させて両金属材同士を接合一体化する摩擦攪拌接
合方法において、接合終端部での前記プローブの引き上
げによって生じる孔をピンの埋設によって塞ぐに際し、
前記ピンが前記プローブとして回転子に着脱可能に取り
付けられ、摩擦攪拌接合における接合終端部において該
プローブを回転子から離脱させて金属材側に残すことに
よって、前記孔を塞ぐことを特徴としている。従って、
得られた金属材の接合物は、前記孔による用途面での支
障や外観悪化のないものとなる。
に、この発明に係る金属材の接合方法は、金属材同士の
接合線に沿って回転子のプローブを埋入状態で回転しつ
つ進行させて両金属材同士を接合一体化する摩擦攪拌接
合方法において、接合終端部での前記プローブの引き上
げによって生じる孔をピンの埋設によって塞ぐに際し、
前記ピンが前記プローブとして回転子に着脱可能に取り
付けられ、摩擦攪拌接合における接合終端部において該
プローブを回転子から離脱させて金属材側に残すことに
よって、前記孔を塞ぐことを特徴としている。従って、
得られた金属材の接合物は、前記孔による用途面での支
障や外観悪化のないものとなる。
【０００７】また、前記ピンが前記プローブとして回転
子に着脱可能に取り付けられ、摩擦攪拌接合における接
合終端部において該プローブを回転子から離脱させて金
属材側に残すことによって前記孔を塞ぐ構成としている
から、接合後に該孔を塞ぐ作業が不要になり、またプロ
ーブの摩耗や傷損に対する配慮も必要としない。
子に着脱可能に取り付けられ、摩擦攪拌接合における接
合終端部において該プローブを回転子から離脱させて金
属材側に残すことによって前記孔を塞ぐ構成としている
から、接合後に該孔を塞ぐ作業が不要になり、またプロ
ーブの摩耗や傷損に対する配慮も必要としない。
【０００８】請求項２の発明では、上記請求項１の金属
材の接合方法において、プローブが抜け止め形状を有す
るから、接合終端部で金属材側に残したプローブは孔か
ら抜出不能となる。
材の接合方法において、プローブが抜け止め形状を有す
るから、接合終端部で金属材側に残したプローブは孔か
ら抜出不能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係る金属材の接
合方法について図面を参照して具体的に説明する。図２
は参考例、図３は実施例を示す。
合方法について図面を参照して具体的に説明する。図２
は参考例、図３は実施例を示す。
【００１０】図２（Ａ）は、既述の図１を用いて説明し
た摩擦攪拌接合における接合終端部で回転子（２）を引
き上げた状態を示しており、接合されたアルミニウムや
その合金等よりなる金属板（１）（１）には埋入してい
たプローブ（３）の抜出による孔（４）を生じている。
しかして、第一実施例では、この孔（４）は、図２
（Ｂ）の如く孔（４）の孔径よりやや径の大きいピン
（５１）を打ち込み又は圧入して塞ぐか、同図（Ｃ）の
如く外周にねじ（５２ａ）を刻設したピン（５２）をね
じ込んで塞ぐようにしている。
た摩擦攪拌接合における接合終端部で回転子（２）を引
き上げた状態を示しており、接合されたアルミニウムや
その合金等よりなる金属板（１）（１）には埋入してい
たプローブ（３）の抜出による孔（４）を生じている。
しかして、第一実施例では、この孔（４）は、図２
（Ｂ）の如く孔（４）の孔径よりやや径の大きいピン
（５１）を打ち込み又は圧入して塞ぐか、同図（Ｃ）の
如く外周にねじ（５２ａ）を刻設したピン（５２）をね
じ込んで塞ぐようにしている。
【００１１】かくして接合した金属板（１）（１）は、
接合終端部にプローブ（３）の抜き出しによる孔（４）
が塞がっているから、この孔（４）による用途面での支
障や外観の悪化がなく、高い商品価値を有するものとな
る。しかして、特に上記の外周にねじ（５２ａ）を刻設
したピン（５２）を用いれば、ドライバー等を利用した
捻回操作によって容易に孔（４）に埋設できると共に、
埋設後には孔（４）から不用意に抜けることがない。
接合終端部にプローブ（３）の抜き出しによる孔（４）
が塞がっているから、この孔（４）による用途面での支
障や外観の悪化がなく、高い商品価値を有するものとな
る。しかして、特に上記の外周にねじ（５２ａ）を刻設
したピン（５２）を用いれば、ドライバー等を利用した
捻回操作によって容易に孔（４）に埋設できると共に、
埋設後には孔（４）から不用意に抜けることがない。
【００１２】この参考例におけるピン（５１）（５２）
の材質は特に制約はない。なお、図２（Ｂ）に示すピン
（５１）は鍔部（５１ａ）を有するが、これに代えて鍔
部のないピンを使用できる。また同図（Ｃ）のねじ形の
ピン（５２）に代えて鍔部付きのねじ形のピンを使用し
てもよい。
の材質は特に制約はない。なお、図２（Ｂ）に示すピン
（５１）は鍔部（５１ａ）を有するが、これに代えて鍔
部のないピンを使用できる。また同図（Ｃ）のねじ形の
ピン（５２）に代えて鍔部付きのねじ形のピンを使用し
てもよい。
【００１３】図３に示す実施例では、回転子（２）の下
端に、プローブ（３１）が六角形等の非円形外周とした
頭部（３１ａ）を嵌合した状態で着脱自在に同心状に取
付けられており、同図（Ａ）の如く該プローブ（３１）
を回転子（２）と一体回転させながら金属板（１）
（１）の突き合わせ部（１０）に押し付けて埋入さ
せ、同図（Ｂ）の如く突き合わせ部（１０）に沿って移
動させて摩擦攪拌接合を行うが、接合終端部において回
転子（２）を引き上げる際、同図（Ｃ）の如く回転子
（２）からプローブ（３１）を離脱させて金属板（１）
側にそのまま残すことにより、孔（４）を塞いだ形とす
る。
端に、プローブ（３１）が六角形等の非円形外周とした
頭部（３１ａ）を嵌合した状態で着脱自在に同心状に取
付けられており、同図（Ａ）の如く該プローブ（３１）
を回転子（２）と一体回転させながら金属板（１）
（１）の突き合わせ部（１０）に押し付けて埋入さ
せ、同図（Ｂ）の如く突き合わせ部（１０）に沿って移
動させて摩擦攪拌接合を行うが、接合終端部において回
転子（２）を引き上げる際、同図（Ｃ）の如く回転子
（２）からプローブ（３１）を離脱させて金属板（１）
側にそのまま残すことにより、孔（４）を塞いだ形とす
る。
【００１４】従って、前記参考例のような接合後に孔
（４）を塞ぐための手間が省け、それだけ施工能率が向
上する上、プローブの摩耗による孔（４）の口径変化に
対応して埋設するピンの寸法を変える必要もない。ま
た、接合の都度に新しいプローブを回転子（２）に取り
付けるから、プローブの長期使用に伴う摩耗や傷損に配
慮する必要はなく、従来のようにプローブの寿命によっ
て回転子（２）を含む全体の交換を余儀なくされること
もなく経済的である。
（４）を塞ぐための手間が省け、それだけ施工能率が向
上する上、プローブの摩耗による孔（４）の口径変化に
対応して埋設するピンの寸法を変える必要もない。ま
た、接合の都度に新しいプローブを回転子（２）に取り
付けるから、プローブの長期使用に伴う摩耗や傷損に配
慮する必要はなく、従来のようにプローブの寿命によっ
て回転子（２）を含む全体の交換を余儀なくされること
もなく経済的である。
【００１５】この参考例におけるプローブ（３１）は、
摩擦攪拌接合を行うために接合する金属板（１）よりも
高硬度である必要があるが、例えば金属板（１）がアル
ミニウム材である場合に、それよりも硬度の高いアルミ
ニウム材からなるものを使用可能である。
摩擦攪拌接合を行うために接合する金属板（１）よりも
高硬度である必要があるが、例えば金属板（１）がアル
ミニウム材である場合に、それよりも硬度の高いアルミ
ニウム材からなるものを使用可能である。
【００１６】プローブ（３１）を回転子（２）に着脱自
在に取り付ける手段としては、特に制約はなく、回転子
（２）に種々のチャック機構を設けることも可能である
が、簡易には電磁力又は磁石による吸着方式や、側方か
らのセットねじによる固定方式を採用すればよい。この
他、プローブの上部を非円形外周とする代わりに雄ねじ
を設け、回転子（２）側の雌ねじに螺合させることも可
能である。
在に取り付ける手段としては、特に制約はなく、回転子
（２）に種々のチャック機構を設けることも可能である
が、簡易には電磁力又は磁石による吸着方式や、側方か
らのセットねじによる固定方式を採用すればよい。この
他、プローブの上部を非円形外周とする代わりに雄ねじ
を設け、回転子（２）側の雌ねじに螺合させることも可
能である。
【００１７】また摩擦攪拌接合を行うプローブは回転体
外形であれば被加工物中に埋入できるから、回転子
（２）に着脱自在に取り付けるプローブを抜け止め形状
とすることが可能である。例えば図３（Ｄ）に示すプロ
ーブ（３２）は、周面に環状溝（３２ａ）（３２ａ）を
有するため、前記実施例のように接合終端部において回
転子（２）から離脱させれば、金属板（１）側に抜出不
能に一体化した状態で残ることになる。なお、プローブ
の抜け止め形状としては、例示のような環状溝（３２
ａ）を有する形の他、周面に環状凸部を有する形状、環
状の凹凸を有する形、中間部が縊れた形、下端側が膨ら
んで径大化した形等、種々設定できる。
外形であれば被加工物中に埋入できるから、回転子
（２）に着脱自在に取り付けるプローブを抜け止め形状
とすることが可能である。例えば図３（Ｄ）に示すプロ
ーブ（３２）は、周面に環状溝（３２ａ）（３２ａ）を
有するため、前記実施例のように接合終端部において回
転子（２）から離脱させれば、金属板（１）側に抜出不
能に一体化した状態で残ることになる。なお、プローブ
の抜け止め形状としては、例示のような環状溝（３２
ａ）を有する形の他、周面に環状凸部を有する形状、環
状の凹凸を有する形、中間部が縊れた形、下端側が膨ら
んで径大化した形等、種々設定できる。
【００１８】この発明の接合方法を適用する金属材の材
質、形状、寸法、接合形態、回転子及びプローブの寸法
や形状等は特に制約はなく、プローブの抜き出し孔が貫
通孔となる構成でも差し支えない。またピンを埋設した
孔の底部に空間を残す状態でもよい。
質、形状、寸法、接合形態、回転子及びプローブの寸法
や形状等は特に制約はなく、プローブの抜き出し孔が貫
通孔となる構成でも差し支えない。またピンを埋設した
孔の底部に空間を残す状態でもよい。
【００１９】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、摩擦攪拌接合
による金属材の接合において、回転子のプローブの抜き
出しによる接合終端部の孔がピンで塞がれるから、この
孔の存在によって用途面で様々な支障をきたしたり、外
観の悪化により商品価値が低下するといった問題が解消
される。しかも、接合終端部でプローブを回転子から離
脱させて金属材側に残すため、接合後に孔を塞ぐための
手間が省け、それだけ施工能率が向上する上、プローブ
の長期使用に伴う摩耗や傷損に配慮する必要はなく、従
来のようにプローブの寿命によって回転子を含む全体の
交換を余儀なくされることもなく経済的である。
による金属材の接合において、回転子のプローブの抜き
出しによる接合終端部の孔がピンで塞がれるから、この
孔の存在によって用途面で様々な支障をきたしたり、外
観の悪化により商品価値が低下するといった問題が解消
される。しかも、接合終端部でプローブを回転子から離
脱させて金属材側に残すため、接合後に孔を塞ぐための
手間が省け、それだけ施工能率が向上する上、プローブ
の長期使用に伴う摩耗や傷損に配慮する必要はなく、従
来のようにプローブの寿命によって回転子を含む全体の
交換を余儀なくされることもなく経済的である。
【００２０】請求項２の発明によれば、上記のようにプ
ローブを接合終端部で金属材側に残す接合方法におい
て、該プローブが孔から抜出不能となるから、接合物の
取扱い中や使用状態で不用意に抜出することがなく、高
い信頼性が得られる。
ローブを接合終端部で金属材側に残す接合方法におい
て、該プローブが孔から抜出不能となるから、接合物の
取扱い中や使用状態で不用意に抜出することがなく、高
い信頼性が得られる。
【図１】摩擦攪拌接合による金属材の接合状況を示す斜
視図である。
視図である。
【図２】金属材の接合方法の参考例を示し、（Ａ）は接
合終端部で回転子を引き上げた状態の縦断正面図、
（Ｂ）はプローブの引き出し孔にピンを埋設した接合終
端部の縦断正面図、（Ｃ）は同引き出し孔に他の構成の
ピンを埋設した接合終端部の縦断正面図である。
合終端部で回転子を引き上げた状態の縦断正面図、
（Ｂ）はプローブの引き出し孔にピンを埋設した接合終
端部の縦断正面図、（Ｃ）は同引き出し孔に他の構成の
ピンを埋設した接合終端部の縦断正面図である。
【図３】この発明に係る金属材の接合方法の実施例を示
し、（Ａ）は接合を開始する直前の縦断正面図、（Ｂ）
は接合途中の縦断側面図、（Ｃ）は接合終端部で回転子
を引き上げた状態の縦断正面図、（Ｄ）はプローブが抜
け止め形状である場合の接合終端部の縦断正面図であ
る。
し、（Ａ）は接合を開始する直前の縦断正面図、（Ｂ）
は接合途中の縦断側面図、（Ｃ）は接合終端部で回転子
を引き上げた状態の縦断正面図、（Ｄ）はプローブが抜
け止め形状である場合の接合終端部の縦断正面図であ
る。
１…金属板（金属材） １０…突き合わせ部 ２…回転子 ３，３１，３２…プローブ ３２ａ…環状溝（抜け止め形状） ４…孔 ５，５１，５２…ピン ５２ａ…ねじ Ｌ…接合線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 武典 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニ ウム株式会社内 (72)発明者 岩目地 範行 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニ ウム株式会社内 (56)参考文献 米国特許5971252（ＵＳ，Ａ) 榎本 正敏、外２名，”塑性流動によ るアルミニウム合金の接合”，第47回塑 性加工連合講演会講演論文集，日本塑性 加工学会 外８会共催，国立国会図書館 平成８年10月18日受入，ｐ．495−496 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 20/12,20/14 B23K 31/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
Claims (2)
- 【請求項１】 金属材同士の接合線に沿って回転子のプ
ローブを埋入状態で回転しつつ進行させて両金属材同士
を接合一体化する摩擦攪拌接合方法において、接合終端部での前記プローブの引き上げによって生じる
孔をピンの埋設によって塞ぐに際し、前記ピンが前記プ
ローブとして回転子に着脱可能に取り付けられ、摩擦攪
拌接合における接合終端部において該プローブを回転子
から離脱させて金属材側に残すことによって、前記孔を
塞ぐことを特徴とする金属材の接合方法 。 - 【請求項２】 プローブが抜け止め形状を有する請求項
１記載の金属材の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09037821A JP3081809B2 (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 金属材の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09037821A JP3081809B2 (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 金属材の接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10230372A JPH10230372A (ja) | 1998-09-02 |
| JP3081809B2 true JP3081809B2 (ja) | 2000-08-28 |
Family
ID=12508194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09037821A Expired - Fee Related JP3081809B2 (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 金属材の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3081809B2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3575748B2 (ja) * | 2000-03-06 | 2004-10-13 | 株式会社日立製作所 | 摩擦攪拌接合方法 |
| US6352193B1 (en) | 2000-08-01 | 2002-03-05 | General Electric Company | Apparatus for joining electrically conductive materials |
| JP4570761B2 (ja) * | 2000-11-16 | 2010-10-27 | 住友軽金属工業株式会社 | 摩擦攪拌接合方法 |
| JP4629241B2 (ja) * | 2001-01-23 | 2011-02-09 | 昭和電工株式会社 | 摩擦攪拌接合における終端部処理方法および終端部処理された摩擦攪拌接合体 |
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- 1997-02-21 JP JP09037821A patent/JP3081809B2/ja not_active Expired - Fee Related
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