JP3305287B2 - 疲労強度の高い摩擦攪拌接合材 - Google Patents
疲労強度の高い摩擦攪拌接合材Info
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/123—Controlling or monitoring the welding process
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K20/1255—Tools therefor, e.g. characterised by the shape of the probe
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、疲労強度の高い摩
擦攪拌接合材に関し、特に、自動車用、鉄道車両用、船
舶用、建築用等として用いられるアルミニウム合金製の
構造部材として高い接合部強度を備え疲労強度の高い摩
擦攪拌接合材に関する。
擦攪拌接合材に関し、特に、自動車用、鉄道車両用、船
舶用、建築用等として用いられるアルミニウム合金製の
構造部材として高い接合部強度を備え疲労強度の高い摩
擦攪拌接合材に関する。
【０００２】
【従来の技術】摩擦攪拌接合方法は、図１６（ａ）に示
すように、裏当金５の上面５ｕの上に載置された被接合
材１ａ，１ｂの突合せ部２に挿入された回転ツール３の
回転子３ｒの先端の攪拌ピン４の回転に伴う、摩擦熱に
よって被接合材１ａ，１ｂを塑性状態にし、かつ塑性状
態になった被接合材を攪拌ピン４によって攪拌・混合す
ることにより、被接合材１ａ，１ｂを接合・一体化する
（図１７の攪拌部Ｐste参照）。攪拌ピン４の先端４ｂ
の直近の下部には、摩擦熱によって温度上昇し塑性状態
にはなるが、攪拌が不十分なため被接合材の被接合面の
酸化膜が一部残存し、接合強度（疲労強度）は完全接合
部に比較するとやや低い不完全攪拌部（図１７のＰstne
参照）が存在する。前記の不完全攪拌部よりさらに、ピ
ン４の先端中心４ｂｃから下方へ離れた部分では、摩擦
熱による被接合材１ａ，１ｂの温度上昇が不充分で十分
な塑性状態を得られない上に、攪拌ピン4による攪拌の
影響を全く受けず、被接合面に酸化膜２ｏが連続的に残
ったままとなるため接合・一体化が行われなくなり未接
合部（図１７のＰnw参照）が発生する。
すように、裏当金５の上面５ｕの上に載置された被接合
材１ａ，１ｂの突合せ部２に挿入された回転ツール３の
回転子３ｒの先端の攪拌ピン４の回転に伴う、摩擦熱に
よって被接合材１ａ，１ｂを塑性状態にし、かつ塑性状
態になった被接合材を攪拌ピン４によって攪拌・混合す
ることにより、被接合材１ａ，１ｂを接合・一体化する
（図１７の攪拌部Ｐste参照）。攪拌ピン４の先端４ｂ
の直近の下部には、摩擦熱によって温度上昇し塑性状態
にはなるが、攪拌が不十分なため被接合材の被接合面の
酸化膜が一部残存し、接合強度（疲労強度）は完全接合
部に比較するとやや低い不完全攪拌部（図１７のＰstne
参照）が存在する。前記の不完全攪拌部よりさらに、ピ
ン４の先端中心４ｂｃから下方へ離れた部分では、摩擦
熱による被接合材１ａ，１ｂの温度上昇が不充分で十分
な塑性状態を得られない上に、攪拌ピン4による攪拌の
影響を全く受けず、被接合面に酸化膜２ｏが連続的に残
ったままとなるため接合・一体化が行われなくなり未接
合部（図１７のＰnw参照）が発生する。
【０００３】このような従来の攪拌ピン４を備えた回転
ツール３を用いた場合は、不完全ながらも攪拌を行える
部分はピン先端４ｂｃから０．２ｍｍ程度までであっ
た。そこで、本出願人が先に特願平１０−１０１４５７
号（特開平１１−２９１０６６号公報）で提案したよう
に、攪拌ピン４の先端面４ｂｓの中心４ｂｃの被接合材
１ａ，１ｂの裏面Ｓｂからの距離ｈｂが０．２ｍｍ以下
となるように制御して摩擦攪拌接合している。
ツール３を用いた場合は、不完全ながらも攪拌を行える
部分はピン先端４ｂｃから０．２ｍｍ程度までであっ
た。そこで、本出願人が先に特願平１０−１０１４５７
号（特開平１１−２９１０６６号公報）で提案したよう
に、攪拌ピン４の先端面４ｂｓの中心４ｂｃの被接合材
１ａ，１ｂの裏面Ｓｂからの距離ｈｂが０．２ｍｍ以下
となるように制御して摩擦攪拌接合している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来から、回
転ツールの攪拌ピンを被接合部材に挿入する際の抵抗を
減らすために、特開平１０−２４９５５１号や特開平１
１−５１７９号公報等に開示され、図１６に示されるよ
うに、その先端部を曲率Ｒのついた球面４ｂｒとした形
状の攪拌ピン４が一般に用いられている。そのため、例
えば被接合材１ａ，１ｂとして用いられるアルミニウム
合金押出形材の寸法精度、曲り、反り等の形状変形や摩
擦攪拌接合装置の機械・制御精度に起因して、図１６
（ｂ）に示すように攪拌ピン４の先端中心４ｂｃが被接
合材１ａ，１ｂの突合せ面２から回転ツール３の進行方
向に直交する方向にずれた場合、突合せ面（被接合面）
２に位置する攪拌ピン４の下面４ｂｅが被接合材裏面Ｓ
ｂ即ち裏当金５の上面５ｕから０．２ｍｍ以上離れてし
まい、接合材１の裏面Ｓｂ側に未接合部（図１７の符号
Ｐnw参照）が発生することがあった。
転ツールの攪拌ピンを被接合部材に挿入する際の抵抗を
減らすために、特開平１０−２４９５５１号や特開平１
１−５１７９号公報等に開示され、図１６に示されるよ
うに、その先端部を曲率Ｒのついた球面４ｂｒとした形
状の攪拌ピン４が一般に用いられている。そのため、例
えば被接合材１ａ，１ｂとして用いられるアルミニウム
合金押出形材の寸法精度、曲り、反り等の形状変形や摩
擦攪拌接合装置の機械・制御精度に起因して、図１６
（ｂ）に示すように攪拌ピン４の先端中心４ｂｃが被接
合材１ａ，１ｂの突合せ面２から回転ツール３の進行方
向に直交する方向にずれた場合、突合せ面（被接合面）
２に位置する攪拌ピン４の下面４ｂｅが被接合材裏面Ｓ
ｂ即ち裏当金５の上面５ｕから０．２ｍｍ以上離れてし
まい、接合材１の裏面Ｓｂ側に未接合部（図１７の符号
Ｐnw参照）が発生することがあった。
【０００５】そこで、特開平１１-５１７９号公報に
は、上記のような未接合部（未塑性化部）の発生を防止
するために、裏当て板に溝を設け、この溝を摩擦攪拌接
合部直下に配置することで、常時ツールを貫通せしめて
摩擦攪拌接合を行い、被加工部材の接合部全体を塑性化
せしめると共に、前記溝内に前記塑性化部のメタルが流
入して形成される裏波を研削装置により削除する方法が
開示されている。
は、上記のような未接合部（未塑性化部）の発生を防止
するために、裏当て板に溝を設け、この溝を摩擦攪拌接
合部直下に配置することで、常時ツールを貫通せしめて
摩擦攪拌接合を行い、被加工部材の接合部全体を塑性化
せしめると共に、前記溝内に前記塑性化部のメタルが流
入して形成される裏波を研削装置により削除する方法が
開示されている。
【０００６】この方法には、以下のような問題点があ
る。 （１）裏波を研削により削除するための余分な工程が必
要で、生産性が低下するばかりでなく、設備コスト、メ
ンテナンスコスト及びランニングコストが嵩む。 （２）裏当て板の溝に流入する塑性化メタルが多いた
め、接合部上部のメタルが不足して、トンネル状空洞欠
陥が発生しやすい。この欠陥の発生を防止するために
は、被加工部材（被接合材）の幅方向端部上面に突起を
設けておき、摩擦攪拌接合後にこの突起の残存部を研削
・除去する必要があり、余分な工程が必要で、生産性が
低下するばかりでなく、設備コスト、メンテナンスコス
ト及びランニングコストが嵩む。
る。 （１）裏波を研削により削除するための余分な工程が必
要で、生産性が低下するばかりでなく、設備コスト、メ
ンテナンスコスト及びランニングコストが嵩む。 （２）裏当て板の溝に流入する塑性化メタルが多いた
め、接合部上部のメタルが不足して、トンネル状空洞欠
陥が発生しやすい。この欠陥の発生を防止するために
は、被加工部材（被接合材）の幅方向端部上面に突起を
設けておき、摩擦攪拌接合後にこの突起の残存部を研削
・除去する必要があり、余分な工程が必要で、生産性が
低下するばかりでなく、設備コスト、メンテナンスコス
ト及びランニングコストが嵩む。
【０００７】以上の問題点に鑑み、本発明は、貫通摩擦
攪拌接合を行うことなく製造が可能で、接合材裏面まで
未接合部が発生せず、充分な接合強度が得られ疲労強度
の高い摩擦攪拌接合材の提供を課題とする。
攪拌接合を行うことなく製造が可能で、接合材裏面まで
未接合部が発生せず、充分な接合強度が得られ疲労強度
の高い摩擦攪拌接合材の提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】特許請求の範囲及び発明
の詳細な説明において、被接合材とは、摩擦攪拌接合前
の接合予定加工物を、接合材、接合部とは摩擦攪拌接合
後の接合されて一体化された加工物とその個所を、各々
意味するものとする。
の詳細な説明において、被接合材とは、摩擦攪拌接合前
の接合予定加工物を、接合材、接合部とは摩擦攪拌接合
後の接合されて一体化された加工物とその個所を、各々
意味するものとする。
【０００９】発明者等は、前記図１６を参照して説明し
た従来の摩擦攪拌接合用回転ツール３を用いて接合した
アルミニウム合金押出形材の突合せ摩擦攪拌接合材の、
表裏面の顕微鏡写真と、回転ツール３の進行方向に直交
する縦断面のミクロ組織顕微鏡写真を撮影し、これらの
写真の観察・測定を行った。
た従来の摩擦攪拌接合用回転ツール３を用いて接合した
アルミニウム合金押出形材の突合せ摩擦攪拌接合材の、
表裏面の顕微鏡写真と、回転ツール３の進行方向に直交
する縦断面のミクロ組織顕微鏡写真を撮影し、これらの
写真の観察・測定を行った。
【００１０】図１，図２は、接合不良部、特に添付の図
１７を参照して後で定義される未接合部の発生した接合
材の顕微鏡写真を示し、図１（ａ）は接合材の上面の写
真（倍率６）を、図１（ｂ）は接合材の裏面の写真（倍
率６）を、図１（ｃ）は接合材の接合部近辺の回転ツー
ルの進行方向に直交する方向の縦断面の接合材の上面か
ら裏面に渡る全体（倍率６）のミクロ組織顕微鏡写真
を、図２（ａ），（ｂ）は接合材の接合部近辺の回転ツ
ールの進行方向に直交する方向の縦断面の裏面側の未接
合部発生部位をそれぞれ拡大倍率１００，４００で見た
ミクロ組織顕微鏡写真をそれぞれ示す。
１７を参照して後で定義される未接合部の発生した接合
材の顕微鏡写真を示し、図１（ａ）は接合材の上面の写
真（倍率６）を、図１（ｂ）は接合材の裏面の写真（倍
率６）を、図１（ｃ）は接合材の接合部近辺の回転ツー
ルの進行方向に直交する方向の縦断面の接合材の上面か
ら裏面に渡る全体（倍率６）のミクロ組織顕微鏡写真
を、図２（ａ），（ｂ）は接合材の接合部近辺の回転ツ
ールの進行方向に直交する方向の縦断面の裏面側の未接
合部発生部位をそれぞれ拡大倍率１００，４００で見た
ミクロ組織顕微鏡写真をそれぞれ示す。
【００１１】図３，図４は、接合不良部特に未接合部が
発生しなかったが、裏面側に被接合材の突合せ表面の酸
化膜が接合材に一部残存し、添付の図１７を参照して後
で定義される不完全攪拌部のみが発生した接合材の顕微
鏡写真を示し、図３（ａ）は接合の材の上面の写真（倍
率６）を、図３（ｂ）は接合材の裏面（倍率６）の写真
を、図３（ｃ）は接合材の接合部近辺の回転ツールの進
行方向に直交する方向の縦断面の接合材の上面から裏面
に渡る全体（倍率６）のミクロ組織顕微鏡写真を、図４
（ａ），（ｂ）は接合材の接合部近辺の回転ツールの進
行方向に直交する方向の縦断面の裏面側の不完全攪拌部
発生部位をそれぞれ拡大倍率１００，４００で見たミク
ロ組織顕微鏡写真をそれぞれ示す。
発生しなかったが、裏面側に被接合材の突合せ表面の酸
化膜が接合材に一部残存し、添付の図１７を参照して後
で定義される不完全攪拌部のみが発生した接合材の顕微
鏡写真を示し、図３（ａ）は接合の材の上面の写真（倍
率６）を、図３（ｂ）は接合材の裏面（倍率６）の写真
を、図３（ｃ）は接合材の接合部近辺の回転ツールの進
行方向に直交する方向の縦断面の接合材の上面から裏面
に渡る全体（倍率６）のミクロ組織顕微鏡写真を、図４
（ａ），（ｂ）は接合材の接合部近辺の回転ツールの進
行方向に直交する方向の縦断面の裏面側の不完全攪拌部
発生部位をそれぞれ拡大倍率１００，４００で見たミク
ロ組織顕微鏡写真をそれぞれ示す。
【００１２】前記図１（ａ），（ｂ）に示したものは、
その裏面写真（倍率６）に未接合部が存在するために、
太いすじ（未接合部としての隙間）が視認され、表面写
真（倍率６）には摩擦攪拌接合攪拌特有の摩擦痕が観察
される。前記図２（ａ），（ｂ）に示すそれぞれ拡大倍
率１００，４００で見たミクロ組織顕微鏡写真には、い
ずれも未圧着部として隙間が視認され、この隙間の内面
は被接合部材の突合せ面の酸化膜が連続して残存してい
る。
その裏面写真（倍率６）に未接合部が存在するために、
太いすじ（未接合部としての隙間）が視認され、表面写
真（倍率６）には摩擦攪拌接合攪拌特有の摩擦痕が観察
される。前記図２（ａ），（ｂ）に示すそれぞれ拡大倍
率１００，４００で見たミクロ組織顕微鏡写真には、い
ずれも未圧着部として隙間が視認され、この隙間の内面
は被接合部材の突合せ面の酸化膜が連続して残存してい
る。
【００１３】前記図３（ａ），（ｂ）に示したものは、
その裏面写真（倍率６）には、前記図１（ｂ）に示され
るような未接合部としての隙間が視認されず、表面写真
（倍率６）には摩擦攪拌接合攪拌特有の摩擦痕が観察さ
れる。前記図４（ａ），（ｂ）に示すそれぞれ拡大倍率
１００，４００で見たミクロ組織顕微鏡写真には、前者
にはあまり明確な状態ではなく、後者にはかなり明確な
状態で、前記図１７に示した不完全攪拌部Ｐstneに相当
する断続的に被接合材の酸化膜が残存した不完全接合線
が視認できる。
その裏面写真（倍率６）には、前記図１（ｂ）に示され
るような未接合部としての隙間が視認されず、表面写真
（倍率６）には摩擦攪拌接合攪拌特有の摩擦痕が観察さ
れる。前記図４（ａ），（ｂ）に示すそれぞれ拡大倍率
１００，４００で見たミクロ組織顕微鏡写真には、前者
にはあまり明確な状態ではなく、後者にはかなり明確な
状態で、前記図１７に示した不完全攪拌部Ｐstneに相当
する断続的に被接合材の酸化膜が残存した不完全接合線
が視認できる。
【００１４】ところで、発明者等は、前記図２（ａ），
（ｂ），図４（ａ），（ｂ）に示したようなそれぞれ拡
大倍率１００，４００で見たミクロ組織顕微鏡写真を多
数例集め、未圧着線を含めてその接合線の外観形状及び
方向等を図５，図６を参照して以下のように分類・定義
した。 （Ａ）倍率１００で接合材の裏面に起始する隙間（図５
のＧncw）を確認できる部分を未圧着部｛図５（ａ）の
Ｐncw｝と定義する。 （Ｂ）倍率１００又は４００で接合材の裏面に起始する
接合線が視認できる部分で、接合材の裏面から立ち上が
る接合線（未接合線）の接合前の突合せ線とのなす角度
が０乃至２９°である部分を未接合部｛図５（ｂ）のＰ
nw｝とする。 （Ｃ）倍率１００又は４００で接合材の裏面に起始する
接合線が視認できる部分で、接合材の裏面から立ち上が
る接合線の接合前の突合せ線とのなす角度が３０乃至９
０°である部分を不完全接合部｛図５（ｂ）のＰwne｝
とする。
（ｂ），図４（ａ），（ｂ）に示したようなそれぞれ拡
大倍率１００，４００で見たミクロ組織顕微鏡写真を多
数例集め、未圧着線を含めてその接合線の外観形状及び
方向等を図５，図６を参照して以下のように分類・定義
した。 （Ａ）倍率１００で接合材の裏面に起始する隙間（図５
のＧncw）を確認できる部分を未圧着部｛図５（ａ）の
Ｐncw｝と定義する。 （Ｂ）倍率１００又は４００で接合材の裏面に起始する
接合線が視認できる部分で、接合材の裏面から立ち上が
る接合線（未接合線）の接合前の突合せ線とのなす角度
が０乃至２９°である部分を未接合部｛図５（ｂ）のＰ
nw｝とする。 （Ｃ）倍率１００又は４００で接合材の裏面に起始する
接合線が視認できる部分で、接合材の裏面から立ち上が
る接合線の接合前の突合せ線とのなす角度が３０乃至９
０°である部分を不完全接合部｛図５（ｂ）のＰwne｝
とする。
【００１５】前記図５（ａ）で定義した未圧着部Ｐncw
の接合線（未接合線）の末端の点Ｃと裏面Ｓｂにおける
接合線（未接合線）の基始点Ｏを結ぶ線ＯＣが基始点Ｏ
を通る接合前の突合せ線ＯＶとなす角度をα°、前記図
５（ｂ）で定義した未接合部Ｐnwの接合線（未接合線）
の末端の点（第２の屈折点）Ｅと第１の屈折点Ｄとを結
ぶ線ＤＥが基始点Ｏを通る接合前の突合せ線ＯＶとなす
角度をβ1°、前記図５（ｃ）で定義した未接合部Ｐnw
の接合線（未接合線）の末端の点（第１の屈折点）Ｇと
基始点Ｏを結ぶ線ＯＧが基始点Ｏを通る接合前の突合せ
線ＯＶとなす角度をβ2°、前記図５（ｄ）で定義した
不完全接合部Ｐwneの接合線の末端の点Ｆと基始点Ｏと
を結ぶ線ＯＦが基始点Ｏを通る接合前の突合せ線ＯＶと
なす角度をγ°とし、角度α，β1，β2及びγを各々２
０例ずつ測定し、それらの分布を図６（ａ）乃至（ｄ）
の各々に示した。
の接合線（未接合線）の末端の点Ｃと裏面Ｓｂにおける
接合線（未接合線）の基始点Ｏを結ぶ線ＯＣが基始点Ｏ
を通る接合前の突合せ線ＯＶとなす角度をα°、前記図
５（ｂ）で定義した未接合部Ｐnwの接合線（未接合線）
の末端の点（第２の屈折点）Ｅと第１の屈折点Ｄとを結
ぶ線ＤＥが基始点Ｏを通る接合前の突合せ線ＯＶとなす
角度をβ1°、前記図５（ｃ）で定義した未接合部Ｐnw
の接合線（未接合線）の末端の点（第１の屈折点）Ｇと
基始点Ｏを結ぶ線ＯＧが基始点Ｏを通る接合前の突合せ
線ＯＶとなす角度をβ2°、前記図５（ｄ）で定義した
不完全接合部Ｐwneの接合線の末端の点Ｆと基始点Ｏと
を結ぶ線ＯＦが基始点Ｏを通る接合前の突合せ線ＯＶと
なす角度をγ°とし、角度α，β1，β2及びγを各々２
０例ずつ測定し、それらの分布を図６（ａ）乃至（ｄ）
の各々に示した。
【００１６】図６（ａ）乃至（ｃ）の各々に明らかなよ
うに、角度α、β1，β2ともに０〜２９°の間に分布
し、３０°以上のものは見られなかった。また、図６
（ｄ）に明らかなように、角度γは３０〜９０°の間に
分布し、２９°以下のものは見られなかった。
うに、角度α、β1，β2ともに０〜２９°の間に分布
し、３０°以上のものは見られなかった。また、図６
（ｄ）に明らかなように、角度γは３０〜９０°の間に
分布し、２９°以下のものは見られなかった。
【００１７】発明者等は、次ぎに、接合材１の裏面Ｓｂ
側の未接合部の上端を基準位置Ｐｓとして、この基準位
置Ｐｓより下方（裏面Ｓｂ側）の未接合部の所定の位置
で裏面側を切削・除去した試料、及び、前記基準位置Ｐ
ｓより上方（表面Ｓａ側）の接合部の所定の位置で裏面
側を切削・除去した試料の各々の疲労強度を調査した。
側の未接合部の上端を基準位置Ｐｓとして、この基準位
置Ｐｓより下方（裏面Ｓｂ側）の未接合部の所定の位置
で裏面側を切削・除去した試料、及び、前記基準位置Ｐ
ｓより上方（表面Ｓａ側）の接合部の所定の位置で裏面
側を切削・除去した試料の各々の疲労強度を調査した。
【００１８】図７は、前記基準位置Ｐｓを０としてその
基準位置０μｍまで、それより裏面側（正側）の未接合
高さ位置３８０μｍ，２７０μｍの位置までと−２００
μｍ（即ち基準位置Ｐｓより上面側２００μｍの位置）
まで裏面側をそれぞれ切削・除去した試料を作成し、夫
々の疲労強度と試料切削高さ位置との関係をプロットし
た図である。
基準位置０μｍまで、それより裏面側（正側）の未接合
高さ位置３８０μｍ，２７０μｍの位置までと−２００
μｍ（即ち基準位置Ｐｓより上面側２００μｍの位置）
まで裏面側をそれぞれ切削・除去した試料を作成し、夫
々の疲労強度と試料切削高さ位置との関係をプロットし
た図である。
【００１９】図７から、未接合部の先端位置即ち基準位
置Ｐｓ（試料切削・除去高さ位置０）まで、接合材の裏
面側を切削・除去した試料の疲労強度は、基準位置Ｐｓ
−２００μｍ即ち基準位置Ｐｓより上方２００μｍまで
接合材の裏面側を切削・除去した試料（未接合部及び不
完全接合部を含まない試料）の疲労強度の７０％以上に
達し、この疲労強度はＭＩＧ溶接した材料の疲労強度よ
り高い。そして、基準位置Ｐｓより裏面側で切削・除去
した試料の疲労強度が７０％未満（例えば、２７５μｍ
では６０％未満、３８０μｍでは５０％未満）と低いの
に比べれば、ほぼ満足できるレベルにある。
置Ｐｓ（試料切削・除去高さ位置０）まで、接合材の裏
面側を切削・除去した試料の疲労強度は、基準位置Ｐｓ
−２００μｍ即ち基準位置Ｐｓより上方２００μｍまで
接合材の裏面側を切削・除去した試料（未接合部及び不
完全接合部を含まない試料）の疲労強度の７０％以上に
達し、この疲労強度はＭＩＧ溶接した材料の疲労強度よ
り高い。そして、基準位置Ｐｓより裏面側で切削・除去
した試料の疲労強度が７０％未満（例えば、２７５μｍ
では６０％未満、３８０μｍでは５０％未満）と低いの
に比べれば、ほぼ満足できるレベルにある。
【００２０】又、未接合部の垂直高さＨｎｗが２５μｍ
以内であれば、図７の基準位置Ｐｓよりも最大Ｈｎｗ＝
２５μｍだけ裏面側にずれた位置において、試料を切削
・除去した場合の疲労強度が得られ、この位置における
疲労強度は前記の基準位置Ｐｓ（０）において切削・除
去した場合の疲労強度のバラツキの範囲内にあり、実際
の使用上は許容される範囲内にある。
以内であれば、図７の基準位置Ｐｓよりも最大Ｈｎｗ＝
２５μｍだけ裏面側にずれた位置において、試料を切削
・除去した場合の疲労強度が得られ、この位置における
疲労強度は前記の基準位置Ｐｓ（０）において切削・除
去した場合の疲労強度のバラツキの範囲内にあり、実際
の使用上は許容される範囲内にある。
【００２１】以上の知見に基づいて本発明者等は以下の
ような発明をなした。
ような発明をなした。
【００２２】本発明の疲労強度の高い摩擦攪拌接合材
は、前記課題を解決するために、第１の手段として、摩
擦攪拌接合用回転ツールの攪拌ピンを被接合材の裏面よ
り突出させないで摩擦攪拌接合して得られた接合材であ
って、該接合材の摩擦攪拌接合用回転ツールの進行方向
に直交する縦断面におけるミクロ組織の倍率１００又は
４００の実態顕微鏡観察と顕微鏡写真において観察さ
れ、前記接合材裏面から上面側に立ちあがる接合線が下
記の条件（Ａ）かつ（Ｂ）を満足することを特徴とする
ように構成したものである。 記 （Ａ）倍率１００で接合材の裏面に起始する隙間を確認
できる未圧着部が無いこと。 （Ｂ）倍率１００又は４００で接合材の裏面に起始する
接合線が視認できる部分で、接合材の裏面から上部に立
ち上がる接合線の前記縦断面の接合前の突合せ線とのな
す角度が０乃至２９°である部分を未接合部と定義した
とき、裏面からの未接合部垂直高さＨｎｗ≦２５μｍで
あること。
は、前記課題を解決するために、第１の手段として、摩
擦攪拌接合用回転ツールの攪拌ピンを被接合材の裏面よ
り突出させないで摩擦攪拌接合して得られた接合材であ
って、該接合材の摩擦攪拌接合用回転ツールの進行方向
に直交する縦断面におけるミクロ組織の倍率１００又は
４００の実態顕微鏡観察と顕微鏡写真において観察さ
れ、前記接合材裏面から上面側に立ちあがる接合線が下
記の条件（Ａ）かつ（Ｂ）を満足することを特徴とする
ように構成したものである。 記 （Ａ）倍率１００で接合材の裏面に起始する隙間を確認
できる未圧着部が無いこと。 （Ｂ）倍率１００又は４００で接合材の裏面に起始する
接合線が視認できる部分で、接合材の裏面から上部に立
ち上がる接合線の前記縦断面の接合前の突合せ線とのな
す角度が０乃至２９°である部分を未接合部と定義した
とき、裏面からの未接合部垂直高さＨｎｗ≦２５μｍで
あること。
【００２３】本発明の疲労強度の高い摩擦攪拌接合材は
前記のように構成することにより、未圧着部が無いこ
と、未接合部高さＨｎｗがたかだか最大２５μｍである
ことから、図７から明らかなように、完全接合部のみの
場合の疲労強度に比して、７０％以上の疲労強度が得ら
れ、ＭＩＧ溶接した材料の疲労強度より高いので構造材
としての実際の使用上問題にならない。
前記のように構成することにより、未圧着部が無いこ
と、未接合部高さＨｎｗがたかだか最大２５μｍである
ことから、図７から明らかなように、完全接合部のみの
場合の疲労強度に比して、７０％以上の疲労強度が得ら
れ、ＭＩＧ溶接した材料の疲労強度より高いので構造材
としての実際の使用上問題にならない。
【００２４】本発明の疲労強度の高い摩擦攪拌接合材
は、前記課題を解決するために、第２の手段として、摩
擦攪拌接合用回転ツールの攪拌ピンを被接合材の裏面よ
り突出させないで摩擦攪拌接合して得られた接合材であ
って、該接合材の摩擦攪拌接合用回転ツールの進行方向
に直交する縦断面におけるミクロ組織の倍率１００又は
４００の実態顕微鏡観察と顕微鏡写真において観察さ
れ、前記接合材裏面から上面側に立ちあがる接合線の、
前記縦断面における接合前の突合せ線となす角度が３０
〜９０°であることを特徴とするように構成したもので
ある。
は、前記課題を解決するために、第２の手段として、摩
擦攪拌接合用回転ツールの攪拌ピンを被接合材の裏面よ
り突出させないで摩擦攪拌接合して得られた接合材であ
って、該接合材の摩擦攪拌接合用回転ツールの進行方向
に直交する縦断面におけるミクロ組織の倍率１００又は
４００の実態顕微鏡観察と顕微鏡写真において観察さ
れ、前記接合材裏面から上面側に立ちあがる接合線の、
前記縦断面における接合前の突合せ線となす角度が３０
〜９０°であることを特徴とするように構成したもので
ある。
【００２５】本発明の疲労強度の高い摩擦攪拌接合材
は、前記のように構成することにより、前記図５（ａ）
乃至（ｃ）、図６（ａ）乃至（ｃ）に示すような未圧着
部や未接合部を含まないので、図７に示すように疲労強
度が完全接着部のみの場合の７０％以上に保証され、実
際の使用上問題を生ずることはない。又、前記接合材裏
面から上面側に立ちあがる接合線の、前記縦断面におけ
る接合前の突合せ線となす角度が９０°であることは、
不完全攪拌部に相当する不完全接合部が無いことを意味
し、全く問題が無い。また、摩擦攪拌接合時の裏面を、
使用時の表面（化粧面）に用いる場合などにおいて、当
該面を研磨した場合に接合線が目立つことがなく、表面
の外観を損なうことがない。
は、前記のように構成することにより、前記図５（ａ）
乃至（ｃ）、図６（ａ）乃至（ｃ）に示すような未圧着
部や未接合部を含まないので、図７に示すように疲労強
度が完全接着部のみの場合の７０％以上に保証され、実
際の使用上問題を生ずることはない。又、前記接合材裏
面から上面側に立ちあがる接合線の、前記縦断面におけ
る接合前の突合せ線となす角度が９０°であることは、
不完全攪拌部に相当する不完全接合部が無いことを意味
し、全く問題が無い。また、摩擦攪拌接合時の裏面を、
使用時の表面（化粧面）に用いる場合などにおいて、当
該面を研磨した場合に接合線が目立つことがなく、表面
の外観を損なうことがない。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、添付の図
面と具体的な実施例を参照しつつ以下に説明する。
面と具体的な実施例を参照しつつ以下に説明する。
【００２７】請求項１に係る本発明の疲労強度の高い摩
擦攪拌接合材の実施の形態は、後述の図８に示すよう
に、摩擦攪拌接合用回転ツール３の攪拌ピン４を被接合
材１ａ，１ｂの裏面Ｓｂより突出させないで摩擦攪拌接
合して得られた接合材１であって、該接合材１の摩擦攪
拌接合用回転ツール３の進行方向に直交する縦断面にお
けるミクロ組織の倍率１００又は４００の実態顕微鏡観
察と顕微鏡写真（前記図１、図２参照）において観察さ
れ、前記接合材裏面から上面側に立ちあがる接合線が下
記の条件（Ａ）かつ（Ｂ）を満足することを特徴とする
ように構成したものである。 記 （Ａ）倍率１００で図５（ａ）に示されるような接合材
の裏面Ｓｂに起始する隙間Ｇncwを確認できる未圧着部
Ｐncwが無いこと。 （Ｂ）倍率１００又は４００で、図５（ｂ），（ｃ）に
示されるように、接合材の裏面Ｓｂに起始する接合線Ｏ
ＤＥＦ，ＯＧＦが視認できる部分で、接合材の裏面Ｓｂ
から起始する前記縦断面の接合前の突合せ線とのなす角
度が０乃至２９°である部分を未接合部Ｐnw部と定義し
たとき、裏面からの未接合部垂直高さＨｎｗ≦２５μｍ
であること。
擦攪拌接合材の実施の形態は、後述の図８に示すよう
に、摩擦攪拌接合用回転ツール３の攪拌ピン４を被接合
材１ａ，１ｂの裏面Ｓｂより突出させないで摩擦攪拌接
合して得られた接合材１であって、該接合材１の摩擦攪
拌接合用回転ツール３の進行方向に直交する縦断面にお
けるミクロ組織の倍率１００又は４００の実態顕微鏡観
察と顕微鏡写真（前記図１、図２参照）において観察さ
れ、前記接合材裏面から上面側に立ちあがる接合線が下
記の条件（Ａ）かつ（Ｂ）を満足することを特徴とする
ように構成したものである。 記 （Ａ）倍率１００で図５（ａ）に示されるような接合材
の裏面Ｓｂに起始する隙間Ｇncwを確認できる未圧着部
Ｐncwが無いこと。 （Ｂ）倍率１００又は４００で、図５（ｂ），（ｃ）に
示されるように、接合材の裏面Ｓｂに起始する接合線Ｏ
ＤＥＦ，ＯＧＦが視認できる部分で、接合材の裏面Ｓｂ
から起始する前記縦断面の接合前の突合せ線とのなす角
度が０乃至２９°である部分を未接合部Ｐnw部と定義し
たとき、裏面からの未接合部垂直高さＨｎｗ≦２５μｍ
であること。
【００２８】請求項２に係る本発明の摩擦攪拌接合材の
実施の形態は、前記図４（ｂ）に示すように、摩擦攪拌
接合用回転ツールの攪拌ピンを被接合材の裏面より突出
させないで摩擦攪拌接合して得られた接合材であって、
該接合材の摩擦攪拌接合用回転ツールの進行方向に直交
する縦断面におけるミクロ組織の倍率１００又は４００
の実態顕微鏡観察と顕微鏡写真において観察され、前記
接合材裏面から上面側に立ちあがる接合線の、接合前の
突合せ線となす角度が３０〜９０°｛図４（ｂ）に示す
ものは７０°｝であることを特徴とする。
実施の形態は、前記図４（ｂ）に示すように、摩擦攪拌
接合用回転ツールの攪拌ピンを被接合材の裏面より突出
させないで摩擦攪拌接合して得られた接合材であって、
該接合材の摩擦攪拌接合用回転ツールの進行方向に直交
する縦断面におけるミクロ組織の倍率１００又は４００
の実態顕微鏡観察と顕微鏡写真において観察され、前記
接合材裏面から上面側に立ちあがる接合線の、接合前の
突合せ線となす角度が３０〜９０°｛図４（ｂ）に示す
ものは７０°｝であることを特徴とする。
【００２９】前記のように構成することによって、前記
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）、図６（ａ），（ｂ），
（ｃ）に示すような未圧着部や未接合部を含まないの
で、図７に示すように疲労強度が完全接着部のみの場合
の７０％以上に保証され、実際の使用上問題を生ずるこ
とはない。
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）、図６（ａ），（ｂ），
（ｃ）に示すような未圧着部や未接合部を含まないの
で、図７に示すように疲労強度が完全接着部のみの場合
の７０％以上に保証され、実際の使用上問題を生ずるこ
とはない。
【００３０】次ぎに、摩擦攪拌接合用回転ツールの実施
の形態を添付の図面を参照しつつ以下に説明する。図８
は、摩擦攪拌接合用回転ツールの一実施の形態の構成と
作用を説明するための縦断面図で、（ａ）は被接合材の
突合せ部と回転ツールの攪拌ピン軸線が一致している場
合を、（ｂ）は回転ツールの攪拌ピンの軸線が回転ツー
ルの進行方向に直交する方向にずれ、攪拌ピンの軸線が
被接合材の突合せ部と一致していない場合を示す。図９
は、摩擦攪拌接合用回転ツールの一実施の形態を示し、
（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図
である。図１０は、摩擦攪拌接合用回転ツールの別の一
実施の形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の
Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。図１１（ａ），（ｂ）は、
各々摩擦攪拌接合用回転ツールの一実施の形態を示す縦
断面図である。図１２は、摩擦攪拌接合用回転ツールの
いくつかの実施の形態を示し、（ａ），（ｃ），
（ｅ），（ｇ），（ｉ），（ｋ）は各々攪拌ピンの下部
の正面図、（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｈ），（ｊ），
（ｌ）は、各々前記（ａ）乃至（ｋ）の各々に対応する
攪拌ピンの下方から見た底面図である。図１３は、摩擦
攪拌接合用回転ツールの別の実施の形態を示し、（ａ）
は攪拌ピン下部の正面図、（ｂ）は攪拌ピンの下方から
見た底面図である。
の形態を添付の図面を参照しつつ以下に説明する。図８
は、摩擦攪拌接合用回転ツールの一実施の形態の構成と
作用を説明するための縦断面図で、（ａ）は被接合材の
突合せ部と回転ツールの攪拌ピン軸線が一致している場
合を、（ｂ）は回転ツールの攪拌ピンの軸線が回転ツー
ルの進行方向に直交する方向にずれ、攪拌ピンの軸線が
被接合材の突合せ部と一致していない場合を示す。図９
は、摩擦攪拌接合用回転ツールの一実施の形態を示し、
（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図
である。図１０は、摩擦攪拌接合用回転ツールの別の一
実施の形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の
Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。図１１（ａ），（ｂ）は、
各々摩擦攪拌接合用回転ツールの一実施の形態を示す縦
断面図である。図１２は、摩擦攪拌接合用回転ツールの
いくつかの実施の形態を示し、（ａ），（ｃ），
（ｅ），（ｇ），（ｉ），（ｋ）は各々攪拌ピンの下部
の正面図、（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｈ），（ｊ），
（ｌ）は、各々前記（ａ）乃至（ｋ）の各々に対応する
攪拌ピンの下方から見た底面図である。図１３は、摩擦
攪拌接合用回転ツールの別の実施の形態を示し、（ａ）
は攪拌ピン下部の正面図、（ｂ）は攪拌ピンの下方から
見た底面図である。
【００３１】摩擦攪拌接合用回転ツールは、図８
（ａ），（ｂ）に示すように、凹面の底面３ｂｓを備え
る回転子３ｒと、この回転子３ｒの前記底面３ｂｓから
同軸に突出する攪拌ピン４とを備える摩擦攪拌接合用回
転ツール３であって、前記攪拌ピン４の先端部を平坦面
４ｂｆに形成している。
（ａ），（ｂ）に示すように、凹面の底面３ｂｓを備え
る回転子３ｒと、この回転子３ｒの前記底面３ｂｓから
同軸に突出する攪拌ピン４とを備える摩擦攪拌接合用回
転ツール３であって、前記攪拌ピン４の先端部を平坦面
４ｂｆに形成している。
【００３２】前記のように構成することによって、図８
（ａ）のように、被接合材の突合せ部２と回転ツール３
の攪拌ピン４の軸線ＸＹが一致している場合は勿論のこ
と、図８（ｂ）に示すように、回転ツール３の攪拌ピン
４の軸線ＸＹが回転ツールの進行方向に直交する方向に
ずれ、攪拌ピン４の軸線ＸＹが被接合材１ａ，１ｂの突
合せ部２と一致していない場合であっても、突合せ部２
における攪拌ピン４の下面４ｂｅから被接合材１ａ，１
ｂの裏面Ｓｂまでの距離は、図８（ａ），（ｂ）の攪拌
ピン４の下面中心４ｂｃの各々から被接合材１ａ，１ｂ
の裏面Ｓｂまでの距離と変わらず、したがって、攪拌ピ
ンの先端から被接合材１ａ，１ｂの裏面Ｓｂまでの距離
が限界値０．２ｍｍを超えることによる攪拌ピン４の下
方の未接合部の発生が防止される。
（ａ）のように、被接合材の突合せ部２と回転ツール３
の攪拌ピン４の軸線ＸＹが一致している場合は勿論のこ
と、図８（ｂ）に示すように、回転ツール３の攪拌ピン
４の軸線ＸＹが回転ツールの進行方向に直交する方向に
ずれ、攪拌ピン４の軸線ＸＹが被接合材１ａ，１ｂの突
合せ部２と一致していない場合であっても、突合せ部２
における攪拌ピン４の下面４ｂｅから被接合材１ａ，１
ｂの裏面Ｓｂまでの距離は、図８（ａ），（ｂ）の攪拌
ピン４の下面中心４ｂｃの各々から被接合材１ａ，１ｂ
の裏面Ｓｂまでの距離と変わらず、したがって、攪拌ピ
ンの先端から被接合材１ａ，１ｂの裏面Ｓｂまでの距離
が限界値０．２ｍｍを超えることによる攪拌ピン４の下
方の未接合部の発生が防止される。
【００３３】即ち、前記のように構成すれば、被接合材
に寸法や形状のバラツキが生じた場合や、摩擦攪拌接合
装置の機械・制御精度に限界がある場合で、これらに起
因して攪拌ピンの先端中心が被接合材の突合せ面から回
転ツールの進行方向に直交する方向にずれた場合でも、
突合せ面（被接合面）に位置する攪拌ピンの下面の被接
合材裏面からの距離がほぼ一定に保たれ、０．２ｍｍ以
上離れてしまって、裏面側に未接合部が発生することが
ない。又、攪拌ピンの先端部を平坦に形成しておけば、
後述するように、ピン先端まで、螺旋状の溝又は突起を
設けることが可能となり、前記のような攪拌不足に基づ
く接合材裏面側の未接合部の発生の可能性をより小さく
することができる。
に寸法や形状のバラツキが生じた場合や、摩擦攪拌接合
装置の機械・制御精度に限界がある場合で、これらに起
因して攪拌ピンの先端中心が被接合材の突合せ面から回
転ツールの進行方向に直交する方向にずれた場合でも、
突合せ面（被接合面）に位置する攪拌ピンの下面の被接
合材裏面からの距離がほぼ一定に保たれ、０．２ｍｍ以
上離れてしまって、裏面側に未接合部が発生することが
ない。又、攪拌ピンの先端部を平坦に形成しておけば、
後述するように、ピン先端まで、螺旋状の溝又は突起を
設けることが可能となり、前記のような攪拌不足に基づ
く接合材裏面側の未接合部の発生の可能性をより小さく
することができる。
【００３４】また、図１１（ａ）又は（ｂ）に示される
ように、前記攪拌ピン４の先端角部の面取り代を該攪拌
ピンの先端部の直径Ｄｐの０〜１０％とする。なお、こ
こでいう面取り代は直径方向両側の合計を示し、又、面
取りの方法としては、図１１（ａ）で示すように断面が
長さがｃの等辺を有する二等辺直角三角形の底辺のよう
に直線的なものでも、図１１（ｂ）で示すように断面が
曲率半径ｒの丸みを帯びたものでもよく、後者の場合に
おける面取り代は、曲率半径ｒの円弧と攪拌ピン４の下
面４ｂｓ及び攪拌ピン４の外周面４ｓｓとの各々の接点
の間を意味するものとする。即ち、図１１（ａ）に示す
ものでは、２ｃ≦０．１０Ｄｐ、図１１（ｂ）に示すも
のでは、２ｒ≦０．１０Ｄｐであればよい。
ように、前記攪拌ピン４の先端角部の面取り代を該攪拌
ピンの先端部の直径Ｄｐの０〜１０％とする。なお、こ
こでいう面取り代は直径方向両側の合計を示し、又、面
取りの方法としては、図１１（ａ）で示すように断面が
長さがｃの等辺を有する二等辺直角三角形の底辺のよう
に直線的なものでも、図１１（ｂ）で示すように断面が
曲率半径ｒの丸みを帯びたものでもよく、後者の場合に
おける面取り代は、曲率半径ｒの円弧と攪拌ピン４の下
面４ｂｓ及び攪拌ピン４の外周面４ｓｓとの各々の接点
の間を意味するものとする。即ち、図１１（ａ）に示す
ものでは、２ｃ≦０．１０Ｄｐ、図１１（ｂ）に示すも
のでは、２ｒ≦０．１０Ｄｐであればよい。
【００３５】前記のように構成すれば、回転ツール３の
回転軸Ｘ−Ｙを被接合材の表面に垂直な線に対して、ピ
ン先端が回転ツールの進行方向前方に位置するように、
回転ツールの回転軸を被接合材の表面に垂直な線に対し
て約３°傾斜させながら摩擦攪拌接合した場合に、攪拌
ピンの後端角部の位置が被接合材裏面から０．２ｍｍ以
上離れることがなくなり、接合材裏面側に未接合部が発
生することがない。
回転軸Ｘ−Ｙを被接合材の表面に垂直な線に対して、ピ
ン先端が回転ツールの進行方向前方に位置するように、
回転ツールの回転軸を被接合材の表面に垂直な線に対し
て約３°傾斜させながら摩擦攪拌接合した場合に、攪拌
ピンの後端角部の位置が被接合材裏面から０．２ｍｍ以
上離れることがなくなり、接合材裏面側に未接合部が発
生することがない。
【００３６】摩擦攪拌接合回転ツールの実施の形態は、
図９（ａ），（ｂ）に示すように、前記攪拌ピン４の外
周に該攪拌ピン４の外周先端まで螺旋状の溝７、又は、
図１０（ａ），（ｂ）に示すように螺旋状の突起８を設
けている。
図９（ａ），（ｂ）に示すように、前記攪拌ピン４の外
周に該攪拌ピン４の外周先端まで螺旋状の溝７、又は、
図１０（ａ），（ｂ）に示すように螺旋状の突起８を設
けている。
【００３７】前記のように構成すれば、回転ツールの回
転方向を、上方から見て螺旋状の溝７又は突起８の下方
への回転方向と逆にすることにより、螺旋状の溝７又は
突起８によって塑性状態になった被接合部材に下向きの
流れが生じせしめられ、回転ツールの回転速度及び移動
速度が一定であれば、螺旋状の溝７又は突起８を設けな
い場合に比べて、又、外周先端まで螺旋状の溝７又は突
起８を設けない場合に比べて、攪拌ピンの先端下方の攪
拌力及び攪拌領域（範囲）を増大することが可能とな
り、前記のような攪拌不足に基づく接合材裏面側の未接
合部の発生の可能性をより小さくすることができる。
転方向を、上方から見て螺旋状の溝７又は突起８の下方
への回転方向と逆にすることにより、螺旋状の溝７又は
突起８によって塑性状態になった被接合部材に下向きの
流れが生じせしめられ、回転ツールの回転速度及び移動
速度が一定であれば、螺旋状の溝７又は突起８を設けな
い場合に比べて、又、外周先端まで螺旋状の溝７又は突
起８を設けない場合に比べて、攪拌ピンの先端下方の攪
拌力及び攪拌領域（範囲）を増大することが可能とな
り、前記のような攪拌不足に基づく接合材裏面側の未接
合部の発生の可能性をより小さくすることができる。
【００３８】摩擦攪拌接合用回転ツールの実施の形態と
して、例えば以下のようなものが考えられる。 （１）図１２（ａ）｛（ｂ）のＣ−Ｃ線矢視断面図｝及
び（ｂ）、（ｃ）｛（ｄ）のＤ−Ｄ線矢視断面図｝及び
（ｄ）の各々に示すように攪拌ピンの底面部に矢印イで
示す攪拌ピンの回転ツール方向と同じ方向に外側から内
側に向かって巻く渦巻き状の突起１０又は溝１１をそれ
ぞれ設けたもの。
して、例えば以下のようなものが考えられる。 （１）図１２（ａ）｛（ｂ）のＣ−Ｃ線矢視断面図｝及
び（ｂ）、（ｃ）｛（ｄ）のＤ−Ｄ線矢視断面図｝及び
（ｄ）の各々に示すように攪拌ピンの底面部に矢印イで
示す攪拌ピンの回転ツール方向と同じ方向に外側から内
側に向かって巻く渦巻き状の突起１０又は溝１１をそれ
ぞれ設けたもの。
【００３９】（２）図１２（ｅ）及び（ｆ）、（ｇ）
｛（ｈ）のＥ−Ｅ線矢視断面図｝及び（ｈ）の各々に示
すように攪拌ピンの底面部に中心から放射状直線状に半
径方向に伸びる複数の放射状直線状突起１２又は溝１３
をそれぞれ設けたもの。
｛（ｈ）のＥ−Ｅ線矢視断面図｝及び（ｈ）の各々に示
すように攪拌ピンの底面部に中心から放射状直線状に半
径方向に伸びる複数の放射状直線状突起１２又は溝１３
をそれぞれ設けたもの。
【００４０】（３）図１２（ｉ）及び（ｊ）、（ｋ）及
び（ｌ）の各々に示すように攪拌ピンの底面部に中心か
ら放射状に攪拌ピン４の矢印イで示す回転方向とは逆の
方向へ一旦湾曲した後半径方向に伸びる複数の放射状湾
曲状突起１４又は溝１５をそれぞれ設けたもの。
び（ｌ）の各々に示すように攪拌ピンの底面部に中心か
ら放射状に攪拌ピン４の矢印イで示す回転方向とは逆の
方向へ一旦湾曲した後半径方向に伸びる複数の放射状湾
曲状突起１４又は溝１５をそれぞれ設けたもの。
【００４１】（４）図１３（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に攪拌ピン４の底面に例えば円筒状の突起１６を複数植
設したもの。
に攪拌ピン４の底面に例えば円筒状の突起１６を複数植
設したもの。
【００４２】前記のように構成すれば、回転ツールの回
転速度及び移動速度が一定であれば、前記攪拌ピンの先
端面に一乃至複数の溝又は突起を設けない場合に比べ
て、攪拌ピンの先端下方の攪拌力及び攪拌領域（範囲）
を増大することが可能となり、前記のような攪拌不足に
基づく接合材裏面側の未接合部の発生の可能性をより小
さくすることができる。
転速度及び移動速度が一定であれば、前記攪拌ピンの先
端面に一乃至複数の溝又は突起を設けない場合に比べ
て、攪拌ピンの先端下方の攪拌力及び攪拌領域（範囲）
を増大することが可能となり、前記のような攪拌不足に
基づく接合材裏面側の未接合部の発生の可能性をより小
さくすることができる。
【００４３】なお、前記の溝又は突起は連続、不連続い
ずれかに関わらず、攪拌ピン４の回転にともない、攪拌
ピン４の下方の高温の塑性化金属の攪拌力及び又は攪拌
領域（範囲）増大させるような形状・寸法・配置のもの
で、かつ、被接合材に寸法や形状のバラツキが生じた場
合や、摩擦攪拌接合装置の機械・制御精度に限界がある
場合で、これらに起因して攪拌ピンの先端中心が被接合
材の突合せ面から回転ツールの進行方向に直交する方向
にずれた場合でも、突合せ面（被接合面）に位置する攪
拌ピンの下面の被接合材裏面からの距離がほぼ一定に保
たれるものであればどのようなものでもよい。
ずれかに関わらず、攪拌ピン４の回転にともない、攪拌
ピン４の下方の高温の塑性化金属の攪拌力及び又は攪拌
領域（範囲）増大させるような形状・寸法・配置のもの
で、かつ、被接合材に寸法や形状のバラツキが生じた場
合や、摩擦攪拌接合装置の機械・制御精度に限界がある
場合で、これらに起因して攪拌ピンの先端中心が被接合
材の突合せ面から回転ツールの進行方向に直交する方向
にずれた場合でも、突合せ面（被接合面）に位置する攪
拌ピンの下面の被接合材裏面からの距離がほぼ一定に保
たれるものであればどのようなものでもよい。
【００４４】次ぎに、摩擦攪拌接合方法の実施の形態を
添付の図面及び具体的な実施例を参照して以下に説明す
る。前記図８（ａ）は、実施の形態における各種の寸法
の定義を説明するための一対の被接合材の突合せ継手の
摩擦攪拌接合における、摩擦攪拌接合用回転ツールを突
合せ部の被接合材に押し込んだ状態を示す断面図であ
る。図１４は、実施の形態における一対の被接合材の突
合せ継手の摩擦攪拌接合状態を示し、（ａ）は突合せ面
（被接合面）に沿った｛（ｂ）のＧ−Ｇ線矢視｝縦断面
図、（ｂ）は突合せ面（被接合面）に直交する（ａ）の
Ｆ−Ｆ線矢視縦断面図である。図１５は、回転ツールの
１回転当たりの進行速度（ｍｍ／回）と摩擦攪拌接合剤
の疲労強度との関係を示す図である。
添付の図面及び具体的な実施例を参照して以下に説明す
る。前記図８（ａ）は、実施の形態における各種の寸法
の定義を説明するための一対の被接合材の突合せ継手の
摩擦攪拌接合における、摩擦攪拌接合用回転ツールを突
合せ部の被接合材に押し込んだ状態を示す断面図であ
る。図１４は、実施の形態における一対の被接合材の突
合せ継手の摩擦攪拌接合状態を示し、（ａ）は突合せ面
（被接合面）に沿った｛（ｂ）のＧ−Ｇ線矢視｝縦断面
図、（ｂ）は突合せ面（被接合面）に直交する（ａ）の
Ｆ−Ｆ線矢視縦断面図である。図１５は、回転ツールの
１回転当たりの進行速度（ｍｍ／回）と摩擦攪拌接合剤
の疲労強度との関係を示す図である。
【００４５】摩擦攪拌接合方法の実施の形態において
は、前記実施の形態の摩擦攪拌接合用回転ツール３を用
い裏当金５の上面５ｕに載置された被接合材１ａ，１ｂ
を突合せて突合せ部２を形成し、その摩擦攪拌接合を行
うに際し、前記図８（ａ）に示した攪拌ピン４の先端面
４ｂｆと被接合材裏面Ｓｂとの距離ｈｂが０．０１〜
０．２ｍｍとなるように制御される。
は、前記実施の形態の摩擦攪拌接合用回転ツール３を用
い裏当金５の上面５ｕに載置された被接合材１ａ，１ｂ
を突合せて突合せ部２を形成し、その摩擦攪拌接合を行
うに際し、前記図８（ａ）に示した攪拌ピン４の先端面
４ｂｆと被接合材裏面Ｓｂとの距離ｈｂが０．０１〜
０．２ｍｍとなるように制御される。
【００４６】前記のように構成することにより、攪拌ピ
ン４の先端面４ｂｆの下方の攪拌領域を確実に被接合材
１ａ，１ｂの裏面Ｓｂにまで到達させることが可能とな
り、接合材の裏面Ｓｂ側の前記図５（ｂ）に示したよう
な未接合部Ｐnw発生を確実に防止することが可能であ
る。
ン４の先端面４ｂｆの下方の攪拌領域を確実に被接合材
１ａ，１ｂの裏面Ｓｂにまで到達させることが可能とな
り、接合材の裏面Ｓｂ側の前記図５（ｂ）に示したよう
な未接合部Ｐnw発生を確実に防止することが可能であ
る。
【００４７】（実施例Ａ） 「ＪＩＳ ４１００」に規定するアルミニウム合金押出
形材５０５２−Ｈ３４を、板厚ｔが４．８５ｍｍになる
ように切削加工された板厚の等しい一対の板材を用い各
条件で摩擦攪拌接合実験を行い、接合後の接合部の裏面
側の品質（未接合部の発生の有無、攪拌ピン下端と裏当
金との接触による攪拌ピン及び又は裏当金の磨耗粉の接
合部下端部への混入の有無）を評価した。前記図８に示
すように、突合せ部における回転ツールの肩３ｓｈを基
準とした攪拌ピン４の押し込み深さ（接合深さ）Ｈｐを
４．２５乃至４．６０ｍｍの間で、０．０５ｍｍ間隔で
７段階及び４．５４ｍｍの計８段階に変化させ、この８
段階の攪拌ピン４の押し込み深さＨｐの各々に対応し
て、板材裏面を基準位置（０ｍｍ）として、該板材裏面
から上方を負の値とする攪拌ピン４の先端位置Ｐｂまで
の距離ｈｂが−０．３０乃至+０．０５ｍｍになるよう
にした。このとき、ｈｂ＝ｈｓ+Ｈｐ−ｔ（ｔ＝ｈｓ+Ｈ
ｐ−ｈｂ）という関係が成り立っている。なお、本実験
における接合速度（回転ツールの移動速度／回転ツール
の回転数）は０．１４ｍｍ／回であった。前記の実験結
果を下記表１に示す。
形材５０５２−Ｈ３４を、板厚ｔが４．８５ｍｍになる
ように切削加工された板厚の等しい一対の板材を用い各
条件で摩擦攪拌接合実験を行い、接合後の接合部の裏面
側の品質（未接合部の発生の有無、攪拌ピン下端と裏当
金との接触による攪拌ピン及び又は裏当金の磨耗粉の接
合部下端部への混入の有無）を評価した。前記図８に示
すように、突合せ部における回転ツールの肩３ｓｈを基
準とした攪拌ピン４の押し込み深さ（接合深さ）Ｈｐを
４．２５乃至４．６０ｍｍの間で、０．０５ｍｍ間隔で
７段階及び４．５４ｍｍの計８段階に変化させ、この８
段階の攪拌ピン４の押し込み深さＨｐの各々に対応し
て、板材裏面を基準位置（０ｍｍ）として、該板材裏面
から上方を負の値とする攪拌ピン４の先端位置Ｐｂまで
の距離ｈｂが−０．３０乃至+０．０５ｍｍになるよう
にした。このとき、ｈｂ＝ｈｓ+Ｈｐ−ｔ（ｔ＝ｈｓ+Ｈ
ｐ−ｈｂ）という関係が成り立っている。なお、本実験
における接合速度（回転ツールの移動速度／回転ツール
の回転数）は０．１４ｍｍ／回であった。前記の実験結
果を下記表１に示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】表１から、下記のことがいえる。 （１）裏面Ｓｂから攪拌ピン４の先端位置Ｐｂまでの距
離ｈｂが−０．２０ｍｍ〜０．０１ｍｍの範囲にあれ
ば、裏面側に未接合部Ｐｎｗがなく、又接合部への攪拌
ピン４及び又は裏当金５としての銅板の摩耗粉の混入も
ない。 （２）また前記距離ｈｂが−０．２０ｍｍよりやや小さ
な−０．２５ｍｍでは裏面からの未接合部垂直高さＨｎ
ｗ＝５〜２５μｍの未接合部Ｐｎｗが発生した。 （３）さらに、前記距離ｈｂが−０．３０ｍｍでは裏面
からの未接合部垂直高さＨｎｗ＝５０〜１００μｍの未
接合部Ｐｎｗが発生した。 （４）前記距離ｈｂが０ｍｍの場合は、攪拌ピン４の先
端が接合ラインのところどころで裏当金と接触し、攪拌
ピン４の先端及び又は裏当金の磨耗粉が、裏面側のとこ
ろどころに混入していた。 （５）また、前記距離ｈｂが０．０５ｍｍの場合には、
攪拌ピン４の先端が接合ライン全長に渡って裏当金と接
触し、攪拌ピン４の先端及び又は裏当金の磨耗粉が、裏
面側全長に渡って混入していた。
離ｈｂが−０．２０ｍｍ〜０．０１ｍｍの範囲にあれ
ば、裏面側に未接合部Ｐｎｗがなく、又接合部への攪拌
ピン４及び又は裏当金５としての銅板の摩耗粉の混入も
ない。 （２）また前記距離ｈｂが−０．２０ｍｍよりやや小さ
な−０．２５ｍｍでは裏面からの未接合部垂直高さＨｎ
ｗ＝５〜２５μｍの未接合部Ｐｎｗが発生した。 （３）さらに、前記距離ｈｂが−０．３０ｍｍでは裏面
からの未接合部垂直高さＨｎｗ＝５０〜１００μｍの未
接合部Ｐｎｗが発生した。 （４）前記距離ｈｂが０ｍｍの場合は、攪拌ピン４の先
端が接合ラインのところどころで裏当金と接触し、攪拌
ピン４の先端及び又は裏当金の磨耗粉が、裏面側のとこ
ろどころに混入していた。 （５）また、前記距離ｈｂが０．０５ｍｍの場合には、
攪拌ピン４の先端が接合ライン全長に渡って裏当金と接
触し、攪拌ピン４の先端及び又は裏当金の磨耗粉が、裏
面側全長に渡って混入していた。
【００５０】前記の結果から攪拌ピン４の先端位置Ｐｂ
が裏面側から０．０１〜０．２０ｍｍに入るように制御
すれば、裏面側に未接合部や攪拌ピン及び又は裏当金の
磨耗粉の混入等の接合欠陥が発生しない。
が裏面側から０．０１〜０．２０ｍｍに入るように制御
すれば、裏面側に未接合部や攪拌ピン及び又は裏当金の
磨耗粉の混入等の接合欠陥が発生しない。
【００５１】摩擦攪拌接合方法の実施の形態において
は、図１４に示すように、垂直軸Ｖ−Ｖに対して回転ツ
ール３の攪拌ピン４の先端面４ｂｓの中心４ｂｃの回転
ツール前進方向（矢印ロ方向）に位置するように、回転
ツール３の回転軸Ｘ−Ｙを所定の角度θだけ傾斜させた
状態で矢印イの方向に回転しつつ、所定の押圧力Ｆ3で
裏当金５の上面５ｕに載置された被接合材１ａ，１ｂの
上面Ｓｕを押圧しつつ、所定の接続速度（回転ツールの
前進速度／回転ツールの回転数）（ｍｍ／回）で矢印ロ
の方向に前進する。回転ツール３の、装置の取り合い上
許容される可能な限り短い所定の中心間距離Ｌ3PRだけ
前方に、回転軸６ａｘを介して支持アーム６に軸支され
矢印ハの方向に転動する加圧ローラＰＲの外周面で所定
の押圧力ＦPRで被接合材１ａ，１ｂの上面Ｓｕを加圧し
つつ、被接合材１ａ，１ｂの突合せ部２近辺の反り・湾
曲や曲り変形を平滑に矯正し、回転ツール３の直下にお
ける被接合材１ａ，１ｂの上面同士の間の段差をなくし
ながら、摩擦攪拌接合を行う。
は、図１４に示すように、垂直軸Ｖ−Ｖに対して回転ツ
ール３の攪拌ピン４の先端面４ｂｓの中心４ｂｃの回転
ツール前進方向（矢印ロ方向）に位置するように、回転
ツール３の回転軸Ｘ−Ｙを所定の角度θだけ傾斜させた
状態で矢印イの方向に回転しつつ、所定の押圧力Ｆ3で
裏当金５の上面５ｕに載置された被接合材１ａ，１ｂの
上面Ｓｕを押圧しつつ、所定の接続速度（回転ツールの
前進速度／回転ツールの回転数）（ｍｍ／回）で矢印ロ
の方向に前進する。回転ツール３の、装置の取り合い上
許容される可能な限り短い所定の中心間距離Ｌ3PRだけ
前方に、回転軸６ａｘを介して支持アーム６に軸支され
矢印ハの方向に転動する加圧ローラＰＲの外周面で所定
の押圧力ＦPRで被接合材１ａ，１ｂの上面Ｓｕを加圧し
つつ、被接合材１ａ，１ｂの突合せ部２近辺の反り・湾
曲や曲り変形を平滑に矯正し、回転ツール３の直下にお
ける被接合材１ａ，１ｂの上面同士の間の段差をなくし
ながら、摩擦攪拌接合を行う。
【００５２】前記のように構成すれば、被接合材１ａ，
１ｂに反りや曲り等の変形があっても、回転ツール３の
進行方向前方の突合せ部２の被接合材上面Ｓｕを加圧ロ
ーラＰＲで裏当金５の上面５ｕ側へ加圧して反り・湾曲
や曲りを矯正しつつ摩擦攪拌接合することができるの
で、攪拌ピン４の先端面４ｂｓの被接合材裏面Ｓｂから
の距離を目標の０．０１〜０．２ｍｍに確実に制御する
ことが可能となり、接合材の裏面側の未接合部の発生
を、さらに確実に防止することができる。
１ｂに反りや曲り等の変形があっても、回転ツール３の
進行方向前方の突合せ部２の被接合材上面Ｓｕを加圧ロ
ーラＰＲで裏当金５の上面５ｕ側へ加圧して反り・湾曲
や曲りを矯正しつつ摩擦攪拌接合することができるの
で、攪拌ピン４の先端面４ｂｓの被接合材裏面Ｓｂから
の距離を目標の０．０１〜０．２ｍｍに確実に制御する
ことが可能となり、接合材の裏面側の未接合部の発生
を、さらに確実に防止することができる。
【００５３】（実施例Ｂ） 「ＪＩＳ ４１００」に規定するアルミニウム合金押出
形材５０５２−Ｈ３４を、板厚ｔが３．００ｍｍになる
ように切削加工された板厚の等しい板幅２００ｍｍ、長
さ２０００ｍｍの二対の板材を準備し以下のような実験
を行った。突合せ部２から図１４に示した加圧ロールＰ
Ｒの幅２０ｍｍの１／２よりも狭い幅１０ｍｍの範囲内
で、長さ方向に各々１５０ｍｍ及び２００ｍｍ間隔で最
大正・負０．４０ｍｍだけ表裏面方向に湾曲加工した板
材を一対ずつ作製した。 （１）本発明実施例として、一対の板材は、図１４に示
したような摩擦攪拌接合装置を用い、回転ツール３の押
圧力Ｆ3＝５００ｋｇ、加圧ローラＰＲの加圧力ＦPR＝
２００ｋｇで加圧矯正しながら摩擦攪拌接合を行った。 （２）比較例として、一対の板材を回転ツール３の押圧
力Ｆ3＝５００ｋｇのみで、加圧ローラＰＲによる加圧
・矯正を行わずに摩擦攪拌接合を行った。前記いずれの
場合も裏当金５の上面５ｕから、攪拌ピン４の先端まで
の垂直距離ｈｂ＝０．２０ｍｍ、接合速度を０．１４ｍ
ｍ／回とした。
形材５０５２−Ｈ３４を、板厚ｔが３．００ｍｍになる
ように切削加工された板厚の等しい板幅２００ｍｍ、長
さ２０００ｍｍの二対の板材を準備し以下のような実験
を行った。突合せ部２から図１４に示した加圧ロールＰ
Ｒの幅２０ｍｍの１／２よりも狭い幅１０ｍｍの範囲内
で、長さ方向に各々１５０ｍｍ及び２００ｍｍ間隔で最
大正・負０．４０ｍｍだけ表裏面方向に湾曲加工した板
材を一対ずつ作製した。 （１）本発明実施例として、一対の板材は、図１４に示
したような摩擦攪拌接合装置を用い、回転ツール３の押
圧力Ｆ3＝５００ｋｇ、加圧ローラＰＲの加圧力ＦPR＝
２００ｋｇで加圧矯正しながら摩擦攪拌接合を行った。 （２）比較例として、一対の板材を回転ツール３の押圧
力Ｆ3＝５００ｋｇのみで、加圧ローラＰＲによる加圧
・矯正を行わずに摩擦攪拌接合を行った。前記いずれの
場合も裏当金５の上面５ｕから、攪拌ピン４の先端まで
の垂直距離ｈｂ＝０．２０ｍｍ、接合速度を０．１４ｍ
ｍ／回とした。
【００５４】本発明実施例と比較例の接合材を長さ方向
にランダムな間隔で２０箇所ずつ、突合せラインに直交
する方向に縦断し、各縦断面におけるミクロ組織の倍率
１００又は４００の実態顕微鏡観察と顕微鏡写真観察を
行い、前記図５を参照して説明した未圧着部Ｐncw及び
又は未接合部Ｐnwの有無を検査した。その結果、本発明
実施例の接合材においては、裏面側に未圧着部Ｐncw及
び未接合部Ｐnwが全く観察されなかった。これに対し
て、比較例の接合材においては、８箇所（全体の４０
％）で未圧着部Ｐncwが、１６箇所（全体の８０％）で
未接合部Ｐnwが観察され、本発明実施例のように、回転
ツール３の前方を加圧ローラＰＲで所定の加圧力で加圧
・矯正しつつ摩擦攪拌接合を行えば、接合材の裏面側に
おける接合欠陥の発生を効果的に防止できることがわか
った。
にランダムな間隔で２０箇所ずつ、突合せラインに直交
する方向に縦断し、各縦断面におけるミクロ組織の倍率
１００又は４００の実態顕微鏡観察と顕微鏡写真観察を
行い、前記図５を参照して説明した未圧着部Ｐncw及び
又は未接合部Ｐnwの有無を検査した。その結果、本発明
実施例の接合材においては、裏面側に未圧着部Ｐncw及
び未接合部Ｐnwが全く観察されなかった。これに対し
て、比較例の接合材においては、８箇所（全体の４０
％）で未圧着部Ｐncwが、１６箇所（全体の８０％）で
未接合部Ｐnwが観察され、本発明実施例のように、回転
ツール３の前方を加圧ローラＰＲで所定の加圧力で加圧
・矯正しつつ摩擦攪拌接合を行えば、接合材の裏面側に
おける接合欠陥の発生を効果的に防止できることがわか
った。
【００５５】摩擦攪拌接合方法の実施の形態において
は、摩擦攪拌接合用回転ツールの１回転当りの進行速度
を０．１０乃至０．４０ｍｍ／回で摩擦攪拌接合され
る。
は、摩擦攪拌接合用回転ツールの１回転当りの進行速度
を０．１０乃至０．４０ｍｍ／回で摩擦攪拌接合され
る。
【００５６】前記のように構成すれば、回転ツールの回
転数に応じて未接合部の発生しない範囲内で、回転ツー
ルの進行速度（接合速度）を最大限まで上げて摩擦攪拌
接合することができる。又、回転ツールの進行速度（接
合速度）に応じて回転数を上げることによって、未接合
部の発生を防止できる。
転数に応じて未接合部の発生しない範囲内で、回転ツー
ルの進行速度（接合速度）を最大限まで上げて摩擦攪拌
接合することができる。又、回転ツールの進行速度（接
合速度）に応じて回転数を上げることによって、未接合
部の発生を防止できる。
【００５７】（実施例Ｃ） 「ＪＩＳ ４１００」に規定するアルミニウム合金押出
形材６Ｎ０１を板厚ｔが３.０ｍｍになるよう切削加工
された板厚が等しく、板幅２００ｍｍ、長さ２０００ｍ
ｍの板材を６対準備し、各１対の板材を、摩擦攪拌接合
用回転ツールの１回転当たりの進行速度を各々０．１
０，０．１４，０．２０，０．３０，０．４０，０．５
０ｍｍ／回で摩擦攪拌接合し、摩擦攪拌接合材の疲労強
度を測定した。図１５に回転ツールの１回転当たりの進
行速度（ｍｍ／回）と摩擦攪拌接合材の疲労強度と疲労
強度の関係を示した。
形材６Ｎ０１を板厚ｔが３.０ｍｍになるよう切削加工
された板厚が等しく、板幅２００ｍｍ、長さ２０００ｍ
ｍの板材を６対準備し、各１対の板材を、摩擦攪拌接合
用回転ツールの１回転当たりの進行速度を各々０．１
０，０．１４，０．２０，０．３０，０．４０，０．５
０ｍｍ／回で摩擦攪拌接合し、摩擦攪拌接合材の疲労強
度を測定した。図１５に回転ツールの１回転当たりの進
行速度（ｍｍ／回）と摩擦攪拌接合材の疲労強度と疲労
強度の関係を示した。
【００５８】図１５から下記のことがいえる。 （１）回転ツールの１回転当たりの進行速度（ｍｍ／
回）が０．１４〜０．１０ｍｍ／回になると疲労強度が
最高値６５ＭＰａに達しそれ以下に進行速度を遅くして
も、疲労強度の向上は望めない。しかも、接合速度が低
くなるため生産性が著しく低下する。従って、摩擦攪拌
接合の生産性の観点から０．１０ｍｍ／回以上の進行速
度が望ましい。 （２）回転ツールの１回転当たりの進行速度（ｍｍ／
回）が０．４０ｍｍ／回になると疲労強度が最高値６５
ＭＰａの８５％程度に低下し、０．５０ｍｍ／回になる
と疲労強度が最高値６５ＭＰａの７０％以下にまで急激
に低下する。従って、疲労強度の保証という観点から
０．４０ｍｍ／回以下の進行速度が望ましい。
回）が０．１４〜０．１０ｍｍ／回になると疲労強度が
最高値６５ＭＰａに達しそれ以下に進行速度を遅くして
も、疲労強度の向上は望めない。しかも、接合速度が低
くなるため生産性が著しく低下する。従って、摩擦攪拌
接合の生産性の観点から０．１０ｍｍ／回以上の進行速
度が望ましい。 （２）回転ツールの１回転当たりの進行速度（ｍｍ／
回）が０．４０ｍｍ／回になると疲労強度が最高値６５
ＭＰａの８５％程度に低下し、０．５０ｍｍ／回になる
と疲労強度が最高値６５ＭＰａの７０％以下にまで急激
に低下する。従って、疲労強度の保証という観点から
０．４０ｍｍ／回以下の進行速度が望ましい。
【００５９】
【発明の効果】本発明は、以下のような優れた効果を奏
する。請求項１に係る本発明の摩擦攪拌接合材によれ
ば、貫通摩擦攪拌接合を行うことなく製造が可能で、裏
面側に軽微な未接合部が内在するのみであり、疲労強度
は、完全接合部のそれの７０％以上に確保されるので、
構造物としての実際の使用上問題のない疲労強度の高い
摩擦攪拌接合材があ提供可能である。さらに、請求項２
に係る本発明の摩擦攪拌接合材によれば、裏面側に軽微
な未接合部も内在することもなく、不完全接合部は最大
０．２０ｍｍに限定され、疲労強度は、完全接合部のそ
れの７０％以上に確保されるので、構造物としての実際
の使用上さらに問題のない疲労強度の高い摩擦攪拌接合
材が提供可能である。
する。請求項１に係る本発明の摩擦攪拌接合材によれ
ば、貫通摩擦攪拌接合を行うことなく製造が可能で、裏
面側に軽微な未接合部が内在するのみであり、疲労強度
は、完全接合部のそれの７０％以上に確保されるので、
構造物としての実際の使用上問題のない疲労強度の高い
摩擦攪拌接合材があ提供可能である。さらに、請求項２
に係る本発明の摩擦攪拌接合材によれば、裏面側に軽微
な未接合部も内在することもなく、不完全接合部は最大
０．２０ｍｍに限定され、疲労強度は、完全接合部のそ
れの７０％以上に確保されるので、構造物としての実際
の使用上さらに問題のない疲労強度の高い摩擦攪拌接合
材が提供可能である。
【図１】 接合不良部、特に添付の図１７を参照して
後で定義される未接合部の発生した接合材の顕微鏡写真
を示し、（ａ）は接合材の上面の写真（倍率６）を、
（ｂ）は接合材の裏面の写真（倍率６）を、（ｃ）は接
合材の接合部近辺の回転ツールの進行方向に直交する方
向の縦断面の接合材の上面から裏面に渡る全体（倍率
６）のミクロ組織顕微鏡写真を示す。
後で定義される未接合部の発生した接合材の顕微鏡写真
を示し、（ａ）は接合材の上面の写真（倍率６）を、
（ｂ）は接合材の裏面の写真（倍率６）を、（ｃ）は接
合材の接合部近辺の回転ツールの進行方向に直交する方
向の縦断面の接合材の上面から裏面に渡る全体（倍率
６）のミクロ組織顕微鏡写真を示す。
【図２】 （ａ），（ｂ）は接合材の接合部近辺の回
転ツールの進行方向に直交する方向の縦断面の裏面側の
未接合部発生部位をそれぞれ拡大倍率１００，４００で
見たミクロ組織顕微鏡写真をそれぞれ示す。
転ツールの進行方向に直交する方向の縦断面の裏面側の
未接合部発生部位をそれぞれ拡大倍率１００，４００で
見たミクロ組織顕微鏡写真をそれぞれ示す。
【図３】 接合不良部特に未接合部が発生しなかった
が、裏面側に被接合材の突合せ表面の酸化膜が接合材に
一部残存し、添付の図１７を参照して後で定義される不
完全攪拌部のみが発生した接合材の顕微鏡写真を示し、
（ａ）は接合の材の上面の写真（倍率６）を、（ｂ）は
接合材の裏面（倍率６）の写真を、（ｃ）は接合材の接
合部近辺の回転ツールの進行方向に直交する方向の縦断
面の接合材の上面から裏面に渡る全体（倍率６）のミク
ロ組織顕微鏡写真を示す。
が、裏面側に被接合材の突合せ表面の酸化膜が接合材に
一部残存し、添付の図１７を参照して後で定義される不
完全攪拌部のみが発生した接合材の顕微鏡写真を示し、
（ａ）は接合の材の上面の写真（倍率６）を、（ｂ）は
接合材の裏面（倍率６）の写真を、（ｃ）は接合材の接
合部近辺の回転ツールの進行方向に直交する方向の縦断
面の接合材の上面から裏面に渡る全体（倍率６）のミク
ロ組織顕微鏡写真を示す。
【図４】 （ａ），（ｂ）は接合材の接合部近辺の回
転ツールの進行方向に直交する方向の縦断面の裏面側の
未接合部発生部位をそれぞれ拡大倍率１００，４００で
見たミクロ組織顕微鏡写真をそれぞれ示す。
転ツールの進行方向に直交する方向の縦断面の裏面側の
未接合部発生部位をそれぞれ拡大倍率１００，４００で
見たミクロ組織顕微鏡写真をそれぞれ示す。
【図５】 接合材の接合部近辺の回転ツールの進行方
向に直交する方向の縦断面のミクロ組織顕微鏡写真で観
察される各領域の分類・定義を説明するための概略図で
ある。
向に直交する方向の縦断面のミクロ組織顕微鏡写真で観
察される各領域の分類・定義を説明するための概略図で
ある。
【図６】 図５（ａ），（ｂ）に各々示す角度α，β
の分布をそれぞれ示す図である。
の分布をそれぞれ示す図である。
【図７】 接合材１の裏面Ｓｂ側の未接合部の上端を
基準位置Ｐｓとして、この基準位置Ｐｓより下方（裏面
Ｓｂ側）及び上方（表面Ｓａ側の）接合部の所定の位置
まで裏面側を切削・除去した試料の各々の疲労強度と試
料切削高さ位置との関係をプロットした図である。
基準位置Ｐｓとして、この基準位置Ｐｓより下方（裏面
Ｓｂ側）及び上方（表面Ｓａ側の）接合部の所定の位置
まで裏面側を切削・除去した試料の各々の疲労強度と試
料切削高さ位置との関係をプロットした図である。
【図８】 摩擦攪拌接合用回転ツールの一実施の形態
の構成と作用を説明するための縦断面図で、（ａ）は被
接合材の突合せ部と回転ツールの攪拌ピン軸線が一致し
ている場合及び実施の形態における各種の寸法の定義を
説明するための一対の被接合材の突合せ継手の摩擦攪拌
接合における、摩擦攪拌接合用回転ツールを突合せ部の
被接合材に押し込んだ状態を示す断面図を、（ｂ）は回
転ツールの攪拌ピンの軸線が回転ツールの進行方向に直
交する方向にずれ、攪拌ピンの軸線が被接合材の突合せ
部と一致していない場合を各々示す。
の構成と作用を説明するための縦断面図で、（ａ）は被
接合材の突合せ部と回転ツールの攪拌ピン軸線が一致し
ている場合及び実施の形態における各種の寸法の定義を
説明するための一対の被接合材の突合せ継手の摩擦攪拌
接合における、摩擦攪拌接合用回転ツールを突合せ部の
被接合材に押し込んだ状態を示す断面図を、（ｂ）は回
転ツールの攪拌ピンの軸線が回転ツールの進行方向に直
交する方向にずれ、攪拌ピンの軸線が被接合材の突合せ
部と一致していない場合を各々示す。
【図９】 摩擦攪拌接合用回転ツールの一実施の形態
を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢
視断面図である。
を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢
視断面図である。
【図１０】 摩擦攪拌接合用回転ツールのさらに別の一
実施の形態を示す一部破断正面図である。
実施の形態を示す一部破断正面図である。
【図１１】 （ａ），（ｂ）は、各々摩擦攪拌接合用回
転ツールの一実施の形態を示す縦断面図である。
転ツールの一実施の形態を示す縦断面図である。
【図１２】 摩擦攪拌接合用回転ツールのいくつかの実
施の形態を示し、（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｇ），
（ｉ），（ｋ）は各々攪拌ピンの下部の正面図、
（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｈ），（ｊ），（ｌ）は、
各々前記（ａ）乃至（ｋ）の各々に対応する攪拌ピンの
下方から見た底面図である。
施の形態を示し、（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｇ），
（ｉ），（ｋ）は各々攪拌ピンの下部の正面図、
（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｈ），（ｊ），（ｌ）は、
各々前記（ａ）乃至（ｋ）の各々に対応する攪拌ピンの
下方から見た底面図である。
【図１３】 摩擦攪拌接合用回転ツールの別の実施の形
態を示し、（ａ）は攪拌ピン下部の正面図、（ｂ）は攪
拌ピンの下方から見た底面図である。
態を示し、（ａ）は攪拌ピン下部の正面図、（ｂ）は攪
拌ピンの下方から見た底面図である。
【図１４】 実施の形態における一対の被接合材の突合
せ継手の摩擦攪拌接合状態を示し、（ａ）は突合せ面
（被接合面）に沿った｛（ｂ）のＧ−Ｇ線矢視｝縦断面
図、（ｂ）は突合せ面（被接合面）に直交する（ａ）の
Ｆ−Ｆ線矢視縦断面図である。
せ継手の摩擦攪拌接合状態を示し、（ａ）は突合せ面
（被接合面）に沿った｛（ｂ）のＧ−Ｇ線矢視｝縦断面
図、（ｂ）は突合せ面（被接合面）に直交する（ａ）の
Ｆ−Ｆ線矢視縦断面図である。
【図１５】 摩擦攪拌接合用回転ツールの１回転当たり
の接合進行速度（ｍｍ／回）と接合材の疲労強度との関
係を示す図である。
の接合進行速度（ｍｍ／回）と接合材の疲労強度との関
係を示す図である。
【図１６】 従来の摩擦攪拌接合用回転ツールの一実施
の形態の構成と作用を説明するための縦断面図で、
（ａ）は被接合材の突合せ部と回転ツールの攪拌ピン軸
線が一致している場合及び各種の寸法の定義を説明する
ための一対の被接合材の突合せ継手の摩擦攪拌接合にお
ける、摩擦攪拌接合用回転ツールを突合せ部の被接合材
に押し込んだ状態を示す断面図を、（ｂ）は回転ツール
の攪拌ピンの軸線が回転ツールの進行方向に直交する方
向にずれ、攪拌ピンの軸線が被接合材の突合せ部と一致
していない場合を各々示す。
の形態の構成と作用を説明するための縦断面図で、
（ａ）は被接合材の突合せ部と回転ツールの攪拌ピン軸
線が一致している場合及び各種の寸法の定義を説明する
ための一対の被接合材の突合せ継手の摩擦攪拌接合にお
ける、摩擦攪拌接合用回転ツールを突合せ部の被接合材
に押し込んだ状態を示す断面図を、（ｂ）は回転ツール
の攪拌ピンの軸線が回転ツールの進行方向に直交する方
向にずれ、攪拌ピンの軸線が被接合材の突合せ部と一致
していない場合を各々示す。
【図１７】 従来の摩擦攪拌接合用回転ツールを用いて
製造した接合材各部の定義を示す縦断面図である。
製造した接合材各部の定義を示す縦断面図である。
Ｐncw 未圧着部 Ｐnw 未接合部 Ｐwne 不完全接合部 Ｐstne 不完全攪拌部 Ｐste 完全攪拌部 Ｐsh 肩部 Ｇncw 隙間 Ｓｂ 裏面 Ｓｕ 上面 Ｐｂ 攪拌ピン先端位置 ＰＲ 加圧ローラ １ 接合材 １ａ，１ｂ 被接合材 ２ 突合せ部 ３ 回転ツール ３ｒ 回転子 ３ｂｓ 凹面の底面 ３ｓｈ 肩 ４ 攪拌ピン ４ｂｓ，４ｂｆ 先端面 ４ｂｃ 先端面の中心 ４ｂｅ 突合せ部における攪拌ピン下面 ４ｃ 攪拌ピン先端角部 ５ 裏当金 ５ｕ 上面 ６ 支持アーム ６ａｘ 回転軸 ７ 螺旋状溝 ８ 螺旋状突起 ９ リング状溝又は突起 １０ 渦巻き状突起 １１ 渦巻き状溝 １２ 放射状直線状突起 １３ 放射状直線状溝 １４ 放射状湾曲突起 １５ 放射状湾曲溝 １６ 円柱状突起
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊井 雅章 新潟県新潟市太郎代1572番地19 日本軽 金属株式会社新潟工場内 (72)発明者 佐藤 英一 東京都品川区東品川２−２−20 天王洲 郵船ビル 日本軽金属株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−249551（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−58037（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−71477（ＪＰ，Ａ) Ｃ−Ｇ Ａｎｄｅｒｓｓｏｎ ＆ Ｒ Ｅ Ａｎｄｒｅｗｓ，Ｆａｂｒｉｃａ ｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎ ｔ Ｃａｎｉｓｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｎｕ ｃｌｅａｒ Ｗａｓｔｅ ｂｙ Ｆｒｉ ｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎ ｇ，１ｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｆｒｉｃ ｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ, 英国，ＴＷＩ，1999年 ６月14日，開催 日・場所：14−16 Ｊｕｎｅ 1999，Ｒ ｏｃｋｗｅｌｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｅ ｎｔｅｒ，Ｔｈｏｕｓａｎｄ Ｏａｋ ｓ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ 清水 文嗣 外２名，5052アルミニウ ム合金のＦｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ，軽金属学会第94回春期 大会講演概要，日本，社団法人 軽金属 学会，1998年 ４月21日，Ｐ．237−238 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 20/12
Claims (2)
- 【請求項１】 摩擦攪拌接合用回転ツールの攪拌ピン
を被接合材の裏面より突出させないで摩擦攪拌接合して
得られた接合材であって、 該接合材の摩擦攪拌接合用回転ツールの進行方向に直交
する縦断面におけるミクロ組織の倍率１００又は４００
の実態顕微鏡観察と顕微鏡写真において観察され、前記
接合材裏面から上面側に立ちあがる接合線が下記の条件
（Ａ）かつ（Ｂ）を満足することを特徴とする疲労強度
の高い摩擦攪拌接合材。 記 （Ａ）倍率１００で接合材の裏面に起始する隙間を確認
できる未圧着部が無いこと。 （Ｂ）倍率１００又は４００で接合材の裏面に起始する
接合線が視認できる部分で、接合材の裏面から上部に立
ち上がる接合線の前記縦断面の接合前の突合せ線とのな
す角度が０乃至２９°である部分を未接合部と定義した
とき、裏面からの未接合部垂直高さＨｎｗ≦２５μｍで
あること。 - 【請求項２】 摩擦攪拌接合用回転ツールの攪拌ピン
を被接合材の裏面より突出させないで摩擦攪拌接合して
得られた接合材であって、該接合材の摩擦攪拌接合用回
転ツールの進行方向に直交する縦断面におけるミクロ組
織の倍率１００又は４００の実態顕微鏡観察と顕微鏡写
真において観察され、前記接合材裏面から上面側に立ち
あがる接合線の、当該縦断面の接合前の突合せ線となす
角度が３０乃至９０°であることを特徴とする疲労強度
の高い摩擦攪拌接合材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25171699A JP3305287B2 (ja) | 1999-09-06 | 1999-09-06 | 疲労強度の高い摩擦攪拌接合材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25171699A JP3305287B2 (ja) | 1999-09-06 | 1999-09-06 | 疲労強度の高い摩擦攪拌接合材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001071155A JP2001071155A (ja) | 2001-03-21 |
| JP3305287B2 true JP3305287B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=17226936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25171699A Expired - Lifetime JP3305287B2 (ja) | 1999-09-06 | 1999-09-06 | 疲労強度の高い摩擦攪拌接合材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3305287B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6865173B1 (en) * | 1998-07-13 | 2005-03-08 | Infineon Technologies North America Corp. | Method and apparatus for performing an interfrequency search |
| DE60133299T2 (de) | 2000-09-21 | 2009-03-05 | Showa Denko K.K. | Reibrührverbindungswerkzeug, reibrührverbindungsverfahren und herstellungsverfahren für verbundene glieder |
| WO2005105360A1 (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Tokyu Car Corporation | 金属材の接合方法 |
| JP5086845B2 (ja) * | 2008-03-04 | 2012-11-28 | 日軽金アクト株式会社 | 摩擦攪拌接合装置 |
| US8579180B2 (en) * | 2011-09-23 | 2013-11-12 | Dwight A. Burford | Mandrel tool probe for friction stir welding having physically-separate spiraled surfaces |
| CN105215538A (zh) * | 2015-10-29 | 2016-01-06 | 无锡桥阳机械制造有限公司 | 一种表面处理工艺 |
| EP3486021B1 (en) * | 2017-11-21 | 2023-05-03 | Megastir Technologies LLC | Friction stir processing tool with radial protrusion |
| JP7110150B2 (ja) * | 2019-03-29 | 2022-08-01 | 本田技研工業株式会社 | 摩擦撹拌接合用工具 |
| US20210205919A1 (en) * | 2020-01-02 | 2021-07-08 | The Regents Of The University Of Michigan | Methods Of Joining Dissimilar Metals Without Detrimental Intermetallic Compounds |
| US11890788B2 (en) | 2020-05-20 | 2024-02-06 | The Regents Of The University Of Michigan | Methods and process for producing polymer-metal hybrid components bonded by C—O-M bonds |
-
1999
- 1999-09-06 JP JP25171699A patent/JP3305287B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ｃ−Ｇ Ａｎｄｅｒｓｓｏｎ ＆ Ｒ Ｅ Ａｎｄｒｅｗｓ，Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ Ｃａｎｉｓｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｗａｓｔｅ ｂｙ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ，１ｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ，英国，ＴＷＩ，１９９９年 ６月１４日，開催日・場所：１４−１６ Ｊｕｎｅ １９９９，Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｔｈｏｕｓａｎｄ Ｏａｋｓ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ |
| 清水 文嗣 外２名，５０５２アルミニウム合金のＦｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ，軽金属学会第９４回春期大会講演概要，日本，社団法人 軽金属学会，１９９８年 ４月２１日，Ｐ．２３７−２３８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001071155A (ja) | 2001-03-21 |
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