JP6582958B2

JP6582958B2 - 接合方法

Info

Publication number: JP6582958B2
Application number: JP2015244727A
Authority: JP
Inventors: 堀　久司; 久司堀; 伸城瀬尾
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2035-12-16
Also published as: CN107921577A; WO2017104155A1; JP2017109214A; CN107921577B

Description

本発明は、金属部材同士を摩擦攪拌で接合する接合方法に関する。

例えば、特許文献１には、第一金属部材と第二金属部材を重ね合わせて重合部を形成した後、第二金属部材の表面から回転ツールを挿入して重合部を摩擦攪拌接合する接合方法が記載されている。当該摩擦攪拌接合では、攪拌ピンのみを第二金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行うというものである。

特開２０１４−９４４０９号公報

従来の接合方法であると、ショルダ部で塑性流動化した金属を押さえないため、塑性流動化した金属が第二金属部材の外部に溢れ出しバリが発生しやすくなる。これにより、切削装置等を用いて第二金属部材からバリを除去するバリ除去工程が煩雑になるという問題がある。

そこで、本発明は、バリを容易に除去することができる接合方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合わせ工程と、前記第二金属部材の表面から回転する前記回転ツールを挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材に接触させた状態又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程と、前記摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域を境に、前記第二金属部材のうちバリが形成された余剰片部ごと除去する除去工程と、を含み、前記摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが前記余剰片部に形成されるように、前記回転ツールの回転方向及び進行方向を設定することを特徴とする。

かかる接合方法によれば、第一金属部材と第二金属部材とが接合されるとともに、第二金属部材のうちバリが形成された余剰片部ごと除去することで、バリを容易に除去することができる。

また、前記除去工程では、前記塑性化領域に形成された凹溝を境に前記余剰片部を除去することが好ましい。かかる接合方法によれば、余剰片部をきれいに除去することができる。

また、前記攪拌ピンは、先細りの円錐台形状になっていることが好ましい。
また、前記摩擦攪拌工程では、前記余剰片部に摩擦攪拌接合で発生するバリが形成されるように、前記回転ツールの回転数及び送り速度を設定することが好ましい。

また、前記摩擦攪拌工程では、前記摩擦攪拌工程の終了と同時に前記第二金属部材から前記余剰片部が除かれるように、前記回転ツールの回転数、送り速度及び挿入深さを設定することが好ましい。かかる接合方法によれば、接合サイクルをより短くすることができる。

本発明に係る接合方法によれば、バリを容易に除去することができる。

本発明で用いられる接合用回転ツールを示す側面図である。本発明の第一実施形態に係る重ね合わせ工程を示す斜視図である。第一実施形態に係る摩擦攪拌工程を示す斜視図である。第一実施形態に係る摩擦攪拌工程を示す断面図である。第一実施形態に係る摩擦攪拌工程後を示す断面図である。第一実施形態に係る除去工程を示す断面図である。第二実施形態に係る摩擦攪拌工程を示す斜視図である。第二実施形態に係る摩擦攪拌工程を示す断面図である。第三実施形態に係る摩擦攪拌工程を示す斜視図である。第三実施形態に係る摩擦攪拌工程を示す断面図である。第四実施形態に係る摩擦攪拌工程を示す斜視図である。第四実施形態に係る摩擦攪拌工程を示す断面図である。実施例の引張り試験１のＡタイプ継手を示す断面図である。実施例の引張り試験１のＢタイプ継手を示す断面図である。実施例の引張り試験１の結果を示すグラフである。実施例の引張り試験２の結果を示すグラフである。実施例の引張り試験３の結果を示すグラフである。

［第一実施形態］
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。まずは、本実施形態で用いる接合用回転ツールＦについて説明する。

図１に示すように、接合用回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。接合用回転ツールＦは、特許請求の範囲の「回転ツール」に相当する。接合用回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、摩擦攪拌装置の回転軸（図示省略）に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈している。

攪拌ピンＦ２は、連結部Ｆ１から垂下しており、連結部Ｆ１と同軸になっている。攪拌ピンＦ２は連結部Ｆ１から離間するにつれて先細りの円錐台形状になっている。攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝が刻設されている。本実施形態では、接合用回転ツールＦを右回転させるため、螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。言い換えると、螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て左回りに形成されている。

なお、接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。言い換えると、この場合の螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て右回りに形成されている。螺旋溝をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝によって攪拌ピンＦ２の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材（後記する第一金属部材１及び第二金属部材２）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。螺旋溝は省略してもよい。

接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合をする際には、まず、二つの被接合金属部材を重ね合わせて摩擦攪拌装置用の架台（図示省略）に載置し、治具によって被接合金属部材を固定する。次に、摩擦攪拌装置および回転ツールのうち、回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、被接合金属部材と連結部Ｆ１とは離間させつつ移動させる。言い換えると、被接合金属部材から発生するバリ等も連結部Ｆ１に接触しないように、攪拌ピンＦ２の基端部は十分に露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。即ち、摩擦攪拌装置および回転ツールのうち、回転ツールの攪拌ピンＦ２のみを被接合金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。

次に、本発明の第一実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法では、重ね合わせ工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、を行う。なお、下記の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面という意味である。

重ね合わせ工程は、図２に示すように、第一金属部材１と第二金属部材２とを重ね合わせる工程である。第一金属部材１及び第二金属部材２は、金属製の板状部材である。第一金属部材１及び第二金属部材２の材料は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金等から適宜選択すればよい。第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚は同等になっている。第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚は適宜設定すればよい。

重ね合わせ工程では、第一金属部材１の表面１ａの一部と、第二金属部材２の裏面２ｂの一部とを重ね合わせて重合部Ｊ１を形成する。重ね合わせ工程では、第一金属部材１の左側（接合用回転ツールＦの進行方向（図３参照）に対して左側）の端面１ｃを第二金属部材２の裏面２ｂの下に位置させるとともに、第二金属部材２の右側の端面２ｄを第一金属部材１の表面１ａの上に位置させる。重ね代は特に制限されないが、本実施形態では約20ｍｍに設定した。

摩擦攪拌工程は、図３に示すように、重合部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。摩擦攪拌工程では、第二金属部材２の表面２ａから右回転させた接合用回転ツールＦを挿入し、重合部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。接合用回転ツールＦの進行方向は、第二金属部材２の端面２ｄが接合用回転ツールＦの右側に位置するように設定する。接合用回転ツールＦの回転数は適宜設定すればよいが、1000〜20000ｒｐｍであれば好ましく、3000〜17500ｒｐｍであればより好ましい。

接合用回転ツールＦの送り速度（接合速度）は、適宜設定すればよいが、400〜2000ｍｍ／ｍｉｎであれば好ましく、600〜1800ｍｍ／ｍｉｎであればより好ましく、1000〜1800ｍｍ／ｍｉｎであるとさらにより好ましい。接合用回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。塑性化領域Ｗは、第一金属部材１に達するように形成されている。

図４に示すように、接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２の挿入深さは、適宜設定すればよいが、本実施形態では第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に接触するように設定している。第一金属部材１及び第二金属部材２の両方が摩擦攪拌されることにより、重合部Ｊ１近傍の第一金属部材１及び第二金属部材２の金属が塑性流動化して接合される。なお、接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２の挿入深さは、攪拌ピンＦ２が第二金属部材２のみに接触するように設定してもよい。

図５に示すように、摩擦攪拌工程後の塑性化領域Ｗの表面には、塑性化領域Ｗの延長方向に亘って凹溝Ｐが形成される。凹溝Ｐは、より深くえぐられる部位であって本実施形態ではＲｅ側に形成される。Ｒｅ側とは、本実施形態では接合用回転ツールＦを右回転させているため、進行方向右側となる。より詳しくは、Ｒｅ側とは、接合用回転ツールＦの外周における接線速度の大きさから送り速度の大きさが減算される側である。一方、接合線Ｃを挟んでＲｅ側とは反対側がＡｄ側となる。Ａｄ側とは、接合用回転ツールＦの外周における接線速度の大きさから送り速度の大きさが加算される側である。

図５に示すように、塑性化領域ＷのうちＲｅ側、特に、凹溝Ｐの部位は金属不足が多くなっている。一方、塑性化領域ＷのうちＡｄ側の金属不足は少なくなっている。Ｒｅ側の第二金属部材２の表面２ａにはバリＶが集積されている。バリＶは塑性化領域Ｗの延長方向に沿って連続的に形成されている。凹溝Ｐの最深部における鉛直方向線が破断線Ｌ１となる。本実施形態では、第二金属部材２のうち破断線Ｌ１よりも端面２ｄ側の部位が余剰片部１０となっている。余剰片部１０とは、第二金属部材２のうち接合後に第二金属部材２から取り除かれる部位である。摩擦攪拌工程では、余剰片部１０側（Ｒｅ側）に凹溝Ｐ及びバリＶが発生するように接合用回転ツールＦの回転方向及び進行方向、さらには回転数、送り速度及び挿入深さを設定する。

除去工程は、図５，６に示すように、第二金属部材２のうちバリＶが形成された余剰片部１０ごと除去する工程である。図５に示すように、除去工程では、凹溝Ｐ（破断線Ｌ１）を境に、第二金属部材２のうち余剰片部１０を第一金属部材１から離間する方向に折り曲げる。これにより、図６に示すように、凹溝Ｐ（破断線Ｌ１）を境に余剰片部１０が切断される。

以上説明したように本実施形態に係る接合方法によれば、第一金属部材１と第二金属部材２とが接合されるとともに、第二金属部材２のうちバリＶが形成された余剰片部１０ごと除去することで、バリＶを容易に除去することができる。塑性化領域Ｗのうち接合線Ｃ付近及びＡｄ側は金属不足が少なく強固に接合されている。

また、塑性化領域Ｗに形成された凹溝Ｐを境に除去することにより、余剰片部１０をきれいにかつ容易に除去することができる。機械装置又は治具等で余剰片部１０を除去してもよいが、本実施形態によれば人手で折り曲げるだけで簡単に余剰片部１０を除去することができる。

なお、摩擦攪拌工程の条件によっては、塑性化領域Ｗの幅方向両端にバリＶが発生する場合がある。この場合は、一端側（余剰片部１０となる側）に発生するバリＶが、他端側よりも多くなるように接合用回転ツールＦの回転方向及び進行方向、さらには回転数、送り速度及び挿入深さを設定することが好ましい。これにより、バリ除去工程を軽減することができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る接合方法につい説明する。第二実施形態に係る接合方法は、図７に示すように、接合用回転ツールＦの回転方向等が第一実施形態と相違する。第二実施形態に係る説明では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。

第二実施形態に係る接合方法では、重ね合わせ工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、を行う。重ね合わせ工程は、第一実施形態と同等なので説明を省略する。

摩擦攪拌工程は、図７に示すように、重合部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。摩擦攪拌工程では、第二金属部材２の表面２ａから左回転させた接合用回転ツールＦを挿入し、重合部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。接合用回転ツールＦの進行方向は、第二金属部材２の端面２ｄが接合用回転ツールＦの右側に位置するように設定する。

図８に示すように、第二実施形態に係る摩擦攪拌工程では、接合線Ｃに対して進行方向左側がＲｅ側、右側がＡｄ側となる。本実施形態では、塑性化領域Ｗのうち、Ｒｅ側に凹溝Ｐ及びバリＶが形成されている。したがって、第二実施形態においても、第二金属部材２のうちＲｅ側が余剰片部１０となる。

除去工程は、図７，８に示すように、第二金属部材２のうちバリＶが形成された余剰片部１０ごと除去する工程である。図８に示すように、除去工程では、凹溝Ｐ（破断線Ｌ１）を境に、第二金属部材２のうち余剰片部１０を第一金属部材１から離間する方向に折り曲げる。これにより、凹溝Ｐ（破断線Ｌ１）を境に余剰片部１０が切断される。

以上説明した第二実施形態に係る接合方法のように、接合用回転ツールＦを左回転させてもよい。このようにしても第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る接合方法について説明する。第三実施形態に係る接合方法は、図９に示すように、主に重ね合わせ工程、接合用回転ツールＦの回転方向等が第一実施形態と相違する。

第三実施形態に係る接合方法では、重ね合わせ工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、を行う。重ね合わせ工程では、第一金属部材１の表面１ａの一部と、第二金属部材２の裏面２ｂの一部とを重ね合わせて重合部Ｊ１を形成する。重ね合わせ工程では、第一金属部材１の右側（接合用回転ツールＦの進行方向に対して右側）の端面１ｄを第二金属部材２の裏面２ｂの下に位置させるとともに、第二金属部材２の左側の端面２ｃを第一金属部材１の表面１ａの上に位置させる。

摩擦攪拌工程は、図９に示すように、重合部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。摩擦攪拌工程では、第二金属部材２の表面２ａから左回転させた接合用回転ツールＦを挿入し、重合部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。接合用回転ツールＦの進行方向は、第二金属部材２の端面２ｃが接合用回転ツールＦの左側に位置するように設定する。

図１０に示すように、第三実施形態に係る摩擦攪拌工程では、接合線Ｃに対して進行方向左側がＲｅ側、右側がＡｄ側となる。本実施形態では、塑性化領域Ｗのうち、Ｒｅ側に凹溝Ｐ及びバリＶが形成されている。したがって、第三実施形態においても、第二金属部材２のうちＲｅ側が余剰片部１０となる。

除去工程は、図９，１０に示すように、第二金属部材２のうちバリＶが形成された余剰片部１０ごと除去する工程である。図１０に示すように、除去工程では、凹溝Ｐ（破断線Ｌ１）を境に、第二金属部材２のうち余剰片部１０を第一金属部材１から離間する方向に折り曲げる。これにより、凹溝Ｐ（破断線Ｌ１）を境に余剰片部１０が切断される。

以上説明した第三実施形態に係る接合方法のように、第一実施形態とは異なるように第一金属部材１及び第二金属部材２を重ね合わせてもよい。第三実施形態の場合は、第一実施形態とは接合用回転ツールＦの回転方向が逆となる。このようにしても第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態に係る接合方法について説明する。第四実施形態に係る接合方法は、図１１に示すように、接合用回転ツールＦの回転方向等が第三実施形態と相違する。第四実施形態に係る説明では、第三実施形態と相違する部分を中心に説明する。

第四実施形態に係る接合方法では、重ね合わせ工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、を行う。重ね合わせ工程は、第三実施形態と同等なので説明を省略する。

摩擦攪拌工程は、図１１に示すように、重合部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。摩擦攪拌工程では、第二金属部材２の表面２ａから右回転させた接合用回転ツールＦを挿入し、重合部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。接合用回転ツールＦの進行方向は、第二金属部材２の端面２ｃが接合用回転ツールＦの左側に位置するように設定する。

図１２に示すように、第四実施形態に係る摩擦攪拌工程では、接合線Ｃに対して進行方向右側がＲｅ側、左側がＡｄ側となる。第四実施形態では、塑性化領域Ｗのうち、Ｒｅ側に凹溝Ｐ及びバリＶが形成されている。したがって、第四実施形態においても、第二金属部材２のうちＲｅ側が余剰片部１０となる。

除去工程は、図１１，１２に示すように、第二金属部材２のうちバリＶが形成された余剰片部１０ごと除去する工程である。図１２に示すように、除去工程では、凹溝Ｐ（破断線Ｌ１）を境に、第二金属部材２のうち余剰片部１０を第一金属部材１から離間する方向に折り曲げる。これにより、凹溝Ｐ（破断線Ｌ１）を境に余剰片部１０が切断される。

以上説明した第四実施形態に係る接合方法のように、接合用回転ツールＦを右回転させてもよい。このようにしても第三実施形態と略同等の効果を得ることができる。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内において適宜設計変更が可能である。例えば、摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌工程の終了と同時に第二金属部材２から余剰片部１０が除かれるように、接合用回転ツールＦの回転数、送り速度及び挿入深さを設定してもよい。つまり、この場合の摩擦攪拌工程では、塑性化領域Ｗに形成される凹溝Ｐが大きくなるように各要素を設定する。これにより、摩擦攪拌工程の終了とともに、余剰片部１０が第二金属部材２から自動的に離脱する。よって、接合サイクルをより短くすることができる。

また、本実施形態では、塑性化領域ＷのうちＲｅ側に凹溝Ｐ及びバリＶが形成されるように接合用回転ツールＦの回転方向、送り速度、挿入深さ、第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚等を設定したが、塑性化領域ＷのうちＡｄ側に凹溝Ｐ及びバリＶが形成されるように接合用回転ツールＦの回転方向、送り速度、挿入深さ、第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚等を設定してもよい。この場合は、第二金属部材２のうちバリＶが形成されたＡｄ側が余剰片部１０となる。

＜引張り試験１＞
引張り試験１では、２種類の継手を形成し、送り速度（接合速度）に対する引張強さを計測した。引張り試験１では、図１３示すＡタイプ継手Ｘ１と、図１４に示すＢタイプ継手Ｘ２とを作製した。Ａタイプ継手Ｘ１及びＢタイプ継手Ｘ２はいずれも第一金属部材１と第二金属部材２とを重ね合わせて摩擦攪拌により接合した。Ａタイプ継手Ｘ１は、前記した第一実施形態に係る接合方法により形成した。Ｂタイプ継手Ｘ２は、前記した第四実施形態に係る接合方法により形成した。

各接合方法における摩擦攪拌工程では、接合用回転ツールＦの送り速度（接合速度）をパラメータとしてそれぞれ複数個の試験体を作製した。接合用回転ツールＦの送り速度は、600, 800, 1000ｍｍ／ｍｉｎに設定した。接合用回転ツールＦの回転数は、17500ｒｐｍに設定した。Ａタイプ継手Ｘ１及びＢタイプ継手Ｘ２とも第一金属部材１及び第二金属部材２の厚さを0.6, 0.7, 0.8ｍｍの三種類用意した。第一金属部材１及び第二金属部材２の幅は50ｍｍ、長さ200ｍｍに設定した。重合部Ｊ１の重ね代は約20ｍｍに設定した。第一金属部材１及び第二金属部材２の材料は、Ａ３００３−Ｈ１６を用いた。

Ａ３００３は、Ｓｉ：0.6％以下、Ｆｅ：0.7％以下、Ｃｕ：0.05〜0.20％、Ｍｎ：1.0〜1.5％、Ｚｎ：0.10％以下、その他：各0.05％以下、合計0.15％以下、Ａｌ：残部から構成されている。

図１５に示すように、ラインＺ１は、Ａ３００３−Ｈ１６（厚さ0.6ｍｍ）の母材の引張強さを示す線である（−Ｈ１６は塑性加工により調質を行ったことを意味する）。Ａ３００３−Ｈ１６の母材の引張強さは約105Ｎ／ｍｍである。ラインＺ２は、Ａ３００３−Ｏ（厚さ0.6ｍｍ）の母材の引張強さを示す線である（−Ｏは焼きなましを行ったことを意味する）。Ａ３００３−Ｏの母材の引張強さは約70Ｎ／ｍｍである。

図１３に示すように、Ａタイプ継手Ｘ１では、第一金属部材１の右端と、第二金属部材２の左端とを治具で把持し、第一金属部材１と第二金属部材２とが離間する方向に引張り、破断状況を確認した。Ａタイプ継手Ｘ１では、いずれも破断線Ｌ２で破断した。破断線Ｌ２は、塑性化領域ＷのＡｄ側の端部に位置している。Ａタイプ継手Ｘ１では、破断線Ｌ２で破断したことから、塑性化領域Ｗによって強固に接合されていることがわかる。また、図１５の結果Ｒ１に示すように、送り速度が速くなるにつれて、引張強さが高くなる傾向にあることがわかった。

一方、図１４に示すように、Ｂタイプ継手Ｘ２では、第一金属部材１の左端と、第二金属部材２の右端を治具で把持し、第一金属部材１と第二金属部材２とが離間する方向に引張り、破断状況を確認した。Ｂタイプ継手Ｘ２では、いずれも破断線Ｌ１で破断した。破断線Ｌ１は、凹溝Ｐを通る鉛直線である。Ｂタイプ継手Ｘ２では、第二金属部材２のうちＲｅ側を引っ張ると、凹溝Ｐで破断しやすいことがわかる。また、図１５の結果Ｒ２に示すように、送り速度が速くなるにつれて、引張強さが低くなる傾向にあることがわかった。

Ａタイプ継手Ｘ１の外観観察及び断面観察の結果、Ｒｅ側の凹溝Ｐの凹みは、送り速度が速くなるにつれて深くなることがわかった。一方、Ａｄ側の金属不足は、送り速度が速くなるほど減少した。これにより、Ａタイプ継手Ｘ１では、送り速度が速くなるほど高い引張強さ（継手強度）を得ることができたと考えられる。また、図１５の結果Ｒ１に示すように、Ａタイプ継手Ｘ１では、送り速度を約900ｍｍ／ｍｉｎ以上に設定するとＡ３００３−Ｏの引張強さ（ラインＺ２）を超える引張強さが得られることがわかった。

＜引張り試験２＞
引張り試験２では、接合用回転ツールＦの回転数を17500ｒｐｍに設定して、送り速度（接合速度）に対する引張強さを計測した。引張り試験２では、第一実施形態に係る接合方法で、送り速度に応じて８個のＡタイプ継手Ｘ１を作製し、それぞれ引張り試験を行った。送り速度は、600，800，1000，1200，1400，1600，1800，2000ｍｍ／ｍｉｎの８水準に設定した。

送り速度600〜1200ｍｍ／ｍｉｎの範囲内では、送り速度を速くするに従い引張強さも高くなることがわかった。また、送り速度1000〜1800ｍｍ／ｍｉｎの範囲内では、送り速度に関わらず、80Ｎ／ｍｍを超える高い引張強さが得られることがわかった。また、送り速度が2000ｍｍ／ｍｉｎでは、送り速度1000〜1800ｍｍ／ｍｉｎに比べて引張強さが低下することがわかった。接合用回転ツールＦの送り速度を1000〜1800ｍｍ／ｍｉｎに設定するとＡ３００３−Ｏの引張強さ（ラインＺ２）を超える引張強さになることがわかった。つまり、接合用回転ツールＦの回転数や攪拌ピンＦ２の挿入量にもよるが、金属部材の厚さ0.6ｍｍでは、送り速度1000〜1800ｍｍ／ｍｉｎが好ましい送り速度の範囲であることがわかった。

＜引張り試験３＞
引張り試験３では、接合用回転ツールＦの回転数及び送り速度をパラメータとしてそれぞれＡタイプ継手Ｘ１を作製し、引張り試験を行った。図１７に示すように、接合用回転ツールＦの回転数を10000，12500，15000，17500ｒｐｍの４水準に設定した。また、接合用回転ツールＦの送り速度を1000，1200，1400ｍｍ／ｍｉｎの４水準に設定した。接合用回転ツールＦの回転数は10000〜17500ｒｐｍの間では回転数に関わらず、80Ｎ／ｍｍ程度の高い引張強さが得られることがわかった。

１第一金属部材
１ａ表面
１ｂ裏面
２第二金属部材
２ａ表面
２ｂ裏面
１０余剰片部
Ｆ接合用回転ツール（回転ツール）
Ｆ１連結部
Ｆ２攪拌ピン
Ｊ１重合部
Ｐ凹溝
Ｖバリ
Ｗ塑性化領域

Claims

攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、
前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合わせ工程と、
前記第二金属部材の表面から回転する前記回転ツールを挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材に接触させた状態又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程と、
前記摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域を境に、前記第二金属部材のうちバリが形成された余剰片部ごと除去する除去工程と、を含み、
前記摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが前記余剰片部に形成されるように、前記回転ツールの回転方向及び進行方向を設定することを特徴とする接合方法。
前記除去工程では、前記塑性化領域に形成された凹溝を境に前記余剰片部を除去することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
前記攪拌ピンは、先細りの円錐台形状になっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合方法。
前記摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが前記余剰片部に形成されるように、前記回転ツールの回転数及び送り速度を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の接合方法。
前記摩擦攪拌工程では、前記摩擦攪拌工程の終了と同時に前記第二金属部材から前記余剰片部が除かれるように、前記回転ツールの回転数、送り速度及び挿入深さを設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の接合方法。