JPH10193140A - 摩擦撹拌接合法 - Google Patents
摩擦撹拌接合法Info
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- JPH10193140A JPH10193140A JP676597A JP676597A JPH10193140A JP H10193140 A JPH10193140 A JP H10193140A JP 676597 A JP676597 A JP 676597A JP 676597 A JP676597 A JP 676597A JP H10193140 A JPH10193140 A JP H10193140A
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- 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
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- B23K20/124—Controlling or monitoring the welding process at the beginning or at the end of a weld
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- B23K20/1245—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 characterised by the apparatus
- B23K20/125—Rotary tool drive mechanism
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】接合終端部にプローブ引抜き後の孔や凹部を生
じさせない摩擦撹拌接合法を提供する。 【解決手段】回転するプローブ１２を接合部４に挿入す
るとともに、プローブ１２との接触部を摩擦熱にて軟化
させ撹拌しながら、プローブ１２を挿入状態で接合部３
に沿って相対的に移動させることにより接合部材１、２
を接合する摩擦撹拌接合法を対象とする。接合部材１、
２の接合終端部に当て部材４を連設し、挿入状態のプロ
ーブ１２を、接合終端部を通過させ当て部材４へと移動
させる。
じさせない摩擦撹拌接合法を提供する。 【解決手段】回転するプローブ１２を接合部４に挿入す
るとともに、プローブ１２との接触部を摩擦熱にて軟化
させ撹拌しながら、プローブ１２を挿入状態で接合部３
に沿って相対的に移動させることにより接合部材１、２
を接合する摩擦撹拌接合法を対象とする。接合部材１、
２の接合終端部に当て部材４を連設し、挿入状態のプロ
ーブ１２を、接合終端部を通過させ当て部材４へと移動
させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばアルミニ
ウム材（アルミニウム合金材を含む）等の金属材の接合
に用いられる摩擦撹拌接合法に関する。
ウム材（アルミニウム合金材を含む）等の金属材の接合
に用いられる摩擦撹拌接合法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固相接合法の一つである摩擦撹拌接合法
として、次のような方法が提案されている。即ち、図６
に示すように、径大の円柱状回転子（１１１）の端部軸
線上に接合部材（１０１）（１０２）よりも硬質の径小
のピン状プローブ（１１２）が突出して一体に設けられ
た接合装置（１１０）を用い、前記回転子（１１１）を
高速で回転させつつ、重ね合わせあるいは突き合わせた
２枚の接合部材（１０１）（１０２）の接合部（１０
３）に前記プローブ（１１２）を挿入する。挿入は、一
般には、回転子（１１１）のプローブ側平坦面からなる
肩部（１１１ａ）が接合部材（１０１）に当接するまで
行う。そして、プローブ挿入状態のまま接合部（１０
３）に沿ってプローブ（１１２）を接合部材（１０１）
（１０２）に対し相対的に移動させる。プローブ（１１
２）の回転により発生する摩擦熱、あるいはさらに回転
子（１１１）の肩部（１１１ａ）と接合部材との摺動に
伴い発生する摩擦熱により、プローブ（１１２）との接
触部分近傍において接合部材（１０１）（１０２）は軟
化しかつプローブにより撹拌されるとともに、プローブ
（１１２）の移動に伴って、軟化撹拌部分がプローブ
（１１２）の進行圧力を受けてプローブの通過溝を埋め
るようにプローブ（１１２）の進行方向後方へと回り込
む態様で塑性流動したのち摩擦熱を急速に失って冷却固
化される。この現象がプローブ（１１２）の移動に伴っ
て順次繰り返されていき、最終的に接合部材（１０１）
（１０２）が接合されるものである。
として、次のような方法が提案されている。即ち、図６
に示すように、径大の円柱状回転子（１１１）の端部軸
線上に接合部材（１０１）（１０２）よりも硬質の径小
のピン状プローブ（１１２）が突出して一体に設けられ
た接合装置（１１０）を用い、前記回転子（１１１）を
高速で回転させつつ、重ね合わせあるいは突き合わせた
２枚の接合部材（１０１）（１０２）の接合部（１０
３）に前記プローブ（１１２）を挿入する。挿入は、一
般には、回転子（１１１）のプローブ側平坦面からなる
肩部（１１１ａ）が接合部材（１０１）に当接するまで
行う。そして、プローブ挿入状態のまま接合部（１０
３）に沿ってプローブ（１１２）を接合部材（１０１）
（１０２）に対し相対的に移動させる。プローブ（１１
２）の回転により発生する摩擦熱、あるいはさらに回転
子（１１１）の肩部（１１１ａ）と接合部材との摺動に
伴い発生する摩擦熱により、プローブ（１１２）との接
触部分近傍において接合部材（１０１）（１０２）は軟
化しかつプローブにより撹拌されるとともに、プローブ
（１１２）の移動に伴って、軟化撹拌部分がプローブ
（１１２）の進行圧力を受けてプローブの通過溝を埋め
るようにプローブ（１１２）の進行方向後方へと回り込
む態様で塑性流動したのち摩擦熱を急速に失って冷却固
化される。この現象がプローブ（１１２）の移動に伴っ
て順次繰り返されていき、最終的に接合部材（１０１）
（１０２）が接合されるものである。
【０００３】このような摩擦攪拌接合法によれば、固相
接合であるため、接合部材である金属材の種類に制限を
受けないとか、接合時の熱歪みによる変形が少ない等の
利点がある。
接合であるため、接合部材である金属材の種類に制限を
受けないとか、接合時の熱歪みによる変形が少ない等の
利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な摩擦撹拌接合法においては、従来、接合部（１０３）
への挿入状態で移動するプローブ（１１２）が接合終端
部に到達すると、プローブ（１１２）を接合部材（１０
１）（１０２）からその軸方向に引き抜くか、そのまま
前進させて接合部材（１０１）（１０２）の側方に離脱
させていた。
な摩擦撹拌接合法においては、従来、接合部（１０３）
への挿入状態で移動するプローブ（１１２）が接合終端
部に到達すると、プローブ（１１２）を接合部材（１０
１）（１０２）からその軸方向に引き抜くか、そのまま
前進させて接合部材（１０１）（１０２）の側方に離脱
させていた。
【０００５】しかしながら、プローブ（１１２）を接合
部材（１０１）（１０２）から軸方向に引き抜いたり、
そのまま前進離脱させると、図７に示すように、その部
分にプローブ（１１２）の径、挿入深さに対応する孔
（２００）や凹部が残り、接合強度が部分的に低下する
とともに、外観上も良くないという欠点があった。この
ため、孔や凹部を埋めるための仕上げ加工が爾後的に必
要となり、面倒であった。
部材（１０１）（１０２）から軸方向に引き抜いたり、
そのまま前進離脱させると、図７に示すように、その部
分にプローブ（１１２）の径、挿入深さに対応する孔
（２００）や凹部が残り、接合強度が部分的に低下する
とともに、外観上も良くないという欠点があった。この
ため、孔や凹部を埋めるための仕上げ加工が爾後的に必
要となり、面倒であった。
【０００６】この発明は、このような欠点を解消するた
めになされたものであって、接合終端部にプローブ引抜
き後の孔や凹部を生じさせない摩擦撹拌接合法の提供を
目的とする。
めになされたものであって、接合終端部にプローブ引抜
き後の孔や凹部を生じさせない摩擦撹拌接合法の提供を
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、高速回転するプローブを接合部に挿入
するとともに、プローブとの接触部を摩擦熱にて軟化さ
せ撹拌しながら、プローブを挿入状態で接合部に沿って
相対的に移動させることにより接合部材を接合する摩擦
撹拌接合法において、前記接合部材の接合終端部に当て
部材を連設し、前記挿入状態のプローブを、接合終端部
を通過させ当て部材へと移動させることを特徴とするも
のである。
に、この発明は、高速回転するプローブを接合部に挿入
するとともに、プローブとの接触部を摩擦熱にて軟化さ
せ撹拌しながら、プローブを挿入状態で接合部に沿って
相対的に移動させることにより接合部材を接合する摩擦
撹拌接合法において、前記接合部材の接合終端部に当て
部材を連設し、前記挿入状態のプローブを、接合終端部
を通過させ当て部材へと移動させることを特徴とするも
のである。
【０００８】このようにすることで、プローブが当て部
材に進入すると、当て部材におけるプローブとの接触軟
化部分が後方へと塑性流動して、プローブの通過後に生
じる溝を埋め、従って接合部材の接合終端部に凹部や孔
が残存することはない。
材に進入すると、当て部材におけるプローブとの接触軟
化部分が後方へと塑性流動して、プローブの通過後に生
じる溝を埋め、従って接合部材の接合終端部に凹部や孔
が残存することはない。
【０００９】また、径大の回転子と、該回転子の長さ方
向の一端面から軸線方向に突出する径小のプローブとを
備えた接合装置を用い、前記回転子の一端面を接合部材
の表面に当接あるいは近接させるとともに、高速で回転
する前記プローブを接合部材の接合部に挿入し、プロー
ブとの接触部を摩擦熱にて軟化させ撹拌しながら、プロ
ーブを挿入状態で接合部に沿って相対的に移動させるこ
とにより接合部材を接合する摩擦撹拌接合法において、
前記プローブを前記回転子の軸線方向に進退自在に構成
するとともに、接合終了時に前記プローブを軸線方向に
徐々に退出させることにより、プローブの接合部位への
挿入深さを徐々に減少させるものとしても良い。
向の一端面から軸線方向に突出する径小のプローブとを
備えた接合装置を用い、前記回転子の一端面を接合部材
の表面に当接あるいは近接させるとともに、高速で回転
する前記プローブを接合部材の接合部に挿入し、プロー
ブとの接触部を摩擦熱にて軟化させ撹拌しながら、プロ
ーブを挿入状態で接合部に沿って相対的に移動させるこ
とにより接合部材を接合する摩擦撹拌接合法において、
前記プローブを前記回転子の軸線方向に進退自在に構成
するとともに、接合終了時に前記プローブを軸線方向に
徐々に退出させることにより、プローブの接合部位への
挿入深さを徐々に減少させるものとしても良い。
【００１０】この場合は、接合終端部近傍において、プ
ローブの通過溝の深さは徐々に浅くなるとともに、この
通過溝に軟化撹拌された素材が徐々に充填されていき、
やがて、接合部材の接合終端部に凹部や孔が残存するこ
となくプローブは完全に引き抜かれる。
ローブの通過溝の深さは徐々に浅くなるとともに、この
通過溝に軟化撹拌された素材が徐々に充填されていき、
やがて、接合部材の接合終端部に凹部や孔が残存するこ
となくプローブは完全に引き抜かれる。
【００１１】上記のように、接合終端部近傍においてプ
ローブの挿入深さを徐々に減少させる場合、接合装置と
して、回転子とプローブとがこれらを離間させる方向に
付勢された弾性体を介して連結されてなるものを用いる
のが良い。これにより、弾性体の弾発力に対する抗力を
調節するだけの操作でプローブの突出量を調節できるか
ら、接合終端部におけるプローブの接合部への挿入深さ
の減少制御がより簡単となる。
ローブの挿入深さを徐々に減少させる場合、接合装置と
して、回転子とプローブとがこれらを離間させる方向に
付勢された弾性体を介して連結されてなるものを用いる
のが良い。これにより、弾性体の弾発力に対する抗力を
調節するだけの操作でプローブの突出量を調節できるか
ら、接合終端部におけるプローブの接合部への挿入深さ
の減少制御がより簡単となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１及び図２はこの発明の一実施
形態に係るものである。同図において、（１）（２）は
上下重ね合わせ状に配置した２枚の板状アルミニウム接
合部材である。これら接合部材（１）（２）の幅方向中
間部を長さ方向に沿って一端から他端へと接合するもの
である。
形態に係るものである。同図において、（１）（２）は
上下重ね合わせ状に配置した２枚の板状アルミニウム接
合部材である。これら接合部材（１）（２）の幅方向中
間部を長さ方向に沿って一端から他端へと接合するもの
である。
【００１３】（１０）は接合装置であり、径大の円柱状
回転子（１１）の端部軸線上に径小のピン状プローブ
（１２）が突出して一体に設けられたものであり、回転
子（１１）を高速回転させることによりプローブ（１
２）も高速回転させうるものとなされている。なお、プ
ローブ（１２）及び回転子（１１）は、接合部材（１）
（２）よりも硬質でかつ接合時に発生する摩擦熱に耐え
うる耐熱材料によって形成されている。
回転子（１１）の端部軸線上に径小のピン状プローブ
（１２）が突出して一体に設けられたものであり、回転
子（１１）を高速回転させることによりプローブ（１
２）も高速回転させうるものとなされている。なお、プ
ローブ（１２）及び回転子（１１）は、接合部材（１）
（２）よりも硬質でかつ接合時に発生する摩擦熱に耐え
うる耐熱材料によって形成されている。
【００１４】前記アルミニウム接合部材（１）（２）の
長さ方向における接合終端部側の端縁には、板状のアル
ミニウム製当て部材（４）の端縁が接合されている。こ
の当て部材（４）は、後述のように、アルミニウム接合
部材（１）（２）の接合終端部にプローブ（１２）の引
抜き孔や凹部を残さなくするためのものであり、プロー
ブ挿入側の接合部材（１）の表面と当て部材（４）の厚
さ方向の片面とが面一状態となる配置で、かつ接合部
（３）の延長線上換言すればプローブ（１２）の移動方
向延長線上に当て部材（４）が存在する態様で、接着剤
や押付け等の方法により接合されている。
長さ方向における接合終端部側の端縁には、板状のアル
ミニウム製当て部材（４）の端縁が接合されている。こ
の当て部材（４）は、後述のように、アルミニウム接合
部材（１）（２）の接合終端部にプローブ（１２）の引
抜き孔や凹部を残さなくするためのものであり、プロー
ブ挿入側の接合部材（１）の表面と当て部材（４）の厚
さ方向の片面とが面一状態となる配置で、かつ接合部
（３）の延長線上換言すればプローブ（１２）の移動方
向延長線上に当て部材（４）が存在する態様で、接着剤
や押付け等の方法により接合されている。
【００１５】この発明に従う摩擦撹拌接合は次のように
して行う。即ち、回転子（１１）を回転させることによ
りこれと一体回転するプローブ（１２）を、上側のアル
ミニウム接合部材（１）の表面に接触させてその摩擦熱
により接触部分を軟化可塑化させ、さらにプローブ（１
２）を押し付けて該プローブを接合部材（１）の内部に
挿入していく。望ましくは、プローブ（１２）の先端が
接合界面を超えて他方の部材（２）に達するまで挿入す
るのが良い。また、プローブ（１２）の挿入状態で、回
転子（１１）先端の平坦状肩部（１１ａ）は接合部材
（１）の表面に当接させるのが、接合開始時あるいは接
合途中の軟化部分の素材の飛散を防止しえて均一な接合
状態を実現し得るとともに、接合部材（１）（２）と肩
部（１１ａ）との摺動による摩擦熱を生ぜしめて、プロ
ーブとの接触部あるいはその近傍の軟化を促進し、さら
に接合部材（１）（２）表面の凹凸形成を防止する点か
ら好ましい。
して行う。即ち、回転子（１１）を回転させることによ
りこれと一体回転するプローブ（１２）を、上側のアル
ミニウム接合部材（１）の表面に接触させてその摩擦熱
により接触部分を軟化可塑化させ、さらにプローブ（１
２）を押し付けて該プローブを接合部材（１）の内部に
挿入していく。望ましくは、プローブ（１２）の先端が
接合界面を超えて他方の部材（２）に達するまで挿入す
るのが良い。また、プローブ（１２）の挿入状態で、回
転子（１１）先端の平坦状肩部（１１ａ）は接合部材
（１）の表面に当接させるのが、接合開始時あるいは接
合途中の軟化部分の素材の飛散を防止しえて均一な接合
状態を実現し得るとともに、接合部材（１）（２）と肩
部（１１ａ）との摺動による摩擦熱を生ぜしめて、プロ
ーブとの接触部あるいはその近傍の軟化を促進し、さら
に接合部材（１）（２）表面の凹凸形成を防止する点か
ら好ましい。
【００１６】プローブ（１２）の挿入後、接合部材
（１）（２）の長さ方向に沿って他端側へと回転子（１
１）及びプローブ（１２）を移動させる。プローブ（１
２）の回転により、プローブ（１２）との接触部分周辺
において、接合部材（１）（２）が摩擦熱によって軟化
しかつ撹拌されるとともに、プローブ（１２）の移動に
よって、軟化撹拌部分がプローブ（１２）の進行圧力を
受けてプローブ（１２）の通過溝を埋めるようにプロー
ブ（１２）の進行方向後方へと回り込む態様で塑性流動
したのち、摩擦熱を急速に失って冷却固化される。この
現象がプローブ（１２）の移動に伴って順次繰り返され
ていき、接合部（３）において両部材（１）（２）は一
体化され順次接合されていく。
（１）（２）の長さ方向に沿って他端側へと回転子（１
１）及びプローブ（１２）を移動させる。プローブ（１
２）の回転により、プローブ（１２）との接触部分周辺
において、接合部材（１）（２）が摩擦熱によって軟化
しかつ撹拌されるとともに、プローブ（１２）の移動に
よって、軟化撹拌部分がプローブ（１２）の進行圧力を
受けてプローブ（１２）の通過溝を埋めるようにプロー
ブ（１２）の進行方向後方へと回り込む態様で塑性流動
したのち、摩擦熱を急速に失って冷却固化される。この
現象がプローブ（１２）の移動に伴って順次繰り返され
ていき、接合部（３）において両部材（１）（２）は一
体化され順次接合されていく。
【００１７】而して、プローブ（１２）が移動して接合
部材（１）（２）の長さ方向の他端つまり接合終端部ま
で到達しても、図１に示すように、そのままプローブ
（１２）を移動方向延長線に沿ってかつ接合部材（１）
（２）と当て部材（４）との境界を超えて移動させる。
プローブ（１２）が当て部材（４）に進入すると、当て
部材（４）におけるプローブ（１２）との接触軟化部分
が後方へと塑性流動して、プローブ（１２）の通過後に
生じる溝を埋め、従って接合部材（１）（２）の接合終
端部に凹部や孔が残存することはない。
部材（１）（２）の長さ方向の他端つまり接合終端部ま
で到達しても、図１に示すように、そのままプローブ
（１２）を移動方向延長線に沿ってかつ接合部材（１）
（２）と当て部材（４）との境界を超えて移動させる。
プローブ（１２）が当て部材（４）に進入すると、当て
部材（４）におけるプローブ（１２）との接触軟化部分
が後方へと塑性流動して、プローブ（１２）の通過後に
生じる溝を埋め、従って接合部材（１）（２）の接合終
端部に凹部や孔が残存することはない。
【００１８】接合部材（１）（２）の接合終端部が冷却
固化したのち、回転子（１１）を上昇させてプローブ
（１２）を当て部材（４）から軸線方向に引き抜く。そ
の後、切断等により当て部材（４）を接合部材（１）
（２）から除去することにより、プローブ通過跡に凹部
や孔が残存しない接合部材が得られる。
固化したのち、回転子（１１）を上昇させてプローブ
（１２）を当て部材（４）から軸線方向に引き抜く。そ
の後、切断等により当て部材（４）を接合部材（１）
（２）から除去することにより、プローブ通過跡に凹部
や孔が残存しない接合部材が得られる。
【００１９】上述したように、当て部材（４）の材料の
一部が接合部材（１）（２）における接合終端部のプロ
ーブ通過跡に充填されて接合部材の一部をなすものとな
ることから、当て部材（４）は接合部材（１）（２）と
同一材料により製作されるのが望ましい。
一部が接合部材（１）（２）における接合終端部のプロ
ーブ通過跡に充填されて接合部材の一部をなすものとな
ることから、当て部材（４）は接合部材（１）（２）と
同一材料により製作されるのが望ましい。
【００２０】図３はこの発明の他の実施形態を示すもの
である。
である。
【００２１】この実施形態に用いられる接合装置（２
０）は、径大の円柱状回転子（２１）と、該回転子の軸
線を貫通して回転子の一端面からの突出長さを連続的に
変化させることのできる径小の棒状プローブ（２２）よ
りなるものである。
０）は、径大の円柱状回転子（２１）と、該回転子の軸
線を貫通して回転子の一端面からの突出長さを連続的に
変化させることのできる径小の棒状プローブ（２２）よ
りなるものである。
【００２２】前記回転子（２１）は、そのプローブ突出
側の端面からなる平坦状の肩部（２１ａ）を接合部材
（１）の表面に当接され、回転しながら接合部材の表面
上をプローブ（２２）とともに移動するものであり、プ
ローブ（２２）の挿入部分から軟化した接合部材の素材
が飛散するのを防止するとともに、接合部（３）にさら
なる摩擦熱を付与し、また接合部材（１）（２）表面の
凹凸形成を防止する。
側の端面からなる平坦状の肩部（２１ａ）を接合部材
（１）の表面に当接され、回転しながら接合部材の表面
上をプローブ（２２）とともに移動するものであり、プ
ローブ（２２）の挿入部分から軟化した接合部材の素材
が飛散するのを防止するとともに、接合部（３）にさら
なる摩擦熱を付与し、また接合部材（１）（２）表面の
凹凸形成を防止する。
【００２３】図３に示した摩擦撹拌接合は次のようにし
て行う。即ち、回転するプローブ（２２）を、上側のア
ルミニウム接合部材（１）の表面に接触させてその摩擦
熱により接触部分を軟化可塑化させながら、さらにプロ
ーブ（２２）を押し付けてプローブを接合部材（１）の
内部に挿入していく。
て行う。即ち、回転するプローブ（２２）を、上側のア
ルミニウム接合部材（１）の表面に接触させてその摩擦
熱により接触部分を軟化可塑化させながら、さらにプロ
ーブ（２２）を押し付けてプローブを接合部材（１）の
内部に挿入していく。
【００２４】プローブ（２２）を所定位置に挿入後、接
合部材（１）（２）の長さ方向に沿って他端側へとプロ
ーブ（２２）を移動させる。プローブ（２２）の回転に
より、プローブ（２２）との接触部分周辺において、接
合部材（１）（２）が摩擦熱によって軟化しかつ撹拌さ
れるとともに、プローブ（２２）の移動に伴って、軟化
撹拌部分がプローブ（２２）の進行圧力を受けてプロー
ブ（２２）の通過溝を埋めるようにプローブ（２２）の
進行方向後方へと回り込む態様で塑性流動したのち、摩
擦熱を急速に失って冷却固化される。この現象がプロー
ブ（２２）の移動に伴って順次繰り返されていき、接合
部（３）において両部材（１）（２）は一体化され順次
接合されていく。
合部材（１）（２）の長さ方向に沿って他端側へとプロ
ーブ（２２）を移動させる。プローブ（２２）の回転に
より、プローブ（２２）との接触部分周辺において、接
合部材（１）（２）が摩擦熱によって軟化しかつ撹拌さ
れるとともに、プローブ（２２）の移動に伴って、軟化
撹拌部分がプローブ（２２）の進行圧力を受けてプロー
ブ（２２）の通過溝を埋めるようにプローブ（２２）の
進行方向後方へと回り込む態様で塑性流動したのち、摩
擦熱を急速に失って冷却固化される。この現象がプロー
ブ（２２）の移動に伴って順次繰り返されていき、接合
部（３）において両部材（１）（２）は一体化され順次
接合されていく。
【００２５】而して、回転子（２１）及びプローブ（２
２）が接合部（３）に沿って接合終端部近傍まで移動し
たときに、該移動を持続しながら、回転子肩部（２１
ａ）を接合部材に接触させたままプローブ（２２）のみ
を軸線方向に徐々に退出させ接合部材（１）から引き抜
いていく。こうすることにより、プローブ（２２）の通
過溝の深さは徐々に浅くなるとともに、この通過溝に軟
化撹拌された素材が徐々に充填されていき、やがて、接
合部材（１）（２）の接合終端部に凹部や孔が残存する
ことなくプローブ（２２）は完全に引き抜かれる。その
後、プローブ（２２）とともに回転子（２１）を接合部
材（１）表面から離間させる。
２）が接合部（３）に沿って接合終端部近傍まで移動し
たときに、該移動を持続しながら、回転子肩部（２１
ａ）を接合部材に接触させたままプローブ（２２）のみ
を軸線方向に徐々に退出させ接合部材（１）から引き抜
いていく。こうすることにより、プローブ（２２）の通
過溝の深さは徐々に浅くなるとともに、この通過溝に軟
化撹拌された素材が徐々に充填されていき、やがて、接
合部材（１）（２）の接合終端部に凹部や孔が残存する
ことなくプローブ（２２）は完全に引き抜かれる。その
後、プローブ（２２）とともに回転子（２１）を接合部
材（１）表面から離間させる。
【００２６】しかしながら、この方法では、接合終端部
近傍における接合深さは、図３に散点模様に示すよう
に、接合終端部に近付くにつれて徐々に浅くなっている
から、図３に示すような接合終端部が開放されている接
合部材（１）（２）に対してはこの部分で強度低下を来
す恐れがある。このため、接合部がエンドレスに連続し
ているクローズドサークルの接合部材に適用し、接合部
に沿って移動したプローブが接合始端部に帰還したのち
に、プローブを徐々に引き抜くのが良い。
近傍における接合深さは、図３に散点模様に示すよう
に、接合終端部に近付くにつれて徐々に浅くなっている
から、図３に示すような接合終端部が開放されている接
合部材（１）（２）に対してはこの部分で強度低下を来
す恐れがある。このため、接合部がエンドレスに連続し
ているクローズドサークルの接合部材に適用し、接合部
に沿って移動したプローブが接合始端部に帰還したのち
に、プローブを徐々に引き抜くのが良い。
【００２７】図３に示した摩擦撹拌接合方法を実施する
場合、図４に示すような構造の接合装置を使用すること
も推奨される。
場合、図４に示すような構造の接合装置を使用すること
も推奨される。
【００２８】図４に示した接合装置（３０）は、径大の
回転子（３１）と該回転子の一端面に突出する径小のプ
ローブ（３２）を備えているが、回転子（３１）は有底
筒状の中空体により構成される一方、プローブ（３２）
は円柱状の径大嵌合部（３２ａ）の一端面に一体に突出
形成されている。さらに、回転子（３１）の周方向複数
箇所には、軸方向に長いガイド孔（３１ａ）が形成され
る一方、前記径大嵌合部（３２ａ）の周面には、前記ガ
イド孔（３１ａ）に対応する位置に短柱状のガイドピン
（３２ｂ）が突設されている。そして、前記径大嵌合部
（３２ａ）が、プローブ（３２）を回転子（３１）の端
面から突出させた状態で前記回転子（３１）の内部に嵌
合状態に配置されるとともに、回転子（３１）のガイド
孔（３１ａ）と径大嵌合部（３２ａ）のガイドピン（３
２ｂ）とを係合させた態で、前記径大嵌合部（３２ａ）
と回転子（３１）とは周方向には一体結合状態に、軸方
向には相対移動可能に連結されている。かつ、回転子
（３１）と径大嵌合部（３２ａ）との間には、弾性体と
しての圧縮コイルばね（３３）が介挿されており、プロ
ーブ（３２）が回転子（３１）から退出する方向に、該
コイルばね（３３）によって両者は付勢されている。
回転子（３１）と該回転子の一端面に突出する径小のプ
ローブ（３２）を備えているが、回転子（３１）は有底
筒状の中空体により構成される一方、プローブ（３２）
は円柱状の径大嵌合部（３２ａ）の一端面に一体に突出
形成されている。さらに、回転子（３１）の周方向複数
箇所には、軸方向に長いガイド孔（３１ａ）が形成され
る一方、前記径大嵌合部（３２ａ）の周面には、前記ガ
イド孔（３１ａ）に対応する位置に短柱状のガイドピン
（３２ｂ）が突設されている。そして、前記径大嵌合部
（３２ａ）が、プローブ（３２）を回転子（３１）の端
面から突出させた状態で前記回転子（３１）の内部に嵌
合状態に配置されるとともに、回転子（３１）のガイド
孔（３１ａ）と径大嵌合部（３２ａ）のガイドピン（３
２ｂ）とを係合させた態で、前記径大嵌合部（３２ａ）
と回転子（３１）とは周方向には一体結合状態に、軸方
向には相対移動可能に連結されている。かつ、回転子
（３１）と径大嵌合部（３２ａ）との間には、弾性体と
しての圧縮コイルばね（３３）が介挿されており、プロ
ーブ（３２）が回転子（３１）から退出する方向に、該
コイルばね（３３）によって両者は付勢されている。
【００２９】図４の装置を用いた摩擦撹拌接合では、回
転子（３１）を回転することによりプローブ（３２）も
一体で回転する。この状態で、図５に示すように、径大
嵌合部（３２ａ）を接合部材方向へ押しつけてフローブ
（３２）を回転子（３１）から大きく突出させ、図３に
示したのと同様に摩擦撹拌接合を行っていく。
転子（３１）を回転することによりプローブ（３２）も
一体で回転する。この状態で、図５に示すように、径大
嵌合部（３２ａ）を接合部材方向へ押しつけてフローブ
（３２）を回転子（３１）から大きく突出させ、図３に
示したのと同様に摩擦撹拌接合を行っていく。
【００３０】接合終端部近傍に達すると、回転子（３
１）及びプローブ（３２）の前進を持続しつつプローブ
（３２）への押さえ力を徐々に開放し、圧縮ばねの作用
によりプローブ（３２）を回転子（３１）から徐々に退
出させる。これにより、プローブ（３２）は接合部
（３）から徐々に引き抜かれていき、プローブ（３２）
の通過溝の深さは徐々に浅くなるとともに、この通過溝
に軟化撹拌された素材が徐々に充填されて、やがて、接
合部材（１）（２）の接合終端部に凹部や孔が残存する
ことなくプローブ（３２）は完全に引き抜かれる。
１）及びプローブ（３２）の前進を持続しつつプローブ
（３２）への押さえ力を徐々に開放し、圧縮ばねの作用
によりプローブ（３２）を回転子（３１）から徐々に退
出させる。これにより、プローブ（３２）は接合部
（３）から徐々に引き抜かれていき、プローブ（３２）
の通過溝の深さは徐々に浅くなるとともに、この通過溝
に軟化撹拌された素材が徐々に充填されて、やがて、接
合部材（１）（２）の接合終端部に凹部や孔が残存する
ことなくプローブ（３２）は完全に引き抜かれる。
【００３１】このように、回転子（３１）とプローブ
（３２）とが弾性体（３３）を介して連結された接合装
置（３０）を用いることにより、回転子（３１）とプロ
ーブ（３２）とを回転させる駆動源として共通のものを
用いつつ、プローブ（３２）を回転子（３１）から突出
させる方向の押さえ力の調節だけでプローブ（３２）の
接合部への挿入量を徐々に減少させることができる利点
がある。
（３２）とが弾性体（３３）を介して連結された接合装
置（３０）を用いることにより、回転子（３１）とプロ
ーブ（３２）とを回転させる駆動源として共通のものを
用いつつ、プローブ（３２）を回転子（３１）から突出
させる方向の押さえ力の調節だけでプローブ（３２）の
接合部への挿入量を徐々に減少させることができる利点
がある。
【００３２】なお、以上の実施形態では、接合部材
（１）（２）を重ね合わせて接合する場合を示したが、
突き合わせて接合する場合に、本発明を適用しても良い
のは勿論である。
（１）（２）を重ね合わせて接合する場合を示したが、
突き合わせて接合する場合に、本発明を適用しても良い
のは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、回転する
プローブを接合部位に挿入するとともに、プローブとの
接触部を摩擦熱にて軟化させ撹拌しながら、プローブを
挿入状態で接合部位に沿って相対的に移動させることに
より接合部材を接合する摩擦撹拌接合法において、前記
接合部材の接合終端部に当て部材を連設し、前記挿入状
態のプローブを、接合終端部を通過させ当て部材へと移
動させることを特徴とするものであるから、当て部材に
おけるプローブとの接触軟化部分によってプローブの通
過後に生じる溝を埋めることができ、従って接合部材の
接合終端部に凹部や孔が残存するのを防止することがで
き、強度や見栄えの良い接合部材を提供し得るととも
に、穴や凹部を埋めのための仕上げ加工を不要となしう
る。
プローブを接合部位に挿入するとともに、プローブとの
接触部を摩擦熱にて軟化させ撹拌しながら、プローブを
挿入状態で接合部位に沿って相対的に移動させることに
より接合部材を接合する摩擦撹拌接合法において、前記
接合部材の接合終端部に当て部材を連設し、前記挿入状
態のプローブを、接合終端部を通過させ当て部材へと移
動させることを特徴とするものであるから、当て部材に
おけるプローブとの接触軟化部分によってプローブの通
過後に生じる溝を埋めることができ、従って接合部材の
接合終端部に凹部や孔が残存するのを防止することがで
き、強度や見栄えの良い接合部材を提供し得るととも
に、穴や凹部を埋めのための仕上げ加工を不要となしう
る。
【００３４】また、請求項２に係る発明によれば、当て
板を用いることなく、接合部材の接合終端部に凹部や孔
が残存するのを防止することができる効果がある。
板を用いることなく、接合部材の接合終端部に凹部や孔
が残存するのを防止することができる効果がある。
【００３５】また、この場合、請求項３に係る発明によ
れば、弾性体の弾発力に対する抗力を調節するだけの操
作でプローブの突出量を調節できるから、接合終端部に
おけるプローブの接合部位への挿入深さの漸減制御をよ
り簡単に行い得る利点がある。
れば、弾性体の弾発力に対する抗力を調節するだけの操
作でプローブの突出量を調節できるから、接合終端部に
おけるプローブの接合部位への挿入深さの漸減制御をよ
り簡単に行い得る利点がある。
【図１】この発明の一実施形態を示す断面斜視図であ
る。
る。
【図２】図１の摩擦撹拌接合法に用いる接合部材及び当
て部材の正面断面図である。
て部材の正面断面図である。
【図３】この発明の他の実施形態を示す正面断面図であ
る。
る。
【図４】（ａ）は図３に示した摩擦撹拌接合法に用いる
接合装置の斜視図、（ｂ）は（ａ）のIV−IV線断面図で
ある。
接合装置の斜視図、（ｂ）は（ａ）のIV−IV線断面図で
ある。
【図５】図４の接合装置を用いて摩擦撹拌接合を行って
いる状態の正面断面図である。
いる状態の正面断面図である。
【図６】摩擦撹拌接合方法を説明するための斜視図であ
る。
る。
【図７】従来の摩擦撹拌接合方法の欠点を示す断面斜視
図である。
図である。
１、２…接合部材 ３…接合部 ４…当て部材 １０、２０、３０…接合装置 １１、２１、３１…回転子 １２、２２、３２…プローブ ３３…ばね（弾性体）
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (3)
- 【請求項１】 回転するプローブ（１２）を接合部
（３）に挿入するとともに、プローブ（１２）との接触
部を摩擦熱にて軟化させ撹拌しながら、プローブ（１
２）を挿入状態で接合部（３）に沿って相対的に移動さ
せることにより接合部材（１）（２）を接合する摩擦撹
拌接合法において、 前記接合部材（１）（２）の接合終端部に当て部材
（４）を連設し、前記挿入状態のプローブ（１２）を、
接合終端部を通過させ当て部材（４）へと移動させるこ
とを特徴とする摩擦撹拌接合法。 - 【請求項２】 径大の回転子（２１）と、該回転子（２
１）の長さ方向の一端面から軸線方向に突出する径小の
プローブ（２２）とを備えた接合装置（２０）を用い、
前記回転子（２１）の一端面を接合部材（１）の表面に
当接あるいは近接させるとともに、回転する前記プロー
ブ（２２）を接合部材（１）（２）の接合部（３）に挿
入し、プローブ（２２）との接触部を摩擦熱にて軟化さ
せ撹拌しながら、プローブ（２２）を挿入状態で接合部
（３）に沿って相対的に移動させることにより接合部材
（１）（２）を接合する摩擦撹拌接合法において、 前記プローブ（２２）を前記回転子（２１）の軸線方向
に進退自在に構成するとともに、接合終了時に前記プロ
ーブ（２２）を軸線方向に徐々に退出させることによ
り、プローブ（２２）の接合部（４）への挿入深さを徐
々に減少させることを特徴とする摩擦撹拌接合法。 - 【請求項３】 回転子（３１）とプローブ（３２）と
が、これらを離間させる方向に付勢された弾性体（３
３）を介して連結されてなる請求項２に記載の摩擦撹拌
接合法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9006765A JP3045682B2 (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 摩擦撹拌接合法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9006765A JP3045682B2 (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 摩擦撹拌接合法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10193140A true JPH10193140A (ja) | 1998-07-28 |
| JP3045682B2 JP3045682B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=11647280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9006765A Expired - Fee Related JP3045682B2 (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 摩擦撹拌接合法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3045682B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP1293288A1 (en) * | 2000-03-06 | 2003-03-19 | Hitachi, Ltd. | Friction stir welding method for welding two workpieces along a continuous ring |
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| KR100668705B1 (ko) | 2005-12-26 | 2007-01-16 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 마찰 교반 점 용접장치 |
| FR2900082A1 (fr) * | 2006-04-20 | 2007-10-26 | Eads Europ Aeronautic Defence | Procede de soudage par friction malaxage |
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| DE202010005378U1 (de) | 2010-05-05 | 2011-10-07 | Walter Kraus Gmbh | Stromschiene |
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| WO2021144564A1 (en) * | 2020-01-14 | 2021-07-22 | Bae Systems Plc | Friction stir welding process |
-
1997
- 1997-01-17 JP JP9006765A patent/JP3045682B2/ja not_active Expired - Fee Related
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