JPH1110363A - 摩擦攪拌接合用治具 - Google Patents
摩擦攪拌接合用治具Info
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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
- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 バリの発生を効果的に抑制乃至は阻止して、
優れた継手特性を有する健全な接合部を安定して与え得
る摩擦攪拌接合用治具を提供すること。 【解決手段】 軸心回りに回転せしめられるロッド状の
治具本体１６の先端面１７の中心に、被接合部位に差し
込まれるピン１４を同心的に立設してなる摩擦攪拌接合
用治具において、かかる治具本体１６の先端面１７に、
該ピン１４の周りに位置するように、周溝２２を設けた
ことを特徴とする。
優れた継手特性を有する健全な接合部を安定して与え得
る摩擦攪拌接合用治具を提供すること。 【解決手段】 軸心回りに回転せしめられるロッド状の
治具本体１６の先端面１７の中心に、被接合部位に差し
込まれるピン１４を同心的に立設してなる摩擦攪拌接合
用治具において、かかる治具本体１６の先端面１７に、
該ピン１４の周りに位置するように、周溝２２を設けた
ことを特徴とする。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、摩擦攪拌接合用治具の改良に係
り、特に、バリの発生を抑制して、健全な接合部を有利
に形成することの出来る摩擦攪拌接合用治具に関するも
のである。
り、特に、バリの発生を抑制して、健全な接合部を有利
に形成することの出来る摩擦攪拌接合用治具に関するも
のである。
【０００２】
【背景技術】従来から、アルミニウム若しくはその合金
からなるアルミニウム材料の如き金属材料の複数を突き
合わせ、その突き合わせ部位を接合することによって、
複雑な或いは大型の構造物が製造されてきており、例え
ば、ＴＩＧ、ＭＩＧ等のアーク溶接手法を用いて、目的
とする金属材料の接合が行なわれている。
からなるアルミニウム材料の如き金属材料の複数を突き
合わせ、その突き合わせ部位を接合することによって、
複雑な或いは大型の構造物が製造されてきており、例え
ば、ＴＩＧ、ＭＩＧ等のアーク溶接手法を用いて、目的
とする金属材料の接合が行なわれている。
【０００３】しかしながら、そのようなＴＩＧ、ＭＩＧ
等によるアーク溶接にあっては、金属材料自体の熱膨張
係数が大きいことから、大きな歪みが発生し、それが溶
接物体（構造物）に内在することとなるのであり、ま
た、その溶融物が大気中の酸素と反応して生じる酸化皮
膜が溶接部に悪影響をもたらすようになるところから、
シールドガスとしての不活性ガスの使用が不可欠とされ
ているのである。このため、その溶接現場では、実際
に、歪みや酸化皮膜の発生を防止し、或いはそれを除去
するために、不活性ガスを用いると共に、多大な工数と
熟練技能が必要とされているのである。
等によるアーク溶接にあっては、金属材料自体の熱膨張
係数が大きいことから、大きな歪みが発生し、それが溶
接物体（構造物）に内在することとなるのであり、ま
た、その溶融物が大気中の酸素と反応して生じる酸化皮
膜が溶接部に悪影響をもたらすようになるところから、
シールドガスとしての不活性ガスの使用が不可欠とされ
ているのである。このため、その溶接現場では、実際
に、歪みや酸化皮膜の発生を防止し、或いはそれを除去
するために、不活性ガスを用いると共に、多大な工数と
熟練技能が必要とされているのである。
【０００４】また、かかる従来のイナートガスを用いた
アーク溶接手法に代わる、金属材料の他の接合方法とし
ては、摩擦圧接法、レーザー溶接法、機械的接合法、接
着法等があるが、その施工性や信頼性の面から、或いは
装置コストが高い等の理由から、それらが適用され得る
分野が制限されているのが現状である。中でも、摩擦圧
接法は、古くから利用されている技術であって、接合す
る材料を相対的に高速回転させて、擦り合わせ、発生す
る摩擦熱で接合部が融点に達した時点で、押し付けて、
回転を止める方法であり、バットのグリップの接合等に
おいて実用化されている。しかしながら、そのような摩
擦圧接法も、材料の形状が丸棒やパイプに限られてお
り、板状の金属材料の突き合わせ端部同士の接合には、
利用され難いものであった。
アーク溶接手法に代わる、金属材料の他の接合方法とし
ては、摩擦圧接法、レーザー溶接法、機械的接合法、接
着法等があるが、その施工性や信頼性の面から、或いは
装置コストが高い等の理由から、それらが適用され得る
分野が制限されているのが現状である。中でも、摩擦圧
接法は、古くから利用されている技術であって、接合す
る材料を相対的に高速回転させて、擦り合わせ、発生す
る摩擦熱で接合部が融点に達した時点で、押し付けて、
回転を止める方法であり、バットのグリップの接合等に
おいて実用化されている。しかしながら、そのような摩
擦圧接法も、材料の形状が丸棒やパイプに限られてお
り、板状の金属材料の突き合わせ端部同士の接合には、
利用され難いものであった。
【０００５】ところで、最近、上述の摩擦圧接法と同様
に、摩擦熱を利用して板を突き合わせ接合する方法が、
米国特許第５４６０３１７号明細書や、特表平７−５０
５０９０号公報等において明らかにされている。即ち、
図１に示される如く、接合されるべき２枚の板材２ａ、
２ｂよりも硬い材質のピン４と、それを先端面の中心部
に立設してなるロッド状の治具本体６とからなる回転治
具（所謂ピン型回転工具）を用い、この回転治具、具体
的には治具本体６を高速回転せしめつつ、その先端のピ
ン４を２枚の板材２ａ、２ｂの突き合わせ部８部位に差
し込み、そして相対的に、該突き合わせ部８に沿って移
動せしめることにより、それら回転せしめられるピン４
や治具本体６と板材２ａ、２ｂとの間に摩擦熱を発生せ
しめ、そしてその摩擦熱にて、突き合わせ部８の周辺部
位を塑性加工可能な状態と為し、更にピン４の高速回転
による攪拌作用にて、板材２ａ、２ｂの突き合わせ部位
８の組織を入り交わらせ、以て溶融せしめることなく、
２枚の板材２ａ、２ｂを接合せしめる、所謂摩擦攪拌接
合（Fricton Stir Welding）なる方法である。
に、摩擦熱を利用して板を突き合わせ接合する方法が、
米国特許第５４６０３１７号明細書や、特表平７−５０
５０９０号公報等において明らかにされている。即ち、
図１に示される如く、接合されるべき２枚の板材２ａ、
２ｂよりも硬い材質のピン４と、それを先端面の中心部
に立設してなるロッド状の治具本体６とからなる回転治
具（所謂ピン型回転工具）を用い、この回転治具、具体
的には治具本体６を高速回転せしめつつ、その先端のピ
ン４を２枚の板材２ａ、２ｂの突き合わせ部８部位に差
し込み、そして相対的に、該突き合わせ部８に沿って移
動せしめることにより、それら回転せしめられるピン４
や治具本体６と板材２ａ、２ｂとの間に摩擦熱を発生せ
しめ、そしてその摩擦熱にて、突き合わせ部８の周辺部
位を塑性加工可能な状態と為し、更にピン４の高速回転
による攪拌作用にて、板材２ａ、２ｂの突き合わせ部位
８の組織を入り交わらせ、以て溶融せしめることなく、
２枚の板材２ａ、２ｂを接合せしめる、所謂摩擦攪拌接
合（Fricton Stir Welding）なる方法である。
【０００６】このような摩擦攪拌接合手法によれば、従
来の溶接手法とは異なり、溶加材やシールドガス、開先
加工が不要となるのであり、また酸化膜の除去も不要で
あると共に、溶融接合ではなく、固相接合と考えられる
ものであるところから、入熱が非常に少なく、これによ
って接合部、更にはその周りの組織変化が少なく、低歪
みである特徴を有し、このため、歪みの修正作業も必要
でない等の利点を有している。
来の溶接手法とは異なり、溶加材やシールドガス、開先
加工が不要となるのであり、また酸化膜の除去も不要で
あると共に、溶融接合ではなく、固相接合と考えられる
ものであるところから、入熱が非常に少なく、これによ
って接合部、更にはその周りの組織変化が少なく、低歪
みである特徴を有し、このため、歪みの修正作業も必要
でない等の利点を有している。
【０００７】しかしながら、この摩擦攪拌接合手法にあ
っては、安定した継手特性が得られ難く、実用化には殆
ど至っていないのが、現状である。因みに、上述の如き
摩擦攪拌接合操作によれば、接合部の裏・表面は略平坦
となるはずであるが、実際には、少しの条件のずれ、例
えばピン型回転工具におけるピンの差し込み深さや、接
合されるべき材料の寸法精度等の如何により、突き合わ
せ接合面に、バリが突出して形成されるようになるので
あり、また、材料の寸法精度や拘束状態にバラツキがあ
る場合には、接合面に凹凸が生じたり、ルート部にトン
ネル状の融合不良が発生する等して、静的及び疲労強度
に少なからぬ影響をもたらし、健全な接合部の形成を困
難としているのであり、更には、接合強度の低下や外観
の悪化等の問題も惹起しているのである。
っては、安定した継手特性が得られ難く、実用化には殆
ど至っていないのが、現状である。因みに、上述の如き
摩擦攪拌接合操作によれば、接合部の裏・表面は略平坦
となるはずであるが、実際には、少しの条件のずれ、例
えばピン型回転工具におけるピンの差し込み深さや、接
合されるべき材料の寸法精度等の如何により、突き合わ
せ接合面に、バリが突出して形成されるようになるので
あり、また、材料の寸法精度や拘束状態にバラツキがあ
る場合には、接合面に凹凸が生じたり、ルート部にトン
ネル状の融合不良が発生する等して、静的及び疲労強度
に少なからぬ影響をもたらし、健全な接合部の形成を困
難としているのであり、更には、接合強度の低下や外観
の悪化等の問題も惹起しているのである。
【０００８】
【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景にして為されたものであって、その解決課題とすると
ころは、バリの発生を効果的に抑制乃至は阻止して、優
れた継手特性を有する健全な接合部を安定して与え得る
摩擦攪拌接合用治具を提供することにある。
景にして為されたものであって、その解決課題とすると
ころは、バリの発生を効果的に抑制乃至は阻止して、優
れた継手特性を有する健全な接合部を安定して与え得る
摩擦攪拌接合用治具を提供することにある。
【０００９】
【解決手段】そして、本発明は、そのような課題を解決
するために、軸心回りに回転せしめられるロッド状の治
具本体の先端面の中心に、被接合部位に差し込まれるピ
ンを同心的に立設してなる摩擦攪拌接合用治具におい
て、かかる治具本体の先端面に、該ピンの周りに位置す
るように、周溝を設けたことを特徴とする摩擦攪拌接合
用治具を、その要旨とするものである。
するために、軸心回りに回転せしめられるロッド状の治
具本体の先端面の中心に、被接合部位に差し込まれるピ
ンを同心的に立設してなる摩擦攪拌接合用治具におい
て、かかる治具本体の先端面に、該ピンの周りに位置す
るように、周溝を設けたことを特徴とする摩擦攪拌接合
用治具を、その要旨とするものである。
【００１０】すなわち、このような本発明に従う摩擦攪
拌接合用治具にあっては、被接合部位の表面（突き合わ
せ接合部における表面）に接するロッド状の治具本体の
先端面において、所定の周溝が、ピンの周りに形成され
ているところから、高速回転せしめられるピンによる攪
拌作用にて塑性流動せしめられる材料が、かかる周溝の
存在によって、治具本体の先端面が接する接合領域内に
効果的に押さえ込まれ、以てそのような攪拌材料が、治
具本体の先端面の外周部の外側にバリとして排出される
のを抑制乃至は阻止して、接合部における材料不足に基
づくところの欠陥を有利に解消せしめ得るのである。
拌接合用治具にあっては、被接合部位の表面（突き合わ
せ接合部における表面）に接するロッド状の治具本体の
先端面において、所定の周溝が、ピンの周りに形成され
ているところから、高速回転せしめられるピンによる攪
拌作用にて塑性流動せしめられる材料が、かかる周溝の
存在によって、治具本体の先端面が接する接合領域内に
効果的に押さえ込まれ、以てそのような攪拌材料が、治
具本体の先端面の外周部の外側にバリとして排出される
のを抑制乃至は阻止して、接合部における材料不足に基
づくところの欠陥を有利に解消せしめ得るのである。
【００１１】なお、かくの如き本発明に従う摩擦攪拌接
合用治具において、有利には、前記周溝は、次式：０．
５Ｒ≦ｒ≦０．９５Ｒ（但し、ｒは周溝の内側直径であ
り、Ｒは治具本体の直径である）を満足するように、前
記治具本体の先端面に設けられたり、また、０．０２５
Ｒ〜０．２５Ｒ（但し、Ｒは治具本体の直径である）の
範囲内の溝幅：ｗを有するものとされ、更には、０．０
１Ｌ〜０．３３Ｌ（但し、Ｌはピンの長さである）の範
囲内の溝深さ：ｄを有するものとされ、これによって、
より一層優れた接合特性を備えた接合部を形成すること
が可能となるのである。
合用治具において、有利には、前記周溝は、次式：０．
５Ｒ≦ｒ≦０．９５Ｒ（但し、ｒは周溝の内側直径であ
り、Ｒは治具本体の直径である）を満足するように、前
記治具本体の先端面に設けられたり、また、０．０２５
Ｒ〜０．２５Ｒ（但し、Ｒは治具本体の直径である）の
範囲内の溝幅：ｗを有するものとされ、更には、０．０
１Ｌ〜０．３３Ｌ（但し、Ｌはピンの長さである）の範
囲内の溝深さ：ｄを有するものとされ、これによって、
より一層優れた接合特性を備えた接合部を形成すること
が可能となるのである。
【００１２】
【発明の実施の形態】ところで、摩擦攪拌接合は、例え
ば、図２に示される如く、接合せしめられるべき２つの
板状の金属材料１２ａ、１２ｂを突き合わせた状態にお
いて拘束し、それらの被接合部位たる突き合わせ部１８
に対して、回転治具（ピン型回転工具）２０を構成する
ロッド状の治具本体１６の先端面の中心に同心的に立設
されてなるピン１４を、高速回転せしめつつ差し込み
（突き刺し）、そして該突き合わせ部１８に沿って（図
２において紙面に垂直な方向に）相対的に移動せしめる
ことにより、そのようなピン１４、更には治具本体１６
の下部、所謂肩部（ショルダー部）の下面（先端面）と
の接触面において摩擦熱を発生させ、以てその周囲を可
塑化せしめ、更には、ピン１４の高速回転に伴う攪拌作
用にて、板状の金属材料１２ａ、１２ｂの突き合わせ部
１８の組織を入り交り合わせ、以て接合部を形成するも
のである。このため、回転治具２０におけるピン１４や
治具本体１６の下部は、板状の金属材料１２ａ、１２ｂ
に高速回転下に接触せしめられても殆ど損耗することの
ない材質からなる非消費型の部材とされているのであ
り、また、そのような回転治具２０の高速回転は、公知
の各種の回転駆動装置を用いて実現されることとなる。
ば、図２に示される如く、接合せしめられるべき２つの
板状の金属材料１２ａ、１２ｂを突き合わせた状態にお
いて拘束し、それらの被接合部位たる突き合わせ部１８
に対して、回転治具（ピン型回転工具）２０を構成する
ロッド状の治具本体１６の先端面の中心に同心的に立設
されてなるピン１４を、高速回転せしめつつ差し込み
（突き刺し）、そして該突き合わせ部１８に沿って（図
２において紙面に垂直な方向に）相対的に移動せしめる
ことにより、そのようなピン１４、更には治具本体１６
の下部、所謂肩部（ショルダー部）の下面（先端面）と
の接触面において摩擦熱を発生させ、以てその周囲を可
塑化せしめ、更には、ピン１４の高速回転に伴う攪拌作
用にて、板状の金属材料１２ａ、１２ｂの突き合わせ部
１８の組織を入り交り合わせ、以て接合部を形成するも
のである。このため、回転治具２０におけるピン１４や
治具本体１６の下部は、板状の金属材料１２ａ、１２ｂ
に高速回転下に接触せしめられても殆ど損耗することの
ない材質からなる非消費型の部材とされているのであ
り、また、そのような回転治具２０の高速回転は、公知
の各種の回転駆動装置を用いて実現されることとなる。
【００１３】本発明は、このような回転治具（ピン型回
転工具）２０において、ロッド状治具本体１６の先端面
の中心に同心的に設けられたピン１４の周りに位置する
ように、所定の周溝を、かかる治具本体１６の先端面に
設けたことを特徴とするものであって、その一例が、図
３に示されている。
転工具）２０において、ロッド状治具本体１６の先端面
の中心に同心的に設けられたピン１４の周りに位置する
ように、所定の周溝を、かかる治具本体１６の先端面に
設けたことを特徴とするものであって、その一例が、図
３に示されている。
【００１４】すなわち、かかる図３に示される例にあっ
ては、ロッド状の治具本体１６の下端面たる先端面１７
において、その外周縁部側に位置するように、Ｖ字型断
面形状の周溝２２が該外周縁部に沿って設けられてお
り、かかる先端面１７の中心部に立設された所定高さの
ピン１４の周りに配置せしめられているのである。
ては、ロッド状の治具本体１６の下端面たる先端面１７
において、その外周縁部側に位置するように、Ｖ字型断
面形状の周溝２２が該外周縁部に沿って設けられてお
り、かかる先端面１７の中心部に立設された所定高さの
ピン１４の周りに配置せしめられているのである。
【００１５】そして、このような治具本体１６の接合部
に接する先端面１７に設けられた周溝２２の存在によっ
て、そのような先端面１７の外側にバリとして排出され
ようとする塑性流動せる材料を、接合部の領域に効果的
に押さえ込むことが出来ることとなり、以て接合部にお
ける材料不足の問題の発生を効果的に解消し得たのであ
り、加えて、バリの発生の抑制乃至は阻止によって、接
合面の特性や強度等の接合特性も、著しく高められ得る
こととなるのである。
に接する先端面１７に設けられた周溝２２の存在によっ
て、そのような先端面１７の外側にバリとして排出され
ようとする塑性流動せる材料を、接合部の領域に効果的
に押さえ込むことが出来ることとなり、以て接合部にお
ける材料不足の問題の発生を効果的に解消し得たのであ
り、加えて、バリの発生の抑制乃至は阻止によって、接
合面の特性や強度等の接合特性も、著しく高められ得る
こととなるのである。
【００１６】なお、かかる周溝２２の断面形状として
は、例示の如きＶ字型断面形状のみならず、Ｕ字型断面
形状であっても、更には円弧状や矩形の断面形状等、各
種の断面形状を採用することが可能である。
は、例示の如きＶ字型断面形状のみならず、Ｕ字型断面
形状であっても、更には円弧状や矩形の断面形状等、各
種の断面形状を採用することが可能である。
【００１７】そして、そのような周溝２２は、ピン１４
の周りに位置するように、換言すればピン１４を中心に
して円形形状を呈するように、有利には、次式：０．５
Ｒ≦ｒ≦０．９５Ｒ（但し、ｒは周溝２２の内側直径で
あり、Ｒは治具本体１６の直径である）を満足するよう
にして、治具本体１６の先端面１７に設けられることが
望ましいのである。
の周りに位置するように、換言すればピン１４を中心に
して円形形状を呈するように、有利には、次式：０．５
Ｒ≦ｒ≦０．９５Ｒ（但し、ｒは周溝２２の内側直径で
あり、Ｒは治具本体１６の直径である）を満足するよう
にして、治具本体１６の先端面１７に設けられることが
望ましいのである。
【００１８】けだし、治具本体１６の先端面１７から外
側に、塑性流動した材料がバリとして排出されるのを効
果的に抑制するには、そのような周溝２２は、該周溝２
２よりも径方向外側に先端面１７が可及的に存在しない
ように、かかる先端面１７の外周縁部側に近接して配置
せしめることが望ましいからであり、従って、かかるｒ
が０．５Ｒよりも小さな値となる、ピン１４に近接配置
せしめられた状態下においては、周溝２２は必然的に大
きくなり、そのために攪拌された材料の多くが周溝２２
内に移動してしまい、接合部が充分に埋まらないところ
から、接合部に空洞状の欠陥が生じる等の問題を惹起す
ることとなるのであり、また、０．９５Ｒを越えるよう
な、先端面１７の外周縁に余りにも近接して配置せしめ
る場合にあっては、必然的に、周溝２２自体が小さくな
り、そのために先端面１７が平坦な場合と殆ど変わら
ず、周溝２２の配設による効果が小さくなる。
側に、塑性流動した材料がバリとして排出されるのを効
果的に抑制するには、そのような周溝２２は、該周溝２
２よりも径方向外側に先端面１７が可及的に存在しない
ように、かかる先端面１７の外周縁部側に近接して配置
せしめることが望ましいからであり、従って、かかるｒ
が０．５Ｒよりも小さな値となる、ピン１４に近接配置
せしめられた状態下においては、周溝２２は必然的に大
きくなり、そのために攪拌された材料の多くが周溝２２
内に移動してしまい、接合部が充分に埋まらないところ
から、接合部に空洞状の欠陥が生じる等の問題を惹起す
ることとなるのであり、また、０．９５Ｒを越えるよう
な、先端面１７の外周縁に余りにも近接して配置せしめ
る場合にあっては、必然的に、周溝２２自体が小さくな
り、そのために先端面１７が平坦な場合と殆ど変わら
ず、周溝２２の配設による効果が小さくなる。
【００１９】なお、上述せるように、周溝２２よりも径
方向外側に先端面１７が存在しないようにする（周溝２
２の外側直径：２ｗ＋ｒと治具本体１６の直径：Ｒとが
一致する）ことが望ましいのであるが、実際には、それ
を実現することは難しく、一般にｒ＋２ｗ＜Ｒとなっ
て、ある程度の幅において先端面１７が周溝２２の径方
向外側に残存することとなる。
方向外側に先端面１７が存在しないようにする（周溝２
２の外側直径：２ｗ＋ｒと治具本体１６の直径：Ｒとが
一致する）ことが望ましいのであるが、実際には、それ
を実現することは難しく、一般にｒ＋２ｗ＜Ｒとなっ
て、ある程度の幅において先端面１７が周溝２２の径方
向外側に残存することとなる。
【００２０】また、周溝２２の溝幅：ｗは、本発明の好
ましい態様によれば、０．０２５Ｒ〜０．２５Ｒの範囲
内となるようにされることが望ましく、これによって、
外部にバリとして排出される塑性流動した材料が、その
ような周溝２２内に効果的に保持されるようになるので
ある。特に、このような溝幅：ｗにおいて、前記ｒとＲ
の関係式を満たすように、周溝２２が先端面１７の外周
縁部側に設けられていることが望ましく、これによっ
て、バリの発生をより一層有利に阻止せしめることが可
能となる。
ましい態様によれば、０．０２５Ｒ〜０．２５Ｒの範囲
内となるようにされることが望ましく、これによって、
外部にバリとして排出される塑性流動した材料が、その
ような周溝２２内に効果的に保持されるようになるので
ある。特に、このような溝幅：ｗにおいて、前記ｒとＲ
の関係式を満たすように、周溝２２が先端面１７の外周
縁部側に設けられていることが望ましく、これによっ
て、バリの発生をより一層有利に阻止せしめることが可
能となる。
【００２１】さらに、本発明に従う周溝２２は、有利に
は、０．０１Ｌ〜０．３３Ｌ（但し、Ｌはピン１４の軸
方向における長さである）の範囲内の溝深さ：ｄを有し
ていることが望ましいのである。この溝深さ：ｄが０．
０１Ｌ未満の場合には、攪拌される材料の押さえ込み効
果を充分に発揮せしめることが困難となり、先端面１７
が平坦な場合と殆ど変わらず、充分な効果を奏し得ず、
また、０．３３Ｌを越えるようになると、攪拌された材
料の多くが周溝２２内に移動してしまい、接合部が充分
に埋まらないために、接合部に空洞状の欠陥が惹起され
る等の問題を生じるからである。
は、０．０１Ｌ〜０．３３Ｌ（但し、Ｌはピン１４の軸
方向における長さである）の範囲内の溝深さ：ｄを有し
ていることが望ましいのである。この溝深さ：ｄが０．
０１Ｌ未満の場合には、攪拌される材料の押さえ込み効
果を充分に発揮せしめることが困難となり、先端面１７
が平坦な場合と殆ど変わらず、充分な効果を奏し得ず、
また、０．３３Ｌを越えるようになると、攪拌された材
料の多くが周溝２２内に移動してしまい、接合部が充分
に埋まらないために、接合部に空洞状の欠陥が惹起され
る等の問題を生じるからである。
【００２２】そして、本発明にあっては、かくの如き構
成の摩擦攪拌接合用治具（回転治具２０）を用いて、目
的とする板状の金属材料１２ａ、１２ｂの接合を行なう
ものであるが、その摩擦攪拌接合操作は公知の如くして
行なわれ得、具体的には、ピン１４を、治具本体１６と
共に一体的に高速回転せしめつつ、それら板状の金属材
料１２ａ、１２ｂの被接合部位たる突き合わせ部１８に
対して差し込み、そして相対的に移動せしめることによ
って、かかる突き合わせ部１８に沿って接合部を形成す
るものであり、以てバリの発生が効果的に抑制された、
接合特性に優れた健全な接合部を、安定して実現し得た
のである。
成の摩擦攪拌接合用治具（回転治具２０）を用いて、目
的とする板状の金属材料１２ａ、１２ｂの接合を行なう
ものであるが、その摩擦攪拌接合操作は公知の如くして
行なわれ得、具体的には、ピン１４を、治具本体１６と
共に一体的に高速回転せしめつつ、それら板状の金属材
料１２ａ、１２ｂの被接合部位たる突き合わせ部１８に
対して差し込み、そして相対的に移動せしめることによ
って、かかる突き合わせ部１８に沿って接合部を形成す
るものであり、以てバリの発生が効果的に抑制された、
接合特性に優れた健全な接合部を、安定して実現し得た
のである。
【００２３】なお、以上の説明においては、接合される
べき２つの金属材料１２ａ、１２ｂとして、その突き合
わせ接合される板状部分のみが例示されているが、それ
ら金属材料の他の部分は、よく知られているように、各
種の形状において構成され得るものであり、単なる全体
が板状形状を呈するものの他、リブや脚部が立設せしめ
られたり、箱型形状と為されたりしたもの等の接合に
も、本発明が適用され得るものであることは、言うまで
もないところである。そして、そのような金属材料１２
ａ、１２ｂの接合されるべき板状部分の厚さは、一般に
０．５〜１５ｍｍ程度とされるのである。また、接合さ
れるべき材料（１２ａ、１２ｂ）の材質としても、摩擦
攪拌接合の適用され得る公知の材質の何れもが、採用さ
れ得るものであるが、一般に金属材料、中でもアルミニ
ウム若しくはアルミニウム合金からなるアルミニウム材
料の接合に、本発明に従う摩擦攪拌接合用治具が、有利
に採用されることとなる。
べき２つの金属材料１２ａ、１２ｂとして、その突き合
わせ接合される板状部分のみが例示されているが、それ
ら金属材料の他の部分は、よく知られているように、各
種の形状において構成され得るものであり、単なる全体
が板状形状を呈するものの他、リブや脚部が立設せしめ
られたり、箱型形状と為されたりしたもの等の接合に
も、本発明が適用され得るものであることは、言うまで
もないところである。そして、そのような金属材料１２
ａ、１２ｂの接合されるべき板状部分の厚さは、一般に
０．５〜１５ｍｍ程度とされるのである。また、接合さ
れるべき材料（１２ａ、１２ｂ）の材質としても、摩擦
攪拌接合の適用され得る公知の材質の何れもが、採用さ
れ得るものであるが、一般に金属材料、中でもアルミニ
ウム若しくはアルミニウム合金からなるアルミニウム材
料の接合に、本発明に従う摩擦攪拌接合用治具が、有利
に採用されることとなる。
【００２４】
【実施例】以下に、本発明の実施例を示し、本発明を更
に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、その
ような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるも
のでないことは、言うまでもないところである。また、
本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具
体的構成以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにお
いて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改
良等を加え得るものであることが、理解されるべきであ
る。
に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、その
ような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるも
のでないことは、言うまでもないところである。また、
本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具
体的構成以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにお
いて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改
良等を加え得るものであることが、理解されるべきであ
る。
【００２５】先ず、板厚（ｔ）が４ｍｍである、幅：５
００ｍｍ、長さ：５０００ｍｍのアルミニウム押出形材
（６Ｎ０１−Ｔ５形材）を準備した。次いで、そのよう
な押出形材の２つを、幅方向に突き合わせ、図２に示さ
れる如き形態において、図３に示される如き周溝２２を
下記表１に示される条件にて先端面１７に設けた治具本
体１６を有する各種の回転治具２０を用いて、それを高
速回転させつつ、ピン１４をそれらの突き合わせ部（１
８）に差し込み、そして該突き合わせ部に沿って移動せ
しめることにより、摩擦攪拌接合を行なった。なお、何
れの回転治具２０においても、ピン１４の長さ：Ｌ＝
３．７ｍｍ、ピン１４の先端径＝５．０ｍｍ、治具本体
１６の直径：Ｒ＝１５ｍｍとすると共に、回転数：１０
００ｒｐｍ、接合（移動）速度：３００ｍｍ／分の摩擦
攪拌接合条件を採用した。
００ｍｍ、長さ：５０００ｍｍのアルミニウム押出形材
（６Ｎ０１−Ｔ５形材）を準備した。次いで、そのよう
な押出形材の２つを、幅方向に突き合わせ、図２に示さ
れる如き形態において、図３に示される如き周溝２２を
下記表１に示される条件にて先端面１７に設けた治具本
体１６を有する各種の回転治具２０を用いて、それを高
速回転させつつ、ピン１４をそれらの突き合わせ部（１
８）に差し込み、そして該突き合わせ部に沿って移動せ
しめることにより、摩擦攪拌接合を行なった。なお、何
れの回転治具２０においても、ピン１４の長さ：Ｌ＝
３．７ｍｍ、ピン１４の先端径＝５．０ｍｍ、治具本体
１６の直径：Ｒ＝１５ｍｍとすると共に、回転数：１０
００ｒｐｍ、接合（移動）速度：３００ｍｍ／分の摩擦
攪拌接合条件を採用した。
【００２６】かくして得られた、それぞれの回転治具に
対応するアルミニウム押出形材の、各種接合材における
接合部の引張試験を行ない、それぞれの引張強さを測定
すると共に、ＪＩＳ−Ｚ−３１２４に準拠して曲げ試験
を行ない、その試験後の各接合部の欠陥率、即ち、試験
本数中の割れ発生本数の百分率を求め、それらの結果
を、下記表１に併せ示した。また、比較のために、治具
本体１６の先端面１７に周溝２２を設けていない回転治
具を用いて摩擦攪拌接合せしめてなる接合材について
も、その接合部の引張強さ及び欠陥率を求め、比較例と
して、下記表１に示すと共に、更に、通常のＭＩＧ溶接
して得られた接合材の接合部における引張強さと欠陥率
の結果も、下記表１に示した。
対応するアルミニウム押出形材の、各種接合材における
接合部の引張試験を行ない、それぞれの引張強さを測定
すると共に、ＪＩＳ−Ｚ−３１２４に準拠して曲げ試験
を行ない、その試験後の各接合部の欠陥率、即ち、試験
本数中の割れ発生本数の百分率を求め、それらの結果
を、下記表１に併せ示した。また、比較のために、治具
本体１６の先端面１７に周溝２２を設けていない回転治
具を用いて摩擦攪拌接合せしめてなる接合材について
も、その接合部の引張強さ及び欠陥率を求め、比較例と
して、下記表１に示すと共に、更に、通常のＭＩＧ溶接
して得られた接合材の接合部における引張強さと欠陥率
の結果も、下記表１に示した。
【００２７】
【表１】
【００２８】かかる表１の結果からも明らかな如く、接
合前のアルミニウム押出形材の引張強さが２５０ＭＰａ
であることを考えると、本発明に従って、治具本体１６
の先端面１７に、所定の周溝２２を設けてなる回転治具
２０を用いて、摩擦攪拌接合して得られた実施例１〜６
に係る接合材にあっては、何れも、その引張強度が高
く、また接合部の欠陥率においても優れていることが認
められるのに対して、周溝２２を設けていない回転治具
を用いた比較例の場合や、ＭＩＧ溶接にて得られた接合
材にあっては、引張強度が低く、更に比較例の接合材に
あっては、接合部の欠陥率も高く、健全な接合部を安定
して得ることが出来ないことは、明らかである。
合前のアルミニウム押出形材の引張強さが２５０ＭＰａ
であることを考えると、本発明に従って、治具本体１６
の先端面１７に、所定の周溝２２を設けてなる回転治具
２０を用いて、摩擦攪拌接合して得られた実施例１〜６
に係る接合材にあっては、何れも、その引張強度が高
く、また接合部の欠陥率においても優れていることが認
められるのに対して、周溝２２を設けていない回転治具
を用いた比較例の場合や、ＭＩＧ溶接にて得られた接合
材にあっては、引張強度が低く、更に比較例の接合材に
あっては、接合部の欠陥率も高く、健全な接合部を安定
して得ることが出来ないことは、明らかである。
【００２９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に従う摩擦攪拌接合用治具によれば、治具本体の先端面
に設けられた周溝の存在によって、攪拌されて塑性流動
する材料が治具本体の外側にバリとして排出されるのが
効果的に抑制乃至は阻止され、以て接合部において材料
不足に基づくところの欠陥の発生が効果的に阻止され得
ることとなり、優れた継手特性を有する健全な接合部
が、安定して得られることとなったのであり、そこに、
本発明の大きな技術的意義が存するのである。
に従う摩擦攪拌接合用治具によれば、治具本体の先端面
に設けられた周溝の存在によって、攪拌されて塑性流動
する材料が治具本体の外側にバリとして排出されるのが
効果的に抑制乃至は阻止され、以て接合部において材料
不足に基づくところの欠陥の発生が効果的に阻止され得
ることとなり、優れた継手特性を有する健全な接合部
が、安定して得られることとなったのであり、そこに、
本発明の大きな技術的意義が存するのである。
【図１】従来の摩擦攪拌接合方法を示す説明図である。
【図２】摩擦攪拌接合操作における接合材料と回転治具
との配置関係を示す説明図である。
との配置関係を示す説明図である。
【図３】本発明に従う摩擦攪拌接合用治具の一例を示す
縦断面説明図である。
縦断面説明図である。
２ａ、２ｂ 板材 ４、１４ ピン ６、１６ 治具本体 ８、１８ 突き合わ
せ部 １２ａ、１２ｂ 金属材料 １７ 先端面 ２０ 回転治具 ２２ 周溝
せ部 １２ａ、１２ｂ 金属材料 １７ 先端面 ２０ 回転治具 ２２ 周溝
Claims (4)
- 【請求項１】 軸心回りに回転せしめられるロッド状の
治具本体の先端面の中心に、被接合部位に差し込まれる
ピンを同心的に立設してなる摩擦攪拌接合用治具におい
て、かかる治具本体の先端面に、該ピンの周りに位置す
るように、周溝を設けたことを特徴とする摩擦攪拌接合
用治具。 - 【請求項２】 前記周溝が、次式：０．５Ｒ≦ｒ≦０．
９５Ｒ（但し、ｒは周溝の内側直径であり、Ｒは治具本
体の直径である）を満足するように、前記治具本体の先
端面に設けられている請求項１記載の摩擦攪拌接合用治
具。 - 【請求項３】 前記周溝が、０．０２５Ｒ〜０．２５Ｒ
（但し、Ｒは治具本体の直径である）の範囲内の溝幅：
ｗを有している請求項１または請求項２記載の摩擦攪拌
接合用治具。 - 【請求項４】 前記周溝が、０．０１Ｌ〜０．３３Ｌ
（但し、Ｌはピンの長さである）の範囲内の溝深さ：ｄ
を有している請求項１乃至請求項３の何れかに記載の摩
擦攪拌接合用治具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16831197A JP3283439B2 (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | 摩擦攪拌接合用治具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16831197A JP3283439B2 (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | 摩擦攪拌接合用治具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1110363A true JPH1110363A (ja) | 1999-01-19 |
| JP3283439B2 JP3283439B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=15865683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16831197A Expired - Fee Related JP3283439B2 (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | 摩擦攪拌接合用治具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3283439B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6352193B1 (en) | 2000-08-01 | 2002-03-05 | General Electric Company | Apparatus for joining electrically conductive materials |
| WO2002024393A1 (en) * | 2000-09-21 | 2002-03-28 | Showa Denko K.K. | Friction agitation joining tool, friction agitation joining method and joined member manufacturing method |
| JP2002096183A (ja) * | 2000-09-21 | 2002-04-02 | Showa Denko Kk | 摩擦撹拌接合用接合工具及び摩擦撹拌接合法 |
| WO2004090194A1 (ja) * | 2003-04-03 | 2004-10-21 | Kobelco Research Institute, Inc. | スパッタリングターゲットおよびその製造方法 |
| JP2005015915A (ja) * | 2003-06-05 | 2005-01-20 | Showa Denko Kk | スパッタリングターゲットおよびその製造方法 |
| WO2005059198A1 (ja) * | 2003-12-18 | 2005-06-30 | Mitsui Mining & Smelting Co.,Ltd. | アルミニウム系ターゲット及びその製造方法 |
| US7360677B2 (en) | 2003-12-05 | 2008-04-22 | Mazda Motor Corporation | Spot joining method of metal members and spot joining apparatus of metal members |
| GB2427846B (en) * | 2004-04-30 | 2009-04-15 | Tokyu Car Corp | Method of connecting metal material |
-
1997
- 1997-06-25 JP JP16831197A patent/JP3283439B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6352193B1 (en) | 2000-08-01 | 2002-03-05 | General Electric Company | Apparatus for joining electrically conductive materials |
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| US6915939B2 (en) | 2000-09-21 | 2005-07-12 | Showa Denko K.K. | Friction agitation joining tool |
| WO2004090194A1 (ja) * | 2003-04-03 | 2004-10-21 | Kobelco Research Institute, Inc. | スパッタリングターゲットおよびその製造方法 |
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| US7360677B2 (en) | 2003-12-05 | 2008-04-22 | Mazda Motor Corporation | Spot joining method of metal members and spot joining apparatus of metal members |
| WO2005059198A1 (ja) * | 2003-12-18 | 2005-06-30 | Mitsui Mining & Smelting Co.,Ltd. | アルミニウム系ターゲット及びその製造方法 |
| JPWO2005059198A1 (ja) * | 2003-12-18 | 2007-07-12 | 日本軽金属株式会社 | アルミニウム系ターゲット及びその製造方法 |
| KR100762815B1 (ko) | 2003-12-18 | 2007-10-02 | 미쓰이 긴조꾸 고교 가부시키가이샤 | 알루미늄계 타깃 |
| JP4743609B2 (ja) * | 2003-12-18 | 2011-08-10 | 日本軽金属株式会社 | アルミニウム系ターゲット及びその製造方法 |
| GB2427846B (en) * | 2004-04-30 | 2009-04-15 | Tokyu Car Corp | Method of connecting metal material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3283439B2 (ja) | 2002-05-20 |
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