JPH11226755A - アルミニウム系押出形材の摩擦攪拌接合方法および摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材 - Google Patents
アルミニウム系押出形材の摩擦攪拌接合方法および摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材Info
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- JPH11226755A JPH11226755A JP10030110A JP3011098A JPH11226755A JP H11226755 A JPH11226755 A JP H11226755A JP 10030110 A JP10030110 A JP 10030110A JP 3011098 A JP3011098 A JP 3011098A JP H11226755 A JPH11226755 A JP H11226755A
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- 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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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/04—Tubular or hollow articles
- B23K2101/045—Hollow panels
Abstract
(57)【要約】
【課題】 押出形材のリブ外面同士の突合わせ接合
に際し、突合わせ部上部のリブの変形及び／又はリブ最
小厚み部の座屈、リブ外面間間隙の発生に起因する接合
部欠陥の発生のないアルミニウム系押出形材の摩擦攪拌
接合方法と摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材の提
供を課題とする。 【解決手段】 予定の接合深さh(mm) におけるリブ外面
突合わせ部２上部に押し込まれる攪拌ピン４の外面とリ
ブ内周面１as、１bsとの最短距離ｗ1 が、０．６mm以
上、好ましくは１．２mm以上となるように、また最小厚
み部のリブ厚みｗ2が、ｗ2A＝｛(F×H)／(1439×D)｝
3/2／2 以上及びｗ2B＝F／/(2×Ｄ×σ0.2)以上｛但
し、F;押圧力(kgf),H;押出形材垂直高さ(mm), σ0.2;耐
力(kgf/mm2) ｝となるように、アルミニウム系押出形材
を予め形成し、かつ、摩擦攪拌接合を行うことを解決手
段とする。
に際し、突合わせ部上部のリブの変形及び／又はリブ最
小厚み部の座屈、リブ外面間間隙の発生に起因する接合
部欠陥の発生のないアルミニウム系押出形材の摩擦攪拌
接合方法と摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材の提
供を課題とする。 【解決手段】 予定の接合深さh(mm) におけるリブ外面
突合わせ部２上部に押し込まれる攪拌ピン４の外面とリ
ブ内周面１as、１bsとの最短距離ｗ1 が、０．６mm以
上、好ましくは１．２mm以上となるように、また最小厚
み部のリブ厚みｗ2が、ｗ2A＝｛(F×H)／(1439×D)｝
3/2／2 以上及びｗ2B＝F／/(2×Ｄ×σ0.2)以上｛但
し、F;押圧力(kgf),H;押出形材垂直高さ(mm), σ0.2;耐
力(kgf/mm2) ｝となるように、アルミニウム系押出形材
を予め形成し、かつ、摩擦攪拌接合を行うことを解決手
段とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム及び
アルミニウム合金等のアルミニウム系押出形材の摩擦攪
拌接合方法および摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形
材に関する。
アルミニウム合金等のアルミニウム系押出形材の摩擦攪
拌接合方法および摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形
材に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム及びアルミニウム合金等の
アルミニウム系押出形材の突合わせ溶接方法としては、
ＴＩＧ溶接法またはＭＩＧ溶接法が一般に用いられてい
る。しかし、これらの溶接方法では溶接部近傍に大きな
溶接変形が生じるために、溶接完了後に変形の矯正が行
われている。このような溶接変形を軽減する方法として
レーザ溶接法があるが、この方法では溶接部に欠陥が発
生しやすいという欠点が有るためその使用が一般化され
ていない。
アルミニウム系押出形材の突合わせ溶接方法としては、
ＴＩＧ溶接法またはＭＩＧ溶接法が一般に用いられてい
る。しかし、これらの溶接方法では溶接部近傍に大きな
溶接変形が生じるために、溶接完了後に変形の矯正が行
われている。このような溶接変形を軽減する方法として
レーザ溶接法があるが、この方法では溶接部に欠陥が発
生しやすいという欠点が有るためその使用が一般化され
ていない。
【０００３】上記のような問題を解決する方法として、
凹面または平面の円形底面の中央部から下方に突出する
攪拌ピンを備えたプローブの、前記攪拌ピンを突合わせ
部の被接合部材の中に回転させつつ押し込み、前記凹面
または平面の円形底面を突合わせ部近傍の被接合部材上
面に押圧しながら、前記プローブを回転しつつ突合わせ
ラインに沿って移動させることにより、前記の被接合部
材を接合する摩擦攪拌接合方法が、特表平７−５０５０
９０号公報や特表平９−５０８０７３号公報等に提案さ
れている。
凹面または平面の円形底面の中央部から下方に突出する
攪拌ピンを備えたプローブの、前記攪拌ピンを突合わせ
部の被接合部材の中に回転させつつ押し込み、前記凹面
または平面の円形底面を突合わせ部近傍の被接合部材上
面に押圧しながら、前記プローブを回転しつつ突合わせ
ラインに沿って移動させることにより、前記の被接合部
材を接合する摩擦攪拌接合方法が、特表平７−５０５０
９０号公報や特表平９−５０８０７３号公報等に提案さ
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記の摩擦攪拌接合方
法によれば、平板材等一般のアルミニウム系材料の接合
においては上記の問題を解決できるものの、中空、Ｃ字
型やＬ字型等の断面形状のアルミニウム系押出形材のリ
ブ外面等を相互に突合わせ・接触させて行う突合わせ接
合においては、被接合部材上面に摩擦攪拌接合用プロー
ブにより付加される垂直押圧力により垂直リブ部の変形
・座屈、あるいは接合部近傍のリブの変形による接合部
欠陥等の発生の問題があり、上記摩擦攪拌接合方法の適
用は困難であった。
法によれば、平板材等一般のアルミニウム系材料の接合
においては上記の問題を解決できるものの、中空、Ｃ字
型やＬ字型等の断面形状のアルミニウム系押出形材のリ
ブ外面等を相互に突合わせ・接触させて行う突合わせ接
合においては、被接合部材上面に摩擦攪拌接合用プロー
ブにより付加される垂直押圧力により垂直リブ部の変形
・座屈、あるいは接合部近傍のリブの変形による接合部
欠陥等の発生の問題があり、上記摩擦攪拌接合方法の適
用は困難であった。
【０００５】本発明は、上記の従来技術の問題点を解消
し、リブ最小厚み部の変形・座屈、あるいは接合部近傍
のリブの変形による接合部欠陥等の発生の生じることの
ない、中空、Ｃ字型やＬ字型等の断面形状のアルミニウ
ム系押出形材の摩擦攪拌接合方法の提供を第１の課題と
し、該摩擦攪拌接合方法の適用に適した摩擦攪拌接合用
アルミニウム系押出形材の提供を第２の課題とする。
し、リブ最小厚み部の変形・座屈、あるいは接合部近傍
のリブの変形による接合部欠陥等の発生の生じることの
ない、中空、Ｃ字型やＬ字型等の断面形状のアルミニウ
ム系押出形材の摩擦攪拌接合方法の提供を第１の課題と
し、該摩擦攪拌接合方法の適用に適した摩擦攪拌接合用
アルミニウム系押出形材の提供を第２の課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記第１の課
題を解決するために、アルミニウム系押出形材のリブの
外面同士を突合わせて突合わせ部を形成し、凹面または
平面の円形底面の中央部から下方に突出する攪拌ピンを
備えたプローブの、前記攪拌ピンを突合わせ部の押出形
材上部の中に回転させつつ押し込み、前記凹面または平
面の円形底面を突合わせ部近傍の押出形材上面に押圧し
ながら、前記プローブを回転しつつ突合わせラインに沿
って移動させることにより、突合わせ部の押出形材上部
を接合するアルミニウム系押出形材の摩擦攪拌接合方法
を、前記突合わせ部の押出形材上部の中に押し込まれる
前記攪拌ピンの外面と該押出形材のリブ内周面との間の
最短距離ｗ1 を０．６mm以上に保つこと、を特徴とする
ように構成したものである。
題を解決するために、アルミニウム系押出形材のリブの
外面同士を突合わせて突合わせ部を形成し、凹面または
平面の円形底面の中央部から下方に突出する攪拌ピンを
備えたプローブの、前記攪拌ピンを突合わせ部の押出形
材上部の中に回転させつつ押し込み、前記凹面または平
面の円形底面を突合わせ部近傍の押出形材上面に押圧し
ながら、前記プローブを回転しつつ突合わせラインに沿
って移動させることにより、突合わせ部の押出形材上部
を接合するアルミニウム系押出形材の摩擦攪拌接合方法
を、前記突合わせ部の押出形材上部の中に押し込まれる
前記攪拌ピンの外面と該押出形材のリブ内周面との間の
最短距離ｗ1 を０．６mm以上に保つこと、を特徴とする
ように構成したものである。
【０００７】上記の本発明においては、前記突合わせ部
の押出形材上部の中に押し込まれる前記攪拌ピンの外面
と該押出形材のリブ内周面との間の最短距離ｗ1 を、
１．２mm以上に保つことが好ましい。
の押出形材上部の中に押し込まれる前記攪拌ピンの外面
と該押出形材のリブ内周面との間の最短距離ｗ1 を、
１．２mm以上に保つことが好ましい。
【０００８】上記の本発明においては、特に前記最短距
離ｗ1 が０．６mm乃至１．２mm未満の時に、前記押出形
材のリブ内周面を冷却しつつ摩擦攪拌接合を行うことが
好ましい。
離ｗ1 が０．６mm乃至１．２mm未満の時に、前記押出形
材のリブ内周面を冷却しつつ摩擦攪拌接合を行うことが
好ましい。
【０００９】本発明は、上記第２の課題を解決するため
に、アルミニウム系押出形材のリブの外面同士を突合わ
せて突合わせ部を形成し、凹面または平面の円形底面の
中央部から下方に突出する攪拌ピンを備えたプローブ
の、前記攪拌ピンを突合わせ部の押出形材上部の中に回
転させつつ押し込み、前記凹面または平面の円形底面を
突合わせ部近傍の押出形材上面に押圧しながら、前記プ
ローブを回転しつつ突合わせラインに沿って移動させる
ことにより、突合わせ部の押出形材上部を摩擦攪拌接合
する摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材を前記突合
わせ部の押出形材上部の予定接合深さｈ（mm）におけ
る、前記突合わせ部の押出形材上部の中に押し込まれる
攪拌ピンの外面と該押出形材のリブ内周面との間の最短
距離ｗ1 を０．６mm以上に保つように予め形成して、構
成したものである。
に、アルミニウム系押出形材のリブの外面同士を突合わ
せて突合わせ部を形成し、凹面または平面の円形底面の
中央部から下方に突出する攪拌ピンを備えたプローブ
の、前記攪拌ピンを突合わせ部の押出形材上部の中に回
転させつつ押し込み、前記凹面または平面の円形底面を
突合わせ部近傍の押出形材上面に押圧しながら、前記プ
ローブを回転しつつ突合わせラインに沿って移動させる
ことにより、突合わせ部の押出形材上部を摩擦攪拌接合
する摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材を前記突合
わせ部の押出形材上部の予定接合深さｈ（mm）におけ
る、前記突合わせ部の押出形材上部の中に押し込まれる
攪拌ピンの外面と該押出形材のリブ内周面との間の最短
距離ｗ1 を０．６mm以上に保つように予め形成して、構
成したものである。
【００１０】上記の本発明においては、上記摩擦攪拌接
合用アルミニウム系押出形材を、前記突合わせ部の押出
形材上部の予定接合深さｈ（mm）における、前記突合わ
せ部の押出形材上部に押し込まれる前記攪拌ピンの外面
と該押出形材のリブ内周面との間の最短距離ｗ1 を１．
２mm以上に保つように予め形成することが好ましい。
合用アルミニウム系押出形材を、前記突合わせ部の押出
形材上部の予定接合深さｈ（mm）における、前記突合わ
せ部の押出形材上部に押し込まれる前記攪拌ピンの外面
と該押出形材のリブ内周面との間の最短距離ｗ1 を１．
２mm以上に保つように予め形成することが好ましい。
【００１１】本発明は、さらに、上記摩擦攪拌接合用ア
ルミニウム系押出形材を、上記の最短距離ｗ1 (mm)を上
記の範囲に保ちつつ、前記突合わせ部を形成する押出形
材のリブの最小厚み部の厚みｗ2 （mm）が下記式１およ
び下記式２を満足するように予め形成することが好まし
い。 ｗ2 ≧ｗ2A＝｛（Ｆ×Ｈ）／（１４３９×Ｄ）｝3/2 ／２ ────式１ ｗ2 ≧ｗ2B＝Ｆ／（２×Ｄ×σ0.2 ） ────式２ ここで、 ｗ2A ：第１の変形・座屈限界厚み(mm) ｗ2B ：第２の変形・座屈限界厚み(mm) Ｆ ；プローブの押圧力(kgf) Ｄ ；プローブ下端部の直径(mm) σ0.2 ；アルミニウム系押出形材の耐力 (kgf/mm2) Ｈ ；押出形材垂直高さ（突合わせ部の垂直高さ）(m
m)
ルミニウム系押出形材を、上記の最短距離ｗ1 (mm)を上
記の範囲に保ちつつ、前記突合わせ部を形成する押出形
材のリブの最小厚み部の厚みｗ2 （mm）が下記式１およ
び下記式２を満足するように予め形成することが好まし
い。 ｗ2 ≧ｗ2A＝｛（Ｆ×Ｈ）／（１４３９×Ｄ）｝3/2 ／２ ────式１ ｗ2 ≧ｗ2B＝Ｆ／（２×Ｄ×σ0.2 ） ────式２ ここで、 ｗ2A ：第１の変形・座屈限界厚み(mm) ｗ2B ：第２の変形・座屈限界厚み(mm) Ｆ ；プローブの押圧力(kgf) Ｄ ；プローブ下端部の直径(mm) σ0.2 ；アルミニウム系押出形材の耐力 (kgf/mm2) Ｈ ；押出形材垂直高さ（突合わせ部の垂直高さ）(m
m)
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の態様を、添付の図
面と具体的な実施例とに基づいて以下に説明する。
面と具体的な実施例とに基づいて以下に説明する。
【００１３】図１は、本発明によるアルミニウム系押出
形材の摩擦攪拌接合方法の概要と本発明で使用する各種
寸法の定義を説明するための断面図である。上下の板の
厚みがｔ(mm)で、押出形材垂直高さＨ(mm)のアルミニウ
ム系押出形材（以下単に押出形材という）１a と１b
の、最小厚み部の厚みがｗ2 (mm)のそれぞれのリブ１ar
と１brの外面同士を突合わせ・接触させて、突合わせ部
２を形成する。凹面または平面の円形底面３b の中央部
から下方へ突出する直径ｄ(mm)の攪拌ピン４を備えた下
端部の直径Ｄ(mm)のプローブ３の、前記攪拌ピン４を突
合わせ部２の押出形材１a と１b の上部の中に回転させ
つつ押し込み、前記プローブ３の凹面または平面の円形
底面３b を突合わせ部２近傍の押出形材１a 、１b の上
面１af、１bfを押圧力Ｆ(kgf) で押圧しながら、前記プ
ローブ３を回転しつつ突合わせライン（押出形材１a 、
１b の長手方向）に沿って移動させることにより、突合
わせ部２の押出形材１a と１b の上部が摩擦攪拌接合さ
れる。なお、ｗ1(mm) は前記攪拌ピン４の外面と押出形
材１a 、１b のリブ１ar、１brのリブ内周面１as、１bs
との間の最短距離をしめす。なお、押出形材１a 、１b
のリブ１ar、１brの最小厚み部の厚みが異なる場合は、
厚みの小さい方の厚みをｗ2 (mm)として用いるものす
る。
形材の摩擦攪拌接合方法の概要と本発明で使用する各種
寸法の定義を説明するための断面図である。上下の板の
厚みがｔ(mm)で、押出形材垂直高さＨ(mm)のアルミニウ
ム系押出形材（以下単に押出形材という）１a と１b
の、最小厚み部の厚みがｗ2 (mm)のそれぞれのリブ１ar
と１brの外面同士を突合わせ・接触させて、突合わせ部
２を形成する。凹面または平面の円形底面３b の中央部
から下方へ突出する直径ｄ(mm)の攪拌ピン４を備えた下
端部の直径Ｄ(mm)のプローブ３の、前記攪拌ピン４を突
合わせ部２の押出形材１a と１b の上部の中に回転させ
つつ押し込み、前記プローブ３の凹面または平面の円形
底面３b を突合わせ部２近傍の押出形材１a 、１b の上
面１af、１bfを押圧力Ｆ(kgf) で押圧しながら、前記プ
ローブ３を回転しつつ突合わせライン（押出形材１a 、
１b の長手方向）に沿って移動させることにより、突合
わせ部２の押出形材１a と１b の上部が摩擦攪拌接合さ
れる。なお、ｗ1(mm) は前記攪拌ピン４の外面と押出形
材１a 、１b のリブ１ar、１brのリブ内周面１as、１bs
との間の最短距離をしめす。なお、押出形材１a 、１b
のリブ１ar、１brの最小厚み部の厚みが異なる場合は、
厚みの小さい方の厚みをｗ2 (mm)として用いるものす
る。
【００１４】１．実施例１ 図２は、本実施例の摩擦攪拌接合に用いた突合わせアル
ミニウム系押出形材の形状・寸法と、摩擦攪拌接合用の
攪拌ピン４との位置関係を示す断面図である。図２にお
いて、直径ｄ＝４mmで下端部が曲率半径ｒ＝４mmで面取
りされた攪拌ピン４を備えた下端部直径Ｄ＝１５mmのプ
ローブ３を用い、突合わせ部２近傍の押出形材１b 上面
からの攪拌ピン４の外周面下端までの深さ（以下予定接
合深さという）ｈが３．０mm、４．０mm、５．０mmのそ
れぞれの場合でリブ内周面の曲率半径Ｒ＝８mmの場合に
おける、攪拌ピン４の外面とリブ内周面１bsとの最短距
離ｗ1(mm) を図の突合わせ部２の右側に、また、前記予
定接合深さｈが４．０mmでリブ内周面１asの曲率半径Ｒ
＝８mmとＲ＝６mmのそれぞれの場合における、攪拌ピン
４の外面とリブ内周面１asとの最短距離ｗ1(mm) を図の
突合わせ部２の左側に、それぞれ示している。なお、用
いた材料は、「ＪＩＳ Ｈ ４１００」に示されるアル
ミニウム合金押出形材６０６３−Ｔ５材である。
ミニウム系押出形材の形状・寸法と、摩擦攪拌接合用の
攪拌ピン４との位置関係を示す断面図である。図２にお
いて、直径ｄ＝４mmで下端部が曲率半径ｒ＝４mmで面取
りされた攪拌ピン４を備えた下端部直径Ｄ＝１５mmのプ
ローブ３を用い、突合わせ部２近傍の押出形材１b 上面
からの攪拌ピン４の外周面下端までの深さ（以下予定接
合深さという）ｈが３．０mm、４．０mm、５．０mmのそ
れぞれの場合でリブ内周面の曲率半径Ｒ＝８mmの場合に
おける、攪拌ピン４の外面とリブ内周面１bsとの最短距
離ｗ1(mm) を図の突合わせ部２の右側に、また、前記予
定接合深さｈが４．０mmでリブ内周面１asの曲率半径Ｒ
＝８mmとＲ＝６mmのそれぞれの場合における、攪拌ピン
４の外面とリブ内周面１asとの最短距離ｗ1(mm) を図の
突合わせ部２の左側に、それぞれ示している。なお、用
いた材料は、「ＪＩＳ Ｈ ４１００」に示されるアル
ミニウム合金押出形材６０６３−Ｔ５材である。
【００１５】上記図２のように、リブ内周面の曲率半径
Ｒ＝８mmの場合で、攪拌ピン４の高さを変化させること
により予定接合深さｈ(mm)を変化させて、攪拌ピン４の
外面とリブ内周面との間の最短距離ｗ1(mm) が摩擦攪拌
接合部の品質に及ぼす影響を調査した。また、予定接合
深さｈ(mm)を固定して、リブ内周面の曲率半径Ｒを変化
させて、攪拌ピン４の外面とリブ内周面との間の最短距
離ｗ1(mm) が摩擦攪拌接合部の品質に及ぼす影響を調査
した。以上の調査結果を下記表１に示した。
Ｒ＝８mmの場合で、攪拌ピン４の高さを変化させること
により予定接合深さｈ(mm)を変化させて、攪拌ピン４の
外面とリブ内周面との間の最短距離ｗ1(mm) が摩擦攪拌
接合部の品質に及ぼす影響を調査した。また、予定接合
深さｈ(mm)を固定して、リブ内周面の曲率半径Ｒを変化
させて、攪拌ピン４の外面とリブ内周面との間の最短距
離ｗ1(mm) が摩擦攪拌接合部の品質に及ぼす影響を調査
した。以上の調査結果を下記表１に示した。
【００１６】
【表１】
【００１７】表１に示されるように、ｗ1 が０．５mm以
下の場合は接合部の底部に大きな空洞状の欠陥が発生
し、ｗ1 が０．６mmの場合は目視では判別できない小さ
な点状欠陥が発生した。ｗ1 が１．２mm以上では全く欠
陥のない健全な接合部が得られた。
下の場合は接合部の底部に大きな空洞状の欠陥が発生
し、ｗ1 が０．６mmの場合は目視では判別できない小さ
な点状欠陥が発生した。ｗ1 が１．２mm以上では全く欠
陥のない健全な接合部が得られた。
【００１８】２．実施例２ 本実施例で用いたアルミニウム系押出形材の形状・寸法
を図３に示す。プローブ３と攪拌ピン４の形状・寸法
は、前記実施例１で用いたものと同様である。用いた材
料は、「ＪＩＳ Ｈ ４１００」に示されるアルミニウ
ム合金押出形材６Ｎ０１−Ｔ５材である。押出形材の突
合わせ部上部に押し込まれる攪拌ピン４の深さｈ(mm)を
変化させて、攪拌ピン４の外面とリブ内周面との間の最
短距離ｗ1(mm) が摩擦攪拌接合部の品質に及ぼす影響を
調査した。その調査結果を下記表２に示した。
を図３に示す。プローブ３と攪拌ピン４の形状・寸法
は、前記実施例１で用いたものと同様である。用いた材
料は、「ＪＩＳ Ｈ ４１００」に示されるアルミニウ
ム合金押出形材６Ｎ０１−Ｔ５材である。押出形材の突
合わせ部上部に押し込まれる攪拌ピン４の深さｈ(mm)を
変化させて、攪拌ピン４の外面とリブ内周面との間の最
短距離ｗ1(mm) が摩擦攪拌接合部の品質に及ぼす影響を
調査した。その調査結果を下記表２に示した。
【００１９】
【表２】
【００２０】上記表２によれば、ｗ1 が０．４ｍｍ以下
では前記実施例１のｗ1 が０．５ｍｍ以下の場合と同様
に接合部の底部に大きな空洞状の欠陥が発生し、ｗ1 が
０．８mmの場合は目視では判別できない小さな点状欠陥
が発生した。ｗ1 が１．２mm以上では欠陥のない健全な
接合部が得られた。
では前記実施例１のｗ1 が０．５ｍｍ以下の場合と同様
に接合部の底部に大きな空洞状の欠陥が発生し、ｗ1 が
０．８mmの場合は目視では判別できない小さな点状欠陥
が発生した。ｗ1 が１．２mm以上では欠陥のない健全な
接合部が得られた。
【００２１】上記実施例１の表１の結果と上記実施例２
の表２の結果とを総合すると、攪拌ピンの外面とリブ内
周面との間の最短距離ｗ1 は少なくとも０．６mm以上、
好ましくは１．２mm以上とすることが必要である。
の表２の結果とを総合すると、攪拌ピンの外面とリブ内
周面との間の最短距離ｗ1 は少なくとも０．６mm以上、
好ましくは１．２mm以上とすることが必要である。
【００２２】また、前記突合わせ部の押出形材上部の予
定接合深さｈ(mm)における、突合わせ部の押出形材上部
の中に押し込まれる攪拌ピンの外面と該押出形材のリブ
内周面との間の最短距離ｗ1 を０．６mm以上に保つよう
に、摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材を予め形成
しておけば、摩擦攪拌接合時に前記のとおり目視できな
い程度の接合部欠陥しか生じることがないので、該アル
ミニウム系押出形材の摩擦攪拌接合材の用途があまり厳
しい機械的強度等の要求されない用途であれば、十分に
使用に耐えることができる。
定接合深さｈ(mm)における、突合わせ部の押出形材上部
の中に押し込まれる攪拌ピンの外面と該押出形材のリブ
内周面との間の最短距離ｗ1 を０．６mm以上に保つよう
に、摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材を予め形成
しておけば、摩擦攪拌接合時に前記のとおり目視できな
い程度の接合部欠陥しか生じることがないので、該アル
ミニウム系押出形材の摩擦攪拌接合材の用途があまり厳
しい機械的強度等の要求されない用途であれば、十分に
使用に耐えることができる。
【００２３】さらに、前記突合わせ部の押出形材上部の
予定接合深さｈ(mm)における、前記突合わせ部の押出形
材上部の中に押し込まれる前記攪拌ピンの外面と該押出
形材のリブ内周面との間の最短距離ｗ1 を１．２mm以上
に保つように、摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材
を予め形成しておけば、前記のように摩擦攪拌接合時に
接合部欠陥を全く生じることがないので、該アルミニウ
ム系押出形材の摩擦攪拌接合材の用途が厳しい機械的強
度等の要求される用途であっても、十分に使用に耐える
ことができる。
予定接合深さｈ(mm)における、前記突合わせ部の押出形
材上部の中に押し込まれる前記攪拌ピンの外面と該押出
形材のリブ内周面との間の最短距離ｗ1 を１．２mm以上
に保つように、摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材
を予め形成しておけば、前記のように摩擦攪拌接合時に
接合部欠陥を全く生じることがないので、該アルミニウ
ム系押出形材の摩擦攪拌接合材の用途が厳しい機械的強
度等の要求される用途であっても、十分に使用に耐える
ことができる。
【００２４】ところで、前記のような摩擦攪拌接合部の
底部に発生する空洞状欠陥の発生原因について、実験中
の観察等も含めて考察すると下記の通りである。 （１）攪拌ピン４の外面とリブ内周面との間の最短距離
ｗ1 が０．５mm以下の場合は、図４（ａ) の左側の図に
示すように、上記のような攪拌ピン４の外面と形材のリ
ブ内周面との間の薄いリブが外側に広がるように大きく
変形し、その変形量が大きい場合、攪拌ピン４の下部近
傍の接合部の底部の内容積の拡大が目視できる程に大き
くなる。従って、図４（ａ）の右側の図に示すように、
該底部への塑性流動によるメタルの補充が不足して、そ
の不足量が多いために、接合部の底部に目視で判別可能
な程度の大きな空洞状欠陥ｄflが生じる。 （２）一方攪拌ピン４の外面とリブ内周面との間の最短
距離ｗ1 が０．６mm以上１．２mm未満の場合は、図４
（ｂ）の左側の図に示すように、上記のような攪拌ピン
４の外面とリブ内周面との間の薄いリブが外側に僅かに
広がるように変形することがあるが、その変形量は小さ
く、従って、攪拌ピン４の下部近傍の接合部底部の内容
積の拡大が目視できる程に大きくない。従って、図４
（ｂ）の右側の図に示すように、該底部への塑性流動に
よるメタルの補充が不足しても、その不足量はあまり大
きくなく、その結果、接合部の底部に目視で判別できな
い程度の点状欠陥ｄfsが生じる。 （３）攪拌ピン４の外面とのリブ内周面との間の最短距
離ｗ1 が１．２mm以上と十分厚くなると、図４（Ｃ）の
左側の図に示すように、上記（１）、（２）項で述べた
ようにリブが外側に広がるように変形することが全くな
くなり、従って、塑性流動によるメタルの補充が不足す
ることは全くなく、図４（Ｃ）の右側の図に示すよう
に、上記のような接合部底部の空洞状あるいは点状の欠
陥が発生することがない。
底部に発生する空洞状欠陥の発生原因について、実験中
の観察等も含めて考察すると下記の通りである。 （１）攪拌ピン４の外面とリブ内周面との間の最短距離
ｗ1 が０．５mm以下の場合は、図４（ａ) の左側の図に
示すように、上記のような攪拌ピン４の外面と形材のリ
ブ内周面との間の薄いリブが外側に広がるように大きく
変形し、その変形量が大きい場合、攪拌ピン４の下部近
傍の接合部の底部の内容積の拡大が目視できる程に大き
くなる。従って、図４（ａ）の右側の図に示すように、
該底部への塑性流動によるメタルの補充が不足して、そ
の不足量が多いために、接合部の底部に目視で判別可能
な程度の大きな空洞状欠陥ｄflが生じる。 （２）一方攪拌ピン４の外面とリブ内周面との間の最短
距離ｗ1 が０．６mm以上１．２mm未満の場合は、図４
（ｂ）の左側の図に示すように、上記のような攪拌ピン
４の外面とリブ内周面との間の薄いリブが外側に僅かに
広がるように変形することがあるが、その変形量は小さ
く、従って、攪拌ピン４の下部近傍の接合部底部の内容
積の拡大が目視できる程に大きくない。従って、図４
（ｂ）の右側の図に示すように、該底部への塑性流動に
よるメタルの補充が不足しても、その不足量はあまり大
きくなく、その結果、接合部の底部に目視で判別できな
い程度の点状欠陥ｄfsが生じる。 （３）攪拌ピン４の外面とのリブ内周面との間の最短距
離ｗ1 が１．２mm以上と十分厚くなると、図４（Ｃ）の
左側の図に示すように、上記（１）、（２）項で述べた
ようにリブが外側に広がるように変形することが全くな
くなり、従って、塑性流動によるメタルの補充が不足す
ることは全くなく、図４（Ｃ）の右側の図に示すよう
に、上記のような接合部底部の空洞状あるいは点状の欠
陥が発生することがない。
【００２５】３．実施例３ 次に、前記実施例１および実施例２において、目視判別
できない程度の接合部欠陥（点状欠陥）の発生した条
件、すなわち、攪拌ピンの外面と形材のリブ内周面との
間の最短距離ｗ1 が０．６mm以上１．２mm未満の場合
に、リブ内周面を、（１）冷却なし（自然冷却）、
（２）圧縮空気吹き付け冷却、（３）冷却水噴霧冷却、
の３段階の冷却レベルで冷却しつつ摩擦攪拌接合を行
い、冷却レベルが摩擦攪拌接合部の品質に及ぼす影響を
調査した。その調査結果を下記表３に示した。
できない程度の接合部欠陥（点状欠陥）の発生した条
件、すなわち、攪拌ピンの外面と形材のリブ内周面との
間の最短距離ｗ1 が０．６mm以上１．２mm未満の場合
に、リブ内周面を、（１）冷却なし（自然冷却）、
（２）圧縮空気吹き付け冷却、（３）冷却水噴霧冷却、
の３段階の冷却レベルで冷却しつつ摩擦攪拌接合を行
い、冷却レベルが摩擦攪拌接合部の品質に及ぼす影響を
調査した。その調査結果を下記表３に示した。
【００２６】
【表３】
【００２７】上記表３によれば、攪拌ピンの外面とリブ
内周面との間の最短距離ｗ1 が０．６mm以上１．２mm未
満の場合に、（１）冷却なし（自然冷却）では、前記表
１、表２と同様に、目視判別できない程度の接合部欠陥
（点状欠陥）の発生を認めたが、（２）圧縮空気吹き付
け冷却、と、（３）冷却水噴霧冷却、の場合には、目視
判別できない程度の接合部欠陥（点状欠陥）の発生もな
く、良好な摩擦攪拌接合部の品質を得ることができた。
従って、攪拌ピンの外面とリブ内周面との間の最短距離
ｗ1 が０．６mm以上１．２mm未満の場合には、リブ内周
面を圧縮空気吹き付け冷却法もしくは冷却水噴霧冷却法
等による積極的な冷却を行うことが、接合部欠陥の発生
を防止し接合部品質を向上させるためには好ましい。
内周面との間の最短距離ｗ1 が０．６mm以上１．２mm未
満の場合に、（１）冷却なし（自然冷却）では、前記表
１、表２と同様に、目視判別できない程度の接合部欠陥
（点状欠陥）の発生を認めたが、（２）圧縮空気吹き付
け冷却、と、（３）冷却水噴霧冷却、の場合には、目視
判別できない程度の接合部欠陥（点状欠陥）の発生もな
く、良好な摩擦攪拌接合部の品質を得ることができた。
従って、攪拌ピンの外面とリブ内周面との間の最短距離
ｗ1 が０．６mm以上１．２mm未満の場合には、リブ内周
面を圧縮空気吹き付け冷却法もしくは冷却水噴霧冷却法
等による積極的な冷却を行うことが、接合部欠陥の発生
を防止し接合部品質を向上させるためには好ましい。
【００２８】４．実施例４ 「ＪＩＳ Ｈ ４１００」に規定されたアルミニウム合
金押出形材６Ｎ０１−Ｔ５および６Ｎ０１−Ｔ１材の図
５に示すような形状・寸法の方形断面中空形材を、それ
ぞれの材質同士で、リブ１r の外面同士を突合わせ・接
触させて、長手方向（図５の紙面に垂直な方向）に摩擦
攪拌接合を行った。この時の接合部深さ（形材上面から
攪拌ピンの外周下端までの深さ) ｈ＝２mm、攪拌ピンの
外面とリブ内周面との間の最短距離ｗ1 ＝５mm、プロー
ブ下端部の直径Ｄ＝１０mm、プローブの押圧力Ｆ＝２５
０kgf の一定条件の下で、前記押出形材の高さＨを５０
〜４００mmの間で段階的に変化させて、前記式１の変形
・座屈限界厚みｗ2A(mm)と前記式２の変形・座屈限界厚
みｗ2B (mm) とを変化させ、これらｗ2A、ｗ2Bとリブ１
r の最小厚み部の厚みｗ2 との大小関係が接合部品質に
及ぼす影響を調査した。その調査結果を下記表４に示
す。
金押出形材６Ｎ０１−Ｔ５および６Ｎ０１−Ｔ１材の図
５に示すような形状・寸法の方形断面中空形材を、それ
ぞれの材質同士で、リブ１r の外面同士を突合わせ・接
触させて、長手方向（図５の紙面に垂直な方向）に摩擦
攪拌接合を行った。この時の接合部深さ（形材上面から
攪拌ピンの外周下端までの深さ) ｈ＝２mm、攪拌ピンの
外面とリブ内周面との間の最短距離ｗ1 ＝５mm、プロー
ブ下端部の直径Ｄ＝１０mm、プローブの押圧力Ｆ＝２５
０kgf の一定条件の下で、前記押出形材の高さＨを５０
〜４００mmの間で段階的に変化させて、前記式１の変形
・座屈限界厚みｗ2A(mm)と前記式２の変形・座屈限界厚
みｗ2B (mm) とを変化させ、これらｗ2A、ｗ2Bとリブ１
r の最小厚み部の厚みｗ2 との大小関係が接合部品質に
及ぼす影響を調査した。その調査結果を下記表４に示
す。
【００２９】
【表４】
【００３０】上記表４から以下のことがいえる。 （１）６Ｎ０１−Ｔ５材（耐力σ0.2 ＝２２５N/mm2 ）
では、リブの最小厚み部の厚みｗ2 が１mmの場合は、接
合部に欠陥の発生はなかった。この時、押出形材の高さ
Ｈが５０〜４００mmの何れの場合にも、ｗ2 ＞ｗ2B、か
つ、ｗ2 ＞ｗ2Aであった。 （２）上記（１）項と同じ材質で、リブの最小厚み部の
厚みｗ2 が０．７５mmの場合は、全ての場合にｗ2 ＞ｗ
2Bという条件を満たしていた。そして、押出形材の高さ
Ｈが１００mmまで、すなわち、ｗ2 ＞ｗ2Aの場合は接合
部欠陥は発生しなかった。押出形材の高さＨ＝２００m
m、すなわち、ｗ2 ＝ｗ2Aの場合は目視では判別できな
い程度の欠陥が発生した。押出形材の高さＨ＝３００mm
（ｗ2 ＜ｗ2A）では重欠陥が発生し、リブの高さＨ＝４
００mm（ｗ2 ＜＜ｗ2A）では接合不可能であった。 （３）６Ｎ０１−Ｔ１材（耐力σ0.2 ＝９０N/mm2 ）で
は、リブの最小厚み部の厚みｗ2 が１mmの場合は、押出
形材の高さＨが１００mm以下の場合でも、接合部欠陥が
発生した。このとき、ｗ2 ＞ｗ2Aであったが、ｗ2 ＜ｗ
2Bであった。 （４）上記（３）と同じ材質で、リブの最小厚み部の厚
みｗ2 ＝１．５mmに増加した場合、ｗ2 ＞Ｗ2B、かつ、
ｗ2 ＞ｗ2Aとなり、欠陥のない健全な接合部が得られ
た。
では、リブの最小厚み部の厚みｗ2 が１mmの場合は、接
合部に欠陥の発生はなかった。この時、押出形材の高さ
Ｈが５０〜４００mmの何れの場合にも、ｗ2 ＞ｗ2B、か
つ、ｗ2 ＞ｗ2Aであった。 （２）上記（１）項と同じ材質で、リブの最小厚み部の
厚みｗ2 が０．７５mmの場合は、全ての場合にｗ2 ＞ｗ
2Bという条件を満たしていた。そして、押出形材の高さ
Ｈが１００mmまで、すなわち、ｗ2 ＞ｗ2Aの場合は接合
部欠陥は発生しなかった。押出形材の高さＨ＝２００m
m、すなわち、ｗ2 ＝ｗ2Aの場合は目視では判別できな
い程度の欠陥が発生した。押出形材の高さＨ＝３００mm
（ｗ2 ＜ｗ2A）では重欠陥が発生し、リブの高さＨ＝４
００mm（ｗ2 ＜＜ｗ2A）では接合不可能であった。 （３）６Ｎ０１−Ｔ１材（耐力σ0.2 ＝９０N/mm2 ）で
は、リブの最小厚み部の厚みｗ2 が１mmの場合は、押出
形材の高さＨが１００mm以下の場合でも、接合部欠陥が
発生した。このとき、ｗ2 ＞ｗ2Aであったが、ｗ2 ＜ｗ
2Bであった。 （４）上記（３）と同じ材質で、リブの最小厚み部の厚
みｗ2 ＝１．５mmに増加した場合、ｗ2 ＞Ｗ2B、かつ、
ｗ2 ＞ｗ2Aとなり、欠陥のない健全な接合部が得られ
た。
【００３１】５．実施例５ 前記実施例４と同じ２種の材質で、前記実施例４と同じ
図５に示すような形状・寸法の方形断面中空押出形材
を、それぞれの材質同士で、リブ１r の外面同士を突合
わせ・接触させて、長手方向（図５の紙面に垂直な方
向）に摩擦攪拌接合を行った。この時の接合部深さｈ＝
４mm、攪拌ピンの外面とリブ内周面との間の最短距離ｗ
1 ＝５mm、プローブ下端部の直径Ｄ＝１５mm、プローブ
の押圧力Ｆ＝４００kgf の一定条件の下で、前記押出形
材の垂直高さＨを５０〜４００mmの間で段階的に変化さ
せて、前記式１の変形・座屈限界厚みｗ2Aと前記式２の
変形・座屈限界厚みｗ2Bを変化させ、これら変形・座屈
限界厚みｗ2A、ｗ2Bとリブ１rの最小厚み部の厚みｗ2
との大小関係が接合部品質に及ぼす影響を調査した。そ
の調査結果を下記表５に示す。
図５に示すような形状・寸法の方形断面中空押出形材
を、それぞれの材質同士で、リブ１r の外面同士を突合
わせ・接触させて、長手方向（図５の紙面に垂直な方
向）に摩擦攪拌接合を行った。この時の接合部深さｈ＝
４mm、攪拌ピンの外面とリブ内周面との間の最短距離ｗ
1 ＝５mm、プローブ下端部の直径Ｄ＝１５mm、プローブ
の押圧力Ｆ＝４００kgf の一定条件の下で、前記押出形
材の垂直高さＨを５０〜４００mmの間で段階的に変化さ
せて、前記式１の変形・座屈限界厚みｗ2Aと前記式２の
変形・座屈限界厚みｗ2Bを変化させ、これら変形・座屈
限界厚みｗ2A、ｗ2Bとリブ１rの最小厚み部の厚みｗ2
との大小関係が接合部品質に及ぼす影響を調査した。そ
の調査結果を下記表５に示す。
【００３２】
【表５】
【００３３】上記表５から以下のことがいえる。 （１）６Ｎ０１−Ｔ５材（耐力σ0.2 ＝２２５N/mm2 ）
では、リブの最小厚み部の厚みｗ2 が１mmの場合、押出
形材の高さＨが５０〜３００mmの場合には接合部に欠陥
の発生はなかった。この時、押出形材の高さＨが５０〜
３００mmの何れの場合にも、ｗ2 ＞ｗ2A、かつ、ｗ2 ＞
ｗ2Bであった。しかし、押出形材の高さＨ＝４００mm
（ｗ2 ≒ｗ2A、かつ、ｗ2 ＞ｗ2B）の場合には、接合部
に目視では判別できない欠陥が発生した。 （２）上記（１）と同じ材質で、リブの最小厚み部の厚
みｗ2 が０．７５mmの場合は、全ての場合にｗ2 ＞ｗ2B
という条件を満たしていた。そして、押出形材の高さＨ
が１００mmまで、すなわち、ｗ2 ＞ｗ2Aの場合は接合部
欠陥は発生しなかった。押出形材の高さＨ＝２００〜３
００mm、すなわち、ｗ2 ＜ｗ2Aの場合は接合部欠陥が発
生した。押出形材の高さＨ＝４００mm（ｗ2 ＜＜ｗ2A）
では接合不可能であった。 （３）６Ｎ０１−Ｔ１材（耐力σ0.2 ＝９０N/mm2 ）で
は、リブの最小厚み部の厚みｗ2 が１mmの場合は、押出
形材の高さＨが５０mmの場合でも、接合部欠陥が発生し
た。このとき、ｗ2 ＞ｗ2Aであったが、ｗ2 ＜ｗ2Bであ
った。 （４）上記（３）と同じ材質で、リブの最小厚み部の厚
みをｗ2 ＝１．５mmに増加した場合、ｗ2 ＞ｗ2A、か
つ、ｗ2 ＝ｗ2Bとなり、目視では判別できない接合部欠
陥が発生した。 （５）上記（３）と同じ材質で、リブの最小厚み部の厚
みをｗ2 ＝２．０mmに増加した場合、ｗ2 ＞ｗ2A、か
つ、ｗ2 ＞ｗ2Bとなり、欠陥のない健全な接合部が得ら
れた。
では、リブの最小厚み部の厚みｗ2 が１mmの場合、押出
形材の高さＨが５０〜３００mmの場合には接合部に欠陥
の発生はなかった。この時、押出形材の高さＨが５０〜
３００mmの何れの場合にも、ｗ2 ＞ｗ2A、かつ、ｗ2 ＞
ｗ2Bであった。しかし、押出形材の高さＨ＝４００mm
（ｗ2 ≒ｗ2A、かつ、ｗ2 ＞ｗ2B）の場合には、接合部
に目視では判別できない欠陥が発生した。 （２）上記（１）と同じ材質で、リブの最小厚み部の厚
みｗ2 が０．７５mmの場合は、全ての場合にｗ2 ＞ｗ2B
という条件を満たしていた。そして、押出形材の高さＨ
が１００mmまで、すなわち、ｗ2 ＞ｗ2Aの場合は接合部
欠陥は発生しなかった。押出形材の高さＨ＝２００〜３
００mm、すなわち、ｗ2 ＜ｗ2Aの場合は接合部欠陥が発
生した。押出形材の高さＨ＝４００mm（ｗ2 ＜＜ｗ2A）
では接合不可能であった。 （３）６Ｎ０１−Ｔ１材（耐力σ0.2 ＝９０N/mm2 ）で
は、リブの最小厚み部の厚みｗ2 が１mmの場合は、押出
形材の高さＨが５０mmの場合でも、接合部欠陥が発生し
た。このとき、ｗ2 ＞ｗ2Aであったが、ｗ2 ＜ｗ2Bであ
った。 （４）上記（３）と同じ材質で、リブの最小厚み部の厚
みをｗ2 ＝１．５mmに増加した場合、ｗ2 ＞ｗ2A、か
つ、ｗ2 ＝ｗ2Bとなり、目視では判別できない接合部欠
陥が発生した。 （５）上記（３）と同じ材質で、リブの最小厚み部の厚
みをｗ2 ＝２．０mmに増加した場合、ｗ2 ＞ｗ2A、か
つ、ｗ2 ＞ｗ2Bとなり、欠陥のない健全な接合部が得ら
れた。
【００３４】上記実施例４の表４と実施例５の表５から
の知見をまとめると、以下のとおりである。 （１）アルミニウム系押出形材のリブの最小厚み部の厚
みｗ2(mm) が、前記式１で定義された第１の変形・座屈
限界厚みｗ2A(mm)以上の場合でも、前記式２で定義され
た第２の変形・座屈限界厚みｗ2B(mm)より小さい場合は
接合部欠陥が発生するか接合不可能となり、またｗ2(m
m) が前記ｗ2B(mm)と等しい場合には目視では判別でき
ない程度の欠陥が発生する。このことから、目視では判
別できない程度の欠陥の発生を許容するものとして、接
合部欠陥の発生を防止するためには、ｗ2 ≧ｗ2A、か
つ、ｗ2 ≧ｗ2Bとする必要がある。 （２）上記のようにｗ2 ≧ｗ2Bという条件を満たして
も、ｗ2 が前記式１で定義された第１の座屈限界厚みｗ
2Aより小さい場合は接合部欠陥が発生し、ｗ2 が前記ｗ
2Aと等しい場合には目視では判別できない程度の欠陥が
発生する。このことから、目視では判別できない程度の
欠陥の発生を許容するものとして、接合部欠陥の発生を
防止するためには、ｗ2 ≧ｗ2A、かつ、ｗ2 ≧ｗ2Bとす
る必要がある。
の知見をまとめると、以下のとおりである。 （１）アルミニウム系押出形材のリブの最小厚み部の厚
みｗ2(mm) が、前記式１で定義された第１の変形・座屈
限界厚みｗ2A(mm)以上の場合でも、前記式２で定義され
た第２の変形・座屈限界厚みｗ2B(mm)より小さい場合は
接合部欠陥が発生するか接合不可能となり、またｗ2(m
m) が前記ｗ2B(mm)と等しい場合には目視では判別でき
ない程度の欠陥が発生する。このことから、目視では判
別できない程度の欠陥の発生を許容するものとして、接
合部欠陥の発生を防止するためには、ｗ2 ≧ｗ2A、か
つ、ｗ2 ≧ｗ2Bとする必要がある。 （２）上記のようにｗ2 ≧ｗ2Bという条件を満たして
も、ｗ2 が前記式１で定義された第１の座屈限界厚みｗ
2Aより小さい場合は接合部欠陥が発生し、ｗ2 が前記ｗ
2Aと等しい場合には目視では判別できない程度の欠陥が
発生する。このことから、目視では判別できない程度の
欠陥の発生を許容するものとして、接合部欠陥の発生を
防止するためには、ｗ2 ≧ｗ2A、かつ、ｗ2 ≧ｗ2Bとす
る必要がある。
【００３５】従って、上記摩擦攪拌接合部の目視では判
別できない程度の欠陥の発生を許容するものとして、前
記の攪拌ピンの外面とリブ内周面との最短距離ｗ1 を
０．６mm以上に保ちつつ、前記突合わせ部を形成するリ
ブの最小厚み部の厚みｗ2 (mm)が下記式１および下記式
２を満足するように、上記摩擦攪拌接合用アルミニウム
系押出形材を予め形成することが望ましい。 ｗ2 ≧ｗ2A＝｛（Ｆ×Ｈ）／（１４３９×Ｄ）｝3/2 ／２ ────式１ ｗ2 ≧ｗ2B＝Ｆ／（２×Ｄ×σ0.2 ） ────式２ ここで、 ｗ2A ：第１の変形・座屈限界厚み(mm) ｗ2B ：第２の変形・座屈限界厚み(mm) Ｆ ；プローブの押圧力(kgf) Ｄ ；プローブ下端部の直径(mm) σ0.2 ；アルミニウム系押出形材の耐力 (kgf/mm2) Ｈ ；押出形材垂直高さ（突合わせ部の垂直高さ）(m
m)
別できない程度の欠陥の発生を許容するものとして、前
記の攪拌ピンの外面とリブ内周面との最短距離ｗ1 を
０．６mm以上に保ちつつ、前記突合わせ部を形成するリ
ブの最小厚み部の厚みｗ2 (mm)が下記式１および下記式
２を満足するように、上記摩擦攪拌接合用アルミニウム
系押出形材を予め形成することが望ましい。 ｗ2 ≧ｗ2A＝｛（Ｆ×Ｈ）／（１４３９×Ｄ）｝3/2 ／２ ────式１ ｗ2 ≧ｗ2B＝Ｆ／（２×Ｄ×σ0.2 ） ────式２ ここで、 ｗ2A ：第１の変形・座屈限界厚み(mm) ｗ2B ：第２の変形・座屈限界厚み(mm) Ｆ ；プローブの押圧力(kgf) Ｄ ；プローブ下端部の直径(mm) σ0.2 ；アルミニウム系押出形材の耐力 (kgf/mm2) Ｈ ；押出形材垂直高さ（突合わせ部の垂直高さ）(m
m)
【００３６】さらに、上記摩擦攪拌接合部の目視では判
別できない程度の欠陥の発生をも許容できない厳しい用
途に用いる場合は、上記の最短距離ｗ1 を１．２mm以上
に保ちつつ、前記突合わせ面を形成するリブの最小厚み
部の厚みｗ2 (mm)が下記式１’および下記式２’を満足
するように、摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材を
予め形成しておくことが好ましい。 ｗ2 ＞ｗ2A＝｛（Ｆ×Ｈ）／（１４３９×Ｄ）｝3/2 ／２ ───式１’ ｗ2 ＞ｗ2B＝Ｆ／（２×Ｄ×σ0.2 ） ───式２’
別できない程度の欠陥の発生をも許容できない厳しい用
途に用いる場合は、上記の最短距離ｗ1 を１．２mm以上
に保ちつつ、前記突合わせ面を形成するリブの最小厚み
部の厚みｗ2 (mm)が下記式１’および下記式２’を満足
するように、摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材を
予め形成しておくことが好ましい。 ｗ2 ＞ｗ2A＝｛（Ｆ×Ｈ）／（１４３９×Ｄ）｝3/2 ／２ ───式１’ ｗ2 ＞ｗ2B＝Ｆ／（２×Ｄ×σ0.2 ） ───式２’
【００３７】なお、前記突合わせ面を形成するリブの最
小厚み部の厚みｗ2 が上記のような条件を満足しない場
合に発生する接合部欠陥は、以下のようにして生じると
考えられる。すなわち、 （１）リブの最小厚み部の厚みｗ2 が、プローブ３の押
圧力Ｆ(kgf) に対して図６に示すような相対するリブが
それぞれの形材の内面側にたわむような変形または座屈
を起こさない変形・座屈限界厚みとしての、前記式１で
与えられるｗ2Aと前記式２で与えられるｗ2Bの何れか以
下になった場合に、図６に示すように外面同士が接触し
合うリブ１arと１brの間に隙間２g が生じるような変形
・座屈が生じ、こうして生じた隙間２g が被接合押出形
材１a と１b の上部の接合部まで及び、接合方向に連続
する空洞状欠陥を生じるか、甚だしい場合は接合不可能
になるものである。 （２）なお、前記リブの最小厚み部の厚みｗ2 が、前記
ｗ2Aとｗ2Bのいずれか一方の値より十分に大きくて、他
の一方の値と略等しい場合は、前記の変形・座屈の程度
があまり大きくならず、その結果生じる前記隙間２g が
比較的狭くて済み、この隙間２g の前記被接合形材１a
と１b の上部の接合部に及ぼす影響が余り大きくないと
きには、目視では判別できない欠陥の発生で済むものと
考えられる。
小厚み部の厚みｗ2 が上記のような条件を満足しない場
合に発生する接合部欠陥は、以下のようにして生じると
考えられる。すなわち、 （１）リブの最小厚み部の厚みｗ2 が、プローブ３の押
圧力Ｆ(kgf) に対して図６に示すような相対するリブが
それぞれの形材の内面側にたわむような変形または座屈
を起こさない変形・座屈限界厚みとしての、前記式１で
与えられるｗ2Aと前記式２で与えられるｗ2Bの何れか以
下になった場合に、図６に示すように外面同士が接触し
合うリブ１arと１brの間に隙間２g が生じるような変形
・座屈が生じ、こうして生じた隙間２g が被接合押出形
材１a と１b の上部の接合部まで及び、接合方向に連続
する空洞状欠陥を生じるか、甚だしい場合は接合不可能
になるものである。 （２）なお、前記リブの最小厚み部の厚みｗ2 が、前記
ｗ2Aとｗ2Bのいずれか一方の値より十分に大きくて、他
の一方の値と略等しい場合は、前記の変形・座屈の程度
があまり大きくならず、その結果生じる前記隙間２g が
比較的狭くて済み、この隙間２g の前記被接合形材１a
と１b の上部の接合部に及ぼす影響が余り大きくないと
きには、目視では判別できない欠陥の発生で済むものと
考えられる。
【００３８】以上本発明の実施の態様を、具体的な実施
例に基づいて説明したが、本発明はこれに限られるもの
ではなく、発明の構成の主旨を逸脱しない範囲内で、他
の実施の態様をも含むことは論を待たない。例えば、上
記実施例は、アルミニウム合金押出形材の特定の材質を
用い、断面形状方形の中空形材を主体にした供試材につ
いて述べたが、本発明は、上記以外の材質のアルミニウ
ム系押出形材で、方形断面以外の中空、Ｃ字型やＬ字型
等の断面形状のアルミニウム系押出形材のリブ外面等を
突合わせ・接触させて行う突合わせ摩擦攪拌接合方法に
も適用可能であり、かつ、このような摩擦攪拌接合に用
いられるアルミニウム系押出形材にも適用できるもので
ある。
例に基づいて説明したが、本発明はこれに限られるもの
ではなく、発明の構成の主旨を逸脱しない範囲内で、他
の実施の態様をも含むことは論を待たない。例えば、上
記実施例は、アルミニウム合金押出形材の特定の材質を
用い、断面形状方形の中空形材を主体にした供試材につ
いて述べたが、本発明は、上記以外の材質のアルミニウ
ム系押出形材で、方形断面以外の中空、Ｃ字型やＬ字型
等の断面形状のアルミニウム系押出形材のリブ外面等を
突合わせ・接触させて行う突合わせ摩擦攪拌接合方法に
も適用可能であり、かつ、このような摩擦攪拌接合に用
いられるアルミニウム系押出形材にも適用できるもので
ある。
【００３９】
【発明の効果】本発明は以下のような優れた効果を奏す
る。すなわち、 （１）請求項１に係る本発明のアルミニウム系押出形材
の摩擦攪拌接合方法および請求項４に係る本発明の摩擦
攪拌接合用アルミニウム系押出形材によれば、リブの外
面同士を突き合わせる突合わせ接合に際して、突合わせ
部上部のリブの小さな変形による目視判別不可能な接合
部底部の空洞状欠陥を許容するものとして、接合部強度
がそれほど厳しく要求されない用途にも十分対応可能な
摩擦攪拌接合部の品質が得られる。 （２）請求項２または請求項３に係る本発明のアルミニ
ウム系押出形材の摩擦攪拌接合方法および請求項５に係
る本発明の摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材によ
れば、リブの外面同士を突き合わせる突合わせ接合に際
して、突合わせ部上部のリブの変形による接合部底部の
空洞状欠陥の発生を防止でき、接合部強度が比較的厳し
く要求される用途にも十分対応可能な摩擦攪拌接合部の
品質が得られる。 （３）請求項６に係る本発明のアルミニウム系押出形材
によれば、リブの外面同士を突き合わせる突合わせ摩擦
攪拌接合に際して、突合わせ部上部のリブの変形による
接合部底部の空洞状欠陥の発生を抑制・防止できるとと
もに、リブの最小厚み部の変形・座屈に起因して両リブ
外面間に隙間が生じ、該隙間による影響が突合わせ部上
部の接合部にまで及ぶことにより発生する接合方向に連
続する空洞状欠陥の抑制・防止が可能である。そこで、
予め摩擦攪拌接合条件を決めておき、その条件で摩擦攪
拌接合するアルミニウム系押出形材を設計・製造するに
あたり、摩擦攪拌接合用プローブの攪拌ピンの外面とリ
ブ内周面との間の最短距離ｗ 1 (mm)とリブの最小厚み部
の厚みｗ2(mm) を、要求される接合部品質のレベルに応
じて適切に設定しておけば、接合部強度がそれほど厳し
く要求されない用途に十分対応可能な摩擦攪拌接合部の
品質、さらには、接合部強度が比較的厳しく要求される
用途にも十分対応可能な摩擦攪拌接合部の品質を選択的
に得ることができる。
る。すなわち、 （１）請求項１に係る本発明のアルミニウム系押出形材
の摩擦攪拌接合方法および請求項４に係る本発明の摩擦
攪拌接合用アルミニウム系押出形材によれば、リブの外
面同士を突き合わせる突合わせ接合に際して、突合わせ
部上部のリブの小さな変形による目視判別不可能な接合
部底部の空洞状欠陥を許容するものとして、接合部強度
がそれほど厳しく要求されない用途にも十分対応可能な
摩擦攪拌接合部の品質が得られる。 （２）請求項２または請求項３に係る本発明のアルミニ
ウム系押出形材の摩擦攪拌接合方法および請求項５に係
る本発明の摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材によ
れば、リブの外面同士を突き合わせる突合わせ接合に際
して、突合わせ部上部のリブの変形による接合部底部の
空洞状欠陥の発生を防止でき、接合部強度が比較的厳し
く要求される用途にも十分対応可能な摩擦攪拌接合部の
品質が得られる。 （３）請求項６に係る本発明のアルミニウム系押出形材
によれば、リブの外面同士を突き合わせる突合わせ摩擦
攪拌接合に際して、突合わせ部上部のリブの変形による
接合部底部の空洞状欠陥の発生を抑制・防止できるとと
もに、リブの最小厚み部の変形・座屈に起因して両リブ
外面間に隙間が生じ、該隙間による影響が突合わせ部上
部の接合部にまで及ぶことにより発生する接合方向に連
続する空洞状欠陥の抑制・防止が可能である。そこで、
予め摩擦攪拌接合条件を決めておき、その条件で摩擦攪
拌接合するアルミニウム系押出形材を設計・製造するに
あたり、摩擦攪拌接合用プローブの攪拌ピンの外面とリ
ブ内周面との間の最短距離ｗ 1 (mm)とリブの最小厚み部
の厚みｗ2(mm) を、要求される接合部品質のレベルに応
じて適切に設定しておけば、接合部強度がそれほど厳し
く要求されない用途に十分対応可能な摩擦攪拌接合部の
品質、さらには、接合部強度が比較的厳しく要求される
用途にも十分対応可能な摩擦攪拌接合部の品質を選択的
に得ることができる。
【図１】 本発明によるアルミニウム系押出形材の摩擦
攪拌接合方法の概要と本発明で使用する各種寸法の定義
を説明するための断面図である。
攪拌接合方法の概要と本発明で使用する各種寸法の定義
を説明するための断面図である。
【図２】 本発明の実施例１で用いた摩擦攪拌接合用プ
ローブの断面寸法と、該プローブを用いた押出形材の断
面寸法と、リブ内周面の曲率半径をパラメータとした、
摩擦攪拌接合時の接合深さｈと攪拌ピン外周面先端とリ
ブ内周面との間の最短距離ｗ1 との関係を示す断面図で
ある。
ローブの断面寸法と、該プローブを用いた押出形材の断
面寸法と、リブ内周面の曲率半径をパラメータとした、
摩擦攪拌接合時の接合深さｈと攪拌ピン外周面先端とリ
ブ内周面との間の最短距離ｗ1 との関係を示す断面図で
ある。
【図３】 本発明の実施例２で用いたアルミニウム系押
出形材とプローブの断面寸法を示す断面図である。
出形材とプローブの断面寸法を示す断面図である。
【図４】 アルミニウム系押出形材の突合わせ部上部の
リブの変形に起因する接合部底部の空洞状欠陥発生のメ
カニズムを示す断面図である。
リブの変形に起因する接合部底部の空洞状欠陥発生のメ
カニズムを示す断面図である。
【図５】 本発明の実施例４、５で用いた押出形材の断
面寸法を定義し、かつ示す断面図である。
面寸法を定義し、かつ示す断面図である。
【図６】 アルミニウム系押出形材のリブの最小厚み部
の変形・座屈に起因する接合部欠陥発生のメカニズムを
示す断面図である。
の変形・座屈に起因する接合部欠陥発生のメカニズムを
示す断面図である。
１、１a 、１b 押出形材 １r 、１ar、1br リブ １as、１bs リブ内周面 ２ 突合わせ部 ２g 隙間 ３ プローブ ４ 攪拌ピン ５ 接合部
Claims (6)
- 【請求項１】 アルミニウム系押出形材のリブの外面同
士を突合わせて突合わせ部を形成し、凹面または平面の
円形底面の中央部から下方に突出する攪拌ピンを備えた
プローブの、前記攪拌ピンを突合わせ部の押出形材上部
の中に回転させつつ押し込み、前記凹面または平面の円
形底面を突合わせ部近傍の押出形材上面に押圧しなが
ら、前記プローブを回転しつつ突合わせラインに沿って
移動させることにより、突合わせ部の押出形材上部を接
合するアルミニウム系押出形材の摩擦攪拌接合方法にお
いて、 前記突合わせ部の押出形材上部の中に押し込まれた前記
攪拌ピンの外面と該押出形材のリブ内周面との間の最短
距離ｗ1 を０．６mm以上に保つこと、を特徴とするアル
ミニウム系押出形材の摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項２】 前記突合わせ部の押出形材上部の中に押
し込まれた前記攪拌ピンの外面と該押出形材のリブ内周
面との間の最短距離ｗ1 を、１．２mm以上に保つこと、
を特徴とする請求項１に記載のアルミニウム系押出形材
の摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項３】 前記押出形材のリブ内周面を冷却しつつ
摩擦攪拌接合を行うこと、を特徴とする請求項１に記載
のアルミニウム系押出形材の摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項４】 アルミニウム系押出形材のリブの外面同
士を突合わせて突合わせ部を形成し、凹面または平面の
円形底面の中央部から下方に突出する攪拌ピンを備えた
プローブの、前記攪拌ピンを突合わせ部の押出形材上部
の中に回転させつつ押し込み、前記凹面または平面の円
形底面を突合わせ部近傍の押出形材上面に押圧しなが
ら、前記プローブを回転しつつ突合わせラインに沿って
移動させることにより、突合わせ部の押出形材上部を摩
擦攪拌接合する摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材
であって、 前記突合わせ部の押出形材上部の予定接合深さｈにおけ
る、前記突合わせ部の押出形材上部の中に押し込まれる
前記攪拌ピンの外面と該押出形材のリブ内周面との間の
最短距離Ｗ1 を０．６mm以上に保つように予め形成され
たこと、を特徴とする摩擦攪拌接合用アルミニウム系押
出形材。 - 【請求項５】 前記突合わせ部の押出形材上部の予定
接合深さｈにおける、前記押出形材の中に押し込まれる
前記攪拌ピンの外面と該押出形材のリブ内周面との間の
最短距離Ｗ1 を１．２mm以上に保つように予め形成され
たこと、を特徴とする請求項４に記載の摩擦攪拌接合用
アルミニウム系押出形材。 - 【請求項６】 前記突合わせ部を形成する押出形材リ
ブの最小厚み部の厚みｗ2 が下記式１および下記式２を
満足するように予め形成されたこと、を特徴とする請求
項４または請求項５に記載の摩擦攪拌接合用アルミニウ
ム系押出形材。 ｗ2 ≧ｗ2A＝｛（Ｆ×Ｈ）／（１４３９×Ｄ）｝3/2 ／２ ────式１ ｗ2 ≧ｗ2B＝Ｆ／（２×Ｄ×σ0.2 ） ────式２ ここで、 ｗ2A ：第１の変形・座屈限界厚み(mm) ｗ2B ：第２の変形・座屈限界厚み(mm) Ｆ ；プローブの押圧力(kgf) Ｄ ；プローブ下端部の直径(mm) σ0.2 ；アルミニウム系押出形材の耐力 (kgf/mm2) Ｈ ；押出形材垂直高さ（突合わせ部の垂直高さ）(m
m)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03011098A JP3262161B2 (ja) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | アルミニウム系押出形材の摩擦攪拌接合方法および摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03011098A JP3262161B2 (ja) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | アルミニウム系押出形材の摩擦攪拌接合方法および摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001316348A Division JP3478337B2 (ja) | 2001-10-15 | 2001-10-15 | アルミニウム系押出形材の摩擦攪拌接合方法および摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11226755A true JPH11226755A (ja) | 1999-08-24 |
| JP3262161B2 JP3262161B2 (ja) | 2002-03-04 |
Family
ID=12294649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03011098A Expired - Fee Related JP3262161B2 (ja) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | アルミニウム系押出形材の摩擦攪拌接合方法および摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3262161B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6276591B1 (en) * | 2000-01-24 | 2001-08-21 | Hitachi, Ltd. | Friction stir joining method |
| AU745703B2 (en) * | 2000-01-27 | 2002-03-28 | Hitachi Limited | Structure body |
| US6419144B2 (en) * | 1997-07-23 | 2002-07-16 | Hitachi, Ltd. | Method of forming structural body using friction stir welding, and structural body formed |
| AU757401B2 (en) * | 2000-01-27 | 2003-02-20 | Hitachi Limited | Structure body |
| US6557746B2 (en) * | 2000-09-13 | 2003-05-06 | Hitachi, Ltd. | Friction stir bonding method |
| JP2005239160A (ja) * | 2005-05-09 | 2005-09-08 | Hitachi Ltd | 軌条車両 |
-
1998
- 1998-02-12 JP JP03011098A patent/JP3262161B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6419144B2 (en) * | 1997-07-23 | 2002-07-16 | Hitachi, Ltd. | Method of forming structural body using friction stir welding, and structural body formed |
| US6613447B2 (en) | 1997-07-23 | 2003-09-02 | Kinya Aota | Structural body formed by friction stir welding and having protrusion at the weld provided prior to the welding |
| US6619534B2 (en) | 1997-07-23 | 2003-09-16 | Hitachi, Ltd. | Friction stir welding method using members which overlap and have protrusion at the weld location prior to the welding |
| US6276591B1 (en) * | 2000-01-24 | 2001-08-21 | Hitachi, Ltd. | Friction stir joining method |
| AU745703B2 (en) * | 2000-01-27 | 2002-03-28 | Hitachi Limited | Structure body |
| AU757401B2 (en) * | 2000-01-27 | 2003-02-20 | Hitachi Limited | Structure body |
| EP1123771A3 (en) * | 2000-01-27 | 2003-11-19 | Hitachi, Ltd. | Structure including friction stir welding joint |
| US6557746B2 (en) * | 2000-09-13 | 2003-05-06 | Hitachi, Ltd. | Friction stir bonding method |
| JP2005239160A (ja) * | 2005-05-09 | 2005-09-08 | Hitachi Ltd | 軌条車両 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3262161B2 (ja) | 2002-03-04 |
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