WO2020158081A1

WO2020158081A1 - 接合方法

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Publication number: WO2020158081A1
Application number: PCT/JP2019/042274
Authority: WO
Inventors: 堀　久司; 伸城瀬尾; 宏介山中
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2021-08-01
Also published as: JP2020124715A; CN113302014B; CN113302014A

Abstract

支柱（１５）の先端に段差底面（１７ａ）と、段差底面（１７ａ）から支柱（１５）の先端が先細りとなるように斜めに立ち上がる段差側面（１７ｂ）とを有する支柱段差部（１７）を形成する準備工程と、支柱（１５）に封止体（３）を載置することにより、支柱段差部（１７）の段差側面（１７ｂ）と孔部（４）の孔壁（４ａ）とを突き合せた際に隙間があるように第一突合せ部（Ｊ１）を形成する載置工程と、回転する先端側ピンを封止体（３）に挿入し、基端側ピンの外周面を封止体（３）に接触させつつ、先端側ピンの外周面を支柱段差部（１７）の段差側面（１７ｂ）にわずかに接触させた状態で、第一突合せ部（Ｊ１）に沿って回転ツールを移動させる際に封止体（３）の第二アルミニウム合金を前記隙間に流入させながら摩擦攪拌を行う本接合工程とを含む。

Description

接合方法

　本発明は、接合方法に関する。

　例えば、特許文献１には、液冷ジャケットの製造方法が開示されている。図１１は、従来の液冷ジャケットの製造方法を示す断面図である。従来の液冷ジャケットの製造方法では、アルミニウム合金製のジャケット本体１０１の段差部に設けられた段差側面１０１ｃと、アルミニウム合金製の封止体１０２の側面１０２ｃとを突き合わせて形成された突合せ部Ｊ１０に対して摩擦攪拌接合を行うというものである。また、従来の液冷ジャケットの製造方法では、回転ツールＦ４０の連結部Ｆ４１をジャケット本体１０１及び封止体１０２から離間させつつ、攪拌ピンＦ４２のみを突合せ部Ｊ１０に挿入して摩擦攪拌接合を行っている。また、従来の液冷ジャケットの製造方法では、回転ツールＦ４０の回転中心軸Ｚを突合せ部Ｊ１０に重ねて相対移動させるというものである。

特開２０１５－１３１３２１号公報

　ここで、ジャケット本体１０１は複雑な形状となりやすく、例えば、４０００系アルミニウム合金の鋳造材で形成し、封止体１０２のように比較的単純な形状のものは、１０００系アルミニウム合金の展伸材で形成するというような場合がある。このように、アルミニウム合金の材種の異なる部材同士を接合して、液冷ジャケットを製造する場合がある。このような場合は、ジャケット本体１０１の方が封止体１０２よりも硬度が高くなることが一般的であるため、図１１のように摩擦攪拌接合を行うと、攪拌ピンが封止体１０２側から受ける材料抵抗に比べて、ジャケット本体１０１側から受ける材料抵抗が大きくなる。そのため、回転ツールＦ４０の攪拌ピンＦ４２によって異なる材種をバランスよく攪拌することが困難となり、接合後の塑性化領域に空洞欠陥が発生し接合強度が低下するという問題がある。

　このような観点から、本発明は、材種の異なる支柱及び部材を好適に接合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。

　本発明は、支柱と、前記支柱の先端が挿入される孔部を有する部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法であって、前記支柱は、第一アルミニウム合金で形成されており、前記部材は第二アルミニウム合金で形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材料であり、摩擦攪拌で用いる回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から前記支柱の先端が先細りとなるように斜めに立ち上がる段差側面とを有する支柱段差部を形成する準備工程と、前記支柱に前記部材を載置することにより、前記支柱段差部の段差側面と前記孔部の孔壁とを突き合せた際に隙間があるように第一突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記先端側ピンを前記部材に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記部材に接触させつつ、前記先端側ピンの外周面を前記支柱段差部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させる際に前記部材の第二アルミニウム合金を前記隙間に流入させながら摩擦攪拌を行う本接合工程とを含むことを特徴とする。

　本発明によれば、部材と先端側ピンとの摩擦熱によって第一突合せ部の主として部材側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化される。そのため、第一突合せ部において支柱段差部の段差側面と孔部の孔壁とを接合することができる。また、先端側ピンの外周面を支柱段差部の段差側面にわずかに接触させるに留めるため、支柱から部材への第一アルミニウム合金の混入を極力少なくすることができる。これにより、第一突合せ部においては主として部材側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。また、基端側ピンの外周面で部材を押さえることで、バリの発生を抑制することができる。

　また、前記載置工程では、前記支柱段差部の段差底面と前記部材の裏面を重ね合わせて第二突合せ部を形成し、前記本接合工程では、前記先端側ピンを前記支柱段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第二突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。

　本発明によれば、第二突合せ部の接合強度を高めることができる。

　また、本発明は、支柱と、前記支柱の先端が挿入される孔部を有する部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法であって、前記支柱は、銅又は銅合金で形成されており、前記部材はアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されており、摩擦攪拌で用いる回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から前記支柱の先端が先細りとなるように斜めに立ち上がる段差側面とを有する支柱段差部を形成する準備工程と、前記支柱に前記部材を載置することにより、前記支柱段差部の段差側面と前記孔部の孔壁とを突き合せた際に隙間があるように第一突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記先端側ピンを前記部材に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記部材に接触させつつ、前記先端側ピンの外周面を前記支柱段差部の段差側面に接触させない状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させる際に前記部材のアルミニウム又はアルミニウム合金を前記隙間に流入させながら摩擦攪拌を行う本接合工程とを含むことを特徴とする。

　本発明によれば、部材と先端側ピンとの摩擦熱によって第一突合せ部の主として部材側のアルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部において段差側面と孔部の孔壁とを接合することができる。また、先端側ピンを部材のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、支柱から部材への銅又は銅合金の混入は殆どない。これにより、第一突合せ部においては主として部材側のアルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。また、基端側ピンの外周面で部材を押さえることで、バリの発生を抑制することができる。

　また、前記載置工程では、前記支柱段差部の段差底面と前記部材の裏面を重ね合わせて第二突合せ部を形成し、前記本接合工程では、前記先端側ピンを前記支柱段差部の段差底面に接触させない状態で、前記第二突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。

　本発明によれば、第二突合せ部において、支柱から部材側への銅又は銅合金の流入を防ぐことができる。

　また、前記準備工程では、前記部材の厚さを前記支柱段差部の段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように設定することが好ましい。

　本発明によれば、本接合工程における接合部の金属不足を防ぐことができる。

　また、前記本接合工程では、前記回転ツールのアドバンシング側が前記支柱側となるように前記回転ツールの進行方向及び回転方向を設定することが好ましい。

　本発明によれば、第一突合せ部の周囲における基端側ピン及び先端側ピンによる攪拌作用が高まり、第一突合せ部における温度上昇が期待でき、第一突合せ部において段差側面と部材とをより確実に接合することができる。

　また、前記本接合工程では、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させ前記支柱の周りを一周させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。

　本発明によれば、支柱の全周にわたって支柱と部材とを接合することができる。

　本発明によれば、材種の異なる支柱及び部材を好適に接合することができる接合方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る回転ツールを示す側面図である。回転ツールの拡大断面図である。回転ツールの第一変形例を示す断面図である。回転ツールの第二変形例を示す断面図である。回転ツールの第三変形例を示す断面図である。本発明の実施形態に係る接合方法の準備工程を示す斜視図である。実施形態に係る接合方法の載置工程を示す断面図である。実施形態に係る接合方法の接合工程を示す斜視図である。実施形態に係る接合方法の接合工程を示す断面図である。変形例に係る接合方法の接合工程を示す断面図である。従来の液冷ジャケットの製造方法を示す断面図である。

　本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。まずは、本実施形態に係る接合方法で用いる回転ツールについて説明する。回転ツールは、摩擦攪拌接合に用いられるツールである。図１に示すように、回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されており、基軸部Ｆ１と、基端側ピンＦ２と、先端側ピンＦ３とで主に構成されている。基軸部Ｆ１は、円柱状を呈し、摩擦攪拌装置の主軸に接続される部位である。

　基端側ピンＦ２は、基軸部Ｆ１に連続し、先端に向けて先細りになっている。基端側ピンＦ２は、円錐台形状を呈する。基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａは適宜設定すればよいが、例えば、１３５～１６０°になっている。テーパー角度Ａが１３５°未満であるか、又は、１６０°を超えると摩擦攪拌後の接合表面粗さが大きくなる。テーパー角度Ａは、後記する先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂよりも大きくなっている。図２に示すように、基端側ピンＦ２の外周面には、階段状のピン段差部Ｆ２１が高さ方向の全体に亘って形成されている。ピン段差部Ｆ２１は、右回り又は左回りで螺旋状に形成されている。つまり、ピン段差部Ｆ２１は、平面視して螺旋状であり、側面視すると階段状になっている。本実施形態では、回転ツールＦを右回転させるため、ピン段差部Ｆ２１は基端側から先端側に向けて左回りに設定している。

　なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、ピン段差部Ｆ２１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、ピン段差部Ｆ２１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。ピン段差部Ｆ２１は、段差底面Ｆ２１ａと、段差側面Ｆ２１ｂとで構成されている。隣り合うピン段差部Ｆ２１の各頂点Ｆ２１ｃ，Ｆ２１ｃの距離Ｘ１（水平方向距離）は、後記する段差角度Ｃ及び段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１に応じて適宜設定される。

　段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１は適宜設定すればよいが、例えば、０．１～０．４ｍｍで設定されている。高さＹ１が０．１ｍｍ未満であると接合表面粗さが大きくなる。一方、高さＹ１が０．４ｍｍを超えると接合表面粗さが大きくなる傾向があるとともに、有効段差部数（被接合金属部材と接触しているピン段差部Ｆ２１の数）も減少する。

　段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとでなす段差角度Ｃは適宜設定すればよいが、例えば、８５～１２０°で設定されている。段差底面Ｆ２１ａは、本実施形態では水平面と平行になっている。段差底面Ｆ２１ａは、ツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して－５°～１５°内の範囲で傾斜していてもよい（マイナスは水平面に対して下方、プラスは水平面に対して上方）。距離Ｘ１、段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１、段差角度Ｃ及び水平面に対する段差底面Ｆ２１ａの角度は、摩擦攪拌を行う際に、塑性流動材がピン段差部Ｆ２１の内部に滞留して付着することなく外部に抜けるとともに、段差底面Ｆ２１ａで塑性流動材を押えて接合表面粗さを小さくすることができるように適宜設定する。

　図１に示すように、先端側ピンＦ３は、基端側ピンＦ２に連続して形成されている。先端側ピンＦ３は円錐台形状を呈する。先端側ピンＦ３の先端は回転軸に対いて垂直な平坦面Ｆ４になっている。先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂは、基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａよりも小さくなっている。図２に示すように、先端側ピンＦ３の外周面には、螺旋溝Ｆ３１が刻設されている。螺旋溝Ｆ３１は、右回り、左回りのどちらでもよいが、本実施形態では回転ツールＦを右回転させるため、基端側から先端側に向けて左回りに刻設されている。

　なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝Ｆ３１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、螺旋溝Ｆ３１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。螺旋溝Ｆ３１は、螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成されている。隣り合う螺旋溝Ｆ３１の頂点Ｆ３１ｃ，Ｆ３１ｃの距離（水平方向距離）を長さＸ２とする。螺旋側面Ｆ３１ｂの高さを高さＹ２とする。螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成される螺旋角度Ｄは例えば、４５～９０°で形成されている。螺旋溝Ｆ３１は、被接合金属部材と接触することにより摩擦熱を上昇させるとともに、塑性流動材を先端側に導く役割を備えている。

　回転ツールＦは、適宜設計変更が可能である。図３は、本発明の回転ツールの第一変形例を示す側面図である。図３に示すように、第一変形例に係る回転ツールＦＡでは、ピン段差部Ｆ２１の段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとのなす段差角度Ｃが８５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは、水平面と平行である。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、段差角度Ｃは、摩擦攪拌中にピン段差部Ｆ２１内に塑性流動材が滞留して付着することなく外部に抜ける範囲で鋭角としてもよい。

　図４は、本発明の回転ツールの第二変形例を示す側面図である。図４に示すように、第二変形例に係る回転ツールＦＢでは、ピン段差部Ｆ２１の段差角度Ｃが１１５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行になっている。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、ピン段差部Ｆ２１として機能する範囲で段差角度Ｃが鈍角となってもよい。

　図５は、本発明の回転ツールの第三変形例を示す側面図である。図５に示すように、第三変形例に係る回転ツールＦＣでは、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して１０°上方に傾斜している。段差側面Ｆ２１ｂは、鉛直面と平行になっている。このように、摩擦攪拌中に塑性流動材を押さえることができる範囲で、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転軸から外周方向に向かって水平面よりも上方に傾斜するように形成されていてもよい。上記の回転ツールの第一～第三変形例によっても、下記の実施形態と同等の効果を奏することができる。

　次に、本発明の実施形態に係る接合方法について図面を参照して説明する。図６に示すように、本実施形態の接合方法は、支柱１５と部材（以下、「封止体」とも言う。）３を摩擦攪拌で接合するというものであるが、ここでは、支柱１５を備えたジャケット本体２と、封止体３とを接合する場合を例示する。本発明は、支柱と部材とを接合する接合方法であって、支柱の形状や部材の形状、用途等は特に制限されるものではない。

　本実施形態の接合方法は、ジャケット本体２と、封止体３とを摩擦攪拌接合して液冷ジャケット１を製造するものである。液冷ジャケット１は、封止体３の上に発熱体（図示省略）を設置するとともに、内部に流体を流して発熱体と熱交換を行う部材である。なお、以下の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面という意味である。

　本実施形態に係る接合方法は、準備工程と、載置工程と、本接合工程と、を行う。準備工程は、ジャケット本体２と封止体３とを準備する工程である。ジャケット本体２は、底部１０と、周壁部１１と、複数の支柱１５と、で主に構成されている。ジャケット本体２は、第一アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第一アルミニウム合金は、例えば、ＪＩＳＨ５３０２　ＡＤＣ１２（Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ系）等のアルミニウム合金鋳造材を用いている。

　図６に示すように、底部１０は、平面視矩形を呈する板状部材である。周壁部１１は、底部１０の周縁部から矩形枠状に立ち上がる壁部である。周壁部１１の内周縁には周壁段差部１２が形成されている。周壁段差部１２は、段差底面１２ａと、段差底面１２ａから立ち上がる段差側面１２ｂとで構成されている。図２に示すように、段差側面１２ｂは、段差底面１２ａから開口部に向かって外側に広がるように傾斜している。段差側面１２ｂの傾斜角度β（図７）は適宜設定すればよいが、例えば、鉛直面に対して３°～３０°になっている。底部１０及び周壁部１１で凹部１３が形成されている。

　図６に示すように、支柱１５は、底部１０から垂直に立ちあがっている。支柱１５の本数は特に制限がされないが、本実施形態では４本形成されている。また、支柱１５の形状は本実施形態では円柱状になっているが、角柱など他の形状であってもよい。支柱１５の先端には突出部１６が形成されている。突出部１６の形状は特に制限されないが、本実施形態では円錐台状になっている。突出部１６の高さは、封止体３の板厚よりも小さくなっている。

　突出部１６が形成されることにより、支柱１５の先端には支柱段差部１７が形成されている。支柱段差部１７は、段差底面１７ａと、段差底面１７ａから立ち上がる段差側面１７ｂとで構成されている。段差底面１７ａは、周壁段差部１２の段差底面１２ａと同じ高さ位置に形成されている。段差側面１７ｂの高さ寸法は、封止体３の板厚よりも小さくなっている。段差側面１７ｂは、先端に向かうにつれて先細りとなるように、孔壁４ａから離間するように傾斜している。

　封止体３は、ジャケット本体２の開口部を封止する板状部材である。封止体３は、周壁段差部１２に載置される大きさになっている。封止体３の板厚は、段差側面１２ｂの高さよりも大きくなっている。封止体３には、支柱１５と対応する位置に孔部４が形成されている。孔部４は突出部１６が嵌め合わされるように形成されている。封止体３は、第二アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第二アルミニウム合金は、第一アルミニウム合金よりも硬度の低い材料である。第二アルミニウム合金は、例えば、ＪＩＳ　Ａ１０５０，Ａ１１００，Ａ６０６３等のアルミニウム合金展伸材で形成されている。

　載置工程は、図７に示すように、ジャケット本体２に封止体３を載置する工程である。載置工程では、段差底面１２ａに封止体３の裏面３ｂを載置する。段差側面１２ｂと封止体３の外周側面３ｃとが突き合わされて突合せ部Ｊ１１が形成される。また、段差底面１２ａと、封止体３の裏面３ｂとが突き合わされて突合せ部Ｊ１２が形成される。

　また、載置工程によって孔部４の孔壁４ａと支柱段差部１７の段差側面１７ｂとが突き合わされて第一突合せ部Ｊ１が形成される。第一突合せ部Ｊ１は、孔壁４ａと支柱段差部１７の段差側面１７ｂとが断面略Ｖ字状の隙間をあけて突き合わされる場合を含み得る。さらに、封止体３の裏面３ｂと支柱段差部１７の段差底面１７ａとが突き合わされて第二突合せ部Ｊ２が形成される。

　本接合工程は、図８及び図９に示すように、回転ツールＦを用いて第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。本工程では、封止体３の表面３ａに設定した開始位置Ｓｐに右回転した先端側ピンＦ３を挿入する。このとき、基端側ピンＦ２の外周面を封止体３に接触させつつ、先端側ピンＦ３の外周面を支柱段差部１７の段差側面１７ｂにわずかに接触させた状態とする。この状態で、第一突合せ部Ｊ１に沿って回転ツールＦを移動させる際に封止体３の第二アルミニウム合金を前記の第一突合せ部Ｊ１の隙間に流入させながら摩擦攪拌を行う。回転ツールＦは、第一突合せ部Ｊ１に沿って一周させる。回転ツールＦの移動軌跡には摩擦攪拌された金属が硬化することにより塑性化領域Ｗ１が形成される。本実施形態では、先端側ピンＦ３の外周面を支柱段差部１７の段差側面１７ｂにわずかに接触させ、かつ、先端側ピンＦ３の平坦面Ｆ４を段差底面１７ａに接触させていない。

　ここで、段差側面１７ｂに対する先端側ピンＦ３の外周面の接触代をオフセット量Ｎとする。本実施形態のように、先端側ピンＦ３の外周面を段差側面１７ｂにわずかに接触させ、かつ、先端側ピンＦ３の平坦面Ｆ４を段差底面１７ａに接触させない場合は、オフセット量Ｎを、例えば、０＜Ｎ≦０．５ｍｍの間で設定し、好ましくは０＜Ｎ≦０．２５ｍｍの間で設定する。

　回転ツールＦを突出部１６の廻りに一周させたら、塑性化領域Ｗ１の始端と終端とを重複させる。回転ツールＦは、封止体３の表面３ａにおいて、回転ツールＦを相対移動させながら徐々に上昇させて引き抜くようにしてもよい。

　以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、封止体（部材）３と先端側ピンＦ３との摩擦熱によって第一突合せ部Ｊ１の主として封止体３側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化される。そのため、第一突合せ部Ｊ１において支柱段差部１７の段差側面１７ｂと孔部４の孔壁４ａとを接合することができる。同様に第一突合せ部Ｊ１において支柱段差部１７の段差底面１７ａと封止体３の裏面３ｂとを接合することができる。また、先端側ピンＦ３の外周面を支柱段差部１７の段差側面１７ｂにわずかに接触させるに留めるため、支柱１５から封止体３への第一アルミニウム合金の混入を極力少なくすることができる。これにより、第一突合せ部Ｊ１においては主として封止体３側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。

　また、本接合工程では、支柱段差部１７の段差側面１７ｂを先端に向かうにつれて孔壁４ａから離間する方向に（支柱１５の先端が先細りとなるように）傾斜させているため、先端側ピンＦ３と支柱１５との接触を容易に回避することができる。また、本実施形態では、段差側面１７ｂの傾斜角度γ（図７）と、先端側ピンＦ３の傾斜角度α（図１）とを同一（段差側面１７ｂと先端側ピンＦ３の外周面とを平行）にしているため、先端側ピンＦ３と段差側面１７ｂとの接触を避けつつ、先端側ピンＦ３と段差側面１７ｂとを極力近接させることもできる。

　また、本実施形態の回転ツールＦは、基端側ピンＦ２と、基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａよりもテーパー角度が小さい先端側ピンＦ３を備えた構成になっている。これにより、封止体３に回転ツールＦを挿入しやすくなる。また、先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂが小さいため、封止体３の深い位置まで回転ツールＦを容易に挿入することができる。

　また、基端側ピンＦ２の外周面で塑性流動材を押えることができるため、接合表面に形成される段差凹溝を小さくすることができるとともに、段差凹溝の脇に形成される膨出部を無くすか若しくは小さくすることができる。また、階段状のピン段差部Ｆ２１は浅く、かつ、出口が広いため、塑性流動材を段差底面Ｆ２１ａで押えつつ塑性流動材がピン段差部Ｆ２１の外部に抜けやすくなっている。そのため、基端側ピンＦ２で塑性流動材を押えても基端側ピンＦ２の外周面に塑性流動材が付着し難い。よって、接合表面粗さを小さくすることができるとともに、接合品質を好適に安定させることができる。

　また、本接合工程では、回転ツールＦの回転方向及び進行方向は適宜設定すればよいが、回転ツールＦの移動軌跡に形成される塑性化領域Ｗ１のうち、支柱１５側がシアー側となり、封止体３側がフロー側となるように回転ツールＦの回転方向及び進行方向を設定した。支柱１５側がシアー側となるように設定することで、第一突合せ部Ｊ１の周囲における基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３による攪拌作用が高まり、第一突合せ部Ｊ１における温度上昇が期待でき、第一突合せ部Ｊ１において段差側面１７ｂと封止体３とをより確実に接合することができる。

　なお、シアー側（Advancing side：アドバンシング側）とは、被接合部に対する回転ツールの外周の相対速度が、回転ツールの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側を意味する。一方、フロー側（Retreating side：リトリーティング側）とは、回転ツールの移動方向の反対方向に回転ツールが回動することで、被接合部に対する回転ツールの相対速度が低速になる側を言う。

　また、準備工程において、封止体３の厚さを支柱段差部１７の段差側面１７ｂの高さ寸法よりも大きくなるように設定している。かかる接合方法によれば、接合部の金属不足を防ぐことができる。

　また、本接合工程では、支柱段差部１７の段差底面１７ａと先端側ピンＦ３の平坦面Ｆ４とは離間させているが、塑性化領域Ｗ１は段差底面１７ａに達している。これにより、第二突合せ部Ｊ２の接合強度を高めることができる。

　なお、本接合工程において、さらに先端側ピンＦ３を支柱段差部１７の段差底面１７ａにわずかに接触させた状態で、第二突合せ部Ｊ２に沿って回転ツールＦを移動させて摩擦攪拌を行ってもよい（図示省略）。かかる接合方法によれば、接合強度をより高めることができるとともに、支柱１５側から封止体３側への第一アルミニウム合金の混入を極力防ぐことができる。また、突合せ部Ｊ１１，Ｊ１２に対しては、例えば、摩擦攪拌などの方法により適宜接合すればよい。

　［変形例］
　次に、本発明の変形例に係る接合方法について説明する。変形例では、図１０に示すように、準備工程においてジャケット本体２と封止体３との材料が異なる点と、本接合工程の形態が前記実施形態と相違する。当該変形例の準備工程では、ジャケット本体２を銅又は銅合金で形成する。なお、変形例において、銅又は銅合金製のジャケット本体２と、アルミニウム又はアルミニウム合金製の封止体（部材）３とを例示したが、例えば、銅又は銅合金製の支柱と、当該支柱に接合されるアルミニウム又はアルミニウム合金製の部材とを接合してもよい。

　当該変形例の本接合工程では、図１０に示すように、回転ツールＦを用いてジャケット本体２と封止体３とを摩擦攪拌接合する。本接合工程では、支柱段差１７の段差側面１７ｂに先端側ピンＦ３の外周面を接触させない状態で突出部１６周りに一周させて摩擦攪拌を行う。先端側ピンＦ３の先端は、本実施形態では段差底面１７ａに接触させないように設定する。

　段差側面１７ｂから先端側ピンＦ３の外周面までの距離が遠すぎると第一突合せ部Ｊ１の接合強度が低下する。段差側面１７ｂから先端側ピンＦ３の外周面までの離間距離Ｌは段差側面１７ｂ及び封止体３の材料によって適宜設定すればよい。本実施形態のように先端側ピンＦ３の外周面Ｆ１０を段差側面１７ｂに接触させず、かつ、平坦面Ｆ４を段差底面１７ａに接触させない場合は、例えば、０≦Ｌ≦０．５ｍｍに設定し、好ましくは０≦Ｌ≦０．３ｍｍに設定することがよい。

　以上説明した変形例によれば、回転ツールＦの先端側ピンＦ３と支柱段差部１７の段差側面１７ｂとは接触させていない。しかしながら、封止体３と先端側ピンＦ３との摩擦熱によって第一突合せ部Ｊ１の主として封止体３側のアルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部Ｊ１において段差側面１７ｂと孔部４の孔壁４ａとを接合することができる。また、先端側ピンＦ３を封止体３のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、支柱１５から封止体３への銅又は銅合金の混入は殆どない。これにより、第一突合せ部Ｊ１においては主として封止体３側のアルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。

　また、第二突合せ部Ｊ２においても、先端側ピンＦ３を段差底面１７ａに接触させていないが、塑性化領域Ｗ１が段差底面１７ａに達するため第二突合せ部Ｊ２の接合強度を高めることができる。また、第二突合せ部Ｊ２においても、先端側ピンＦ３を段差底面１７ａに接触させていないため、支柱１５から封止体３への銅又は銅合金の混入は殆どない。これにより、第二突合せ部Ｊ２においても主として封止体３側のアルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。

　前記実施形態同様、本変形例において回転ツールＦは、基端側ピンＦ２と、基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａよりもテーパー角度が小さい先端側ピンＦ３を備えた構成になっている。これにより、封止体３に回転ツールＦを挿入しやすくなる。また、先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂが小さいため、封止体３の深い位置まで回転ツールＦを容易に挿入することができる。

　また、本変形例では、第一突合せ部Ｊ１に断面Ｖ字状の隙間が形成されるが、封止体３の板厚を段差側面１７ｂよりも大きくすることで、本接合工程における接合部（塑性化領域Ｗ１）の金属不足を防ぐことができる。

　また、本接合工程では、段差側面１７ｂの傾斜角度γ（図７）と、先端側ピンＦ３の傾斜角度α（図１）とを同一（段差側面１７ｂと先端側ピンＦ３の外周面とを平行）にしているため、先端側ピンＦ３と段差側面１７ｂとの接触を避けつつ、先端側ピンＦ３と段差側面１７ｂとを極力近接させることができる。

　なお、封止体３の板厚は突出部１６の高さ寸法と同一に設定してもよい。

　３　　　封止体（部材）
　４　　　孔部
　４ａ　　孔壁
　１５　　支柱
　１７　　支柱段差部
　１７ａ　段差底面
　１７ｂ　段差側面
　Ｊ１　　第一突合せ部
　Ｊ２　　第二突合せ部
　Ｆ　　　回転ツール
　Ｆ２　　基端側ピン
　Ｆ３　　先端側ピン
　Ｆ２１　ピン段差部
　Ａ　　　テーパー角度
　Ｂ　　　テーパー角度

Claims

　支柱と、前記支柱の先端が挿入される孔部を有する部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法であって、
　前記支柱は、第一アルミニウム合金で形成されており、前記部材は第二アルミニウム合金で形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材料であり、
　摩擦攪拌で用いる回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、
　前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から前記支柱の先端が先細りとなるように斜めに立ち上がる段差側面とを有する支柱段差部を形成する準備工程と、
　前記支柱に前記部材を載置することにより、前記支柱段差部の段差側面と前記孔部の孔壁とを突き合せた際に隙間があるように第一突合せ部を形成する載置工程と、
　回転する前記先端側ピンを前記部材に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記部材に接触させつつ、前記先端側ピンの外周面を前記支柱段差部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させる際に前記部材の第二アルミニウム合金を前記隙間に流入させながら摩擦攪拌を行う本接合工程とを含むことを特徴とする接合方法。
　前記載置工程では、前記支柱段差部の段差底面と前記部材の裏面を重ね合わせて第二突合せ部を形成し、
　前記本接合工程では、前記先端側ピンを前記支柱段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第二突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
　前記準備工程では、前記部材の厚さを前記支柱段差部の段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように設定す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。
　前記本接合工程では、前記回転ツールのアドバンシング側が前記支柱側となるように前記回転ツールの進行方向及び回転方向を設定することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
　支柱と、前記支柱の先端が挿入される孔部を有する部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法であって、
　前記支柱は、銅又は銅合金で形成されており、前記部材はアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されており、
　摩擦攪拌で用いる回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、
　前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から前記支柱の先端が先細りとなるように斜めに立ち上がる段差側面とを有する支柱段差部を形成する準備工程と、
　前記支柱に前記部材を載置することにより、前記支柱段差部の段差側面と前記孔部の孔壁とを突き合せた際に隙間があるように第一突合せ部を形成する載置工程と、
　回転する前記先端側ピンを前記部材に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記部材に接触させつつ、前記先端側ピンの外周面を前記支柱段差部の段差側面に接触させない状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させる際に前記部材のアルミニウム又はアルミニウム合金を前記隙間に流入させながら摩擦攪拌を行う本接合工程とを含むことを特徴とする接合方法。
　前記載置工程では、前記支柱段差部の段差底面と前記部材の裏面を重ね合わせて第二突合せ部を形成し、
　前記本接合工程では、前記先端側ピンを前記支柱段差部の段差底面に接触させない状態で、前記第二突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項５に記載の接合方法。
　前記準備工程では、前記部材の厚さを前記支柱段差部の段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように設定することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の接合方法。
　前記本接合工程では、前記回転ツールのアドバンシング側が前記支柱側となるように前記回転ツールの進行方向及び回転方向を設定することを特徴とする請求項５に記載の接合方法。
　前記本接合工程では、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させ前記支柱の周りを一周させて摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１又は請求項５に記載の接合方法。