(57)【要約】【課題】アルミ鋳物部材と他の部材を機械締結するに際し、熱変形を抑えて寸法精度を向上させるとともに締結対象部材の強度の低下を抑制することが可能な、アルミニウム鋳物部材の締結方法を提供する。【解決手段】本発明に係るアルミニウム鋳物部材の締結方法は、表面処理ステップ（ステップＳ１）及び締結ステップ（ステップＳ２）を有する。ステップＳ１では、アルミニウム又はアルミニウム合金の鋳物部材における、他の部材との機械締結予定箇所を、摩擦撹拌ツールを回転させながら押し込むことで表面処理を施す。ここで、ステップＳ１における摩擦撹拌ツールの押し込み量は、鋳物部材の表面のチル層が除去される程度の量とする。ステップＳ２では、鋳物部材と他の部材とを重ねてから、機械締結手段が機械締結箇所にて鋳物部材と他の部材とを締結する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金の鋳物部材における、他の部材との機械締結予定箇所を、摩擦撹拌ツールを回転させながら押し込むことで表面処理を施す表面処理ステップと、
前記鋳物部材と前記他の部材とを重ねてから、機械締結手段が機械締結箇所にて前記鋳物部材と前記他の部材とを締結する締結ステップと、
を有し、
前記表面処理ステップにおける前記摩擦撹拌ツールの押し込み量は、前記鋳物部材の表面のチル層が除去される程度の量とする、
アルミニウム鋳物部材の締結方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム鋳物部材の締結方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、セルフピアッシングリベットを用いて２つの部材（ワーク）を締結する方法が開示されている。特許文献１に記載の方法で用いられるセルフピアッシングリベットは、中実かつ先端面が平面をなす軸部と、この軸部より大径の頭部を有するとともに、この軸部から上記頭部に向かって緩やかに拡径する形状に形成されている。また、特許文献１に記載の方法では、ワークに対して上記軸部を傾けつつ接触させて上記頭部が平面視で上記軸部の先端を中心に円を描くように、セルフピアッシングリベットを揺動させながら打ち込んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８６５３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、特許文献１に記載の方法では、２つの部材を締結するに際してセルフピアッシングリベットを回転させながら押し込むようにしている。しかしながら、特許文献１に記載の方法を適用し、基材にアルミニウム鋳物部材を重ねてセルフピアッシングリベットにて２つの部材を締結する場合、アルミニウム鋳物の強度を上げるために熱処理を施してから締結するのが通例である。
【０００５】
そして、この熱処理は、熱処理時のアルミニウム鋳物部材の変形により寸法精度が悪化するとともに、熱変形により必要となる矯正のコストが嵩む。また、発明者は、フロードリルスクリューによる機械締結方法を採用することを考察したが、スクリューを打つ側の部材が薄い場合を除き、通常はスクリューを打つ場所に予め凹加工を行うため、締結後、凹部の周囲が応力集中箇所になってしまう。そして、アルミニウム鋳物部材をワークとする場合、この応力集中箇所が破断起点となり易くなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、アルミ鋳物部材と他の部材を機械締結するに際し、熱変形を抑えて寸法精度を向上させるとともに締結対象部材の強度の低下を抑制することが可能な、アルミニウム鋳物部材の締結方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の一態様に係るアルミニウム鋳物部材の締結方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金の鋳物部材における、他の部材との機械締結予定箇所を、摩擦撹拌ツールを回転させながら押し込むことで表面処理を施す表面処理ステップと、前記鋳物部材と前記他の部材とを重ねてから、機械締結手段が機械締結箇所にて前記鋳物部材と前記他の部材とを締結する締結ステップと、を有し、前記表面処理ステップにおける前記摩擦撹拌ツールの押し込み量は、前記鋳物部材の表面のチル層が除去される程度の量とする。
【０００８】
この一態様に係るアルミニウム鋳物部材の締結方法では、アルミ鋳物部材と他の部材を機械締結するに際し、摩擦撹拌ツールを用い、表面処理としてアルミ鋳物部材の表面のチル層が除去される程度の量だけ押し込んでから、機械締結を行う。よって、この一態様に係るアルミニウム鋳物部材の締結方法によれば、熱変形を抑えて寸法精度を向上させるとともに締結対象部材の強度の低下を抑制することが可能になる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アルミ鋳物部材と他の部材を機械締結するに際し、熱変形を抑えて寸法精度を向上させるとともに締結対象部材の強度の低下を抑制することが可能な、アルミニウム鋳物部材の締結方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るアルミニウム鋳物部材の締結方法の一例を説明するためのフロー図である。
【図２】図１の締結方法で用いられるＦＳＰ（摩擦プロセス）用の設備の一構成例を示す斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】図２及び図３の設備により局部的に改質したアルミ鋳物部材の断面図である。
【図５】アルミ鋳物の表面近傍における断面写真の一例を示す図である。
【図６】図２及び図３の設備により局部改質を行う様子の一例を説明するための断面図である。
【図７】図２及び図３の設備において回転ツールに突起部を備えないようにした設備により、局部改質を行う様子の一例を説明するための断面図である。
【図８】改質を行わないアルミ鋳物部材に対してＳＰＲ（セルフピアッシングリベット）によって他の部材と締結を行う場合の機械締結方法の一例を説明するための断面図である。
【図９】図８の機械締結方法により機械締結された様子を示す一部断面斜視図である。
【図１０】図３における固定点でのＦＳＰによる改質部において、ＳＰＲによって他の部材と締結を行う場合の、機械締結方法の具体例を説明するための断面図である。
【図１１】連続的な摩擦プロセス後にＳＰＲによる機械締結を施した結果、加圧及び加熱後にＳＰＲによる機械締結を施した結果、並びに比較例として改質なしでＳＰＲによる機械締結を施した結果を示す図である。
【図１２】ＦＤＳ（フロードリルスクリュー）による機械締結方法の一例を説明するための断面図である。
【図１３】図１２の方法により機械締結された様子を示す一部断面斜視図である。
【図１４】図２〜図４における改質部に対してＦＤＳによって締結を行う場合の、機械締結方法の具体例について説明するための断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係るアルミニウム鋳物部材の締結方法の代替例を説明するための断面図である。
【図１６】図１５の方法により機械締結された様子を示す一部断面斜視図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係るアルミニウム鋳物部材の締結方法の他の代替例を説明するための断面図である。
【図１８】図１７の方法により機械締結された様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係るアルミニウム鋳物部材（以下、アルミ鋳物部材）の締結方法について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るアルミ鋳物部材の締結方法の一例を説明するためのフロー図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態に係るアルミ鋳物部材の締結方法（以下、本締結方法）は、アルミ鋳物部材と他の部材とを重ねて機械締結する方法であり、表面処理を予め行ってから（ステップＳ１）、機械締結を行う（ステップＳ２）。ここで、アルミ鋳物部材とは、アルミニウム又はアルミニウム合金の鋳物部材を指し、アルミニウムが含まれていればその成分を問わない。また、他の部材の成分も問わないが、一般的に金属製とすることができる。
【００１３】
ステップＳ１（表面処理ステップ）では、アルミ鋳物部材における、他の部材との機械締結予定箇所を、摩擦撹拌ツールを回転させながら押し込むことで、表面処理を施す。ここで、ステップＳ１における摩擦撹拌ツールの押し込み量は、アルミ鋳物部材の表面のチル層が除去される程度の量とする。ステップＳ２（締結ステップ）では、アルミ鋳物部材と他の部材とを重ねてから、機械締結手段が機械締結箇所にてアルミ鋳物部材と他の部材とを締結する。ここで、機械締結手段は問わない。
【００１４】
このように、本締結方法は、摩擦撹拌ツールを用いた処理（以後、ＦＳＰ：摩擦プロセス）によって局所的に部材の性質を変え（改質し）、その後、機械的な締結を行う。つまり、本締結方法は、摩擦プロセスによるアルミ鋳物部材の局所改質を併用したアルミ鋳物部材の機械的締結方法であると言える。なお、この摩擦プロセスは、摩擦撹拌プロセスと称することもできる。
【００１５】
次に、本締結方法の具体的な例について、図２以降の図面を参照しながら説明する。
まず、図２〜図５を参照しながら、摩擦プロセス（ＦＳＰ）で用いられる設備、加工条件、並びにアルミ鋳物部材の局所的な改質の様子について、例を挙げて説明する。図２は、本締結方法における、ＦＳＰ用の設備の一構成例を示す斜視図で、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。また、図４は、図２及び図３の設備により局部的に改質したアルミ鋳物部材の断面図である。図５は、アルミ鋳物の表面近傍における断面写真の一例を示す図である。
【００１６】
図２に示すように、ＦＳＰ用の設備は、摩擦撹拌ツール１０と、アルミ鋳物部材であるワークＷを載置する受け部材（裏当て金等）１２と、を有することができる。摩擦撹拌ツール１０は、その本体に円筒形の回転部材（回転ツール）１１が回転可能に配設されており、回転ツール１１はその先端部１１ｂに円筒形の突起部（ピン部）１１ａを有することができる。突起部１１ａの形状は問わず、改質したい部分に合わせたものとすることができる。回転ツール１１の先端部１１ｂ及び突起部１１ａは、ワークＷへの加工形状により異なることになり、図２及び図３における例では、回転ツール１１の突起部１１ａ以外の先端部１１ｂもワークＷに当接して表面処理を行う部分となる。
【００１７】
この設備において、まず、前処理となる表面処理を施す箇所（つまり機械締結予定箇所）が回転ツール１１の突起部１１ａ及び先端部１１ｂに合うように、ワークＷを受け部材１２上に載置する。機械締結予定箇所は、最終的に他の部材との締結部となる箇所及びその近傍箇所である。そして、図２及び図３における弧状の矢印に示すように回転ツール１１を回転させながら、図２及び図３における下方へ向かう矢印に示すように摩擦撹拌ツール１０自体によりワークＷに向けて加圧する。
【００１８】
機械締結予定箇所が一カ所ではない場合には、摩擦撹拌ツール１０を移動させて連続的にＦＳＰを実施することになり、以下、この表面処理をＦＳＰ（連続）と称する。例えば直線状の領域である場合には、図２における直線矢印（ＩＩＩ−ＩＩＩで示す方向と同じ直線矢印）に示したように、その領域を網羅するように摩擦撹拌ツール１０を移動させていき、その領域内を表面処理することになる。
【００１９】
このような表面処理により、ワークＷにおいて、他の部材との締結部となる部分及びその近傍（例えば図２〜図４において撹拌部（改質部）Ｔとして示す領域）を改質することができ、図４で例示するような改質完了後のワークＷｍとすることができる。ここで、改質とは、回転ツール１１の押し込み、及び摩擦熱発生を伴う回転により生ずる改質であり、強度及び延性を向上させるような改質を指す。
【００２０】
また、図示しないが、機械締結予定箇所が一カ所（固定点）である場合には、摩擦撹拌ツール１０を移動させずに突起部１１ａの位置でＦＳＰを実施することになり、以下そのようなＦＳＰをＦＳＰ（点）と称する。また、機械締結予定箇所が一カ所である場合でも、突起部１１ａを有さない回転ツール１１を使用する場合の表面処理は、上方からの押圧（加圧）と摩擦による加熱とによる処理となり、以下そのような処理をＦＳＰ（点）と区別するために加圧・加熱と称する。ＦＳＰ（点）又は加圧・加熱においても、改質される領域が異なるものの、ＦＳＰ（連続）と同様の改質を行うことができる。
【００２１】
これらの摩擦撹拌ツール１０に対する制御は、図示しない制御部から行うことができる。このような制御に先立ち、まず、上記制御部に加工条件（以下、ＦＳＰ条件）が設定されることになる。ＦＳＰ条件としては、例えば、回転ツール１１の回転数、回転ツール１１のワークＷに対する押し込み量、回転ツール１１のワークＷに対する加圧力、回転ツール１１のワークＷに対する当接角度、加工時間、及び保持時間などが挙げられる。
【００２２】
なお、この設備において、上記当接角度は、例えば０．１ｍｍ未満の単位で制御可能としておく。保持時間は、回転ツール１１を回転させずにその位置を移動させない状態で保持される時間とすることができる。加工時間は、保持時間の終了から次回の保持開始までに（最初は回転開始から保持時間の開始までに）回転ツール１１を回転させる時間とすることができる。また、ＦＳＰ条件は、ＦＳＰ（連続）、ＦＳＰ（点）、及び加圧・加熱のうちいずれを実行するかによっても、少なくとも一部を異ならせることになる。
【００２３】
上述のような表面処理において、本実施形態では、ＦＳＰ条件の一つである回転ツール１１の押し込み量を、表面のチル層を除去できる程度の量（チル層を除去できる深さ）に設定しておく。設定される押し込み量の一例として、図３には押し込み量Ｄ１を示している。チル層は、鋳物表面の急速凝固により生成される層であり、例えば図５で例示した、表面からの深さＤｃで示される層である。Ｄｃは、例えば０．０５〜０．４ｍｍ程度となる。例えば、チル層より深層（チル層の下端から深さＤａで示される層）ではその硬度Ｈｖが８０程度となるのに対し、チル層の硬度Ｈｖは９０以上となり、アルミ鋳物部材のチル層はアルミ鋳物部材の内部より硬くなる。本実施形態では、このような硬いチル層を除去できるように押し込み量が設定されることになる。
【００２４】
ＦＳＰ条件の一つである回転ツール１１の押し込み量は、機械的締結する部位（締結部）のチル層の厚さを予め測定して、確実にチル層を除去でき、且つ材料の厚みが薄くなり過ぎない値に設定しておくことができる。摩擦撹拌ツールの押し込み量を調整し、好ましくはチル層のみを除去するようにすることで、アルミ鋳物部材の他の部分を不必要に除去しないので、機械締結箇所の厚さ寸法を下げ過ぎることがない。この押し込み量Ｄ１は、例えば図５の例では、深さが０．１〜０．５ｍｍ程度とすることができる。
【００２５】
図６及び図７を参照しながら、このようなＦＳＰによるアルミ鋳物部材の局部改質方法を施した結果の例について説明する。図６は、図２及び図３の設備により局部改質を行う様子の一例を説明するための断面図である。図７は、図２及び図３の設備において回転ツール１１に突起部１１ａを備えないようにした設備により、局部改質を行う様子の一例を説明するための断面図である。
【００２６】
図６における左側の図は、図３と同様であり、ＦＳＰ（点）において、突起部１１ａを有する回転ツール１１を用いて押し込み及び回転を行っている様子を示している。図６における右側の図は、そのような押し込み及び回転の完了後、回転ツール１１及び受け部材１２を取り除いた、改質完了後のワークＷｍの様子を示している。図６に示す改質完了後のワークＷｍでは、回転ツール１１における先端部（先端面）１１ｂに合った棚部Ｈｂとともに突起部１１ａに合った孔Ｈａが形成されている様子が分かる。また、ＦＳＰ（連続）でも同様の断面が形成されることになり、その場合、図６の孔Ｈａは連続させる方向に連なる溝に該当することになる。
【００２７】
図７における左側の図は、図３と同様ではあるが、加圧・加熱において、突起部１１ａを設けていない回転ツール１１を用いて押し込み及び回転を行っている様子を示している。図７における右側の図は、そのような押し込み及び回転の完了後、回転ツール１１及び受け部材１２を取り除いた、改質完了後のワークＷｍの様子を示している。図７に示す改質完了後のワークＷｍでは、回転ツール１１の先端部（先端面）１１ｂに合った棚部Ｈｂが形成されている様子が分かる。
【００２８】
次に、ワークＷｍの改質部Ｔにおいて他の部材と機械締結を行う方法について、比較例として改質を行わないアルミ鋳物部材と他の部材とを機械締結を行う方法と比較しながら説明する。
【００２９】
まず、図８〜図１１を参照しながら、機械締結にＳＰＲ（セルフピアッシングリベット）を用いる具体例について説明する。図８は、改質を行わないワーク（アルミ鋳物部材）Ｗに対してＳＰＲによって他の部材と締結を行う場合の機械締結方法の一例を説明するための断面図である。図９は図８の機械締結方法により機械締結された様子を示す一部断面斜視図である。図１０は、改質部ＴにおいてＳＰＲによって他の部材と締結を行う場合の、機械締結方法の具体例を説明するための断面図である。また、図１１は、連続的なＦＳＰ後にＳＰＲを施した結果、加圧及び加熱後にＳＰＲを施した結果、並びに比較例として改質なしでＳＰＲを施した結果を示す図である。
【００３０】
図８の左側に示すように、ＳＰＲによる機械締結は、締結対象としてアルミ鋳物部材であるワークＷと他の部材であるワークＷｏとを重ねた上に、ＳＰＲ（以下、図８におけるリベットＲ）の突起部が部材Ｗｏに当接するように配置されて行われる。この機械締結は、例えば、円筒部２１、押圧部２２、及び台座部２３を有する設備により行うことができる。台座部２３は、その当接する面とは逆側の面の形状をもつ突起部２３ａを有する。円筒部２１は、締結対象を上側から抑え台座部２３とともにその締結対象を挟み込む。押圧部２２は、円筒部２１の内側にスライド可能に設けられ、リベットＲの上端を押圧する。
【００３１】
このような設備により、まず、締結対象のワークＷにワークＷｏを重ね、その上面（ワークＷｏの上面）を円筒部２１で抑えることができるように円筒部２１を下側に下げる。次いで、リベットＲをその突起部がワークＷｏの上面に当接するように配置し、リベットＲの上面を押圧するように押圧部２２を設置して押圧する。機械締結が完了後は、図８の右側に示すように、円筒部２１、押圧部２２、及び台座部２３を、リベットＲにより機械締結されたワークＷ，Ｗｏ（図９参照）から離間させ、それを取り出す。
【００３２】
比較例として、改質を施さないアルミ鋳物部材のＳＰＲによる締結例を挙げる。ＳＰＲを用いた機械締結においては、下板がアルミ鋳物部材である場合、ＳＰＲのためにアルミ鋳物に熱処理（熱処理の質別として例えばＴ７処理）が必要となっている。そのため、このような場合、熱処理及び矯正に要するコストが嵩むこと、並びに熱処理時の変形により精度が悪化することが課題となっている。ここで、Ｔ７処理は、溶体化処理後安定化処理、或いは過時効処理などと称される処理である。
【００３３】
そして、このような熱処理を施さずにＳＰＲによる機械締結を施した場合、例えば、図１１の左列に示す比較例のような状態（「ＳＰＲのみ」で示す状態）のように割れが生じてしまう。ここで、図１１の左列、中列、及び右列では、押し込み量Ｄ１を０．１〜０．５ｍｍ程度とし、ワークＷｏとして鋼板（ＳＣＧＡ５９０  ｔ１．６）を用い、アルミ鋳物部材（ワークＷ）としてＡＤＴ１０−Ｆ  ｔ３．０を用いて機械締結を行った場合を示している。図１１の左列では、ＳＰＲのみ場合の断面図、その断面図に示す矢視方向からの外観写真及びカラーチェック後の写真を示している。なお、カラーチェックとは割れ等を分かり易くするための色付けを伴うチェック処理を指す。
【００３４】
このような課題が生じる理由は、熱処理を施していないアルミ鋳物の場合（所謂、Ｆ材と呼ばれるものである場合）、材料の局部的変形が大きい締結方法であるＳＰＲに対して、アルミ鋳物の延性（局部伸び）が不足しているためである。
【００３５】
これに対し、本実施形態では、上述したようなＳＰＲによる機械締結を、ＦＳＰ（連続）又は加圧・加熱により改質された改質部Ｔに対して施すことになる。具体的には、図１０の左側に示すように、まず改質部Ｔを下側に向けてワークＷｍをワークＷｏの下側に重ねる。そして、ワークＷｏの上面にリベットＲを当接させるとともに、台座部３１を改質部Ｔの部分に当接させる。そして、図１０において図示しない、図８の円筒部２１及び押圧部２２により、上側からワークＷｏを抑える工程及びリベットＲの押圧工程を行い、図１０の右側に示すようなリベットＲが機械締結されたワークＷ，Ｗｏが製作できる。ここで、台座部３１は、図１０の左側に示すように、底が平面の凹部３１ａを有することができ、これにより、図１０の右側に示すように平面部を有する突起部Ｔａを改質部Ｔに形成することができる。
【００３６】
ＦＳＰ（連続）又は加圧・加熱によってアルミ鋳物部材の延性を局部的に向上させることができ、そのような改質を行った改質部Ｔに対してＳＰＲによる機械締結を行うことで、ＳＰＲ時のアルミ鋳物部材の割れを抑制できる。
【００３７】
図１１の中列、右列では、それぞれＦＳＰ（連続）後にＳＰＲによる機械締結を施した場合、加圧・加熱後にＳＰＲによる機械締結を施した場合について、その断面図、その断面図に示す矢視方向からの外観写真及びカラーチェック後の写真を示している。図１１では、ＦＳＰ（連続）又は加圧・加熱のいずれの表面処理後に行った機械締結処理によっても、割れが生じていないのが分かる。また、説明を省略したがＳＰＲによる機械締結の前にＦＳＰ（点）を施して、それにより改質部Ｔに図６に示す孔Ｈａを形成した場合でも、同様の効果が得られる。
【００３８】
このように、本実施形態では、ＳＰＲにより機械締結を行う領域（機械締結箇所及びその近傍）に、ＦＳＰ（連続）、ＦＳＰ（点）、又は加圧・加熱による表面処理を施し、その領域の延性を向上させるため、割れが生じていない。よって、本実施形態では、割れ抑制という観点からＳＰＲを用いた機械締結の締結品質を向上させることができると言える。また、上記表面処理により、この領域における強度も向上させることができ、その観点からも上記締結品質を向上させることができると言える。
【００３９】
次に、図１２〜図１４を参照しながら、機械締結にＦＤＳ（フロードリルスクリュー）を用いる具体例について説明する。図１２は、ＦＤＳによる機械締結方法の一例を説明するための断面図、図１３は、図１２の方法により機械締結された様子を示す一部断面斜視図である。図１４は、ＦＳＰ（点）によって改質された改質部Ｔにおいて、ＦＤＳによって締結を行う場合の、機械締結方法の具体例について説明するための断面図である。
【００４０】
図１２の左側に示すように、ＦＤＳによる機械締結は、締結対象として孔Ｈｓを開けたアルミ鋳物部材であるワークＷと他の部材であるワークＷｏとを重ね、その孔ＨｓにＦＤＳ（以下、図１２におけるスクリューＳ）を配置した状態から開始される。この状態から、図１２の中央に示すように、スクリューＳを回転及び押圧により徐々にねじ込んでいくことで、図１２の右側及び図１３に示すようにＦＤＳによる機械締結が完了する。
【００４１】
ＦＤＳによる機械締結は、このような締結方法であるため、上板（ここではワークＷ）に予め孔（プリホール）を開けておく場合が多い。ここで、上板は、例えば１．５ｍｍ以上の厚みを有するものが多い。特に、アルミ鋳物部材の板厚は通常２ｍｍ以上あるため、上板としてアルミ鋳物部材を採用する場合はプリホールが必要となる。よって、アルミ鋳物部材を上板としてＦＤＳにより機械締結を行う場合には、上板へのプリホール形成のために加工コストが嵩んでしまうことになる。さらに、孔Ｈｓの周囲の材料強度が他の部位と同じであるため、孔Ｈｓにより応力集中する分、その周囲が最弱部位になり易く、破断部位になり易い。
【００４２】
これに対し、本実施形態では、上述したようなＦＤＳによる機械締結を、ＦＳＰ（点）により改質された改質部Ｔに対して施すことになる。この改質部Ｔも、押し込み量Ｄ１を例えば０．１〜０．５ｍｍ程度として形成することができる。具体的には、図１４の左側に示すように、まず孔Ｈａを有する改質部Ｔを上側に向けてワークＷｍをワークＷｏの上側に重ねる。そして、孔ＨａにスクリューＳの先端部を挿入し、回転及び押圧によりスクリューＳをねじ込む。これにより、図１４の右側に示すようにＦＤＳによる機械締結が完了する。
【００４３】
このように、本実施形態では、ＦＤＳにより機械締結を行う領域（機械締結箇所及びその近傍）に、ＦＳＰ（点）による表面処理を施し、機械締結箇所に孔を形成するとともにその領域の強度を向上させている。よって、本実施形態では、ＦＤＳによる機械締結の締結強度を向上して締結品質の向上を図ることができるだけでなく、そのような向上の過程においてＦＤＳを設置する箇所に孔を形成することができる。よって、本実施形態では、通常必要となるアルミ鋳物部材への孔開け工程を別途行わずに済み、製造に要する手間とコストを低減させることができる。
【００４４】
以上に説明したように、本締結方法では、アルミ鋳物部材と他の部材を機械締結するに際し、摩擦撹拌ツールを用い、表面処理としてアルミ鋳物部材の表面のチル層が除去される程度の量だけ押し込んでから、機械締結を行う。よって、本締結方法によれば、締結箇所の延性を向上させることができるため熱変形を抑えて寸法精度を向上させるとともに、締結箇所の強度を向上させ厚さ寸法を下げ過ぎることもないため、締結対象部材の強度の低下を抑制することが可能になる。
【００４５】
また、本実施形態によれば、ダイカストの熱処理が不要になるので、アルミ鋳物部材を製造するに際して要するエネルギー及びコストも低減させることができる。また、本実施形態は、例えば自動車業界などにおける電動化に伴うボディ等の軽量化のニーズが高まっており、それを受けてアルミ鋳物部材の採用が拡大しているため、今後特に有益となる。
【００４６】
＜代替例＞
以上において、本実施形態に係るアルミ鋳物部材の締結方法の様々な例について説明したが、以下に説明する代替例１及び代替例２をはじめとして、様々な代替例が採用し得る。例えば、上述した例において、以下の代替例１，２で例示するように、他の部材もアルミ鋳物部材とすること、さらには改質したアルミ鋳物部材とすることもできる。
【００４７】
（代替例１）
図１５及び図１６を参照しながら、本締結方法の代替例について説明する。図１５は、本締結方法の代替例１を説明するための断面図で、図１６は、図１５の方法により機械締結された様子を示す一部断面斜視図である。
【００４８】
代替例１における締結方法は、ＴＯＸ（登録商標）などの、かしめによる機械締結を行う方法である。かしめの場合、ＳＰＲよりも材料の変形が大きく、且つ、アルミ鋳物部材の表面から裏面まで局部改質（延性向上）が必要なため、改質方法はＦＳＰ（連続）であることが好ましい。よって、この締結方法では、アルミ鋳物部材（ワークＷ）における、かしめを施す箇所及びその近傍に、予め表面処理としてＦＳＰ（連続）を施す。
【００４９】
ここでは、締結対象の一組のワークを、いずれもアルミ鋳物部材とした場合について説明する。まず、ＦＳＰ（連続）により、上側に配置するワークを、かしめる部分で改質してワークＷｍ１とし、下側に配置するワークを、かしめる部分で改質してワークＷｍ２とする。ワークＷｍ１，Ｗｍ２が改質されかしめられる前の状態の図は省略するが、ワークＷｍ１，Ｗｍ２は、かしめにより図１５に示したように広範囲で凹部（裏側から見れば凸部）が形成され、その部分で事前に改質がなされていることになる。
【００５０】
上側に配置された改質完了後のワークＷｍ１とその下側に配置された改質完了後のワークＷｍ２とを、互いの改質部を重ね、ワークＷｍ１の改質部に向けて、先端部４２を有する押圧部４１を下げる。一方で、ワークＷｍ２の下側には台座部４３を設けておく。これにより、ワークＷｍ１及びワークＷｍ２の改質部がかしめにより締結され、図１６に示すようになる。なお、台座部４３は、ワークＷｍ２の締結箇所の形状を形成するような形状を有することができる。
【００５１】
なお、ここでは、締結対象の双方の部材を改質されたアルミ鋳物部材として説明したが、少なくとも一方が改質されたアルミ鋳物部材であれば、ある程度の効果を奏する。例えば、他方は、鋼板、アルミニウム、改質なしのアルミ鋳物部材などとすることができる。また、かしめによる機械締結を採用する場合であっても、ＦＳＰ（点）又は加圧・加熱を表面処理として採用することもできる。代替例１においても締結部分の延性及び強度を向上させることができるため、締結品質を向上させることができる。
【００５２】
（代替例２）
図１７及び図１８を参照しながら、本締結方法の他の代替例について説明する。図１７は、本締結方法の代替例２を説明するための断面図で、図１８は、図１７の方法により機械締結された様子を示す断面図である。
【００５３】
代替例２における締結方法は、ブラインドリベットによる機械締結を行う方法である。この場合の改質方法は、図１７に示すように孔Ｈｒ１，Ｈｒ２が必要となるため、ＦＳＰ（点）が採用される。よって、この締結方法では、アルミ鋳物部材（ワークＷ）における、ブラインドリベットＢＲを施す箇所及びその近傍に、予め表面処理としてＦＳＰ（点）を施す。
【００５４】
ここでは、締結対象の一組のワークを、いずれもアルミ鋳物部材とした場合について説明する。まず、ＦＳＰ（点）により、上側に配置するワークを、ブラインドリベットＢＲを設ける部分で改質してワークＷｍ１とし、下側に配置するワークを、ブラインドリベットＢＲを設ける部分で改質してワークＷｍ２とする。ワークＷｍ１，Ｗｍ２が改質されかしめられる前の状態の図は省略するが、ワークＷｍ１，Ｗｍ２は、それぞれブラインドリベットＢＲを挿入する、図１７の孔Ｈｒ１，Ｈｒ２が形成され、その部分で事前に改質がなされていることになる。
【００５５】
上側に配置された改質完了後のワークＷｍ１とその下側に配置された改質完了後のワークＷｍ２とを、互いの改質部を重ね（孔Ｈｒ１，Ｈｒ２を重ね）、ワークＷｍ１の孔Ｈｒ１に向けて、ブラインドリベットＢＲを取付機構５１により下げる。図１７では、４カ所にブラインドリベットＢＲを設ける例を挙げるとともに、その手順が分かるように順番に状態を示している。ワークＷｍ１及びワークＷｍ２の改質部がブラインドリベットＢＲにより締結され、図１８に示すようになる。なお、取付機構５１及びブラインドリベットＢＲの締結方法自体については既存技術を採用すればよいため、その説明を省略する。
【００５６】
なお、ここでは、締結対象の双方の部材を改質されたアルミ鋳物部材として説明したが、少なくとも一方が改質されたアルミ鋳物部材であれば、ある程度の効果を奏する。例えば、他方は、鋼板、アルミニウム、改質なしのアルミ鋳物部材、樹脂などとすることができる。代替例２においても、元々予め貫通孔の加工が必要になるため、ＦＤＳによる機械締結方法と同様又はそれ以上に加工コスト等を低減させることができる。
【００５７】
以上に、本実施形態について説明したが、上記実施形態は、以下の特徴を有する。
即ち、上記実施形態に係るアルミ鋳物部材の締結方法は、表面処理ステップ及び締結ステップを有する。表面処理ステップは、アルミニウム又はアルミニウム合金の鋳物部材における、他の部材との機械締結予定箇所を、摩擦撹拌ツールを回転させながら押し込むことで表面処理を施す。ここで、表面処理ステップにおける摩擦撹拌ツールの押し込み量は、鋳物部材の表面のチル層が除去される程度の量とする。締結ステップは、鋳物部材と他の部材とを重ねてから、機械締結手段が機械締結箇所にて鋳物部材と他の部材とを締結する。
【００５８】
以上の締結方法によれば、上記鋳物部材と上記他の部材を機械締結するに際し、摩擦撹拌ツールを用い、表面処理として上記鋳物部材の表面のチル層が除去される程度の量だけ押し込んでから、機械締結を行う。よって、この一態様に係る締結方法によれば、熱変形を抑えて寸法精度を向上させるとともに締結対象部材の強度の低下を抑制することが可能になる。
【符号の説明】
【００５９】
ＢＲ  ブラインドリベット
Ｈａ、Ｈｓ、Ｈｒ１、Ｈｒ２  孔
Ｒ  リベット
Ｓ  スクリュー
Ｔ  改質部
Ｗ  ワーク（アルミ鋳物部材）
Ｗｍ、Ｗｍ１、ＷＭ２  改質完了後のワーク
Ｗｏ  他のワーク（他の部材）
１０  摩擦撹拌ツール
１１  回転ツール
１１ａ  突起部
１１ｂ  先端部
１２  受け部材
２１  円筒部
２２、４１  押圧部
２３、３１、４３  台座部
２３ａ  突起部
３１ａ  凹部
４２  押圧部の先端部
５１  取付機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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