(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの被加工材を重ね合わせた重ね合わせ部に対して表側の被加工材表面から工具本体の肩部にピンを設けた摩擦攪拌接合工具を回転しつつ押し当てて前記２つの被加工材中に塑性流動域を生成し、この摩擦攪拌接合工具を前記重ね合わせ部に沿って相対移動させることにより前記２つの被加工材を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合方法において、
前記摩擦攪拌接合工具は、回転される工具本体の端面に設けられた径大の肩部と、前記肩部の工具回転軸線上に突設された径小のピンとを有し、
前記ピンは、ネジ部が形成された円柱状のピン基端部と、前記ピン基端部からピン先端に向かって先細状に形成されたテーパー部を有し且つ前記ネジ部と逆方向の巻き方向となった渦状溝が全域に形成されたピン先端部とを備え、
前記ピン先端部は、さらに先端部分がピン径方向と平行な平面部で構成され、前記渦状溝が前記テーパー部から前記平面部の全域にわたって連続して形成され、
前記摩擦攪拌接合時に、前記摩擦攪拌接合工具をピンのネジ部の巻き方向と逆方向に回転しつつ、表側の被加工材表面に肩部を平行に押し付けてピンを２つの被加工材中に挿入し、この際、ピン先端部のテーパー部を２つの被加工材の重ね合わせ界面に配置させ、
前記塑性流動域として、前記ネジ部を形成した円柱状のピン基端部の全部を表側の被加工材中に配置して前記ネジ部により２つの被加工材の重ね合わせ界面を含まない表側の被加工材に対して板厚方向に対流して塑性流動させる第１塑性流動域を生成するとともに、前記渦状溝を形成したピン先端部のテーパー部の一部を裏側の被加工材中に挿入して前記渦状溝により前記ピン先端部の前記テーパー部及び前記平面部に沿って前記重ね合わせ界面及び裏側の被加工材に対して板厚方向から傾いた斜め方向に前記第１塑性流動域とは逆方向に対流して塑性流動させる第２塑性流動域を生成することにより、前記塑性流動域外周部での重ね合わせ界面の板厚方向への移動を抑制して前記２つの被加工材を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法において、
前記肩部は、工具本体の径方向に平行な平面を有し、且つ前記ピンの突設部分から当該肩部の外径付近まで延びて工具本体の側面に開放しない凹部が形成され、
前記肩部を押し当てている表側の被加工材表面の材料を工具回転に伴って前記凹部により中心部側へ誘導させる摩擦攪拌接合方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の摩擦攪拌接合方法において、
前記ネジ部を形成した円柱状のピン基端部の全部を表側の被加工材中にその板厚の７０％〜９５％の範囲で挿入するとともに、前記渦状溝を形成したテーパー部を有するピン先端部の一部を裏側の被加工材中に表側の被加工材板厚の２０％〜７０％の深さで挿入する摩擦攪拌接合方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合方法において、
前記摩擦攪拌接合工具を前記重ね合わせ部に沿って相対移動させた接合線終端の最終接合部では、工具引抜位置を囲むように当該摩擦攪拌接合工具を移動させて、工具引抜位置のピン穴周りを補う形で接合部を形成する摩擦攪拌接合方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合方法において、
前記ピンを工具回転軸線に対して傾けて前記肩部に突設した前記摩擦攪拌接合工具により摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合方法において、
工具引抜位置のピン穴周りに生じる攪拌部位を切除する形で裏側の被加工材を含めて貫通又は非貫通する加工を行い、最終接合部における工具引抜位置のピン穴周辺に発生しやすい接合欠陥を除去する摩擦攪拌接合方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合方法において、
表側の被加工材として２枚の板材を左右に配置して突合せ、この突合せ部に沿って裏側の被加工材と重ね合わせ接合する摩擦攪拌接合方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合方法によって２つの被加工材を重ね合わせた重ね合わせ部を摩擦攪拌接合した接合部を備えた摩擦攪拌接合物であって、
前記接合部外周部での前記２つの被加工材の重ね合わせ界面の板厚方向への変動が抑制された断面形状を有する摩擦攪拌接合物。
【請求項９】
請求項８に記載の摩擦攪拌接合物であって、
リム部とディスク部とを重ね合わせた重ね合わせ部を摩擦攪拌接合した接合部を備えた車両用ホイール。
【請求項１０】
請求項６を引用する請求項８を引用する請求項９に記載の車両用ホイールであって、
工具引抜位置に形成された非貫通穴には耐圧性シリコン樹脂等の封止材を充填してエア漏れを防止する構成とする一方、貫通穴の場合には該貫通穴をバルブ穴とする構成の車両用ホイール。
【請求項１１】
２つの被加工材を重ね合わせた重ね合わせ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合工具において、
回転される工具本体の端面に設けられて表側の被加工材表面を押さえる径大の肩部と、
工具回転軸線に対して傾けて前記肩部に突設されて２つの被加工材中に挿入される径小のピンとを有し、
前記ピンは、
表側の被加工材板厚の７０％〜９５％の長さに設定された円柱状のピン基端部と、
前記ピン基端部からピン先端に向かって先細状に形成されたテーパー部を有し且つ先端部分をピン径方向と平行な面で形成された平面部とするピン先端部とで構成され、さらに、
前記ピン基端部には全長にわたって摩擦攪拌接合時の工具回転方向に対して巻き方向が逆方向となるネジ部が形成されるとともに、
前記ピン先端部には前記テーパー部から前記平面部の全域にわたって前記ネジ部と逆方向の巻き方向となった渦状溝が連続して形成されている摩擦攪拌接合工具。
【請求項１２】
請求項１１に記載の摩擦攪拌接合工具において、
前記テーパー部のテーパー角は、６０度以上１２０度以内に設定される摩擦攪拌接合工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの被加工材を重ね合わせた重ね合わせ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合方法、摩擦攪拌接合物、及び摩擦攪拌接合工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に摩擦攪拌接合は２つの同一もしくは異なる材料を突合せ、突合せ端面間に摩擦攪拌接合工具のピンを回転しつつ挿入して突合せ端面同士を摩擦攪拌することで接合する技術である。この突合せ接合では、板厚ないし接合深さが浅い材料の場合は片面からの工具挿入・摩擦攪拌接合を行い、肉厚な材料の場合は裏面からも同様に工具挿入・摩擦攪拌接合を行っている。この他、重ね合わせの場合はスポット溶接のように工具を挿入・保持して摩擦攪拌を行う摩擦攪拌スポット溶接と呼ばれるものがある。
【０００３】
摩擦攪拌接合によって２つの被加工材を重ね合わせた重ね合わせ部を接合する場合、重ねた被加工材の一方の表面から工具を挿入して接合する。この場合、工具は、工具本体の端面に肩部を設けるとともに肩部の工具回転軸線上にネジ部を形成したピンを突設したものが使用される。
【０００４】
ところで、２つの被加工材の重ね合わせ部に対し、工具を回転させながら連続して線状の接合を行うと、工具回転・ネジ部の向きによって線状の接合部の左右のいずれかに平行して連続した強度の強いとされるＡＳ（アドバンシングサイド）と、強度の劣るＲＳ（リトリーティングサイド）とが生じる。ＡＳは工具の回転方向と工具の進行方向とが一致した側であり、ＲＳは工具の回転方向と工具の進行方向とが反対となる側である。ＲＳでは工具の回転の相対速度が小さくなり、攪拌不足となる結果、２つの被加工材の重ね合わせ界面における各材料面の酸化層が残存して接合強度が弱くなる。そこで、従来、ＲＳを覆うように円ないし角で接合部を設ける、もしくは１度目の接合で発生したＲＳを１度目の接合進行方向と逆方向に再度接合を行うことで強度の劣る部位を重ねて接合強度の弱い部位をカバーする方法が提案された（特許文献１）。しかし、これらの接合方法では、接合面積が増えるほか、接合距離も伸び、すなわち加工時間が大幅に伸び、生産性の向上を阻害し、また接合部位面積確保のため、被加工材の形状にも制約を生じざるを得なかった。
【０００５】
そこで、ＡＳならびにＲＳの特性が生じない、もしくは同等レベルの接合強度が得られるであろう摩擦攪拌接合方法であったり、それに用いる工具形状の見直しが行なわれてきた。ネジ部の巻き方向と工具回転方向が逆であれば、一般に下方へ塑性流動が生じ、ネジ部の巻き方向と工具回転方向が同一であれば、上方に塑性流動が生じる。後者のみであると表側板材、すなわち工具挿入側表面には、肩部で抑えられるものの、その外周部分に余肉を生じさせるとともに、本来内部にあるべき材料が失われ、トンネル状欠陥などと呼ばれる接合不良を生じさせる傾向にあった。いずれも単体であれば何らかの欠陥を有する形状であるが、いずれも異なる特性がある。これらを組み合わせることで欠点をカバーする工具形状が研究開発されることとなった。
【０００６】
そこで、円柱状のピンにおいて左右ネジを組み合わせることで上下方向いずれもの塑性流動を生じさせることで、２つの被加工材の重ね合わせ接合を行うことが提案された（特許文献２）。この場合、ピンの周囲の塑性流動域では、左右ネジの重複した部分に生じる複数のボスによって塑性流動の方向を不規則、不均一に流動させて重ね合わせ界面の移動を抑えるようにする。しかし、この特許文献２では、塑性流動域における材料の塑性流動が板厚方向には十分に行われ難く、そのため、十分に高い接合強度で２つの被加工材を接合させることが困難であった。さらには、ピン先端面が単純な円弧平面であるため、ピン先端付近で材料の攪拌不足が生じ、接合不十分な状態となっていた。
【０００７】
また、円柱状のピンにおいて先端側に右ネジの螺旋形状である第１ネジ部を設け、基端側に左ネジの螺旋形状である左ネジの螺旋形状である第２ネジ部を設け、ピンを時計方向に回転し、第１ネジ部と第２ネジ部との境界部を２つの被加工材の重ね合わせ界面に一致させて摩擦攪拌接合を行うことが提案された（特許文献３）。この場合、ピンの周囲の塑性流動域では、第１ネジ部によって上方へ塑性流動する第１の流動体と第２ネジ部によって下方へ塑性流動する第２の流動体とを、第１ネジ部と第２ネジ部の境界部で合流させて重ね合わせ界面に沿って外径方向へ押し出し、重ね合わせ界面部分を重点的に攪拌させるようにする。しかし、この特許文献３では、あくまでスポット摩擦攪拌接合に適した工具形状である。１点での回転であれば裏側の板部分で生じるべき上方向への塑性流動が十分行なえるが、これに横方向の動き、すなわち線状に連続接合を行なうと上方向の塑性流動が不十分になりやすく、スポット時であれば実現できる外形方向への押し出しも不十分となり、接合強度の向上が図れない。さらにはスポット摩擦攪拌接合においても塑性流動域の外周部において重ね合わせ界面に押し出された流動体によって重ね合わせ界面が上下にそれぞれ移動され、上下の被加工材がともに薄肉化されて接合高さが小さくなり、高い接合強度が得られないおそれがあった。さらには、ピン先端面が単純な平面であるため、ピン先端付近で材料の攪拌不足が生じ、接合不十分な状態となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１３７２７４号公報
【特許文献２】特表２００２−５１４５１２号公報
【特許文献３】特開２００５−２０５４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、２つの被加工材の重ね合わせ部を摩擦攪拌接合する場合に、材料の攪拌が十分に行われ、且つ塑性流動域外周部における重ね合わせ界面の移動を抑制して、接合強度の高い接合を行える摩擦攪拌接合方法を提供することを目的とする。
また、本発明の目的は、前記摩擦攪拌接合方法によって接合強度の高い接合を行った摩擦攪拌接合物を提供する。
また、本発明の目的は、前記摩擦攪拌接合方法を実現するための摩擦攪拌接合工具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る摩擦撹拌接合方法は、
２つの被加工材を重ね合わせた重ね合わせ部に対して表側の被加工材表面から工具本体の肩部にピンを設けた摩擦攪拌接合工具を回転しつつ押し当てて前記２つの被加工材中に塑性流動域を生成し、この摩擦攪拌接合工具を前記重ね合わせ部に沿って相対移動させることにより前記２つの被加工材を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合方法において、
前記摩擦攪拌接合工具は、回転される工具本体の端面に設けられた径大の肩部と、前記肩部の工具回転軸線上に突設された径小のピンとを有し、
前記ピンは、ネジ部が形成された円柱状のピン基端部と、前記ピン基端部からピン先端に向かって先細状に形成されたテーパー部を有し且つ前記ネジ部と逆方向の巻き方向となった渦状溝が全域に形成されたピン先端部とを備え、
前記ピン先端部は、さらに先端部分がピン径方向と平行な平面部で構成され、前記渦状溝が前記テーパー部から前記平面部の全域にわたって連続して形成され、
前記摩擦攪拌接合時に、前記摩擦攪拌接合工具をピンのネジ部の巻き方向と逆方向に回転しつつ、表側の被加工材表面に肩部を平行に押し付けてピンを２つの被加工材中に挿入し、この際、ピン先端部のテーパー部を２つの被加工材の重ね合わせ界面に配置させ、
前記塑性流動域として、前記ネジ部を形成した円柱状のピン基端部の全部を表側の被加工材中に配置して前記ネジ部により２つの被加工材の重ね合わせ界面を含まない表側の被加工材に対して板厚方向に対流して塑性流動させる第１塑性流動域を生成するとともに、前記渦状溝を形成したピン先端部のテーパー部の一部を裏側の被加工材中に挿入して前記渦状溝により前記ピン先端部の前記テーパー部及び前記平面部に沿って前記重ね合わせ界面及び裏側の被加工材に対して板厚方向から傾いた斜め方向に前記第１塑性流動域とは逆方向に対流して塑性流動させる第２塑性流動域を生成することにより、前記塑性流動域外周部での重ね合わせ界面の板厚方向への移動を抑制して前記２つの被加工材を摩擦攪拌接合する。
【００１２】
また、前記摩擦攪拌接合方法において、
前記肩部は、工具本体の径方向に平行な平面を有し、且つ前記ピンの突設部分から当該肩部の外径付近まで延びて工具本体の側面に開放しない凹部が形成され、
前記肩部を押し当てている表側の被加工材表面の材料を工具回転に伴って前記凹部により中心部側へ誘導させることが望ましい。
【００１４】
また、前記摩擦攪拌接合方法において、
前記ネジ部を形成した円柱状のピン基端部の全部を表側の被加工材中にその板厚の７０％〜９５％の範囲で挿入するとともに、前記渦状溝を形成したテーパー部を有するピン先端部の一部を裏側の被加工材中に表側の被加工材板厚の２０％〜７０％の深さで挿入することが望ましい。
【００１５】
また、前記摩擦攪拌接合方法において、
前記摩擦攪拌接合工具を前記重ね合わせ部に沿って相対移動させた接合線終端の最終接合部では、工具引抜位置を囲むように当該摩擦攪拌接合工具を移動させて、工具引抜位置のピン穴周りを補う形で接合部を形成することが望ましい。この場合、工具をピン穴周りに１周移動させたり部分円弧状に移動させたり進行方向と反対方向に並行移動させる等の種々の方法を含む。
【００１６】
また、前記摩擦攪拌接合方法において、
前記ピンを工具回転軸線に対して傾けて前記肩部に突設した前記摩擦攪拌接合工具により摩擦攪拌接合することが望ましい。
【００１７】
また、前記摩擦攪拌接合方法において、
工具引抜位置のピン穴周りに生じる攪拌部位を切除する形で裏側の被加工材を含めて貫通又は非貫通する加工を行い、最終接合部における工具引抜位置のピン穴周辺に発生しやすい接合欠陥を除去することが望ましい。
【００１８】
また、前記摩擦攪拌接合方法において、
表側の被加工材として２枚の板材を左右に配置して突合せ、この突合せ部に沿って裏側の被加工材と重ね合わせ接合することができる。
【００１９】
そして、前記摩擦攪拌接合方法によって２つの被加工材を重ね合わせた重ね合わせ部を摩擦攪拌接合した接合部を備えた摩擦攪拌接合物は、前記接合部外周部での前記２つの被加工材の重ね合わせ界面の板厚方向への変動が抑制された断面形状を有する。
また、前記摩擦攪拌接合物は、リム部とディスク部とを重ね合わせた重ね合わせ部を摩擦攪拌接合した接合部を備えた車両用ホイールとすることができる。この車両用ホイールの場合、工具引抜位置に形成された非貫通穴には耐圧性シリコン樹脂等の封止材を充填してエア漏れを防止する構成とする一方、貫通穴の場合には該貫通穴をバルブ穴とする構成を採用することができる。
【００２０】
一方、本発明に係る摩擦撹拌接合工具は、
２つの被加工材を重ね合わせた重ね合わせ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合工具において、
回転される工具本体の端面に設けられて表側の被加工材表面を押さえる径大の肩部と、
工具回転軸線に対して傾けて前記肩部に突設されて２つの被加工材中に挿入される径小のピンとを有し、
前記ピンは、
表側の被加工材板厚の７０％〜９５％の長さに設定された円柱状のピン基端部と、
前記ピン基端部からピン先端に向かって先細状に形成されたテーパー部を有し且つ先端部分をピン径方向と平行な面で形成された平面部とするピン先端部とで構成され、さらに、
前記ピン基端部には全長にわたって摩擦攪拌接合時の工具回転方向に対して巻き方向が逆方向となるネジ部が形成されるとともに、
前記ピン先端部には前記テーパー部から前記平面部の全域にわたって前記ネジ部と逆方向の巻き方向となった渦状溝が連続して形成されている。
【００２１】
前記摩擦攪拌接合工具において、
前記テーパー部のテーパー角は、６０度以上１２０度以内に設定されることが望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、２つの被加工材の重ね合わせ部を摩擦攪拌接合する場合に材料の攪拌が十分に行われ且つ塑性流動域外周部における重ね合わせ界面の移動が抑制され、その結果、接合強度の高い接合が実現される。従って、接合部においては重ね合わせ界面が起点となる破断を防止することができる。しかも、線状の接合部におけるＲＳ（リトリーティングサイド）でもＡＳ（アドバンシングサイド）と略同等の接合強度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態による摩擦攪拌接合工具を示す側面図である。
【図２】実施形態による摩擦攪拌接合工具を先端側から見た状態を示す底面図である。
【図３】実施形態による摩擦攪拌接合工具を被加工材に挿入した状態を示す断面図である。
【図４】実施形態による摩擦攪拌接合工具を被加工材に挿入し、材料の塑性流動が発生した状態を示す断面図である。
【図５】塑性流動域の拡大断面図である。
【図６】摩擦攪拌接合した接合部の断面形状を模式的に示す断面図である。
【図７】車両用ホイールにおいて、リムとディスクとを摩擦攪拌接合している状態を示す断面図である。
【図８】車両用ホイールにおいて、ディスクの窓部外側又はスポーク部外側の摩擦攪拌接合する部位を示す正面図である。
【図９】車両用ホイールにおいて、リムとディスクとを摩擦攪拌接合した接合部を示す側面図である。
【図１０】車両用ホイールにおいて、リムとディスクとを摩擦攪拌接合した接合部の他の例を示す側面図である。
【図１１】摩擦攪拌接合工具の変形例として、肩部を平面のみで形成したものを示す側面図である。
【図１２】摩擦攪拌接合工具の変形例として、ピンのみを傾斜して設けたものを示す側面図である。
【図１３】摩擦攪拌接合工具の変形例として、図１のものとネジ部及び渦状溝の螺旋の向きを反対向きにしたものを示す側面図である。
【図１４】摩擦攪拌接合工具の変形例として、図１のものとネジ部及び渦状溝の螺旋の向きを反対向きにしたものを先端側から見た状態を示す底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明における実施形態を図面に基づき説明する。
図１、図２及び図３に示すように、実施形態の摩擦攪拌接合工具１は、回転駆動装置（図示せず）に装着されて回転しつつ、上下に重ね合わせた２つの被加工材６１，６２の重ね合わせ部に対して上側の被加工材６１表面から押し当てて前記重ね合わせ部を摩擦攪拌接合するためのものである。この摩擦攪拌接合工具（以下、適宜「工具」という。）１は、接合する被加工材６１，６２よりも硬質で且つ接合時の摩擦熱に耐え得る耐熱材料から形成される。例えば、被加工材６１，６２がアルミニウム、マグネシウム、これらの合金などの場合、工具１はＳＫＤなどの鋼材で製作することができる。
【００２５】
摩擦攪拌接合工具１は、回転される円柱状の工具本体２の端面に設けられ、上下に重ね合わせた２つの被加工材６１，６２のうちの上側（表側）の被加工材６１表面を押さえる径大の肩部２１と、肩部２１の工具回転軸線上にまっすぐ突設され、上下２つの被加工材６１，６２中に挿入される径小のピン３とを備える。
【００２６】
肩部２１は、工具本体２の径方向に平行な平面２３によって構成されている（図２参照）。これにより、摩擦攪拌接合時、上側の被加工材６１表面に対してこの肩部２１を平行姿勢にして押さえ付けることで、摩擦攪拌に伴う材料の浮き上がりを抑制し、肩部２１が当接される被加工材６１の接触面を均一な表面状態にすることができる。
【００２７】
また、肩部２１には、その平面２３においてピン３の突設部分から肩部２１の外径付近まで延びて工具本体２の側面に開放しないスリット２４が形成されている（図２参照）。スリット２４は、放射状に延ばして複数形成されているが、これに限らず、連続する渦状溝等の凹部とすることができる。ところで、摩擦攪拌接合時に被加工材６１表面に隆起する材料が摩擦攪拌接合工具の回転の遠心力で肩部の外側に放出されると、バリを発生させるとともに放出された材料による欠肉が生じ、表面状態の悪化を招くおそれがある。これに対し、肩部２１にスリット２４を形成することで、各スリット２４は肩部２１の外縁部には形成されず外端部で閉塞されているため、スリット２４の閉塞された外端部によって工具１の回転の遠心力で外方向へ流動する材料が肩部２１の外側へ放出されないようにせき止めることができる。また、各スリット２４によって、被加工材６１表面に隆起する材料を掻き取りつつ被加工材６１表面を平坦にならすことができる。従って、接合部において、バリの発生を抑制するとともに被加工材６１の表面状態を均一な状態にすることができる。
【００２８】
また、放射状に延ばした複数のスリット２４は、その外方へ延びる向きを工具回転方向側に傾くように形成されている。この場合、スリット２４を湾曲状に形成して外方へ延びる向きを工具回転方向側へ向けるようにしてもよい。これによって、スリット２４内に入り込んだ材料を工具１の回転に伴って中心部側へ誘導する力が作用する。従って、被加工材６１の表面に浮き上がってきた材料を被加工材６１中へ押し戻し材料の塑性流動を活発に行わせることができる。
【００２９】
肩部２１の外周部２２（肩部２１と工具本体２側面とが連続する部位）は、Ｒ状に形成されている。これは、肩部２１の外周部２２に角が立っていると、エンドミル等の切削工具の如く、この角で材料表面をすくってバリを発生させ得る。これに対して、肩部２１の外周部２２をＲ状とすることで、肩部２１の外周部２２で材料表面をすくい上げる現象を防止してバリの発生を抑制することができる。
【００３０】
ピン３は、上側（表側）の被加工材６１を貫通し且つ下側（裏側）の被加工材６２中に浅く挿入される部分であって、円柱状のピン基端部３ａと、テーパー部３１及び平面部３２を有するピン先端部３ｂとで構成されている。
【００３１】
ピン基端部３ａの外周面には、全長にわたってネジ部４が形成されている。このネジ部４の螺旋の巻き方向は、工具１が装着される回転駆動装置によって規定される摩擦攪拌接合時の工具１の回転方向に対して逆方向となっている。すなわち、この工具１は、摩擦攪拌接合時、回転駆動装置によってネジ部４の巻き方向と逆方向に回転させて使用される。図１、図２に示した工具１は、回転駆動装置によって工具１の上（工具本体２の基端側）から見て時計方向に回転され（回転方向Ｓ１）、ネジ部４の螺旋の巻き方向は、ピン３の基端から先端に向けて反時計方向（左ネジ）に形成される。
【００３２】
テーパー部３１は、ピン基端部３ａからピン先端まで先細状に形成されている。このテーパー部３１のテーパー角α（図３参照）は、６０度以上１２０度以内に設定される。テーパー角αを６０度以上とすることでテーパー部３１の立ち過ぎに伴った欠けやピン折れ等を防ぐことができ、また、テーパー角αを１２０度以内とすることでテーパー部３１の必要な軸線方向長さを確保し易くすることができる。また、ピン先端の平面部３２は、ピン径方向と平行な面で形成されている。この平面部３２の直径Ｗ２は、ピン基端部３ａの軸径Ｗ１の５０％程度に設定される（図１参照）。
【００３３】
そして、テーパー部３１から平面部３２の全域にわたって平面部３２の中心点を起点にした渦状溝５が連続して形成されている（図２参照）。この渦状溝５は、テーパー部３１側（渦状溝５の外周側）から平面部３２中心（渦状溝５の中心）へ向かう巻き方向がネジ部４と逆方向（時計方向）に形成されている。すなわち、この渦状溝５の巻き方向は、工具１が装着される回転駆動装置によって規定される摩擦攪拌接合時の工具１の回転方向Ｓ１と同じ方向となる。図１〜図３に示す工具１では、ネジ部４の螺旋の巻き方向が工具１の上から見て反時計方向（左ネジ）であるから、テーパー部３１から平面部３２にわたる渦状溝５の巻き方向は、工具１の上から見て時計方向に形成される。なお、図２は、ピン先端側である工具１の下から見た図であるため、渦状溝５の巻き方向は、外周側から中心へ向けて反時計方向に示され、工具１の回転方向Ｓ１も同様に反時計方向に示されている。
【００３４】
ピン３の全長は、ピン３を上下２つの被加工材６１，６２中に挿入した際、テーパー部３１が上下の被加工材６１，６２の重ね合わせ界面６０に配置される長さに設定される（図３参照）。この場合、重ね合わせ界面６０に対してテーパー部３１における上下位置関係は、テーパー部３１が重ね合わせ界面６０に配置される限り任意の位置に設定することができる。すなわち、ピン基端側のネジ部４を形成したピン基端部３ａの長さＬ１は、ピン挿入側である上側の被加工材６１の板厚ｔ１よりも短い長さに設定され（図３参照）、具体的には、上側の被加工材６１板厚ｔ１の７０％〜９５％の長さに設定される。また、ピン先端側のテーパー部３１の軸線方向長さＬ２は、摩擦攪拌接合時、下側の被加工材６２中への挿入長さＬ３が上側の被加工材６１板厚の２０％〜７０％となる長さを確保するように設定される（図１、図３参照）。この場合、ピン先端部３ｂが下側の被加工材６２を貫通しない範囲で設定される。なお、ピン３の全長（Ｌ１＋Ｌ２）はピン基端部３ａの軸径Ｗ１以下であることが好ましく、これにより、摩擦攪拌接合時のピン３の折損を抑えることができる。
【００３５】
一方、工具１の肩部２１は、摩擦攪拌接合時、上下の被加工材６１，６２の重ね合わせ界面６０に隙間が形成されないように上側の被加工材６１表面を押し付ける。そのため、肩部２１は、上側の被加工材６１表面から一定深さに埋没される。この肩部２１の埋没量Ｌ４は、上側の被加工材６１板厚ｔ１の１％〜２０％に設定されるが（図３参照）、ピン３のテーパー部３１が上下の被加工材６１，６２の重ね合わせ界面６０に配置される範囲内で且つテーパー部３１が下側の被加工材６２中に挿入される挿入長さＬ３として上側の被加工材６１板厚の２０％〜７０％となる範囲内に制限される。
【００３６】
例えば、ピン３のネジ部４を形成したピン基端部３ａの長さＬ１が上側の被加工材６１板厚ｔ１の９５％の長さの場合、肩部２１の埋没量Ｌ４は、上側の被加工材６１板厚ｔ１の１％以上５％未満に制限され、また、ピン基端部３ａの長さＬ１が上側の被加工材６１板厚ｔ１の７０％の長さの場合、肩部２１の埋没量Ｌ４は、上側の被加工材６１板厚ｔ１の１％以上２０％以下に制限される。なお、ピン３の挿入深さは、ネジ部４を形成したピン基端部３ａの下端位置（ピン基端部３ａとテーパー部３１との境界位置）が、上側の被加工材６１表面からこの板厚ｔ１の８０％〜９５％の位置となるのが好ましい。そして更に、肩部２１の埋没量Ｌ４は、前記したピン基端部３ａの長さＬ１との関係による制限に加えて、テーパー部３１が下側の被加工材６２中に挿入される挿入長さＬ３としてこの下側の被加工材６２板厚ｔ２に左右されることなく、上側の被加工材６１板厚の２０％〜７０％となる範囲内に制限する。
【００３７】
また、ピン３は、ピン基端部３ａに連設する軸部３０が肩部２１に設けられた穴部に圧入されて肩部２１から取り外し可能に設けられている。これにより、接合する２つの被加工材６１，６２の板厚ｔ１，ｔ２に応じて適切なピン長さ（Ｌ１＋Ｌ２）のピン３を装着して使用することができる。また、ピン３のネジ部４の磨耗やピン３が折損した場合等、ピン３だけを交換して再使用することができる。従って、ピン３の磨耗による接合強度の変化・低下を防止することができる。なお、ピン３は、軸部３０を肩部２１に圧入する構成の他に、肩部２１にタップ穴を設けて軸部３０を螺合させてもよいし、また、肩部２１の穴部に挿入した軸部３０を工具本体２の側面に設けたネジ孔からボルト止めする等の種々の固定手段で肩部２１に脱着可能とすることができる。また、ピン３は、前記のように肩部２１に着脱可能とせずに肩部２１に一体形成されてあってもよい。
【００３８】
次に、前記構成の摩擦攪拌接合工具１を用いて、重ね合わせた２つの被加工材６１，６２を重ね合わせ部で摩擦攪拌接合する方法を、図３、図４及び図５を参照して説明する。なお、摩擦攪拌接合工具１は、図示しない回転駆動装置に装着されて一方向に回転されるとともに昇降可能とされる。
【００３９】
そして、この工具１を回転方向Ｓ１としてピン３のネジ部４の巻き方向と逆方向（時計方向）に回転しつつ、ピン３を上側の被加工材６１表面からこの被加工材６１を貫通させて上下の被加工材６１，６２に跨る態様で挿入するとともに、肩部２１を上側の被加工材６１表面に対して平行に押し付けて所定の埋没量Ｌ４（上側の被加工材６１板厚ｔ１の１％〜２０％の深さ）でもって埋没させる。その後、工具１を重ね合わせ部に沿って移動させると、２つの被加工材６１，６２の重ね合わせ部が工具１の接合線（工具移動軌跡）に沿って摩擦攪拌により重ね合わせ接合される。なお、接合条件として、例えば、工具回転は２０００〜３０００ｒｐｍ、前進速度は５００〜１０００ｍｍ／分に設定される。また、工具１は、前進角を設けず肩部２１を被加工材６１表面と平行にして移動させる。また、摩擦攪拌接合操作に際して、重ね合わせた被加工材６１，６２の表側又は裏側等から接合部に向けて水などの冷媒、あるいは冷却空気などを噴き付けて冷却しながら接合操作を行うようにしてもよい。
【００４０】
前記の工具挿入操作により、図３示すように、ピン３は、ピン基端側のネジ部４を形成するピン基端部３ａの全体が上側の被加工材６１中に埋入されるとともに、ピン先端側のテーパー部３１の先端部分が下側の被加工材６２中に所定の挿入深さＬ３（下側の被加工材６２の板厚には左右されず、上側の被加工材６１板厚ｔ１の２０％〜７０％の深さ）でもって浅く挿入され、テーパー部３１が上下の被加工材６１，６２の重ね合わせ界面６０に配置される。すると、ピン３の周囲の被加工材６１，６２には、ピン３の回転による摩擦熱で加熱されて軟化し、塑性流動する塑性流動域７が生成される。
【００４１】
具体的には、図４、図５を参照して、ピン基端部３ａの周囲の軟化した上側の被加工材６１に対しては、板厚方向に向いてネジ部４回りで下降しその外側で上昇するように対流（Ａ１）して塑性流動する第１塑性流動域７１が生成される。このとき、被加工材６１の表面に上昇した材料は、肩部２１の複数のスリット２４によって中心部側へ強制的に誘導されるとともに、肩部２１によって下方へ押し戻される。その結果、前記Ａ１の対流現象が良好に行われて第１塑性流動域７１の塑性流動が活発に行われて材料の攪拌が高められる。
【００４２】
一方、テーパー部３１及び平面部３２の周囲において重ね合わせ界面６０を含んで軟化した上側及び下側の被加工材６１，６２に対しては、板厚方向から傾いた斜め方向に向いて渦状溝５周りで上昇しその外側で下降するように対流（Ａ２）して流動する第２塑性流動域７２が生成される。この第２塑性流動域７２における対流（Ａ２）の向きは、第１塑性流動域７１の対流（Ａ１）の向きと逆方向となっている。また、第２塑性流動域７２では、テーパー部３１は先端部へ向かうほど軸径が小さくなっているので、工具回転によるテーパー部３１の周速は、ネジ部４を形成した円柱状のピン基端部３ａの周速よりも低速となる。従って、第２塑性流動域７２の塑性流動は、第１塑性流動域７１よりも低いと考えられる。
【００４３】
このように、塑性流動域７における第１塑性流動域７１と第２塑性流動域７２は、各々の塑性流動の対流（Ａ１）（Ａ２）の方向が逆方向となっているので、第１塑性流動域７１と第２塑性流動域７２の境界部分Ｐ（図５参照）での塑性流動が抑えられると考えられる。従って、塑性流動域７の外周部において前記境界部分Ｐの周辺（Ｂ）における被加工材６１，６２の材料の移動が抑制される。前記境界部分Ｐは、ピン基端部３ａとピン先端部３ｂとの境目に対応し、２つの被加工材６１，６２の重ね合わせ界面６０近く（上側の被加工材６１中で重ね合わせ界面から少し上の位置）に位置しているので、塑性流動域７の外周部の重ね合わせ界面６０ｂの移動が抑制される。
【００４４】
また、第１塑性流動域７１と第２塑性流動域７２の境界部分Ｐで互いの塑性流動のぶつかり合う力が作用しても、前記境界部分Ｐは重ね合わせ界面６０から少し外れて位置しているので、ぶつかり合った材料の重ね合わせ界面６０への侵入が阻止される。さらに、重ね合わせ界面６０及び下側の被加工材６２に対する第２塑性流動域７２での塑性流動は、板厚方向から傾いた斜め方向に起こっている。これらによっても、塑性流動域７の外周部における重ね合わせ界面６０ｂの板厚方向への移動が抑制される。
【００４５】
従って、図６に示すように、摩擦攪拌接合物としては、接合部Ｊの外周部での重ね合わせ界面６０ｂの板厚方向への移動がほとんど見られない断面形状を有するものとなる。以上の結果として、ピン３周辺の材料の摩擦攪拌を十分に行うことができるともに、塑性流動域７の外周部における重ね合わせ界面６０ｂの移動を抑制することができるので、高い接合強度の接合を実現することができる。
【００４６】
また、先端側のテーパー部３１が２つの被加工材６１，６２の重ね合わせ界面６０に配置されることで、重ね合わせ界面６０の酸化層６０ａは、テーパー部３１の周囲での軟化材料の斜め上方への塑性流動に伴って被加工材板厚方向の上方へ押し上げられる（図４参照）。そして、この酸化層６０ａは、上下に対流する軟化材料の塑性流動によって良好に分散される。その結果、重ね合わせ界面６０の酸化層６０ａの残存が抑制されるので、残存する酸化層６０ａが起点となって破断することが防止され、接合強度を向上することができる。そして、この回転する摩擦攪拌接合工具１を被加工材に対して横方向に平行移動させて線状に接合を行った場合、ＲＳ（リトリーティングサイド）であっても、酸化層６０ａの残存が抑制されてＡＳ（アドバンシングサイド）と略同等の接合強度を得ることができる。ここで、ＲＳとは、工具１の回転方向と工具１の進行方向とが反対となる側であり、回転の相対速度が小さくなって攪拌不足となり易い。ＡＳとは、工具１の回転方向と工具１の進行方向とが一致する側であり、回転の相対速度が大きく良好な攪拌が行われる。
【００４７】
また、ピン先端が平面部３２となっているので、ピン先端を尖らせた場合に比して、工具１の押し付け圧力がピン先端に局所集中することが低減され、押し付け圧力による下側の被加工材６２の裏面での変形を防ぐことができる。しかも、下側の被加工材６２へのピン３の挿入深さを浅くすることができ、下側の被加工材６２の裏面への熱影響も抑えられる。そして、平面部３２の周囲の軟化した下側の被加工材６２は、平面部３２の渦状溝５によって平面部３２に沿って外方（横方向）へ塑性流動され、下方へ向かう塑性流動が抑制される。従って、薄板の被加工材（下側の被加工材６２の板厚が上側の被加工材６１の板厚よりも薄い場合も含む。）であっても、下側の被加工材６２の裏面の変形や熱影響を防止することができる。
【００４８】
このように、２つの被加工材６１，６２を重ね合わせた重ね合わせ部の軟化材料が、対流するように上下に塑性流動されて良好に攪拌され、且つ重ね合わせ界面６０の酸化層６０ａが良好に分散されて酸化層６０ａの残存が抑制される。従って、接合部において、トンネル状欠陥を生じさせず良好な接合を得ることができ、且つ残存する酸化層６０ａが起点となって破断することが防止され、接合強度を向上することができる。しかも、線状に接合した場合、ＲＳ（リトリーティングサイド）であっても、酸化層６０ａの残存が抑制されてＡＳ（アドバンシングサイド）と略同等の接合強度を得ることができる。さらに、下側の被加工材６２の裏面の変形や熱影響を防止することができ、接合部の裏側も良好な表面状態にすることができる。
【００４９】
因みに、図１〜図３に示す実施形態の構成の摩擦攪拌接合工具１を用いて上述した実施形態の摩擦攪拌接合方法（図３、図４）により、２枚のアルミ板を重ね合わせ、この重ね合わせ部を線状に摩擦攪拌接合した接合材の接合試料に対して、その接合部の折り曲げ試験を行ったところ、従来の工具（円柱状ピンにピン回転方向と逆方向のネジを形成しただけのもの）による接合部のＲＳで生じるような重ね合わせ界面６０からの破断が発生しなかったことを確認した。また、前記接合試料の裏面（工具挿入の反対側の面）を目視したところ、変形や熱影響による焼け等もなく、接合前とほとんど変わりなく綺麗な表面状態であったことも確認した。さらに、前記接合試料の表面（工具挿入側の面）の接合表面状態もバリがなく、均一な表面状態であったことも確認した。そして、接合試料（摩擦攪拌接合物）において、接合部Ｊの断面形状は、図６に示したように接合部Ｊの外周部で重ね合わせ界面６０ｂの移動が抑制されていることも確認した。
【００５０】
ところで、摩擦攪拌接合を線状に行うと接合線終端の最終接合部では、工具引抜位置にピン穴が残ってしまう。そのため、最終接合部のピン穴部分は、接合断面積が他の接合部分と比べてピン断面積分だけ無くなるほか、横方向の工具ないし材料移動がなくなり、定点停止下での工具回転のみに依存するため、連続接合から大きな条件変動を招いてしまうため、接合欠陥を生じやすい。このため接合強度が低下し得るので、このピン穴が接合部の疲労破壊の起点となり得る。
【００５１】
そこで、接合線終端の最終接合部では、工具１を引き抜く前に先行して工具引抜位置を囲むように工具１を工具引抜位置の周りに連続して１周させてから工具１を引き抜くようにして、工具引抜位置のピン穴周りに接合部を形成する（図９参照。なお、図９中、Ｊは接合部、ｈはピン穴、ｅは最終接合部を示す。）。これによって、最終接合部のピン穴周りに接合部分の面積が広く形成されるので、ピン穴の抜けによる接合強度不足が補強され、ピン穴を起点にした接合部の疲労破壊を防止することができる。なお、このような工具引抜位置のピン穴周りを補う形で最終接合部ｅを形成する場合、前記した工具１をピン穴ｈの周りに１周移動させる他に、部分円弧状に移動させたり進行方向と反対方向に並行移動させる等の種々の方法を含むものとする。
また、これと併用・否併用問わず、最終接合部のピン穴周りに形成される摩擦攪拌影響部を下側の被加工材６２を含めて貫通させるか非貫通とするかは問わず切除することで最終接合部に生じやすい欠陥部位を除去することで破断起点となることを防止してもよい。
【００５２】
（車両用ホイールへの適用例）
以上の摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合工具１は、車両用ホイールにおいて、円筒状のリムの内周部に円盤状のディスクを嵌め合わせ、このリムとディスクとの重ね合わせ部を摩擦攪拌接合して車両用ホイールを製造する場合に適用することができる。この場合、図７に示すように、リム８とディスク９との重ね合わせ部Ｔにおいて、前記摩擦攪拌工具１を回転しつつピン３をリム８の外周面から差し込み、ピン３がリム８を貫通してディスク９の外周部に達するように挿入するとともに、肩部２１をリム８の外周面に対して略平行に押し付ける。このとき、上述のとおり、ピン３のテーパー部３１がリム８とディスク９の重ね合わせ界面（６０）に配置される高さに設定する。そして、この摩擦攪拌接合工具１をリム８の周方向に相対移動させ、リム８とディスク９との重ね合わせ部を摩擦攪拌接合する（図９参照）。
【００５３】
この摩擦攪拌接合操作は、例えば、図８（ａ）に示すように、ディスク９の各スポーク部９２の外周部位Ｊ２のみに対して行ってもよいし、また、ディスク９の各窓部９１の外周部位Ｊ１のみに対して行ってもよいし、また、ディスク９全周に対して行ってもよい。なお、図８（ｂ）に示すように、ディスク９として窓部９１の外周部位が形成されずスポーク部９２の外周部位Ｊ２のみがリム８の内周面に接する形状のものでは、各スポーク部９２の外周部位Ｊ２の位置で摩擦攪拌接合を行うようにしてもよい。
【００５４】
また、接合線終端の最終接合部では、ピン穴を起点にした接合部の疲労破壊を防止するため、図９に示すように、最終接合部ｅにおいて、工具１を引き抜く前に先行して工具引抜位置を囲むように工具１を工具引抜位置の周りに連続して１周させる等（例えば、円弧弧状に移動、工具進行方向と反対方向へ並行移動など）してから工具１を引き抜くようにして、工具引抜位置のピン穴ｈ周りを補う形で最終接合部ｅを形成するようにしてもよい。さらに、このようなピン穴ｈ周りを補強する、しないのいずれの方法においても、最終接合部のピン穴ｈ周りに形成される摩擦攪拌影響部に対して、下側板材となるディスク側部材を含んで貫通させるか、非貫通とするかは問わず切除することで工具引抜位置に発生しやすい摩擦攪拌欠陥部の除去を行うことも有効である。
なお、前記ピン穴ｈには耐圧性シリコン樹脂等の封止材を充填するのが好ましく、その場合、封止材によって当該ピン穴ｈ部分からのタイヤの空気漏れを確実に防止することができる。また、貫通穴を設けた場合、該貫通穴をエアバルブ穴として用いることも可能である。
【００５５】
以上の摩擦攪拌接合によれば、リム８とディスク９の接合部の接合強度を高くすることができ、しかも溶接の場合と異なり高温の熱影響による劣化を回避することができる。従って、リム８とディスク９の接合強度が高く、品質の優れた車両用ホイールが得られる。
なお、前記摩擦攪拌接合操作に際して、リム８の外周面側又は内周面側から接合部（Ｊ１）（Ｊ２）に向けて水などの冷媒、あるいは冷却空気などを噴き付けて冷却しながら接合操作を行うようにしてもよい。この場合、ディスク９への熱影響を確実に阻止することができるので、ディスク９の塗膜やディスク面の焼けや変色を防止して、高品質の車両用ホイールを得ることができる。
【００５６】
また、前記車両用ホイールを含む円筒形状物に対して工具１を周方向に連続して１周させて円筒接合を行う場合、工具１の移動の始点と終点とを同じ位置とするか、終点を始点より少しオーバーラップ（図１０（ａ）参照。）させるようにしてもよい。この場合、最終接合部で接合面積を広く確保でき、接合強度を高く確保することができる。なお、工具１の移動始点付近に工具移動の終点を設け、始点と終点とをオーバーラップさせないようにしてもよい（図１０（ｂ）参照）。
【００５７】
さらに、車両用ホイールにおいて、工具１をリム８の周方向に連続して１周させてリム８とディスク９との重ね合わせ部を接合する場合、最終接合部ｅの工具引抜位置のピン穴ｈに対して、ピン穴ｈより大きい貫通穴を設け、この貫通穴をリム８に装着するタイヤのエアバルブ穴として使用するようにしてもよい。これにより、最終接合部ｅのピン穴ｈを無くしてピン穴ｈを起点とした接合部Ｊの疲労破壊を防止することができ、また、ピン穴ｈをエアバルブ穴として有効に活用して車両用ホイールを効率的に製造することができる。
【００５８】
なお、本発明は、前記実施形態にのみ限定されず、本発明の要旨の範囲内で適宜に変更することができる。
本発明は、表側の被加工材６１として２枚の板材を左右に配置して突合せ、この突合せ部に沿って裏側の被加工材６２と重ね合わせ接合するようにしてもよい。すなわち、裏側の被加工材６２上に、表側の被加工材６１として２枚の板材を突合せて配置し、この２枚の板材を突合せた突合せ部に沿って工具１を相対移動させることで、表側の２枚の板材の被加工材６１を突合せ接合するとともに、裏側の被加工材６２との重ね合わせ接合を同時に行う。
図１１に示すように、摩擦攪拌接合工具１Ａの肩部２１は、スリット２４等の凹部を形成することなく平面２３のみとしてもよい。
【００５９】
また、図１２に示すように、摩擦攪拌接合工具１Ｂのピン３は、工具回転軸線に対して所定の傾斜角Ｃで傾けて肩部２１に突設させてもよい。これにより、塑性流動域７の材料の攪拌を一層高め、接合強度をさらに高めることができる。すなわち、摩擦攪拌接合時に工具に前進角を持たせると工具進行方向後側等が浮いて被加工材表面の押し付けが不十分となり、材料の対流による塑性流動（第１塑性流動域７１）が抑制され得る。これに対して、ピン３のみを肩部２１に対して傾けて設けることで、肩部２１を被加工材表面に対して平行にして工具１を前進させることができるから、肩部２１全面で被加工材表面を押し付けて材料の対流による塑性流動（第１塑性流動域７１）を活発に行わせて摩擦攪拌を高めることができる。なお、この場合、ピン３の傾斜角Ｃは、例えば、工具回転軸線に対して０度より大きく１０度以下に設定するのが好ましいが、これに限定されず１０度よりも大きく傾けることも可能である。これにより、被加工材へのピン挿入を支障なく行え、且つ工具前進時のピン３への負荷増大を抑えてピン３の折損を防ぐことができる。なお、前進角を持たせる場合と同様、ピン傾斜角Ｃをより大きくすることで材料の攪拌増大効果を確実に得ることができる。
【００６０】
また、前記実施形態の摩擦攪拌接合工具１は、回転駆動装置によって時計方向に回転（回転方向Ｓ１）されるものとして説明したが、反時計方向に回転（回転方向Ｓ２）される場合は、図１３、図１４に示すように、摩擦攪拌接合工具１Ｃとして、ピン３のピン基端部３ａのネジ部４の螺旋の巻き方向は、工具１Ｃの上から見て時計方向（右ネジ）に形成され、ピン３のテーパー部３１から平面部３２にわたる渦状溝５の巻き方向は、反時計方向に形成されるものとする。
【符号の説明】
【００６１】
１  摩擦攪拌接合工具
２  工具本体
３  ピン
３ａ  ピン基端部
３ｂ  ピン先端部
４  ネジ部
５  渦状溝
７  塑性流動域
８  リム
９  ディスク
２１  肩部
２２  肩部２１の外周部
２３  肩部２１の平面
２４  スリット（凹部）
３０  軸部
３１  テーパー部
３２  平面部
６０  重ね合わせ界面
６０ａ  酸化層
６０ｂ  塑性流動域外周部の重ね合わせ界面
６１  上側の被加工材（表側）
６２  下側の被加工材（裏側）
７１  第１塑性流動域
７２  第２塑性流動域
α  テーパー角
Ｃ  ピン傾斜角
【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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