(57)【要約】【課題】  本発明は、接合開始点および接合最終端を最小限にするための摩擦攪拌接合法を提供することを目的とする。【解決手段】  金属材料等の被接合材（１、２）に回転するツール（５９）を挿入し、接合部（Ｓ１、Ｓ２）に沿って移動することで接合を行う摩擦撹拌接合法において、前記被接合材（１、２）に複数の接合部（Ｓ１、Ｓ２）が独立して存在するときに、前記被接合材（１、２）に前記ツール（５９）を挿入した状態で連続して他の接合部に移動することを特徴とする摩擦撹拌接合法。【選択図】            図１
2006026701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料等の被接合材に回転するツールを挿入し、接合部に沿って移動することで接合を行う摩擦撹拌接合法において、前記被接合材に複数の接合部が独立して存在するときに、前記被接合材に前記ツールを挿入した状態で連続して他の接合部に移動することを特徴とする摩擦撹拌接合法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料等の接合に用いられる摩擦撹拌接合法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アルミニウム等の金属材料を接合する手段として摩擦攪拌接合法が多く用いられるようになった。摩擦攪拌接合法は、被接合材の材質より硬質でかつ、溶融温度の高い材質のツールを被接合材の接合部に挿入し、このツールを回転させながら移動することにより、被接合材との間に発生する摩擦熱で被接合材を軟化させ接合する方法である（特許文献１参照）。
【０００３】
図４（ａ）は摩擦攪拌接合法の一例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ矢視に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ矢視に沿う断面図であり、あらかじめＬ字形溝５１を形成した下プレート５６に連通孔５５を加工した上プレート５３を重ねて、両者を摩擦攪拌接合法で接合して管路を形成する例である。
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、摩擦攪拌接合開始点ｘにおいて、上プレート５３に対し、溝５１の巾方向中心から適当な距離ｆの位置に、図４（ｂ）に示すような、経大の円柱状回転子５７の端部軸線上に経小のピン状プローブ５８が突出して一体に設けられたツール５９を高速で回転させながら押圧する。
その結果、ツール５９のプローブ５８の先端部において摩擦熱により、上プレート５３が極部的に軟化し攪拌されながら、プローブ５８はさらに深く挿入され、ツール５９の回転子５７の下面が上プレート５３の上面に当接するまで挿入される。
【０００４】
次いで図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、溝５１の巾方向の距離ｆを保ちながら、溝５１に沿って、例えば図中矢印の方向に、ツール５９を回転させながら移動する。そして、ツール５９と上、下プレート５３、５６の接触部近傍において、摩擦熱により軟化し、かつプローブ５８により攪拌されるとともに、ツール５９の移動に伴って、軟化攪拌部分がプローブ５８の進行方向の後側に廻り込む様に塑性流動したのち、急速に冷却固化されると同時に上プレート５３と下プレート５６は接合される。
ツール５９の移動に伴い、この現象を繰返しながら溝５１の周囲を一周して接合開始点ｘを通過後、ツール５９を上方に引き抜いて一連の接合作業を終了する。
【０００５】
図５（ａ）（ｂ）、図６および図７は従来の摩擦攪拌接合の施工例を示したものであり、下プレート５６上に各々独立に形成された溝６１、６２、６３に、上プレート５３を重ねてセットし、各々の溝６１、６２、６３の周緑部に沿って全周を接合する例を示している。各々の溝６１、６２、６３に対応して接合開始点ｘ１、ｘ２、ｘ３と、接合最終端部（ツールの引き抜き点）ｙ１、ｙ２、ｙ３とが存在する。
図６は、平板６５にリブ６７、６８、６９を接合する例を示し、各々のリブ６７、６８、６９に対し、接合開始点ｘと接合最終端部ｙが生じる。
図７は、平板７１、７２、７３を相互に接合する例を示し、各々の接合線に対応して、接合開始点ｘ１、ｘ２、ｘ３および接合最終端部ｙ１、ｙ２、ｙ３が生じる。
【０００６】
以上説明した、摩擦攪拌接合法は金属材料の種類に限定されないとか、接合時の熱歪みによる変形が少ない等の利点があるが、他方、次のような欠点が指摘されている。
【０００７】
第一に、接合開始点におけるプローブ５８挿入に時間を要する。即ち、ツール５９を回転させながら被接合部に押圧して、プローブ５８を挿入しようとするとき、摩擦熱により接触部が軟化するまでに時間を要する。被接合材の種類や作業条件によっても異なるが、通常、ツール５９の挿入速度は平面上の移動速度の約１／５０であるため、接合開始点の多い接合作業は、作業の効率アップの阻害要因になっていた。
【０００８】
第二は、接合最終端部ｙ１、ｙ２、ｙ３において、ツール５９を引き抜いたとき、プローブ５８の径、挿入深さに応じて孔が残ることである。
この孔は接合作業終了後に、別の溶接作業や溶融金属を充填する方法で埋めて補修したり、外部に捨て肉部を設け、接合作業を捨て肉部まで延長して行い、事後捨て肉部を切断して除去する方法等が採用されている（特許文献２、３参照）。
【０００９】
しかしながら、これらの方法は余分な工程が必要となり、接合作業に長時間を要し、コスト高になっていた。
【特許文献１】特許第２７９２２３３号公報（図１）
【特許文献２】特許第３２６２７５号公報（図１）
【特許文献３】特開２０００−４２７６２公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記事情にかんがみ、接合開始点および接合最終端を最小限にするための摩擦攪拌接合法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の手段を提案する。
【００１２】
本手段に係る摩擦撹拌接合法は、金属材料等の被接合材に回転するツールを挿入し、接合部に沿って移動することで接合を行う摩擦撹拌接合法において、前記被接合材に複数の接合部が独立して存在するときに、前記被接合材に前記ツールを挿入した状態で連続して他の接合部に移動することを特徴とする。
【００１３】
本摩擦撹拌接合法によれば、被接合部材に複数の接合部が存在する場合であっても、摩擦撹拌接合時に生じる接合開始点と接合最終端部とがそれぞれ一箇所となる。
【発明の効果】
【００１４】
本手段よりなる請求項１に記載の摩擦撹拌接合法は、金属材料等の被接合材に回転するツールを挿入し、接合部に沿って移動することで接合を行う摩擦撹拌接合法において、前記被接合材に複数の接合部が独立して存在するときに、前記被接合材に前記ツールを挿入した状態で連続して他の接合部に移動するので、被接合部材に複数の接合部が存在する場合であっても、摩擦撹拌接合時に生じる接合開始点と接合最終端部とがそれぞれ一箇所となり、その結果、接合開始点におけるプローブ挿入のための時間が最少になり接合作業の効率アップとなる。また、接合最終端部も一箇所のみとなるので、その手入れも最少の時間を要するのみとなる。さらに、捨て肉部を取付けたり、捨て肉部の切断などの工程も不要であり作業の効率化を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る摩擦撹拌接合法を、図１ないし図３に示す、実施例１〜実施例３に基づき説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１の（ａ）は本発明の実施例１に係る摩擦攪拌接合法におけるツールの移動経路を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視に沿う断面図である。図１（ａ）（ｂ）において、被接合材の一方である下プレート２に各々独立の溝３、５、７が形成されており、これに被接合材の他方である上プレート１を重ね合せてセットし、次いで、例えば、溝３の摩擦攪拌接合開始点ｘにツールを右回り回転させながらツールのプローブを挿入し、上プレート１および下プレート２を局部的に軟化させて接合部Ｓ１の接合を開始する。
【００１７】
その後、溝３の周緑部に沿って、例えばア、イ、ウ、エ矢印方向にツールを移動させて、接合部Ｓ１の摩擦攪拌接合を行う。そして、溝３の巾方向中心からの距離を保ちつつ周緑部に沿って一周して、接合開始点ｘ（○印部）に至るとツールを引き抜くことなく、ツール５９を、継続して右回り回転（図中矢印方向）させながら、オ矢印からカ矢印（点線矢印）を経て、最短距離にある溝５の周緑部の位置に移動する。
【００１８】
そして、溝５の周緑部に沿ってキ〜ク矢印方向に移動して接合部Ｓ２の摩擦攪拌接合を行い、全周にわたり接合が完了すると、ツール５９を引き抜くことなく、あらかじめ定められた最短距離、ケ矢印（点線矢印）をたどって、溝７の所定の位置に移動する。
引き続き溝７の全周にわたり、ツールをコ、サ、シ、ス矢印方向に移動して上プレート１と下プレート２との接合部Ｓ３の接合を行って、すべての摩擦攪拌接合作業が終了するとツールを、接合最終端部ｙ（図中、黒丸印）位置において上方に引き抜く。ここで、ツールの移動経路は、あらかじめ設定されており、自動的に最短距離をたどって、接合作業が行われるように制御されている。なお、上記各接合部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３での接合要領は図４で示すものと同様の要領で行う。
【００１９】
なお、上記において、ツール５９を右回り回転して移動させる理由は、溝３が流体流路溝の場合、被接合材１、２相互を単に接合するだけでなく、図１（ｂ）中、溝３の左右の両上部角部をより品質良くシール接合することが求められるので、ツール５９を右回り回転して摩擦撹拌接合するものである。それは、図１（ａ）に示すように、溝３のループ状の接合部Ｓ１の外周を左回り方向に接合する場合には、ツール５９を右回転させながら接合することで、上記角部のシール接合部の品質が向上することを見出した故である。逆に、ループ状の接合部Ｓ１の外周を、右回り方向に接合する場合には、ツール５９を左回り回転させればよい。
【実施例２】
【００２０】
図２は本発明の実施例２に係る摩擦撹拌接合法を示す斜視図であり、被接合材の一方である平板９に、被接合材の他方であるリブ１０、１１、１２の左面を接合する例を示しており、例えば、接合開始点ｘ（図中○印で示す）から、ア、イ、ウ、エ、オ矢印で示す順にツールを途中引き抜くことなく、連続して最短距離（図中、イ、エに沿う点線部）を移動させ、複数の接合部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の摩擦攪拌接合作業が終了した後、ツールを接合最終端部ｙ（黒丸印）位置にて引き抜くことで、３箇所の接合部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の接合が完了する。
【実施例３】
【００２１】
図３は本発明の実施例３に係る摩擦撹拌接合法を示す斜視図であり、被接合材である各々の平板１３、１５、１７を相互に接合する例を示しており、ツールは接合開始点ｘから、ア、イ、ウ矢印に示す方向順に、最短距離（図中、イ矢印に沿う点線部）をたどって、全接合作業の終了の位置である接合最終端部ｙ（黒丸印）まで移動し、ここでツールを引き抜くことで、接合部Ｓ１とＳ２との接合が完了する。
【００２２】
以上説明したように、摩擦攪拌接合装置のツールがあたかも一筆書きのように、途中引き抜くことなく最短距離を移動して接合を行うことにより、接合開始点および接合最終端部（ツール引き抜き点）を最小限の各々１ヶ所にすることができる。
その結果、接合開始点におけるプローブ挿入のための時間が最少になり接合作業の効率アップとなる。また、接合最終端部（ツール引き抜き点）も１ヶ所のみとなるので、その手入れも最少の時間を要するのみとなる。
さらに、捨て肉部を取付けたり、捨て肉部の切断などの工程も不要であり作業の効率化を図ることが出来る。
【００２３】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく必要に応じ、適宜設計変更し得るものである。また、上記実施例における各構成要素には、当業者が容易に想定できるものや、実質的に同一のものが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は本発明の実施例１に係る摩擦撹拌接合法を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視に沿う断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る摩擦撹拌接合法を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例３に係る摩擦撹拌接合法を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は摩擦撹拌接合法を説明する平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ矢視に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ矢視に沿う断面図である。
【図５】（ａ）は従来の摩擦撹拌接合法を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ矢視に沿う断面図である。
【図６】従来の他の摩擦撹拌接合法を示す斜視図である。
【図７】従来のその他の摩擦撹拌接合法を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２５】
１          上プレート（被接合材）
２          下プレート（被接合材）
Ｓ１、Ｓ２  接合部
５９        ツール
【図１】
2006026701.tif 000003
【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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