(57)【要約】      （修正有）【課題】摩擦撹拌接合が及ばない厚肉の被接合材同士であっても摩擦撹拌接合を施すことにより被接合材同士を確実に接合することができ、その接合構造の機械的強度を低下させる虞のない被接合材の接合方法及び被接合材の接合構造を提供する。【解決手段】本発明の被接合材の接合構造１０は、厚肉で接合面１１Ａに摩擦撹拌接合の及ばない部分を有する被接合材１１、１１同士が、それぞれの接合面１１Ａ、１１Ａを介して接合された被接合材の接合構造であって、各被接合材１１、１１の接合部は、各被接合材１１、１１の境界線に沿って摩擦撹拌接合によって形成された第１の接合部１２と、第１の接合部１２以外の摩擦撹拌接合の及ばない部分が摩擦撹拌接合の余熱を利用した第１のろう材１３を介して接合された第２の接合部１４と、を有する。【選択図】図２
2008036648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚肉で接合面に摩擦撹拌接合の及ばない部分を有する被接合材同士を、それぞれの上記接合面を介して接合する被接合材の接合方法であって、上記各被接合材それぞれの上記接合面間にろう材を介在させる工程と、上記ろう材を介して上記各被接合材の接合面同士を接触させる工程と、上記各被接合材の一方の面側から上記各被接合材の境界線に沿って上記各被接合材を摩擦撹拌接合すると共に上記接合面の摩擦撹拌接合の及ばない部分では上記摩擦撹拌接合の余熱を利用して上記各被接合材を上記ろう材を介して接合する工程と、を備えたことを特徴とする被接合材の接合方法。
【請求項２】
上記各被接合材の他方の面側から上記各被接合材の境界線に沿って摩擦撹拌接合する工程を備えたことを特徴とする請求項１に記載の被接合材の接合方法。
【請求項３】
厚肉で接合面に摩擦撹拌接合の及ばない部分を有する被接合材同士を、それぞれの上記接合面を介して接合する被接合材の接合方法であって、上記各被接合材の上記接合面それぞれの少なくとも上下いずれか一方に段部を設ける工程と、上記各被接合材それぞれの上記段部以外の接合面に第１のろう材を介在させる工程と、上記第１のろう材を介して上記各被接合材の上記段部以外の接合面同士を接触させると共に上記各段部によって溝を形成する工程と、上記溝において形成される上記各被接合材の境界線に沿って上記各被接合材を摩擦撹拌接合すると共に上記摩擦接合の及ばない部分を上記摩擦撹拌接合の余熱を利用して上記第１のろう材を介して接合する工程と、上記溝の底面に第２のろう材を敷設する工程と、上記溝に上記補完材を嵌め込んで上記溝を埋める工程と、少なくとも上記補完材両側面と上記各被接合材との境界線に沿って上記各被接合材と上記補完材とを摩擦撹拌接合すると共に上記溝の底面では上記摩擦撹拌接合の余熱を利用して上記各被接合材と上記補完材とをそれぞれ上記第２のろう材を介して接合する工程と、を備えたことを特徴とする被接合材の接合方法。
【請求項４】
上記各被接合材の接合面の少なくとも上下いずれか一方に複数の段部を階段状に設ける工程と、上記各被接合材それぞれの接合面を第１のろう材を介して接触させて形成された複数段の溝内に第２ろう材を介して補完材を順次嵌め込んでそれぞれの上記溝を埋めて、上記各補完材の少なくとも両側面と上記各被接合材をそれぞれ摩擦撹拌接合する工程と、を有することを特徴とする請求項３に記載の被接合材の接合構造。
【請求項５】
厚肉で接合面に摩擦撹拌接合の及ばない部分を有する被接合材同士が、それぞれの上記接合面を介して接合された被接合材の接合構造であって、上記各被接合材の接合部は、上記各被接合材の境界線に沿って上記摩擦撹拌接合によって形成された第１の接合部と、第１の接合部以外の上記摩擦撹拌接合の及ばない部分が上記摩擦撹拌接合の余熱を利用した第１のろう材を介して接合された第２の接合部と、を有することを特徴とする被接合材の接合構造。
【請求項６】
上記第１の接合部は、上記各被接合材の上下両面から内側に向けて上下２箇所に形成され、上記第２の接合部は、上下２箇所の上記第１の接合部の間に連続して形成されていることを特徴とする請求項５に記載の被接合材の接合構造。
【請求項７】
上記各被接合材それぞれの上記接合面の少なくとも上下いずれか一方に少なくとも一つの段部が形成されていると共に、互いに対向する上記各段部からなる溝の底面に敷設された第２のろう材を介して補完材が嵌め込まれており、且つ、上記各被接合材と上記補完材の接合部は、少なくとも上記各被接合材と上記補完材の両側面との境界線に沿って上記各被接合材と上記補完材がそれぞれ摩擦撹拌接合により形成された第３の接合部と、上記各被接合材と上記補完材の下面とが上記摩擦撹拌接合の余熱を利用した上記第２のろう材を介して接合された第４の接合部と、を有することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の被接合材の接合構造。
【請求項８】
上記各被接合材の接合面の少なくとも上下いずれか一方に複数の段部が階段状にそれぞれ形成されていると共に、互いに対向する各段部からなる上下複数の溝内に第２ろう材を介して補完材が重なるようにそれぞれ嵌め込まれており、且つ、上記各被接合材と上記各補完材との接合部は、少なくとも上記各被接合材と上記各補完材の両側面との境界線に沿って上記各被接合材と上記各他材がそれぞれ摩擦撹拌接合により形成された第３の接合部と、上記各被接合材と上記各補完材の下面とが上記摩擦撹拌接合の余熱を利用して上記第２のろう材によってそれぞれ接合された第４の接合部と、を有することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の被接合材の接合構造。
９
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦撹拌接合方法を用いる被接合材の接合方法及び被接合材の接合構造に関し、更に詳しくは、厚肉の被接合材でも摩擦撹拌接合を利用して未接合部分を残すことなく確実に接合することができる被接合材の接合方法及び被接合材の接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被接合材を接合する技術として摩擦撹拌接合技術が注目されている。摩擦撹拌接合技術は、被接合材を溶融させることなく固相接合できるため、接合部における強度低下を防止することができる利点がある。しかし、被接合材の肉厚が所定の厚みを超えると、摩擦撹拌接合の及ばない部分があり、摩擦撹拌接合では被接合材同士を接合できないことがあった。つまり、摩擦撹拌接合できる被接合材の厚みは、摩擦撹拌接合するツールによって決まり、摩擦撹拌接合できる肉厚が例えば１０ｍｍが限界であれば、それ以上の厚みの被接合材を接合することができなかった。尚、摩擦撹拌接合とは、突起部を有するツールを高速回転させながら被接合材と接触させ、被接合材に摩擦熱を付与して材料を可塑化、粘性化により流動化して固相接合することをいう。
【０００３】
そこで、このような不都合を解消する技術として、特許文献１において厚肉の被接合材の摩擦撹拌接合方法及びその接合構造が提案された。この技術では、肉厚の被接合材同士の接合端に沿って段部を形成し、上記段部により形成される複数の端面同士を隣接させた状態で、互いに面接触する最外側の端面同士間に沿って摩擦撹拌接合を施すと共に、上記端面の少なくとも一側面で且つ各段部の内側端面間に形成される凹溝内に、被接合材と同種金属又は摩擦撹拌接合可能な金属からなる接続板を装入し、上記接続板と上記各被接合材の各内側端面間に沿って摩擦撹拌接合をそれぞれに施すようにしている。
【０００４】
つまり、一回の摩擦撹拌接合できない厚肉の被接合材の場合には、各被接合材の接合面に摩擦撹拌接合できる肉厚を残して段部を設け、段部以外の接合面同士を面接触させる。そして、面接触した部分を摩擦撹拌接合して被接合材を接合する。この接合によって各被接合材の一面に凹溝が形成される。この凹溝内に接続板を装入した後、各被接合材の凹溝の壁面と接続板の両側面とをそれぞれ摩擦撹拌接合する。その結果、各被接合材が接続板を介して完全に接合される。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３４２４８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の厚肉の被接合材の摩擦撹拌接合方法では、摩擦撹拌接合の及ばない部分に段部を設け、各被接合材の接合面を接触させることにより段部間に凹溝を形成し、凹溝の底面に形成される境界線に沿って摩擦撹拌接合した後、この凹溝内に接続板を装入し、接続板の両側面に沿ってそれぞれ摩擦撹拌接合しているため、接合面に摩擦撹拌接合が及ばない部分には凹溝となる段部を設け、凹溝内に接続板を装入して凹溝の両壁面と接続板の両側面を摩擦撹拌接合しなくてはならない。更に、凹溝の底面と接続板の下面との間に摩擦撹拌接合の及ばない未接合部分が存在するため、被接合材の接合構造の機械的強度が低下する虞がある。肉厚が更に厚い場合には、接合面に摩擦撹拌接合できる部分を残し、接合面のそれ以外の部分には幅が徐々に広くなる凹溝を複数段に渡って設け、各段部からなるそれぞれの凹溝内に接続板をそれぞれ装入し、その都度摩擦撹拌接合するため、その度毎に接続板と被接合材との間に上述のような未接合部分が残り、上段の凹溝ほど幅が広くなって未接合領域が多くなり被接合材の接合構造の機械的強度の低下が益々顕著になる。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、摩擦撹拌接合が及ばない厚肉の被接合材同士であっても摩擦撹拌接合を施すことにより被接合材同士の摩擦撹拌接合の及ばない部分に未接合部分を残すことなく確実に接合することができ、その接合構造の機械的強度を低下させる虞のない被接合材の接合方法及び被接合材の接合構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に記載の被接合材の接合方法は、厚肉で接合面に摩擦撹拌接合の及ばない部分を有する被接合材同士を、それぞれの上記接合面を介して接合する被接合材の接合方法であって、上記各被接合材それぞれの上記接合面間にろう材を介在させる工程と、上記ろう材を介して上記各被接合材の接合面同士を接触させる工程と、上記各被接合材の一方の面側から上記各被接合材の境界線に沿って上記各被接合材を摩擦撹拌接合すると共に上記接合面の摩擦撹拌接合の及ばない部分では上記摩擦撹拌接合の余熱を利用して上記各被接合材を上記ろう材を介して接合する工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載の被接合材の接合方法は、請求項１に記載の発明において、上記各被接合材の他方の面側から上記各被接合材の境界線に沿って摩擦撹拌接合する工程を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項３に記載の被接合材の接合方法は、厚肉で接合面に摩擦撹拌接合の及ばない部分を有する被接合材同士を、それぞれの上記接合面を介して接合する被接合材の接合方法であって、上記各被接合材の上記接合面それぞれの少なくとも上下いずれか一方に段部を設ける工程と、上記各被接合材それぞれの上記段部以外の接合面に第１のろう材を介在させる工程と、上記第１のろう材を介して上記各被接合材の上記段部以外の接合面同士を接触させると共に上記各段部によって溝を形成する工程と、上記溝において形成される上記各被接合材の境界線に沿って上記各被接合材を摩擦撹拌接合すると共に上記摩擦撹拌接合の及ばない部分を上記摩擦撹拌接合の余熱を利用して上記第１のろう材を介して接合する工程と、上記溝の底面に第２のろう材を敷設する工程と、上記溝に上記補完材を嵌め込んで上記溝を埋める工程と、少なくとも上記補完材両側面と上記各被接合材との境界線に沿って上記各被接合材と上記補完材とを摩擦撹拌接合すると共に上記溝の底面では上記摩擦撹拌接合の余熱を利用して上記各被接合材と上記補完材とをそれぞれ上記第２のろう材を介して接合する工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項４に記載の被接合材の接合方法は、請求項３に記載の発明において、上記各被接合材の接合面の少なくとも上下いずれか一方に複数の段部を階段状に設ける工程と、上記各被接合材それぞれの接合面を第１のろう材を介して接触させて形成された複数段の溝内に第２ろう材を介して補完材を順次嵌め込んでそれぞれの上記溝を埋めて、上記各補完材の少なくとも両側面と上記各被接合材をそれぞれ摩擦撹拌接合する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項５に記載の被接合材の接合構造は、厚肉で接合面に摩擦撹拌接合の及ばない部分を有する被接合材同士が、それぞれの上記接合面を介して接合された被接合材の接合構造であって、上記各被接合材の接合部は、上記各被接合材の境界線に沿って上記摩擦撹拌接合によって形成された第１の接合部と、第１の接合部以外の上記摩擦撹拌接合の及ばない部分が上記摩擦撹拌接合の余熱を利用した第１のろう材を介して接合された第２の接合部と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項６に記載の被接合材の接合構造は、請求項５に記載の発明において、上記第１の接合部は、上記各被接合材の上下両面から内側に向けて上下２箇所に形成され、上記第２の接合部は、上下２箇所の上記第１の接合部の間に連続して形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項７に記載の被接合材の接合構造は、請求項５または請求項６に記載の発明において、上記各被接合材それぞれの上記接合面の少なくとも上下いずれか一方に少なくとも一つの段部が形成されていると共に、互いに対向する上記各段部からなる溝の底面に敷設された第２のろう材を介して補完材が嵌め込まれており、且つ、上記各被接合材と上記補完材の接合部は、少なくとも上記各被接合材と上記補完材の両側面との境界線に沿って上記各被接合材と上記補完材がそれぞれ摩擦撹拌接合により形成された第３の接合部と、上記各被接合材と上記補完材の下面とが上記摩擦撹拌接合の余熱を利用した上記第２のろう材を介して接合された第４の接合部と、を有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項８に記載の被接合材の接合構造は、請求項５または請求項６に記載の発明において、上記各被接合材の接合面の少なくとも上下いずれか一方に複数の段部が階段状にそれぞれ形成されていると共に、互いに対向する各段部からなる上下複数の溝内に第２ろう材を介して補完材が重なるようにそれぞれ嵌め込まれており、且つ、上記各被接合材と上記各補完材との接合部は、少なくとも上記各被接合材と上記各補完材の両側面との境界線に沿って上記各被接合材と上記各他材がそれぞれ摩擦撹拌接合により形成された第３の接合部と、上記各被接合材と上記各補完材の下面とが上記摩擦撹拌接合の余熱を利用して上記第２のろう材によってそれぞれ接合された第４の接合部と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、摩擦撹拌接合が及ばない厚肉の被接合材同士であっても摩擦撹拌接合を施すことにより被接合材同士の摩擦撹拌接合の及ばない部分に未接合部分を残すことなく確実に接合することができ、その接合構造の機械的強度を低下させる虞のない被接合材の接合方法及び被接合材の接合構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１〜図５に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。各図中、図１は本発明の被接合材の接合構造の一実施形態を示す斜視図、図２の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の被接合材の接合方法の一実施形態の要部を工程順に示す斜視図、図３は本発明の被接合材の他の実施形態によって作製された被接合材の接合構造を示す斜視図、図４の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の被接合材の接合方法の更に他の実施形態の要部を工程順に示す斜視図、図５は本発明の被接合材の更に他の実施形態によって作製された被接合材の接合構造を示す斜視図である。
【００１８】
第１の実施形態
まず、本実施形態の被接合材の接合構造について説明する。本実施形態の被接合材の接合構造１０は、例えば図１に示すように、被接合材（例えば、銅、アルミニウム等の金属材料からなる）１１、１１の一方の面（同図では上面）から被接合材１１、１１の境界線に沿って摩擦撹拌接合によって形成された第１の接合部１２と、第１の接合部１２の摩擦撹拌接合時に発生する余熱により溶融したろう材１３を介して接合された第２の接合部１４と、を有している。そして、第２の接合部１４は、第１の接合部１２から連続して被接合材１１、１１の他方の面（同図では下面）まで到達している。第２の接合部１４の深さＬは、摩擦撹拌接合の余熱でろう材１３が溶融する深さであれば良い。左右の被接合材１１、１１は、摩擦撹拌接合により互いに接合できる金属材料であれば特に制限されず、また、これらの被接合材１１、１１は、互いに同一の金属材料であっても異なる金属材料であっても良い。また、ろう材１３は、被接合材１１、１１を接合できるものであれば特に制限されない。本実施形態では、被接合材１１として例えば銅金属が用いられ、ろう材１３として例えば銀ろうが用いられている。
【００１９】
即ち、本実施形態の被接合材の接合構造１０では、被接合材１１、１１は、基本的に摩擦撹拌接合により第１の接合部１２として接合されている。被接合材１１、１１の摩擦撹拌接合の及ばない部分は、ろう材１３を介して第２の接合部１４として接合されている。ろう材１３は、摩擦撹拌接合時に発生する余熱により溶融し、その後固化して第２の接合部１４を形成する。従って、被接合材１１、１１は、一回の摩擦撹拌接合により第１の接合部１２を形成して接合され、摩擦撹拌接合の及ばない部分が摩擦撹拌接合時の余熱により溶融したろう材１３が固化して第２の接合部１４として接合されている。
【００２０】
次に、本発明の被接合材の接合方法の一実施形態を用いて、図１に示す被接合材の接合構造１０を得る手順について図２の（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００２１】
本実施形態の被接合材の接合方法では、まず図２の（ａ）に示すように２枚の被接合材１１、１１を、それぞれの接合面１１Ａ、１１Ａが互いに対向するように左右に配置し、また、それぞれの接合面１１Ａ、１１Ａの間に、例えば箔状のろう材１３（例えば、銀ろう材）を配置する。箔状のろう材１３は、同図に示すように、大きさが接合面１１Ａと実質的に同じ面積に形成されている。本実施形態では、ろう材１３は、被接合材１１の接合面１１Ａの全領域を覆う大きさであるが、摩擦撹拌接合の及ばない領域のみ覆う大きさであっても良い。
【００２２】
次いで、図２の（ａ）に矢印で示すように左右の被接合材１１、１１を移動させて、同図の（ｂ）に示すように左右の被接合材１１、１１で箔状のろう材１３を挟持した後、被接合材１１、１１の境界線の一端部（同図では手前の端部）、即ち、ろう材１３の手前の端部に摩擦撹拌接合用のツール２０を配置する。ツール２０は、円柱状のツール本体２１と、ツール本本体２１の先端面に形成されたプローブ２２と、を有し、ツール本体２１とプローブ２２がそれぞれに軸芯を共有して構成されている。また、図示してないが、プローブ２２の周面には例えば溝が螺旋状に形成され、プローブ２２によって流動化した被接合材１１を撹拌するようにしてある。また、ツール本体２１の肩部は、プローブ２２が被接合材１１内に進入して回転する時に被接合材１１が外部へ排出されるのを防止する機能を有している。
【００２３】
而して、ツール２０を高速回転させながら被接合材１１、１１の境界線の手前端部に所定の荷重で押圧すると、図２の（ｃ）に示すようにプローブ２２と被接合材１１、１１との摩擦熱で被接合材１１、１１を流動化する。これにより、ツール２０のプローブ２２が境界端部内に進入し、その摩擦熱で流動化した被接合材１１、１１を撹拌しながら被接合材１１、１１同士を固溶接合する。このツール２０を境界線の手前端部からその奥側の端部まで移動させることにより、被接合材１１、１１の上面側にその境界線を中心にした摩擦撹拌接合による第１の接合部１２を上面側に形成することができる。この際、ツール本体２１の肩部で第１の接合部１２から金属材料が飛散するのを防止する。また、摩擦撹拌接合時の摩擦熱が左右の被接合材１１、１１の境界線の下面側まで伝達され、この摩擦熱で各被接合材１１、１１により挟持されたろう材１３が溶融し、ろう材１３を介して被接合材１１、１１を接合して第２の接合部１４を形成する。これにより、左右の被接合材１１、１１は、未接合部分を残すことなく第１、第２の接合部１２、１４として完全に接合される。
【００２４】
以上説明したように本実施形態によれば、厚肉で接合面１１Ａに摩擦撹拌接合の及ばない部分を有する被接合材１１、１１同士を、それぞれの接合面１１Ａ、１１Ａを介して接合する際に、左右の被接合材１１、１１それぞれの接合面１１Ａ、１１Ａ間にろう材１３を介在させる工程と、ろう材１３を介して各被接合材１１、１１の接合面１１Ａ、１１Ａ同士を接触させる工程と、各被接合材１１、１１の上面から各被接合材１１、１１の境界線に沿って各被接合材１１、１１を摩擦撹拌接合すると共に接合面１１Ａ、１１Ａの摩擦撹拌接合の及ばない部分では摩擦撹拌接合の余熱を利用して各被接合材１１、１１をろう材１３を介して接合する工程と、を備えているため、各被接合材１１、１１の接合部は、各被接合材１１、１１の境界線に沿って摩擦撹拌接合によって形成された第１の接合部１２と、第１の接合部１２以外の摩擦撹拌接合の及ばない部分が摩擦撹拌接合の余熱を利用したろう材１３を介して接合された第２の接合部１４と、を有する被接合材の接合構造１０を得ることができる。この被接合材の接合構造１０は、摩擦撹拌接合が及ばない部分を有する厚肉の被接合材１１、１１同士であっても摩擦撹拌接合を施すだけで摩擦撹拌接合が及ばない部分までも被接合材１１、１１同士をろう材１３を介して未接合部分を残すことなく完全に接合することができ、被接合材の接合構造１０の機械的強度を低下させることなく、機械的強度を十分に確保することができる。
【００２５】
第２の実施形態
本実施形態においても第１の実施形態と同一または相当部分には同一符号を付して本実施形態を説明する。本実施形態の被接合材の接合構造１０Ａは、例えば図３に示すように、第１の実施形態よりも肉厚が厚く、一回の摩擦撹拌接合では接合できない被接合材１１、１１を接合する場合に適用される。
【００２６】
本実施形態の被接合材の接合構造１０Ａは、例えば図３に示すように、左右の被接合材１１、１１の上下両面から第１の接合部１２、１２が形成され、第１の接合部１２、１２の間に第２の接合部１４が第１の接合部１２、１２と連続して形成されている以外は、第１の実施形態に準じて構成されている。即ち、第２の接合部１４は、上下の第１の接合部１２、１２が摩擦撹拌接合によって形成される際に、それぞれの余熱でろう材１３が溶融して被接合材１１、１１が接合されて、第１の接合部１２、１２と連続して形成されている。第２の接合部１４の深さＬ１は、上下の第１の接合部１２、１２の摩擦撹拌接合時の余熱によってろう材１３が溶融して接合面１１Ａ、１１Ａを接合できる範囲内の長さであれば良い。
【００２７】
ろう材１３は、上側の第１の接合部１２が摩擦撹拌接合により形成される際に溶融して摩擦撹拌接合の及ばない上半分を接合し、下側の第１の接合部１２が摩擦撹拌接合により形成される際に下半分が溶融して残りの半分を接合する。上下の第１の接合部１２、１２は、図３に示すように、上下のツール２０を同期移動させて上下同時に摩擦撹拌接合しても良く、また、時間差をつけて別々のツール２０によって摩擦撹拌接合しても良い。本実施形態の被接合材の接合構造１０Ａは、同図からも明らかなように被接合材１１が第１の実施形態よりも更に厚い肉厚の場合に適用される。尚、図３において、一点鎖線で示した領域は摩擦撹拌接合によって形成される第１の接合部１２の接合部を示している。
【００２８】
本実施形態においても第１の実施形態と同様の作用効果を期することができる他、第１の実施形態よりも被接合材１１の肉厚が更に厚い場合でも被接合材１１、１１同士を確実に接合することができる。
【００２９】
第３の実施形態
本実施形態においても第１の実施形態と同一または相当部分には同一符号を付して本実施形態を説明する。
【００３０】
本実施形態の被接合材の接合方法は、第２の実施形態と同様に第１の実施形態よりも肉厚が厚く、一回の摩擦撹拌接合では接合できない被接合材１１、１１を接合する場合に適用され、第２の実施形態に代わる接合構造を得ることができる。
【００３１】
本実施形態では、まず、図４の（ａ）、（ｂ）に示すように接合面１１Ａの上端部に段部１１Ｂが形成された被接合材１１を２枚準備すると共に、被接合材１１、１１同士を接合する際に使用する補完材１５を準備する。補完材１５は、被接合材１１と同一金属材料が好ましいが、被接合材１１と異なる金属材料であっても良い。そして、２枚の被接合材１１、１１の接合面１１Ａ、１１Ａを互いに対向させ、第１のろう材１３を介して接合面１１Ａ、１１Ａを接触させる。これにより図４の（ａ）に示すように左右の被接合材１１、１１それぞれの段部１１Ｂ、１１Ｂが対向し、溝１１Ｃが形成される。溝１１Ｃの幅方向の中心には第１のろう材１３が線状になって現れ、被接合材１１、１１の境界線として形成される。
【００３２】
次いで、図４の（ａ）に示すようにツール２０を所定の回転数で回転させながら第１のろう材１３の手前端部に所定の荷重で押圧し、溝１１Ｃ内の第１のろう材１３、つまり左右の被接合材１１、１１の境界線に沿ってツール２０を所定の速度で移動させてプローブ２１で被接合材１１、１１を摩擦撹拌接合して第１の接合部１２を形成する。これにより、第１、第２の実施形態と同様に第１のろう材１３が摩擦撹拌接合時の余熱で溶融して第２の接合部１４を形成する。そして、左右の被接合材１１、１１の間には溝１１Ｃが形成されている。溝１１Ｃの底面に形成された第１の接合部１２は表面が荒れているため、底面を切削するなどして平坦化する。
【００３３】
引き続き、図４の（ｂ）に示すように左右の被接合材１１、１１で形成された溝１１Ｃの底面に、例えば箔状の第２のろう材１３Ａを敷設した後、溝１１Ｃ内に補完材１５を嵌め込んで、補完材１５で溝１１Ｃを埋める。そして、同図の（ｃ）に示すようにツール２０を用いて、補完材１５の左右両側面と溝１１Ｃの両壁面とを摩擦撹拌接合して第３の接合部１６を形成する。この摩擦撹拌接合時の余熱で溝１１Ｃの底面と補完材１５との間に介在する第２のろう材１３Ａの両端部がそれぞれ溶融し、被接合材１１、１１の溝１１Ｃの底面と補完材１５の下面とを接合して第４の接合部１７を形成する。摩擦撹拌接合時の余熱が第２のろう材１３Ａの幅方向中央部まで及ばない時には、ツール２０を用いて同図の（ｃ）に示すように補完材１５の幅方向中心に沿って摩擦撹拌接合して、第２のろう材１３Ａの未溶融の部分を溶融させて、被接合材１１、１１と補完材１５とを完全に接合する。
【００３４】
上記操作により、左右の被接合材１１、１１同士は、第１、第２の接合部１２、１４を介して接合されており、また左右の被接合材１１、１１それぞれの接合面１１Ａ、１１Ａの上部に段部１１Ｂ、１１Ｂが形成されていると共に、互いに対向する各段部１１Ｂ、１１Ｂからなる溝１１Ｃの底面に敷設された第２のろう材１３Ａを介して補完材１５が嵌め込まれており、且つ、各被接合材１１、１１と補完材１５の接合部は、各被接合材１１、１１と補完材１５の両側面との境界線に沿って各被接合材１１、１１と補完材１５がそれぞれ摩擦撹拌接合により形成された第３の接合部１６と、各被接合材１１、１１と補完材１５の下面とが摩擦撹拌接合の余熱を利用した第２のろう材１３Ａを介して接合された第４の接合部１７と、を有するため、左右の被接合材１１、１１は、補完材１５との間にも未接合部を残すことなく完全に接合されて一体化した被接合材の接合構造１０Ｂを得ることができる。
【００３５】
以上説明したように本実施形態によれば、第１のろう材１３だけでは被接合材１１、１１同士を接合できない肉厚を有する被接合材１１の場合には、第１のろう材１３を挟むように左右の被接合材１１、１１を配置すると共に左右の段部１１Ｂ、１１Ｂで溝１１Ｃを形成した後、第１のろう材１３に沿って摩擦撹拌接合することにより第１、第２の接合部１２、１４を形成し、更に溝１１Ｃ内に第２のろう材１３Ａと補完材１５とを順次配置し、補完材１５の左右両側面に沿って摩擦撹拌接合することにより、被接合材１１、１１と補完材１５とを第３、第４の接合部１６、１７によって接合することができ、被接合材の接合構造１０Ｂの機械的強度を低下させることなく被接合材１１、１１を確実に接合することができる。
【００３６】
第４の実施形態
本実施形態の被接合材の接合構造１０Ｃは、例えば図５に示すように、第３の実施形態の被接合材の接合構造１０Ｂの第１の接合部１４を挟んで上下それぞれに第３、第４の接合部１６、１７が形成された構造からなり、接合構造が略上下対称に形成されている。この接合構造１０Ｃは、第３の実施形態での被接合材１１の肉厚よりも更に厚い場合に採用される。
【００３７】
本実施形態の被接合材の接合構造１０Ｃは、図５に示すように、被接合材１１、１１の境界の肉厚の中央部に形成された第２の接合部１４と、第２の接合部１４の上下端にそれぞれ形成された第１の接合部１２、１２と、上下の第１の接合部１２、１２の上端及び下端に第４の接合部１７を介して連続して形成された第３の接合部１６と、を有している。また、第３、第４の接合部、１６、１７は、被接合材１１、１１の段部で形成された溝内に嵌め込まれた補完材１５を溝に対して接合している。第１、第３の接合部１２、１６は、それぞれ摩擦撹拌接合により形成されている。他の第２、第４の接合部１４、１７は、第１、第３の接合部１２、１４を摩擦撹拌接合する際の余熱を受けた第１、第２のろう材１３、１３Ａによってそれぞれ形成されている。
【００３８】
本実施形態の被接合材の接合構造１０Ｃを得るためには、例えば、第３の実施形態と同一の要領で被接合材１１、１１の上面側から第１、第２の接合部１２、１４を形成した後、被接合材１１、１１の上面に段部によって形成された溝内に補完材１５を第２のろう材１３Ａを介して嵌め込み、然る後。補完材１５を摩擦撹拌接合して第３、第４の接合部１６、１７を形成することにより、被接合材１１、１１の上面側半分を接合する。次いで、この被接合材１１、１１を反転した後、第３の実施形態と同一の要領で被接合材１１、１１の残り半分を接合して、本実施形態の被接合材の接合構造１０Ｃを得る。
【００３９】
本実施形態の被接合材の接合方法で得られた被接合材の接合構造１０Ｃも未接合部分を残すことなく完全に接合することができ、被接合材の接合構造１０Ｃの機械的強度が低下することがない。
【００４０】
尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を適宜設計変更することができる。例えば、上記各実施形態ではろう材として箔状のものを使用しているが、本発明のろう材は箔状に制限されるものではなく、ペースト状や線状等他の形態のろう材であっても良い。ろう材は銀以外の金属からなるろう材であっても良い。また、被接合材及び補完材は、摩擦撹拌接合できる金属材料であれば、特定の金属材料に制限されるものではない。また、被接合材の肉厚が厚くなれば、被接合材の接合面に複数の段部を設け、これら複数の段部からなる幅が異なる複数溝内にそれぞれの合った補完材を嵌め込み、第２のろう材を介して接合することができる。勿論、補完材で接合する部分以外は第１、第２の接合部によって被接合材を接合する。また、摩擦撹拌接合の余熱でろう材が溶融しない場合には、被接合材を加熱しても良い。また、上記実施形態では接合面全面と同一の面積でろう材を介在させた場合について説明したが、ろう材は摩擦撹拌接合の及ばない部分のみに介在させたものであっても良い。要は、摩擦撹拌接合の及ばない部分については、摩擦撹拌接合時の余熱で溶融するろう材を介して接合する被接合材の接合方法及び被接合材の接合構造であれば、本発明に包含される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、厚肉の被接合材を摩擦撹拌接合する場合に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の被接合材の接合構造の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の被接合材の接合方法の一実施形態の要部を工程順に示す斜視図である。
【図３】本発明の被接合材の他の実施形態によって作製された被接合材の接合構造を示す斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の被接合材の接合方法の更に他の実施形態の要部を工程順に示す斜視図である。
【図５】本発明の被接合材の更に他の実施形態によって作製された被接合材の接合構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０、１０Ａ、１０Ｂ    被接合材の接合構造
１１    被接合材
１１Ａ  接合面
１１Ｂ  段部
１１Ｃ  溝
１２    第１の接合部
１３    ろう材、第１のろう材
１３Ａ  第２のろう材
１４    第２の接合部
１５    補完材
１６    第３の接合部
１７    第４の接合部
【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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