(57)【要約】【課題】２つの部材の端面同士を突き合わせて摩擦撹拌接合する方法において、接合後に上記部材の一部を切削しなくても欠陥が生じないようにする。【解決手段】第１プレート１及び第２プレート２の突端面１０の角部に丸み１４を設ける。丸み１４が形成された側を裏側として、両プレート１，２を当て板２０の上に載置する。両プレート１，２の表側から回転ピン３１を挿入し、回転ピン３１を突端面１０に沿ってプレート１，２の長手方向に移動させ、両プレート１，２を摩擦撹拌接合する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な突端面を有する平板部を備えた第１及び第２部材を互いに摩擦撹拌接合する方法であって、
第１部材の平板部の突端面における少なくとも一方の角部を削り取る工程と、第１部材の平板部の突端面と第２部材の平板部の突端面とを突き合わせ、削り取られた側を裏側として前記両部材の平板部の裏面に当て板部材を配置する工程と、
前記両部材の表側から両平板部の突き合わせ部分に回転ピンを挿入し、前記両部材の平板部同士を摩擦撹拌接合する工程とを含んでいる摩擦撹拌接合方法。
【請求項２】
平坦な突端面を有する平板部を備えた第１及び第２部材を互いに摩擦撹拌接合する方法であって、
第１部材の平板部の突端面における少なくとも一方の角部を削り取る工程と、
第２部材の平板部の突端面における少なくとも一方の角部を削り取る工程と、
削り取られた部分同士が隣り合うように第１部材の平板部の突端面と第２部材の平板部の突端面とを突き合わせ、削り取られた側を裏側として前記両部材の平板部の裏面に当て板部材を配置する工程と、
前記両部材の表側から両平板部の突き合わせ部分に回転ピンを挿入し、前記両部材の平板部同士を摩擦撹拌接合する工程とを含んでいる摩擦撹拌接合方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の摩擦撹拌接合方法であって、
回転ピンは、前記突端面の表側から削り始めの位置にまで挿入される摩擦撹拌接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦撹拌接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、２つの部材の端面同士を突き合わせて摩擦撹拌接合する方法が知られている。例えば、特許文献１には、２つのアルミニウム合金製プレートの端面同士を突き合わせ、回転ピンをそれらプレートの端面間に沿って移動させることによって突き合わせ部分に塑性流動を起こし、それら塑性流動部分を冷却固化することによってプレートを接合する方法が開示されている。
【０００３】
図７に示すように、通常、上記摩擦撹拌接合の際には、両プレート１０１，１０２の裏面に当て板１０３を設けておき、回転ピン１０４を表側から挿入する。回転ピン１０４の挿入量ｌは、回転ピン１０４の先端が当て板１０３に接触しないように、プレート１０１，１０２の板厚ｔよりも小さく設定されている。すなわち、回転ピン１０４の先端と当て板１０３の表面との間には、微小な距離ｓが保たれている。通常、回転ピン１０４やプレート１０１，１０２には若干の寸法誤差があり、また、回転ピン１０４の挿入量ｌにも若干の誤差が生じる場合がある。さらに、プレート１０１，１０２の板厚ｔは、回転ピン１０４の移動方向（図６の紙面表裏方向）に沿って必ずしも一定であるとは限らない。そのため、回転ピン１０４と当て板１０３との接触を確実に防止するためには、上記微小距離ｓの確保は不可欠である。
【０００４】
ところが、微小距離ｓが確保されているために、両プレート１０１，１０２の裏側部分には、回転ピン１０４が届かず十分に塑性流動しない領域が存在していた。その結果、当該領域にキッシングボンドと呼ばれる欠陥が生じやすかった。このような欠陥は、接合後のプレート１０１，１０２の延び特性等に悪影響を与えるものである。
【０００５】
そこで、予め両プレート１０１，１０２の突き合わせ部分の板厚を他の部分よりも大きくしておき、摩擦撹拌接合後に、塑性流動していない部分をグラインダ等で切削する方法が提案されている（特許文献２参照）。これにより、摩擦撹拌接合後のプレートに欠陥が含まれていたとしても、当該欠陥は除去されることになる。
【０００６】
【特許文献１】
特表平７−５０５０９０号公報
【特許文献２】
特開平１１−１０３６４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記方法では、接合前に予め両プレートの突き合わせ部分だけ板厚を増しておく必要があった。このように接合対象物の形状に特殊性が要求されるため、汎用性が低く、不便であった。また、接合後に新たに切削という工程が必要であった。そのため、より多くの手間と時間が必要であった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接合後に切削を行わなくても欠陥を生じない摩擦撹拌接合を実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、平坦な突端面を有する平板部を備えた第１及び第２部材を互いに摩擦撹拌接合する方法であって、第１部材の平板部の突端面における少なくとも一方の角部を削り取る工程と、第１部材の平板部の突端面と第２部材の平板部の突端面とを突き合わせ、削り取られた側を裏側として前記両部材の平板部の裏面に当て板部材を配置する工程と、前記両部材の表側から両平板部の突き合わせ部分に回転ピンを挿入し、前記両部材の平板部同士を摩擦撹拌接合する工程とを含んでいるものである。
【００１０】
第２の発明は、平坦な突端面を有する平板部を備えた第１及び第２部材を互いに摩擦撹拌接合する方法であって、第１部材の平板部の突端面における少なくとも一方の角部を削り取る工程と、第２部材の平板部の突端面における少なくとも一方の角部を削り取る工程と、削り取られた部分同士が隣り合うように第１部材の平板部の突端面と第２部材の平板部の突端面とを突き合わせ、削り取られた側を裏側として前記両部材の平板部の裏面に当て板部材を配置する工程と、前記両部材の表側から両平板部の突き合わせ部分に回転ピンを挿入し、前記両部材の平板部同士を摩擦撹拌接合する工程とを含んでいるものである。
【００１１】
なお、ここで言う角部とは、平板部を側方から見たときの角部をいう。言い換えると、突端面における平板部長手方向に延びる一辺のことである。
【００１２】
上記第１及び第２の発明では、両部材の平板部の裏面に当て板部材を配置したときに、両平板部の突き合わせ部分の裏側に、角部を削り取られた分だけ隙間が生じる。そのため、両部材の突き合わせ部分、すなわち互いに密着している部分は、当て板の表面よりも若干表側にあることになる。したがって、摩擦撹拌接合する際に、両平板部の突き合わせ部分の表裏方向全体に回転ピンを挿入したとしても、回転ピンの先端と当て板との間に微小な間隔を確保することができる。そのため、突き合わせ部分の全体を回転ピンによって十分に撹拌することができる。したがって、摩擦撹拌接合後に切削工程を行うことなく、撹拌不足による欠陥の発生防止と、回転ピンと当て板との接触防止との両立を図ることができる。
【００１３】
第３の発明は、前記第１又は第２の発明において、回転ピンを前記突端面の表側から削り始めの位置にまで挿入することとしたものである。
【００１４】
なお、ここで言う「削り始めの位置」とは、必ずしも厳密な削り始め位置を言うのではなく、実質的に削り始めの位置と見なすことのできる位置をも含むものである。加工機械の精度や部材の形状誤差等を考慮すると、挿入時に回転ピンを厳密な削り始め位置に止めることが難しく、また、厳密な位置に限定しなくても同様の作用効果が得られるからである。
【００１５】
上記第３の発明によれば、回転ピンの挿入量を必要最小限の量にすることができ、より好ましい摩擦撹拌接合を実行することができる。
【００１６】
ただし、回転ピンを上記削り始め位置よりも深く挿入することも勿論可能である。このような場合であっても、両部材の突き合わせ部分の全体を確実に塑性流動させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
本実施形態は、本発明に係る摩擦撹拌接合方法を用いて２枚のアルミニウム製プレート１，２を接合するものである。
【００１９】
まず、図１に示すように、アルミニウム製の第１プレート１及び第２プレート２を用意する。なお、本摩擦撹拌接合の接合対象物はプレートに限定されず、一部に平板部を有する部材であれば、その全体形状は特に限定されるものではない。また、接合対象物の材料もアルミニウムに限定されるものではない。
【００２０】
第１プレート１と第２プレート２とは同一形状であるので、ここでは第１プレート１についてのみ説明することとする。図１に示すように、プレート１は表面１１と裏面１２とを有する薄板であり、長手方向に延びる一方の側端は、平坦な突端面１０となっている。なお、図１では、理解の容易のため裏面１２を上向きに表している。
【００２１】
次に、図２に示すように、プレート１，２の突端面１０の一方の角部１３を削り、角部１３を丸める。この結果、突端面１０の一方の端部に、丸み１４が形成される。なお、ここで言う角部とは、プレート１，２を側面から見たときの角部のことである。すなわち、突端面１０の長辺部分のことである。本実施形態では丸み１４として、半径が０．１〜０．２ｍｍ程度の１／４円弧状のアールを形成している。ただし、丸み１４の形状や寸法は上記のものに限定される訳ではない。角部１３の切削加工の方法も特に限定されず、加工装置も何ら限定されるものではない。加工装置には、例えば公知のカッター等を好適に用いることができる。
【００２２】
次に、図３に示すように、プレート１，２の突端面１０同士を向かい合わせ、丸み１４が形成された側を裏側として、両プレート１，２を当て板２０の上に載置する。そして、両プレート１，２の突端面１０同士を突き合わせる。その結果、両プレート１，２の突端面１０は、表面側から丸み始めの位置１６までは互いに接触する一方、丸み始めの位置１６から裏側においては接触しないことになる。そして、両プレート１，２の突端面１０と当て板２０との間に、微小な空間１５が形成される。なお、理解の容易のため、図３等においては、丸み１４を誇張して図示している。
【００２３】
次に、図４に示すように、摩擦撹拌接合用の工具３０の回転ピン３１を、両プレート１，２の突き合わせ部分に表側から挿入する。この際、回転ピン３１の先端３２（図３参照）の位置が突端面１０の丸み始めの位置１６以下になるまで回転ピン３１を挿入することが好ましい。すなわち、突端面１０の表側から削り始めの位置以下になるまで挿入することが好ましい。少なくとも両プレート１，２の接触部分を回転ピン３１で十分に塑性流動させるためである。ただし、回転ピン３１の挿入量が多すぎると、回転ピン３１と当て板２０とが接触するおそれがある。そこで、本実施形態では、回転ピン３１を必要最小限の量だけ挿入することとする。すなわち、回転ピン３１の先端３２と突端面１０の丸み始めの位置１６とが一致する程度に回転ピン３１を挿入する。ただし、それらを厳密に一致させなくても同様の効果が得られるため、必ずしもそれらを厳密に一致させる必要はない。工具３０の加工精度やプレート１，２の寸法誤差等を考慮し、それらが実質的に一致する程度に回転ピン３１を挿入すれば十分である。
【００２４】
次に、上述のように回転ピン３１を挿入した状態で、工具３０を両プレート１，２の長手方向（図４の紙面表裏方向）に沿って移動させる。言い換えると、回転ピン３１を両プレート１，２の突端面１０に沿って移動させる。
【００２５】
両プレート１，２の突端面１０の近傍は、回転ピン３１の摩擦熱によって軟化し、撹拌されて塑性流動を起こす。そして、回転ピン３１の移動に伴い、回転ピン３１の進行方向後側において、塑性流動した部分は摩擦熱を失い、冷却固化される。この際、両プレート１，２と当て板２０との間の微小空間１５には、塑性流動したプレート材料が流れ込み、微小空間１５はプレート材料によって埋められる。その結果、両プレート１，２は突端面１０において互いに接合される。また、両プレート１，２の裏側には平坦な当て板２０が配置されているので、両プレート１，２の裏面は面一又はほぼ面一の状態となる。
【００２６】
以上のように、本実施形態によれば、両プレート１，２の接触部分の全体を回転ピン３１で撹拌することができる。したがって、撹拌不足によるキッシングボンドの発生を防止することができる。
【００２７】
回転ピン３１の先端３２と当て板２０の表面との間にある程度の距離が保たれるので、回転ピン３１と当て板２０との接触を防止することができる。したがって、回転ピン３１や当て板２０の破損を防止することができる。
【００２８】
摩擦撹拌接合後に切削を行う従来の方法と異なり、両プレート１，２の突き合わせ部分を予め厚肉化しておく必要がなく、また、接合後に切削を行う必要がない。そのため、作業の簡易化及び低コスト化を図ることができる。
【００２９】
なお、上記実施形態では第１及び第２プレート１，２の両方の突端面１０に丸み１４を設けたが、いずれか一方のプレートの突端面１０のみに丸み１４を設けるようにしてもよい。
【００３０】
例えば、図５に示すように、第１プレート１の突端面１０のみに丸み１４を設け、第２プレート２の突端面１０の角部１３を残すようにしてもよい。このような場合であっても、両プレート１，２を当て板２０上に載置した際に、両プレート１，２の突端面１０と当て板２０との間に微小な空間１５が形成されることになる。本実施形態においても、前記実施形態と同様にして摩擦撹拌接合を行うことができ、同様の効果を得ることができる。
【００３１】
また、プレート１，２の角部の削り取り方は上記実施形態に限定されず、プレート角部の削り取りの態様は上記丸み１４に限定されるものではない。例えば、図６に示すように、上記丸み１４の代わりに、一方又は両方のプレート１，２の一方の角部を面取りし、平面状の削り取り部分１４ａを形成してもよい。このような場合であっても、両プレート１，２と当て板２０との間に微小な空間１５が形成され、上記効果を得ることができる。
【００３２】
なお、上記実施形態では摩擦撹拌接合の際に当て板２０を用いていたが、平坦な面を有する他の部材（例えば、台など）を当て板２０の代わりに使用してもよい。つまり、当て板部材は当て板に限定されるものではない。
【００３３】
また、プレート１，２の形状や厚み等に応じて、当て板２０の表面形状等に変更を加えてもよい。例えば、第１プレート１と第２プレート２との板厚が異なる場合に、両プレートの表面が面一に連続するように、当て板２０の表面に段差を設け、段差の両側に第１プレート１及び第２プレートをそれぞれ載置するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、平板部の突端面の角部を削り取り、摩擦撹拌接合の際に、平板部の突き合わせ部分の裏側と当て板部材との間に微小な隙間を形成することとした。そのため、回転ピンを当て板部材の表面のごく近傍にまで挿入しなくても、平板部の突端面同士の接触部分全体を回転ピンで撹拌することができる。したがって、回転ピンと当て板部材との接触を防止するとともに、撹拌不足による欠陥の発生を防止することができる。また、摩擦撹拌接合後の切削加工を不要にすることができる。
【００３５】
回転ピンを平板部の突端面の削り始めの位置にまで挿入することとすれば、回転ピンの挿入量を必要最小限の量にすることができ、より好ましい摩擦撹拌接合を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プレートの斜視図である。
【図２】突端面に丸みが設けられたプレートの斜視図である。
【図３】回転ピンを挿入する前の状態におけるプレートの断面図である。
【図４】回転ピンを挿入した後の状態におけるプレートの断面図である。
【図５】回転ピンを挿入する前の状態におけるプレートの断面図である。
【図６】回転ピンを挿入する前の状態におけるプレートの断面図である。
【図７】従来技術を示す図であり、回転ピンを挿入した後の状態におけるプレートの断面図である。
【符号の説明】
１    第１プレート
２    第２プレート
１０  突端面
１１  表面
１２  裏面
１３  角部
１４  丸み
１５  微小空間
１６  丸み始めの位置
２０  当て板
３０  工具
３１  回転ピン
【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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