(57)【要約】【課題】アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、及びマグネシウム合金の被加工材にリベット穴又はボルト穴を効率よく作製する方法を提供する。【解決手段】摩擦撹拌用工具による摩擦撹拌現象を利用して、被加工材にリベット穴又はボルト穴を作製する方法であって、上記摩擦撹拌現象を利用して、被加工材の所定の箇所並びにその周囲を組織制御して強度を高め、しかるのち、ドリル、エンドミル、パンチ等の穿孔手段により所定の場所にリベット穴又はボルト穴を作製する方法、及び、摩擦撹拌処理の際に必然的に表面に残る摩擦撹拌用工具のピン穴を、直接リベット穴又はボルト穴として利用する上記方法、乃至はリベット穴又はボルト穴の下穴として利用する上記方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦撹拌用工具による摩擦撹拌現象を利用して、被加工材にリベット穴又はボルト穴を作製する方法であって、上記摩擦撹拌現象を利用して、被加工材の所定の箇所並びにその周囲を組織制御して強度を高め、しかるのち、ドリル、エンドミル、パンチ等の穿孔手段により所定の場所にリベット穴又はボルト穴を製作することを特徴とする、リベット穴又はボルト穴の作製方法。
【請求項２】
リベット穴又はボルト穴の中心線と、摩擦撹拌現象により強化された部所の中心線との距離ａが、ａ＜（１．２ｄｐ−ｄｒ）／２（ただし、ここで、ｄｐは摩擦撹拌用工具のピンの直径、ｄｒはリベット穴又はボルト穴の直径を示す。）を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のリベット穴又はボルト穴の作製方法。
【請求項３】
摩擦撹拌用工具のピンを、被加工材の裏面まで貫通させて穴を形成し、これをリベット穴又はボルト穴として用いることを特徴とする、請求項１に記載のリベット穴又はボルト穴の作製方法。
【請求項４】
摩擦撹拌用工具のピンを、被加工材の裏面まで貫通させることなく処理を終了し、表面に残った非貫通のピン穴を、後工程において、上記穿孔手段によりリベット穴又はボルト穴を製作する際の下穴として用い、更に、０．８ｄｒ＜＝ｄｐ（ただし、ここで、ｄｐは摩擦撹拌用工具のピンの直径、ｄｒはリベット穴又はボルト穴の直径を示す。）とすることを特徴とする、請求項１に記載のリベット穴又はボルト穴の作製方法。
【請求項５】
リベット穴又はボルト穴を作製する箇所並びにその周辺部を、被加工材又は工具の水平移動により、所定の範囲に渡って強化しておき、その後、後工程において、上記穿孔手段により強化部に１個以上のリベット穴を製作することを特徴とする、請求項１に記載のリベット穴又はボルト穴の作製方法。
【請求項６】
被加工材のリベット穴又はボルト穴を作製する箇所に、摩擦撹拌用工具を移動させ、その後、摩擦撹拌用工具は又は被加工材の上下移動により両者を接触させ、摩擦撹拌用工具及び被加工材を水平方向に移動させることなく、被加工材の該当箇所を強化することを特徴とする、請求項１に記載のリベット穴又はボルト穴の作製方法。
【請求項７】
被加工材が、工業用純アルミニウム、ＪＩＳ  Ａ５０８３に代表される非熱処理型アルミニウム合金、純マグネシウム、又はＪＩＳ  ＡＺ９１に代表されるマグネシウム合金である、請求項１に記載のリベット穴又はボルト穴の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リベット穴又はボルト穴の作製方法に関するものであり、更に詳しくは、摩擦撹拌用工具による摩擦撹拌現象を利用して、被加工材の所定の箇所並びにその周囲を組織制御して強度を高めた後、該被加工材にリベット穴又はボルト穴を作製する方法に関するものである。本発明は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、又はマグネシウム合金の被加工材の新しいリベット穴又はボルト穴作製方法を提供するものとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車、航空機及び船舶等の移動車両の構造体には、溶接のみならず、リベットやボルトによる組み付けが広く行われている。通常、上記構造体のリベットやボルトを用いる箇所には、リベットやボルトを止めるために、貫通穴又は非貫通穴が形成されている。これらの穴部周辺には、それを構成要素としている構造体に荷重が加えられたときに応力集中が生じる。従って、穴部の周辺は、他の場所よりも大きな応力がかかることになり、しばしば破壊の起点になることがある。
【０００３】
従来、これを防ぐために、応力集中が生じる穴部周辺の板厚を厚くすることが行われているが、むやみに板厚を厚くすることは、移動車両等の軽量化を図る観点からも望ましいことではない。また、構造体全体を応力集中に耐えうる高強度材で作製したり、構造体に特別な強化部材を追加して使用することは、製造コストの上昇や構造体全体の重量増に繋がり、現実的ではない。
【０００４】
先行技術として、例えば、構造体全体を応力集中に耐えうる高強度材で作製したり、特別な強化部材を追加したりすることなく、リベット穴又はボルト穴を局所的に強化する方法が提案されており、それらの方法として、（１）応力集中部位を有する部材の疲労強度強化方法（特許文献１参照）、（２）鋼板材のボルト又はリベット穴部強化方法（特許文献２参照）、及び、（３）アルミニウム製品におけるボルト座の強化処理法（特許文献３参照）、等が挙げられる。
【０００５】
上記（１）の方法は、車両のシャシフレーム等の構造体に降伏応力を超えない弾性変形の範囲内で予負荷を加え、予負荷を除去した後、応力集中部に残る圧縮残留応力により疲労強度を向上させるものである。しかし、この種の方法では、構造体が大きくなると、加える荷重を非常に大きくする必要があり、設備にかかる費用も大きなものになる。また、圧縮残留応力による強化だけでは、疲労強度の向上は認められても、大きな荷重による即時破壊に対する抵抗性を向上させるには不十分である。
【０００６】
また、上記（２）の方法は、レーザビームの照射により、リベット穴又はボルト穴の周辺に焼入れし、硬さの上昇を得ることで穴部を強化する方法である。この種の方法は、焼入れによる相変態が強度及び硬さの上昇に繋がる焼入れ性の良い鉄系材料に対しては有効であるものの、高価なレーザ加工機が必要であり、焼入れ性現象の見られないアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、又はマグネシウム合金に対しては適用することができない、等の問題がある。
【０００７】
更に、上記（３）の方法は、レーザビームの照射によりアルミニウム製品のボルト穴周辺を溶融させると同時に、他元素を添加して、高強度、高硬度の合金を生じせしめ、穴周辺を強化するものである。この種の方法は、一般に知られているレーザアロイング法と同様、改質部に空孔（ポロシティ）や偏析などの欠陥が入りやすいことが問題として挙げられる。また、レーザ加工機自体が高価なことと、添加元素として銅、鉄、ニッケル、クロム等を用いることによる材料コストの上昇と構造体の重量増が問題点として挙げられる。更に、一般に、レーザビームの照射により合金化した部分の表面の寸法精度、表面粗さは非常に悪く、リベットやボルト穴として用いる前には切削等の機械加工を導入する必要があり、工程が複雑になるという問題もある。
【０００８】
一方、摩擦撹拌現象を利用して、アルミニウム又はアルミニウム合金の組織制御を行い、強度、硬さを高めようとする方法が、提案されている（特許文献４及び非特許文献１〜４参照）。これらは、いずれも摩擦撹拌現象を利用することで、アルミニウム又はアルミニウム合金の動的な組織変化を起こし、強度、硬さの向上を図ることに留まるものであり、それらが、リベット穴又はボルト穴を製作する方法に適用しうるか否かについては何も検討されていない。
【０００９】
他方、類似の摩擦撹拌接合におけるピン穴の処理については、摩擦撹拌接合における終端部処理方法及び終端部処理された摩擦撹拌接合体、が提案されている（特許文献５参照）。この方法は、終端部のピン穴をねじ穴として利用し、主に外観品質を向上させる方法である。しかし、この文献では、本発明の特徴である、摩擦撹拌現象を利用して穴部周辺を強化しうるか否かについては何も述べられていない。すなわち、材料の強化に必要な条件の最適化が考慮されていないため、この種の方法により作製したねじ穴部周辺の強度、硬さは改善されておらず、応力集中の際には、穴部が破壊の起点になりうるものである。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−２９６７８２号公報
【特許文献２】
特開平１０−２５１７４３号公報
【特許文献３】
特開平０６−１２２９５０号公報
【特許文献４】
特願２００２−２３７７７７号公報
【特許文献５】
特開２００２−２１９５８３号公報
【非特許文献１】
重松一典、齋藤尚文、中村  守、玉木崇晴、駒谷武史、山内五郎、「摩擦撹拌を利用した工業用純アルミニウムの組織微細化」、軽金属学会第９９回秋期大会講演概要、（２０００）、Ｐ１６１
【非特許文献２】
駒谷武史、齋藤尚文、重松一典、玉木崇晴、山内五郎、中村  守、「摩擦撹拌を利用した工業用純アルミニウムの組織制御」、軽金属学会第１００回春期大会講演概要、（２０００）、Ｐ１４１
【非特許文献３】
斎藤尚文、重松一典、駒谷武史、玉木崇晴、山内五郎、中村  守、「Ｇｒａｉｎ  Ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｏｆ  １０５０  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｌｌｏｙ
ｂｙ  Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．２０、（２００１）ｐ１９１３
【非特許文献４】
権湧宰、斎藤尚文、重松一典、中村守、駒谷武史、小野宗憲、「摩擦撹拌プロセスによる１０５０アルミニウム合金の結晶粒微細化」、日本金属学会第１２９  回秋期大会講演概要、（２００１）ｐ．４９９
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、又はマグネシウム合金の被加工材のリベット穴又はボルト穴の新しい作製方法を開発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、摩擦撹拌現象を利用した組織制御法による材料の強化及びリベット穴又はボルト穴の作製に必要な条件の最適化を図ることで所期の目的を達成しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、又はマグネシウム合金の被加工材に適用可能で、他元素を添加する必要もなく、大きな設備を必要とせず、少ない工程で、大きな応力集中に耐えうるリベット穴又はボルト穴を上記被加工材に効率よく作製する方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、（１）摩擦撹拌用工具による摩擦撹拌現象を利用して、被加工材にリベット穴又はボルト穴を作製する方法であって、上記摩擦撹拌現象を利用して、被加工材の所定の箇所並びにその周囲を組織制御して強度を高め、しかるのち、ドリル、エンドミル、パンチ等の穿孔手段により所定の場所にリベット穴又はボルト穴を製作することを特徴とするリベット穴又はボルト穴の作製方法、である。
また、本発明は、（２）リベット穴又はボルト穴の中心線と、摩擦撹拌現象により強化された部所の中心線との距離ａが、ａ＜（１．２ｄｐ−ｄｒ）／２（ただし、ここで、ｄｐは摩擦撹拌用工具のピンの直径、ｄｒはリベット穴又はボルト穴の直径を示す。）を満たすことを特徴とする上記方法、（３）摩擦撹拌用工具のピンを、被加工材の裏面まで貫通させて穴を形成し、これをリベット穴又はボルト穴として用いることを特徴とする上記方法、を好ましい実施態様とするものである。
また、本発明は、（４）摩擦撹拌用工具のピンを、被加工材の裏面まで貫通させることなく処理を終了し、表面に残った非貫通のピン穴を、後工程において、上記穿孔手段によりリベット穴又はボルト穴を製作する際の下穴として用い、更に、０．８ｄｒ＜＝ｄｐ（ただし、ここで、ｄｐは摩擦撹拌用工具のピンの直径、ｄｒはリベット穴又はボルト穴の直径を示す。）とすることを特徴とする上記方法、（５）リベット穴又はボルト穴を作製する箇所並びにその周辺部を、被加工材又は工具の水平移動により、所定の範囲に渡って強化しておき、その後、後工程において、上記穿孔手段により強化部に１個以上のリベット穴を製作することを特徴とする上記方法、を好ましい実施の態様とするものである。
また、本発明は、（６）被加工材のリベット穴又はボルト穴を作製する箇所に、摩擦撹拌用工具を移動させ、その後、摩擦撹拌用工具は又は被加工材の上下移動により両者を接触させ、摩擦撹拌用工具及び被加工材を水平方向に移動させることなく、被加工材の該当箇所を強化することを特徴とする上記方法、（７）被加工材が、工業用純アルミニウム、ＪＩＳ  Ａ５０８３に代表される非熱処理型アルミニウム合金、純マグネシウム、又はＪＩＳ  ＡＺ９１に代表されるマグネシウム合金である上記方法、を好ましい実施の形態とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明の方法は、摩擦撹拌用工具による摩擦撹拌現象を利用して、被加工材にリベット穴又はボルト穴を作製する方法であって、上記摩擦撹拌現象を利用して、被加工材の所定の箇所並びにその周囲を組織制御して強度を高め、しかるのち、ドリル、エンドミル、パンチ等の穿孔手段により所定の場所にリベット穴又はボルト穴を製作することを特徴とするものであり、この場合、リベット穴又はボルト穴の中心線と、摩擦撹拌現象により強化された部所の中心線との距離ａが、ａ＜（１．２ｄｐ−ｄｒ）／２（ただし、ここで、ｄｐは摩擦撹拌用工具のピンの直径、ｄｒはリベット穴又はボルト穴の直径を示す。）の条件を満たすようにすること、また、摩擦撹拌用工具のピンを、被加工材の裏面まで貫通させることなく処理を終了し、表面に残った非貫通のピン穴を、後工程において、上記穿孔手段によりリベット穴又はボルト穴を製作する際の下穴として用い、更に、０．８ｄｒ＜＝ｄｐ（ただし、ここで、ｄｐは摩擦撹拌用工具のピンの直径、ｄｒはリベット穴又はボルト穴の直径を示す。）とすること、が好適である。一般に、摩擦撹拌用工具による摩擦撹拌現象を利用して被加工材に強化部を形成した場合、強化部は、被加工材の表面、内部及び裏面において均一ではなく、強化部の幅は、表面から裏面に向かって狭くなる傾向があり、しかも、それらは、被加工材の材質及び上記強化部の作製条件に依存する。
【００１４】
このように、被加工材における上記強化部は、例えば、被加工材の表面を裏面では同一ではなく、摩擦撹拌用工具により強化部を形成した被加工材にリベット穴又はボルト穴を作製する場合、被加工材における強化部の組織構造を個別的に調べてからでないと、上記被加工材の表面から穿孔することができない、という不都合を生ずる。本発明は、このような問題に鑑みて、被加工材における強化部の組織構造、摩擦撹拌用工具の種類、及びリベット穴又はボルト穴の種類に基づいて、リベット穴又はボルト穴の形成位置を定量的に規定することを可能とし、それにより、上記被加工材にその表面から、上記問題を生じることなく、リベット穴又はボルト穴を作製することを可能としたものである。本発明の方法は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、又はマグネシウム合金の被加工材、例えば、工業用純アルミニウム、ＪＩＳ  Ａ５０８３に代表される非熱処理型アルミニウム合金、純マグネシウム、又はＪＩＳ  ＡＺ９１に代表されるマグネシウム合金、あるいはこれらと同等の材料の被加工材に適用される。本発明において、摩擦撹拌用工具による摩擦撹拌現象を利用した強化加工方法及び手段、及びリベット穴又はボルト穴を製作する方法及び手段については、特に制限されるものではなく、上記被加工材の種類、その使用目的等に応じて、適宜の方法及び手段を使用することができる。
【００１５】
以下、本発明の特徴を明らかにするために、図面を参照しつつ、本発明の具体的構成について詳細に説明する。
図１に、本発明の特徴であるところの、摩擦撹拌用工具による摩擦撹拌現象を利用して、被加工材にリベット穴又はボルト穴を作製する所定の箇所並びにその周囲を組織制御して強度を高め、しかるのち、ドリル、エンドミル、パンチ等の穿孔手段により所定の場所にリベット穴又はボルト穴を製作する工程を概念的に示す。図１において、回転工具１は、工具底面１ａでアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、又はマグネシウム合金のいずれかの部材２の表面を摩擦し、摩擦熱を発生させる。これと同時に、先端のピン１ｂを部材内部に挿入し、機械的撹拌を加えることで部材に動的な組織変化を起こし、強化部３を作製する。回転工具１を部材表面に沿って水平に移動させることで、広範囲に渉って処理を行うことができる。しかるのち、ドリル等の穴開け工具４を用いて、強化部３の所定の位置にリベット穴又はボルト穴５を作製する。
【００１６】
このとき、図２に示すように、摩擦撹拌用工具による摩擦撹拌現象により強化された強化部の中心線とドリル、エンドミル、パンチ等の穿孔手段により製作されたリベット穴又はボルト穴の中心線との距離ａは、リベット穴又はボルト穴の直径をｄｒ、摩擦撹拌用工具のピンの直径をｄｐとすると、ａ＜（１．２ｄｐ−ｄｒ）／２を満たすことが望ましい。これは、強化部が最も狭い、被加工材裏面においては、幅がピンの直径の約１．２倍になるという新規知見から導出されるものである。この場合、ａ＞（１．２ｄｐ−ｄｒ）／となる条件では、リベット穴又はボルト穴が強化部の内側に収まりきらず、強化されていない部分にまで達する危険があり、その場合には、本発明の作用効果が充分に発揮されない恐れが有り、望ましくない。
【００１７】
次に、図３に、本発明の別の実施形態を示す。更に、図４に、その詳しい工程を概念的に示す。被加工材２のリベット穴又はボルト穴を作製する箇所に、回転工具１を移動させ、その後、回転工具１又は被加工材２の上下移動により両者を接触させ、回転工具１及び被加工材２を水平方向に移動させることなく、摩擦撹拌により被加工材２の該当箇所を強化し、強化部３を得る。このとき、材料中に挿入したピン部１ｂの先端は、裏面まで貫通しないで、裏面から５０〜１００μｍの位置が望ましい。これは、裏面からの距離が１００μｍ以上であると充分に材料を撹拌できず、強化部の幅が小さくなる傾向があり、逆に、距離が５０μｍ以下であると裏面に大きな力がかかり、欠陥の発生原因になるためである。
【００１８】
その後、リベット穴等の貫通穴が必要な場合には、回転工具１を下降及び／又は被加工材２を上昇させて、工具のピン部の先端を被加工材の裏面にまで貫通させる。このとき、回転工具１の下降量及び／又は被加工材２の上昇量は、ピン部が貫通する必要最小限にすることが望ましい。これは、必要以上に工具を被加工材に押しつけると、工具のショルダー部により被加工材に無用な変形を加える恐れがあるためである。更に、無用な変形をさけるためには、ショルダー部を上下させず、ピン部の高さのみを高くして貫通穴を形成することが望ましい。そのための機構としては、ショルダー部とピン部を一体成型せず、これらを別体としておき、それぞれ独立して上下する機構とすることが例示される。
【００１９】
上記の方法により、ピン部が被加工材を貫通した後、回転工具１を上昇及び／又は被加工材２を下降させて、両者を分離し、被加工材２の表面に残ったピン穴５をリベット穴又はボルト穴として利用するが、乃至はリベット穴又はボルト穴の下穴として利用する。被加工材の表面には工具を押しつけた際のくぼみが生じるが、その深さは１００μｍ程度であり、かつ、リベットの座面に用いられるために、強度劣化に直接結びつくことはない。
【００２０】
本実施形態において、ピン穴をそのままリベット穴又はボルト穴として用いる場合には、回転工具１の先端のピン部１ｂの直径を、所望するリベット穴又はボルト穴の直径と一致させる必要がある。一方、ピン穴をリベット穴又はボルト穴の下穴として用いる場合には、所望するリベット穴又はボルト穴の直径とピン部の直径が一致している必要はないが、ピン部の直径が所望するリベット穴又はボルト穴の直径より２０％以上小さいと、周囲を充分に撹拌処理できなくなるために、強化部の範囲が狭くなる。このために、後工程でリベット穴又はボルト穴を作製したときに、穴周辺に充分な強化部が残らず、期待する効果が得られなくなる可能性がある。従って、ピン穴をリベット穴又はボルト穴の下穴として用いる場合には、０．８ｄｒ＜＝ｄｐ（ここで、ｄｒはリベット穴又はボルト穴、ｄｐはピンの直径）とすることが望ましい。
【００２１】
本発明の方法では、ピンの直径は１ｍｍから６ｍｍ程度が望ましく、これは、ピンの直径が１ｍｍより小さい場合には、強化部を作製する工程でピンが折れる等のトラブルが発生しやすくなるためであり、一方、ピンの直径が６ｍｍ以上になると、強化部を作製するために工具を駆動する装置の出力が、非常に大きなものになるためである。従って、例えば、直径１０ｍｍといった、比較的大きなリベット穴又はボルト穴を作製する場合には、後記する実施例で述べるように、リベット穴又はボルト穴の周辺を、ＮＣ（数値制御）装置等を活用して回転工具を移動させ、比較的広い範囲に強化部を作製した後、後工程でリベット穴又はボルト穴を作製することが望ましい。
【００２２】
また、回転工具１における被加工材を摩擦する底面部１ａの直径は、ピン部１ｂの直径の２倍から４倍が望ましい。これは、底面部１ａの直径が２倍より小さいと、発生する摩擦熱が少ないために充分な温度上昇が起きなくなり、その結果、被加工材２の変形抵抗が下がらず、充分に機械的撹拌できなくなり、その結果、処理部にクラック等の欠陥が入りやすくなるためである。一方、直径が４倍以上になると、逆に温度が上がりすぎるために、結晶粒径の粗大化が起き、充分な強度を有する強化部を得難くなる。
【００２３】
一般に、摩擦撹拌用工具による摩擦撹拌現象を利用して、単に、被加工材に組織制御による強化部分を形成したとしても、該被加工材にリベット穴又はボルト穴を作製する部位は、被加工材の一部の領域であり、上記強化部分の全てが有効に使われることにはならない。そこで、上記被加工材のリベット穴又はボルト穴形成位置並びにその周囲に局所的、かつ特異的に上記組織制御による強化部分を作製できれば、上記強化加工及び穿孔加工の作業効率の向上及び加工コストの低減等の面で当技術分野における技術革新をもたらすことが期待される。
本発明は、上記摩擦撹拌現象により形成される強化部の組織構造、摩擦撹拌工具の種類、及びリベット穴又はボルト穴の種類に基づいて、被加工材のリベット穴又はボルト穴の形成位置、あるいは摩擦撹拌用工具による強化部の形成位置を規定することで、被加工材に対する強化及び穿孔加工の作業効率を顕著に向上させると共に、局所的に強化部を形成した被加工材の所定の位置にリベット穴又はボルト穴を作製した被加工材を提供することを可能とするものである。
【００２４】
【実施例】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例１
以下に、実施例として、工業用純アルミニウム圧延材、ＪＩＳ  Ａ５０８３圧延材、ＡＺ９１マグネシウム合金を対象とした、本発明によるリベット穴又はボルト穴の作製の例を示し、本発明の効果について明らかにする。
図５に、厚さ５ｍｍの工業用純アルミニウム圧延材、Ａ５０８３圧延材、乃至ＡＺ９１マグネシウム合金の被加工材３２に、回転工具３１による摩擦撹拌により強化部３３を作製する工程を模式的に示す。回転工具３１としては、ＳＫＤ６１製で、先端のピン部３１ｂの直径は２．７ｍｍ、ピンの高さは３．０ｍｍの摩擦撹拌用工具を用いた。被加工材の表面を摩擦する回転工具底面３１ａの直径は７ｍｍであり、回転数は５６０ｒｐｍ、工具の移動速度は１５５ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００２５】
図６に、被加工材にリベット穴又はボルト穴を作製する工程を模式的に示す。前工程で得られた強化部３３に、鋼製のドリル４４を用い、本発明の方法で規定される所定の位置に、直径３ｍｍのリベット穴又はボルト穴を、１０ｍｍ間隔で９個作製した。更に、回転工具３１を取り外した後に、被加工材の表面に残った深さ３ｍｍのピン穴４１にＭ３ねじのタップを立ててボルト穴とした。図７に、完成品を模式的に示す。図８に、マイクロビッカース硬さ試験機により、被加工材の表面の硬さ分布を測定した一例を示す。強化していない母材に比べて、強化部３３の硬さは上昇しており、リベット穴又はボルト穴の周辺が強化されていることが分かる。更に、引張試験による破壊検査の結果、強化していない材料にリベット穴又はボルト穴を作製した場合に比べて、本発明の方法により作製したリベット穴又はボルト穴を有する部材では、最大１．５倍の荷重まで破壊せず、本発明の効果が顕著であることが実証された。また、本発明の方法により、上記被加工材の強化部に対するリベット穴又はボルト穴の形成位置を定量的に設定することができた。
【００２６】
実施例２
図９に、更に別の実施形態を示す。摩擦撹拌処理の開始位置６１から図中矢印に沿って螺旋状に回転工具を動かし、最終位置６３に達したとき、工具を被加工材から分離することで、螺旋状の強化部を作製した。このとき、回転工具の底面部の直径は１０ｍｍ、ピンの直径は３ｍｍ、ピンの高さは３ｍｍとした。最終位置６３、すなわち螺旋の中心において回転工具を分離したとき、被加工材の表面にはピン穴６４が残っていた。次に、図１０に示されるように、前工程で最終位置６３に残っていたピン穴６４を下穴として、ドリルを用いて、本発明の方法により規定される所定の大きさ（直径１０ｍｍ）のリベット穴又はボルト穴を作製した。引張試験による破壊検査の結果、この実施例においても、工業用純アルミニウム、Ａ５０８３、ＡＺ９１マグネシウム合金のいずれにも、本発明の方法を用いない場合に比べて、最大約１．５倍の破壊強度の上昇が得られた。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、摩擦撹拌用工具による摩擦撹拌現象を利用して、被加工材にリベット穴又はボルト穴を作製する方法に係り、本発明により、１）アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、又はマグネシウム合金の被加工材のリベット穴又はボルト穴の新しい作製方法を提供できる、２）大きな応力集中に耐えうるリベット穴又はボルト穴を効率よく作製できる、３）大きな設備を必要とせず、少ない工程で、しかも、他元素を添加することなく、上記アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、又はマグネシウム合金の被加工材にリベット穴又はボルト穴を作製することができる、４）被加工材の強化部位とリベット穴又はボルト穴の形成位置を簡便に設定できる、５）それにより、被加工材に所定の強化部及びリベット穴又はボルト穴を効率良く作製できる、という格別の効果奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態である、摩擦撹拌により作製した強化部にドリル等によりリベット穴又はボルト穴を作製する工程の模式図を示す。
【図２】リベット穴又はボルト穴の作製位置を示す模式図を示す。
【図３】本発明の一形態である、回転工具又は／及び被加工材の上下動のみで強化部とリベット穴又はボルト穴、乃至リベット穴又はボルト穴の下穴を作製する工程を示す模式図を示す。
【図４】強化部及び貫通孔の形成の工程を示す模式図を示す。
【図５】摩擦撹拌による強化部作製工程を示す模式図を示す。
【図６】リベット穴又はボルト穴を加工する工程を示す模式図を示す。
【図７】実施例１で作製した、リベット穴とボルト穴を有する板材を示す。
【図８】実施例１で作製した部材表面の硬さ分布の測定例を示す。
【図９】実施例２の、摩擦撹拌により螺旋状の強化部を作製する工程を示す模式図を示す。
【図１０】実施例２の、ドリル等によりリベット穴又はボルト穴を作製する工程を示す模式図を示す。
【符号の説明】
（図１の符号）
１  回転工具
１ａ  回転工具の底面
１ｂ  ピン部
２  被加工材
３  強化部
４  穴開け工具
５  リベット穴又はボルト穴
（図２の符号）
３  強化部
４  穴開け工具
５  リベット穴又はボルト穴
（図３の符号）
１  回転工具
１ａ  回転工具の底面
１ｂ  ピン部
２  被加工材
３  強化部
５  リベット穴又はボルト穴、乃至リベット穴又はボルト穴の下穴
（図４の符号）
１  回転工具
１ｂ  ピン部
３  強化部
５  リベット穴又はボルト穴、乃至リベット穴又はボルト穴の下穴
６  くぼみ
（図５の符号）
３１  回転工具
３１ａ  回転工具の底面
３１ｂ  ピン部
３２  被加工材
３３  強化部
（図６の符号）
３２  被加工材
３３  強化部
４１  リベット穴又はボルト穴、乃至リベット穴又はボルト穴の下穴
４４  穴開け工具
４５  リベット穴又はボルト穴
（図７の符号）
５１  リベット穴又はボルト穴
５２  下穴にＭ３のねじを立てたボルト穴
（図８の符号）
３３  強化部
５１  リベット穴又はボルト穴
（図９の符号）
６１  摩擦撹拌工具の移動を開始した位置
６２  強化部
６３  摩擦撹拌工具の移動が終了した位置
６４  リベット穴又はボルト穴の下穴
（図１０の符号）
６２  強化部
７１  リベット穴又はボルト穴
【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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