(57)【要約】 【課題】    摩擦攪拌接合を行なうときに、嵌め合わせのための隙間を設けて接合をしても、接合部は平坦で接合欠陥が発生しないようにしたい。  【解決手段】    ２つの接合部材１０，２０の接合部に互い違いとなる凸部と凹部を設け、凸部と凹部を嵌め合わせた切れ目部分に回転工具３０を押圧しつつ回転させて該両接合部材１０，２０を塑性流動させ両接合部材の接合を行うにあたり、接合部材１０は接合される凸部１４，１５の厚さが端面部に向かうほど厚くなり外面側が末広がり状となったものを用い、この凸部を接合部材２０における接合される切欠部２４，２５と嵌め合わせ、嵌め合わせた切れ目部分を回転工具３０により摩擦攪拌接合を行う。  【選択図】  図１
2005193254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの接合部材の接合部に互い違いとなる凸部と凹部を設け、凸部と凹部を嵌め合わせた切れ目部分に両接合部材より硬くて大きな径を持つ円柱形状回転子の回転軸線上に小さな径のピンが突出している工具の当該ピンを押圧しつつ回転させて該工具と両接合部材との間に発生する摩擦熱により両接合部材を塑性流動させ両接合部材の接合を行う摩擦攪拌接合方法において、  
一方の接合部材は接合される凸部の厚さが端面部に向かうほど厚くなり外面側が末広がり状となったものを用い、この凸部を他方の接合部材における接合される凹部と嵌め合わせ、嵌め合わせた切れ目部分を回転工具により摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。  
【請求項２】
上記請求項１の摩擦攪拌接合方法において、一方の接合部材と他方の接合部材はそれぞれ縦リブ型中空押出形材もしくはトラスリブ型の中空押出形材であり、リブの寸法により一方の接合部材の接合される凸部と他方の接合部材における接合される凹部を嵌め合わせた切れ目部分を工具のピンで押圧したときに一方の接合部材と他方の接合部材はそれらの外面が平坦な位置に揃うようにしてあることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。  
【請求項３】
上記請求項１の摩擦攪拌接合方法において、一方の接合部材の接合される凸部と他方の接合部材における接合される凹部を嵌め合わせた個所に発生する隙間を嵌め合わせた切れ目部分に対する工具のピンによる押し付けで解消し、一方の接合部材と他方の接合部材の外面が平坦になるようにして接合を行なうことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材の接合したい箇所に工具を押圧しつつ回転させて発生する摩擦熱により接合したい箇所の金属部材を塑性流動させ、金属部材の固相接合を行う摩擦攪拌接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固相接合方法の一つである摩擦攪拌接合法は、接合したい金属部材（以後、接合部材という）より硬くて大きな径を持つ円柱形状の回転子の回転軸線上に小さな径のピンが突出している形態をなす工具（以下、回転工具という）を２つの接合部材の接合したい箇所（以下、接合部という）に押圧しつつ回転させて、回転工具と接合部材との間に発生する摩擦熱により接合部材を塑性流動させ、ピンが接合部に埋まった形になったら、回転工具を回転させながら接合部に沿って移動させることによって、接合部材を固相接合するものである。これは下記の特許公報に示されている。
【０００３】
【特許文献１】特表平７−５０５０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２つの接合部材の接合部に互い違いとなる凹部と凸部を設け、凹部と凸部を嵌め合わせた切れ目部分を摩擦攪拌接合法で接合しようとする場合、凹部と凸部の嵌め合わせを円滑にするために、重なり方向に若干の隙間が必要である。
【０００５】
この隙間は、摩擦攪拌接合をすると、以下に述べる悪影響を及ぼす。
【０００６】
接合先行（面）側では回転工具の押圧力により接合部材の一方が押圧方向に移動して他方との隙間が無くなり、反対側の隙間が拡がる。
【０００７】
両接合部材の外形を揃えてあると、移動した分だけ段差を生じてしまう。または接合先行（面）側の反対側では他方の接合部材が一方の接合部材から浮いた形となっているので、回転工具の押圧力で他方の接合部材はたわむことになる。そのたわみにより面変形が生じ、接合部に平坦性が求められる場合には、機械加工などにより平滑に仕上げる作業が必要となる。
【０００８】
そこで、治具などを用いて両接合部材を保持し、外形が揃うようにして摩擦攪拌接合を行うと、回転工具の回転により生じた塑性流動状態の金属が隙間に流入する。そのために接合部において金属の不足が生じ、空洞状の接合欠陥を発生することがある。
【０００９】
それゆえ本発明の目的は、嵌め合わせのための隙間を設けて接合をしても、接合部は平坦で接合欠陥が発生しない摩擦攪拌接合法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する本発明摩擦攪拌接合法の特徴とするところは、一方の接合部材は接合される凸部の厚さが端面部に向かうほど厚くなり外面側が末広がり状となったものを用い、この凸部を他方の接合部材における接合される凹部と嵌め合わせ、嵌め合わせた切れ目部分を回転工具により摩擦攪拌接合を行うことにある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、接合時に回転工具の押圧力により、一方の接合部材は接合される凸部における厚さが厚くなり始める部分で他方の接合部材側に折れ曲がる形となって、両接合部材の重なり方向に存在している隙間を解消する。
【００１２】
一方の接合部材は折れ曲がり撓まないので外面は平坦であり、両接合部材が接触したときに外形が揃うようにしておくことで、段差は発生せず接合部の平坦性が得られ、接合後に余分な加工作業を必要としない。
【００１３】
両接合部材の重なり方向に隙間がないことから、回転工具の回転により生じた塑性流動状態の金属が隙間に流入し、金属が不足するようなことは起こらず、接合欠陥は発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１において、１０，２０は摩擦攪拌接合により接合しようとしている中空形材で、図１は中空形材１０，２０の断面を示している。
【００１６】
中空形材１０，２０は、それぞれ図１（ａ）において実質的に上下で平行な２枚の面板１１，１２，２１，２２と各面板１１，１２，２１，２２を接続する複数の接続板（リブ）１３，２３からなり、接続板１３，２３は面板１１，２１，１２，２２に対して直交しており、中空形材１０，２０は縦リブ構成となっている。
【００１７】
中空形材２０の1個の接続板２３ａは中空形材１０側の中空形材２０の端部にあり、角部に切欠部２４，２５がある。中空形材１０の端部には中空形材２０における接続板２３ａに相当するものはなく、面板１１，１２の中空形材２０側は自由端であり、脚部１４，１５と呼ぶ。
【００１８】
摩擦攪拌接合により接合する場合、脚部１４，１５を切欠部２４，２５に嵌め合わせる。
【００１９】
従って、中空形材１０は一方の接合部材で、脚部１４，１５は切欠部２４，２５に接合される互い違いとなる凸部に相当し、中空形材２０は他方の接合部材で、切欠部２４，２５は脚部１４，１５と接合される互い違いとなる凹部に相当する。
【００２０】
脚部１４，１５は端面部に向かうほど厚くなり、外面側が末広がり状となっている。脚部１４，１５における端部での厚さｔは端部に向かうほど面板１１，１２の厚さより厚くなり、切欠部２４，２５の深さｄに合わせてある。接続板１３，２３の寸法により、面板１１，１２の平坦な部分の表面位置は、面板２１，２２の平坦な表面位置に一致するように位置合わせをしてある。なお、中空形材１０，２０は、縦リブ型中空押出形材を用いている。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、接合時に中空形材１０の脚部１４，１５と中空形材２０の切欠部２４，２５を嵌め合わせると、中空形材２０の切欠部２４，２５に脚部１４，１５が重なり、面板１１，１２と面板２１，２２の端面が突き合わされる。
【００２２】
中空形材２０の端部における接続板２３ａに切欠部２４，２５を設けて突出した部分は、脚部１４，１５を重ねた時の裏当てとして機能する。
【００２３】
中空形材１０，２０を突き合わせたとき、突き合わせ部の隙間は出来るだけ小さくするように拘束治具等を用いて固定する。しかしながら、脚部１４，１５と切欠部２４，２５の間には裏当て隙間ｓが発生する。これは、中空形材１０の端部と中空形材２０の端部を嵌め合わせるとき、必要なものである。
【００２４】
図１（ｂ）において、３０は大径部分のショルダ３１の先端に小径部のピン３２を設けた回転工具である。ピン３２にはネジ状の溝または軸方向に溝を設けることがある。ピン３２の長さは切欠部２４，２５の深さｄにほぼ等しい。
【００２５】
接合に際しては、中空形材１０，２０の突き合わせ部に回転工具３０を回転させながら挿入する。回転工具３０による押付力が発生すため、脚部１４，１５は押付力を受けて変形する。この変形は、脚部１４，１５は厚さが均一の場合、撓みとなり曲面状に変形する。
【００２６】
しかしながら、脚部１４，１５は厚さが均一でなく、端部に向かうほど厚くなっているために、接続板１３との根本部分Ａ，Ｂのところで折れ曲がる形の変形となる。
【００２７】
回転工具３０を回転させながら接合部に沿って移動させることによって、脚部１４，１５と切欠部２４，２５は切れ目部分を塑性流動させ摩擦攪拌接合により接合していく。
【００２８】
回転工具３０の軸心が面板１１，１２，２１，２２の嵌め合わせた切れ目部分になるようにして、ピン３２を挿入する。挿入量は、ショルダ３１の下端が、面板１１，１２，２１，２２の外面より若干挿入されるようにする。また、ピン３２の下端を切欠部２４，２５の深さｄより若干深い位置まで挿入するようにして、嵌め合わせた切れ目部分は充分塑性流動するようにすると良い。
【００２９】
接合前には脚部１４，１５と切欠部２４，２５の間には裏当て隙間ｓが存在するが、接合中の脚部１４，１５の折れ曲がり変形により解消され、脚部１４，１５の外面と中空形材２０の面板２１，２２の外面は一致し、図１（ｃ）に示すように、接合後は平坦面が得られる。従って、接合後に平坦化加工を施す必要はない。
【００３０】
図１（ｃ）において領域Ｗは、接合したい箇所の金属部材を塑性流動させ固相接合をした領域である。両接合部材１０，２０の重なり方向に隙間がないことから、回転工具３０の回転により生じた塑性流動状態の金属が隙間に流入して金属が不足するようなことは起こらず、接合欠陥は発生しない。
【００３１】
脚部１４，１５の端部は回転工具３０のショルダ３１により表面部の金属を内部に押し込むようにすると、接合部に若干の凹部ができる。この凹部ができないようにするために、ショルダ３１の接触する範囲においては脚部の外側に突起部分を設けることが望ましい。
【実施例２】
【００３２】
本発明の他の実施例を、図２を用いて説明する。
【００３３】
図２において、図1に示したものと同一物・相当物には同一符号を付けて、説明の簡略化を図った。
【００３４】
図２の中空形材１０，２０では、トラスリブ型の中空押出形材を用いている。以下、図１の実施例との相違点を中心に説明する。
【００３５】
接続板（リブ）１３，２３は面板１１，１２，２１，２２に対して傾斜しているが、中空形材２０の端部の接続板２３ａは裏当て材として機能させるために面板２１，２２に対し直交するように設けてある。
【００３６】
中空形材１０における脚部１４の構成は図１の脚部１４の構成と同様であり、その厚さｔ１は中空形材２０の切欠部２４の深さｄ１と等しく、接続板１３との根本部分Ａから端部に向かうほど、厚さは厚くなり、外側に末拡がりになっている。
【００３７】
しかしながら、中空形材１０における脚部１５の長さは脚部１４の長さより短く、接合時に折れ曲がりにくいので、脚部１５の厚さｔ２は中空形材２０の切欠部２５の深さｄ２と等しくしている。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、接合前に面板１２，２２を同一平面に設置したときに、切欠部２４の深さｄ１位置よりも中空形材１０における脚部１４の下端位置は上方にあって、両者の間に隙間ｓができる。この隙間ｓは中空形材１０，２０の端部同士を突き合わせるときの余裕として必要なものである。
【００３９】
この隙間ｓは、図２（ｂ）に示すように、回転工具３０で中空形材１０，２０に押付力を掛けたときに、脚部１４は撓むことなく接続板１３との根本部分Ａで折れ曲がったときに解消し、また、折れ曲がりにより、面板１１，２１は同一平面位置となる。
【００４０】
回転工具３０のピン３２を押し込む深さは中空形材２０における切欠部２４，２５の深さｄ１，ｄ２よりも深い位置とすると、脚部１４，１５と切欠部２４，２５の接合面の全てを塑性流動化させて接合することができる。
【００４１】
脚部１４，１５の端部は回転工具３０のショルダ３１により表面部の金属を内部に押し込むようにすると、接合部に若干の凹部ができる。この凹部ができないようにするために、ショルダ３１の接触する範囲においては脚部の外側に突起部分を設けることが望ましい。
【００４２】
なお、図１の実施例でも片方の脚部は、図２の実施例の脚部１５のように末広がり状としないで平坦であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態である縦リブ型中空押出形材の接合を説明するための図である。
【図２】本発明の他の実施形態であるトラスリブ型中空押出形材の接合を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０，２０・・中空形材  
１１，１２，２１，２２・・面板  
１３，２３，２３ａ・・接続板（リブ）  
１４，１５・・脚部  
２４，２５・・切欠部  
３０・・回転工具  
３１・・ショルダ  
３２・・ピン
【図１】
2005193254.tif 000003
【図２】
2005193254.tif 000004