(57)【要約】【課題】  ピンの回転による摩擦熱で３枚以上の重ね金属板からなる被接合物を軟化，撹拌して接合する摩擦撹拌スポット接合で、各金属板間の接合不良，強度不足がない確実な接合がなされる摩擦撹拌スポット接合方法を提供する。【解決手段】  接合ツ―ル１の先端側に配置されたピン２の形状が２段階以上の段差部４，５を有する先細ピンを使用し、該ピンを押圧回転させて被接合物を軟化，撹拌しながら重積金属板７，８，９内に侵入させ、少なくともピンの先端側の段差部４がピンの先端から数えて一番目の金属板７内には侵入せず二番目の金属板８内に位置し、先端側から二番目の段差部５は三番目の金属板９内に位置させるようにした摩擦撹拌スポット接合方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピンの回転による摩擦熱で３枚以上の重ね金属板からなる被接合物を軟化，撹拌して接合する摩擦撹拌スポット接合方法において、接合ツ―ルの先端側に配置されたピンの形状が２段階以上の段差部を有する先細ピンを使用し、該ピンを押圧回転させて被接合物を軟化，撹拌しながら重積金属板内に侵入させ、少なくともピンの先端側の段差部がピンの先端から数えて一番目の金属板内には侵入せず二番目の金属板内に位置し、先端側から二番目の段差部は三番目の金属板内に位置させるようにしたことを特徴とする摩擦撹拌スポット接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピンの回転による摩擦熱で３枚以上の重ね金属板からなる例えばアルミニウム及びその合金のような被接合物を軟化，撹拌して接合する摩擦撹拌スポット接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来，ピンの回転による摩擦熱で３枚以上の重ね金属板からなる被接合物を軟化，撹拌して接合する摩擦撹拌スポット接合方法は、複数の重ね合わせた金属板材に対して、これらより硬質な摩擦接合工具の圧入ピンを圧入して撹拌し、撹拌部を、圧入ピンの基部を形成する肩部又はその周辺の段差部にて押圧することによって、圧入ピンによる圧入穴を形成し、該圧入穴の近傍において前記複数の重ね合わせた金属板材を接合する摩擦撹拌スポット接合方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１ー３２１９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の技術においては、圧入ピンによる撹拌によって盛上部を肩部又はその周辺の段差部で押圧することによって撹拌部を拡大することは可能であり、２枚重ね金属板の接合には有効であるが、例えば３枚重ね金属板の接合では、最上位金属板とその下位の金属板間には前記肩部又はその周辺の段差部による押圧力と撹拌力により最上位金属板での摩擦熱の発生と下位金属板に向かって金属組織の流動が起きるが、中間金属板と最下位の金属板には圧入ピンでのみの周囲に発生する摩擦熱と撹拌力だけである。そのため中間金属板と最下位の金属板の接合面には中間金属板から最下位金属板に向かっての金属組織の流動が起きにくい。さらにアルミ板の場合，金属板表面に存在する酸化被膜が残ったまま接合されてしまうことがある。これらの原因から、この従来の方法では、最上位金属板とそのすぐ下位の金属板間以外の金属板間の接合不良，強度不足が発生しやすい、という問題がある。
【０００５】
本発明は、従来の技術の有するこのような問題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、ピンの回転による摩擦熱で３枚以上の重ね金属板からなる被接合物を軟化，撹拌して接合する摩擦撹拌スポット接合で、各金属板間の接合不良，強度不足がない確実な接合がなされる摩擦撹拌スポット接合方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明における摩擦撹拌スポット接合方法は、接合ツ―ルの先端側に配置されたピンの形状が２段階以上の段差部を有する先細ピンを使用し、該ピンを押圧回転させて被接合物を軟化，撹拌しながら重積金属板内に侵入させ、少なくともピンの先端側の段差部がピンの先端から数えて一番目の金属板内には侵入せず二番目の金属板内に位置し、先端側から二番目の段差部は三番目の金属板内に位置させるようにしたことを特徴とする、ものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る摩擦撹拌スポット接合方法では、各段差部毎に上金属板から下金属板に向かって押圧することになるので、各段差部の肩直下の金属組織はピンの回転力と各段差部の押圧力の合成力によって斜め下方外側に向かう力を受け組織が流動して一体化され接合される。また、各接合部材の重ね合わせ両面に形成されている酸化皮膜も微細に粉砕して軟化し金属中に分散させ接合面とその近傍の組織を均一化する。さらに，各金属板間直上で各段差部により押圧撹拌するので板の剛性があり、しかも金属板間にそりのある被接合物の場合であっても上側の金属板が軟化し密着するのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
ピンの回転による摩擦熱で３枚以上の重ね金属板からなる被接合物を軟化，撹拌して接合する摩擦撹拌スポット接合方法で「接合ツ―ルの先端側に配置されたピンの形状が２段階以上の段差部を有する先細ピンを使用し、該ピンを押圧回転させて被接合物を軟化，撹拌しながら重積金属板内に侵入させ、少なくともピンの先端側の段差部がピンの先端から数えて一番目の金属板内には侵入せず二番目の金属板内に位置し、先端側から二番目の段差部は三番目の金属板内に位置させるようにした」構成としている。
【実施例】
【０００９】
図１は本発明に係る摩擦撹拌スポット接合方法を３枚の重ね金属板からなるアルミニウム合金材の被接合物の接合に実施した要部の断面図である。
【００１０】
図において、１は摩擦撹拌スポット接合用の接合ツ―ルであり、該接合ツ―ル１の先端側にはピン２が配置されている。
【００１１】
前記ピン２は、最先端ピン部３と第１段差部４と第２段差部５とを備えた先細ピンに構成され、その根元は前記接合ツ―ル１に肩部６を構成するように接続されている。
【００１２】
７，８，９は３枚の重ね金属板からなるアルミニウム合金材の被接合物であって、７は一番目の金属板で最下位に重積されており、８はニ番目の金属板で中間位に重積されており、９は三番目の金属板で最上位に重積されている。
【００１３】
なお、１０は前記接合ツ―ル１に対向して配置され前記被接合物が載置される受枠であり、１１は撹拌部を示すものである。
【００１４】
以上のような構成からなり、受枠１０上にアルミニウム合金材の被接合物である３枚の金属板７，８，９を重積して載置し固定した状態で、接合ツ―ル１にＲ方向の回転を与え乍ら下降させて該接合ツ―ル１のピン２の最先端ピン部３を前記三番目の金属板９の表面に当接させる。
【００１５】
前記接合ツ―ル１をさらに回転させ乍ら下降させると、ピン２の回転とＷ方向の押圧により金属板９，８，７には順次撹拌部１１を形成し乍ら遂には図示の状態となる。
【００１６】
この時点で、ピン２の先端側の段差部である第１段差部４がピンの先端から数えて一番目の金属板７内には侵入せず二番目の金属板８内に位置し、先端側から二番目の段差部である第２段差部５は三番目の金属板９内に位置に位置し、前記一番目の金属板７内には最先端ピン部３の一部のみが侵入状態にある。そして、接合ツ―ル１に構成された肩部６は三番目の金属板９の表面に位置して撹拌部１１の盛上りを防止するようにするとよい。
【００１７】
このように、各段差部４，５毎に上金属板から下金属板に向かって押圧することになるので、各段差部４，５の肩直下の金属組織はピン２の回転力と各段差部４，５の押圧力の合成力によって斜め下方外側に向かう力を受け組織が流動して一体化され接合される。また、各接合部材７，８，９の重ね合わせ両面に形成されている酸化皮膜も微細に粉砕して軟化し金属中に分散させ接合面とその近傍の組織を均一化する。さらに，各金属板間直上で各段差部により押圧撹拌するので板の剛性があり、しかも金属板間にそりのある被接合物の場合であっても上側の金属板が軟化し密着するのである。
【００１８】
以上は本発明に係る摩擦撹拌スポット接合方法を３枚の重ね金属板からなるアルミニウム合金材の被接合物の接合に実施した場合について説明をしたが、４枚の重ね金属板からなる被接合物の接合の場合には、接合ツ―ルの先端側に配置されたピンの形状が３段階の段差部を有する先細ピンを使用し、該ピンを押圧回転させて被接合物を軟化，撹拌しながら重積金属板内に侵入させ、少なくともピンの先端側の段差部がピンの先端から数えて一番目の金属板内には侵入せず二番目の金属板内に位置し、先端側から二番目の段差部は三番目の金属板内に位置し、先端側から三番目の段差部は四番目の金属板内に位置させるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は本発明に係る摩擦撹拌スポット接合方法を実施した要部の一部断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１                        接合ツ―ル
２                        ピン
４，５                    段差部
７                        一番目の金属板
８                        二番目の金属板
９                        三番目の金属板
【図１】
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