(57)【要約】      （修正有）【課題】複雑な勘合形状の加工が不要で、大きい接合反力に耐える摩擦攪拌接合装置が不要である摩擦接合方法を提供する。【解決手段】被接合材１に対して接合材６を立設して接合する摩擦接合方法において、被接合材１に接合材６を配置し、被接合材１が接合材６と接合する接合面２と対向する対向面に溝３を設け、対向面４側から接合材６と被接合材１とを摩擦接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合材に対して接合材を立設して接合する摩擦接合方法において、
前記被接合材に前記接合材を配置し、
前記被接合材が前記接合材と接合する接合面と対向する対向面に溝を設け、
前記対向面側から前記接合材と前記被接合材とを摩擦接合することを特徴とする摩擦接合方法。
【請求項２】
前記溝内に接合ツールを挿入し、
前記接合ツールで前記接合材と前記被接合材とを摩擦攪拌接合することを特徴とする請求項１記載の摩擦接合方法。
【請求項３】
前記摩擦攪拌接合後に前記溝に埋め込み材を挿入し、
接合ツールで前記被接合材と前記埋め込み材とを摩擦攪拌接合することを特徴とする請求項２記載の摩擦接合方法。
【請求項４】
前記摩擦攪拌接合後に前記溝にスタッドを挿入し、
前記スタッドを回転させて前記被接合材と前記スタッドとを回転摩擦接合することを特徴とする請求項２記載の摩擦接合方法。
【請求項５】
前記溝内にスタッドを挿入し、
前記スタッドを回転させて前記被接合部と前記接合材とを接合し、前記スタッドと前記被接合材とを接合することを特徴とする請求項１記載の摩擦接合方法。
【請求項６】
被接合材に対して複数の接合材を立設して接合する摩擦接合方法において、
前記被接合材に前記複数の接合材を配置し、
前記被接合材が前記複数の接合材と接合する接合面と対向する対向面に、前記複数の接合材に共通する溝を設け、
前記溝内に接合ツールを挿入し、
前記接合ツールで前記複数の接合材と前記被接合材とを摩擦攪拌接合し、
前記摩擦攪拌接合後に前記溝に埋め込み材を挿入し、
接合ツールで前記被接合材と前記埋め込み材とを摩擦攪拌接合することを特徴とする摩擦接合方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、摩擦接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
接合材を被接合材に対して垂直または傾斜させて立設させた垂直または傾斜立設継手構造の接合において、接合部の勘合部分が突合せ形状となるような勘合形状として摩擦攪拌接合する方法や、接合材の勘合部に溝を設けて勘合部裏側の平面部から被接合材を貫通して摩擦攪拌接合する方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３２６３７５公報
【特許文献２】特開平１１−２８５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
接合部の勘合部分が突合せ形状となるような勘合形状として摩擦攪拌接合する方法は、複雑な勘合形状の加工が必要となるばかりでなく、勘合部をすき間なく組み立てることが容易でなく、接合欠陥が発生しやすくなるという課題がある。
【０００５】
また、接合材の勘合部に溝を設けて勘合部裏側の平面部から被接合材を貫通して摩擦攪拌接合する方法は、摩擦攪拌接合ツールの長さは被接合材の板厚分が必要であり、被接合材が厚い場合は大きい接合反力に耐える摩擦攪拌接合装置が必要となるという課題がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、複雑な勘合形状の加工が不要で、大きい接合反力に耐える摩擦攪拌接合装置が不要である摩擦接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の摩擦接合方法は、被接合材に対して接合材を立設して接合する摩擦接合方法において、前記被接合材に前記接合材を配置し、前記被接合材が前記接合材と接合する接合面と対向する対向面に溝を設け、前記対向面側から前記接合材と前記被接合材とを摩擦接合することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の摩擦接合方法を示す図。
【図２】第２の実施形態の摩擦接合方法を示す図。
【図３】第３の実施形態の摩擦接合方法を示す図。
【図４】第４の実施形態の摩擦接合方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態の摩擦攪拌処理方法を図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態の摩擦接合方法を示す図である。
【００１１】
図１の（ａ）に示すように、被接合材１の接合面２に接合面の溝３を設け、対向面４に対向面の溝５を設ける。
【００１２】
（ｂ）に示すように、接合面の溝３に接合材６を挿入し、その周囲に裏当材１０を配置する。対向面の溝５内に、ピン７とショルダー８を備える接合ツール９を回転し、被接合材１に挿入し、接合材６の接合部近傍を移動させて被接合材１と接合材６とを摩擦攪拌接合することで（ｃ）に示すように接合材接合部１１を形成する。
【００１３】
（ｃ）に示すように、対向面の溝５内に埋め込み材１２を挿入する。
【００１４】
（ｄ）に示すように、接合ツール９を回転し、埋め込み材１２に挿入し、接合材接合部１１近傍を移動させて接合材接合部１１と埋め込み材１２とを摩擦攪拌接合することで（ｅ）に示すように埋め込み材接合部１３を形成する。
【００１５】
なお、埋め込み材１２を被接合材１と同等の材料とすれば、被接合材１と同等の接合部を得ることができる。
【００１６】
本実施例では、被接合材として幅１００×長さ１００×厚さ１０ｍｍのタフピッチ銅、接合材として直径１０×長さ１００ｍｍのタフピッチ銅棒を用いた。被接合材の接合面には直径１０．５×深さ４ｍｍの溝、対向面には直径３０×深さ４ｍｍの溝を設けた。接合ツールはピン直径６×長さ６ｍｍ、ショルダー直径１８ｍｍの工具鋼製でねじ付のものを用いた。接合条件は接合ツール回転数１０００ｒｐｍ、接合速度２００ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００１７】
なお、接合材６、接合面の溝３、対向面の溝５、および埋め込み材１２の少なくとも一つの部材を予熱してもよい。予熱方法としてバーナ加熱、高周波誘導加熱、レーザ加熱などを用いることができる。予熱することにより、接合反力を小さくできるため、接合性を向上させることができる。タフピッチ銅の場合は１００℃程度の予熱で効果があった。酸化を嫌う場合は、不活性ガス雰囲気中で接合を行うようにすればよい。
【００１８】
なお、本実施例ではタフピッチ銅を用いたが、これに限定するものではなく、クロム銅などの高強度銅合金、アルミニウム合金、鉄鋼材料などでも同様に実施可能である。高強度材の接合には、タングステン合金、ＰＣＢＮなどのツールを用いればよい。
【００１９】
また、被接合材に設ける接合面の溝３、対向面の溝５は本実施例の値に限定するものではなく、対向面の溝５の深さＬ１は、本実施例では０＜Ｌ１＜１０ｍｍすることができ、これに対応して、接合面の溝３の深さＬ２は、０≦Ｌ２≦１０−Ｌ１ｍｍとすればよい。
【００２０】
また、本実施形態では、対向面の溝５を１段としたが、被接合材１の厚さがさらに厚い場合や、さらに小型の摩擦接合装置を用いる場合は、対向面の溝５を多段とし、その段数分の溝埋めのための摩擦攪拌接合を行うようにしてもよい。
【００２１】
本実施形態によれば、被接合材１に対向面の溝５を設け、接合深さを浅くしたので、複雑な勘合形状の加工が不要で、大きい接合反力に耐える摩擦攪拌接合装置が不要となる。
【００２２】
また、対向面の溝５は被接合材１と同等材料の埋め込み材１２を埋めることで、被接合材１と同等の特性が得られる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図２は第２の実施形態の摩擦接合方法を示す図である。
【００２４】
図２の（ａ）に示すように、被接合材１の接合面２には溝を設けず、対向面４には対向面の溝５を設ける。接合面２に接合材６を配置する。
【００２５】
（ｂ）に示すように、接合材６の周囲に裏当材１０を配置する。対向面の溝５内に、ピン７とショルダー８を備える接合ツール９を回転し、被接合材１に挿入し、接合材６の接合部近傍を移動させて被接合材１と接合材６とを摩擦攪拌接合することで（ｃ）に示すように接合材接合部１１を形成する。
【００２６】
（ｃ）に示すように、対向面の溝５内にスタッド１４を挿入し、このスタッド１４を対向面の溝５内で回転し、被接合材１に押し付ける。
【００２７】
（ｄ）に示すように、スタッド１４が回転摩擦接合により、スタッド１４自身と被接合材１とを接合する。
【００２８】
（ｅ）に示すように、被接合材１の対向面に合わせてスタッド１４を加工する。
【００２９】
スタッド１４を被接合材１と同等の材料とすれば、被接合材１と同等の接合部を得ることができる。
【００３０】
なお、従来のツールを用いた摩擦接合を摩擦攪拌接合とし、ここでは、摩擦攪拌接合と回転摩擦接合を総称して摩擦接合と呼ぶこととする。
【００３１】
本実施例では、被接合材として幅１００×長さ３００×厚さ１５ｍｍのクロム銅、接合材として直径２０×長さ２００ｍｍのクロム銅を用いた。被接合材の接合面には溝を設けず、対向面には直径４０．５×深さ１０ｍｍの溝を設けた。
【００３２】
ツールにはピン直径５×長さ５ｍｍ、ショルダー直径１５ｍｍのタングステン合金製のツールを用いた。接合条件は、ツールの回転速度５００ｒｐｍ、接合速度１００ｍｍ／ｍｉｎとした。また、スタッドには直径４０×長さ５０ｍｍのクロム銅合金を用い、先端にはツールピンの穴に対応する直径４．５×長さ６ｍｍの突起を設けた。この突起により接合材６の接合後に残留したピン穴をうめることができる。
【００３３】
なお、第１の実施形態と同様に、被接合材１に接合面の溝３を設け、接合面の溝３に接合材６を挿入してもよい。
【００３４】
本実施形態によれば、被接合材１に対向面の溝５を設け、接合深さを浅くしたので、複雑な勘合形状の加工が不要で、大きい接合反力に耐える摩擦攪拌接合装置が不要となる。
【００３５】
また、対向面の溝５は被接合材１と同等材料のスタッド１４を埋めることで、被接合材１と同等の特性が得られる。
【００３６】
さらに、被接合材１の対向面の溝５にスタッド１４を回転摩擦接合して埋めるようにしたので、対向面の溝５の埋め込みを容易に行うことができる。
【００３７】
本実施形態の場合は、対向面の溝５にスタッド１４を接合する回転摩擦接合は多段で行ってもよい。また、多段の溝の埋め込みには、摩擦攪拌接合と回転摩擦接合を併用することもできる。
【００３８】
（第３の実施形態）
図３は第３の実施形態の摩擦接合方法を示す図である。
【００３９】
図３は、円板状の被接合材１に複数の接合材６を接合する摩擦接合方法である。
【００４０】
（ａ）に示すように、円板状の被接合材１の周囲の紙面裏側から接合材６を接合面に密着させて、この接合材６に対応して、対向面の溝５を設ける。これら８カ所の接合部を第１の実施形態または第２の実施形態の摩擦接合方法で接合する。
【００４１】
（ｂ）に示すように、（ａ）と同様に接合材６を配置したものであるが、対向面の溝５を８カ所の接合材すべてに共通の溝としたものである。この場合は、第１の実施形態のように、対向面の溝５に対応したリング状の埋め込み材１２を対向面の溝５に挿入し、摩擦攪拌接合する。
【００４２】
例えば、被接合材は直径５００×内径３００×厚さ１０ｍｍの無酸素銅リング、接合材は直径２０×長さ５００ｍｍの無酸素銅棒であり、これら銅棒の両側に同リングを接合するものである。接合ツールの形状と接合条件は第１の実施形態と同様である。
【００４３】
なお、第１の実施形態と同様に、被接合材１に接合面の溝３を設け、接合面の溝３に接合材６を挿入してもよい。接合面の溝３を共通の溝としてもよい。
【００４４】
本実施形態の場合も第１の実施形態と同様に、対向面の溝５に埋め込み材１２を接合する摩擦攪拌接合およびスタッド１４を接合する回転摩擦接合は多段で行ってもよい。また、多段の溝の埋め込みには、摩擦攪拌接合と回転摩擦接合を併用することもできる。
【００４５】
本実施形態によれば、被接合材１に対向面の溝５を設け、接合深さを浅くしたので、複雑な勘合形状の加工が不要で、大きい接合反力に耐える摩擦攪拌接合装置が不要となる。
【００４６】
また、対向面の溝５は被接合材１と同等材料の埋め込み材１２またはスタッド１４を埋めることで、被接合材１と同等の特性が得られる。
【００４７】
また、複数の接合材６に対応した対向面の溝５が共通の溝としたので、接合材６の個数より少ない回数で摩擦接合を行うことができる。
【００４８】
（第４の実施形態）
図４は第４の実施形態の摩擦接合方法を示す図である。
【００４９】
図４の（ａ）に示すように、厚さ１０ｍｍの被接合材１の接合面２には溝を設けず、対向面４には深さ９ｍｍの対向面の溝５を設ける。接合面２に接合材６を配置する。対向面の溝５にはスタッド１４を配置する。
【００５０】
（ｂ）に示すように、スタッド１４を対向面の溝５内で回転し、被接合材１に押し付け、スタッド１４が回転摩擦接合により、被接合部１と接合材６とを接合し、スタッド１４自身と被接合材１とを接合する。
【００５１】
（ｃ）に示すように、被接合材１の対向面に合わせてスタッド１４を加工する。
【００５２】
スタッド１４を被接合材１と同等の材料とすれば、被接合材１と同等の接合部を得ることができる。
【００５３】
なお、第１の実施形態と同様に、被接合材１に接合面の溝３を設け、接合面の溝３に接合材６を挿入してもよい。
【００５４】
本実施形態によれば、被接合材１に対向面の溝５を設け、接合深さを浅くしたので、複雑な勘合形状の加工が不要で、大きい接合反力に耐える摩擦攪拌接合装置が不要となる。
【００５５】
また、対向面の溝５は被接合材１と同等材料のスタッド１４を埋めることで、被接合材１と同等の特性が得られる。
【００５６】
また、被接合材１と接合材６の接合および対向面の溝５の埋め込みを一回の接合プロセスで完了することができる。
【００５７】
本実施形態の場合は、対向面の溝５にスタッド１４を接合する回転摩擦接合は多段で行ってもよい。また、多段の溝の埋め込みには、摩擦攪拌接合と回転摩擦接合を併用することもできる。
【００５８】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の摩擦接合方法によれば、複雑な勘合形状の加工が不要で、大きい接合反力に耐える摩擦攪拌接合装置が不要となる。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１          被接合材
２          接合面
３          接合面の溝
４          対向面
５          対向面の溝
６          接合材
７          ピン
８          ショルダー
９          接合ツール
１０        裏当材
１１        接合材接合部
１２        埋め込み材
１３        埋め込み材接合部
１４        スタッド 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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