(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦撹拌接合ツールの加工ヘッドを被接合材同士の接合線に沿って埋入状態で回転しつつ相対的に進行させて被接合材同士を接合一体化する摩擦撹拌接合方法において、
前記加工ヘッドによる接合部の下面側に、接合線に沿って間隔をおいて凹凸パターンを表面に設けた受け材の前記表面を当接させて摩擦撹拌接合を行うことにより、該接合部の下面側に前記凹凸パターンを転写させることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
【請求項２】
受け材の凹凸パターンの凹凸高低差を０．１〜０．８ｍｍに設定する請求項１記載の摩擦撹拌接合方法。
【請求項３】
受け材は平板状である請求項１または２に記載の摩擦撹拌接合方法。
【請求項４】
受け材はローラーである請求項１または２に記載の摩擦撹拌接合方法。
【請求項５】
摩擦撹拌接合ツールの加工ヘッドを被接合材同士の接合線に沿って埋入状態で回転しつつ相対的に進行させて被接合材同士を接合一体化するに際し、
前記加工ヘッドによる接合部の下面側に、接合線に沿って間隔をおいて凹凸パターンを表面に設けた受け材の前記表面を当接させて摩擦撹拌接合を行うことにより、該接合部の下面側に前記凹凸パターンを転写させることを特徴とする、接合部表面に凹凸パターンを有する接合材の製造方法。
【請求項６】
受け材の凹凸パターンの凹凸高低差を０．１〜０．８ｍｍに設定する請求項５記載の接合材の製造方法。
【請求項７】
受け材は平板状である請求項５または６に記載の接合材の製造方法。
【請求項８】
受け材はローラーである請求項５または６に記載の接合材の製造方法。
【請求項９】
請求項５に記載された方法によって製造された、接合部表面に凹凸パターンを有する接合材。
【請求項１０】
凹凸パターンの凹凸高低差は０．１〜０．８ｍｍである請求項９に記載の接合材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、摩擦撹拌接合によって被接合材同士を接合一体化する際に、同時にメーカー名、品名、メーカー又は製品マーク、ロット番号、日付、記号、装飾模様、滑り止め等の様々な凹凸パターンを付与する方法に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
近年、金属材の溶接やロウ付けに代わる新しい接合手段として、摩擦撹拌接合（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ）法が登場している。この接合法は、例えば特表平７−５０５０９０号公報に開示されているように、被加工物よりも硬い材質のプローブ（棒状物）を回転させながら被加工物に摺接させた際に、この摺接部分で発生する摩擦熱と圧力によって被加工物素材が塑性流動化するため、該プローブが被加工物中に埋入して且つこの埋入状態のまま被加工物中を移動可能になることを利用したものである。
【０００３】
例えば、金属板同士の突き合わせ接合線に沿って前記プローブを上記埋入状態で相対移動させると、プローブの前方側で塑性流動した両金属板の素材が撹拌混練されながら該プローブの後方側へ漸次移行し、後方側で摩擦熱を失って急速に冷却固化するから、両金属板は素材同士が混じり合って完全に一体化した状態で接合されることになる。この場合、金属素材が塑性流動する温度は融点よりもかなり低く、接合は固相接合の範疇に入り、接合過程を通して金属材への入熱量は溶接やロウ付けに比較して極めて少なく、且つ凝固収縮に伴う応力の発生もないから、接合部近傍の熱歪みによる変形や割れを生じにくいという利点がある。
【０００４】
このような摩擦撹拌接合方法は、上述した被接合材同士の接合一体化の他、表面の傷や欠陥部の補修、母材の改質、厚板内部の中空部の形成等にも利用されているが、これら以外にも様々な応用の余地があると考えられる。
【０００５】
この発明は、摩擦撹拌接合方法における新たな付加価値を創出することを課題として、様々な角度から検討を重ねて見出されたものであり、摩擦撹拌接合によって被接合材同士を接合一体化する際に、その接合部分に様々な凹凸パターンを付与する手段を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る摩擦撹拌接合方法は、摩擦撹拌接合ツールの加工ヘッドを被接合材同士の接合線に沿って埋入状態で回転しつつ相対的に進行させて被接合材同士を接合一体化する摩擦撹拌接合方法において、前記加工ヘッドによる接合部の下面側に、受け材の凹凸パターンを設けた表面を当接させて摩擦撹拌接合を行うことにより、該接合部の下面側に前記凹凸パターンを転写させることを特徴としている。
【０００７】
すなわち、この摩擦撹拌接合では、加工ヘッドが接合線に沿って埋入状態で回転しつつ相対的に進行する際、接合部において塑性流動化した被接合材の素材が冷却固化するまでの間に、その下面側が受け材の凹凸パターンを有する表面に接すると、該パターンの凹部には塑性流動状態の該素材が入り込み、逆に該パターンの凸部が塑性流動状態の素材表面に食い込むことになるから、接合部の下面側に該パターンが凹凸を反転した形で刻印され、この刻印されたパターンが素材の冷却固化によって保存される。
【０００８】
請求項２の発明は、上記請求項１の摩擦撹拌接合方法において、凹凸パターンの凹凸高低差を０．１〜０．８ｍｍに設定するものとしている。この場合、凹凸パターンの凹凸高低差が適度な範囲にあるから、摩擦撹拌接合において接合部の素材が塑性流動状態を保つ時間は極めて短いが、この接合部の下面側に該パターンが確実に転写されると共に、転写された該パターンが肉眼で充分に視認できるものとなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る摩擦撹拌接合方法の実施例を図面を参照して具体的に説明する。図１〜図３は第一実施例、図４及び図５は第二実施例を示す。
【００１０】
図１及び図２に示す第一実施例において、（１）は受け材となる平板状の加工テーブルであり、その上面の幅方向の中央部に、反転したＡＢＣの凹形文字パターン（２）…が長手方向に沿って一定間隔置きに彫り込まれている。そして、この加工テーブル（１）上には、一対の被接合材（３）（３）が相互の突き合わせ接合線（Ｌ）を前記文字パターン（２）…の配列上に位置させて載置されている。（４）は摩擦撹拌接合ツールの加工ヘッドであり、回転子（40）の先端に丸軸状の突軸部（41）が同心状に突設されており、回転駆動機構（図示省略）によって回転子（40）が突軸部（41）と一体に高速回転すると共に、移動機構（図示省略）によって一定距離を水平移動するように構成されている。
【００１１】
摩擦撹拌接合を行うには、常法に準じ、加工ヘッド（４）を被接合材（３）（３）が相互の突き合わせ接合線（Ｌ）の一端側に位置させ、高速回転させつつ突軸部（41）を両被接合材（３）（３）の突き合わせ部に埋入させ、接合線（Ｌ）に沿って移動させる。このとき、突軸部（41）の通過領域では、被接合材（３）（３）の素材が既述のように摩擦熱と圧力によって塑性流動化し、撹拌混合されて突軸部（41）の進行後方側で冷却固化し、もって両被接合材（３）（３）が完全に接合一体化する。
【００１２】
しかして、接合部の下面側においては、図４に網点を付して示す塑性流動化した素材（３ａ）が加工テーブル（１）上の文字パターン（２）…の凹所内に入り込み、この状態で冷却固化する。従って、図３に示すように、摩擦撹拌接合後の接合材（30）は、下面（30ａ）の接合部に沿って前記文字パターン（２）…が反転した凸形の文字パターン（20）…を有するものとなる。
【００１３】
図４及び図５に示す第二実施例では、摩擦撹拌接合ツールの加工ヘッド（４）は定位置において昇降駆動手段（図示省略）によって昇降動作するように構成されると共に、被接合材（３）（３）は所定間隔置きに配置するローラー（５）…上に載って移動するように構成されている。そして、加工ヘッド（４）の直下位置にあるローラー（50）は、受け材として、その周面の幅方向中央部に、周方向に沿う複数箇所にＡＢＣの凹形文字パターン（２）…が等間隔で彫り込まれている。
【００１４】
摩擦撹拌接合を行うには、常法に準じ、被接合材（３）（３）の相互の突き合わせ接合線（Ｌ）の一端側を加工ヘッド（４）の直下に位置させ、その回転子（40）を高速回転させつつ下降させ、突軸部（41）を両被接合材（３）（３）の突き合わせ部に埋入させ、この状態で両被接合材（３）（３）を一定速度で進行させる。これにより、突軸部（41）の通過領域では、第一実施例の場合と同様に被接合材（３）（３）の素材が塑性流動化し、撹拌混合されて突軸部（41）の後方側で冷却固化し、もって両被接合材（３）（３）が完全に接合一体化する。
【００１５】
しかして、接合部の下面側においては、図４に網点を付して示す塑性流動化した素材（３ａ）がローラー（50）上の文字パターン（２）…の凹所内に入り込み、この状態で冷却固化するから、やはり第一実施例の場合と同様に、摩擦撹拌接合後の接合材（30）の下面（30ａ）の接合部に沿って前記文字パターン（２）…が反転した凸形の文字パターン（20）…が転写形成される（図３参照）。なお、この第二実施例の方法では、ローラー（50）に文字パターン（２）…を設けているので、被接合材（３）（３）が長尺のものであっても、その接合線に沿って等間隔でエンドレスに文字パターン（20）…を付与できる。
【００１６】
上記第一及び第二実施例では加工テーブル（１）及びローラー（50）上の文字パターン（２）…を彫り込みによる凹形としているが、逆に凸形のパターンとすれば、摩擦撹拌接合後の接合材（30）の下面（30ａ）には凹形のパターンが転写形成されることになる。そして、凹凸パターンの形状には全く制約がないから、この転写方法によって例えばメーカー名、品名、メーカー又は製品マーク、ロット番号、日付、記号、装飾模様、滑り止め等の様々な凹凸パターンを形成することが可能である。
【００１７】
また、凹凸パターンの凹凸高低差は、０．１〜０．８ｍｍの範囲に設定するのがよい。この凹凸高低差が大き過ぎる場合は、摩擦撹拌接合において接合部の素材が塑性流動状態を保つ時間が極めて短いため、接合部の下面側に該パターンを確実に転写することが困難になる。逆に上記の凹凸高低差が小さ過ぎる場合は、転写された該パターンが肉眼で視認しにくくなる。なお、第一実施例のように加工テーブル（１）の上面に直接に凹凸パターンを形成する代わりに、上面に所要の凹凸パターンを設けた板材を加工テーブル（１）と被接合材（３）（３）との間に介在させる方法も採用できる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１の発明に係る摩擦撹拌接合方法によれば、被接合材同士を摩擦撹拌接合により突き合わせ接合線に沿って接合一体化する際に、接合部の下面側に受け材の凹凸パターンを設けた表面を当接させることにより、接合と同時に下面側の接合部に沿って例えばメーカー名、品名、メーカー又は製品マーク、ロット番号、日付、記号、装飾模様、滑り止め等の様々な凹凸パターンを容易に刻印することが可能であり、これら凹凸パターンの形成のために従来において必要としていた二次加工を省略できる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、上記の摩擦撹拌接合方法において、受け材の凹凸パターンの凹凸高低差が適度な範囲にあるから、接合部の下面側に該パターンを確実に転写できると共に、転写された該パターンが肉眼で充分に視認できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一実施例に係る摩擦撹拌接合方法を示す斜視図である。
【図２】同摩擦撹拌接合方法における要部の縦断側面図である。
【図３】同摩擦撹拌接合方法にて得られた接合材の底面図である。
【図４】この発明の第二実施例に係る摩擦撹拌接合方法を示す縦断側面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線の断面矢視図である。
【符号の説明】
１・・・・加工テーブル（受け材）
２・・・・文字パターン（凹凸パターン）
２０・・・文字パターン（転写された凹凸パターン）
３・・・・被接合材
３ａ・・・塑性流動化した素材
３０・・・接合材
３０ａ・・下面
４・・・・加工ヘッド
４０・・・回転子
４１・・・突軸部
５・・・・ローラー
５０・・・ローラー（受け材）
Ｌ・・・・接合線
【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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