JP3947271B2

JP3947271B2 - 摩擦撹拌接合によるｔ継手の形成方法

Info

Publication number: JP3947271B2
Application number: JP16904997A
Authority: JP
Inventors: 正敏榎本; 清司田崎; 茂利成願; 直毅西川; 武典橋本
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2017-06-25
Also published as: JPH1110365A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム等の金属製構造材等の接合において用いられる、摩擦撹拌接合によるＴ継手の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム等の金属製構造材の接合方法として、摩擦撹拌接合法と称される接合法がある。
【０００３】
この摩擦撹拌接合法は、構造材同士を固相接合させるもので、図４に示されるような回転子（１）を用いる。この回転子（１）は、円柱状回転子本体（２）の先端軸芯部に、この円柱状回転子本体（２）よりも径小なピン状プローブ（３）を同軸一体に突設させたもので、硬質で耐熱性に優れた、鋼などの材料にて製作されている。また、プローブ（３）の周面には、素地を効果的に摩擦撹拌できるように、所定の凹凸が形成されている。
【０００４】
接合は、図５に示されるように、この回転子（１）を自軸回りで回転させながら、そのピン状プローブ（３）の先端を、ワーク（６）（７）の突き合わせ境界部（８）に押付け状態に当接させ、その摩擦熱で当接部分を軟化可塑化させる。そして、回転子（１）を更にワーク（６）（７）に押し付けて、ピン状プローブ（３）をワーク（６）（７）の肉厚方向に挿入させていき、円柱状回転子本体（２）の先端の平坦な環状肩面（４）をワーク（６）（７）に押付け状態に当接させる。しかる後、その状態を維持しながら、回転子（１）をワーク（６）（７）の突き合わせ境界部（８）に沿って移動させていく。回転子（１）の通過する突き合わせ境界部では、周辺の材料が、回転子（１）の回転による摩擦熱で軟化撹拌され、かつ、円柱状回転子本体（２）の肩面（４）にて飛散を規制されながらピン状プローブ（３）の通過溝を埋めるように塑性流動したのち、熱を急速に失って冷却固化される。こうして、突き合わせ部（８）における材料の軟化、密着変形、撹拌、冷却固化が回転子（１）の移動に伴って順次繰り返されていき、突き合わせ部（８）においてワーク（６）（７）同士が互いに一体化され、順次接合されていく。
【０００５】
この摩擦撹拌接合法は、材料を溶融させることなく軟化状態でワーク（６）（７）同士を直接接合させるものであり、溶接の場合のような熱影響等による品質面での問題が発生せず、高品質で強固な接合部（１２）を形成でき、しかも、上記のような回転子（１）を用いることにより、凹凸のないスッキリとしたきれいな外観の接合部（１２）を形成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような摩擦撹拌接合法では、溶接によれば隅肉溶接となるようなＴ継手形式の場合、直角な壁に囲まれた隅部に回転子を作用させるのは実際上非常に難しく、そのため、摩擦撹拌接合法による隅肉接合は困難とされており、従って、これまで、摩擦撹拌接合法は、両ワーク（６）（７）の側縁部同士をこれらワーク（６）（７）にわたって平坦となるように突き合わせて接合する場合にしか用いられなかった。
【０００７】
本発明は、上記のような技術背景のなかで、摩擦撹拌接合法の適用範囲を拡大すべく、摩擦撹拌接合によるＴ継手の形成方法を確立することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、第１ワークと第２ワークとをＴ字状に組み合わせ、両腕となる第１ワークの背部側から回転子を作用せしめ、第１ワークと第２ワークとを摩擦撹拌接合することを特徴とする摩擦撹拌接合によるＴ継手の形成方法によって解決される。
【０００９】
即ち、第１ワークの背部側は平坦であるから、そこに回転子を作用させるのが容易である。このように、回転子を第１ワークの背部側から作用させ、両ワークの境界部の材料を軟化、撹拌、冷却させることで、両ワークは摩擦撹拌接合され、しっかりとしたＴ継手が形成される。
【００１０】
しかも、摩擦撹拌接合は、上記のように材料を溶融させることなく軟化させて接合するものであるから、第１ワークの背部側から回転子を作用させて接合を行っても、第１ワークに大きな形状不良や熱影響による品質劣化を生じるという問題も起こらず、形状精度が良好で高品質のＴ継手が得られる。
【００１１】
なお、回転子としては、例えば、円柱状回転子本体の先端軸芯部に、該円柱状回転子本体よりも径小なピン状プローブを同軸一体に突設させたものを用いることができる。この場合、Ｔ継手の形成においても、回転子の円柱状回転子本体の肩面にて軟化材料の飛散を防ぎ、かつ、回転子の通過跡を凹凸のないスッキリとしたきれいな外観にすることができる。
【００１２】
また、上記形成方法では、第１ワークの腹部側に凹所が設けられ、該凹所内に第２ワークを嵌合して摩擦撹拌接合を行うのが好ましい。両ワークを互いに固定、位置決め状態に容易に組合わせることができ、接合中の相対的な位置ずれも防止でき、組み合わせ精度に優れたＴ継手を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１に示される第１実施形態（参考形態）は、同図（イ）に示されるように、ワーク（６）（７）としてアルミニウム製の板材を用い、水平に向けられた第１ワーク（１４）の幅方向中間部に、垂直に向けられた第２ワーク（１５）の上縁部を単純にＴ字状に組み合わせたものである。この組み合わせワーク（１４）（１５）に対し、同図（ロ）に示されるように、第１ワーク（１４）の背部側から回転子（１）を作用せしめ、摩擦撹拌接合していく。回転子（１）のピン状プローブ（３）は、これを材料内部に挿入した際、その先端部が第２ワーク（１５）の肉厚内にまで達しているのが、材料撹拌効果による接合強度向上の観点から好ましい。また、第１ワーク（１４）の両腕（１４ａ）（１４ａ）は、その下方から治具（１６）（１６）にて支えるようにしておくのがよい。この治具（１６）により、接合の際の材料軟化による第１ワーク（１４）の変形を防ぐことができる。以上のようにして、両ワーク（１４）（１５）は摩擦撹拌接合により強固に接合一体化される。
【００１５】
図２に示される第２実施形態は、同図（イ）に示されるように、第１ワーク（１４）の腹部側の幅方向中間部に凹所としての嵌合溝（１７）が設けられ、この嵌合溝（１７）内に第２ワーク（１５）の上縁部を嵌合して両ワーク（１４）（１５）を組み合わせるようにしたものである。このような嵌合形式の採用によって、両ワーク（１４）（１５）を互いに固定、位置決め状態に容易に組み合わせることができ、接合中の相対的な位置ずれも防止できて、形状精度に優れたＴ継手を得ることができる。
【００１６】
図３に示される第３実施形態は、同図（イ）に示されるように、両ワーク（１４）（１５）が、アルミニウム押出型材のスライス切断品からなり、第１ワーク（１４）の腹部側の幅方向中間部に形成された嵌合溝（１７）が、深さ方向に奥広がり状に押出成形され、かつ、この溝（１７）内を囲む周壁面は、周方向においてかどのない滑らかな面に押出成形されている。また、これに対応して、第２ワーク（１５）の上縁部はこの嵌合溝（１７）の横断面内周形状に対応する、かどのない滑らかな横断面外周形状に押出成形されており、その一端を第１ワーク（１４）の嵌合溝（１７）の一端を通じてスライド嵌合させていくことにより、嵌合溝（１７）内に適合状態に嵌合されるものとなされている。本実施形態のような組み合わせ構造を採用することにより、両ワークの固定、位置決め機能を向上することができるのみならず、嵌合部への応力集中による割れや破損を防いで、強度的に非常に強いＴ継手を形成することができる。
【００１７】
以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、各種の変更が可能である。例えば、回転子（１）の構造は、ワーク（１４）（１５）同士を摩擦撹拌にて固相接合させるものであればよく、各種構造のものが用いられてよい。また、ワーク（１４）（１５）はアルミニウム材のほか、各種金属材、その他の材料によるものであってもよい。また、平板材同士によるＴ継手構造の他、平板材と骨材とによるＴ継手構造など、溶接によれば隅肉溶接となるような各種のＴ継手構造の形成に適用し得るものである。
【００１８】
【発明の効果】
上述の次第で、本発明のＴ継手の形成方法は、第１ワークと第２ワークとをＴ字状に組み合わせ、両腕となる第１ワークの背部側から回転子を作用せしめ、第１ワークと第２ワークとを摩擦撹拌接合するものであるから、回転子を作用させるのが容易であり、両ワークの境界部の材料を軟化、撹拌、冷却させることで、両ワークをしっかりと摩擦撹拌接合しえて、強度的に優れたＴ継手を形成することができ、摩擦撹拌接合法の適用範囲を拡大することができる。また、隅肉溶接の場合には溶接線が通常両側２本必要となるが、本発明方法では、接合線は中央一本でもよく、生産性の向上を図ることができる。しかも、摩擦撹拌接合は、上記のように材料を溶融させることなく軟化させて接合するものであるから、第１ワークの背部側から回転子を作用させて接合を行っても、第１ワークに大きな形状不良や熱影響による品質劣化という問題も起こらず、形状精度が良好で高品質のＴ継手を得ることができる。
【００１９】
また、回転子として、円柱状回転子本体の先端軸芯部に、該円柱状回転子本体よりも径小なピン状プローブを同軸一体に突設させたものを用いる場合には、Ｔ継手の形成においても、回転子の円柱状回転子本体の肩面にて軟化材料の飛散を防ぎ、かつ、回転子の通過跡を凹凸のないスッキリとしたきれいな外観にすることができる。
【００２０】
また、上記形成方法では、第１ワークの腹部側に凹所が設けられ、該凹所内に第２ワークを嵌合して摩擦撹拌接合を行うものとすることにより、両ワークを互いに固定、位置決め状態に容易に組合わせることができ、接合中の相対的な位置ずれも防止でき、組み合わせ精度に優れたＴ継手を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態（参考形態）を示すもので、図（イ）はワークの組み合わせ状態を示す断面正面図、図（ロ）は摩擦撹拌接合中の断面正面図である。
【図２】第２実施形態を示すもので、図（イ）はワークの組み合わせ状態を示す断面正面図、図（ロ）は摩擦撹拌接合中の断面正面図である。
【図３】第３実施形態を示すもので、図（イ）はワークの組み合わせ状態を示す断面正面図、図（ロ）は摩擦撹拌接合中の断面正面図である。
【図４】摩擦撹拌接合に用いる回転子を示すもので、図（イ）は側面図、図（ロ）の先端面図である。
【図５】従来の摩擦撹拌接合法を示すもので、図（イ）は接合中のワークの断面正面図、図（ロ）は平面図である。
【符号の説明】
１…回転子
２…回転子本体
３…プローブ
１４…ワーク
１５…ワーク
１７…嵌合溝（凹所）

Claims

第１ワークと第２ワークとをＴ字状に組み合わせ、両腕となる第１ワークの背部側から回転子を作用せしめ、第１ワークと第２ワークとを摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合によるＴ継手の形成方法であって、
前記第１ワークの腹部側に凹所が設けられ、該凹所内に第２ワークを嵌合して上記摩擦撹拌接合を行うことを特徴とする摩擦撹拌接合によるＴ継手の形成方法。
前記凹所として嵌合溝が設けられた請求項１に記載の摩擦撹拌接合によるＴ継手の形成方法。
第１ワークの両腕は、その下方から治具にて支えるようにした請求項１または２に記載の摩擦撹拌接合によるＴ継手の形成方法。
前記回転子が、円柱状回転子本体の先端軸芯部に、該円柱状回転子本体よりも径小なピン状プローブを同軸一体に突設させたものである請求項１から３のいずれか一項に記載の摩擦撹拌接合によるＴ継手の形成方法。