JP2003136256A - 摩擦攪拌用回転工具及びそれを用いた処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所要の処理深さを確保した上で、比較的狭い
範囲を摩擦攪拌することができる摩擦攪拌用回転工具を
提供し、また、かかる回転工具を用いた摩擦攪拌処理法
を提供する。 【解決手段】 略柱状の工具本体部２１と、該工具本体
部の先端側に同軸に設けられ先細り状の円錐テーパ部２
４を有する工具先端部２２と、該工具先端部の円錐テー
パ部表面に螺旋状に設けられ工具本体部の軸線Ｌｂを含
む縦断面における周縁形状が略Ｖ字状に設定された溝部
２５とを備え、該溝部は反挿入側斜面の面積が挿入側斜
面の面積以上となるように設定されており、工具先端部
を螺旋状に設けられた上記略Ｖ字状溝部のねじ込み方向
と逆方向に回転させて使用されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、所謂、摩擦攪拌
処理に用いられる摩擦攪拌用回転工具、並びに、かかる
工具を用いて例えばアルミニウム合金等の軽金属製の部
材に摩擦攪拌処理を施す処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、例えば自動車用等の車両
用のエンジンのシリンダヘッドは、例えばアルミニウム
（Ａｌ）若しくはその合金等の軽合金材料を用いた鋳造
品を素材とするものが一般的で、かかるシリンダヘッド
をシリンダブロックに組み付けて使用される。

【０００３】このようなシリンダヘッドでは、所謂、
「バルブブリッジ部」或いは「弁間部」と称せられる、
吸排気ポートのポート穴間の領域は、エンジン駆動時の
気筒での燃焼による体積膨張と停止時の冷却による体積
収縮とを繰り返すことから、一般に、熱疲労によるクラ
ックが発生し易い。この問題に対して、従来では、弁間
部に所謂リメルト処理を施して熱疲労強度の向上を図る
ことが、一般的な方法として知られている。

【０００４】しかしながら、このリメルト処理は、あく
までも処理対象部として限られた領域の母材を溶融（再
溶融）し凝固させるものであり、所要の処理深さや金属
組織の微細化効果を安定して得ることが実際には難し
く、また、リメルト処理に伴う高温酸化の問題が避け難
く、更には、ピンホール等の未充填欠陥やクラック等の
欠陥が発生し易いという問題もあり、これらを回避する
ためには、シールドガスの適用や予熱及び／又は後熱処
理等を要しコスト高になるなど、実際には品質及び生産
性確保の面で種々の問題を内包している。

【０００５】そこで、近年では、アルミニウム（Ａｌ）
やマグネシウム（Ｍｇ）或いはそれらの合金等の軽金属
製部材の表面改質処理に、所謂、摩擦攪拌処理を適用す
ることが考えられている。例えば、本願出願人は、特願
２０００−３９３３２８号において、かかる摩擦撹拌処
理法を４気筒ディーゼルエンジンのＡｌ合金製シリンダ
ヘッドの弁間部の表面改質処理に適用することを提案し
た。また、弁間部の表面改質を行うものではないが、例
えば、特開２０００−１５４２６号公報には、エンジン
のＡｌ合金製シリンダヘッドのシリンダブロックに対す
るシール面（合わせ面）の表面処理に、かかる摩擦撹拌
処理法を適用することが開示されている。

【０００６】この摩擦攪拌処理法では、高速で回転する
回転工具を部材表面に当接させ押圧することで、その際
に生じる摩擦熱と回転体の撹拌作用により、部材表面の
回転工具当接部分及びその近傍領域を軟化させて塑性流
動を生じせしめる。そして、この塑性状態の材料部分
（塑性流動層）が非溶融状態で撹拌され、その後に塑性
流動部分が凝固することにより、当該部材の表面及びそ
の近傍領域が改質される。

【０００７】Ａｌ合金等の軽金属製鋳造部材の表面に、
この摩擦撹拌処理による表面改質処理を施すことによ
り、表面部分を溶融させて改質を図る所謂リメルト処理
等による場合に比べて、鋳造部材の表面部分の金属組織
をより緻密なものとし、また、鋳巣等による内部未充填
欠陥を大幅に低減することができ、伸び及び靱性等の機
械的特性並びに疲れ強さ（熱疲労強度）を向上させるこ
とができる。この場合において、リメルト処理等により
表面部分を溶融させて改質を図る場合のように、鋳造部
材内部のガス等によるブローホール或いはピンホールが
形成される惧れもない。

【０００８】尚、かかる摩擦攪拌法は、軽金属部材の表
面改質だけではなく、例えば比較的薄肉の軽金属製板材
どうしを衝合させてこの衝合部で両板材を接合する場合
（例えば、特許第２７１２８３８号公報参照）など、軽
金属部材どうしを接合する場合において、従来の溶接法
に代えて、接合部の母材を溶融させることなく軽金属部
材どうしを接合し得る接合法としても有用である。

【０００９】ところで、上記摩擦撹拌法で用いられる回
転工具は、例えば図２０及び図２１に示すように、所定
直径の円柱体で成る工具本体部６１と、その先端の中央
部に一体的に固着された所定長さで比較的（上記工具本
体部６１よりも）小径の円柱体で成るプローブ部６２と
で構成されたものが、従来、一般的である。

【００１０】この従来の回転工具６０では、上記工具本
体部６１の端面におけるプローブ部６２を除く領域が、
所謂、ショルダ部６３を構成しており、摩擦攪拌処理中
においては、このショルダ部６３が処理対象部材５１の
摩擦攪拌部分を表面側から押さえ込み、当該部分の塑性
流動層が表面側に盛り上がることを規制することによ
り、当該処理対象部材５１の表面５１ｆ側に変形が生じ
ることが抑制されるようになっている。

【００１１】上記工具本体部６１は、図示しないホルダ
によって軸線回りに回転自在に支持されており、このホ
ルダ（不図示）を工具駆動手段６５によって回転駆動す
ることにより、当該回転工具６０がその軸線回りに回転
させられる。上記工具駆動手段６５は、具体的には図示
しなかったが、ホルダ（不図示）を介して回転工具６０
を高速で回転させるための駆動モータを備えるととも
に、上記回転工具６０を処理対象部材５１の表面５１ｆ
と略直角方向に（つまり、図２０及び図２１における上
下方向に）駆動し、また、部材表面５１ｆに略沿って移
動させるための、駆動機構を備えている。そして、該駆
動手段６５を駆動することにより、高速回転状態にある
回転工具６０のプローブ部６２及びショルダ部６３を処
理対象部材５１に対し、その表面５１ｆと略直角方向に
（つまり、部材５１の深さ方向に）進入させ、また、部
材表面５１ｆに略沿って移動させることができるように
なっている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
回転工具６０では、プローブ部６２の基端側がショルダ
部６３を構成し、摩擦攪拌処理時には、プローブ部６２
だけでなく上記ショルダ部６３も、処理対象部材５１の
表面部５１ｆに対して当接し押圧させられた状態で回転
させられるので、このショルダ部６３の摩擦攪拌作用に
より付随的な（つまり、不要な）塑性流動層５３が生
じ、処理幅が必要以上に広くなるという問題があった。

【００１３】従って、例えば、前述のシリンダヘッド弁
間部のように（図２１参照）、処理幅が限られた部分に
表面改質処理を施すような場合、従来の回転工具６０を
用いたのでは、ショルダ部６３の摩擦回転作用により付
随的な（不要な）塑性流動層５３が生じることに起因し
て、処理部分に肩ダレが生じて変形したり、場合によっ
ては未充填欠陥を招来するなどの問題が生じる惧れがあ
る。

【００１４】また、処理幅が広くなり過ぎるため、表面
改質処理後に機械加工による仕上加工を行う場合にあっ
ては、この仕上加工での加工取代ΔＭｗ（図２１参照）
が大きくなり、生産効率が低下するという問題もあっ
た。尚、図２１において、処理対象部材５１の実線表示
は摩擦攪拌処理時の母材状態を示し、２点鎖線表示は、
処理後の機械加工による仕上状態を示している。更に、
かかる摩擦攪拌法で軽金属部材どうしの接合を行う場合
にあっても、従来の回転工具６０では、接合幅が必要以
上に広くなるという難点があった。

【００１５】尚、特開平１１−１２８０８３号公報に
は、摩擦攪拌効果の向上を図るべく、プローブ部の外周
面にネジを形成し、工具本体をネジの螺旋方向とは逆の
方向に回転駆動するようにしたタイプの摩擦攪拌用工具
が開示されているが、この場合でも、プローブ部の基端
側（工具本体部の先端側）には、図２０及び図２１に示
したものと同様のショルダ部が設けられ、このショルダ
部によって処理対象部材の摩擦攪拌部分を表面側から押
さえ込み、当該部分の塑性流動層が表面側に盛り上がる
ことを規制するようになっている。

【００１６】この発明は、上記諸問題に鑑みてなされた
もので、所要の処理深さを確保した上で、比較的狭い範
囲を摩擦攪拌することができる摩擦攪拌用回転工具を提
供し、また、かかる回転工具を用いた摩擦攪拌処理法を
提供することを、基本的な目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本願発明者は、上記目的
を達成するために種々研究開発を重ねる中で、プローブ
部の外周面にネジを形成して工具をネジの螺旋方向とは
逆の方向に回転駆動するようにしたタイプの摩擦攪拌用
工具において、ネジの断面形状を種々検討し、ネジの反
挿入側斜面の面積が挿入側斜面の面積以上となるよう
に、より好ましくは、反挿入側斜面の面積が挿入側斜面
の面積よりも大きくなるように設定した場合、工具を回
転させて摩擦攪拌を行う際に、処理対象部材の摩擦攪拌
部分をショルダ部で押さえ込まなくても、その塑性流動
層が表面側に盛り上がることが有効に抑制されることを
見出した。

【００１８】これは、摩擦攪拌によりネジ溝内及びその
近辺に生じた塑性流動層は、工具がネジの螺旋方向（つ
まり、ねじ込み方向）とは逆の方向に回転させられるこ
とにより、ネジ溝の反挿入側斜面によって工具の反挿入
側（つまり、処理対象部材の表面側）への流動が抑制さ
れることが考えられるが、このネジ溝の反挿入側斜面の
面積を少なくとも挿入側斜面の面積と等しく、より好ま
しくは、挿入側斜面の面積よりも大きく設定したことに
より、塑性流動層の反挿入側への流動抑制効果がより大
きくなるためであると考えられる。

【００１９】特に、プローブ部に先細り状の円錐テーパ
部を設け、その外周面に上記のような形状のネジ（螺旋
状のＶ字溝）を設けることにより、処理幅をより狭く、
且つ、処理深さをより深くでき、しかも、塑性流動層の
表面側への盛り上がりをより有効に抑制できることを見
出した。

【００２０】そこで、本願請求項１の発明に係る摩擦攪
拌用回転工具は、略柱状の工具本体部と、該工具本体部
の先端側に同軸に設けられ先細り状の円錐テーパ部を有
する工具先端部と、該工具先端部の円錐テーパ部表面に
螺旋状に設けられ工具本体部の軸線を含む縦断面におけ
る周縁形状が略Ｖ字状に設定された溝部とを備え、該溝
部は反挿入側斜面の面積が挿入側斜面の面積以上となる
ように設定されており、上記工具先端部を上記螺旋状に
設けられた略Ｖ字状溝部のねじ込み方向と逆方向に回転
させて使用されることを特徴としたものである。尚、こ
の場合において、上記溝部は、反挿入側斜面の面積が挿
入側斜面の面積よりも大きくなるように設定されること
が、より好ましい。

【００２１】また、本願請求項２の発明は、略柱状の工
具本体部と、該工具本体部の先端側に同軸に設けられ先
細り状の円錐テーパ部を有する工具先端部と、該工具先
端部の円錐テーパ部表面に螺旋状に設けられ工具本体部
の軸線を含む縦断面における周縁形状が略Ｖ字状に設定
された溝部とを備え、上記縦断面内において、上記溝部
の底部を通る溝底部中心線と工具本体部軸線に直交する
軸直交線とのなす角度が上記円錐テーパ部の工具本体部
軸線に対する傾斜角度以下に設定されており、上記工具
先端部を上記螺旋状に設けられた略Ｖ字状溝部のねじ込
み方向と逆方向に回転させて使用されることを特徴とし
たものである。尚、この場合において、上記溝底部中心
線と上記軸直交線とのなす角度が上記円錐テーパ部の工
具本体部軸線に対する傾斜角度未満に設定されること
が、より好ましい。

【００２２】更に、本願請求項３の発明は、上記請求項
２の発明において、上記工具本体部の軸線を含む縦断面
内において、上記溝部の底部を通る溝底部中心線と工具
本体部軸線に直交する軸直交線とのなす角度が、実質的
に零度に設定されていることを特徴としたものである。

【００２３】また更に、本願請求項４の発明は、軽金属
部材どうしを摩擦攪拌法にて接合するに際し、請求項１
〜３の何れか一に記載された回転工具を用いて上記軽金
属部材どうしの接合部を摩擦攪拌処理することを特徴と
したものである。

【００２４】また更に、本願請求項５の発明は、軽金属
部材の所定の表面部に摩擦攪拌法にて表面改質処理を施
すに際し、請求項１〜３の何れか一に記載された回転工
具を用いて上記軽金属部材の所定の表面部を摩擦攪拌処
理することを特徴としたものである。

【００２５】また更に、本願請求項６の発明は、上記請
求項５の発明において、上記軽金属部材がアルミニウム
合金鋳物製のエンジンシリンダヘッドであり、上記所定
の表面部が吸排気ポート間の表面部であることを特徴と
したものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１及び
図２は、本実施の形態に係る摩擦攪拌用回転工具の正面
図および底面図である。これらの図に示すように、上記
回転工具１０は、同軸の多段円柱で構成され全体として
略円柱状の工具本体部１１と、該本体部１１の先端側に
設けられた工具先端部１２とを備えており、該工具先端
部１２の中心軸は上記工具本体部１１の中心軸（軸線）
Ｌｂと一致するように構成されている。

【００２７】図３に詳しく示すように、上記工具先端部
１２は、その最先端部分１３が、所定曲率半径Ｒｓの球
面の一部で構成され、底面視で直径Ｄｓの円形を成す曲
面状に形成されている。また、工具先端部１２の側面部
分は、先端に向かうに連れて小径となる、所謂、先細り
状に形成された円錐テーパ部１４で構成されている。

【００２８】そして、この円錐テーパ部１４の表面部に
は、ネジ状の溝部１５が設けられている。この溝部１５
は、図６に詳しく示すように、工具本体１１の軸線Ｌｂ
を含む縦断面における周縁形状が略Ｖ字状に設定され、
上記円錐テーパ部１４の表面に所定のピッチｐで螺旋状
に設けられている。

【００２９】上記ネジ状の溝部１５が設けられた円錐テ
ーパ部１４は、工具先端部１２の先端から長さＨｇにわ
たって設けられ、この円錐テーパ部１４の基端部と工具
本体部１１の端部とは、円錐テーパ部１４よりも傾斜角
度の大きいテーパ面で接続されている。すなわち、この
回転工具１０では、従来のように工具本体の下端側に平
坦なショルダ部は設けられていない。

【００３０】また、本実施の形態では、上記工具本体部
１１の軸線Ｌ１を含む縦断面内において、溝部１５の底
部を通る溝底部中心線Ｌｖと工具本体部１１の軸線Ｌｂ
に直交する軸直交線Ｌｙとのなす角度αが、上記円錐テ
ーパ部１４の工具本体部軸線Ｌｂに対する傾斜角度β以
下となるように、上記Ｖ字状溝部１５の断面形状が設定
されている。

【００３１】すなわち、図４において実線で示すよう
に、上記溝底部中心線Ｌｖと軸直交線Ｌｙとのなす角度
α１が円錐テーパ部１４の傾斜角度β１と等しい（α１
＝β１）場合には、溝底部中心線Ｌｖが円錐テーパ部１
４の表面に対して垂直となり、溝部１５の上側（反挿入
側）斜面１５ａの面積は下側（挿入側）斜面１５ｂの面
積とが等しくなる。しかし、上記溝底部中心線Ｌｖと軸
直交線Ｌｙとのなす角度αが円錐テーパ部１４の傾斜角
度βよりも大きい（α＞β）場合には、溝部１５の上側
（反挿入側）斜面の面積は下側（挿入側）斜面の面積よ
りも小さくなる。

【００３２】これに対して、図４において破線で示すよ
うに、上記溝底部中心線Ｌｖと軸直交線Ｌｙとのなす角
度α２が円錐テーパ部１４の傾斜角度β１未満（α２＜
β１）場合には、溝底部中心線Ｌｖが円錐テーパ部１４
の表面に対して傾斜し、溝部１５の上側斜面１５ａと下
側斜面１５ｂの成す角度γ（溝角度）は一定であるが、
上側斜面１５ａの面積は下側斜面１５ｂの面積よりも大
きくなる。

【００３３】従って、この場合、上記工具先端部１２を
螺旋状に設けられた略Ｖ字状溝部１５のねじ込み方向
（つまり、螺旋方向）と逆方向に回転させて摩擦攪拌を
おこなわせることにより、高速回転状態の工具先端部１
２を処理対象部材の表面部に対して押圧し進入させて行
く際、摩擦攪拌によって溝部１５内及びその近辺に生じ
た塑性流動層の反挿入側（図３及び図４における上側）
への流動抑制効果がより大きくなり、従来のように処理
対象部材の摩擦攪拌部分をショルダ部で押さえ込まなく
ても、その塑性流動層が表面側に盛り上がることを有効
に抑制できるのである。

【００３４】すなわち、工具本体部の下端側に設けられ
たショルダ部による不要な摩擦攪拌を伴う従来の回転工
具を用いる場合に生じ得る前述の不具合を解消でき、所
要の処理深さを確保した上で比較的狭い範囲を摩擦攪拌
することができるようになる。しかも、工具先端部１２
は先細り状の円錐テーパ部１４を有し、略Ｖ字状の溝部
１５はこの円錐テーパ部１４の表面に螺旋状に設けられ
ているので、摩擦攪拌時の処理幅をより狭く、且つ、処
理深さをより深くでき、しかも、塑性流動層の表面側へ
の盛り上がりをより有効に抑制することができる。尚、
この実施の形態に係る回転工具１０を駆動する工具駆動
手段としては、例えば、前述の図２０に示された工具駆
動手段６５と同様のものを用いることができる。

【００３５】次に、本発明の第２の実施の形態に係る摩
擦攪拌用回転工具について、図５を参照しながら説明す
る。尚、以下の説明において、上述の第１の実施の形態
に係る回転工具１０（以下、これを、適宜、「タイプ
Ｉ」の回転工具と称する。）における場合と同様の構成
を備え同様の作用をなすものについては同一の符号を付
し、それ以上の説明は省略する。

【００３６】この第２の実施の形態に係る回転工具２０
（以下、これを、適宜、「タイプＩＩ」の回転工具と称
する。）は、工具本体部２１並びに工具先端部２２（最
先端部分２３及び側面の円錐テーパ部２４を含む）の形
状については、第１の実施の形態におけるものと同様で
あるが、下記のように、円錐テーパ部２４の表面部に形
成されたＶ字状溝部２５の溝部中心線Ｌｖと上記軸直交
線Ｌｙとのなす角度αが、異なった設定となっている。

【００３７】すなわち、上記図３に示されるように、上
記略Ｖ字状溝部１５の溝底部中心線Ｌｖと軸直交線Ｌｙ
とのなす角度αを円錐テーパ部１４の傾斜角度β未満
（α＜β）に設定して、上側（反挿入側）斜面１５ａの
面積が下側（挿入側）斜面１５ｂの面積よりも大きくな
るように設定する場合、図５に示す回転工具２０のよう
に、溝底部中心線Ｌｖと軸直交線Ｌｙとのなす角度αを
実質的に零度に設定することにより、同一方向に螺設さ
れた略Ｖ字状溝部２５について、その反挿入側斜面の面
積を実質的に最大化することができ、より一層高い効果
を奏することが可能になる。

【００３８】本発明の効果を確かめるために、本発明実
施例の回転工具と比較例の回転工具をそれぞれ用いて、
処理対象サンプル部材の表面部に摩擦攪拌による表面改
質処理を施し、その処理部の態様を調べる比較試験（試
験１）を行った。図６は、本試験１で用いた比較例に係
る回転工具４０の正面説明図である。この比較例の回転
工具４０では、円柱状の工具本体部４１（直径＝２５ｍ
ｍ）の先端中央部分に円柱状の工具先端部４２（直径＝
７．０ｍｍ；長さ＝６．０ｍｍ）が突設され、工具本体
部４１の端面の工具先端部４２を除く領域がショルダ部
４３を構成している。

【００３９】また、上記工具先端部４２の側面には断面
略Ｖ字状の溝部（溝角度＝６０度；ピッチ＝１ｍｍ）が
ネジ状（螺旋状）に設けられている。そして、この螺旋
方向とは逆方向に工具４０を回転させて摩擦攪拌処理が
行われるようになっている。

【００４０】これに対して、本発明実施例に係る回転工
具としては、第２の実施の形態に係るタイプ（タイプＩ
Ｉ：図５参照）の回転工具２０を用いた。図５に示した
各部の具体的な寸法値等は以下の通りとした。 ・工具先端部２２の最先端部２３の直径：Ｄｓ＝７ｍｍ ・円錐テーパ部２４の長さ：Ｈｇ＝５．８ｍｍ ・最先端部２３の曲率半径：Ｒｓ＝６ｍｍ ・溝部２５のピッチ：ｐ＝１ｍｍ ・溝底中心線Ｌｖの軸直交線Ｌｙに対する角度：α＝０
度 ・円錐テーパ部２４の傾斜角度：β＝１５度 ・溝部２５の溝角度：γ＝６０度

【００４１】尚、上記両回転工具２０，４０は、共に、
ＪＩＳに規定された所謂工具鋼を材料とし、所要の機械
加工および熱処理等を施して製作されたものである。ま
た、本試験での処理対象部材はＪＩＳ規格に規定された
アルミニウム合金製の鋳造部材とし、例えば、エンジン
のシリンダヘッド等によく用いられるＡｌ合金ＡＣ４Ｄ
を材料に用いた。以上の二種類の回転工具２０，４０を
使用してそれぞれ摩擦攪拌処理を行い、その処理結果を
比較した。各回転工具についての摩擦攪拌処理条件は、
それぞれ以下の通りとした。

【００４２】 ・比較例：工具回転数＝１２００ｒｐｍ ：工具移動速度＝３２ｍｍ／ｍｉｎ． ・本発明実施例（タイプＩＩ）：工具回転数＝１０８０ｒｐｍ ：工具移動速度＝７５ｍｍ／ｍｉｎ．

【００４３】摩擦攪拌処理終了後の各供試材について、
摩擦攪拌処理部（改質層）の深さや処理幅などを調べて
比較した。すなわち、摩擦攪拌処理を終了した各供試材
の処理部を切断し、その切断面を研磨した後に、投影機
を用いて約５倍の倍率で改質層の深さ及び幅等を観察し
た。観察結果を、図８（本発明実施例）及び図９（比較
例）に示す。

【００４４】図８と図９とを比較して良く分かるよう
に、略同等の処理深さに対して、比較例の場合には摩擦
攪拌処理部Ｓｆの幅が非常に広くなっている。また、比
較例の場合、上述のように工具移動速度が本発明実施例
の半分以下であるにも拘わらず、処理部Ｓｆの表面に欠
落部分Ｂが多く生じており、摩擦攪拌中に表面側へ流動
しバリとして流失した塑性流動部分の量が多いことを物
語っている。尚、上記図８及び９、並びに、後述する図
１０〜１８においては、摩擦攪拌処理部Ｓｆに生じた上
記のような欠落部分Ｂは黒色表示された領域として示さ
れている。

【００４５】換言すれば、本発明実施例の回転工具２０
（タイプＩＩ）を用いることにより、比較例の回転工具
４０を用いた場合に比して、摩擦攪拌処理の処理幅を
（同等の処理深さに対して）より狭く、また、処理深さ
を（同等の処理幅に対して）より深くでき、しかも、塑
性流動層の表面側への流動による盛り上がり変形や多量
のバリ発生をより有効に抑制できることが確認された。

【００４６】次に、上記第１の実施の形態に係る回転工
具１０（タイプＩ）と第２の実施の形態に係る回転工具
２０（タイプＩＩ）とについて、処理対象サンプル部材
の表面部に摩擦攪拌による表面改質処理を施し、その処
理部の態様を調べる比較試験（試験２）を行った。上記
両回転工具１０，２０では、溝底中心線Ｌｖの軸直交線
Ｌｙに対する角度αの値が異なるのみで、それ以外の各
部の寸法値は同じである。上記角度αは、以下の通りで
ある。 ・タイプＩ：角度α＝１５度 ・タイプＩＩ：角度α＝０度

【００４７】また、図４及び図５に示した各部の具体的
な寸法値等は以下の通りとした。 ・工具先端部１２，２２の最先端部１３，２３の直径：
Ｄｓ＝７ｍｍ ・円錐テーパ部１４，２４の長さ：Ｈｇ＝５．８ｍｍ ・最先端部１３，２３の曲率半径：Ｒｓ＝６ｍｍ ・溝部１５，２５のピッチ：ｐ＝１ｍｍ ・円錐テーパ部１４，２４の傾斜角度：β＝１５度 ・溝部１５，２５の溝角度：γ＝６０度

【００４８】この試験２では、両回転工具１０，２０に
ついて、工具回転速度および処理対象部材に対する押し
込み量の条件を下記の値で一定とし、工具の移動速度を
種々変更して摩擦攪拌処理を行なった。尚、処理対象部
材には上記試験１の場合と同様の軽合金部材を用いた。 ・工具回転速度（一定）：１０８０ｒｐｍ ・押し込み量（一定）：５．５ｍｍ ・工具移動速度（処理速度：一定）：２２．５，７０，１５０，３２０，４７０ ， ７５０［ｍｍ／ｍｉｎ．］

【００４９】摩擦攪拌処理終了後の各供試材について、
試験１の場合と同様の手法で、摩擦攪拌処理部（改質
層）の深さや処理幅などを調べて比較検討した。この試
験２の試験結果を表１及び図１０〜図１８に示す。

【００５０】

【表１】

【００５１】表１に示すように、この試験２の試験結果
の比較検討において、塑性流動層Ｓｆの処理表面側への
流動・流出により処理部の表面層に多量の欠落部Ｂがあ
り、後工程の仕上げ加工で十分に除去し切れないものに
ついては、不合格（×印）とし、かかる処理部表面層の
欠落部Ｂが僅かであり後工程の仕上げ加工で確実に除去
し得る程度のものについては合格（○印）とした。表１
及び図１０〜図１２から良く分かるように、タイプＩの
回転工具１０の場合には、処理速度が２２．５ｍｍ／ｍ
ｉｎ．の場合（図１０参照）だけが合格で、それを越え
る処理速度（７０，１５０ｍｍ／ｍｉｎ．：図１１，図
１２参照）では不合格であった。尚、このタイプＩの回
転工具１０の場合、３２０ｍｍ／ｍｉｎ．以上の処理速
度については、結果が明白であるので敢えて試験は行わ
なかった。

【００５２】これに対して、タイプＩＩの回転工具２０
の場合には、処理速度が３２０ｍｍ／ｍｉｎ．以下の場
合（図１３，１４，１５及び１６参照）には全て合格
で、それを越える処理速度（４７０及び７５０ｍｍ／ｍ
ｉｎ．：図１７及び１８参照）では不合格であった。

【００５３】上記両回転工具１０，２０は、共に、工具
先端部１２，２２に円錐テーパ部１４，２４を設け、そ
の外周部に略Ｖ字状の溝部１５，２５を螺旋状に形成
し、円錐テーパ部１４，２４の工具本体部軸線Ｌｂに対
する傾斜角度βを１５度としたものである。しかし、溝
底中心線Ｌｖと軸直交線Ｌｙとのなす角度αについて
は、回転工具１０（タイプＩ）の場合、円錐テーパ部１
４の傾斜角度βと等しく（α＝β＝１５度）、従って、
溝部１５の反挿入側斜面の面積と挿入側斜面の面積とが
等しくなっている。

【００５４】このため、このタイプＩの回転工具１０で
は、高速回転状態の工具先端部１２を処理対象部材の表
面部に対して押圧し進入させて行く際、摩擦攪拌によっ
て溝部１５内及びその近辺に生じた塑性流動層の反挿入
側（つまり、処理表面側）への流動を、溝部１５の反挿
入側斜面によって十分に抑制することが難しく、しか
も、元々ショルダ部は設けられていないので、処理速度
が７０ｍｍ／ｍｉｎ．程度以上となると、塑性流動層の
処理表面側への流動・流出を十分に規制することは難し
い。表１及び図１０〜図１２の試験結果は、このことを
物語るものである。

【００５５】尚、このタイプＩの回転工具１０を用いた
場合でも、図９と図１０とを比較して良く分かるよう
に、比較例の回転工具４０を用いて摩擦攪拌処理を行う
場合に比して、摩擦攪拌処理の処理幅を（同等の処理深
さに対して）より狭くでき、また、処理深さを（同等の
処理幅に対して）より深くすることができる。更に、塑
性流動層の表面側への流動による盛り上がり変形や多量
のバリ発生をより有効に抑制することも可能である。

【００５６】上記タイプＩの回転工具１０に対して、回
転工具２０（タイプＩＩ）の場合、溝底中心線Ｌｖと軸
直交線Ｌｙとのなす角度αは円錐テーパ部２４の傾斜角
度βよりも小さく（α＜β）、しかも、この角度α＝０
度に設定されているので、溝部２５の反挿入側斜面の面
積は挿入側斜面の面積よりも大きく、しかも、最大化さ
れている。

【００５７】従って、このタイプＩＩの回転工具２０の
場合、上記工具先端部２２を螺旋状に設けられた略Ｖ字
状溝部２５のねじ込み方向（つまり、螺旋方向）と逆方
向に回転させて摩擦攪拌をおこなわせることにより、高
速回転状態の工具先端部２２を処理対象部材の表面部に
対して押圧し進入させて行く際、摩擦攪拌によって溝部
２５内及びその近辺に生じた塑性流動層の反挿入側（つ
まり、処理表面側）への流動抑制効果がより大きくな
り、従来のように処理対象部材の摩擦攪拌部分をショル
ダ部で押さえ込まなくても、塑性流動層の反挿入側への
流動を、溝部２５の反挿入側斜面によって十分に抑制す
ることができ、処理速度が比較的高速（３２０ｍｍ／ｍ
ｉｎ．程度）の場合でも、塑性流動層の処理表面側への
流動・流出を十分に規制することができる。表１及び図
１３〜図１８の試験結果は、このことを物語るものであ
る。

【００５８】次に、本発明の実施の形態に係る回転工具
２０（タイプＩＩ）を用いて摩擦攪拌処理を行う具体例
について、例えば、エンジンのシリンダヘッドにおける
弁間部の表面部の改質処理を行う場合を例にとって説明
する。図１９は、上記第１の実施の形態に係るシリンダ
ヘッド鋳造素材のシリンダブロック（不図示）との合せ
面を概略的に示す平面説明図である。この図に示すよう
に、上記シリンダヘッドＣＨは、直列４気筒タイプとさ
れた直噴ディーゼルエンジン用のもので、長手方向に沿
って一列に配置された各気筒毎に、一対の吸気ポートＫ
ｃと一対の排気ポートＥｃとが設けられている。そし
て、各気筒毎にポート間の部材領域（つまり、弁間部）
は略十字形を形成している。

【００５９】このシリンダヘッドＣＨは、例えばアルミ
ニウム（Ａｌ）合金を材料として鋳造プロセスにより製
造され、シリンダブロック（不図示）との合せ面の特に
弁間部に上述の摩擦攪拌処理法による表面処理が施され
る。尚、上記シリンダヘッドＣＨの軽合金材料として
は、例えば、ＪＩＳ規格に規定されたＡｌ合金ＡＣ４Ｄ
を用いた。この代わりに、ＡＣ４Ｂ又はＡＣ２Ｂ更には
ＡＣ８Ａ等も用いることができる。

【００６０】上記表面処理を施すに際しては、その前工
程でシリンダブロックとの合せ面がフライス加工により
荒加工される。図１９は、この合せ面の荒加工状態を示
すものである。従って、図１９において実線で表示され
た上述の各吸気ポートＫｃ及び各排気ポートＥｃは、全
て鋳抜き穴の状態を示しており、実際には、図１９にお
いて破線表示で示すように、弁間部の表面処理後にドリ
ル加工等の機械加工によって仕上げられ、所定の形状・
寸法及び表面粗さを有する吸気ポート及び排気ポートが
得られる。

【００６１】また、上記シリンダヘッドＣＨには、表面
処理後に、長手方向に沿って配列される複数のテンショ
ンボルト孔Ｈｔが、ドリル加工によって穿設される。こ
れらテンションボルト孔Ｈｔは、仕上げ加工を終えた後
のシリンダヘッドＣＨをシリンダブロックに組み付けて
締結固定する際に、この締結固定用のテンションボルト
を挿通させるもので、長手方向に配列された４つの気筒
部分を挟むようにして、平行な一対の直線に沿って設け
られる。これらテンションボルト孔Ｈｔは、各列毎に５
箇所設けられ、長手方向における両端部の近傍および各
気筒部分の間に位置設定されている。

【００６２】尚、上記図１９において、実線曲線で示さ
れた穴部は全て鋳造プロセスで形成された、所謂、鋳抜
き穴を示している。一方、同図において破線曲線で示さ
れた穴部は、全て、鋳物状態では穴部ではないが、弁間
部等に対する表面処理を施した後に、ドリル加工等の機
械加工により、所定形状及びサイズ更には表面粗さに仕
上げられた穴部として形成されるものを示している。

【００６３】本実施の形態に係るシリンダヘッドＣＨで
は、摩擦攪拌処理による弁間部の表面処理経路が、各気
筒毎に設けられシリンダヘッドＣＨの略幅方向に延びる
比較的短い処理経路Ｒ１〜Ｒ４に加えて、全気筒を縦断
してシリンダヘッドＣＨの長手方向に延びる長い処理経
路Ｌとが設けられ、計５つの処理経路で構成されてい
る。そして、例えば、処理経路Ｌ，処理経路Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３，Ｒ４の順で、これら各処理経路に沿って、４
つの気筒の吸排気ポート弁間部に対する表面改質処理を
一連の工程で行うようにしている。

【００６４】まず、シリンダヘッドＣＨの長手方向に延
びる長い処理経路Ｌに沿って全気筒を縦断した摩擦攪拌
処理を行うに際して、回転工具２０は、まず最初に処理
の開始部分Ｌｓに位置設定され、処理の開始に伴い実線
の折線に沿って進行し、シリンダヘッドＣＨの長手方向
における一端側（図１９における左端側）の気筒から反
対側端部（同図における右端側）の気筒に向かって、各
気筒における吸気ポートＫｃどうしの弁間部および排気
ポートＥｃどうしの弁間部の表面処理を終えた後、終端
穴処理として、回転工具２０を処理経路Ｌのパターンに
おける処理の終了部分Ｌｅに至るまで移動させ、この終
了部分Ｌｅで工具２０の回転を停止して上方へ引き上げ
られる。

【００６５】この表面処理の終了部分Ｌｅは、端部の気
筒部分の近傍に位置設定されたテンションボルト孔Ｈｔ
の穿設部の略中心に一致するように設定されている。こ
の部分は、上述のように弁間部の表面処理後に機械加工
で孔加工されて除去されるので、摩擦攪拌処理の終端穴
処理を行っても、その終端穴が最終製品に残ることはな
い。

【００６６】また、処理経路Ｒ１〜Ｒ４に沿って各気筒
毎の弁間部の摩擦攪拌処理を行う際には、回転工具２０
は、まず最初に当該処理経路Ｒ１〜Ｒ４の処理パターン
における処理の開始部分Ｒｓに位置設定され、処理の開
始に伴い実線の折線に沿って進行し、当該気筒における
吸気ポートＫｃと排気ポートＥｃとの間の弁間部の表面
処理を終えた後、終端穴処理として、回転工具２０を当
該処理経路Ｒ１〜Ｒ４のパターンにおける処理の終了部
分Ｒｅに至るまで移動させ、この終了部分Ｒｅで終端穴
処理が行われる。この表面処理の終了部分Ｒｅは、当該
気筒部分の近傍に位置設定されたテンションボルト孔Ｈ
ｔの穿設部の略中心に一致するように設定されている。

【００６７】用いる回転工具は、上述のように図５に示
したタイプＩＩのものとし、螺旋状の溝部２５の螺旋方
向と逆方向に回転工具２０を回転させて処理を行った。
尚、具体的には図示しなかったが、回転工具２０の工具
駆動手段は、より好ましくは、例えばマイクロコンピュ
ータを主要部として構成された制御部を有する制御盤に
対して信号授受可能に接続されており、所定の制御プロ
グラムに基づいた制御盤からの命令信号に応じて、ワー
ク（処理対象部材）表面部に対する処理深さの設定およ
びワーク表面上での移動軌跡等が、自動的に設定される
ようになっている。

【００６８】本発明の実施の形態では、以上のようなシ
リンダヘッドＣＨの各気筒弁間部に回転工具２０（タイ
プＩＩ）を用いて摩擦攪拌処理を行うに際して、素材の
弁間幅及び弁間部の必要処理幅が設定された下で、弁間
部に変形を来すことなく摩擦攪拌処理を行うためには、
回転工具２０の工具先端部２２における円錐テーパ部２
４の（工具本体部２１の中心軸Ｌｂに対する）傾斜角度
βを如何に設定すれば良いかを調べる試験（試験３）を
行った。

【００６９】この試験３では、図７に示すように、素材
の弁間幅Ｗｃ及び弁間部の必要処理幅Ｗｒを、以下に示
す３つのケース（ケース１〜ケース３）に変更して設定
し、それぞれのケースについて上記傾斜角度βの好適な
範囲を調べた。尚、図７において、処理対象弁間部の実
線表示は摩擦攪拌処理時の母材状態を示し、２点鎖線表
示は処理後の機械加工による仕上状態（加工取代ΔＭ
ｗ）を示している。

【００７０】この場合、上記回転工具２０の関係寸法と
して、工具先端部２２の最先端部分の直径寸法Ｄｓを必
要処理幅Ｗｒと等しく設定し（Ｄｓ＝Ｗｒ）、また、工
具先端部２２の押し込み量を一定値（６．０ｍｍ）に設
定した。そして、工具本体部２１の直径Ｄｂ（つまり、
工具先端部２２の上端部の直径）及び円錐テーパ部２４
の工具本体部中心軸Ｌｂに対する傾斜角度βを種々変更
した回転工具２０を製作し、これら回転工具２０を用い
て摩擦攪拌による弁間部の表面改質処理をそれぞれ行っ
た。

【００７１】ケース１，２及び３における素材の弁間幅
Ｗｃ及び弁間部の必要処理幅Ｗｒは、次の通りとした。 ・ケース１：素材弁間幅Ｗｃ＝１５ｍｍ；必要処理幅Ｗ
ｒ＝７ｍｍ ・ケース２：素材弁間幅Ｗｃ＝２０ｍｍ；必要処理幅Ｗ
ｒ＝７ｍｍ ・ケース３：素材弁間幅Ｗｃ＝２５ｍｍ；必要処理幅Ｗ
ｒ＝１０ｍｍ 以上のケース１，２及び３に対する試験結果を、表２，
３及び４にそれぞれ示す。

【００７２】

【表２】

【００７３】

【表３】

【００７４】

【表４】

【００７５】上記表２，３及び４の「弁間部変形の有
無」の欄において、×印は不合格で、摩擦攪拌処理によ
って弁間部に著しい変形が生じ、後工程の機械加工（加
工取代ΔＭｗ）による仕上工程においてもその変形を除
去できない場合を示している。また、△印は、弁間部の
変形が比較的大きく、後工程の機械加工による仕上工程
でその変形を除去できるか否かが微妙な場合を示してい
る。更に、○印は合格で、弁間部の変形が軽微であり、
後工程の機械加工による仕上工程にて支障無くその変形
を除去できる場合を示している。

【００７６】上記表２，３及び４の試験結果から良く分
かるように、ケース１の場合には、円錐テーパ部２４の
工具本体部中心軸Ｌｂに対する傾斜角度βを１５度以下
に設定すれば良く、また、ケース２の場合には、上記傾
斜角度βを３７度以下に設定すれば良い。更に、ケース
３の場合には、上記傾斜角度βを４３度以下に設定すれ
ば良い。

【００７７】尚、上記試験３では、Ａｌ合金を材料に用
いたシリンダヘッドについてのものであったが、本発明
は、例えばマグネシウム又はその合金など、他の軽金属
を材料に用いた場合でも、有効に適用することが可能で
ある。また、シリンダヘッドは、直噴ディーゼルエンジ
ン用のものに限らず、他の種類のエンジンに用いられる
ものでも良く、更に、直列４気筒タイプ用、或いは多気
筒タイプ用のものに限られるものでもない。

【００７８】このように、本発明は、以上の実施態様に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて、種々の改良あるいは設計上の変更が可能である
ことは言うまでもない。

【００７９】

【発明の効果】本願請求項１の発明に係る摩擦攪拌用回
転工具によれば、工具本体部の軸線を含む縦断面におけ
る周縁形状が略Ｖ字状に設定された溝部が、工具先端部
の先細り状の円錐テーパ部表面に螺旋状に設けられ、該
溝部は反挿入側斜面の面積が挿入側斜面の面積以上とな
るように設定されているので、摩擦攪拌時、高速回転状
態の工具先端部を処理対象部材の表面部に対して押圧し
進入させて行く際、工具先端部を螺旋状に設けられた溝
部のねじ込み方向と逆方向に回転させることにより、摩
擦攪拌によって溝部内及びその近辺に生じた塑性流動層
の反挿入側への流動抑制効果がより大きくなり、処理対
象部材の摩擦攪拌部分をショルダ部で押さえ込まなくて
も、その塑性流動層が表面側に盛り上がることを有効に
抑制できる。従って、工具本体部の下端側に設けられた
ショルダ部による不要な摩擦攪拌を伴う従来の回転工具
を用いる場合に生じ得る前述の不具合を解消でき、所要
の処理深さを確保した上で比較的狭い範囲を摩擦攪拌す
ることができるようになる。特に、工具先端部は先細り
状の円錐テーパ部を有し、略Ｖ字状の溝部はこの円錐テ
ーパ部表面に螺旋状に設けられているので、摩擦攪拌時
の処理幅をより狭く、且つ、処理深さをより深くでき、
しかも、塑性流動層の表面側への盛り上がりをより有効
に抑制できるようになる。

【００８０】また、本願請求項２の発明に係る摩擦攪拌
用回転工具によれば、工具本体部の軸線を含む縦断面に
おける周縁形状が略Ｖ字状に設定された溝部が、工具先
端部の先細り状の円錐テーパ部表面に螺旋状に設けら
れ、上記縦断面内において、上記溝部の底部を通る溝底
部中心線と工具本体部軸線に直交する軸直交線とのなす
角度が、上記円錐テーパ部の工具本体部軸線に対する傾
斜角度以下に設定されていることにより、上記溝部の反
挿入側斜面の面積を挿入側斜面の面積以上に設定するこ
とができる。その結果、摩擦攪拌時、高速回転状態の工
具先端部を処理対象部材の表面部に対して押圧し進入さ
せて行く際、工具先端部を螺旋状に設けられた溝部のね
じ込み方向と逆方向に回転させることにより、摩擦攪拌
によって溝部内及びその近辺に生じた塑性流動層の反挿
入側への流動抑制効果がより大きくなり、処理対象部材
の摩擦攪拌部分をショルダ部で押さえ込まなくても、そ
の塑性流動層が表面側に盛り上がることを有効に抑制で
きる。従って、工具本体部の下端側に設けられたショル
ダ部による不要な摩擦攪拌を伴う従来の回転工具を用い
る場合に生じ得る前述の不具合を解消でき、所要の処理
深さを確保した上で比較的狭い範囲を摩擦攪拌すること
ができるようになる。特に、工具先端部は先細り状の円
錐テーパ部を有し、略Ｖ字状の溝部はこの円錐テーパ部
表面に螺旋状に設けられているので、摩擦攪拌時の処理
幅をより狭く、且つ、処理深さをより深くでき、しか
も、塑性流動層の表面側への盛り上がりをより有効に抑
制できるようになる。

【００８１】更に、本願請求項３の発明によれば、基本
的には、上記請求項２の発明と同様の効果を奏すること
ができる。特に、上記工具本体部の軸線を含む縦断面内
において、上記溝部の底部を通る溝底部中心線と工具本
体部軸線に直交する軸直交線とのなす角度が、実質的に
零度に設定されていることにより、同一方向に螺設され
た上記略Ｖ字状溝部について、その反挿入側斜面の面積
を実質的に最大化することができ、より一層高い効果を
奏することが可能になる。

【００８２】また更に、本願請求項４の発明に係る処理
方法によれば、軽金属部材どうしを摩擦攪拌法にて接合
するに際して、上記請求項１〜３の何れか一の発明と同
様の効果を奏することができる。

【００８３】また更に、本願請求項５の発明に係る処理
方法によれば、軽金属部材の所定の表面部に摩擦攪拌法
にて表面改質処理を施すに際して、上記請求項１〜３の
何れか一の発明と同様の効果を奏することができる。

【００８４】また更に、本願請求項６の発明によれば、
基本的には、上記請求項５の発明と同様の効果を奏する
ことができる。特に、アルミニウム合金鋳物製のエンジ
ンシリンダヘッドの吸排気ポート間の表面部に対し（所
謂、弁間部に対し）、摩擦攪拌処理法によってより効果
的な表面改質処理を効率良く施すことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る摩擦攪拌用
回転工具（タイプＩ）の正面説明図である。

【図２】 上記回転工具の底面説明図である。

【図３】 上記回転工具の工具先端部を拡大して示す正
面説明図である。

【図４】 上記工具先端部のネジ状溝部の一部を拡大し
て示す断面説明図である。

【図５】 本発明の第２の実施の形態に係る摩擦攪拌用
回転工具（タイプＩＩ）の工具先端部を拡大して示す正
面説明図である。

【図６】 試験１に用いた比較例に係る回転工具の本体
部下端側及び工具先端部を示す正面説明図である。

【図７】 上記タイプＩＩの回転工具のシリンダヘッド
弁間部の表面部への押し込み状態を模式的に示す説明図
である。

【図８】 試験１においてタイプＩＩの回転工具により
摩擦攪拌処理を施した表面処理部の断面状態を拡大して
示す断面説明図である。

【図９】 試験１において比較例の回転工具により摩擦
攪拌処理を施した表面処理部の断面状態を拡大して示す
断面説明図である。

【図１０】 試験２においてタイプＩの回転工具により
２２．５ｍｍ／分の処理速度で摩擦攪拌処理を施した表
面処理部の断面状態を拡大して示す断面説明図である。

【図１１】 試験２においてタイプＩの回転工具により
７０ｍｍ／分の処理速度で摩擦攪拌処理を施した表面処
理部の断面状態を拡大して示す断面説明図である。

【図１２】 試験２においてタイプＩの回転工具により
１５０ｍｍ／分の処理速度で摩擦攪拌処理を施した表面
処理部の断面状態を拡大して示す断面説明図である。

【図１３】 試験２においてタイプＩＩの回転工具によ
り２２．５ｍｍ／分の処理速度で摩擦攪拌処理を施した
表面処理部の断面状態を拡大して示す断面説明図であ
る。

【図１４】 試験２においてタイプＩＩの回転工具によ
り７０ｍｍ／分の処理速度で摩擦攪拌処理を施した表面
処理部の断面状態を拡大して示す断面説明図である。

【図１５】 試験２においてタイプＩＩの回転工具によ
り１５０ｍｍ／分の処理速度で摩擦攪拌処理を施した表
面処理部の断面状態を拡大して示す断面説明図である。

【図１６】 試験２においてタイプＩＩの回転工具によ
り３２０ｍｍ／分の処理速度で摩擦攪拌処理を施した表
面処理部の断面状態を拡大して示す断面説明図である。

【図１７】 試験２においてタイプＩＩの回転工具によ
り４７０ｍｍ／分の処理速度で摩擦攪拌処理を施した表
面処理部の断面状態を拡大して示す断面説明図である。

【図１８】 試験２においてタイプＩＩの回転工具によ
り７５０ｍｍ／分の処理速度で摩擦攪拌処理を施した表
面処理部の断面状態を拡大して示す断面説明図である。

【図１９】 本発明の実施の形態に係るシリンダヘッド
の鋳造素材のシリンダブロックとの合せ面を概略的に示
す平面説明図である。

【図２０】 従来例に係る回転工具による摩擦攪拌処理
法を説明するための斜視図である。

【図２１】 上記従来例に係る回転工具のシリンダヘッ
ド弁間部の表面部への押し込み状態を模式的に示す説明
図である。

【符号の説明】

１０，２０…回転工具 １１，２１…工具本体部 １２，２２…工具先端部 １４，２４…円錐テーパ部 １５，２５…溝部 １５ａ…溝部の反挿入側斜面 １５ｂ…溝部の挿入側斜面 ＣＨ…シリンダヘッド鋳造部材 Ｅｃ…排気ポート（鋳抜き穴） Ｋｃ…吸気ポート（鋳抜き穴） Ｌｂ…工具本体部の軸線 Ｌｖ…溝底部中心線 Ｌｙ…軸直交線 α，α１…溝底部中心線の軸直交線に対する角度 β，β１…円錐テーパ部の工具本体部軸線に対する傾斜
角度

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略柱状の工具本体部と、 該工具本体部の先端側に同軸に設けられ、先細り状の円
   錐テーパ部を有する工具先端部と、 該工具先端部の円錐テーパ部表面に螺旋状に設けられ、
   工具本体部の軸線を含む縦断面における周縁形状が略Ｖ
   字状に設定された溝部と、を備え、 該溝部は、反挿入側斜面の面積が挿入側斜面の面積以上
   となるように設定されており、 上記工具先端部を、上記螺旋状に設けられた略Ｖ字状溝
   部のねじ込み方向と逆方向に回転させて使用される、こ
   とを特徴とする摩擦攪拌用回転工具。
2. 【請求項２】 略柱状の工具本体部と、 該工具本体部の先端側に同軸に設けられ、先細り状の円
   錐テーパ部を有する工具先端部と、 該工具先端部の円錐テーパ部表面に螺旋状に設けられ、
   工具本体部の軸線を含む縦断面における周縁形状が略Ｖ
   字状に設定された溝部と、を備え、 上記縦断面内において、上記溝部の底部を通る溝底部中
   心線と工具本体部軸線に直交する軸直交線とのなす角度
   が、上記円錐テーパ部の工具本体部軸線に対する傾斜角
   度以下に設定されており、 上記工具先端部を、上記螺旋状に設けられた略Ｖ字状溝
   部のねじ込み方向と逆方向に回転させて使用される、こ
   とを特徴とする摩擦攪拌用回転工具。
3. 【請求項３】 上記工具本体部の軸線を含む縦断面内に
   おいて、上記溝部の底部を通る溝底部中心線と工具本体
   部軸線に直交する軸直交線とのなす角度が、実質的に零
   度に設定されていることを特徴とする請求項２記載の摩
   擦攪拌用回転工具。
4. 【請求項４】 軽金属部材どうしを摩擦攪拌法にて接合
   するに際し、請求項１〜３の何れか一に記載された回転
   工具を用いて上記軽金属部材どうしの接合部を摩擦攪拌
   処理することを特徴とする処理方法。
5. 【請求項５】 軽金属部材の所定の表面部に摩擦攪拌法
   にて表面改質処理を施すに際し、請求項１〜３の何れか
   一に記載された回転工具を用いて上記軽金属部材の所定
   の表面部を摩擦攪拌処理することを特徴とする処理方
   法。
6. 【請求項６】 上記軽金属部材がアルミニウム合金鋳物
   製のエンジンシリンダヘッドであり、上記所定の表面部
   が吸排気ポート間の表面部であることを特徴とする請求
   項５記載の処理方法。