JPH10230372A - 金属材の接合方法 - Google Patents
金属材の接合方法Info
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- B23K20/124—Controlling or monitoring the welding process at the beginning or at the end of a weld
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】摩擦攪拌接合による金属材の接合において、接
合終端部のプローブの抜き出し孔による問題を解決す
る。 【解決手段】金属材１，１同士の接合線Ｌに沿って回転
子２のプローブ３を埋入状態で回転しつつ進行させて両
金属材１，１同士を接合一体化する摩擦攪拌接合におい
て、接合終端部でのプローブ３の引き上げによって生じ
る孔４をピン５１，５２の埋設によって塞ぐ。
合終端部のプローブの抜き出し孔による問題を解決す
る。 【解決手段】金属材１，１同士の接合線Ｌに沿って回転
子２のプローブ３を埋入状態で回転しつつ進行させて両
金属材１，１同士を接合一体化する摩擦攪拌接合におい
て、接合終端部でのプローブ３の引き上げによって生じ
る孔４をピン５１，５２の埋設によって塞ぐ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、摩擦攪拌接合法
により、金属板材、押出型材、鋳物等の金属材を突き合
わせたり重ねた状態で接合する方法に関する。
により、金属板材、押出型材、鋳物等の金属材を突き合
わせたり重ねた状態で接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】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、摩擦攪拌接合法が登場してい
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。
新しい接合手段として、摩擦攪拌接合法が登場してい
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、図１に示すように、金属板（１）
（１）同士を突き合わせて接合する場合、回転子（２）
の軸心に突設されたプローブ（３）を回転させながら接
合線Ｌの始端部に押し付けて埋入させ、矢印で示すよう
に該接合線Ｌに沿って移動させる。これにより、進行す
るプローブ（３）の前方側では摩擦熱と圧力によって金
属板（１）（１）の素材が塑性流動し、攪拌混練されな
がら該プローブ（３）の後方側へ漸次移行するが、この
後方側では摩擦熱を失って急速に冷却固化するから、両
金属板（１）（１）は素材金属が攪拌混練されて完全に
一体化した状態で接合される。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
合の範疇に入るから、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、接合部近
傍の熱歪みによる変形や割れを生じにくく、合金の場合
でも接合部の組成変化を生じないという利点がある。
（１）同士を突き合わせて接合する場合、回転子（２）
の軸心に突設されたプローブ（３）を回転させながら接
合線Ｌの始端部に押し付けて埋入させ、矢印で示すよう
に該接合線Ｌに沿って移動させる。これにより、進行す
るプローブ（３）の前方側では摩擦熱と圧力によって金
属板（１）（１）の素材が塑性流動し、攪拌混練されな
がら該プローブ（３）の後方側へ漸次移行するが、この
後方側では摩擦熱を失って急速に冷却固化するから、両
金属板（１）（１）は素材金属が攪拌混練されて完全に
一体化した状態で接合される。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
合の範疇に入るから、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、接合部近
傍の熱歪みによる変形や割れを生じにくく、合金の場合
でも接合部の組成変化を生じないという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな摩擦攪拌接合において、金属材同士の接合終端部で
回転子を引き上げて埋入していたプローブを抜き出す
と、該接合終端部にはプローブと同じ径及び深さの孔が
生じることになるが、この孔の存在によって用途面で様
々な支障をきたしたり、外観の悪化により商品価値が低
下するという問題があった。
うな摩擦攪拌接合において、金属材同士の接合終端部で
回転子を引き上げて埋入していたプローブを抜き出す
と、該接合終端部にはプローブと同じ径及び深さの孔が
生じることになるが、この孔の存在によって用途面で様
々な支障をきたしたり、外観の悪化により商品価値が低
下するという問題があった。
【０００５】この発明は、上述の事情に鑑みて、摩擦攪
拌接合による金属材の接合において、接合終端部のプロ
ーブの抜き出し孔による問題を解決する手段を提供する
ことを目的としている。
拌接合による金属材の接合において、接合終端部のプロ
ーブの抜き出し孔による問題を解決する手段を提供する
ことを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係る金属材の接合方法は、金属材同士の
接合線に沿って回転子のプローブを埋入状態で回転しつ
つ進行させて両金属材同士を接合一体化する摩擦攪拌接
合において、接合終端部での前記プローブの引き上げに
よって生じる孔をピンの埋設によって塞ぐことを特徴と
している。従って、得られた金属材の接合物は、前記孔
による用途面での支障や外観悪化のないものとなる。
に、この発明に係る金属材の接合方法は、金属材同士の
接合線に沿って回転子のプローブを埋入状態で回転しつ
つ進行させて両金属材同士を接合一体化する摩擦攪拌接
合において、接合終端部での前記プローブの引き上げに
よって生じる孔をピンの埋設によって塞ぐことを特徴と
している。従って、得られた金属材の接合物は、前記孔
による用途面での支障や外観悪化のないものとなる。
【０００７】請求項２の発明では、上記請求項１の金属
材の接合方法において、前記ピンが外周にねじを刻設し
たものであるから、前記プローブが抜け出した孔にねじ
込みによって埋設できると共に、埋設したピンが抜出し
ない状態となる。
材の接合方法において、前記ピンが外周にねじを刻設し
たものであるから、前記プローブが抜け出した孔にねじ
込みによって埋設できると共に、埋設したピンが抜出し
ない状態となる。
【０００８】請求項３の発明では、上記請求項１の金属
材の接合方法において、前記ピンが前記プローブとして
回転子に着脱可能に取り付けられ、摩擦攪拌接合におけ
る接合終端部において該プローブを回転子から離脱させ
て金属材側に残すことによって前記孔を塞ぐ構成として
いるから、接合後に該孔を塞ぐ作業が不要になり、また
プローブの摩耗や傷損に対する配慮も必要としない。
材の接合方法において、前記ピンが前記プローブとして
回転子に着脱可能に取り付けられ、摩擦攪拌接合におけ
る接合終端部において該プローブを回転子から離脱させ
て金属材側に残すことによって前記孔を塞ぐ構成として
いるから、接合後に該孔を塞ぐ作業が不要になり、また
プローブの摩耗や傷損に対する配慮も必要としない。
【０００９】請求項４の発明では、上記請求項３の金属
材の接合方法において、プローブが抜け止め形状を有す
るから、接合終端部で金属材側に残したプローブは孔か
ら抜出不能となる。
材の接合方法において、プローブが抜け止め形状を有す
るから、接合終端部で金属材側に残したプローブは孔か
ら抜出不能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係る金属材の接
合方法について図面を参照して具体的に説明する。図２
は第一実施例、図３は第二実施例を示す。
合方法について図面を参照して具体的に説明する。図２
は第一実施例、図３は第二実施例を示す。
【００１１】図２（Ａ）は、既述の図１を用いて説明し
た摩擦攪拌接合における接合終端部で回転子（２）を引
き上げた状態を示しており、接合されたアルミニウムや
その合金等よりなる金属板（１）（１）には埋入してい
たプローブ（３）の抜出による孔（４）を生じている。
しかして、第一実施例では、この孔（４）は、図２
（Ｂ）の如く孔（４）の孔径よりやや径の大きいピン
（５１）を打ち込み又は圧入して塞ぐか、同図（Ｃ）の
如く外周にねじ（５２ａ）を刻設したピン（５２）をね
じ込んで塞ぐようにしている。
た摩擦攪拌接合における接合終端部で回転子（２）を引
き上げた状態を示しており、接合されたアルミニウムや
その合金等よりなる金属板（１）（１）には埋入してい
たプローブ（３）の抜出による孔（４）を生じている。
しかして、第一実施例では、この孔（４）は、図２
（Ｂ）の如く孔（４）の孔径よりやや径の大きいピン
（５１）を打ち込み又は圧入して塞ぐか、同図（Ｃ）の
如く外周にねじ（５２ａ）を刻設したピン（５２）をね
じ込んで塞ぐようにしている。
【００１２】かくして接合した金属板（１）（１）は、
接合終端部にプローブ（３）の抜き出しによる孔（４）
が塞がっているから、この孔（４）による用途面での支
障や外観の悪化がなく、高い商品価値を有するものとな
る。しかして、特に上記の外周にねじ（５２ａ）を刻設
したピン（５２）を用いれば、ドライバー等を利用した
捻回操作によって容易に孔（４）に埋設できると共に、
埋設後には孔（４）から不用意に抜けることがない。
接合終端部にプローブ（３）の抜き出しによる孔（４）
が塞がっているから、この孔（４）による用途面での支
障や外観の悪化がなく、高い商品価値を有するものとな
る。しかして、特に上記の外周にねじ（５２ａ）を刻設
したピン（５２）を用いれば、ドライバー等を利用した
捻回操作によって容易に孔（４）に埋設できると共に、
埋設後には孔（４）から不用意に抜けることがない。
【００１３】この第一実施例におけるピン（５１）（５
２）の材質は特に制約はない。なお、図２（Ｂ）に示す
ピン（５１）は鍔部（５１ａ）を有するが、これに代え
て鍔部のないピンを使用できる。また同図（Ｃ）のねじ
形のピン（５２）に代えて鍔部付きのねじ形のピンを使
用してもよい。
２）の材質は特に制約はない。なお、図２（Ｂ）に示す
ピン（５１）は鍔部（５１ａ）を有するが、これに代え
て鍔部のないピンを使用できる。また同図（Ｃ）のねじ
形のピン（５２）に代えて鍔部付きのねじ形のピンを使
用してもよい。
【００１４】図３に示す第二実施例では、回転子（２）
の下端に、プローブ（３１）が六角形等の非円形外周と
した頭部（３１ａ）を嵌合した状態で着脱自在に同心状
に取付けられており、同図（Ａ）の如く該プローブ（３
１）を回転子（２）と一体回転させながら金属板（１）
（１）の突き合わせ部（１０）に押し付けて埋入させ、
同図（Ｂ）の如く突き合わせ部（１０）に沿って移動さ
せて摩擦攪拌接合を行うが、接合終端部において回転子
（２）を引き上げる際、同図（Ｃ）の如く回転子（２）
からプローブ（３１）を離脱させて金属板（１）側にそ
のまま残すことにより、孔（４）を塞いだ形とする。
の下端に、プローブ（３１）が六角形等の非円形外周と
した頭部（３１ａ）を嵌合した状態で着脱自在に同心状
に取付けられており、同図（Ａ）の如く該プローブ（３
１）を回転子（２）と一体回転させながら金属板（１）
（１）の突き合わせ部（１０）に押し付けて埋入させ、
同図（Ｂ）の如く突き合わせ部（１０）に沿って移動さ
せて摩擦攪拌接合を行うが、接合終端部において回転子
（２）を引き上げる際、同図（Ｃ）の如く回転子（２）
からプローブ（３１）を離脱させて金属板（１）側にそ
のまま残すことにより、孔（４）を塞いだ形とする。
【００１５】従って、前記第一実施例のような接合後に
孔（４）を塞ぐための手間が省け、それだけ施工能率が
向上する上、プローブの摩耗による孔（４）の口径変化
に対応して埋設するピンの寸法を変える必要もない。ま
た、接合の都度に新しいプローブを回転子（２）に取り
付けるから、プローブの長期使用に伴う摩耗や傷損に配
慮する必要はなく、従来のようにプローブの寿命によっ
て回転子（２）を含む全体の交換を余儀なくされること
もなく経済的である。
孔（４）を塞ぐための手間が省け、それだけ施工能率が
向上する上、プローブの摩耗による孔（４）の口径変化
に対応して埋設するピンの寸法を変える必要もない。ま
た、接合の都度に新しいプローブを回転子（２）に取り
付けるから、プローブの長期使用に伴う摩耗や傷損に配
慮する必要はなく、従来のようにプローブの寿命によっ
て回転子（２）を含む全体の交換を余儀なくされること
もなく経済的である。
【００１６】この第二実施例におけるプローブ（３１）
は、摩擦攪拌接合を行うために接合する金属板（１）よ
りも高硬度である必要があるが、例えば金属板（１）が
アルミニウム材である場合に、それよりも硬度の高いア
ルミニウム材からなるものを使用可能である。
は、摩擦攪拌接合を行うために接合する金属板（１）よ
りも高硬度である必要があるが、例えば金属板（１）が
アルミニウム材である場合に、それよりも硬度の高いア
ルミニウム材からなるものを使用可能である。
【００１７】プローブ（３１）を回転子（２）に着脱自
在に取り付ける手段としては、特に制約はなく、回転子
（２）に種々のチャック機構を設けることも可能である
が、簡易には電磁力又は磁石による吸着方式や、側方か
らのセットねじによる固定方式を採用すればよい。この
他、プローブの上部を非円形外周とする代わりに雄ねじ
を設け、回転子（２）側の雌ねじに螺合させることも可
能である。
在に取り付ける手段としては、特に制約はなく、回転子
（２）に種々のチャック機構を設けることも可能である
が、簡易には電磁力又は磁石による吸着方式や、側方か
らのセットねじによる固定方式を採用すればよい。この
他、プローブの上部を非円形外周とする代わりに雄ねじ
を設け、回転子（２）側の雌ねじに螺合させることも可
能である。
【００１８】また摩擦攪拌接合を行うプローブは回転体
外形であれば被加工物中に埋入できるから、回転子
（２）に着脱自在に取り付けるプローブを抜け止め形状
とすることが可能である。例えば図３（Ｄ）に示すプロ
ーブ（３２）は、周面に環状溝（３２ａ）（３２ａ）を
有するため、前記第二実施例のように接合終端部におい
て回転子（２）から離脱させれば、金属板（１）側に抜
出不能に一体化した状態で残ることになる。なお、プロ
ーブの抜け止め形状としては、例示のような環状溝（３
２ａ）を有する形の他、周面に環状凸部を有する形状、
環状の凹凸を有する形、中間部が縊れた形、下端側が膨
らんで径大化した形等、種々設定できる。
外形であれば被加工物中に埋入できるから、回転子
（２）に着脱自在に取り付けるプローブを抜け止め形状
とすることが可能である。例えば図３（Ｄ）に示すプロ
ーブ（３２）は、周面に環状溝（３２ａ）（３２ａ）を
有するため、前記第二実施例のように接合終端部におい
て回転子（２）から離脱させれば、金属板（１）側に抜
出不能に一体化した状態で残ることになる。なお、プロ
ーブの抜け止め形状としては、例示のような環状溝（３
２ａ）を有する形の他、周面に環状凸部を有する形状、
環状の凹凸を有する形、中間部が縊れた形、下端側が膨
らんで径大化した形等、種々設定できる。
【００１９】この発明の接合方法を適用する金属材の材
質、形状、寸法、接合形態、回転子及びプローブの寸法
や形状等は特に制約はなく、プローブの抜き出し孔が貫
通孔となる構成でも差し支えない。またピンを埋設した
孔の底部に空間を残す状態でもよい。
質、形状、寸法、接合形態、回転子及びプローブの寸法
や形状等は特に制約はなく、プローブの抜き出し孔が貫
通孔となる構成でも差し支えない。またピンを埋設した
孔の底部に空間を残す状態でもよい。
【００２０】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、摩擦攪拌接合
による金属材の接合において、回転子のプローブの抜き
出しによる接合終端部の孔がピンで塞がれるから、この
孔の存在によって用途面で様々な支障をきたしたり、外
観の悪化により商品価値が低下するといった問題が解消
される。
による金属材の接合において、回転子のプローブの抜き
出しによる接合終端部の孔がピンで塞がれるから、この
孔の存在によって用途面で様々な支障をきたしたり、外
観の悪化により商品価値が低下するといった問題が解消
される。
【００２１】請求項２の発明によれば、上記接合におい
て、接合終端部の孔へのピンの埋設をドライバー等を利
用したねじ込みによって容易に行える上、埋設したピン
が接合物の取扱い中や使用状態で不用意に抜出すること
がなく、高い信頼性が得られる。
て、接合終端部の孔へのピンの埋設をドライバー等を利
用したねじ込みによって容易に行える上、埋設したピン
が接合物の取扱い中や使用状態で不用意に抜出すること
がなく、高い信頼性が得られる。
【００２２】請求項３の発明によれば、上記接合におい
て、接合終端部でプローブを回転子から離脱させて金属
材側に残すため、接合後に孔を塞ぐための手間が省け、
それだけ施工能率が向上する上、プローブの長期使用に
伴う摩耗や傷損に配慮する必要はなく、従来のようにプ
ローブの寿命によって回転子を含む全体の交換を余儀な
くされることもなく経済的である。
て、接合終端部でプローブを回転子から離脱させて金属
材側に残すため、接合後に孔を塞ぐための手間が省け、
それだけ施工能率が向上する上、プローブの長期使用に
伴う摩耗や傷損に配慮する必要はなく、従来のようにプ
ローブの寿命によって回転子を含む全体の交換を余儀な
くされることもなく経済的である。
【００２３】請求項４の発明によれば、上記のようにプ
ローブを接合終端部で金属材側に残す接合方法におい
て、該プローブが孔から抜出不能となるから、接合物の
取扱い中や使用状態で不用意に抜出することがなく、高
い信頼性が得られる。
ローブを接合終端部で金属材側に残す接合方法におい
て、該プローブが孔から抜出不能となるから、接合物の
取扱い中や使用状態で不用意に抜出することがなく、高
い信頼性が得られる。
【図１】摩擦攪拌接合による金属材の接合状況を示す斜
視図である。
視図である。
【図２】この発明に係る金属材の接合方法の第一実施例
を示し、（Ａ）は接合終端部で回転子を引き上げた状態
の縦断正面図、（Ｂ）はプローブの引き出し孔にピンを
埋設した接合終端部の縦断正面図、（Ｃ）は同引き出し
孔に他の構成のピンを埋設した接合終端部の縦断正面図
である。
を示し、（Ａ）は接合終端部で回転子を引き上げた状態
の縦断正面図、（Ｂ）はプローブの引き出し孔にピンを
埋設した接合終端部の縦断正面図、（Ｃ）は同引き出し
孔に他の構成のピンを埋設した接合終端部の縦断正面図
である。
【図３】同接合方法の第二実施例を示し、（Ａ）は接合
を開始する直前の縦断正面図、（Ｂ）は接合途中の縦断
側面図、（Ｃ）は接合終端部で回転子を引き上げた状態
の縦断正面図、（Ｄ）はプローブが抜け止め形状である
場合の接合終端部の縦断正面図である。
を開始する直前の縦断正面図、（Ｂ）は接合途中の縦断
側面図、（Ｃ）は接合終端部で回転子を引き上げた状態
の縦断正面図、（Ｄ）はプローブが抜け止め形状である
場合の接合終端部の縦断正面図である。
【符号の説明】 １…金属板（金属材） １０…突き合わせ部 ２…回転子 ３，３１，３２…プローブ ３２ａ…環状溝（抜け止め形状） ４…孔 ５，５１，５２…ピン ５２ａ…ねじ Ｌ…接合線
フロントページの続き (72)発明者 橋本 武典 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内 (72)発明者 岩目地 範行 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 金属材同士の接合線に沿って回転子のプ
ローブを埋入状態で回転しつつ進行させて両金属材同士
を接合一体化する摩擦攪拌接合において、接合終端部で
の前記プローブの引き上げによって生じる孔をピンの埋
設によって塞ぐことを特徴とする金属材の接合方法。 - 【請求項２】 前記ピンが外周にねじを刻設したもので
ある請求項１記載の金属材の接合方法。 - 【請求項３】 前記ピンが前記プローブとして回転子に
着脱可能に取り付けられ、摩擦攪拌接合における接合終
端部において該プローブを回転子から離脱させて金属材
側に残すことによって前記孔を塞ぐ請求項１記載の金属
材の接合方法。 - 【請求項４】 プローブが抜け止め形状を有する請求項
３記載の金属材の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09037821A JP3081809B2 (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 金属材の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09037821A JP3081809B2 (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 金属材の接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10230372A true JPH10230372A (ja) | 1998-09-02 |
| JP3081809B2 JP3081809B2 (ja) | 2000-08-28 |
Family
ID=12508194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09037821A Expired - Fee Related JP3081809B2 (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 金属材の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3081809B2 (ja) |
Cited By (15)
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