JPH1110365A - 摩擦撹拌接合によるt継手の形成方法 - Google Patents

摩擦撹拌接合によるt継手の形成方法

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JPH1110365A JP16904997A JP16904997A JPH1110365A JP H1110365 A JPH1110365 A JP H1110365A JP 16904997 A JP16904997 A JP 16904997A JP 16904997 A JP16904997 A JP 16904997A JP H1110365 A JPH1110365 A JP H1110365A
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正敏 榎本
Seiji Tazaki
清司 田崎
Shigetoshi Jogan
茂利 成願
Naoki Nishikawa
直毅 西川
Takenori Hashimoto
武典 橋本
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    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 第1ワーク14と第2ワーク15とをT
字状に組み合わせ、両腕となる第1ワーク14の背部側
から回転子1を作用せしめ、第1ワーク14と第2ワー
ク15とを摩擦撹拌接合していく。

Description

【発明の詳細な説明】
【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(1
2)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)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西川 直毅 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 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

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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。
  2. 【請求項2】 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に記載
    の摩擦撹拌接合によるT継手の形成方法。
  3. 【請求項3】 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。
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