JP2005066669A

JP2005066669A - 摩擦攪拌接合方法

Info

Publication number: JP2005066669A
Application number: JP2003302280A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Hori; 久司堀; Isato Sato; 勇人佐藤; Shinya Makita; 慎也牧田
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-27
Also published as: JP4352814B2

Abstract

【課題】接合すべき被接合部材間の突き合わせ面の全長に沿って健全で十分な強度を有する接合部を容易且つ確実に形成できる摩擦攪拌接合方法を提供する。
【解決手段】被接合部材１ａ，１ｂを突き合わせ面２で突き合わせ、且つ係る突き合わせ面２の両端に、一対の当て部材５，７を第１ＦＳＷツール１０ａを用いてそれぞれ摩擦攪拌接合して仮接合部ｗを形成する仮接合工程と、その後に第２ＦＳＷツール１０ｂを回転させつつ上記突き合わせ面２に沿って移動させて、上記被接合部材１ａ，１ｂを摩擦攪拌接合して本接合部Ｗを形成する本接合工程と、を含む、摩擦攪拌接合方法。
【選択図】図５

Description

本発明は、金属板材または押出形材などの被接合部材同士を接合する摩擦攪拌接合方法に関する。

回転体とその底面から垂下する攪拌ピンとを備えたＦＳＷツール(プローブ)を用い、係る攪拌ピンを被接合部材間の突き合わせ面付近に挿入し且つ上記底面を被接合部材の上面に押し付けつつ、上記ＦＳＷツールを回転させながら上記突き合わせ面に沿って移動させることにより、上記被接合部材同士を固相状態で接合する摩擦攪拌接合が種々の工夫を伴って広く行われている。

例えば、被接合部材間の長尺な突き合わせ面における開きや段差を解消するため、上記ツールを用いる摩擦攪拌接合に先だち、上記突き合わせ面に所定の条件で仮付けする摩擦攪拌接合方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
また、被接合部材間の接合終端部に当て部材を連設し、上記ツールにより形成される接合部の終端を当て部材に位置させて、攪拌ピンの引き抜き後に孔や凹部の発生を防ぐ摩擦攪拌接合方法も提案されている(例えば、特許文献２参照)。

特許第３２９６４１７号公報 (第１〜６頁、図１，２) 特許第３０４５６８２号公報 (第１〜６頁、図１，２)

しかしながら、前記突き合わせ面の一部を予め仮付けする摩擦攪拌接合方法では、係る突き合わせ面の仮付け部から離れた始端や終端付近などでは、ＦＳＷツールの攪拌ピンを挿入すると、接合すべき被接合部材が離間する場合があり、この際に接合部に隙間が生じるため、メタル不足による欠陥(穴)が生じて、健全で十分な強度の接合部を得られない場合があった。
また、被接合部材間の接合終端部に予め当て部材を連設する摩擦攪拌接合方法では、接合部形成前の被接合部材間の始端付近や中間付近で開きや段差を生じ易いため、メタル不足および加圧不足による欠陥が生じ易く且つ所要の断面積を有する健全で十分な強度を有する接合部を得られない、という問題があった。

本発明は、前述した背景技術における問題点を解決し、接合すべき被接合部材間の突き合わせ面の全長に沿って健全で十分な強度を有する接合部を容易且つ確実に形成できる摩擦攪拌接合方法を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、上記課題を解決するため、被接合部材間の突き合わせ面の全長をほぼ拘束状態にしつつ摩擦攪拌接合する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の摩擦攪拌接合方法(請求項１)は、回転体と係る回転体の底面から垂下する攪拌ピンとを備えたＦＳＷツールを用い、上記攪拌ピンを被接合部材間の突き合わせ面付近に挿入し且つ上記底面を被接合部材の上面に押し付けつつ、上記ＦＳＷツールを回転させながら上記突き合わせ面に沿って移動させることにより、上記被接合部材同士を接合する摩擦攪拌接合方法において、上記被接合部材同士を突き合わせ面で突き合わせ且つ係る突き合わせ面の両端に一対の当て部材をそれぞれ摩擦攪拌接合する仮接合工程と、その後に上記ＦＳＷツールを回転させつつ上記突き合わせ面に沿って移動させて、上記被接合部材同士を攪拌接合接合する本接合工程と、含む、ことを特徴とする。

これによれば、被接合部材同士は、その突き合わせ面の両端付近でそれぞれ仮接合工程による摩擦攪拌接合された一対の当て部材により強固に拘束された状態で、係る突き合わせ面に沿って本接合工程による摩擦攪拌接合を施される。従って、開きや段差のない突き合わせ面に沿って形成される本接合部は、その全長においてトンネル欠陥や表面欠陥などが少ない健全なものとなり、被接合部材同士を強固で確実に接合することができる。
尚、被接合部材には、アルミニウムまたはその合金からなる板材や押出形材の他、鋼板、ステンレス鋼板、型鋼、あるいはチタン合金板なども含まれる。また、前記仮接合工程および本接合工程は、被接合部材間の突き合わせ面が深い場合には、係る被接合部材の表面側と裏面側との双方においてそれぞれ行われる。

また、本発明には、前記本接合工程により前記被接合部材同士間の記突き合わせ面に沿って形成される本接合部の始端および終端は、前記一対の当て部材の内側に個別に位置している、摩擦攪拌接合方法(請求項２)も含まれる。
これによれば、本接合工程に用いる前記ＦＳＷツールの攪拌ピンの挿入が開始され且つ隙間を生じてメタル不足による欠陥を生じ易い本接合部の始端側と、上記攪拌ピンが抜き出された抜け跡に凹孔が残る接合部の終端とを、一対の当て部材に個別に形成させられる。従って、被接合部材間の突き合わせ面の全長に沿って、トンネル欠陥などのない健全な本接合部を確実に形成可能となる。

更に、本発明には、前記仮接合工程により被接合部材と当て部材との間に形成される仮接合部は、前記本接合工程により前記被接合部材同士間の前記突き合わせ面に沿って形成される本接合部と直交するか、あるいは、平面視がほぼＬ字形の仮接合部と上記本接合部とが任意の角度で交差する、摩擦攪拌接合方法(請求項３)も含まれる。
これによれば、突き合わせ面の両端付近で且つ被接合部材と当て部材との間に形成される仮接合部は、本接合工程で形成される本接合部と直交するか、あるいは任意の傾斜角度で交差する。この結果、仮接合部の大半は、当初の状態で被接合部材と当て部材とを強固に仮接合した状態で、本接合工程の全体にわたって保たれるため、本接合部の全体を健全で強固なものにすることができる。
尚、仮接合部の始端および終端は、当て部材の内側に位置させると、当該仮接合部の強度が保障でき、本接合工程後に当て部材を除去した際に得られる接合組立製品の外観を良好にできる。また、仮接合部と本接合部とが直交する形態は、被接合部材間の突き合わせ面の両端に一対の当て部材を係る突き合わせ面と直角に固定した場合であり、仮接合部と本接合部とが任意の傾斜角度で交差する形態とは、一対の被接合部材の端部を互いに直角に当接し、両者の内隅側に沿って配置した当て部材との仮接合部と本接合工程の本接合部とが交差する形態である。

また、本発明には、前記仮接合工程により被接合部材と当て部材との間に形成される仮接合部の長さは、前記本接合工程に用いる第２ＦＳＷツールにおける回転体の底面の直径よりも大である、摩擦攪拌接合方法(請求項４)も含まれる。
これによれば、上記仮接合部の長さは、第２ＦＳＷツールにより形成される本接合部の幅よりも大きくなるため、当該仮接合部は、本接合部によって解消されることなく、仮接合状態を保った状態で本接合工程を維持することができる。
尚、仮接合部の長さは、望ましくは上記回転体の底面の直径の２〜１０倍である。係る仮接合部の長さには、その始端および終端付近は含まれない。

更に、本発明には、前記仮接合工程に用いる第１ＦＳＷツールにおける攪拌ピンの直径は、前記本接合工程に用いる第２ＦＳＷツールにおける攪拌ピンの直径の２０〜６０％である、摩擦攪拌接合方法(請求項５)も含まれる。
これによれば、第１ＦＳＷツールの攪拌ピンにより摩擦攪拌されて形成される仮接合部の幅は、第２ＦＳＷツールの攪拌ピンにて同様に形成される本接合部の幅の約半分となる。このため、仮接合部を所要の接合強度で形成した状態で、所要の断面積を有する本接合部を前記突き合わせ面に沿って確実且つ効率良く形成できる。
尚、上記攪拌ピンの直径が２０％未満になると、仮接合部の強度が不足して本接合工程が不安定になり、一方、６０％を越えると、後述する除去工程における当て部材の除去作業が高負荷になる。このため、上記範囲としたものである。

また、本発明には、前記仮接合工程の前に、前記被接合部材同士間の記突き合わせ面に単数または複数の仮付け部を形成する仮付け工程を有する、摩擦攪拌接合方法(請求項６)も含まれる。これによれば、比較的長尺な突き合わせ面を適宜の間隔を置いて仮付けし、且つ係る突き合わせ面の両端に前記当て部材をそれぞれ仮接合するするため、本接合工程に際して当該突き合わせ面の全長において開きや段差が生じなくすることができる。
尚、上記仮付けには、仮接合工程と同様な摩擦攪拌接合による接合部の他、点溶接や短い溶接ビードやロウ材を形成する各種の溶接やロウ付けが含まれる。

更に、本発明には、前記本接合工程の後に、前記一対の当て部材を本接合された被接合部材から除去する当て部材除去工程を更に有する、摩擦攪拌接合方法(請求項７)も含まれる。これによれば、本接合工程により健全で強固な本接合部を形成した被接合部同士のみからなる接合組立製品を提供できる。尚、当て部材の除去は、丸鋸やバンドソーなどを用いる切断やプレスなどによる剪断にて行う。

以下において、本発明の実施に最良の形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の摩擦攪拌接合方法における仮接合工程を示す。
図１に示すように、例えばアルミニウム合金の厚板である接合すべき被接合部材１ａ，１ｂの対向する側面同士を突き合わせて、突き合わせ面２を形成した状態で、図示しない治具によって係る被接合部材１ａ，１ｂを拘束する。
次に、突き合わせ面２の両端に、上記と同種のアルミニウム合金の厚板である当て部材５，７を、突き合わせ面２と直交するように配置し、同様に拘束する。
次に、図１の右側に示すように、被接合部材１ａ，１ｂの右端面４とその右側に配置した当て部材７との突き合わせ面８に沿って高速回転する第１ＦＳＷツール１０ａを移動させ、摩擦攪拌接合による仮接合部ｗを形成する(仮接合工程)。

尚、第１ＦＳＷツール(ＦＳＷツール)１０ａは、後述するように、円柱形の回転体とその底面の中心部付近から垂下する攪拌ピンとを備えている。
引き続いて、図１の左側に示すように、被接合部材１ａ，１ｂの左端面３とその左側に配置した当て部材５との突き合わせ面６に沿って、高速回転する第１ＦＳＷツール１０ａを移動させ、前記同様の仮接合部ｗを形成する(仮接合工程)。
上記仮接合部ｗの始端ｗａおよび終端ｗｂは、図１の左右のように、当て部材５，７の内側に位置している。即ち、始端ｗａおよび終端ｗｂを含む仮接合部ｗは、図１に示すように、平面視でほぼコ字形を呈する。係る始端ｗａと終端ｗｂは、その仮接合部ｗの両端における位置が逆であっても良い。尚、仮接合工程は、左側の当て部材５を仮接合した後で、右側の当て部材７を仮接合しても良い。

更に、図２に示すように、第１ＦＳＷツール１０ａよりも各部のサイズが大きい第２ＦＳＷツール(ＦＳＷツール)１０ｂを用いて、被接合部材１ａ，１ｂの左端面３に摩擦攪拌接合(ｗ)された当て部材５の内側(中央付近)から被接合部材１ａ，１ｂ間の突き合わせ面２に沿って、上記第２ＦＳＷツール１０ｂを高速回転させつつ移動させる。これによって、摩擦攪拌接合による本接合部Ｗを形成する(本接合工程)。
第２ＦＳＷツール１０ｂの攪拌ピン１６は、左側の当て部材５の内側に挿入されるため、図２に示すように、本接合部Ｗのうち、トンネル欠陥を生じ易い始端Ｗａは、左側の当て部材５の内側(中央付近)に位置し、係る本接合部Ｗは、左側の当て部材５との仮接合部ｗの中間部分と直角に交差している。
また、後述するように本接合部Ｗの終端Ｗｂは、右側の当て部材７の内側に位置するようにされる。

ここで、第１・第２ＦＳＷツール１０ａ，１０ｂについて、図３により説明する。第１・第２ＦＳＷツール１０ａ，１０ｂは、例えば工具鋼からなり、図３に示すように、円柱形の回転体１２と、係る回転体１２の上向きに湾曲して凹む底面１４の中心部付近から垂下する円柱形の攪拌ピン１６と、を備えている。この攪拌ピン１６の周面には、図示しないネジ山およびネジ谷のような径方向に沿った凹凸部などが刻設され、その先端面１８にも複数の微細な凹凸が刻設されている。
第１・第２ＦＳＷツール１０ａ，１０ｂの回転数は、５００〜５０００ｒｐｍ、送り速度は０．０５〜２ｍ／分であり、当該ＦＳＷツール１０ａ，１０ｂの軸方向に加える押し込み力は１ｋＮ〜２０ｋＮ程度である。

また、第１ＦＳＷツール１０ａの攪拌ピン１６の直径ｄは、第２ＦＳＷツール１０ｂの攪拌ピン１６の直径Ｄの２０〜６０％に設定されている。また、図２の右側で示した被接合部材１ａ，１ｂの右端面４と当て部材７との突き合わせ面８に沿って形成した仮接合部ｗの長さＬは、第２ＦＳＷツール１０ｂの攪拌ピン１６の直径Ｄよりも大きく、図２では約８〜１０倍としている。
図３中の直線の矢印で示すように、高速回転する第１ＦＳＷツール１０ａの攪拌ピン１６を、前記予め当て部材７の内側に挿入して移動させた後、被接合部材１ａ，１ｂと当て部材７との突き合わせ面８に沿って移動させると、図４に示すように、前記仮接合部ｗが形成される(仮接合工程)。

また、高速回転する第２ＦＳＷツール１０ｂの攪拌ピン１６を、予め前記当て部材５の内側(中央付近)に挿入して移動させ、前記仮接合部ｗと直交させた後、被接合部材１ａ，１ｂ間の突き合わせ面２に沿って、その底面１４を被接合部材１ａ，１ｂの表面(上面)に押し付けつつ移動させると、図４に示すように、前記本接合部Ｗが形成される(本接合工程)。
仮接合・本接合工程において、第１・第２ＦＳＷツール１０ａ，１０ｂの回転軸は、被接合部材１ａ，１ｂの表面(上面)に傾斜して接触させる。係る傾斜は、回転体１２および攪拌ピン１６が図３の前後方向に１〜３度傾く前進角である。但し、係る前進角をなくし、回転体１２と攪拌ピン１６とを垂直としても良い。

図４に示すように、第１・第２ＦＳＷツール１０ａ，１０ｂの底面１４を被接合部材１ａ，１ｂの表面(上面)に押し付けると、それらの攪拌ピン１６の先端１８は、突き合わせ面２，８(６)における厚み方向の中間付近に達する。
係る状態で高速回転する攪拌ピン１６により、その周囲に位置する被接合部材１ａ，１ｂや当て部材５，７のアルミニウム合金材料(メタル)は、攪拌ピン１６との摩擦熱により加熱され、半固相状態で塑性化し且つ流動化(物質移動)する。
この結果、図４に示すように、突き合わせ面２，８(６)に沿って断面ほぼ半円形の仮接合部ｗまたは本接合部Ｗが形成される。この際、回転体１２の上向きに凹んだ底面１４は、塑性流動化したアルミニウム合金材料の飛散を防止する。
尚、本接合部Ｗ(仮接合部ｗを含む)の表面Ｗｆには、回転体１２の底面１４の周縁の跡である微細な凹凸群が位置している。

前記図２に引き続き、第２ＦＳＷツール１０ｂを被接合部材１ａ，１ｂ間の突き合わせ面２に沿って高速回転させつつ移動させると、図５に示すように、突き合わせ面２に沿って形成される本接合部Ｗは、右側の当て部材７との仮接合部ｗの中間部分と直角に交差した後、該当て部材７の内側に移動する(本接合工程)。
そして、第２ＦＳＷツール１０ｂを抜き出すと、その抜き出し位置には、攪拌ピン１６の抜き出た跡である凹孔(図示せず)が位置する終端Ｗｂが形成される。
この結果、図５に示すように、被接合部材１ａ，１ｂ間の突き合わせ面２の全長に沿って、トンネル欠陥や表面欠陥などがなく健全な組織で且つ所要の断面積を有する本接合部Ｗが形成されると共に、その始端Ｗａは当て部材５の内側に、終端Ｗｂは当て部材７の内側に位置している。
最後に、仮接合部ｗ，ｗに沿って回転する丸鋸を移動させるか、プレスなどによる剪断加工によって、本接合部Ｗにより摩擦攪拌接合された被接合部材１ａ，１ｂからなる接合組立製品から当て部材５，７を除去する(当て部材除去工程)。

これにより、健全で強固な本接合部Ｗが突き合わせ面２の全長に沿って形成された接合組立製品を得ることができる。
尚、本接合工程は、図２，５において、高速回転する第２ＦＳＷツール１０ｂの攪拌ピン１６を、右側の当て部材７の内側(中央付近)に挿入し、当該当て部材７との仮接合部ｗの中間部分と直角に交差させ且つ被接合部材１ａ，１ｂ間の突き合わせ面２に沿って移動させた後、左側の当て部材５との仮接合部ｗと直交させ、係る当て部材５の内側で抜き出すようにして行っても良い。また、突き合わせ面２が例えば１メートル以上の長尺である場合は、仮接合工程の前に、係る突き合わせ面２に沿って長さ数〜数１０ｍｍの仮付け部をほぼ等間隔に複数個形成する仮付け工程を、第１ＦＳＷツール１０ａを用いて行うと良い。

ここで、本発明の摩擦攪拌接合方法の具体的な実施例について説明する。
アルミニウム合金(ＪＩＳ：Ａ６０６１)からなり、突き合わせ面２となる側面の長さ１０００ｍｍ×端面３，４の長さ２００ｍｍ×厚さ１０ｍｍの被接合部材１ａ，１ｂを複数組用意した。各組の被接合部材１ａ，１ｂの上記側面で突き合わせて突き合わせ面２を形成し、その両端に上記アルミニウム合金からなり、突き合わせ面６，８となる側面の長さ１５０ｍｍ×両端面の長さ５０ｍｍで上記と同じ厚さの当て部材５，７を前記図１と同様の位置に配置して拘束した。
また、工具鋼(ＳＫＤ６１)からなる第１ＦＳＷツール１０ａは、その回転体１２の底面１４の直径Ｒ:１２ｍｍ、攪拌ピン１６の直径ｄ:Ｘ(変数)ｍｍ×長さ３ｍｍとし、上記工具鋼からなる第２ＦＳＷツール１０ｂは、その回転体１２の底面１４の直径Ｒ:２２ｍｍ、攪拌ピン１６の直径ｄ:１２ｍｍ×長さ１０ｍｍとした。
そして、第１ＦＳＷツール１０ａを用いて、各組の被接合部材１ａ，１ｂと当て部材５，７とを、前記図１に示したと同様の仮接合工程を施して仮接合部ｗ，ｗにより摩擦攪拌接合した後、第２ＦＳＷツール１０ｂを用い、前記図２，５に示したと同様の本接合工程を表１に示す条件で行うことで、本接合部Ｗを形成した。

本接合部Ｗにより摩擦攪拌接合された実施例１〜３および比較例１〜３の被接合部材１ａ，１ｂから当て部材５，７をプレスによる剪断加工で除去した。
各例において、仮接合工程の工数の大少、本接合工程を行った後の仮接合部ｗの状態を調べ、その結果を表２に示した。また、各例の被接合部材１ａ，１ｂからなる接合組立製品について、その本接合部Ｗを幅方向に沿って同じ位置で３箇所ずつ切断し、現れた本接合部Ｗについて目視観察およびＸ線透過試験を行って、トンネル欠陥や突き合わせ面２の段違いによるいびつな断面形状の欠陥を有するか否かについて調べた。そして、３箇所とも健全な断面の本接合部Ｗである場合は「良好」、２箇所で欠陥があったものを「やや不良」、３箇所全てで欠陥あったものを「不良」として、表２に示した。

表１のように、実施例１〜３は、仮接合部ｗの長さＬが第２ＦＳＷツール１０ｂの回転体１２の底面１４の直径Ｒよりも大きかったため、表２のように、その仮接合部ｗは第２プローブ１０ｂによる本接合工程を受けても半分またはそれ以上残っていた。しかも、実施例１〜３は、第１・第２ＦＳＷツール１０ａ，１０ｂの攪拌ピン１６の直径比ｄ／Ｄが２０〜６０％であったため、本接合部Ｗは全て「良好」であった。但し、実施例３では、仮接合工程に要した工数は表２の通り、「やや大」となった。
一方、比較例１は、仮接合部ｗの長さＬが第２ＦＳＷツール１０ｂの回転体１２の底面１４の直径Ｒと同じであったため、表２に示すように、その仮接合部ｗは第２ＦＳＷツール１０ｂによる本接合工程を受けると、ほぼ消滅した。
また、比較例２，３は、その仮接合部ｗの長さＬが第２ＦＳＷツール１０ｂの回転体１２の底面１４の直径Ｒよりも小さかったため、その仮接合部ｗは第２ＦＳＷツール１０ｂによる本接合工程により消滅した。

しかも、表２に示すように、比較例１〜３は、仮接合部ｗが上記状態であったため、それらの本接合部Ｗは２箇所がトンネル欠陥を含むかまたはいびつな断面形状の「やや不良」か、３箇所全てがトンネル欠陥を含むかまたはいびつな断面形状の「不良」となった。
以上のような実施例１〜３による条件を用いることにより、本発明の摩擦攪拌接合方法が確実に実行でき、且つ本発明の作用および効果が裏付けられた。

図６は、異なる形態の摩擦攪拌接合方法における仮接合工程を示す。
接合すべき被接合部材１ｃ，１ｄは、前記同様のアルミニウム合金の厚板で、図６に示すように、垂直姿勢の被接合部材１ｃの端面１ｃｚを水平姿勢の被接合部材１ｄの内側面１ｄｙの端部に当接し、平面視でＬ字形で且つ直角にして拘束する。上記端面１ｃｚと内側面１ｄｙとの間に、突き合わせ面２が形成される。
図６の左側に示すように、突き合わせ面２の左端で且つ被接合部材１ｃの外側面１ｃｘと被接合部材１ｄの端面１ｄｚとに跨って、当て部材２０を配置して拘束する。また、図６の右側に示すように、突き合わせ面２の右端で且つ被接合部材１ｃの内側面１ｃｙと被接合部材１ｄの内側面１ｄｙとの間に当て部材２２を配置して拘束する。尚、図中の符合１ｄｘは、被接合部材１ｄの外側面を示す。

図６の右側に示すように、高速回転する第１ＦＳＷツール１０ａの攪拌ピン１６を右側の当て部材２２の内側に挿入して始端ｗａを形成し、係る当て部材２２と被接合部材１ｄとの突き合わせ面および当て部材２２と被接合部材１ｃとの突き合わせ面に沿ってほぼＬ字形に移動させて仮接合部ｗを形成した後、当て部材２２の内側に移動させ攪拌ピン１６を抜き出して終端ｗｂを形成する(仮接合工程)。
また、図６の左側に示すように、第１ＦＳＷツール１０ａの攪拌ピン１６を左側の当て部材２０の内側に挿入始端ｗａを形成し、係る当て部材２０と被接合部材１ｄとの突き合わせ面および当て部材２０と被接合部材１ｃとの突き合わせ面に沿って直線形で移動させて仮接合部ｗを形成した後、当て部材２０の内側に移動させ、更に攪拌ピン１６を抜き出して終端ｗｂを形成する(仮接合工程)。
尚、図６中の各仮接合部ｗの長さＬは、次の本接合工程で用いる第２ＦＳＷツール１０ｂにおける回転体１２の底面１４の直径Ｒよりも大きく形成されている。また、仮接合工程は、突き合わせ面２を形成して拘束した被接合部材１ｃ，１ｄに対し、先に当て部材２０を仮接合した後、当て部材２２を仮接合しても良い。

次いで、図７に示すように、高速回転する前記第２ＦＳＷツール１０ｂの攪拌ピン１６を左側の当て部材２０の内側(中央付近)に挿入して始端ｗａを形成し、左側の直線形の仮接合部ｗと直交し且つ突き合わせ面２に沿って移動させて、摩擦攪拌接合による本接合部Ｗを形成する。
その後、図７で右側のＬ字形の仮接合部ｗにおけるコーナー付近と任意の傾斜角度で交差するよう移動させ、右側の当て部材２０の内側(中央付近)で攪拌ピン１６を抜き出して、その位置に終端Ｗｂを形成する(本接合工程)。
そして、仮接合部ｗに沿って回転する丸鋸またはバンドソーを移動させて、本接合部Ｗにより接合された被接合部材１ｃ，１ｄからなる接合組立製品から、当て部材２０，２２を切断して除去する(当て部材除去工程)。
これにより、トンネル欠陥などを含まず健全で強固な本接合部Ｗが突き合わせ面２の全長に沿って形成された接合組立製品を得ることができる。

尚、本接合工程は、図７において、高速回転する第２ＦＳＷツール１０ｂの攪拌ピン１６を、右側の当て部材２２の内側(中央付近)に挿入し、当該当て部材２２とＬ字形の仮接合部ｗの中間部分と傾斜して交差させ且つ被接合部材１ｃ，１ｄ間の突き合わせ面２に沿って移動させた後、左側の当て部材２０との仮接合部ｗと直交させ、係る当て部材２０の内側で抜き出すようにして行っても良い。
また、突き合わせ面２が例えば１メートル以上の長尺である場合は、仮接合工程の前に、係る突き合わせ面２に沿って数ｍｍの長さの仮付け部をほぼ等間隔に複数個形成する仮付け工程を、第１ＦＳＷツール１０ａを用いて行うと良い。
更に、一対ずつの被接合部材１ｃ，１ｄを図６で示したように、直角に接続して突き合わせ面２をコーナーの４箇所に形成し、前記同様の仮接合工程および本接合工程を施すことにより、四角枠形の接合組立製品を得ることもできる。

本発明は、以上において説明した各形態や実施例に限定されるものではない。
例えば、被接合部材には、アルミニウム合金からなる押出形材同士や、同種のアルミニウム合金の板材と押出形材との組み合わせも含まれる。この際に用いる当て部材は、同種のアルミニウム合金からなる板材や押出形材が用いられる。
あるいは、同種の鋼板同士、型鋼同士、鋼板と型鋼との組み合わせ、ステンレス型鋼板同士、チタン合金板同士からなる被接合部材も含まれ、当て部材もこれらと同じか同種の素材からなるものが用いられる。
また、被接合部材間の突き合わせ面には、前記の直線形の形態に限らず、緩くカーブする形態や、途中で緩く傾斜する形態なども含まれる。
更に、第１・第２ＦＳＷツールの攪拌ピンは、回転体の底面の中心部付近から垂下する形態に限らず、係る底面の中心から偏寄した位置から垂下する攪拌ピンや、上底面の中心部付近から平行に垂下する細径で複数の攪拌ピンも含まれる。

本発明の接合方法の仮接合工程を示す概略図。上記接合方法の本接合工程の中間状態を示す概略図。上記各接合工程に用いるＦＳＷツールを示す断面図。上記各接合工程により形成される仮・本接合部を示す概略図。上記接合方法の本接合工程の終盤を示す概略図。異なる形態の接合方法の仮接合工程を示す概略図。上記接合方法の本接合工程を示す概略図。

符号の説明

１ａ〜１ｄ……………被接合部材
２………………………突き合わせ面
５，７，２０，２２…当て部材
１０ａ…………………第１ＦＳＷツール
１０ｂ…………………第２ＦＳＷツール(ＦＳＷツール)
１２……………………回転体
１４……………………底面
１６……………………攪拌ピン
ｄ，Ｄ…………………攪拌ピンの直径
Ｒ………………………底面の直径
ｗ………………………仮接合部
Ｗ………………………本接合部
Ｗａ……………………始端
Ｗｂ……………………終端
Ｌ………………………仮接合部の長さ

Claims

回転体と係る回転体の底面から垂下する攪拌ピンとを備えたＦＳＷツールを用い、上記攪拌ピンを被接合部材間の突き合わせ面付近に挿入し且つ上記底面を被接合部材の上面に押し付けつつ、上記ＦＳＷツールを回転させながら上記突き合わせ面に沿って移動させることにより、上記被接合部材同士を接合する摩擦攪拌接合方法において、
上記被接合部材同士を突き合わせ面で突き合わせ且つ係る突き合わせ面の両端に一対の当て部材をそれぞれ摩擦攪拌接合する仮接合工程と、
その後に上記ＦＳＷツールを回転させつつ上記突き合わせ面に沿って移動させて、上記被接合部材同士を攪拌接合接合する本接合工程と、含む、
ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
前記本接合工程により前記被接合部材同士間の記突き合わせ面に沿って形成される本接合部の始端および終端は、前記一対の当て部材の内側に個別に位置している、ことを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
前記仮接合工程により被接合部材と当て部材との間に形成される仮接合部は、前記本接合工程により前記被接合部材同士間の前記突き合わせ面に沿って形成される本接合部と直交するか、あるいは、平面視がほぼＬ字形の仮接合部と上記本接合部とが任意の角度で交差する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦攪拌接合方法。
前記仮接合工程により被接合部材と当て部材との間に形成される仮接合部の長さは、前記本接合工程に用いる第２ＦＳＷツールにおける回転体の底面の直径よりも大である、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
前記仮接合工程に用いる第１ＦＳＷツールにおける攪拌ピンの直径は、前記本接合工程に用いる第２ＦＳＷツールにおける攪拌ピンの直径の２０〜６０％である、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
前記仮接合工程の前に、前記被接合部材同士間の記突き合わせ面に単数または複数の仮付け部を形成する仮付け工程を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
前記本接合工程の後に、前記一対の当て部材を本接合された被接合部材から除去する当て部材除去工程を更に有する、
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。