JP2003225778A - 摩擦撹拌接合方法およびこの方法に用いる摩擦撹拌ツール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合部の表面を覆っている接合に不適な表皮
層が接合部に混入するのを防止し、接合部の品質、外
観、耐食性、強度等を向上させることができるようにし
た摩擦撹拌接合方法およびその摩擦撹拌ツールを提供す
る。 【解決手段】 接合部表面に酸化膜層、異種金属層、塗
料層等の表皮層３３が形成されている被接合材３０，３
１の接合部３２に沿って摩擦撹拌ツール３６を回転させ
つつ移動させることにより前記接合部３２を摩擦撹拌接
合する。摩擦撹拌ツール３６は、柱状のツール本体３６
Ａと、ツール本体３６Ａの底面３７に突設された撹拌ピ
ン３６Ｂと、この撹拌ピン３６Ｂの周囲を取り囲むよう
に前記底面３７に突設された撹拌用突条体３６Ｃおよび
剥離用突条体３６Ｄとからなり、剥離用突条体３６Ｄの
外周面で表皮層３３を剥ぎ取る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦撹拌接合方法
およびこの方法に用いる摩擦撹拌ツールに関し、特に接
合部表面に酸化膜層、異種金属層、塗料層等の表皮層が
形成されている被接合材の摩擦撹拌接合に適用して好適
な摩擦撹拌接合方法およびこの方法に用いる摩擦撹拌ツ
ールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム素材をＴＩＧ溶接、ＭＩＧ
溶接等によって溶融溶接する場合、溶接部の表面に酸化
膜層、異種金属層、塗料層等の溶接に不適な表皮層が存
在すると、溶接部内にブローホールが発生したり、異物
が巻き込まれて接合強度および耐食性を低下させるた
め、溶接部の表皮層を除去して溶接している。例えば、
亜鉛精錬に使用された陰極板を溶接する場合、表面に残
存するＺｎ層が溶接熱で蒸発して溶接部内に混入すると
溶接不良が発生するので、予め機械加工によって表面の
Ｚｎ層を除去している。

【０００３】ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接等の溶融溶接の代
わりに固相接合によってアルミニウム合金からなる２つ
の金属材料（被接合材）を接合する摩擦撹拌接合（Fric
tionStir Welding ）は、溶融溶接に比べて被接合材の
表面の清浄度が多少低くても接合できることが知られて
おり、例えば表面に油等が付着していても接合できる。

【０００４】摩擦撹拌接合方法は、摩擦熱を利用して被
接合材の接合部を互いに突き合わせるかまたは重ね合わ
せて接合する方法であって、図５および図６を用いて２
つの被接合材を突き合わせ接合する場合について説明す
る。この摩擦撹拌接合方法は被接合材１，２よりも硬質
で耐熱性に優れた材料からなる摩擦撹拌ツール３を高速
回転させ、その先端に一体に突設した撹拌ピン４を被接
合材１，２の接合面６に沿って押し込み、ツール３を接
合面６に沿って矢印Ａ方向に移動させることにより、接
合部５に摩擦熱を発生させる。この摩擦熱により２つの
被接合材１，２の接合面６付近のメタルＭは塑性化可能
な状態にまで軟化され、撹拌ピン４の高速回転による撹
拌作用により撹拌・流動した後、撹拌ピン４の通過によ
り加熱源を失って冷却・固化することにより、接合部５
を固相接合するものである。この場合、摩擦撹拌ツール
３を進行方向と反対方向に角度α（前進角α：３〜５
°）だけ傾斜させることで摩擦撹拌ツール３の前方のメ
タルを摩擦撹拌ツール３のメタル溜めに導入し、撹拌ピ
ン４が通過した部分への供給を可能にしている。このた
め、摩擦撹拌ツール３は通常ツール本体３Ａの移動方向
前端縁８が接合部５の表面より上方に位置する状態に保
持されて移動し接合部５を摩擦撹拌接合する。なお、こ
こでは前進角αをもって傾斜させた状態で使用される摩
擦撹拌ツール３を傾斜ツールと称する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の傾斜ツール３を用いた摩擦撹拌接合方法では、
被接合材１，２の表面にアルマイト、塗装またはＺｎ層
等の表皮層７がある場合、この表皮層７はツール本体３
Ａの下面９側において撹拌ピン４によって剥ぎ取られる
ため可塑化したメタルＭ内に巻き込まれて撹拌されると
接合部５に異物が混入するため耐食性および接合強度を
低下させるという問題があった。そこで、摩擦撹拌接合
する場合は被接合材１，２の表面を覆っている表皮層７
を溶融溶接の場合と同様に予め機械加工によって除去す
る必要があった。このため、作業工程が１工程増え、そ
の作業が煩わしいばかりか製造コストが高くなるという
問題があった。

【０００６】摩擦撹拌接合に不適な表皮層７が接合部５
に巻き込まれないようにするための対策の１つとして
は、図６に二点鎖線で示すように摩擦撹拌ツール３の接
合部５への押し込み量を増大させてツールの移動方向前
端縁８を接合部５に押し込むことが考えられる。このよ
うにすると、摩擦撹拌ツール３の移動方向前端縁８によ
って表皮層７を剥ぎ取ることができるため、前工程とし
て機械加工によって表皮層７を除去する必要はなくな
る。しかし、この場合は摩擦撹拌ツール３のメタル溜め
にメタルを取り込むことができず表面欠陥を生じ、また
押し込み量の増加によって接合部５の板厚がＴ1 からＴ
2 に減少するため、接合部５の接合強度も低下するとい
う問題が起きる。例えば、板厚が６ｍｍの場合では接合
部５の厚さが１ｍｍ程度減少してしまう。

【０００７】また、最近では接合部に略垂直に挿入して
摩擦撹拌接合するようにした摩擦撹拌ツールが開発され
ている。この摩擦撹拌ツール２０は、図７および図８に
示すように柱状のツール本体２０Ａと、このツール本体
２０Ａの平坦な底面２１の中央に一体に突設された撹拌
ピン２０Ｂと、この撹拌ピン２０Ｂを取り囲むように前
記底面２１に一体に突設された渦巻き状の撹拌用突条体
２０Ｃとで構成することにより、ここではスクロールツ
ールと称する。スクロールツールは、接合部５に前記撹
拌ピン２０Ｂと撹拌用突条体２０Ｃが略垂直（前進角α
＝０°）に挿入され、高速回転されつつ接合面に沿って
移動されることにより接合部５を摩擦撹拌接合するもの
である。

【０００８】このようなスクロールツール２０によれ
ば、前進角（α）が零であるため、スクロールツール２
０の前方の接合部５の表面を覆っている例えばＺｎから
なる接合に不適な表皮層７を前記撹拌用突条体２０Ｃに
よって剥ぎ取ることができる。しかし、ツール本体２０
の底面２１で接合部前方の表皮層７を押圧しているた
め、底面２１側において撹拌用突条体２０Ｃにより剥ぎ
取られた表皮層７の一部が底面２１の外側にはじき出さ
れずスクロールツール２０の回転に伴い可塑化したメタ
ルＭ内に巻き込まれる。このため、図５および図６に示
した傾斜ツール３による摩擦撹拌接合と同様に接合部５
に表面欠陥や内部欠陥等が生じ接合部５の外観、耐食性
および接合強度を低下させる。

【０００９】このため、接合部の表皮層をツールの進行
方向の前側において剥ぎ取って可塑化したメタル内に混
入させず、接合部に表面欠陥や内部欠陥等が生じないよ
うにすることにより接合部の外観、耐食性および接合強
度を向上させることができるようにした摩擦撹拌接合方
法およびそのツールの開発が要請されている。

【００１０】本発明は上記した従来の問題および要請に
応えるべくなされたもので、その目的とするところは、
接合部の表面を覆っている接合に不適な表皮層が接合部
に混入するのを防止し、接合部の品質、外観、耐食性、
強度等を向上させることができるようにした摩擦撹拌接
合方法およびその摩擦撹拌ツールを提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明に係る摩擦撹拌接合方法は、接合部表面に
酸化膜層、異種金属層、塗料層等の表皮層が形成されて
いる被接合材の前記接合部に沿って摩擦撹拌ツールを回
転させつつ移動させることにより前記接合部を摩擦撹拌
接合する方法であって、前記摩擦撹拌ツールは前記接合
部に略垂直に挿入され、最外周面でツールの進行方向の
前側の接合部表面を覆っている前記表皮層を剥ぎ取りな
がら前記接合部を摩擦撹拌接合するものである。

【００１２】第１の発明においては、接合部の表面を覆
っている接合に不適な表皮層を摩擦撹拌ツールの最外周
面で剥ぎ取るため、剥ぎ取られた層が可塑化したメタル
内に巻き込まれることがない。

【００１３】第２の発明に係る摩擦撹拌接合方法は、接
合部表面に酸化膜層、異種金属層、塗料層等の表皮層が
形成されている被接合材の前記接合部に沿って摩擦撹拌
ツールを回転させつつ移動させることにより前記接合部
を摩擦撹拌接合する方法であって、前記摩擦撹拌ツール
は柱状のツール本体と、このツール本体の底面に突設さ
れた撹拌ピンと、この撹拌ピンの周囲を取り囲むように
前記底面に渦巻き状に突設された撹拌用突条体と、この
撹拌用突条体よりも低い高さを有して前記底面の外周縁
部に突設された剥離用突条体とを備え、前記撹拌ピン、
前記撹拌用突条体および前記剥離用突条体を接合部内に
略垂直に挿入し、前記剥離用突条体の外周面でツールの
進行方向の前側の接合部表面を覆っている前記表皮層を
前記撹拌用突条体によって剥ぎ取りながら前記接合部を
摩擦撹拌接合するものである。

【００１４】第２の発明においては、接合部の表面を覆
っている接合に不適な表皮層を剥離用突条体の外周面に
よって剥ぎ取るため、剥ぎ取られた表皮層がツール本体
の底面側に入り込み可塑化したメタル内に巻き込まれる
ことがない。

【００１５】第３の発明に係る摩擦撹拌接合方法は、接
合部表面に酸化膜層、異種金属層、塗料層等の表皮層が
形成されている被接合材の前記接合部に沿って摩擦撹拌
ツールを回転させつつ移動させることにより前記接合部
を摩擦撹拌接合する方法であって、前記摩擦撹拌ツール
は柱状のツール本体と、このツール本体の底面に突設さ
れた撹拌ピンと、この撹拌ピンの周囲を取り囲むように
前記底面に渦巻き状に突設された撹拌用突条体とを備
え、前記撹拌ピン、前記撹拌用突条体および前記ツール
本体の下部を接合部内に略垂直に挿入し、前記ツール本
体の前記接合部内に挿入されている下端部外周面でツー
ルの進行方向の前側の接合部表面を覆っている前記表皮
層を剥ぎ取りながら前記接合部を摩擦撹拌接合するもの
である。

【００１６】第３の発明においては、接合部の表面を覆
っている接合に不適な表皮層をツール本体の下端部外周
面によって剥ぎ取るため、剥ぎ取られた表皮層がツール
本体の底面側に入り込み可塑化したメタル内に巻き込ま
れることがない。

【００１７】第４の発明に係る摩擦撹拌接合方法は、上
記第２または第３の発明において、摩擦撹拌ツールの最
外周面の被接合材への押込量を０．０５〜０．５ｍｍと
したものである。

【００１８】第４の発明においては、押込量が０．０５
〜０．５ｍｍであるため、酸化膜層、異種金属層、塗料
層等の接合に不適な表皮層を確実に剥ぎ取ることができ
る。押込量が０．０５ｍｍ以下では表面層の摩擦撹拌ツ
ールのメタル溜めへの導入を確実に防止することが困難
となり、接合部への混入を生じさせやすくなる。押込量
が０．５ｍｍ以上ではバリの発生が増え、また摩擦撹拌
ツールの移動負荷が大きくなり、接合が困難となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は第１の発明に係
る摩擦撹接合方法を示す平面図、図２は摩擦撹拌ツール
の使用状態を示す断面図である。これらの図において、
符号３０，３１で示すものはアルミニウム合金の押出形
材によって矩形板状に形成された被接合材で、その長手
方向の一端面が互いに突き合わされ、この突き合わせ側
端縁とその付近が摩擦撹拌接合される接合部３２を形成
し、突き合わせ面が接合面３２Ａを形成している。ま
た、被接合材３０，３１の表面には、厚さが０．１ｍｍ
程度のＺｎ層（表皮層）３３が形成されている。一方、
被接合材３０，３１の裏面側には、銅からなる裏当て３
４が接合部３２に沿って密接されている。

【００２０】前記被接合材３０，３１の接合面３２Ａを
摩擦撹拌接合するために用いられる摩擦撹拌ツール３６
は、被接合材３０，３１より融点が高い金属、例えば工
具鋼等によって製作されたもので、円柱状のツール本体
３６Ａと、このツール本体３６Ａの底面３７の中央に一
体に突設された撹拌ピン３６Ｂと、同じく前記底面３７
に一体に突設され前記撹拌ピン３６Ｂの周囲を取り囲
み、撹拌ピン３６Ｂに向かって求心する渦巻き状の撹拌
用突条体３６Ｃと、前記底面３７の外周に一体に突設さ
れた剥離用突条体３６Ｄとで構成されている。ツール本
体３６Ａは円柱形に限らず四角柱、六角柱等の多角柱を
含む。ツール本体３６Ａの底面３７は平坦面に形成され
ている。撹拌ピン３６Ｂは、被接合材３０，３１の板厚
より短い長さを有し、その外周には撹拌効果を高めるた
めに雄ねじ３８が形成されている。撹拌ピン３６Ｂは、
ツール本体３６Ａと略軸線が一致するものに限らずツー
ル本体３６Ａに対して若干偏心しているものであっても
よい。撹拌用突条体３６Ｃは、前記撹拌ピン３６Ｂより
低く形成されている。前記剥離用突条体３６Ｄは前記撹
拌用突条体３６Ｃより低く形成されている。

【００２１】このような摩擦撹拌ツール３６を用いて被
接合材３０，３１の接合面３２Ａを摩擦撹拌接合するに
は、摩擦撹拌ツール３６をモータによって５００〜１０
０００ｒｐｍ程度の回転数で回転させながら撹拌ピン３
６Ｂを接合面３２Ａ上に位置させて接合部３２表面に押
し付け、摩擦熱によって接合部３２の撹拌ピン３６Ｂに
よって押し付けられている表面部分およびその近傍を加
熱、可塑化させ、撹拌ピン３６Ｂ、撹拌用突条体３６Ｃ
および剥離用突条体３６Ｄを接合部３２内に徐々に押し
込む。剥離用突条体３６Ｄが接合部３２の表面に押し込
まれる量（押込量）は、Ｚｎ層３３を確実に剥ぎ取るこ
とができる量で、必要以上に押し込み量を大きくする
と、被接合材の厚さが必要以上に薄くなり、また摩擦撹
拌接合を円滑に行えなくなることがあるため好ましくな
い。また、摩擦撹拌ツール３６は、底面３７の全面が接
合部３２の表面を均一に押圧するように接合部３２の表
面に対して略垂直に押し込まれる。

【００２２】撹拌ピン３６Ｂ、撹拌用突条体３６Ｃおよ
び剥離用突条体３６Ｄが接合部３２内に所定量押し込ま
れると、この状態で摩擦撹拌ツール３６を接合面３２Ａ
に沿って矢印Ａ方向に８．５〜３ｍ／ｍｉｎ程度の送り
速度（接合速度）で移動させることで、接合部３２を摩
擦撹拌接合する。すなわち、摩擦撹拌ツール３６を高速
回転させながら接合面３２Ａに沿って移動させると、接
合面３２Ａとその近傍部は、撹拌ピン３６Ｂおよび撹拌
用突条体３６Ｃによって加熱されることにより可塑化さ
れ、水平および垂直方向に流動化する。そして、流動化
したメタルＭは、撹拌ピン３６Ｂが通過することにより
加熱源を失って冷却し固化する。

【００２３】摩擦撹拌ツール３６を矢印Ａ方向に移動さ
せると、剥離用突条体３６Ｄは接合部３２に押し込まれ
ているので、ツール前方側のＺｎ層３３を外周面によっ
て剥ぎ取る。剥離用突条体３６Ｄの外周面は、ツール本
体３６Ａの外周面とともに摩擦撹拌ツール３６の最外周
面を形成している。剥ぎ取られたＺｎ層３３は、ツール
本体３６Ａの底面３７が前記剥離用突条体３６Ｄより内
側に位置しているため、剥離用突条体３６Ｄの下方を通
って底面３７の下側に入り込むことがなく、可塑化した
メタルＭに混入することがない。したがって、接合部３
２の外観、耐食性および接合強度を増大させることがで
きる。

【００２４】また、剥離用突条体３６Ｄの突出寸法を撹
拌用突条体３６Ｃの突出寸法より短くしているので、摩
擦撹拌ツール３６の中心より進行方向の後方側において
撹拌用突条体３６Ｃの内側から外側に押し出された可塑
化したメタルＭは剥離用突条体３６Ｄの下面高さまで上
昇する。言い換えれば、剥離用突条体３６Ｄの下面は摩
擦撹拌接合後の接合部３２の厚さＴを規定する。したが
って、接合部３２の板厚の厚さは、Ｚｎ層３３の厚さ以
上に不必要に取り除かれることがなく、被接合材の接合
部３２の強度低下を軽減することができる。

【００２５】図３は第２の発明に係る摩擦撹拌接合方法
を示す平面図、図４は摩擦撹拌ツールの使用状態を示す
断面図である。これらの図において、アルミニウム合金
の押出形材によって矩形板状に形成された被接合材３
０，３１は、その長手方向の一端面が互いに突き合わさ
れることにより、この突き合わせ側端縁とその付近が摩
擦撹拌される接合部３２を形成し、突き合わせ面が接合
面３２Ａを形成している。また、被接合材３０，３１の
表面には、厚さが０．１ｍｍ程度のＺｎ層３３が形成さ
れている。一方、被接合材３０，３１の裏面側には、銅
からなる裏当て３４が接合部３２に沿って密接されてい
る。

【００２６】前記被接合材３０，３１の接合面３２Ａを
摩擦撹拌接合するために用いられる摩擦撹拌ツール４０
は、図７および図８に示した従来のスクロールツール２
０と同一形状に形成されることにより、円柱状のツール
本体４０Ａと、このツール本体４０Ａの底面４１の中央
に一体に突設された撹拌ピン４０Ｂと、同じく前記底面
４１に前記撹拌ピン４０Ｂの周囲を取り囲むように渦巻
き状に一体に突設された撹拌用突条体４０Ｃとで構成さ
れている。ツール本体４０Ａの底面４１は平坦面に形成
されている。撹拌ピン４０Ｂは、被接合材３０，３１の
板厚と略等しい長さを有し、外周に雄ねじ４２が形成さ
れている。撹拌用突条体４０Ｃは、前記撹拌ピン４０Ｂ
より低く形成されている。

【００２７】このような摩擦撹拌ツール４０を用いて被
接合材３０，３１の接合面３２Ａを摩擦撹拌接合するに
は、摩擦撹拌ツール４０をモータによって５００〜１０
０００ｒｐｍ程度の回転数で回転させながら撹拌ピン４
０Ｂを接合面３２Ａ上に位置させて接合部３２の表面に
押し付け、摩擦熱によって接合部３２の撹拌ピン４０Ｂ
によって押し付けられている表面部分およびその近傍を
加熱、可塑化させ、撹拌ピン４０Ｂと撹拌用突条体４０
Ｃを接合部３２内に徐々に押し込む。ツール本体４０Ａ
が接合部３２の表面に押し込まれる量（押込量）は、Ｚ
ｎ層３３を確実に剥ぎ取ることができる量で、必要以上
に押し込み量を大きくすると、被接合材の厚さが必要以
上に薄くなり、また摩擦撹拌接合を円滑に行えなくなる
ことがあるため好ましくない。また、摩擦撹拌ツール４
０は、底面４１の全面が接合部３２の表面を均一に押圧
するように接合部３２の表面に対して略垂直に押し込ま
れる。

【００２８】撹拌ピン４０Ｂと撹拌用突条体４０Ｃが接
合部３２内に所定量押し込まれると、この状態で摩擦撹
拌ツール４０を接合面３２Ａに沿って矢印Ａ方向に０．
５〜３ｍ／ｍｉｎ程度の接合速度で移動させることで、
接合部３２を摩擦撹拌接合する。すなわち、摩擦撹拌ツ
ール４０を高速回転させながら接合面３２Ａに沿って移
動させると、接合面３２Ａとその近傍部は、撹拌ピン４
０Ｂおよび撹拌用突条体４０Ｃによって加熱されること
により可塑化され、水平および垂直方向に流動化する。
そして、流動化したメタルＭは、撹拌ピン４０Ｂが通過
することにより加熱源を失って冷却し固化する。

【００２９】摩擦撹拌ツール４０を矢印Ａ方向に移動さ
せると、ツール本体４０Ａは下端部が接合部３２に押し
込まれているので、下端部外周面によってツール前方側
のＺｎ層３３を剥ぎ取る。すなわち、この第２の発明
は、最外周面であるツール本体４０Ａの下端部外周面で
表皮層３３を剥ぎ取るものであるから、この点で図７お
よび図８に示した従来のスクロールツール２０による摩
擦撹拌接合方法と異なっている。ツール本体４０Ａの下
端部外周面によって剥ぎ取られたＺｎ層３３は、ツール
本体４０Ａの底面４１が接合部３２の表面を押圧してい
るため、底面４１と接合部３２の表面との間に入り込む
ことがなく、可塑化したメタルＭに混入することがな
い。したがって、上記した第１の実施の形態と同様に摩
擦撹拌接合された接合部３２の表面に、剥ぎ取られたＺ
ｎ層３３が混入することがなく、良好かつ確実に接合す
ることができ、接合部３２の外観、耐食性および接合強
度を増大させることができる。

【００３０】

【実施例１】被接合材として亜鉛精錬に使用された陰極
板からなる素材を切り出して互いに突き合わせ、その突
き合わせ接合部を摩擦撹拌接合した。素材は、Ａｌ純度
が高くＳｉ含有量の低い板厚６ｍｍのＪＩＳ Ａ１０７
０−Ｏである。摩擦撹拌接合に当たっては、図２に示し
た剥離用突条体付きスクロールツール３６と、図６に示
した従来の傾斜ツール３と、図７に示した従来のスクロ
ールツール２０を用いて行った。図２に示すスクロール
ツール３６は剥離用突条体３６ＤをＺｎ層３３を確実に
剥ぎ取ることができる量だけ被接合部材３０，３１の接
合部３２内に押し込んで摩擦撹拌接合を行う。傾斜ツー
ル３は、進行方向と反対方向に前進角度α（＝３〜５
°）だけ傾斜させることで進行方向前方のメタルを摩擦
撹拌ツール３のメタル溜まり部Ｄに導入し、撹拌ピン４
が通過した部分へ供給しながら摩擦撹拌接合を行う。図
７に示すスクロールツール２０は、前進角α＝０°で渦
巻き状の撹拌用突条体２０Ｃを表皮層７より下方に押し
込んで摩擦撹拌接合を行う。各ツールの回転速度と接合
速度は、それぞれ９００ｒｐｍと３００ｍｍ／ｍｉｎで
ある。その結果を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】この表１から明らかなように、剥離用突条
体付きスクロールツール３６を使用すると、従来の傾斜
ツール３およびスクロールツール２０に比べて接合部の
品質が良好で表面欠陥や内部欠陥が生じることがなく、
外観、耐食性および強度を向上させることができる。ま
た、接合部の板厚の減少を少なくすることができるの
で、所要の強度を有する接合部を得ることができる。な
お、表１の三段目の従来のスクロールツール標準はツー
ル本体の最外周が被接合材の表面と接しないもの、四段
目の従来のスクロールツール大はツール本体の最外周が
被接合材の表面より埋没するものである。

【００３３】

【実施例２】被接合材として表面に９μｍの酸化膜層が
形成された板厚６ｍｍのＪＩＳ Ａ６０６３−Ｔ５から
なる素材を互いに突き合わせ、その突き合わせ接合部を
摩擦撹拌接合した。摩擦撹拌接合に当たっては、上記し
た実施例１と同様に図１に示した本発明ツール３６と、
図５および図６に示した従来の傾斜ツール３と、図７お
よび図８に示した従来のスクロールツール２０を用いて
上記した実施例１と同様に摩擦撹拌接合を行った。ツー
ルの回転速度と接合速度は、それぞれ９００ｒｐｍと３
００ｍｍ／ｍｉｎである。その結果を表２に示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】この表２から明らかなように、剥離用突条
体付きスクロールツール３６を使用すると、上記した実
施例１と同様に従来の傾斜ツール３およびスクロールツ
ール２０に比べて接合部の品質が良好で表面欠陥や内部
欠陥が生じることがなく、外観、耐食性および強度を向
上させることができる。また、接合部の板厚の減少を少
なくすることができるので、所要の強度を有する接合部
を得ることができる。

【００３６】なお、上記した実施の形態においては、接
合部の表皮層がＺｎ層、酸化膜層である場合について説
明したが、本発明はこれに限らずアルマイト処理によっ
て酸化被膜が形成され、さらにその上に塗装膜が形成さ
れているものであってもよく、要は摩擦撹拌接合に不適
な表皮層が形成されている金属部材であればよい。ま
た、第１の実施の形態においては、摩擦撹拌ツール３６
のツール本体３６Ａの底面３７に突設される撹拌用突条
体３６Ｃを同心円状からなる大小２つのリング状突条体
で構成した例を示したが、これに限らず１つのリング状
突条体であってもよく、また図８に示す渦巻き状の突条
体２０Ｃであってもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る摩擦撹
拌接合方法およびこの方法に用いる摩擦撹拌ツールによ
れば、接合部表面に存在する摩擦撹拌接合に不適な酸化
膜層、異種金属層、塗料層等の表皮層をツールの移動方
向前方側の最外周面によって剥ぎ取ることができるの
で、可塑化したメタル内に剥ぎ取られた表皮層が混入す
ることがない。したがって、接合部の表面や内部に欠陥
が生じたりすることがなく、接合部の外観、耐食性およ
び強度を向上させることができる。また、摩擦撹拌ツー
ルの最外周面の被接合材への押込量を０．０５〜０．５
ｍｍとしているので、確実に摩擦撹拌接合することがで
き、また被接合材の板厚の減少量が少なく、所要の強度
を有する接合部を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の発明に係る摩擦撹接合方法を示す平面
図である。

【図２】 摩擦撹拌ツールの使用状態を示す断面図であ
る。

【図３】 第２の発明に係る摩擦撹接合方法を示す平面
図である。

【図４】 摩擦撹拌ツールの使用状態を示す断面図であ
る。

【図５】 従来の傾斜ツールによる摩擦撹拌接合の状態
を示す斜視図である。

【図６】 傾斜ツールの使用状態を示す断面図である。

【図７】 従来のスクロールツールによる摩擦撹拌接合
の状態を示す斜視図である。

【図８】 スクロールツールの使用状態を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１，２…接合材、３…傾斜ツール、５…接合部、６…接
合面、７…Ｚｎ層、２０…スクロールツール、３０，３
１…接合材、３２…接合部、３２Ａ…接合面、３４…裏
当て、３６…摩擦撹拌ツール、３６Ａ…ツール本体、３
６Ｂ…撹拌ピン、３６Ｃ…撹拌用突条体、３６Ｄ…剥離
用突条体、３７…底面、４０…摩擦撹拌ツール、４０Ａ
…ツール本体、４０Ｂ…撹拌ピン、４０Ｃ…撹拌用突条
体、４１…底面。

フロントページの続き (72)発明者 堀田 元司 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１−34−１ 日本 軽金属株式会社グループ技術センター内 Ｆターム(参考） 4E067 AA05 BG00 CA01 CA04 DC07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接合部表面に酸化膜層、異種金属層、塗
   料層等の表皮層が形成されている被接合材の前記接合部
   に沿って摩擦撹拌ツールを回転させつつ移動させること
   により前記接合部を摩擦撹拌接合する方法であって、 前記摩擦撹拌ツールは前記接合部に略垂直に挿入され、
   最外周面でツールの進行方向の前側の接合部表面を覆っ
   ている前記表皮層を剥ぎ取りながら前記接合部を摩擦撹
   拌接合することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
2. 【請求項２】 接合部表面に酸化膜層、異種金属層、塗
   料層等の表皮層が形成されている被接合材の前記接合部
   に沿って摩擦撹拌ツールを回転させつつ移動させること
   により前記接合部を摩擦撹拌接合する方法であって、 前記摩擦撹拌ツールは柱状のツール本体と、このツール
   本体の底面に突設された撹拌ピンと、この撹拌ピンの周
   囲を取り囲むように前記底面に渦巻き状に突設された撹
   拌用突条体と、この撹拌用突条体よりも低い高さを有し
   て前記底面の外周縁部に突設された剥離用突条体とを備
   え、前記撹拌ピン、前記撹拌用突条体および前記剥離用
   突条体を接合部内に略垂直に挿入し、前記剥離用突条体
   の外周面でツールの進行方向の前側の接合部表面を覆っ
   ている前記表皮層を剥ぎ取りながら前記接合部を摩擦撹
   拌接合することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
3. 【請求項３】 接合部表面に酸化膜層、異種金属層、塗
   料層等の表皮層が形成されている被接合材の前記接合部
   に沿って摩擦撹拌ツールを回転させつつ移動させること
   により前記接合部を摩擦撹拌接合する方法であって、 前記摩擦撹拌ツールは柱状のツール本体と、このツール
   本体の底面に突設された撹拌ピンと、この撹拌ピンの周
   囲を取り囲むように前記底面に渦巻き状に突設された撹
   拌用突条体とを備え、前記撹拌ピン、前記撹拌用突条体
   および前記ツール本体の下部を接合部内に略垂直に挿入
   し、前記ツール本体の前記接合部内に挿入されている下
   端部外周面でツールの進行方向の前側の接合部表面を覆
   っている前記表皮層を剥ぎ取りながら前記接合部を摩擦
   撹拌接合するすることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
4. 【請求項４】 請求項１，２または３記載の摩擦撹拌接
   合方法において、 摩擦撹拌ツールの最外周面の被接合材への押込量が０．
   ０５〜０．５ｍｍであることを特徴とする摩擦撹拌接合
   方法。