接合方法
【課題】ボビンツールを用いて一対の金属板を接合する際に、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる接合方法を提供する。
【解決手段】板状端部材１０２の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、突き合せ部Ｎに、第一ショルダ１１と板状端部材１０２の表面（化粧面）Ｓａとを対向させ、スライド軸４側から見て右回転させたボビンツール５のピン１３を移動させて端面同士を摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離を板状端部材１０２の板厚以下に設定するとともに、ピン１３の外周面には、第一ショルダ１１側に右ネジの上部螺旋溝１３ａが形成されており、この右ネジの螺旋溝がショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする。
【解決手段】板状端部材１０２の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、突き合せ部Ｎに、第一ショルダ１１と板状端部材１０２の表面（化粧面）Ｓａとを対向させ、スライド軸４側から見て右回転させたボビンツール５のピン１３を移動させて端面同士を摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離を板状端部材１０２の板厚以下に設定するとともに、ピン１３の外周面には、第一ショルダ１１側に右ネジの上部螺旋溝１３ａが形成されており、この右ネジの螺旋溝がショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボビンツールを用いて一対の金属板を接合する接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属板の端面同士を摩擦攪拌接合するツールとしてボビンツールが知られている。ボビンツールは、一対のショルダとこのショルダの間に形成されたピンとを備えている。一対の金属板を接合する際には、金属板を移動不能に拘束した上で、金属板の一端側から高速回転させたボビンツールを挿入し、突き合せ部に沿ってピンを移動させる。これにより、端面同士の周囲の金属が摩擦攪拌されて金属板同士を接合することができる。
【０００３】
ボビンツールによれば、金属板の裏側にもショルダが配置されるため、通常、金属板の裏側に配置する裏当部材を省略することができる。特に、中空形材の端部同士を接合する際には、裏当部材を設置する作業が煩雑になるため、作業手間を大幅に省略することができる。また、ピンの外周面に例えば螺旋溝を設けることが知られており、この螺旋溝があることで摩擦攪拌の攪拌効率を向上させることができる。
【０００４】
ボビンツールを用いた摩擦攪拌接合においては、ピンの軸方向の中心と、金属板の高さ方向の中心とを合わせつつ接合することが好ましいが、金属板が摩擦熱によって変形する場合がある。摩擦熱によって金属板が変形すると、ピンの中心と金属板の中心とが合わなくなり、接合不良になる場合がある。そこで、摩擦攪拌中において、ピンの軸方向の中心と金属板の中心とが極力合うように、金属板の変形に追従してボビンツールが軸方向に移動するように摩擦攪拌装置を構成すればよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２７１２８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、ピンの外周面に螺旋溝を形成する場合、塑性流動化された金属はその螺旋溝によって導かれて移動する。前記したように、摩擦攪拌中にボビンツールを軸方向に移動可能に構成すると、この金属の移動によってボビンツールのショルダが力を受けるため、このボビンツールが軸方向にわずかに移動する可能性がある。これにより、金属板の表面にボビンツールが入り込み、凹溝が形成されるという問題がある。摩擦攪拌接合後に金属板の表面を平滑にするための仕上げ処理等を考慮すると、金属板の化粧面側には、凹溝の発生を極力回避したいという要望がある。
【０００７】
このような観点から、本発明は、ボビンツールを用いて一対の金属板を接合する際に、金属板の化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる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】
【０００８】
このような課題を解決するために本発明は、第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、前記ピンの外周面の前記第一ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする。
【０００９】
かかる接合方法によれば、第一ショルダ側の右ネジは２５％以上の割合で形成されているため、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【００１０】
また、前記外周面のうち前記右ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第二ショルダまでの間に、左ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
【００１１】
また、本発明は、第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、前記ピンの外周面の前記第一ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする。
【００１２】
かかる接合方法によれば、第一ショルダ側の左ネジは２５％以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【００１３】
また、前記外周面のうち前記左ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第二ショルダまでの間に、右ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
【００１４】
また、本発明は、第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、前記ピンの外周面の前記第二ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする。
【００１５】
かかる接合方法によれば、第二ショルダ側の左ネジは２５％以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸とは反対側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【００１６】
また、前記外周面のうち前記左ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第一ショルダまでの間に、右ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
【００１７】
また、本発明は、第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、前記ピンの外周面の前記第二ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする。
【００１８】
かかる接合方法によれば、第二ショルダ側の右ネジは２５％以上の割合で形成されているため、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸とは反対側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【００１９】
また、前記外周面のうち前記右ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第一ショルダまでの間に、左ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
【００２０】
また、前記接合工程では、前記金属板の化粧面側を冷却しながら接合することが好ましい。かかる接合方法によれば、流動化された金属の温度の上昇を抑えることにより、凹溝の発生をより抑えることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る接合方法によれば、ボビンツールを用いて一対の金属板を接合する際に、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一実施形態に係るボビンツールと中空形材を示す斜視図である。
【図２】金属部材の突き合せ状態を示す図であって（ａ）は突き合せ前、（ｂ）は突き合せ後を示す。
【図３】第一実施形態に係るボビンツールを示す一部透過斜視図である。
【図４】第一実施形態に係るボビンツールを示す斜視図である。
【図５】第一実施形態に係るボビンツールを示す側面図を示す。
【図６】第一実施形態に係る接合方法を示す側断面図である。
【図７】第二実施形態に係る接合方法を示す側断面図である。
【図８】実施例において、金属板の段差に及ぼすネジ比率の影響（突き合せ部の隙間０ｍｍ）を示したグラフである。
【図９】実施例において、金属板の段差に及ぼすネジ比率の影響（突き合せ部の隙間１．５ｍｍ）を示したグラフである。
【図１０】実施例に係る条件Ａの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図１１】実施例に係る条件Ｂの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図１２】実施例に係る条件Ｃの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図１３】実施例に係る条件Ｄの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図１４】実施例に係る条件Ｅの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図１５】実施例の結果をまとめた表である。
【図１６】ボビンツールを左回転させた場合の概念をまとめた表である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る摩擦攪拌装置１は、突き合わされた一対の金属板の突き合せ部Ｎを摩擦攪拌接合する装置である。摩擦攪拌装置１の先端にはボビンツール５が装着されている。まずは、接合する一対の金属板の説明をする。説明における上下前後左右は図１の矢印に従う。
【００２４】
＜中空形材＞
図２の（ａ）に示すように、本実施形態では中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを接合する場合を例示する。中空形材１００Ａは、アルミニウム合金製の押出形材であって、断面視矩形の中空部１００ａを有する長尺部材である。中空形材１００Ａは、中空部１００ａを備えた本体部１０１と、本体部１０１の左側面の上下端からそれぞれ左側（中空形材１００Ｂ側）に張り出した板状端部材１０２，１０３とを有する。
【００２５】
本体部１０１は、４つの板状部材１０４，１０５，１０６，１０７で構成され、断面視矩形を呈するように形成されている。板状端部材１０２，１０３は、板状を呈し板状部材１０５に対して垂直になっている。板状端部材１０２，１０３の左右方向の長さは、板状部材１０４の半分程度になっている。また、板状端部材１０２，１０３は、板状部材１０４，１０５，１０６，１０７と同等の厚さになっている。板状端部材１０２，１０３は、特許請求の範囲の「金属板」に相当する部位である。
【００２６】
中空形材１００Ｂは、中空形材１００Ａと同等の形状を呈する金属部材である。中空形材１００Ｂは、中空形材１００Ａと同等の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２７】
中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを突き合わせる際には、中空形材１００Ａの板状端部材１０２，１０３と中空形材１００Ｂの１０２，１０３とをそれぞれ突き合わせる。より詳しくは、中空形材１００Ａの板状端部材１０２の端面１０２ａと中空形材１００Ｂの板状端部材１０２の端面１０２ａとを突き合わせるとともに、中空形材１００Ａの板状端部材１０３の端面１０３ａと中空形材１００Ｂの板状端部材１０３の端面１０３ａとをそれぞれ突き合わせる。図２の（ｂ）に示すように、中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを突き合わせると、端面１０２ａ，１０２ａの高さ方向の中心同士が重なるとともに、板状端部材１０２，１０２の上面と下面とがそれぞれ面一になる。
【００２８】
図２の（ｂ）に示すように、端面１０２ａ，１０２ａ、端面１０３ａ，１０３ａがそれぞれ突き合わされた部分を「突き合せ部Ｎ」とする。突き合せ部Ｎを接合する際には、端面１０２ａ，１０２ａが密接していることが好ましいが、中空形材１００Ａ，１００Ｂの公差や、接合時における摩擦熱によって板状端部材１０２，１０２が変形し、端面１０２ａ，１０２ａとの間に微細な隙間が生じる場合がある。突き合せ部Ｎとは、端面１０２ａ，１０２ａに微細な隙間が生じている場合も含む概念とする。
【００２９】
また、図２の（ｂ）に示すように、中空形材１００Ａ，１００Ｂを突き合わせた際に、表側に露出する面を表面Ｓａ、表面Ｓａと反対側の面を裏面Ｓｂとする。
【００３０】
なお、本実施形態では接合する対象として中空形材の板状端部材を例示しているが、接合する対象は、摩擦攪拌可能な金属で形成されており、板状を呈する部材であれば特に制限されるものではない。
【００３１】
＜摩擦攪拌装置＞
図３及び図４に示すように、摩擦攪拌装置１は、外部ホルダー２と、外部ホルダー２の内部に配設される内部ホルダー３と、内部ホルダー３内に挿通されるスライド軸４と、スライド軸４の先端に取り付けられたボビンツール５とを有する。
【００３２】
外部ホルダー２は、円筒状を呈する部材であって内側に内部ホルダー３を収容する。外部ホルダー２は、摩擦攪拌装置１のチャック部（図示省略）に固定される部位であって、摩擦攪拌装置１の回転駆動に伴って上下方向軸回りに回転する。図４に示すように、内部ホルダー３は、円筒状を呈する部材であって、その外周面には径方向に貫通する長孔３ａが形成されている。内部ホルダー３は、外部ホルダー２に固定されることにより外部ホルダー２と一体的に回転する。
【００３３】
スライド軸４は、内部ホルダー３の内部に挿通される軸部材である。スライド軸４の側面には、外側に向けて突出する突部４ａが形成されている。突部４ａと内部ホルダー３の長孔３ａとが係合することで、内部ホルダー３とスライド軸４とが一体的に回転する。スライド軸４は、内部ホルダー３に対して長孔３ａの範囲内において、上下方向に移動可能になっている。
【００３４】
ボビンツール５は、例えば工具鋼で形成されておりスライド軸４に連結されている。ボビンツール５は、スライド軸４の回転に伴って上下方向の軸周りに回転する。ボビンツール５は、第一ショルダ１１と、第一ショルダ１１の下方に間をあけて配設された第二ショルダ１２と、第一ショルダ１１と第二ショルダ１２とを連結するピン１３とを有する。
【００３５】
図５に示すように、第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２は、円柱状を呈し、同等の外径を備えている。第一ショルダ１１は、スライド軸４に連結されている。ピン１３は、円柱状を呈し、第一ショルダ１１と第二ショルダ１２とを連結する。第二ショルダ１２にはピン１３が貫通しており、ピン１３と第二ショルダ１２の下端とがナットで固定されている。
【００３６】
ピン１３の外径Ｙは、第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２の外径Ｘよりも小さくなっている。ピン１３の外周面には、上半分に形成された右ネジの上部螺旋溝１３ａと、下半分に形成された左ネジの下部螺旋溝１３ｂとが刻設されている。つまり、上部螺旋溝１３ａは上から下に向けて右回りに巻回されるように刻設されており、下部螺旋溝１３ｂは、上から下に向けて左回りに巻回されるように刻設されている。
【００３７】
ボビンツール５のショルダ間距離Ｚ（ピン１３の長さ）は、中空形材１００Ａの板状端部材１０２の板厚Ｔ以下になっていることが好ましい。例えば、本実施形態では、ショルダ間距離Ｚは、中空形材１００Ａの板状端部材１０２の板厚Ｔよりも０．４ｍｍ小さくなっている。上部螺旋溝１３ａ、下部螺旋溝１３ｂの溝の深さや、ピッチ等は摩擦攪拌する金属板の材料や板厚Ｔ、ショルダ間距離Ｚ等に応じて適宜設定すればよい。
【００３８】
第一実施形態では、上部螺旋溝１３ａと下部螺旋溝１３ｂとはショルダ間距離Ｚに対して５０：５０の割合で形成されているが、ボビンツール５を右回転する場合、第一ショルダ１１側の右ネジの上部螺旋溝１３ａと第二ショルダ１２側の左ネジの下部螺旋溝１３ｂとがショルダ間距離Ｚに対して２５:７５〜１００:０の割合で形成されていることが好ましい。つまり、右ネジの上部螺旋溝１３ａは、第一ショルダ１１側において、ショルダ間距離Ｚに対して２５％以上の部分に形成され、上部螺旋溝１３ａ以外の部分の全てが左ネジの下部螺旋溝１３ｂとなるように形成されていてもよい。ボビンツール５を右回転させる場合は、左ネジを設けずに、ピン１３の軸方向の全長にわたって右ネジを設けてもよい。
【００３９】
ここで、摩擦攪拌接合を行うと、摩擦熱によって板状端部材１０２，１０２の温度が上昇し、板状端部材１０２，１０２が上方又は下方に反ってしまい、ボビンツール５がその反りに応じて上向き又は下向きの力を受ける。また、摩擦攪拌によって塑性流動化した金属の移動に応じてボビンツール５が上向き又は下向きの力を受ける。
【００４０】
本実施形態に係る摩擦攪拌装置１は、スライド軸４が内部ホルダー３内を移動可能に形成されているため、板状端部材１０２が例えば上方に反った場合や塑性流動化された金属が上向きに流れている場合に、その反りや移動に追従してボビンツール５が所定の距離だけ上方に移動するように構成されている。一方、摩擦攪拌装置１は、板状端部材１０２が例えば下方に反った場合や塑性流動化された金属が下向きに流れている場合に、その反りや移動に追従してボビンツール５が所定の距離だけ下方に移動するように構成されている。
【００４１】
なお、螺旋溝に基づく上下方向への金属の移動は、ボビンツール５のピン１３の回転による周方向での金属の移動に比べて微量に止まるものである。したがって、塑性流動化された金属に基づくボビンツール５の移動も微量に止まるものである。
【００４２】
次に、第一実施形態のボビンツール５を用いた接合方法について説明する。
第一実施形態の接合方法では、ボビンツール５を右回転させて接合を行う。具体的には、この接合方法では、中空形材同士を突き合わせる突き合せ工程と、突き合せ部Ｎにボビンツール５を挿入する接合工程と、を行う。ここでは、表面Ｓａを化粧面として設定する。
【００４３】
突き合せ工程では、図２に示すように、中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを板状端部材１０２同士で対向させ、端面１０２ａ，１０２ａ同士及び端面１０３ａ，１０３ａ同士を面接触させる。より詳しくは、一方の端面１０２ａの中点と、他方の端面１０２ａの中点とが重なるように面接触させる。なお、突き合わせた後は、中空形材１００Ａ，１００Ｂが離間しないように、突き合せ部Ｎに沿って溶接などで仮付けを行ってもよい。中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを突き合わせたら、両者を移動不能に拘束する。
【００４４】
接合工程では、突き合せ部Ｎの外部において、ピン１３の中心１３ｃが、突き合せ部Ｎの中心Ｎｃと重なるように位置させる。そして、図６に示すように、右回転させたボビンツール５を突き合せ部Ｎに沿って移動させる。ボビンツール５が突き合せ部Ｎに挿入されると、高速回転するピン１３によってピン１３の周囲の金属が摩擦攪拌され板状端部材１０２同士が一体化される。ピン１３の軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。
【００４５】
この接合方法によれば、摩擦攪拌されて流動化された金属は、ピン１３の右ネジの上部螺旋溝１３ａと、左ネジの下部螺旋溝１３ｂに導かれて板状端部材１０２の中心Ｎｃから表面Ｓａ側及び裏面Ｓｂ側にそれぞれ移動する。右ネジの上部螺旋溝１３ａは２５％以上の割合で形成されているため、この螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５が板状端部材１０２に対してスライド軸４側に押され、表面（化粧面）Ｓａに深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。凹溝の発生を防ぐか又は凹溝を小さくすることで、表面（化粧面）Ｓａを平滑にする仕上げ処理が容易になる。
【００４６】
また、第一実施形態では、上部螺旋溝１３ａと下部螺旋溝１３ｂの割合が５０：５０であるため、移動する金属量を均等にすることができる。これにより、ピン１３の中心１３ｃと突き合せ部Ｎの中心Ｎｃとの位置ずれを防ぐことができる。また、上部螺旋溝１３ａ及び下部螺旋溝１３ｂが刻設されているため、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
【００４７】
板状端部材１０２の板厚Ｔ（ｍｍ）、ショルダ間距離Ｚ（ｍｍ）の関係は板状端部材１０２同士の隙間、板厚、その他の各条件に基づいて下記の式（１）の範囲で適宜設定すればよい。
０≦（Ｔ−Ｚ）≦０．８・・・（式１）
【００４８】
Ｔ−Ｚの値が０より小さくなると、ボビンツール５の第一ショルダ１１の下面及び第二ショルダ１２の上面で塑性流動化した金属を十分に押圧することができなくなるため塑性化領域Ｗの金属が不足して接合欠陥が生じやすい。一方、Ｔ−Ｚの値が０．８を超えると摩擦攪拌装置１への負荷が大きくなるため不適切である。
【００４９】
接合工程を行う際には、板状端部材１０２の表面（化粧面）Ｓａに対して、例えば冷却された気体や液体等を供給可能な冷却装置によって、冷却しながら行うことが好ましい。これにより、板状端部材１０２の変形を抑制して接合精度を向上させることができる。なお、板状端部材１０２の裏面Ｓｂ側を冷却しながら接合を行ってもよい。
【００５０】
［第二実施形態］
第二実施形態に係る接合方法では、ボビンツールの螺旋溝の構成及び回転方向が第一実施形態と相違する。第二実施形態の説明においては、第一実施形態と共通する点については、詳細な説明を省略する。
【００５１】
図７は、第二実施形態に係る接合方法を示す側断面図である。ボビンツール５Ａのピン１３の外周面には、上半分に形成された左ネジの上部螺旋溝１３ａと、下半分に形成された右ネジの下部螺旋溝１３ｂとが刻設されている。つまり、上部螺旋溝１３ａは上から下に向けて左回りに巻回されるように刻設されており、下部螺旋溝１３ｂは上から下に向けて右回りに巻回されるように刻設されている。
【００５２】
ボビンツール５Ａのショルダ間距離（ピン１３の長さ）Ｚは、中空形材１００Ａの板状端部材１０２の板厚Ｔ以下になっていることが好ましい。例えば、本実施形態では、ショルダ間距離Ｚは、中空形材１００Ａの板状端部材１０２の板厚Ｔよりも０．４ｍｍ小さくなっている。
【００５３】
第二実施形態では、上部螺旋溝１３ａと下部螺旋溝１３ｂとはショルダ間距離Ｚに対して５０：５０の割合で形成されているが、ボビンツール５Ａを左回転する場合、第一ショルダ１１側の左ネジの上部螺旋溝１３ａと第二ショルダ１２側の右ネジの下部螺旋溝１３ｂとがショルダ間距離Ｚに対して２５:７５〜１００:０の割合で形成されていることが好ましい。つまり、左ネジの上部螺旋溝１３ａは、第一ショルダ１１側において、ショルダ間距離Ｚに対して２５％以上の部分に形成され、上部螺旋溝１３ａ以外の部分の全てが右ネジの下部螺旋溝１３ｂとなるように形成されていてもよい。ボビンツール５Ａを左回転させる場合は、右ネジを設けずに、ピン１３の軸方向の全長にわたって左ネジを設けてもよい。
【００５４】
次に、第二実施形態のボビンツール５Ａを用いた接合方法ついて説明する。
第二実施形態の接合方法では、ボビンツール５Ａを左回転させて接合を行う。具体的には、この接合方法では、中空形材同士を突き合わせる突き合せ工程と、突き合せ部Ｎにボビンツール５Ａを挿入する接合工程と、を行う。ここでは、表面Ｓａを化粧面として設定する。突合工程は、第一実施形態と同等であるため、説明を省略する。
【００５５】
接合工程では、突き合せ部Ｎの外部において、ピン１３の中心１３ｃが、突き合せ部Ｎの中心Ｎｃと重なるように位置させる。そして、図７に示すように、左回転させたボビンツール５Ａを突き合せ部Ｎに沿って移動させる。ボビンツール５Ａが突き合せ部Ｎに挿入されると、高速回転するピン１３によってピン１３の周囲の金属が摩擦攪拌され板状端部材１０２同士が一体化される。ピン１３の軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。
【００５６】
この接合方法によれば、摩擦攪拌されて流動化された金属は、ピン１３の左ネジの上部螺旋溝１３ａと、右ネジの下部螺旋溝１３ｂに導かれて板状端部材１０２の中心Ｎｃから表面Ｓａ側及び裏面Ｓｂ側にそれぞれ移動する。左ネジの上部螺旋溝１３ａは２５％以上の割合で形成されているため、この螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５Ａが板状端部材１０２に対してスライド軸４側に押され、表面（化粧面）Ｓａに深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【００５７】
また、第二実施形態では、上部螺旋溝１３ａと下部螺旋溝１３ｂの割合が５０：５０であるため、移動する金属量を均等にすることができる。これにより、ピン１３の中心１３ｃと突き合せ部Ｎの中心Ｎｃとの位置ずれを防ぐことができる。また、上部螺旋溝１３ａ及び下部螺旋溝１３ｂが刻設されているため、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
【実施例】
【００５８】
次に、本発明の実施例について説明する。実施例では、第一実施形態のように、ボビンツール５の回転方向をスライド軸４側から見て右回転に設定した。また、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を変化させて５種類の条件Ａ〜Ｅを設定し摩擦攪拌接合を行った。
【００５９】
条件Ａ（比較例）では、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を０：１００に設定した（右ネジ無し）。
条件Ｂでは、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を２５：７５に設定した。
条件Ｃでは、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を５０：５０に設定した。
条件Ｄでは、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を７５：２５に設定した。
条件Ｅでは、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を１００：０に設定した（左ネジ無し）。
【００６０】
また、実施例では、板厚Ｔが６．２ｍｍのアルミニウム合金の金属板（Ａ６０６３−Ｔ５）を一対用意して接合した。ボビンツール５の第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２の外径Ｘは２０ｍｍ、ピン１３の外径Ｙは１２ｍｍ、ショルダ間距離Ｚは５．８ｍｍに設定した。螺旋溝の深さは０．８１ｍｍに設定した。ボビンツール５の回転数は８００ｒｐｍ、接合速度は６００ｍｍ／ｍｉｎに設定した。また、各条件において、突き合せ部Ｎの隙間との関係を調査するために、隙間を０ｍｍ、１．２５ｍｍ、１．５０ｍｍ、１．７５ｍｍ、２．００ｍｍと変えて試験を行った。
【００６１】
図８は、実施例において、金属板の段差に及ぼすネジ比率の影響（突き合せ部の隙間０ｍｍ）を示したグラフである。図９は、実施例において、金属板の段差に及ぼすネジ比率の影響（突き合せ部の隙間１．５ｍｍ）を示したグラフである。「Ａｄ側」とは、ボビンツールの回転方向と進行方向が同一側＝右回転の場合進行方向左側、を意味する。「Ｒｅ側」とは、ボビンツールの回転方向と進行方向が相違する側＝右回転の場合進行方向右側を意味する。段差は、接合前の金属板を基準（基準＝０）として、接合後の各所の高さ位置を示している。段差がプラス値である場合は凸状になっており、マイナス値である場合は凹状（凹溝）になっていることを示している。
【００６２】
図８に示すように、「▲」で示す表面ＳａのＲｅ側は、条件Ａ〜Ｅにおいて、プラスの値を示している。つまり、表面ＳａのＲｅ側は、常に凸状になっている。
【００６３】
一方、「◆」で示す表面ＳａのＡｄ側は、条件Ａにおいて、大きなマイナス値を示している。つまり、条件Ａにおいて、表面ＳａのＡｄ側は、大きく凹状になっている。そして、「◆」で示す表面ＳａのＡｄ側は、右ネジの割合が大きくなるにつれて、表面ＳａのＡｄ側の凹みが徐々に小さくなり、条件Ｅでは凸状になっている。
【００６４】
他方、「■」で示す裏面ＳｂのＡｄ側は、条件Ａにおいて、大きなプラス値を示している。つまり、条件Ａにおいて、裏面ＳｂのＡｄ側は、大きく凸状になっている。そして、「■」で示す裏面ＳｂのＡｄ側は、右ネジの割合が大きくなるにつれて、裏面ＳｂのＡｄ側の凹みが徐々に大きくなり、条件Ｄ、条件Ｅでは凹状になっている。つまり、「◆」で示す表面ＳａのＡｄ側と、「■」で示す裏面ＳｂのＡｄ側は、右ネジの割合に応じて相反する関係にある。また、「◆」で示す表面ＳａのＡｄ側と、「■」で示す裏面ＳｂのＡｄ側は、条件Ｃ（５０：５０）でもわずかに凹状になっている。
【００６５】
図８と図９とを対比すると、突き合せ部の隙間を１．５ｍｍにしても、突き合せ部の隙間が０ｍｍである場合とさほど段差の傾向は変わらないことがわかる。図９の「▲」で示す表面ＳａのＲｅ側の値及び「●」で示す裏面ＳｂのＲｅ側の値は、図８と比べると全体的に小さくなっていることがわかる。
【００６６】
図１０は、実施例に係る条件Ａの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図１１は、実施例に係る条件Ｂの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図１２は、実施例に係る条件Ｃの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図１３は、実施例に係る条件Ｄの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図１４は、実施例に係る条件Ｅの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図１０〜１４における各図の左欄は塑性化領域Ｗのマクロ組織観察を行った断面図を示し、中欄は塑性化領域Ｗの表面（化粧面）Ｓａ側の平面図を示し、右欄は塑性化領域Ｗの裏面Ｓｂ側の平面図を示す。
【００６７】
図１０の左欄に示すように、条件Ａ（比較例）の場合、表面（化粧面）Ｓａ側には大きな凹溝Ｖが形成されているが、裏面Ｓｂ側には凹溝Ｖが無い。突き合せ部の隙間が１．７５ｍｍ、２．００ｍｍでは表面Ｓａ側に接合欠陥Ｑが形成されている。塑性化領域Ｗは、裏面Ｓｂに向けて徐々に幅広になるようになっている。塑性化領域Ｗの縞模様は、左右非対称になっている。塑性化領域ＷのＲｅ側よりもＡｄ側の方が縞模様が濃くなっている。また、図１０では、金属板の表面Ｓａ側に比べて裏面Ｓｂ側の方がバリＰが少ない。
【００６８】
図１１の左欄に示すように、条件Ｂの場合、表面（化粧面）Ｓａ側には条件Ａに比べて小さな凹溝Ｖが形成されているが、裏面Ｓｂ側には凹溝Ｖが無い。突き合せ部の隙間が２．００ｍｍでは金属板の内部に接合欠陥Ｑが形成されている。塑性化領域Ｗの縞模様は、左右非対称になっている。塑性化領域ＷのＲｅ側よりもＡｄ側の方が縞模様が濃くなっている。図１１の条件Ｂの裏面Ｓｂと図１０の条件Ａの裏面Ｓｂとを対比すると、条件Ｂの方がバリＰが多く発生し面が荒くなっている。
【００６９】
図１２の左欄に示すように、条件Ｃの場合、表面（化粧面）Ｓａ側には小さな凹溝Ｖが形成されており、裏面Ｓｂ側にも小さな凹溝Ｖが形成されている。突き合せ部の隙間が２．０ｍｍでは金属板の内部に接合欠陥Ｑが形成されている。塑性化領域Ｗの上下の縞模様及び左右の縞模様はそれぞれ略対称になっている。図１２の条件Ｃの表面Ｓａと図１１の条件Ｂの表面Ｓａとを対比すると、条件Ｃの表面Ｓａの方が凹溝Ｖの深さが若干小さい。また、条件Ｃの表面Ｓａには、バリＰがほぼ無い。また、条件Ｃの裏面Ｓｂには、Ａｄ側よりもＲｅ側の方がバリＰが多く発生している。
【００７０】
図１３の左欄に示すように、条件Ｄの場合、表面（化粧面）Ｓａ側には凹溝Ｖが形成されておらず、裏面Ｓｂ側には小さな凹溝Ｖが形成されている。突き合せ部の隙間２．００ｍｍでは、金属板の内部に接合欠陥Ｑが形成されている。また、表面Ｓａよりも裏面Ｓｂの方がバリＰが多く発生している。
【００７１】
図１４の左欄に示すように、条件Ｅの場合、表面（化粧面）Ｓａ側には凹溝Ｖが形成されておらず、Ｓｂ側には大きな凹溝Ｖが形成されている。突き合せ部の隙間１．７５ｍｍ、隙間２．００ｍｍでは、金属板の内部に接合欠陥Ｑが形成されている。塑性化領域Ｗは裏面Ｓｂに向けて徐々に幅狭になるようになっている。裏面ＳｂにはバリＰが多く発生しているのに対し、表面ＳａにはバリＰが発生していない。
【００７２】
図１５は、実施例の結果をまとめた表である。符号は、第一実施形態の符号をそのまま参照するものとする。図１５の条件Ａ（比較例）の概念図に示すように、右回転で左ネジを１００％の範囲で設けると、流動化した金属は螺旋溝に導かれて裏面Ｓｂ側に移動する。この金属の移動によって、ボビンツール５の第二ショルダ１２が押され、金属板に対してボビンツール５がスライド軸４とは反対側（裏面Ｓｂ側）に移動する。これにより、ボビンツール５が表面（化粧面）Ｓａ側に深く入り込むため表面Ｓａ側には大きな凹溝Ｖが形成される。
【００７３】
一方、図１５の条件Ｂ〜Ｅに示すように、上部螺旋溝１３ａとして右ネジ部分を２５％以上設ける場合には、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５がスライド軸４側に押され、金属板の表面Ｓａ（化粧面）にボビンツール５が深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、表面Ｓａ（化粧面）に凹溝Ｖが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Ｖが形成されたとしてもその凹溝Ｖの深さを小さくすることができる。これにより、接合後の金属板の表面Ｓａを平滑にするための仕上げ処理の手間を少なくすることができる。ただし、条件Ｂ、条件Ｃにおいては突き合せ部の隙間２．００ｍｍの場合、条件Ｄ、条件Ｅにおいては突き合せ部の隙間１．７５ｍｍ、隙間２．００ｍｍの場合は接合欠陥Ｑが発生するため不適切である。これは、突き合せ部の隙間が大きいと接合部分の金属材料が減少するためと考えられる。
【００７４】
なお、例えば条件Ｅのように、右回転で右ネジが１００％刻設されている場合において、ボビンツール５が板状端部材１０２に対して上方に移動して第一ショルダ１１の下面の高さ位置が板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面（化粧面）Ｓａよりも上方に位置し、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が大きい場合は金属の押さえが不十分になるが、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が微小である場合は、金属を十分に押えることができる。
【００７５】
また、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が微小である場合は、塑性化領域Ｗが摩擦攪拌前の表面Ｓａよりもわずかに突出することになる。しかし、板状端部材１０２の表面Ｓａを平滑にする処理は摩擦攪拌前の表面Ｓａの高さに合わせてその突出した部分を切削すればよいため仕上げ処理が容易になる。
【００７６】
また、実施例では、表面Ｓａ側を化粧面として設定したが、裏面Ｓｂ側を化粧面として設定してもよい。この場合は、図１５を参照するように、ボビンツール５の回転方向、螺旋溝の巻回方向を条件Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのように設定することで、裏面Ｓｂ（化粧面）側の凹溝Ｖが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Ｖが形成されたとしてもその凹溝Ｖの深さを小さくすることができる。
【００７７】
つまり、ボビンツール５を右回転させつつ裏面Ｓｂ側を化粧面として設定する場合は、金属板の端面同士を突き合わせる突き合わせ工程と、第二ショルダ１２と金属板の化粧面とを対向させ、かつ、ピン１３の軸方向の中心と金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、突き合せ部Ｎに右回転させたボビンツール５のピン１３を移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離Ｚを金属板の板厚以下に設定するとともに、ピン１３の外周面の第二ショルダ１２側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝がショルダ間距離Ｚに対して２５％以上の割合で形成されていることが好ましい。
【００７８】
かかる接合方法によれば、第二ショルダ１２側の左ネジは２５％以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５がスライド軸４とは反対側に押され、金属板の裏面（化粧面）Ｓｂにボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【００７９】
図１６は、ボビンツールを左回転させる場合の概念をまとめた表である。
条件Ｆ（比較例）では、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を０：１００に設定した（左ネジ無し）。
条件Ｇでは、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を２５：７５に設定した。
条件Ｈでは、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を５０：５０に設定した。
条件Ｉでは、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を７５：２５に設定した。
条件Ｊでは、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を１００：０に設定した（右ネジ無し）。
【００８０】
第二実施形態で示したように、左回転させる場合は、上部螺旋溝１３ａに左ネジを設け、下部螺旋溝１３ｂに右ネジを設けたボビンツール５Ａを用いる。ボビンツール５Ａを左回転させる場合は、第一実施形態のボビンツール５とはネジの巻回方向が異なるため、結果的に実施例１と同等の作用効果を示す。つまり、条件Ｇ〜条件Ｊに示すように、摩擦攪拌されて流動化された金属は、ピン１３の左ネジの上部螺旋溝１３ａに導かれて第一ショルダ１１側に移動し、右ネジの下部螺旋溝１３ｂに導かれて第二ショルダ１２側に移動する。左ネジは２５％以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５Ａがスライド軸４側に押され、金属板の表面（化粧面）Ｓａにボビンツール５Ａが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、表面（化粧面）Ｓａに凹溝Ｖが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Ｖが形成されたとしてもその凹溝Ｖの深さを小さくすることができる。これにより、接合後の金属板の表面Ｓａを平滑にするための仕上げ処理の手間を少なくすることができる。
【００８１】
なお、例えば条件Ｊのように、左回転で左ネジが１００％刻設されている場合において、ボビンツール５が板状端部材１０２に対して上方に移動して第一ショルダ１１の下面の高さ位置が板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａよりも上方に位置し、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が大きい場合は金属の押さえが不十分になるが、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が微小である場合は、金属を十分に押えることができる。
【００８２】
また、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が微小である場合は、塑性化領域Ｗが摩擦攪拌前の表面Ｓａよりもわずかに突出することになる。しかし、板状端部材１０２の表面Ｓａを平滑にする処理は摩擦攪拌前の表面Ｓａの高さに合わせてその突出した部分を切削すればよいため仕上げ処理が容易になる。
【００８３】
なお、表面Ｓａ側を化粧面として設定したが、裏面Ｓｂ側を化粧面として設定してもよい。この場合は、図１６を参照するように、ボビンツール５の回転方向、螺旋溝の巻回方向を条件Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉのように設定することで、裏面Ｓｂ（化粧面）側の凹溝Ｖが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Ｖが形成されたとしてもその凹溝Ｖの深さを小さくすることができる。
【００８４】
つまり、ボビンツール５Ａを左回転させつつ裏面Ｓｂ側を化粧面として設定する場合は、金属板の端面同士を突き合わせる突き合わせ工程と、第二ショルダ１２と金属板の化粧面とを対向させ、かつ、ピン１３の軸方向の中心と金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、突き合せ部Ｎに左回転させたボビンツール５のピン１３を移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離Ｚを金属板の板厚以下に設定するとともに、ピン１３の外周面の第二ショルダ１２側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝がショルダ間距離Ｚに対して２５％以上の割合で形成されていることが好ましい。
【００８５】
かかる接合方法によれば、第二ショルダ１２側の右ネジは２５％以上の割合で形成されているため、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５がスライド軸とは反対側に押され、金属板の裏面（化粧面）Ｓｂにボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１ 摩擦攪拌装置
２ 外部ホルダー
３ 内部ホルダー
４ スライド軸
５ ボビンツール
１１ 第一ショルダ
１２ 第二ショルダ
１３ ピン
１３ａ 上部螺旋溝
１３ｂ 下部螺旋溝
１００Ａ中空形材
１００Ｂ中空形材
Ｎ 突き合せ部
Ｔ 金属板の厚さ
Ｐ バリ
Ｖ 凹溝
Ｗ 塑性化領域
Ｘ ショルダの外径
Ｙ ピンの外径
Ｚ ショルダ間距離（ピンの長さ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボビンツールを用いて一対の金属板を接合する接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属板の端面同士を摩擦攪拌接合するツールとしてボビンツールが知られている。ボビンツールは、一対のショルダとこのショルダの間に形成されたピンとを備えている。一対の金属板を接合する際には、金属板を移動不能に拘束した上で、金属板の一端側から高速回転させたボビンツールを挿入し、突き合せ部に沿ってピンを移動させる。これにより、端面同士の周囲の金属が摩擦攪拌されて金属板同士を接合することができる。
【０００３】
ボビンツールによれば、金属板の裏側にもショルダが配置されるため、通常、金属板の裏側に配置する裏当部材を省略することができる。特に、中空形材の端部同士を接合する際には、裏当部材を設置する作業が煩雑になるため、作業手間を大幅に省略することができる。また、ピンの外周面に例えば螺旋溝を設けることが知られており、この螺旋溝があることで摩擦攪拌の攪拌効率を向上させることができる。
【０００４】
ボビンツールを用いた摩擦攪拌接合においては、ピンの軸方向の中心と、金属板の高さ方向の中心とを合わせつつ接合することが好ましいが、金属板が摩擦熱によって変形する場合がある。摩擦熱によって金属板が変形すると、ピンの中心と金属板の中心とが合わなくなり、接合不良になる場合がある。そこで、摩擦攪拌中において、ピンの軸方向の中心と金属板の中心とが極力合うように、金属板の変形に追従してボビンツールが軸方向に移動するように摩擦攪拌装置を構成すればよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２７１２８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、ピンの外周面に螺旋溝を形成する場合、塑性流動化された金属はその螺旋溝によって導かれて移動する。前記したように、摩擦攪拌中にボビンツールを軸方向に移動可能に構成すると、この金属の移動によってボビンツールのショルダが力を受けるため、このボビンツールが軸方向にわずかに移動する可能性がある。これにより、金属板の表面にボビンツールが入り込み、凹溝が形成されるという問題がある。摩擦攪拌接合後に金属板の表面を平滑にするための仕上げ処理等を考慮すると、金属板の化粧面側には、凹溝の発生を極力回避したいという要望がある。
【０００７】
このような観点から、本発明は、ボビンツールを用いて一対の金属板を接合する際に、金属板の化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる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】
【０００８】
このような課題を解決するために本発明は、第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、前記ピンの外周面の前記第一ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする。
【０００９】
かかる接合方法によれば、第一ショルダ側の右ネジは２５％以上の割合で形成されているため、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【００１０】
また、前記外周面のうち前記右ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第二ショルダまでの間に、左ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
【００１１】
また、本発明は、第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、前記ピンの外周面の前記第一ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする。
【００１２】
かかる接合方法によれば、第一ショルダ側の左ネジは２５％以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【００１３】
また、前記外周面のうち前記左ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第二ショルダまでの間に、右ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
【００１４】
また、本発明は、第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、前記ピンの外周面の前記第二ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする。
【００１５】
かかる接合方法によれば、第二ショルダ側の左ネジは２５％以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸とは反対側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【００１６】
また、前記外周面のうち前記左ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第一ショルダまでの間に、右ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
【００１７】
また、本発明は、第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、前記ピンの外周面の前記第二ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする。
【００１８】
かかる接合方法によれば、第二ショルダ側の右ネジは２５％以上の割合で形成されているため、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸とは反対側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【００１９】
また、前記外周面のうち前記右ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第一ショルダまでの間に、左ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
【００２０】
また、前記接合工程では、前記金属板の化粧面側を冷却しながら接合することが好ましい。かかる接合方法によれば、流動化された金属の温度の上昇を抑えることにより、凹溝の発生をより抑えることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る接合方法によれば、ボビンツールを用いて一対の金属板を接合する際に、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一実施形態に係るボビンツールと中空形材を示す斜視図である。
【図２】金属部材の突き合せ状態を示す図であって（ａ）は突き合せ前、（ｂ）は突き合せ後を示す。
【図３】第一実施形態に係るボビンツールを示す一部透過斜視図である。
【図４】第一実施形態に係るボビンツールを示す斜視図である。
【図５】第一実施形態に係るボビンツールを示す側面図を示す。
【図６】第一実施形態に係る接合方法を示す側断面図である。
【図７】第二実施形態に係る接合方法を示す側断面図である。
【図８】実施例において、金属板の段差に及ぼすネジ比率の影響（突き合せ部の隙間０ｍｍ）を示したグラフである。
【図９】実施例において、金属板の段差に及ぼすネジ比率の影響（突き合せ部の隙間１．５ｍｍ）を示したグラフである。
【図１０】実施例に係る条件Ａの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図１１】実施例に係る条件Ｂの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図１２】実施例に係る条件Ｃの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図１３】実施例に係る条件Ｄの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図１４】実施例に係る条件Ｅの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図１５】実施例の結果をまとめた表である。
【図１６】ボビンツールを左回転させた場合の概念をまとめた表である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る摩擦攪拌装置１は、突き合わされた一対の金属板の突き合せ部Ｎを摩擦攪拌接合する装置である。摩擦攪拌装置１の先端にはボビンツール５が装着されている。まずは、接合する一対の金属板の説明をする。説明における上下前後左右は図１の矢印に従う。
【００２４】
＜中空形材＞
図２の（ａ）に示すように、本実施形態では中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを接合する場合を例示する。中空形材１００Ａは、アルミニウム合金製の押出形材であって、断面視矩形の中空部１００ａを有する長尺部材である。中空形材１００Ａは、中空部１００ａを備えた本体部１０１と、本体部１０１の左側面の上下端からそれぞれ左側（中空形材１００Ｂ側）に張り出した板状端部材１０２，１０３とを有する。
【００２５】
本体部１０１は、４つの板状部材１０４，１０５，１０６，１０７で構成され、断面視矩形を呈するように形成されている。板状端部材１０２，１０３は、板状を呈し板状部材１０５に対して垂直になっている。板状端部材１０２，１０３の左右方向の長さは、板状部材１０４の半分程度になっている。また、板状端部材１０２，１０３は、板状部材１０４，１０５，１０６，１０７と同等の厚さになっている。板状端部材１０２，１０３は、特許請求の範囲の「金属板」に相当する部位である。
【００２６】
中空形材１００Ｂは、中空形材１００Ａと同等の形状を呈する金属部材である。中空形材１００Ｂは、中空形材１００Ａと同等の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２７】
中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを突き合わせる際には、中空形材１００Ａの板状端部材１０２，１０３と中空形材１００Ｂの１０２，１０３とをそれぞれ突き合わせる。より詳しくは、中空形材１００Ａの板状端部材１０２の端面１０２ａと中空形材１００Ｂの板状端部材１０２の端面１０２ａとを突き合わせるとともに、中空形材１００Ａの板状端部材１０３の端面１０３ａと中空形材１００Ｂの板状端部材１０３の端面１０３ａとをそれぞれ突き合わせる。図２の（ｂ）に示すように、中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを突き合わせると、端面１０２ａ，１０２ａの高さ方向の中心同士が重なるとともに、板状端部材１０２，１０２の上面と下面とがそれぞれ面一になる。
【００２８】
図２の（ｂ）に示すように、端面１０２ａ，１０２ａ、端面１０３ａ，１０３ａがそれぞれ突き合わされた部分を「突き合せ部Ｎ」とする。突き合せ部Ｎを接合する際には、端面１０２ａ，１０２ａが密接していることが好ましいが、中空形材１００Ａ，１００Ｂの公差や、接合時における摩擦熱によって板状端部材１０２，１０２が変形し、端面１０２ａ，１０２ａとの間に微細な隙間が生じる場合がある。突き合せ部Ｎとは、端面１０２ａ，１０２ａに微細な隙間が生じている場合も含む概念とする。
【００２９】
また、図２の（ｂ）に示すように、中空形材１００Ａ，１００Ｂを突き合わせた際に、表側に露出する面を表面Ｓａ、表面Ｓａと反対側の面を裏面Ｓｂとする。
【００３０】
なお、本実施形態では接合する対象として中空形材の板状端部材を例示しているが、接合する対象は、摩擦攪拌可能な金属で形成されており、板状を呈する部材であれば特に制限されるものではない。
【００３１】
＜摩擦攪拌装置＞
図３及び図４に示すように、摩擦攪拌装置１は、外部ホルダー２と、外部ホルダー２の内部に配設される内部ホルダー３と、内部ホルダー３内に挿通されるスライド軸４と、スライド軸４の先端に取り付けられたボビンツール５とを有する。
【００３２】
外部ホルダー２は、円筒状を呈する部材であって内側に内部ホルダー３を収容する。外部ホルダー２は、摩擦攪拌装置１のチャック部（図示省略）に固定される部位であって、摩擦攪拌装置１の回転駆動に伴って上下方向軸回りに回転する。図４に示すように、内部ホルダー３は、円筒状を呈する部材であって、その外周面には径方向に貫通する長孔３ａが形成されている。内部ホルダー３は、外部ホルダー２に固定されることにより外部ホルダー２と一体的に回転する。
【００３３】
スライド軸４は、内部ホルダー３の内部に挿通される軸部材である。スライド軸４の側面には、外側に向けて突出する突部４ａが形成されている。突部４ａと内部ホルダー３の長孔３ａとが係合することで、内部ホルダー３とスライド軸４とが一体的に回転する。スライド軸４は、内部ホルダー３に対して長孔３ａの範囲内において、上下方向に移動可能になっている。
【００３４】
ボビンツール５は、例えば工具鋼で形成されておりスライド軸４に連結されている。ボビンツール５は、スライド軸４の回転に伴って上下方向の軸周りに回転する。ボビンツール５は、第一ショルダ１１と、第一ショルダ１１の下方に間をあけて配設された第二ショルダ１２と、第一ショルダ１１と第二ショルダ１２とを連結するピン１３とを有する。
【００３５】
図５に示すように、第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２は、円柱状を呈し、同等の外径を備えている。第一ショルダ１１は、スライド軸４に連結されている。ピン１３は、円柱状を呈し、第一ショルダ１１と第二ショルダ１２とを連結する。第二ショルダ１２にはピン１３が貫通しており、ピン１３と第二ショルダ１２の下端とがナットで固定されている。
【００３６】
ピン１３の外径Ｙは、第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２の外径Ｘよりも小さくなっている。ピン１３の外周面には、上半分に形成された右ネジの上部螺旋溝１３ａと、下半分に形成された左ネジの下部螺旋溝１３ｂとが刻設されている。つまり、上部螺旋溝１３ａは上から下に向けて右回りに巻回されるように刻設されており、下部螺旋溝１３ｂは、上から下に向けて左回りに巻回されるように刻設されている。
【００３７】
ボビンツール５のショルダ間距離Ｚ（ピン１３の長さ）は、中空形材１００Ａの板状端部材１０２の板厚Ｔ以下になっていることが好ましい。例えば、本実施形態では、ショルダ間距離Ｚは、中空形材１００Ａの板状端部材１０２の板厚Ｔよりも０．４ｍｍ小さくなっている。上部螺旋溝１３ａ、下部螺旋溝１３ｂの溝の深さや、ピッチ等は摩擦攪拌する金属板の材料や板厚Ｔ、ショルダ間距離Ｚ等に応じて適宜設定すればよい。
【００３８】
第一実施形態では、上部螺旋溝１３ａと下部螺旋溝１３ｂとはショルダ間距離Ｚに対して５０：５０の割合で形成されているが、ボビンツール５を右回転する場合、第一ショルダ１１側の右ネジの上部螺旋溝１３ａと第二ショルダ１２側の左ネジの下部螺旋溝１３ｂとがショルダ間距離Ｚに対して２５:７５〜１００:０の割合で形成されていることが好ましい。つまり、右ネジの上部螺旋溝１３ａは、第一ショルダ１１側において、ショルダ間距離Ｚに対して２５％以上の部分に形成され、上部螺旋溝１３ａ以外の部分の全てが左ネジの下部螺旋溝１３ｂとなるように形成されていてもよい。ボビンツール５を右回転させる場合は、左ネジを設けずに、ピン１３の軸方向の全長にわたって右ネジを設けてもよい。
【００３９】
ここで、摩擦攪拌接合を行うと、摩擦熱によって板状端部材１０２，１０２の温度が上昇し、板状端部材１０２，１０２が上方又は下方に反ってしまい、ボビンツール５がその反りに応じて上向き又は下向きの力を受ける。また、摩擦攪拌によって塑性流動化した金属の移動に応じてボビンツール５が上向き又は下向きの力を受ける。
【００４０】
本実施形態に係る摩擦攪拌装置１は、スライド軸４が内部ホルダー３内を移動可能に形成されているため、板状端部材１０２が例えば上方に反った場合や塑性流動化された金属が上向きに流れている場合に、その反りや移動に追従してボビンツール５が所定の距離だけ上方に移動するように構成されている。一方、摩擦攪拌装置１は、板状端部材１０２が例えば下方に反った場合や塑性流動化された金属が下向きに流れている場合に、その反りや移動に追従してボビンツール５が所定の距離だけ下方に移動するように構成されている。
【００４１】
なお、螺旋溝に基づく上下方向への金属の移動は、ボビンツール５のピン１３の回転による周方向での金属の移動に比べて微量に止まるものである。したがって、塑性流動化された金属に基づくボビンツール５の移動も微量に止まるものである。
【００４２】
次に、第一実施形態のボビンツール５を用いた接合方法について説明する。
第一実施形態の接合方法では、ボビンツール５を右回転させて接合を行う。具体的には、この接合方法では、中空形材同士を突き合わせる突き合せ工程と、突き合せ部Ｎにボビンツール５を挿入する接合工程と、を行う。ここでは、表面Ｓａを化粧面として設定する。
【００４３】
突き合せ工程では、図２に示すように、中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを板状端部材１０２同士で対向させ、端面１０２ａ，１０２ａ同士及び端面１０３ａ，１０３ａ同士を面接触させる。より詳しくは、一方の端面１０２ａの中点と、他方の端面１０２ａの中点とが重なるように面接触させる。なお、突き合わせた後は、中空形材１００Ａ，１００Ｂが離間しないように、突き合せ部Ｎに沿って溶接などで仮付けを行ってもよい。中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを突き合わせたら、両者を移動不能に拘束する。
【００４４】
接合工程では、突き合せ部Ｎの外部において、ピン１３の中心１３ｃが、突き合せ部Ｎの中心Ｎｃと重なるように位置させる。そして、図６に示すように、右回転させたボビンツール５を突き合せ部Ｎに沿って移動させる。ボビンツール５が突き合せ部Ｎに挿入されると、高速回転するピン１３によってピン１３の周囲の金属が摩擦攪拌され板状端部材１０２同士が一体化される。ピン１３の軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。
【００４５】
この接合方法によれば、摩擦攪拌されて流動化された金属は、ピン１３の右ネジの上部螺旋溝１３ａと、左ネジの下部螺旋溝１３ｂに導かれて板状端部材１０２の中心Ｎｃから表面Ｓａ側及び裏面Ｓｂ側にそれぞれ移動する。右ネジの上部螺旋溝１３ａは２５％以上の割合で形成されているため、この螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５が板状端部材１０２に対してスライド軸４側に押され、表面（化粧面）Ｓａに深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。凹溝の発生を防ぐか又は凹溝を小さくすることで、表面（化粧面）Ｓａを平滑にする仕上げ処理が容易になる。
【００４６】
また、第一実施形態では、上部螺旋溝１３ａと下部螺旋溝１３ｂの割合が５０：５０であるため、移動する金属量を均等にすることができる。これにより、ピン１３の中心１３ｃと突き合せ部Ｎの中心Ｎｃとの位置ずれを防ぐことができる。また、上部螺旋溝１３ａ及び下部螺旋溝１３ｂが刻設されているため、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
【００４７】
板状端部材１０２の板厚Ｔ（ｍｍ）、ショルダ間距離Ｚ（ｍｍ）の関係は板状端部材１０２同士の隙間、板厚、その他の各条件に基づいて下記の式（１）の範囲で適宜設定すればよい。
０≦（Ｔ−Ｚ）≦０．８・・・（式１）
【００４８】
Ｔ−Ｚの値が０より小さくなると、ボビンツール５の第一ショルダ１１の下面及び第二ショルダ１２の上面で塑性流動化した金属を十分に押圧することができなくなるため塑性化領域Ｗの金属が不足して接合欠陥が生じやすい。一方、Ｔ−Ｚの値が０．８を超えると摩擦攪拌装置１への負荷が大きくなるため不適切である。
【００４９】
接合工程を行う際には、板状端部材１０２の表面（化粧面）Ｓａに対して、例えば冷却された気体や液体等を供給可能な冷却装置によって、冷却しながら行うことが好ましい。これにより、板状端部材１０２の変形を抑制して接合精度を向上させることができる。なお、板状端部材１０２の裏面Ｓｂ側を冷却しながら接合を行ってもよい。
【００５０】
［第二実施形態］
第二実施形態に係る接合方法では、ボビンツールの螺旋溝の構成及び回転方向が第一実施形態と相違する。第二実施形態の説明においては、第一実施形態と共通する点については、詳細な説明を省略する。
【００５１】
図７は、第二実施形態に係る接合方法を示す側断面図である。ボビンツール５Ａのピン１３の外周面には、上半分に形成された左ネジの上部螺旋溝１３ａと、下半分に形成された右ネジの下部螺旋溝１３ｂとが刻設されている。つまり、上部螺旋溝１３ａは上から下に向けて左回りに巻回されるように刻設されており、下部螺旋溝１３ｂは上から下に向けて右回りに巻回されるように刻設されている。
【００５２】
ボビンツール５Ａのショルダ間距離（ピン１３の長さ）Ｚは、中空形材１００Ａの板状端部材１０２の板厚Ｔ以下になっていることが好ましい。例えば、本実施形態では、ショルダ間距離Ｚは、中空形材１００Ａの板状端部材１０２の板厚Ｔよりも０．４ｍｍ小さくなっている。
【００５３】
第二実施形態では、上部螺旋溝１３ａと下部螺旋溝１３ｂとはショルダ間距離Ｚに対して５０：５０の割合で形成されているが、ボビンツール５Ａを左回転する場合、第一ショルダ１１側の左ネジの上部螺旋溝１３ａと第二ショルダ１２側の右ネジの下部螺旋溝１３ｂとがショルダ間距離Ｚに対して２５:７５〜１００:０の割合で形成されていることが好ましい。つまり、左ネジの上部螺旋溝１３ａは、第一ショルダ１１側において、ショルダ間距離Ｚに対して２５％以上の部分に形成され、上部螺旋溝１３ａ以外の部分の全てが右ネジの下部螺旋溝１３ｂとなるように形成されていてもよい。ボビンツール５Ａを左回転させる場合は、右ネジを設けずに、ピン１３の軸方向の全長にわたって左ネジを設けてもよい。
【００５４】
次に、第二実施形態のボビンツール５Ａを用いた接合方法ついて説明する。
第二実施形態の接合方法では、ボビンツール５Ａを左回転させて接合を行う。具体的には、この接合方法では、中空形材同士を突き合わせる突き合せ工程と、突き合せ部Ｎにボビンツール５Ａを挿入する接合工程と、を行う。ここでは、表面Ｓａを化粧面として設定する。突合工程は、第一実施形態と同等であるため、説明を省略する。
【００５５】
接合工程では、突き合せ部Ｎの外部において、ピン１３の中心１３ｃが、突き合せ部Ｎの中心Ｎｃと重なるように位置させる。そして、図７に示すように、左回転させたボビンツール５Ａを突き合せ部Ｎに沿って移動させる。ボビンツール５Ａが突き合せ部Ｎに挿入されると、高速回転するピン１３によってピン１３の周囲の金属が摩擦攪拌され板状端部材１０２同士が一体化される。ピン１３の軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。
【００５６】
この接合方法によれば、摩擦攪拌されて流動化された金属は、ピン１３の左ネジの上部螺旋溝１３ａと、右ネジの下部螺旋溝１３ｂに導かれて板状端部材１０２の中心Ｎｃから表面Ｓａ側及び裏面Ｓｂ側にそれぞれ移動する。左ネジの上部螺旋溝１３ａは２５％以上の割合で形成されているため、この螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５Ａが板状端部材１０２に対してスライド軸４側に押され、表面（化粧面）Ｓａに深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【００５７】
また、第二実施形態では、上部螺旋溝１３ａと下部螺旋溝１３ｂの割合が５０：５０であるため、移動する金属量を均等にすることができる。これにより、ピン１３の中心１３ｃと突き合せ部Ｎの中心Ｎｃとの位置ずれを防ぐことができる。また、上部螺旋溝１３ａ及び下部螺旋溝１３ｂが刻設されているため、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
【実施例】
【００５８】
次に、本発明の実施例について説明する。実施例では、第一実施形態のように、ボビンツール５の回転方向をスライド軸４側から見て右回転に設定した。また、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を変化させて５種類の条件Ａ〜Ｅを設定し摩擦攪拌接合を行った。
【００５９】
条件Ａ（比較例）では、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を０：１００に設定した（右ネジ無し）。
条件Ｂでは、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を２５：７５に設定した。
条件Ｃでは、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を５０：５０に設定した。
条件Ｄでは、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を７５：２５に設定した。
条件Ｅでは、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を１００：０に設定した（左ネジ無し）。
【００６０】
また、実施例では、板厚Ｔが６．２ｍｍのアルミニウム合金の金属板（Ａ６０６３−Ｔ５）を一対用意して接合した。ボビンツール５の第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２の外径Ｘは２０ｍｍ、ピン１３の外径Ｙは１２ｍｍ、ショルダ間距離Ｚは５．８ｍｍに設定した。螺旋溝の深さは０．８１ｍｍに設定した。ボビンツール５の回転数は８００ｒｐｍ、接合速度は６００ｍｍ／ｍｉｎに設定した。また、各条件において、突き合せ部Ｎの隙間との関係を調査するために、隙間を０ｍｍ、１．２５ｍｍ、１．５０ｍｍ、１．７５ｍｍ、２．００ｍｍと変えて試験を行った。
【００６１】
図８は、実施例において、金属板の段差に及ぼすネジ比率の影響（突き合せ部の隙間０ｍｍ）を示したグラフである。図９は、実施例において、金属板の段差に及ぼすネジ比率の影響（突き合せ部の隙間１．５ｍｍ）を示したグラフである。「Ａｄ側」とは、ボビンツールの回転方向と進行方向が同一側＝右回転の場合進行方向左側、を意味する。「Ｒｅ側」とは、ボビンツールの回転方向と進行方向が相違する側＝右回転の場合進行方向右側を意味する。段差は、接合前の金属板を基準（基準＝０）として、接合後の各所の高さ位置を示している。段差がプラス値である場合は凸状になっており、マイナス値である場合は凹状（凹溝）になっていることを示している。
【００６２】
図８に示すように、「▲」で示す表面ＳａのＲｅ側は、条件Ａ〜Ｅにおいて、プラスの値を示している。つまり、表面ＳａのＲｅ側は、常に凸状になっている。
【００６３】
一方、「◆」で示す表面ＳａのＡｄ側は、条件Ａにおいて、大きなマイナス値を示している。つまり、条件Ａにおいて、表面ＳａのＡｄ側は、大きく凹状になっている。そして、「◆」で示す表面ＳａのＡｄ側は、右ネジの割合が大きくなるにつれて、表面ＳａのＡｄ側の凹みが徐々に小さくなり、条件Ｅでは凸状になっている。
【００６４】
他方、「■」で示す裏面ＳｂのＡｄ側は、条件Ａにおいて、大きなプラス値を示している。つまり、条件Ａにおいて、裏面ＳｂのＡｄ側は、大きく凸状になっている。そして、「■」で示す裏面ＳｂのＡｄ側は、右ネジの割合が大きくなるにつれて、裏面ＳｂのＡｄ側の凹みが徐々に大きくなり、条件Ｄ、条件Ｅでは凹状になっている。つまり、「◆」で示す表面ＳａのＡｄ側と、「■」で示す裏面ＳｂのＡｄ側は、右ネジの割合に応じて相反する関係にある。また、「◆」で示す表面ＳａのＡｄ側と、「■」で示す裏面ＳｂのＡｄ側は、条件Ｃ（５０：５０）でもわずかに凹状になっている。
【００６５】
図８と図９とを対比すると、突き合せ部の隙間を１．５ｍｍにしても、突き合せ部の隙間が０ｍｍである場合とさほど段差の傾向は変わらないことがわかる。図９の「▲」で示す表面ＳａのＲｅ側の値及び「●」で示す裏面ＳｂのＲｅ側の値は、図８と比べると全体的に小さくなっていることがわかる。
【００６６】
図１０は、実施例に係る条件Ａの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図１１は、実施例に係る条件Ｂの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図１２は、実施例に係る条件Ｃの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図１３は、実施例に係る条件Ｄの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図１４は、実施例に係る条件Ｅの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図１０〜１４における各図の左欄は塑性化領域Ｗのマクロ組織観察を行った断面図を示し、中欄は塑性化領域Ｗの表面（化粧面）Ｓａ側の平面図を示し、右欄は塑性化領域Ｗの裏面Ｓｂ側の平面図を示す。
【００６７】
図１０の左欄に示すように、条件Ａ（比較例）の場合、表面（化粧面）Ｓａ側には大きな凹溝Ｖが形成されているが、裏面Ｓｂ側には凹溝Ｖが無い。突き合せ部の隙間が１．７５ｍｍ、２．００ｍｍでは表面Ｓａ側に接合欠陥Ｑが形成されている。塑性化領域Ｗは、裏面Ｓｂに向けて徐々に幅広になるようになっている。塑性化領域Ｗの縞模様は、左右非対称になっている。塑性化領域ＷのＲｅ側よりもＡｄ側の方が縞模様が濃くなっている。また、図１０では、金属板の表面Ｓａ側に比べて裏面Ｓｂ側の方がバリＰが少ない。
【００６８】
図１１の左欄に示すように、条件Ｂの場合、表面（化粧面）Ｓａ側には条件Ａに比べて小さな凹溝Ｖが形成されているが、裏面Ｓｂ側には凹溝Ｖが無い。突き合せ部の隙間が２．００ｍｍでは金属板の内部に接合欠陥Ｑが形成されている。塑性化領域Ｗの縞模様は、左右非対称になっている。塑性化領域ＷのＲｅ側よりもＡｄ側の方が縞模様が濃くなっている。図１１の条件Ｂの裏面Ｓｂと図１０の条件Ａの裏面Ｓｂとを対比すると、条件Ｂの方がバリＰが多く発生し面が荒くなっている。
【００６９】
図１２の左欄に示すように、条件Ｃの場合、表面（化粧面）Ｓａ側には小さな凹溝Ｖが形成されており、裏面Ｓｂ側にも小さな凹溝Ｖが形成されている。突き合せ部の隙間が２．０ｍｍでは金属板の内部に接合欠陥Ｑが形成されている。塑性化領域Ｗの上下の縞模様及び左右の縞模様はそれぞれ略対称になっている。図１２の条件Ｃの表面Ｓａと図１１の条件Ｂの表面Ｓａとを対比すると、条件Ｃの表面Ｓａの方が凹溝Ｖの深さが若干小さい。また、条件Ｃの表面Ｓａには、バリＰがほぼ無い。また、条件Ｃの裏面Ｓｂには、Ａｄ側よりもＲｅ側の方がバリＰが多く発生している。
【００７０】
図１３の左欄に示すように、条件Ｄの場合、表面（化粧面）Ｓａ側には凹溝Ｖが形成されておらず、裏面Ｓｂ側には小さな凹溝Ｖが形成されている。突き合せ部の隙間２．００ｍｍでは、金属板の内部に接合欠陥Ｑが形成されている。また、表面Ｓａよりも裏面Ｓｂの方がバリＰが多く発生している。
【００７１】
図１４の左欄に示すように、条件Ｅの場合、表面（化粧面）Ｓａ側には凹溝Ｖが形成されておらず、Ｓｂ側には大きな凹溝Ｖが形成されている。突き合せ部の隙間１．７５ｍｍ、隙間２．００ｍｍでは、金属板の内部に接合欠陥Ｑが形成されている。塑性化領域Ｗは裏面Ｓｂに向けて徐々に幅狭になるようになっている。裏面ＳｂにはバリＰが多く発生しているのに対し、表面ＳａにはバリＰが発生していない。
【００７２】
図１５は、実施例の結果をまとめた表である。符号は、第一実施形態の符号をそのまま参照するものとする。図１５の条件Ａ（比較例）の概念図に示すように、右回転で左ネジを１００％の範囲で設けると、流動化した金属は螺旋溝に導かれて裏面Ｓｂ側に移動する。この金属の移動によって、ボビンツール５の第二ショルダ１２が押され、金属板に対してボビンツール５がスライド軸４とは反対側（裏面Ｓｂ側）に移動する。これにより、ボビンツール５が表面（化粧面）Ｓａ側に深く入り込むため表面Ｓａ側には大きな凹溝Ｖが形成される。
【００７３】
一方、図１５の条件Ｂ〜Ｅに示すように、上部螺旋溝１３ａとして右ネジ部分を２５％以上設ける場合には、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５がスライド軸４側に押され、金属板の表面Ｓａ（化粧面）にボビンツール５が深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、表面Ｓａ（化粧面）に凹溝Ｖが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Ｖが形成されたとしてもその凹溝Ｖの深さを小さくすることができる。これにより、接合後の金属板の表面Ｓａを平滑にするための仕上げ処理の手間を少なくすることができる。ただし、条件Ｂ、条件Ｃにおいては突き合せ部の隙間２．００ｍｍの場合、条件Ｄ、条件Ｅにおいては突き合せ部の隙間１．７５ｍｍ、隙間２．００ｍｍの場合は接合欠陥Ｑが発生するため不適切である。これは、突き合せ部の隙間が大きいと接合部分の金属材料が減少するためと考えられる。
【００７４】
なお、例えば条件Ｅのように、右回転で右ネジが１００％刻設されている場合において、ボビンツール５が板状端部材１０２に対して上方に移動して第一ショルダ１１の下面の高さ位置が板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面（化粧面）Ｓａよりも上方に位置し、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が大きい場合は金属の押さえが不十分になるが、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が微小である場合は、金属を十分に押えることができる。
【００７５】
また、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が微小である場合は、塑性化領域Ｗが摩擦攪拌前の表面Ｓａよりもわずかに突出することになる。しかし、板状端部材１０２の表面Ｓａを平滑にする処理は摩擦攪拌前の表面Ｓａの高さに合わせてその突出した部分を切削すればよいため仕上げ処理が容易になる。
【００７６】
また、実施例では、表面Ｓａ側を化粧面として設定したが、裏面Ｓｂ側を化粧面として設定してもよい。この場合は、図１５を参照するように、ボビンツール５の回転方向、螺旋溝の巻回方向を条件Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのように設定することで、裏面Ｓｂ（化粧面）側の凹溝Ｖが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Ｖが形成されたとしてもその凹溝Ｖの深さを小さくすることができる。
【００７７】
つまり、ボビンツール５を右回転させつつ裏面Ｓｂ側を化粧面として設定する場合は、金属板の端面同士を突き合わせる突き合わせ工程と、第二ショルダ１２と金属板の化粧面とを対向させ、かつ、ピン１３の軸方向の中心と金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、突き合せ部Ｎに右回転させたボビンツール５のピン１３を移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離Ｚを金属板の板厚以下に設定するとともに、ピン１３の外周面の第二ショルダ１２側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝がショルダ間距離Ｚに対して２５％以上の割合で形成されていることが好ましい。
【００７８】
かかる接合方法によれば、第二ショルダ１２側の左ネジは２５％以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５がスライド軸４とは反対側に押され、金属板の裏面（化粧面）Ｓｂにボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【００７９】
図１６は、ボビンツールを左回転させる場合の概念をまとめた表である。
条件Ｆ（比較例）では、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を０：１００に設定した（左ネジ無し）。
条件Ｇでは、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を２５：７５に設定した。
条件Ｈでは、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を５０：５０に設定した。
条件Ｉでは、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を７５：２５に設定した。
条件Ｊでは、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を１００：０に設定した（右ネジ無し）。
【００８０】
第二実施形態で示したように、左回転させる場合は、上部螺旋溝１３ａに左ネジを設け、下部螺旋溝１３ｂに右ネジを設けたボビンツール５Ａを用いる。ボビンツール５Ａを左回転させる場合は、第一実施形態のボビンツール５とはネジの巻回方向が異なるため、結果的に実施例１と同等の作用効果を示す。つまり、条件Ｇ〜条件Ｊに示すように、摩擦攪拌されて流動化された金属は、ピン１３の左ネジの上部螺旋溝１３ａに導かれて第一ショルダ１１側に移動し、右ネジの下部螺旋溝１３ｂに導かれて第二ショルダ１２側に移動する。左ネジは２５％以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５Ａがスライド軸４側に押され、金属板の表面（化粧面）Ｓａにボビンツール５Ａが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、表面（化粧面）Ｓａに凹溝Ｖが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Ｖが形成されたとしてもその凹溝Ｖの深さを小さくすることができる。これにより、接合後の金属板の表面Ｓａを平滑にするための仕上げ処理の手間を少なくすることができる。
【００８１】
なお、例えば条件Ｊのように、左回転で左ネジが１００％刻設されている場合において、ボビンツール５が板状端部材１０２に対して上方に移動して第一ショルダ１１の下面の高さ位置が板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａよりも上方に位置し、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が大きい場合は金属の押さえが不十分になるが、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が微小である場合は、金属を十分に押えることができる。
【００８２】
また、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部材１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が微小である場合は、塑性化領域Ｗが摩擦攪拌前の表面Ｓａよりもわずかに突出することになる。しかし、板状端部材１０２の表面Ｓａを平滑にする処理は摩擦攪拌前の表面Ｓａの高さに合わせてその突出した部分を切削すればよいため仕上げ処理が容易になる。
【００８３】
なお、表面Ｓａ側を化粧面として設定したが、裏面Ｓｂ側を化粧面として設定してもよい。この場合は、図１６を参照するように、ボビンツール５の回転方向、螺旋溝の巻回方向を条件Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉのように設定することで、裏面Ｓｂ（化粧面）側の凹溝Ｖが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Ｖが形成されたとしてもその凹溝Ｖの深さを小さくすることができる。
【００８４】
つまり、ボビンツール５Ａを左回転させつつ裏面Ｓｂ側を化粧面として設定する場合は、金属板の端面同士を突き合わせる突き合わせ工程と、第二ショルダ１２と金属板の化粧面とを対向させ、かつ、ピン１３の軸方向の中心と金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、突き合せ部Ｎに左回転させたボビンツール５のピン１３を移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離Ｚを金属板の板厚以下に設定するとともに、ピン１３の外周面の第二ショルダ１２側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝がショルダ間距離Ｚに対して２５％以上の割合で形成されていることが好ましい。
【００８５】
かかる接合方法によれば、第二ショルダ１２側の右ネジは２５％以上の割合で形成されているため、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５がスライド軸とは反対側に押され、金属板の裏面（化粧面）Ｓｂにボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１ 摩擦攪拌装置
２ 外部ホルダー
３ 内部ホルダー
４ スライド軸
５ ボビンツール
１１ 第一ショルダ
１２ 第二ショルダ
１３ ピン
１３ａ 上部螺旋溝
１３ｂ 下部螺旋溝
１００Ａ中空形材
１００Ｂ中空形材
Ｎ 突き合せ部
Ｔ 金属板の厚さ
Ｐ バリ
Ｖ 凹溝
Ｗ 塑性化領域
Ｘ ショルダの外径
Ｙ ピンの外径
Ｚ ショルダ間距離（ピンの長さ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、
前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、
前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、
ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、
前記ピンの外周面の前記第一ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記外周面のうち前記右ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第二ショルダまでの間に、左ネジの螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、
前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、
前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、
ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、
前記ピンの外周面の前記第一ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする接合方法。
【請求項４】
前記外周面のうち前記左ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第二ショルダまでの間に、右ネジの螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、
前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、
前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、
ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、
前記ピンの外周面の前記第二ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする接合方法。
【請求項６】
前記外周面のうち前記左ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第一ショルダまでの間に、右ネジの螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の接合方法。
【請求項７】
第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、
前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、
前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、
ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、
前記ピンの外周面の前記第二ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする接合方法。
【請求項８】
前記外周面のうち前記右ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第一ショルダまでの間に、左ネジの螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の接合方法。
【請求項９】
前記接合工程では、前記金属板の化粧面側を冷却しながら接合することを特徴とする請求項１、請求項３、請求項５又は請求項７に記載の接合方法。
【請求項１】
第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、
前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、
前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、
ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、
前記ピンの外周面の前記第一ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記外周面のうち前記右ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第二ショルダまでの間に、左ネジの螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、
前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、
前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、
ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、
前記ピンの外周面の前記第一ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする接合方法。
【請求項４】
前記外周面のうち前記左ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第二ショルダまでの間に、右ネジの螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、
前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、
前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、
ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、
前記ピンの外周面の前記第二ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする接合方法。
【請求項６】
前記外周面のうち前記左ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第一ショルダまでの間に、右ネジの螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の接合方法。
【請求項７】
第一ショルダと第二ショルダと前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に形成されたピンとを備えたボビンツールと、前記第一ショルダに連結されたスライド軸と、を備え、摩擦攪拌によって金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向にずれた際に、そのずれに追従して前記ボビンツールが軸方向に移動するように構成された摩擦攪拌装置を用いて一対の金属板を接合する接合方法であって、
前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、
前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記ピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのピンを移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、
ショルダ間の距離を前記金属板の板厚以下に設定するとともに、
前記ピンの外周面の前記第二ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする接合方法。
【請求項８】
前記外周面のうち前記右ネジの螺旋溝が形成された部分から前記第一ショルダまでの間に、左ネジの螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の接合方法。
【請求項９】
前記接合工程では、前記金属板の化粧面側を冷却しながら接合することを特徴とする請求項１、請求項３、請求項５又は請求項７に記載の接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１５】
【図１６】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１５】
【図１６】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２３２３４１（Ｐ２０１２−２３２３４１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４２２１２（Ｐ２０１２−４２２１２）
【出願日】平成２４年２月２８日（２０１２．２．２８）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月２８日（２０１２．２．２８）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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