摩擦撹拌接合装置と、該摩擦撹拌接合装置を利用した異種金属同士の差厚テーラードブランク材の製造方法
【課題】摩擦撹拌接合によるテーラードブランク材の製造において、接合部の表面を板厚が連続して変化する平滑な傾斜面とする。
【解決手段】摩擦撹拌接合装置１において、上、下ショルダー２、７を板厚の異なる接合母材１３、１３’の厚さに合わせて傾動させて該接合母材１３、１３’を挟持した上、突き合わせ面１４に沿ってプローブ１２を差し込み摩擦撹拌を行うことで、摩擦撹拌接合の際に発生する接合母材１３の溢出物が、プローブ１２並びに傾動する上、下ショルダー２、７によって薄板状の接合母材１３側に誘導されて凝固するので、接合部１５の表面は板厚が連続して変化する平滑な傾斜面となる。
【解決手段】摩擦撹拌接合装置１において、上、下ショルダー２、７を板厚の異なる接合母材１３、１３’の厚さに合わせて傾動させて該接合母材１３、１３’を挟持した上、突き合わせ面１４に沿ってプローブ１２を差し込み摩擦撹拌を行うことで、摩擦撹拌接合の際に発生する接合母材１３の溢出物が、プローブ１２並びに傾動する上、下ショルダー２、７によって薄板状の接合母材１３側に誘導されて凝固するので、接合部１５の表面は板厚が連続して変化する平滑な傾斜面となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、自動車、各種車両、建材等において、突き合わせた金属板間を摩擦撹拌により接合部を形成して一体に接合する摩擦撹拌接合装置と、該摩擦撹拌接合装置を利用した異種金属同士の差厚テーラードブランク材の製造方法。
【背景技術】
【０００２】
現在、環境保護の観点から、例えば自動車等では、様々な部品の全部又は一部を従来の鋼材からより軽量なアルミニウム合金材へ置換することによって燃料消費の向上につながる車体の軽量化が推進されている。そのため、上記部品の成形にあたっては、例えば同種金属又は異種金属からなり、且つ板厚の異なる接合母材を確実に接合するとともに、ポロシティ等の溶融溶接特有の欠陥が生じないように、プローブとショルダーからなる硬質のツールを接合母材間の突き合わせ面に差し込み、摩擦撹拌を行うことで該接合母材間に接合部を形成して一体に接合する摩擦撹拌接合が用いられる。
ところが、上記部品のうち、特に差厚テーラードブランク材の作製において使用される接合母材は、通常板厚が０．７〜３ｍｍ程度と薄いため、接合部の裏面側にキッシングボンドを形成し易いものである。その上、作製された上記差厚テーラードブランク材では、摩擦撹拌接合により形成される接合部に段差が生じてしまうため（特許文献１参照）、最終的には該段差を平滑にするための仕上げ工程を追加せざるを得なくなり、製造コストの上昇を招くものである。
【０００３】
そのため、プローブと上、下ショルダーが独立に回転する複動式の回転工具によって、接合母材の突き合わせ面をその上下方向から上、下ショルダーにより挟持するとともに、その突き合わせ面に沿ってプローブを差し込み、該上、下ショルダーとともに摩擦撹拌して接合を行う摩擦撹拌接合装置が提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、上記摩擦撹拌接合装置は、接合母材の突き合わせ面をその上下方向から挟持する上、下のショルダーが、常時平行に保持されているので、板厚の異なる接合母材による差厚テーラードブランク材の作製に際しては、薄板状の接合母材側では上、下ショルダーが接合母材の表面に当接せず、摩擦撹拌接合による接合を行うことは困難となる。
【０００４】
さらに、上記差厚テーラードブランク材の作製において、例えば接合すべき接合母材において、一方が鋼板のような接合温度域で強度の高い薄板状の硬質金属であり、他方がアルミニウム合金のような接合温度域で強度の低い厚板状の軟質金属であるように互いに異種金属である場合では、摩擦撹拌接合のために突き当て面に対してツールのプローブを差し込むと、軟質金属側ではプローブが円滑に回転して摩擦撹拌が行われるが、硬質金属側ではプローブが摩擦により異常に摩耗し、十分な摩擦撹拌が行えず確実に接合することができない上、プローブの破損や交換による部品コストの上昇をも招いてしまうものである。
【特許文献１】特開２００４−５０１８９号公報
【特許文献２】特開２００３−１８１６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明は、同種金属又は異種金属であって、且つ板厚の異なる接合母材を使用して行う差厚テーラードブランク材の作製において、プローブの破損や製造コストの上昇を防止しながら、摩擦撹拌接合により形成される接合部が、板厚が連続的に変化し、且つ、その表面が平滑な傾斜面となるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本願発明は、第１の特徴として、プローブを設けた回転シャフトに対して、板厚が異なる接合すべき接合母材を挟持しつつ該回転シャフトと同期して回転しうる上ショルダー及び下ショルダーを、該プローブの上下に設けてなり、
該プローブ平面視における回転方向は、プローブの進行方向に対して厚板側から薄板側へ向かうものとし、
該上、下ショルダーのうち少なくとも一方には、本体部だけでなく、本体部の対向するショルダー側に圧接部を有してなり、
該圧接部は、前記回転シャフトが貫通して設けられる貫通孔の内周面を、対向するショルダー側に向けて内径が略回転シャフト径に狭まるテーパ形状とするとともに、該本体部に対してそれぞれ個別に上下方向に伸縮自在となる圧力調整装置を回転シャフトを中心として複数介装して、該圧接部を有するショルダーの回転にかかわらず、本体部に対して常に一定方向に傾動自在に一体としてなるものである。
【０００７】
そのため、接合すべき接合母材同士において板厚が異なる場合には、該接合母材を挟持する上、下ショルダーの圧接部を薄板の接合母材側に傾動させる。即ち、上、下ショルダー間に上記板厚が異なる接合母材を所定の圧力で挟持しようとする際、接合母材の突き合わせ面において板厚が異なる側のショルダーを、本体部と圧接部の２層構造とすることにより、圧接部に対して圧力調整装置を作動させて、該圧接部を薄板の接合母材側に傾動させて接合母材を挟持する。このとき、この圧接部の傾動が可能となるように、該圧接部における回転シャフトの貫通孔は、その内周面が対向するショルダー側に向けて内径が略回転シャフト径に狭まるテーパ形状となっている。そして、該上、下ショルダー間に挟持された接合母材間の突き合わせ面に沿って側端面より回転シャフトに形成されたプローブを差し込み、摩擦撹拌する際、該上、下ショルダーも回転するものの、該回転に合わせて圧力調整装置によって常に薄板の接合母材側に傾斜した状態で接合母材が挟持される上、プローブ平面視におけるプローブの進行方向に対して厚板側から薄板側へ向かうように回転させることで、該突き合わせ面に沿って接合部が形成されて接合母材同士が一体に接合されるだけでなく、同時に、該摩擦撹拌によって接合母材より表面に溢出する溢出物が、プローブ並びに上、下ショルダーの回転によって、上、下ショルダーの圧接部及び接合母材によって形成される空間内に誘導されて凝固する。従って、上記突き合わせ面に沿って形成される接合部は、板厚が連続して変化しその表面は平滑な傾斜面となる。
【０００８】
なお、接合すべき接合母材同士において板厚が同じ場合には、該接合母材を挟持する上、下ショルダーにおける本体部と圧接部との間に介装する圧力調整装置は特段に作動せず、互いに平行に保持されながら各圧接部が接合母材の表面に当接する。そして該上、下ショルダー間に挟持された接合母材間の突き合わせ面に沿って、回転シャフトに形成されたプローブを側端面より差し込み摩擦撹拌することで、接合部が形成されて接合母材同士は一体に接合することとなる。しかも該突き合わせ面に沿って形成される接合部は板厚が同じであって、その表面は上、下ショルダーにより押圧されるので平滑になる。
【０００９】
そして、前記第１の特徴を踏まえて第２の特徴は、上、下の各ショルダーにおいて、それぞれ本体部とともに圧接部を設けてなる上記摩擦撹拌接合装置を使用するものであって、
上記板厚の異なる接合すべき接合母材において、一方の接合母材は他方の接合母材よりも接合温度域での強度の高い薄板状の硬質金属とし、他方の接合母材は一方の接合母材よりも接合温度域で強度の低い厚板状の軟質金属とするものであって、該両接合母材をその厚み方向の中心線が一直線となるように揃えて突き合わせた上、上記摩擦撹拌接合装置において上記両接合母材の突き合わせ面より軟質金属側に差し込むプローブの中心までの距離Ｐを、該プローブの半径をｒとしたときにｒ＜Ｐ≦２ｒとするとともに、上、下ショルダーの各圧接部を薄板状の硬質金属側に傾斜させて挟持して摩擦撹拌接合してなるものである。
【００１０】
この摩擦撹拌接合の方法により、接合すべき接合母材の一方が、接合温度域で強度の高い硬質金属からなる薄板状であって、他方が接合温度域で強度の低い軟質金属からなる厚板状である場合、摩擦撹拌接合装置の上、下ショルダーは硬質金属からなる薄板状の接合母材側に傾動して前記両接合母材を挟持することとなる。そして、当該摩擦撹拌接合装置は前記第１の特徴に基づく作用を奏しつつ、同時に、上記両接合母材の突き合わせ面より軟質金属側に差し込むプローブの中心までの距離Ｐを、該プローブの半径をｒとしたときにｒ＜Ｐ≦２ｒとすることから、軟質金属が摩擦撹拌された際に生ずる溢出物は、プローブ並びに上、下ショルダーの回転によって、上、下ショルダーの圧接部及び接合母材によって形成される空間内に誘導されて、接合温度の高い薄板状の硬質金属からなる接合母材の表面を被覆するように凝固することとなる。従って、上記突き合わせ面に沿って形成される接合部は板厚が連続して変化し、その表面は平滑な傾斜面となる。
また、使用する摩擦撹拌接合装置において上記両接合母材の突き合わせ面より軟質金属側に差し込むプローブの中心までの距離Ｐは、好ましくは、Ｐ＝１．５ｒである。
ここで、上記摩擦撹拌接合装置において上記両接合母材の突き合わせ面より軟質金属側に差し込むプローブの中心までの距離Ｐを、プローブの半径ｒとしたときにＰ≦ｒとすると、摩擦撹拌を行うプローブが硬質金属によって異常に摩耗してしまい、両接合母材を円滑、且つ確実に接合させることができない。逆にＰ＞２ｒとすると、摩擦撹拌によって生じ、硬質金属の表面に凝固する溢出物が十分な強度を有する被膜とならず、接合強度が不十分になってしまうものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明における摩擦撹拌接合装置は、摩擦撹拌接合により接合母材間に形成される接合部の表面を平滑なものとし、特に板厚が異なる接合母材間での摩擦撹拌接合において形成される接合部を、板厚が連続して変化し、その表面は平滑な傾斜面とすることができるので、十分な接合強度を確保しつつ、部品加工における作業性や外観性を向上させることができる優れた効果を有するものである。
更に、該摩擦撹拌接合装置を使用した本願発明における摩擦撹拌接合方法は、接合母材の一方が接合温度域で強度の高い薄板状の硬質金属であって、他方が接合温度域で強度の低い厚板状の軟質金属である場合にも、プローブの異常摩耗や破損を招くことなく、その接合部を、板厚が連続して変化し、その表面は平滑な傾斜面とすることができるので、十分な接合強度を確保しつつ、部品加工における作業性や外観性を向上させることができる優れた効果を有するものである。
【００１２】
以下において、本願発明の実施例について説明する。
なお、この実施例は、本願発明の好ましい一実施態様を説明するためのものであって、これにより本願発明が制限されるものでない。
【実施例１】
【００１３】
本願発明の実施例１を説明する。
まず、図１に示す１は摩擦撹拌接合装置であって、回転シャフト１１と、該回転シャフト１１に対して軸着されて同期して回転する本体部４を有する上ショルダー２と、回転シャフト１１と一体に形成される本体部９を有する下ショルダー７とからなるものである。そして前記上ショルダー２は、本体部４と該本体部４に対して油圧シリンダー（図示せず）を内装した圧力調整装置５を介して一体となる上圧接部３とからなり、又、下ショルダー７も、本体部９と該本体部９に対して油圧シリンダー（図示せず）を内装した圧力調整装置１０を介して一体となる下圧接部８とからなっている。前記上ショルダー２の本体部４は、シャフト部４ａと円盤部４ｂとからなり、その両者の中心を回転シャフト１１が貫通している。そして円盤部４ｂの下面において、該回転シャフト１１を中心とする同心円上の等間隔に、それぞれ油圧シリンダー（図示せず）を内装した圧力調整装置５が４個設けられ、該４個の圧力調整装置５を介して、前記円盤部４ｂと同径長の円盤状の上圧接部３が一体に設けられている。又、該上圧接部３に設けられた回転シャフト１１の貫通孔６は、下端の内径が回転シャフト１１の径長より若干広いだけの径長となるよう、下方に向かって幅狭となったテーパー面６’を形成している。一方、前記下ショルダー７の本体部９は、回転シャフト１１と一体に形成された円盤体形状であり、本体部９の上面において、該回転シャフト１１を中心とする同心円上の等間隔に、それぞれ油圧シリンダー（図示せず）を内装した圧力調整装置１０が４個設けられ、該４個の圧力調整装置１０を介して、前記本体部９と同径長の円盤状の下圧接部８が一体に設けられている。又、該下圧接部８に設けられた回転シャフト１１の貫通孔６は、上端の内径が回転シャフト１１の径長より若干広いだけの径長となるように、上方へ向かって幅狭となったテーパー面６’を形成している。上下の圧接部３，８は、その各テーパー面６’と各圧力調整装置５，１０によって、中心に存する回転シャフト１１に対してそれぞれ±１５°傾動可能となっている。又、回転シャフト１１の表面においては、上圧接部３の貫通孔６に面した部分から下圧接部８の貫通孔６にに面した部分にかけてプローブ１２が形成されている。尚、上ショルダー２の本体部４の円盤部４ｂ直径長は１５ｍｍに、又、プローブ１２の直径は５ｍｍに設定されている。
尚、圧力調整装置５、１０内において圧力を調整する機構として、本実施例では油圧シリンダーを使用したが、空圧シリンダーやスプリングでもよい。又、摩擦撹拌接合中における上、下ショルダー２，７の各位置を自動調整するために、セルフリアクティング機能を有していれば好適である。
【００１４】
そして、互いに板厚の異なる２枚のアルミニウム合金板１３、１３’を突き合わせて、その突き合わせ面１４に対して本願発明の摩擦撹拌接合装置１を差し込むことにより摩擦撹拌接合する場合には、図１（イ）に示すように、互いに板厚の異なる２枚のアルミニウム合金板１３、１３’の突き合わせ面１４に沿って摩擦撹拌接合を行う場合には、上下の圧接部３，８が薄板側に傾斜して該アルミニウム合金板１３、１３’を挟持することとなる。一方、図１（ロ）において示すように、その２枚のアルミニウム合金板１３’、１３’の板厚が等しい場合には、対向する上、下ショルダー２、７において、その上圧接部３と本体部４との間並びに下圧接部８と本体部９との間にそれぞれ介装されるいずれの圧力調整装置５、１０も作動する必要がなく、従前の摩擦撹拌接合装置と同様に作動することとなる。すなわち、前記対向する上、下ショルダー２、７が互いに平行に保持されたままで、２枚のアルミニウム合金板１３’、１３’を突き合わせ面１４の直角方向から挟持して、摩擦撹拌接合するものとなる。
【００１５】
そこで、図２に示すように、前記摩擦撹拌接合装置１を使用して、互いに板厚の異なる接合母材を摩擦撹拌接合する場合には、以下のように摩擦撹拌接合することとなる。例えば、幅７００ｍｍ×長さ１５００ｍｍであって、厚さが各々０．８ｍｍ及び１．２ｍｍの６０１６合金Ｔ４材のアルミニウム合金板１３、１３’（薄板を１３、厚板を１３’とする。）を用いて、同種金属間の差厚テーラードブランク材１６の作製を本願発明の摩擦撹拌接合装置１により行った。
先ず、厚さの異なる上記アルミニウム合金板１３、１３’を長さ方向に突き合わせた上で、隙間が２０ｍｍの鋼製裏当て治具により全長を押さえ板により拘束した（図示せず）。そして、本願発明の摩擦撹拌接合装置１の回転シャフト１１の軸位置を、接合する２枚のアルミニウム合金板１３、１３’の突き合わせ面１４に合致させた上、上ショルダー２を位置制御して厚板側のアルミニウム合金板１３’に当接させるとともに、下ショルダー７を５ｋＮで引き上げて、同様に厚板側のアルミニウム合金板１３’に当接させる。その上で、各圧力調整装置５、１０に内装される油圧シリンダーの圧力を調整して、図２（イ）にあるように、上下の圧接部３，８をそれぞれ傾斜させて、薄板側のアルミニウム合金板１３に当接させる。これにより、上記アルミニウム合金板１３、１３’は、突き合わせ面１４の上下方向からそれぞれ傾斜した上下の圧接部３，８により挟持された状態となる。この状態で回転シャフト１１を回転させて摩擦撹拌接合を行うこととなる。
【００１６】
具体的には、プローブ１２はその平面視における回転方向を、プローブ１２の進行方向に対して厚板側のアルミニウム合金板１３’側から薄板側のアルミニウム合金板１３側へと向かう方向とした上、回転数を１５００ｒｐｍ、接合速度４００ｍｍ／分として上記アルミニウム合金板１３、１３’の突き合わせ面１４に沿って一側端面より差し込み、摩擦撹拌を行いながら接合部１５を形成し、他側端面より抜去するものとした。この摩擦撹拌接合により、図２に示すように、プローブ１２の通過に伴い、突き合わせ面１４周囲にはアルミニウム合金が流動化した溢出物１３ａが発生する。そして、この流動化した溢出物１３ａはプローブ１２並びに上、下ショルダー２，７の回転に伴って、傾斜した上・下圧接部３，８と２枚のアルミニウム合金板１３、１３’とによって形成された上下の隙間部１３ｂの内、薄板側のアルミニウム合金板１３によって形成された隙間部１３ｂ側に集中し、該薄板側のアルミニウム合金板１３によって形成された隙間部１３ｂを埋め尽くすことによって接合部１５を形成する。
その結果、上記アルミニウム合金板１３、１３’の突き合わせ面１４に沿って形成され、板厚が連続して変化し、その表面が均一な鱗状のビード模様であって平滑な傾斜面となる接合部１５により一体に接合された差厚テーラードブランク材１６が得られた〔図２（ニ）参照〕。
【００１７】
そして、該差厚テーラードブランク材１６における接合部１５について複数箇所からサンプリングを行い、曲げ試験及び断面組織観察を行ったところ、キッシングボンドや未接合などの欠陥は見出されなかった。また接合部１５の引張試験の結果、引張強さは２１０ＭＰａ、伸びは１４％となり、十分な強度を有することも確認された。その上、該差厚テーラードブランク材１６に対するプレス成形試験でも割れを生じることなく成形することができた。
以上より、本願発明の効果は明確に確認された。
【実施例２】
【００１８】
本願発明の実施例２を説明する。
まず、本願発明の実施例２において使用する摩擦撹拌接合装置１は、実施例１におけるものと同一である。一方、接合母材は幅７００ｍｍ×長さ１５００ｍｍ×厚さ１．０ｍｍの５１８２−Ｏのアルミニウム合金板１８と幅７００ｍｍ×長さ１５００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍの冷間圧延鋼板１８’であって、異種金属間の差厚テーラードブランク材１７の作製を行った。
即ち、厚さの異なる上記アルミニウム合金板１８と冷間圧延鋼板１８’とを長さ方向に突き合わせた上で、隙間が２０ｍｍの鋼製裏当て治具により全長を押さえ板により拘束した（図示せず）。そして、本願発明の摩擦撹拌接合装置１の回転シャフト１１の軸位置を、接合する２枚のアルミニウム合金板１８と冷間圧延鋼板１８’の突き合わせ面１４より、該プローブ１２の半径長の１．５倍に当たるＰ＝３．７５ｍｍだけアルミニウム合金板１８側にずらした上、上ショルダー２を位置制御してアルミニウム合金板１８に当接させるとともに、下ショルダー７を５ｋＮで引き上げて、同様にアルミニウム合金板１８に当接させる。その上で、各圧力調整装置５、１０に内装される油圧シリンダーの圧力を調整して、図３（イ）にあるように、上下の圧接部３，８をそれぞれ傾斜させて、冷間圧延鋼板１８’に当接させる。これにより、上記アルミニウム合金板１８と冷間圧延鋼板１８は、突き合わせ面１４の上下方向からそれぞれ傾斜した上下の圧接部３，８により挟持された状態となる。この状態で回転シャフト１１を回転させて摩擦撹拌接合を行うこととなる。
【００１９】
具体的には実施例１の場合と同様、プローブ１２はその平面視における回転方向を、該プローブ１２の進行方向においてアルミニウム合金板１８側から冷間圧延鋼板１８’側へと向かう方向とした上、回転数を１５００ｒｐｍ、接合速度４００ｍｍ／分として上記アルミニウム合金板１８の一側端面から突き合わせ面１４に平行に差し込み、摩擦撹拌を行いながら接合部１５を形成し、他側端面より抜去するものとした。この摩擦撹拌接合により、図３に示すように、プローブ１２の通過に伴い、プローブ１２の通過部周囲にはアルミニウム合金が流動化した溢出物１８ａが発生する。そして、この流動化した溢出物１８ａはプローブ１２並びに上、下ショルダー２，７の回転に伴って、傾斜した上・下圧接部３，８とアルミニウム合金板１８及び冷間圧延鋼板１８’とによって形成された上下の隙間部１８ｂの内、冷間圧延鋼板１８’側に形成された隙間部１８ｂ側に集中し、該冷間圧延鋼板１８’側に形成された隙間部１８ｂを埋め尽くすことによって接合部１５を形成する。
その結果、上記アルミニウム合金板１８と冷間圧延鋼板１８’との間で形成され、板厚が連続して変化し、その表面は均一な鱗状のビード模様であって、平滑な傾斜面となる接合部１５により一体に接合された差厚テーラードブランク材１７が得られた。（図４（ニ）参照）
【００２０】
そして、該差厚テーラードブランク材１７における接合部１５について複数箇所からサンプリングを行い、断面組織観察を行ったところ、摩擦撹拌接合の際のアルミニウム合金板１８による溢出物１８ａが冷間圧延鋼板１８’の表面を突き合わせ面１４の上下方向より被覆するものとなっており、キッシングボンドや未接合などの欠陥も見出されなかった。また接合部の引張試験の結果では、アルミニウム合金板１８側で破断し、その接合部１５が十分な強度を有していることも確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本願発明は、同種又は異種金属を問わず、等厚又は差厚の接合母材における摩擦撹拌接合に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本願発明の実施例における摩擦撹拌接合装置の構造を、（イ）等厚接合母材の場合、（ロ）差厚接合母材の場合で示す模式図である。
【図２】本願発明の実施例１におけるテーラードブランク材の製造過程を示す模式図である。
【図３】本願発明の実施例２におけるテーラードブランク材の製造過程を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２３】
１ 摩擦撹拌接合装置
２ 上ショルダー
３ 上圧接部
４ 本体部
４ａ シャフト部
４ｂ 円盤部
５ 圧力調整装置
６ 貫通孔
６’ テーパー面
７ 下ショルダー
８ 下圧接部
９ 本体部
１０ 圧力調整装置
１１ 回転シャフト
１２ プローブ
１３、１３’ アルミニウム合金板
１３ａ 溢出物
１３ｂ 隙間部
１４ 突き合わせ面
１５ 接合部
１６ （同種金属間の）差厚テーラードブランク材
１７ （異種金属間の）差厚テーラードブランク材
１８ アルミニウム合金板
１８ａ 溢出物
１８ｂ 隙間部
１８’ 冷間圧延鋼板
Ｐ 突き合わせ面からプローブ中心までの距離
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、自動車、各種車両、建材等において、突き合わせた金属板間を摩擦撹拌により接合部を形成して一体に接合する摩擦撹拌接合装置と、該摩擦撹拌接合装置を利用した異種金属同士の差厚テーラードブランク材の製造方法。
【背景技術】
【０００２】
現在、環境保護の観点から、例えば自動車等では、様々な部品の全部又は一部を従来の鋼材からより軽量なアルミニウム合金材へ置換することによって燃料消費の向上につながる車体の軽量化が推進されている。そのため、上記部品の成形にあたっては、例えば同種金属又は異種金属からなり、且つ板厚の異なる接合母材を確実に接合するとともに、ポロシティ等の溶融溶接特有の欠陥が生じないように、プローブとショルダーからなる硬質のツールを接合母材間の突き合わせ面に差し込み、摩擦撹拌を行うことで該接合母材間に接合部を形成して一体に接合する摩擦撹拌接合が用いられる。
ところが、上記部品のうち、特に差厚テーラードブランク材の作製において使用される接合母材は、通常板厚が０．７〜３ｍｍ程度と薄いため、接合部の裏面側にキッシングボンドを形成し易いものである。その上、作製された上記差厚テーラードブランク材では、摩擦撹拌接合により形成される接合部に段差が生じてしまうため（特許文献１参照）、最終的には該段差を平滑にするための仕上げ工程を追加せざるを得なくなり、製造コストの上昇を招くものである。
【０００３】
そのため、プローブと上、下ショルダーが独立に回転する複動式の回転工具によって、接合母材の突き合わせ面をその上下方向から上、下ショルダーにより挟持するとともに、その突き合わせ面に沿ってプローブを差し込み、該上、下ショルダーとともに摩擦撹拌して接合を行う摩擦撹拌接合装置が提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、上記摩擦撹拌接合装置は、接合母材の突き合わせ面をその上下方向から挟持する上、下のショルダーが、常時平行に保持されているので、板厚の異なる接合母材による差厚テーラードブランク材の作製に際しては、薄板状の接合母材側では上、下ショルダーが接合母材の表面に当接せず、摩擦撹拌接合による接合を行うことは困難となる。
【０００４】
さらに、上記差厚テーラードブランク材の作製において、例えば接合すべき接合母材において、一方が鋼板のような接合温度域で強度の高い薄板状の硬質金属であり、他方がアルミニウム合金のような接合温度域で強度の低い厚板状の軟質金属であるように互いに異種金属である場合では、摩擦撹拌接合のために突き当て面に対してツールのプローブを差し込むと、軟質金属側ではプローブが円滑に回転して摩擦撹拌が行われるが、硬質金属側ではプローブが摩擦により異常に摩耗し、十分な摩擦撹拌が行えず確実に接合することができない上、プローブの破損や交換による部品コストの上昇をも招いてしまうものである。
【特許文献１】特開２００４−５０１８９号公報
【特許文献２】特開２００３−１８１６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明は、同種金属又は異種金属であって、且つ板厚の異なる接合母材を使用して行う差厚テーラードブランク材の作製において、プローブの破損や製造コストの上昇を防止しながら、摩擦撹拌接合により形成される接合部が、板厚が連続的に変化し、且つ、その表面が平滑な傾斜面となるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本願発明は、第１の特徴として、プローブを設けた回転シャフトに対して、板厚が異なる接合すべき接合母材を挟持しつつ該回転シャフトと同期して回転しうる上ショルダー及び下ショルダーを、該プローブの上下に設けてなり、
該プローブ平面視における回転方向は、プローブの進行方向に対して厚板側から薄板側へ向かうものとし、
該上、下ショルダーのうち少なくとも一方には、本体部だけでなく、本体部の対向するショルダー側に圧接部を有してなり、
該圧接部は、前記回転シャフトが貫通して設けられる貫通孔の内周面を、対向するショルダー側に向けて内径が略回転シャフト径に狭まるテーパ形状とするとともに、該本体部に対してそれぞれ個別に上下方向に伸縮自在となる圧力調整装置を回転シャフトを中心として複数介装して、該圧接部を有するショルダーの回転にかかわらず、本体部に対して常に一定方向に傾動自在に一体としてなるものである。
【０００７】
そのため、接合すべき接合母材同士において板厚が異なる場合には、該接合母材を挟持する上、下ショルダーの圧接部を薄板の接合母材側に傾動させる。即ち、上、下ショルダー間に上記板厚が異なる接合母材を所定の圧力で挟持しようとする際、接合母材の突き合わせ面において板厚が異なる側のショルダーを、本体部と圧接部の２層構造とすることにより、圧接部に対して圧力調整装置を作動させて、該圧接部を薄板の接合母材側に傾動させて接合母材を挟持する。このとき、この圧接部の傾動が可能となるように、該圧接部における回転シャフトの貫通孔は、その内周面が対向するショルダー側に向けて内径が略回転シャフト径に狭まるテーパ形状となっている。そして、該上、下ショルダー間に挟持された接合母材間の突き合わせ面に沿って側端面より回転シャフトに形成されたプローブを差し込み、摩擦撹拌する際、該上、下ショルダーも回転するものの、該回転に合わせて圧力調整装置によって常に薄板の接合母材側に傾斜した状態で接合母材が挟持される上、プローブ平面視におけるプローブの進行方向に対して厚板側から薄板側へ向かうように回転させることで、該突き合わせ面に沿って接合部が形成されて接合母材同士が一体に接合されるだけでなく、同時に、該摩擦撹拌によって接合母材より表面に溢出する溢出物が、プローブ並びに上、下ショルダーの回転によって、上、下ショルダーの圧接部及び接合母材によって形成される空間内に誘導されて凝固する。従って、上記突き合わせ面に沿って形成される接合部は、板厚が連続して変化しその表面は平滑な傾斜面となる。
【０００８】
なお、接合すべき接合母材同士において板厚が同じ場合には、該接合母材を挟持する上、下ショルダーにおける本体部と圧接部との間に介装する圧力調整装置は特段に作動せず、互いに平行に保持されながら各圧接部が接合母材の表面に当接する。そして該上、下ショルダー間に挟持された接合母材間の突き合わせ面に沿って、回転シャフトに形成されたプローブを側端面より差し込み摩擦撹拌することで、接合部が形成されて接合母材同士は一体に接合することとなる。しかも該突き合わせ面に沿って形成される接合部は板厚が同じであって、その表面は上、下ショルダーにより押圧されるので平滑になる。
【０００９】
そして、前記第１の特徴を踏まえて第２の特徴は、上、下の各ショルダーにおいて、それぞれ本体部とともに圧接部を設けてなる上記摩擦撹拌接合装置を使用するものであって、
上記板厚の異なる接合すべき接合母材において、一方の接合母材は他方の接合母材よりも接合温度域での強度の高い薄板状の硬質金属とし、他方の接合母材は一方の接合母材よりも接合温度域で強度の低い厚板状の軟質金属とするものであって、該両接合母材をその厚み方向の中心線が一直線となるように揃えて突き合わせた上、上記摩擦撹拌接合装置において上記両接合母材の突き合わせ面より軟質金属側に差し込むプローブの中心までの距離Ｐを、該プローブの半径をｒとしたときにｒ＜Ｐ≦２ｒとするとともに、上、下ショルダーの各圧接部を薄板状の硬質金属側に傾斜させて挟持して摩擦撹拌接合してなるものである。
【００１０】
この摩擦撹拌接合の方法により、接合すべき接合母材の一方が、接合温度域で強度の高い硬質金属からなる薄板状であって、他方が接合温度域で強度の低い軟質金属からなる厚板状である場合、摩擦撹拌接合装置の上、下ショルダーは硬質金属からなる薄板状の接合母材側に傾動して前記両接合母材を挟持することとなる。そして、当該摩擦撹拌接合装置は前記第１の特徴に基づく作用を奏しつつ、同時に、上記両接合母材の突き合わせ面より軟質金属側に差し込むプローブの中心までの距離Ｐを、該プローブの半径をｒとしたときにｒ＜Ｐ≦２ｒとすることから、軟質金属が摩擦撹拌された際に生ずる溢出物は、プローブ並びに上、下ショルダーの回転によって、上、下ショルダーの圧接部及び接合母材によって形成される空間内に誘導されて、接合温度の高い薄板状の硬質金属からなる接合母材の表面を被覆するように凝固することとなる。従って、上記突き合わせ面に沿って形成される接合部は板厚が連続して変化し、その表面は平滑な傾斜面となる。
また、使用する摩擦撹拌接合装置において上記両接合母材の突き合わせ面より軟質金属側に差し込むプローブの中心までの距離Ｐは、好ましくは、Ｐ＝１．５ｒである。
ここで、上記摩擦撹拌接合装置において上記両接合母材の突き合わせ面より軟質金属側に差し込むプローブの中心までの距離Ｐを、プローブの半径ｒとしたときにＰ≦ｒとすると、摩擦撹拌を行うプローブが硬質金属によって異常に摩耗してしまい、両接合母材を円滑、且つ確実に接合させることができない。逆にＰ＞２ｒとすると、摩擦撹拌によって生じ、硬質金属の表面に凝固する溢出物が十分な強度を有する被膜とならず、接合強度が不十分になってしまうものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明における摩擦撹拌接合装置は、摩擦撹拌接合により接合母材間に形成される接合部の表面を平滑なものとし、特に板厚が異なる接合母材間での摩擦撹拌接合において形成される接合部を、板厚が連続して変化し、その表面は平滑な傾斜面とすることができるので、十分な接合強度を確保しつつ、部品加工における作業性や外観性を向上させることができる優れた効果を有するものである。
更に、該摩擦撹拌接合装置を使用した本願発明における摩擦撹拌接合方法は、接合母材の一方が接合温度域で強度の高い薄板状の硬質金属であって、他方が接合温度域で強度の低い厚板状の軟質金属である場合にも、プローブの異常摩耗や破損を招くことなく、その接合部を、板厚が連続して変化し、その表面は平滑な傾斜面とすることができるので、十分な接合強度を確保しつつ、部品加工における作業性や外観性を向上させることができる優れた効果を有するものである。
【００１２】
以下において、本願発明の実施例について説明する。
なお、この実施例は、本願発明の好ましい一実施態様を説明するためのものであって、これにより本願発明が制限されるものでない。
【実施例１】
【００１３】
本願発明の実施例１を説明する。
まず、図１に示す１は摩擦撹拌接合装置であって、回転シャフト１１と、該回転シャフト１１に対して軸着されて同期して回転する本体部４を有する上ショルダー２と、回転シャフト１１と一体に形成される本体部９を有する下ショルダー７とからなるものである。そして前記上ショルダー２は、本体部４と該本体部４に対して油圧シリンダー（図示せず）を内装した圧力調整装置５を介して一体となる上圧接部３とからなり、又、下ショルダー７も、本体部９と該本体部９に対して油圧シリンダー（図示せず）を内装した圧力調整装置１０を介して一体となる下圧接部８とからなっている。前記上ショルダー２の本体部４は、シャフト部４ａと円盤部４ｂとからなり、その両者の中心を回転シャフト１１が貫通している。そして円盤部４ｂの下面において、該回転シャフト１１を中心とする同心円上の等間隔に、それぞれ油圧シリンダー（図示せず）を内装した圧力調整装置５が４個設けられ、該４個の圧力調整装置５を介して、前記円盤部４ｂと同径長の円盤状の上圧接部３が一体に設けられている。又、該上圧接部３に設けられた回転シャフト１１の貫通孔６は、下端の内径が回転シャフト１１の径長より若干広いだけの径長となるよう、下方に向かって幅狭となったテーパー面６’を形成している。一方、前記下ショルダー７の本体部９は、回転シャフト１１と一体に形成された円盤体形状であり、本体部９の上面において、該回転シャフト１１を中心とする同心円上の等間隔に、それぞれ油圧シリンダー（図示せず）を内装した圧力調整装置１０が４個設けられ、該４個の圧力調整装置１０を介して、前記本体部９と同径長の円盤状の下圧接部８が一体に設けられている。又、該下圧接部８に設けられた回転シャフト１１の貫通孔６は、上端の内径が回転シャフト１１の径長より若干広いだけの径長となるように、上方へ向かって幅狭となったテーパー面６’を形成している。上下の圧接部３，８は、その各テーパー面６’と各圧力調整装置５，１０によって、中心に存する回転シャフト１１に対してそれぞれ±１５°傾動可能となっている。又、回転シャフト１１の表面においては、上圧接部３の貫通孔６に面した部分から下圧接部８の貫通孔６にに面した部分にかけてプローブ１２が形成されている。尚、上ショルダー２の本体部４の円盤部４ｂ直径長は１５ｍｍに、又、プローブ１２の直径は５ｍｍに設定されている。
尚、圧力調整装置５、１０内において圧力を調整する機構として、本実施例では油圧シリンダーを使用したが、空圧シリンダーやスプリングでもよい。又、摩擦撹拌接合中における上、下ショルダー２，７の各位置を自動調整するために、セルフリアクティング機能を有していれば好適である。
【００１４】
そして、互いに板厚の異なる２枚のアルミニウム合金板１３、１３’を突き合わせて、その突き合わせ面１４に対して本願発明の摩擦撹拌接合装置１を差し込むことにより摩擦撹拌接合する場合には、図１（イ）に示すように、互いに板厚の異なる２枚のアルミニウム合金板１３、１３’の突き合わせ面１４に沿って摩擦撹拌接合を行う場合には、上下の圧接部３，８が薄板側に傾斜して該アルミニウム合金板１３、１３’を挟持することとなる。一方、図１（ロ）において示すように、その２枚のアルミニウム合金板１３’、１３’の板厚が等しい場合には、対向する上、下ショルダー２、７において、その上圧接部３と本体部４との間並びに下圧接部８と本体部９との間にそれぞれ介装されるいずれの圧力調整装置５、１０も作動する必要がなく、従前の摩擦撹拌接合装置と同様に作動することとなる。すなわち、前記対向する上、下ショルダー２、７が互いに平行に保持されたままで、２枚のアルミニウム合金板１３’、１３’を突き合わせ面１４の直角方向から挟持して、摩擦撹拌接合するものとなる。
【００１５】
そこで、図２に示すように、前記摩擦撹拌接合装置１を使用して、互いに板厚の異なる接合母材を摩擦撹拌接合する場合には、以下のように摩擦撹拌接合することとなる。例えば、幅７００ｍｍ×長さ１５００ｍｍであって、厚さが各々０．８ｍｍ及び１．２ｍｍの６０１６合金Ｔ４材のアルミニウム合金板１３、１３’（薄板を１３、厚板を１３’とする。）を用いて、同種金属間の差厚テーラードブランク材１６の作製を本願発明の摩擦撹拌接合装置１により行った。
先ず、厚さの異なる上記アルミニウム合金板１３、１３’を長さ方向に突き合わせた上で、隙間が２０ｍｍの鋼製裏当て治具により全長を押さえ板により拘束した（図示せず）。そして、本願発明の摩擦撹拌接合装置１の回転シャフト１１の軸位置を、接合する２枚のアルミニウム合金板１３、１３’の突き合わせ面１４に合致させた上、上ショルダー２を位置制御して厚板側のアルミニウム合金板１３’に当接させるとともに、下ショルダー７を５ｋＮで引き上げて、同様に厚板側のアルミニウム合金板１３’に当接させる。その上で、各圧力調整装置５、１０に内装される油圧シリンダーの圧力を調整して、図２（イ）にあるように、上下の圧接部３，８をそれぞれ傾斜させて、薄板側のアルミニウム合金板１３に当接させる。これにより、上記アルミニウム合金板１３、１３’は、突き合わせ面１４の上下方向からそれぞれ傾斜した上下の圧接部３，８により挟持された状態となる。この状態で回転シャフト１１を回転させて摩擦撹拌接合を行うこととなる。
【００１６】
具体的には、プローブ１２はその平面視における回転方向を、プローブ１２の進行方向に対して厚板側のアルミニウム合金板１３’側から薄板側のアルミニウム合金板１３側へと向かう方向とした上、回転数を１５００ｒｐｍ、接合速度４００ｍｍ／分として上記アルミニウム合金板１３、１３’の突き合わせ面１４に沿って一側端面より差し込み、摩擦撹拌を行いながら接合部１５を形成し、他側端面より抜去するものとした。この摩擦撹拌接合により、図２に示すように、プローブ１２の通過に伴い、突き合わせ面１４周囲にはアルミニウム合金が流動化した溢出物１３ａが発生する。そして、この流動化した溢出物１３ａはプローブ１２並びに上、下ショルダー２，７の回転に伴って、傾斜した上・下圧接部３，８と２枚のアルミニウム合金板１３、１３’とによって形成された上下の隙間部１３ｂの内、薄板側のアルミニウム合金板１３によって形成された隙間部１３ｂ側に集中し、該薄板側のアルミニウム合金板１３によって形成された隙間部１３ｂを埋め尽くすことによって接合部１５を形成する。
その結果、上記アルミニウム合金板１３、１３’の突き合わせ面１４に沿って形成され、板厚が連続して変化し、その表面が均一な鱗状のビード模様であって平滑な傾斜面となる接合部１５により一体に接合された差厚テーラードブランク材１６が得られた〔図２（ニ）参照〕。
【００１７】
そして、該差厚テーラードブランク材１６における接合部１５について複数箇所からサンプリングを行い、曲げ試験及び断面組織観察を行ったところ、キッシングボンドや未接合などの欠陥は見出されなかった。また接合部１５の引張試験の結果、引張強さは２１０ＭＰａ、伸びは１４％となり、十分な強度を有することも確認された。その上、該差厚テーラードブランク材１６に対するプレス成形試験でも割れを生じることなく成形することができた。
以上より、本願発明の効果は明確に確認された。
【実施例２】
【００１８】
本願発明の実施例２を説明する。
まず、本願発明の実施例２において使用する摩擦撹拌接合装置１は、実施例１におけるものと同一である。一方、接合母材は幅７００ｍｍ×長さ１５００ｍｍ×厚さ１．０ｍｍの５１８２−Ｏのアルミニウム合金板１８と幅７００ｍｍ×長さ１５００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍの冷間圧延鋼板１８’であって、異種金属間の差厚テーラードブランク材１７の作製を行った。
即ち、厚さの異なる上記アルミニウム合金板１８と冷間圧延鋼板１８’とを長さ方向に突き合わせた上で、隙間が２０ｍｍの鋼製裏当て治具により全長を押さえ板により拘束した（図示せず）。そして、本願発明の摩擦撹拌接合装置１の回転シャフト１１の軸位置を、接合する２枚のアルミニウム合金板１８と冷間圧延鋼板１８’の突き合わせ面１４より、該プローブ１２の半径長の１．５倍に当たるＰ＝３．７５ｍｍだけアルミニウム合金板１８側にずらした上、上ショルダー２を位置制御してアルミニウム合金板１８に当接させるとともに、下ショルダー７を５ｋＮで引き上げて、同様にアルミニウム合金板１８に当接させる。その上で、各圧力調整装置５、１０に内装される油圧シリンダーの圧力を調整して、図３（イ）にあるように、上下の圧接部３，８をそれぞれ傾斜させて、冷間圧延鋼板１８’に当接させる。これにより、上記アルミニウム合金板１８と冷間圧延鋼板１８は、突き合わせ面１４の上下方向からそれぞれ傾斜した上下の圧接部３，８により挟持された状態となる。この状態で回転シャフト１１を回転させて摩擦撹拌接合を行うこととなる。
【００１９】
具体的には実施例１の場合と同様、プローブ１２はその平面視における回転方向を、該プローブ１２の進行方向においてアルミニウム合金板１８側から冷間圧延鋼板１８’側へと向かう方向とした上、回転数を１５００ｒｐｍ、接合速度４００ｍｍ／分として上記アルミニウム合金板１８の一側端面から突き合わせ面１４に平行に差し込み、摩擦撹拌を行いながら接合部１５を形成し、他側端面より抜去するものとした。この摩擦撹拌接合により、図３に示すように、プローブ１２の通過に伴い、プローブ１２の通過部周囲にはアルミニウム合金が流動化した溢出物１８ａが発生する。そして、この流動化した溢出物１８ａはプローブ１２並びに上、下ショルダー２，７の回転に伴って、傾斜した上・下圧接部３，８とアルミニウム合金板１８及び冷間圧延鋼板１８’とによって形成された上下の隙間部１８ｂの内、冷間圧延鋼板１８’側に形成された隙間部１８ｂ側に集中し、該冷間圧延鋼板１８’側に形成された隙間部１８ｂを埋め尽くすことによって接合部１５を形成する。
その結果、上記アルミニウム合金板１８と冷間圧延鋼板１８’との間で形成され、板厚が連続して変化し、その表面は均一な鱗状のビード模様であって、平滑な傾斜面となる接合部１５により一体に接合された差厚テーラードブランク材１７が得られた。（図４（ニ）参照）
【００２０】
そして、該差厚テーラードブランク材１７における接合部１５について複数箇所からサンプリングを行い、断面組織観察を行ったところ、摩擦撹拌接合の際のアルミニウム合金板１８による溢出物１８ａが冷間圧延鋼板１８’の表面を突き合わせ面１４の上下方向より被覆するものとなっており、キッシングボンドや未接合などの欠陥も見出されなかった。また接合部の引張試験の結果では、アルミニウム合金板１８側で破断し、その接合部１５が十分な強度を有していることも確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本願発明は、同種又は異種金属を問わず、等厚又は差厚の接合母材における摩擦撹拌接合に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本願発明の実施例における摩擦撹拌接合装置の構造を、（イ）等厚接合母材の場合、（ロ）差厚接合母材の場合で示す模式図である。
【図２】本願発明の実施例１におけるテーラードブランク材の製造過程を示す模式図である。
【図３】本願発明の実施例２におけるテーラードブランク材の製造過程を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２３】
１ 摩擦撹拌接合装置
２ 上ショルダー
３ 上圧接部
４ 本体部
４ａ シャフト部
４ｂ 円盤部
５ 圧力調整装置
６ 貫通孔
６’ テーパー面
７ 下ショルダー
８ 下圧接部
９ 本体部
１０ 圧力調整装置
１１ 回転シャフト
１２ プローブ
１３、１３’ アルミニウム合金板
１３ａ 溢出物
１３ｂ 隙間部
１４ 突き合わせ面
１５ 接合部
１６ （同種金属間の）差厚テーラードブランク材
１７ （異種金属間の）差厚テーラードブランク材
１８ アルミニウム合金板
１８ａ 溢出物
１８ｂ 隙間部
１８’ 冷間圧延鋼板
Ｐ 突き合わせ面からプローブ中心までの距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブを設けた回転シャフトに対して、板厚が異なる接合すべき接合母材を挟持しつつ該回転シャフトと同期して回転しうる上ショルダー及び下ショルダーを、該プローブの上下に設けてなり、
該プローブ平面視における回転方向は、プローブの進行方向に対して厚板側から薄板側へ向かうものとし、
該上、下ショルダーのうち少なくとも一方には、本体部だけでなく、本体部の対向するショルダー側に圧接部を有してなり、
該圧接部は、前記回転シャフトが貫通して設けられる貫通孔の内周面を、対向するショルダー側に向けて内径が略回転シャフト径に狭まるテーパ形状とするとともに、該本体部に対してそれぞれ個別に上下方向に伸縮自在となる圧力調整装置を回転シャフトを中心として複数介装して、該圧接部を有するショルダーの回転にかかわらず、本体部に対して常に一定方向に傾動自在に一体としてなる摩擦撹拌接合装置。
【請求項２】
上、下の各ショルダーにおいて、それぞれ本体部とともに圧接部を設けてなる請求項１記載の摩擦撹拌接合装置を使用するものであって、
上記板厚の異なる接合すべき接合母材において、一方の接合母材は他方の接合母材よりも接合温度域での強度の高い薄板状の硬質金属とし、他方の接合母材は一方の接合母材よりも接合温度域で強度の低い厚板状の軟質金属とするものであって、該両接合母材をその厚み方向の中心線が一直線となるように揃えて突き合わせた上、上記摩擦撹拌接合装置において上記両接合母材の突き合わせ面より軟質金属側に差し込むプローブの中心までの距離Ｐを、該プローブの半径をｒとしたときにｒ＜Ｐ≦２ｒとするとともに、上、下ショルダーの各圧接部を薄板状の硬質金属側に傾斜させて挟持して摩擦撹拌接合してなることを特徴とする摩擦撹拌接合装置を利用した異種金属同士の差厚テーラードブランク材の製造方法。
【請求項１】
プローブを設けた回転シャフトに対して、板厚が異なる接合すべき接合母材を挟持しつつ該回転シャフトと同期して回転しうる上ショルダー及び下ショルダーを、該プローブの上下に設けてなり、
該プローブ平面視における回転方向は、プローブの進行方向に対して厚板側から薄板側へ向かうものとし、
該上、下ショルダーのうち少なくとも一方には、本体部だけでなく、本体部の対向するショルダー側に圧接部を有してなり、
該圧接部は、前記回転シャフトが貫通して設けられる貫通孔の内周面を、対向するショルダー側に向けて内径が略回転シャフト径に狭まるテーパ形状とするとともに、該本体部に対してそれぞれ個別に上下方向に伸縮自在となる圧力調整装置を回転シャフトを中心として複数介装して、該圧接部を有するショルダーの回転にかかわらず、本体部に対して常に一定方向に傾動自在に一体としてなる摩擦撹拌接合装置。
【請求項２】
上、下の各ショルダーにおいて、それぞれ本体部とともに圧接部を設けてなる請求項１記載の摩擦撹拌接合装置を使用するものであって、
上記板厚の異なる接合すべき接合母材において、一方の接合母材は他方の接合母材よりも接合温度域での強度の高い薄板状の硬質金属とし、他方の接合母材は一方の接合母材よりも接合温度域で強度の低い厚板状の軟質金属とするものであって、該両接合母材をその厚み方向の中心線が一直線となるように揃えて突き合わせた上、上記摩擦撹拌接合装置において上記両接合母材の突き合わせ面より軟質金属側に差し込むプローブの中心までの距離Ｐを、該プローブの半径をｒとしたときにｒ＜Ｐ≦２ｒとするとともに、上、下ショルダーの各圧接部を薄板状の硬質金属側に傾斜させて挟持して摩擦撹拌接合してなることを特徴とする摩擦撹拌接合装置を利用した異種金属同士の差厚テーラードブランク材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１８３１２（Ｐ２００９−１８３１２Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８０４０７（Ｐ２００７−１８０４０７）
【出願日】平成１９年７月１０日（２００７．７．１０）
【出願人】（０００００２２７７）住友軽金属工業株式会社 (552)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１０日（２００７．７．１０）
【出願人】（０００００２２７７）住友軽金属工業株式会社 (552)
【Ｆターム（参考）】
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