高融解温度合金の摩擦攪拌点接合のための工具形状
高融解温度材料の摩擦攪拌点接合のための工具であり、工具形状は、高温度材料の混合を増強するために短いピンおよび広い肩部を含み、工具は、超研磨被覆を含み、それによって高融解温度材料のＦＳＳＷを可能にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に摩擦攪拌接合に関する。特に、本発明は、高融解温度合金の点接合に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書は、ドケット番号３２５２．ＳＭＩＩ．ＰＲを有する２００５年２月１５日に出願された米国特許仮出願第６０／６５３１５８号、ドケット番号１２１９．ＢＹＵ．ＣＮを有する２００３年１１月１０日に出願された米国継続特許出願第１０／７０５６６８号、およびドケット番号１２１９．ＢＹＵ．ＣＮ２を有する２００３年１１月１０日に出願された米国継続特許出願第１０／７０５７１７号の優先権を主張し、かつそれら出願に含まれる全ての主題を参照によって組み込む。
【０００３】
点接合を必要とする様々な工業における多くの応用がある。例えば、造船所、船舶、自動車、輸送機関、航空宇宙、原子力、石油およびガス、ならびに他の工業は、全て、一般的にラップ構成を使用して、とりわけ鋼、ステンレス鋼、ニッケルベース、および他の合金を含む高融解温度合金を一緒に結合する必要がある。点接合を実施するために使用される最も一般的な方法の１つは、抵抗点接合（ＲＳＷ）として工業において知られている。ＲＳＷは、結合される材料を通して電流を流し、それによって所望の結合位置で金属の溶融池を形成する。溶融池が冷却しかつ凝固するとき、点接合結合が形成される。
【０００４】
ＲＳＷ技術には多くの欠点がある。これらの欠点は、高エネルギー価格、接合の位置でのひびを生じるもろい結合部、放出される危険な蒸気、低い結合部強度、腐食されやすさ、固化欠陥、電極結合部でのプローブ磨耗により繰り返し性の欠如、および結合部の品質検査の困難性を含む。
【０００５】
抵抗点接合のためのより顕著な適用の１つは、自動車およびトラックの本体のためのフレームの部品を一緒に結合することである。しかしながら、自動車工業は、ＲＳＷを用いて信頼性良く自動車を製造することを模索し続ける。
【０００６】
自動車またはトラック本体の衝突耐性が、米国政府には特に重要である。したがって、米国政府は、消費者のために製造された自動車が、ＲＳＷ品質を決定するために破壊試験を受けることを必要とする。例えば、製造された各自動車モデルの自動車本体は、それが点接合された後、交通省検査官によってその製造ラインから無作為に選択される。接合部は、壊されるために選択され、この作動は、ねじ回しに類似した手持ち工具を用いて実施される。一般的に、各ラインからの１つの自動車本体は、各製造業者から毎月破壊試験される。しかしながら、製造業者は、典型的に、車両衝突耐性が維持されることを確実にするために、各シフト毎に車両に試験を実施することによって、製造業者自身で有意な破壊試験を行う。
【０００７】
この破壊検査工程は、典型的に、ＲＳＷの信頼性がない性質のために使用される。ある製造業者は、また、２つ以上のあるはんだ付け機械またはロボットより任意の単一の車両に接合部を作ることを注意深く確実にする。このように、ロボットが不十分な性能の接合部を作るなら、危険は、任意の特定の車両に低減される。
【０００８】
自動車工業は、また、車両を軽量にしかつ燃料経済性を改善するために、高度高強度鋼（ＡＨＳＳ）の使用を追求する。これら鋼のいくつかは、ＲＳＷがはるかにより困難である。いくつかの鋼は、ＲＳＷを使用する接合は全くできない。さらに、ＡＨＳＳは、今日の車両に作られる既存の鋼よりはるかに多い工程制御問題を生じる。例えば、１つの工程制御問題は負荷である。抵抗点接合されるべき材料を挟む必要がある。他の問題は、接合されるべき部品間の間隔の問題である。同一平面である必要がある部品、または接合部の強度は、損なわれることがある。他の問題は、ＡＨＳＳにＲＳＷを実施するために必要な電気量である。
【０００９】
これら高度鋼が車両構造で使用されることができるなら、実質的な重量節約が得られることができるが、ＲＳＷに関連する結合問題のためにほとんど成功しない。
ある自動車製造業者は、アルミニウムドアパネルに摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）を使用したことに留意されたい。しかしながら、既存のＦＳＳＷ工具の制限のために、アルミニウム（低融解温度合金）は、ＲＳＷ工程によって結合されることができる唯一の材料である。残念なことに、アルミニウムは、フレームまたは本体などの車両における構造構成部品に使用されることができず、したがって、その使用は、自動車応用だけでなく同様に他の応用にも制限される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、必要なものは、ＡＨＳＳでの使用されることができ、それによって高融解温度合金を車両のフレームまたは本体に使用することを可能にする摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）を実施するための工具および方法である。
【００１１】
摩擦攪拌接合は、金属および金属合金を接合するために開発された技術であることを知ることは、本発明の理解のために有用である。ＦＳＷ工程は、回転攪拌ピンまたは心棒によって、結合部の両側で２つの隣接する加工片の材料を係合することをしばしば伴う。心棒および加工片を一緒に駆動するために力が及ぼされ、心棒と加工片との間の相互作用によって生じる摩擦熱は、結果として結合部の両側で材料の可塑化を生じる。心棒は、結合部に沿って横切り、それが前進するにつれ材料を可塑化し、かつ可塑化された材料は、心棒が前進に引き続いて接合部を形成するために放置冷却される。
【００１２】
図１は、摩擦攪拌接合に使用される工具の斜視図であり、摩擦攪拌接合は、肩部１２および肩部から外側に延びるピン１４を有する全体的に円筒状の工具１０によって特徴付けられる。ピン１４は、十分な熱が生成されるまで加工片１６に対して回転され、その点で、工具のピンは、可塑化された加工片材料内に突入される。加工片１６は、しばしば、結合ライン１８で一緒に突入される材料の２枚のシートまたは板である。ピン１４は、結合ライン１８で加工片１６に突入される。この工具は、従来技術で開示されているが、工具は、新たな目的のために使用されることができることを説明する。用語「加工片」および「ベース材料」は、本明細書を通して交換可能に使用されることにも留意されたい。
【００１３】
加工片材料１６に対するピン１４の回転運動によって生じる摩擦熱は、溶融点に達することなく加工片材料を軟化させる。工具１０は、結合ライン１８に沿って横切って移動され、それによって可塑化された材料が、前縁から後縁へピンの周りを流れるとき接合部を作る。結果は、他の接合部と比べて、加工片材料１６自体から一般的に区別できないことがある結合ライン１８で固相結合部２０である。
【００１４】
肩部１２が加工片の表面に接触するとき、その回転が、挿入されたピン１４の周りのより大きな円筒状柱の材料を可塑化する追加の摩擦熱を作ることが観察される。肩部１２は、工具ピン１４によって引き起こされる上方への金属の流れを含む鍛造する力を提供する。
【００１５】
ＦＳＷの間、接合される領域および工具は、工具が、接合結合部の所望の長さを横切るように、互いに対して移動される。回転するＦＳＷ工具は、間断ない高温作用動作を提供し、ピンの前面からその後縁へ金属を輸送する間に、ＦＳＷ工具がベース金属に沿って横断方向に移動するにつれ、狭い区域内の金属を可塑化する。接合区域が冷却されるとき、工具が通過するとき液体は作られないので、典型的には凝固は存在しない。結果として生じる接合部は、欠陥が無く、再結晶化され、接合部の領域に形成される細かい粒子微細構造であることは、常にではないがしばしばある。
【００１６】
移動速度は、典型的に２００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの回転速度で１０ｍｍ／分から５００ｍｍ／分である。到達する温度は、通常、固相線温度に近いが固相線温度を下回る。摩擦攪拌接合パラメータは、材料の熱特性、高温流応力、および浸透深さの関数である。
【００１７】
米国特許第６６４８２０６号および米国特許第６７７９７０４号など本発明者の何人による以前の特許は、以前は機能的に接合可能ではないと考えられていた材料に摩擦攪拌接合を実施することができる利点を教示する。これら材料のいくつかは、溶解接合可能ではなく、または全く接合困難である。これら材料は、例えば、金属マトリクス複合物、鋼およびステンレス鋼などの鉄合金、ならびに非鉄材料を含む。摩擦攪拌接合を利用することもできる材料の他の種類は超合金である。超合金は、より高い融解温度の青銅またはアルミニウムを有する材料であることができ、同様に混合された他の元素を有することができる。超合金のいくつかの例は、ニッケル、鉄ニッケル、および５３７．８℃（１０００°Ｆ）を超える温度で一般的に使用されるコバルトベースの合金である。超合金で一般的に見出される追加の元素は、限定されず、クロム、モリブデン、タングステン、アルミニウム、チタン、ニオブ、タンタル、およびレニウムを含む。
【００１８】
チタンは、摩擦攪拌接合にも望ましい材料であることに留意されたい。チタンは、非鉄材料であるが、他の非鉄材料より高い融解温度を有する。
以前の特許は、工具が、摩擦攪拌接合される材料より高い融解温度を有する材料を使用して形成される必要があることを教示する。いくつかの実施形態において、超研磨は、工具で使用された。
【００１９】
本発明の実施形態は、全体的に、これら機能的に接合可能ではない材料、および超合金に関し、以降、本明細書を通して「高融解温度」材料と呼ばれる。
上記例は、摩擦攪拌接合を対処するが、摩擦攪拌処理および摩擦攪拌混合も、考慮されなければならない本発明の態様である。摩擦攪拌処理および接合は、互いの排他的な事象であることができ、またはそれらは、同時に生じることがあることに留意されたい。用語「摩擦攪拌処理」は、固体状態処理と交換可能に参照されることもできることにも留意されたい。固体状態処理は、典型的に液体相を含まない可塑化状態への一時的な変換として本明細書で定義される。しかしながら、いくつかの実施形態は、１つまたは複数の要素が液体相を通過することを許容し、まだ本発明の利点を得ることに留意されたい。
【００２０】
摩擦攪拌処理において、工具ピンは、回転されかつ処理されるべき材料内に突入される。工具は、材料の処理領域を横切って横断方向に移動される。それは、材料が、元の材料とは異なる特性を有するように修正されることを結果として生じることができる固体状態工程における可塑化に材料を受けさせる作用である。
【００２１】
摩擦攪拌混合は、接合を除外する事象であることもでき、または摩擦攪拌混合は、同時に生じることができる。摩擦攪拌混合において、少なくとも１つの他の材料は、処理または接合される材料に追加される。
【００２２】
ＭｅｇａＳｔｉｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｅｔａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、Ｉｎｃ．とＳＩＩ ＭｅｇａＤｉａｍｏｎｄ、Ｉｎｃ．との間の業務提携）は、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）工具を開発し、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）工具は、ＦＳＷと呼ばれる固体状態結合工程の間に鋼およびステンレス鋼などの高融解温度材料を一緒に結合するために使用されることができる。この技術は、一般的に、多結晶立方晶系の窒化ボロン先端３０（ピンおよび肩部領域を含む）、先端の背部の絶縁（図示せず）、固定カラー３２、止めねじ３４、および図２に示されない柄３６を使用することを含む。
【００２３】
この工具が、適正な摩擦攪拌接合機械および適正な安定状態冷却とともに使用されるとき、それは、様々な材料の摩擦攪拌接合で有効である。この工具設計は、また、ＰＣＢＮに加えて様々な工具先端材料を使用するのに有効である。これらの材料のいくつかは、タングステン、レニウム、イリジウム、チタンなどの耐火物質を含む。
【００２４】
これら先端材料は、しばしば作るのに高価であるので、この設計は、工具を作りかつ工具を市場に提供する経済的なやり方である。図２に示される設計は、焼結、ヒッピング、および他の高圧力機器性能によって作られることができる制限された寸法で一部は駆動される。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
高融解温度材料のＦＳＳＷを可能にする工具形状を提供することが、本発明の一態様である。
高融解温度材料のＦＳＳＷを可能にする材料を含むＦＳＳＷを実施するための工具を提供することが、他の態様である。
【００２６】
好ましい実施形態において、本発明は、高融解温度材料の摩擦攪拌点接合のための工具であり、工具形状は、高温度材料の混合を増強するために短いピンおよび広い肩部を含み、工具は、超研磨被覆を含み、それによって高融解温度材料のＦＳＳＷを可能にする。
【００２７】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴、利点、および代替態様は、添付の図面と組み合わされる以下の詳細な記載を考慮することで当業者には明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に図面に対して参照が行われ、図面において、本発明の様々な要素が、所定の数値指定が与えられ、本発明は、当業者が本発明を作りかつ使用することを可能にするように議論される。以下の記載は、本発明の原理の例示だけであり、以下の特許請求の範囲を狭めるとして見られるべきでないことは理解される。
【００２９】
多結晶立方晶系の窒化ボロン（ＰＣＢＮ）、および結合されるこれら材料より高い溶融点を有する他の材料などの工具材料での最近の開発から、高融解温度材料の摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）が、現実になった。しかしながら、最近のＦＳＳＷ試験において、ＦＳＳＷで使用される工具形状が、ＦＳＷで使用される工具形状とは異なっていることが明らかになった。工具形状における変化は、ピン長さ、肩部幅に対するピン長さの比率の修正、ピン形状、肩部形状、ピンなしの肩部の使用、ピンだけの使用、ピン上のねじの使用、およびピンの高さを含むが、それらに限定されると考慮されるべきではない。
【００３０】
ＦＳＷで使用される多くの工具形状は、突合せ結合部を作るとき、より厚い加工片を一緒に結合するために、工具上の比較的長いピンを必要とする。対照的にＦＳＳＷは、一般的に、比較的厚い加工片に実施されるようになってきている。したがって、ピンは、ＦＳＷで使用される工具上より一般的により短くなることができる。このより短いピンは、工具が、ＦＳＳＷである両方の材料を一緒に浸透する際にも使用されることができる。
【００３１】
ピン長さとともに、本発明の他の態様は、肩部幅に対するピン長さの比率が、摩擦攪拌混合および接合のためにＦＳＳＷに重要であることの理解である。一緒に混合される加工片の広い領域を有することが望ましい。より広い領域のＦＳＳＷは、より容易に達成され、比較的広い肩部を有する。
【００３２】
本発明において、ＦＳＳＷ結合部は、結合される材料の最小の溶融でまたは溶融の無い一般的な固体状態工程を使用して達成される。したがって、工具形状が、材料が機械的に結び付くように、加工片の材料が処理されることを可能にすることが重要である。
【００３３】
例えば、図３Ａから図３Ｄに示される工具の形状を有する工具が、１５００ＲＰＭで回転され、５．０８ｃｍ（２インチ）／分から２０．３２ｃｍ（８インチ）／分の突入速度でＡＨＳＳのラップ結合部内に突入し、１秒から１０秒休止し、かつ引き込まれるとき、機械的な結び付きを有するＦＳＳＷ結合部が作られる。これらのパラメータは、例示だけの目的のためであり、同一または類似する結果を達成するために変えられることができることは理解すべきである。
【００３４】
図３Ａは、ＦＳＳＷ工具保持器４０、および肩部４２とピン４４とからなるＦＳＳＷ先端の輪郭図として与えられる。
図３Ｂは、ＰＣＢＮ先端の輪郭図であり、肩部４２およびピンは、短い柄４６に結合される。
【００３５】
図３Ｃは、ＰＣＢＮ先端の拡大輪郭図であり、肩部４２およびピンの詳細は、より明らかに見ることができる。
図４Ａは、ＦＳＳＷ工具保持器５０、および肩部の無いピン５４からなるＦＳＳＷ先端の輪郭図として与えられる。
【００３６】
図４Ｂは、ＰＣＢＮ先端の輪郭図であり、ピン５４は、短い柄５６に結合される。
図４Ｃは、ピン５４のステップ状のらせんねじ５８を示すＰＣＢＮ先端の拡大輪郭図である。ステップ状のらせんねじ５８は、この特定の実施形態において２つのねじ切られた開始部を使用して作られる。ピン５４のこの特定の構成は、他のＦＳＳＷ工具形状を使用して作られた点接合部と比べて最も大きな程度の強さを有する点接合部を結果として生じた。
【００３７】
図４Ｄは、ピン５４および工具保持器５０を示す端部の図である。
ＦＳＳＷ結合部を作るために処理される領域が最大化されることが、本発明の一態様である。換言すれば、ＦＳＳＷ工具で攪拌される材料の量を最大化することが望ましい。この目的を達成する１つのやり方は、ＦＳＳＷ工具の大きな肩部を使用することである。理想的に、ピンを有することがあるまたはピンを有することがない円筒状加工端部を有する柄を有する工具は、ＦＳＳＷ工具の肩部を最大化する。
【００３８】
この工具形状のいくつかの結果は、ＦＳＳＷ工具が、恐らく大きな軸方向負荷を受けること、ＦＳＳＷ工具が、恐らくラップ結合部の界面近くでまたは界面で突入されなければならないこと、およびＦＳＳＷ工具が、望ましくない材料流れを有することができることである。
【００３９】
これら困難性を解決する１つの方法は、結合領域の寸法を増大することである。これは、ＦＳＳＷ工程の間に、突入軸から離れてＦＳＳＷ工具を並進することによって達成される。
【００４０】
ＦＳＳＷ工程は、またＦＳＳＷ工具が移動されない休止期間を含むことができ、またはＦＳＳＷ工程は、休止期間を有さないことができ、ＦＳＳＷ工具は、移動したままである。
【００４１】
結び付けられる材料の流れを管理する工具形状が、好ましく、ＦＳＳＷされる特定の種類の材料の流れに関する設計基準を含むべきであることは、本発明の他の態様である。
図５は、ＦＳＳＷパラメータが、異なる点接合を得るために修正されたＦＳＳＷ工具の図である。第１の点接合部６０は、２．１秒のサイクル時間を使用して作られた。第２の点接合部６２は、１．６秒のサイクル時間を使用して作られた。
【００４２】
図６は、ＤＰ６００で実施されたＦＳＳＷ工具を使用する点接合の顕微鏡写真として与えられ、ＦＳＳＷ工程のパラメータの変化の結果として作られた３つの異なる断面を示す。接合部１（７０）は、２．５秒のＦＳＳＷサイクル時間を有し、５０ｍｍ／分での突入および２１３ｍｍ／分での引き出しを有した。接合部２（７２）は、１秒のＦＳＳＷサイクル時間を有し、２１３ｍｍ／分での突入および２１３ｍｍ／分での引き出しを有した。接合部３（７４）は、１．５秒のＦＳＳＷサイクル時間を有し、０．５秒間の休止時間を含む２１３ｍｍ／分での突入および２１３ｍｍ／分での引き出しを有した。
【００４３】
接合部２（７２）は、結合される２つの材料が同一平面ではなく、したがって、点接合が実施された後それらの間に間隔を有することを示すことに留意されたい。
本発明の他の態様は、ピンおよび肩部での非対称な特徴部を配置すること、引き出し可能なピンを使用すること、異なる程度のテーパ半径、放物線状、非線形形状を備えるピンを有すること、ピンにねじを有すること、肩部にねじを有すること、ピンに平坦部および／またはねじを有すること、ならびに工具の下の領域を増大するために突入軸から離れる方向にＦＳＳＷ工具が移動されるように、ＦＳＳＷ工具を移動することの使用を含む。
【００４４】
上述の構成は、本発明の原理の適用を例示するだけであることを理解すべきである。多数の修正および代替構成が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者によって考案されることができる。添付の特許請求の範囲は、そのような修正および構成を包含することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】高融解温度材料にＦＳＷを実施することができる既存の摩擦攪拌接合工具の従来技術の斜視図である。
【図２】高融解温度材料にＦＳＷを実施することができる既存の摩擦攪拌接合工具の他の従来技術の斜視図である。
【図３Ａ】本発明の所望の摩擦攪拌点接合を実施することができる工具の一実施形態を図示し、工具保持器およびその内に配置されたＰＣＢＮ先端の輪郭図である。
【図３Ｂ】ＰＣＢＮ先端の第１の輪郭図である。
【図３Ｃ】ＰＣＢＮ先端の第２の輪郭図である。
【図４Ａ】本発明の所望の摩擦攪拌点接合を実施することができる工具の他の実施形態を図示し、工具保持器およびその内に配置されたＰＣＢＮピンの輪郭図である。
【図４Ｂ】囲まれた図ＦによるＰＣＢＮピンの第１の輪郭図である。
【図４Ｃ】図Ｆのねじ切られたＰＣＢＮピンの拡大輪郭図である。
【図４Ｄ】ＰＣＢＮピンおよび工具保持器の端部の図である。
【図５】パラメータが、異なる点接合を得るために修正された、２つのＦＳＳＷ点接合の図である。
【図６】３つの摩擦攪拌点接合部の図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に摩擦攪拌接合に関する。特に、本発明は、高融解温度合金の点接合に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書は、ドケット番号３２５２．ＳＭＩＩ．ＰＲを有する２００５年２月１５日に出願された米国特許仮出願第６０／６５３１５８号、ドケット番号１２１９．ＢＹＵ．ＣＮを有する２００３年１１月１０日に出願された米国継続特許出願第１０／７０５６６８号、およびドケット番号１２１９．ＢＹＵ．ＣＮ２を有する２００３年１１月１０日に出願された米国継続特許出願第１０／７０５７１７号の優先権を主張し、かつそれら出願に含まれる全ての主題を参照によって組み込む。
【０００３】
点接合を必要とする様々な工業における多くの応用がある。例えば、造船所、船舶、自動車、輸送機関、航空宇宙、原子力、石油およびガス、ならびに他の工業は、全て、一般的にラップ構成を使用して、とりわけ鋼、ステンレス鋼、ニッケルベース、および他の合金を含む高融解温度合金を一緒に結合する必要がある。点接合を実施するために使用される最も一般的な方法の１つは、抵抗点接合（ＲＳＷ）として工業において知られている。ＲＳＷは、結合される材料を通して電流を流し、それによって所望の結合位置で金属の溶融池を形成する。溶融池が冷却しかつ凝固するとき、点接合結合が形成される。
【０００４】
ＲＳＷ技術には多くの欠点がある。これらの欠点は、高エネルギー価格、接合の位置でのひびを生じるもろい結合部、放出される危険な蒸気、低い結合部強度、腐食されやすさ、固化欠陥、電極結合部でのプローブ磨耗により繰り返し性の欠如、および結合部の品質検査の困難性を含む。
【０００５】
抵抗点接合のためのより顕著な適用の１つは、自動車およびトラックの本体のためのフレームの部品を一緒に結合することである。しかしながら、自動車工業は、ＲＳＷを用いて信頼性良く自動車を製造することを模索し続ける。
【０００６】
自動車またはトラック本体の衝突耐性が、米国政府には特に重要である。したがって、米国政府は、消費者のために製造された自動車が、ＲＳＷ品質を決定するために破壊試験を受けることを必要とする。例えば、製造された各自動車モデルの自動車本体は、それが点接合された後、交通省検査官によってその製造ラインから無作為に選択される。接合部は、壊されるために選択され、この作動は、ねじ回しに類似した手持ち工具を用いて実施される。一般的に、各ラインからの１つの自動車本体は、各製造業者から毎月破壊試験される。しかしながら、製造業者は、典型的に、車両衝突耐性が維持されることを確実にするために、各シフト毎に車両に試験を実施することによって、製造業者自身で有意な破壊試験を行う。
【０００７】
この破壊検査工程は、典型的に、ＲＳＷの信頼性がない性質のために使用される。ある製造業者は、また、２つ以上のあるはんだ付け機械またはロボットより任意の単一の車両に接合部を作ることを注意深く確実にする。このように、ロボットが不十分な性能の接合部を作るなら、危険は、任意の特定の車両に低減される。
【０００８】
自動車工業は、また、車両を軽量にしかつ燃料経済性を改善するために、高度高強度鋼（ＡＨＳＳ）の使用を追求する。これら鋼のいくつかは、ＲＳＷがはるかにより困難である。いくつかの鋼は、ＲＳＷを使用する接合は全くできない。さらに、ＡＨＳＳは、今日の車両に作られる既存の鋼よりはるかに多い工程制御問題を生じる。例えば、１つの工程制御問題は負荷である。抵抗点接合されるべき材料を挟む必要がある。他の問題は、接合されるべき部品間の間隔の問題である。同一平面である必要がある部品、または接合部の強度は、損なわれることがある。他の問題は、ＡＨＳＳにＲＳＷを実施するために必要な電気量である。
【０００９】
これら高度鋼が車両構造で使用されることができるなら、実質的な重量節約が得られることができるが、ＲＳＷに関連する結合問題のためにほとんど成功しない。
ある自動車製造業者は、アルミニウムドアパネルに摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）を使用したことに留意されたい。しかしながら、既存のＦＳＳＷ工具の制限のために、アルミニウム（低融解温度合金）は、ＲＳＷ工程によって結合されることができる唯一の材料である。残念なことに、アルミニウムは、フレームまたは本体などの車両における構造構成部品に使用されることができず、したがって、その使用は、自動車応用だけでなく同様に他の応用にも制限される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、必要なものは、ＡＨＳＳでの使用されることができ、それによって高融解温度合金を車両のフレームまたは本体に使用することを可能にする摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）を実施するための工具および方法である。
【００１１】
摩擦攪拌接合は、金属および金属合金を接合するために開発された技術であることを知ることは、本発明の理解のために有用である。ＦＳＷ工程は、回転攪拌ピンまたは心棒によって、結合部の両側で２つの隣接する加工片の材料を係合することをしばしば伴う。心棒および加工片を一緒に駆動するために力が及ぼされ、心棒と加工片との間の相互作用によって生じる摩擦熱は、結果として結合部の両側で材料の可塑化を生じる。心棒は、結合部に沿って横切り、それが前進するにつれ材料を可塑化し、かつ可塑化された材料は、心棒が前進に引き続いて接合部を形成するために放置冷却される。
【００１２】
図１は、摩擦攪拌接合に使用される工具の斜視図であり、摩擦攪拌接合は、肩部１２および肩部から外側に延びるピン１４を有する全体的に円筒状の工具１０によって特徴付けられる。ピン１４は、十分な熱が生成されるまで加工片１６に対して回転され、その点で、工具のピンは、可塑化された加工片材料内に突入される。加工片１６は、しばしば、結合ライン１８で一緒に突入される材料の２枚のシートまたは板である。ピン１４は、結合ライン１８で加工片１６に突入される。この工具は、従来技術で開示されているが、工具は、新たな目的のために使用されることができることを説明する。用語「加工片」および「ベース材料」は、本明細書を通して交換可能に使用されることにも留意されたい。
【００１３】
加工片材料１６に対するピン１４の回転運動によって生じる摩擦熱は、溶融点に達することなく加工片材料を軟化させる。工具１０は、結合ライン１８に沿って横切って移動され、それによって可塑化された材料が、前縁から後縁へピンの周りを流れるとき接合部を作る。結果は、他の接合部と比べて、加工片材料１６自体から一般的に区別できないことがある結合ライン１８で固相結合部２０である。
【００１４】
肩部１２が加工片の表面に接触するとき、その回転が、挿入されたピン１４の周りのより大きな円筒状柱の材料を可塑化する追加の摩擦熱を作ることが観察される。肩部１２は、工具ピン１４によって引き起こされる上方への金属の流れを含む鍛造する力を提供する。
【００１５】
ＦＳＷの間、接合される領域および工具は、工具が、接合結合部の所望の長さを横切るように、互いに対して移動される。回転するＦＳＷ工具は、間断ない高温作用動作を提供し、ピンの前面からその後縁へ金属を輸送する間に、ＦＳＷ工具がベース金属に沿って横断方向に移動するにつれ、狭い区域内の金属を可塑化する。接合区域が冷却されるとき、工具が通過するとき液体は作られないので、典型的には凝固は存在しない。結果として生じる接合部は、欠陥が無く、再結晶化され、接合部の領域に形成される細かい粒子微細構造であることは、常にではないがしばしばある。
【００１６】
移動速度は、典型的に２００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの回転速度で１０ｍｍ／分から５００ｍｍ／分である。到達する温度は、通常、固相線温度に近いが固相線温度を下回る。摩擦攪拌接合パラメータは、材料の熱特性、高温流応力、および浸透深さの関数である。
【００１７】
米国特許第６６４８２０６号および米国特許第６７７９７０４号など本発明者の何人による以前の特許は、以前は機能的に接合可能ではないと考えられていた材料に摩擦攪拌接合を実施することができる利点を教示する。これら材料のいくつかは、溶解接合可能ではなく、または全く接合困難である。これら材料は、例えば、金属マトリクス複合物、鋼およびステンレス鋼などの鉄合金、ならびに非鉄材料を含む。摩擦攪拌接合を利用することもできる材料の他の種類は超合金である。超合金は、より高い融解温度の青銅またはアルミニウムを有する材料であることができ、同様に混合された他の元素を有することができる。超合金のいくつかの例は、ニッケル、鉄ニッケル、および５３７．８℃（１０００°Ｆ）を超える温度で一般的に使用されるコバルトベースの合金である。超合金で一般的に見出される追加の元素は、限定されず、クロム、モリブデン、タングステン、アルミニウム、チタン、ニオブ、タンタル、およびレニウムを含む。
【００１８】
チタンは、摩擦攪拌接合にも望ましい材料であることに留意されたい。チタンは、非鉄材料であるが、他の非鉄材料より高い融解温度を有する。
以前の特許は、工具が、摩擦攪拌接合される材料より高い融解温度を有する材料を使用して形成される必要があることを教示する。いくつかの実施形態において、超研磨は、工具で使用された。
【００１９】
本発明の実施形態は、全体的に、これら機能的に接合可能ではない材料、および超合金に関し、以降、本明細書を通して「高融解温度」材料と呼ばれる。
上記例は、摩擦攪拌接合を対処するが、摩擦攪拌処理および摩擦攪拌混合も、考慮されなければならない本発明の態様である。摩擦攪拌処理および接合は、互いの排他的な事象であることができ、またはそれらは、同時に生じることがあることに留意されたい。用語「摩擦攪拌処理」は、固体状態処理と交換可能に参照されることもできることにも留意されたい。固体状態処理は、典型的に液体相を含まない可塑化状態への一時的な変換として本明細書で定義される。しかしながら、いくつかの実施形態は、１つまたは複数の要素が液体相を通過することを許容し、まだ本発明の利点を得ることに留意されたい。
【００２０】
摩擦攪拌処理において、工具ピンは、回転されかつ処理されるべき材料内に突入される。工具は、材料の処理領域を横切って横断方向に移動される。それは、材料が、元の材料とは異なる特性を有するように修正されることを結果として生じることができる固体状態工程における可塑化に材料を受けさせる作用である。
【００２１】
摩擦攪拌混合は、接合を除外する事象であることもでき、または摩擦攪拌混合は、同時に生じることができる。摩擦攪拌混合において、少なくとも１つの他の材料は、処理または接合される材料に追加される。
【００２２】
ＭｅｇａＳｔｉｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｅｔａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、Ｉｎｃ．とＳＩＩ ＭｅｇａＤｉａｍｏｎｄ、Ｉｎｃ．との間の業務提携）は、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）工具を開発し、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）工具は、ＦＳＷと呼ばれる固体状態結合工程の間に鋼およびステンレス鋼などの高融解温度材料を一緒に結合するために使用されることができる。この技術は、一般的に、多結晶立方晶系の窒化ボロン先端３０（ピンおよび肩部領域を含む）、先端の背部の絶縁（図示せず）、固定カラー３２、止めねじ３４、および図２に示されない柄３６を使用することを含む。
【００２３】
この工具が、適正な摩擦攪拌接合機械および適正な安定状態冷却とともに使用されるとき、それは、様々な材料の摩擦攪拌接合で有効である。この工具設計は、また、ＰＣＢＮに加えて様々な工具先端材料を使用するのに有効である。これらの材料のいくつかは、タングステン、レニウム、イリジウム、チタンなどの耐火物質を含む。
【００２４】
これら先端材料は、しばしば作るのに高価であるので、この設計は、工具を作りかつ工具を市場に提供する経済的なやり方である。図２に示される設計は、焼結、ヒッピング、および他の高圧力機器性能によって作られることができる制限された寸法で一部は駆動される。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
高融解温度材料のＦＳＳＷを可能にする工具形状を提供することが、本発明の一態様である。
高融解温度材料のＦＳＳＷを可能にする材料を含むＦＳＳＷを実施するための工具を提供することが、他の態様である。
【００２６】
好ましい実施形態において、本発明は、高融解温度材料の摩擦攪拌点接合のための工具であり、工具形状は、高温度材料の混合を増強するために短いピンおよび広い肩部を含み、工具は、超研磨被覆を含み、それによって高融解温度材料のＦＳＳＷを可能にする。
【００２７】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴、利点、および代替態様は、添付の図面と組み合わされる以下の詳細な記載を考慮することで当業者には明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に図面に対して参照が行われ、図面において、本発明の様々な要素が、所定の数値指定が与えられ、本発明は、当業者が本発明を作りかつ使用することを可能にするように議論される。以下の記載は、本発明の原理の例示だけであり、以下の特許請求の範囲を狭めるとして見られるべきでないことは理解される。
【００２９】
多結晶立方晶系の窒化ボロン（ＰＣＢＮ）、および結合されるこれら材料より高い溶融点を有する他の材料などの工具材料での最近の開発から、高融解温度材料の摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）が、現実になった。しかしながら、最近のＦＳＳＷ試験において、ＦＳＳＷで使用される工具形状が、ＦＳＷで使用される工具形状とは異なっていることが明らかになった。工具形状における変化は、ピン長さ、肩部幅に対するピン長さの比率の修正、ピン形状、肩部形状、ピンなしの肩部の使用、ピンだけの使用、ピン上のねじの使用、およびピンの高さを含むが、それらに限定されると考慮されるべきではない。
【００３０】
ＦＳＷで使用される多くの工具形状は、突合せ結合部を作るとき、より厚い加工片を一緒に結合するために、工具上の比較的長いピンを必要とする。対照的にＦＳＳＷは、一般的に、比較的厚い加工片に実施されるようになってきている。したがって、ピンは、ＦＳＷで使用される工具上より一般的により短くなることができる。このより短いピンは、工具が、ＦＳＳＷである両方の材料を一緒に浸透する際にも使用されることができる。
【００３１】
ピン長さとともに、本発明の他の態様は、肩部幅に対するピン長さの比率が、摩擦攪拌混合および接合のためにＦＳＳＷに重要であることの理解である。一緒に混合される加工片の広い領域を有することが望ましい。より広い領域のＦＳＳＷは、より容易に達成され、比較的広い肩部を有する。
【００３２】
本発明において、ＦＳＳＷ結合部は、結合される材料の最小の溶融でまたは溶融の無い一般的な固体状態工程を使用して達成される。したがって、工具形状が、材料が機械的に結び付くように、加工片の材料が処理されることを可能にすることが重要である。
【００３３】
例えば、図３Ａから図３Ｄに示される工具の形状を有する工具が、１５００ＲＰＭで回転され、５．０８ｃｍ（２インチ）／分から２０．３２ｃｍ（８インチ）／分の突入速度でＡＨＳＳのラップ結合部内に突入し、１秒から１０秒休止し、かつ引き込まれるとき、機械的な結び付きを有するＦＳＳＷ結合部が作られる。これらのパラメータは、例示だけの目的のためであり、同一または類似する結果を達成するために変えられることができることは理解すべきである。
【００３４】
図３Ａは、ＦＳＳＷ工具保持器４０、および肩部４２とピン４４とからなるＦＳＳＷ先端の輪郭図として与えられる。
図３Ｂは、ＰＣＢＮ先端の輪郭図であり、肩部４２およびピンは、短い柄４６に結合される。
【００３５】
図３Ｃは、ＰＣＢＮ先端の拡大輪郭図であり、肩部４２およびピンの詳細は、より明らかに見ることができる。
図４Ａは、ＦＳＳＷ工具保持器５０、および肩部の無いピン５４からなるＦＳＳＷ先端の輪郭図として与えられる。
【００３６】
図４Ｂは、ＰＣＢＮ先端の輪郭図であり、ピン５４は、短い柄５６に結合される。
図４Ｃは、ピン５４のステップ状のらせんねじ５８を示すＰＣＢＮ先端の拡大輪郭図である。ステップ状のらせんねじ５８は、この特定の実施形態において２つのねじ切られた開始部を使用して作られる。ピン５４のこの特定の構成は、他のＦＳＳＷ工具形状を使用して作られた点接合部と比べて最も大きな程度の強さを有する点接合部を結果として生じた。
【００３７】
図４Ｄは、ピン５４および工具保持器５０を示す端部の図である。
ＦＳＳＷ結合部を作るために処理される領域が最大化されることが、本発明の一態様である。換言すれば、ＦＳＳＷ工具で攪拌される材料の量を最大化することが望ましい。この目的を達成する１つのやり方は、ＦＳＳＷ工具の大きな肩部を使用することである。理想的に、ピンを有することがあるまたはピンを有することがない円筒状加工端部を有する柄を有する工具は、ＦＳＳＷ工具の肩部を最大化する。
【００３８】
この工具形状のいくつかの結果は、ＦＳＳＷ工具が、恐らく大きな軸方向負荷を受けること、ＦＳＳＷ工具が、恐らくラップ結合部の界面近くでまたは界面で突入されなければならないこと、およびＦＳＳＷ工具が、望ましくない材料流れを有することができることである。
【００３９】
これら困難性を解決する１つの方法は、結合領域の寸法を増大することである。これは、ＦＳＳＷ工程の間に、突入軸から離れてＦＳＳＷ工具を並進することによって達成される。
【００４０】
ＦＳＳＷ工程は、またＦＳＳＷ工具が移動されない休止期間を含むことができ、またはＦＳＳＷ工程は、休止期間を有さないことができ、ＦＳＳＷ工具は、移動したままである。
【００４１】
結び付けられる材料の流れを管理する工具形状が、好ましく、ＦＳＳＷされる特定の種類の材料の流れに関する設計基準を含むべきであることは、本発明の他の態様である。
図５は、ＦＳＳＷパラメータが、異なる点接合を得るために修正されたＦＳＳＷ工具の図である。第１の点接合部６０は、２．１秒のサイクル時間を使用して作られた。第２の点接合部６２は、１．６秒のサイクル時間を使用して作られた。
【００４２】
図６は、ＤＰ６００で実施されたＦＳＳＷ工具を使用する点接合の顕微鏡写真として与えられ、ＦＳＳＷ工程のパラメータの変化の結果として作られた３つの異なる断面を示す。接合部１（７０）は、２．５秒のＦＳＳＷサイクル時間を有し、５０ｍｍ／分での突入および２１３ｍｍ／分での引き出しを有した。接合部２（７２）は、１秒のＦＳＳＷサイクル時間を有し、２１３ｍｍ／分での突入および２１３ｍｍ／分での引き出しを有した。接合部３（７４）は、１．５秒のＦＳＳＷサイクル時間を有し、０．５秒間の休止時間を含む２１３ｍｍ／分での突入および２１３ｍｍ／分での引き出しを有した。
【００４３】
接合部２（７２）は、結合される２つの材料が同一平面ではなく、したがって、点接合が実施された後それらの間に間隔を有することを示すことに留意されたい。
本発明の他の態様は、ピンおよび肩部での非対称な特徴部を配置すること、引き出し可能なピンを使用すること、異なる程度のテーパ半径、放物線状、非線形形状を備えるピンを有すること、ピンにねじを有すること、肩部にねじを有すること、ピンに平坦部および／またはねじを有すること、ならびに工具の下の領域を増大するために突入軸から離れる方向にＦＳＳＷ工具が移動されるように、ＦＳＳＷ工具を移動することの使用を含む。
【００４４】
上述の構成は、本発明の原理の適用を例示するだけであることを理解すべきである。多数の修正および代替構成が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者によって考案されることができる。添付の特許請求の範囲は、そのような修正および構成を包含することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】高融解温度材料にＦＳＷを実施することができる既存の摩擦攪拌接合工具の従来技術の斜視図である。
【図２】高融解温度材料にＦＳＷを実施することができる既存の摩擦攪拌接合工具の他の従来技術の斜視図である。
【図３Ａ】本発明の所望の摩擦攪拌点接合を実施することができる工具の一実施形態を図示し、工具保持器およびその内に配置されたＰＣＢＮ先端の輪郭図である。
【図３Ｂ】ＰＣＢＮ先端の第１の輪郭図である。
【図３Ｃ】ＰＣＢＮ先端の第２の輪郭図である。
【図４Ａ】本発明の所望の摩擦攪拌点接合を実施することができる工具の他の実施形態を図示し、工具保持器およびその内に配置されたＰＣＢＮピンの輪郭図である。
【図４Ｂ】囲まれた図ＦによるＰＣＢＮピンの第１の輪郭図である。
【図４Ｃ】図Ｆのねじ切られたＰＣＢＮピンの拡大輪郭図である。
【図４Ｄ】ＰＣＢＮピンおよび工具保持器の端部の図である。
【図５】パラメータが、異なる点接合を得るために修正された、２つのＦＳＳＷ点接合の図である。
【図６】３つの摩擦攪拌点接合部の図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）工具を使用する高融解温度材料からなる２つの加工片の摩擦攪拌点接合を実施する方法であって、
（１）肩部およびピンを有する摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）工具を提供するステップであって、前記肩部および前記ピンは、その上に配置された超研磨被覆を有し、前記超研磨被覆は、前記２つの加工片より高い融解温度を有する、摩擦攪拌点接合工具を提供するステップと、
（２）前記ＦＳＳＷ工具を前記２つの加工片内に突入させ、かつ前記ＦＳＳＷ工具を突入軸線に対して横方向に移動することなく前記ＦＳＳＷ工具を引き出すことによって、前記２つの加工片を一緒に摩擦攪拌点接合するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記方法は、前記ＦＳＳＷ工具を前記２つの加工片から引き出す前に、前記ＦＳＳＷ工具を前記突入軸線に対して横方向に移動させるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記方法は、摩擦攪拌接合工具に対する、肩部幅に対するピン長さの比率を増大させ、それによって前記２つの加工片を一緒に混合することを最大化するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記方法は、休止時間を含むステップをさらに含み、前記ＦＳＳＷ工具は、前記２つの加工片内に突入されたままであり、回転するが、並進移動は実施されない請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記方法は、前記ピンが、ステップ状のらせんねじを含むように修正し、それによって前記２つの加工片の前記材料の混合を最大化するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記方法は、ＦＳＳＷパラメータを修正し、それによって結果として生じる点接合を修正するステップをさらに含み、前記ＦＳＳＷパラメータが、休止時間、突入深さ、サイクル時間、および突入軸線に対する前記ＦＳＳＷ工具の並進移動からなるＦＳＳＷパラメータの群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記方法は、前記ＦＳＳＷ工具を修正し、それによって結果として生じる点接合を修正するステップをさらに含み、前記ＦＳＳＷ工具に対する前記修正は、前記ピンのテーパ、前記ピンの断面形状、前記ピン上のねじの存在、前記肩部上のねじの存在、および前記ピン上の平坦部の存在からなる修正の群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）工具を使用する高融解温度材料からなる２つの加工片の摩擦攪拌点接合を実施する方法であって、
（１）ピンを有する摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）工具を提供するステップであって、前記ピンは、その上に配置された超研磨被覆を有し、前記超研磨被覆は、前記２つの加工片より高い融解温度を有する、摩擦攪拌点接合工具を提供するステップと、
（２）前記ＦＳＳＷ工具を前記２つの加工片内に突入させ、かつ前記ＦＳＳＷ工具を突入軸線に対して横方向に移動することなく前記ＦＳＳＷ工具を引き出すことによって、前記２つの加工片を一緒に摩擦攪拌点接合するステップとを含む方法。
【請求項９】
前記方法は、前記ＦＳＳＷ工具を前記２つの加工片から引き出す前に、前記ＦＳＳＷ工具を前記突入軸線に対して横方向に移動させるステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記方法は、休止時間を含むステップをさらに含み、前記ＦＳＳＷ工具は、前記２つの加工片内に突入されたままであり、回転するが、並進移動は実施されない請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記方法は、前記ピンが、ステップ状のらせんねじを含むように修正し、それによって前記２つの加工片の前記材料の混合を最大化するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記方法は、ＦＳＳＷパラメータを修正し、それによって結果として生じる点接合を修正するステップをさらに含み、前記ＦＳＳＷパラメータが、休止時間、突入深さ、サイクル時間、および突入軸線に対する前記ＦＳＳＷ工具の並進移動からなるＦＳＳＷパラメータの群から選択される請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記方法は、前記ＦＳＳＷ工具を修正し、それによって結果として生じる点接合を修正するステップをさらに含み、前記ＦＳＳＷ工具に対する前記修正は、前記ピンのテーパ、前記ピンの断面形状、前記ピン上のねじの存在、および前記ピン上の平坦部の存在からなる修正の群から選択される請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
高融解温度材料からなる２つの加工片の点接合を実施する摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）工具であって、
その上に配置された超研磨被覆を有する肩部と、
前記肩部に結合され、かつその上に配置された超研磨被覆を有するピンとを備え、前記超研磨被覆は、前記２つの加工片より高い融解温度を有し、
肩部幅に対するピン長さの比率が調整され、それによって前記２つの加工片の前記材料の混合を最大化するＦＳＳＷ工具。
【請求項１５】
前記ピンが、さらにステップ状のらせんねじを備え、それによって前記２つの加工片の前記材料の混合を最大化する請求項１４に記載のＦＳＳＷ工具。
【請求項１６】
高融解温度材料からなる２つの加工片の点接合を実施する摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）工具であって、
柄と、
前記柄に結合され、かつその上に配置された超研磨被覆を有するピンとを備え、前記超研磨被覆は、前記２つの加工片より高い融解温度を有し、
肩部幅に対するピン長さの比率が調整され、それによって前記２つの加工片の前記材料の混合を最大化するＦＳＳＷ工具。
【請求項１７】
前記ピンが、さらにステップ状のらせんねじを備え、それによって前記２つの加工片の前記材料の混合を最大化する請求項１６に記載のＦＳＳＷ工具。
【請求項１】
摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）工具を使用する高融解温度材料からなる２つの加工片の摩擦攪拌点接合を実施する方法であって、
（１）肩部およびピンを有する摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）工具を提供するステップであって、前記肩部および前記ピンは、その上に配置された超研磨被覆を有し、前記超研磨被覆は、前記２つの加工片より高い融解温度を有する、摩擦攪拌点接合工具を提供するステップと、
（２）前記ＦＳＳＷ工具を前記２つの加工片内に突入させ、かつ前記ＦＳＳＷ工具を突入軸線に対して横方向に移動することなく前記ＦＳＳＷ工具を引き出すことによって、前記２つの加工片を一緒に摩擦攪拌点接合するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記方法は、前記ＦＳＳＷ工具を前記２つの加工片から引き出す前に、前記ＦＳＳＷ工具を前記突入軸線に対して横方向に移動させるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記方法は、摩擦攪拌接合工具に対する、肩部幅に対するピン長さの比率を増大させ、それによって前記２つの加工片を一緒に混合することを最大化するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記方法は、休止時間を含むステップをさらに含み、前記ＦＳＳＷ工具は、前記２つの加工片内に突入されたままであり、回転するが、並進移動は実施されない請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記方法は、前記ピンが、ステップ状のらせんねじを含むように修正し、それによって前記２つの加工片の前記材料の混合を最大化するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記方法は、ＦＳＳＷパラメータを修正し、それによって結果として生じる点接合を修正するステップをさらに含み、前記ＦＳＳＷパラメータが、休止時間、突入深さ、サイクル時間、および突入軸線に対する前記ＦＳＳＷ工具の並進移動からなるＦＳＳＷパラメータの群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記方法は、前記ＦＳＳＷ工具を修正し、それによって結果として生じる点接合を修正するステップをさらに含み、前記ＦＳＳＷ工具に対する前記修正は、前記ピンのテーパ、前記ピンの断面形状、前記ピン上のねじの存在、前記肩部上のねじの存在、および前記ピン上の平坦部の存在からなる修正の群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）工具を使用する高融解温度材料からなる２つの加工片の摩擦攪拌点接合を実施する方法であって、
（１）ピンを有する摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）工具を提供するステップであって、前記ピンは、その上に配置された超研磨被覆を有し、前記超研磨被覆は、前記２つの加工片より高い融解温度を有する、摩擦攪拌点接合工具を提供するステップと、
（２）前記ＦＳＳＷ工具を前記２つの加工片内に突入させ、かつ前記ＦＳＳＷ工具を突入軸線に対して横方向に移動することなく前記ＦＳＳＷ工具を引き出すことによって、前記２つの加工片を一緒に摩擦攪拌点接合するステップとを含む方法。
【請求項９】
前記方法は、前記ＦＳＳＷ工具を前記２つの加工片から引き出す前に、前記ＦＳＳＷ工具を前記突入軸線に対して横方向に移動させるステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記方法は、休止時間を含むステップをさらに含み、前記ＦＳＳＷ工具は、前記２つの加工片内に突入されたままであり、回転するが、並進移動は実施されない請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記方法は、前記ピンが、ステップ状のらせんねじを含むように修正し、それによって前記２つの加工片の前記材料の混合を最大化するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記方法は、ＦＳＳＷパラメータを修正し、それによって結果として生じる点接合を修正するステップをさらに含み、前記ＦＳＳＷパラメータが、休止時間、突入深さ、サイクル時間、および突入軸線に対する前記ＦＳＳＷ工具の並進移動からなるＦＳＳＷパラメータの群から選択される請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記方法は、前記ＦＳＳＷ工具を修正し、それによって結果として生じる点接合を修正するステップをさらに含み、前記ＦＳＳＷ工具に対する前記修正は、前記ピンのテーパ、前記ピンの断面形状、前記ピン上のねじの存在、および前記ピン上の平坦部の存在からなる修正の群から選択される請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
高融解温度材料からなる２つの加工片の点接合を実施する摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）工具であって、
その上に配置された超研磨被覆を有する肩部と、
前記肩部に結合され、かつその上に配置された超研磨被覆を有するピンとを備え、前記超研磨被覆は、前記２つの加工片より高い融解温度を有し、
肩部幅に対するピン長さの比率が調整され、それによって前記２つの加工片の前記材料の混合を最大化するＦＳＳＷ工具。
【請求項１５】
前記ピンが、さらにステップ状のらせんねじを備え、それによって前記２つの加工片の前記材料の混合を最大化する請求項１４に記載のＦＳＳＷ工具。
【請求項１６】
高融解温度材料からなる２つの加工片の点接合を実施する摩擦攪拌点接合（ＦＳＳＷ）工具であって、
柄と、
前記柄に結合され、かつその上に配置された超研磨被覆を有するピンとを備え、前記超研磨被覆は、前記２つの加工片より高い融解温度を有し、
肩部幅に対するピン長さの比率が調整され、それによって前記２つの加工片の前記材料の混合を最大化するＦＳＳＷ工具。
【請求項１７】
前記ピンが、さらにステップ状のらせんねじを備え、それによって前記２つの加工片の前記材料の混合を最大化する請求項１６に記載のＦＳＳＷ工具。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２００８−５２９８０５（Ｐ２００８−５２９８０５Ａ）
【公表日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５５６２９４（Ｐ２００７−５５６２９４）
【出願日】平成１８年２月１５日（２００６．２．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００５５０７
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０８６８８５
【国際公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【出願人】（５０６０３９７１５）エスアイアイ・メガダイアモンド・インコーポレーテッド (6)
【出願人】（５０５２８９６５０）アドバンスト・メタル・プロダクツ・インコーポレーテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１５日（２００６．２．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００５５０７
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０８６８８５
【国際公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【出願人】（５０６０３９７１５）エスアイアイ・メガダイアモンド・インコーポレーテッド (6)
【出願人】（５０５２８９６５０）アドバンスト・メタル・プロダクツ・インコーポレーテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
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