JP4884044B2

JP4884044B2 - 摩擦攪拌接合工具及びこれを用いた接合方法

Info

Publication number: JP4884044B2
Application number: JP2006077304A
Authority: JP
Inventors: 勝作田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2026-03-20
Also published as: JP2007175764A

Description

本発明は、金属材同士の溶接に用いる工具に関し、例えばアルミニウム材や鋼材、それらの合金材、ＭＭＣ材（金属基複合材）等の金属材を接合一体化する際に用いられる摩擦撹拌接合工具及びこれ用いた接合方法に関する。

従来のイナートガスを用いたアーク溶接手法に代わる金属材料の接合方法としては、摩擦圧接法、レーザー溶接法、機械的接合法、接着法等があるが、これらは施工性や信頼性の面、あるいは装置コストが高い等の理由から、各接合法が適用される分野が制限されているのが現状である。

特に、摩擦圧接法は、古くから利用されている技術であり、接合する被接合材を相対的に高速回転させて、被接合材の接合面同士を擦り合わせて、接合面から発生した摩擦熱で接合面が融点に達した時点で、さらに被接合材同士を押し付けて、回転させながら接合する方法である。この技術は、例えば、金属バットのグリップの接合などにおいて実用化されている。しかしながら、この摩擦圧接法は、材料の形状が円柱や円筒管などの柱形状や中空形状など、比較的接合面積の狭い被接合材に限られており、接合面積が広いもしくは長い被接合材の接合には適用しにくいという課題を有していた。

ところで、近年、上述の摩擦圧接法と同様に、被接合材から発生する摩擦熱を利用して接合する方法として摩擦攪拌接合法がある。

摩擦撹拌接合は、良好な接合部を得るために、接合部の摩擦撹拌によって塑性流動する被接合材の撹拌効率を向上させることが重要である。また、接合部に発生する被接合材のバリの発生および肉盛り部の形成を抑制し、接合後の接合部内に発生する欠陥（空隙）を防止するために、塑性流動する被接合材を塑性流動領域の内部へ押し込む作用が必要とされている。さらに、被接合材が鉄、ステンレスなどの難接合材の接合に適用できる摩擦撹拌接合工具も要求されている。また、摩擦撹拌接合工具のピンの破損防止、耐摩耗性の向上など長寿命化に対する要求もある。

ここで、前記の課題を解決する手段として、図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、軸心回りに回転させる略円柱状の本体２２の先端に、被接合材に差し込まれる円柱状のピン２１を設けており、ピン２１の外周面にピン２１の軸方向の少なくとも一部にわたって、凸条３１または凹部溝３２をらせん状に設けた摩擦撹拌接合工具２１０が提案されている。これら摩擦撹拌接合工具２１０によると、凸条３１および凹部溝３２の回りの被接合材の塑性流動を効率的に発生させることができるとともに、接合部分の表面付近よりも、内部の塑性流動を大きくできるとされている。このことから、接合部分における被接合材の材料組織を均一に攪拌し、安定して均質な接合組織を得られるとされている。さらに、被接合材の表面の酸化被膜が塑性流動領域の内部に巻き込まれたとしても、上述のような効果的な塑性流動により酸化被膜は微細に分断され、接合部分に及ぼす酸化被膜の影響もほとんど無いとされている（特許文献１参照）。

また、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、本体２２の先端に、円柱状のピン２１が同心に設けられており、本体の端面２５に渦巻状溝（不図示）を形成し、さらに、渦巻状溝（不図示）の深さはピン２１に近づくほど浅く形成する摩擦撹拌接合用工具２２０が提案されている。この摩擦撹拌接合用工具２２０によると、渦巻状溝（不図示）の効果により、塑性流動領域の内部へ塑性流動する被接合材を押し込む作用が増大でき、接合部の欠陥（空隙）の発生を防止できるとされている。さらに、ピン２１の外周面にも、らせん状溝３４を形成することにより、塑性流動領域の内部へ塑性流動する被接合材を押し込む作用をさらに増大できるとされている（特許文献２参照）。

さらに、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、被接合材に差し込まれるピン２１の先端に、傾斜面３５を有し、さらに好ましくは、ピン２１の先端面に凹凸などの突起形状（不図示）を設けた摩擦撹拌接合工具２３０が提案されている。従来、平面上の治具（不図示）に配置された被接合材を接合する際に、摩擦撹拌接合用工具２３０のピン２１の先端と治具との間に間隔が生じ、この間隔の間では、塑性流動が生じない部分となっていた。このために、ビード裏側の被接合材の突合せ面が接合されずに残る課題があったが、この摩擦撹拌接合工具２３０によると、治具とピン２１との間隔にも塑性流動を発生させることが可能となり、ビード裏側の突合せ面の未接合部が残らないとされている（特許文献３参照）。

さらにまた、図１２に示すように、本体２２の端面２５にピン２１を取り巻く態様で渦巻状溝３３が形成されるとともに、ピン２１の外周面に、ピン２１の軸方向に延びた縦溝３６が設けられている摩擦撹拌接合用工具２４０が提案されている。この摩擦撹拌接合用工具２４０によると、ピン２１による撹拌力を向上させることが可能となり、接合速度の高速化が可能になるとされている（特許文献４参照）。
特開Ｈ１０−２４９５５１号公報特開２００３−４８０８３号公報特開２０００−１５３３７４号公報特開２００４−１４１８９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の摩擦撹拌接合用工具２１０では、ピン２１の凹部溝３２は、その溝幅が０．５〜１．０ｍｍ、溝深さが０．１〜０．８ｍｍ程度に設定されているが、溝幅を狭く設定した場合、溝深さを広く設定したとしても、被接合材の撹拌時において、この凹部溝３２に被接合材の材料が詰まり、撹拌効率が低下するといった課題が生じる。また、凹部溝３２の溝幅、溝深さを広く設定すると、ピン２１の機械的強度が低下し、撹拌途中にピン２１が破損するといった課題が生じる。また、凸条３１は、凸条幅０．５〜１．３ｍｍ、凸条高さ０．１〜０．８ｍｍと設定されているが、加工時に発生する摩擦熱によって凸条３１の変形が発生したり、凸部３１自体が欠けるといった課題が生じる。さらに、凸条３１は被接合材に差し込む際にも欠けるといった課題が生じる。

さらに、特許文献２に記載の摩擦撹拌接合用工具２２０では、ピン２１のらせん状溝３４の底面に応力集中が発生し、撹拌途中のピン２１が破損しやすいという課題があった。また、渦巻状溝において塑性流動領域の内部へ塑性流動する被接合材を押し込む作用が増大できたとしても、ピン２１のらせん状溝３４は、ピン２１の近傍のみの撹拌効率を向上させるに止まるため、深さ方向への撹拌効率の向上を図ることができないといった課題が生じる。

また、さらに、特許文献３では、傾斜面３５は、本体２２を回転させることによって、回転軸中心に概略円錐形状の空間が発生するため、撹拌効果が不足するといった課題があった。また、ピン２１の端面の突起や溝は、ピン２１の挿入時において被接合材が予熱前の時点では、突起や溝部のエッジが非常に破損しやすく、鉄、ステンレスなどの高硬度の難接合材では、特にその傾向が強いという課題があった。

また、特許文献４では、ピン２１の縦溝３６は、４〜８ｍｍ、さらに曲率半径４〜１６ｍｍが好ましい範囲として設定されているが、縦溝３６の形状が大きすぎるために、被接合材の撹拌中にピン２１に応力が集中し破損しやすく、工具寿命が短いといった課題が生じている。

前記課題を解決するため、本発明の摩擦攪拌接合工具は、円柱状の本体と、該本体の先端に本体と略同軸に設けられた円柱状のピンとを有する摩擦攪拌接合用工具において、前記ピンの外周面は、前記外周面の周回方向に沿って曲面をなす周縁部と、該周縁部を前記周回方向に延長した仮想周縁よりも前記軸側に配されるように前記周縁部に接続する少なくとも１つ以上の三角形又は四角形の平面部と、該平面部に略直角の角度を成して前記軸より離間する方向に連続するとともに前記周縁部に接続する前記平面部の面積より小さい小面部とを有することを特徴とする。

また、前記ピンは、先端に向けて先細り状であることを特徴とする。

さらに、前記ピンは、窒化珪素質焼結体から成ることを特徴とする。

またさらに、前記ピンは、炭化硼素質焼結体から成ることを特徴とする。

さらにまた、前記ピンは、前記小面部から前記平面部へ向かって回転可能であることを特徴とする。

また、前記平面部および小面部は、３個以上設けられたことを特徴とする。また、前記平面部は、四角形であり、前記小面部は、前記四角形の平面部の２辺にわたり連続するように形成されていることを特徴とする。また、前記平面部は、前記本体側の上底が短く、前記本体と反対側の下底が長い台形状であることを特徴とする。また、前記平面部は、三角形であり、前記平面部と前記小面部との稜線は、曲線状であることを特徴とする。

本発明の接合方法は、前記摩擦撹拌接合用工具を用いることを特徴とする。

本発明の摩擦撹拌接合工具によれば、ピンの外周面に少なくとも１つ以上の三角形または四角形の平面部を有し、該平面部に略直角の角度を成して連続する小面部を有することから、被接合材の接合部に発生するバリを抑制することによって、接合部における材料減肉が無いため、接合部の欠陥（空隙）の発生しない被接合体を得ることができる。さらに、ピンの外周面に螺旋状の溝などが無いため、被接合材の撹拌において、ピンへの応力集中が少なくピン１が破損（折損）しにくいため長寿命化を図ることができる。

また、平面部および小面部は、塑性流動を塑性流動領域の内部へ押し込む効果を有しているため、より均質な安定した塑性流動を発生させ効率の高い接合を行うことができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の摩擦撹拌接合用工具の一実施形態を示す工具の先端部分を示す斜視図である。

本発明の摩擦撹拌接合用工具１００は、その軸心回りに回転させる円柱状の本体２と、本体２の先端に、本体２と同心に被接合材に差し込まれる円柱状のピン１を有してなる
。

なお、ピン１は、本体２の先端面５に形成されており、本体２とピン１とは軸を略同一として成るものである。接合時には本体２を装置にチャッキングして回転させられるため、ピン１と本体２との同軸度が略同一であると、本体２の回転に伴うピン１の回転にブレが生じず、被接合材に差し込む際にピン１の破損を防止することができる。また、接合時の回転による被接合材との摩擦、被接合材の塑性流動との応力によって、ピン１が本体２から折れることを防止するために、ピン１と本体２は接合体でない一体型であることが好ましい。

本発明の摩擦撹拌接合工具１００は、図１（ａ）に示すようにピン１の外周面に複数の三角形状の平面部３、図１（ｂ）に示すように四角形の平面部３を有し、各平面部３には略直角の角度を成して軸に離間する方向に連続する小面部４を有することが重要である。

この理由を図２（ａ）〜（ｃ）に示す接合時に発生する被接合材の塑性流動と摩擦撹拌接合工具１００の関係を用いて説明する。

接合時には摩擦撹拌接合用工具１００は、図２中ω方向に回転しながら被接合材５００の端面同士の突合せ面７付近にピン１を差し込むことにより、ピン１および本体２の端面５との摩擦熱を生じさせ、この摩擦熱により被接合材５００に塑性流動８を発生させる。なお、図２中の塑性流動８は模式的にその方向を矢印で表した。

次に、工具１００を回転させつつ図２中Ｘ方向に移動させ、被接合材５００の突合せ面７を中心とした部分に接合部１０を形成しながら被接合材５００を接合する。

この時、ピン１に形成された小面部４は平面部３に略直角に連続して形成されているため、平面部３と本体２の端面５とで形成された空間に流動してきた被接合材５００の塑性流動８が小面部４により押し返され、塑性流動領域９の内部へ押し込む効果を成す。つまり、接合時に本体２の端面５も被接合材５００に押し込まれるため、被接合材５００には本体２の端面５による押し圧が作用することになる。そのため、塑性流動８の状態になった被接合材５００の一部は、本体２の端面５により上方に押し出されるが、本発明の摩擦撹拌接合工具１００では、小面部４により下向きの塑性流動８を発生させることができ、本体２の端面５により押し圧を受け、上方に押し出されようとする被接合材５００を塑性流動領域９の内部に押し込むことができる。また、上方に押し出された被接合材５００は、接合部１０の周囲にバリや盛り肉部として残り、接合後の接合部１０は厚みが減少し材料減肉となる。しかし、本発明の摩擦撹拌接合工具１００を用いることにより、上述の通り、被接合材５００の上方への押し出しを抑制するために、得られる被接合材５００の接合部１０付近に発生するバリや盛り肉部を抑制することができる。

さらに、小面部４は、塑性流動する被接合材５００の撹拌効率を向上させるため接合強度の向上を図ることができる。

なお、本発明における平面部３と小面部４の成す角度が略直角とは、両者の成す角度αが８０〜１２０°であることを示し、さらには、この角度αは、８０〜１００°の範囲とすることが好ましく、これにより、上述の塑性流動８の押し返し作用をより効率的に得ることができる。角度αが８０度よりも小さいと、平面部３による塑性流動８の小面部４に対向させる効果が低下するからであり、１００度より大きいと、小面部４による塑性流動８を塑性流動領域９の内部へ押し込む効果が低下するからである。

また、平面部３は、図２（ｂ）に示すように、ピン１の外周に沿って発生する塑性流動８を小面部４に対向させる作用を成し、小面部４による塑性流動８の効率をさらに向上させることができる。したがって、本発明の摩擦撹拌接合工具１００は、平面部３と小面部４の組合せにより塑性流動８の効率をより向上させるとともに、小面部４の効果によりバリの少ない接合部１０を得ることが可能となり、さらには接合部１０における材料減肉が発生していないため、接合部１０の欠陥（空隙）の発生しない被接合体５００を得ることができる。さらに、ピン１の外周面に螺旋状の溝などが無いため、被接合材５００の撹拌において、ピン１への応力集中が少なく、ピン１が破損（折損）しにくいため、長寿命化を図ることができる。

これに対して、図２（ｃ）に示すようなピン１の外周面に平面部３と小面部４との成す角度が８０°未満の小さなものとした場合には、平面部３はピン１の外周に沿って発生する塑性流動８を小面部４に誘導させる作用を成すことができず、塑性流動領域９が小さくなり、撹拌効率が低下するため、接合強度の高い被接合体５００を得ることが困難になる。

また、図３に示すように、ピン１の先端面の周縁の曲線の割合、即ち図３における太線Ａの割合は、ピン１先端の仮想周縁、即ち図３における破線とそれに連続する太線で示される円相当の周縁Ｂに対して４０〜６０％の範囲で形成されることが好ましい。

これは、太線の割合が４０％よりも小さくなると、ピン１を被接合材に差し込むときの抵抗が大きくなり、ピン１の周縁の摩擦摩耗が大きくなったり、周縁に割れ、チッピングが生じやすい。一方、６０％よりも大きくなると、必然的に平面部３の面積が小さくなり、平面部３および小面部４による塑性流動８を塑性流動領域９の内部へ押し込む効果が低下する。

さらに、ピン１の外周面に形成する平面部３の数は２〜４個であることが好ましい。平面部３の数が１個の場合、平面部３および小面部４による塑性流動８を塑性流動領域９の内部へ押し込む効果が低下するからである。また、平面部３の数が４個よりも多くなると、各々の平面部３の面積が減少し平面部３による塑性流動８の小面部４に対向させる効果が低下するからであり、ピン１先端の周縁の曲線の割合が小さくなり、ピン１を被接合材に差し込むときの抵抗が大きくなり、ピン１の周縁の摩擦摩耗が大きくなったり、周縁に割れ、チッピングが生じやすくなる。

特に好ましくは、平面部３の数が3個の場合で、ピン１の摩擦摩耗や割れ、チッピングなど機械的特性の低下を防止しつつ、塑性流動８を塑性流動領域９の内部へ押し込む効果が最大限に得ることができる。

また、ピン１の外周面に形成する平面部３は三角形である場合、図4（ａ）に示すように平面部３と小面部４との稜線が曲線状であることが好ましい。図４（ｂ）は同図（ａ）の摩擦撹拌接合工具１００を用いた場合の塑性流動８の様子を模式的に示すものであり、曲線状の稜線により小面部４の形状に沿ってスムーズに塑性流動８を生じることが可能となるため、塑性流動８する被接合材５００を塑性流動領域９の内部へ押し込む作用を増大させることができ、これにより被接合材５００のバリの発生をさらに抑制することができとともに接合部１０における材料減肉が無いため、接合部１０内の欠陥（空隙）の発生を防止することができ、良好な接合部１０を得ることができる。また、小面部４におけるピンの端面と対向する頂角が大きくなり、小面部４のほぼ全領域にわたって塑性流動８が効果的に対向することになるため、塑性流動領域９の内部へ押し込む効果を増大させることができる。これに対し、図４（ｃ）では、小面部４の稜線が直線となっており三角形の本体側の端面５側の頂点部では急激に塑性流動８の方向が下方向に変化させられる。そのため、図４（ｃ）の形状でも下方向の塑性流動８は発生するが、図４（ｂ）と比較して一部の塑性流動８が下方向に流動しないため、内部へ押し込む効果が劣ってしまう。

なお、三角形である平面部３は角部が曲線状であっても構わない。

次いで、本発明の摩擦撹拌接合工具１００のピン１の外周面に形成する平面部３が四角形である場合について、図５、図６を用いて説明する。

図５（ａ）は小面部４が四角形の平面部３の２辺にわたり連続するように形成されたものであり、同図（ｂ）は小面部４が四角形の平面部３の１辺のみに連続するように形成されたものである。これら摩擦撹拌接合工具１００を用いて接合する際の塑性流動８を、それぞれ図６（ａ）、（ｂ）に示す。図６（ａ）は、小面部４が平面部３の四角形の２辺にわたって連続するように形成されているため、ピン１の端面と対向する小面部４により上向きの塑性流動８を有効に抑えることが可能になる。また、図６（ｂ）に示すように、小面部４が平面部３の四角形の１辺にのみ連続するように形成されている場合、小面部４の下部では塑性流動８する被接合材５００を塑性流動領域９の内部へ押し込む作用を増大させることは可能であるが、小面部４の上部では上向きの塑性流動８が発生することがあり、さらに本体２の端面５の回転によって、被接合材５００の表面部では逆方向の塑性流動８が発生することがある。したがって、平面部３が四角形の小面部４と平面部３の四角形の２辺にわたって連続するように形成されていることがより好ましい。

なお、四角形である平面部３は、ピン１側の下底が長く、本体２の端面５側の上底が短い台形状であっても、角部が曲線状であっても構わない。

また、本発明の摩擦撹拌接合工具１００は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、ピン１が先端に向けて先細りであることが好ましい。この場合、被接合材への挿入時にピン１への抵抗が軽減されるため、破損を防止することができる。さらには、ピン１と本体２との境界への応力集中が緩和でき、ピン１の破損、折損をより確実に防止することができる。またピン１が先細り形状になることからピン１自体の体積が小さくなることによって、塑性流動領域９の体積を大きくすることができ、接合効率を向上させることができるとともに、塑性流動領域９の体積をより大きくすることができるため、被接合材５００の表面酸化物の粉砕と分散が可能となり接合部１０に及ぼす酸化被膜の影響を少なくすることができる。

また、本発明の摩擦攪拌接合工具１００は、窒化珪素質焼結体、炭化硼素質焼結体、アルミナ質焼結体、炭化珪素質焼結体等のセラミックスにて形成されていることが好ましく、これによりピン１および本体２の端面５の耐摩耗性が向上し、長寿命となる。また、セラミックスは耐熱性が非常に高いため、より高負荷条件での使用に耐える他、高硬度のため、鋼材、ステンレス合金、チタン合金、ＭＭＣなどの難接合材の接合に適用できるため、より多くの種類に適用できる。このセラミックスのうち、特に窒化珪素質焼結体が好ましく、アルミナ質焼結体や炭化珪素質焼結体と比較して高温強度が高いため、摩擦熱による接合を行う摩擦撹拌接合工具１００の材料としては好適である。また、圧縮強度が約４０００ＭＰａ、３点曲げ強度も約１０００ＭＰａと機械的特性にも優れているので、高負荷の接合用として好適である。さらに、見掛密度が小さいために、本体２を高回転させる際に、装置自体への負荷を低減することができ、熱伝導率も約１５〜３０W／ｍ・Kと、従来より摩擦攪拌接合工具として使用されてきたダイス鋼、ハイス鋼、ステンレス鋼の熱伝導率とほぼ同等のため、加工条件を大きく変更する必要が無い。

また、炭化硼素質焼結体は、ビッカース硬度で約５０ＧＰaの高硬度を有し、耐摩耗性に優れていること、さらに、融点が２３５０〜２４７０℃で高融点であることから、より難接合材料に用いることができる。

次いで、上述のような摩擦撹拌接合工具１００を用いた接合方法について図８（ａ）、（ｂ）を用いて詳細を説明する。

図８（ａ）は、被接合材５００の端面同士を突き合わせた突合せ面７を中心に接合する場合の模式図を示し、同図（ｂ）は、被接合材５００の端部を重ねた重ね部６を中心に接合する場合の模式図を示す。

先ず、準備した被接合材５００の突き合せ面７付近もしくは重ね部６に、工具１００を回転させながらピン１を埋め込む。ここで、工具１００の回転方向ωはピン１に設けた小面部４が回転方向に対向するように設定し、さらに本体２は被接合材５００に対して相対的に移動させる。この接合方法によると、回転するピンの外周面に設けた四角形または三角形の平面部３と該平面部と連続した小面部４の作用によって、下向きの塑性流動を発生させることができるため、均質な接合組織が安定して形成されるとともに、接合部１０の周囲にバリや盛り肉部が少ない高品質の接合部を得ることができる。

なお、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であることは言うまでもない。

（ａ）、（ｂ）は本発明の摩擦撹拌接合工具の一実施形態を示す部分斜視図であり、（ａ）は小面部が三角形であり、（ｂ）は小面部が四角形である実施形態を示す。（ａ）は本発明の摩擦撹拌接合工具を用いて被接合材を接合する状態を示す概念図であり、（ｂ）は同図（ａ）の接合時の様子を接合部の上面から見た概念図であり、（ｃ）は従来の実施形態の摩擦撹拌接合工具を用いた接合時の様子を接合部の上面から見た概念図である。図１（ａ）の摩擦撹拌接合工具のピンの先端面から見た平面図を示す。（ａ）は本発明の摩擦撹拌接合工具の別の実施形態を示す部分斜視図であり、（ｂ）、（ｃ）は同図（ａ）の種々の摩擦撹拌接合工具を用いた接合時の様子を示す概念図である。（ａ）、（ｂ）は本発明の摩擦撹拌接合工具の種々の実施形態を示す部分斜視図である。（ａ）は図５（ａ）の摩擦撹拌接合工具を用いた接合時の様子を示す概念図であり、（ｂ）は図５（ｂ）の摩擦撹拌接合工具を用いた接合時の様子を示す概念図である。（ａ）、（ｂ）は本発明の摩擦撹拌接合工具のさらに別の実施形態を示す部分斜視図である。（ａ）、（ｂ）は本発明の摩擦撹拌接合用工具を用いた接合方法を説明するための概念図である。（ａ）、（ｂ）は従来の摩擦撹拌接合工具を示す平面図であり、（ｃ）（ｄ）は同図（ａ）、（ｂ）をＨの方向から見た平面図である。（ａ）は従来の摩擦撹拌接合工具の別の例を示す平面図であり、（ｂ）は同図（ａ）をＩの方向から見た平面図である。（ａ）は従来の摩擦撹拌接合工具のさらに別の例を示す平面図であり、（ｂ）は同図（ａ）をＪの方向から見た平面図である。（ａ）は従来の摩擦撹拌接合工具のまたさらに別の例を示す平面図であり、（ｂ）、（ｃ）は同図（ａ）をＬの方向から見た平面図である。

符号の説明

１００、２１０、２２０、２３０、２４０：摩擦撹拌接合工具
１、２１：ピン
２、２２：本体
３：平面部
４：小面部
５、２５：端面
６：重ね部
７：突合せ面
８：塑性流動
９：塑性流動領域
１０：接合部
３１：凸部
３２：凹部溝
３３：渦巻状溝
３４：らせん状溝
３５：傾斜面
３６：縦溝
５００：被接合材

Claims

円柱状の本体と、該本体の先端に本体と略同軸に設けられた円柱状のピンとを有する摩擦攪拌接合用工具において、
前記ピンの外周面は、前記外周面の周回方向に沿って曲面をなす周縁部と、該周縁部を前記周回方向に延長した仮想周縁よりも前記軸側に配されるように前記周縁部に接続する少なくとも１つ以上の三角形又は四角形の平面部と、該平面部に略直角の角度を成して前記軸より離間する方向に連続するとともに前記周縁部に接続する前記平面部の面積より小さい小面部とを有することを特徴とする摩擦撹拌接合用工具。
前記ピンは、先端に向けて先細り状であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合用工具。
前記ピンは、窒化珪素質焼結体から成ることを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦攪拌接合用工具。
前記ピンは、炭化硼素質焼結体から成ることを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦攪拌接合用工具。
前記ピンは、前記小面部から前記平面部へ向かって回転可能であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の摩擦攪拌接合用工具。
前記平面部および小面部は、３個以上設けられたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の摩擦攪拌接合用工具。
前記平面部は、四角形であり、
前記小面部は、前記四角形の平面部の２辺にわたり連続するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の摩擦攪拌接合用工具。
前記平面部は、前記本体側の上底が短く、前記本体と反対側の下底が長い台形状であることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の摩擦攪拌接合用工具。
前記平面部は、三角形であり、
前記平面部と前記小面部との稜線は、曲線状であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の摩擦攪拌接合用工具。
前記請求項１乃至９の何れかに記載の摩擦撹拌接合工具を用いて、接合を行うことを特徴とする接合方法。