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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023119922
(43)【公開日】2023-08-29
(54)【発明の名称】摩擦攪拌接合の評価方法
(51)【国際特許分類】
B23K 20/12 20060101AFI20230822BHJP
B23K 31/00 20060101ALI20230822BHJP
【ＦＩ】
B23K20/12 310
B23K20/12 344
B23K31/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022023054
(22)【出願日】2022-02-17
(71)【出願人】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山本 綾人
(72)【発明者】
【氏名】河野 一郎
(72)【発明者】
【氏名】藤井 祥平
【テーマコード（参考）】
4E167
【Ｆターム（参考）】
4E167AA06
4E167BG04
4E167BG22
(57)【要約】
【課題】摩擦攪拌接合における被接合部材の変形の評価を短時間でかつ精度良く行えるようにする。
【解決手段】二つの被接合部材を摩擦攪拌接合により接合したときの各被接合部材の変形を、ＣＡＥ解析により評価する摩擦攪拌接合の評価方法は、摩擦攪拌接合において攪拌される部分の断面形状である攪拌断面を定義するステップＳ２と、攪拌による熱により被接合部材に発生する攪拌温度を定義するステップＳ３と、ＣＡＥモデルの被接合部に対して、定義した攪拌断面に定義した攪拌温度を入熱したときの各ＣＡＥモデルの変形を算出する変形算出ステップＳ７と、を含み、被接合部に沿って入熱箇所を順次変更して、該被接合部の全体への入熱が完了するまで変形算出ステップＳ７を順次実行する。
【選択図】図２
【解決手段】二つの被接合部材を摩擦攪拌接合により接合したときの各被接合部材の変形を、ＣＡＥ解析により評価する摩擦攪拌接合の評価方法は、摩擦攪拌接合において攪拌される部分の断面形状である攪拌断面を定義するステップＳ２と、攪拌による熱により被接合部材に発生する攪拌温度を定義するステップＳ３と、ＣＡＥモデルの被接合部に対して、定義した攪拌断面に定義した攪拌温度を入熱したときの各ＣＡＥモデルの変形を算出する変形算出ステップＳ７と、を含み、被接合部に沿って入熱箇所を順次変更して、該被接合部の全体への入熱が完了するまで変形算出ステップＳ７を順次実行する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転するプローブによって、二つの被接合部材を摩擦攪拌接合により接合したときの該各被接合部材の変形を、ＣＡＥ解析により評価する摩擦攪拌接合の評価方法であって、
前記各被接合部材のＣＡＥモデルをそれぞれ設定するモデル設定ステップと、
摩擦攪拌接合において攪拌される部分の断面形状である攪拌断面を定義する断面定義ステップと、
前記攪拌による熱により前記被接合部材に発生する攪拌温度を定義する攪拌温度定義ステップと、
前記各ＣＡＥモデルにおける摩擦攪拌接合により接合される被接合部に対して、定義した前記攪拌断面に定義した前記攪拌温度を入熱したときの前記各ＣＡＥモデルの変形を算出する変形算出ステップと、を含み、
前記被接合部に沿って入熱箇所を順次変更して、該被接合部の全体への入熱が完了するまで前記変形算出ステップを順次実行することを特徴とする摩擦攪拌接合の評価方法。
前記各被接合部材のＣＡＥモデルをそれぞれ設定するモデル設定ステップと、
摩擦攪拌接合において攪拌される部分の断面形状である攪拌断面を定義する断面定義ステップと、
前記攪拌による熱により前記被接合部材に発生する攪拌温度を定義する攪拌温度定義ステップと、
前記各ＣＡＥモデルにおける摩擦攪拌接合により接合される被接合部に対して、定義した前記攪拌断面に定義した前記攪拌温度を入熱したときの前記各ＣＡＥモデルの変形を算出する変形算出ステップと、を含み、
前記被接合部に沿って入熱箇所を順次変更して、該被接合部の全体への入熱が完了するまで前記変形算出ステップを順次実行することを特徴とする摩擦攪拌接合の評価方法。
【請求項2】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合の評価方法において、
単位時間当たり接合される長さである攪拌長を定義する攪拌長定義ステップと、
前記被接合部のうち前記変形算出ステップが完了した箇所に、当該被接合部を構成する前記各ＣＡＥモデルに接合された接合部モデルを追加するモデル追加ステップと、を更に含み、
前記変形算出ステップは、前記被接合部に対して、定義した前記攪拌断面と定義した前記攪拌長とを有する領域に入熱したときの前記ＣＡＥモデルの変形を算出するステップであるとともに、ｎ＋１回目（ｎは１以上の自然数）の入熱による前記ＣＡＥモデルの変形を算出するときには、ｎ回目までに追加された接合部モデルを考慮して、前記各ＣＡＥモデルの変形を算出するステップであることを特徴とする摩擦攪拌接合の評価方法。
単位時間当たり接合される長さである攪拌長を定義する攪拌長定義ステップと、
前記被接合部のうち前記変形算出ステップが完了した箇所に、当該被接合部を構成する前記各ＣＡＥモデルに接合された接合部モデルを追加するモデル追加ステップと、を更に含み、
前記変形算出ステップは、前記被接合部に対して、定義した前記攪拌断面と定義した前記攪拌長とを有する領域に入熱したときの前記ＣＡＥモデルの変形を算出するステップであるとともに、ｎ＋１回目（ｎは１以上の自然数）の入熱による前記ＣＡＥモデルの変形を算出するときには、ｎ回目までに追加された接合部モデルを考慮して、前記各ＣＡＥモデルの変形を算出するステップであることを特徴とする摩擦攪拌接合の評価方法。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の摩擦攪拌接合の評価方法において、
実際の摩擦攪拌接合において前記各被接合部材の相対位置を固定するために、前記各被接合部材がクランプされる位置であるクランプ位置を、前記各ＣＡＥモデルに対して定義するクランプ条件設定ステップを更に含み、
前記変形算出ステップは、前記クランプ位置を考慮して前記ＣＡＥモデルの変形を算出するステップであることを特徴とする摩擦攪拌接合の評価方法。
実際の摩擦攪拌接合において前記各被接合部材の相対位置を固定するために、前記各被接合部材がクランプされる位置であるクランプ位置を、前記各ＣＡＥモデルに対して定義するクランプ条件設定ステップを更に含み、
前記変形算出ステップは、前記クランプ位置を考慮して前記ＣＡＥモデルの変形を算出するステップであることを特徴とする摩擦攪拌接合の評価方法。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか１つに記載の摩擦攪拌接合の評価方法において、
前記変形算出ステップにより前記被接合部の全体が接合された状態での前記ＣＡＥモデルの変形を算出した後、所定温度になるまで放熱されたときの該ＣＡＥモデルの変形を算出する第２変形算出ステップを更に含むことを特徴とする摩擦攪拌接合の評価方法。
前記変形算出ステップにより前記被接合部の全体が接合された状態での前記ＣＡＥモデルの変形を算出した後、所定温度になるまで放熱されたときの該ＣＡＥモデルの変形を算出する第２変形算出ステップを更に含むことを特徴とする摩擦攪拌接合の評価方法。
【請求項5】
請求項４に記載の摩擦攪拌接合の評価方法において、
前記第２変形算出ステップは、前記被接合部が複数あるときには、該複数の被接合部の全てについて前記変形算出ステップが完了した後に実行されるステップであることを特徴とする摩擦攪拌接合の評価方法。
前記第２変形算出ステップは、前記被接合部が複数あるときには、該複数の被接合部の全てについて前記変形算出ステップが完了した後に実行されるステップであることを特徴とする摩擦攪拌接合の評価方法。
【請求項6】
請求項１～５のいずれか１つに記載の摩擦攪拌接合の評価方法において、
前記プローブは軸状をなしているとともに、前記被接合部材に接触するピン部と、該ピン部に対して軸方向における前記被接合部材とは反対側に位置しかつ該ピン部よりも大径なショルダー部とを有し、
前記断面定義ステップは、前記ピン部の前記軸方向の長さと、前記ピン部の径及び前記ショルダー部の径の少なくとも一方とに基づいて前記攪拌断面を定義するステップであることを特徴とする摩擦攪拌接合の評価方法。
前記プローブは軸状をなしているとともに、前記被接合部材に接触するピン部と、該ピン部に対して軸方向における前記被接合部材とは反対側に位置しかつ該ピン部よりも大径なショルダー部とを有し、
前記断面定義ステップは、前記ピン部の前記軸方向の長さと、前記ピン部の径及び前記ショルダー部の径の少なくとも一方とに基づいて前記攪拌断面を定義するステップであることを特徴とする摩擦攪拌接合の評価方法。
【請求項7】
請求項１～６のいずれか１つに記載の摩擦攪拌接合の評価方法において、
前記攪拌温度定義ステップは、前記プローブの回転数及び並走速度に基づいて設定されることを特徴とする摩擦攪拌接合の評価方法。
前記攪拌温度定義ステップは、前記プローブの回転数及び並走速度に基づいて設定されることを特徴とする摩擦攪拌接合の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
ここに開示された技術は、摩擦攪拌接合の評価方法に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【0002】
従来より、二つの被接合部材を接合する方法として、プローブの回転により生じた塑性流動によって、被接合部材を個体のまま攪拌して接合させる摩擦攪拌接合が知られている。摩擦攪拌接合の出来映えを評価する方法としては、摩擦攪拌接合を行った後の接合部を画像解析する方法が知られている。
【0003】
例えば、特許文献１では、接合部のカラー画像情報を取得し、カラー画像情報のＲＧＢ値を算出し、当該ＲＧＢ値をグレースケール変換してグレースケール値を算出し、該グレースケール値に基づいて画像情報を二値化して、接合部におけるバリの存在領域及びバリの存在レベルを決定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１５－６２９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、摩擦攪拌接合において評価すべき項目の１つに、被接合部材の変形量がある。すなわち、摩擦攪拌接合では、熱の影響で被接合部材が多少なり変形するため、被接合部材の変形量を出来る限り小さくすることが求められる。被接合部材の変形量を小さくするには、プローブの回転数や並進速度などの接合条件を適切に設定する必要がある。
【0006】
接合条件を設定するには、特許文献１のように、実際に被接合部材同士を摩擦攪拌接合により接合させて、被接合部材の変形量を評価することで接合条件を設定する必要があった。しかしながら、このような実機による検証では、被接合部材の変形に影響を与えるパラメータを検証するために、接合時の温度を随時モニタリングする必要があるため検証自体がかなり大掛かりになるとともにとともに、多数の接合条件で摩擦攪拌接合を行うためにかなり時間がかかってしまう。
【0007】
そこで、本願発明者らは、流体解析により被接合部材の変形を机上で評価することを試みた。しかしながら、本願発明者らの検討したところ、流体解析による評価では、数百時間の非常に長い解析時間が必要であることが分かった。このため、より短い時間で、摩擦攪拌接合における被接合部材の変形を評価する方法が求められている。
【0008】
ここに開示された技術は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、摩擦攪拌接合における被接合部材の変形の評価を短時間でかつ精度良く行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記課題を解決するために、ここに開示された技術では、回転するプローブによって、二つの被接合部材を摩擦攪拌接合により接合したときの該各被接合部材の変形を、ＣＡＥ解析により評価する摩擦攪拌接合の評価方法を対象として、前記各被接合部材のＣＡＥモデルをそれぞれ設定するモデル設定ステップと、摩擦攪拌接合において攪拌される部分の断面形状である攪拌断面を定義する断面定義ステップと、前記攪拌による熱により前記被接合部材に発生する攪拌温度を定義する攪拌温度定義ステップと、前記各ＣＡＥモデルにおける摩擦攪拌接合により接合される接合部に対して、定義した前記攪拌断面に定義した前記攪拌温度を入熱したときの前記各ＣＡＥモデルの変形を算出する変形算出ステップと、を含み、前記被接合部に沿って入熱箇所を順次変更して、該接合部の全体への入熱が完了するまで前記変形算出ステップを順次実行する、という構成とした。
【0010】
この構成によると、攪拌断面と攪拌温度とが定義されているため、摩擦攪拌接合時の接合箇所の流体変形及び変形箇所の温度分布を計算する必要がない。また、攪拌断面と攪拌温度とが一定であるため、攪拌による熱に伴うＣＡＥモデルの変形も比較的容易に算出することができる。そして、被接合部の全体への入熱が完了するまでＣＡＥモデルの変形を算出するため、摩擦攪拌接合が完了したときの各ＣＡＥモデルの変形を算出することができる。これにより、摩擦攪拌接合における被接合部材の変形の評価を簡素でかつ短時間で行うことができるようになる。
【0011】
また、実際の摩擦攪拌接合において入熱される部分は、攪拌される部分であるため、定義した攪拌断面に定義した攪拌温度を入熱するという状況は、実際の摩擦攪拌接合に対応する状況といえる。このため、前述の構成によれば、実際の摩擦攪拌接合に対応した状況を考慮した上でＣＡＥモデルの変形が算出されるため、実際の摩擦攪拌接合での被接合部材の変形を、ＣＡＥモデルで精度良く再現することができる。
【0012】
前記摩擦攪拌接合の評価方法の一実施形態では、単位時間当たり接合される長さである攪拌長を定義する攪拌長定義ステップと、前記被接合部のうち前記変形算出ステップが完了した箇所に、当該被接合部を構成する前記各ＣＡＥモデルに接合された接合部モデルを追加するモデル追加ステップと、を更に含み、前記変形算出ステップは、前記被接合部に対して、定義した前記攪拌断面と定義した前記攪拌長とを有する領域に入熱したときの前記ＣＡＥモデルの変形を算出するステップであるとともに、ｎ＋１回目（ｎは１以上の自然数）の入熱による前記ＣＡＥモデルの変形を算出するときには、ｎ回目までに追加された接合部モデルを考慮して、前記各ＣＡＥモデルの変形を算出するステップである。
【0013】
すなわち、実際の摩擦攪拌接合では、プローブを被接合部に沿って並進移動させて、少しずつ被接合部材同士を接合する。このため、被接合部材同士が接合された接合部が少しずつ増加していく。この接合部の熱伝導や変形も被接合部材の変形に影響するため、被接合部材の変形を精度良く算出するためには、前記接合部を考慮する必要がある。前述の構成では、入熱された部分に接合部モデルを追加して、次の入熱箇所に入熱されたときのＣＡＥモデルの変形を、該接合部モデルを考慮して算出するため、実際の被接合部材の変形に対応したＣＡＥモデルの変形を算出することができる。したがって、摩擦攪拌接合の評価精度を向上させることができる。
【0014】
前記摩擦攪拌接合の評価方法において、実際の摩擦攪拌接合において前記各被接合部材の相対位置を固定するために、前記各被接合部材がクランプされる位置であるクランプ位置を、前記各ＣＡＥモデルに対して定義するクランプ条件設定ステップを更に含み、前記変形算出ステップは、前記クランプ位置を考慮して前記ＣＡＥモデルの変形を算出するステップである、という構成でもよい。
【0015】
この構成によると、実際の摩擦攪拌接合に対応した状況を考慮した上でＣＡＥモデルの変形が算出されるため、実際の摩擦攪拌接合での被接合部材の変形を、ＣＡＥモデルで精度良く再現することができる。これにより、摩擦攪拌接合の評価精度をより向上させることができる。
【0016】
前記摩擦攪拌接合の評価方法の一実施形態において、前記変形算出ステップにより前記被接合部の全体が接合された状態での前記ＣＡＥモデルの変形を算出した後、所定温度になるまで放熱されたときの該ＣＡＥモデルの変形を算出する第２変形算出ステップを更に含む。
【0017】
この構成でも、実際の摩擦攪拌接合に対応した状況を考慮した上でＣＡＥモデルの変形が算出されるため、実際の摩擦攪拌接合での被接合部材の変形を、ＣＡＥモデルで精度良く再現することができる。これにより、摩擦攪拌接合の評価精度をより向上させることができる。
【0018】
前記一実施形態において、前記第２変形算出ステップは、前記被接合部が複数あるときには、該複数の被接合部の全てについて前記変形算出ステップが完了した後に実行されるステップである、という構成でもよい。
【0019】
すなわち、実際の摩擦攪拌接合では、被接合部が複数あるときには、全ての被接合部の接合が完了してから冷却が行われる。このため、前述の構成よると、実際の摩擦攪拌接合に対応した状況を考慮した上でＣＡＥモデルの変形が算出されることになって、実際の摩擦攪拌接合での被接合部材の変形を、ＣＡＥモデルで精度良く再現することができる。これにより、摩擦攪拌接合の評価精度をより向上させることができる。
【0020】
前記摩擦攪拌接合の評価方法において、前記プローブは軸状をなしているとともに、前記被接合部材に接触するピン部と、該ピン部に対して軸方向における前記被接合部材とは反対側に位置しかつ該ピン部よりも大径なショルダー部とを有し、前記断面定義ステップは、前記ピン部の前記軸方向の長さと、前記ピン部の径及び前記ショルダー部の径の少なくとも一方とに基づいて前記攪拌断面を定義するステップである、という構成でもよい。
【0021】
すなわち、実際の摩擦攪拌接合では、ピン部が被接合部に押し付けられて、ピン部が被接合部に進入する。このとき、攪拌された被接合部は、ショルダー部に沿ってプローブの径方向に広がる。このため、攪拌断面の幅は、ピン部の径だけでなく、ショルダー部の径にも依存することがある。また、ショルダー部と被接合部とが接触すると、ショルダー部と被接合部との摩擦熱が生じるため、入熱される範囲もショルダー部の径に依存するようになる。一方で、ピン部の被接合部に対する進入量が小さい場合には、ショルダー部と被接合部と接触範囲が小さく被接合部材の変形の計算においては無視できる。したがって、前述のようにして、攪拌断面を定義することにより、実際の摩擦攪拌接合に対応した状況を考慮した上でＣＡＥモデルの変形が算出されることになって、実際の摩擦攪拌接合での被接合部材の変形を、ＣＡＥモデルで精度良く再現することができる。また、攪拌断面として単純な形状が定義されるため、被接合部材の変形の算出が容易になる。これにより、被接合部材の変形の評価をより簡素でかつより短時間で行うことができるようなる。
【0022】
前記摩擦攪拌接合の評価方法において、前記攪拌温度定義ステップは、前記プローブの回転数及び並走速度に基づいて設定される、という構成でもよい。
【0023】
すなわち、プローブの並走速度が遅いときには入熱時間が長くなるため攪拌温度が高くなる。したがって、プローブの並走速度まで考慮して攪拌温度を定義することで、実際の摩擦攪拌接合に対応した状況を考慮した上でＣＡＥモデルの変形が算出されることになって、実際の摩擦攪拌接合での被接合部材の変形を、ＣＡＥモデルで精度良く再現することができる。これにより、摩擦攪拌接合の評価精度をより向上させることができる。
【発明の効果】
【0024】
以上説明したように、ここに開示された技術によると、摩擦攪拌接合における被接合部材の変形の評価を短時間でかつ精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0027】
（摩擦攪拌接合）
図１は、摩擦攪拌接合によって、金属製の第１被接合部材Ｗ１と第２被接合部材Ｗ２とを接合する様子を模式的に示す。図１に示す例では、第１被接合部材Ｗ１の端部と第２被接合部材Ｗ２の端部とを突き合わせて、突き合わせられた部分を被接合部１０１として摩擦攪拌接合により接合する。摩擦攪拌接合では、プローブ１０を回転させながら被接合部１０１に当接させることで、第１及び第２被接合部材Ｗ１、Ｗ２の組織に塑性流動を発生させ、それによって攪拌する。そして、第１被接合部材Ｗ１と第２被接合部材Ｗ２との組織を攪拌することによって、第１被接合部材Ｗ１と第２被接合部材Ｗ２とを接合させる。摩擦攪拌接合では、プローブ１０を回転させつつ、被接合部１０１に沿ってプローブ１０を並進移動させることで、被接合部１０１全体を接合させる。摩擦攪拌接合を実行するときには、第１被接合部材Ｗ１と第２被接合部材Ｗ２との相対位置を固定するために、第１被接合部材Ｗ１及び第２被接合部材Ｗ２が共にクランプされる。
図１は、摩擦攪拌接合によって、金属製の第１被接合部材Ｗ１と第２被接合部材Ｗ２とを接合する様子を模式的に示す。図１に示す例では、第１被接合部材Ｗ１の端部と第２被接合部材Ｗ２の端部とを突き合わせて、突き合わせられた部分を被接合部１０１として摩擦攪拌接合により接合する。摩擦攪拌接合では、プローブ１０を回転させながら被接合部１０１に当接させることで、第１及び第２被接合部材Ｗ１、Ｗ２の組織に塑性流動を発生させ、それによって攪拌する。そして、第１被接合部材Ｗ１と第２被接合部材Ｗ２との組織を攪拌することによって、第１被接合部材Ｗ１と第２被接合部材Ｗ２とを接合させる。摩擦攪拌接合では、プローブ１０を回転させつつ、被接合部１０１に沿ってプローブ１０を並進移動させることで、被接合部１０１全体を接合させる。摩擦攪拌接合を実行するときには、第１被接合部材Ｗ１と第２被接合部材Ｗ２との相対位置を固定するために、第１被接合部材Ｗ１及び第２被接合部材Ｗ２が共にクランプされる。
【0028】
図１に示すように、プローブ１０は、実際に第１及び第２被接合部材Ｗ１，Ｗ２に当接するピン部１１と、ピン部１１に対して軸方向における第１及び第２被接合部材Ｗ１，Ｗ２とは反対側に位置しかつピン部１１よりも大径なショルダー部１２と、ショルダー部１２に対してピン部１１とは反対側に位置するロッド部１３と、を有する。ピン部１１、ショルダー部１２、及びロッド部１３は、同軸である。ピン部１１、ショルダー部１２、及びロッド部１３は、単一部材で構成されている。
【0029】
摩擦攪拌接合による断面形状については、回転数とプローブ形状によって決まる。ただし、被接合部１０１において摩擦攪拌接合により攪拌される部分の幅は、ピン部１１の直径以上でかつショルダー部１２の直径未満の幅であり、攪拌される部分の深さは、ピン部１１の突き入れ深さを少し超える程度となる。
【0030】
ここで、摩擦攪拌接合では、発生する熱の影響で被接合部材が多少なり変形するため、被接合部材の変形量を出来る限り小さくすることが求められる。被接合部材の変形量を小さくするには、プローブ１０の形状、プローブの回転数や並進速度、被接合部材のクランプ位置などの接合条件を適切に設定する必要がある。
【0031】
接合条件の設定において、従来は、実際に被接合部材同士を摩擦攪拌接合により接合させて、被接合部材の変形量を評価することで接合条件を設定する必要があった。しかしながら、このような実機による検証では、被接合部材の変形に影響を与えるパラメータを検証するために、接合時の温度を随時モニタリングする必要があるため検証自体がかなり大掛かりになるとともに、多数の接合条件で摩擦攪拌接合を行う必要があるため、かなりの時間を要してしまう。
【0032】
流体解析により机上で被接合部材の変形量を見積もる方法も考えられる。しかしながら、本願発明者らが検討したところ、流体解析による検証では非常に時間がかかり、特に、被接合部材が複雑な形状を有している場合には、数百時間の解析時間が必要であることが分かった。このため、本願発明者らは、各被接合部材の変形量をＣＡＥ解析により評価する方法を工夫することで、摩擦攪拌接合における被接合部材の変形量の評価を短時間でかつ精度良く行うことができるようにした。以下、本実施形態に係る摩擦攪拌接合の評価方法について詳細に説明する。
【0033】
【0034】
〈ステップＳ１〉
まず、ステップＳ１において、プロセスは、各被接合部材のＣＡＥモデルをそれぞれ設定する。ＣＡＥモデルとしては、実際の各被接合部材を模したモデルを設定する。
まず、ステップＳ１において、プロセスは、各被接合部材のＣＡＥモデルをそれぞれ設定する。ＣＡＥモデルとしては、実際の各被接合部材を模したモデルを設定する。
【0035】
図４は、ＣＡＥモデル２０の一例を示す。このＣＡＥモデル２０で表された被接合部材は、車載部品の一部である。被接合部材は、本体部、本体部に接合される第１パーツ、及び第２パーツである。本体部はアルミニウム合金で構成された平板であって、略Ｌ字状をなしている。本体部は、外周部分に設けられた複数の大径穴と、外周部分よりも内側寄りの部分に設けられた複数の小径穴とを有する。第１パーツは、本体部のＬ字の内側に沿って、本体部の左後部分から左前部分に配置される。第２パーツは、第１パーツよりも小面積であり、本体部の右前部分に配置される。図４に示すように、ＣＡＥモデル２０としては、本体部を表す本体モデル２１と、第１パーツを表す第１パーツモデル２２と、第２パーツを示す第２パーツモデル２３とが作成される。本体モデル２１では、本体部全体の形状、各大径穴の位置及び大きさ、並びに各小径穴の位置及び大きさが再現されている。第１パーツモデル２２では、第１パーツの形状及び配置が再現されている。第２パーツモデル２３では、第２パーツの形状及び配置が再現されている。尚、図４における、前後方向及び左右方向は、説明を簡単にするために便宜上示したものであり、実際の使用状態を限定したものではない。
【0036】
本体モデル２１と第１パーツモデル２２との境界部分及び本体モデル２１と第２パーツモデル２３との境界部分は、それぞれ、摩擦攪拌接合により接合される被接合部２４として定義されている。つまり、このＣＡＥモデル２０では、複数の被接合部２４を有している。
【0037】
〈ステップＳ２〉
次に、ステップＳ２において、プロセスは、摩擦攪拌接合において攪拌される部分の断面形状である攪拌断面を定義する。この攪拌断面は、図１でいう第１被接合部材Ｗ１と第２被接合部材Ｗ２との溶接部分の断面形状に相当する。
次に、ステップＳ２において、プロセスは、摩擦攪拌接合において攪拌される部分の断面形状である攪拌断面を定義する。この攪拌断面は、図１でいう第１被接合部材Ｗ１と第２被接合部材Ｗ２との溶接部分の断面形状に相当する。
【0038】
本実施形態では、攪拌断面は、図５に示すように、最大幅がＷでかつ深さがＤの三角形で定義される。摩擦攪拌接合においては、プローブ１０のピン部１１が接触する表面部分が発生する熱の入熱範囲が最も広く、表面から離れるに連れて入熱範囲が狭くなる。このため、攪拌断面としては、三角形状を定義しておけば、実際の摩擦攪拌接合における攪拌断面をおおよそ再現したことになる。
【0039】
最大幅Ｗと深さＤは、プローブ１０の形状に基づいて定義される。具体的には、図６に示すように、最大幅Ｗは、プローブ１０のピン部１１の直径Ｌ１とショルダー部１２の直径Ｌ２とに基づいて、直径Ｌ１以上でかつ直径Ｌ２未満の範囲で設定される。深さＤは、ピン部１１の高さＨに基づいて、高さＨと同じか又は高さＨよりも僅かに大きい値に設定される。
【0040】
尚、攪拌断面を設定する際に、同じプローブ１０を用いて、実際に摩擦攪拌接合を行ったときの溶接部分の断面形状を参考にしてもよい。
【0041】
〈ステップＳ３〉
次に、ステップＳ３において、プロセスは、攪拌による熱により被接合部材に発生する攪拌温度を定義する。本実施形態では、攪拌温度は、プローブ１０の回転数及び並走速度に基づいて設定される。これは、プローブ１０の並走速度が遅いときには入熱時間が長くなって、攪拌温度が高くなるためである。ここで定義される攪拌温度は、プローブ１０と被接合部材との当接位置における温度であり、該当接位置から広がる温度分布は、後述するステップＳ７で算出される。
次に、ステップＳ３において、プロセスは、攪拌による熱により被接合部材に発生する攪拌温度を定義する。本実施形態では、攪拌温度は、プローブ１０の回転数及び並走速度に基づいて設定される。これは、プローブ１０の並走速度が遅いときには入熱時間が長くなって、攪拌温度が高くなるためである。ここで定義される攪拌温度は、プローブ１０と被接合部材との当接位置における温度であり、該当接位置から広がる温度分布は、後述するステップＳ７で算出される。
【0042】
〈ステップＳ４〉
次いで、ステップＳ４において、プロセスは、単位時間当たり接合される長さである攪拌長を定義する。攪拌長は、プローブ１０の並走速度に基づいて定義される。例えば、プローブ１０の並進速度が１０ｍｍ／ｓであれば、攪拌長は１０ｍｍに定義される。
次いで、ステップＳ４において、プロセスは、単位時間当たり接合される長さである攪拌長を定義する。攪拌長は、プローブ１０の並走速度に基づいて定義される。例えば、プローブ１０の並進速度が１０ｍｍ／ｓであれば、攪拌長は１０ｍｍに定義される。
【0043】
〈ステップＳ５〉
続いて、ステップＳ５において、プロセスは、接合部モデル２５（図７Ｂ参照）及び攪拌位置を定義する。接合部モデル２５は、後述するステップＳ７において、攪拌による熱が入熱されたとみなされたときに、被接合部２４を構成する２つのＣＡＥモデルの両方に接合された新たな部材を示すモデルであって、実際の摩擦攪拌接合における溶接部分に相当する。接合部モデル２５の形状は、断面として前記ステップＳ２で設定した攪拌断面を有し、かつ被接合部２４に沿った長さとして前記ステップＳ４で設定した攪拌長を有する形状である。攪拌位置は、後述するステップＳ７において、攪拌による熱が入熱されたとみなされる位置であって、前記接合部モデル２５が配置される位置である。攪拌位置は、点で設定される位置ではなく、ある程度範囲を有している。具体的には、攪拌位置の断面形状は、前記ステップＳ２で定義した攪拌断面の形状であり、前記攪拌位置の被接合部２４に沿った長さは、前記ステップＳ４で定義した攪拌長である。
続いて、ステップＳ５において、プロセスは、接合部モデル２５（図７Ｂ参照）及び攪拌位置を定義する。接合部モデル２５は、後述するステップＳ７において、攪拌による熱が入熱されたとみなされたときに、被接合部２４を構成する２つのＣＡＥモデルの両方に接合された新たな部材を示すモデルであって、実際の摩擦攪拌接合における溶接部分に相当する。接合部モデル２５の形状は、断面として前記ステップＳ２で設定した攪拌断面を有し、かつ被接合部２４に沿った長さとして前記ステップＳ４で設定した攪拌長を有する形状である。攪拌位置は、後述するステップＳ７において、攪拌による熱が入熱されたとみなされる位置であって、前記接合部モデル２５が配置される位置である。攪拌位置は、点で設定される位置ではなく、ある程度範囲を有している。具体的には、攪拌位置の断面形状は、前記ステップＳ２で定義した攪拌断面の形状であり、前記攪拌位置の被接合部２４に沿った長さは、前記ステップＳ４で定義した攪拌長である。
【0044】
〈ステップＳ６〉
次に、ステップＳ６において、プロセスは、ＣＡＥモデル２０の境界条件を設定する。境界条件は、被接合部材の拘束条件や被接合部材の物性に関するパラメータである。
次に、ステップＳ６において、プロセスは、ＣＡＥモデル２０の境界条件を設定する。境界条件は、被接合部材の拘束条件や被接合部材の物性に関するパラメータである。
【0045】
前述したように、実際の摩擦攪拌接合では、各被接合部材の相対位置を固定するために、被接合部材がどちらもクランプされる。そこで、クランプ位置及びクランプ力を拘束条件としてＣＡＥモデル２０に対して設定するが、ＣＡＥ上は攪拌による外力は解析条件に含めないため、ここでは本体モデル２１のクランプ条件のみ拘束条件として設定する。第１及び第２パーツモデル２２、２３の変形に対してクランプしている場合などは、どちらも拘束条件として設定される。
【0046】
また、被接合部材の熱物性に関するパラメータとして、熱伝導率や線膨張係数を設定する。ここでは、被接合部材はアルミニウム合金であるため、当該アルミニウム合金の熱伝導率や線膨張係数が設定される。また、被接合部材の応力に関するパラメータとしてヤング率等が設定される。被接合部材の物性に関するパラメータ（以下、単に物性パラメータという）は、被接合部材の材料が変更されれば、変更後の材料における物性パラメータに変更される。
【0047】
〈ステップＳ７〉
次いで、ステップＳ７において、プロセスは、被接合部２４に攪拌による熱が入熱されたときのＣＡＥモデル２０の変形を算出する。ここでいう「ＣＡＥモデル２０の変形」とは、ＣＡＥモデル２０の各部位の熱変形による上下方向、前後方向、及び左右方向への変位を意味する。このステップＳ７により、各ＣＡＥモデル２０の各部位の変位量、すなわち各ＣＡＥモデル２０の変形量が算出される。つまり、「ＣＡＥモデル２０の変形」を算出するとは「ＣＡＥモデル２０の変形量」を算出することと同義といえる。
次いで、ステップＳ７において、プロセスは、被接合部２４に攪拌による熱が入熱されたときのＣＡＥモデル２０の変形を算出する。ここでいう「ＣＡＥモデル２０の変形」とは、ＣＡＥモデル２０の各部位の熱変形による上下方向、前後方向、及び左右方向への変位を意味する。このステップＳ７により、各ＣＡＥモデル２０の各部位の変位量、すなわち各ＣＡＥモデル２０の変形量が算出される。つまり、「ＣＡＥモデル２０の変形」を算出するとは「ＣＡＥモデル２０の変形量」を算出することと同義といえる。
【0048】
以下、図３を参照しながら、ステップＳ７の詳細を説明する。
【0049】
〈ステップＳ７０〉
まず、このステップＳ７の初期において、前記ステップＳ１で設定したＣＡＥモデル２０に対して、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、被接合部２４から部材が取り除かれる。取り除かれる部分の断面形状は、前記ステップＳ２で定義した攪拌断面に対応する。部材が取り除かれた被接合部２４には、攪拌による熱が入熱された後で、後述するステップＳ７４で接合部モデル２５（図７Ｂ参照）が順に追加される。
まず、このステップＳ７の初期において、前記ステップＳ１で設定したＣＡＥモデル２０に対して、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、被接合部２４から部材が取り除かれる。取り除かれる部分の断面形状は、前記ステップＳ２で定義した攪拌断面に対応する。部材が取り除かれた被接合部２４には、攪拌による熱が入熱された後で、後述するステップＳ７４で接合部モデル２５（図７Ｂ参照）が順に追加される。
【0050】
〈ステップＳ７１〉
次に、ステップＳ７１において、プロセスは、１番目の攪拌位置に攪拌温度を割り当てる。すなわち、前記ステップＳ５で設定した攪拌位置に、攪拌による熱が入熱されたとみなす。図７Ａでは、１番目の攪拌位置に攪拌温度を割り当てた状態を示す。１番目の攪拌位置は、本体モデル２１と第１パーツモデル２２との間の被接合部２４の位置である。この段階では、被接合部２４には接合部モデル２５は配置されていない。
次に、ステップＳ７１において、プロセスは、１番目の攪拌位置に攪拌温度を割り当てる。すなわち、前記ステップＳ５で設定した攪拌位置に、攪拌による熱が入熱されたとみなす。図７Ａでは、１番目の攪拌位置に攪拌温度を割り当てた状態を示す。１番目の攪拌位置は、本体モデル２１と第１パーツモデル２２との間の被接合部２４の位置である。この段階では、被接合部２４には接合部モデル２５は配置されていない。
【0051】
〈ステップＳ７２〉
次に、ステップＳ７２において、プロセスは、攪拌位置からの熱伝導及び各ＣＡＥモデル２０の変形を算出する。各ＣＡＥモデル２０の熱伝導及び変形を算出するときには、前記ステップＳ６で設定した物性パラメータが考慮される。また、各ＣＡＥモデル２０の変形は、ＣＡＥモデル２０、特に本体モデル２１が、前記ステップＳ６で設定したクランプ位置で固定されているとみなした上で算出される。
次に、ステップＳ７２において、プロセスは、攪拌位置からの熱伝導及び各ＣＡＥモデル２０の変形を算出する。各ＣＡＥモデル２０の熱伝導及び変形を算出するときには、前記ステップＳ６で設定した物性パラメータが考慮される。また、各ＣＡＥモデル２０の変形は、ＣＡＥモデル２０、特に本体モデル２１が、前記ステップＳ６で設定したクランプ位置で固定されているとみなした上で算出される。
【0052】
このステップＳ７２では、図７Ａに示すような、攪拌位置を中心にして略放射状に広がる温度分布が算出される。そして、算出された温度分布に応じた熱膨張による各ＣＡＥモデル２０の変形が算出される。前述したように、攪拌位置の範囲は、前記ステップＳ２で定義した攪拌断面及び前記ステップＳ４で定義した攪拌長により定義されるため、このステップＳ７２は、定義した攪拌断面と定義した攪拌長とを有する領域に、前記ステップＳ３で定義した攪拌温度を入熱したときの各ＣＡＥモデル２０の変形を算出するステップである。
【0053】
〈ステップＳ７３〉
次いで、ステップＳ７３において、プロセスは、被接合部２４全体に攪拌温度の割り当てが完了したか否かを判定する。本実施形態では、被接合部２４は、本体モデル２１と第１パーツモデル２２との間、及び本体モデル２１と第２パーツモデル２３との間にそれぞれ位置する。ここでいう「被接合部２４全体」とは、このように被接合部２４が複数あるときには、それぞれの被接合部２４の全体に対して攪拌温度が割り当てられたことを意味する。
次いで、ステップＳ７３において、プロセスは、被接合部２４全体に攪拌温度の割り当てが完了したか否かを判定する。本実施形態では、被接合部２４は、本体モデル２１と第１パーツモデル２２との間、及び本体モデル２１と第２パーツモデル２３との間にそれぞれ位置する。ここでいう「被接合部２４全体」とは、このように被接合部２４が複数あるときには、それぞれの被接合部２４の全体に対して攪拌温度が割り当てられたことを意味する。
【0054】
プロセスは、被接合部２４全体に攪拌温度の割り当てが完了したＹＥＳのときにはステップＳ７６に進む一方で、被接合部２４の少なくとも一部について攪拌温度の割り当てが完了していないＮＯのときには、ステップＳ７４に進む。
【0055】
〈ステップＳ７４〉
前記ステップＳ７４では、プロセスは、攪拌温度を割り当てた攪拌位置に接合部モデル２５を追加する。これにより、図７Ｂに示すように、攪拌による熱の入熱が完了した位置に接合部モデル２５が追加される。接合部モデル２５が追加された位置は、被接合部２４を構成する２つのＣＡＥモデル２０（ここでは、本体モデル２１と第１パーツモデル２２）と一体となった部材が存在するとみなされる。
前記ステップＳ７４では、プロセスは、攪拌温度を割り当てた攪拌位置に接合部モデル２５を追加する。これにより、図７Ｂに示すように、攪拌による熱の入熱が完了した位置に接合部モデル２５が追加される。接合部モデル２５が追加された位置は、被接合部２４を構成する２つのＣＡＥモデル２０（ここでは、本体モデル２１と第１パーツモデル２２）と一体となった部材が存在するとみなされる。
【0056】
〈ステップＳ７５〉
次に、ステップＳ７５では、プロセスは、前記ステップＳ７４で接合部モデルを追加した位置に対して、被接合部２４の延びる方向に隣接する位置に攪拌位置に攪拌温度を割り当てる。
次に、ステップＳ７５では、プロセスは、前記ステップＳ７４で接合部モデルを追加した位置に対して、被接合部２４の延びる方向に隣接する位置に攪拌位置に攪拌温度を割り当てる。
【0057】
ステップＳ７５の後は、ステップＳ７２に戻る。該ステップＳ７５から戻って前記ステップＳ７２を実行するときには、ｎ番目（ｎは１以上の自然数）までの攪拌位置に追加された接合部モデル２５を考慮して、各ＣＡＥモデル２０の変形が算出される。つまり、ｎ＋１回目（ｎは１以上の自然数）の入熱によるＣＡＥモデル２０の変形を算出するときには、ｎ回目までに追加された接合部モデル２５が考慮される。
【0058】
例えば、図７Ｂには、３番目の攪拌位置に攪拌温度が割り当てられて、熱伝導（すなわち温度分布）が算出された状態を示す。このとき、２番目までの攪拌位置には、それぞれ接合部モデル２５が追加されている。前記ステップＳ７２では、これらの各接合部モデル２５に対しても熱伝導が発生して、各ＣＡＥモデル２０の変形に寄与するとみなして、各ＣＡＥモデル２０の変形を算出する。
【0059】
また、前記ステップＳ７５から戻って前記ステップＳ７２を実行するときには、これまでの攪拌位置に攪拌温度が入力されたことにより変形した各ＣＡＥモデル２０を基準にして、各ＣＡＥモデル２０の変形が算出される。例えば、２番目までの攪拌位置に攪拌温度が入力されたことにより、本体モデル２１にねじれ変形が生じたときには、ねじれ変形した状態の本体モデル２１を基準に本体モデル２１の変形が算出される。
【0060】
このステップＳ７２～ステップＳ７５は、被接合部２４全体に対して攪拌温度の割り当てが完了するまで繰り返される。すなわち、ステップＳ７では、被接合部２４に沿って入熱箇所を順次変更して、被接合部２４全体への入熱が完了するまで熱伝導及び変形の計算が順次実行される。
【0061】
〈ステップＳ７６〉
前記ステップＳ７６では、プロセスは、最終の攪拌位置に接合部モデル２５を追加する。ステップＳ７６の後は、リターンする。
前記ステップＳ７６では、プロセスは、最終の攪拌位置に接合部モデル２５を追加する。ステップＳ７６の後は、リターンする。
【0062】
〈ステップＳ８〉
図２に戻って、前記ステップＳ７の後のステップＳ８では、ＣＡＥモデル２０の全体が所定温度まで放熱される際の、該ＣＡＥモデル２０の変形を算出する。このステップＳ８では、被接合部２４全体に接合部モデル２５が配置されているため、本体モデル２１、第１パーツモデル２２、及び第２パーツモデル２３が一体であるとして、ＣＡＥモデル２０の変形が算出される。ステップＳ８でも、前記ステップＳ７２で利用された物性パラメータが考慮される。また、このステップＳ８でも、ＣＡＥモデル２０の変形は、本体モデル２１が、前記ステップＳ６で設定したクランプ位置で固定されているとみなした上で算出される。所定温度は、所謂常温であり、例えば、５℃～３５℃である。
図２に戻って、前記ステップＳ７の後のステップＳ８では、ＣＡＥモデル２０の全体が所定温度まで放熱される際の、該ＣＡＥモデル２０の変形を算出する。このステップＳ８では、被接合部２４全体に接合部モデル２５が配置されているため、本体モデル２１、第１パーツモデル２２、及び第２パーツモデル２３が一体であるとして、ＣＡＥモデル２０の変形が算出される。ステップＳ８でも、前記ステップＳ７２で利用された物性パラメータが考慮される。また、このステップＳ８でも、ＣＡＥモデル２０の変形は、本体モデル２１が、前記ステップＳ６で設定したクランプ位置で固定されているとみなした上で算出される。所定温度は、所謂常温であり、例えば、５℃～３５℃である。
【0063】
前記ステップＳ８の後は、ＣＡＥ解析による摩擦攪拌接合の評価が完了する。
【0064】
（本実施形態に係るＣＡＥ解析と実験結果との比較）
次に、前述したＣＡＥ解析により算出された本体モデル２１の変形量と、実際に摩擦攪拌接合を行った際に本体部に生じた変形量とを比較した結果を図８～図１０Ｂを参照しながら説明する。
次に、前述したＣＡＥ解析により算出された本体モデル２１の変形量と、実際に摩擦攪拌接合を行った際に本体部に生じた変形量とを比較した結果を図８～図１０Ｂを参照しながら説明する。
【0065】
図８は、比較対象となる測定点を表しており、測定点Ｂ１～Ｂ１６は、上下方向の変位量を算出ための測定点である。測定点Ｃ１～Ｃ２０は、前述した本体部の小径穴であり、前後方向及び左右方向の変形量を算出するために利用している。上下方向の変位量については、測定点Ｂ１０の位置を基準にして算出している。前後方向及び左右方向の変形量については、右前部分に示す基準点の位置を原点として、測定点Ｃ１～Ｃ２０のＸ座標（前後方向の座標）及びＹ座標（左右方向の座標）を求めて、摩擦攪拌接合の前後における各座標の変化から算出している。
【0066】
図９は、測定点Ｂ１～Ｂ１６における上下方向の変位量を比較した結果である。実線は本実施形態のＣＡＥ解析により算出された結果であり、破線及び一点鎖線はそれぞれ実測値である。Ｂ１０の位置は、基準であるため変位量は０となっている。
【0067】
図９に示すように、本実施形態に係るＣＡＥ解析により算出された本体モデル２１の変位量は、変位量の大きさ自体は実測とずれがあるものの、その傾向は、実測と同等の傾向であることが分かる。変位量の大きさは、実測１と実測２とを比較して分かるように、実測の間でもずれが生じるため、本実施形態に係るＣＡＥ解析と実測との間のずれは、問題とならない程度であるといえる。
【0068】
また、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、前後方向及び左右方向の変位量についても、本実施形態に係るＣＡＥ解析と実測との間で同等の傾向にあることが分かる。前後方向及び左右方向の変位量についても、変位量の大きさは、実測の間でもずれが生じるため、本実施形態に係るＣＡＥ解析と実測との間のずれは、問題とならない程度であるといえる。
【0069】
したがって、本実施形態に係るＣＡＥ解析により、十分に実際の摩擦攪拌接合により生じる被接合部材の変形が再現できているといえる。このため、本実施形態に係るＣＡＥ解析を用いることによって、被接合部材の変形量をできるだけ小さくする接合条件、すなわち、プローブ１０のピン部１１の径、プローブ１０の回転速度や並進速度、本体部のクランプ位置などを算出することができる。
【0070】
また、本願発明者らが、図４に示すような被接合部材の変形を流体解析により評価しようと試みた際に、解析に必要とされる時間は５００時間程度であった。一方で、本願発明者らが、本実施形態に係るＣＡＥ解析により被接合部材の変形を評価した時にかかった時間は５０時間程度であった。つまり、本実施形態に係るＣＡＥ解析による評価は、流体解析により被接合部材の変形を評価する場合と比較して、約１／１０の時間で評価が可能であることが分かった。
【0071】
（まとめ）
したがって、本実施形態では、各被接合部材のＣＡＥモデル２０をそれぞれ設定するモデル設定ステップ（ステップＳ１）と、摩擦攪拌接合において攪拌される部分の断面形状である攪拌断面を定義する断面定義ステップ（ステップＳ２）と、攪拌による熱により被接合部材に発生する攪拌温度を定義する攪拌温度定義ステップ（ステップＳ３）と、各ＣＡＥモデル２０における摩擦攪拌接合により接合される被接合部２４に対して、定義した攪拌断面に定義した攪拌温度を入熱したときの各ＣＡＥモデル２０の変形量を算出する変形算出ステップ（ステップＳ７，Ｓ７１～Ｓ７６）と、を含み、被接合部２４に沿って入熱箇所を順次変更して、被接合部２４の全体への入熱が完了するまで変形算出ステップを順次実行する。このように、本実施形態では、攪拌断面と攪拌温度とが定義されているため、摩擦攪拌接合時の接合箇所の流体変形及び変形箇所の温度分布を計算する必要がない。また、攪拌断面と攪拌温度とが一定であるため、攪拌による熱に伴うＣＡＥモデル２０の変形も比較的容易に算出することができる。そして、被接合部２４の全体への入熱が完了するまでＣＡＥモデル２０の変形を算出するため、摩擦攪拌接合が完了したときの各ＣＡＥモデル２０の変形を算出することができる。これにより、摩擦攪拌接合における被接合部材の変形の評価を簡素でかつ短時間で行うことができるようなる。
したがって、本実施形態では、各被接合部材のＣＡＥモデル２０をそれぞれ設定するモデル設定ステップ（ステップＳ１）と、摩擦攪拌接合において攪拌される部分の断面形状である攪拌断面を定義する断面定義ステップ（ステップＳ２）と、攪拌による熱により被接合部材に発生する攪拌温度を定義する攪拌温度定義ステップ（ステップＳ３）と、各ＣＡＥモデル２０における摩擦攪拌接合により接合される被接合部２４に対して、定義した攪拌断面に定義した攪拌温度を入熱したときの各ＣＡＥモデル２０の変形量を算出する変形算出ステップ（ステップＳ７，Ｓ７１～Ｓ７６）と、を含み、被接合部２４に沿って入熱箇所を順次変更して、被接合部２４の全体への入熱が完了するまで変形算出ステップを順次実行する。このように、本実施形態では、攪拌断面と攪拌温度とが定義されているため、摩擦攪拌接合時の接合箇所の流体変形及び変形箇所の温度分布を計算する必要がない。また、攪拌断面と攪拌温度とが一定であるため、攪拌による熱に伴うＣＡＥモデル２０の変形も比較的容易に算出することができる。そして、被接合部２４の全体への入熱が完了するまでＣＡＥモデル２０の変形を算出するため、摩擦攪拌接合が完了したときの各ＣＡＥモデル２０の変形を算出することができる。これにより、摩擦攪拌接合における被接合部材の変形の評価を簡素でかつ短時間で行うことができるようなる。
【0072】
また、実際の摩擦攪拌接合において入熱される部分は、攪拌される部分であるため、定義した攪拌断面に定義した攪拌温度を入熱するという状況は、実際の摩擦攪拌接合に対応する状況といえる。このため、前述の構成によれば、実際の摩擦攪拌接合に対応した状況を考慮した上でＣＡＥモデル２０の変形が算出されるため、被接合部材の変形を精度良く算出することができる。
【0073】
特に本実施形態では、単位時間当たり接合される長さである攪拌長を定義する攪拌長定義ステップ（ステップＳ４）と、被接合部２４のうち変形算出ステップが完了した箇所に、各ＣＡＥモデル２０に接続された接合部モデル２５を追加するモデル追加ステップ（ステップＳ７４）と、を更に含み、変形算出ステップは、被接合部２４に対して、定義した攪拌断面と定義した攪拌長とを有する領域に入熱したときのＣＡＥモデル２０の変形を算出するステップであるとともに、ｎ＋１回目（ｎは１以上の自然数）の入熱によるＣＡＥモデル２０の変形を算出するときには、ｎ回目までに追加された接合部モデル２５を考慮して、各ＣＡＥモデル２０の変形を算出するステップである。これにより、被接合部材同士が接合された接合部における熱伝導や変形の影響を考慮して、ＣＡＥモデル２０の変形が算出される。したがって、実際の被接合部材の変形に対応したＣＡＥモデル２０の変形を算出することができ、摩擦攪拌接合の評価精度を向上させることができる。
【0074】
また、本実施形態では、実際の摩擦攪拌接合において各被接合部材がクランプされる位置であるクランプ位置を、各ＣＡＥモデル２０に対して定義するクランプ条件設定ステップ（ステップＳ６）を更に含み、変形算出ステップは、クランプ位置を考慮してＣＡＥモデル２０の変形を算出する。
【0075】
また、本実施形態では、変形算出ステップにより被接合部２４の全体が接合された状態でのＣＡＥモデル２０の変形を算出した後、所定温度になるまで放熱されたときの該ＣＡＥモデル２０の変形を算出する第２変形算出ステップ（ステップＳ８）を更に含む。
【0076】
特に、第２変形算出ステップは、被接合部２４が複数あるときには、該複数の被接合部２４の全てについて変形算出ステップが完了した後に実行される。
【0077】
これらのことにより、実際の摩擦攪拌接合に対応した状況を考慮した上でＣＡＥモデル２０の変形が算出される。このため、実際の摩擦攪拌接合における被接合部材の変形をＣＡＥモデル２０で精度良く再現することができる。これにより、摩擦攪拌接合の評価精度をより向上させることができる。
【0078】
また、本実施形態では、断面定義ステップは、プローブ１０のピン部１１の軸方向の長さと、ピン部１１の径及びショルダー部１２の径の少なくとも一方とに基づいて攪拌断面を定義するステップである。このように、攪拌断面を定義することにより、実際の摩擦攪拌接合に対応した状況を考慮した上でＣＡＥモデル２０の変形が算出されることになって、実際の摩擦攪拌接合での被接合部材の変形を、ＣＡＥモデル２０で精度良く再現することができる。また、攪拌断面として単純な形状が定義されるため、被接合部材の変形の算出が容易になる。これにより、被接合部材の変形の評価をより簡素でかつより短時間で行うことができるようなる。
【0079】
また、本実施形態では、攪拌温度定義ステップは、プローブ１０の回転数及び並走速度に基づいて設定される。このように、プローブ１０の並走速度まで考慮して攪拌温度を定義することで、実際の摩擦攪拌接合に対応した状況を考慮した上でＣＡＥモデル２０の変形が算出されることになって、実際の摩擦攪拌接合での被接合部材の変形を、ＣＡＥモデル２０で精度良く再現することができる。これにより、摩擦攪拌接合の評価精度をより向上させることができる。
【0080】
（その他の実施形態）
ここに開示された技術は、前述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
ここに開示された技術は、前述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【0081】
例えば、前述の実施形態では、攪拌断面が三角形で定義されていた。これに限らず、攪拌断面は、上底が下底よりも長い台形で定義されてもよい。
【0082】
また、前述の実施形態では、攪拌断面を定義する際に、ピン部１１の直径Ｌ１及び高さＨと、ショルダー部１２の直径Ｌ２とを考慮していた。これに限らず、攪拌断面は、ショルダー部１２の直径Ｌ２を考慮せずに、ピン部１１の直径Ｌ１と高さＨのみから攪拌断面を定義されてもよい。
【0083】
また、前述の実施形態に対して、常温まで放熱した際のＣＡＥモデル２０の変形を算出した後、更に、ＣＡＥモデル２０の拘束条件を解除したときの変形、すなわち、ＣＡＥモデル２０に対するクランプを解除したときのＣＡＥモデル２０の変形を算出してもよい。これにより、実際に摩擦攪拌接合により接合される被接合部材の変形をより精度良く見積もることができる。
【0084】
前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【0085】
ここに開示された技術は、回転するプローブを突き入れることによって、二つの被接合部材を摩擦攪拌接合により接合したときの該各被接合部材の変形量を、ＣＡＥ解析により評価する際に有用である。
【符号の説明】
【0086】
１０ プローブ
１１ ピン部
１２ ショルダー部
２０ ＣＡＥモデル
２４ 被接合部
２５ 接合部モデル
１１ ピン部
１２ ショルダー部
２０ ＣＡＥモデル
２４ 被接合部
２５ 接合部モデル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
