(57)【要約】  摩擦攪拌スポット溶接装置の部材支持器（３０）は、被接合部材（１０）に接する受け面（３３）を有する裏当て片（３１）と、受け面に接している被接合部材（１０）の傾きに追従して、裏当て片（３１）が傾くよう、裏当て片を支持する支持体（３５）と、を有している。裏当て片（３１）は、受け面が回転ツール（２０）の回転中心軸（Ａｃ）に対して垂直な基準状態のときと、被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、回転中心軸の延長線上の受け面の位置変化量（δ）が、回転ツールのショルダー部（２５）の被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法（ｄｓ）以下である。
2012081100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合する摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記被接合部材を支持する部材支持器と、
前記部材支持器を支持するフレームと、
を備え、
前記部材支持器は、
前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、
前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、
を有し、
前記裏当て片は、前記受け面が前記回転中心軸に対して垂直な基準状態のときと、前記被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、該回転中心軸の延長線上の該受け面の位置変化量が、前記回転ツールのショルダー部の前記被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法以下である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、弧を含む曲面が前記支持体に対向する対向面を成す、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項３】
請求項２に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片の前記弧の半径と、前記受け面を基準にした該裏当て片の高さとの関係は、以下の条件を満たす、
条件：前記回転中心軸に垂直な面に対する前記被接合部材の表面の傾斜角度で、摩擦攪拌スポット接合で許容される傾斜角度を最大許容傾斜角度とした場合、該回転中心軸の延長線上に前記裏当て片の対称軸が位置している前記基準状態のときと、該回転中心軸に対して前記裏当て片の対称軸が該最大許容傾斜角を成すときとにおける、前記受け面の前記位置変化量が前記埋め込み寸法以下である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、球の一部を切り欠いた球冠形状を成し、該球冠形状の平面が前記受け面を成す、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項５】
回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合する摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記被接合部材を支持する部材支持器と、
前記部材支持器を支持するフレームと、
を備え、
前記部材支持器は、
前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、
前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、
を有し、
前記裏当て片は、断面形状が半円状を成し、半円の弦に相当する面が前記受け面を成し、半円の弧に相当する面が前記支持体に対向する対向面を成す、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、半球形状を成している、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項７】
請求項５に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、半円柱形状を成している、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項８】
請求項２から７のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記受け面の最大幅寸法は、前記回転ツールのショルダー部の外径寸法以上である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項９】
請求項２から８のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体は、前記裏当て片の前記対向面と転がり接触する複数のコロを有する、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１０】
請求項２から８のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体には、前記裏当て片の前記対向面の少なくとも一部が入り込む凹部が形成され、該凹部の内面は、曲面である該対向面に対応した面形状を成し、該対向面と摺接する摺接面を成す、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体の前記摺接面と前記裏当て片の前記対向面とのうち、一方の面には、両面間と外部との間で冷却媒体を流すための溝が形成されている、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体と前記裏当て片の前記対向面との間に、冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段を備えている、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記冷却媒体供給手段は、前記支持体及び前記裏当て片の外部から、前記支持体と前記裏当て片の前記対向面と間を経て、該支持体内に該外部のガスを吸引してから、該ガスを該支持体外に排気する手段である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１４】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体を冷却する支持体冷却手段を備えている、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片と前記支持体とのうち、一方は、磁性体を有し、他方は、該一方の該磁性体を引き寄せる磁石を有している、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記回転ツールの前記回転中心軸を基準にして対称な複数の位置から、前記被接合部材を前記裏当て片の前記受け面に押付ける押付け手段を備えている、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１７】
回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合際に、該被接合部材を支持する摩擦攪拌スポット接合用の部材支持器において、
前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、
前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、
を有し、
前記裏当て片は、前記受け面が前記回転中心軸に対して垂直な基準状態のときと、前記被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、該回転中心軸の延長線上の該受け面の位置変化量が、前記回転ツールのショルダー部の前記被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法以下である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合用の部材支持器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転ツールを回転させて被接合部材を摩擦攪拌スポット接合する摩擦攪拌スポット接合装置、及びその部材支持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦攪拌接合方法は、ツールを回転させつつ、このツールの先端に設けられているプローブを被接合部材に挿入し、回転ツールと被接合部材との間に生じる摩擦熱による塑性流動により、被接合部材の接合を図る技術である。【０００３】
この摩擦攪拌接合の接合信頼性を高める技術としては、例えば、特許文献１に記載の技術がある。【０００４】
この特許文献１に記載の技術では、回転ツールの回転中心軸に垂直な面に対する被結合部材の表面の角度を３°〜３０°の範囲で傾けて、被接合部材の塑性流動を促進させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２４６４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、被接合部材の塑性流動を促進するために、回転ツールの回転中心軸に垂直な面に対して、被結合部材の表面を傾ける技術があるものの、摩擦攪拌スポット接合では、図１６に示すように、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃに垂直な面に対して、被結合部材１０が傾いていると、この被接合部材１０を支持する部材支持器３０ｆの表面３９と被接合部材１０の裏面１１との間に、三角形状の隙間Ｓが生じることになる。このため、図１７に示すように、摩擦攪拌接合過程で、この三角形状の隙間に塑性流動化した材料が流れ込み、摩擦攪拌接合後に、被接合部材１０の部材支持器側に、この隙間形状に対応した三角形状の突起１９が形成され、被接合部材１０の部材支持器側の面、つまり裏面１１を滑らかの面に仕上げることができないという問題点がある。【０００７】
そこで、本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、被接合部材の裏面を滑らかに仕上げることができる摩擦攪拌スポット接合装置、その部材支持器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するための摩擦攪拌スポット接合装置は、
回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合する摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記被接合部材を支持する部材支持器と、前記部材支持器を支持するフレームと、を備え、
前記部材支持器は、前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、を有し、
前記裏当て片は、前記受け面が前記回転中心軸に対して垂直な基準状態のときと、前記被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、該回転中心軸の延長線上の該受け面の位置変化量が、前記回転ツールのショルダー部の前記被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法以下である、ことを特徴とする。【０００９】
当該装置では、仮に、被接合部材が傾いた状態で、部材支持器の裏当て片に置かれても、この裏当て片は、この被接合部材の傾きに追従して傾く。このため、被接合部材の裏面と裏当て片の受け面との間には隙間が形成されない。よって、当該装置では、従来技術のように、傾いた被接合部材の裏面と部材支持器の表面との間の隙間に、被接合部材の塑性流動化した材料が流れ込むようなことがなく、被接合部材の裏面を滑らかに仕上げることができる。【００１０】
また、当該装置では、裏当て片及び被接合部材が、最大許容傾斜角度傾いた場合でも、回転ツールの回転中心軸の延長線と回転ツールのショルダー面との交点が、少なくとも被接合部材の表面上に位置することができ、被接合部材の接合信頼性の低下を防ぐことができる。【００１１】
ここで、前記摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、弧を含む曲面が前記支持体に対向する対向面を成してもよい。【００１２】
当該装置では、裏当て片の対向面が弧を含む曲面であるため、裏当て片は、支持体に対してスムーズに傾くことができる。【００１３】
また、前記摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片の前記弧の半径と、前記受け面を基準にした該裏当て片の高さとの関係は、以下の条件を満たしてもよい。【００１４】
条件：前記回転中心軸に垂直な面に対する前記被接合部材の表面の傾斜角度で、摩擦攪拌スポット接合で許容される傾斜角度を最大許容傾斜角度とした場合、該回転中心軸の延長線上に前記裏当て片の対称軸が位置している前記基準状態のときと、該回転中心軸に対して前記裏当て片の対称軸が該最大許容傾斜角を成すときとにおける、前記受け面の前記位置変化量が前記埋め込み寸法以下である。【００１５】
また、前記摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、球の一部を切り欠いた球冠形状を成し、該球冠形状の平面が前記受け面を成してもよい。【００１６】
また、上記問題点を解決するための他の摩擦攪拌スポット接合装置は、
回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合する摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記被接合部材を支持する部材支持器と、前記部材支持器を支持するフレームと、を備え、
前記部材支持器は、前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、を有し、
前記裏当て片は、断面形状が半円状を成し、半円の弦に相当する面が前記受け面を成し、半円の弧に相当する面が前記支持体に対向する対向面を成す、ことを特徴とする。【００１７】
当該装置でも、以上の装置と同様、仮に、被接合部材が傾いた状態で、部材支持器の裏当て片に置かれても、この裏当て片は、この被接合部材の傾きに追従して傾く。このため、被接合部材の裏面と裏当て片の受け面との間には隙間が形成されない。よって、当該装置では、従来技術のように、傾いた被接合部材の裏面と部材支持器の表面との間の隙間に、被接合部材の塑性流動化した材料が流れ込むようなことがなく、被接合部材の裏面を滑らかに仕上げることができる。さらに、当該装置では、裏当て片及び被接合部材が、最大許容傾斜角度傾いた場合でも、回転ツールの回転中心軸の延長線と回転ツールのショルダー面との交点が、少なくとも被接合部材の表面上に位置することができ、被接合部材の接合信頼性の低下を防ぐことができる。【００１８】
ここで、以上の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、半球形状であっても、半円柱形状であってもよい。【００１９】
また、前記摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記受け面の最大幅寸法は、前記回転ツールのショルダー部の外径寸法以上であってもよい。【００２０】
当該装置では、回転ツールのショルダー部から被接合部材にかかる荷重を安定支持することができる。さらに、当該装置では、被接合部材の塑性流動領域のうち、被接合部材の裏面を成す部分の全体を、裏当て片の受け面で確実に支持することができる。【００２１】
また、前記摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体は、前記裏当て片の前記対向面と転がり接触する複数のコロを有してもよい。【００２２】
当該装置では、支持体に対して、裏当て片をスムーズに傾かせることができる。【００２３】
また、前記摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体には、前記裏当て片の前記対向面の少なくとも一部が入り込む凹部が形成され、該凹部の内面は、曲面である該対向面に対応した面形状を成し、該対向面と摺接する摺接面を成してもよい。【００２４】
当該装置では、部材支持器の構成が簡略化されるため、当該装置の製造コストを抑えることができる。【００２５】
また、前記摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体の前記摺接面と前記裏当て片の前記対向面とのうち、一方の面には、両面間と外部との間で冷却媒体を流すための溝が形成されていてもよい。【００２６】
当該装置では、溝に冷却媒体を流すことで、裏当て片、さらにこれに接している被接合部材を冷却することができる。【００２７】
また、前記摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体と前記裏当て片の前記対向面との間に、冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段を備えてもよい。【００２８】
当該装置では、裏当て片、さらにこれに接している被接合部材を冷却することができる。【００２９】
また、摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記冷却媒体供給手段は、前記支持体及び前記裏当て片の外部から、前記支持体と前記裏当て片の前記対向面と間を経て、該支持体内に該外部のガスを吸引してから、該ガスを該支持体外に排気する手段であってもよい。【００３０】
当該装置では、裏当て片を支持体側に吸引することにあり、支持体からの裏当て片の脱落を防ぐことができる。【００３１】
また、前記摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体を冷却する支持体冷却手段を備えてもよい。【００３２】
当該装置では、裏当て片、さらにこれに接している被接合部材を冷却することができる。【００３３】
また、前記摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片と前記支持体とのうち、一方は、磁性体を有し、他方は、該一方の該磁性体を引き寄せる磁石を有してもよい。【００３４】
当該装置では、磁石の引力により、支持体からの裏当て片の脱落をふせぐことができる。【００３５】
また、前記摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記回転ツールの前記回転中心軸を基準にして対称な複数の位置から、前記被接合部材を前記裏当て片の前記受け面に押付ける押付け手段を備えてもよい。【００３６】
当該装置では、被接合部材を裏当て片に載せた際に、被接合部材及び裏当て片が傾いたとしても、押付け手段により、回転ツールの回転中心軸を基準にして対称な複数の位置から、この被接合部材を裏当て片の受け面に押付けられるため、被接合部材及び裏当て片の傾きを小さくすることができる。【００３７】
また、上記問題点を解決するための摩擦攪拌スポット接合用の部材支持器は、
回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合際に、該被接合部材を支持する摩擦攪拌スポット接合用の部材支持器において、
前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、を有し、
前記裏当て片は、前記受け面が前記回転中心軸に対して垂直な基準状態のときと、前記被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、該回転中心軸の延長線上の該受け面の位置変化量が、前記回転ツールのショルダー部の前記被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法以下である、ことを特徴とする。【００３８】
当該部材支持器でも、以上で説明した摩擦攪拌スポット接合装置と同様、被接合部材の裏面を滑らかに仕上げることができると共に、裏当て片及び被接合部材が、最大許容傾斜角度傾いた場合でも、被接合部材の接合信頼性の低下を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、被接合部材の裏面を滑らかに仕上げることができる。さらに、本発明によれば、裏当て片及び被接合部材が、最大許容傾斜角度傾いた場合でも、被接合部材の接合信頼性の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る第一実施形態における部材支持器の要部切欠側面図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態における接合処理中の部材支持器の状態を示す説明図で、同図（Ａ）は被接合部材に傾いていない状態の接合処理中の状態を示し、同図（Ｂ）は被接合部材が傾いている状態の接合処理中の状態を示す。
【図３】本発明に係る第一実施形態における裏当て片の各寸法の相互関係を説明するための説明図である。
【図４】本発明に係る第一実施形態における摩擦攪拌スポット接合装置で、被接合部材を傾いた状態のまま接合した後の、被接合部材の状態を示す説明図である。
【図５】本発明に係る第一実施形態における摩擦攪拌スポット接合装置の構成図である。
【図６】本発明に係る第一実施形態の変形例における回転ツールを示す説明図である。
【図７】本発明に係る第一実施形態の変形例における回転ツールを用いて、被接合部材を傾いた状態のまま接合した後の、被接合部材の状態を示す説明図である。
【図８】本発明に係る第二実施形態における摩擦攪拌スポット接合装置の構成図である。
【図９】図８に示す摩擦攪拌スポット接合装置のツール固定具が移動した際の状態を示す説明図である。
【図１０】本発明に係る第三実施形態における部材支持器の要部切欠側面図である。
【図１１】本発明に係る第三実施形態における支持体の平面図である。
【図１２】本発明に係る第四実施形態における部材支持器の要部切欠側面図である。
【図１３】本発明に係る第五実施形態における部材支持器の要部切欠側面図である。
【図１４】本発明に係る第六実施形態における部材支持器の要部切欠側面図である。
【図１５】本発明に係る第七実施形態における部材支持器の要部切欠斜視図である。
【図１６】従来技術における接合処理中の部材支持器と被接合部材との位置関係を示す説明図である。
【図１７】従来技術で、被接合部材を傾いた状態のまま接合した後の、被接合部材の状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の各種実施形態について図面を用いて説明する。
【００４２】
「第一実施形態」
まず、図１〜図５を用いて、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の第一実施形態について説明する。
【００４３】
本実施形態の摩擦攪拌スポット接合装置は、図５に示すように、回転ツール２０が固定されるツール固定具１と、このツール固定具１及びツール固定具１に固定された回転ツール２０を、この回転ツール２０の回転中心軸Ａｃ回りに回転させると共に回転中心軸Ａｃが延びているツール移動方向Ｚに移動させるツール駆動機構３と、このツール駆動機構３が搭載されるフレーム４と、このフレーム４を回転させると共に三次元空間内で互いに垂直な２方向に移動させるフレーム移動機構５と、被接合部材１０を支持する部材支持器３０と、ツール駆動機構３やフレーム移動機構５の動作を制御する制御器６と、を備えている。
【００４４】
ツール駆動機構３は、ツール固定具１に固定された回転ツール２０をその回転中心軸Ａｃ回りに回転させるモータを含むツール回転機３ａと、ツール固定具１を回転ツール２０の回転中心軸Ａｃ回りに回転可能に支持すると共にツール回転機３ａのケーシングが固定される支持枠３ｂと、この支持枠３ｂをツール移動方向に移動させるツール移動機３ｃと、を有している。
【００４５】
フレーム４には、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線上で、部材支持器３０を支持する接合荷重受け部４ａが形成されている。
【００４６】
部材支持器３０は、図１に示すように、被接合部材１０に接する受け面３３を有する裏当て片３１と、受け面３３に接している被接合部材１０の傾きに追従して、裏当て片３１が傾くよう、この裏当て片３１を支持する支持体３５と、を有している。
【００４７】
裏当て片３１は、球の一部を切り欠いた球冠形状を成し、この球冠形状の平面が受け面３３を成し、この球冠形状の球面が支持体３５と対向する対向面３２を成している。受け面３３から対向面３２までの高さｈは、球面である対向面３２の半径ｒよりも小さい。なお、本実施形態では、対向面３２の半径ｒは、例えば、２０ｍｍである。
【００４８】
支持体３５には、裏当て片３１の対向面３２の少なくとも一部が入り込む凹部３６が形成されている。この凹部３６の内面は、裏当て片３１の対向面３２に対応した球面形状で、裏当て片３１の対向面３２が摺接する摺接面３７を成している。この支持体３５は、フレーム４の接合荷重受け部４ａ（図５に示す）に固定されている。
【００４９】
ここで、ツール固定具１に固定される回転ツール２０の回転中心軸Ａｃに対して、裏当て片３１の受け面３３が垂直な状態を、裏当て片３１の基準状態とする。この基準状態では、球冠形状の裏当て片３１の対称軸Ａｐが回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線上に位置している。また、以下の説明の都合上、ツール固定具１に固定される回転ツール２０の回転中心軸Ａｃと平行な方向をＺ方向とし、このＺ方向で、回転ツール２０に対して裏当て片３１側を（＋）Ｚ側、反対側を（−）Ｚ側とする。
【００５０】
回転ツール２０は、円筒状のショルダー部２５と、このショルダー部２５の端面であるショルダー面２６から突出しているプローブ部２１と、を有している。裏当て片３１の受け面３３の外径は、この回転ツール２０のショルダー部２５の外径以上である。なお、本実施形態では、ショルダー部２５とプローブ部２１とは一体回転するが、両者は必ずしも一体回転する必要はない。
【００５１】
図１に示すように、前述した裏当て片３１の受け面３３の外径Ｄｐは、回転ツール３０のショルダー部２５の外径Ｄｔ以上の寸法である。例えば、ショルダー部の外径Ｄｔは２０ｍｍで、受け面の外径は、３９ｍｍである。
【００５２】
次に、以上で説明した摩擦攪拌スポット接合装置の動作について説明する。なお、以下では、二つの被接合部材１０の重ね合わせスポット接合を例にして説明する。
【００５３】
まず、オペレータは、図５に示すように、摩擦攪拌スポット接合装置のツール固定具１に回転ツール２０を固定すると共に、二つの被接合部材１０を重ね合わせて、これを裏当て片３１の受け面３３上に置く。
【００５４】
次に、オペレータは、この摩擦攪拌スポット接合装置の初期設定を行う。この初期設定では、回転ツール２０の原点合わせや、各種パラメータの入力処理を行う。
【００５５】
各種パレメータの入力処理では、制御器６に、プローブ部２１の長さ、プローブ部２１の外径、ショルダー部２５の外径Ｄｔ、回転ツール２０の回転速度、回転ツール２０の動作開始位置である初期ツール位置Ｐｓ、接合中の回転ツール２０の位置である接合ツール位置Ｐｗ、接合ツール位置Ｐｗでの回転ツール２０の滞留時間等を入力する。なお、回転ツール２０の位置として入力される位置は、ここでは、図１に示すように、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃとショルダー面２６との交点の位置Ｐｔであるが、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃとプローブ部２１の先端との交点であってもよい。
【００５６】
接合ツール位置Ｐｗは、図２（Ａ）に示すように、初期ツール位置Ｐｓでの回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線上であって、回転ツール２０のショルダー部２５が被接合部材１０に予め定めた埋め込み量（以下、設定埋め込み量とする）ｄｓだけ埋め込まれる位置である。このように、ショルダー部２５が被接合部材１０に埋め込まれるようにしているのは、ショルダー面２６が確実に被接合部材１０に接して、ショルダー面２６でも被接合部材１０との間で摩擦熱を生じさせ、被接合部材１０中の塑性流動領域を広げるためである。なお、この設定埋め込み量ｄｓは、例えば、０．１ｍｍである。
【００５７】
以上のように、初期設定が終了し、オペレータが制御器６に対して接合開始の指示を与えると、ツール移動機３ｃが駆動して、回転ツール２０を初期ツール位置Ｐｓに位置させる。そして、回転ツール２０が初期ツール位置Ｐｓに至ると、ツール回転機３ａが駆動し、ツール固定具１に固定されている回転ツール２０を回転させると共に、ツール移動機３ｃにより、回転ツール２０を初期ツール位置Ｐｓから接合ツール位置Ｐｗへゆっくりと（＋）Ｚ側へ移動させる。
【００５８】
この回転ツール２０の移動過程で、回転ツール２０のプローブ部２１が回転しつつ被接合部材１０の中に入っていく。そして、回転ツール２０が接合ツール位置Ｐｗに至ると、初期設定の際に定めた滞留時間、回転ツール２０は回転しつつも、ここに留まる。滞留時間が経過すると、回転ツール２０は、この接合ツール位置Ｐｗから、回転しつつ初期ツール位置Ｐｓに戻る。
【００５９】
仮に、図２（Ａ）に示すように、回転ツール２０が接合ツール位置Ｐｗに至った際に、裏当て片３１が基準位置で、裏当て片３１も被接合部材１０も傾いていなければ、回転ツール２０のショルダー面２６は、いずれの位置でも、初期被接合部材１０の表面から設定埋め込み量ｄｓ分だけ、埋め込まれることになる。
【００６０】
回転しているプローブ部２１及びショルダー面２６と被接合部材１０とが接触すると、両者間に摩擦熱が発生し、この摩擦熱により、プローブ部２１周り及びショルダー面２６近傍の被接合部材１０は塑性流動し、塑性流動領域Ｒが形成される。この塑性流動領域Ｒは、回転ツール２０が接合ツール位置Ｐｗで滞留時間留まっている過程で、次第に大きくなる。
【００６１】
この塑性流動領域Ｒは、回転ツール２０が被接合部材１０から引き上げられると、次第に硬化し、２つの被接合部材１０は、塑性流動領域Ｒであった箇所でスポット接合される。
【００６２】
また、仮に、図２（Ｂ）に示すように、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの垂直な面に対して、被接合部材１０の表面が傾いて、裏当て片３１の受け面３３上に置かれると、裏当て片３１は、この被接合部材１０の傾きに追従して、基準状態から傾く。すなわち、裏当て片３１は、被接合部材１０が傾いている角度θと同じ角度だけ傾き、被接合部材１０の裏面１１と裏当て片３１の受け面３３との間には隙間が形成されない。
【００６３】
そして、回転ツール２０が接合ツール位置Ｐｗに至ると、前述の場合と同様、回転ツール２０は、この接合ツール位置Ｐｗで滞留時間留まってから、被接合部材１０から引き抜かれる。
【００６４】
被接合部材１０及び裏当て片３１が傾いている状態で、回転ツール２０が接合ツール位置Ｐｗに至ると、回転ツール２０のショルダー面２６中、回転中心軸Ａｃを基準として一方の側は、被接合部材１０の表面からの埋め込み量ｄが設定埋め込み量ｄｓより大きくなり、回転中心軸Ａｃを基準にして他方の側が、被接合部材１０の表面からの埋め込み量ｄが設定埋め込み量ｄｓ未満になり、場合によっては、被接合部材１０の表面に接しないこともある。
【００６５】
以上の過程で、被接合部材１０中で回転ツール２０周りの部分は、塑性流動し、前述と同様に、塑性流動領域が形成される。
【００６６】
この塑性流動領域は、被接合部材１０の裏面１１にまで及ぶが、被接合部材１０の裏面１１には裏当て片３１の受け面３３の全体が接しており、しかも、図１を用いて説明したように、この受け面３３が外径Ｄｐが回転ツール２０のショルダー径Ｄｔ以上であり、図２（Ｂ）に示すように、被接合部材１０の塑性流動領域Ｒのうちで裏面１１を成す部分の全体に裏当て片３１の受け面３３が接している。
【００６７】
このため、図４に示すように、この塑性流動領域Ｒが硬化した後でも、被接合部材１０の裏面１１を、被接合部材１０の接合前の状態と同様に、滑らか且つ平坦にすることができる。但し、被接合部材の（−）Ｚ側面である表面１４には、図１７を用いて説明した従来技術と同様、この表面１４に対して相対的に傾斜した回転ツールのショルダー面に対応する傾斜面１５、表面１４からこの傾斜面１５に至る段差１６、回転ツールのプローブ部の跡としてのプローブ孔１７が形成される。
【００６８】
ところで、図１を用いて説明したように、裏当て片３１の受け面３３からその対向面３２までの高さｈが、球面である対向面３２の半径ｒよりも小さい場合、図２（Ｂ）に示すように、裏当て片３１が傾くと、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線上の受け面３３の位置Ｒａは、基準状態のときに比べて、δだけ（＋）Ｚ側に移動する。このため、裏当て片３１が傾くと、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線上の被接合部材１０の表面の位置Ｗａも、δだけ（＋）Ｚ側に移動する。一方、回転ツール２０の接合ツール位置Ｐｗは、裏当て片３１の状態に関わらず、初期設定の値のままなので、回転ツール２０が接合ツール位置Ｐｗの際、その回転中心軸Ａｃ上でショルダー面２６上の位置Ｐｔは、被接合部材１０の表面から設定埋め込み量ｄｓ未満の位置、具体的には、（設定埋め込み量−δ）の位置である。すなわち、回転ツール２０が接合ツール位置Ｐｗの際、その回転中心軸Ａｃ上でショルダー面２６上の位置Ｐｔでの埋め込み量ｄは、設定埋め込み量ｄｓ未満である。
【００６９】
このように、裏当て片３１が基準状態のとき、埋め込み量ｄは設定埋め込み量ｄｓになるが、裏当て片３１が傾いているとき、埋め込み量ｄは設定埋め込み量ｄｓ以下である。このため、設定埋め込み量ｄｓは、裏当て片３１が基準状態のとき、回転ツール２０のショルダー部２５が被接合部材１０に埋め込むべき量のである。
【００７０】
裏当て片３１の受け面３３上であって回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線上の位置変化量δは、裏当て片３１の傾斜角度θが大きくなるに伴って大きくなる。このため、裏当て片３１の傾斜角度θが大きくなって、受け面３３の位置変化量δが設定埋め込み量ｄｓよりも大きくなると、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線とショルダー面２６との交点Ｐｔの部分が被接合部材１０内に入らなくなる。この場合、ショルダー面２６のうち、被接合部材１０に接触する部分は、ショルダー面２６全体の半分未満になる。さらに、この場合、回転ツール２０のショルダー部２５から被接合部材１０にかかる荷重が、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃ上でかからなくなり、二枚の被接合部材１０相互間の密着性が低下する。
【００７１】
よって、被接合部材１０と共に裏当て片３１が傾斜し、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線とショルダー面２６との交点Ｐｔの部分が被接合部材１０内に入らなくなると、被接合部材１０の接合信頼性が低下する。
【００７２】
そこで、本実施形態では、裏当て片３１の各種寸法に以下の条件を課すことで、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線とショルダー面２６との交点Ｐｔが、少なくとも被接合部材１０の表面上に位置し得るようにしている。
【００７３】
ここで、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃに垂直な面に対する被接合部材１０の表面の傾斜角度θで、摩擦攪拌スポット接合で許容される傾斜角度を最大許容傾斜角度θmaxとする。この最大許容傾斜角度θmaxは、これ以上傾斜角度θを大きくすると、被接合部材１０の接合信頼性が著しく低下する角度であり、具体的には３０°である。また、裏当て片３１が基準状態のときと、裏当て片３１が最大許容傾斜角度θmax傾いているときとにおける、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線上の裏当て片３１の受け面３３の位置変化量をδとする。
【００７４】
図３に示すように、裏当て片３１が基準状態から最大許容傾斜角度θmax傾いている際、この裏当て片３１の受け面３３と裏当て片３１の対称軸Ａｐとの交点Ｒθと、裏当て片３１の対向面３２の球中心Oと、この裏当て片３１の受け面３３と回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線との交点Ｒaを結んで形成される三角形Ｒθ−Ｏ−Ｒaに着目すると、以下の（数１）が成立する。
ｃｏｓθmax＝（ｒ−ｈ）／{（ｒ−ｈ）＋δ}  ・・・・・・・・（数１）
ｒ：裏当て片０の半径、ｈ：裏当て片の高さ
この（数１）を位置変化量δで解くと、以下の（数２）が得られる。
δ＝（ｒ−ｈ）／ｃｏｓθmax −（ｒ−ｈ）
＝（ｒ−ｈ）×（１−ｃｏｓθmax）／ｃｏｓθmax
＝（ｒ−ｈ）×（１−ｃｏｓθmax）／ｃｏｓθmax  ・・・（数２）
【００７５】
裏当て片３１が最大許容傾斜角度θmax傾いているときに、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線とショルダー面２６との交点Ｐｔが、少なくとも被接合部材の表面上に位置し得るためには、以下の（数３）に示すように、位置変化量δが設定埋め込み量ｄｓ以下である必要がある。
ｄｓ≧δ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（数３）
【００７６】
よって、以上の（数２）及び（数３）より、裏当て片３１が最大許容傾斜角度θmax傾いているときに、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線とショルダー面２６との交点Ｐｔが、少なくとも被接合部材の表面上に位置し得るための前述の条件は、以下の（数４）が成立することである。
ｄｓ≧（ｒ−ｈ）×（１−ｃｏｓθmax）／ｃｏｓθmax  ・・（数４）
【００７７】
ここで、設定埋め込み量ｄｓは、前述したように、０．１ｍｍであり、最大許容傾斜角度θmaxは３０°であるから、裏当て片３１の半径ｒとその高さｈとの差（ｒ−ｈ）は、（数４）より、以下の（数５）のように、０．６４６ｍｍ以下になる。
０．１≧（ｒ−ｈ）×（１−ｃｏｓ３０°）／ｃｏｓ３０°
ｒ−ｈ≦０．６４６（ｍｍ）  ・・・・・・・・・・・・・・・（数５）
【００７８】
したがって、本実施形態の場合、裏当て片３０の半径ｒが、前述したように、２０ｍｍであるから、上記条件を満たすためには、回転ツール２０の高さｈは１９．３５４ｍｍ以上である必要がある。このため、回転ツール２０は、上記条件を満たすために、回転ツール２０の半径ｒとその高さｈとが等しい半球、又は半球に限りなく近い形状であることが要求される。
【００７９】
よって、本実施形態では、裏当て片３０の半径ｒとその高さｈとの関係が上記（数４）を満たすように設定されているため、回転ツール２０及び被接合部材１０が、最大許容傾斜角度θmax傾いた場合でも、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線とショルダー面２６との交点Ｐｔが、少なくとも被接合部材１０の表面上に位置することができ、被接合部材１０の接合信頼性の低下を防ぐことができる。
【００８０】
以上のように、本実施形態では、被接合部材１０が傾いても、被接合部材１０の裏面１１を滑らか且つ平坦に仕上げることができると共に、被接合部材１０の接合信頼性の低下を防ぐことができる。
【００８１】
「回転ツールの変形例」
次に、図６及び図７を用いて、回転ツールの変形例について説明する。
【００８２】
本変形例の回転ツール２０ａも、図６に示すように、以上の実施形態の回転ツール２０と同様、ショルダー部２５ａと、プローブ部２１とを有している。
【００８３】
本変形例のショルダー部２５ａのショルダー面２６ａは、その外縁から回転ツール２０ａの回転中心軸Ａｃに近づくに連れて、プローブ部２１の突出方向に滑らかに突出するよう曲面を成している。
【００８４】
このため、被接合部材１０を裏当て片３１上に置いた際に、被接合部材１０及び裏当て片３１が傾いたとしても、この回転ツール２０ａを用いることで、図７に示すように、被接合部材１０の（−）Ｚ側面である表面１４には、回転ツール２０ａのショルダー面２６ａの跡として、被接合部材１０の表面１４に対して滑らかな曲面１８が形成される。
【００８５】
すなわち、本変形例の回転ツール２０ａを用いることで、図１７を用いて説明した従来技術や、図１４を用いて説明した第一実施形態のように、被接合部材１０の表面１４に対して相対的に傾斜した傾斜面１５、及びこの表面１４からこの傾斜面１５に至る段差１６は、形成されない。
【００８６】
よって、本変形例の回転ツールを用いることで、被接合部材１０の表面１４を滑らかにきれいに仕上げることができる。
【００８７】
「第二実施形態」
次に、図８及び図９を用いて、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の第二実施形態について説明する。
【００８８】
本実施形態の摩擦攪拌スポット接合装置は、図８に示すように、第一実施形態の摩擦攪拌スポット接合装置に、被接合部材１０を裏当て片３１の受け面３３に押付ける押付け機７と設けたものである。
【００８９】
この押付け機７は、リング状を成し、ツール駆動機構３の支持枠３ｂに固定される固定リング８ａと、同じくリング状を成している押付けリング８ｂと、固定リング８ａと押付けリング８ｂとを接続する弾性体９と、を有している。
【００９０】
固定リング８ａは、ツール駆動機構３の支持枠３ｂの最も（＋）Ｚ側の面に、この固定リング８ａの中心が回転ツール２０の回転中心軸Ａｃ上に位置するよう、取り付けられている。また、押付けリング８ｂは、その内径及び外径が固定リング８ａの内径及び外径とほぼ同じで、固定リング８ａの（＋）Ｚ側に、この押付けリング８ｂの中心が回転ツール２０の回転中心軸Ａｃ上に位置するよう、配置されている。固定リング８ａと押付けリング８ｂとを接続する弾性体９は、例えば、バネである。この弾性体９のＹ方向の長さは、固定リング８ａと押付けリング８ｂとを接続している際の自然状態で、押付けリング８ｂが回転ツール２０のプローブ部の先端よりも、（＋）Ｚ側に位置する長さである。
【００９１】
本実施形態のように、押付け機７を備えていると、仮に、図８に示すように、被接合部材１０を裏当て片３１上に置いた際、この被接合部材１０及び裏当て片３１が傾いた場合、回転ツール２０が接合ツール位置Ｐｗに向かう過程で、この回転ツール２０が被接合部材１０に接する前に、傾いている被接合部材１０の部分のうち、相対的に（−）Ｚ側に位置している部分に、押付けリング８ｂの一部が接触する。押付けリング８ｂが被接合部材１０に接すると、押付け機７の弾性体９が弾性変形し、傾いている被接合部材１０のうち、相対的に（−）Ｚ側に位置している部分を（＋）Ｚ側に押す。この結果、被接合部材１０及び裏当て片３１の傾きは小さくなる。
【００９２】
図９に示すように、回転ツール２０がさらに（＋）Ｚ側に移動すると、押付けリング８ｂもこの移動に伴って移動して、押付けリング８ｂの（＋）Ｚ側の面全体が被接合部材１０に接するようになる。よって、被接合部材１０は、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃの延長線上を中心とする押付けリング８ｂで、この回転中心軸Ａｃを基準にして、対称な複数の位置から（＋）Ｚ側に押されることになり、被接合部材１０及び裏当て片３１の傾きは無くなる、又は傾きが極めて小さくなる。
【００９３】
以上のように、本実施形態では、被接合部材１０を裏当て片３１に置いた際に、この被接合部材１０及び裏当て片３１が傾いても、押付け機７によりこの傾きを小さくすることができるので、被接合部材１０の傾きに伴う接合信頼性の低下を抑えることができる。
【００９４】
また、本実施形態では、被接合部材１０を裏当て片３１に置いた際に、この被接合部材１０及び裏当て片３１が傾いても、押付け機７によりこの傾きを小さくすることができるので、被接合部材１０の表面１４（図４）に対して相対的に傾斜した傾斜面１５の傾斜角度を小さくすることができると共に、この表面１４からこの傾斜面１５に至る段差１６も小さくすることができる。
【００９５】
このため、本実施形態では、第一実施形態の変形例の回転ツール２０ａを用いなくても、被接合部材１０の表面１４をきれいに仕上げることができる。
【００９６】
「第三実施形態」
次に、図１０及び図１１を用いて、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の第三実施形態について説明する。なお、本実施形態を含め、以下の各実施形態は、いずれも、第一実施形態の摩擦攪拌接合装置の部材支持器３０の変形例であり、その他の部分は第一実施形態と基本的に同じであるため、以下では、その他の部分の説明を省略する。また、以下の各実施形態は、以上で述べたように、第一実施形態の摩擦攪拌接合装置の部材支持器３０の変形例であるが、第二実施形態の部材支持器に適用してもよいし、以下の各実施形態相互で適宜組み合わせてもよい。
【００９７】
本実施形態の部材支持器３０も、図１０に示すように、第一実施形態と同様に、裏当て片３１と、この裏当て片３１を支持する支持体３５ａと有している。本実施形態の裏当て片３１は、第一実施形態の裏当て片３１と同一である。一方、本実施形態の支持体３５ａは、第一実施形態の支持体３５と同様、裏当て片３１の対向面３２に対応した球面形状で、裏当て片３１の対向面３２が摺接する摺接面３７が形成されているものの、この摺接面３７に複数の溝３８が形成されている点で、第一実施形態と異なる。
【００９８】
複数の溝３８は、図１１に示すように、いずれも、球面形状の摺接面３７の外縁の一箇所から、この球面形状の摺接面３７の対称軸Ａｐを基準にして、反対側の摺接面３７の一箇所まで延びている。このため、複数の溝３８は、摺接面３７の対称軸Ａｐの箇所で交わっている。なお、図１１は、支持体３５ａの平面図である。
【００９９】
支持体３５ａには、さらに、複数の溝３８が交わっている箇所から、支持体３５中で凹部３６以外の外面に至る吸引孔３９が形成されている。この吸引孔３９の開口には、吸引ブロワー（冷却媒体供給手段）５０が接続されている。
【０１００】
本実施形態では、吸引ブロワー５０を駆動すると、支持体３５ａ及び裏当て片３１のまわりの空気が、裏当て片３１の対向面３２と支持体３５ａの溝３８との間を経て、支持体３５内の吸引孔３９内に導かれ、吸引ブロワー５０を介して、外部へ排気される。このため、裏当て片３１が空気により積極的に冷却されて、被接合部材１０のスポット接合部分も冷却される。
【０１０１】
また、本実施形態では、支持体３５ａ及び裏当て片３１のまわりの空気が、裏当て片３１の対向面３２と支持体３５ａの溝３８との間を経て、支持体３５内の吸引孔３９内に導かれるため、裏当て片３１を吸引することにもなり、支持体３５ａから裏当て片３１の脱落を防ぐことができる。
【０１０２】
なお、本実施形態では、裏当て片３１の対向面３２と支持体３５ａの摺接面３７とのうち、支持体３５ａの摺接面３７に溝３８を形成したが、裏当て片３１の対向面３２に溝を形成してもよい。また、本実施形態では、空気を支持体３５内に吸引することで、裏当て片３１の脱落を防止しているが、裏当て片３１の脱落を防止する手段を別途設けている場合には、支持体３５内から、裏当て片３１の対向面３２と支持体３５ａの溝３８との間を経て、外部へ空気を吐き出すことで、裏当て片３１を冷却してもよい。
「第四実施形態」
次に、図１２を用いて、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の第四実施形態について説明する。
【０１０３】
本実施形態の摩擦攪拌スポット接合装置の部材支持器３０ｂは、第一実施形態の部材支持器３０に、磁石５３及び支持体冷却手段を追加したものである。
【０１０４】
部材支持器３０ｂの裏当て片３１ｂは、基本的に第一実施形態の裏当て片３１と同一であるが、酸化鉄、酸化クロム、フェライト等の磁性体を含む材料で形成されている。
【０１０５】
また、部材支持器３０ｂの支持体３５ｂも、基本的に第一実施形態の支持体３５と同一であるが、前述の磁石５３及び支持体冷却手段の一部５２を有している。
【０１０６】
磁石５３は、永久磁石５３で、支持体３５内であって支持体３５の摺接面３７に沿った位置に配置されている。よって、本実施形態では、磁性体を含む材料で形成されている裏当て片３１ｂが、この磁石５３により支持体３５ｂに引き寄せられ、裏当て片３１ｂの脱落を防ぐことができる。
【０１０７】
支持体冷却手段は、支持体３５ｂ外に設けられている熱交換器５１と、この熱交換器５１から延びて、支持体３５ｂ内に入っている冷却配管５２とを有している。このため、本実施形態では、冷却配管５２中を通る冷却媒体により、支持体３５ｂ、この支持体３５ｂで支持されている裏当て片３１ｂ、さらに、この裏当て片３１ｂに載っている被接合部材１０を冷却することができる。
「第五実施形態」
次に、図１３を用いて、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の第五実施形態について説明する。
【０１０８】
以上の実施形態の部材支持器３０は、いずれも、裏当て片３１の対向面３２が支持体３５の摺接面３７に摺接するものであるが、本実施形態の部材支持器３０ｃは、支持体３５ｃに複数の球形コロ５５を設け、裏当て片３１の対向面３２がこの球形コロ５５に転がり接触するようにしたものである。
【０１０９】
本実施形態の支持体３５ｃも、以上の各実施形態と同様、裏当て片３１の対向面３２の少なくとも一部が入り込む凹部３６ｃが形成されている。この凹部３６ｃの内面は、裏当て片３１の対向面３２に対応した球面形状である。この支持体３５ｃには、前述の球形コロ５５が回転可能に且つ一部が凹部３６ｃの内面から突出するように設けられている。
【０１１０】
このように、本実施形態では、裏当て片３１は、球形コロ５５と転がり接触するため、以上の実施形態よりも、裏当て片３１が基準状態から傾いた状態へ変位する場合でも、傾いた状態から基準状態に変位する場合でも、変位時の抵抗を小さくすることができる。したがって、第二実施形態のように、押付け機７を設ける場合に、本実施形態を採用することで、被接合部材１０を裏当て片３１上に置いた際に、被接合部材１０及び裏当て片３１が傾いたとしても、簡単にこれらの傾きを直すことができる。
【０１１１】
また、本実施形態では、第三実施形態と同様、支持体３５ｃの凹部３６ｃの底から、支持体３５ｃ中で凹部３６ｃ以外の外面に至る吸引孔３９が形成され、この吸引孔３９の開口に吸引ブロワー５０が接続されている。このため、本実施形態では、第三実施形態と同様、裏当て片３１を冷却することができると共に、裏当て片３１の脱落を防ぐことができる。
【０１１２】
なお、ここでは、裏当て片３１の冷却のために吸引ブロワー５０を設けているが、この代りに、第四実施形態のように、熱交換器及び冷却配管を設けてもよい。また、ここでは、裏当て片３１の脱落を防ぐために、吸引ブロワー５０及び吸引孔３９を設けているが、この代りに、第四実施形態のように、磁性体を含む材料で裏当て片３１を形成すると共に、支持体３５ｃに磁石を設けてもよい。
「第六実施形態」
次に、図１４を用いて、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の第六実施形態について説明する。
【０１１３】
以上の実施形態の裏当て片３１ｄは、いずれも、球冠形状を成し、この球冠の平面が受け面３３を成し、この球冠の球面が対向面３２を成しているが、本実施形態の裏当て片３１ｄは、球冠の平面と球面との境を切り欠いたものである。
【０１１４】
なお、この裏当て片３１ｄは、球冠形状でないものの、この裏当て片３１ｄの半径ｒとその高さｈとの関係は、前述の（数４）を満たしている。
【０１１５】
本実施形態でも、被接合部材１０に傾きに追従して、裏当て片３１ｄが傾くので、基本的に第一実施形態と同様の効果を得ることできる。
【０１１６】
さらに、本実施形態では、支持体３５の凹部３６の周りにリング状の脱落防止具６０を設けて、裏当て片３１ｄの脱落を防止している。この脱落防止具６０は、支持体３５の凹部３６の周りに固定される取付部６１と、この取付部６１から（−）Ｚ側に立上がる立上がり部６２と、この立上がり部６２の端部から回転ツール２０の回転中心軸Ａｃに近づく側に延びる鍔部６３と、を有している。この鍔部６３は、裏当て片３１ｄの、球冠の平面と球面との境を切り欠いた部分に入り込んでいる。このため、裏当て片３１ｄが支持体３５から脱落しようとしても、この脱落防止具６０の鍔部６３に接触して、支持体３５から脱落することができない。
【０１１７】
なお、本実施形態を含め、以上の実施形態の裏当て片は、いずれも、その対向面３２が球面形状であるが、本発明では、支持体３５の凹部３６内面が球面形状である場合、裏当て片の対向面が球面である必要はなく、仮想球面上の少なくとも三点を対向面としてもよい。この場合、少なくとも三点を含む仮想球面と受け面３３とで形成される形状に関して、受け面３３を基準にした高さｈと、この仮想球面の半径ｒとの関係が、前述の（数４）を満たす必要がある。
「第七実施形態」
次に、図１５を用いて、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の第七実施形態について説明する。
【０１１８】
以上の実施形態では、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃに垂直な各方向に、裏当て片３１が傾くことを想定して、裏当て片３１の対向面３２を球面形状にしている。しかしながら、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃに垂直な一方向にのみ、裏当て片３１が主として傾き、回転ツール２０の回転中心軸Ａｃに垂直な他の方向には裏当て片３１がほとんど傾かない場合には、裏当て片の対向面は球面形状ではなく、円筒外周面形状であってもよい。
【０１１９】
ここで、例えば、図１５に示すように、被接合部材１０が長方形板で、短辺に対して長辺が非常に長く、一対の短辺のうち、一方の短辺側の部分を裏当て片に載せ、他方の短辺側の部分をロボット５９等で把持する場合について考える。
【０１２０】
この場合、被接合部材１０の長辺に平行なＹ軸と、回転中心軸Ａｃと平行なＺ軸とを含む仮想のＹＺ平面内で、被接合部材１０はほとんど傾くことはない。一方、Ｙ軸及びＺ軸に垂直なＸ軸とＺ軸とを含む仮想のＺＸ平面内で、被接合部材１０が傾くことはあり得る。
【０１２１】
そこで、この場合、対向面３２ｅが円筒外周面形状である裏当て片３１ｅ、言い換えると、ほぼ半円柱状裏当て片３１ｅを、この円柱の中心軸がＹ軸と平行になるよう、配置し、この裏当て片３１ｅがＺＸ平面内で傾くようにする。なお、以上では、被接合部材１０の向きに応じて、裏当て片３１ｅを所定の向きに向けるよう説明しているが、実際には、裏当て片３１ｅの向きに応じて、被接合部材１０を所定の向きに向けることになる。
【０１２２】
以上、本実施形態は、第一実施形態の変形例であるが、第二〜第六の本実施形態の裏当て片に、本実施形態の裏当て片を適用してもよい。但し、裏当て片３１ｅの対向面３２ｅを円筒外周面形状にした上で、第五実施形態のように、支持体に複数のコロを設ける場合、このコロは、第五実施形態と同様、球形コロでもよいが、円筒コロであってもよい。
【０１２３】
また、本発明では、支持体３５ｅの凹部３６ｅの内面が円筒外周面形状である場合、裏当て片３１ｅの対向面３２ｅが円筒外周面形状である必要はなく、仮想円筒外周面上の少なくとも三点を対向面としてもよい。この場合、少なくとも三点を含む仮想円筒外周面と裏当て片の受け面とで形成される形状に関して、受け面を基準にした高さｈと、この仮想球面の半径ｒとの関係が、前述の（数４）を満たす必要がある。
【符号の説明】
【０１２４】
１：ツール固定具、３：ツール駆動機構、４：フレーム、６：制御器、７：押付け機、１０：被接合部材、１１：（被接合部材の）裏面、２０，２０ａ：回転ツール、２１：プローブ部、２５，２５ａ：ショルダー部、２６，２６ａ：ショルダー面、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ：部材支持器、３１，３１ｂ，３１ｄ，３１ｅ：裏当て片、３２，３２ｅ：（裏当て片の）対向面、３３：（裏当て片の）受け面、３５，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｅ：支持体、３６，３６ｃ，３６ｅ：（支持体の）凹部、３７：（支持体の）摺接面、３８：溝、３９：吸引孔、５０：吸引ブロワー、５１：熱交換器、５２：冷却配管、５３：磁石、５５：コロ、６０：脱落防止具、Ａｃ：（回転ツールの）回転中心軸、Ａｐ：（裏当て片の）対称軸
【図１】
2012081100.tif 000003
【図２】
2012081100.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年2月13日(2013.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合する摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記被接合部材を支持する部材支持器と、
前記部材支持器を支持するフレームと、
を備え、
前記部材支持器は、
前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、
前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、
を有し、
前記裏当て片は、前記受け面が前記回転中心軸に対して垂直な基準状態のときと、前記被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、該回転中心軸の延長線上の該受け面の位置変化量が、前記回転ツールのショルダー部の前記被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法以下である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、弧を含む曲面が前記支持体に対向する対向面を成す、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項３】
請求項２に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片の前記弧の半径と、前記受け面を基準にした該裏当て片の高さとの関係は、以下の条件を満たす、
条件：前記回転中心軸に垂直な面に対する前記被接合部材の表面の傾斜角度で、摩擦攪拌スポット接合で許容される傾斜角度を最大許容傾斜角度とした場合、該回転中心軸の延長線上に前記裏当て片の対称軸が位置している前記基準状態のときと、該回転中心軸に対して前記裏当て片の対称軸が該最大許容傾斜角を成すときとにおける、前記受け面の前記位置変化量が前記埋め込み寸法以下である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、球の一部を切り欠いた球冠形状を成し、該球冠形状の平面が前記受け面を成す、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項５】
回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合する摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記被接合部材を支持する部材支持器と、
前記部材支持器を支持するフレームと、
を備え、
前記部材支持器は、
前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、
前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、
を有し、
前記裏当て片は、断面形状が半円状を成し、半円の弦に相当する面が前記受け面を成し、半円の弧に相当する面が前記支持体に対向する対向面を成す、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、半球形状を成している、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項７】
請求項５に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、半円柱形状を成している、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項８】
請求項２から７のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記受け面の最大幅寸法は、前記回転ツールのショルダー部の外径寸法以上である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項９】
請求項２から８のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体は、前記裏当て片の前記対向面と転がり接触する複数のコロを有する、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１０】
請求項２から８のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体には、前記裏当て片の前記対向面の少なくとも一部が入り込む凹部が形成され、該凹部の内面は、曲面である該対向面に対応した面形状を成し、該対向面と摺接する摺接面を成す、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体の前記摺接面と前記裏当て片の前記対向面とのうち、一方の面には、両面間と外部との間で冷却媒体を流すための溝が形成されている、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体と前記裏当て片の前記対向面との間に、冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段を備えている、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記冷却媒体供給手段は、前記支持体及び前記裏当て片の外部から、前記支持体と前記裏当て片の前記対向面と間を経て、該支持体内に該外部のガスを吸引してから、該ガスを該支持体外に排気する手段である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１４】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体を冷却する支持体冷却手段を備えている、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片と前記支持体とのうち、一方は、磁性体を有し、他方は、該一方の該磁性体を引き寄せる磁石を有している、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記回転ツールの前記回転中心軸を基準にして対称な複数の位置から、前記被接合部材を前記裏当て片の前記受け面に押付ける押付け手段を備えている、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。
【請求項１７】
回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合際に、該被接合部材を支持する摩擦攪拌スポット接合用の部材支持器において、
前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、
前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、
を有し、
前記裏当て片は、前記受け面が前記回転中心軸に対して垂直な基準状態のときと、前記被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、該回転中心軸の延長線上の該受け面の位置変化量が、前記回転ツールのショルダー部の前記被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法以下である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合用の部材支持器。
【請求項１８】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置を用いて、前記被接合部材を摩擦攪拌スポット接合することを特徴とする摩擦攪拌スポット接合品の製造方法。
【請求項１９】
被接合部材を摩擦攪拌スポット接合して製造される摩擦攪拌スポット接合品の製造方法において、
前記被接合部材を裏当て片の受け面に接触させて、該被接合部材を該裏当て片で支持し、
前記裏当て片の前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して該裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持し、
回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、前記裏当て片で支持されている前記被接合部材を摩擦攪拌スポット接合し、
前記摩擦攪拌スポット接合時には、前記受け面が前記回転中心軸に対して垂直な基準状態のときと、前記被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、該回転中心軸の延長線上の該受け面の位置変化量を、前記回転ツールのショルダー部の前記被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法以下にする、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合品の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、回転ツールを回転させて被接合部材を摩擦攪拌スポット接合する摩擦攪拌スポット接合装置、その部材支持器、及び摩擦攪拌スポット接合品の製造方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
当該部材支持器でも、以上で説明した摩擦攪拌スポット接合装置と同様、被接合部材の裏面を滑らかに仕上げることができると共に、裏当て片及び被接合部材が、最大許容傾斜角度傾いた場合でも、被接合部材の接合信頼性の低下を防ぐことができる。
上記問題点を解決するための発明に係る摩擦攪拌スポット接合品の製造方法は、
前記摩擦攪拌スポット接合装置のいずれかを用いて、前記被接合部材を摩擦攪拌スポット接合することを特徴とする。
上記問題点を解決するための他の発明に係る摩擦攪拌スポット接合品の製造方法は、
被接合部材を摩擦攪拌スポット接合して製造される摩擦攪拌スポット接合品の製造方法において、前記被接合部材を裏当て片の受け面に接触させて、該被接合部材を該裏当て片で支持し、前記裏当て片の前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して該裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持し、回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、前記裏当て片で支持されている前記被接合部材を摩擦攪拌スポット接合し、前記摩擦攪拌スポット接合時には、前記受け面が前記回転中心軸に対して垂直な基準状態のときと、前記被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、該回転中心軸の延長線上の該受け面の位置変化量を、前記回転ツールのショルダー部の前記被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法以下にすることを特徴とする。
【国際調査報告】
2012081100.tif 000020
2012081100.tif 000021
2012081100.tif 000022
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