(57)【要約】本発明は、ボビンツールを用いて一対の金属板を接合する際に、接合欠陥の発生を抑制することができる回転ツールユニットを提供することを課題とする。チャック部（３０１）に固定される筒状のホルダー（３０３）と、スライド軸（３０４）と、ボビンツール（３０５）と、を有し、ホルダー（３０３）は、径方向に貫通し互いに対向する一対の長孔（３１１）を有し、スライド軸（３０４）は、一対の長孔（３１１）に挿入されるノックピン（３２２）と、スライド軸（３０４）に対してノックピン（３２２）を固定する固定部材（３２３）とを有し、長孔（３１１）は、軸方向に沿って延設されており、スライド軸（３０４）は、長孔（３１１）とノックピン（３２２）の係合によりホルダー（３０３）と一体的に回転するとともに、長孔（３１１）の範囲で軸方向に移動することを特徴とする。
2012099152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦攪拌装置のチャック部に固定される回転ツールユニットであって、
前記チャック部に固定される筒状のホルダーと、
前記ホルダーの内部に挿入されたスライド軸と、
前記スライド軸の先端に取り付けられたボビンツールと、を有し、
前記ホルダーは、径方向に貫通し互いに対向する一対の長孔を有し、
前記スライド軸は、前記一対の長孔に挿入されるノックピンと、前記スライド軸に対して前記ノックピンを固定する固定部材とを有し、
前記ボビンツールは、前記スライド軸に固定される第一ショルダと、前記第一ショルダに対して離間する第二ショルダと、前記第一ショルダと前記第二ショルダを連結するスクリューピンと、を有し、
前記長孔は、軸方向に沿って延設されており、
前記スライド軸は、前記長孔と前記ノックピンの係合により前記ホルダーと一体的に回転するとともに、前記長孔の範囲で軸方向に移動することを特徴とする回転ツールユニット。
【請求項２】
前記スライド軸は、軸方向に貫通する貫通孔と前記貫通孔に直交するピン孔とを有し、前記ピン孔に前記ノックピンが挿入され、
前記貫通孔に前記固定部材が挿入され、前記固定部材の先端が前記ノックピンに当接していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の回転ツールユニット。
【請求項３】
前記ノックピンの中央部には他の部分より細いくびれ部が形成されており、
前記固定部材の先端は前記くびれ部に当接していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の回転ツールユニット。
【請求項４】
前記ボビンツールは、前記スクリューピンの一端側と前記第一ショルダとを締結する第一締結具と、前記スクリューピンの他端側と前記第二ショルダとを締結する第二締結具と、を有し、
前記第一ショルダの内部には、軸方向に延設され平断面が非円形を呈する第一係合孔が形成されており、
前記第二ショルダの内部には、軸方向に延設され平断面が非円形を呈する第二係合孔が形成されており、
前記スクリューピンは、
前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に露出する螺旋溝部と、
一端側に形成され、前記第一係合孔に係合する第一係合軸部と、
他端側に形成され、前記第二係合孔に係合する第二係合軸部と、を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の回転ツールユニット。
【請求項５】
前記ボビンツールは、前記スクリューピンの一端側と前記第一ショルダとを締結する第一締結具と、前記スクリューピンの他端側と前記第二ショルダとを締結する第二締結具と、を有し、
前記第一ショルダの内部には、軸方向に延設された第一孔と、前記ショルダの側面側から前記第一孔に連通する第一ネジ係累孔とが形成されており、
前記第二ショルダの内部には、軸方向に延設された第二孔と、前記ショルダの側面側から前記第二孔に連通する第二ネジ係累孔とが形成されており、
前記スクリューピンは、
前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に露出する螺旋溝部と、
一端側に形成され、前記第一孔に挿入される第一軸部と、
前記第一軸部の外周面に平坦に形成された第一平坦部と、
他端側に形成され、前記第二孔に挿入される第二軸部と、
前記第二軸部の外周面に平坦に形成された第二平坦部と、を有し、
前記第一ショルダの側面側から前記第一ネジ係累孔に第一係止ネジをねじ込んで、前記第一係止ネジの先端を前記第一平坦部に当接させ、
前記第二ショルダの側面側から前記第二ネジ係累孔に第二係止ネジをねじ込んで、前記第二係止ネジの先端を前記第二平坦部に当接させることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の回転ツールユニット。
【請求項６】
前記第一ショルダの下面及び前記第二ショルダの上面の少なくとも一方には、前記ボビンツールの軸周りに螺旋状に形成された凹溝が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の回転ツールユニット。
【請求項７】
請求の範囲第１項に記載の回転ツールユニットを用いて、一対の金属板を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、
前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させて前記端面同士を摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、
前記接合工程では、第一ショルダ及び第二ショルダ間の距離を前記金属板の厚さ以下に設定しておき、摩擦攪拌によって前記金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向に変位した際に、その変位に追従して前記ボビンツールが軸方向に移動することを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項８】
前記端面同士の隙間を１．００ｍｍ以下に設定する場合、
前記金属板の厚さと前記ショルダ間の距離とを、０．２ｍｍ≦｛（金属板の厚さ）−（ショルダ間の距離）｝≦０．８ｍｍとなるように設定することを特徴とする請求の範囲第７項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項９】
前記端面同士の隙間を１．００ｍｍより大きく１．７５ｍｍ以下に設定する場合、
前記金属板の厚さと前記ショルダ間の距離とを、０．４ｍｍ≦｛（金属板の厚さ）−（ショルダ間の距離）｝≦０．８ｍｍとなるように設定することを特徴とする請求の範囲第７項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１０】
前記ショルダのうち前記金属板に接触する面の直径を二乗した値を、前記スクリューピンの外径を二乗した値で除した値が２．０より大きくなるように設定されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１１】
前記スクリューピンの外径を二乗した値を、前記ショルダのうち前記金属板に接触する面の直径を二乗した値から前記スクリューピンの外径を二乗した値を引いた値で除した値が０．２より大きく、かつ、前記スクリューピンの外径を二乗した値を、前記スクリューピンの外径と前記ショルダ間の距離との積で除した値が１．２よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１２】
前記接合工程において、突き合わされた部分の前記金属板の厚さが異なる場合に、前記金属板の厚さが大きい方の前記金属板を前記ボビンツールの進行方向に対して左側に配置した場合には、前記ボビンツールを右回転させることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１３】
前記接合工程において、突き合わされた部分の前記金属板の厚さが異なる場合に、前記金属板の厚さが大きい方の前記金属板を前記ボビンツールの進行方向に対して右側に配置した場合には、前記ボビンツールを左回転させることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１４】
前記接合工程では、
前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、
前記スクリューピンの外周面の前記第一ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記第一ショルダ及び前記第二ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１５】
前記外周面のうち前記右ネジの螺旋溝の端部から前記第二ショルダまでの間に、左ネジの螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１６】
前記接合工程では、
前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、
前記スクリューピンの外周面の前記第一ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１７】
前記外周面のうち前記左ネジの螺旋溝の端部から前記第二ショルダまでの間に、右ネジの螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１８】
前記接合工程では、
前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、
前記スクリューピンの外周面の前記第二ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１９】
前記外周面のうち前記左ネジの螺旋溝の端部から前記第一ショルダまでの間に、右ネジの螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１８項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項２０】
前記接合工程では、
前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、
前記スクリューピンの外周面の前記第二ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項２１】
前記外周面のうち前記右ネジの螺旋溝の端部から前記第一ショルダまでの間に、左ネジの螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項２２】
前記接合工程では、前記金属板の化粧面側を冷却しながら接合することを特徴とする請求の範囲第１４項、請求の範囲第１６項、請求の範囲第１８項又は請求の範囲第２０項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項２３】
請求の範囲第１項に記載の回転ツールユニットを用いて、摩擦攪拌接合される一対のダブルスキンパネルの組立体であって、
一方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部と他方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部とが係合され、
一方の前記ダブルスキンパネルの内板の端部に形成された端面と他方の前記ダブルスキンパネルの内板の端面とが係合されずに突き合わされていることを特徴とするダブルスキンパネルの組立体。
【請求項２４】
各前記鉤部は、前記外板の厚肉部から延設された薄肉部と、前記薄肉部に連続し板厚方向に張り出した張出部と、を有し、
一対の前記張出部同士が係合されていることを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のダブルスキンパネルの組立体。
【請求項２５】
一方の前記ダブルスキンパネルの前記張出部の側部には張出傾斜面が形成されており、
他方の前記ダブルスキンパネルの前記厚肉部には前記張出傾斜面に面接触する厚肉傾斜面が形成されていることを特徴とする請求の範囲第２４項に記載のダブルスキンパネルの組立体。
【請求項２６】
前記外板と前記内板の間に支持板が介設されており、
前記支持板から前記端面までの長さをｃ（ｍｍ）及び前記厚肉部の板厚をｔ（ｍｍ）としたとき、
ｃ≦７．０×ｔ＋１８．５ｍｍを満たすように設定されていることを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のダブルスキンパネルの組立体。
【請求項２７】
請求の範囲第１項に記載の回転ツールユニットを用いて、一対のダブルスキンパネルの端部同士を摩擦攪拌接合するダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法であって、
一方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部と他方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部とを係合しつつ、一方の前記ダブルスキンパネルの内板の端部に形成された端面と他方の前記ダブルスキンパネルの内板の端面とを係合させずに突き合わせる準備工程と、
前記準備工程で係合させた係合部及び突き合わせた突き合せ部に対して摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含むことを特徴とするダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法。
【請求項２８】
前記接合工程では、前記係合部を接合した後に、前記突き合せ部を接合することを特徴とする請求の範囲第２７項に記載のダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボビンツールを備えた回転ツールユニット、前記回転ツールユニットを用いる摩擦攪拌接合方法、前記回転ツールユニットを用いて接合されるダブルスキンパネルの組立体及び前記回転ツールユニットを用いるダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属板の端面同士を摩擦攪拌接合するツールとしてボビンツールが知られている（特許文献１参照）。ボビンツールは、一対のショルダとこのショルダの間に形成されたスクリューピンとを備えている。一対の金属板を接合する際には、金属板を移動不能に拘束した上で、金属板の一端側から高速回転させたボビンツールを挿入し、突き合せ部に沿ってスクリューピンを移動させる。これにより、端面同士の周囲の金属が摩擦攪拌されて金属板同士が接合される。ボビンツールによれば、金属板の裏側にもショルダを備えているため、通常、金属板の裏側に配置する裏当部材を省略することができる。特に、中空形材の端部同士を接合する際には、裏当部材を設置する作業が煩雑になるため、作業手間を大幅に省略することができる。【０００３】
一方、従来、二枚の金属板を重ねて構成されたダブルスキンパネルが知られている。ダブルスキンパネルは、鉄道車両、航空機、船舶、土木建築構造物等の構造体として用いられている。ダブルスキンパネルは、例えば、特許文献２に記載されているように、外板と、内板と、外板と内板との間に介設される支持板と、を備えている。また、ダブルスキンパネル同士を接合する際には、隣り合うダブルスキンパネルの外板同士の端部及び内板同士の端部を突き合わせてダブルスキンパネルの組立体を形成した後、回転ツールを用いて突き合わせた部分を摩擦攪拌接合することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７１２８３８号公報
【特許文献２】特開２００８−２７２７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ボビンツールを用いた摩擦攪拌接合においては、スクリューピンの軸方向の中心と、金属板の高さ方向の中心とを合わせつつ接合することが好ましいが、金属板が摩擦熱によって変形する場合がある。摩擦熱によって金属板が変形すると、スクリューピンの中心と金属板の中心とが合わなくなり、接合不良になる場合がある。【０００６】
また、ボビンツールのショルダ間の距離が、金属板の厚さよりも大きいと、摩擦攪拌によって塑性流動化された金属がショルダの外部に溢れやすくなるため接合欠陥が発生しやすいという問題がある。【０００７】
また、ボビンツールのスクリューピンの外周面に螺旋溝を刻設する場合があるが、螺旋溝の方向や刻設する範囲によって接合後の金属板の化粧面に形成される凹溝が大きくなったり、化粧面にバリが多く発生したりするという問題がある。【０００８】
また、ダブルスキンパネルは薄くかつ長尺な金属部材であるため、一対のダブルスキンパネルの外板同士及び内板同士を精度よく突き合わせる作業が困難となる。また、ダブルスキンパネルの組立体を治具で移動不能に固定しても、回転ツールを移動させて接合する際にダブルスキンパネル同士が離間してしまうという問題がある。【０００９】
このような観点から、本発明は、ボビンツールを用いて一対の金属板を接合する際に、接合欠陥の発生を抑制し好適に接合することができる回転ツールユニット及び摩擦攪拌接合方法を提供することを課題とする。また、ボビンツールのスクリューピンの外周面に螺旋溝を刻設した際に、金属板の化粧面に発生するバリを少なくすること又は化粧面に形成される凹溝を小さくすることを課題とする。さらに、ダブルスキンパネルを好適に接合することができるダブルスキンパネルの組立体及びダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題を解決するために本発明は、摩擦攪拌装置のチャック部に固定される回転ツールユニットであって、前記チャック部に固定される筒状のホルダーと、前記ホルダーの内部に挿入されたスライド軸と、前記スライド軸の先端に取り付けられたボビンツールと、を有し、前記ホルダーは、径方向に貫通し互いに対向する一対の長孔を有し、前記スライド軸は、前記一対の長孔に挿入されるノックピンと、前記スライド軸に対して前記ノックピンを固定する固定部材とを有し、前記ボビンツールは、前記スライド軸に固定される第一ショルダと、前記第一ショルダに対して離間する第二ショルダと、前記第一ショルダと前記第二ショルダを連結するスクリューピンと、を有し、前記長孔は、軸方向に沿って延設されており、前記スライド軸は、前記長孔と前記ノックピンの係合により前記ホルダーと一体的に回転するとともに、前記長孔の範囲で軸方向に移動することを特徴とする。【００１１】
かかる構成によれば、ボビンツールが取り付けられたスライド軸が、ホルダーに対して軸方向に移動するため、金属板の変形に追従してボビンツールも軸方向に移動する。これにより、金属板の変形による接合位置の位置ずれを防ぐことができるため、接合欠陥の発生を抑制することができる。また、スライド軸に固定されたノックピンが、ホルダーの一対の長孔に挿入されるため、スライド軸の移動を安定させることができる。【００１２】
また、前記スライド軸は、軸方向に貫通する貫通孔と前記貫通孔に直交するピン孔とを有し、前記ピン孔に前記ノックピンが挿入され、前記貫通孔に前記固定部材が挿入され、前記固定部材の先端が前記ノックピンに当接していることが好ましい。【００１３】
かかる構成によれば、簡易な構成でスライド軸にノックピンを固定することができる。【００１４】
また、前記ノックピンの中央部には他の部分より細いくびれ部が形成されており、
前記固定部材の先端は前記くびれ部に当接していることが好ましい。【００１５】
かかる構成によれば、ノックピンをより確実に固定することができる。【００１６】
また、前記ボビンツールは、前記スクリューピンの一端側と前記第一ショルダとを締結する第一締結具と、前記スクリューピンの他端側と前記第二ショルダとを締結する第二締結具と、を有し、前記第一ショルダの内部には、軸方向に延設され平断面が非円形を呈する第一係合孔が形成されており、前記第二ショルダの内部には、軸方向に延設され平断面が非円形を呈する第二係合孔が形成されており、前記スクリューピンは、前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に露出する螺旋溝部と、一端側に形成され、前記第一係合孔に係合する第一係合軸部と、他端側に形成され、前記第二係合孔に係合する第二係合軸部と、を有することが好ましい。【００１７】
また、前記ボビンツールは、前記スクリューピンの一端側と前記第一ショルダとを締結する第一締結具と、前記スクリューピンの他端側と前記第二ショルダとを締結する第二締結具と、を有し、前記第一ショルダの内部には、軸方向に延設された第一孔と、前記ショルダの側面側から前記第一孔に連通する第一ネジ係累孔とが形成されており、前記第二ショルダの内部には、軸方向に延設された第二孔と、前記ショルダの側面側から前記第二孔に連通する第二ネジ係累孔とが形成されており、前記スクリューピンは、前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に露出する螺旋溝部と、一端側に形成され、前記第一孔に挿入される第一軸部と、前記第一軸部の外周面に平坦に形成された第一平坦部と、他端側に形成され、前記第二孔に挿入される第二軸部と、前記第二軸部の外周面に平坦に形成された第二平坦部と、を有し、前記第一ショルダの側面側から前記第一ネジ係累孔に第一係止ネジをねじ込んで、前記第一係止ネジの先端を前記第一平坦部に当接させ、前記第二ショルダの側面側から前記第二ネジ係累孔に第二係止ネジをねじ込んで、前記第二係止ネジの先端を前記第二平坦部に当接させることが好ましい。【００１８】
金属板の厚さや金属板の材料に応じてショルダ間の距離や、スクリューピンの螺旋溝の深さやピッチ、巻回方向等を変更する必要がある。また、磨耗によって螺旋溝が浅くなるためスクリューピンの交換が必要になる。かかる構成によれば、スクリューピンと前記第一ショルダ及び第二ショルダとが互いに回転不能となるように一体化することができるとともに、スクリューピンに対して第一ショルダ及び第二ショルダを容易に取り外すことができる。これにより、スクリューピン及び各ショルダの変更やメンテナンスを容易に行うことができる。【００１９】
また、前記第一ショルダの下面及び前記第二ショルダの上面の少なくとも一方には、前記ボビンツールの軸周りに螺旋状に形成された凹溝が形成されていることが好ましい。【００２０】
かかる構成によれば、摩擦攪拌効率を向上させることができる。【００２１】
また、本発明は、請求の範囲第１項に記載の回転ツールユニットを用いて、一対の金属板を接合する摩擦攪拌接合方法であって、前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させて前記端面同士を摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、前記接合工程では、第一ショルダ及び第二ショルダ間の距離を前記金属板の厚さ以下に設定しておき、摩擦攪拌によって前記金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向に変位した際に、その変位に追従して前記ボビンツールが軸方向に移動することが好ましい。【００２２】
かかる方法によれば、ショルダ間の距離を金属板の厚さ以下に設定することで、摩擦攪拌して塑性流動化した金属がショルダの外部に溢れるのを防ぐことができる。これにより、接合欠陥の発生を抑制することができる。【００２３】
また、前記端面同士の隙間を１．００ｍｍ以下に設定する場合、前記金属板の厚さと前記ショルダ間の距離とを、０．２ｍｍ≦｛（金属板の厚さ）−（ショルダ間の距離）｝≦０．８ｍｍとなるように設定することが好ましい。
また、前記端面同士の隙間を１．００ｍｍより大きく１．７５ｍｍ以下に設定する場合、  前記金属板の厚さと前記ショルダ間の距離とを、０．４ｍｍ≦｛（金属板の厚さ）−（ショルダ間の距離）｝≦０．８ｍｍとなるように設定することが好ましい。【００２４】
かかる接合方法によれば、端面同士に隙間があっても接合欠陥の発生を抑制することができる。【００２５】
また、前記ショルダのうち前記金属板に接触する面の直径を二乗した値を、前記スクリューピンの外径を二乗した値で除した値が２．０より大きくなるように設定されていることが好ましい。【００２６】
かかる接合方法によれば、スクリューピンの外径に対してショルダのうち前記金属板に接触する面を大きく確保できるため、ショルダ間で塑性流動化した金属を確実に押えることができる。これにより、接合欠陥の発生をより抑制することができる。ショルダのうち前記金属板に接触する面の直径を二乗した値を、スクリューピンの外径を二乗した値で除した値が２．０以下であると金属が溢れやすくなり接合欠陥が発生しやすい。【００２７】
また、前記スクリューピンの外径を二乗した値を、前記ショルダのうち前記金属板に接触する面の直径を二乗した値から前記スクリューピンの外径を二乗した値を引いた値で除した値が０．２より大きく、かつ、前記スクリューピンの外径を二乗した値を、前記スクリューピンの外径と前記ショルダ間の距離との積で除した値が１．２よりも大きくなるように設定されていることが好ましい。【００２８】
かかる接合方法によれば、スクリューピンの外径を二乗した値を、前記ショルダのうち前記金属板に接触する面の直径を二乗した値からスクリューピンの外径を二乗した値を引いた値で除した値が０．２以下になると、スクリューピンが細くなるため抗張力が不足して折れやすくなるが、０．２よりも大きいとスクリューピンが比較的太くなるため折れにくい。
また、前記スクリューピンの外径を二乗した値を、前記スクリューピンの外径と前記ショルダ間の距離との積で除した値が１．２よりも大きくなるように設定されていることが好ましい。この値が１．２以下になると、スクリューピンが細くなるため抗折力が不足して折れやすくなるが、１．２よりも大きいとスクリューピンが比較的太くなるため折れにくい。【００２９】
また、前記接合工程において、突き合わされた部分の前記金属板の厚さが異なる場合に、前記金属板の厚さが大きい方の前記金属板を前記ボビンツールの進行方向に対して左側に配置した場合には、前記ボビンツールを右回転させることが好ましい。
また、前記接合工程において、突き合わされた部分の前記金属板の厚さが異なる場合に、前記金属板の厚さが大きい方の前記金属板を前記ボビンツールの進行方向に対して右側に配置した場合には、前記ボビンツールを左回転させることが好ましい。【００３０】
摩擦攪拌においては、回転ツールを右回転させた場合、ツールの進行方向左側（シアー側：回転ツールの回転速度に回転ツールの移動速度が加算される側）からツールの進行方向右側（フロー側：回転ツールの回転速度に回転ツールの移動速度が減算される側）に塑性流動化された金属が流れる傾向があるため、仮に、金属板同士の間に隙間がある場合には、シアー側の金属でその隙間が埋められると考えられる。したがって、金属板の厚さが小さい金属板をシアー側に配置すると、金属が不足して接合後の塑性化領域の中央部の厚さが小さくなる傾向がある。
しかし、金属板の端面同士の厚さが異なる場合は、金属板の厚さが大きい金属板をシアー側に配置することで金属不足を補うことができるため、より好適に接合することができる。【００３１】
また、前記接合工程では、前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、前記スクリューピンの外周面の前記第一ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記第一ショルダ及び前記第二ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることが好ましい。【００３２】
かかる接合方法によれば、第一ショルダ側の右ネジは２５％以上の割合で形成されているため、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。【００３３】
また、前記外周面のうち前記右ネジの螺旋溝の端部から前記第二ショルダまでの間に、左ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。【００３４】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。【００３５】
また、前記接合工程では、前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、前記スクリューピンの外周面の前記第一ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする。【００３６】
かかる接合方法によれば、第一ショルダ側の左ネジは２５％以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。【００３７】
また、前記外周面のうち前記左ネジの螺旋溝の端部から前記第二ショルダまでの間に、右ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。【００３８】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。【００３９】
また、前記接合工程では、前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、前記スクリューピンの外周面の前記第二ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることが好ましい。【００４０】
かかる接合方法によれば、第二ショルダ側の左ネジは２５％以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸とは反対側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。【００４１】
また、前記外周面のうち前記左ネジの螺旋溝の端部から前記第一ショルダまでの間に、右ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。【００４２】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。【００４３】
また、前記接合工程では、前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、前記スクリューピンの外周面の前記第二ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して２５％以上の割合で形成されていることを特徴とする。【００４４】
かかる接合方法によれば、第二ショルダ側の右ネジは２５％以上の割合で形成されているため、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸とは反対側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。【００４５】
また、前記外周面のうち前記右ネジの螺旋溝の端部から前記第一ショルダまでの間に、左ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。【００４６】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。【００４７】
また、前記接合工程では、前記金属板の化粧面側を冷却しながら接合することが好ましい。【００４８】
かかる接合方法によれば、流動化された金属の温度の上昇を抑えることにより、凹溝の発生をより抑えることができる。【００４９】
また、請求の範囲第一項に記載の回転ツールユニットを用いて、摩擦攪拌接合される一対のダブルスキンパネルの組立体であって、一方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部と他方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部とが係合され、一方の前記ダブルスキンパネルの内板の端部に形成された端面と他方の前記ダブルスキンパネルの内板の端面とが係合されずに突き合わされていることを特徴とする。【００５０】
かかる構成によれば、外板の鉤部同士を係合させることにより、接合する際にダブルスキンパネル同士が離間するのを防ぐことができる。内板にも鉤部を設けると、ダブルスキンパネル同士を突き合わせる作業が困難になるが、本発明では内板には鉤部を設けず端面同士を突き合わせるだけでよい。これにより、ダブルスキンパネルを突き合わせる準備工程の作業を省力化することができる。【００５１】
また、各前記鉤部は、前記外板の厚肉部から延設された薄肉部と、前記薄肉部に連続し板厚方向に張り出した張出部と、を有し、一対の前記張出部同士が係合されていることが好ましい。【００５２】
かかる構成によれば、簡易な構成で鉤部を設けることができる。【００５３】
また、一方の前記ダブルスキンパネルの前記張出部の側部には張出傾斜面が形成されており、他方の前記ダブルスキンパネルの前記厚肉部には前記張出傾斜面に面接触する厚肉傾斜面が形成されていることが好ましい。【００５４】
かかる構成によれば、傾斜面同士を斜めに摺動させることができるので、ダブルスキンパネル同士を係合させやすい。【００５５】
また、前記外板と前記内板の間に支持板が介設されており、前記支持板から前記端面までの長さをｃ（ｍｍ）及び前記厚肉部の板厚をｔ（ｍｍ）としたとき、ｃ≦７．０×ｔ＋１８．５ｍｍを満たすように設定されていることが好ましい。【００５６】
支持板から端面までの距離が大きいと、部材の端部側の変形が大きくなるおそれがあるが、かかる構成によれば、部材の端部側の変形が小さくなる。【００５７】
また、請求の範囲第一項に記載の回転ツールユニットを用いて、一対のダブルスキンパネルの端部同士を摩擦攪拌接合するダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法であって、一方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部と他方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部とを係合しつつ、一方の前記ダブルスキンパネルの内板の端部に形成された端面と他方の前記ダブルスキンパネルの内板の端面とを係合させずに突き合わせる準備工程と、前記準備工程で係合させた係合部及び突き合わせた突き合せ部に対して摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含むことが好ましい。【００５８】
かかる接合方法によれば、外板の鉤部同士を係合させることにより、接合する際にダブルスキンパネル同士が離間するのを防ぐことができる。内板にも鉤部を設けると、ダブルスキンパネル同士を突き合わせる作業が困難になるが、本発明では内板には鉤部を設けず端面同士を突き合わせるだけでよい。これにより、ダブルスキンパネルを突き合わせる準備工程の作業を省力化することができる。【００５９】
また、前記接合工程では、前記係合部を接合した後に、前記突き合せ部を接合することが好ましい。【００６０】
係合部及び突き合せ部のどちらを先に接合しても接合強度の観点からは問題が無いが、かかる方法によれば、接合後の金属板同士の角変形を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００６１】
本発明に係る回転ツールユニット及び摩擦攪拌接合方法によれば、接合欠陥の発生を抑制し、好適に接合することができる。また、本発明に係るダブルスキンパネルの組立体及びダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法によれば、ダブルスキンパネルを好適に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】第一実施形態に係る摩擦攪拌装置を示した側面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】図２のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図４】（ａ）はスライド軸の断面図、（ｂ）はスライド軸の底面図、（ｃ）はノックピンを示す側面図である。
【図５】第一実施形態に係る第一ショルダを示した図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は底面図である。
【図６】第一実施形態に係る第二ショルダを示した図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図７】第一実施形態に係るスクリューピンを示した図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図８】（ａ）は第一実施形態に係る第一ショルダの変形例を示す断面図、（ｂ）は第一実施形態に係る第二ショルダの変形例を示す断面図である。
【図９】第一実施形態に係る変形例を示す断面図である。
【図１０】第二実施形態に係る摩擦攪拌装置と中空形材を示す斜視図である。
【図１１】中空形材の突き合せ状態を示す図であって（ａ）は突き合せ前、（ｂ）は突き合せ後を示す。
【図１２】第二実施形態に係る摩擦攪拌装置を示す斜視図である。
【図１３】図１２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図１４】図１２のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図１５】第二実施形態に係るボビンツールを示す側面図である。
【図１６】第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法を示す図であって、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ端面図である。
【図１７】第三実施形態に係るボビンツールを示す側面図である。
【図１８】第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法を示す側断面図である。
【図１９】（ａ）は摩擦攪拌接合方法の第一変形例を示し、（ｂ）は摩擦攪拌接合方法の第二変形例を示す。
【図２０】第四実施形態に係るダブルスキンパネルを示した斜視図である。
【図２１】第四実施形態に係る摩擦攪拌装置を示した斜視図である。
【図２２】第四実施形態に係る回転ツールユニットを示した斜視図である。
【図２３】第四実施形態に係るボビンツールを示した側面図である。
【図２４】第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の準備工程を示した正面図である。
【図２５】第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の第一接合工程を示した斜視図である。
【図２６】第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の第二接合工程を示した斜視図である。
【図２７】第四実施形態に係る係合形態の変形例を示した正面図である。
【図２８】実施例１における試験体の組み合わせを示した表である。
【図２９】実施例１において、試験体Ｈ１の隙間と接合部の厚さとの関係を示すグラフである。
【図３０】実施例１において、試験体Ｈ３の隙間と接合部の厚さとの関係を示すグラフである。
【図３１】実施例１において、接合品質に及ぼす金属板の厚さと隙間の関係を示す表であって、Ａｄ側の厚さ＝Ｒｅ側の厚さの場合を示す。
【図３２】接合品質に及ぼす金属板の厚さと隙間の関係を示す表であって、Ａｄ側の厚さを変化させ、Ｒｅ側の厚さを固定した場合を示す。
【図３３】接合品質に及ぼす金属板の厚さと隙間の関係を示す表であって、Ａｄ側の厚さを固定し、Ｒｅ側の厚さを変化させた場合を示す。
【図３４】実施例１において、（ａ）は隙間とＣｒ部の厚さとの関係を示したグラフであり、（ｂ）は隙間とＡｄ部の厚さとの関係を示したグラフである。
【図３５】実施例１において、（ａ）は隙間とＲｅ部の厚さとの関係を示したグラフであり、（ｂ）は隙間と平均厚さとの関係を示したグラフである。
【図３６】実施例２において、接合品質に及ぼす金属板の厚さと隙間の関係を示す表であって、Ａｄ側の厚さ＝Ｒｅ側の厚さの場合を示す。
【図３７】実施例１において、ショルダ間距離を５．８ｍｍに固定した場合の各ボビンツールの寸法と接合状況を示した表である。
【図３８】実施例２において、ショルダ間距離を２．８ｍｍに固定した場合の各ボビンツールの寸法と接合状況を示した表である。
【図３９】参考例において、ショルダ間距離を１１．５ｍｍに固定した場合の各ボビンツールの寸法と接合状況を示した表である。
【図４０】実施例３において、金属板の段差に及ぼすネジ比率の影響（突き合せ部の隙間０ｍｍ）を示したグラフである。
【図４１】実施例３において、金属板の段差に及ぼすネジ比率の影響（突き合せ部の隙間１．５ｍｍ）を示したグラフである。
【図４２】実施例３に係る条件Ａの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図４３】実施例３に係る条件Ｂの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図４４】実施例３に係る条件Ｃの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図４５】実施例３に係る条件Ｄの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図４６】実施例３に係る条件Ｅの金属板の塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。
【図４７】実施例３の結果をまとめた表である。
【図４８】ボビンツールを左回転させた場合の概念をまとめた表である。
【図４９】実施例４の係合形態又は突き合わせ形態を示した正面図であって、（ａ）はタイプＩ、（ｂ）はタイプII、（ｃ）はタイプIIIを示す。
【図５０】実施例４のタイプＩの角変形の結果を示したグラフである。
【図５１】実施例４のタイプIIの角変形の結果を示したグラフである。
【図５２】実施例４のタイプIIIの角変形の結果を示したグラフである。
【図５３】実施例４のボビンツールの回転方向、螺旋溝の巻回方向、係合形態をまとめた表である。
【図５４】実施例６を示すための図であって（ａ）は供試体を示し、（ｂ）は各条件をまとめた表である。
【図５５】実施例６の板厚ａと長さｃの相関関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
［第一実施形態］
本発明の実施形態に係る摩擦攪拌装置について、図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る摩擦攪拌装置３００は、チャック部３０１と、チャック部３０１に固定された回転ツールユニット３０２とで構成されている。摩擦攪拌装置３００は、先端に固定された回転ツールユニット３０２を軸周りに高速回転させて、一対の金属板（図示省略）を摩擦攪拌接合する装置である。
【００６４】
チャック部３０１は、装置本体（図示省略）に固定されており、回転軸Ｃ周りに回転する。チャック部３０１は、円筒状を呈する。
【００６５】
回転ツールユニット３０２は、図１に示すように、ホルダー３０３と、スライド軸３０４と、ボビンツール３０５とで主に構成されている。
【００６６】
ホルダー３０３は、チャック部３０１の内側に固定されており、チャック部３０１と一体的に回転する。ホルダー３０３は、円筒状を呈する。図２に示すように、ホルダー３０３は、一対の長孔３１１と、平坦面３１２とを有する。長孔３１１は、ホルダー３０３の径方向を貫通し、互いに対向するように設けられている。長孔３１１は、その長手方向が回転軸Ｃ方向に沿うように延設されている。
【００６７】
平坦面３１２は、図２に示すように、ホルダー３０３の外周面の一部に設けられており、鉛直方向に沿って平坦になっている面である。図３に示すように、ホルダー３０３とチャック部３０１とは、固定具３１３を介して固定されている。固定具３１３は、チャック部３０１に形成されたネジ溝に螺合されるとともに、その先端が平坦面３１２に当接している。これにより、チャック部３０１とホルダー３０３とが一体となり、回転軸Ｃ周りに回転するようになっている。
【００６８】
スライド軸３０４は、図２に示すように、ホルダー３０３の内部に挿入される部材であって、ホルダー３０３と一体的に回転軸Ｃ周りに回転する。スライド軸３０４は、スライド本体３２１と、ノックピン３２２と、固定部材３２３とで構成されている。
【００６９】
スライド本体３２１は、図４に示すように、軸方向に貫通する貫通孔３２４と、軸方向と直交する方向に貫通するピン孔３２５とを備えている。貫通孔３２４は、スライド本体３２１の回転軸Ｃと重なる位置に形成されており、上側から大径部３２４ａ、大径部３２４ａに連続する小径部３２４ｂ、大径部３２４ａと小径部３２４ｂとの段差で形成された段差部３２４ｃ及び接合部３２４ｄとを備えている。小径部３２４ｂのうち、ピン孔３２５よりも上側の部位には、ネジ溝（雌ネジ）が形成されている。このネジ溝が形成された部位に固定部材３２３が螺合される。
【００７０】
接合部３２４ｄの内周面にはネジ溝（雌ネジ）が形成されている。接合部３２４ｄは、後記する第一ショルダ３３１が螺合される部位である。ピン孔３２５は、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、小径部３２４ｂに対して直交し、スライド本体３２１を貫通している。
【００７１】
ノックピン３２２は、図４の（ｃ）に示すように、基軸部３２２ａと、くびれ部３２２ｂと、テーパー部３２２ｃとを備えている。くびれ部３２２ｂは、他の部分よりも小さい径になっている部分である。テーパー部３２２ｃは、基軸部３２２ａの両端に形成されており、端部に向けて先細りになっている。
【００７２】
固定部材３２３は、スライド本体３２１に対してノックピン３２２を固定するための部材である。固定部材３２３は、小径部３２４ｂに螺合されており、その先端がノックピン３２２のくびれ部３２２ｂに当接している。図３に示すように、固定部材３２３の頭部には六角溝が形成されている。
【００７３】
スライド軸３０４は、図２に示すように、ノックピン３２２の両端を長孔３１１，３１１に位置させた状態で、ホルダー３０３の内部に挿入される。
【００７４】
ボビンツール３０５は、図２に示すように、スライド軸３０４の先端に接合される部材であって、第一ショルダ３３１と、第二ショルダ３４１と、スクリューピン３５１と、第一締結具３７１及び第二締結具３７２とで主に構成されている。第一ショルダ３３１及び第二ショルダ３４１は互いに離間して配置されており、スクリューピン３５１で連結されている。
【００７５】
第一ショルダ３３１は、図５の（ａ）に示すように、第一大径部３３２と、第一小径部３３３と、内部に形成された第一中空部３３４とを備えている。第一大径部３３２及び第一小径部３３３は、ともに略円柱状を呈する。第一大径部３３２は、第一小径部３３３よりも大きな外径になっている。図５の（ｂ）に示すように、第一大径部３３２の下面３３２ａには、回転軸Ｃ周りに螺旋状に刻設された凹溝３３２ｂが形成されている。凹溝３３２ｂの断面形状は半円状になっている。第一小径部３３３の外周面には、スライド軸３４の接合部３２４ｄに螺合するネジ溝（雄ネジ）が形成されている。
【００７６】
第一中空部３３４は、スクリューピン３５１が挿入される部位であって上下方向に貫通している。第一中空部３３４は、下側から第一下側孔３３５と、第一内側孔３３６と、第一係合孔３３７と、第一内側孔３３８と及び第一上側孔３３９とを備えている。第一下側孔３３５、第一内側孔３３６、第一内側孔３３８及び第一上側孔３３９は、いずれも円柱状の内部空間を備えている。第一下側孔３３５の内径は、第一内側孔３３６の内径よりも大きくなっている。第一上側孔３３９の内径は、第一内側孔３３８の内径よりも大きくなっている。第一係合孔３３７は略四角柱状の内部空間を備えている。第一係合孔３３７の水平断面形状は、本実施形態では略正方形になっているが、他の角形状であってもよい。
【００７７】
第二ショルダ３４１は、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第二大径部３４２と、第二小径部３４３と、内部に形成された第二中空部３４４とを備えている。第二大径部３４２の外周面には、内側に向けて窪む複数（本実施形態では３つ）の凹条３４２ａが形成されている。第二大径部３４２の上面３４２ｂには、回転軸Ｃ周りに螺旋状に刻設された凹溝３４２ｃが形成されている。凹溝３４２ｃの断面形状は半円状になっている。
【００７８】
第二中空部３４４は、スクリューピン３５１が挿入される部位であって上下方向に貫通している。第二中空部３４４は、上側から第二上側孔３４５と、第二内側孔３４６と、第二係合孔３４７と、第二下側孔３４８とを備えている。第二上側孔３４５、第二内側孔３４６及び第二下側孔３４８は、いずれも円柱状の内部空間を備えている。第二上側孔３４５の内径は、第二内側孔３４６の内径よりも大きくなっている。第二係合孔３４７は、略四角柱状の内部空間を備えている。第二係合孔３４７の水平断面形状は、本実施形態では略正方形になっているが、他の角形状であってもよい。
【００７９】
スクリューピン３５１は、図２に示すように、第一ショルダ３３１と第二ショルダ３４１を連結する部材である。図７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、スクリューピン３５１は、上下対称になっており、その中央には、螺旋溝部３５２が形成されている。螺旋溝部３５２よりも上側は第一ショルダ３３１に挿入される部位であり、下側は第二ショルダ３４１に挿入される部位である。螺旋溝部３５２より上側は、第一大径軸部３５３と、第一小径軸部３５４と、第一係合軸部３５５と、第一先端軸部３５６とを備えている。螺旋溝部３５２より下側は、第二大径軸部３５７と、第二小径軸部３５８と、第二係合軸部３５９と、第二先端軸部３６０とを備えている。
【００８０】
螺旋溝部３５２は、第一ショルダ３３１と第二ショルダ３４１との間から露出する部分であって、接合する金属板（図示省略）に挿入される部位である。螺旋溝部３５２には外周面に螺旋溝が刻設されている。螺旋溝部３５２には、本実施形態では、上半分に右ネジが刻設され、下半分に左ネジが刻設されている。螺旋溝部３５２に刻設される螺旋溝の巻回方向や、右ネジと左ネジの割合、断面形状等は接合する金属板によって適宜設定すればよい。
【００８１】
第一大径軸部３５３は、円柱状を呈する。第一大径軸部３５３の外径は、螺旋溝部３５２の外径よりも大きくなっている。第一大径軸部３５３は、図５の（ａ）に示す第一ショルダ３３１の第一下側孔３３５に挿入される部位である。
【００８２】
第一小径軸部３５４は、円柱状を呈する。第一小径軸部３５４の外径は、第一大径軸部３５３よりも小さくなっている。第一小径軸部３５４は、図５の（ａ）に示す第一ショルダ３３１の第一内側孔３３６に挿入される部位である。
【００８３】
第一係合軸部３５５は、四角柱状を呈する。第一係合軸部３５５の水平断面形状は略正方形になっている。第一係合軸部３５５の水平断面に係る対角線の長さは、第一小径軸部３５４の外径と略同等になっている。第一係合軸部３５５は、図５の（ａ）に示す第一ショルダ３３１の第一係合孔３３７と密接に係合する部位である。
【００８４】
第一先端軸部３５６は、円柱状を呈する。第一先端軸部３５６の外径は、第一係合軸部３５５の水平断面の一辺の長さよりも小さくなっている。第一先端軸部３５６の外周面にはネジ溝（雄ネジ）が形成されている。第一先端軸部３５６は、図５の（ａ）に示す第一内側孔３３８及び第一上側孔３３９に挿入される部位である。
【００８５】
第二大径軸部３５７は、円柱状を呈する。第二大径軸部３５７の外径は、螺旋溝部３５２の外径よりも大きくなっている。第二大径軸部３５７は、図６の（ａ）に示す第二ショルダ３４１の第二上側孔３４５に挿入される部位である。
【００８６】
第二小径軸部３５８は、円柱状を呈する。第二小径軸部３５８の外径は、第二大径軸部３５７の外径よりも小さくなっている。第二小径軸部３５８は、図６の（ａ）に示す第二ショルダ３４１の第二内側孔３４６に挿入される部位である。
【００８７】
第二係合軸部３５９は、角柱状を呈する。第二係合軸部３５９の水平断面形状は略正方形になっている。第二係合軸部３５９の水平断面に係る対角線の長さは、第二小径軸部３５８の外径と略同等になっている。第二係合軸部３５９は、図６の（ａ）に示す第二ショルダ３４１の第二係合孔３４７と密接に係合する部位である。
【００８８】
第二先端軸部３６０は、円柱状を呈する。第二先端軸部３６０の外径は、第二係合軸部３５９の水平断面の一辺の長さよりも小さくなっている。第二先端軸部３６０の外周面にはネジ溝（雄ネジ）が形成されている。第二先端軸部３６０は、図６の（ａ）に示す第二下側孔３４８に挿入される部位である。
【００８９】
次に、各部材の組み付け方法について説明する。まず、図２、図５〜７を参照してボビンツール３０５の組み付け方法について説明する。スクリューピン３５１の第一先端軸部３５６から第一ショルダ３３１を挿入し、第一係合軸部３５５と第一係合孔３３７とを係合させる。そして、第一上側孔３３９において第一先端軸部３５６を第一締結具３７１で締結する。
【００９０】
一方、スクリューピン３５１の第二先端軸部３６０から第二ショルダ３４１を挿入し、第二係合軸部３５９と第二係合孔３４７とを係合させる。そして、第二ショルダ３４１の下面で第二先端軸部３６０を第二締結具３７２で締結する。第一係合孔３３７と第一係合軸部３５５、及び、第二係合孔３４７と第二係合軸部３５９は角柱状（平面視角形）であるため、互いに空転することなく係合される。
【００９１】
ボビンツール３０５を組み付けたら、スライド軸３０４の接合部３２４ｄに、第一ショルダ３３１の第一小径部３３３を螺合して、スライド軸３０４とボビンツール３０５とを接合する。
【００９２】
次に、ホルダー３０３にスライド軸３０４を挿入しつつ、長孔３１１，３１１とピン孔３２５とを連通させてノックピン３２２を挿入する。そして、スライド本体３２１の貫通孔３２４に固定部材３２３を挿入し、図示しない六角レンチで固定部材３２３を締結する。
【００９３】
最後に、ホルダー３０３をチャック部３０１に挿入しつつ、ホルダー３０３とチャック部３０１とを固定具３１３で固定する。
【００９４】
以上説明した回転ツールユニット３０２によれば、ボビンツール３０５が取り付けられたスライド軸３０４が、ホルダー３０３に対して軸方向に移動するため、金属板の変形に追従してボビンツール３０５も軸方向に移動する。これにより、金属板の変形による接合位置の位置ずれを防ぐことができるため、接合欠陥の発生を抑制することができる。また、スライド軸３０４に固定されたノックピン３２２が、ホルダー３０３の一対の長孔３１１に挿入されるため、スライド軸３０４の移動を安定させることができる。
【００９５】
また、本実施形態のスライド軸３０４は、軸方向に貫通する貫通孔３２４と、貫通孔３２４に直交しノックピン３２２が挿入されるピン孔３２５とを有し、貫通孔３２４に固定部材３２３が挿入され、その先端がノックピン３２２に当接している。また、ノックピン３２２の中央部には他の部分より細いくびれ部３２２ｂが形成されており、固定部材３２３の先端はくびれ部３２２ｂに当接している。これにより、簡易な構成でスライド軸３０４にノックピン３２２を確実に固定することができる。
【００９６】
また、本実施形態によれば、スライド軸３０４の先端に形成された接合部３２４ｄに、第一ショルダ３３１の第一小径部３３３が螺合又は解除されることにより着脱自在になっている。これにより、ボビンツール３０５の交換やメンテナンスを容易に行うことができる。
【００９７】
また、ボビンツール３０５は、接合する金属板の厚さや種類によって第一ショルダ３３１と第二ショルダ３４１の距離や、スクリューピン３５１の太さを変更する必要がある。また、磨耗によって第一ショルダ３３１、第二ショルダ３４１及びスクリューピン３５１の交換をする必要がある。本実施形態によれば、ボビンツール３０５の第一ショルダ３３１及び第二ショルダ３４１は、スクリューピン３５１に対して容易に着脱できるようになっているため、各部材の交換やメンテナンスを容易に行うことができる。
【００９８】
また、第一ショルダ３３１の下面３３２ａ及び第二ショルダ３４１の上面３４２ｂには、ボビンツール３０５の回転軸Ｃ周りに螺旋状に形成された凹溝３３２ｂ、凹溝３４２ｃがそれぞれ形成されている。これにより、摩擦攪拌効率を向上させることができる。
【００９９】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、第一ショルダ３３１の下面３３１ａ及び第二ショルダ３４１の上面３４１ｂに設ける凹溝はいずれか一方に設けるだけでもよいし、省略してもよい。
【０１００】
また、第一係合孔３３７と第一係合軸部３５５、及び、第二係合孔３４７と第二係合軸部３５９の形状は、係合孔に対して係合軸部が回転不能であればどのような形状であってもよい。例えば、係合孔及び係合軸部のいずれか一方にキーを形成し、他方にキー溝を形成してもよい。
【０１０１】
図８の（ａ）は第一実施形態に係る第一ショルダの変形例を示す断面図、（ｂ）は第一実施形態に係る第二ショルダの変形例を示す断面図である。図９は、第一実施形態に係る変形例を示す断面図である。図８に示すように第一実施形態に係る変形例では、第一係止ネジ４７３及び第二係止ネジ４７４を用いる点で前記した実施形態と相違する。変形例のボビンツール４０５は、第一ショルダ４３１と、第二ショルダ４４１と、スクリューピン４５１と、第一締結具４７１と、第二締結具４７２と、第一係止ネジ４７３及び第二係止ネジ４７４とで主に構成されている。
【０１０２】
第一ショルダ４３１は、図８の（ａ）に示すように、第一大径部４３２と、第一小径部４３３と、内部に形成された第一中空部４３４と、第一ネジ係累孔４３８と、を備えている。第一大径部４３２は、略円柱状を呈し、下端側は先端に向けて先細りになっている。第一小径部４３３は、円筒状を呈する。第一小径部４３３の外径は、第一大径部４３２の外径よりも小さくなっている。第一小径部４３３の外周面には、スライド軸３０４の接合部３２４ｄに螺合するネジ溝（雄ネジ）が形成されている。なお、第一大径部４３２の下面４３２ａに凹溝を設けてもよい。
【０１０３】
第一中空部４３４は、スクリューピン４５１が挿入される部位であって、上下方向に貫通している。第一中空部４３４は、下側から第一下側孔４３５と、第一内側孔４３６と、第一上側孔４３７とを備えている。第一下側孔４３５は、請求の範囲の「第一孔」に相当する部位である。第一下側孔４３５、第一内側孔４３６及び第一上側孔４３７はいずれも円柱状の内部空間を備えている。第一内側孔４３６、第一下側孔４３５、第一上側孔４３７の順にそれぞれの内径が大きくなっている。
【０１０４】
第一ネジ係累孔４３８は、第一大径部４３２の側面から回転軸Ｃ方向に延設されており、第一下側孔４３５に連通している。第一ネジ係累孔４３８のうち回転軸Ｃ側には、ネジ溝（雌ネジ）が形成されている。
【０１０５】
第二ショルダ４４１は、図８の（ｂ）に示すように、第二本体部４４２と、内部に形成された第二中空部４４４と、第二ネジ係累孔４４７とを備えている。第二本体部４４２の外周面には、内側に向けて窪む複数（本実施形態では４つ）の凹条４４２ａが形成されている。なお、第二本体部４４２の上面４４２ｂに凹溝を設けてもよい。
【０１０６】
第二中空部４４４は、スクリューピン４５１が挿入される部位であって、上下方向に貫通している。第二中空部４４４は、上側から第二上側孔４４５と、第二下側孔４４６とを備えている。第二上側孔４４５は、請求の範囲の「第二孔」に相当する部位である。第二上側孔４４５及び第二下側孔４４６は、いずれも円柱状の内部空間を備えている。第二上側孔４４５の内径は、第二下側孔４４６の内径よりも大きくなっている。
【０１０７】
第二ネジ係累孔４４７は、第二本体部４４２の側面から回転軸Ｃ方向に延設されており、第二上側孔４４５に連通している。第二ネジ係累孔４４７のうち回転軸Ｃ側には、ネジ溝（雌ネジ）が形成されている。
【０１０８】
スクリューピン４５１は、図９に示すように、上下対称になっており、その中央には螺旋溝部４５２が形成されている。螺旋溝部４５２は、第一ショルダ４３１と第二ショルダ４４１との間から露出する部分である。螺旋溝部４５２より上側は、第一大径軸部４５３と、第一小径軸部４５４とを備えている。螺旋溝部４５２より下側は、第二大径軸部４５５と、第二小径軸部４５６とを備えている。
【０１０９】
第一大径軸部４５３及び第一小径軸部４５４は、いずれも略円柱状を呈する。第一大径軸部４５３の外径は、第一小径軸部４５４の外径よりも大きくなっている。第一大径軸部４５３は、図８の（ａ）に示す第一下側孔４３５に挿入される部位である。第一大径軸部４５３の外周面には、平坦面となる第一平坦部４５３ａが形成されている。第一大径軸部４５３は、請求の範囲の「第一軸部」に相当する部位である。第一小径軸部４５４は、第一内側孔４３６及び第一上側孔４３７に挿入される部位である。第一小径軸部４５４の先端には、ネジ溝（雄ネジ）が形成されている。
【０１１０】
第二大径軸部４５５及び第二小径軸部４５６は、いずれも略円柱状を呈する。第二大径軸部４５５の外径は、第二小径軸部４５６の外径よりも大きくなっている。第二大径軸部４５５は、図８の（ｂ）に示す第二上側孔４４５に挿入される部位である。第二大径軸部４５５の外周面には、平坦面となる第二平坦部４５５ａが形成されている。第二大径軸部４５５は、請求の範囲の「第二軸部」に相当する部位である。第二小径軸部４５６は、第二下側孔４４６に挿入される部位である。第二小径軸部４５６の先端には、ネジ溝（雄ネジ）が形成されている。
【０１１１】
次に、変形例に係るボビンツール４０５の組み付け方法について説明する。図８及び図９に示すように、まず、スクリューピン４５１の第一大径軸部４５３及び第一小径軸部４５４に第一ショルダ４３１を挿入する。そして、第一ネジ係累孔４３８に第一係止ネジ４７３を螺合させつつ、第一大径軸部４５３の第一平坦部４５３ａに第一係止ネジ４７３の先端を当接させる。そして、第一小径軸部４５４に第一締結具４７１を締結する。
【０１１２】
一方、スクリューピン４５１の第二大径軸部４５５及び第二小径軸部４５６に第二ショルダ４４１を挿入する。そして、第二ネジ係累孔４４７に第二係止ネジ４７４を螺合させつつ、第二大径軸部４５５の第二平坦部４５５ａに第二係止ネジ４７４の先端を当接させる。そして、第二小径軸部４５６に第二締結具４７２を締結する。
【０１１３】
ボビンツール４０５を組み付けたら、スライド軸３０４の接合部３２４ｄに、第一ショルダ４３１の第一小径部４３３を螺合して、スライド軸３０４とボビンツール４０５とを接合する。
【０１１４】
以上説明したように変形例においても、前記した実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、スクリューピン４５１と第一ショルダ４３１及び第二ショルダ４４１とを一体化する際に、第一係止ネジ４７３及び第二係止ネジ４７４を螺合させつつそれらの先端と第一平坦部４５３ａ、第二平坦部４５５ａとをそれぞれ当接させることにより、スクリューピン４５１と、第一ショルダ４３１及び第二ショルダ４４１との相対的な回転を容易に制限することができる。また、第一係止ネジ４７３及び第二係止ネジ４７４を解除するだけで、容易に分解することができる。これにより、部品の交換やメンテナンスが容易になる。
【０１１５】
なお、変形例において、第一ショルダ４３１及び第二ショルダ４４１の内部に平断面が非円形となる係合孔を設けるとともに、スクリューピン４５１の軸部の一部に柱状を呈する係合軸部を設け、当該係合孔と係合軸部とを係合させてもよい。これにより、スクリューピン４５１と、第一ショルダ４３１及び第二ショルダ４４１との相対的な回転をより確実に制限することができる。
【０１１６】
［第二実施形態］
本発明の第二実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１０に示すように、本実施形態に係る摩擦攪拌装置１は、突き合わされた一対の金属板の突き合せ部Ｎを摩擦攪拌接合する装置である。摩擦攪拌装置１の先端にはボビンツール５が装着されている。まずは、接合する一対の金属板の説明をする。説明における上下前後左右は図１０の矢印に従う。
【０１１７】
＜中空形材＞
図１１の（ａ）に示すように、本実施形態では中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを接合する場合を例示する。中空形材１００Ａは、アルミニウム合金製の押出形材であって、断面視矩形の中空部１００ａを有する長尺部材である。中空形材１００Ａは、中空部１００ａを備えた本体部１０１と、本体部１０１の左側面の上下端からそれぞれ左側（中空形材１００Ｂ側）に張り出した板状端部１０２，１０３とを有する。
【０１１８】
本体部１０１は、４つの面材１０４，１０５，１０６，１０７で構成され、断面視矩形に形成されている。板状端部１０２，１０３は、板状を呈し面材１０５に対して垂直になっている。板状端部１０２，１０３の左右方向の長さは、面材１０４の半分程度になっている。また、板状端部１０２，１０３は、面材１０４，１０５，１０６，１０７と同等の厚さになっている。板状端部１０２，１０３は、請求の範囲の「金属板」に相当する部位である。
【０１１９】
中空形材１００Ｂは、中空形材１００Ａと同等の形状を呈する金属部材である。中空形材１００Ｂは、中空形材１００Ａと同等の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１２０】
中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを突き合わせる際には、中空形材１００Ａの板状端部１０２，１０３と中空形材１００Ｂの１０２，１０３とをそれぞれ突き合わせる。より詳しくは、中空形材１００Ａの板状端部１０２の端面１０２ａと中空形材１００Ｂの板状端部１０２の端面１０２ａとを突き合わせるとともに、中空形材１００Ａの板状端部１０３の端面１０３ａと中空形材１００Ｂの板状端部１０３の端面１０３ａとをそれぞれ突き合わせる。図１１の（ｂ）に示すように、中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを突き合わせると、端面１０２ａ，１０２ａの高さ方向の中心同士が重なるとともに、板状端部１０２，１０２の上面と下面とがそれぞれ面一になる。
【０１２１】
図１１の（ｂ）に示すように、端面１０２ａ，１０２ａ、端面１０３ａ，１０３ａがそれぞれ突き合わされた部分を「突き合せ部Ｎ」とする。突き合せ部Ｎを接合する際には、端面１０２ａ，１０２ａが密接していることが好ましいが、中空形材１００Ａ，１００Ｂの公差や、接合時における摩擦熱によって板状端部１０２，１０２が変形し、端面１０２ａ，１０２ａとの間に微細な隙間が生じる場合がある。突き合せ部Ｎとは、端面１０２ａ，１０２ａに微細な隙間が生じている場合も含む概念である。
【０１２２】
なお、本実施形態では接合する対象として中空形材の板状端部を例示しているが、接合する対象は、摩擦攪拌可能な金属で形成されており、板状を呈する部材であれば特に制限されるものではない。
【０１２３】
＜摩擦攪拌装置＞
図１２に示すように、摩擦攪拌装置１は、チャック部１ａと、チャック部１ａの内部に固定される回転ツールユニット２とで主に構成されている。図１３に示すように、チャック部１ａは、フランジを備えた円筒状の部材であって、摩擦攪拌装置１の本体ＤにボルトＢ１で接続されている。チャック部１ａは、摩擦攪拌装置１の回転駆動によって軸周りに回転する部位である。チャック部１ａの内周には円筒面１ｂが形成されている。
【０１２４】
回転ツールユニット２は、図１３に示すように、ホルダー３と、スライド軸４と、ボビンツール５とで構成されている。回転ツールユニット２は、チャック部１ａに対して着脱可能になっている。
【０１２５】
ホルダー３は、スライド軸４を内包するとともに、チャック部１ａの内部に固定される部材である。ホルダー３は、円筒状を呈する。ホルダー３の外面には、上下方向に平坦に延設された平坦面３ａが形成されているため、円筒面１ｂと平坦面３ａとの間には微細な隙間が形成されている。ボルト２Ｂ，２Ｂは、チャック部１ａの外面から径方向に向けて締結されており、その先端が平坦面３ａに当接している。これにより、チャック部１ａとホルダー３とが一体的に回転する。また、図１４に示すように、ホルダー３には、径方向に貫通する長孔状のキー溝３ｂが形成されている。
【０１２６】
スライド軸４は、図１３に示すように、円柱状を呈し、ホルダー３の中空部に配置される部材である。スライド軸４は、ホルダー３に対して上下方向に移動可能になっている。図１４に示すように、スライド軸４の外面には、外側に向けて突出するキー４ａが形成されている。キー４ａが、キー溝３ｂに係合することにより、ホルダー３とスライド軸４とが一体的に回転する。
【０１２７】
ボビンツール５は、図１５に示すように、例えば工具鋼で形成されておりスライド軸４に連結されている。ボビンツール５は、チャック部１ａ、ホルダー３及びスライド軸４と一体的に正逆回転する。ボビンツール５は、第一ショルダ１１と、第一ショルダ１１の下方に間をあけて配設された第二ショルダ１２と、第一ショルダ１１と第二ショルダ１２とを連結するスクリューピン１３とを有する。
【０１２８】
第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２は、円柱状を呈し、同等の外径を備えている。スクリューピン１３は、円柱状を呈し、第一ショルダ１１と第二ショルダ１２とを連結する。スクリューピン１３は、第二ショルダ１２を貫通している。第二ショルダ１２を貫通したスクリューピン１３は、第二ショルダ１２の下端においてナットで締結されている。スクリューピン１３の外周面には、上部螺旋溝１３ａと下部螺旋溝１３ｂとが刻設されている。上部螺旋溝１３ａ及び下部螺旋溝１３ｂの溝の向きはそれぞれ反対方向に巻回されるように刻設されている。
【０１２９】
上部螺旋溝１３ａは、第一ショルダ１１の下端からスクリューピン１３の高さ方向の中間位置まで刻設されている。本実施形態ではボビンツール５を右回転させるため、上部螺旋溝１３ａは右ネジで形成されている。つまり、上部螺旋溝１３ａは、上から下に向けて右回りに巻回されるように刻設されている。
【０１３０】
一方、下部螺旋溝１３ｂは、第二ショルダ１２の上端からスクリューピン１３の高さ方向の中間位置まで刻設されている。本実施形態ではボビンツール５を右回転させるため、下部螺旋溝１３ｂは左ネジで形成されている。つまり、下部螺旋溝１３ｂは、上から下に向けて左回りに巻回されるように刻設されている。
【０１３１】
上部螺旋溝１３ａ及び下部螺旋溝１３ｂをこのように形成することで、摩擦攪拌されて塑性流動化した金属が、板状端部１０２の高さの中央部分から上端方向又は下端方向に向って若干移動するようになっている。なお、これら上下方向への金属の移動は、ボビンツール５のスクリューピン１３の回転による周方向での金属の移動に比べて微量に止まるものである。
【０１３２】
螺旋溝の巻回方向や刻設する割合については、接合する金属板の化粧面とボビンツール５との位置関係や、ボビンツールの回転方向等に応じて適宜設定すればよい。本実施形態では、スクリューピン１３に対して右ネジと左ネジの両方の螺旋溝を刻設しているが、例えば、スクリューピン１３に対して全て右ネジの螺旋溝を刻設してもよいし、全て左ネジの螺旋溝を刻設してもよい。また、本実施形態では、第一ショルダ１１側を右ネジ、第二ショルダ１２側を左ネジにしているが、第一ショルダ１１側を左ネジ、第二ショルダ１２側を右ネジにしてもよい。
【０１３３】
図１５に示すように、ボビンツール５のショルダ間距離Ｚ（スクリューピン１３の露出した部分の長さ）は、中空形材１００Ａの板状端部１０２の厚さＴと同等か、それよりも小さくなっていることが好ましい。例えば、本実施形態では、ショルダ間距離Ｚは、中空形材１００Ａの板状端部１０２の厚さＴよりも０．２ｍｍ小さくなっている。
【０１３４】
なお、突き合せ部Ｎ（図１１の（ｂ）参照）の端面１０２ａ，１０２ａの隙間を０．７５ｍｍ以下に設定できる場合、板状端部１０２の厚さＴとショルダ間距離Ｚとを同等、つまり、Ｔ−Ｚ＝０と設定しても接合状態を良好にすることができる。
【０１３５】
また、突き合せ部Ｎの端面１０２ａ，１０２ａの隙間を１．００ｍｍ以下に設定できる場合、板状端部１０２の厚さＴとショルダ間距離Ｚとを、０．２ｍｍ≦Ｔ−Ｚ≦０．８ｍｍとなるように設定することが好ましい。
【０１３６】
また、突き合せ部Ｎの端面１０２ａ，１０２ａの隙間を１．００より大きく、１．７５ｍｍ以下に設定できる場合、板状端部１０２の厚さＴとショルダ間距離Ｚとを、０．４ｍｍ≦Ｔ−Ｚ≦０．８ｍｍとなるように設定することが好ましい。
【０１３７】
また、ボビンツール５は、第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２の外径Ｘ（板状端部１０２に接触する面の直径）を二乗した値をスクリューピン１３の外径Ｙを二乗した値で除した値が２．０より大きくなるように設定することが好ましい。かかるボビンツール５によれば、バリとして排出される材料の量を第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２によって抑制できるため、接合欠陥の発生を低減することができる。
【０１３８】
また、ボビンツール５は、スクリューピン１３の外径Ｙを二乗した値を、第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２の外径Ｘ（板状端部１０２に接触する面の直径）を二乗した値からスクリューピン１３の外径Ｙを二乗した値を引いた値で除した値が０．２よりも大きくなるように設定されていることが好ましい。かかるボビンツール５によれば、接合時にツール軸方向に発生する材料抵抗に対するスクリューピンの抗張力を十分に確保できるため、スクリューピン１３の破損を防ぐことができる。
【０１３９】
また、ボビンツール５は、スクリューピン１３の外径Ｙを二乗した値をスクリューピン１３の外径Ｙとショルダ間距離Ｚとの積で除した値が１．２よりも大きくなるように設定することが好ましい。かかるボビンツール５によれば、接合時にツール進行方向とは逆向きに流れる材料抵抗に対するスクリューピンの抗折力を十分に確保できるため、スクリューピン１３の破損を防ぐことができる。これらの根拠については実施例で記載する。
【０１４０】
ここで、摩擦攪拌接合を行うと、摩擦熱によって板状端部１０２，１０２の温度が上昇し、板状端部１０２，１０２が上方又は下方に反ってしまう場合がある。本実施形態に係る摩擦攪拌装置１は、スライド軸４がホルダー３に対して移動可能に形成されているため、板状端部１０２が例えば上方に反った際に、その反りに追従してボビンツール５が所定の距離だけ上方に移動するように構成されている。一方、板状端部１０２が下方に反った際には、その反りに追従してボビンツール５が所定の距離だけ下方に移動するように構成されている。これにより、摩擦攪拌接合中における金属板に対するボビンツール５の位置ズレを抑制できるようになっている。
【０１４１】
次に、第二実施形態のボビンツール５を用いた接合方法について説明する。
第二実施形態の接合方法では、ボビンツール５を右回転させて接合を行う。具体的には、この接合方法では、中空形材同士を突き合わせる突き合せ工程と、突き合せ部Ｎにボビンツール５を挿入する接合工程と、を行う。ここでは、表面Ｓａを化粧面として設定する。
【０１４２】
突き合せ工程では、図１１に示すように、中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを板状端部１０２同士で対向させ、端面１０２ａ，１０２ａ同士及び端面１０３ａ，１０３ａ同士を面接触させる。より詳しくは、一方の端面１０２ａの中点と、他方の端面１０２ａの中点とが重なるように面接触させる。なお、突き合わせた後は、中空形材１００Ａ，１００Ｂが離間しないように、突き合せ部Ｎに沿って溶接などで仮付けを行ってもよい。中空形材１００Ａと中空形材１００Ｂとを突き合わせたら、両者を移動不能に拘束する。
【０１４３】
接合工程では、まず、突き合せ部Ｎの外部において、スクリューピン１３の中心１３ｃが、突き合せ部Ｎの中心Ｎｃと重なるように位置させる。そして、図１６に示すように、右回転させたボビンツール５を突き合せ部Ｎに沿って移動させる。ボビンツール５が突き合せ部Ｎに挿入されると、高速回転するスクリューピン１３によってスクリューピン１３の周囲の金属が摩擦攪拌され板状端部１０２同士が一体化される。スクリューピン１３の軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。
【０１４４】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、摩擦攪拌接合の摩擦熱によって板状端部（金属板）１０２，１０２が反ったとしても、その反りに追従してボビンツール５が上下方向にスムーズに移動可能になっている。これにより、スクリューピン１３の中心１３ｃと突き合せ部Ｎの中心Ｎｃとの高さ位置がずれるのを抑制できる。これにより、接合位置がずれるのを防ぐことができる。
【０１４５】
また、本実施形態のように、ボビンツール５のショルダ間距離Ｚを板状端部１０２の厚さＴ以下に設定することで、塑性流動化した金属を押えることができ、摩擦攪拌によって塑性流動化した金属が第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２の外部に溢れるのを防ぐことができる。これにより、接合欠陥の発生を抑制することができる。なお、Ｔ−Ｚの値が０．８を超えると摩擦攪拌装置１への負荷が大きくなるため不適切である。
【０１４６】
また、接合方法によれば、摩擦攪拌されて流動化された金属は、スクリューピン１３の右ネジの上部螺旋溝１３ａと、左ネジの下部螺旋溝１３ｂに導かれて板状端部１０２の中心Ｎｃから表面Ｓａ側及び裏面Ｓｂ側にそれぞれ移動する。右ネジの上部螺旋溝１３ａは２５％以上の割合で形成されているため、この螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５が板状端部１０２に対してスライド軸４側（上方）に押され、表面（化粧面）Ｓａに深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝Ｖが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Ｖが形成されたとしてもその凹溝Ｖの深さを小さくすることができる。凹溝Ｖの発生を防ぐか又は凹溝Ｖを小さくすることで、表面（化粧面）Ｓａを平滑にする仕上げ処理が容易になる。
【０１４７】
また、第二実施形態では、上部螺旋溝１３ａと下部螺旋溝１３ｂの割合が５０：５０であるため、図１６の（ａ）に示すように、上側と下側で移動する金属量を均等にすることができる。これにより、スクリューピン１３の中心１３ｃと突き合せ部Ｎの中心Ｎｃとの位置ずれをより防ぐことができる。また、上部螺旋溝１３ａ及び下部螺旋溝１３ｂが刻設されているため、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
【０１４８】
接合工程を行う際には、板状端部１０２の表面（化粧面）Ｓａに対して、例えば冷却された気体や液体等を供給可能な冷却装置によって、冷却しながら行うことが好ましい。これにより、板状端部１０２の変形を抑制して接合精度を向上させることができる。なお、板状端部１０２の裏面Ｓｂ側を冷却しながら接合を行ってもよい。
【０１４９】
また、第二実施形態の回転ツールユニット２に代えて第一実施形態の回転ツールユニット３０２を用いても、第二実施形態と略同様の効果を奏することができる。
【０１５０】
［第三実施形態］
第三実施形態に係る接合方法では、ボビンツールの螺旋溝の構成及び回転方向が第二実施形態と相違する。第三実施形態の説明においては、第二実施形態と共通する点については、詳細な説明を省略する。
【０１５１】
図１７は、第三実施形態に係るボビンツールを示す側面図である。図１７に示すように、第三実施形態に係るボビンツール５Ａのスクリューピン１３の外周面には、上半分に形成された左ネジの上部螺旋溝１３ａと、下半分に形成された右ネジの下部螺旋溝１３ｂとが刻設されている。つまり、上部螺旋溝１３ａは上から下に向けて左回りに巻回されるように刻設されており、下部螺旋溝１３ｂは上から下に向けて右回りに巻回されるように刻設されている。
【０１５２】
ボビンツール５Ａのショルダ間距離（スクリューピン１３の露出した部分の長さ）Ｚは、中空形材１００Ａの板状端部１０２の板厚Ｔ以下になっていることが好ましい。例えば、本実施形態では、ショルダ間距離Ｚは、中空形材１００Ａの板状端部１０２の板厚Ｔよりも０．４ｍｍ小さくなっている。
【０１５３】
次に、第三実施形態のボビンツール５Ａを用いた接合方法ついて説明する。
第三実施形態の接合方法では、図１８に示すように、ボビンツール５Ａを左回転させて接合を行う。具体的には、この接合方法では、中空形材同士を突き合わせる突き合せ工程と、突き合せ部Ｎにボビンツール５Ａを挿入する接合工程と、を行う。ここでは、表面Ｓａを化粧面として設定する。突合工程は、第二実施形態と同等であるため、説明を省略する。
【０１５４】
接合工程では、突き合せ部Ｎの外部において、スクリューピン１３の中心１３ｃが、突き合せ部Ｎの中心Ｎｃと重なるように位置させる。そして、図１８に示すように、左回転させたボビンツール５Ａを突き合せ部Ｎに沿って移動させる。ボビンツール５Ａが突き合せ部Ｎに挿入されると、高速回転するスクリューピン１３によってスクリューピン１３の周囲の金属が摩擦攪拌され板状端部１０２同士が一体化される。スクリューピン１３の軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。
【０１５５】
この接合方法によれば、摩擦攪拌されて流動化された金属は、スクリューピン１３の左ネジの上部螺旋溝１３ａと、右ネジの下部螺旋溝１３ｂに導かれて板状端部１０２の中心Ｎｃから表面Ｓａ側及び裏面Ｓｂ側にそれぞれ移動する。左ネジの上部螺旋溝１３ａは２５％以上の割合で形成されているため、この螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５Ａが板状端部１０２に対してスライド軸４側（上方）に押され、表面（化粧面）Ｓａに深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、表面（化粧面）Ｓａに凹溝Ｖが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Ｖが形成されたとしてもその凹溝Ｖの深さを小さくすることができる。
【０１５６】
また、第三実施形態では、上部螺旋溝１３ａと下部螺旋溝１３ｂの割合が５０：５０であるため、移動する金属量を均等にすることができる。これにより、スクリューピン１３の中心１３ｃと突き合せ部Ｎの中心Ｎｃとの位置ずれをより防ぐことができる。また、上部螺旋溝１３ａ及び下部螺旋溝１３ｂが刻設されているため、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
【０１５７】
＜第一変形例＞
第一変形例では、図１９の（ａ）に示すように、板状端部１０２Ａと板状端部１０２Ｂとの厚さが異なる点で前記した実施形態と相違する。板状端部１０２Ｂの厚さＴ１は、板状端部１０２Ａの厚さＴ２よりも大きくなっている。第一変形例では、板状端部１０２Ａの高さ方向の中点と、板状端部１０２Ｂの高さ方向の中点とが重なるように突き合わされている。
【０１５８】
第一変形例に係る接合工程では、ボビンツール５を右回転させて、板状端部１０２Ｂの突き合せ部Ｎの厚さが大きい方の板状端部１０２Ｂ（金属板）を進行方向に対して左側に配置する。
【０１５９】
摩擦攪拌においては、回転ツールを右回転させた場合、ツールの進行方向左側（シアー側：回転ツールの回転速度に回転ツールの移動速度が加算される側）からツールの進行方向右側（フロー側：回転ツールの回転速度に回転ツールの移動速度が減算される側）に塑性流動化された金属が流れる傾向があるため、仮に、金属板同士の間に隙間がある場合には、シアー側の金属でその隙間が埋められると考えられる。したがって、シアー側の金属板の厚さが小さいと、金属が不足して接合後の塑性化領域の中央部の厚さが小さくなる傾向がある。ちなみに、回転ツールを左回転させた場合、ツールの進行方向右側がシアー側、左側がフロー側となる。
【０１６０】
第一変形例では、シアー側にあたる板状端部１０２Ｂの厚さＴ１を板状端部１０２Ａの厚さＴ２よりも大きくすることで、塑性化領域Ｗの中央部の金属の不足を解消してより好適に接合することができる。
【０１６１】
＜第二変形例＞
第二変形例では、図１９の（ｂ）に示すように、板状端部１０２Ｃと板状端部１０２Ｄとの厚さが異なる点で前記した実施形態と相違する。板状端部１０２Ｃの厚さＴ１は、板状端部１０２Ｄの厚さＴ２よりも大きくなっている。第二変形例では、板状端部１０２Ｃの高さ方向の中点と、板状端部１０２Ｄの高さ方向の中点とが重なるように突き合わされている。
【０１６２】
第二変形例に係る接合工程では、ボビンツール５を左回転させて、板状端部１０２Ｃの突き合せ部Ｎの厚さが大きい方の板状端部１０２Ｃ（金属板）を進行方向に対して右側に配置する。
【０１６３】
第二変形例では、第一変形例と同様の原理により、シアー側にあたる板状端部１０２Ｃの厚さＴ１を板状端部１０２Ｄの厚さＴ２よりも大きくすることで、塑性化領域Ｗの中央部の金属の不足を解消してより好適に接合することができる。
【０１６４】
［第四実施形態］
本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態ではダブルスキンパネルを接合する場合を例示する。本実施形態の説明における上下左右前後は、図２０の矢印にしたがう。
【０１６５】
ダブルスキンパネル２０１は、図２０に示すように、金属製の薄い長尺部材であって、外板２０２と、内板２０３と、支持板２０４，２０４とで主に構成されている。各支持板２０４は、外板２０２及び内板２０３に対して垂直になっている。ダブルスキンパネル２０１は、左右方向に複数枚接合されることにより、例えば鉄道車両、航空機、船舶及び土木建築構造物等の構造体として用いられる。ダブルスキンパネル２０１の製造方法は特に制限されないが、本実施形態では押出成形で成形されている。ダブルスキンパネル２０１の材料は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態ではアルミニウム合金を用いている。
【０１６６】
外板２０２は、中央部２０５と、中央部２０５から右側に延設された右側板状端部２１０と、中央部２０５から左側に延設された左側板状端部２２０とで構成されている。
【０１６７】
右側板状端部２１０は、第一外板厚肉部２１１と、第一鉤部２１２と、第一肉盛部２１３とで構成されている。第一外板厚肉部２１１は、支持板２０４に対して垂直になっており、右側に延設されている。第一鉤部２１２は、鉤状になっており、右側に延設された第一薄肉部２１４と、第一薄肉部２１４から垂直に張り出した第一張出部２１５とで構成されている。第一薄肉部２１４は、第一外板厚肉部２１１の３分の一程度の厚さになっている。
【０１６８】
第一張出部２１５は、第一薄肉部２１４の先端から内板２０３側に向けて張り出している。第一張出部２１５の側部には、内板２０３側に向かうにつれて支持板２０４に近づくように傾斜する第一張出傾斜面２１６が形成されている。第一肉盛部２１３は、第一外板厚肉部２１１、第一薄肉部２１４及び第一張出部２１５の上面から一定の厚みで上方に突出し、厚肉に形成された部位である。
【０１６９】
左側板状端部２２０は、第二外板厚肉部２２１と、第二鉤部２２２と、第二肉盛部２２３とで主に構成されている。第二外板厚肉部２２１は、支持板２０４に対して垂直になっており、左側に延設されている。第二鉤部２２２は、鉤状になっており、左側に延設された第二薄肉部２２４と、第二薄肉部２２４に対して垂直に張り出した第二張出部２２５とで構成されている。第二薄肉部２２４は、第二外板厚肉部２２１の３分の一程度の厚さになっている。
【０１７０】
第二張出部２２５は、第二薄肉部２２４の先端から内板２０３とは反対側に向けて張り出している。第二外板厚肉部２２１の左端には、内板２０３側に向かうにつれて支持板２０４から離間するように傾斜する第二厚肉部傾斜面２２６が形成されている。第二厚肉部傾斜面２２６は、第一張出傾斜面２１６と同じ傾斜角度になっている。第二肉盛部２２３は、第二外板厚肉部２２１の上面から一定の厚みで上方に突出し、厚肉に形成された部位である。
【０１７１】
内板２０３は、中央部２０６と、中央部２０６から右側に延設された右側板状端部２３０と、中央部２０６から左側に延設された左側板状端部２４０とで構成されている。
【０１７２】
右側板状端部２３０は、第一内板厚肉部２３１と、第一肉盛部２３２と、第一端面２３３とで構成されている。第一内板厚肉部２３１は、支持板２０４に対して垂直になっており、右側に延設されている。第一肉盛部２３２は、第一内板厚肉部２３１の先端側の下面から下方に突出し、厚肉になっている部位である。
【０１７３】
左側板状端部２４０は、第二内板厚肉部２４１と、第二肉盛部２４２と、第二端面２４３とで構成されている。第二内板厚肉部２４１は、支持板２０４に対して垂直になっており、左側に延設されている。第二肉盛部２４２は、第二内板厚肉部２４１の先端側の下面から下方に突出し、厚肉になっている部位である。
【０１７４】
次に、本実施形態で用いる摩擦攪拌装置について説明する。図２１，２２に示すように、摩擦攪拌装置２６１は、チャック部２６１ａと、チャック部２６１ａに固定された回転ツールユニット２６２とで構成されている。チャック部２６１ａは、第二実施形態と同じように摩擦攪拌装置２６１の本体（図示省略）にボルトで接合されている。
【０１７５】
回転ツールユニット２６２は、ホルダー２６３と、スライド軸２６４と、ボビンツール２６５とで構成されている。
【０１７６】
ホルダー２６３は、図２２に示すように、スライド軸２６４を内包するとともに、チャック部２６１ａの内部に取り付けられる部材である。ホルダー２６３は、円筒状を呈する。ホルダー２６３には、半径方向に貫通する長孔状のキー溝２６３ｂが形成されている。
【０１７７】
スライド軸２６４は、図２２に示すように、円柱状を呈し、ホルダー２６３の中空部に挿入される部材である。スライド軸２６４は、ホルダー２６３に対して上下方向に移動可能になっている。スライド軸２６４の外面には、外側に向けて突出するキー２６４ａが形成されている。キー２６４ａが、キー溝２６３ｂに係合することにより、ホルダー２６３とスライド軸２６４とが一体的に回転する。
【０１７８】
ボビンツール２６５は、図２３に示すように、第一ショルダ２５２と、第二ショルダ２５３と、第一ショルダ２５２と第二ショルダ２５３との間に介設されたスクリューピン２５４とで構成されている。第一ショルダ２５２、第二ショルダ２５３、スクリューピン２５４はいずれも略円柱状を呈し同軸になっている。ボビンツール２６５は、スクリューピン２５４が接合部分を高速回転しながら移動することにより摩擦攪拌接合するツールである。
【０１７９】
第一ショルダ２５２は、大径部２５２ａと、テーパー部２５２ｂと、下端面２５２ｃとを備えている。テーパー部２５２ｂは、下方に向けて徐々に縮径している。第一ショルダ２５２の下端面２５２ｃには、図示は省略するが、スクリューピン２５４周りに沿って平面視渦巻き形状の窪みが形成されている。
【０１８０】
第二ショルダ２５３は、外面に溝を備えた構成になっている。第二ショルダ２５３は、大径部２５３ａと、テーパー部２５３ｂと、上端面２５３ｃとを備えている。テーパー部２５３ｂは、上方に向けて徐々に縮径している。大径部２５３ａの直径β１は、大径部２５２ａの直径α１よりも小さくなっている。また、上端面２５３ｃの直径β２は、下端面２５２ｃの直径α２と同等になっている。
【０１８１】
スクリューピン２５４の外面には、左ネジで形成された螺旋溝２５５が刻設されている。つまり、螺旋溝２５５は、上から下に向け左回りとなるように巻回されている。スクリューピン２５４の外径Ｕは、直径α２及び直径β２よりも小さくなっている。第一ショルダ２５２は、ナットを介してスライド軸２６４に接続されている。
【０１８２】
ボビンツール２６５のショルダ間距離（スクリューピン２５４の露出した部分の長さ）は、接合する部分の板厚（本実施形態では、第一外板厚肉部２１１と第一肉盛部２１３との厚さの合計）以下になっていることが好ましい。螺旋溝２５５の溝の深さや、ピッチ等は摩擦攪拌する金属板の材料や接合する部分の板厚、ショルダ間距離等に応じて適宜設定すればよい。
【０１８３】
摩擦攪拌装置２６１は、スライド軸２６４がホルダー２６３に対して移動可能に形成されているため、接合する金属板が例えば上方に反った際に、その反りに追従してボビンツール２６５が所定の距離だけ上方に移動するように構成されている。一方、接合する金属板が下方に反った際には、その反りに追従してボビンツール２６５が所定の距離だけ下方に移動するように構成されている。これにより、摩擦攪拌接合中における金属板に対するボビンツール２６５の位置ズレを抑制できるようになっている。
【０１８４】
次に、本実施形態に係るダブルスキンパネルの接合方法について説明する。ここでは同形状のダブルスキンパネル２０１を二本併設して接合する場合を例示する。この接合方法では、準備工程と、接合工程とを行う。
【０１８５】
準備工程では、図２４に示すように、ダブルスキンパネル２０１，２０１を突き合わせてダブルスキンパネルの組立体を形成し、その組立体を移動不能に拘束する。なお、説明においては、一方のダブルスキンパネルを「２０１Ａ」と付し、他方のダブルスキンパネルを「２０１Ｂ」と付し、それぞれに対応する要素に「Ａ」、「Ｂ」と符号を加えて区別する。
【０１８６】
準備工程では、具体的には、ダブルスキンパネル２０１Ａの第一鉤部２１２Ａとダブルスキンパネル２０１Ｂの第二鉤部２２２Ｂとを係合させるとともに、第一端面２３３Ａと第二端面２４３Ｂとを突き合わせる。これにより、第一鉤部２１２Ａと第二鉤部２２２Ｂとが隙間なく係合し、係合部Ｍが形成される。一方、第一端面２３３Ａと第二端面２４３Ｂとが突き合わされて突き合せ部Ｎが形成される。張出部２１５Ａと張出部２２５Ｂとが係合する箇所及び第一端面２３３Ａと第二端面２４３Ｂとが突き合わされる箇所の延長線を「センター線Ｃ１」とする。
【０１８７】
準備工程を行うと、第一肉盛部２１３Ａの上面と第二肉盛部２２３Ｂの上面とは面一になるとともに、第一外板厚肉部２１１Ａの下面と第二外板厚肉部２２１Ｂの下面は面一になる。また、第一内板厚肉部２３１Ａの上面と第二内板厚肉部２４１Ｂの上面は面一になるとともに、第一肉盛部２３２Ａの下面と第二肉盛部２４２Ｂの下面とは面一になっている。ダブルスキンパネルの組立体を形成したら、この組立体を治具で移動不能に拘束する。
【０１８８】
接合工程では、図２５に示すように、ボビンツール２６５を用いて係合部Ｍを接合する第一接合工程と、突き合せ部Ｎを接合する第二接合工程を行う。
【０１８９】
第一接合工程では、進行方向の左側にダブルスキンパネル２０１Ａが配置されるようにする。そして、右回転させたボビンツール２６５のスクリューピン２５４の中心を、センター線Ｃ１上における係合部Ｍの高さ方向の中心に合わせ、係合部Ｍに突入させる。そして、前側から後側に向けて係合部Ｍに沿って摩擦攪拌接合を行う。なお、係合部Ｍにはボビンツール２６５が移動した軌跡に沿って塑性化領域Ｗ１が形成される（図２６参照）。
【０１９０】
第二接合工程では、図２６に示すように、第一接合工程が終えたら、ダブルスキンパネルの組立体を裏返しにして、再度ダブルスキンパネルの組立体を移動不能に拘束する。そして、右回転させたボビンツール２６５のスクリューピン２５４の中心を、センター線Ｃ１上における突き合せ部Ｎの高さ方向の中心に合わせ、突き合せ部Ｎに突入させる。そして、前側から後側に向けて突き合せ部Ｎに沿って摩擦攪拌接合を行う。突き合せ部Ｎにはボビンツール２６５が移動した軌跡に沿って塑性化領域（図示省略）が形成される。以上の工程により、外板２０２Ａと外板２０２Ｂとが接合されるとともに、内板２０３Ａと内板２０３Ｂとが接合される。
【０１９１】
以上説明した本実施形態にかかる摩擦攪拌接合方法によれば、外板２０２Ａの第一鉤部２１２Ａと外板２０２Ｂの第二鉤部２２２Ｂを係合させることにより、摩擦攪拌接合する際にダブルスキンパネル２０１Ａ，２０１Ｂが離間するのを簡易に防ぐことができる。一方、内板２０３Ａ及び内板２０３Ｂには鉤部を設けず第一端面２３３Ａ及び第二端面２４３Ｂを突き合わせることにより、準備工程の作業やダブルスキンパネルの製造を省力化することができる。ダブルスキンパネル２０１Ａ，２０１Ｂが長尺である場合、内板２０３Ａ及び内板２０３Ｂにも鉤部を設けると係合する作業が困難になるが、本実施形態によれば係合作業が容易となる。
【０１９２】
また、準備工程では、第一鉤部２１２Ａと第二鉤部２２２Ｂとを係合させる際に、第一張出傾斜面２１６Ａと第二本体傾斜面２２６Ｂとを摺動させながら係合させることができるため、係合作業が容易になる。具体的には、載置されたダブルスキンパネル２０１Ｂの上方から、ダブルスキンパネル２０１Ａを降ろす際に、第一張出傾斜面２１６Ａと第二本体傾斜面２２６Ｂとを摺動させるだけで、係合させることができる。
【０１９３】
また、第一張出部２１５Ａと第二張出部２２５Ｂとを設けることで簡易な構成で係合させることができる。また、肉盛部（２１３Ａ，２２３Ｂ，２３２Ａ，２４２Ｂ）を設けることで、摩擦攪拌接合の際に、金属が不足するのを防ぐことができる。本実施形態では、スクリューピン２５４に左ネジの螺旋溝２５５が刻設されており、ボビンツール２６５を右回転させつつ前側から後側に移動させるため、塑性流動化された金属が螺旋溝２５５に導かれて第二ショルダ２５３側に移動する傾向がある。したがって、肉盛部（２１３Ａ，２２３Ｂ，２３２Ａ，２４２Ｂ）を、外板２０２Ａ，２０２Ｂ及び内板２０３Ａ，２０３Ｂのうち、第一ショルダ２５２と対向する側に設けることにより、第一ショルダ２５２側における金属不足を回避できる。
【０１９４】
また、突き合せ部Ｎを先に接合すると、ダブルスキンパネル２０１Ａ，２０１Ｂが離間してしまうおそれがあるが、本実施形態に係る接合工程では、係合部Ｍを先に接合することで、突き合せ部Ｎを接合する際に、ダブルスキンパネル２０１Ａ，２０１Ｂが離間するのを防ぐことができる。
【０１９５】
なお、ダブルスキンパネル２０１Ａ，２０１Ｂの形状や係合形態は両者が離間しない形態であれば特に制限されるものではない。本実施形態のように、ダブルスキンパネル２０１Ａ，２０１Ｂの端部が面一になり、かつ、隙間がなくなるように係合することが好ましい。また、一のダブルスキンパネルの外板２０２の両端に、第一鉤部２１２，２１２を設けたものを形成し、他のダブルスキンパネルの外板２０２の両端に、第二鉤部２２２，２２２を設けたものを形成し、これらのダブルスキンパネルを交互に併設して係合及び接合してもよい。また、例えば、図２７に示すように、第一張出部２１５Ａ及び第二張出部２２５Ｂの側部に傾斜を設けない形状としてもよい。また、本実施形態では、支持板２０４は外板２０２及び内板２０３に対して垂直に形成したが、斜めであってもよい。
【実施例】
【０１９６】
＜実施例１＞
第二実施形態に係る摩擦攪拌装置１（ボビンツール５）を用いて、摩擦攪拌接合される金属板（板状端部）の厚さ及び金属板同士の隙間が接合状態にどのような影響を与えるかを調査するための試験を行った。図２８に示すように、摩擦攪拌接合される一対の金属板の試験体（Ａ６０６３−Ｔ５材）については、それぞれ厚さを変化させて試験体Ｈ１〜Ｈ１９まで用意した。「Ａｄ側」とは、ボビンツールの回転方向と進行方向が一致する側を意味する。つまり、ボビンツールが右回転の場合は進行方向左側を意味する。「Ｒｅ側」とは、ボビンツールの回転方向と進行方向が相違する側を意味する。つまり、ボビンツールが右回転の場は進行方向右側を意味する。【０１９７】
試験体Ｈ１〜Ｈ７は、金属板の厚さをＡｄ側とＲｅ側とで同一にしている。試験体Ｈ８〜Ｈ１３は、Ａｄ側の金属板を６．０ｍｍに固定し、Ｒｅ側の金属板の厚さを変化させている。一方、試験体Ｈ１４〜Ｈ１９は、Ｒｅ側の金属板を６．０ｍｍに固定し、Ｒｅ側の金属板の厚さを変化させている。【０１９８】
金属板同士の隙間は０〜２．０ｍｍまで０．２５ｍｍずつ変化させた。試験に使用したボビンツールは、ショルダ外径（ショルダのうち金属板に接触する面の直径）２０ｍｍ、ピン外径１２ｍｍ、ショルダ間距離５．８ｍｍに設定した。ボビンツールの回転数は８００ｒｐｍ、移動速度は６００／ｍｉｎ、回転方向は右回転に設定した。また、このボビンツールは、第二実施形態で記載したように、金属板の反りに追従してボビンツールの高さ位置が変化する形態である。摩擦攪拌接合後、Ｘ線透過試験と断面ミクロ組織から品質を判定した。【０１９９】
図２９は、実施例１において、試験体Ｈ１の隙間と接合部の厚さとの関係を示したグラフである。図３０は、実施例１において、試験体Ｈ３の隙間と接合部の厚さとの関係を示したグラフである。実施例１の接合部とは、実施形態における塑性化領域Ｗと同義である。また、実施例１の接合部の「Ａｄ部」、「Ｃｒ部」、「Ｒｅ部」とは、図１６の（ｂ）に示す接合部（塑性化領域Ｗ）のＡｄ部、中央部、Ｒｅ部の各位置を示している。【０２００】
図２９に示すように、金属板の厚さを６．０ｍｍ同士に設定して接合した場合、隙間０．７５ｍｍ未満ではＡｄ部、Ｃｒ部、Ｒｅ部ともに厚さの減少は小さいが、隙間０．７５以上では隙間が増加するに従いＡｄ部、Ｃｒ部、Ｒｅ部ともに厚さが減少した。隙間が１．２ｍｍを超えると接合部の厚さは５．８ｍｍ未満になり接合欠陥が発生した。【０２０１】
図３０に示すように、金属板の厚さが６．４ｍｍ同士に設定して接合した場合、隙間０．７５ｍｍ未満ではＡｄ部、Ｃｒ部、Ｒｅ部ともに厚さの減少は小さかった。隙間０．７５〜１．７５までは、Ａｄ部、Ｃｒ部、Ｒｅ部ともに厚さの減少はするが、接合欠陥は発生しなかった。隙間２．０となると著しく接合部の厚さが減少し接合欠陥が発生した。【０２０２】
図２９及び図３０からは、接合部のＣｒ部の厚さが５．８ｍｍ以下になると接合欠陥が発生することがわかった。つまり、金属板同士の間に隙間があっても、塑性流動によって金属が供給されて、接合部のＣｒ部の厚さが、ショルダ間距離と同等の５．８ｍｍ未満にならなければ健全に接合されることがわかった。以上のことから、接合部（塑性化領域）の厚さがショルダ間距離以上となるように接合条件を設定する必要がある。【０２０３】
図３１は、実施例１において、接合品質に及ぼす金属板の厚さと隙間の関係を示す表であって、Ａｄ側の厚さ＝Ｒｅ側の厚さの場合を示す。図中、「○」は接合状況が良好、「×」は接合状況が不良である場合を示す。【０２０４】
図３１によれば、隙間が大きくなったとしても、金属板の厚さが大きくなれば、接合状況が良好になる場合があることがわかった。ただし、金属板の厚さとショルダ間距離との差が０．８ｍｍを越える（本実施例では金属板の厚さを６．６ｍｍより大きくする）と、ショルダ間に発生する内圧が大きくなり、ツール寿命が著しく低下することがわかった。【０２０５】
また、図３１によれば、ショルダ間距離５．８ｍｍであり、金属板同士の隙間が０〜０．７５ｍｍ以下である場合、金属板の厚さが５．８〜６．６ｍｍであれば接合状況は良好であることがわかった。つまり、金属板の厚さＴとショルダ間距離Ｚとを０≦Ｔ−Ｚ≦０．８ｍｍとなるように設定すれば接合状況は良好であることがわかった。【０２０６】
Ｔ−Ｚの値が０よりも小さくなる場合、つまり、板状端部１０２の厚さＴよりもショルダ間距離Ｚが大きくなると、塑性流動化された金属が第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２（図１６の（ａ）参照）から溢れやすくなるため、接合部（塑性化領域Ｗ）の密度が低下する。これにより接合欠陥が生じる可能性が高くなる。０≦Ｔ−Ｚ≦０．８ｍｍとなる場合には、金属板同士の隙間が０〜０．７５ｍｍであっても、摩擦攪拌接合の摩擦熱によって金属板の温度が上昇し、金属板が膨張することによって隙間が無くなるため、接合状況が概ね良好であると考えられる。【０２０７】
また、図３１によれば、ショルダ間距離５．８ｍｍであり、金属板同士の隙間が０〜１．０ｍｍ以下である場合、金属板の厚さが６．０〜６．６ｍｍであれば接合状況は良好であることがわかった。つまり、金属板の厚さＴとショルダ間距離Ｚとを０．２≦Ｔ−Ｚ≦０．８ｍｍとなるように設定すれば接合状況は良好であることがわかった。Ｔ−Ｚの値が０．２ｍｍよりも小さくなると、塑性流動化された金属が第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２から溢れやすくなるため、接合部の密度が低下する。これにより接合欠陥が生じる可能性が高くなる。【０２０８】
また、図３１によれば、ショルダ間距離５．８ｍｍであり、金属板同士の隙間が１．０ｍｍより大きく１．７５ｍｍ以下である場合、金属板の厚さが６．２ｍｍ〜６．６ｍｍであれば接合状況は良好であることがわかった。つまり、金属板の厚さＴとショルダ間距離Ｚとを０．４≦Ｔ−Ｚ≦０．８ｍｍとなるように設定すれば接合状況は良好であることがわかった。Ｔ−Ｚの値が０．４ｍｍよりも小さくなると、塑性流動化された金属が第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２から溢れやすくなるため、接合部の密度が低下する。これにより接合欠陥が生じる可能性が高くなる。【０２０９】
また、図３１によれば、ショルダ間距離５．８ｍｍであり、金属板同士の隙間が１．７５ｍｍより大きく２．００ｍｍ以下である場合、金属板の厚さが６．６ｍｍであれば接合状況は良好であることがわかった。つまり、金属板の厚さＴとショルダ間距離ＺとをＴ−Ｚ＝０．８ｍｍとなるように設定すれば接合状況は良好であることがわかった。Ｔ−Ｚの値が０．８ｍｍよりも小さくなると、塑性流動化された金属が第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２から溢れやすくなるため、接合部の密度が低下する。これにより接合欠陥が生じる可能性が高くなる。【０２１０】
図３２は、接合品質に及ぼす金属板の厚さと隙間の関係を示す表であって、Ａｄ側の厚さを変化させ、Ｒｅ側の厚さを固定した場合を示す。図３３は、接合品質に及ぼす金属板の厚さと隙間の関係を示す表であって、Ａｄ側の厚さを固定し、Ｒｅ側の厚さを変化させた場合を示す。【０２１１】
図３２に係る試験ではＲｅ側の厚さを６．０ｍｍに固定し、Ａｄ側の厚さを適宜変化させて摩擦攪拌接合を行った。図３３に係る試験ではＡｄ側の厚さを６．０ｍｍに固定し、Ｒｅ側の厚さを適宜変化させて摩擦攪拌接合を行った。つまり、図３２及び図３３に係る試験では、突き合わせる金属板の左右の厚さを変化させつつ、隙間ごとの接合品質について観察した。【０２１２】
図３２及び図３３を対比すると、図３２の方が良好である条件が多い。言い換えると、図３２に示すように、Ｒｅ側の金属板を６．０ｍｍに固定し、Ａｄ側の金属板を６．２ｍｍ以上に変化させた場合に接合状況が良好になる場合が多い。これは、実施例１ではボビンツールを右回転させているため、塑性流動化した金属は、進行方向左側（Ａｄ側）から右側（Ｒｅ側）に移動しやすくなり、金属板同士の間に隙間がある場合には、Ａｄ側の金属でその隙間が埋められると考えられる。したがって、図３３の条件のように、進行方向左側の金属板の厚さが進行方向右側の金属板の厚さよりも小さいと、接合部の中央の金属が不足して接合不良となる可能性が高い。しかし、図３２の条件のように、進行方向左側の金属板の厚さが進行方向右側の金属板の厚さよりも大きいと、接合部の中央の金属不足を補うことができるため、接合状態を良好にすることができる。【０２１３】
このことは、図３４，３５のグラフからも確認できる。プロット点「◆」は、試験体Ｈ４（Ａｄ側の厚さ＝６．６ｍｍ、Ｒｅ側の厚さ＝６．６ｍｍ）を示している。プロット点「■」は試験体Ｈ１０（Ａｄ側の厚さ＝６．０ｍｍ、Ｒｅ側の厚さ＝６．６ｍｍ）を示し、プロット点「●」は試験体Ｈ１６（Ａｄ側の厚さ＝６．６ｍｍ、Ｒｅ側の厚さ＝６．０ｍｍ）を示している。【０２１４】
図３４の（ａ）に示すように、接合部のＣｒ部の厚さにおいては、試験体Ｈ４，Ｈ１６，Ｈ１０の順に小さくなるころがわかる。つまり、Ａｄ側の金属板がＲｅ側よりも薄いと、接合部のＣｒ部の厚さが小さくなることがわかった。【０２１５】
図３４の（ｂ）に示すように、接合部のＡｄ部の厚さにおいては、試験体Ｈ４，Ｈ１０，Ｈ１６とも５．８ｍｍ前後になっており、接合前の厚さよりも減少していることがわかった。特に、試験体Ｈ４，Ｈ１６を見ると厚さがかなり減少していることがわかった。【０２１６】
図３５の（ａ）に示すように、接合部のＲｅ部の厚さにおいては、試験体Ｈ１０，Ｈ１６の厚さはさほど相違ないが、Ｈ４の厚さは総じて大きいことがわかった。また、図３４の（ｂ）と図３５の（ａ）を全体的に対比すると、Ａｄ部よりもＲｅ部の厚さの方が総じて大きいことがわかった。【０２１７】
図３５の（ｂ）に示すように、接合部の平均厚さは、試験体Ｈ１０，Ｈ１６，Ｈ４の順に大きくなることがわかった。【０２１８】
図３４，３５に示すように、試験体Ｈ４，Ｈ１６によれば、試験体Ｈ１０よりもＣｒ部の厚さを大きくすることができる。ただし、試験体Ｈ４によると、接合部の厚さを大きくすることができるが、その分ショルダ間の内圧が大きくなってツールの寿命が低下する可能性が高い。したがって、試験体Ｈ１６のように、Ｒｅ側よりもＡｄ側の金属板の厚さを大きくなるように設定することにより、ショルダ間の内圧を低下させつつ、接合部のＣｒ部の厚さを大きくすることができる。【０２１９】
＜実施例２＞
第二実施形態に係る摩擦攪拌装置１（ボビンツール５）を用いて、摩擦攪拌接合される金属板（板状端部）の厚さ及び金属板同士の隙間が接合状態にどのような影響を与えるかを調査するための試験を行った。金属板同士の隙間は０〜２．０ｍｍまで０．２５ｍｍずつ変化させた。試験に使用したボビンツールは、ショルダ外径（ショルダのうち金属板に接触する面の直径）１０ｍｍ、スクリューピン外径６ｍｍ、ショルダ間距離２．８ｍｍに設定した。ボビンツールの回転数は２０００ｒｐｍ、移動速度は１０００ｍｍ／ｍｉｎ、回転方向は右回転に設定した。また、このボビンツールは、第二実施形態で記載したように、金属板の反りに追従してボビンツールの高さ位置が変化する形態である。摩擦攪拌接合後、Ｘ線透過試験と断面ミクロ組織から品質を判定した。【０２２０】
摩擦攪拌接合される金属板の試験体（Ａ６０６３−Ｔ５材）については、Ａｄ側とＲｅ側の金属板の厚さを同等としつつ、３．０ｍｍ、３．２ｍｍ、３．４ｍｍと厚さを変えて試験体を作成した。【０２２１】
図３６は、実施例２において、接合品質に及ぼす金属板の厚さと隙間の関係を示す表であって、Ａｄ側＝Ｒｅ側の場合を示す。図中、「○」は接合状況が良好、「×」は接合状況が不良である場合を示す。【０２２２】
図３６によれば、隙間が大きくなったとしても、ショルダ間距離Ｚに対する金属板の厚さが大きくなれば、接合状況が良好になる場合があることがわかった。ただし、金属板の厚さとショルダ間距離Ｚとの差が０．６ｍｍを越える（本実施例では金属板の厚さを３．４ｍｍより大きくする）と、ショルダ間に発生する内圧が大きくなり、ツール寿命が著しく低下することがわかった。【０２２３】
また、図３６によれば、ショルダ間距離Ｚが２．８ｍｍであり、金属板同士の隙間が０．７５ｍｍ以下である場合、金属板の厚さが３．０ｍｍ〜３．４ｍｍであれば接合状況は良好であることがわかった。つまり、金属板の厚さＴとショルダ間距離Ｚとを０．２≦Ｔ−Ｚ≦０．６ｍｍとなるように設定すれば接合状況は良好であることがわかった。Ｔ−Ｚの値が０．２ｍｍよりも小さくなると、塑性流動化された金属が第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２から溢れやすくなるため、接合部の密度が低下する。これにより接合欠陥が生じる可能性が高くなる。金属板同士の隙間が０．７５ｍｍ以下であると、摩擦攪拌接合の摩擦熱によって金属板の温度が上昇し、金属板が膨張することによって隙間が無くなるため、接合状況が概ね良好であると考えられる。【０２２４】
また、図３６によれば、ショルダ間距離２．８ｍｍであり、金属板同士の隙間が０．７５ｍｍより大きく１．５０ｍｍ以下である場合、金属板の厚さが３．２〜３．４ｍｍであれば接合状況は良好であることがわかった。つまり、金属板の厚さＴとショルダ間距離Ｚとを０．４≦Ｔ−Ｚ≦０．６ｍｍとなるように設定すれば接合状況は良好であることがわかった。Ｔ−Ｚの値が０．４ｍｍよりも小さくなると、塑性流動化された金属が第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２から溢れやすくなるため、接合部の密度が低下する。これにより接合欠陥が生じる可能性が高くなる。【０２２５】
また、図３６によれば、ショルダ間距離２．８ｍｍであり、金属板同士の隙間が１．５０ｍｍより大きく１．７５ｍｍ以下である場合、金属板の厚さが３．４ｍｍであれば接合状況は良好であることがわかった。つまり、金属板の厚さＴとショルダ間距離ＺとをＴ−Ｚ＝０．６ｍｍとなるように設定すれば接合状況は良好であることがわかった。【０２２６】
また、図３６によれば、隙間が２．０ｍｍであると、金属板の厚さを３．４ｍｍとしても接合不良になることがわかった。【０２２７】
＜ツール形状＞
図３７は、実施例１において、ショルダ間距離を５．８ｍｍに固定した場合の各ボビンツールの寸法と接合状況を示した表である。図３８は、実施例２において、ショルダ間距離を２．８ｍｍに固定した場合の各ボビンツールの寸法と接合状況を示した表である。図３９は、参考例において、ショルダ間距離を１１．５ｍｍに固定した場合の各ボビンツールの寸法と接合状況を示した表である。図３７，３８，３９には、抗張力／材料抵抗、抗折力／材料抵抗、材料保持傾向を示した。【０２２８】
抗張力／材料抵抗は、Ｙ２／（Ｘ２−Ｙ２）で表される。つまり、第一ショルダ１１の下面及び第二ショルダ１２の上面は、摩擦攪拌の際に塑性流動化された金属によって押圧さるため、スクリューピン１３には引張応力が作用する。そこで、抗張力／材料抵抗は、スクリューピン１３の外径Ｙを二乗した値を、第一ショルダ１１の下面（第二ショルダ１２の上面）の外径Ｘ（ショルダのうち金属板に接触する面の直径）を二乗した値からスクリューピン１３の外径Ｙを二乗した値を引いた値（Ｘ２−Ｙ２）で除した値で表される。【０２２９】
抗折力／材料抵抗は、Ｙ２／ＹＺで表される。つまり、ボビンツール５が突き合せ部Ｎを移動する際には、スクリューピン１３の軸方向に対して垂直方向の力が作用する。そこで、抗折力／材料抵抗は、スクリューピン１３の外径Ｙを二乗した値を、スクリューピン１３の軸を含む断面の断面積ＹＺで除した値で表される。【０２３０】
材料保持傾向は、Ｘ２／Ｙ２で表される。つまり、摩擦攪拌の際に塑性流動化された金属は第一ショルダ１１の下面及び第二ショルダ１２の上面によって保持される。そこで、材料保持傾向は、第一ショルダ１１（第二ショルダ１２）の外径Ｘ（ショルダのうち金属板に接触する面の直径）を二乗した値を、スクリューピン１３の外径Ｙを二乗した値で除して表される。【０２３１】
図３７，３８，３９を勘案すると、材料保持傾向（Ｘ２／Ｙ２）が２．０以下であると接合欠陥が発生し易く、２．０よりも大きくなると接合欠陥が発生しないことがわかった。材料保持傾向（Ｘ２／Ｙ２）が２．０以下であると、第一ショルダ１１（第二ショルダ１２）の外径Ｘに対するスクリューピン１３の外径Ｙが太いため、金属を押えるショルダの面積が小さくなり、摩擦攪拌された金属を十分に押えることができず、金属がバリとなってショルダの外部から溢れ出てしまうためであると考えられる。一方、材料保持傾向（Ｘ２／Ｙ２）が２．０より大きいと、スクリューピン１３の外径Ｙに対して、第一ショルダ１１（第二ショルダ１２）の外径Ｘが大きいため、塑性流動化した金属を両ショルダで十分に押えることができる。これにより、接合欠陥が発生しにくいと考えられる。【０２３２】
また、図３７，３８，３９を勘案すると、抗張力／材料抵抗（Ｙ２／（Ｘ２−Ｙ２））が０．２以下であるとピンが破損し易いことがわかった。これは、抗張力／材料抵抗（Ｙ２／（Ｘ２−Ｙ２））が０．２以下であると、ショルダ外径Ｘに対するピン外径Ｙが小さくなるため、接合時にツール軸方向に発生する材料抵抗に対するピンの抗張力が不十分となり、スクリューピン１３が折れ易くなると考えられる。抗張力／材料抵抗（Ｙ２／（Ｘ２−Ｙ２））が０．２より大きいと、ショルダ外径Ｘに対するピン外径Ｙが大きくなるため、スクリューピン１３が折れにくくなると考えられる。【０２３３】
また、図３７，３８，３９を勘案すると、抗折力／材料抵抗（Ｙ２／ＹＺ）が１．２以下であるとスクリューピン１３が破損し易いことがわかった。これは、抗折力／材料抵抗（Ｙ２／ＹＺ）が１．２以下であると、ショルダ間距離（ピンの長さ）Ｚに対するピン外径Ｙが小さくなるため、接合時にツール進行方向とは逆向きに流れる材料の抵抗に対するピンの抗折力が不十分となり、スクリューピン１３が折れ易くなると考えられる。抗折力／材料抵抗（Ｙ２／ＹＺ）が１．２より大きいと、ショルダ間距離（ピンの長さ）Ｚに対するピン外径Ｙが大きくなるため、スクリューピン１３が折れにくくなると考えられる。【０２３４】
また、図３７，３８，３９を勘案すると、抗張力／材料抵抗（Ｙ２／（Ｘ２−Ｙ２））が０．２以下であるか、又は抗折力／材料抵抗（Ｙ２／ＹＺ）が１．２以下である場合、ピンの破損が起こった。しかしながら、抗張力／材料抵抗（Ｙ２／（Ｘ２−Ｙ２））が０．２より大きく、かつ、抗折力／材料抵抗（Ｙ２／ＹＺ）が１．２より大きい場合、ピンの破損は起こらなかった。よって、接合時のボビンツールのピンの破損を防止するためには、ショルダ外径Ｘ、ピン外径Ｙ及びショルダ間距離（ピンの長さ）Ｚについて、以下の式（１）、（２）の両方を満たすようにボビンルーツの形状を設計することが好ましいと結論づけられる。
Ｙ２／（Ｘ２−Ｙ２）＞０．２・・・・（１）
Ｙ２／ＹＺ＞１．２・・・・・・・・（２）【０２３５】
＜実施例３＞
実施例３では、ボビンツールのスクリューピンの刻設された螺旋溝の割合及び螺旋溝の巻回方向が接合後の金属板にどのような影響を及ぼすか調査した。図１６の（ａ）を参照するように、ボビンツールの回転方向をスライド軸側から見て右回転に設定した。また、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を変化させて５種類の条件Ａ〜Ｅを設定し摩擦攪拌接合を行った。【０２３６】
条件Ａでは、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を０：１００に設定した（右ネジ無し）。
条件Ｂでは、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を２５：７５に設定した。
条件Ｃでは、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を５０：５０に設定した。
条件Ｄでは、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を７５：２５に設定した。
条件Ｅでは、右ネジの上部螺旋溝１３ａと左ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を１００：０に設定した（左ネジ無し）。【０２３７】
実施例３では、板厚Ｔが６．２ｍｍのアルミニウム合金の金属板（Ａ６０６３−Ｔ５）を二枚用意してこれらを接合した。ボビンツール５の第一ショルダ１１及び第二ショルダ１２の外径Ｘ（ショルダのうち金属板に接触する面の直径）は２０ｍｍ、スクリューピン１３の外径Ｙは１２ｍｍ、ショルダ間距離Ｚは５．８ｍｍに設定した。螺旋溝の深さは０．８１ｍｍに設定した。ボビンツール５の回転数は８００ｒｐｍ、接合速度は６００ｍｍ／ｍｉｎに設定した。また、各条件において、突き合せ部Ｎの隙間との関係を調査するために、隙間を０ｍｍ、１．２５ｍｍ、１．５０ｍｍ、１．７５ｍｍ、２．００ｍｍと変えて試験を行った。【０２３８】
図４０は、実施例３において、金属板の段差に及ぼすネジ比率の影響（突き合せ部の隙間０ｍｍ）を示したグラフである。図４１は、実施例３において、金属板の段差に及ぼすネジ比率の影響（突き合せ部の隙間１．５ｍｍ）を示したグラフである。段差は、接合前の金属板の表面を基準（基準＝０）として、接合後の各所の高さ位置を示している。段差がプラス値である場合は凸状になっており、マイナス値である場合は凹状（凹溝）になっていることを示している。【０２３９】
図４０に示すように、「▲」で示す表面ＳａのＲｅ側は、条件Ａ〜Ｅにおいて、プラスの値を示している。つまり、表面ＳａのＲｅ側は、常に凸状になっている。【０２４０】
一方、「◆」で示す表面ＳａのＡｄ側は、条件Ａにおいて、大きなマイナス値を示している。つまり、条件Ａにおいて、表面ＳａのＡｄ側は、大きく凹状になっている。そして、「◆」で示す表面ＳａのＡｄ側は、右ネジの割合が大きくなるにつれて、表面ＳａのＡｄ側の凹みが徐々に小さくなり、条件Ｅでは凸状になっている。【０２４１】
他方、「■」で示す裏面ＳｂのＡｄ側は、条件Ａにおいて、大きなプラス値を示している。つまり、条件Ａにおいて、裏面ＳｂのＡｄ側は、大きく凸状になっている。そして、「■」で示す裏面ＳｂのＡｄ側は、右ネジの割合が大きくなるにつれて、裏面ＳｂのＡｄ側の凹みが徐々に大きくなり、条件Ｄ、条件Ｅでは凹状になっている。つまり、「◆」で示す表面ＳａのＡｄ側と、「■」で示す裏面ＳｂのＡｄ側は、右ネジの割合に応じて相反する関係にある。また、「◆」で示す表面ＳａのＡｄ側と、「■」で示す裏面ＳｂのＡｄ側は、条件Ｃ（５０：５０）でもわずかに凹状になっている。【０２４２】
図４０と図４１とを対比すると、突き合せ部の隙間を１．５ｍｍにしても、突き合せ部の隙間が０ｍｍである場合とさほど段差の傾向は変わらないことがわかる。図４１の「▲」で示す表面ＳａのＲｅ側の値及び「●」で示す裏面ＳｂのＲｅ側の値は、図４０と比べると全体的に小さくなっていることがわかる。【０２４３】
図４２は、実施例３に係る条件Ａの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図４３は、実施例３に係る条件Ｂの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図４４は、実施例３に係る条件Ｃの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図４５は、実施例３に係る条件Ｄの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図４６は、実施例３に係る条件Ｅの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図４２〜４６における各図の左欄は塑性化領域Ｗのマクロ組織観察を行った断面図を示し、中欄は塑性化領域Ｗの表面（化粧面）Ｓａ側の平面図を示し、右欄は塑性化領域Ｗの裏面Ｓｂ側の平面図を示す。【０２４４】
図４２の左欄に示すように、条件Ａの場合、表面（化粧面）Ｓａ側には大きな凹溝Ｖが形成されているが、裏面Ｓｂ側には凹溝Ｖが無い。突き合せ部の隙間が１．７５ｍｍ、２．００ｍｍでは表面Ｓａ側に接合欠陥Ｑが形成されている。塑性化領域Ｗは、裏面Ｓｂに向けて徐々に幅広になるようになっている。塑性化領域Ｗの縞模様は、左右非対称になっている。塑性化領域ＷのＲｅ側よりもＡｄ側の方が縞模様が濃くなっている。また、図４２では、金属板の表面Ｓａ側に比べて裏面Ｓｂ側の方がバリＰが少ない。【０２４５】
図４３の左欄に示すように、条件Ｂの場合、表面（化粧面）Ｓａ側には条件Ａに比べて小さな凹溝Ｖが形成されているが、裏面Ｓｂ側には凹溝Ｖが無い。突き合せ部の隙間が２．００ｍｍでは金属板の内部に接合欠陥Ｑが形成されている。塑性化領域Ｗの縞模様は、左右非対称になっている。塑性化領域ＷのＲｅ側よりもＡｄ側の方が縞模様が濃くなっている。図４３の条件Ｂの裏面Ｓｂと図４２の条件Ａの裏面Ｓｂとを対比すると、条件Ｂの方がバリＰが多く発生し面が荒くなっている。【０２４６】
図４４の左欄に示すように、条件Ｃの場合、表面（化粧面）Ｓａ側には小さな凹溝Ｖが形成されており、裏面Ｓｂ側にも小さな凹溝Ｖが形成されている。突き合せ部の隙間が２．０ｍｍでは金属板の内部に接合欠陥Ｑが形成されている。塑性化領域Ｗの上下の縞模様及び左右の縞模様はそれぞれ略対称になっている。図４４の条件Ｃの表面Ｓａと図４３の条件Ｂの表面Ｓａとを対比すると、条件Ｃの表面Ｓａの方が凹溝Ｖの深さが若干小さい。また、条件Ｃの表面Ｓａには、バリＰがほぼ無い。また、条件Ｃの裏面Ｓｂには、Ａｄ側よりもＲｅ側の方がバリＰが多く発生している。【０２４７】
図４５の左欄に示すように、条件Ｄの場合、表面（化粧面）Ｓａ側には凹溝Ｖが形成されておらず、裏面Ｓｂ側には小さな凹溝Ｖが形成されている。突き合せ部の隙間２．００ｍｍでは、金属板の内部に接合欠陥Ｑが形成されている。また、表面Ｓａよりも裏面Ｓｂの方がバリＰが多く発生している。【０２４８】
図４６の左欄に示すように、条件Ｅの場合、表面（化粧面）Ｓａ側には凹溝Ｖが形成されておらず、Ｓｂ側には大きな凹溝Ｖが形成されている。突き合せ部の隙間１．７５ｍｍ、隙間２．００ｍｍでは、金属板の内部に接合欠陥Ｑが形成されている。塑性化領域Ｗは裏面Ｓｂに向けて徐々に幅狭になるようになっている。裏面ＳｂにはバリＰが多く発生しているのに対し、表面ＳａにはバリＰが発生していない。【０２４９】
図４７は、実施例３の結果をまとめた表である。各要素の符号は、第二実施形態の符号をそのまま参照するものとする。図４７の条件Ａの概念図に示すように、右回転で左ネジを１００％の範囲で設けると、流動化した金属は螺旋溝に導かれて裏面Ｓｂ側に移動する。この金属の移動によって、ボビンツール５の第二ショルダ１２が押され、金属板に対してボビンツール５がスライド軸４とは反対側（裏面Ｓｂ側）に移動する。これにより、ボビンツール５が表面（化粧面）Ｓａ側に深く入り込むため表面Ｓａ側には大きな凹溝Ｖが形成される。【０２５０】
一方、図４７の条件Ｂ〜Ｅに示すように、上部螺旋溝１３ａとして右ネジ部分を２５％以上設ける場合には、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５がスライド軸４側（上方）に押され、金属板の表面Ｓａ（化粧面）にボビンツール５が深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、表面Ｓａ（化粧面）に凹溝Ｖが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Ｖが形成されたとしてもその凹溝Ｖの深さを小さくすることができる。これにより、接合後の金属板の表面Ｓａを平滑にするための仕上げ処理の手間を少なくすることができる。ただし、条件Ｂ、条件Ｃにおいては突き合せ部の隙間２．００ｍｍの場合、条件Ｄ、条件Ｅにおいては突き合せ部の隙間１．７５ｍｍ、隙間２．００ｍｍの場合は接合欠陥Ｑが発生するため不適切である。これは、突き合せ部の隙間が大きいと接合部分の金属材料が減少するためと考えられる。【０２５１】
なお、例えば条件Ｅのように、右回転で右ネジが１００％刻設されている場合において、ボビンツール５が板状端部１０２に対して上方に移動して第一ショルダ１１の下面の高さ位置が板状端部１０２の摩擦攪拌前の表面（化粧面）Ｓａよりも上方に位置し、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が大きい場合は金属の押さえが不十分になるが、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が微小である場合は、金属を十分に押えることができる。【０２５２】
また、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が微小である場合は、塑性化領域Ｗが摩擦攪拌前の表面Ｓａよりもわずかに突出することになる。しかし、板状端部１０２の表面Ｓａを平滑にする処理は摩擦攪拌前の表面Ｓａの高さに合わせてその突出した部分を切削すればよいため仕上げ処理が容易になる。【０２５３】
前記した第二実施形態では、上部螺旋溝１３ａと下部螺旋溝１３ｂとはショルダ間距離Ｚに対して５０：５０の割合で形成されているが、化粧面を表面Ｓａに設定し、ボビンツール５を右回転する場合、第一ショルダ１１側の右ネジの上部螺旋溝１３ａと第二ショルダ１２側の左ネジの下部螺旋溝１３ｂとがショルダ間距離Ｚに対して２５:７５〜１００:０の割合で形成されていることが好ましい。つまり、右ネジの上部螺旋溝１３ａは、第一ショルダ１１側において、ショルダ間距離Ｚに対して２５％以上の部分に形成され、上部螺旋溝１３ａ以外の部分の全てが左ネジの下部螺旋溝１３ｂとなるように形成されていてもよい。ボビンツール５を右回転させる場合は、左ネジを設けずに、スクリューピン１３の軸方向の全長にわたって右ネジを設けてもよい。【０２５４】
また、実施例３では、表面Ｓａ側を化粧面として設定したが、裏面Ｓｂ側を化粧面として設定してもよい。この場合は、図４７を参照するように、ボビンツール５の回転方向、螺旋溝の巻回方向を条件Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのように設定することで、裏面Ｓｂ（化粧面）側の凹溝Ｖが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Ｖが形成されたとしてもその凹溝Ｖの深さを小さくすることができる。【０２５５】
つまり、ボビンツール５を右回転させつつ裏面Ｓｂ側を化粧面として設定する場合は、金属板の端面同士を突き合わせる突き合わせ工程と、第二ショルダ１２と金属板の化粧面とを対向させ、かつ、スクリューピン１３の軸方向の中心と金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、突き合せ部Ｎに右回転させたボビンツール５のスクリューピン１３を移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離Ｚを金属板の板厚以下に設定するとともに、スクリューピン１３の外周面の第二ショルダ１２側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝がショルダ間距離Ｚに対して２５％以上の割合で形成されていることが好ましい。【０２５６】
かかる接合方法によれば、第二ショルダ１２側の左ネジは２５％以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５がスライド軸４とは反対側（下方）に押され、金属板の裏面（化粧面）Ｓｂにボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。【０２５７】
図４８は、ボビンツールを左回転させる場合の概念をまとめた表である。
条件Ｆでは、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を０：１００に設定した（左ネジ無し）。
条件Ｇでは、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を２５：７５に設定した。
条件Ｈでは、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を５０：５０に設定した。
条件Ｉでは、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を７５：２５に設定した。
条件Ｊでは、左ネジの上部螺旋溝１３ａと右ネジの下部螺旋溝１３ｂとの割合を１００：０に設定した（右ネジ無し）。【０２５８】
第三実施形態で示したように、左回転させる場合は、上部螺旋溝１３ａに左ネジを設け、下部螺旋溝１３ｂに右ネジを設けたボビンツール５Ａを用いる。ボビンツール５Ａを左回転させる場合は、第二実施形態のボビンツール５とはネジの巻回方向が異なるため、結果的に実施例３と同等の作用効果を示す。つまり、条件Ｇ〜条件Ｊに示すように、摩擦攪拌されて流動化された金属は、スクリューピン１３の左ネジの上部螺旋溝１３ａに導かれて第一ショルダ１１側に移動し、右ネジの下部螺旋溝１３ｂに導かれて第二ショルダ１２側に移動する。左ネジは２５％以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５Ａがスライド軸４側（上方）に押され、金属板の表面（化粧面）Ｓａにボビンツール５Ａが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、表面（化粧面）Ｓａに凹溝Ｖが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Ｖが形成されたとしてもその凹溝Ｖの深さを小さくすることができる。これにより、接合後の金属板の表面Ｓａを平滑にするための仕上げ処理の手間を少なくすることができる。【０２５９】
なお、例えば条件Ｊのように、左回転で左ネジが１００％刻設されている場合において、ボビンツール５が板状端部１０２に対して上方に移動して第一ショルダ１１の下面の高さ位置が板状端部１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａよりも上方に位置し、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が大きい場合は金属の押さえが不十分になるが、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が微小である場合は、金属を十分に押えることができる。【０２６０】
また、第一ショルダ１１の下面の高さ位置と板状端部１０２の摩擦攪拌前の表面Ｓａとの隙間が微小である場合は、塑性化領域Ｗが摩擦攪拌前の表面Ｓａよりもわずかに突出することになる。しかし、板状端部１０２の表面Ｓａを平滑にする処理は摩擦攪拌前の表面Ｓａの高さに合わせてその突出した部分を切削すればよいため仕上げ処理が容易になる。【０２６１】
前記した第三実施形態では、上部螺旋溝１３ａと下部螺旋溝１３ｂとはショルダ間距離Ｚに対して５０：５０の割合で形成されているが、化粧面を表面Ｓａに設定し、ボビンツール５Ａを左回転する場合、第一ショルダ１１側の左ネジの上部螺旋溝１３ａと第二ショルダ１２側の右ネジの下部螺旋溝１３ｂとがショルダ間距離Ｚに対して２５:７５〜１００:０の割合で形成されていることが好ましい。つまり、左ネジの上部螺旋溝１３ａは、第一ショルダ１１側において、ショルダ間距離Ｚに対して２５％以上の部分に形成され、上部螺旋溝１３ａ以外の部分の全てが右ネジの下部螺旋溝１３ｂとなるように形成されていてもよい。ボビンツール５Ａを左回転させる場合は、右ネジを設けずに、スクリューピン１３の軸方向の全長にわたって左ネジを設けてもよい。【０２６２】
なお、表面Ｓａ側を化粧面として設定したが、裏面Ｓｂ側を化粧面として設定してもよい。この場合は、図４８を参照するように、ボビンツール５の回転方向、螺旋溝の巻回方向を条件Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉのように設定することで、裏面Ｓｂ（化粧面）側の凹溝Ｖが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Ｖが形成されたとしてもその凹溝Ｖの深さを小さくすることができる。【０２６３】
つまり、ボビンツール５Ａを左回転させつつ裏面Ｓｂ側を化粧面として設定する場合は、金属板の端面同士を突き合わせる突き合わせ工程と、第二ショルダ１２と金属板の化粧面とを対向させ、かつ、スクリューピン１３の軸方向の中心と金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、突き合せ部Ｎに左回転させたボビンツール５Ａのスクリューピン１３を移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離Ｚを金属板の板厚以下に設定するとともに、スクリューピン１３の外周面の第二ショルダ１２側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝がショルダ間距離Ｚに対して２５％以上の割合で形成されていることが好ましい。【０２６４】
かかる接合方法によれば、第二ショルダ１２側の右ネジは２５％以上の割合で形成されているため、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール５Ａがスライド軸４とは反対側（下方）に押され、金属板の裏面（化粧面）Ｓｂにボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、裏面（化粧面）に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。【０２６５】
＜実施例４＞
次に、本発明の実施例４について説明する。図４９は、実施例４の係合形態又は突き合わせ形態を示した正面図であって、（ａ）はタイプＩ、（ｂ）はタイプII、（ｃ）はタイプIIIを示す。実施例４では、３種類の供試体を用意して、タイプＩ、タイプII及びタイプIIIの部分のみにそれぞれ摩擦攪拌接合を行い、接合後のそれぞれの角変形を調査した。【０２６６】
タイプＩ〜IIIは、アルミニウム合金６Ｎ０１−Ｔ５材からなるダブルスキンパネル２０１Ａ，２０１Ｂであって、図２０及び図４９を参照するように、外板厚肉部（第一外板厚肉部２１１、第二外板厚肉部２２１）の板厚ａ＝３ｍｍ、肉盛部（肉盛部２１３，２２３，２３２，２４２）の厚さ寸法ｂ＝０．５ｍｍ、支持板２０４から第一端面３３までの長さｃ及び支持板２０４から第二端面４３までの長さｃ＝１５ｍｍ、外板２０２の上面から内板２０３の下面までの長さｄ＝３０ｍｍ、左右幅寸法ｅ＝２００ｍｍ、延長寸法５０００ｍｍに設定されている。【０２６７】
ボビンツール２６５は、図２３を参照するように、第一ショルダ２５２の下端面２５２ｃの直径α２＝１０ｍｍ、第二ショルダ２５３の上端面２５３ｃの直径β２＝１０ｍｍ、第二ショルダ２５３の直径β１＝１５ｍｍ、スクリューピン２５４の外径Ｕ＝６ｍｍに設定されている。第一ショルダ２５２から第二ショルダ２５３までの長さ（スクリューピン２５４の露出した部分の長さ）は２．９ｍｍに設定されている。第一ショルダ２５２の下端面２５２ｃに形成された窪み（図示省略）の形状は平面視渦巻き状であって、窪みの深さは０．３ｍｍ、窪みのピッチは１．２ｍｍに設定されている。ボビンツール２６５は、右回転に設定し、タイプＩ〜IIIとも図４９の（ａ）〜（ｃ）の紙面表側から裏側に向けて移動させる。ボビンツール２６５の回転速度は２０００ｒｐｍ、移動速度は１０００ｍｍ／ｍｉｎに設定した。【０２６８】
タイプＩは、図４９の（ａ）に示すように、ボビンツール２６５の進行方向の左側にダブルスキンパネル２０１Ａを、右側にダブルスキンパネル２０１Ｂを配置し、第一鉤部２１２Ａと第二鉤部２２２Ｂとを係合させている。
タイプIIは、図４９の（ｂ）に示すように、ボビンツール２６５の進行方向の右側にダブルスキンパネル２０１Ａを、左側にダブルスキンパネル２０１Ｂを配置し、第一鉤部２１２Ａと第二鉤部２２２Ｂとを係合させている。
タイプIIIは、図４９の（ｃ）に示すように、ボビンツール２６５の進行方向の左側にダブルスキンパネル２０１Ａを配置し、右側にダブルスキンパネル２０１Ｂを配置し、第一端面２３３Ａと第二端面２４３Ｂとを突き合わせている。【０２６９】
図５０は、タイプＩの角変形結果を示したグラフである。図５１は、タイプIIの角変形結果を示したグラフである。図５２は、タイプIIIの角変形結果を示したグラフである。横軸は、接合された各供試体の左側端からの幅方向の長さを示している。幅方向＝２００ｍｍとは、センター線Ｃ１の位置を示している。縦軸は、各供試体における任意の基準点からの接合後の高さを示している。各供試体の前端から延長方向の距離５０ｍｍ、２００ｍｍ、４００ｍｍ、６００ｍｍ、８００ｍｍ、９５０ｍｍにおける各地点の高さを計測した。【０２７０】
図５０，５１に示すように、タイプＩ及びタイプIIでは、幅方向＝１８０ｍｍの位置での高さが最も高く、幅方向＝２１０ｍｍの位置での高さが最も低くなっている。つまり、接合部分に小さく目違いが発生した形状となっている。また、幅方向＝１８０ｍｍ〜２１０ｍｍの位置での高低差は、タイプＩに比べてタイプIIの方が大きかった。また、幅方向＝２１０ｍｍの位置から供試体の右端までの高低差も、タイプＩに比べてタイプIIの方が大きかった。つまり、タイプＩに比べてタイプIIの方が、角変形が全体的に大きいことが分かった。【０２７１】
これは、図４９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ダブルスキンパネル２０１Ａ，２０１Ｂがボビンツール２６５から受ける力の方向と、ダブルスキンパネル２０１Ａ，２０１Ｂの係合形態の違いに起因するものであると考えられる。本実施形態にかかるボビンツール２６５（スクリューピン２５４の螺旋溝２５５が左ネジ）を右回転させて、図４９の紙面の表側から裏側に向けて移動させると、応力Ｆ１が作用すると考えられる。【０２７２】
したがって、図４９の（ｂ）に示すタイプIIであると、係合部Ｍの傾斜面Ｍａの傾斜方向が応力Ｆ１の作用方向と略平行であるとともに、センター線Ｃ１に対して応力Ｆ１の入力位置と傾斜面Ｍａとが同じ側にあるため、ダブルスキンパネル２０１Ｂが右斜め下側に移動しやすくなり、接合中にダブルスキンパネル２０１Ａ，２０１Ｂが離間する可能性が高くなる。【０２７３】
一方、図４９の（ａ）に示すタイプＩであると、係合部Ｍの傾斜面Ｍａの傾斜方向が応力Ｆ１の作用方向と交わるとともに、センター線Ｃ１に対して応力Ｆ１の入力位置と傾斜面Ｍａとが反対側にあるため、接合中にダブルスキンパネル２０１Ａ，２０１Ｂが離間するのを効果的に防ぐことができる。【０２７４】
他方、図５２に示すように、タイプIIIでは、幅方向が１８０ｍｍの位置及び幅方向が２１０ｍｍの位置における高さが同じくらいであった。つまり、左右端に比べて接合部分の高さが最も高く、正面視して山型になっている。また、タイプIIIの高低差は、タイプＩ，IIの高低差よりも大きくなっている。仮に、ダブルスキンパネルを複数枚（例えば５枚）配設し、タイプIIIのように突き合せ部Ｎ側から摩擦攪拌接合すると、接合されたダブルスキンパネルの全体の角変形量が増大すると考えられる。したがって、係合部Ｍ及び突き合せ部Ｎのどちらを先に接合しても接合強度の観点からは問題が無いが、角変形量を考慮すると、先に係合部Ｍ側から摩擦攪拌接合することが好ましい。【０２７５】
図５３は、ボビンツールの回転方向、螺旋溝の巻回方向、係合形態をまとめた表である。図５３では、４パターンの好ましい条件１〜４を示している。条件１（本実施形態と同様）に示すように、螺旋溝が左ネジのボビンツール２６５を右回転させて、図５３の紙面表側から裏側方向に移動させる場合、係合形態をタイプＩとすることが好ましい。【０２７６】
つまり、条件１ではボビンツール２６５を右回転させるため、センター線Ｃ１に対して左側から右側方向成分の力が作用するとともに、塑性流動化した金属が螺旋溝に導かれて上から下に移動する。したがって、条件１では、係合形態に示すように応力Ｆ１が作用する。そこで、タイプＩでは応力Ｆ１に対向するように、第二鉤部２１２Ｂ及び係合部Ｍの傾斜面Ｍａを設定することで、接合中にダブルスキンパネル２０１Ａ，２０１Ｂが離間するのを防ぐことができる。【０２７７】
また、条件２に示すように、螺旋溝が右ネジのボビンツール２６５を左回転させて、図５３の紙面表側から裏側方向に移動させる場合、係合形態をタイプIIとすることが好ましい。【０２７８】
つまり、条件２ではボビンツール２６５を左回転させるため、センター線Ｃ１に対して右側から左側方向成分の力が作用するとともに、塑性流動化した金属が螺旋溝に導かれて上から下に移動する。したがって、条件２では、係合形態に示すように応力Ｆ２が作用する。そこで、タイプIIでは応力Ｆ２に対向するように、第二鉤部２１２Ｂ及び係合部Ｍの傾斜面Ｍａを設定することで、ダブルスキンパネル２０１Ａ，２０１Ｂが離間するのを防ぐことができる。【０２７９】
同様に、条件３に示すように、螺旋溝が右ネジのボビンツール２６５を右回転させて、図５３の紙面表側から裏側方向に移動させる場合、係合形態をタイプIVとすることが好ましい。
また、同様に、条件４に示すように、螺旋溝が左ネジのボビンツール２６５を左回転させて、図５３の紙面表側から裏側方向に移動させる場合、係合形態をタイプＶとすることが好ましい。【０２８０】
条件３，４の場合であっても、係合部Ｍの傾斜面Ｍａ’及び第二鉤部２１２Ｂ’を応力Ｆ３，Ｆ４に対向するように設定することで、接合中にダブルスキンパネル２０１Ａ’，２０１Ｂ’が離間するのを防ぐことができる。【０２８１】
また、条件１，２では第一ショルダ２５２側、条件３，４では第二ショルダ２５３側に肉盛部を設けることが好ましい。これにより、摩擦攪拌によって金属が不足する側に金属を補充できるため、金属不足になるのを補うことができる。【０２８２】
＜実施例５＞
実施例５では、実施例４とは異なるサイズのダブルスキンパネルを５枚用いて摩擦攪拌接合を行った。図２０を参照すると、実施例５のダブルスキンパネルは、外板厚肉部の板厚ａ＝４．０ｍｍｍ、肉盛部の厚さ寸法ｂ＝０．５ｍｍ、左右幅寸法ｅ＝４００ｍｍ、延長寸法１２５００ｍｍに設定されている。【０２８３】
ボビンツールは、図２３を参照すると、第一ショルダ２５２の下端面２５２ｃの直径α２＝１５ｍｍ、第二ショルダ２５３の直径β１＝１８ｍｍ、第二ショルダ２５３の上端面２５３ｃの直径β２＝１５ｍｍ、スクリューピン２５４の外径Ｕ＝９ｍｍに設定した。第一ショルダ２５２から第二ショルダ２５３までの長さ（スクリューピン２５４の露出した部分の長さ）は３．７ｍｍに設定されている。また、ボビンツールの回転速度を１０００ｒｐｍに設定した。また、ボビンツール移動速度は、係合部Ｍ側が１０００ｍｍ／ｍｉｎ、突き合せ部Ｎ側が１５００ｍｍ／ｍｉｎに設定した。【０２８４】
実施例５では、一方のダブルスキンパネルをテーブルの上にセットし、他方のダブルスキンパネルを上方から降ろして係合及び突き合わせた。同様の作業で５枚のダブルスキンパネルを隙間無く係合した後、組立体を移動不能に拘束した。組立体が浮かないように、延長方向に１．５ｍピッチで配置された横押しクランプで押し付けた。また、組立体の四隅を簡単にクランプした。そして、端から順番に摩擦攪拌接合を行った。【０２８５】
実施例５の条件であっても、接合不良の無い面材を製造することができた。ここで、一般的に、金属部材に対して摩擦攪拌接合を行うと、熱収縮が発生するため接合後の金属部材が反ってしまうことがある。仮に、金属部材の表裏において摩擦攪拌接合をする場合、回転ツールの回転速度、移動速度及び移動長さを同じ条件にして、金属部材の表面側に摩擦攪拌接合を行った後、裏面側に摩擦攪拌接合を行うと裏面側が凹状となるように反ってしまうおそれがある。【０２８６】
これは、表面側を摩擦攪拌接合した後は、熱収縮によって金属部材が表面側に凹状となるように沿ってしまうため、沿った金属部材を引っくり返し平坦なテーブルの上に置くとテーブルと金属部材との間の隙間が大きくなる。この状態で、裏面側を摩擦攪拌接合すると、摩擦攪拌による熱がテーブルに抜けていきにくいため、金属部材に残る熱量が大きくなる。その結果、金属部材に残った熱とも相まって裏面側が凹状となるように大きく反ってしまう。【０２８７】
そこで、実施例５のように、係合部Ｍ側よりも突き合せ部Ｎ側におけるボビンツールの移動速度を早く設定すれば、突き合せ部Ｎへの接合時の入熱を小さくすることができる。これにより、接合後のダブルスキンパネルが反るのを防ぐことができる。【０２８８】
＜実施例６＞
実施例６では、板状端部の板厚と長さの関係を調査するために試験を行った。図５４の（ａ）に示すように、断面視コの字状を呈し、同形状からなる供試体４０１，３０１の端部同士を突き合わせ、突き合せ部Ｎに対して摩擦攪拌接合を行った。各供試体４０１は、支持部材４０２と、支持部材４０２から垂直に延設された板状端部４０３と、を備えている。【０２８９】
供試体４０１の高さは３０ｍｍ、延長寸法は５００ｍｍに設定した。図５４の（ａ）及び（ｂ)に示すように、板状端部４０３の板厚ａ及び支持部材４０２から板状端部４０３の先端までの長さｃをパラメータとして各条件において摩擦攪拌接合を行った。図５４の（ｂ）に実施例６の各条件と接合の品質について表にまとめた。ボビンツールの寸法については、図５４の（ｂ）の表に示すとおりである。【０２９０】
図５４の（ｂ）に示すように、板厚ａ＝３ｍｍ、支持部材４０２から板状端部４０３の先端までの長さｃ＝５０ｍｍの場合、接合不良となった。また、板厚ａ＝６ｍｍの場合は、長さｃ＝７０ｍｍ、８０ｍｍのときに接合不良となった。また、板厚ａ＝１２ｍｍの場合は、長さｃ＝１２０ｍｍのときに接合不良となった。つまり、支持部材４０２に対して板状端部４０３の長さが長すぎると、板状端部４０３の先端側が変形しやすくなるため接合不良になりやすい。【０２９１】
図５５は、実施例６の相関関係を示したグラフである。図５５の横軸は板厚ａを示し、縦軸は支持部材４０２から板状端部４０３の先端までの長さｃを示している。このグラフから、支持部材から先端までの長さｃは、長さｃ≦７．０×板厚ａ＋１８．５ｍｍを満たすように設定することが好ましい。この条件であれば、板状端部４０３の変形を抑制できるため、接合不良になりにくい。
【符号の説明】
【０２９２】
１      摩擦攪拌装置
１ａ    チャック部
２      回転ツールユニット
３      ホルダー
４      スライド軸
５      ボビンツール
１１    第一ショルダ
１２    第二ショルダ
１３    スクリューピン
１３ａ  上部螺旋溝
１３ｂ  下部螺旋溝
１００Ａ中空形材
１００Ｂ中空形材
Ｎ      突き合せ部
Ｔ      金属板の厚さ
Ｗ      塑性化領域（接合部）
Ｚ      ショルダ間距離
【図１】
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【図２】
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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
2012099152.tif 000039
【図３８】
2012099152.tif 000040
【図３９】
2012099152.tif 000041
【図４０】
2012099152.tif 000042
【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
2012099152.tif 000047
【図４６】
2012099152.tif 000048
【図４７】
2012099152.tif 000049
【図４８】
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【図４９】
2012099152.tif 000051
【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
2012099152.tif 000057
【国際調査報告】
2012099152.tif 000058
2012099152.tif 000059
2012099152.tif 000060
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