(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持ローラ（20）の周面に回転するプローブ（12）を近接配置し、
突合せ状態又は重合せ状態に配置した２個の接合部材（１）（２）を前記支持ローラ（20）とプローブ（12）との間に介在させて、接合部材（１）（２）の厚さ方向の一方の面が支持ローラ（20）の周面に当接支持されるとともに、突合せ部（３）又は重合せ部に前記回転するプローブ（12）が挿入された態様となし、
この状態を保持しつつ、突合せ部（３）又は重合せ部が順次プローブ（12）を通過するように接合部材（１）（２）を移動させることにより、プローブ（12）との接触部を摩擦熱にて順次軟化させ撹拌して両接合部材（１）（２）を接合一体化する摩擦撹拌接合法であって、
接合部材（１）（２）の移動方向における前記支持ローラ（20）及びプローブ（12）の前後の少なくとも一方に、回転駆動される駆動ローラ（21）（22）と、回転自在な押えローラ（30）（31）とを、互いに接合部材（１）（２）の厚さ方向に対向する態様にして配置し、
前記押えローラ（30）（31）により接合部材（１）（２）を前記駆動ローラ（21）（22）の周面に押し付けて、接合部材（１）（２）に移動方向の駆動力を付与することを特徴とする摩擦撹拌接合法。
【請求項２】
接合部材（１）（２）の移動方向の両側に、回転自在な案内ローラ（40）（40）（41）（41）を配置し、
前記両案内ローラ（40）（40）（41）（41）により、接合部材（１）（２）をその突合せ部（３）がプローブ（12）を通過する位置に配置するとともに接合部材（１）（２）を突合せ方向に加圧しながら、両接合部材（１）（２）の突合せ接合を行う請求項１記載の摩擦撹拌接合法。
【請求項３】
支持ローラ（20）の周面に回転するプローブ（12）を近接配置し、
突合せ状態に配置した２個の接合部材（１）（２）を前記支持ローラ（20）とプローブ（12）との間に介在させて、接合部材（１）（２）の厚さ方向の一方の面が支持ローラ（20）の周面に当接支持されるとともに、突合せ部（３）に前記回転するプローブ（12）が挿入された態様となし、
この状態を保持しつつ、突合せ部（３）が順次プローブ（12）を通過するように接合部材（１）（２）を移動させることにより、プローブ（12）との接触部を摩擦熱にて順次軟化させ撹拌して両接合部材（１）（２）を接合一体化する摩擦撹拌接合法であって、
接合部材（１）（２）の移動方向の両側に、回転自在な案内ローラ（40）（40）（41）（41）を配置し、
前記両案内ローラ（40）（40）（41）（41）により、接合部材（１）（２）をその突合せ部（３）がプローブ（12）を通過する位置に配置するとともに接合部材（１）（２）を突合せ方向に加圧しながら、両接合部材（１）（２）の突合せ接合を行うことを特徴とする摩擦撹拌接合法。
【請求項４】
前記支持ローラ（20）の周面とプローブ（12）先端との距離（δ）が０．０５〜０．４ｍｍである請求項１〜３のいずれか１項記載の摩擦撹拌接合法。
【請求項５】
接合部材（１）（２）が、脚片部（１ｂ）（２ｂ）を有する押出形材からなる請求項１〜４のいずれか１項記載の摩擦撹拌接合法。
【請求項６】
プローブ（12）を有する摩擦撹拌接合工具（10）を用い、
支持ローラ（20）の周面に回転するプローブ（12）を近接配置し、
突合せ状態又は重合せ状態に配置した２個の接合部材（１）（２）を前記支持ローラ（20）とプローブ（12）との間に介在させて、接合部材（１）（２）の厚さ方向の一方の面が支持ローラ（20）の周面に当接支持されるとともに、突合せ部（３）又は重合せ部に前記回転するプローブ（12）が挿入された態様となし、
この状態を保持しつつ、突合せ部（３）又は重合せ部が順次プローブ（12）を通過するように接合部材（１）（２）を移動させることにより、プローブ（12）との接触部を摩擦熱にて順次軟化させ撹拌して両接合部材（１）（２）を接合一体化する接合品の製造方法であって、
接合部材（１）（２）の移動方向における前記支持ローラ（20）及びプローブ（12）の前後の少なくとも一方に、回転駆動される駆動ローラ（21）（22）と、回転自在な押えローラ（30）（31）とを、互いに接合部材（１）（２）の厚さ方向に対向する態様にして配置し、
前記押えローラ（30）（31）により接合部材（１）（２）を前記駆動ローラ（21）（22）の周面に押し付けて、接合部材（１）（２）に移動方向の駆動力を付与することを特徴とする接合品の製造方法。
【請求項７】
接合部材（１）（２）の移動方向の両側に、回転自在な案内ローラ（40）（40）（41）（41）を配置し、
前記両案内ローラ（40）（40）（41）（41）により、接合部材（１）（２）をその突合せ部（３）がプローブ（12）を通過する位置に配置するとともに接合部材（１）（２）を突合せ方向に加圧しながら、両接合部材（１）（２）の突合せ接合を行う請求項６記載の接合品の製造方法。
【請求項８】
支持ローラ（20）の周面に回転するプローブ（12）を近接配置し、
突合せ状態に配置した２個の接合部材（１）（２）を前記支持ローラ（20）とプローブ（12）との間に介在させて、接合部材（１）（２）の厚さ方向の一方の面が支持ローラ（20）の周面に当接支持されるとともに、突合せ部（３）に前記回転するプローブ（12）が挿入された態様となし、
この状態を保持しつつ、突合せ部（３）が順次プローブ（12）を通過するように接合部材（１）（２）を移動させることにより、プローブ（12）との接触部を摩擦熱にて順次軟化させ撹拌して両接合部材（１）（２）を接合一体化する接合品の製造方法であって、
接合部材（１）（２）の移動方向の両側に、回転自在な案内ローラ（40）（40）（41）（41）を配置し、
前記両案内ローラ（40）（40）（41）（41）により、接合部材（１）（２）をその突合せ部（３）がプローブ（12）を通過する位置に配置するとともに接合部材（１）（２）を突合せ方向に加圧しながら、両接合部材（１）（２）の突合せ接合を行うことを特徴とする接合品の製造方法。
【請求項９】
接合品が船舶フロア用パネルである請求項６〜８のいずれか１項記載の接合品の製造方法。
【請求項１０】
突合せ状態又は重合せ状態に配置した２個の接合部材（１）（２）を、突合せ部（３）又は重合せ部において摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置であって、
支持ローラ（20）と、
前記支持ローラ（20）の周面に近接配置された回転するプローブ（12）を有する接合工具（10）と、
厚さ方向の一方の面が前記支持ローラ（20）の周面に当接支持されるとともに、突合せ部（３）又は重合せ部に前記回転するプローブ（12）が挿入された態様で、前記支持ロール（20）とプローブ（12）との間に介在された前記接合部材（１）（２）を、突合せ部（３）又は重合せ部が順次プローブ（12）を通過するように移動させる駆動装置（21）（22）とを備え、
前記接合部材（１）（２）の移動に伴い、前記プローブ（12）との接触部を摩擦熱にて順次軟化させ撹拌して両接合部材（１）（２）を接合一体化するものとなされており、
前記駆動装置は、接合部材（１）（２）の移動方向における前記支持ローラ（20）及びプローブ（12）の前後の少なくとも一方に、互いに接合部材（１）（２）の厚さ方向に対向する態様に配置された、回転駆動される駆動ローラ（21）（22）と、回転自在な押えローラ（30）（31）とを備えるとともに、前記押えローラ（30）（31）により接合部材（１）（２）を前記駆動ローラ（21）（22）の周面に押し付けて、接合部材（１）（２）に移動方向の駆動力を付与するものとなされていることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【請求項１１】
接合部材（１）（２）の移動方向の両側に配置されるとともに、接合部材（１）（２）をその突合せ部（３）がプローブ（12）を通過する位置に配置させ且つ接合部材（１）（２）を突合せ方向に加圧する回転自在な案内ローラ（40）（40）（41）（41）を備えている請求項１０記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項１２】
突合せ状態に配置した２個の接合部材（１）（２）を、突合せ部（３）において摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置であって、
支持ローラ（20）と、
前記支持ローラ（20）の周面に近接配置された回転するプローブ（12）を有する接合工具（10）と、
厚さ方向の一方の面が前記支持ローラ（20）の周面に当接支持されるとともに、突合せ部（３）に前記回転するプローブ（12）が挿入された態様で、前記支持ロール（20）とプローブ（12）との間に介在された前記接合部材（１）（２）を、突合せ部（３）が順次プローブ（12）を通過するように移動させる駆動装置（21）（22）とを備え、
前記接合部材（１）（２）の移動に伴い、前記プローブ（12）との接触部を摩擦熱にて順次軟化させ撹拌して両接合部材（１）（２）を接合一体化するものとなされており、
接合部材（１）（２）の移動方向の両側に配置されるとともに、接合部材（１）（２）をその突合せ部（３）がプローブ（12）を通過する位置に配置させ且つ接合部材（１）（２）を突合せ方向に加圧する回転自在な案内ローラ（40）（40）（41）（41）を備えていることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム材等の金属材からなる接合部材の突合せ接合又は重ね接合に用いられる摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置に関し、更に詳しくは、複数個の接合部材の突合せ接合又は重ね接合を行って、床材、壁材、天井材、足場材等の大型の接合品を製作するために好適に用いられる摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置に関する。
【０００２】
なお、この明細書において、「アルミニウム」の語はその合金を含む意味において用いる。
【０００３】
【従来の技術】
固相接合法の一つである摩擦撹拌接合法として、次のような方法が提案されている。即ち、図５に示すように、径大の円柱状回転子（１１１）と、該回転子（１１１）の端部軸線（Ｑ）上に突出して設けられ接合部材（１０１）（１０２）よりも硬質の径小のピン状プローブ（１１２）とを有する接合工具（１１０）を用い、前記回転子（１１１）を高速で回転させつつ、突き合わせた２枚の金属製板状接合部材（１０１）（１０２）の突合せ部（１０３）又はその近傍に前記プローブ（１１２）を挿入する。挿入は、プローブ（１１２）の先端が両接合部材（１０１）（１０２）のプローブ挿入側の面と反対側の面の近傍に到達するまで行う。同図では、このときに回転子（１１１）のプローブ側平坦面からなる肩部（１１１ａ）が両接合部材（１０１）（１０２）に当接した状態になっている。そして、プローブ挿入状態のまま突合せ部（１０３）に沿ってプローブ（１１２）を移動させる。プローブ（１１２）の回転により発生する摩擦熱、あるいはさらに回転子（１１１）の肩部（１１１ａ）と接合部材（１０１）（１０２）との摺動に伴い発生する摩擦熱により、プローブ（１１２）との接触部分近傍において接合部材（１０１）（１０２）は軟化しかつプローブ（１１２）により撹拌されるとともに、プローブ（１１２）の移動に伴って、軟化撹拌部分がプローブ（１１２）の進行圧力を受けてプローブの通過溝を埋めるようにプローブ（１１２）の進行方向後方へと回り込む態様で塑性流動したのち摩擦熱を急速に失って冷却固化される。この現象がプローブ（１１２）の移動に伴って順次繰り返されていき、最終的に両接合部材（１０１）（１０２）が突合せ部（１０３）において接合一体化されるものである。（１０４）は両接合部材（１０１）（１０２）の接合部である。このような摩擦撹拌接合法は、同図に示すような突合せ接合の他、重ね接合にも用いられている。
【０００４】
このような摩擦撹拌接合によれば、固相接合であるため、接合部材（１０１）（１０２）である金属材の種類に制限を受けないとか、ＭＩＧやＴＩＧ等といった溶融溶接と比較して接合時の熱歪みによる変形が少ない、等の利点がある。
【０００５】
従来の上記摩擦撹拌接合法にあっては、接合部材（１０１）（１０２）は、基台（図示せず）上に固定状態に取り付けられていた。そして、この接合部材（１０１）（１０２）の突合せ部（１０３）又は重合せ部にプローブ（１１２）を挿入した後、プローブ（１１２）を所定方向に移動させ、あるいは接合部材（１０１）（１０２）が取り付けられた基台を所定方向に移動させることにより、接合部材（１０１）（１０２）を接合一体化していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
而して、上記摩擦撹拌接合法において、得られる接合品を接合状態の均質なものにするためには、接合部材（１０１）（１０２）の突合せ部（１０３）又は重合せ部に挿入したプローブ（１１２）の先端と、接合部材（１０１）（１０２）のプローブ挿入側の面と反対側の面との距離を一定に保ちながらプローブ（１１２）や基台を移動させなければならない。しかしながら、突合せ部（１０３）又は重合せ部の長さ方向の全域に亘ってかかる距離を一定に保つことは難しく、例えばプローブ（１１２）や基台を移動させる途中で、プローブ（１１２）の先端が両接合部材（１０１）（１０２）のプローブ挿入側の面と反対側の面から突き出たり、プローブ（１１２）の挿入深さが浅くなったりすることがあった。そのため、摩擦撹拌接合により接合状態の均質な接合品を製作することは困難であった。
【０００７】
この発明は、このような問題を解消するためになされたものであって、接合状態の均質な接合品を製作することができ、また突合せ部に隙間が存在していても、接合部に接合欠陥を生じることなく良好に突合せ接合することのできる摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る摩擦撹拌接合法は、支持ローラの周面に回転するプローブを近接配置し、突合せ状態又は重合せ状態に配置した２個の接合部材を前記支持ローラとプローブとの間に介在させて、接合部材の厚さ方向の一方の面が支持ローラの周面に当接支持されるとともに、突合せ部又は重合せ部に前記回転するプローブが挿入された態様となし、この状態を保持しつつ、突合せ部又は重合せ部が順次プローブを通過するように接合部材を移動させることにより、プローブとの接触部を摩擦熱にて順次軟化させ撹拌して両接合部材を接合一体化することを特徴とするものである。
【０００９】
プローブの先端から支持ローラの周面までの距離は、支持ローラが回転しても一定であることから、上記のように移動される接合部材は、突合せ部又は重合せ部に挿入されたプローブの先端と、プローブ挿入側の面と反対側の面との距離が常に一定値を採るように移動するものとなる。その結果、接合状態の均質な接合品が製作される。
【００１０】
上記摩擦撹拌接合法において、前記支持ローラの周面とプローブ先端との距離は０．０５〜０．４ｍｍであることが望ましい。
【００１１】
かかる距離は小さければ小さい程良いが、０．０５ｍｍ未満では、プローブの先端と支持ローラの周面とが不本意に接触して支持ローラやプローブを疵付けてしまう虞がある。また、０．４ｍｍを超えると、プローブの先端と、接合部材のプローブ挿入側の面と反対側の面との距離が長くなり過ぎて、接合部材の突合せ部又は重合せ部におけるプローブ挿入側の面と反対側の面近傍が軟化撹拌されなくなり、この部分において接合不良となる虞があるからである。
【００１２】
また、接合部材の移動方向における前記支持ローラ及びプローブの前後の少なくとも一方に、回転駆動される駆動ローラと、回転自在な押えローラとを、互いに接合部材の厚さ方向に対向する態様にして配置し、前記押えローラにより接合部材を前記駆動ローラの周面に押し付けて、接合部材に移動方向の駆動力を付与することが、接合部材を簡単に移動させることができる点で望ましい。
【００１３】
また、突合せ接合を行う場合には、接合部材の移動方向の両側に、回転自在な案内ローラを配置し、前記両案内ローラにより接合部材を突合せ方向に加圧しながら、両接合部材の突合せ接合を行うことが望ましい。
【００１４】
こうすることにより、突合せ部に隙間が存在していても、突合せ部における軟化部分が容易に密着変形して隙間に存在する空気が接合部外へ逃げ、接合部の空気の巻込みが防止される。
【００１５】
また、接合部材が、脚片部を有する押出形材からなるものであっても良い。
【００１６】
この発明に係る接合品は、上記摩擦撹拌接合法により接合されたことを特徴とする。
【００１７】
また、接合品は船舶フロア用パネルであっても良い。
【００１８】
この発明に係る接合品の製造方法は、プローブを有する摩擦撹拌接合工具を用い、支持ローラの周面に回転するプローブを近接配置し、突合せ状態又は重合せ状態に配置した２個の接合部材を前記支持ローラとプローブとの間に介在させて、接合部材の厚さ方向の一方の面が支持ローラの周面に当接支持されるとともに、突合せ部又は重合せ部に前記回転するプローブが挿入された態様となし、この状態を保持しつつ、突合せ部又は重合せ部が順次プローブを通過するように接合部材を移動させることにより、プローブとの接触部を摩擦熱にて順次軟化させ撹拌して両接合部材を接合一体化することを特徴とする。
【００１９】
また、接合品は船舶フロア用パネルであっても良い。
【００２０】
また、この発明に係る摩擦撹拌接合装置は、突合せ状態又は重合せ状態に配置した２個の接合部材を、突合せ部又は重合せ部において摩擦撹拌接合するものであって、支持ローラと、前記支持ローラの周面に近接配置された回転するプローブを有する接合工具と、厚さ方向の一方の面が前記支持ローラの周面に当接支持されるとともに、突合せ部又は重合せ部に前記回転するプローブが挿入された態様で、前記支持ロールとプローブとの間に介在された前記接合部材を、突合せ部又は重合せ部が順次プローブを通過するように移動させる駆動装置とを備え、前記接合部材の移動に伴い、前記プローブとの接触部を摩擦熱にて順次軟化させ撹拌して両接合部材を接合一体化するものとなされていることを特徴とするものである。
【００２１】
これによれば、上記のような駆動装置により移動される接合部材は、突合せ部又は重合せ部に挿入されたプローブの先端と、プローブ挿入側の面と反対側の面との距離が常に一定値を採るように移動するものとなる。その結果、接合状態の均質な接合品が製作される。
【００２２】
また、上記摩擦撹拌接合装置において、接合部材の移動方向の両側に配置されるとともに、接合部材を突合せ方向に加圧する回転自在な案内ローラを備えていることが、接合部の空気の巻込みを防止することができる点で望ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図１〜図３に示した一実施形態を参照して説明する。この実施形態は、この発明に係る摩擦撹拌接合装置を用い、２個の長尺な板状接合部材（１）（２）の突合せ接合を行うことによって、大型の船舶フロア用パネルを製作しようとするものである。
【００２４】
前記各接合部材（１）（２）は、図１に示すように、帯状平板部（１ａ）（２ａ）と、その裏面の幅方向中間部において長さ方向に沿って垂設された脚片部（１ｂ）（２ｂ）とを有するアルミニウム押出型材からなる。そして、天地が反転されて幅方向の一端面同士が突き合わされた状態になっている。
【００２５】
まず、この発明に係る摩擦撹拌接合装置について説明する。
【００２６】
図１〜図３において、（２０）は両接合部材（１）（２）を下方から支持する円柱状の支持ローラである。上記のように突き合わされた両接合部材（１）（２）は、その厚さ方向の一方の面である下面をこの支持ローラ（２０）の周面に当接させる態様に、かつ支持ローラ（２０）の長さ方向に直交する態様にして配置される。この支持ローラ（２０）の長さは、突き合わされた両接合部材（１）（２）の幅よりも若干く長く設定され、両接合部材（１）（２）を確実に支持し得るものとなされている。更に、この支持ローラ（２０）は、回転駆動されるものであって、図示しない駆動機構を備え、支持した両接合部材（１）（２）を両接合部材（１）（２）の長さ方向の一方向側に移動させる駆動ローラとしても機能するものとなされている。
【００２７】
前記支持ローラ（２０）の上方における両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）が通過する位置には、径大の円柱状回転子（１１）と、該回転子（１１）の端部軸線（Ｑ）上に一体に設けられた径小のピン状プローブ（１２）とを有する接合工具（１０）が、前記プローブ（１２）を支持ローラ（２０）の周面に近接させる態様にして配置されている。前記接合工具（１０）は、前記回転子（１１）を回転させることによりプローブ（１２）も回転させうるものとなされており、また前記プローブ（１２）及び回転子（１１）は、両接合部材（１）（２）よりも硬質でかつ接合時に発生する摩擦熱に耐えうる耐熱材料によって形成されている。また、プローブ（１２）の周面には、突合せ部（３）の撹拌用凹凸（図示せず）が形成されている。なお、（１１ａ）は、回転子（１１）のプローブ側平坦面からなる肩部である。
【００２８】
このように支持ローラ（２０）と接合工具（１０）のプローブ（１２）とを配置することによって、上記のように突き合わされた両接合部材（１）（２）は、支持ローラ（２０）とプローブ（１２）との間に介在されて、両接合部材（１）（２）の下面が前記支持ローラ（２０）の周面に当接支持されるとともに、突合せ部（３）に前記プローブ（１２）が挿入される態様となされる。
【００２９】
ここで、図３に示すように、前記接合工具（１０）のプローブ（１２）を、その先端と支持ローラ（２０）の周面との距離（δ）が０．０５〜０．４ｍｍの範囲になるように固定配置するのが望ましい。かかる距離（δ）が０．０５ｍｍ未満では、プローブ（１２）の先端と支持ローラ（２０）の周面とが不本意に接触して支持ローラ（２０）やプローブ（１２）を疵付けてしまう虞があり、一方０．４ｍｍを超えると、前記支持ローラ（２０）の周面に当接支持される両接合部材（１）（２）下面との距離が長くなり過ぎて、プローブ（１２）が挿入された両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）における下面近傍が軟化撹拌されなくなり、この部分において接合不良となる虞があるからである。
【００３０】
さらに、前記接合工具（１０）は、図２に示すように、その回転子（１１）の軸線（Ｑ）を、支持ローラ（２０）の周面における両接合部材（１）（２）下面との当接部に対向する方向（Ｐ）から、両接合部材（１）（２）の移動方向側に傾斜角（θ）だけ傾ける態様にして配置され、これにより回転子（１１）の肩部（１１ａ）における両接合部材（１）（２）の移動方向側の部分が、前記支持ローラ（２０）に支持される両接合部材（１）（２）の上面に接触する状態となる一方、回転子（１１）の肩部（１１ａ）における両接合部材（１）（２）の移動方向反対側の部分が、両接合部材（１）（２）の上面から浮上した状態となるものとなされている。このように接合工具（１０）を配置することによって、次のような作用を奏するものとなる。すなわち、肩部（１１ａ）における両接合部材（１）（２）の移動方向側の部分が、両接合部材（１）（２）の上面に接触する状態となることにより、接合時に軟化部分の素材の飛散を防止し、更に加圧して均一な接合状態を確実に実現し得るとともに、両接合部材（１）（２）上面と肩部（１１ａ）との摺動による摩擦熱を生ぜじめて、プローブ（１２）との接触部あるいはその近傍の軟化を促進し、さらに両接合部材（１）（２）上面の凹凸形成が防止されて、接合部（４）上面が平滑になり得る。一方、肩部（１１ａ）における両接合部材（１）（２）の移動方向反対側の部分が、両接合部材（１）（２）の上面から僅かに浮上した状態となることにより、両接合部材（１）（２）の移動の際に、肩部（１１ａ）における両接合部材（１）（２）の移動方向反対側の部分のコーナー部が、両接合部材（１）（２）上面に存在することのある微細な凹凸に引っ掛かってしまうことを防止し得て、プローブ（１２）が両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）をスムーズに通過するように両接合部材（１）（２）を移動させ得るものとなる。
【００３１】
前記傾斜角（θ）は、１〜６゜の範囲であることが望ましい。１゜未満では、肩部（１１ａ）における両接合部材（１）（２）の移動方向反対側の部分のコーナー部が、両接合部材（１）（２）上面の微細な凹凸に引っ掛かってしまう虞があり、６゜を超えると、肩部（１１ａ）による両接合部材（１）（２）上面の削り代が大きくなってバリが発生し易くなるからである。
【００３２】
かかる接合工具（１０）は、図示しない昇降装置に取り付けられて上下方向に移動し得るものとなされており、この昇降装置を操作することでプローブ（１２）先端と支持ローラ（２０）周面との距離（δ）を微調節したり、プローブ（１２）の挿入・引抜きを行ったりすることができるようになっている。
【００３３】
また、図１及び図２に示すように、両接合部材（１）（２）の移動方向における前記支持ローラ（２０）の前後には、図示しない駆動機構により回転駆動される、前記支持ローラ（２０）と同形・同寸の円柱状駆動ローラ（２１）（２２）が、支持ローラ（２０）と並行に配置されている。これら前後の駆動ローラ（２１）（２２）は、前記支持ローラ（２０）に支持された両接合部材（１）（２）を両接合部材（１）（２）の長さ方向の一方向側に移動させる駆動装置を構成するものである。また、これら前後の駆動ローラ（２１）（２２）及び前記支持ローラ（２０）は、互いに周速度が同一になるように回転駆動するようになっている。
【００３４】
また、両接合部材（１）（２）の移動方向における前記プローブ（１２）の前後には、図示しない加圧機構を備えた、互いに同径・同寸の回転自在な押えローラ（３０）（３１）が、前記前後の駆動ローラ（２１）（２２）と両接合部材（１）（２）の厚さ方向に対向する態様にして配置されている。これら前後の押えローラ（３０）（３１）は、前記支持ローラ（２０）に支持された両接合部材（１）（２）を前記前後の駆動ローラ（２１）（２２）の周面に押し付けるためものである。一方、支持ローラ（２０）とプローブ（１２）の間に介在されて、下面が前記支持ローラ（１）（２）の周面に当接支持されるとともに、突合せ部（３）にプローブ（１２）が挿入される態様となされた両接合部材（１）（２）は、この状態を保持したまま、これら前後の押えローラ（３０）（３１）によって、前記前後の駆動ローラ（２１）（２２）の周面に押し付けられて、スリップを生じることなく移動方向の駆動力が付与されるものとなされる。また、これら前後の押えローラ（３０）（３１）は、回転自在であることから、両接合部材（１）（２）の移動に伴って、その周面を両接合部材（１）（２）の上面に圧接させながら回転するものとなされている。
【００３５】
また、両接合部材（１）（２）の移動方向の両側における前記プローブ（１２）の前後には、図示しない加圧機構を備えた、互いに同径・同寸の回転自在な各一対の案内ローラ（４０）（４０）（４１）（４１）が、その周面を両接合部材（１）（２）の脚片部（１ｂ）（２ｂ）外側面に圧接させる態様にして配置されている。これら前後の案内ローラ（４０）（４０）（４１）（４１）によって、両接合部材（１）（２）は、その突合せ部（３）がプローブ（１２）を通過する位置に配置されると共に、突合せ方向に加圧される。また、案内ローラ（４０）（４０）（４１）（４１）は、回転自在であることから、両接合部材（１）（２）の移動に伴って、その周面を両接合部材（１）（２）の脚片部（１ｂ）（２ｂ）外側面に圧接させながら回転するものとなされている。
【００３６】
次に、上記摩擦撹拌接合装置を用いて摩擦撹拌接合を行う場合について説明する。
【００３７】
まず、プローブ（１２）を支持ローラ（２０）の上方離間位置に待機させた状態で、突合せ状態に配置した両接合部材（１）（２）の長さ方向の一端部を回転駆動している駆動ローラ（２２）と押えローラ（３１）との間に通す。このとき、両接合部材（１）（２）は、その脚片部（１ｂ）（２ｂ）外側面が案内ローラ（４１）（４１）の周面に圧接された状態となされて、その突合せ部（３）がプローブ（１２）を通過する位置に配置されると共に、突合せ方向に加圧された状態となる。
【００３８】
駆動ローラ（２２）と押えローラ（３１）との間に通された両接合部材（１）（２）は、押えローラ（３１）により駆動ローラ（２２）の周面に押し付けられて駆動ローラ（３１）から駆動力が付与され、この駆動力によって支持ローラ（２０）とプローブ（１２）との間に向かって移動する。
【００３９】
両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）の接合開始予定位置が、支持ローラ（２０）の周面上に到達したとき、両接合部材（１）（２）の移動を一旦停止する。そして、プローブ（１２）を回転させながら下降させる。プローブ（１２）の先端が両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）に接触すると、該接触部は摩擦熱によって軟化するため、さらにプローブ（１２）を下降させて突合せ部（３）に挿入し、プローブ（１２）先端と支持ローラ（２０）の周面の距離（δ）が０．０５〜０．４ｍｍとなる状態でプローブ（１２）を停止固定する。
【００４０】
こうして、両接合部材（１）（２）を、支持ローラ（２０）とプローブ（１２）との間に介在させて、プローブ（１２）が突合せ部（３）に挿入されるとともに、突合せ部（３）の裏面が支持ローラ（２０）の周面に当接支持された態様となす。なお、プローブ（１２）を予め下降させておき、プローブ（１２）と支持ローラ（２０）との間に両接合部材（１）（２）を強制的に通すことにより、接合部材（１）（２）の移動方向前端面において、プローブ（１２）が側方から突合せ部（３）にもぐり込んで、挿入状態となるようにしても良い。
【００４１】
次に駆動ローラ（２１）（２２）及び支持ローラ（２０）を再駆動する。突合せ部（３）にプローブ（１２）が挿入された両接合部材（１）（２）は、支持ローラ（２０）から駆動力が更に付与され、駆動ローラ（２１）及び支持ローラ（２０）の駆動力によって、下面が支持ローラ（２０）の周面に当接支持されかつ突合せ部（３）にプローブ（１２）が挿入された状態で、突合せ部（３）が順次プローブ（１２）を通過するように移動しながら、駆動ローラ（２１）と押えローラ（３０）との間に通されていく。また、接合工具（１０）は僅かに傾斜しているから、回転子（１１）の肩部（１１ａ）における両接合部材（１）（２）の移動方向側の部分が、両接合部材（１）（２）の上面に接触した状態となると共に、回転子（１１）の肩部（１１ａ）における両接合部材（１）（２）の移動方向と反対側の部分が、両接合部材（１）（２）の上面から僅かに浮上した状態となっている。
【００４２】
駆動ローラ（２１）と押えローラ（３０）との間に通された両接合部材（１）（２）は、押えローラ（２１）により駆動ローラ（３０）の周面に押し付けられて駆動ローラ（３０）から駆動力が更に付与され、駆動ローラ（２２）（２１）及び支持ローラ（２０）の駆動力によって、案内ローラ（４０）（４０）側に向かって移動し、もって脚片部（１ｂ）（２ｂ）外側面が案内ローラ（４０）（４０）の周面に圧接された状態となる。
【００４３】
このように、突合せ部（３）が順次プローブ（１２）を通過するように両接合部材（１）（２）が移動することによって、プローブ（１２）との接触部が摩擦熱にて順次軟化撹拌されて両接合部材（１）（２）は突合せ部（３）において接合一体化される。すなわち、プローブ（１２）の回転により発生する摩擦熱、あるいは更に回転子（１１）の肩部（１１ａ）と両接合部材（１）（２）の上面との摺動に伴い発生する摩擦熱により、プローブ（１２）との接触部分近傍において両接合部材（１）（２）は軟化し、かつ撹拌されるとともに、両接合部材（１）（２）の移動に伴って、軟化撹拌部分がプローブ（１２）の通過溝を埋めるように塑性流動したのち、摩擦熱を急速に失って冷却固化される。この現象が両接合部材（１）（２）の移動に伴って順次繰り返されていき、最終的に両接合部材（１）（２）が突合せ部（３）において接合一体化される。
【００４４】
また、回転子（１１）の肩部（１１ａ）における両接合部材（１）（２）の移動方向側の部分が、両接合部材（１）（２）の上面に接触する状態のもとで、両接合部材（１）（２）が移動するので、軟化部分の素材の飛散が防止されかつ加圧されて均一な接合状態が確実に実現されるとともに、両接合部材（１）（２）上面の凹凸形成が防止されて、接合部（４）上面が平滑になる。
【００４５】
また、プローブ（１２）の先端から支持ローラ（２０）の周面までの距離は、支持ローラ（２０）が回転しても一定であることから、両接合部材（１）（２）は、プローブ（１２）の先端と下面との距離（δ）が常に一定値を採るように移動して、接合状態が均質になる。
【００４６】
また、両接合部材（１）（２）は、案内ローラ（４０）（４０）（４１）（４１）により突合せ方向に加圧されているから、突合せ部（３）における軟化部分が容易に密着変形して、突合せ部（３）に形成された隙間が消滅し、該隙間に存在する空気は接合部（４）外部へ逃げ、接合部（４）への空気の巻込みが防止される。
【００４７】
こうして両接合部材（１）（２）は接合一体化されて、接合状態が均質で、かつ接合部（４）に空気の巻込みの少ない従って接合欠陥の少ない高品位の接合品が製作される。
【００４８】
而して、上記実施形態の摩擦撹拌接合装置にあっては、押えローラ（３０）（３１）は、両接合部材（１）（２）の移動方向におけるプローブ（１２）の前後に配置されていることから、次のような問題を解決することができる。
【００４９】
すなわち、図４に示すように、接合部材（１）（２）とくに薄肉長尺な接合部材は、厚さ方向にうねり状の反りが生じていたり、捩れが生じていたりして平坦でない場合がある。このような接合部材（１）（２）を用いてこれらを突き合わせると、突合せ部（３）に反りによる段差（５）や捩れによる隙間（図示せず）が発生し、この状態のまま突合せ接合を行うと、目違いを生じたり継手効率が低下したりするという問題が生じる。同様に、このような接合部材（１）（２）を用いてこれらを重ね合わせると、重合せ部に反りや捩れに起因する隙間が発生し、この状態のまま重ね接合を行うと、継手効率が低下するという問題が生じる。とくに摩擦撹拌接合は固相接合であるので、突合せ部（３）や重合せ部に生じた隙間が僅かであっても継手効率は著しく低下してしまう。また、摩擦撹拌接合といえども薄肉長尺な接合部材を接合する場合には、変形を生じ易く、高品位の接合品を得ることが難しかった。
【００５０】
そこで、上記実施形態では、押えローラ（３０）（３１）を、両接合部材（１）（２）の移動方向におけるプローブ（１２）の前後に配置している。
【００５１】
こうすることにより、上記実施形態の摩擦撹拌接合装置に通された両接合部材（１）（２）は、前後の押えローラ（３０）（３１）によりプローブ（１２）前後両側が押え付けられ、反りや捩れが矯正されて前後両押えローラ（３０）（３１）間において平坦状になり、両接合部材（１）（２）の接触面積が増加して継手効率が向上する。また、両接合部材（１）（２）は前後押えローラ（３０）（３１）間において平坦状になった状態で接合されるので、目違いの発生を防止し得る。しかも、前後の押えローラ（３０）（３１）によって両接合部材（１）（２）のプローブ（１２）前後両側が押え付けられた拘束状態のもとで接合されるので、接合による歪みの発生が抑えられ、接合部材（１）（２）の変形が小さくなる。したがって、目違いの発生を防止でき、しかも継手効率が高くかつ変形量の少ないといった高品位の接合品を製作することができる。
【００５２】
以上、この発明の実施形態を説明したが、この発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、支持ローラ（２０）は、必ずしも回転駆動されたものである必要はなく、回転自在なものであっても良い。
【００５３】
【発明の効果】
上述の次第で、この発明に係る摩擦撹拌接合法によれば、プローブの先端から支持ローラの周面までの距離は支持ローラが回転しても一定であるから、接合部材は、突合せ部又は重合せ部に挿入されたプローブの先端と、プローブ挿入側の面と反対側の面との距離が常に一定値を採るように移動するものとなる。したがって、従来のようにプローブの先端が両接合部材のプローブ挿入側の面と反対側の面から突き出たり、プローブの挿入深さが浅くなったりすることが防止され、得られる接合品を接合状態の均質なものにすることができる。
【００５４】
また、支持ローラの周面とプローブ先端との距離が０．０５〜０．４ｍｍである場合には、支持ローラの周面とプローブ先端との接触を防止することができるし、プローブの挿入深さ不足による接合不良も防止することができる。
【００５５】
また、接合部材の移動方向における前記支持ローラ及びプローブの前後の少なくとも一方に、回転駆動される駆動ローラと、回転自在な押えローラとを、互いに接合部材の厚さ方向に対向する態様にして配置し、前記押えローラにより接合部材を前記駆動ローラの周面に押し付けて、接合部材に移動方向の駆動力を付与する場合には、接合部材を簡単に移動させることができる。
【００５６】
また、接合部材の移動方向の両側に、回転自在な案内ローラを配置し、前記両案内ローラにより接合部材を突合せ方向に加圧しながら、両接合部材の突合せ接合を行う場合には、突合せ部に隙間が存在していても、突合せ部における軟化部分が容易に密着変形して隙間に存在する空気が接合部外へ逃げ、接合部の空気の巻込みを防止できる。したがって、接合部におけるボイドの発生を防止でき、接合欠陥の少ない高品位の突合せ接合品を製作することができる。
【００５７】
この発明に係る摩擦撹拌接合装置によれば、駆動装置により移動される接合部材は、突合せ部又は重合せ部に挿入されたプローブの先端と、プローブ挿入側の面と反対側の面との距離が常に一定値を採るように移動するものとなる。したがって、接合状態の均質な接合品を製作することができる。
【００５８】
また、接合部材の移動方向の両側に配置されるとともに、接合部材を突合せ方向に加圧する回転自在な案内ローラを備えている場合には、接合部の空気の巻込みが防止され、接合欠陥の少ない高品位の突合せ接合品を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図２の部分拡大断面図である。
【図４】厚さ方向にうねり状の反りが生じた接合部材同士を突き合わせた状態を示す斜視図である。
【図５】摩擦撹拌接合方法を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１、２…接合部材
３…突合せ部
１０…接合工具
１１…回転子
１２…プローブ
２０…支持ローラ
２１、２２…駆動ローラ
３０、３１…押えローラ
４０、４１…案内ローラ
【図１】
0003598204.tif 000002
【図２】
0003598204.tif 000003
【図３】
0003598204.tif 000004
【図４】
0003598204.tif 000005
【図５】
0003598204.tif 000006