(57)【要約】  本発明は、摩擦攪拌接合用工具及びこれを適用した摩擦攪拌接合装置である。本発明による摩擦攪拌接合用工具は、回転軸を有する攪拌ピンと、第一の面を有するハウジングと、を備え、ハウジングは、上記攪拌ピンを相対的に前記回転軸周りで回転可能に収容し、上記第一の面に開口する収容穴を含み、攪拌ピンは、その回転軸に沿った一端に、上記収容穴に収容された状態で第一の面から突出し、ワークに対して挿入される攪拌部を含み、ハウジングには、上記収容穴から前記ハウジングの外部と連通する排出穴が形成されている。
2019186658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有する攪拌ピンと、第一の面を有するハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、前記攪拌ピンを相対的に前記回転軸周りで回転可能に収容し、前記第一の面に開口する収容穴を含み、
前記攪拌ピンは、前記回転軸に沿った一端に、前記収容穴に収容された状態で前記第一の面から突出し、ワークに対して挿入される攪拌部を含み、
前記ハウジングには、前記収容穴と前記ハウジングの外部と連通する排出穴が形成されている
ことを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【請求項２】
前記収容穴は、前記回転軸に沿って互いに接続された第一の収容穴と第二の収容穴を含み、
前記第一の収容穴は、前記第一の面に開口し、
前記第二の収容穴は、前記第一の収容穴より穴径が大きく、
前記排出穴は、前記第一の収容穴と前記第二の収容穴との境界を含む位置に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項３】
前記ハウジングは、前記第一の面及び前記排出穴を有するショルダと、ハウジング本体と、を別体に構成し、
前記ショルダは、前記ハウジング本体に取り付けられる取付部を含み、
前記前記ハウジング本体は、前記取付部を保持する保持部を含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項４】
前記取付部は、前記ハウジング本体に前記ショルダを取り付けた際の位置を特定する位置決め面を含み、
前記保持部は、前記位置決め面に当接する当接面を含む
ことを特徴とする請求項３に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項５】
前記排出穴は、前記ハウジングの内部に侵入した前記ワークが前記攪拌ピンの回転により生じる流れに沿って前記収容穴から前記ハウジングの外部に排出されるように形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項６】
前記排出穴は、２以上形成され、前記収容穴に接続する位置が互いに等間隔となるように配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項７】
前記ハウジングにおいて、少なくとも前記第一の収容穴の内面には、前記ワークとの親和性が低い被膜が被覆されている
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項８】
前記ハウジングの前記第一の面は、前記ワークと接触するショルダ面を構成する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項９】
前記攪拌ピンは、前記攪拌部を有するピン本体と、ピンホルダと、を別体に構成し、
前記ピン本体は、前記攪拌部に対して前記回転軸に沿った反対側で、前記ピンホルダに取り付けられる
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項１０】
回転主軸を含む主軸台と、前記主軸台に取り付けられる摩擦攪拌接合用工具と、ワークを保持する加工テーブルと、前記主軸台及び前記加工テーブルの相対的な動きを制御する数値制御装置と、を備えた摩擦攪拌接合装置であって、
前記摩擦攪拌接合用工具は、回転軸を有する攪拌ピンと、第一の面を有するハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、前記攪拌ピンを相対的に前記回転軸周りで回転可能に収容し、前記第一の面に開口する収容穴を含み、
前記攪拌ピンは、前記回転軸に沿った一端に、前記収容穴に収容された状態で前記第一の面から突出し、前記ワークに対して挿入される攪拌部を含み、
前記ハウジングには、前記収容穴から前記ハウジングの外部と連通する排出穴が形成されている
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項１１】
前記摩擦攪拌接合用工具の前記収容穴は、互いに接続された第一の収容穴と第二の収容穴を含み、
前記第一の収容穴は、前記第一の面に開口し、前記第二の収容穴より穴径が小さく、
前記排出穴は、前記第一の収容穴と前記第二の収容穴との境界を含む位置から形成されている、
ことを特徴とする請求項１０に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１２】
前記摩擦攪拌接合用工具の前記ハウジングは、前記第一の面及び前記排出穴を有するショルダと、ハウジング本体と、を別体に構成し、
前記ショルダは、前記ハウジング本体に取り付けられる取付部を含み、
前記前記ハウジング本体は、前記取付部を保持する保持部を含む
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１３】
前記摩擦攪拌接合用工具の前記攪拌ピンは、前記攪拌部を有するピン本体と、ピンホルダと、を別体に構成し、
前記ピン本体は、前記攪拌部に対して前記回転軸に沿った反対側で、前記ピンホルダに取り付けられる
ことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１４】
前記摩擦攪拌接合用工具の前記ハウジングの前記第一の面は、前記ワークと接触するショルダ面を構成する
ことを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１５】
前記主軸台は、前記ハウジングの内部にガス流を供給するガス流供給機構をさらに備える
ことを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか１つに記載の摩擦攪拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌接合用工具及びこれを適用した摩擦攪拌接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
別体で構成されたピンとショルダとからなる回転工具を回転ヘッドに取り付けて、ピンをショルダに対し相対的に回転させつつワーク内に挿入し、ワークと回転工具との摩擦熱によりワークを加熱して塑性流動を生じさせて接合する、いわゆる摩擦攪拌接合技術が知られている。こうした摩擦攪拌接合によれば、ワークを溶融させることなく接合することにより、ワークへの過剰な入熱が低減できるため、ワークの材質の低下や接合後の変形が抑制できる。【０００３】
このような摩擦攪拌接合技術の１つとして、例えば特許文献１及び特許文献２に開示された摩擦攪拌接合装置が知られている。このような接合装置は、２つの部材の突合せ部に対する連続的な接合や、重ね合わせ部に対する点接合（スポット接合）等に適用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５３７３２５号公報
【特許文献２】特開２００７−３１３５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２に開示された接合装置では、ピンとショルダ部材との間に入り込んだ材料カスとピンとの間で摩擦熱が発生し、ピンが過剰に熱せられて強度が低下したり、あるいは最終的にピンの破損を招く等、工具寿命の低下の一因となる。【０００６】
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、ピンとショルダとを別体に構成した場合に、ピンとショルダとの間の隙間からワークの一部が侵入した場合であっても、ピンの強度低下や破損等を抑制できる摩擦攪拌接合用工具及びこれを用いた摩擦攪拌接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の側面によれば、摩擦攪拌接合用工具は、回転軸を有する攪拌ピンと、第一の面を有するハウジングと、を備え、前記ハウジングは、攪拌ピンを相対的に回転軸周りで回転可能に収容し、第一の面に開口する収容穴を含み、攪拌ピンは、回転軸に沿った一端に、収容穴に収容された状態で第一の面から突出し、ワークに対して挿入される攪拌部を含み、ハウジングには、収容穴からハウジングの外部と連通する排出穴が形成されていることを特徴とする。【０００８】
また、本発明の第二の側面によれば、摩擦攪拌接合装置は、回転主軸を含む主軸台と、主軸台に取り付けられる上記の摩擦攪拌接合用工具と、ワークを保持する加工テーブルと、主軸台及び加工テーブルの相対的な動きを制御する数値制御装置と、を備えることを特徴とする。【０００９】
かかる発明によれば、摩擦攪拌接合用工具のハウジングにおいて、攪拌ピンを収容する収容穴とハウジングの外部とを連通する排出穴を備えることにより、攪拌ピンとハウジングの収容穴との隙間から侵入したワークを上記排出穴から排出できるため、攪拌ピンの強度低下や破損等を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具を適用した摩擦攪拌接合装置の概要を示す部分断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具の要部における具体的な特徴を示す断面図であって、使用時の工具先端の概要を示す。
【図２Ｂ】本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具の要部における具体的な特徴を示す断面図であって、ハウジングの先端近傍の概要を示す。
【図２Ｃ】本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具の要部における具体的な特徴を示す断面図であって、ハウジングに収容される攪拌ピンの概要を示す。
【図３】本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具を用いて２枚の金属板の突合せ部を摩擦攪拌接合したときの概要を示す断面図である。
【図４Ａ】本発明の実施例２による摩擦攪拌接合用工具の要部における具体的な特徴を示す断面図であって、使用時の工具先端の概要を示す。
【図４Ｂ】本発明の実施例２による摩擦攪拌接合用工具の要部における具体的な特徴を示す断面図であって、ハウジング本体とショルダとの取付構造の概要を示す。
【図５Ａ】図４Ｂに示したショルダの具体的な構成を説明するための側面図である。
【図５Ｂ】図４Ｂに示したショルダの具体的な構成を説明するための下面図である。
【図５Ｃ】図４Ｂに示したショルダの具体的な構成を説明するための上面図である。
【図６Ａ】本発明の実施例３による摩擦攪拌接合用工具の要部における具体的な特徴を示す断面図であって、使用時の工具先端の概要を示す。
【図６Ｂ】本発明の実施例３による摩擦攪拌接合用工具の要部における具体的な特徴を示す断面図であって、ハウジング本体とショルダとの取付構造の概要を示す。
【図７Ａ】本発明の実施例４による摩擦攪拌接合用工具の要部における具体的な特徴を示す断面図であって、使用時の工具先端の概要を示す。
【図７Ｂ】本発明の実施例４による摩擦攪拌接合用工具の要部における具体的な特徴を示す断面図であって、ハウジング本体とショルダとの取付構造の概要を示す。
【図８】本発明の実施例５による摩擦攪拌接合用工具の使用時における工具先端の概要を示す断面図である。
【図９Ａ】本発明の実施例６による摩擦攪拌接合用工具に適用されるショルダの具体的な構成を説明するため側面図である。
【図９Ｂ】本発明の実施例６による摩擦攪拌接合用工具に適用されるショルダの具体的な構成を説明するための下面図である。
【図９Ｃ】本発明の実施例６による摩擦攪拌接合用工具に適用されるショルダの具体的な構成を説明するための上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
摩擦攪拌接合技術の１つとして、ピンとショルダとが別体で構成された摩擦攪拌接合用工具を回転ヘッドに取り付け、ショルダをワークに接触させた状態で、ピンをショルダに対して回転させつつワークの内部に挿入して摩擦攪拌接合する接合装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このような接合装置は、接合に必要な摩擦発熱をピンの回転のみで充足し得るという利点があり、２つの部材の突合せ部に対する連続的な接合や、重ね合わせ部に対する点接合（スポット接合）等に適用されている。
【００１２】
このような接合装置では、摩擦攪拌接合用工具がピンとショルダを含むハウジングとが別体で構成されているため、ピンとハウジングとの間には所定のクリアランス（間隙）が存在することは、構造上避けられない。このため、摩擦攪拌接合時に塑性流動したワークの材料の一部が、上記クリアランスを通って工具の内部に侵入することとなる。
【００１３】
このような場合、接合後にワークが冷えると、工具の内部に侵入したワークの一部も冷えて固まるため、ピンとハウジングとの間でワークが凝着してしまい、工具の繰り返しの使用が困難となることがあった。また、侵入したワークは外部に排出されず工具の内部に留まるため、一定のワークが侵入した後は塑性流動したワークの一部は、ショルダとワークの間から漏れ出し、ワークの上面に固着して、接合部表面の品質を低下させる。
【００１４】
このような事象を解消するために、プローブ（ピン）とショルダ部材とを別体に構成したいわゆる複動式回転工具を用いた摩擦攪拌点接合装置（例えば特許文献２参照）において、ショルダ部材の側壁に複数の排出孔を形成するとともに、プローブ外周にも複数の突起物を形成し、摩擦攪拌点接合時にプローブとショルダ部材との間に侵入した材料カスを上記突起物で細かく分断した後、排出孔から排出するようにした改良がなされている。これにより、点接合においては、工具の内部に侵入した材料カスを効率的に外部に排出して、プローブとショルダ部材との凝着を回避することが可能となる。
【００１５】
しかしながら、２つのワークの突合せ部に沿って連続的に接合を行う摩擦攪拌接合装置の場合には、接合の最初から最後まで、すなわちピンの先端が突合せ部に押し込まれてから抜き取られるまでの間に、ピンとショルダとの隙間から連続的にワークの一部がハウジングの内部に侵入することなるため、ハウジングの内部には多量のワークの一部が滞留してしまうことになる。このとき、工具を構成するピンは、連続的に摩擦攪拌接合を行っている間に常に回転しているため、ハウジングの内部に滞留したワークの一部がピンと接触する場合、回転するピンとワークの一部との間で摩擦熱が発生し、ピンが過剰に熱せられて強度が低下したり、あるいは最終的にピンの破損を招く等、工具寿命の低下の一因となる。
【００１６】
一方、上記の摩擦攪拌点接合装置では、プローブとショルダ部材との間に入り込んだ材料カスを外部に排出することが可能であるが、点接合は基本的にワークの接合部表面に沿う工具の移動がなく、また接合の１箇所あたりの接合時間はごく短時間であるため、１回ごとに工具内に侵入する材料カスの量はそれほど多くならない。このため、摩擦攪拌店接合装置においては、侵入した材料カスをプローブに形成された突起物で分断することで、少量の小片として外部に排出することができる。
【００１７】
しかしながら、上記のような排出孔を形成した工具は、プローブとショルダ部材との間に敢えて材料カスを滞留させる空間を形成して、当該空間内においてプローブに形成した突起物で材料カスを細かく分断するように構成されているため、仮にこのような工具を用いて連続的な摩擦攪拌接合を行ったとしても、連続的に侵入する材料カスとプローブとが接触して摩擦熱を発生することに変わりはなく、その摩擦熱のためにプローブの強度低下や破損等による工具寿命の低下は避けられないという問題を内在していた。
【００１８】
そこで、実施形態における摩擦攪拌接合用工具は、ハウジングに、攪拌ピンを収容する収容穴とハウジングの外部とを連通する排出穴を備える。このような排出穴を備えることにより、侵入した材料カスを連続的に排出できるため、プローブの強度低下や破損等を抑制し、工具寿命の低下を避けることができる。なお、発明者によって認識された事項の記述は、実施形態における摩擦攪拌接合用工具についての理解を深めるために参考として記載されたものであり、公知技術を示すものではない。
【００１９】
＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具を適用した摩擦攪拌接合装置の概要を示す部分断面図である。図１に示すように、本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具１００を適用した摩擦攪拌接合装置１は、本体部１０と、ワーク搬送部２０と、制御部３０と、を備える。
【００２０】
摩擦攪拌接合装置１の本体部１０は、主軸台１２と、主軸台送り装置１８とにより、構成される。主軸台１２は、主軸フレーム１４と、主軸フレーム１４に対して相対的に回転するよう内包された回転主軸１６と、を備える。主軸送り装置１８は、主軸台１２をＸＹＺの３軸方向に移動させる。主軸フレーム１４の下端には、後述する摩擦攪拌接合用工具１００のハウジング１１０が据え付けられる。
【００２１】
一方、回転主軸１６には、同じく摩擦攪拌接合用工具１００の攪拌ピン１２０が連結される。これにより、本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具１００において、ハウジング１１０に対して攪拌ピン１２０が相対的に回転する。
【００２２】
ワーク搬送部２０は、ワークＷを載置して支持する加工テーブル２２と、当該加工テーブル２２をＸＹ方向に移動させる加工テーブル送り装置２４と、により構成される。加工テーブル２２は、その上面に、接合されるワークＷを固定支持する例えばクランプ等の支持機構（図示せず）を備えており、加工テーブル送り装置２４の駆動により摩擦攪拌接合用工具１００に対してワークＷを相対的に移動させる。
【００２３】
制御部３０は、例えば、主軸台１２や加工テーブル２２等を含む摩擦攪拌接合装置１全体の動きを制御する数値制御装置３２と、数値制御装置３２が実行する加工制御における加工条件等をオペレータが入力するためのインターフェース３４と、各種加工プログラムや加工条件等のデータ３６ａを記憶するメモリ３６と、を備えている。数値制御装置３２は、本体部１０の主軸台１２に内蔵される回転駆動部１２ａに摩擦攪拌接合用工具１００の回転を制御する回転指令信号を出力する回転制御部３２ａと、主軸台送り装置１８に内蔵される送り軸駆動部１８ａに主軸台１２の移動を制御する送り指令信号を出力する送り軸制御部３２ｂと、を有する。これにより、主軸台１２及び加工テーブル２２の相対的な動きや、接合中における摩擦攪拌接合用工具１００の回転数、ワークＷへの工具挿入深さ等が制御される。
【００２４】
本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具１００は、主軸フレーム１４の下端に取り付けられるハウジング１１０と、回転主軸１６に取り付けられる攪拌ピン１２０と、を含む。ハウジング１１０は、上端に主軸フレーム１４に据え付けられる据付部１１６が形成され、下端にワークＷに対して非回転の状態で接触する第一の面（ショルダ面）１１４ａを有するハウジング本体１１２により構成されている。一方、攪拌ピン１２０は、回転主軸１６に取り付けられるピンホルダ１２２と、当該ピンホルダ１２２に着脱自在に取り付けられるピン本体１２４とで構成され、回転軸Ｃに沿って延伸している。
【００２５】
図２Ａ乃至図２Ｃは、本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具の要部における具体的な特徴を示す断面図であって、図２Ａは使用時の工具先端の概要を示し、図２Ｂはハウジングの先端近傍の概要を示し、図２Ｃはハウジングに収容される攪拌ピンの概要を示している。図２Ａに示すように、本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具１００は、ハウジング１１０の内側において、主軸フレーム１４に取り付けられる上端側から第一の面１１４ａが形成された下端側にわたって収容穴ＳＨが形成されている。
【００２６】
この収容穴ＳＨは、攪拌ピン１２０をハウジング１１０に対して回転軸Ｃ周りで相対的に回転可能に収容し、第一の面１１４ａに開口する。さらに、攪拌ピン１２０は、回転軸Ｃに沿った一端に、収容穴ＳＨに収容された状態で第一の面１１４ａから突出し、ワークに対して挿入される攪拌部１２４ａを含む。また、ハウジング１１０には、収容穴ＳＨとハウジング１１０の外部とを連通する排出穴１１８が形成されている。
【００２７】
図２Ｂに示すように、ハウジング１１０は、ハウジング本体１１２の下端にワークＷの上面と接触する第一の面１１４ａが形成されている。また、ハウジング本体１１２の収容穴ＳＨは、互いに接続された第一の収容穴Ｈ１と、第二の収容穴Ｈ２と、を含む。第一の収容穴Ｈ１は、第二の収容穴Ｈ２に対して第一の面１１４ａ側に位置し、第一の面１１４ａに開口する。第二の収容穴Ｈ２は、第一の収容穴Ｈ１に対して回転主軸１６側に位置する。
【００２８】
ここで、第一の面１１４ａは、ワークＷに対してハウジング１１０の投影面積より小さい面積で接触するのが好ましい。このため、ハウジング本体１１２の下端には、その一例として、外径が縮小した縮径部１１３が形成されており、さらにその下部から先端に向けて先細となる突出部１１４が形成され、その端部に位置する第一の面１１４ａが、摩擦攪拌接合を行う際にワークと接触するショルダ面として機能する。
【００２９】
また、突出部１１４には第二の収容穴Ｈ２と接続する第一の収容穴Ｈ１が形成されており、攪拌ピン１２０のピン本体１２４の一部が収容される。ここで、一例として、第一の収容穴Ｈ１及び第二の収容穴Ｈ２は、後述する攪拌ピン１２０のピン本体１２４の外径より穴径が大きくなるように設定され、第二の収容穴Ｈ２は、第一の収容穴Ｈ１よりも穴径が大きくなるように設定されている。
【００３０】
一方、本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具１００の特徴として、ハウジング本体１１２には、収容穴ＳＨからハウジング本体１１２の外部とを連通する排出穴１１８が形成されている。ここで、排出穴１１８は、第一の収容穴Ｈ１と第二の収容穴Ｈ２との境界Ｂを含む位置に形成されるのが好ましい。また、排出穴１１８は、ドリル加工やミーリング加工で内側に貫通する穴を追加的に加工することで形成されてもよい。
【００３１】
図２Ｃに示すように、攪拌ピン１２０は、一端に攪拌部１２４ａを有するピン本体１２４と、ピンホルダ１２２と、を別体に構成し、ピン本体１２４が攪拌部１２４ａに対して回転軸Ｃに沿った反対側でピンホルダ１２２に取り付けられた状態で構成され、図２Ａに示すように、ハウジング本体１１２の収容穴ＳＨに回転自在に収容される。ピン本体１２４は、回転軸Ｃ周りに回転しつつその一端の攪拌部１２４ａがワークＷに押し込まれた状態でワークＷと相対的に移動することにより、摩擦攪拌接合を行う。このとき、ハウジング１１０はワークＷに対して非回転で接触し、攪拌ピン１２０はハウジング１１０に対して回転する構造となるため、第一の収容穴Ｈ１の内面とピン本体１２４の外面との間には、所定の間隔の間隙（クリアランス）Ｇが形成される。
【００３２】
図３は、本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具を用いて２枚の金属板の突合せ部を摩擦攪拌接合したときの概要を示す断面図である。図３に示すように、加工テーブル２２上に固定支持された２枚の金属板からなるワークＷ１、Ｗ２の端面どうしを突合せて摩擦攪拌接合する場合、摩擦攪拌接合用工具１００の攪拌ピン１２０を、回転軸Ｃ周りに例えば図示上の回転方向Ｒに示す方向に回転させつつ、ピン本体１２４の攪拌部１２４ａを上記した２枚のワークＷ１、Ｗ２の突合せ部に、ハウジング本体１１２の第一の面１１４ａが接触するまで押し込む。この状態を維持しつつ図示上紙面に対して直交する方向、すなわちワークＷ１、Ｗ２の突合せ部の表面に沿って工具あるいはワークを相対的に移動させると、移動後の突合せ部に摩擦攪拌接合された接合部Ｊが形成される。
【００３３】
このとき、ワークＷ１、Ｗ２の突合せ部の上面にハウジング本体１１２の第一の面１１４ａがショルダ面として接触するとともに、突合せ部にはピン本体１２４の攪拌部１２４ａが挿入される。このため、摩擦攪拌接合の際に摩擦熱で軟化した材料のうち、上記ハウジング本体１１２のワークＷ１、Ｗ２に沈み込んだ部分や攪拌部１２４ａの突合せ部に挿入された部分の体積に対応する余剰金属Ｍが、突合せ部の上面側に塑性流動しようとする。ここで、一般的なピンとショルダとが一体である接合用工具を用いた場合は、上記余剰金属Ｍはショルダの外側に溢れ出て接合部表面の「バリ」となる。
【００３４】
これに対して、ピンとショルダとが別体で構成された本発明のような摩擦攪拌接合用工具１００では、余剰金属Ｍの一部は上記の場合と同様に「バリ」となることもあるが、その多くは図２Ａに示した第一の収容穴Ｈ１とピン本体１２４との間隙Ｇを通って、ハウジング本体１１２の内部に形成された収容穴ＳＨの第二の収容穴Ｈ２内に侵入する。この間隙Ｇを通る余剰金属Ｍの侵入量は、接合条件により決定されるピン本体１２４の形状に対して、異なる第一の収容穴Ｈ１の穴径を有するハウジングを用いることにより調整される。
【００３５】
ここで、本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具１００においては、ハウジング本体１１２の収容穴ＳＨにおける第二の収容穴Ｈ２と外部とを連通する排出穴１１８を形成することにより、上述のとおり第二の収容穴Ｈ２に侵入してくる余剰金属Ｍを、ハウジング本体１１２の外部に排出するように構成する。これにより、連続的な摩擦攪拌接合の接合中に、摩擦攪拌接合用工具１００のハウジング１１０の収容穴ＳＨの内部に定常的にワークＷ１、Ｗ２の一部である余剰金属Ｍが侵入したとしても、収容穴ＳＨ（特に第二の収容穴Ｈ２）にこれらの余剰金属Ｍが滞留することがないため、攪拌ピン１２０のピン本体１２４と余剰金属Ｍとの間での摩擦発熱を抑制することができる。
【００３６】
さらに、第一の収容穴Ｈ１の穴径より第二の収容穴Ｈ２の穴径を大きく設定しておくことで、収容穴ＳＨに侵入した余剰金属Ｍは、収容穴ＳＨの穴径の拡大による回転軸Ｃから離れる方向に向かう流れと、接合中の攪拌ピン１２０の回転動作で生じる遠心力により、外部に排出されやすくなる。ここで、排出穴１１８を第一の収容穴Ｈ１と第二の収容穴Ｈ２との境界Ｂを含む位置に形成することで、余剰金属Ｍが第二の収容穴Ｈ２及び排出穴１１８で滞留することなく、ハウジング本体１１２の外部へ連続的かつ円滑に排出される。
【００３７】
また、余剰金属Ｍは、排出穴１１８を通る間に徐々に冷却され固化された状態でバリとして外部に排出されるため、ワークＭに固着して接合部表面の品質を低くすることがない。さらに、より連続的かつ円滑に余剰金属Ｍを排出するために、排出穴１１８は、ワークＷの一部である塑性流動した余剰金属Ｍが攪拌ピン１２０の回転により生じる流れに沿って収容穴ＳＨからハウジング１１０の外部に排出されるように形成してもよい。
【００３８】
ハウジング本体１１２において、例えば第一の面１１４ａや第一の収容穴Ｈ１の内面、あるいは収容穴ＳＨにおける第二の収容穴Ｈ２の内面、ピン本体１２４等に、ワークＷを構成する材料との親和性が低い素材からなる被膜（図示せず）を形成しておくとよい。これにより、余剰金属Ｍのハウジング１１０や攪拌ピン１２０との凝着が低減される。
【００３９】
また、図３に示すように、例えばハウジング１１０を取り付ける主軸台１２の主軸フレーム１４等に、ハウジング１１０の収容穴ＳＨにガス流Ｆを供給するガス流供給機構（図示せず）をさらに備えるように構成してもよい。これにより、接合中のハウジング１１０と攪拌ピン１２０が冷却されるとともに、収容穴ＳＨに侵入する余剰金属Ｍも冷却して外部への排出が促進される。
【００４０】
かかる構成により、本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具１００は、第一の面１１４ａを含むハウジング本体１１２の第一の収容穴Ｈ１から、ハウジング本体に対して回転するピン本体１２４を突出させてワークＷに挿入する別体型の工具において、ハウジング本体１１２に収容穴ＳＨと外部とを連通する排出穴１１８を設けたことにより、第一の収容穴Ｈ１とピン本体１２４との間隙ＧからワークＷの一部である余剰金属Ｍが侵入した場合であっても、効率良く外部に排出することができる。これにより、ハウジング１１０内部に形成された収容穴ＳＨにおいてピン本体１２４と余剰金属Ｍとが過剰に摩擦発熱することもないため、結果としてピン本体１２４の強度低下や破損等を抑制することができる。
【００４１】
また、攪拌ピン１２０は、ピン本体１２４と、ピンホルダ１２２とを別体に構成しているため、摩擦攪拌接合中に常にワークＷと接触する攪拌部１２４ａを有するピン本体１２４のみを消耗品として交換することで、攪拌ピン１２０自体の破損を抑制できる。さらに、ピン本体１２４のみを消耗品として交換可能なため、摩擦攪拌接合用工具としてのランニングコストを低減できる。
【００４２】
＜実施例２＞
次に、図４及び図５を用いて、本発明の実施例２による摩擦攪拌接合用工具の概要を説明する。なお、以下の説明において、実施例２による摩擦攪拌接合用工具を適用した摩擦攪拌接合装置は、着脱式のショルダを含む摩擦攪拌接合用工具以外の構成は実施例１のものと共通であるため、ここでの再度の説明は省略する。
【００４３】
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施例２による摩擦攪拌接合用工具の要部における具体的な特徴を示す断面図であって、図４Ａは使用時の工具先端の概要を示し、図４Ｂはハウジング本体とショルダとの取付構造の概要を示している。図４Ａに示すように、本発明の実施例２による摩擦攪拌接合用工具２００は、図１に示した主軸フレーム１４に据え付けられるハウジング２１０と、回転主軸１６に連結される攪拌ピン２２０と、により構成される。そして、ハウジング２１０は、ハウジング本体２１２と、ハウジング本体２１２の下端に着脱自在に取り付けられるショルダ２３０と、を別体として構成されており、ハウジング本体２１２にショルダ２３０を取り付けた状態で、その内側には収容穴ＳＨが形成され、攪拌ピン２２０が回転自在に収容される。また、攪拌ピン２２０は、着脱自在に取り付けられるピン本体２２４を含み、回転軸Ｃに沿って延伸している。
【００４４】
図４Ｂに示すように、ハウジング２１０のハウジング本体２１２には、その下端が開放するとともに、後述するショルダ２３０を保持する保持部２１７が形成されている。ハウジング本体２１２の保持部２１７は、ショルダ２３０の被保持面２３２ａを保持する保持面２１７ａと、ショルダ２３０の上端に形成された位置決め面２３２ｂが当接する当接面２１７ｂと、を含み、保持面２１７ａは、その一例として、例えば雌ネジが形成される。
【００４５】
一方、ショルダ２３０は、ハウジング本体２１２の当接面２１７ｂと当接する位置決め面２３２ｂが形成された取付部２３２と、取付部２３２から高さ方向に連続する縮径部２３３と、縮径部２３３からさらに先端に向けて先細となる突出部２３４と、が一体に形成されている。そして、突出部２３４の端部に位置する第一の面２３４ａが、摩擦攪拌接合を行う際にワークと接触するショルダ面として機能する。
【００４６】
取付部２３２の外形は、上述したハウジング本体２１２の保持面２１７ａと対応する形状の取付構造となっており、その一例として、取付部２３２の被保持面２３２ａは、例えば雄ネジが形成される。また、ショルダ２３０の内部には、ハウジング２１０の収容穴ＳＨの一部を構成する第二の収容穴Ｈ２が形成されている。
【００４７】
また、突出部２３４には第二の収容穴Ｈ２と接続し、第一の面２３４ａに開口する第一の収容穴Ｈ１が形成されており、攪拌ピン２２０のピン本体２２４の一部が収容される。ここで、実施例１の場合と同様に、第一の収容穴Ｈ１及び第二の収容穴Ｈ２は、ピン本体２２４の外径より穴径が大きく設定されており、第二の収容穴Ｈ２は、第一の収容穴Ｈ１よりも穴径が大きくなるように設定されている。
【００４８】
本発明の実施例２による摩擦攪拌接合用工具２００において、ショルダ２３０には、収容穴ＳＨとショルダ２３０の外部とを連通する排出穴２３８が形成されている。ここで、排出穴２３８は、実施例１の場合と同様に、第一の収容穴Ｈ１と第二の収容穴Ｈ２との境界Ｂを少なくとも含む位置に形成されるのが好ましい。
【００４９】
図５Ａ乃至図５Ｃは、図４Ｂに示したショルダの具体的な構成を説明するための図であって、図５Ａは側面図、図５Ｂは下面図、図５Ｃは上面図をそれぞれ示している。図５Ａに示すように、ショルダ２３０は、上述した取付部２３２と縮径部２３３と突出部２３４とが一体に形成されており、突出部２３４の下端面が第一の面２３４ａとなる。また、取付部２３２の被保持面２３２ａには、雄ネジが形成されるとともに、取付部２３２の上端には、ハウジング本体２１２の当接面２１７ｂと当接する位置決め面２３２ｂが形成されている。
【００５０】
図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、ショルダ２３０には、その一部を切り欠く態様で、収容穴ＳＨとショルダ２３０の外部とを連通する排出穴２３８が形成されている。このとき、排出穴２３８は、ワークＷの一部である塑性流動した余剰金属Ｍが攪拌ピン２２０の回転により生じる流れに沿って第二の収容穴Ｈ２からショルダ２３０の外部に排出されるように形成してもよい。
【００５１】
その一例として、ショルダ２３０は、攪拌ピン２２０の回転方向Ｒにおいて排出穴２３８の内周面２３８ａと前記第二の収容穴Ｈ２の内周面Ｈ２ａとが接続する接続位置Ｐ１を含み、排出穴２３８は、接続位置Ｐ１における第二の収容穴Ｈ２の内周の接線方向Ｔ１を包含するように形成されている。これにより、接合中のピン本体２２４の回転によって、余剰金属Ｍを連続的かつ円滑に外部へ排出することができる。
【００５２】
また、図５Ｂに示すように、縮径部２３３の外面は、その一例として、角柱（図５Ｂの場合は六角柱）の形状となっている。これにより、ショルダ２３０の取付部２３２をハウジング本体２１２の保持部２１７にネジ込む際に掴みやすくなる。
【００５３】
かかる構成により、本発明の実施例２による摩擦攪拌接合用工具２００は、実施例１で得られた効果に加えて、ハウジング２１０をハウジング本体２１２の先端にショルダ２３０を着脱自在に取り付ける構造としたため、例えば、摩擦攪拌接合中に常にワークＷと接触する第一の面２３４ａが摩耗等により損傷した場合に、ショルダ２３０のみを消耗品として交換可能なため、摩擦攪拌接合用工具としてのランニングコストを低減できる。また、ハウジング２１０全体を交換する必要がないため、工具交換の手間を省くことも可能となる。さらに、接合条件により決定されるピン本体２２４の形状に対して、異なる第一の収容穴Ｈ１の穴径を有するハウジングを用いることで、余剰金属Ｍの収容穴ＳＨへの侵入量を調整できる。
【００５４】
＜実施例３＞
次に、図６を用いて、本発明の実施例３による摩擦攪拌接合用工具の概要を説明する。なお、以下の説明において、実施例３による摩擦攪拌接合用工具を適用した摩擦攪拌接合装置は、着脱式のショルダを含む摩擦攪拌接合用工具以外の構成は実施例１のものと共通であるため、ここでの再度の説明は省略する。
【００５５】
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の実施例３による摩擦攪拌接合用工具の要部における具体的な特徴を示す断面図であって、図６Ａは使用時の工具先端の概要を示し、図６Ｂはハウジング本体とショルダとの取付構造の概要を示している。図６Ａに示すように、本発明の実施例３による摩擦攪拌接合用工具３００は、図１に示した主軸フレーム１４に据え付けられるハウジング３１０と、回転主軸１６に連結される攪拌ピン３２０と、により構成される。そして、ハウジング３１０は、ハウジング本体３１２と、ハウジング本体３１２の下端に着脱自在に取り付けられるショルダ３３０と、を別体として構成されており、ハウジング本体３１２にショルダ３３０を取り付けた状態で、その内側には収容穴ＳＨが形成され、攪拌ピン３２０が回転自在に収容される。
【００５６】
図６Ｂに示すように、ハウジング３１０のハウジング本体３１２には、その下端が開放するとともに、後述するショルダ３３０を保持する保持部３１７が形成されている。ハウジング本体３１２の保持部３１７は、ショルダ３３０の被保持面３３２ａを保持する保持面３１７ａと、ショルダ３３０の回転軸Ｃ方向の位置を決める上方位置決め面３３２ｂが当接する上方当接面３１７ｂと、ショルダ３３０の回転軸Ｃの半径方向の位置を決める側方位置決め面３３２ｃが当接する側方当接面３１７ｃと、を含み、保持面３１７ａは、その一例として、例えば雌ネジが形成される。
【００５７】
一方、ショルダ３３０は、被保持面３３２ａ、上方位置決め面３３２ｂ、側方位置決め面３３２ｃが形成された取付部３３２と、取付部３３２から高さ方向に連続する縮径部３３３と、縮径部３３３からさらに先端に向けて先細となる突出部３３４と、が一体に形成されている。そして、突出部３３４の端部に位置する第一の面３３４ａが、摩擦攪拌接合を行う際にワークと接触するショルダ面として機能する。
【００５８】
また、ショルダ３３０の内部には、ハウジング３１０の収容穴ＳＨの一部を構成する第二の収容穴Ｈ２が形成されており、突出部３３４には、第二の収容穴Ｈ２と外部とを接続する第一の収容穴Ｈ１が形成されている。ここで、実施例１の場合と同様に、第一の収容穴Ｈ１及び第二の収容穴Ｈ２のは、ピン本体３２４の外径より穴径が大きく設定されており、第二の収容穴Ｈ２は、第一の収容穴Ｈ１よりも穴径が大きくなるように設定されている。
【００５９】
取付部３３２の外形は、上述したハウジング本体３１２の保持部３１７と対応する形状の取付構造となっており、その一例として、取付部３３２の被保持面３３２ａは、例えば雄ネジが形成される。また、取付部３３２の上端に形成された上方位置決め面３３２ｂは、ハウジング本体３１２の上方当接面３１７ｂと当接し、ショルダ３３０の回転軸Ｃ方向の位置を決める。さらに、取付部３３２上部の側面に形成された側方位置決め面３３２ｃは、ハウジング本体３１２の側方当接面３１７ｃと当接し、ショルダ３３０の回転軸Ｃの半径方向の位置を決める。
【００６０】
本発明の実施例３による摩擦攪拌接合用工具３００において、ショルダ３３０には、収容穴ＳＨとショルダ３３０の外部とを連通する排出穴３３８が形成されている。ここで、排出穴３３８は、実施例２の場合と同様に、第二の収容穴Ｈ２と第一の収容穴Ｈ１との境界Ｂを少なくとも含む位置に形成されるのが好ましい。また、排出穴３３８は、ワークの一部である塑性流動した余剰金属が、攪拌ピン３２０の回転により生じる流れに沿って第二の収容穴Ｈ２からショルダ３３０の外部に排出されるように形成してもよい。
【００６１】
かかる構成により、本発明の実施例３による摩擦攪拌接合用工具３００は、ショルダ３３０が、ハウジング本体３１２の上方当接面３１７ｂと当接する上方位置決め面３３２ｂ及びハウジング本体３１２の側方当接面３１７ｃと当接する側方位置決め面３３２ｃを有する。このため、実施例１及び２で得られた効果に加えて、ハウジング本体３１２の側方当接面３１７ｃと当接する側方位置決め面３３２ｃをはめあい構造にすることで、ショルダ３３０をハウジング本体３１２に取り付ける際に、ショルダ３３０をハウジング本体３１２に対して回転軸Ｃの方向及び回転軸Ｃの半径方向において正確に位置決めし、ショルダ３３０を交換した場合であっても、交換前後で容易に略同一の接合品質を保つことができる。
【００６２】
＜実施例４＞
次に、図７を用いて、本発明の実施例４による摩擦攪拌接合用工具の概要を説明する。なお、以下の説明において、実施例４による摩擦攪拌接合用工具を適用した摩擦攪拌接合装置は、着脱式のショルダを含む摩擦攪拌接合用工具以外の構成は実施例１のものと共通であるため、ここでの再度の説明は省略する。
【００６３】
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の実施例４による摩擦攪拌接合用工具の要部における具体的な特徴を示す断面図であって、図７Ａは使用時の工具先端の概要を示し、図７Ｂはハウジング本体とショルダとの取付構造の概要を示している。図７Ａに示すように、本発明の実施例４による摩擦攪拌接合用工具４００は、図１に示した主軸フレーム１４に装着されるハウジング４１０と、回転主軸１６に連結される攪拌ピン４２０と、により構成される。
【００６４】
ハウジング４１０は、実施例２及び３と同様に、ハウジング本体４１２と、ハウジング本体４１２の下端に着脱自在に取り付けられるショルダ４３０と、を別体として構成されており、ハウジング本体４１２にショルダ４３０を取り付けた状態で、その内側には収容穴ＳＨが形成され、攪拌ピン４２０が回転自在に収容される。また、図７Ｂに示すように、ハウジング４１０のハウジング本体４１２には、実施例３と同様に、その下端が開放するとともに、その内面にショルダ４３０を保持する保持部４１７が形成されている。
【００６５】
一方、ショルダ４３０は、実施例３と同様に、ハウジング本体４１２に取り付けられる取付部４３２と、取付部４３２から高さ方向に連続する縮径部４３３と、縮径部４３３からさらに先端に向けて先細となる突出部４３４と、が一体に形成されており、突出部４３４の端部に位置する第一の面４３４ａが摩擦攪拌接合を行う際にワークと接触するショルダ面として機能する。また、ショルダ４３０の内部には、ハウジング４１０の収容穴ＳＨの一部を構成する第二の収容穴Ｈ２が形成されており、突出部４３４には、第二の収容穴Ｈ２と接続し、第一の面４３４ａに開口する第一の収容穴Ｈ１が形成されている。
【００６６】
ここで、実施例１の場合と同様に、その一例として、第一の収容穴Ｈ１及び第二の収容穴Ｈ２は、ピン本体４２４の外径より穴径が大きく設定されており、第二の収容穴Ｈ２は、第一の収容穴Ｈ１よりも穴径が大きくなるように設定されている。また、実施例４による摩擦攪拌接合用工具４００において、収容穴ＳＨの一部を構成する第二の収容穴Ｈ２の下端部には、第一の収容穴Ｈ１との境界Ｂに向けて滑らかに縮径する曲面４３３ａが形成されており、収容穴ＳＨに余剰金属Ｍが侵入したとしても第二の収容穴Ｈ２の下部に澱むことがない。
【００６７】
本発明の実施例４による摩擦攪拌接合用工具４００においても、ショルダ４３０には、収容穴ＳＨとショルダ４３０の外部とを連通する排出穴４３８が形成されている。ここで、排出穴４３８は、実施例３の場合と同様に、第一の収容穴Ｈ１と第二の収容穴Ｈ２との境界Ｂを少なくとも含む位置に形成されるのが好ましい。また、排出穴４３８は、ワークの一部である塑性流動した余剰金属Ｍが、攪拌ピン４２０の回転により生じる流れに沿って第二の収容穴Ｈ２からショルダ４３０の外部に排出されるように形成してもよい。
【００６８】
かかる構成により、本発明の実施例４による摩擦攪拌接合用工具４００は、実施例１乃至３で得られた効果に加えて、ショルダ４３０の収容穴ＳＨの一部を構成する第二の収容穴Ｈ２の下端に、第一の収容穴Ｈ１との境界Ｂに向けて滑らかに縮径する曲面４３３ａが形成されてため、ピン本体４２４と第一の収容穴Ｈ１との間隙Ｇを通って内部に侵入した余剰金属Ｍが第二の収容穴Ｈ２の下部に滞留することを抑制できる。
【００６９】
＜実施例５＞
図８は、本発明の実施例５による摩擦攪拌接合用工具の使用時における工具先端の概要を示す断面図である。なお、以下の説明において、実施例５による摩擦攪拌接合用工具を適用した摩擦攪拌接合装置は、着脱式のショルダを含む摩擦攪拌接合用工具以外の構成は実施例１のものと共通であるため、ここでの再度の説明は省略する。
【００７０】
図８に示すように、本発明の実施例５による摩擦攪拌接合用工具５００は、図１に示した主軸フレーム１４に据え付けられるハウジング５１０と、回転主軸１６に連結される攪拌ピン５２０と、により構成される。そして、ハウジング５１０は、実施例２及び３と同様に、ハウジング本体５１２と、ハウジング本体５１２の下端に着脱自在に取り付けられるショルダ５３０と、を別体として構成されており、ハウジング本体５１２にショルダ５３０を取り付けた状態で、その内側には収容穴ＳＨが形成され、攪拌ピン５２０が回転自在に収容される。
【００７１】
また、本発明の実施例５による摩擦攪拌接合用工具５００においては、ショルダ５３０の内部に下部に向かって縮径する略テーパ状の第二の収容穴Ｈ２が形成されている。ショルダ５３０には、第二の収容穴Ｈ２とショルダ５３０の外部とを連通する排出穴５３８が形成されている。ここで、通常の摩擦攪拌接合用工具は、第一の面５３４ａが常にワークＷと接触する構造のため、当該第一の面５３４ａを含むショルダ５３０は鋼等の金属材料で形成される。このとき、ショルダ５３０の外面及び内面の加工はそれぞれ旋削加工等の機械加工で行われることが多くなるが、図８に示した変形例によるショルダ５３０では、大きくテーパ状の内面を形成するように旋削加工できる。
【００７２】
かかる構成により、本発明の実施例５による摩擦攪拌接合用工具５００は、実施例１乃至４で得られた効果に加えて、排出穴５３８が略テーパ状の第二の収容穴Ｈ２からショルダ５３０の外部に連通していることにより、第二の収容穴Ｈ２に侵入した余剰金属（図３の符号Ｍ参照）が、第二の収容穴Ｈ２の下部に滞留することを抑制できる。また、ショルダ５３０の形状を機械加工に適したものとしたことにより、機械加工の工数を低減できるとともに、ショルダ５３０自体の軽量化を図ることもできる。
【００７３】
＜実施例６＞
次に、図９を用いて、本発明の実施例６による摩擦攪拌接合用工具の概要を説明する。なお、以下の説明においては、実施例１乃至５で示した摩擦攪拌接合用工具と構成上で異なる点についてのみ説明を行うものとし、その他の共通する構成については実施例２と同一の符号を用いて説明して図示を省略する。
【００７４】
図９Ａ乃至図９Ｃは、本発明の実施例６による摩擦攪拌接合用工具に適用されるショルダの具体的な構成を説明するための図であって、図９Ａは側面図、図９Ｂは下面図、図９Ｃは上面図をそれぞれ示している。図９Ａに示すように、実施例６におけるショルダ６３０は、実施例３の場合と同様に、取付部６３２と縮径部６３３と突出部６３４が一体に形成されており、突出部６３４の端部に位置する第一の面６３４ａが摩擦攪拌接合を行う際にワークと接触するショルダ面として機能する。また、取付部６３２の被保持面６３２ａは、雄ネジが形成されるとともに、上端部６３２の上端には、ハウジング本体２１２の当接面２１７ｂと当接する位置決め面６３２ｂが形成されている。
【００７５】
図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、ショルダ６３０には、その一部を切り欠く態様で、第二の収容穴Ｈ２とショルダ６３０の外部とを連通する２つの排出穴６３８、６３９が形成されている。このとき、排出穴６３８、６３９は、ワークＷの一部である塑性流動した余剰金属（図３の符号Ｍ参照）が攪拌ピン２２０の回転により生じる流れに沿って収容穴ＳＨからショルダ６３０の外部に排出されるように形成してもよい。
【００７６】
このような排出穴の一例として、実施例２の場合と同様に、ショルダ６３０は、攪拌ピンの回転方向Ｒにおいて排出穴６３８の内周面６３８ａと第二の収容穴Ｈ２の内周面Ｈ２ａとが接続する接続位置Ｐ１を含む。このとき、排出穴６３８は、接続位置Ｐ１における第二の収容穴Ｈ２の内周の接線方向Ｔ１を包含するように形成されている。
【００７７】
また、ショルダ６３０は、攪拌ピンの回転方向Ｒにおいて排出穴６３９の内周面６３９ａと第二の収容穴Ｈ２の内周面Ｈ２ａとが接続する接続位置Ｐ２を含む。このとき、排出穴６３９は、接続位置Ｐ２における第二の収容穴Ｈ２の内周の接線方向Ｔ２を包含するように形成されている。これにより、接合中の攪拌ピンの回転によって、余剰金属を２つの排出穴６３８、６３９から連続的かつ円滑に外部へ排出することができる。
【００７８】
また、２つの排出穴６３８、６３９は、第二の収容穴Ｈ２の円周方向において互いに対向する位置、すなわち互いに等間隔となるように配置されるのが好ましい。これにより、切り欠かれるショルダ６３０全体の剛性のバランスを取れるとともに、余剰金属の排出が効率良く実行される。
【００７９】
かかる構成により、本発明の実施例６による摩擦攪拌接合用工具は、実施例１乃至５で得られた効果に加えて、ショルダ６３０に複数の排出穴６３８、６３９を形成したため、余剰金属の排出効率をさらに高めることができる。そして、その結果として、攪拌ピンと余剰金属との過剰な摩擦発熱をさらに抑制し、攪拌ピンの強度低下や破損等を抑制することができる。
【００８０】
以上、本発明による代表的な実施例及びこれに伴う変形例について述べたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、適宜、当業者によって変更され得る。すなわち、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。
【００８１】
例えば、実施例１乃至６における摩擦撹拌接合用工具および摩擦撹拌接合装置について、部材の連続的な接合における使用を例示したが、これらの点接合への使用を排除するものではない。
【００８２】
例えば、実施例１乃至６においてハウジングに形成した排出穴を例示したが、ハウジングに、排出穴から排出された余剰金属がワーク上面に落下しないようにこれらの余剰金属を受ける構造をさらに設けてもよい。また、実施例１乃至６において摩擦攪拌接合を行う際にワークと接触するショルダ面（第一の面）を例示したが、当該ショルダ面は平坦な形状だけでなく、凹形状もしくは凸形状であってもよく、ショルダ面上に十字溝やらせん溝等が形成されていてもよい。
【００８３】
なお、上記実施例２乃至５において、ハウジングとショルダとがネジ結合される場合を例示したが、例えば磁力や真空圧による吸着構造や、爪部等によるチャッキング構造等の他の取付構造を適用してもよい。
【００８４】
上記実施例６において、複数設ける排出穴として２つの穴が形成された場合を例示したが、ショルダの全体の剛性と余剰金属の排出効率とを考慮して、３つ以上の排出穴を形成するように構成してもよい。さらに、実施例６では、実施例２乃至５で示した着脱自在のショルダに複数の排出穴を形成した場合を例示したが、このような複数の排出穴を実施例１で示したハウジング本体に形成するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１  摩擦攪拌接合装置
１０  本体部
１２  主軸台
１４  主軸フレーム
１６  回転主軸
１８  主軸台送り装置
２０  ワーク搬送部
２２  加工テーブル
２４  加工テーブル送り装置
３０  制御部
３２  数値制御装置
３４  インターフェース
３６  メモリ
１００、２００、３００、４００、５００  摩擦攪拌接合用工具
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０  ハウジング
１１２、２１２、３１２、４１２、５１２  ハウジング本体
１１３  縮径部
１１４  突出部
１１４ａ  第一の面
１１８、２３８、３３８、４３８、５３８、６３８、６３９  排出穴
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０  攪拌ピン
１２２、２２２  ピンホルダ
１２４、２２４、３２４、４２４、５２４  ピン本体
１２４ａ、２２４ａ  攪拌部
２１７、３１７、４１７  保持部
２３０、３３０、４３０、５３０、６３０  ショルダ
２３２、３３２、４３２、６３２  取付部
２３３、３３３、４３３、６３３  縮径部
２３４、３３４、４３４、５３４  突出部
２３４ａ、３３４ａ、４３４ａ、５３４ａ、６３４ａ  第一の面
【図１】
2019186658.tif 000003
【図２Ａ】
2019186658.tif 000004
【図２Ｂ】
2019186658.tif 000005
【図２Ｃ】
2019186658.tif 000006
【図３】
2019186658.tif 000007
【図４Ａ】
2019186658.tif 000008
【図４Ｂ】
2019186658.tif 000009
【図５Ａ】
2019186658.tif 000010
【図５Ｂ】
2019186658.tif 000011
【図５Ｃ】
2019186658.tif 000012
【図６Ａ】
2019186658.tif 000013
【図６Ｂ】
2019186658.tif 000014
【図７Ａ】
2019186658.tif 000015
【図７Ｂ】
2019186658.tif 000016
【図８】
2019186658.tif 000017
【図９Ａ】
2019186658.tif 000018
【図９Ｂ】
2019186658.tif 000019
【図９Ｃ】
2019186658.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月6日(2018.12.6)
【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】
回転軸を有する攪拌ピンと、第一の面を有するハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、前記攪拌ピンを相対的に前記回転軸周りで回転可能に収容し、前記第一の面に開口する収容穴を含み、
前記攪拌ピンは、ピンホルダと前記ピンホルダの一端に着脱自在に取り付けられて一体回転するピン本体と、からなり、前記ピン本体は、前記回転軸に沿った一端に、前記収容穴に収容された状態で前記第一の面から突出し、ワークに対して挿入される攪拌部を含み、
前記ハウジングには、前記収容穴と前記ハウジングの外部と連通する排出穴が形成されている
ことを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【請求項２】
前記収容穴は、前記回転軸に沿って互いに接続された第一の収容穴と第二の収容穴を含み、
前記第一の収容穴は、前記第一の面に開口し、
前記第二の収容穴は、前記第一の収容穴より穴径が大きく、
前記排出穴は、前記第一の収容穴と前記第二の収容穴との境界を含む位置に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項３】
前記ハウジングは、前記第一の面及び前記排出穴を有するショルダと、ハウジング本体と、を別体に構成し、
前記ショルダは、前記ハウジング本体に取り付けられる取付部を含み、
前記前記ハウジング本体は、前記取付部を保持する保持部を含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項４】
前記取付部は、前記ハウジング本体に前記ショルダを取り付けた際の位置を特定する位置決め面を含み、
前記保持部は、前記位置決め面に当接する当接面を含む
ことを特徴とする請求項３に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項５】
前記排出穴は、前記ハウジングの内部に侵入した前記ワークが前記攪拌ピンの回転により生じる流れに沿って前記収容穴から前記ハウジングの外部に排出されるように形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項６】
前記排出穴は、２以上形成され、前記収容穴に接続する位置が互いに等間隔となるように配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項７】
前記ハウジングにおいて、少なくとも前記第一の収容穴の内面には、前記ワークとの親和性が低い被膜が被覆されている
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項８】
前記ハウジングの前記第一の面は、前記ワークと接触するショルダ面を構成する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項９】
回転主軸を含む主軸台と、前記主軸台に取り付けられる摩擦攪拌接合用工具と、ワークを保持する加工テーブルと、前記主軸台及び前記加工テーブルの相対的な動きを制御する数値制御装置と、を備えた摩擦攪拌接合装置であって、
前記摩擦攪拌接合用工具は、回転軸を有する攪拌ピンと、第一の面を有するハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、前記攪拌ピンを相対的に前記回転軸周りで回転可能に収容し、前記第一の面に開口する収容穴を含み、
前記攪拌ピンは、ピンホルダと前記ピンホルダの一端に着脱自在に取り付けられて一体回転するピン本体と、からなり、前記ピン本体は、前記回転軸に沿った一端に、前記収容穴に収容された状態で前記第一の面から突出し、前記ワークに対して挿入される攪拌部を含み、
前記ハウジングには、前記収容穴から前記ハウジングの外部と連通する排出穴が形成されている
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項１０】
前記摩擦攪拌接合用工具の前記収容穴は、互いに接続された第一の収容穴と第二の収容穴を含み、
前記第一の収容穴は、前記第一の面に開口し、前記第二の収容穴より穴径が小さく、
前記排出穴は、前記第一の収容穴と前記第二の収容穴との境界を含む位置から形成されている、
ことを特徴とする請求項９に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１１】
前記摩擦攪拌接合用工具の前記ハウジングは、前記第一の面及び前記排出穴を有するショルダと、ハウジング本体と、を別体に構成し、
前記ショルダは、前記ハウジング本体に取り付けられる取付部を含み、
前記前記ハウジング本体は、前記取付部を保持する保持部を含む
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１２】
前記摩擦攪拌接合用工具の前記ハウジングの前記第一の面は、前記ワークと接触するショルダ面を構成する
ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１３】
前記主軸台は、前記ハウジングの内部にガス流を供給するガス流供給機構をさらに備える
ことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１つに記載の摩擦攪拌接合装置。
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月25日(2019.3.25)
【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】
回転軸を有する攪拌ピンと、第一の面を有するハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、前記攪拌ピンを相対的に前記回転軸周りで回転可能に収容し、前記第一の面に開口する収容穴を含み、
前記攪拌ピンは、ピンホルダと前記ピンホルダの一端に着脱自在に取り付けられて一体回転するピン本体と、からなり、前記ピン本体は、前記回転軸に沿った一端に、前記収容穴に収容された状態で前記第一の面から突出し、ワークに対して挿入される攪拌部を含み、
前記ハウジングには、前記収容穴と前記ハウジングの外部と連通する排出穴が形成されている
ことを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【請求項２】
前記収容穴は、前記回転軸に沿って互いに接続された第一の収容穴と第二の収容穴を含み、
前記第一の収容穴は、前記第一の面に開口し、
前記第二の収容穴は、前記第一の収容穴より穴径が大きく、
前記排出穴は、前記第一の収容穴と前記第二の収容穴との境界を含む位置に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項３】
前記ハウジングにおいて、少なくとも前記第一の収容穴の内面には、前記ワークとの親和性が低い被膜が被覆されている
ことを特徴とする請求項２に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項４】
前記ハウジングは、前記第一の面及び前記排出穴を有するショルダと、ハウジング本体と、を別体に構成し、
前記ショルダは、前記ハウジング本体に取り付けられる取付部を含み、
前記ハウジング本体は、前記取付部を保持する保持部を含む
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項５】
前記取付部は、前記ハウジング本体に前記ショルダを取り付けた際の位置を特定する位置決め面を含み、
前記保持部は、前記位置決め面に当接する当接面を含む
ことを特徴とする請求項４に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項６】
前記排出穴は、前記ハウジングの内部に侵入した前記ワークが前記攪拌ピンの回転により生じる流れに沿って前記収容穴から前記ハウジングの外部に排出されるように形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項７】
前記排出穴は、２以上形成され、前記収容穴に接続する位置が互いに等間隔となるように配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項８】
前記ハウジングの前記第一の面は、前記ワークと接触するショルダ面を構成する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。
【請求項９】
回転主軸を含む主軸台と、前記主軸台に取り付けられる摩擦攪拌接合用工具と、ワークを保持する加工テーブルと、前記主軸台及び前記加工テーブルの相対的な動きを制御する数値制御装置と、を備えた摩擦攪拌接合装置であって、
前記摩擦攪拌接合用工具は、回転軸を有する攪拌ピンと、第一の面を有するハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、前記攪拌ピンを相対的に前記回転軸周りで回転可能に収容し、前記第一の面に開口する収容穴を含み、
前記攪拌ピンは、ピンホルダと前記ピンホルダの一端に着脱自在に取り付けられて一体回転するピン本体と、からなり、前記ピン本体は、前記回転軸に沿った一端に、前記収容穴に収容された状態で前記第一の面から突出し、前記ワークに対して挿入される攪拌部を含み、
前記ハウジングには、前記収容穴から前記ハウジングの外部と連通する排出穴が形成されている
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項１０】
前記摩擦攪拌接合用工具の前記収容穴は、互いに接続された第一の収容穴と第二の収容穴を含み、
前記第一の収容穴は、前記第一の面に開口し、前記第二の収容穴より穴径が小さく、
前記排出穴は、前記第一の収容穴と前記第二の収容穴との境界を含む位置から形成されている、
ことを特徴とする請求項９に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１１】
前記摩擦攪拌接合用工具の前記ハウジングは、前記第一の面及び前記排出穴を有するショルダと、ハウジング本体と、を別体に構成し、
前記ショルダは、前記ハウジング本体に取り付けられる取付部を含み、
前記ハウジング本体は、前記取付部を保持する保持部を含む
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１２】
前記摩擦攪拌接合用工具の前記ハウジングの前記第一の面は、前記ワークと接触するショルダ面を構成する
ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１３】
前記主軸台は、前記ハウジングの内部にガス流を供給するガス流供給機構をさらに備える
ことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１つに記載の摩擦攪拌接合装置。
【国際調査報告】
2019186658.tif 000021
2019186658.tif 000022
2019186658.tif 000023
2019186658.tif 000024