(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯板１と帯板２とを幅方向に突き合わせて、摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入させて帯板の接合体を製造する方法であって、
前記プローブが埋入される前記帯板１及び前記帯板２の裏側に凸状の曲面を有する裏当てをあてがい、
前記帯板１の側面と前記帯板２の側面とを突き合せて帯板に長さ方向に張力をかけて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせて、
前記側面が突き合わされた帯板１と帯板２が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板１と帯板２を幅方向に拘束した状態で、
前記突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入し、プロ
ーブに対し相対的に前記帯板１と前記帯板２を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌接
合する帯板の接合体の製造方法。
【請求項２】
帯板１と帯板２とを幅方向に突き合わせて、摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入させて帯板の接合体を製造する方法であって、
前記プローブが埋入される前記帯板１及び前記帯板２の裏側に回転ドラムをあてがい、
前記帯板１の側面と前記帯板２の側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後に
わたり前記回転ドラムの曲面に沿わせて、
前記側面が突き合わされた帯板１と帯板２が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板１と帯板２を幅方向に拘束した状態で、
前記突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入し、プローブに対し相対的に前記帯板１と前記帯板２を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌接合する帯板の接合体の製造方法。
【請求項３】
プローブの埋入により前記側面が突き合わされた帯板１と帯板２が幅方向に拡がらない
様に、前記突き合わされた帯板１と帯板２を、前記裏当てに付設された幅方向拘束具によ
り幅方向に拘束して摩擦攪拌接合することを特徴とする請求項１または２に記載の帯板の
接合体の製造方法。
【請求項４】
帯板の接合体３と、帯板４とを幅方向に突き合わせて、摩擦攪拌接合用のツールのプロ
ーブを埋入させて三条の帯板の接合体を製造する方法であって、
前記プローブが埋入される前記帯板の接合体３及び帯板４の裏側に凸状の曲面を有する
裏当てをあてがい、
前記帯板の接合体３の側面と前記帯板４の側面とを突き合せて前記プローブが埋入され
る前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせて、
前記側面が突き合わされた帯板３と帯板４が前記プローブの埋入により幅方向に拡がら
ない様に、前記突き合わされた帯板の接合体３と帯板４を幅方向に拘束した状態で、
前記突き合わされた帯板の接合体３と帯板４との突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪
拌接合用のツールのプローブを埋入し、プローブに対し相対的に前記帯板の接合体３と前
記帯板４を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌接合する三条の帯板の接合体の製造方
法。
【請求項５】
３以上の複数の帯板を各帯板の幅方向に突き合わせて、摩擦攪拌接合用のツールのプロ
ーブを埋入させて３以上の複数の帯板の接合体を一挙に製造する方法であって、
前記プローブが埋入される前記全帯板の裏側に凸状の曲面を有する裏当てをあてがい、
前記帯板同士を側面と側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記
裏当ての凸状の曲面に沿わせて、
前記側面が突き合わされた帯板の全体の幅が前記プローブの埋入により幅方向に拡がら
ない様に、前記突き合わされた帯板同士を幅方向に拘束した状態で、
前記帯板と帯板との各突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプロー
ブを埋入し、プローブに対し相対的に前記帯板を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌
接合する３以上の複数の帯板の接合体の製造方法。
【請求項６】
摩擦撹拌ツールの回転軸とプローブが帯板に埋入される帯板の接平面とのなす角度が鈍
角をなすことを特徴とする、請求項１乃至５に記載の帯板の接合体の製造方法。
【請求項７】
帯板を突き合わせて摩擦攪拌接合する接合装置であって、
巻き取られた帯板１を繰り出すアンコイラー１と、巻き取られた帯板２を繰り出すアン
コイラー２と、
前記繰り出された両帯板の側面同士を突合せ、前記突き合わせ部またはその近傍に摩擦
攪拌ツールのプローブを埋入させ回転により攪拌し接合する摩擦攪拌装置と、
前記ツールによる前記帯板に対する押圧を帯板の裏面から支えるための凸状の曲面を有
する裏当てと、
前記帯板１の側面と前記帯板２の側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後に
わたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせるための、帯板に帯板の長手方向に張力を付加す
る張力付加装置と、
前記側面が突き合わされた帯板１と帯板２が前記プローブの埋入により幅方向に拡がら
ない様に、前記突き合わされた帯板１と帯薄板２を幅方向に拘束する幅方向拘束具と、
前記摩擦攪拌ツールに対し相対的に突き合わせた帯板を帯板の長手方向に移動させる移
動装置と、
を有する帯板の摩擦攪拌接合装置。
【請求項８】
凸状の曲面を有する裏当てが回転ドラムである請求項７記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
【請求項９】
側面同士が突き合わされた帯板１と帯板２とがプローブの埋入により突き合わせた帯板
が幅方向に拡がらない様に、前記裏当てに幅方向拘束具が付設されている請求項７または
８に記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１０】
前記幅方向拘束具が、回転ドラムの回転軸に垂直な方向に立設された一のリブと、突き
合わせた帯板を挟んで回転ドラムの回転軸に垂直な方向に立設された他のリブと、前記突
き合わせた帯板がプローブの埋入により幅方向に拡がらない様に前記リブ間の距離を拘束
する拘束具にてなることを特徴とする請求項９記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１１】
アンコイラー１に巻き取られている帯板１の突き合わせされる側の側面のなす平面と、
アンコイラー２に巻き取られている帯板２の突き合わせされる側の側面のなす平面とが同
一の平面を形成し、かつアンコイラー１の回転軸及びアンコイラー２の回転軸が前記同一
の平面と垂直に交わることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の帯板の摩擦
攪拌接合装置。
【請求項１２】
前記裏当てよりも帯板の下流側に突き合せ接合された帯板を巻き取るリコイラー又はピ
ンチローラーを備え、前記リコイラー又は前記ピンチローラーには、帯板に張力を付与し
つつ帯板を下流方向に移動させる機構を備えていることを特徴とする、請求項７乃至１１
のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１３】
前記アンコイラーの帯板の繰り出し部分と前記帯板が前記裏当てと接する部分との間に
、前記繰り出された帯板が前記ツールの埋入部よりも前記アンコイラーの帯板の繰り出し
側に近い部分で裏当てに沿わせるための張力調整ローラーを有し、前記張力調整ローラー
は、前記帯板１、２に、前記裏当てに近づける方向に押圧力を付加して、前記回転ドラム
に前記帯板１、２を沿わせることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の帯板
の摩擦攪拌接合装置。  
【請求項１４】
前記摩擦攪拌接合装置は摩擦攪拌ツール、摩擦攪拌ツールを回転させる駆動機構、摩擦
攪拌ツールを回転軸方向に移動させる駆動機構、摩擦攪拌ツールを埋入させるために回転
軸方向に荷重を加える荷重機構を備えると共に、帯板の長手方向及び又は幅方向に摩擦攪
拌ツールの回転軸の位置を変更しうるように摩擦攪拌ツールの回転軸位置変更駆動機構を
有することを特徴とする請求項７乃至１３のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１５】
前記回転ドラムが回転軸の位置が帯板の長手方向に変更可能になるよう位置調整機構を
有していることを特徴とする請求項８乃至１４のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装
置。
【請求項１６】
前記ツール回転軸が前記回転ドラムの回転軸よりもアンコイラー寄りであることを特徴
とする請求項８乃至１５のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１７】
前記摩擦攪拌接合部及び又は前記裏当ては、摩擦攪拌接合時の温度を一定に保つための
温度調節機構を備えている請求項７乃至１６のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置
。
【請求項１８】
前記リコイラー又は前記ピンチローラーの下流側に、接合された帯板を打ち抜く打ち抜
き機構、切断する切断機項、切削する切削機構、研磨する研磨機構、圧延する圧延機構又
はプレスするプレス機構が付帯されている請求項１２に記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１９】
前記摩擦攪拌ツールの材質が、Ｎｉ基化合物合金にてなることを特徴とする請求項７乃
至１８のいずれかに記載の帯板の連続摩擦攪拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯板と帯板とを連続的に幅方向に突合わせ摩擦攪拌接合して長尺の接合帯板を製造する、帯板の接合体の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金板等の被接合材同士を接合するに際し、この被接合材の接合面を互いに突き合わせて形成される接合線の一端に、高速回転する棒状の攪拌工具（径の大きいショルダー部とその先端にプローブを有する硬い工具鋼等からなる）のプローブを強い力で押し当て挿入し、このツールを高速回転させながら接合線に沿って他端に移動させ、その時に発生する摩擦熱により接合面を可塑化して、ツールのショルダー部によって圧力を付加しながら被接合材の接合面同士を接合する接合方法は、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ：
Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ）と呼ばれ、広く知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
摩擦攪拌接合で接合される被接合材としては、主として、同種の材質同士間での接合であったが、例えば、アルミニウム材と異種金属材との接合のように、異質材料間の接合も開示されている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
近年ハイブリッドカー、電気自動車および燃料電池自動車が開発され実用化されている。
そのような自動車に用いられる電子受動部品の一つである低抵抗金属固定抵抗器は、回路を流れる電流を検出する機能を有する重要部品である。
【０００５】
車載用低抵抗金属固定抵抗器は低抵抗金属材料、例えばＣｕ−Ｍｎ−Ｎｉ合金やＮｉ−Ｃｒ合金板と電極材であるＣｕ板との異種接合材料間の接合により製造される。
【０００６】
このような電気抵抗体の量産製造法として、帯状の低抵抗金属材料の両側に、帯状の電極材を連続的に溶接し、次に横方向に切断することが提案されている（特許文献３）。溶接装置は高価なため、帯状の板すなわち帯板を幅方向に摩擦撹拌接合できればこのような用途にも好適に用いることができる。
【０００７】
ところで、摩擦攪拌により突き合わせ接合する場合において高い接合品質と変形歪のないことを確保することは難しい。突き合わせ接合品質の確保のために、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突き合せ接合する方法が開示されている（特許文献４）。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とされている。
しかしながら、この方法が適用できるのは、突き合せ接合される被加工材が強固な側面壁を有する型材である場合であり、その側面壁を、回転自在な案内ローラーで突き合せ方向に加圧するものである。このため被加工材が薄板形状の場合には、被加工材の側縁部がローラーから加圧力を受けることで変形する。
更に被加工材は厚い型材のためツールの裏当てとなるローラーに線状に接触しているだけで攪拌接合ができるが、被加工材が薄板形状の場合にはツールから大きな荷重を受けるため厚み方向にも変形する。
このため特許文献４に記載の方法を適用することは難しい。
【０００８】
特許文献５には被加工材を摩擦撹拌接合する際に接合部周辺が変形したり捻じれたり反ってしまうことを矯正するために、プローブにより接合された接合部を加圧して歪みを除去する矯正ローラを設けることが提案されている。しかしこの場合において突き合せ接合される被加工材は強固な側面壁を有する型材であって、その側面壁を、回転自在な案内ローラで突き合せ方向に加圧している。矯正されるのは、突き合せ部周辺の歪のみである。上記のように、この方法は、接合品質を上げるために、回転自在な案内ローラで突き合せ方向に加圧することを前提としたものである。このため被加工材が薄板形状の場合には、被加工材の側縁部が案内ローラから加圧力を受けることで変形する。
更に被加工材突き合わせ部は厚い型材のためツールの裏当てとなるローラーに線状に接触しているだけで攪拌接合ができるが、被加工材が薄板の場合にはツールから大きな荷重を受けるため厚み方向にも変形する。したがって薄板に特許文献５に記載の方法を適用することは難しい。
【０００９】
拘束に伴う接合ワークの側縁部の変形を防止し、優れた寸法精度を有する接合継手を得るために特許文献６には、接合ワークの接合予定部に摩擦撹拌接合工具のプローブを埋入するとともに、接合ワークの両側方に配置された少なくとも一対の拘束ローラーによって接合ワークを側方移動阻止状態に拘束した状態で、接合ワークを接合予定部が順次プローブを通過するように移動させることにより、接合予定部を摩擦撹拌接合する接合継手の製造方法において、接合ワークの両側縁部のうち少なくとも一方の側縁部に、拘束に伴う側縁部の変形を防止するプロテクターを装着して、接合ワークを拘束することを特徴とする接合継手の製造方法が開示されている。
しかし接合時における側縁部の湾曲を防ぐために上記プロテクターを使用するのは機構が複雑になり、接合製品をコイル状に巻き取ることが困難になるという問題がある。また、プロテクターの費用もかかるので、生産コスト上好ましくない。また、帯板と帯板とを接合した二条の接合体に対し他の帯板を幅方向に接合して、３条又はそれ以上の条数の接合体を製造することが困難であるという問題もある。
更に被加工材はツールの裏当てとなるローラーに線状に接触しているだけのため、被加工材が薄板形状の場合には、ツールから大きな荷重を受けるため厚み方向にも変形する。このため被加工材が薄板形状の場合に特許文献６に記載の方法を適用することは難しい。
【００１０】
このように、薄い帯板同士の幅方向の突き合せ摩擦撹拌接合に際して、接合品質が高く、接合時において帯板の変形が起こり難く、また、プロテクター等の補助部材を使用する必要がない製造方法、製造装置、特に異種長尺帯板を幅方向に接合した接合帯板を連続的に接合する製造方法および製造装置が要望されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表平７−５０５０９０号公報
【特許文献２】特開平１０−１３７９５２号公報
【特許文献３】特開平６−２２４０１４号公報
【特許文献４】特開平１１−１０３６６号公報
【特許文献５】特開平１１−２８５８２号公報
【特許文献６】特開２００４−２２３５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被加工材が板厚の薄い薄板であっても接合が難しくなく、接合品質が高く、接合に際して変形が起こり難く、プロテクターを使用する必要がない、幅方向に突合わせ摩擦攪拌接合して接合板を製造する接合体の製造方法及び製造装置を提供することであり、特に薄く長尺の板材である異種材料の帯板を連続的に幅方向に突合わせ摩擦攪拌接合して長尺の接合帯板を製造する帯板の接合体の製造方法及び製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、帯板１と帯板２とを幅方向に突き合わせて、摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入させて帯板の接合体を製造する方法であって、
前記プローブが埋入される前記帯板１及び前記帯板２の裏側に凸状の曲面を有する裏当てをあてがい、
前記帯板１の側面と前記帯板２の側面とを突き合せて帯板に長さ方向に張力をかけて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせて、
前記側面が突き合わされた帯板１と帯板２が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板１と帯板２を幅方向に拘束した状態で、
前記突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入し、プロ
ーブに対し相対的に前記帯板１と前記帯板２を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌接
合する帯板の接合体の製造方法である。
請求項1に記載の発明によれば、板厚の薄い帯板と帯板とを、接合が難しくなく簡易に
、接合品質高く、プロテクターを使用する必要がなく、接合に際して帯板の変形が起こり
難く、幅方向に突合わせ摩擦攪拌接合して接合帯板を製造することができる。また、長尺
の帯板同士であっても、更に異質材料の帯板同士であっても、突き合わせ摩擦攪拌接合し
て接合体を製造することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、帯板１と帯板２とを幅方向に突き合わせて、摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入させて帯板の接合体を製造する方法であって、
前記プローブが埋入される前記帯板１及び前記帯板２の裏側に回転ドラムをあてがい、
前記帯板１の側面と前記帯板２の側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後に
わたり前記回転ドラムの曲面に沿わせて、
前記側面が突き合わされた帯板１と帯板２が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板１と帯板２を幅方向に拘束した状態で、
前記突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入し、プローブに対し相対的に前記帯板１と前記帯板２を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌接合する帯板の接合体の製造方法である。
請求項２に記載の発明によれば、装置が簡単で安価なため、プロテクターを使用せずとも側縁部の変形なく、板厚の薄い、帯板と帯板とを摩擦攪拌接合ができ、変形の無い接合帯板が安価に製造できる。
請求項３記載の発明は、プローブの埋入により前記側面が突き合わされた帯板１と帯板
２が幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板１と帯板２を、前記裏当てに付設
された幅方向拘束具により幅方向に拘束して摩擦攪拌接合することを特徴とする請求項１
または２に記載の帯板の接合体の製造方法である。
請求項３に記載の発明によれば、装置が簡単で安価なため、プロテクターを使用せずと
も側縁部の変形なく、板厚の薄い、帯板と帯板とを摩擦攪拌接合ができ、幅方向拘束具と
の相対速度を抑えることができるので簡易な装置で安定した品質の変形の無い接合帯板が
安価に製造される。
【００１５】
請求項４記載の発明は、帯板の接合体３と、帯板４とを幅方向に突き合わせて、摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入させて三条の帯板の接合体を製造する方法であって、
前記プローブが埋入される前記帯板の接合体３及び帯板４の裏側に凸状の曲面を有する裏当てをあてがい、
前記帯板の接合体３の側面と前記帯板４の側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせて、
前記側面が突き合わされた帯板３と帯板４が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板の接合体３と帯板４を幅方向に拘束した状態で、
前記突き合わされた帯板の接合体３と帯板４との突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入し、プローブに対し相対的に前記帯板の接合体３と前記帯板４を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌接合する三条の帯板の接合体の製造方法である。
請求項４に記載の発明によれば、プロテクターを使用せずとも側縁部の変形なく、板厚の薄い、帯板と帯板とを摩擦攪拌接合ができ、接合帯板にさらに帯板を逐次接合できるので、三条以上の接合帯板が製造できる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、３以上の複数の帯板を各帯板の幅方向に突き合わせて、摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入させて３以上の複数の帯板の接合体を一挙に製造する方法であって、
前記プローブが埋入される前記全帯板の裏側に凸状の曲面を有する裏当てをあてがい、
前記帯板同士を側面と側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせて、
前記側面が突き合わされた帯板の全体の幅が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板同士を幅方向に拘束した状態で、
前記帯板と帯板との各突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入し、プローブに対し相対的に前記帯板を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌接合する３以上の複数の帯板の接合体の製造方法である。
請求項５に記載の発明によれば、プロテクターを使用せずとも側縁部の変形なく、板厚の薄い、帯板と帯板とを摩擦攪拌接合ができ、三条以上の接合帯板が、短い製造ラインで製造できる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、摩擦撹拌ツールの回転軸とプローブが帯板に埋入される帯板の接平面とのなす角度が鈍角をなすことを特徴とする、請求項１乃至５に記載の帯板の接合体の製造方法である。
請求項６に記載の発明によれば、薄い帯板と帯板とをプロテクターを使用せずとも側縁部の変形なく摩擦攪拌接合ができ、接合品質の安定した接合帯板が製造できる。
【００１８】
請求項７記載の発明は、帯板を突き合わせて摩擦攪拌接合する接合装置であって、
巻き取られた帯板１を繰り出すアンコイラー１と、巻き取られた帯板２を繰り出すアンコイラー２と、
前記繰り出された両帯板の側面同士を突合せ、前記突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌ツールのプローブを埋入させ回転により攪拌し接合する摩擦攪拌装置と、
前記ツールによる前記帯板に対する押圧を帯板の裏面から支えるための凸状の曲面を有する裏当てと、
前記帯板１の側面と前記帯板２の側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせるための、帯板に帯板の長手方向に張力を付加する張力付加装置と、
前記側面が突き合わされた帯板１と帯板２が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板１と帯薄板２を幅方向に拘束する幅方向拘束具と、
前記摩擦攪拌ツールに対し相対的に突き合わせた帯板を帯板の長手方向に移動させる移動装置と、
を有する帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項７に記載の発明によれば、板厚の薄い帯板と帯板とを、接合が難しくなく簡易に、接合品質高く、プロテクターを使用する必要がなく、接合に際して帯板の変形が起こり難く、幅方向に突合わせ摩擦攪拌接合して接合帯板を製造することができる摩擦撹拌接合装置が提供される。また、長尺の帯板同士であっても、更に異質材料の帯板同士であっても、突き合わせ摩擦攪拌接合して接合体を製造することができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
【００１９】
請求項８記載の発明は、凸状の曲面を有する裏当てが回転ドラムである請求項７記載の帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項８に記載の発明によれば、裏当て装置が簡単で安価なため、プロテクターを使用せずとも側縁部の変形なく、板厚の薄い、帯板と帯板とを摩擦攪拌接合でき、安定した品質の変形の無い接合帯板が安価に製造できる摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項９記載の発明は、側面同士が突き合わされた帯板１と帯板２とがプローブの埋入により突き合わせた帯板が幅方向に拡がらない様に、前記裏当てに幅方向拘束具が付設されている請求項７または８に記載の帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項９に記載の発明によれば、更に、幅方向拘束具との相対速度を抑えることができるので幅方向の拡大を拘束することが簡単で安価なため、プロテクターを使用せずとも側縁部の変形なく、板厚の薄い帯板と帯板とを摩擦攪拌接合でき、簡易な装置で安定した品質の変形の無い接合帯板が安価に製造できる摩擦撹拌接合装置が提供される。
【００２０】
請求項１０記載の発明は、前記幅方向拘束具が、回転ドラムの回転軸に垂直な方向に立設された一のリブと、突き合わせた帯板を挟んで回転ドラムの回転軸に垂直な方向に立設された他のリブと、前記突き合わせた帯板がプローブの埋入により幅方向に拡がらない様に前記リブ間の距離を拘束する拘束具にてなることを特徴とする請求項９記載の帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項１０に記載の発明によれば、更に、幅方向の拡大を回転ドラムに立設されたリブで拘束できるので側縁部の変形がなく、簡易、安価に安定した品質の変形の無い接合帯板が安価に製造できる摩擦撹拌接合装置が提供される。
【００２１】
請求項１１記載の発明は、アンコイラー１に巻き取られている帯板１の突き合わせされる側の側面のなす平面と、アンコイラー２に巻き取られている帯板２の突き合わせされる側の側面のなす平面とが同一の平面を形成し、かつアンコイラー１の回転軸及びアンコイラー２の回転軸が前記同一の平面と垂直に交わることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項１１に記載の発明によれば、更に、歪みや捻じれがない接合帯板が製造できる摩擦撹拌接合装置が提供される。
【００２２】
請求項１２記載の発明は、前記裏当てよりも帯板の下流側に突き合せ接合された帯板を巻き取るリコイラー又はピンチローラーを備え、前記リコイラー又は前記ピンチローラーには、帯板に張力を付与しつつ帯板を下流方向に移動させる機構を備えていることを特徴とする、請求項７乃至１１のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項１２に記載の発明によれば、更に、帯板を摩擦撹拌ツールに対し確実に帯板の長さ方向に移動させることができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
【００２３】
請求項１３記載の発明は、前記アンコイラーの帯板の繰り出し部分と前記帯板が前記裏当てと接する部分との間に、前記繰り出された帯板が前記ツールの埋入部よりも前記アンコイラーの帯板の繰り出し側に近い部分で裏当てに沿わせるための張力調整ローラーを有し、前記張力調整ローラーは、前記帯板１、２に、前記裏当てに近づける方向に押圧力を付加して、前記回転ドラムに前記帯板１、２を沿わせることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項１３に記載の発明によれば、更に、前記回転ドラムに前記帯板をより確実に沿わせることができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
【００２４】
請求項１４記載の発明は、前記摩擦攪拌接合装置は摩擦攪拌ツール、摩擦攪拌ツールを回転させる駆動機構、摩擦攪拌ツールを回転軸方向に移動させる駆動機構、摩擦攪拌ツールを埋入させるために回転軸方向に荷重を加える荷重機構を備えると共に、帯板の長手方向及び又は幅方向に摩擦攪拌ツールの回転軸の位置を変更しうるように摩擦攪拌ツールの回転軸位置変更駆動機構を有することを特徴とする請求項７乃至１３のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項１４に記載の発明によれば、更に、摩擦攪拌装置の摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を帯板及び裏当てに対して変更できるので、安定した接合品質を得ることができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
【００２５】
請求項１５記載の発明は、前記回転ドラムが回転軸の位置が帯板の長手方向に変更可能になるよう位置調整機構を有していることを特徴とする請求項８乃至１４のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項１５に記載の発明によれば、更に、裏当て用回転ドラムの回転軸の位置を変更できるので、接合条件を調整し、安定した接合品質を得ることができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項１６記載の発明は、前記ツール回転軸が前記回転ドラムの回転軸よりもアンコイラー寄りであることを特徴とする請求項８乃至１５のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項１６に記載の発明によれば、更に、より安定した接合品質を得ることができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項１７記載の発明は、前記摩擦攪拌接合部及び又は前記裏当ては、摩擦攪拌接合時の温度を一定に保つための温度調節機構を備えている請求項７乃至１６のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項１７に記載の発明によれば、季節変動、長時間運転に対しても安定した接合品質を得ることができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
【００２６】
請求項１８記載の発明は、前記リコイラー又は前記ピンチローラーの下流側に、接合された帯板を打ち抜く打ち抜き機構、切断する切断機構、切削する切削機構、研磨する研磨機構、圧延する圧延機構又はプレスするプレス機構が付帯されている請求項１２に記載の帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項１８に記載の発明によれば、打ち抜き機構、切断機項、切削機構、研磨機構、圧延機構、又はプレス機構が付設されているのでライン中で前記各種加工が行える摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項１９記載の発明は、前記摩擦攪拌ツールの材質が、Ｎｉ基化合物合金にてなることを特徴とする請求項７乃至１８のいずれかに記載の帯板の連続摩擦攪拌接合装置である。
請求項１９に記載の発明によれば、更に、摩擦攪拌ツールの材質が、Ｎｉ基化合物合金にてなるため、長尺の接合が、摩擦攪拌ツール交換の頻度が少なく連続してできる摩擦撹拌接合装置が提供される。
【発明の効果】
【００２７】
請求項1に記載の発明によれば、板厚の薄い帯板と帯板とを、接合が難しくなく簡易に、接合品質高く、プロテクターを使用する必要がなく、接合に際して帯板の変形が起こり難く、幅方向に突合わせ摩擦攪拌接合して接合帯板を製造することができる。また、長尺の帯板同士であっても、更に異質材料の帯板同士であっても、突き合わせ摩擦攪拌接合して接合体を製造することができる。
【００２８】
請求項７に記載の発明によれば、板厚の薄い帯板と帯板とを、接合が難しくなく簡易に、接合品質高く、プロテクターを使用する必要がなく、接合に際して帯板の変形が起こり難く、幅方向に突合わせ摩擦攪拌接合して接合帯板を製造することができる摩擦撹拌接合装置が提供される。また、長尺の帯板同士であっても、更に異質材料の帯板同士であっても、突き合わせ摩擦攪拌接合して接合体を製造することができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】連続摩擦攪拌接合装置２００の模式的な正面図。
【図２】連続摩擦攪拌接合装置２００の模式的な平面図。
【図３】この連続摩擦攪拌接合装置２００を用いて、長尺の帯板１と長尺の帯板２を接合することによって長尺の接合体３を製造する様子を模式的に示す斜視図である。ただし、図３では、アンコイラー４に巻き取られた帯板１の突き合わせされる側の側面のなす平面と、アンコイラー５に巻き取られた帯板２の突き合わせされる側の側面のなす平面が共に同一の平面Ｆを形成しているため、便宜上、この平面Ｆよりも奥（斜視した場合の平面の背後）にあるものを破線で示している。
【図４】回転ドラム７１の一例の要部を模式的に示す平面図であり、図４（ａ）は、接合のための帯板が存在しない状態、図４（ｂ）は接合作業中の状態である。
【図５】摩擦撹拌ツールの回転軸と裏当てに沿わされた帯板の接平面とのなす角度を示す図である。
【図６】摩擦攪拌ツールの摩擦撹拌ツール本体６１１のプローブ６１２が突合わせ面Ｐに埋入される様子を説明するための図であり、図４（ｂ）のＶ−Ｖ線断面の端面図をやや拡大した拡大端面図で示した、回転ドラム本体７１２上に突合わせ面Ｐが沿わされたものに、摩擦攪拌ツールの摩擦撹拌ツール本体６１１のプローブ６１２が突合わせ面Ｐに埋入される様子を示した説明図である。なお、上記の端面図においては、ボルト７３１の描画はしていない。
【図７】連続摩擦攪拌接合装置３００の模式的な正面図。
【図８】連続摩擦攪拌接合装置３００の模式的な平面図。
【図９】連続摩擦攪拌接合装置４００を用いて、接合作業を行っているところを示す模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、この発明を図１〜３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、この発明に係る連続摩擦攪拌接合装置を用い、帯板を幅方向に接合することにより、長尺の接合体を製造しようとするものである。
【００３１】
本発明における帯板とは、後述する凸状の曲面を有する裏当ての曲面に沿わせることのできる程度の可撓性を有し、回転する摩擦撹拌ツールが埋入されることにより軟化し接合できる材質にてなる一定の厚みを有しかつ一定の幅を有する長尺材をいう。
材質としては摩擦攪拌接合でき、可撓性を有すれば限られないが、金属又は合金及びそれらを母材とする複合材料が好ましく、鉄、鉄系合金、アルミ、アルミ合金、銅、銅合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金、鉄−ニッケル系合金、マンガン合金、Ｃｕ−Ｍｎ系合金、Ｎｉ−Ｃｕ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ系合金、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系合金、Ｐｔ−Ｐｄ−Ａｇ系合金、Ｐｄ−Ｐｔ系合金、Ａｕ−Ａｇ系合金、Ａｕ−Ｐｔ−Ａｇ系合金、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系合金が例示される。
【００３２】
厚みは特に限定されないが、１０μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは３０μｍ〜３ｍｍである。幅は特に限定されないが、数ｍｍ〜１ｍ、好ましくは１０ｍｍ〜５０ｍｍである。
表面と裏面が平行であることが好ましく、断面形状は特に限られないが平行四辺形、台形等が好ましく、長方形がより好ましい。
また接合する帯板の板厚は同じである必要は必ずしもないが、厚み比は１．５倍以下であることが好ましい。
長さは後述する凸状の曲面を有する裏当ての曲面に張力をかけて沿わせることができる長さ以上あればよく、３０ｃｍ〜５００ｍ、好ましくは、１ｍ〜３００ｍ、より好ましくは５ｍ〜２００ｍである。
【００３３】
接合する帯板の材質は同じものであってもよいが、異質な材料間の接合が接合製品の機能上好ましく、例えば銅の帯板とＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系合金の帯板との組み合わせにてなる２条接合あるいは銅の帯板とＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系合金の帯板と銅の帯板との３条接合等に好適に用いることができる。
【００３４】
図１は、この連続摩擦攪拌接合装置２００の模式的な正面図、図２はその平面図である。図３は、この連続摩擦攪拌接合装置２００を用いて、長尺の帯板１と長尺の帯板２を接合することによって長尺の接合体３を製造する様子を模式的に示す斜視図である。ただし、図３では、アンコイラー４に巻き取られた帯板１の突き合わせされる側の側面のなす平面と、アンコイラー５に巻き取られた帯板２の突き合わせされる側の側面のなす平面が共に同一の平面Ｆを形成しているため、便宜上、この平面Ｆよりも奥（斜視した場合の平面の背後）にあるものを破線で示している。
尚、以下のいずれの図においても、帯板１、帯板２及び接合体３は装置を構成するものではなく、装置の使用状態を説明するために描いたものである。
【００３５】
連続摩擦攪拌接合装置２００は、巻き取られた一の金属製の帯板１を繰り出すアンコイラー４と、巻き取られた他の金属製の帯板２を繰り出す他のアンコイラー５と、前記繰り出された両帯板の側面同士を突合せ、摩擦攪拌ツール６１を埋入して摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置６と、前記ツール６１による前記帯板に対する押圧を帯板の裏面から支えるための裏当て７と、帯板の側面同士が突合せ摩擦攪拌接合された接合帯板である接合体３を巻き取るリコイラー８と、張力調整ローラー９及び張力調整ローラー１０を備えている。
アンコイラー４に巻き取られた帯板１の突き合わせされる側の側面のなす平面と、アンコイラー５に巻き取られた帯板２の突き合わせされる側の側面のなす平面は同一の平面Ｆを形成し、両アンコイラーの回転軸４１，５１とリコイラーの回転軸８１及び張力調整ローラー９の回転軸９３と張力調整ローラー１０の回転軸１０３は共に平面Ｆと垂直に交わっている。尚、前記ツール６１の回転軸６２は、接合が突き合わせ面上にある場合、すなわちツールオフセットが０の場合には、ツールの回転軸６２も前記平面Ｆ上にある。
【００３６】
上記アンコイラー４は、モータ部４２と回転軸４１からなり、回転軸４１には帯板１が巻かれており、回転軸４１の回転により帯板１が繰り出されるようにされている。上記アンコイラー５は、モータ部５２と回転軸５１からなり、回転軸５１には帯板２が巻かれており、回転軸５１の回転により帯板２が繰り出されるようにされている。
【００３７】
アンコイラーは繰り出しに抵抗の無いものを用いてもよいが、その場合には別途張力を与える機構が必要で、例えばロールとロールで帯板を挟みロールが駆動回転するピンチロールのようなものを組み合わせて用いてもよい。
アンコイラーから帯板を繰り出すことに対する調整された抵抗力を有すれば、帯板に対し一定の張力を与えることができ、上記ピンチロールは不要となるため、上記アンコイラー４及び５には、帯板１及び２に張力を付与する張力付加装置機構を備えていることが好ましい。このような張力を付与する機構としては、例えば、モータの電磁力や、ブレーキによる摩擦などのトルクを発生、制御する機構が挙げられる。本実施の形態におけるアンコイラー４及び５には帯板１及び２に張力を付与する張力付加装置機構が備わっている。  
【００３８】
上記摩擦攪拌接合装置６は、摩擦攪拌ツール６１を有しており、この摩擦攪拌ツール６１（具体的には、後述の摩擦撹拌ツール本体６１１のプローブ６１２）を、両帯板の側面同士を突合せた突合せ面に埋入して摩擦攪拌接合する。
【００３９】
摩擦攪拌接合に用いる摩擦攪拌ツール６１は、摩擦攪拌接合するための回転と押し当て力を付与するための摩擦撹拌ツール本体６１１の先端に円柱状の回転子の端面、ショルダー面と称される、を有し、更にショルダー面に突設されたプローブ６１２を有している。本発明において、ショルダー面の形状は限定されず、平面、回転対称な凸な曲面、逆に回転対称な凹面又は渦巻き状の凹凸が形成された面等が用いられるが、回転軸に垂直な平面が好ましい。ショルダー面の外周の形状も特に限定されないが円形が好ましく用いられる。本実施の形態においてショルダー面は摩擦撹拌ツールの回転軸に垂直な平面状であり、外周は円形である。
【００４０】
摩擦撹拌接合により、帯板１と帯板２の側面同士を接合するには、帯板１と帯板２の側面同士を突き合わせ、突き合わせ部又はその近傍に帯板表面から回転する上記摩擦攪拌ツール６１のプローブ６１２を埋入して、ショルダー面下及びプローブが埋入された部分を可塑化させることにより行う。
【００４１】
本発明において、プローブの形状も限定されない。通常円柱状、円錐台状、半球状等のものが用いられるが、撹拌効率を上げるためねじ状、断面多角形状、切削刃をプローブの回転軸に対し垂直に突出形成させたもの等が用いられてもよい。本実施の形態においてプローブは回転軸を中心とする円柱状である。
【００４２】
摩擦撹拌ツールの材質は限定されないが、高温での連続加工に耐えるものが好ましく、接合対象となる抵抗合金や導電率の高い金属導体と化学的に親和して溶解したり反応したりしない材質のものが好ましい。このため例えばＮｉ基合金等が好ましい。
【００４３】
中でも原子パーセントで、Ｎｉが７１．５％、Ａｌが２％から９％、Ｖが１０％から１７％の範囲であるＮｉ基２重複相金属間化合物合金が好ましい。
更に、Ｎｉを主成分とし且つＡｌ：２〜９原子％，Ｖ：１０〜１７原子％，（Ｔａ及び／又はＷ）：０．５〜８原子％，Ｎｂ：０〜６原子％，Ｃｏ：０〜６原子％，Ｃｒ：０〜６原子％を含む合計１００原子％の組成の合計重量に対してＢ：１０〜１０００重量ｐｐｍを含むＮｉ基金属間化合物合金又は、更にＲｅを含む合金が好ましい。本実施の形態ではＮｉ基金属間化合物合金を用いている。
【００４４】
突き合わせ接合するためのプローブを埋入させるための摩擦攪拌ツールの回転軸の位置は帯板と帯板との突き合わせ部または、僅かにいずれかの帯板に偏っていてもよい。偏っている場合、突き合わせ面からの回転軸との距離をツールオフセット量というが、ツールオフセット量はプローブの半径以下であることが好ましい。
【００４５】
ところで一般に摩擦撹拌接合では、プローブの回転方向と接合方向とが一致している側を「ＡＤ側、ＡＳ側、前進側又はアドバンシングサイド（ a ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ   ｓ ｉ ｄ ｅ ）」と呼び、一方、このアドバンシングサイドとは反対の側を「ＲＴ側、ＲＳ側、後退側又はリトリーティングサイド（ ｒ ｅ ｔｒｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ   ｓ ｉ ｄ ｅ ）」と呼ぶ。
【００４６】
例えば、抵抗合金よりなる帯板と導電性金属よりなる帯板の側面同士を接合するには、導電性金属よりなる帯板をアドバンシングサイド（ＡＤ側又はＡＳ側）に配して突き合わせ摩擦攪拌接合することが好ましい。
特に前記抵抗合金がＣｕ８６％、 Ｍｎ１２％、Ｎｉ２％からなる合金であり、前記導電率の高い金属導体がＣｕ（銅）である場合は銅の帯板をアドバンシングサイド（ＡＤ側又はＡＳ側）に配して突き合わせ摩擦攪拌接合することが好ましい。
【００４７】
又  この場合摩擦撹拌ツールの回転軸の中心は導電性金属よりなる帯板上又は突き合わせ面上であることが好ましい。摩擦撹拌ツールの回転軸の中心が抵抗合金よりなる薄板状体上にある場合は接合品質の良好なものが得られない場合があるからである。
【００４８】
次に裏当てにつき説明する。摩擦撹拌ツールから帯板に対して、摩擦攪拌するための帯板の表面から裏面に向けて強い荷重がかかる。したがって摩擦撹拌ツールの裏側には裏当てがあてがわれる。本願発明が対象とする薄い被加工材である帯板の加工においては荷重を支え変形を防ぐためには摩擦撹拌ツールの直裏のみでは足らず広い面積で帯板を支えることが必要である。
【００４９】
本願発明の裏当てには凸状の曲面を有する裏当てが用いられる。帯板の裏面を裏当てに沿わせて摩擦攪拌接合する。したがって凸状の曲面とは帯板の裏面に対し帯板の長さ方向に凸状に反った曲面であって、曲率が小さい即ち曲率半径が大きくゆるやかな曲面であることが好ましい。
【００５０】
曲率半径の大きさは帯板が張力で曲面に沿わされることができれば限られないが、硬く厚い金属帯板を接合するには１０ｃｍ以上が好ましい。曲率半径の上限は限られないが、装置の製造コスト上、製造ラインのレイアウト上、数ｍ以下が好ましく、３０ｃｍ以上１ｍ以下がより好ましい。
【００５１】
裏当ての凸状の曲面における帯板の幅方向成分は直線であり、長さ方向に帯板に対して凸の曲面（幅方向が直線であり、長さ方向の断面が円、楕円、放物線、双曲線等の一部またはその組み合わせをなすような場合（二次曲面））になっていることが好ましい。ただし、凸状の曲面の一部に滑らかに接する平面が含まれていても、始点と終点が少なくとも上記曲面を有しており全体として凸状の曲面を形成したものであってもよい。
【００５２】
凸状の曲面の帯板の幅方向に相当する成分が直線のため、凸状の曲面の各部分において曲率中心が定まる。円筒状の面の場合、曲率中心は中心軸である。
【００５３】
このような裏当てはたとえば細い径のローラーを密に並べローラーの外周面の包絡線が前記縦方向の断面が円、楕円、放物線、双曲線等の一部をなすようなものであってもよいが、構造が複雑になり、やはり帯板とは線接触にとどまり面接触しないため、回転ドラムや、無限軌道をなすベルト等のように連続した面で荷重を支えることが好ましく、帯板の接する面が円筒の側面をなす曲面のものすなわち回転ドラムが製造も運転も容易なため好ましい。
【００５４】
帯板の裏面は裏当てに沿わされる。沿うとは裏当てと帯板が線あるいはごくわずかな面積で接するのではなく、摩擦撹拌ツールが埋入される近傍で、帯板が裏当てと面接触している状態をいう。摩擦撹拌ツールによる荷重による帯板の厚み方向の変形を防ぐためである。
裏当てに沿わせる前後で帯板に長さ方向に張力をかけて沿わせることが、帯板が裏当ての凸状面に均一に密着するため好ましい。沿わせるために板の表面からローラー等で押しつけることを併用してもよい。
摩擦撹拌ツールの埋入される箇所の前後にわたって帯板の長さ方向に数ｍｍ〜数ｍ、好ましくは１０ｃｍ〜１ｍ、より好ましくは、２０ｃｍ〜５０ｃｍ、帯板が裏当てに面接触していることが好ましい。面接触することにより、摩擦撹拌ツールからの荷重が分散され厚み方向の変形が有効に抑止されるからである。
更に面接触した状態では、裏当てに沿わされた帯板の側面を、摩擦撹拌ツール埋入による幅方向への拡大を阻止するため、帯板側面を幅方向に拘束する必要がある。有効に阻止できなければやはり変形を生じるからである。この場合帯板側面を点状に拘束すると応力が集中して帯板の側縁が変形しやすくなるが、少なくとも沿わされた側面全体を拘束することにより、側面の変形を有効に防ぐことができるという効果も有する。
【００５５】
裏当て面に沿わされた帯板と、帯板が沿わされている裏当ての表面部分とは速度差がないように等速で摩擦撹拌ツールに対し相対的に移動することが好ましい。速度差があれば帯板と裏当て面との間で摩擦が生じ、裏当てまたは接合製品に減耗または、傷付きが発生するおそれがあるからである。したがって、裏当てはその帯板に接する表面が帯板と等速で移動するように駆動されるか、もしくは、摩擦撹拌ツールから強い荷重及び帯板を裏当てに沿わせるための張力がかかっているので、裏当て面に沿わされた帯板と、帯板が沿わされている裏当ての表面部分とが等速になるように、帯板が沿わされた裏当て面が自由に抵抗なく摩擦攪拌ツールに対し移動するものが好ましい。特に、裏当てが回転するものであれば、回転自在にして低負荷で回転するようにして帯板と同速の周速になるように連れまわりできるものが、回転させるための駆動系や微妙な速度制御が不要になるため好ましい。
【００５６】
前記裏当ては、摩擦攪拌接合時の温度を一定に保つための温度調節機構を備えていることが好ましい。季節変動、長時間運転に対しても安定した接合品質を得ることができるからである。
【００５７】
次に、幅方向に拘束する方法及び装置につき説明する。
帯板１の側面と帯板２の側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせて、前記側面が突き合わされた帯板１と帯板２が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板１と帯板２を幅方向に拘束した状態で、前記突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入して接合する。
【００５８】
拘束しなければ、摩擦撹拌接合用のツールのプローブが埋入されることにより幅方向に拡大しようとし、接合品が変形してしまうからである。
幅方向の拘束は、プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わされた帯板に対して行う。
幅方向に拘束する方法については限られず、例えば帯板の表面から、帯板の長さ方向に平行な回転軸を有する複数の回転する弾性圧力ローラーにより拡がるのを防ぐこともできる。
【００５９】
また、裏当てとは別に、裏当てに沿わされた帯板の側面を帯板の側面に添った幅方向拘束具にて拘束又は押圧して拡張を防いでもよい。ただ、帯板の移動に対し幅方向拘束具が固定したものであると、幅方向拘束具と帯板の側面との間で摩擦が生じるため、これを避けるためには幅方向拘束具も帯板乃至接合された帯板と等速で移動可能なものが好ましく、例えば裏当てが回転ドラムの場合には、幅方向拘束具も、回転ドラムの回転軸と同じ回転軸を有する、内径が回転ドラムと略同径の回転ドラムの円筒の底面に相当する面に隣接する輪体であって、輪体の側面が帯板の側面に接し押圧または拘束するようになっているものであってもよい。
【００６０】
中でも、裏当てに幅方向に拘束する幅方向拘束具が備わっているのが、装置が簡単で確実に拘束できかつ同速であれば摩擦もないのでより好ましい。
裏当ての凸状の面に、突き合わせた帯板の幅に略等しい幅で、深さが略帯板の厚さの溝を設け、溝中を突き合わせた帯板が溝中で凸状の面に沿わされた状態でツールを埋入させてもよいし、裏当ての凸状の面に両側に突き合わせた帯板の幅の間隔をあけた略帯板の厚さまたはそれ以上の厚さの帯体を設け、帯体間で突き合わせた帯板が溝中で凸状の面に沿わされた状態でツールを埋入させてもよい。
【００６１】
裏当てに幅方向に拘束する幅方向拘束具としては幅方向に拡大するのに対抗する押圧力を与える機構を有するものであってもよい。
例えば、突き合わせた帯板が回転ドラムに沿わされた部分の片側面を幅方向に固定し、突きあわされた帯板の反対方向の側面から押圧する機構等が挙げられる。押圧する手段は限定されないが、例えば、ばね材を介して締め付け力を得る方法などが挙げられる。
【００６２】
本実施の形態の裏当て７は、帯板の幅方向の拡大を防ぐ幅方向拘束具を備えた回転可能な円筒形をした回転ドラム７１であり、前記回転ドラム７１の曲面状をしている側面部分に、前記帯板１，２及び接合された帯板である接合体３が沿わされ、前記回転ドラム７１が前記帯板１，２及び接合された帯板である接合体３と連れ回りされるようになっているものである。温度調節は温度調整用のヒーター又はチラー、あるいは、一定温度の熱媒体を通過させることにより行うことができる。本実施の形態ではヒーターとチラーの組み合わせにより温度調節している。
【００６３】
前記回転ドラム７１は、その回転軸７１１の位置が帯板１，２の長さ方向に変更可能になるように位置調整機構を有していることが好ましい。本実施の形態では回転ドラムの回転軸が沿わされる帯板の長さ方向に前後に移動可能なようにスライドできその位置が固定可能なようにされている。この回転ドラムについては、後に、詳しく述べる。
【００６４】
帯板の側面同士が突合せ摩擦攪拌接合された接合帯板である接合体３を巻き取るリコイラー８は、モータ部８２と回転軸８１と巻き取り駆動部と、張力調整機構とからなり、回転軸８１の回転により接合体３が巻きとられるようにされている。
リコイラーにおいても、巻き取り張力調整機構を有しているものが好ましいため、モータの電磁力や、ブレーキによる摩擦などのトルクを発生、制御する機構の調整機構が付設されている。別途張力を与える機構、例えばロールとロールで接合された帯板を挟みロールが回転することにより接合された帯板に張力を与えつつ接合された帯板の長さ方向に送るピンチローラーのようなものでもよいが、長尺の場合、後に巻き取る必要が生じるので、調整された巻き取り張力を有するリコイラーを用いることが簡易で好ましい、
このため、本実施の形態のリコイラー８は巻き取り力を有しその巻き取り力が調整可能にされている。リコイラー８の調整された巻き取り力により、帯板を裏当てに沿わせる一定の張力を付加することができ、かつアンコイラーと同調することにより、一定の張力を与えた状態で帯板を摩擦撹拌ツールに対し移動させることができる。
【００６５】
前記リコイラーの下流側若しくはリコイラーの代わりにあるいはリコイラーとの間に、帯板を移動させるための駆動機構としてピンチローラーを設け、その下流側に、接合された帯板を打ち抜く打ち抜き機構、切断する切断機構、切削する切削機構、研磨する研磨機構、圧延する圧延機構又はプレスするプレス機構を設け、接合された帯板を、打ち抜き、切断、切削、研磨、圧延またはプレス等することもできる。このような接合体のライン内二次加工においては、二次加工工程をライン速度に同期させておくことが好ましい。
【００６６】
連続摩擦攪拌接合装置２００において、アンコイラー４に巻き取られた帯板１の突き合わせされる側の側面のなす平面と、アンコイラー５に巻き取られた帯板２の突き合わせされる側の側面のなす平面は同一の平面Ｆを形成し、両アンコイラーの回転軸４１，５１とリコイラーの回転軸８１及び張力調整ローラー９の回転軸９３と張力調整ローラー１０の回転軸１０３は共に平面Ｆと垂直に交わっている。
【００６７】
上記の平面Ｆを説明するために、図３の斜視図において、便宜上、この平面Ｆよりも奥（斜視した場合の平面の背後）にあるものを破線で示している。また、この平面Ｆよりも手前にあるものは実線で示した。尚、前記ツール６１の回転軸６２は、接合が突き合わせ面上にある場合、すなわちツールオフセットが０の場合には、前記ツールの回転軸６２も前記平面Ｆ上にある。図３はツールオフセットが０の場合を示している。図３では、一の金属製帯板１の側面と、前記側面と突合せされる他の金属製の帯板２の側面が突き合わされた突合せ面Ｐを含む平面も上記の平面Ｆ上にある。
【００６８】
本発明の連続摩擦攪拌接合装置２００は、好ましくは、前記アンコイラー４，５の帯板の繰り出し部分４３、５３と、前記帯板が前記回転ドラム７１と接する部分との間に、更に裏当てに沿わせるための裏当て方向に押しつける成分を有する張力を付加できるように張力調整ローラー９を有し、前記張力調整ローラー９の外周面９１の最低部９２は、前記両部分を結ぶ平面（すなわち、アンコイラーの帯板の繰り出し部分と前記帯板が前記回転ドラムと接する部分を結ぶ平面のこと。アンコイラーの帯板の繰り出し部分は、アンコイラーの外周面に沿って１本の直線で表され、帯板が前記回転ドラムと接する部分も回転ドラムの外周面（回転ドラムの曲面状をしている側面部のこと）に沿って１本の直線で表されるが、この２つの直線を結ぶ平面のこと）よりも下方に位置されており、前記張力調整ローラー９の下面に前記帯板１，２を沿わせてから、前記回転ドラム７１に前記帯板１，２を沿わせるようにされている。すなわち、前記張力調整ローラー９は、前記帯板１、２に、前記裏当てに近づける方向に押圧力を付加して、前記回転ドラムに前記帯板１、２を沿わせる。
【００６９】
なお、張力調整ローラー９の回転軸９３は、摩擦攪拌ツール６１の回転軸６２を有する平面に対し、垂直に交っている。
【００７０】
前記張力調整ローラー９の回転軸９３の位置は、前記両部分を結ぶ平面（すなわち、アンコイラーの帯板の繰り出し部分と前記帯板が前記回転ドラムと接する部分を結ぶ平面）からの距離が可変なようにされていることが好ましい。張力調整ローラー９は帯板と連れまわりしていてもよいし、摩擦撹拌ツールに対する帯板の移動力を補助するため回転駆動されていてもよい。
【００７１】
本発明の連続摩擦攪拌接合装置２００は、好ましくは、前記リコイラー８の接合体３の巻き取り部分８３と前記接合体３が前記回転ドラム７１と接する部分との間に、更に、接合された帯板が回転ドラムに沿うように張力を調整するための張力調整ローラー１０を有し、前記張力調整ローラー１０の外周面１０１の最低部１０２は、前記両部分を結ぶ平面（すなわち、リコイラー８の接合体３の巻き取り部分８３と前記接合体３が前記回転ドラム７１と接する部分を結ぶ平面のこと。リコイラー８の接合体３の巻き取り部分８３は、リコイラー８の外周面に沿って１本の直線で表され、接合体３が前記回転ドラム７１と接する部分も回転ドラムの外周面（回転ドラムの曲面状をしている側面部のこと）に沿って１本の直線で表されるが、この２つの直線を結ぶ平面のこと）よりも下方に位置されており、前記張力調整ローラー１０の下面に前記接合体３を沿わせてから、前記リコイラー８に前記接合体３を巻き取らせるようにされている。
【００７２】
なお、張力調整ローラー１０の回転軸１０３は、摩擦攪拌ツール６１の回転軸６２を有する平面に対し、垂直に交っている。本実施の形態では帯板の移動と同周速で回転するように駆動されている。
【００７３】
前記張力調整ローラー１０の回転軸１０３の位置は、前記両部分を結ぶ平面（すなわち、リコイラー８の接合体３の巻き取り部分８３と前記接合体３が前記回転ドラム７１と接する部分を結ぶ平面）からの距離が可変なようにされていることが好ましい。
【００７４】
図４は、本実施形態の回転ドラム７１の要部を模式的に示す平面図であり、図４（ａ）は、接合のための帯板が存在しない状態、図４（ｂ）は接合作業中の状態である。以下、図４を参照しつつ説明する。回転ドラム７１は円筒体からなる回転ドラム本体７１２と回転軸７１１とドラム軸受け７１３とからなり、ドラム軸受け７１３がドラム軸受け台７１４（図１、２に記載）の上に載っている。
【００７５】
この回転ドラム７１は、前記回転ドラム７１の曲面状をしている側面部分７１５に、前記帯板１，２及び接合された帯板である接合体３が沿わされ、前記回転ドラム７１が前記帯板１，２及び接合された帯板である接合体３と連れ回りされるようになっている。
回転ドラムの回転軸の位置は帯板の長さ方向に対し、前後に移動可能にされている。後述するが、プローブの埋入される位置を裏当てに対し調整できるため好ましいからである。
【００７６】
本発明の連続摩擦攪拌接合装置２００においては、回転ドラム本体７１２の曲面状をしている側面部分７１５に沿わされた一の帯板１の一の側面１１と他の帯板２の一の側面２１とが突合わされた状態で、幅方向の拡大を防ぐため、少なくとも一の帯板１の他の側面１２又は他の帯板２の他の側面２２のいずれかまたは両方から前記突合わせ部に向かう方向に押圧力を与える機構を有することが好ましい。押圧力を与える機構としては、突き合わせた帯板が回転ドラムに沿わされた部分の片側面を幅方向に固定し、突きあわされた帯板の反対方向の側面から押圧する機構等が挙げられ、押圧する手法としては、ばね材を介して締め付け力を得る方法などが挙げられる。
【００７７】
図４に示した回転ドラム７１においては、回転ドラム本体７１２の曲面状をしている側面部分７１５の端部７１６に前記一の帯板２の他の側面２２に接するリブ７２０が立設されており、前記他の帯板１の他の側面１２に接し押圧するための押圧手段が前記回転ドラムに付設されている。前記押圧手段としては、バネ７３０を有し、回転ドラム本体７１２の内部を貫通しているボルト７３１のナット７３２を締めることにより、押し付け板７４０をバネ７３０が押し付け、それにより上記押し付け板７４０の回転ドラム本体７１２側に隣接された可動性のリブ７５０が回転ドラム本体７１２側に押し付けられ、回転ドラム本体７１２上に存在する帯板の側面に接し帯板を押圧するものである。上記のバネ７３０を有し、回転ドラム本体７１２の内部を貫通しているボルト７３１は、複数個設けられており、それにより上記押し付け板７４０が可動性のリブ７５０をバランスよく押圧できるようにされている。
【００７８】
尚、幅方向に拘束する幅方向拘束具として、回転ドラム本体７１２の曲面状をしている側面部分７１５に、接合する帯板と帯板を合わせた幅と略同幅の溝が設けられていてその溝中に帯板と帯板が側面が突き合わせ状態で導かれるものであっても良い。溝の側壁にて、幅方向の拡大が抑止されるからである。
【００７９】
図４（ｂ）は、この回転ドラム７１の接合作業中の状態である。接合される帯板は矢印で示した方向に進行する。まず、一の帯板１の一の側面１１と他の帯板２の一の側面２１とが突合わされた状態で、回転ドラム本体７１２の曲面状をしている側面部分７１５に帯板が沿わされる。一の帯板１の他の側面１２側に前記押圧手段によって押圧された可動性のリブ７５０が当接し、他の帯板２の他の側面２２にはリブ７２０が当接しているので、帯板１の一の側面１１と他の帯板２の一の側面２１とが突合わされた面は、強固に密着する。この状態で回転ドラム７１の頂点近傍で突合わされた面に、摩擦攪拌ツール６１の摩擦撹拌ツール本体６１１のプローブ６１２が埋入されても、幅方向に拡大することが抑止されかつ張力により回転ドラムに沿わされているため変形せずに摩擦攪拌接合される。接合された後の接合体３は、矢印方向に進行して最終的にはリコイラーに巻き取られる。
【００８０】
本発明の連続摩擦攪拌接合装置において、摩擦撹拌ツールの回転軸と、プローブが帯板に埋入される帯板の接平面との、帯板の未接合側からの、なす角度が鈍角であることが好ましい。図５に基づき説明する。
図５（ａ）は凸状の曲面を有する裏当て７に帯板１と帯板２が側面が互いの側面を突き合わされて、裏当て７に対し両側斜め下方から張力により曲面に沿わされていて、そこに摩擦撹拌ツール本体６１１のプローブ（摩擦撹拌ツール本体６１１の先端にあり、帯板突き合わせ部に埋入されているため図ではプローブは見えない）が挿入されている状態の斜視図である。プローブが挿しこまれている部分における裏当て７に沿わされた帯板の表面には、裏当て７は幅方向成分が直線のため、プローブが挿しこまれている部分に接する接平面Ｈがあり、その接平面Ｈと摩擦撹拌ツール本体６１１の回転軸６２とのなす角θが鈍角であることを示すものである。なお、簡潔にするため、幅方向の拡大を拘束するための幅方向拘束具は図では省略している。
【００８１】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の側面図である。帯板が凸状の曲面を有する裏当て７に沿わされた状態で、接平面Ｈと摩擦撹拌ツールの回転軸６２のなす、裏当て７に帯板が供給される側（供給側がわかりやすいように図中、帯板の移動方向を矢印で示した）から摩擦撹拌ツール本体６１１に向かってゆく側における、角θが鈍角であることを表している。
図５では強調するためにθを過大にして示しているが、θは９０°＜θ＜１３０°が好ましく、９１°＜θ＜１１０°、より好ましくは、９２°＜θ＜９５°である。
本発明では突き合わせ接合するため、裏当てに帯板を沿わせる際に片方の帯板が他の帯板に乗り上げるという不具合が発生することがある。摩擦撹拌ツールを挿入すると、乗り上げを抑制する効果がある。この場合摩擦撹拌ツールの回転軸が帯板表面と垂直の場合には、ショルダーの前面が材料に挿入され過ぎるため、材料がえぐれてしまい乗り上げ抑制効果が小さい。この場合には乗り上げ防止のための機構を設けることが好ましい。一方摩擦撹拌ツールの回転軸と接平面のなす角度θを鈍角にすれば、乗り上げを効果的に抑止でき、乗り上げ防止のための機構がなくても乗り上げ無し接合できるからである。
【００８２】
このため、摩擦撹拌ツールの回転軸が沿直又は製造ラインの床面に対し垂直である場合には、摩擦撹拌ツールのプローブを帯板に埋入する帯板の長さ方向の位置が、前記凸状の面のプローブが埋入される曲面部分の曲率中心を有する軸よりも前（帯板が裏当てに対し供給される側）であることが好ましい。
よって、例えば凸状の曲面が円筒の側面状である回転ドラムの場合には、円筒側面の曲率中心はドラムの回転軸に一致するが、摩擦撹拌ツールのプローブを帯板に埋入する帯板の長さ方向の位置は、回転ドラムの中心よりも帯板の供給される側（アンコイラー側）に偏していることが好ましい。
本実施例では摩擦攪拌ツール６１の摩擦撹拌ツール本体６１１の回転軸６２は、回転軸６２が沿直方向であるため、回転ドラム７１の回転軸７１１よりもアンコイラー寄りに設置されている。
【００８３】
図６は、摩擦攪拌ツールの摩擦撹拌ツール本体６１１のプローブ６１２が突合わせ面Ｐに埋入される様子を説明するための図であり、図４（ｂ）のＶ−Ｖ線断面の端面図をやや拡大した拡大端面図で示した、回転ドラム本体７１２上に突合わせ面Ｐが沿わされたものに、摩擦攪拌ツールの摩擦撹拌ツール本体６１１のプローブ６１２が突合わせ面Ｐに埋入される様子を示した説明図である。なお、上記の端面図においては、ボルト７３１の描画はしていない。
【００８４】
本発明において、図６（ａ）のように、摩擦攪拌ツールの摩擦撹拌ツール本体６１１の回転軸６２が、回転ドラム本体７１２の回転軸７１１の中心Ｏから回転ドラムの頂点Ｔに向けて垂直に伸ばした直線Ｒ上にあってもよい（すなわち、摩擦攪拌ツールの摩擦撹拌ツール本体６１１の回転軸６２の延長線が回転ドラム７１の回転軸７１１と交わる）。しかしながら、図６（ｂ）に示すように、摩擦攪拌ツールの摩擦撹拌ツール本体６１１の回転軸６２が、回転ドラム本体７１２の回転軸７１１の中心Ｏから回転ドラムの頂点Ｔに向けて垂直に伸ばした直線Ｒよりも、Ｓだけアンコイラー寄りになるように回転ドラムの軸の位置を調整し設定している。
【００８５】
摩擦攪拌ツールの摩擦撹拌ツール本体６１１の回転軸６２が、Ｓだけアンコイラー寄りにあると、帯板の表面Ｐ（突合せ面）と摩擦攪拌ツール本体６１１のショルダー６１３面との間に隙間６３が形成され易いので、摩擦撹拌ツールのショルダー面に対し帯板の接する角度が斜めになるため、接合品質が良く安定した接合ができるからである。
このため摩擦撹拌ツール回転軸と裏当てとの帯板の長さ方向の距離はこのため相対的に可変にされていることが好ましく、摩擦攪拌接合装置と、裏当てのいずれかまたはいずれもが移動可能にされていることが好ましい。
【００８６】
本発明の連続摩擦攪拌接合装置においては、摩擦攪拌ツール、摩擦撹拌ツールを回転させる駆動機構、摩擦撹拌ツールを回転軸方向に移動させる駆動機構、摩擦撹拌ツールを埋入させるために回転軸方向に荷重を加える荷重機構を備えると共に、帯板の長手方向及び又は幅方向に摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を変更しうるように摩擦撹拌ツールの回転軸位置変更駆動機構を有することが好ましい。ここで摩擦撹拌ツールを回転軸方向に移動させる駆動機構とは、装置の運転始動時においては摩擦撹拌ツールの先端にあるプローブを帯板から離しておき、摩擦撹拌ツールが一定の回転数に達した時点で摩擦撹拌ツールを帯板方向に移動させてプローブを埋入させるためのものである。
【００８７】
帯板の長さ方向に前後に摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を調整変更するのは、接合用材料により、摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を、裏当ての曲面に対し相対的に移動し、摩擦撹拌ツールの回転軸と埋入される位置における帯板表面の接平面とのなす角（θ）を調節し、好適な接合品質がえられるように調整できるからである。
【００８８】
帯板の幅方向に前後に摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を調整変更するのは、接合用材料の幅と材質の組み合わせにより、摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を、突き合わせ部又は材質の組み合わせにより適宜なオフセット量を調節することができるので、好適な接合品質が得られるからである。
【００８９】
次に、上記の連続摩擦攪拌接合装置２００を用いて、帯板１と帯板２を接合することによって接合体３を製造する方法を説明する。
【００９０】
アンコイラー４から帯板１を繰り出し、アンコイラー５から帯板２を繰り出し、前記繰り出された両帯板の側面同士を突合せ、突き合わせた両帯板を張力調整ローラー９の外周面９１の下面に沿わせた後、図４に示した回転ドラム７１の回転ドラム本体７１２の曲面状をしている側面部分７１５の上に沿わせ、さらに、張力調整ローラー１０の外周面１０１の下面に沿わせた後、リコイラー８に巻き取らせるようにさせる。
【００９１】
回転ドラムの回転軸の位置を、摩擦撹拌ツール回転軸と帯板の接平面とのなす角度が適当な値の鈍角になるように前後に微調整し固定する。
回転ドラムの温度を定温に維持できるよう、ヒーター及びチラーを運転する。
【００９２】
次に、回転ドラム本体７１２の内部を貫通しているボルト７３１のナット７３２を締めることにより、押し付け板７４０をバネ７３０が押し付け、それにより上記押し付け板７４０に隣接された可動性のリブ７５０が回転ドラム本体７１２側に押し付けられ、回転ドラム本体７１２上に存在する突合せされた帯板の突合せ面とは反対側の一側面を押圧する。回転ドラム本体７１２上に存在する突合せされた帯板の突合せ面とは反対側の他の側面にはリブ７２０が存在するので、回転ドラム本体７１２上に存在する突合せされた帯板は、リブ７２０とリブ７５０に挟まれて突合せ面が強固に密着される。
【００９３】
この状態で、張力調整ローラー９と張力調整ローラー１０の位置（高さ）を調節して、突き合わせた両帯板に十分な張力がかかるようにする。
【００９４】
摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を、帯板の突き合わせ部に対する位置を突き合わせ部上または適当なオフセット量になるように帯板の幅方向に微調整し固定する。
【００９５】
次に、摩擦攪拌接合装置６の摩擦攪拌ツール６１を回転させる。摩擦撹拌ツール６１が一定の回転数に達した時点で摩擦撹拌ツール６１を帯板方向に移動させて、プローブ６１２を帯板の突き合わせ部又はその近傍に埋入させ、プローブが埋入された部分及びショルダー６１３面下を可塑化させる。摩擦攪拌接合に必要な可塑化がされたところで、モータ部８２と回転軸８１と巻き取り張力調整機構とからなるリコイラー８のモータ部８２を動かし、回転軸８１を回転させ、帯板を移動させ、突合わされた帯板をリコイラー８に巻き取る。また、上記のリコイラー８のモータ部８２の作動と同時に、アンコイラー４のモータ４２、及び、アンコイラー５のモータ５２も作動させ、帯板を繰り出すようにする。リコイラー８に２つの帯板が接合された接合体３が巻き取られるようになる。
【００９６】
上記のようにして、接合体を連続して接合品質よく、変形による歪がなく、良好に製造することができたが、具体的な製造条件などは、以下の通りであった。
帯板１：材質は銅系のＣ１０２０。横幅は３７ｍｍ。長さは１００ｍ。厚さは２．０ｍｍ。
帯板２：材質は、マンガニン。横幅は１０ｍｍ。長さは１００ｍ。厚さは２．０ｍｍ。
回転ドラムの直径は、５００ｍｍ。回転ドラムに接触した帯板の長さは、約５００ｍｍ。
張力は、１ｋｇ重／ｍｍ２。
帯板の移動速度は、１００ｍｍ／ｍｉｎ。
摩擦撹拌ツール材質は、Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金。
摩擦撹拌ツール本体６１１の回転軸６２とプローブが帯板に埋入される帯板の接平面とのなす角度θは９４°。
直線Ｒと摩擦撹拌ツール本体６１１の回転軸６２までの距離Ｓは１７ｍｍ。
摩擦撹拌ツールの回転速度は、８００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍ。
摩擦撹拌ツールの荷重は、約５００ｋｇ重。
回転ドラム温度は５０℃。
【００９７】
以下、この発明の第２の実施形態を図７、図８を参照して説明する。この実施形態は、この発明に係る連続摩擦攪拌接合装置３００を用い、３条の長尺の帯板を接合することによって長尺の接合体を製造するものである。その際に、先ず２条の帯板の接合体を作製し、次いで、それに第３の帯板を接合するものである。
【００９８】
図７は、この連続摩擦攪拌接合装置３００の模式的な正面図、図８はその平面図である。いずれの図においても、帯板１、帯板２、帯板２Ａ、接合体３及び接合体３Ａは装置を構成するものではなく、装置の使用状態を説明するために描いたものである。
【００９９】
連続摩擦攪拌接合装置３００は、巻き取られた一の金属製の帯板１を繰り出すアンコイラー４と、巻き取られた他の金属製の帯板２を繰り出す他のアンコイラー５と、前記繰り出された両帯板の側面同士を突合せ、摩擦攪拌ツール６１を埋入して摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置６と、前記ツール６１による前記帯板に対する押圧を帯板の裏面から支えるための裏当て７と、帯板の側面同士が突合せ摩擦攪拌接合された接合帯板である接合体３と、巻き取られた一の金属製の帯板２Ａを繰り出すアンコイラー５Ａと、前記接合体３と、前記引き出された帯板２Ａの側面同士を突合せ、摩擦攪拌ツール６１Ａを埋入して摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置６Ａと、前記ツール６１Ａによる前記帯板に対する押圧を帯板の裏面から支えるための裏当て７Ａと、接合体３と帯板２Ａの側面同士が突合せ摩擦攪拌接合された被接合帯板である接合体３Ａを巻き取るリコイラー８Ａと、張力調整ローラー９と張力調整ローラー１０と張力調整ローラー９Ａと張力調整ローラー１０Ａとを備えている。
【０１００】
上記連続摩擦攪拌接合装置３００のうち、「巻き取られた一の金属製の帯板１を繰り出すアンコイラー４と、巻き取られた他の金属製の帯板２を繰り出す他のアンコイラー５と、前記繰り出された両帯板の側面同士を突合せ、摩擦攪拌ツール６１を埋入して摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置６と、前記ツール６１による前記帯板に対する押圧を帯板の裏面から支えるための裏当て７と、帯板の側面同士が突合せ摩擦攪拌接合された接合帯板である接合体３」までは、連続摩擦攪拌接合装置２００と同様である。したがって、連続摩擦攪拌接合装置２００と同じ機能を有するものに同じ符号を付すことによりその説明は省略する。
連続摩擦攪拌接合装置３００は、アンコイラー４に巻き取られた帯板１の突き合わせされる側の側面のなす平面と、アンコイラー５に巻き取られた帯板２の突き合わせされる側の側面のなす平面は同一の平面を形成し、両アンコイラーの回転軸４１，５１とリコイラーの回転軸８１Ａと張力調整ローラー９の回転軸と張力調整ローラー１０の回転軸と張力調整ローラー９Ａの回転軸９３Ａと張力調整ローラー１０Ａの回転軸１０３Ａは共に前記の同一の平面と垂直に交わっている。尚、前記ツール６１の回転軸６２は、接合が突き合わせ面上にある場合、すなわちツールオフセットが０の場合には、ツールの回転軸６２も前記同一の平面上にある。
【０１０１】
連続摩擦攪拌接合装置３００においては、帯板１と帯板２の側面同士が突合せ摩擦攪拌接合によって接合された接合体３の下流に、巻き取られた一の金属製の帯板２Ａを繰り出すアンコイラー５Ａが設けられ、前記接合体３と、前記繰り出された帯板２Ａの側面同士を突合せ、摩擦攪拌ツール６１Ａを埋入して摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置６Ａと、前記ツール６１Ａによる前記帯板に対する押圧を帯板の裏面から支えるための裏当て７Ａと、接合体３と帯板２Ａの側面同士が突合せ摩擦攪拌接合された接合帯板である接合体３Ａを巻き取るリコイラー８Ａとが設けられている。
【０１０２】
連続摩擦攪拌接合装置３００では、接合体３の突き合わせされる側の側面は、アンコイラー５Ａに巻き取られた帯板２Ａの突き合わせされる側の側面のなす平面上にあり、この平面に、アンコイラー５Ａの回転軸５１Ａとリコイラー８Ａの回転軸８１Ａと張力調整ローラー９Ａの回転軸９３Ａと張力調整ローラー１０Ａの回転軸１０３Ａが垂直に交わっている。尚、前記ツール６１Ａの回転軸６２Ａは、接合が突き合わせ面上にある場合、すなわちツールオフセットが０の場合には、前記ツールの回転軸６２Ａも前記平面上にあり、この前記平面上に、接合体３の側面と、前記側面と突合せされる金属製の帯板２Ａの側面の突合せ面Ｐ１を含む平面がある。
【０１０３】
上記アンコイラー５Ａは、モータ部５２Ａと回転軸５１Ａからなり、回転軸５１Ａには帯板２Ａが巻かれており、回転軸５１Ａの回転により帯板２Ａが繰り出されるようにされている。
【０１０４】
上記アンコイラー５Ａには、巻き戻しに対する調整された抵抗力を示すことにより、帯板２Ａに一定の張力を付与する機構を備えていることが好ましい。このような一定の張力を付与する機構としては、例えば、モータの電磁力や、ブレーキによる摩擦などのトルクを発生、制御する機構が挙げられる。このため本実施形態のアンコイラー５Ａは巻き戻しに対する調整された抵抗力を示すことにより、帯板２Ａに張力を付与する機構を備えている。
【０１０５】
上記摩擦攪拌接合装置６Ａは、摩擦攪拌ツール６１Ａを有しており、この摩擦攪拌ツール６１Ａの摩擦撹拌ツール本体６１１Ａのプローブ６１２Ａを、接合体３の側面と帯板２Ａの側面同士を突合せた突合せ面Ｐ１に埋入して摩擦攪拌接合する。
【０１０６】
摩擦攪拌接合に用いる摩擦攪拌ツール６１Ａは、前述の摩擦攪拌ツール６１と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１０７】
前記ツール６１Ａによる前記帯板に対する押圧を帯板の裏面から支えるための裏当て７Ａとしては、その形状は、平板状、曲面を有するものなどがあり、好ましい裏当て７Ａとしては、回転可能な円筒形をした回転ドラム７１Ａであり、前記回転ドラム７１Ａの曲面状をしている側面部分に、接合体３、帯板２Ａ及び接合された帯板である接合体３Ａが沿わされ、前記回転ドラム７１Ａが接合体３、帯板２Ａ及び接合された帯板である接合体３Ａと連れ回りされるようになっているものである。
【０１０８】
前記回転ドラム７１Ａは、その回転軸７１１Ａの位置が接合体３、帯板２Ａの長手方向に変更可能になるように位置調整機構を有していることが好ましい。本実施の形態では回転ドラムの回転軸が沿わされる帯板の長さ方向に前後に移動可能なようにスライドできその位置が固定可能なようにされている。回転ドラム７１Ａは回転ドラム７１と同様であるので詳細な説明は省略する。また、本実施の形態でも、ヒーターとチラーの組み合わせにより温度調節している。
【０１０９】
帯板の側面同士が突合せ摩擦攪拌接合された接合帯板である接合体３Ａを巻き取るリコイラー８Ａは、モータ部８２Ａと回転軸８１Ａと巻き取り駆動部と、張力調整機構とからなり、回転軸８１Ａの回転により接合体３Ａが巻きとられるようにされている。リコイラー８Ａにおいても、巻き取り張力調整機構を有しているものが好ましいため、モータの電磁力や、ブレーキによる摩擦などのトルクを発生、制御する機構の調整機構が付設されている。
リコイラー８Ａの調整された巻き取り力により、帯板および接合された帯板を裏当てに沿わせるための一定の張力を付加することができ、かつ各アンコイラーと同調することにより、一定の張力を与えた状態で摩擦撹拌ツールに対し移動させることができる。
【０１１０】
前記リコイラーの下流側若しくはリコイラーの代わりにあるいはリコイラーとの間に、帯板を移動させるための駆動機構としてピンチローラーを設け、その下流側に、接合された帯板を打ち抜く打ち抜き機構、切断する切断機構、切削する切削機構、研磨する研磨機構、圧延する圧延機構又はプレスするプレス機構を設け、接合された帯板を、打ち抜き、切断、切削、研磨、圧延またはプレス等することもできる。このような接合体のライン内二次加工においては、二次加工工程をライン速度に同期させておくことが好ましい。
【０１１１】
本発明の連続摩擦攪拌接合装置３００は、好ましくは、前記アンコイラー５Ａの帯板２Ａの繰り出し部分５３Ａと、前記帯板２Ａが前記回転ドラム７１Ａと接する部分との間に張力調整ローラー９Ａを有し、前記張力調整ローラー９Ａの外周面９１Ａの最低部９２Ａは、前記両部分を結ぶ平面（すなわち、アンコイラーの帯板の繰り出し部分と前記帯板が前記回転ドラムと接する部分を結ぶ平面のこと。アンコイラーの帯板の繰り出し部分は、アンコイラーの外周面に沿って１本の直線で表され、帯板が前記回転ドラムと接する部分も回転ドラムの外周面（回転ドラムの曲面状をしている側面部のこと）に沿って１本の直線で表されるが、この２つの直線を結ぶ平面のこと）よりも下方に位置されており、前記張力調整ローラー９Ａの下面に前記接合体３，帯板２Ａを沿わせてから、前記回転ドラム７１Ａに前記接合体３，帯板２Ａを沿わせるようにされている。すなわち、前記張力調整ローラー９Ａは、前記接合体３，帯板２Ａに、前記裏当てに近づける方向に押圧力を付加して、前記回転ドラムに前記接合体３，帯板２Ａを沿わせる。
【０１１２】
なお、張力調整ローラー９Ａの回転軸９３Ａは、摩擦攪拌ツール６１Ａの回転軸６２Ａを有する平面に対し、垂直に交っている。
【０１１３】
前記張力調整ローラー９Ａの回転軸９３Ａの位置は、前記両部分を結ぶ平面（すなわち、アンコイラーの帯板の繰り出し部分と前記帯板が前記回転ドラムと接する部分を結ぶ平面）からの距離が可変なようにされていることが好ましい。張力調整ローラー９Ａは帯板と連れまわりしていてもよいし、摩擦撹拌ツールに対する帯板の移動力を補助するため回転駆動されていてもよい。
【０１１４】
本発明の連続摩擦攪拌接合装置３００は、前記リコイラー８Ａの接合体３Ａの巻き取り部分８３Ａと前記接合体３Ａが前記回転ドラム７１Ａと接する部分との間に、好ましくは、更に、接合された帯板が回転ドラムに沿うように張力を調整するための張力調整ローラー１０Ａを有し、前記張力調整ローラー１０Ａの外周面１０１Ａの最低部１０２Ａは、前記両部分を結ぶ平面（すなわち、リコイラー８Ａの接合体３Ａの巻き取り部分８３Ａと前記接合体３Ａが前記回転ドラム７１Ａと接する部分を結ぶ平面のこと。リコイラー８Ａの接合体３Ａの巻き取り部分８３Ａは、リコイラー８Ａの外周面に沿って１本の直線で表され、接合体３Ａが前記回転ドラム７１Ａと接する部分も回転ドラムの外周面（回転ドラムの曲面状をしている側面部のこと）に沿って１本の直線で表されるが、この２つの直線を結ぶ平面のこと）よりも下方に位置されており、前記張力調整ローラー１０Ａの下面に前記接合体３Ａを沿わせてから、前記リコイラー８Ａに前記接合体３Ａを巻き取らせるようにされている。
【０１１５】
なお、張力調整ローラー１０Ａの回転軸１０３Ａは、摩擦攪拌ツール６１Ａの回転軸６２Ａを有する平面に対し、垂直に交っている。本実施の形態では帯板の移動と同速で回転するように駆動されている。
【０１１６】
前記張力調整ローラー１０Ａの回転軸１０３Ａの位置は、前記両部分を結ぶ平面（すなわち、リコイラー８Ａの接合体３Ａの巻き取り部分８３Ａと前記接合体３Ａが前記回転ドラム７１Ａと接する部分を結ぶ平面）からの距離が可変なようにされていることが好ましい。
【０１１７】
本発明の連続摩擦攪拌接合装置３００においても、連続摩擦攪拌接合装置２００と同様に回転ドラム本体の曲面状をしている側面部分に沿わされた接合体３の一の側面と帯板２Ａの一の側面とが突合わされた状態で、幅方向の拡大を防ぐため、少なくとも接合体の他の側面又は帯板２Ａの他の側面のいずれかまたは両方から前記突合わせ部に向かう方向に押圧力を与える機構を有することが好ましい。押圧力を与える機構としては、連続摩擦攪拌接合装置２００と同様に、突き合わせた帯板が回転ドラムに沿わされた部分の片側面を幅方向に固定し、突きあわされた帯板の反対方向の側面から押圧する機構等が挙げられ、
押圧する手法としては、ばね材を介して締め付け力を得る方法などが挙げられる。本実施の形態では図４に示したものと同様の機構が使用された。
【０１１８】
本発明の連続摩擦攪拌接合装置３００において、摩擦攪拌ツール６１Ａの摩擦撹拌ツール本体６１１Ａの回転軸６２Ａと回転ドラム７１Ａの回転軸７１１Ａとの位置関係は、連続摩擦攪拌接合装置２００における、図６に示した摩擦攪拌ツール６１の摩擦撹拌ツール本体６１１の回転軸６２と回転ドラム７１の回転軸７１１との位置関係と同様であり、本実施の形態では、摩擦攪拌ツール６１Ａ及び回転ドラム７１Ａとして、連続摩擦攪拌接合装置２００における、摩擦攪拌ツール６１及び回転ドラム７１と同様のものが使用された。
【０１１９】
本発明の連続摩擦攪拌接合装置３００においては、摩擦攪拌ツール、摩擦撹拌ツールを回転させる駆動機構、摩擦撹拌ツールを回転軸方向に移動させる駆動機構、摩擦撹拌ツールを埋入させるために回転軸方向に荷重を加える荷重機構を備えると共に、帯板の長手方向及び又は幅方向に摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を変更しうるように摩擦撹拌ツールの回転軸位置変更駆動機構を有することが好ましい。ここで摩擦撹拌ツールを回転軸方向に移動させる駆動機構とは、装置の運転始動時においては摩擦撹拌ツールの先端にあるプローブを帯板から離しておき、摩擦撹拌ツールが一定の回転数に達した時点で摩擦撹拌ツールを帯板方向に移動させてプローブを埋入させるためのものである。
【０１２０】
帯板の長さ方向に前後にツールの回転軸の位置を調整変更するのは、接合用材料により、摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を、裏当ての曲面に対し相対的に移動し、摩擦撹拌ツールの回転軸と埋入される位置における帯板表面の接平面とのなす角（θ）を調節し、好適な接合品質がえられるように調整できるからである。
【０１２１】
帯板の幅方向に前後に摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を調整変更するのは、接合用材料の幅と材質の組み合わせにより、摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を、突き合わせ部又は材質の組み合わせにより適宜なオフセット量を調節することができるので、好適な接合品質が得られるからである。
【０１２２】
次に、上記の連続摩擦攪拌接合装置３００を用いて、先ず２条の帯板の接合体を作製し、次いで、それに第３の帯板を接合することによって、３条の長尺の接合体を製造する方法を説明する。尚前記実施の形態と重複する部分の一部は省略している。
【０１２３】
アンコイラー４から帯板１を繰り出し、アンコイラー５から帯板２を繰り出し、アンコイラー５Ａから帯板２Ａを繰り出し、前記繰り出された帯板１と帯板２の側面同士を突合せ、突き合わせた両帯板を張力調整ローラー９の外周面９１の下面に沿わせた後、図４に示した回転ドラム７１の回転ドラム本体７１２の曲面状をしている側面部分７１５の上に沿わせ、さらに、張力調整ローラー１０の外周面１０１の下面に沿わせた後、アンコイラー５Ａから繰り出された帯板２Ａと側面同士を突合せ、突き合わせた３つの帯板を張力調整ローラー９Ａの外周面９１Ａの下面に沿わせる。次いで、この３つの帯板が突き合された帯板を回転ドラム７１Ａの回転ドラム本体の曲面状をしている側面部分の上に沿わせ、次いで、張力調整ローラー１０Ａの外周面１０１Ａの下面に沿わせた後、リコイラー８Ａに巻き取らせるようにさせる。
【０１２４】
回転ドラム７１及び回転ドラム７１Ａの回転軸の位置を、摩擦撹拌ツール回転軸と帯板の接平面とのなす角度が適当な値の鈍角になるように前後に微調整し固定する。
回転ドラム７１及び回転ドラム７１Ａの温度を設定する。
【０１２５】
次に、回転ドラム本体７１２の内部を貫通しているボルト７３１のナット７３２を締めることにより、押し付け板７４０をバネ７３０が押し付け、それにより上記押し付け板７４０に隣接された可動性のリブ７５０が回転ドラム本体７１２側に押し付けられ、回転ドラム本体７１２上に存在する突合せされた帯板の突合せ面とは反対側の一側面を押圧する。回転ドラム本体７１２上に存在する突合せされた帯板の突合せ面とは反対側の他の側面にはリブ７２０が存在するので、回転ドラム本体７１２上に存在する突合せされた帯板は、リブ７２０とリブ７５０に挟まれて突合せ面が強固に密着される。
【０１２６】
また、回転ドラム７Ａにおいても、回転ドラム７の場合と同様にして、回転ドラム本体上に存在する突合せされた３つの帯板の突合せ面が強固に密着される。
【０１２７】
この状態で、張力調整ローラー９、張力調整ローラー１０、張力調整ローラー９Ａ及び、張力調整ローラー１０Ａの位置（高さ）を調節して、突き合わせた３つの帯板に十分な張力がかかるようにする。
【０１２８】
摩擦撹拌ツール６１及び摩擦撹拌ツール６１Ａの回転軸の位置を、帯板の突き合わせ部に対する位置を突き合わせ部上または適当なオフセット量になるように帯板の幅方向に微調整し固定する。
【０１２９】
次に、摩擦攪拌接合装置６の摩擦攪拌ツール６１を回転させる。摩擦撹拌ツール６１が一定の回転数に達した時点で摩擦撹拌ツール６１を帯板方向に移動させて、プローブを帯板の突き合わせ部又はその近傍に埋入させ、プローブが埋入された部分及びショルダー面下を可塑化させる。
同時に、摩擦攪拌接合装置６Ａの摩擦攪拌ツール６１Ａを回転させる。摩擦撹拌ツール６１Ａが一定の回転数に達した時点で摩擦撹拌ツール６１Ａを帯板方向に移動させて、プローブを帯板の突き合わせ部又はその近傍に埋入させ、プローブが埋入された部分及びショルダー面下を可塑化させる。
【０１３０】
摩擦攪拌接合装置６及び摩擦攪拌接合装置６Ａで、摩擦攪拌接合に必要な可塑化がされたところで、モータ部８２Ａと回転軸８１Ａと巻き取り張力調整機構とからなるリコイラー８Ａのモータ部８２Ａを動かし、回転軸８１Ａを回転させ、突合わされた帯板をリコイラー８Ａに巻き取る。また、上記のリコイラー８Ａのモータ部８２Ａの作動と同時に、アンコイラー４のモータ４２、アンコイラー５のモータ５２及びアンコイラー５Ａのモータ５２Ａも作動させ、帯板を繰り出すようにする。摩擦攪拌接合装置６により帯板１と帯板２との接合体３が得られ、その接合体３に帯板２Ａが接合された接合体３Ａがリコイラー８Ａに巻き取られるようになる。
【０１３１】
上記のようにして、３つの帯板の接合体を連続して接合品質よく、変形による歪がなく、良好に製造することができたが、具体的な製造条件などは、以下の通りであった。
帯板１：材質は銅系のＣ１０２０。横幅は３７ｍｍ。長さは１００ｍ。厚さは２．０ｍｍ。
帯板２：材質はマンガニン。横幅は１０ｍｍ。長さは１００ｍ。厚さは２．０ｍｍ。
帯板２Ａ：材質は銅系のＣ１０２０。横幅は３７ｍｍ。長さは１００ｍ。厚さは２．０ｍｍ。
回転ドラム７１及び回転ドラム７１Ａの直径は、５００ｍｍ。回転ドラム７１及び回転ドラム７１Ａに接触した帯板の長さは、約５００ｍｍ。
張力は、１ｋｇ重／ｍｍ２。
帯板の移動速度は、１００ｍｍ／ｍｉｎ。
摩擦攪拌ツール６１及び６１Ａの材質は、Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金。
摩擦撹拌ツール６１の回転軸６２とプローブが帯板に埋入される帯板の接平面とのなす角度θは９４°。
直線Ｒと摩擦撹拌ツール６１の回転軸６２までの距離Ｓは１７ｍｍ。
摩擦撹拌ツール本体６１１Ａの回転軸６２Ａとプローブが帯板に埋入される帯板の接平面とのなす角度θは９４°。
直線Ｒと摩擦撹拌ツール本体６１１Ａの回転軸６２Ａまでの距離Ｓは１７ｍｍ。
摩擦撹拌ツール６１及び６１Ａの回転速度は、８００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍ。
摩擦撹拌ツール６１及び６１Ａの荷重は、約５００ｋｇ重。
回転ドラム７１及び回転ドラム７１Ａの温度は５０℃。
【０１３２】
以下、この発明の第３の実施形態を図９を参照して説明する。この実施形態は、この発明に係る連続摩擦攪拌接合装置４００を用い、３条の長尺の帯板を接合することによって長尺の接合体を製造しようとするものである。その際に、３条の帯板を用いて２か所の接合を同時に行って、接合体を作製するものである。
【０１３３】
図９は、この連続摩擦攪拌接合装置４００を用いて、接合作業を行っているところを示す模式的な斜視図である。
【０１３４】
連続摩擦攪拌接合装置４００は、巻き取られた第１の金属製の帯板１Ｂを繰り出すアンコイラー（図示せず）と、巻き取られた第２の金属製の帯板２Ｂを繰り出す他のアンコイラー（図示せず）と、巻き取られた第３の金属製の帯板３Ｂを繰り出す他のアンコイラー（図示せず）と、帯板１Ｂ、帯板２Ｂ及び帯板３Ｂの張力を調整するための張力調整ローラー９Ｂと、前記引き出された帯板１Ｂと帯板２Ｂの側面同士を突合せた面に摩擦攪拌ツール本体６１１Ｂを埋入して摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置（図示せず）と前記引き出された帯板２Ｂと帯板３Ｂの側面同士を突合せた面に摩擦攪拌ツール本体６２１Ｂを埋入して摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置（図示せず）と、前記ツール本体６１１Ｂ、６２１Ｂによる前記帯板に対する押圧を帯板の裏面から支えるための裏当て７Ｂと、帯板の側面同士が突合せ摩擦攪拌接合された接合帯板である接合体１２３Ｂの張力を調整するための張力調整ローラー１０Ｂと、前記接合体１２３Ｂを巻き取るリコイラー（図示せず）とを備えている。
連続摩擦攪拌接合装置４００は、アンコイラーに巻き取られた帯板１Ｂの突き合わせされる側の側面のなす平面と、他のアンコイラーに巻き取られた帯板２Ｂの突き合わせされる側の側面のなす平面は同一の平面を形成し、両アンコイラーの回転軸とリコイラーの回転軸と張力調整ローラー９Ｂの回転軸９３Ｂと張力調整ローラー１０Ｂの回転軸１０３Ｂは共に前記の同一の平面と垂直に交わっている。尚、前記ツール本体６１１Ｂの回転軸は、接合が突き合わせ面上にある場合、すなわちツールオフセットが０の場合には、前記ツール本体６１１Ｂの回転軸も前記同一の平面上にあり、この前記平面上に、帯板１Ｂの側面と、前記側面と突合せされる帯板２Ｂの側面の突合せ面Ｐ２を含む平面がある。
また、アンコイラーに巻き取られた帯板２Ｂの突き合わせされる側の側面のなす平面と、他のアンコイラーに巻き取られた帯板３Ｂの突き合わせされる側の側面のなす平面は同一の平面を形成し、両アンコイラーの回転軸とリコイラーの回転軸と張力調整ローラー９Ｂの回転軸９３Ｂと張力調整ローラー１０Ｂの回転軸１０３Ｂは共に前記の同一の平面と垂直に交わっている。尚、前記ツール本体６２１Ｂの回転軸は、接合が突き合わせ面上にある場合、すなわちツールオフセットが０の場合には、前記ツール本体６２１Ｂの回転軸も前記同一の平面上にあり、この前記平面上に、帯板２Ｂの側面と、前記側面と突合せされる帯板３Ｂの側面の突合せ面Ｐ３を含む平面がある。
【０１３５】
上記連続摩擦攪拌接合装置４００を構成する、３つのアンコイラー、張力調整ローラー９Ｂ、張力調整ローラー１０Ｂ、２つの摩擦攪拌接合装置、裏当て７Ｂ及びリコイラーなどの構造、機能や好ましい態様などは、連続摩擦攪拌接合装置２００又は連続摩擦攪拌接合装置３００で説明したことと同様であり、その説明は省略する。
【０１３６】
なお、張力調整ローラー９Ｂの回転軸９３Ｂ及び張力調整ローラー１０Ｂの回転軸１０３Ｂは、摩擦攪拌ツール本体６１１Ｂの回転軸を有する平面及び摩擦攪拌ツール本体６２１Ｂの回転軸を有する平面に対し、垂直に交っている。
【０１３７】
なお、上記の連続摩擦攪拌接合装置４００においては、張力調整ローラー９Ｂとして、接合しようとする３枚の帯板の合計の幅よりも幅の広い張力調整ローラーを１本だけ用いているが、接合しようとする個々の帯板ごとに張力調整ローラーが用いられてもよいし、接合しようとする３枚の帯板のうち２枚の帯板に対して１個の張力調整ローラーが用いられ残りの帯板に対して別の１個の張力調整ローラーが用いられても良いが、一の共通ローラーで行う方が、帯板を回転ドラムに沿わせることが無理なく行えるため好ましい。
共通張力調整ローラーで帯板に張力を付与するためには、３つのアンコイラーの位置（高さ）を適宜変えると共に、帯板を張力調整ローラーの下面を通すか、上面を通すかを考慮する必要がある。
【０１３８】
上記連続摩擦攪拌接合装置４００において裏当て７Ｂとしては、回転ドラム７１Ｂを使用している。
【０１３９】
本発明の連続摩擦攪拌接合装置４００においても、連続摩擦攪拌接合装置２００や連続摩擦攪拌接合装置３００と同様に、帯板１Ｂ、帯板２Ｂ、帯板３Ｂの側面が突合わされた状態で、少なくとも帯板１Ｂの突合せ面でない側面１Ｂ１又は帯板３Ｂの突合せ面でない側面３Ｂ１のいずれか又は両方から前記突合わせ面に押圧力を与える機構を有することが好ましい。幅方向に拡大するのを防ぐ幅方向拘束具としては、連続摩擦攪拌接合装置２００や３００と同様にリブ、可動性リブ、裏当てに形成された溝などが挙げられるが、本実施の形態では、回転ドラム７１Ｂの両側面部にリブ７２０Ｂと７２１Ｂが取り付けられているものが使用された。リブ７２０Ｂと７２１Ｂの間の間隔は、側面が突合わされた帯板１Ｂ、帯板２Ｂ、帯板３Ｂの合計の幅に固定されている。
【０１４０】
本発明の連続摩擦攪拌接合装置４００において、裏当てとして、回転ドラムが使用される場合は、摩擦攪拌ツール本体６１１Ｂの回転軸及び摩擦攪拌ツール本体６２１Ｂの回転軸が回転ドラムの回転軸７１１Ｂよりもアンコイラー寄りであることが好ましいため、そのように位置設定されている。その理由は、連続摩擦攪拌接合装置２００や連続摩擦攪拌接合装置３００の説明中で述べた通りである。
【０１４１】
本発明の連続摩擦攪拌接合装置４００においては、摩擦攪拌ツール、摩擦撹拌ツールを回転させる駆動機構、摩擦撹拌ツールを回転軸方向に移動させる駆動機構、摩擦撹拌ツールを埋入させるために回転軸方向に荷重を加える荷重機構を備えると共に、帯板の長手方向及び又は幅方向に摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を変更しうるように摩擦撹拌ツールの回転軸位置変更駆動機構を有している。
ここで摩擦撹拌ツールを回転軸方向に移動させる駆動機構とは、装置の運転始動時においては摩擦撹拌ツールの先端にあるプローブを帯板から離しておき、摩擦撹拌ツールが一定の回転数に達した時点で摩擦撹拌ツールを帯板方向に移動させてプローブを埋入させるためのものである。
【０１４２】
帯板の長さ方向に前後に摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を調整変更するのは、接合用材料により、摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を、裏当ての曲面に対し相対的に移動し、摩擦撹拌ツールの回転軸と埋入される位置における帯板表面の接平面とのなす角（θ）を調節し、好適な接合品質がえられるように調整できるからである。
【０１４３】
帯板の幅方向に前後に摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を調整変更するのは、接合用材料の幅と材質の組み合わせにより、摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を、突き合わせ部又は材質の組み合わせにより適宜なオフセット量を調節することができるので、好適な接合品質が得られるからである。
【０１４４】
次に、上記の連続摩擦攪拌接合装置４００を用いて、３条の帯板を用いて２か所の接合を同時に行って、３条の長尺の接合体を製造する方法を説明する。
【０１４５】
３つのアンコイラー（図示せず）のそれぞれから、帯板１Ｂ、帯板２Ｂ、帯板３Ｂを繰り出し、前記繰り出された帯板１Ｂと帯板２Ｂの側面同士を突合せ、更に、帯板２Ｂの他の側面に帯板３Ｂの側面を突き合わせる。３つの帯板が突き合わせられたものを、張力調整ローラー９Ｂの外周面の下面に沿わせた後、図９に示した回転ドラム７１Ｂの回転ドラム本体の曲面状をしている側面部分の上に沿わせ、さらに、張力調整ローラー１０Ｂの外周面の下面に沿わせた後、リコイラー（図示せず）に巻き取らせるようにさせる。
【０１４６】
回転ドラム７１Ｂの回転軸の位置を、摩擦撹拌ツール回転軸と帯板の接平面とのなす角度が適当な値の鈍角になるように前後に微調整し固定する。
回転ドラムの温度を定温に維持できるよう、ヒーター及びチラーを運転した。
【０１４７】
回転ドラム７１Ｂにおいては、突合わされた帯板に押圧力を与える機構として回転ドラム７１Ｂの両側面部にリブ７２０Ｂと７２１Ｂが取り付けられており、リブ７２０Ｂと７２１Ｂの間の間隔が、側面が突合わされた帯板１Ｂ、帯板２Ｂ、帯板３Ｂの合計の幅にされているので、回転ドラム本体上に存在する突合せされた帯板は、突合せ面が強固に密着される。
【０１４８】
この状態で、張力調整ローラー９Ｂと張力調整ローラー１０Ｂの位置（高さ）を調節して、突き合わせた３つの帯板に十分な張力がかかるようにする。
【０１４９】
摩擦撹拌ツール本体６１１Ｂ及び摩擦撹拌ツール本体６２１Ｂの回転軸の位置を、帯板の突き合わせ部に対する位置を突き合わせ部上または適当なオフセット量になるように帯板の幅方向に微調整し固定する。
【０１５０】
次に、２つの摩擦攪拌接合装置の摩擦攪拌ツール本体６１１Ｂと摩擦攪拌ツール本体６２１Ｂとを回転させる。摩擦攪拌ツール本体６１１Ｂと摩擦攪拌ツール本体６２１Ｂが一定の回転数に達した時点で、摩擦撹拌ツール本体６１１Ｂと摩擦撹拌ツール本体６２１Ｂとを帯板方向に移動させて、摩擦攪拌ツール本体６１１Ｂのプローブ（摩擦撹拌ツール本体６１１Ｂの先端にあり、帯板突き合わせ部に埋入されているため図９ではプローブは見えない）を帯板１Ｂと帯板２Ｂの側面同士の突き合わせ部又はその近傍に埋入させ、同時に、摩擦撹拌ツール本体６２１Ｂを帯板方向に移動させて、摩擦攪拌ツール本体６２１Ｂのプローブ（摩擦撹拌ツール本体６２１Ｂの先端にあり、帯板突き合わせ部に埋入されているため図９ではプローブは見えない）を帯板２Ｂと帯板３Ｂの側面同士の突き合わせ部又はその近傍に埋入させ、両プローブが埋入された部分及びショルダー面下を可塑化させる。
【０１５１】
それぞれの摩擦攪拌接合装置で、摩擦攪拌接合に必要な可塑化がされたところで、モータ部と回転軸と巻き取り張力調整機構とからなるリコイラー（図示せず）のモータ部を動かし、回転軸を回転させ、３つの帯板が突合わされたものをリコイラー（図示せず）に巻き取る。また、上記のリコイラーのモータ部の作動と同時に、３つのアンコイラーも作動させ、帯板を繰り出すようにする。摩擦攪拌接合装置により帯板１Ｂと帯板２Ｂと帯板３Ｂが接合された接合体１２３Ｂがリコイラー（図示せず）に巻き取られるようになる。
【０１５２】
上記のようにして、３つの帯板の接合体を同時に連続して接合品質よく、変形による歪がなく、良好に製造することができたが、具体的な製造条件などは、以下の通りであった。
帯板１Ｂ：材質は銅系のＣ１０２０。横幅は３７ｍｍ。長さは１００ｍ。厚さは２．０ｍｍ。
帯板２Ｂ：材質はマンガニン。横幅は１０ｍｍ。長さは１００ｍ。厚さは２．０ｍｍ。帯板３Ｂ：材質は銅系のＣ１０２０。横幅は３７ｍｍ。長さは１００ｍ。厚さは２．０ｍｍ。
回転ドラムの直径は、５００ｍｍ。回転ドラムに接触した帯板１Ｂ、２Ｂ、３Ｂの長さは、約５００ｍｍ。
張力は、１ｋｇ重／ｍｍ２。
帯板１Ｂ、２Ｂ、３Ｂの移動速度は、１００ｍｍ／ｍｉｎ。
摩擦撹拌ツール本体６１１Ｂ及び６２１Ｂの材質は、Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金。
摩擦撹拌ツール本体６１１Ｂの回転軸とプローブが帯板に埋入される帯板の接平面とのなす角度θは９４°。
直線Ｒと摩擦撹拌ツール本体６１１Ｂの回転軸までの距離Ｓは１７ｍｍ。
摩擦撹拌ツール本体６２１Ｂの回転軸とプローブが帯板に埋入される帯板の接平面とのなす角度θは９４°。
直線Ｒと摩擦撹拌ツール本体６２１Ｂの回転軸までの距離Ｓは１７ｍｍ。
摩擦撹拌ツール本体６１１Ｂ及び６２１Ｂの回転速度は、８００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍ。
各摩擦撹拌ツールの荷重は、約５００ｋｇ重。
回転ドラム温度は、５０℃
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明によれば板厚の薄い薄板であっても接合が難しくなく、接合品質が高く、接合に際して変形が起こり難く、プロテクターを使用する必要がない、帯板と帯板とを連続的に幅方向に突合わせ摩擦攪拌接合して接合帯板を製造する製造方法及び製造装置、特に異種材料の帯板を連続的に幅方向に突合わせ摩擦攪拌接合して長尺の接合帯板を製造する製造方法及び製造装置が提供されるため、特に異種材料を接合するのに好適であり、今後一層需要の増大する低抵抗金属固定抵抗器を品質良く安定して、安価に製造することができる。
【符号の説明】
【０１５４】
２００  連続摩擦攪拌接合装置
１  帯板
１１  帯板１の一の側面
１２  帯板１の他の側面
２  帯板
２１  帯板２の一の側面
２２  帯板２の他の側面
３  接合体
４  アンコイラー
４１（アンコイラーの）回転軸
４２  モータ部
４３  繰り出し部分
５  アンコイラー
５１（アンコイラーの）回転軸
５２  モータ部
５３  繰り出し部分
６  摩擦攪拌接合装置
６１  摩擦攪拌ツール
６１１  摩擦撹拌ツール本体
６１２  プローブ
６１３  ショルダー
６２  回転軸
６３  隙間
７  裏当て
７１  回転ドラム
７１１  回転軸
７１２  回転ドラム本体
７１３  ドラム軸受け
７１４  ドラム軸受け台
７１５（回転ドラムの曲面状をしている）側面部分
７１６  （側面部分の）端部
７２０  リブ
７３０  バネ
７３１  ボルト
７３２  ナット
７４０  押し付け板
７５０  可動性のリブ
８  リコイラー
８１（リコイラーの）回転軸
８２モータ部
８３  巻き取り部分
Ｐ  突合せ面
９  張力調整ローラー
９１（張力調整ローラーの）外周面
９２（外周面の）最低部
９３  回転軸
１０  張力調整ローラー
１０１（張力調整ローラーの）外周面
１０２（外周面の）最低部
１０３  回転軸
Ｆ  平面
Ｈ  接平面
Ｏ  回転軸７１１の中心
Ｔ  回転ドラムの頂点
Ｒ  直線
Ｓ  直線Ｒと摩擦撹拌ツール本体の回転軸までの距離
３００  連続摩擦攪拌接合装置
２Ａ  帯板
３Ａ  接合体
５Ａ  アンコイラー
５１Ａ  回転軸
５２Ａ  モータ部
５３Ａ  繰り出し部分
６Ａ  摩擦撹拌接合装置
６１Ａ  摩擦攪拌ツール
６１１Ａ  摩擦攪拌ツール本体
６１２Ａ  プローブ
６２Ａ  回転軸
７Ａ  裏当て
７１Ａ  回転ドラム
７１１Ａ  回転軸
８Ａ  リコイラー
８１Ａ  （リコイラーの）回転軸
８２Ａ  モータ部
８３Ａ  巻き取り部分
Ｐ１  接合体３の側面と、前記側面と突合せされる帯板２Ａの側面との突合せ面
９Ａ  張力調整ローラー
９１Ａ（張力調整ローラーの）外周面
９２Ａ（外周面の）最低部
９３Ａ  回転軸
１０Ａ  張力調整ローラー
１０１Ａ（張力調整ローラーの）外周面
１０２Ａ（外周面の）最低部
１０３Ａ  回転軸
４００  連続摩擦攪拌接合装置
１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ  帯板
１Ｂ１  帯板１Ｂの突合せ面でない側面
３Ｂ１  帯板３Ｂの突合せ面でない側面
９Ｂ  張力調整ローラー
９３Ｂ  回転軸
１０Ｂ  張力調整ローラー
１０３Ｂ  回転軸
６１１Ｂ  摩擦攪拌ツール本体
６２１Ｂ  摩擦攪拌ツール本体
７１Ｂ  回転ドラム
７２０Ｂ、７２１Ｂ  リブ
７Ｂ  裏当て
１２３Ｂ  接合体
Ｐ２  帯板１Ｂの側面と、帯板２Ｂの側面との突合せ面
Ｐ３  帯板２Ｂの側面と、帯板３Ｂの側面との突合せ面
【図１】
0006042624.tif 000002
【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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