(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端にプローブを備えた摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記プローブは、
上面が円形の台部と、
前記上面を底面とする円錐部とを含み、
前記底面の直径は前記上面の直径と同一であり、
前記円錐部の前記先端の角度が１３０°以上１７０°以下であり、
前記台部は前記先端に向かって径が小さくなる円錐台であり、
前記摩擦撹拌接合用ツールは引張強度３４０ＭＰａ以上の高張力鋼を接合するために用いられ、
前記摩擦撹拌接合用ツールは点接合に用いられる、摩擦撹拌接合用ツール。
【請求項２】
前記プローブの側面に螺旋状のネジ溝部を有する、請求項１に記載の摩擦撹拌接合用ツール。
【請求項３】
前記台部の下面に接し、前記下面に接する面の径が前記下面の径よりも大きいショルダーをさらに備えた、請求項１または２に記載の摩擦撹拌接合用ツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦撹拌接合用ツールに関し、特に、先端にプローブを有している摩擦撹拌接合用ツールに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウムなどの金属製構造材の接合方法の一つとして摩擦撹拌接合法がある。この摩擦撹拌接合法は、たとえば特開２００１−３１４９８２号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
この特開２００１−３１４９８２号公報に記載の接合方法によれば、重ねて配置された２つの被接合材に上方から、回転する摩擦撹拌接合用ツールの先端が押し付けられる。この押し付けによる摩擦熱でツール先端周囲の被接合材が加熱、軟化されてツール先端が被接合材に挿入される。回転するツールの先端で被接合材が撹拌されることにより、被接合材が接合点で一体化されて接合される。
【０００４】
この摩擦撹拌接合に用いられるツールは、たとえば特表平７−５０５０９０号公報（特許文献２）、特開平１１−３３７５０号公報（特許文献３）に開示されている。
【０００５】
特表平７−５０５０９０号公報には、摩擦撹拌接合用のツールとして、先端が鋭角である円錐形状、先端が平らな円錐台形状および先端が曲率を有す略円柱形状である３種類のプローブが開示されている。
【０００６】
特開平１１−３３７５０号公報には、摩擦撹拌接合用のツールとして、円柱状部分の底面に円形の底面よりも小さい直径の円を底面とした円錐が設けられたプローブが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３１４９８２号公報
【特許文献２】特表平７−５０５０９０号公報
【特許文献３】特開平１１−３３７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特表平７−５０５０９０号公報に記載されている先端が鋭角である円錐形状のプローブは、先端が鋭角であるためプローブの先端の強度が低い。このプローブを使って、鋼などの硬度の高い材料を接合する場合には、プローブが曲がったり欠損しやすくなる。
【０００９】
特表平７−５０５０９０号公報に記載されている先端が平らな円錐台形状であるプローブは、先端が平らであるために、被接合材に対するプローブの食いつきが良くない。この食いつきが良くないと、プローブと被接合材が接触するときに、プローブに無理な力がかかるので、プローブが欠損しやすくなる。
【００１０】
特表平７−５０５０９０号公報に記載されている先端が曲率を有する略円柱形状のプローブは、たとえば高張力鋼などの硬い被接合材料を接合する場合には、接合位置が狙いの位置からずれたり、プローブが欠損しやすくなる。
【００１１】
特開平１１−３３７５０号公報に記載のプローブは、円錐の先端角度が９０°〜１２０°であるために、プローブの先端の強度が弱く欠損しやすい。
【００１２】
それゆえに、本発明の主たる目的は、硬い被接合材料を接合する場合にも欠損しにくい摩擦撹拌接合用ツールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る摩擦撹拌接合用ツールは、先端にプローブを備えている。プローブは、上面が円形の台部と、台部の上面を底面とする円錐部とを含んでいる。底面の直径は上面の直径と同一である。円錐部の先端の角度が１３０°以上１７０°以下である。
【００１４】
本発明に係る摩擦撹拌接合用ツールによれば、円錐部の先端の角度が１３０°以上であるために、先端の角度が１２０°以下の場合と比較してプローブの強度が高い。また、円錐部の先端の角度が１７０°以下であるために、先端が平坦な場合と比較して、プローブが被接合材にスムーズに挿入される。そのため、プローブに無理な力がかからないので、プローブが折損したり変形したりしにくい。また、プローブ先端の形状が円錐であるために、先端が平坦な場合と比較して、被接合材への食いつきが良く、接合位置の狙いからはずれにくい。さらに、円錐部の先端の角度が１３０°以上であるために、先端の角度が１２０°以下の場合と比較して円錐部の高さが短いために、接合に関与する台部の長さを長くすることができる。そのため、被接合材の接合強度が高くなる。
【００１５】
上記の摩擦撹拌接合用ツールにおいて好ましくは、台部は円柱である。
上記の摩擦撹拌接合用ツールにおいて好ましくは、台部は先端に向かって径が小さくなる円錐台である。これにより、ツールを被接合材から引き抜く際の抵抗が小さくなり、被接合材を持ち上げにくくなり、プローブが折損しにくくなる。
【００１６】
上記の摩擦撹拌接合用ツールにおいて好ましくは、プローブの側面に螺旋状のネジ溝部を有している。
【００１７】
これにより、被接合材を接合するときに被接合材の塑性流動が促進されるため、高い強度で被接合材を接合することができる。
【００１８】
上記の摩擦撹拌接合用ツールにおいて好ましくは、台部の下面に接し、下面に接する面の径が下面の径よりも大きいショルダーをさらに備えている。これにより、ショルダーと被接合材の摩擦により被接合材が加熱され、塑性流動が促進され、接合強度が向上する。
【００１９】
上記の摩擦撹拌接合用ツールにおいて好ましくは、摩擦撹拌接合用ツールは引張強度３４０ＭＰａ以上の高張力鋼を接合するために用いられる。
【００２０】
これによれば、引張強度３４０ＭＰａ以上の高張力鋼に対しても食いつきが良いので、打点位置がずれにくく、プローブも折損しづらい。
【００２１】
上記の摩擦撹拌接合用ツールにおいて好ましくは、摩擦撹拌接合用ツールは点接合に用いられる。
【００２２】
摩擦撹拌点接合では、被接合材に対するプローブの挿入と引抜を繰り返すため、プローブが被接合材に接触する回数が多くなる。従来のプローブを用いて接合する場合は、プローブが欠損したり変形したりしやすいが、この摩擦撹拌接合用ツールによれば、プローブへの負荷が低いために、欠損したり変形したりしにくく、ツールの寿命も永くなる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る摩擦撹拌接合用ツールによれば、硬い被接合材を接合する場合においても、プローブが欠損したり変形することを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る摩擦撹拌接合用ツールを有する摩擦撹拌接合装置の概念図である。
【図２】本発明に係る摩擦撹拌接合用ツールの一例を示す図である。
【図３】本発明に係る摩擦撹拌接合用ツールの一例を示す図である。
【図４】本発明に係る摩擦撹拌接合用ツールの一例を示す図である。
【図５】本発明に係る摩擦撹拌接合用ツールの一例を示す図である。
【図６】本発明に係る摩擦撹拌接合用ツールにより被接合材を点接合している状態を示す概略図である。
【図７】本発明に係る摩擦撹拌接合用ツールにより被接合材を線接合している状態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
【００２６】
まず、本発明の一実施の形態における摩擦撹拌接合用ツールを用いた摩擦撹拌接合装置の構成について、図１を用いて説明する。
【００２７】
図１に示すように、摩擦撹拌接合装置１０は、摩擦撹拌により被接合材を接合するためのものであり、摩擦撹拌接合用ツール１と、回転体１１と、軸受け１２と、インダクションモータ１３と、ガイドレール１４と、サーボモータ１５と、フレーム１６とを主に有している。
【００２８】
摩擦撹拌接合用ツール１は、上記摩擦撹拌を生じさせるために、被接合材に対して回転可能および上下動可能に構成されている。
【００２９】
摩擦撹拌接合用ツール１を回転させる機構は、回転体１１、軸受け１２、およびインダクションモータ１３を有している。回転体１１は、摩擦撹拌接合用ツール１を固定して支持するためのものである。軸受け１２は、略円筒の形状をしており、回転体１１を内部に収容して回転自在に支持している。インダクションモータ１３は、回転体１１と接続されることにより回転体１１に回転のための駆動力を与えることができるように構成されている。
【００３０】
摩擦撹拌接合用ツール１を上下動させる機構は、ガイドレール１４およびサーボモータ１５を有している。ガイドレール１４は、摩擦撹拌接合用ツール１の回転中心となる軸線Ｘに沿って、インダクションモータ１３および軸受け１２の上下方向の移動をガイドする部分である。サーボモータ１５は、ガイドレール１４に沿ってインダクションモータ１３および軸受け１２を上下動させるための動力源である。
【００３１】
なおフレーム１６は、内部にサーボモータ１５を収容しガイドレール１４を介してインダクションモータ１３や軸受け１２を支持している。受け部材１７は、フレーム１６の下側に固定されており被接合材を搭載する部分である。
【００３２】
次に、本発明の実施の形態における摩擦撹拌接合用ツール１の構成について、図２〜図５を用いて説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図２に示すように、本実施の形態１における摩擦撹拌接合用ツール１は、プローブ４とショルダー５とを有している。プローブ４は、２つの被接合材を接合するときに最初に被接合材に接触する部分であり、プローブ４は、台部３と円錐部２とを有している。台部３は円錐部２とショルダー５との間に設けられており、円錐部２を支持している。台部３の上面の形状は円である。
【００３４】
本実施の形態１では台部３は円柱であるが、台部３の形状は円柱に限られない。台部３の形状は、上面が円であればよく、台部３の形状としては、たとえば円筒であってもよい。円錐部２は、台部３の上面を底面とする円錐状の部分である。台部３の上面と円錐部２の底面は同一の直径をしている。円錐部２の先端の角度は、円錐の頂点と底面の中心点を通る平面で円錐を切断したときにできる三角形の先端の角度θである。先端の角度θは、１３０°以上１７０°以下である。
【００３５】
円柱状の台部３と円錐部２とは通常一体で形成されている。この場合、円柱状の台部３の上面と円錐部２の底面とは、円柱形状の部分（台部３）と円錐形状の部分（円錐部２）との境界面（一点鎖線Ａ−Ａで示す面）のことである。この境界面Ａ−Ａを円柱状の台部３としてみると円柱状の台部３の上面であり、円錐部２として見ると円錐部２の底面である。後述する実施の形態２〜４における台部３の上面と円錐部２の底面についても上記と同様である。
【００３６】
次に、実施の形態１の摩擦撹拌接合用ツール１の作用効果について説明する。
本実施の形態１の摩擦撹拌接合用ツール１によれば、円錐部２の先端の角度θが１３０°以上であるために、先端の角度θが１２０°以下の場合と比較してプローブ４の強度が高い。プローブ４の強度が高くなるため、硬度の高い材料を摩擦撹拌接合する場合にもプローブ４の曲がりや欠損を抑制することができる。また、円錐部２の先端の角度θが１７０°以下であるために、先端が平坦な場合と比較して、プローブ４が被接合材にスムーズに挿入される。そのため、プローブ４を被接合材に挿入する際にプローブ４に無理な力がかからないので、プローブ４が折損したり変形したりしにくい。
【００３７】
また、プローブ４の先端の形状が円錐であるために、先端の形状が平坦な場合または先端が曲率を有する場合と比較して、被接合材への食いつきが良く、接合位置の狙いからはずれにくい。このため、プローブ４と被接合材とが接触するときにプローブ４に無理な力がかかることを抑制されるのでプローブ４の欠損が抑制される。
【００３８】
さらに、円錐部２の先端の角度θが１３０°以上であるために、先端の角度θが１２０°以下の場合と比較して円錐部２の高さを短くすることができ、その分、接合に関与する台部３の長さを長くすることができる。そのため、被接合材の接合強度が高くなる。
【００３９】
（実施の形態２）
図３に示すように、本実施の形態２における摩擦撹拌接合用ツール１の台部３の形状は円錐台である。つまり、円錐台の径はツールの先端（いいかえれば円錐部２の頂点）に向かうにつれて小さくなっている。台部３の円錐部２に接する側の面の形状は円であり、台部３のショルダー５に接する側の面の形状も円である。円錐台の上面には、円錐台の上面を底面とした円錐部２が設けられている。円錐部２の先端の角度θは、１３０°以上１７０°以下である。
【００４０】
本実施の形態２の構成は、実施の形態１の構成と比較して台部３の形状において異なっている。これ以外の実施の形態２の構成は、上述した実施の形態１の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００４１】
（実施の形態３）
図４に示すように、本実施の形態３における摩擦撹拌接合用ツール１のプローブ４は、円柱状の台部３と円錐部２とを有している。台部３の側面には螺旋状のネジ溝部６が設けられている。ネジ溝部６はプローブ４が回転する方向に対して逆ネジとなるような螺旋状であることが好ましい。プローブ４の回転する方向に対して逆ネジとなるような螺旋状のネジ溝とは、プローブ４をネジにたとえた場合、プローブ４が回転するときにプローブ４が手前側（いいかえればプローブの先端と反対側）に移動するような螺旋状のネジ溝のことである。
【００４２】
本実施の形態３の構成は、実施の形態１の構成と比較してネジ溝部６の有無において異なっている。実施の形態３はネジ溝部６を有しているが、実施の形態１はネジ溝部６を有していない。これ以外の実施の形態３の構成は、上述した実施の形態１の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００４３】
本実施の形態３では、台部３の側面にネジ溝部６を形成することにより、２つの被接合材を接合するときに被接合材の塑性流動が促進されるため、高い強度で被接合材を接合することができる。
【００４４】
（実施の形態４）
図５に示すように、本実施の形態４における摩擦撹拌接合用ツール１のプローブ４は、円錐台状の台部３と円錐部２とを有している。台部３の側面に螺旋状のネジ溝部６が設けられている。ネジ溝部６はプローブ４が回転する方向に対して逆ネジとなるような螺旋状であることが好ましい。逆ネジの定義は上述の実施の形態３で説明した定義と同じである。
【００４５】
本実施の形態４の構成は、実施の形態２の構成と比較してネジ溝部６の有無において異なっている。実施の形態４はネジ溝部６を有しているが、実施の形態２はネジ溝部６を有していない。これ以外の実施の形態４の構成は、上述した実施の形態２の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００４６】
本実施の形態４においても、台部３の側面にネジ溝部６を形成したことにより、実施の形態３と同様、２つの被接合材を接合するときに被接合材の塑性流動が促進されるため、高い強度で被接合材を接合することができる。
【００４７】
実施の形態１〜４に記載の摩擦撹拌接合用ツール１は、引張強度３４０ＭＰａ以上の高張力鋼を接合するために用いられることが好ましい。これらの摩擦撹拌接合用ツール１は、引張強度３４０ＭＰａ以上の高張力鋼に対しても食いつきが良いので、打点位置がずれにくく、プローブ４も折損しづらい。
【００４８】
実施の形態１〜４に記載の摩擦撹拌接合用ツール１は、点接合に用いられることが好ましい。摩擦撹拌点接合では、被接合材に対するプローブ４の挿入と引抜とを繰り返すため、プローブ４が被接合材に接触する回数が多くなる。従来のプローブを用いて接合する場合は、プローブ４が欠損したり変形したりしやすいが、本発明に係る摩擦撹拌接合用ツール１によれば、プローブ４への負荷が低いために、欠損したり変形したりしにくく、摩擦撹拌接合用ツール１の寿命も永くなる。
【００４９】
次に、本発明の実施の形態１〜４における摩擦撹拌接合用ツール１を使って２つの被接合材を点接合する方法について、図６を用いて実施の形態１を例に挙げて説明する。
【００５０】
図６に示すように、まず２つの被接合材３０、３１が上下に重ねて配置される。摩擦撹拌接合用ツール１が被接合材３０、３１の接合位置の上に配置される。この後、インダクションモータ１３（図１）が駆動されて摩擦撹拌接合用ツール１が回転方向３４に回転される。摩擦撹拌接合用ツール１が回転した状態で摩擦撹拌接合用ツール１が軸線Ｘ方向の下向きに移動される。摩擦撹拌接合用ツール１のプローブ４の先端が被接合材３０の表面に到達すると、回転するプローブ４と被接合材３０との摩擦によって摩擦熱が発生する。その摩擦熱によって被接合材３０の一部が軟化し、プローブ４が被接合材３０の中に挿入されていく。
【００５１】
プローブ４が被接合材３０の中に挿入された後に、摩擦撹拌接合用ツール１をさらに降下させるとショルダー５の下面も被接合材３０に接触する。このショルダー５と被接合材３０とによる摩擦により摩擦熱が発生し、接合部付近３２がさらに加熱される。摩擦熱によって加熱された被接合材３０にプローブ４とショルダー５とが挿入された状態で回転することによって、被接合材３０に塑性流動が起き接合点近傍が撹拌される。
【００５２】
被接合材３０、３１を接合点で一体化させた後に、プローブ４が引抜方向３５に沿って被接合材３０、３１から引き抜かれることにより、２つの被接合材は接合点でスポット溶接される。
【００５３】
次に、本発明の実施の形態１〜４における摩擦撹拌接合用ツール１を使って２つの被接合材を線接合する方法について、図７を用いて実施の形態１を例に挙げて説明する。
【００５４】
図７に示すように、まず２つの被接合材２１、２２が互いに突き合わされるように配置される。摩擦撹拌接合用ツール１は、２つの被接合材２１、２２の突き合わせ部分２３の上方に配置される。インダクションモータ１３が駆動されて摩擦撹拌接合用ツール１が回転方向２５に回転される。摩擦撹拌接合用ツール１が回転した状態で摩擦撹拌接合用ツール１が軸線Ｘ方向の下向きに移動されると、摩擦撹拌接合用ツール１のプローブ４の先端が被接合材２１、２２に接触する。
【００５５】
プローブ４を回転させながら、被接合材２１、２２の突き合わせ部分２３に沿ってプローブが矢印２４の方向へ移動される。プローブ４と被接合材２１、２２との摩擦熱およびプローブ４の回転によって被接合材２１、２２に塑性流動が起きて接合部付近が撹拌される。プローブ４が矢印２４の横方向へ移動すると撹拌されていた部分が自然冷却されて被接合材２１、２２が固まることにより、２つの被接合材２１、２２が線接合される。
【実施例１】
【００５６】
次に、本発明の実施例について説明する。
摩擦撹拌接合用ツール１のプローブ４の形状と、プローブ４の強度、プローブ４の被接合材に対する食いつきの良さおよび被接合材の接合強度との関係について調べた。
【００５７】
この実験に用いる摩擦撹拌接合用ツール１の材質を、ＷＣ（タングステンカーバイト）粒度２μｍ、Ｃｏ（コバルト）量６ｗｔ％（重量パーセント）の超硬合金とした。台部３の形状、円錐部２の先端の角度θなどを変えた実施例１−１〜１−９の摩擦撹拌接合用ツール１を準備した。摩擦撹拌接合用ツール１の全長を３２ｍｍとし、摩擦撹拌接合用ツール１をＳＫＤ６１製のツールホルダに焼きばめによって固定した。焼きばめ部の長さを２０ｍｍとした。ショルダー５の径を１０ｍｍ、プローブ先端からショルダー面までの長さを２．０ｍｍとした。
【００５８】
実施例１−１〜１−４の摩擦撹拌接合用ツール１の各々を、上面が円形の台部３と、台部３の上面を底面とする円錐部２を有する形状とした。台部３の形状を直径４ｍｍの円柱とした。円錐部２の底面の直径を４ｍｍとした。円錐部２の先端の角度を、それぞれ１３０°、１４０°、１６０°、１７０°とした。
【００５９】
実施例１−５〜１−７の摩擦撹拌接合用ツール１の各々を、上面が円形の台部３と、台部３の上面を底面とする円錐部２を有する形状とした。台部３の形状を円錐台とした。台部３の上面（プローブ４の先端側）を直径３ｍｍの円とした。台部３の下面（プローブ４の先端側と反対側）を直径４．５ｍｍの円とした。円錐台の底面の直径を３ｍｍとした。円錐部２の先端の角度を、それぞれ１４０°、１５０°、１６０°とした。
【００６０】
実施例１−８の摩擦撹拌接合用ツール１として、実施例１−２の摩擦撹拌接合用ツール１の台部３の側面に、摩擦撹拌接合用ツール１の回転方向に対し逆ネジとなる螺旋状のネジ溝部６を形成したツールを準備した。実施例１−９の摩擦撹拌接合用ツール１として、実施例１−６の摩擦撹拌接合用ツール１の台部３の側面に、摩擦撹拌接合用ツール１の回転方向に対し逆ネジとなる螺旋状のネジ溝部６を形成したツールを準備した。ネジのピッチは、０．７ｍｍとした。
【００６１】
比較のため、比較例１−１〜１−４の摩擦撹拌接合用ツール１を準備した。摩擦撹拌接合用ツール１の材質を実施例１−１〜１−９と同じ材料とした。摩擦撹拌接合用ツール１の全長、ショルダの径、プローブ先端からショルダー面までの長さについても、実施例１−１〜１−９と同じとした。
【００６２】
比較例１−１〜１−３の摩擦撹拌接合用ツール１の各々を、実施例１−１〜１−４と同様に、上面が円形の台部３と、台部３の上面を底面とする円錐部２を有する形状とした。ただし、プローブ４の先端の角度を１３０°未満か１７０°よりも大きくした。比較例１−４のプローブ４を、円柱状の台部３と、台部３の上面に台部３の上面の径よりも小さい径の底面を有する円錐部を有する形状とした。円柱状の台部３の直径を４ｍｍとした。円錐部の底面の直径を２ｍｍとした。円錐部の高さを１ｍｍとし、円錐の先端の角度を９０°（言い換えれば錐面の傾斜角度は４５°）とした。
【００６３】
次に、実験内容について説明する。
摩擦撹拌接合用ツール１の耐久性と被接合材への食いつきの良さの評価を、摩擦撹拌点接合装置を使って鋼板を２枚重ねて接合することにより行った。被接合材として、１．２ｍｍの厚みを有する３４０ＭＰａ級高張力鋼板を使用した。摩擦撹拌点接合用の摩擦撹拌接合用ツール１の回転数を３０００ｒｐｍとし、接合荷重を６００ｋｇｆとした。接合時間を２．５秒とし、打点数を最大１０００打点とした。
【００６４】
被接合材の接合強度の評価を、日本工業規格の評価方法（ＪＩＳ  Ｚ３１３６）に従って実施した。被接合材の板幅が３０ｍｍ、重ねしろが３０ｍｍ、試験片長さが１００ｍｍである通常幅試験片を用いてせん断試験を実施した。
【００６５】
次に、実験結果について表１を用いて説明する。
【００６６】
【表１】
0005853472.tif 000002
【００６７】
まず、摩擦撹拌接合用ツール１の耐久試験の結果について説明する。本発明の実施例１−１〜１−９の摩擦撹拌接合用ツール１においては、いずれも１０００打点の接合試験の後もプローブ４に大きな欠損や折損は観察されず、良好な耐久性を有することが確認された。一方、比較例１−１〜１−４の摩擦撹拌接合用ツール１においては、１０００打点の接合試験が終了する前にプローブに欠損または折損があることが確認された。具体的には、点接合試験開始から１２打点目から６７打点目までの間に、比較例１−１〜１−４のプローブは欠損または折損した。
【００６８】
次に、摩擦撹拌接合用ツール１の被接合材に対する食いつきの良さの結果について説明する。食いつきの良さは、実際の接合位置が狙いからどれくらいずれているかを調べることによって評価した。接合位置が狙いの位置からどれだけずれているかを調べるために、上述した接合試験の１打点目から１０打点目の打点について、打点中心の狙いからのズレを測定して１０点の平均値を求めた。表１に示すように、本発明の実施例１−１〜１−９の摩擦撹拌接合用ツール１においては、いずれも打点中心の狙いからのズレが０．４ｍｍ以下であり、狙い位置からのズレが小さいことが確認できた。一方、比較例１−１と比較例１−３においては、摩擦撹拌接合用ツール１の被接合材への食いつきが悪く、打点中心の狙いからのズレが１．６〜１．８ｍｍであった。比較例１−２と比較例１−４においては、打点中心の狙いからのズレは小さかったが、耐久試験の途中でプローブ４が欠損または折損した。
【００６９】
次に、被接合材の接合強度の結果について説明する。本発明の実施例１−１〜１−９の摩擦撹拌接合用ツール１においては、せん断強度６．１〜９．６ｋＮの良好な接合強度を有することが確認された。実施例１−８、１−９の摩擦撹拌接合用ツール１は、台部３の側面に螺旋状のネジ溝部６を形成したツールであり、同じプローブ４の形状であり螺旋状のネジ溝部６のない実施例１−２、実施例１−６の摩擦撹拌接合用ツール１と比較して高い接合強度が得られた。一方、比較例１−２の摩擦撹拌接合用ツール１においては円錐部の長さが長く、接合に関与する円柱部の長さが短いため、接合強度は４．９ｋＮであった。比較例１−４は、円錐部の長さが１ｍｍと長く接合に関与する円柱部の長さが短いため、接合強度は５．１ｋＮであった。
【００７０】
以上の結果より、上面が円形の台部３と、台部３の上面を底面とする円錐部２とを有するプローブ４であって、円錐部２の先端の角度θが１３０°以上１７０°以下の摩擦撹拌接合用ツール１は、良好な耐久性を有し、被接合材に対する食いつきも良く、高い被接合材の接合強度を得られることが確認された。
【実施例２】
【００７１】
次に、本発明の他の実施例について説明する。
摩擦撹拌接合用ツール１のプローブ４の形状とプローブ４の強度との関係について調べた。
【００７２】
本実験に用いる摩擦撹拌接合用ツール１として、実施例１で使用した摩擦撹拌接合用ツール１と同じ形状、材質の摩擦撹拌接合用ツール１を用いた。
【００７３】
次に、実験内容について説明する。
図７で説明したような摩擦撹拌線接合装置にて、被接合材である鋼板を２枚突く合せて、２枚の鋼板を線接合し、摩擦撹拌接合用ツール１の耐久性を調べた。被接合材として２．５ｍｍの厚みを有する３４０ＭＰａ級高張力鋼板を使用した。摩擦撹拌接合用ツールの回転数を８００ｒｐｍとした。接合速度を毎秒２ｍｍとし、摩擦撹拌接合用ツールの傾斜角を２°とした。摩擦撹拌接合用ツール押し込み量を２．２ｍｍとし、接合距離を最大４ｍ（４０００ｍｍ）とした。板材の長さを５００ｍｍとし、４００ｍｍ接合毎に板材を取り換えるとともに、摩擦撹拌接合用ツールに損傷がないか確認を行った。
【００７４】
次に、実験結果について表２を用いて説明する。
【００７５】
【表２】
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【００７６】
上記線接合試験において、本発明の実施例２−１〜２−９の摩擦撹拌接合用ツール１においては、いずれの摩擦撹拌接合用ツール１も４ｍ（４０００ｍｍ）の接合後においても摩擦撹拌接合用ツール１に大きな異常は観察されず、良好な耐久性を有することが確認された。比較のため、比較例１−１〜１−３で用いたものと同じ材質、形状の摩擦撹拌接合用ツール１を用いて線接合の試験を行った。比較例２−１の摩擦撹拌接合用ツール１においてにおいては、プローブ４の先端が平らなため、被接合材への食いつきが悪く、被接合材への負荷が大きなため、１０００ｍｍ接合時点でプローブ４が折損した。比較例２−２の摩擦撹拌接合用ツール１においては、プローブ４の先端の角度が１２０°と小さいため先端部の強度が弱く、８００ｍｍ接合時点でプローブ先端が欠損していた。比較例２−３の摩擦撹拌接合用ツールにおいては、先端角が１７５°と大きいため、被接合材への食いつきが悪く、１２００ｍｍの接合時点でプローブ４が折損した。
【００７７】
以上の結果より、上面が円形の台部３と、台部３の上面を底面とする円錐部２とを有するプローブ４であって、円錐部２の先端の角度θが１３０°以上１７０°以下の摩擦撹拌接合用ツール１は、摩擦撹拌線接合においても良好な耐久性を有することが確認された。
【００７８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、摩擦撹拌接合用ツールに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１  摩擦撹拌接合用ツール、２  円錐部、３  台部、４  プローブ、５  ショルダー、６  ネジ溝部、１０  摩擦撹拌接合装置、１１  回転体、１２  軸受け、１３  インダクションモータ、１４  ガイドレール、１５  サーボモータ、１６  フレーム、１７  受け部材、２１，２２  被接合材、２３  突き合わせ部、２４  移動方向、２５  回転方向、３０，３１  被接合材、３２  接合部付近、３３  接合点、３４  回転方向、３５  引抜方向。
【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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