(57)【要約】【課題】隅肉摩擦攪拌接合において、ショルダのプローブ支持孔と攪拌プローブとの間の隙間に流入する流動金属の流動を制御し得る摩擦攪拌用工具を提供する。【解決手段】金属部材Ｗａ，Ｗｂを摩擦攪拌接合する隅肉摩擦攪拌接合用工具であって、金属部材Ｗａ，Ｗｂに押し当てられた状態で回転して摩擦熱を付与しつつ軟化した流動金属を攪拌する攪拌プローブ２０と、プローブ支持孔３３を有し、プローブ支持孔３３で回転する攪拌プローブ２０を支持しつつ金属部材Ｗａ，Ｗｂ上を摺動するショルダ３０を備え、攪拌プローブ２０には、ショルダ３０のプローブ支持孔３３及び攪拌プローブ２０の間の隙間Ｓに流動金属が流入した場合に、流動金属の攪拌プローブ２０の軸方向に沿ったさらなる流動を妨げる流動阻害面２５が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工部材を摩擦攪拌する摩擦攪拌用工具であって、
前記被加工部材に押し当てられた状態で回転して摩擦熱を付与しつつ軟化した前記被加工部材の流動物を攪拌する攪拌プローブと、
前記攪拌プローブが貫通するプローブ支持孔を有し、該プローブ支持孔で回転する前記攪拌プローブを支持しつつ前記被加工部材上を摺動するショルダを備え、
前記攪拌プローブには、前記ショルダの前記プローブ支持孔及び該攪拌プローブの間の隙間に前記流動物が流入した場合に、該流動物の前記攪拌プローブの軸方向に沿ったさらなる流動を妨げる流動阻害部が設けられている摩擦攪拌用工具。
【請求項２】
前記流動阻害部は、前記ショルダの前記プローブ支持孔及び該攪拌プローブの間の隙間から流入する前記流動物の流動方向を前記攪拌プローブの軸方向から径方向に変える乃至は反転させる流動阻害面である請求項１に記載の摩擦攪拌用工具。
【請求項３】
前記流動阻害部は、前記攪拌プローブの軸方向に対して交差する流動阻害面である請求項１又は２に記載の摩擦攪拌用工具。
【請求項４】
前記ショルダのプローブ支持孔と前記攪拌プローブとの間には、前記流動阻害部によって前記攪拌プローブの軸方向に沿ったさらなる流動が遮られた前記流動物を溜める流動物収容部が設けられている請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の摩擦攪拌用工具。
【請求項５】
前記ショルダには、前記流動物収容部に溜まった前記流動物を排出する流動物排出孔が設けられている請求項４に記載の摩擦攪拌用工具。
【請求項６】
前記ショルダには、前記流動物を溜める拡張収容部が前記流動物収容部に連続して設けられている請求項４又は５に記載の摩擦攪拌用工具。
【請求項７】
前記攪拌プローブの前記流動阻害部と、前記ショルダのプローブ支持孔及び前記攪拌プローブ間の前記流動物収容部とから成る組み合わせが、複数組備えられている請求項４〜６のいずれか一つの項に記載の摩擦攪拌用工具。
【請求項８】
前記ショルダには、前記流動物収容部内における前記流動物の前記攪拌プローブ回りの流動を案内して前記流動物排出孔に導くガイドが設けられている請求項５に記載の摩擦攪拌用工具。
【請求項９】
一対の被加工部材を突き合せて摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌接合装置であって、
請求項１〜８のいずれかに記載の摩擦攪拌用工具と、
前記摩擦攪拌用工具の前記攪拌プローブを前記一対の被加工部材の突き合せ部に押し当てた状態で回転させる回転駆動軸と、
前記回転駆動軸により回転する前記攪拌プローブを支持する前記摩擦攪拌用工具の前記ショルダを前記一対の被加工部材の突き合せ部に沿って摺動させる送り機構を備えた摩擦攪拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、摩擦攪拌接合（FSW; Friction Stir Welding）や摩擦攪拌処理(FSP; Friction Stir Processing)に用いられる摩擦攪拌用工具及び摩擦攪拌用工具を有する摩擦攪拌接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記した摩擦攪拌接合に用いられる摩擦攪拌用工具としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。この摩擦攪拌用工具は、一対の金属部材を突き合せて形成された内隅部に対して摩擦攪拌接合を行う隅肉摩擦攪拌接合用工具であって、軸受とともに回転駆動機構を構成する回転駆動軸に接続されて一対の金属部材に跨って押し当てられた状態で回転する攪拌プローブと、この攪拌プローブを支持するショルダを備えている。
【０００３】
一対の金属部材に跨って押し当てられた状態で回転する攪拌プローブは、一対の金属部材間の内隅部に摩擦熱を付与しつつ軟化した内隅部及びその周辺の流動金属（流動物）を練り混ぜることで、一対の金属部材同士を一体化させる。
【０００４】
一方、ショルダは、攪拌プローブが貫通するプローブ支持孔を有し、このプローブ支持孔で回転する攪拌プローブを支持しつつ一対の金属部材間の内隅部上を摺動して、内隅部及びその周辺の練り混ざった流動金属を均して接合ビードを形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2011-079031号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記した従来の摩擦攪拌接合用工具では、摩擦攪拌を続けるうちにショルダのプローブ支持孔と攪拌プローブとの摺動部分に生じる摩耗で両者間の隙間が拡大してしまい、攪拌プローブの回転で生じる摩擦熱で軟化して練り混ざった流動金属が、摩擦攪拌接合を続けるうちにショルダのプローブ支持孔と攪拌プローブとの間の隙間に流入する。
【０００７】
ここで、例えば、一対の金属部材がアルミニウム合金であり、摩擦攪拌接合用工具が工具鋼（ＳＫＤ６１）である場合には、長い距離の摩擦攪拌接合や、アルミワイヤを供給して行う摩擦攪拌接合において、流動金属の流入はより顕著なものとなって、回転駆動軸及び軸受で構成される回転駆動機構に悪影響をもたらす虞があるという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００８】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、ショルダのプローブ支持孔と攪拌プローブとの間の隙間に流入する摩擦熱で軟化して練り混ざった流動物が回転駆動機構に悪影響をもたらすのを少なく抑えることが可能である摩擦攪拌用工具及び摩擦攪拌用工具を有する摩擦攪拌接合装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は、被加工部材を摩擦攪拌する摩擦攪拌用工具であって、前記被加工部材に押し当てられた状態で回転して摩擦熱を付与しつつ軟化した前記被加工部材の流動物を攪拌する攪拌プローブと、前記攪拌プローブが貫通するプローブ支持孔を有し、該プローブ支持孔で回転する前記攪拌プローブを支持しつつ前記被加工部材上を摺動するショルダを備え、前記攪拌プローブには、前記ショルダの前記プローブ支持孔及び該攪拌プローブの間の隙間に前記流動物が流入した場合に、該流動物の前記攪拌プローブの軸方向に沿ったさらなる流動を妨げる流動阻害部が設けられている構成としている。
【００１０】
本発明の第２の態様において、前記流動阻害部は、前記ショルダの前記プローブ支持孔及び該攪拌プローブの間の隙間から流入する前記流動物の流動方向を前記攪拌プローブの軸方向から径方向に変える乃至は反転させる流動阻害面である構成としている。
【００１１】
本発明の第３の態様において、前記流動阻害部は、前記攪拌プローブの軸方向に対して交差する流動阻害面である構成としている。
【００１２】
本発明の第４の態様において、前記ショルダのプローブ支持孔と前記攪拌プローブとの間には、前記流動阻害部によって前記攪拌プローブの軸方向に沿ったさらなる流動が遮られた前記流動物を溜める流動物収容部が設けられている構成としている。
【００１３】
本発明の第５の態様において、前記ショルダには、前記流動物収容部に溜まった前記流動物を排出する流動物排出孔が設けられている構成としている。
【００１４】
本発明の第６の態様において、前記ショルダには、前記流動物を溜める拡張収容部が前記流動物収容部に連続して設けられている構成としている。
【００１５】
本発明の第７の態様は、前記攪拌プローブの前記流動阻害部と、前記ショルダのプローブ支持孔及び前記攪拌プローブ間の前記流動物収容部とから成る組み合わせが、複数組備えられている構成としている。
【００１６】
本発明の第８の態様において、前記ショルダには、前記流動物収容部内における前記流動物の前記攪拌プローブ回りの流動を案内して前記流動物排出孔に導くガイドが設けられている構成としている。
【００１７】
一方、本発明の第９の態様は、一対の被加工部材を突き合せて摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌接合装置であって、請求項１〜８のいずれかに記載の摩擦攪拌用工具と、前記摩擦攪拌用工具の前記攪拌プローブを前記一対の被加工部材の突き合せ部に押し当てた状態で回転させる回転駆動軸と、前記回転駆動軸により回転する前記攪拌プローブを支持する前記摩擦攪拌用工具の前記ショルダを前記一対の被加工部材の突き合せ部に沿って摺動させる送り機構を備えた構成としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る摩擦攪拌用工具によれば、ショルダ及び攪拌プローブを頻繁に清掃または交換しなくても、ショルダのプローブ支持孔と攪拌プローブとの間の隙間に流入する摩擦熱で軟化して練り混ざった流動物が攪拌プローブの回転駆動機構に悪影響をもたらすのを少なく抑えることができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例に係る摩擦攪拌用工具としての隅肉摩擦攪拌接合用工具を備えた摩擦攪拌接合装置を示す正面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。
【図２】図１（ａ）の隅肉摩擦攪拌接合用工具を拡大して示す拡大説明図（ａ）及び側面方向からの拡大断面説明図（ｂ）である。
【図３】図２に示した隅肉摩擦攪拌接合用工具におけるショルダの下方からの全体斜視説明図である。
【図４】図２に示した隅肉摩擦攪拌接合用工具の隅肉摩擦攪拌接合を行っている状況の側面方向からの断面説明図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る摩擦攪拌用工具としての隅肉摩擦攪拌接合用工具を示す側面方向からの断面説明図である。
【図６】本発明のさらに他の実施例に係る摩擦攪拌用工具としての隅肉摩擦攪拌接合用工具を示す側面方向からの断面説明図である。
【図７】本発明のさらに他の実施例に係る摩擦攪拌用工具としての隅肉摩擦攪拌接合用工具のショルダを示す上方からの全体斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は、本発明に係る摩擦攪拌用工具の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係る摩擦攪拌用工具が摩擦攪拌接合装置に備えられた隅肉摩擦攪拌接合用工具である場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、この摩擦攪拌接合装置１は、水平架台２と、この水平架台２上に設けられた門型フレーム３と、水平架台２上のＸ軸方向のレール２ａに沿って移動するＸ軸テーブル４と、門型フレーム３に配置されたＺ軸方向のレール３ａに沿って昇降するＺ軸テーブル５と、このＺ軸テーブル５に配置されたＹ軸方向のレール５ａに沿って移動するＹ軸テーブル６と、このＹ軸テーブル６にＺ軸方向に沿って搭載された主軸ユニット９を備えている。
【００２２】
Ｘ軸テーブル４は、ボールねじ機構（送り機構）７ｘを介して伝えられるモータ８ｘの出力により移動するものとなっており、Ｘ軸テーブル４には、隅肉接合の対象となる被加工部材としての一対の平板状を成す金属部材Ｗａ，Ｗｂ（この実施例では、アルミニウム合金の平板）を互いにＶ字状を成すようにして保持する治具４ａが配置されている。
また、Ｚ軸テーブル５及びＹ軸テーブル６も、ボールねじ機構７ｚ，７ｙを介して伝えられるモータ８ｚ，８ｙの出力により移動するものとなっている。
【００２３】
この摩擦攪拌接合装置１に装備される隅肉摩擦攪拌接合用工具１０は、一対の金属部材Ｗａ，Ｗｂを突き合せて形成された内隅部において、一対の金属部材Ｗａ，Ｗｂ間に跨って押し当てられた状態で回転する攪拌プローブ２０と、この回転する攪拌プローブ２０を支持するショルダ３０を備えている。攪拌プローブ２０は主軸ユニット９の回転駆動軸９ａに接続され、ショルダ３０は主軸ユニット９の工具ホルダ９ｂに固定されている。なお、攪拌プローブ２０及びショルダ３０は、工具鋼、例えば、ＳＫＤ６１から成っている。
【００２４】
この隅肉摩擦攪拌接合用工具１０の攪拌プローブ２０は、図２（ｂ）にも示すように、大径円柱部２１と、中径円柱部２２と、小径円柱部２３と、プローブ本体２４を有しており、主軸ユニット９の回転駆動軸９ａから与えられる回転力で回転して、一対の金属部材Ｗａ，Ｗｂ間の内隅部に摩擦熱を付与しつつ軟化した内隅部及びその周辺の流動金属（流動物）を練り混ぜることで、一対の金属部材Ｗａ，Ｗｂ同士を一体化させる。なお、攪拌プローブ２０の回転数は、500〜1500(rpm)であり、金属部材Ｗａ，Ｗｂの材質や肉厚により変化する。
【００２５】
一方、隅肉摩擦攪拌接合用工具１０のショルダ３０は、図３にも示すように、主軸ユニット９の工具ホルダ９ｂに図示しないボルトにより装着される平板部３１と、この平板部３１の工具ホルダ９ｂとは反対側に突出する円筒部３２を具備しており、この円筒部３２の中心孔は、回転する攪拌プローブ２０の中径円柱部２２及び小径円柱部２３を支持するプローブ支持孔３３として形成されている。
【００２６】
また、このショルダ３０の円筒部３２には、その先端に向けて互いに接近して互いに交わる一対の成形面３４，３４が形成されており、この一対の成形面３４，３４同士が成す角度は、隅肉摩擦攪拌接合を行う際に、内隅部において一対の金属部材Ｗａ，Ｗｂと当接するように設定されている。
【００２７】
このショルダ３０は、ボールねじ機構７ｘを介して伝えられるモータ８ｘの出力により移動するＸ軸テーブル４上の一対の金属部材Ｗａ，Ｗｂに対して相対的に摺動する。この摺動の間、一対の金属部材Ｗａ，Ｗｂ間の内隅部の図２（ａ）に仮想線で示す攪拌プローブ２０で攪拌されて練り混ざった流動金属を一対の成形面３４，３４で均して接合部分を成形する。この隅肉摩擦攪拌接合用工具１０のショルダ３０の摺動速度は、金属部材Ｗａ，Ｗｂの材質や肉厚に加えて金属部材Ｗａ，Ｗｂ間のギャップの量により変化する。
【００２８】
この際、ショルダ３０の一対の成形面３４，３４のうちの前方側に位置する部分（図３右側部分）には、攪拌プローブ２０で攪拌される流動金属を成形面３４，３４と金属部材Ｗａ，Ｗｂとの間に導く一対の誘導斜面３５，３５が配置されている。
【００２９】
ここで、ショルダ３０のプローブ支持孔３３及び攪拌プローブ２０の小径円柱部２３の間の隙間Ｓは、可能な限り狭くすることが望ましいのは言うまでもないが、如何に狭く設定したとしても、１パスでの接合区間が長距離の場合には、摩擦攪拌を続けるうちにショルダ３０のプローブ支持孔３３と攪拌プローブ２０の小径円柱部２３との摺動部分に生じる摩耗で両者間の隙間Ｓが拡大してしまい、攪拌プローブ２０の回転で生じる流動金属の隙間Ｓへの流入が避けられない。
【００３０】
そこで、この実施例において、ショルダ３０のプローブ支持孔３３及び攪拌プローブ２０の小径円柱部２３の間の隙間Ｓに流動金属が流入した場合に、この流動金属の攪拌プローブ２０の軸方向に沿うさらなる流動を妨げる流動阻害部を攪拌プローブ２０に設けている。
【００３１】
この流動阻害部は、中径円柱部２２と小径円柱部２３との境目において、小径円柱部２３の付け根の周囲に連続して形成された環状の流動阻害面２５である。この実施例において、環状の流動阻害面２５は、攪拌プローブ２０を略垂直に横切る面に沿って形成されており、この流動阻害面２５と小径円柱部２３との間（小径円柱部２３の付け根）には丸み付加工が連続して施されている。
したがって、この流動阻害面２５は、図４に矢印Ａで示すように、ショルダ３０のプローブ支持孔３３及び攪拌プローブ２０の小径円柱部２３の間の隙間Ｓから流入する流動金属の流動方向を攪拌プローブ２０の軸方向から径方向に変えるべく機能する。
【００３２】
つまり、この流動阻害部は、攪拌プローブ２０の軸方向に対して交差する流動阻害面となっていればよく、流動金属の流動方向を径方向に変える上記流動阻害面２５に限定されるものではない。例えば、図２（ｂ）に仮想線で示すように、流動金属の流動方向を反転させるすり鉢状の流動阻害面２６としてもよい、すなわち、この流動阻害部を小径円柱部２３の付け根から中径円柱部２２の端面における周縁に向かうにつれて漸次プローブ本体２４側に向けて傾斜する環状の面としてもよい。
このような形状の流動阻害面２６は、隙間Ｓから流入して中径円柱部２２の端面に到達した流動金属を中径円柱部２２の周縁に向かわせつつプローブ本体２４側に向けて流すべく機能する。
【００３３】
また、この実施例において、ショルダ３０のプローブ支持孔３３と攪拌プローブ２０の小径円柱部２３との間に、流動阻害面２５によって攪拌プローブ２０の軸方向に沿うさらなる流動が遮られた流動金属を溜める円環状の流動物収容部３６を設けている。なお、この流動物収容部３６は円環状を成すものに限定されることはなく、流動物収容部３６が半円環状を成していたりＣ字状を成していたりしてもよい。
【００３４】
加えて、この実施例において、上記流動物収容部３６が流動金属で満たされた場合に、この流動物収容部３６に溜まった流動金属を排出する流動物排出孔３７をショルダ３０における円筒部３２に設けており、流動物収容部３６に溜まった流動金属がショルダ３０のプローブ支持孔３３と攪拌プローブ２０の中径円柱部２２との間の隙間Ｓ１から主軸ユニット９の工具ホルダ９ｂ側に流出するのを回避するようにしている。
【００３５】
この流動物排出孔３７は、平板部３１に対して一対の金属部材Ｗａ，Ｗｂが位置する側（この実施例では円筒部３２の付け根部分）で開口しており、流動物収容部３６に溜まった流動金属は、流動物収容部３６からこの流動物排出孔３７を通してショルダ３０（摩擦攪拌接合用工具１０）の外部に排出されるようになっている。
【００３６】
また、この実施例において、流動物排出孔３７をショルダ３０における円筒部３２の後方側に位置する部分（図２（ｂ）左側部分）に設けている。つまり、この実施例では、例えば、図４に示すように、ショルダ３０と金属部材Ｗａ，Ｗｂとの間に前方側（図２（ｂ）右側）からフィラーワイヤＦを供給する場合に、流動金属がショルダ３０における円筒部３２の後方側に排出されるので、ショルダ３０の前方側に位置するフィラーワイヤＦの供給機構やフィラーワイヤＦ自体に流動金属が干渉するのを回避でき、隅肉摩擦攪拌接合をより円滑に行い得ることとなる。
【００３７】
なお、この流動物排出孔３７は、必ずしもショルダ３０における円筒部３２の後方側に位置する部分に設ける必要はなく、排出される流動金属がフィラーワイヤＦに干渉しないように供給機構の配置やフィラーワイヤＦの供給方向を工夫すれば、ショルダ３０における円筒部３２の左右側や前方側に位置する部分に設けることができる。また、流動物排出孔３７の形状や大きさや個数は、ショルダ３０に要求される構造強度を考慮して決定する。
【００３８】
図２（ｂ）の符号３９はボルト挿通孔であり、主軸ユニット９の工具ホルダ９ｂにショルダ３０の平板部３１を装着する際に使用する。
【００３９】
この隅肉摩擦攪拌接合用工具１０を装備した摩擦攪拌接合装置１では、一対の金属部材Ｗａ，Ｗｂを突き合せて形成された内隅部に隅肉摩擦攪拌接合用工具１０の攪拌プローブ２０を押し当てた状態で回転駆動軸９ａにより回転させる。
【００４０】
そして、ボールねじ機構７ｘを介して伝えられるモータ８ｘの出力によりＸ軸テーブル４を移動させて、回転する攪拌プローブ２０を支持するショルダ３０をＸ軸テーブル４上の一対の金属部材Ｗａ，Ｗｂ間の内隅部に対して相対的に摺動させることで、一対の金属部材Ｗａ，Ｗｂ間の内隅部及びその周辺の練り混ざった流動金属を均して接合ビードを形成する。
【００４１】
この際、図４に示すように、白抜き矢印方向に進むショルダ３０の一対の誘導斜面３５，３５によって、図示矢印方向に供給されるフィラーワイヤＦを一対の成形面３４，３４と金属部材Ｗａ，Ｗｂとの間に送り込むようにしてもよい。このフィラーワイヤＦには、通常、一対の金属部材Ｗａ，Ｗｂと同じ材質のものが使用されるが、敢えて一対の金属部材Ｗａ，Ｗｂとは異なる種類のフィラーワイヤＦを用いてもよい。
【００４２】
このようにしてショルダ３０を摺動させると、攪拌プローブ２０の回転で生じる摩擦熱で軟化して練り混ざった流動金属が、やがてショルダ３０のプローブ支持孔３３と攪拌プローブ２０の小径円柱部２３との間の隙間Ｓに流入するようになる。
【００４３】
このとき、攪拌プローブ２０の中径円柱部２２と小径円柱部２３との境目には流動阻害面２５が設けてあるので、隙間Ｓに流入した流動金属の軸方向に沿うさらなる流動が妨げられることとなる。
【００４４】
そして、ショルダ３０のプローブ支持孔３３と攪拌プローブ２０の小径円柱部２３との間には、流動阻害面２５によって攪拌プローブ２０の軸方向への流動が遮られた流動金属を溜める流動物収容部３６が設けてあるので、この流動物収容部３６が隙間Ｓに流入した流動金属で満たされるまでは、この流動金属がショルダ３０のプローブ支持孔３３と攪拌プローブ２０の中径円柱部２２との間の隙間Ｓ１から主軸ユニット９の工具ホルダ９ｂ側に流出するのが回避されることとなる。
【００４５】
隅肉摩擦攪拌接合用工具１０のショルダ３０を摺動させて摩擦攪拌接合をさらに続けると、上記流動物収容部３６が流動金属で満たされた状態になるが、ショルダ３０における円筒部３２には、流動物収容部３６に溜まった流動金属を排出する流動物排出孔３７を設けているので、流動物収容部３６に溜まった流動金属がショルダ３０のプローブ支持孔３３と攪拌プローブ２０の中径円柱部２２との間の隙間Ｓ１から主軸ユニット９の工具ホルダ９ｂ側に流出するのが阻止され、その結果、流動金属が回転駆動軸９ａに悪影響を及ぼすことが回避されることとなる。
【００４６】
また、流動物収容部３６に溜まった流動金属を流動物排出孔３７から排出するようにしているので、流動物収容部３６への流動金属の流入を外部から確認し得ることとなる。
【００４７】
このように、この実施例に係る隅肉摩擦攪拌接合用工具１０及びこの隅肉摩擦攪拌接合用工具１０を装備した摩擦攪拌接合装置１では、ショルダ３０のプローブ支持孔３３と攪拌プローブ２０の小径円柱部２３との間の隙間Ｓに流入する流動金属の流動をコントロールすることで、ショルダ３０及び攪拌プローブ２０を頻繁に清掃または交換しなくても、摩擦熱で軟化して練り混ざった流動金属が攪拌プローブ２０の回転駆動軸９ａに及ぼす悪影響を少なく抑え得ることとなる。
【００４８】
ここで、流動金属が攪拌プローブ２０の回転駆動軸９ａに悪影響を及ぼし始める時期がショルダ３０及び攪拌プローブ２０の清掃タイミングであるが、この実施例に係る隅肉摩擦攪拌接合用工具１０及びこの隅肉摩擦攪拌接合用工具１０を装備した摩擦攪拌接合装置１では、ショルダ３０及び攪拌プローブ２０を清掃せずに長期間にわたって摩擦攪拌接合を行い得るので、１パスでの接合可能区間の長距離化が実現することとなる。
また、ショルダ３０のプローブ支持孔３３と攪拌プローブ２０との摺動部分に生じる摩耗で両者間の隙間が拡大してしまったときがショルダ３０及び攪拌プローブ２０の交換タイミングであるが、この実施例では、ショルダ３０及び攪拌プローブ２０を交換せずに摩擦攪拌接合を行い得る期間が長期に亘るので、工具の長寿命化も実現することとなる。
【００４９】
図５は、本発明の他の実施例に係る摩擦攪拌用工具を示しており、この実施例でも、本発明に係る摩擦攪拌用工具が隅肉摩擦攪拌接合用工具である場合を例に挙げて説明する。
【００５０】
図５に示すように、この隅肉摩擦攪拌接合用工具１０Ａのショルダ３０Ａが先の実施例における隅肉摩擦攪拌接合用工具１０のショルダ３０と相違するところは、流動物排出孔３７を介して流動金属を溜める拡張収容部３８を流動物収容部３６に連続して設けた点にあり、他の構成は先の実施例における隅肉摩擦攪拌接合用工具１０のショルダ３０と同じである。
【００５１】
この隅肉摩擦攪拌接合用工具１０Ａでは、拡張収容部３８にも流動金属を溜めることができるので、その分だけ多くの流動金属をショルダ３０Ａの内部に溜めることができる。したがって、この実施例においても、ショルダ３０Ａのプローブ支持孔３３と攪拌プローブ２０の小径円柱部２３との間の隙間Ｓに流動金属が流入するのを効果的に抑制し得ることとなる。
なお、図５に示す形態において、流動物収容部３６及び拡張収容部３８の少なくともいずれか一方に、上記流動物排出孔３７とは別に流動物排出孔を設けて、流動物収容部３６及び拡張収容部３８のいずれか一方或いは双方からショルダ３０Ａの外部に流動金属を排出するようにしてもよい。
【００５２】
図６は、本発明のさらに他の実施例に係る摩擦攪拌用工具を示しており、この実施例でも、本発明に係る摩擦攪拌用工具が隅肉摩擦攪拌接合用工具である場合を例に挙げて説明する。
【００５３】
図６に示すように、この隅肉摩擦攪拌接合用工具１０Ｂが先の実施例における隅肉摩擦攪拌接合用工具１０と相違するところは、ショルダ３０Ｂのプローブ支持孔３３Ｂと攪拌プローブ２０Ｂの中径円柱部２２Ｂとの間の隙間Ｓ１Ｂを可能な限り狭く設定したうえで、攪拌プローブ２０Ｂの大径円柱部２１Ｂに流動阻害面２５とは別の流動阻害面２５Ｂを設けていると共に、ショルダ３０Ｂのプローブ支持孔３３Ｂと攪拌プローブ２０Ｂの中径円柱部２２Ｂとの間に流動物収容部３６とは別の流動物収容部３６Ｂを設けた点にある。
【００５４】
すなわち、攪拌プローブ２０の流動阻害面２５と、ショルダ３０のプローブ支持孔３３及び攪拌プローブ２０の小径円柱部２３の間の流動物収容部３６とから成る組み合わせを二組備えた点にあり、他の構成は先の実施例における隅肉摩擦攪拌接合用工具１０と同じである。
【００５５】
この隅肉摩擦攪拌接合用工具１０Ｂでは、１パスでの接合区間が長距離の場合において、流動物排出孔３７から排出しきれない流動物収容部３６に溜まった流動金属が、ショルダ３０Ｂのプローブ支持孔３３Ｂと攪拌プローブ２０Ｂの中径円柱部２２Ｂとの間の隙間Ｓ１Ｂに流入したとしても、隙間Ｓ１Ｂに流入した流動金属の軸方向に沿うさらなる流動が妨げられるうえ、流動物収容部３６Ｂに再び溜まることになるので、この流動物収容部３６Ｂが流動金属で満たされるまでは、流動金属が主軸ユニット９の工具ホルダ９ｂ側に流出するのが回避されることとなる。
【００５６】
なお、この実施例では、流動物収容部３６にのみ流動物排出孔３７を連続して形成しているが、これに限定されるものではなく、流動物収容部３６Ｂにも流動物排出孔３７を連続して形成してもよい。
【００５７】
また、攪拌プローブ２０の流動阻害面２５とショルダ３０の流動物収容部３６とから成る組み合わせの数は、三組以上の複数組であってもよく、例えば、流動物収容部３６Ｂのさらに上方（回転駆動軸９ａ側）に流動阻害面及び流動物収容部を設けてもよい。すなわち、攪拌プローブ２０Ｂの軸方向に沿って複数の流動阻害面（流動物収容部）を並べて設けてもよい。
【００５８】
さらに、図６に示すように、この実施例では、流動物収容部３６の上方（回転駆動軸９ａ側）に位置する流動物収容部３６Ｂの方が流動物収容部３６よりも径が大きく、平面視において、流動物収容部３６Ｂが流動物収容部３６を囲むようにして配置されており、このように、上方（回転駆動軸９ａ側）に位置する流動物収容部ほど径が大きくなるように形成してもよい。
【００５９】
さらにまた、攪拌プローブ２０Ｂの軸方向に沿って複数の流動物収容部を並べて設ける場合には、この実施例のように流動物収容部３６にのみ流動物排出孔３７を設けたり、流動物収容部３６以外の流動物収容部のうちの少なくともいずれか一つの流動物収容部にも流動物排出孔３７を設けたり、複数の流動物収容部のすべてに流動物排出孔３７を設けたりしてもよい。
【００６０】
図７は、本発明のさらに他の実施例に係る摩擦攪拌用工具のショルダを示しており、この実施例でも、本発明に係る摩擦攪拌用工具が隅肉摩擦攪拌接合用工具である場合を例に挙げて説明する。
【００６１】
図７に示すように、このショルダ３０Ｃが先の実施例における隅肉摩擦攪拌接合用工具１０のショルダ３０と相違するところは、流動物収容部３６Ｃ内に、流動金属のプローブ支持孔３３Ｂ回りの流動を案内して流動物排出孔３７に導くガイド４１，４２を設けた点にあり、他の構成は先の実施例におけるショルダ３０と同じである。
【００６２】
この場合、ガイド４１は、流動物排出孔３７に隣接して配置されたブロック状を成すものである。一方、ガイド４２は、流動物収容部３６Ｃの底面３６ａ上に形成された湾曲状を成す隆起条であり、プローブ支持孔３３Ｂの回りに等間隔で複数配置されていて、これらの湾曲状を成すガイド４２は、プローブ回転方向（図７に矢印で示す方向）に進むに従って流動金属を中心から遠心側に向かわせるように配置されている。
【００６３】
つまり、流動金属は、図示しない攪拌プローブの回転に伴って複数のガイド４２に案内されて漸次遠心側に移動し、遠心側で且つ流動物排出孔３７に到達した時点でブロック状のガイド４１によって流動物排出孔３７に誘導される、すなわち、流動金属は、円滑に流動物排出孔３７に誘導されるようになっている。
【００６４】
したがって、このショルダ３０Ｃでは、流動物収容部３６Ｃに溜まる流動金属の流動物排出孔３７からの排出を促進し得ることとなる。
【００６５】
なお、ガイド４１，４２は、いずれもこの実施例の形状に限定されるものではなく、例えば、プローブ支持孔３３Ｂの回りに配置されるガイド４２は、流動物収容部３６Ｃの底面３６ａに形成された湾曲状の溝であったり、湾曲状の段差であったりしてもよく、隣接するガイド４２同士の間隔は、必ずしも等間隔に限定しない。
【００６６】
上記した実施例では、本発明に係る摩擦攪拌用工具が隅肉摩擦攪拌接合用の工具である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、突き合わせ部や重ね合わせ部に対して摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌接合用の工具であってもよく、この際、突き合わせ部や重ね合わせ部において、接合部分は線接合のみならず点接合や面接合であってもよい。
【００６７】
また、上記した実施例では、本発明に係る摩擦攪拌用工具が隅肉摩擦攪拌接合用工具である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、本発明に係る摩擦攪拌用工具を材料の熱加工処理用工具として、摩擦攪拌プロセスに用いてもよい。
【００６８】
さらに、上記した実施例では、本発明に係る摩擦攪拌用工具がショルダ固定型である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、攪拌プローブ及びショルダが別々に動作する複動型摩擦攪拌用工具であってもよい。
ここで、攪拌プローブ及びショルダが別々に回転する複動型摩擦攪拌用工具の場合、攪拌プローブ及びショルダ間の相対的な回転速度の差や軸方向の動きの差があるので、ショルダ固定型摩擦攪拌用工具と比べて、ショルダのプローブ支持孔と攪拌プローブとの摺動部分に生じる摩耗で両者間の隙間が拡大し易くなることがある。しかしながら、本発明に係る摩擦攪拌用工具を採用することで、ショルダ及び攪拌プローブを頻繁に清掃または交換しなくても、流動金属が攪拌プローブの回転駆動軸に及ぼす悪影響を少なく抑え得ることとなり、したがって、複動型摩擦攪拌用工具にとっても、本発明が有効な発明であると言える。
【００６９】
さらにまた、上記した実施例では、本発明に係る摩擦攪拌用工具が採用される被加工部材が金属である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、被加工部材がプラスチックなどの合成樹脂であってもよい。塑性流動挙動を示し摩擦攪拌が可能な材料であれば種類を問わない。
【００７０】
上記した実施例では、流動物収容部３６に溜まった流動金属を流動物収容部３６（拡張収容部３８）から流動物排出孔３７を通してショルダ３０（摩擦攪拌接合用工具１０）の一対の金属部材Ｗａ，Ｗｂが位置する外部に排出する場合を例に挙げて説明したが、流動物排出孔３７は必ずしも備えている必要はない。
【００７１】
何故なら、流動物収容部３６の容積を十分に大きくすれば、この流動物収容部３６に多くの流動金属を溜めることができ、流動物排出孔３７を通してショルダ３０の外部に流動金属を排出させなくても、ショルダ３０のプローブ支持孔３３と攪拌プローブ２０の小径円柱部２３との間の隙間Ｓに流動金属が流入するのを抑制し得るからである。
【００７２】
本発明に係る摩擦攪拌用工具及び摩擦攪拌用工具を有する摩擦攪拌接合装置の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７３】
１    摩擦攪拌接合装置
７ｘ  ボールねじ機構（送り機構）
９ａ  回転駆動軸
１０，１０Ａ，１０Ｂ    隅肉摩擦攪拌接合用工具（摩擦攪拌用工具）
２０，２０Ａ，２０Ｂ    攪拌プローブ
２５，２５Ｂ、２６    流動阻害面（流動阻害部）
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ    ショルダ
３３，３３Ｂ  プローブ支持孔
３６，３６Ｂ，３６Ｃ  流動物収容部
３７  流動物排出孔
３８  拡張収容部
４１，４２  ガイド
Ｓ，Ｓ１，Ｓ１Ｂ    隙間
Ｗａ，Ｗｂ  一対の金属部材（被加工部材）
【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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