(57)【要約】【課題】  被接合物同士を接合した継手部分における強度向上を図ることが可能な、複動式摩擦攪拌点接合を提供する。【解決手段】  本開示に係る複動式摩擦攪拌点接合装置１０Ａまたは複動式摩擦攪拌点接合方法においては、回転工具として、ピン部材１１と、当該ピン部材１１と同一の軸線周りに回転する円筒状のショルダ部材１２とが用いられ、保持治具として、ショルダ部材１２の外側を囲うように位置する円筒状であり、その先端の円環状の押圧面１３ａにより被接合物６０を表面６０ａから押圧するクランプ部材１３が用いられる。このクランプ部材１３は、押圧面１３ａの内側の縁部に隣接し、当該押圧面１３ａから見て奥側に向かって当該クランプ部材１３の内径が小さくなるように傾斜する傾斜面１３ｂを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転工具によって被接合物を部分的に攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合装置に用いられる、前記被接合物を保持するための保持治具であって、
前記摩擦攪拌点接合装置は、前記回転工具としては、軸線周りに回転し、かつ、当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円柱状のピン部材と、
当該ピン部材の外側を囲うように位置し、当該ピン部材と同一の軸線周りに回転するとともに当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円筒状のショルダ部材と、
を有するものであり、
前記保持治具が、前記ショルダ部材の外側を囲うように位置する円筒状であり、その先端の円環状の押圧面により前記被接合物を表面から押圧するクランプ部材であるとともに、
当該クランプ部材は、前記押圧面の内側の縁部に隣接し、当該押圧面から見て奥側に向かって当該クランプ部材の内径が小さくなるように傾斜する傾斜面を有することを特徴とする、
複動式摩擦攪拌点接合用保持治具。
【請求項２】
前記傾斜面は、平面または曲面の少なくともいずれかで構成されていることを特徴とする、
請求項１に記載の複動式摩擦攪拌点接合用保持治具。
【請求項３】
前記摩擦攪拌点接合装置に用いられる、前記被接合物を保持するための保持治具セットであって、
請求項１に記載の複動式摩擦攪拌点接合装置用保持治具と、
前記回転工具の進出方向側に位置し、前記被接合物の表面を前記回転工具に向けた状態で、当該被接合物の裏面を支持面により支持する裏当て部材と、
を含み、
前記裏当て部材の前記支持面には、その周縁部が、前記支持面から深さ方向に向かって直径が小さくなるように傾斜する傾斜面となっている円形状の凹部が形成されていることを特徴とする、
ことを特徴とする、複動式摩擦攪拌点接合用保持治具セット。
【請求項４】
前記傾斜面は、平面または曲面の少なくともいずれかで構成されていることを特徴とする、
請求項３に記載の複動式摩擦攪拌点接合用保持治具セット。
【請求項５】
請求項１または２に記載の摩擦攪拌点接合用保持治具、もしくは、請求項３または４に記載の摩擦攪拌点接合用保持治具セットを備えることを特徴する、
複動式摩擦攪拌点接合装置。
【請求項６】
保持治具によって保持された被接合物を回転工具によって部分的に攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合方法であって、
前記回転工具として、
軸線周りに回転し、かつ、当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円柱状のピン部材と、
当該ピン部材の外側を囲うように位置し、当該ピン部材と同一の軸線周りに回転するとともに当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円筒状のショルダ部材と、
をそれぞれ進退移動可能な状態で用い、
前記保持治具として、前記ショルダ部材の外側を囲うように位置する円筒状であり、その先端の円環状の押圧面により前記被接合物を表面から押圧するクランプ部材を用い、
当該クランプ部材は、前記押圧面の内側の縁部に隣接し、当該押圧面から見て奥側に向かって当該クランプ部材の内径が小さくなるように傾斜する傾斜面を有しており、
前記ショルダ部材の当接面を前記クランプ部材の前記傾斜面の上縁に合わせることにより、少なくとも当該傾斜面および当該当接面によって凹状領域を形成し、当該凹状領域に前記被接合物を構成する材料を充填することを特徴とする、
複動式摩擦攪拌点接合方法。
【請求項７】
前記ショルダ部材の進退移動により前記凹状領域を形成するとともに、
前記回転工具により前記被接合物を部分的に攪拌することにより生じる前記材料の攪拌部に対して、前記ピン部材を圧入することにより、
当該攪拌部の材料を前記凹状領域に充填することを特徴とする、
請求項６に記載の複動式摩擦攪拌点接合方法。
【請求項８】
前記被接合物における攪拌予定となる部位、または、前記被接合物に形成された接合部に対して、当該被接合物を構成する材料に攪拌混合することが可能な付加材料を供給し、
前記ピン部材および前記ショルダ部材の少なくとも一方により前記付加材料とともに前記被接合物を攪拌した後に前記凹状領域を形成し、当該凹状領域に前記材料を充填することを特徴とする、
請求項６または７に記載の複動式摩擦攪拌点接合方法。
【請求項９】
前記保持治具として、さらに、前記回転工具の進出方向側に位置し、前記被接合物の表面を前記回転工具に向けた状態で、当該被接合物の裏面を支持面により支持する裏当て部材を用い、
前記裏当て部材の前記支持面には、その周縁部が、前記支持面から深さ方向に向かって直径が小さくなるように傾斜する傾斜面となっている円形状の凹部が形成されており、
前記材料を、前記凹状領域とともに前記凹部にも充填することを特徴とする、
請求項８に記載の複動式摩擦攪拌点接合方法。
【請求項１０】
前記付加材料は、前記被接合物の表面または裏面の少なくともいずれかに当接するように供給されることを特徴とする、
請求項８または９に記載の複動式摩擦攪拌点接合方法。
【請求項１１】
前記クランプ部材に設けられる前記傾斜面、および、前記裏当て部材の前記支持面に設けられる傾斜面の少なくとも一方は、平面または曲面の少なくともいずれかで構成されていることを特徴とする、
請求項９または１０に記載の複動式摩擦攪拌点接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複動式摩擦攪拌点接合に用いられ、被接合物を保持する保持治具および保持治具セット、並びに、これを用いた複動式摩擦攪拌点接合装置および複動式摩擦攪拌点接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複動式摩擦攪拌点接合は、回転工具として、略円柱状のピン部材および当該ピン部材を内挿するための中空を有する略円筒状のショルダ部材とを有している。これらピン部材およびショルダ部材は、それぞれ独立して回転動作および進退動作が可能であり、これら回転工具を金属材料等の被接合物中に押し込んで（圧入して）、被接合物との摩擦熱を利用して当該被接合物を軟化させて攪拌し、被接合物同士を接合する。
【０００３】
このような複動式摩擦攪拌点接合においては、回転工具に加えて、被接合物を押圧して支持するクランプ部材が用いられることも多い。例えば、本願出願人は、特許文献１または特許文献２に開示するように、ショルダ部材の外側に位置し、ショルダ部材と同様に中空を有する円筒状のクランプ部材を備える構成の複動式摩擦攪拌点接合装置を提案している。クランプ部材が被接合物を押圧することで、被接合物を安定して支持することができるので、高速で回転するピン部材またはショルダ部材を被接合物に良好に圧入することができる。
【０００４】
回転工具であるピン部材およびショルダ部材に加えてクランプ部材をまとめて、複動式摩擦攪拌点接合用の「接合ツール」と称すれば、これら特許文献１または２に開示される接合ツールは、ピン部材の外周に略円筒状のショルダ部材が位置し、このショルダ部材の外周に略円筒状のクランプ部材が位置している構成を有している。言い換えれば、前記接合ツールは、クランプ部材、ショルダ部材およびピン部材が、それぞれ同軸芯状の入れ子構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１９６６８１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１９６６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１または２に開示される複動式摩擦攪拌点接合では、ピン部材およびショルダ部材を進退移動させる工具駆動部の制御を好適化することによって、接合条件に応じて好適な精度で良好な接合品質を実現することが可能となっている。
【０００７】
ここで近年では、複動式摩擦攪拌点接合により被接合物同士を接合した継手部分において、より一層の強度の向上が求められる傾向にある。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、被接合物同士を接合した継手部分における強度向上を図ることが可能な、複動式摩擦攪拌点接合を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る複動式摩擦攪拌点接合用保持治具は、前記の課題を解決するために、回転工具によって被接合物を部分的に攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合装置に用いられる、前記被接合物を保持するための保持治具であって、前記摩擦攪拌点接合装置は、前記回転工具としては、軸線周りに回転し、かつ、当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円柱状のピン部材と、当該ピン部材の外側を囲うように位置し、当該ピン部材と同一の軸線周りに回転するとともに当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円筒状のショルダ部材と、を有するものであり、前記保持治具が、前記ショルダ部材の外側を囲うように位置する円筒状であり、その先端の円環状の押圧面により前記被接合物を表面から押圧するクランプ部材であるとともに、当該クランプ部材は、前記押圧面の内側の縁部に隣接し、当該押圧面から見て奥側に向かって当該クランプ部材の内径が小さくなるように傾斜する傾斜面を有する構成である。
【００１０】
前記構成によれば、クランプ部材の押圧面の内側にテーパ状の傾斜面が形成されており、この傾斜面の上縁にショルダ部材の当接面を合わせることで、回転工具の先端部にクランプ部材で周囲が覆われた凹状領域が形成される。この状態で被接合物に対して回転工具を進退移動させることにより、この凹状領域全体に被接合物を構成する材料を充填することができる。
【００１１】
特に、ショルダ部材の圧入により、ショルダ部材の当接面の直下に位置する材料は攪拌されるが、ショルダ部材の当接面に隣接する周囲の材料は攪拌されないもののある程度軟化する。そのため、ショルダ部材の圧入に伴って攪拌された材料だけでなく、周囲の軟化した材料も凹状領域に充填することができる。
【００１２】
凹状領域に充填された材料によって、被接合物の接合部において厚さを増加させた肉厚部位が形成されるとともに、材料が攪拌された部分と攪拌されていない部分との境界（攪拌部境界）を肉厚部位に位置させることになる。攪拌境界部は応力集中部であり、破壊の起点になりやすい部位である。それゆえ、作用する応力を緩和することができるとともに、接合部の剛性を向上することができる。その結果、例えば被接合物の継手部分において、より一層の強度向上を図ることが可能となる。
【００１３】
前記構成の複動式摩擦攪拌点接合用保持治具においては、前記傾斜面は、平面または曲面の少なくともいずれかで構成されてもよい。
【００１４】
また、本発明に係る複動式摩擦攪拌点接合用保持治具セットは、前記摩擦攪拌点接合装置に用いられる、前記被接合物を保持するための保持治具セットであって、前記構成の複動式摩擦攪拌点接合装置用保持治具と、前記回転工具の進出方向側に位置し、前記被接合物の表面を前記回転工具に向けた状態で、当該被接合物の裏面を支持面により支持する裏当て部材と、を含み、前記裏当て部材の前記支持面には、その周縁部が、前記支持面から深さ方向に向かって直径が小さくなるように傾斜する傾斜面となっている円形状の凹部が形成されている構成である。
【００１５】
前記構成によれば、クランプ部材および回転工具により、被接合物の表面側に凹状領域を形成できるとともに、裏当て部材の支持面における凹部によって、被接合物の裏面側にも凹状領域を形成することができる。これにより、被接合物の両面の凹状領域に材料を充填することで、当該被接合物の両面において厚さを増加させた肉厚部位を形成することができる。しかも、これら両面の肉厚部位では、いずれにもおいても、応力集中部である攪拌部境界が肉厚部位に位置している。それゆえ、作用する応力を緩和することができるとともに、接合部の剛性をより一層向上することができる。
【００１６】
前記構成の複動式摩擦攪拌点接合用保持治具セットにおいては、前記傾斜面は、平面または曲面の少なくともいずれかで構成されてもよい。
【００１７】
また、本発明に係る複動式摩擦攪拌点接合装置は、前記構成の複動式摩擦攪拌点接合用保持治具、または、前記構成の複動式摩擦攪拌点接合用保持治具セットを備える構成である。
【００１８】
また、本発明に係る複動式摩擦攪拌点接合方法は、保持治具によって保持された被接合物を回転工具によって部分的に攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合方法であって、前記回転工具として、軸線周りに回転し、かつ、当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円柱状のピン部材と、当該ピン部材の外側を囲うように位置し、当該ピン部材と同一の軸線周りに回転するとともに当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円筒状のショルダ部材と、をそれぞれ進退移動可能な状態で用い、前記保持治具として、前記ショルダ部材の外側を囲うように位置する円筒状であり、その先端の円環状の押圧面により前記被接合物を表面から押圧するクランプ部材を用い、当該クランプ部材は、前記押圧面の内側の縁部に隣接し、当該押圧面から見て奥側に向かって当該クランプ部材の内径が小さくなるように傾斜する傾斜面を有しており、前記ショルダ部材の当接面を前記クランプ部材の前記傾斜面の上縁に合わせることにより、少なくとも当該傾斜面および当該当接面によって凹状領域を形成し、当該凹状領域に前記被接合物を構成する材料を充填する構成である。
【００１９】
前記構成の複動式摩擦攪拌点接合方法においては、前記ショルダ部材の進退移動により前記凹状領域を形成するとともに、前記回転工具により前記被接合物を部分的に攪拌することにより生じる前記材料の攪拌部に対して、前記ピン部材を圧入することにより、当該攪拌部の材料を前記凹状領域に充填する構成であってもよい。
【００２０】
また、前記構成の複動式摩擦攪拌点接合方法においては、前記被接合物における攪拌予定となる部位、または、前記被接合物に形成された接合部に対して、当該被接合物を構成する材料に攪拌混合することが可能な付加材料を供給し、前記ピン部材および前記ショルダ部材の少なくとも一方により前記付加材料とともに前記被接合物を攪拌した後に前記凹状領域を形成し、当該凹状領域に前記材料を充填する構成であってもよい。
【００２１】
また、前記構成の複動式摩擦攪拌点接合方法においては、前記保持治具として、さらに、前記回転工具の進出方向側に位置し、前記被接合物の表面を前記回転工具に向けた状態で、当該被接合物の裏面を支持面により支持する裏当て部材を用い、前記裏当て部材の前記支持面には、その周縁部が、前記支持面から深さ方向に向かって直径が小さくなるように傾斜する傾斜面となっている円形状の凹部が形成されており、前記材料を、前記凹状領域とともに前記凹部にも充填する構成であってもよい。
【００２２】
また、前記構成の複動式摩擦攪拌点接合方法においては、前記付加材料は、前記被接合物の表面または裏面の少なくともいずれかに当接するように供給される構成であってもよい。
【００２３】
前記構成の複動式摩擦攪拌点接合方法によれば、少なくとも被接合物の表面（あるいは、表面および裏面の両面）に凹状領域を形成して、回転工具の進退移動により材料を充填させることができる。それゆえ、被接合物の接合部の少なくとも表面（あるいは表面および裏面の両面）に、攪拌部境界が位置する肉厚部位を形成することができる。
【００２４】
しかも、肉厚部位を形成するための材料は、ピン部材の圧入により押し退けた材料で補填してもよいし、付加材料を供給することにより補填してもよい。前記構成の複動式摩擦攪拌点接合方法では、被接合物の接合部を選択的に肉厚にできるので、ピン部材により押し退けた材料を利用する場合には、重量を増加させることなく肉厚の接合部を形成することができ、付加材料を供給する場合には、肉厚の接合部を形成する際に重量増加を必要最小限のレベルに抑えることができる。また、付加材料の供給により接合部に回転工具由来の凹部を埋め戻して略平坦に成形することもできる。
【００２５】
また、複動式摩擦攪拌点接合方法においては、前記クランプ部材に設けられる前記傾斜面、および、前記裏当て部材の前記支持面に設けられる傾斜面の少なくとも一方は、平面または曲面の少なくともいずれかで構成されてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、以上の構成により、被接合物同士を接合した継手部分における強度向上を図ることが可能な、複動式摩擦攪拌点接合を提供することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る複動式摩擦攪拌点接合装置の要部構成を示す模式図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示す複動式摩擦攪拌点接合装置において回転工具の進退移動により被接合物の表面との間に形成される空間領域を説明する模式図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、図１に示す複動式摩擦攪拌点接合装置による複動式摩擦攪拌点接合方法の工程を模式的に説明する工程図である。
【図４】図３に示す複動式摩擦攪拌点接合方法により形成される、実施の形態１に係る接合部の構成例と、従来の複動式摩擦攪拌点接合方法により形成される従来接合部の構成例と、比較方法により形成される比較接合部の構成例とを模式的断面図により対比する対比図である。
【図５】（Ａ）は、図４に示す、実施の形態１に係る接合部を備える被接合物において、両端から引張荷重を加えたときの状態を説明する模式図であり、（Ｂ）は、図４に示す従来接合部を備える被接合物において、両端から引張荷重を加えたときの状態を説明する模式図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る複動式摩擦攪拌点接合装置の要部構成を示す模式図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は、図６に示す複動式摩擦攪拌点接合装置による複動式摩擦攪拌点接合方法の工程の一例を模式的に説明する工程図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｅ）は、図６に示す複動式摩擦攪拌点接合装置による複動式摩擦攪拌点接合方法の工程の他の例を模式的に説明する工程図である。
【図９】（Ａ）は、図８に示す複動式摩擦攪拌点接合方法により形成される、実施の形態２に係る接合部の構成例を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は、図８に示す複動式摩擦攪拌点接合方法により形成される、実施の形態２に係る接合部の他の構成例を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の代表的な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、以下の説明では、複動式摩擦攪拌点接合装置または複動式摩擦攪拌点接合方法を、単に摩擦攪拌点接合装置または摩擦攪拌点接合方法と略す。
【００２９】
（実施の形態１）
［摩擦攪拌点接合装置］
まず、本開示に係る摩擦攪拌点接合装置の要部構成について、図１を参照して具体的に説明する。図１に模式的に示すように、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置１０Ａは、要部構成として、回転工具であるピン部材１１およびショルダ部材１２と、保持治具であるクランプ部材１３と、クランプ部材１３に付勢力を与えるスプリング１４と、回転工具を駆動する工具駆動部１５と、被接合物６０を支持する裏当て部材１６と、を備えている。
【００３０】
ピン部材１１は、略円筒形または略円柱形であり、図示しない工具固定部により支持されている。ピン部材１１は、工具駆動部１５により軸線Ｘｒ（回転軸、図中一点鎖線）周りに回転し、破線矢印Ｐ１方向すなわち軸線Ｘｒ方向（図１では上下方向）に沿って進退移動可能に構成されている。
【００３１】
ショルダ部材１２は、中空を有する略円筒状であり、中空内にピン部材１１が内挿され、ピン部材１１の外側において当該ピン部材１１を囲むように工具固定部により支持されている。ショルダ部材１２は、工具駆動部１５によりピン部材１１と同一の軸線Ｘｒ周りに回転し、破線矢印Ｐ２方向すなわち軸線Ｘｒ方向に沿って進退移動可能に構成されている。
【００３２】
このように、ピン部材１１およびショルダ部材１２は、本実施の形態１ではいずれも同一の工具固定部によって支持され、いずれも工具駆動部１５により軸線Ｘｒ周りに一体的に回転する。また、ピン部材１１およびショルダ部材１２は、工具駆動部１５により、それぞれ独立して軸線Ｘｒ方向に沿って進退移動可能に構成されている。また、ピン部材１１およびショルダ部材１２は、それぞれその先端に被接合物６０に当接する当接面１１ａおよび当接面１２ａを備えている。説明の便宜上、ピン部材１１の当接面１１ａをピン当接面１１ａと称し、ショルダ部材１２の当接面１２ａをショルダ当接面１２ａと称する。
【００３３】
クランプ部材１３は、ショルダ部材１２の外側に設けられ、ショルダ部材１２と同様に、中空を有する円筒状であって、中空内にショルダ部材１２が内挿されている。したがって、ピン部材１１の外周に略円筒状のショルダ部材１２が位置し、ショルダ部材１２の外周に略円筒状のクランプ部材１３が位置している。言い換えれば、クランプ部材１３、ショルダ部材１２およびピン部材１１が、それぞれ同軸芯状の入れ子構造となっている。
【００３４】
クランプ部材１３は、被接合物６０を一方の面（表面）から押圧するものである。クランプ部材１３は、良好な摩擦攪拌点接合を実現するために、被接合物６０を押さえ付けて保持する。それゆえ、クランプ部材１３は、摩擦攪拌点接合装置１０Ａにおける保持治具である。クランプ部材１３は、本実施の形態１では、スプリング１４を介して図示しない工具固定部に支持されているため、裏当て部材１６側に付勢されている。
【００３５】
また、クランプ部材１３は、ピン部材１１またはショルダ部材１２と同様に、工具駆動部１５により破線矢印Ｐ３方向（破線矢印Ｐ１およびＰ２と同方向）すなわち軸線Ｘｒ方向に沿って進退可能に構成されている。クランプ部材１３は、回転工具であるピン部材１１およびショルダ部材１２と同様に、その先端に被接合物６０を押圧する押圧面１３ａを備えている。
【００３６】
クランプ部材１３は、前記の通り、ショルダ部材１２の外側を囲うように位置する円筒状であるため、押圧面１３ａは円環状の面となっている。また、図１に示すように、クランプ部材１３は、押圧面１３ａの内側の縁部に隣接し、当該押圧面１３ａから見て奥側に向かってクランプ部材１３の内径が小さくなるように傾斜する傾斜面１３ｂを有している。したがって、クランプ部材１３は、先端部を除いた大部分において、その内径および外径が同一の円筒状であるが、その先端部のみ、当該先端側に向かって外径が維持され内径が拡大するような先細り構成となっている。
【００３７】
あるいは、クランプ部材１３の先端部が先細りせず、全体的に内径および外径が同一の円筒状を仮定したときに、クランプ部材１３の先端部の仮想押圧面における内側の仮想縁部を面取りすれば、図１に示す傾斜面１３ｂが形成されることになる。この傾斜面１３ｂは、クランプ部材１３の先端部において内径が大きくなるテーパ面であるということもできる。
【００３８】
本開示において、クランプ部材１３が有する傾斜面１３ｂの具体的構成は、特に限定されず、前記の通り、押圧面１３ａから見て奥側に向かってクランプ部材１３の内径が小さくなるように傾斜する面であればよい。したがって、傾斜面１３ｂは、図１に模式的に示すように平坦な面（平面）であってもよいが、曲面であってもよい。また、傾斜面１３ｂは、図１に示すような単一の平面で構成されてもよいが、複数の平面が隣接して構成されてもよいし、複数の曲面が隣接して構成されてもよいし、平面および曲面の双方を含むように構成されてもよい。
【００３９】
なお、押圧面１３ａを基準とした傾斜面１３ｂの高さ、ショルダ部材１２の内周面を基準とした傾斜面１３ｂの広がり幅、傾斜面１３ｂの傾斜角度、傾斜面１３ｂそのものの幅（間隔）等については特に限定されない。これらの数値については、被接合物６０に形成される接合部において求められる諸条件（特に後述する肉厚部位の厚さ等）に応じて適宜設定することができる。
【００４０】
工具駆動部１５は、本実施の形態１では、回転工具であるピン部材１１およびショルダ部材１２をそれぞれ独立して回転駆動させるとともに、回転工具および保持治具であるクランプ部材１３をそれぞれ独立して進退移動させるものである。その具体的な構成は特に限定されず、公知の構成を好適に用いることができる。図１では、工具駆動部１５は、模式的にブロックとして図示している。また、工具駆動部１５によるピン部材１１、ショルダ部材１２、およびクランプ部材１３の駆動（回転駆動、進退移動あるいは他の駆動）については、工具駆動部１５のブロックと回転工具または保持治具とを点線でつなぐことで模式的に図示している。
【００４１】
なお、工具駆動部１５は、回転工具（ピン部材１１およびショルダ部材１２）を駆動させる、保持治具であるクランプ部材１３については進退移動させないものであってもよい。つまり、摩擦攪拌点接合装置１０Ａは、回転工具のみを駆動する工具駆動部１５とは別に、クランプ部材１３を駆動する治具駆動部を別途備えていてもよい。また、工具駆動部１５は、図示しない制御部を介して制御される構成であればよい。
【００４２】
裏当て部材１６は、ピン部材１１およびショルダ部材１２（およびクランプ部材１３）の進出方向（軸線Ｘｒ方向）側に位置している。言い換えれば、裏当て部材１６は、回転工具およびクランプ部材１３に対向するように位置している。裏当て部材１６は、摩擦攪拌点接合を実施できるように被接合物６０を適切に支持することができるものであれば、その構成は特に限定されない。
【００４３】
被接合物６０の具体的構成については特に限定されず、さまざまな構成が想定される。本実施の形態１では、図１に示すように、摩擦攪拌点接合を説明する便宜上、被接合物６０として、平板状の２枚の被接合物６１，６２を重ねたものを例示している。これら２枚の被接合物６１，６２は裏当て部材１６の支持面１６ａ上で支持される。それゆえ、本実施の形態１では、裏当て部材１６としては、板状の２枚の被接合物６１，６２を安定に支持する平坦な支持面１６ａを有する構成を例示している。
【００４４】
なお、説明の便宜上、支持面１６ａに支持された２枚の被接合物６１，６２のうち回転工具に面する被接合物６１を表側被接合物６１と称し、支持面１６ａで支持される被接合物６２を裏側被接合物６２と称する。また、表側被接合物６１において回転工具に対向する面を、被接合物６０の「表面６０ａ」と称し、裏側被接合物６２において支持面１６ａで支持される面を、被接合物６０の「裏面６０ｂ」と称する。
【００４５】
図１に示す例では、裏当て部材１６は、被接合物６０の表面６０ａを回転工具（ピン部材１１およびショルダ部材１２）に向けた状態で、当該被接合物６０の裏面６０ｂを支持面１６ａにより支持していることになる。なお、板状の２枚の被接合物６１，６２の一方の面を第一面とし他方の面を第二面とすれば、表側被接合物６１の第一面が表面６０ａとなる。また、表側被接合物６１の第二面と裏側被接合物６２の第一面とが当接するように、これら２枚の被接合物６１，６２が重ねられている。また、裏側被接合物６２の第二面が裏面６０ｂとなって、裏当て部材１６の支持面１６ａで支持される。
【００４６】
裏当て部材１６は、回転工具およびクランプ部材１３に対向するように位置していればよいので、摩擦攪拌点接合装置１０Ａに設けられる具体的な構成は特に限定されない。例えば、摩擦攪拌点接合装置１０ＡがＣ型フレームを備える構成であれば、Ｃ型フレームの上部に回転工具およびクランプ部材１３、並びに工具駆動部１５等が設けられ、これらに対抗するようにＣ型フレームの下部に裏当て部材１６が設けられればよい。この裏当て部材１６は、Ｃ型フレームに対して着脱不可の状態で固定されてもよいし着脱可能に取り付けられてもよい。
【００４７】
本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置１０Ａの具体的な構成は特に限定されず、前記の通り、回転工具であるピン部材１１およびショルダ部材１２、クランプ部材１３、工具駆動部１５、裏当て部材１６等を備えていれば、公知の他の構成を備えていてもよい。また、裏当て部材１６が着脱可能なものであれば、摩擦攪拌点接合装置１０Ａは、裏当て部材１６を必ずしも備えていなくてもよい。
【００４８】
例えば、摩擦攪拌点接合装置１０Ａがロボット装置に適応される場合、当該ロボット装置のアームの先端にＣ型フレームを介して、裏当て部材１６を備える摩擦攪拌点接合装置１０Ａが設けられてもよい。あるいは、裏当て部材１６を備えない摩擦攪拌点接合装置１０Ａが設けられたロボット装置と、裏当て部材１６を備えるロボット装置との二体を正対させる構成であってもよい。
【００４９】
なお、裏当て部材１６は、クランプ部材１３とともに、回転工具により摩擦攪拌点接合を行う被接合物６０を保持するものである。それゆえ、裏当て部材１６も摩擦攪拌点接合装置１０Ａの保持治具である。クランプ部材１３を第一保持治具とすれば、裏当て部材１６を第二保持治具とすることができる。裏当て部材１６は、前記の通り、摩擦攪拌点接合装置１０Ａから着脱自在に設けることができるが、クランプ部材１３も摩擦攪拌点接合装置１０Ａから着脱自在に設けてもよい。この場合、クランプ部材１３および裏当て部材１６を、摩擦攪拌点接合装置１０Ａ用の保持治具セットとすることができる。
【００５０】
次に、本開示に係る摩擦攪拌点接合装置１０Ａにおいて、クランプ部材１３が有する傾斜面１３ｂと被接合物６０の表面６０ａとにより形成される空間領域について、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）を参照して具体的に説明する。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）では、説明の便宜上、図１に示す摩擦攪拌点接合装置１０Ａの要部構成のうち、回転工具およびクランプ部材１３を図示し、被接合物６０の表面６０ａを点線で図示する。
【００５１】
図１および図２（Ａ）に示すように、本実施の形態では、クランプ部材１３の傾斜面１３ｂは、押圧面１３ａの内側の縁部に隣接し、先端側に広がるテーパ状の面として構成されている。そして、図２（Ａ）に示すように、クランプ部材１３が押圧面１３ａにより被接合物６０を押圧しているときに、ピン部材１１およびショルダ部材１２を進退移動させ、ショルダ当接面１２ａおよびピン当接面１１ａを被接合物６０の表面６０ａに当接させた状態を想定する。この状態では、傾斜面１３ｂおよびショルダ部材１２の外周面と被接合物６０の表面６０ａとの間には、図中破線で囲んだ空間領域Ｓ０が形成される。
【００５２】
クランプ部材１３が傾斜面１３ｂを有していなければ、ショルダ当接面１２ａが表面６０ａに当接しても、ショルダ部材１２の外周面とクランプ部材１３との内周面との間には、実質的な隙間は発生しない。それゆえ、この空間領域Ｓ０は、クランプ部材１３が傾斜面１３ｂを有することにより、ショルダ部材１２の外周面とクランプ部材１３との間に必然的に形成される隙間ということができる。そこで、この空間領域Ｓ０を便宜上「隙間領域Ｓ０」と称する。
【００５３】
次に、図２（Ｂ）に示すように、クランプ部材１３が押圧面１３ａにより被接合物６０を押圧しているときに、ピン部材１１およびショルダ部材１２を進退移動させ、ピン当接面１１ａを表面６０ａに圧入（あるいは当接）させるとともに、ショルダ当接面１２ａをクランプ部材１３の傾斜面１３ｂの上縁に合わせた状態を想定する。この状態では、傾斜面１３ｂおよびショルダ当接面１２ａとピン部材１１の外周面と被接合物６０の表面６０ａとの間には、図中破線で囲んだ空間領域Ｓ１が形成される。
【００５４】
この空間領域Ｓ１では、前記の通り、ピン当接面１１ａが表面６０ａに圧入している（あるいは被接合物６０の表面６０ａにピン部材１１が当接している状態であってもよい）。それゆえ、空間領域Ｓ１の形状は円環状となっている。表面６０ａから見れば、空間領域Ｓ１は、回転工具とクランプ部材１３とによって形成される凹状の領域と見ることができる。そこで、この空間領域Ｓ１を便宜上「円環形凹状領域Ｓ１」と称する。
【００５５】
次に、図２（Ｃ）に示すように、クランプ部材１３が押圧面１３ａにより被接合物６０を押圧しているときに、ピン部材１１およびショルダ部材１２を進退移動させ、ショルダ当接面１２ａだけでなくピン当接面１１ａもクランプ部材１３の傾斜面１３ｂの上縁に合わせた状態を想定する。この状態では、傾斜面１３ｂ、ショルダ当接面１２ａおよびピン当接面１１ａと被接合物６０の表面６０ａとの間には、図中破線で囲んだ空間領域Ｓ２が形成される。
【００５６】
この空間領域Ｓ２では、ピン当接面１１ａは表面６０ａに当接しておらず、ショルダ当接面１２ａおよびピン当接面１１ａが実質的に面一となっている。この状態では、空間領域Ｓ２は、円環形凹状領域Ｓ１と同様の凹状の領域であるものの、その形状は円環状ではなく円形状である。そこで、この空間領域Ｓ２を便宜上「円形凹状領域Ｓ２」と称する。
【００５７】
本開示においては、摩擦攪拌点接合に際して、図２（Ｂ）に示す円環形凹状領域Ｓ１または図２（Ｃ）に示す円形凹状領域Ｓ２に対して、被接合物６０を構成する材料を充填する。これにより、被接合物６０に形成される接合部を肉厚化することができるとともに、この肉厚化した部位に、回転工具により材料を摩擦攪拌することで生じた攪拌部と、攪拌されていない材料（非攪拌部）との境界（攪拌部境界）を形成することができる。
【００５８】
［摩擦攪拌点接合方法］
次に、本開示に係る摩擦攪拌点接合方法の代表的な構成について、前述した摩擦攪拌点接合装置１０Ａを用いた場合を例に挙げて、図３（Ａ）〜（Ｄ）、図４および図５（Ａ），（Ｂ）を参照して具体的に説明する。なお、図３（Ａ）〜（Ｄ）においては、回転工具の進退移動を説明する便宜上、回転工具の当接面１１ａ，１２ａおよびクランプ部材１３の押圧面１３ａには符号を付していない。
【００５９】
まず、図３（Ａ）に示すように、被接合物６０の裏面６０ｂを裏当て部材１６により支持した状態で、クランプ部材１３の押圧面１３ａにより被接合物６０の表面６０ａを押圧する。これにより、クランプ部材１３と裏当て部材１６とにより被接合物６０（表側被接合物６１および裏側被接合物６２）が挟み込まれる。本実施の形態１では、クランプ部材１３にはスプリング１４が設けられているので、スプリング１４の収縮によって被接合物６０を押圧するクランプ力が生じる。
【００６０】
次に、図示しないが、回転工具を進出移動させてピン当接面１１ａおよびショルダ当接面１２ａを表面６０ａに当接させ、ピン部材１１およびショルダ部材１２を回転させる。この状態では、ピン部材１１もショルダ部材１２も進退移動しないので、被接合物６０の表面６０ａを「予備加熱」することになる。これにより、表側被接合物６１の当接領域において材料が摩擦により発熱することで軟化して攪拌される。なお、このように材料が軟化して攪拌された部位を「攪拌部」と称する。
【００６１】
次に、図３（Ｂ）に示すように、ショルダ部材１２をピン部材１１から相対的に突き出すことで、当該ショルダ部材１２を表面６０ａからさらに内部に進出（圧入）させる。これにより、表側被接合物６１だけでなく裏側被接合物６２においても攪拌部６０ｃが生じる。ショルダ部材１２がさらに圧入することにより攪拌部６０ｃの材料が押し退けられ、ショルダ部材１２の直下からピン部材１１の直下に流動するので、ピン部材１１は後退し、ショルダ部材１２から見て浮き上がる。
【００６２】
このとき、図３（Ｂ）に示すように、攪拌部６０ｃは、実質的に回転工具の直下（当接面１１ａ，１２ａが当接している部位）のみに生じる。したがって、攪拌部６０ｃの周辺の部位では材料は攪拌されないが、この周辺の部位では、摩擦による発熱で材料そのものはある程度軟化している。このような材料を「非攪拌軟化材料」とすれば、ショルダ部材１２が被接合物６０に圧入すると、攪拌部６０ｃの周辺の部位では非攪拌軟化材料がショルダ部材１２の外側に押し退けられる。そのため、図３（Ｂ）において破線で示すように、ショルダ部材１２の外周面と傾斜面１３ｂとの間に生じる隙間領域Ｓ０に、非攪拌軟化材料が充填される。
【００６３】
次に、図３（Ｃ）に示すように、圧入したショルダ部材１２を徐々に後退させる（引き込ませる）とともに、ピン部材１１を被接合物６０に進入（圧入）させる。これにより、攪拌部６０ｃにおいては、ピン部材１１の直下から材料が周囲に押し退けられるので、ショルダ部材１２の後退とともに押し退けられた材料が表面６０ａに向かって流動する。そして、ショルダ当接面１２ａを傾斜面１３ｂの上縁に合わせるまでショルダ部材１２を後退させることで、図３（Ｃ）において破線で示すように、円環形凹状領域Ｓ１全体に材料を充填することができる。
【００６４】
その後、図３（Ｄ）に示すように、ピン部材１１を後退させる（引き込ませる）ことで、攪拌部６０ｃには、ピン部材１１の圧入に由来する凹部６０ｄが形成される。この凹部６０ｄの体積に相当する材料は、円環形凹状領域Ｓ１を充填することになるので、表側被接合物６１および裏側被接合物６２の接合部６３Ａには、これら被接合物６０全体の厚さよりも厚さの大きい部位（肉厚部位）が形成される。その後、クランプ部材１３による押圧を解除することで、一連の摩擦攪拌点接合方法が終了する。
【００６５】
このような摩擦攪拌点接合方法により形成された接合部６３Ａは、図４上段図に模式的に示すように、被接合物６０の全体の厚さよりも肉厚となっている。しかも、接合部６３Ａにおいては、材料が攪拌された攪拌部６０ｃと、材料が攪拌されていない非攪拌部との境界である攪拌部境界６０ｅが、肉厚部位に位置している。これに対して、図４中段図に模式的に示す従来の摩擦攪拌点接合方法により形成された接合部（従来接合部）７１では、ピン部材１１に由来する凹部６０ｄが埋め戻されて略平坦に整形されているものの、肉厚部位は形成されない。
【００６６】
それゆえ、本開示に係る摩擦攪拌点接合方法（および摩擦攪拌点接合装置１０Ａ）によれば、従来の摩擦攪拌点接合方法と比較して、クランプ部材１３に傾斜面１３ｂを設けるという簡素な構成で、接合部６３Ａにおける厚さを選択的に増加させることができる。しかも、厚さを増加させる材料は、ピン部材１１の圧入により接合部６３Ａの中心に凹部６０ｄを形成することによって補填することになる。それゆえ、重量を増加させることなく、接合部６３Ａを選択的に肉厚にできるので、接合部６３Ａの強度の向上を図ることができる。
【００６７】
ここで、クランプ部材１３に傾斜面１３ｂを設けるのではなく、ショルダ部材１２の当接面１２ａに傾斜面を設けることで、接合部６３Ａの厚さを選択的に増加させることも考えられる。しかしながら、ショルダ当接面１２ａに傾斜面を設けた場合には、図４下段図に模式的に示すような比較接合部７２が形成されることになる。この比較接合部７２は、一見すると図４上段図に示す接合部６３Ａに類似しているが、攪拌部境界６０ｅが比較接合部７２の肉厚部位に位置しておらず、比較接合部７２と接合されていない部位との境界付近に生じる。その結果、比較接合部７２では、厚さが増加していても強度の向上を十分に図ることができない。
【００６８】
図４中段図に示す従来接合部７１あるいは図４下段図に示す比較接合部７２でも、表側被接合物６１および裏側被接合物６２を強固に接合することができる。しかしながら、本発明者らの検討によれば、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、被接合物６１，６２の継手構造において従来接合部７１あるいは比較接合部７２が形成された場合、継手部位に曲げが発生すると、その強度が低下するおそれがあることが明らかとなった。
【００６９】
例えば、図５（Ｂ）では、短冊状の表側被接合物６１の一端に対して、同じく短冊状の裏側被接合物６２の一端が重ねられて従来接合部７１を形成することにより、被接合物６１，６２の継手構造が構成されている。このような継手構造に対して、図中矢印Ｄ１に示すように、表側被接合物６１および裏側被接合物６２のそれぞれの他端を引っ張るように荷重をかけると、図中矢印Ｄ２に示すように継手部位（従来接合部７１）に曲げが発生し、その結果、図中矢印Ｄ３に示すように、継手部位において表側被接合物６１と裏側被接合物６２とを引き剥がす荷重が生じる。これにより継手部位の強度、特に疲労強度が低下し、例えば攪拌部境界６０ｅにおいて破断が発生しやすくなる。
【００７０】
これに対して、本開示に係る摩擦攪拌点接合方法では、図４上段図に示すように、接合部６３Ａの厚さが大きくなっている。それゆえ、接合部６３Ａにおける剛性が向上するため、図５（Ａ）に示すように、矢印Ｄ１方向に引っ張り荷重をかけても、接合部６３Ａの周辺における曲げの発生を抑制することが可能になるため、接合部６３Ａ近傍では、矢印Ｄ０に示すように引張せん断荷重が生じ、図５（Ｂ）において矢印Ｄ３に示すような引き剥がし荷重は生じにくくなる。それゆえ、継手部位の強度低下を有効に抑制することができる。しかも、攪拌部境界６０ｅは接合部６３Ａの肉厚部位に位置しているため、攪拌部境界６０ｅの強度も向上することができる。攪拌部境界６０ｅは、上述した荷重形態において最も応力が集中する部位であるため、当該攪拌部境界６０ｅに作用する応力の緩和は、継手としての強度向上に寄与することになる。
【００７１】
このように、本開示に係る摩擦攪拌点接合装置１０Ａまたは摩擦攪拌点接合方法、あるいは、摩擦攪拌点接合用の保持治具または保持治具セットでは、保持治具であるクランプ部材１３の押圧面１３ａの内側にテーパ状の傾斜面１３ｂが形成されている。それゆえ、この傾斜面１３ｂの上縁にショルダ部材１２の当接面１２ａを合わせることで、回転工具の先端部にクランプ部材１３で周囲が覆われた円環形凹状領域Ｓ１を形成することができる。被接合物６０に対して回転工具を進退移動させることにより、この円環形凹状領域Ｓ１全体に被接合物６０を構成する材料を充填することができる。
【００７２】
特に、ショルダ部材１２の圧入により、ショルダ当接面１２ａの直下に位置する材料は攪拌されるが、ショルダ当接面１２ａに隣接する周囲の材料は攪拌されないもののある程度軟化する。そのため、ショルダ部材１２の圧入に伴って攪拌された材料だけでなく、周囲の軟化した材料も円環形凹状領域Ｓ１に充填することができる。
【００７３】
円環形凹状領域Ｓ１に充填された材料によって、被接合物６０の接合部６３Ａには、厚さを増加した肉厚部位が形成されるとともに、材料が攪拌された部分と攪拌されていない部分との境界（攪拌部境界６０ｅ）を肉厚部位に位置させることになる。それゆえ、接合部６３Ａの剛性を向上することができるとともに、攪拌部境界６０ｅで破断が生じる可能性を有効に抑制することができる。その結果、例えば被接合物６０の継手部分において、より一層の強度向上を図ることが可能となる。
【００７４】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、接合部６３Ａの肉厚部位は、被接合物６０の表面６０ａ側に厚さを増加させる構成であったが、さらに被接合物６０の裏面６０ｂ側に厚さを増加させてもよい。
【００７５】
［摩擦攪拌点接合装置］
まず、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置の要部構成について、図６を参照して具体的に説明する。図６に模式的に示すように、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置１０Ｂは、前記実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置１０Ａと同様に、要部構成として、ピン部材１１およびショルダ部材１２（回転工具）と、クランプ部材１３（保持治具）およびスプリング１４と、工具駆動部１５と、裏当て部材１６（保持治具）と、を備えている。ただし、本実施の形態２に係る裏当て部材１６には、図６に示すように、支持面凹部１６ｂが設けられている。
【００７６】
この支持面凹部１６ｂは、裏当て部材１６の支持面１６ａに設けられる円形状の凹部である。支持面凹部１６ｂの周縁部は、支持面１６ａから深さ方向に向かって直径が小さくなるように傾斜する傾斜面となっている。なお、この支持面凹部１６ｂの周縁部の傾斜面を、クランプ部材１３の傾斜面１３ｂと区別する便宜上、「凹部周縁傾斜面」と称する。支持面１６ａにおいて支持面凹部１６ｂが設けられている位置は特に限定されず、被接合物６０の接合部の裏面６０ｂ側において肉厚部位を形成可能な位置であればよい。
【００７７】
支持面凹部１６ｂが設けられる位置の代表的な一例について説明する。支持面凹部１６ｂは、その底面の直径が最も小さく支持面１６ａ側の開口の直径が最も大きくなるような平坦な有底穴として構成されている。図６に示すように、回転工具であるピン部材１１およびショルダ部材１２が裏当て部材１６に向かって進出して当該裏当て部材１６に当接する位置（図中二点鎖線で図示）を「工具当接位置Ｒ０」としたときに、支持面凹部１６ｂの底面が工具当接位置Ｒ０に一致するか、工具当接位置Ｒ０が底面に全て含まれるように、支持面凹部１６ｂが位置していればよい。
【００７８】
また、支持面凹部１６ｂの位置は、前記の通り、その底面に工具当接位置Ｒ０が全て含まれる位置であればよいものの、図６に示すように、底面の中心（言い換えれば、支持面凹部１６ｂの中心）が、実質的に回転工具の軸線Ｘｒ（図中一点鎖線）に一致することが好ましい。被接合物６０の接合部における肉厚部位は、後述するように、支持面凹部１６ｂに対して、回転工具（ピン部材１１およびショルダ部材１２）の進退移動により材料を充填することにより形成される。それゆえ、底面の中心を軸線Ｘｒに一致させておくことで、支持面凹部１６ｂ全体に対して材料を良好に充填することができる。
【００７９】
支持面凹部１６ｂの大きさは特に限定されないものの、その底面が工具当接位置Ｒ０と同程度の大きさであればよい。工具当接位置Ｒ０は、実質的に回転工具の当接面１１ａ，１２ａに対応するので、支持面凹部１６ｂの底面は、ピン当接面１１ａおよびショルダ当接面１２ａと同等程度の大きさ、すなわち、ショルダ部材１２の直径と同程度であればよい。それゆえ、支持面凹部１６ｂの凹部周縁傾斜面は、工具当接位置Ｒ０よりも外側に位置することになる。これにより、後述するように、凹部周縁傾斜面とショルダ部材１２の外周面により、前記実施の形態１における隙間領域Ｓ０（図２（Ａ）参照）と同様の隙間領域を形成することができる。
【００８０】
なお、支持面凹部１６ｂの深さ、凹部周縁傾斜面の広がり幅、凹部周縁傾斜面の傾斜角度、凹部周縁傾斜面そのものの幅等についても特に限定されない。これらの数値については、クランプ部材１３の傾斜面１３ｂの各数値と同様に、被接合物６０に形成される接合部において求められる諸条件、特に、裏面６０ｂに形成される肉厚部位の厚さ等に応じて適宜設定することができる。
【００８１】
また、凹部周縁傾斜面の具体的構成は、特に限定されず、前記の通り、支持面１６ａから深さ方向に向かって直径が小さくなるように傾斜する面であればよい。したがって、凹部周縁傾斜面は、前述したクランプ部材１３の傾斜面１３ｂと同様に、図６に模式的に示すような平坦面（平面）であってもよいし曲面であってもよい。また、凹部周縁傾斜面は、図６に示すような単一の平面で構成されてもよいが、複数の平面が隣接して構成されてもよいし、複数の曲面が隣接して構成されてもよいし、平面および曲面の双方を含むように構成されてもよい。
【００８２】
また、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置１０Ｂにおいて、裏当て部材１６以外の構成については、前記実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置１０Ａと同様であるため、その説明を省略する。
【００８３】
［摩擦攪拌点接合方法］
次に、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合方法の代表的な構成について、前述した摩擦攪拌点接合装置１０Ｂを用いた場合を例に挙げて、図７（Ａ）〜（Ｅ）、図８（Ａ）〜，（Ｅ）および図９（Ａ），（Ｂ）を参照して具体的に説明する。なお、図７（Ａ）〜（Ｅ）または図８（Ａ）〜（Ｅ）においては、前記実施の形態１で参照した図３（Ａ）〜（Ｄ）と同様に、回転工具の進退移動を説明する便宜上、回転工具の当接面１１ａ，１２ａおよびクランプ部材１３の押圧面１３ａには符号を付していない。
【００８４】
本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合方法では、前記実施の形態１とは異なり、裏当て部材１６にも支持面凹部１６ｂが形成されているため、被接合物６０の接合部においては、表面６０ａだけでなく裏面６０ｂも厚さが増加している。そのため、本実施の形態２では、例えば、図７（Ａ）に模式的に示すように、被接合物６０を部分的に攪拌する前に、攪拌予定となる部位に被接合物６０と同種の付加材料６４を供給する。そして、回転工具による攪拌時には、被接合物６０だけでなく付加材料６４も併せて攪拌することにより、この付加材料６４を裏面６０ｂの厚さの増加分として補填する。
【００８５】
本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様に、図７（Ａ）に示すように、被接合物６０の裏面６０ｂを裏当て部材１６により支持した状態で、クランプ部材１３の押圧面１３ａにより被接合物６０の表面６０ａを押圧する。これにより、クランプ部材１３と裏当て部材１６とにより被接合物６０（表側被接合物６１および裏側被接合物６２）が挟み込まれる。このとき、本実施の形態２では、付加材料６４を支持面凹部１６ｂに供給する。
【００８６】
付加材料６４は、基本的には、被接合物６０を構成する材料と同一のものであればよいが、回転工具による攪拌で被接合物６０を構成する材料に混合することが可能であれば、異なる材料であってもよい。付加材料６４として異なる材料を選択することで、接合部に対して被接合物６０にはない特性（例えば、高強度化または高耐食化等）を付与することが可能になる。
【００８７】
また、付加材料６４の形態は特に限定されず、図７（Ａ）に模式的に示すような板状またはブロック状であってもよいし、粒子状または粉末状であってもよいし、その他の形状であってもよい。ただし、裏当て部材１６で被接合物６０の裏面６０ｂを良好に支持する観点から、付加材料６４は、支持面凹部１６ｂ内に収容可能な形態（または収容可能な大きさ）であることが望ましい。
【００８８】
次に、図示しないが、前記実施の形態１と同様に、回転工具（ピン部材１１およびショルダ部材１２）により被接合物６０の表面６０ａを「予備加熱」する。次に、図７（Ｂ）に示すように、ショルダ部材１２をピン部材１１から相対的に突き出すことで、当該ショルダ部材１２を表面６０ａからさらに内部に進出（圧入）させる。これにより、表側被接合物６１だけでなく裏側被接合物６２においても攪拌部６０ｃが生じる。
【００８９】
ショルダ部材１２がさらに圧入することにより攪拌部６０ｃの材料が押し退けられ、ショルダ部材１２の直下からピン部材１１の直下に流動するので、ピン部材１１は後退し、ショルダ部材１２から見て浮き上がる。また、ショルダ部材１２の圧入により、攪拌部６０ｃの周辺の部位では非攪拌軟化材料が外側に押し退けられる。それゆえ、図７（Ｂ）において破線で示すように、ショルダ部材１２の外周面と傾斜面１３ｂとの間に生じる隙間領域Ｓ０に、非攪拌軟化材料が充填される。
【００９０】
次に、図７（Ｃ）に示すように、ショルダ部材１２をさらに圧入させて支持面凹部１６ｂの底面付近まで到達させる。これにより、被接合物６０だけでなく付加材料６４も攪拌されるので、軟化した付加材料６４は、被接合物６０の攪拌により生じた攪拌部６０ｃに合流する。
【００９１】
また、ショルダ部材１２が支持面凹部１６ｂの底面付近に到達すると、支持面凹部１６ｂの周縁部はクランプ部材１３の傾斜面１３ｂと同様の凹部周縁傾斜面となっている。それゆえ、凹部周縁傾斜面とショルダ部材１２の外周面との間には、図７（Ｃ）において破線で示すように、隙間領域Ｓ０と同様の空間領域である隙間領域Ｓ３が生じる。ショルダ部材１２の圧入に伴って、攪拌部６０ｃの周辺における非攪拌軟化材料が外側に押し退けられる。それゆえ、隙間領域Ｓ３にも非攪拌軟化材料が充填される。
【００９２】
次に、図７（Ｄ）に示すように、圧入したショルダ部材１２を徐々に後退させる（引き込ませる）。これにより、支持面凹部１６ｂ内に存在していたショルダ部材１２が支持面凹部１６ｂから出ていくことになるので、攪拌部６０ｃの材料が支持面凹部１６ｂ全体に充填される。また、ショルダ部材１２の後退とともに、ピン部材１１を被接合物６０に進入（圧入）させる。これにより、攪拌部６０ｃの材料は、ピン部材１１の直下から周囲に押し退けられて、表面６０ａに向かって流動する。そして、ショルダ当接面１２ａを傾斜面１３ｂの上縁に合わせるまでショルダ部材１２を後退させることで、図７（Ｄ）において破線で示すように、円環形凹状領域Ｓ１全体に材料を充填される。
【００９３】
その後、図７（Ｅ）に示すように、ピン部材１１を後退させる（引き込ませる）ことで、攪拌部６０ｃには、ピン部材１１の圧入に由来する凹部６０ｄが形成される。この凹部６０ｄの体積に相当する材料は、表面６０ａに位置する円環形凹状領域Ｓ１を充填することになる。また、前記の通り、付加材料６４の供給により、裏面６０ｂに位置する支持面凹部１６ｂにおいても材料が充填される。その後、クランプ部材１３による押圧を解除することで、一連の摩擦攪拌点接合方法が終了する。
【００９４】
図７（Ａ）〜（Ｅ）に例示する摩擦攪拌点接合方法では、付加材料６４を裏面６０ｂ側にのみ供給したが、付加材料６５は表面６０ａにも供給することができる。この場合、ピン部材１１に由来する凹部６０ｄを埋め戻して略平坦に整形することが可能になる。例えば、図８（Ａ）に示すように、被接合物６０の表面６０ａの上であってピン部材１１の直下となる位置に、付加材料６５を供給する。なお、図８（Ａ）においては、図７（Ａ）に示す状態と同様に、裏当て部材１６の支持面凹部１６ｂに付加材料６４が供給されている。
【００９５】
そして、図８（Ｂ）および図８（Ｃ）に示すように、ショルダ部材１２を進出（圧入）させ、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）に示す状態と同様に、ショルダ部材１２の外周面と傾斜面１３ｂとの間に生じる隙間領域Ｓ０（図８（Ｂ）において破線で囲んだ領域参照）と、ショルダ部材１２の外周面と凹部周縁傾斜面との間に生じる隙間領域Ｓ３（図８（Ｃ）において破線で囲んだ領域参照）に、非攪拌軟化材料を充填するとともに、軟化した付加材料６４を攪拌部６０ｃに合流させる。
【００９６】
その後、図７（Ｄ）に示す状態と同様に、圧入したショルダ部材１２を徐々に後退させて、攪拌部６０ｃの材料を支持面凹部１６ｂ全体に充填する。また、ショルダ部材１２の後退とともに、ピン部材１１を被接合物６０に進入（圧入）させる。このとき、ピン部材１１により、付加材料６５が攪拌されて軟化し、攪拌部６０ｃに合流する。
【００９７】
さらにその後、図８（Ｄ）に示すように、ピン当接面１１ａおよびショルダ当接面１２ａをそれぞれ傾斜面１３ｂの上縁に合わせるまで、ピン部材１１およびショルダ部材１２を後退させる。
【００９８】
これにより、図中破線で示すように、クランプ部材１３の傾斜面１３ｂ、ピン当接面１１ａおよびショルダ当接面１２ａにより円形凹状領域Ｓ２が構成される（図４下段図参照）。それゆえ、付加材料６５で補填された攪拌部６０ｃの材料は、図８（Ｄ）において破線で示すように、円形凹状領域Ｓ２全体に充填される。そして、図８（Ｅ）に示すように、クランプ部材１３による押圧を解除することで、一連の摩擦攪拌点接合方法が終了する。
【００９９】
これらのような摩擦攪拌点接合方法により形成された接合部６３Ｂまたは接合部６３Ｃは、図９（Ａ）または図９（Ｂ）に模式的に示すように、表面６０ａおよび裏面６０ｂのいずれにおいても厚さが増加した肉厚部位が形成される。また、接合部６３Ｂには、ピン部材１１に由来する凹部６０ｄが残存しているが、接合部６３Ｃには、凹部６０ｄが残存しておらず、その表面６０ａは略平坦に整形されている。しかも、接合部６３Ｂおよび接合部６３Ｃのいずれにおいても、材料が攪拌された攪拌部６０ｃと、材料が攪拌されていない非攪拌部との境界である攪拌部境界６０ｅが、肉厚部位に位置している。
【０１００】
それゆえ、本開示に係る摩擦攪拌点接合方法（および摩擦攪拌点接合装置１０Ｂ）によれば、クランプ部材１３に傾斜面１３ｂを設けるとともに、裏当て部材１６の支持面１６ａに支持面凹部１６ｂを設けるという簡素な構成で、接合部６３Ｂまたは接合部６３Ｃにおける厚さを選択的に増加させることができる。また、厚さを増加させる材料のうち、裏面６０ｂ側については、付加材料６４を供給することによって補填すればよく、表面６０ａ側については、前記実施の形態１と同様に、ピン部材１１の圧入により接合部６３Ａの中心に凹部６０ｄを形成することによって補填してもよいし、付加材料６５をさらに供給することによって補填してもよい。
【０１０１】
このように、接合部６３Ｂまたは６３Ｃにおいて選択的に厚さを増加させることができれば、付加材料６４または６５を供給したとしても重量増加を最小限に抑えることができる。また、表面６０ａおよび裏面６０ｂの双方において厚さが増加しているため、接合部６３Ｂまたは６３Ｃが継手構造の接合に適用されたときに、接合部６３Ｂまたは６３Ｃに曲げ荷重が加えられたとしても、その強度低下を有効に抑制することができる。また、前記の通り、接合部６３Ｂまたは６３Ｃのいずれにおいても、攪拌部境界６０ｅは肉厚部位に位置しているため、攪拌部境界６０ｅの強度も向上し、この部位での破断も有効に抑制することができる。
【０１０２】
［変形例］
なお、本実施の形態２では、付加材料６４または６５は、回転工具により被接合物６０を攪拌する前に供給しているが、これに限定されず、被接合物６０を接合してから付加材料６４または６５を供給してもよい。例えば、前記実施の形態１において、接合部６３Ａを形成した後（例えば図４上段図参照）に、凹部６０ｄを埋め戻すために表面６０ａに付加材料６５を供給し、再び回転工具により接合してもよい。同様に、例えば、被接合物６０に接合部６３Ａを形成してから裏面６０ｂに付加材料６４を供給し、再び回転工具により接合してもよい。
【０１０３】
つまり、付加材料６４または６５は、被接合物６０において攪拌予定となる部位に供給（接合前に供給）してもよいし、被接合物６０に形成された接合部６３Ａ〜６３Ｃに対して供給（接合後に供給）してもよい。ただし、裏面６０ｂに付加材料６４を供給する場合、諸条件にもよるが、本実施の形態２で説明したように接合前に支持面凹部１６ｂに供給することが好ましい。接合前に付加材料６４を供給することで、支持面凹部１６ｂに付加材料６４が存在することになるので、回転工具の圧入時に、被接合物６０がたわむ可能性を防止または抑制することができる。
【０１０４】
また、図７（Ｃ）または図８（Ｃ）に示す例では、付加材料６４はショルダ部材１２により攪拌され、図８（Ｄ）に示す例では、付加材料６５はピン部材１１により攪拌されているが、付加材料６４または６５の攪拌はこれに限定されず、ピン部材１１およびショルダ部材１２の少なくとも一方により攪拌されればよい。また、付加材料６４または６５の供給方法も特に限定されず、本実施の形態２で説明したように、例えば、被接合物６０の表面６０ａまたは裏面６０ｂの少なくともいずれかに当接するように供給すればよい。
【０１０５】
なお、前記実施の形態１における接合部６３Ａ、並びに、本実施の形態２における接合部６３Ｂには、いずれもピン部材１１に由来する凹部６０ｄが残存している。この凹部６０ｄは、基本的には接合部６３Ａの強度に影響を与えるようなものではない。それゆえ、付加材料６５の供給により凹部６０ｄを埋め戻すことが必須ではない。被接合物６０の用途によっては、凹部６０ｄが存在しない方がよい場合があるので、このような場合には、接合部６３Ｃのように凹部６０ｄを埋め戻して表面６０ａを略平坦に整形すればよい。
【０１０６】
また、前記実施の形態１および本実施の形態２のいずれにおいても、押圧面１３ａに傾斜面１３ｂを有するクランプ部材１３を用いた摩擦攪拌点接合装置１０Ａまたは１０Ｂを例示して本開示を説明しているが、本開示は、摩擦攪拌点接合装置１０Ａまたは１０Ｂ、もしくはこれらを用いた摩擦攪拌点接合方法に限定されない。前記実施の形態１で説明したように、クランプ部材１３は、摩擦攪拌点接合装置１０Ａ（または摩擦攪拌点接合装置１０Ｂ）から着脱自在であってもよく、このクランプ部材１３は、被接合物６０を保持するための保持治具である。それゆえ、本開示には、傾斜面１３ｂを有するクランプ部材１３すなわち摩擦攪拌点接合用保持治具も含まれる。
【０１０７】
また、前記実施の形態１で説明したように、裏当て部材１６も摩擦攪拌点接合装置１０Ａ（または摩擦攪拌点接合装置１０Ｂ）から着脱自在であってもよく、この裏当て部材１６も被接合物６０を保持する保持治具である。それゆえ、本開示には、クランプ部材１３を第一保持治具とし裏当て部材１６を第二保持治具として含む、摩擦攪拌点接合用保持治具セットも含まれる。このとき、裏当て部材１６は、前記実施の形態１で説明した構成であってもよいが、本実施の形態２で説明した、支持面凹部１６ｂを有する裏当て部材１６であればより好ましい。
【０１０８】
なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、複動式摩擦攪拌点接合において接合部の強度の向上を図ることができるため、複動式摩擦攪拌点接合を利用したさまざまな分野に広く好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１０Ａ，１０Ｂ    摩擦攪拌点接合装置
１１    ピン部材（回転工具）
１１ａ  ピン当接面
１２    ショルダ部材（回転工具）
１２ａ  ショルダ当接面
１３    クランプ部材（保持治具）
１３ａ  押圧面
１３ｂ  傾斜面
１４    スプリング
１５    工具駆動部
１６    裏当て部材（保持治具）
１６ａ  支持面
１６ｂ  支持面凹部
６０    被接合物
６０ａ  表面
６０ｂ  裏面
６０ｃ  攪拌部
６０ｄ  凹部
６０ｅ  攪拌部境界
６１    表側被接合物
６２    裏側被接合物
６３Ａ〜６３Ｃ    接合部
６４，６５    付加材料
７１    従来接合部
７２    比較接合部
Ｓ０    隙間領域（ショルダ部材とクランプ部材との間）
Ｓ１    円環形凹状領域
Ｓ２    円形凹状領域
Ｓ３    隙間領域（ショルダ部材と支持面凹部との間）
【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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【図８】
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【図９】
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