(57)【要約】【課題】接合部材の接合表面に突出するバリの発生を従来より抑制することができる摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法を提供する。【解決手段】アイロニングプレート１００は、回転ツール５の外周部を囲むように、かつ回転ツール５とともに回転しないように摩擦攪拌接合装置２００に取り付けられるものであり、アイロニングプレート１００の回転ツール５が挿入される部分の内径は回転ツール５より大きく、アイロニングプレート１００が回転ツール５の外周部を囲むように配置される際に２枚の金属板１，２の余剰材料が入り込む材料流入経路１０５がアイロニングプレート１００と回転ツール５との間に形成される。【選択図】  図４
2019162643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ツールを回転させることによって生じる摩擦熱を利用して摩擦攪拌し、２枚の金属板を接合する摩擦攪拌接合装置に取り付けられる摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートであって、
前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートは、前記回転ツールの外周部を囲むように、かつ前記回転ツールとともに回転しないように前記摩擦攪拌接合装置に取り付けられるものであり、
前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートの前記回転ツールが挿入される部分の内径は前記回転ツールより大きく、前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートが前記回転ツールの外周部を囲むように配置される際に前記２枚の金属板の接合により生じる余剰材料が入り込む材料流入経路が前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートと前記回転ツールとの間に形成される
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレート。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートにおいて、
前記２枚の金属板に対向する面の少なくとも一部が、前記回転ツールの回転軸と直交する面に対して傾斜している第一傾斜面を有している
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレート。
【請求項３】
請求項２に記載の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートにおいて、
前記回転ツールの回転軸と直交する面と前記第一傾斜面とで形成される交線が、前記摩擦攪拌接合装置による前記２枚の金属板の接合の進行方向前方側に形成されている
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレート。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートにおいて、
前記回転ツールの回転軸と直交する面に対して傾斜している第二傾斜面を更に有し、
前記第一傾斜面は、前記摩擦攪拌接合装置による前記２枚の金属板の接合の進行方向前方側に設けられ、
前記第二傾斜面は、前記摩擦攪拌接合装置による前記２枚の金属板の接合の進行方向後方側に設けられ、
前記回転ツールの回転軸と直交する面に対する前記第一傾斜面の傾斜角度が前記回転ツールの回転軸と直交する面に対する前記第二傾斜面の傾斜角度より小さい
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレート。
【請求項５】
請求項２に記載の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートにおいて、
前記２枚の金属板に対向する面が、前記第一傾斜面のみで形成される
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレート。
【請求項６】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートにおいて、
前記摩擦攪拌接合装置による前記２枚の金属板の接合の進行方向前方側に開口部が設けられている
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレート。
【請求項７】
２枚の金属板の接合部の表面に回転ツールを配置し、前記回転ツールを回転させながら前記金属板の表面を押圧した状態で接合部に沿って移動させて前記２枚の金属板を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置であって、
前記回転ツールと、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートと、を備えた
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項８】
請求項７に記載の摩擦攪拌接合装置において、
前記２枚の金属板の接合の進行方向前方に前記回転ツールの先端側が来るように前記回転ツールおよび前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートを傾斜させる傾斜装置を更に備えた
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項９】
請求項７に記載の摩擦攪拌接合装置において、
前記回転ツールは、先端部に、前記金属板に当接するショルダ部、および前記回転ツールより小径のプローブを有している
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置において、
前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートを前記金属板の表面に押圧する押圧力調整手段を備えた
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項１０のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置により２枚の金属板を接合する
ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟化したワークの飛び散りやワークの接合表面に突出するバリの発生を従来より抑制することができる回転子を含む摩擦攪拌接合冶具の一例として、特許文献１には、先端に接合ピンを有する円柱形状の回転子を備えた摩擦攪拌接合冶具であって、回転子の外周面を環状に覆う流動抑制部材を備え、かつ、流動抑制部材は、被接合部材に対して回転しない状態で支持されていること、および流動抑制部材と回転子との間隙に、潤滑剤が充填されていること、が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、十分な混合作用および固化作用を維持する一方で、熱入力を制御することが可能な摩擦攪拌方法で表面過熱の課題を克服することを目的として、摩擦攪拌ツールの回転プローブを低伝導で高融点の金属又は金属合金であるワークピース又は一組のワークピース間の接合部に入れることを含み、プローブは、ワークピースと接触する肩部又は肩部間から突き出し、当該又はそれぞれの肩部に対して回転する摩擦攪拌方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０５４８６号公報
【０００５】
【特許文献２】特許５４０４３８９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
回転ツールを回転させながら、回転ツールのツール本体に設けられたショルダ部の表面を接合部材の表面と接触させ、ショルダ部の表面と接合部材の表面との摩擦熱を利用して摩擦攪拌することで接合部材を融点以下の固相状態とし、材料を攪拌して接合する摩擦攪拌接合技術が知られている。
【０００７】
この接合技術は、アルミ合金を主体として、マグネシウムや鉄等の金属材料に加えて樹脂材料等の接合を行う様々な産業分野で実用化されている。
【０００８】
図１に示すように、摩擦攪拌接合では、回転ツール５のプローブ５ａが接合する接合材料の間に挿入された状態で高速回転するとともに、ショルダ部５ｂが高速回転により接合材料の表面と擦れ合う。このため、図１に示すように、ショルダ部５ｂの縁端に相当する部分と接合材料表面との間の隙間から余剰材料がバリ３０として排出される。このようなバリ３０はビード３４の両端側である、回転ツール５の回転方向と摩擦攪拌進行方向（接合方向或いはツール送り方向）が一致するアドバンシングサイド３２、および回転ツール５の回転方向と摩擦攪拌進行方向が反対を向いているリトリーティングサイド３３に発生する。特に、リトリーティングサイド３３側にバリ３０が多く発生する。
【０００９】
このようなバリは、製品の外観や品質等の観点から好ましいものとは言えず、除去が必要となる。しかし、作業工程に除去作業が加わるために工程数が増加する上、手間がかかり、製品のコストアップにつながるという問題があった。また、バリが生じた分だけ接合部分の接合部材の量が減り、接合部に溝欠陥や内部欠陥（トンネル状の欠陥）等の問題が発生し、接合強度が低下してしまう場合もあった。
【００１０】
このようなバリの発生や飛び散りを防止するための技術の一環として、上述したような接合ピンを有する回転子と回転しない流動抑制部材との間に潤滑剤を充填させている特許文献１等に記載の技術がある。しかし、この特許文献１に記載の技術では、流動抑制部材と材料表面との間の隙間から余剰材料がバリとして排出されることを抑制することはできず、更なるバリの抑制が求められている。
【００１１】
また、上述したような回転プローブと無回転の肩部とを用いる特許文献２に記載の技術においても、特許文献１に記載の技術と同様に、肩部と材料表面との間の隙間から余剰材料がバリとして排出されることを抑制することはできず、更なるバリの抑制が求められている。
【００１２】
そこで、本発明は、接合部材の接合表面に突出するバリの発生を従来より抑制することができる摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法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】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、回転ツールを回転させることによって生じる摩擦熱を利用して摩擦攪拌し、２枚の金属板を接合する摩擦攪拌接合装置に取り付けられる摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートであって、前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートは、前記回転ツールの外周部を囲むように、かつ前記回転ツールとともに回転しないように前記摩擦攪拌接合装置に取り付けられるものであり、前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートの前記回転ツールが挿入される部分の内径は前記回転ツールより大きく、前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートが前記回転ツールの外周部を囲むように配置される際に前記２枚の金属板の接合により生じる余剰材料が入り込む材料流入経路が前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートと前記回転ツールとの間に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、接合部材の接合表面に突出するバリの発生を従来より抑制することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一般的な摩擦攪拌接合でのバリの発生の概要を示す上面図である。
【図２】本発明の実施例１の摩擦攪拌接合装置の概略正面図である。
【図３】図２に示した摩擦攪拌接合装置の側面図である。
【図４】実施例１の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【図５】実施例１の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートの概略を示す上面図である。
【図６】本発明の実施例１の変形例１の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートの概略を示す上面図である。
【図７】本発明の実施例１の変形例２の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【図８】本発明の実施例１の変形例３の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【図９Ａ】本発明の実施例２の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【図９Ｂ】実施例２のアイロニングプレートと金属板表面の接触部分を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２の変形例の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【図１１】本発明の実施例３の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【図１２】本発明の実施例３の変形例１の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【図１３】本発明の実施例４の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【図１４】本発明の実施例５の両面摩擦攪拌接合装置の概略を示す図である。
【図１５】本発明の実施例５の両面摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【図１６】本発明の実施例５の変形例１の両面摩擦攪拌接合装置の概略を示す図である。
【図１７】本発明の実施例５の変形例２の両面摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法の実施例を、図面を用いて説明する。以下の各実施例では、接合部材として冷間圧延に供する金属板（例えば鋼板などの鉄系の金属、アルミ合金や銅合金などの非鉄金属）を例に説明する。
【００１７】
＜実施例１＞  
本発明の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法の実施例１について図２乃至図５を用いて説明する。
【００１８】
最初に、本実施例１の摩擦攪拌接合装置の全体概要について図２および図３を用いて説明する。図２は本実施例１の摩擦攪拌接合装置の概略正面図、図３は図２に示した摩擦攪拌接合装置の側面図である。
【００１９】
図２および図３において、本実施例に係わる金属板の摩擦攪拌接合装置２００は、把持装置７、把持装置８、摩擦攪拌装置３、回転ツール押圧力調整装置５５、移動装置５７を有している。図２に示す摩擦攪拌接合装置による２枚の金属板１，２の接合方向は、図２の紙面の垂直方向である。
【００２０】
把持装置７は、バックプレート１１０と併せて金属板２の表裏面をそれぞれ把持する装置であり、ハウジング９と一体に設けられており、駆動装置（図示省略）を備えた開閉機構（図示省略）により開閉可能に構成されている。把持装置７の摩擦攪拌装置３側の端面には斜めの逃げ面が形成されている。
【００２１】
把持装置８は、バックプレート１１０とともに金属板１の表裏面をそれぞれ把持する装置であり、ハウジング９と一体に設けられており、駆動装置（図示省略）を備えた開閉機構（図示省略）により開閉可能に構成されている。把持装置８の摩擦攪拌装置３側の端面にも斜めの逃げ面が形成されている。
【００２２】
摩擦攪拌装置３は、金属板１，２の接合部Ｊの表面側に回転ツール５およびアイロニングプレート１００が装着されている。また、摩擦攪拌装置３は、回転ツール５を保持する筒体５３を有しており、筒体５３は少なくとも部分的に本体ケース５１内に収納されている。筒体５３内には回転ツール５をそれぞれ回転駆動する回転用モータ２９が内蔵されている。
【００２３】
なお、金属板１，２を突き合わせて接合する場合は突き合わせ部が接合部Ｊとなり、重ね合わせて接合する場合は重ね合わせ部が接合部Ｊとなる。
【００２４】
回転ツール押圧力調整装置５５は、摩擦攪拌装置３の回転ツール５を金属板１，２の接合部Ｊに近づく方向に移動させて、回転ツール５のショルダ部５ｂ（図４等参照）を２枚の金属板１，２の接合部Ｊの表面に押圧する装置である。
【００２５】
この回転ツール押圧力調整装置５５は、図３に示すように、本体ケース５１内に設けられた押圧用モータ６１と、この押圧用モータ６１により回転駆動されるスクリュー６２と、このスクリュー６２の回転によりスクリュー６２の軸方向に直線移動するサポートフレーム６３とを有しており、摩擦攪拌装置３の筒体５３はサポートフレーム６３と一体にスクリュー６２の軸方向に直線移動するようにサポートフレーム６３に取り付けられている。
【００２６】
移動装置５７は、接合部Ｊに沿って摩擦攪拌装置３の回転ツール５を金属板１，２の進行方向に直交する方向に移動させる装置であり、ハウジング９に固定された左右のレール１１と、軸６４を介して本体ケース５１を支持する左右の走行フレーム６５と、左右の走行フレーム６５に設けられ、レール１１上を走行する左右、前後に設けられた車輪６６と、左右の走行フレーム６５に取り付けられ、前後の車輪の一方を駆動する走行用モータ６７とを有している。
【００２７】
図３に示すように、本実施例に係わる摩擦攪拌接合装置は、摩擦攪拌装置３の回転ツール５の軸芯を、２枚の金属板１，２の接合の進行方向前方に回転ツール５の先端側が来るように回転ツール５およびアイロニングプレート１００を傾斜させて支持する傾斜支持装置７６を更に有していてもよい。傾斜支持装置７６は回転ツール５の軸が金属板と直角となる位置から所望の角度までの傾きを調整できる角度調整式であり、左右の走行フレーム６５の一方に設けられ、走行フレーム６５が支持する軸６４を回転駆動する角度調整用モータ７７を有している。なお、傾斜支持装置７６は回転ツール５の軸芯を傾けて固定的に支持する固定方式とすることも可能である。
【００２８】
また、図２および図３に示すように、摩擦攪拌接合装置２００は、本体ケース５１の下面に取り付けられた位置計測器８１、摩擦攪拌装置３の筒体５３とサポートフレーム６３との間に取り付けられた荷重計測器８２、および制御装置８３を有している。
【００２９】
制御装置８３は、位置計測器８１および荷重計測器８２の計測値の入力を受けて所定の演算処理を行い、摩擦攪拌装置３の回転用モータ２９、回転ツール押圧力調整装置５５の押圧用モータ６１、移動装置５７の走行用モータ６７に指令信号を送り、摩擦攪拌装置３、回転ツール押圧力調整装置５５、移動装置５７の動作を制御する。
【００３０】
傾斜支持装置７６が角度調整式である場合は、制御装置８３は事前に設定したデータに基づいて傾斜支持装置７６の角度調整用モータ７７に指令信号を送り、回転ツール５の軸芯を傾けて所定の角度で支持する。
【００３１】
なお、図示の例では、位置計測器８１は非接触式としたが、接触式とすることができる。
【００３２】
アイロニングプレート１００は、押圧力調整手段９０で押圧方向（回転ツール５の軸方向）に可動できる構造とする。上述のアイロニングプレート１００の可動制御は、制御装置８３を使用する。制御方法は、図示しない位置計測器や荷重計測器の計測値の入力を受けて、所定の演算処理を行い、押圧力調整手段９０で動作を制御する。押圧力調整手段は、油圧・空圧・電動等のアクチュエータを適宜、適用する。
【００３３】
次に、本実施例の摩擦攪拌接合装置２００に備えられている回転ツール５およびアイロニングプレート１００の概要について図４および図５を用いて説明する。図４はアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図、図５はアイロニングプレートの上面図である。
【００３４】
図４に示すように、回転ツール５は、円筒形のツール本体５ｃと、このツール本体５ｃの先端部に取り付けられたプローブ５ａとを有している。プローブ５ａはツール本体５ｃより小径である。ツール本体５ｃの先端部におけるプローブ５ａの取り付け部の周辺にショルダ部５ｂが形成されている。
【００３５】
図５に示すように、ショルダ部５ｂはツール本体５ｃの端面全体に位置し、中央部が僅かに窪んだ円錐面で構成されている。この場合のショルダ部５ｂの直径はツール本体５ｃの直径と同じである。
【００３６】
線接合時に接合速度を速くするためには、金属板１，２への入熱量を多くする必要がある。回転ツール５により金属板１，２に与えられる入熱量のうち、回転するショルダ部５ｂが金属板１，２と接触することで得られる摩擦熱が支配的であるため、ショルダ部５ｂを備えることが必要である。
【００３７】
図４に示すアイロニングプレート１００は、回転ツール５の外周部を囲むように、かつ回転ツール５とともに回転しないように摩擦攪拌接合装置２００の摩擦攪拌装置３に取り付けられている。アイロニングプレート１００は、図５に示すように、回転ツール５の周りを囲む円筒形状のプレートである。
【００３８】
アイロニングプレート１００の回転ツール５が挿入される部分の内径は、図４および図５に示すように、回転ツール５のツール本体５ｃより大きく、アイロニングプレート１００が回転ツール５の外周部を囲むように配置される際に２枚の金属板１，２の余剰材料が入り込む材料流入経路１０５がアイロニングプレート１００と回転ツール５との間に形成される。
【００３９】
回転ツール５とアイロニングプレート１００との回転軸方向における位置関係は、本実施例のように押圧力調整手段９０を備えている場合、押圧力調整手段９０によって適宜位置関係が制御されるため、アイロニングプレート１００の取り付時に特別の調整は不要である。これに対し、押圧力調整手段９０を備えていない場合は、回転ツール５が金属板１，２を摩擦攪拌するのに十分に接合部Ｊに対して挿入されたときに、アイロニングプレート１００の金属板１，２側の端面が金属板１，２と接触するように回転ツール５に対して配置する。これにより、接合時にアイロニングプレート１００は金属板１，２上を滑るように移動し、発生する余剰材料をアイロニングプレート１００内部で堰き止めると共に、接合後の金属板１，２表面を均すことができる。
【００４０】
この回転軸の直交方向における材料流入経路１０５の幅δはアイロニングプレート１００の内径とツール本体５ｃの外径との差の半分であり、接合の進行方向前方側および後方側とで同じであり、接合する金属板１，２の厚さに依存している。金属板１，２の厚さと隙間との関係は下記表１に示す範囲を満たす条件とすることが望ましく、特にはδ≦Ｔｍａｘの関係式を満たす関係であることが望ましい。ここで、関係式中、δは材料流入経路の幅、Ｔｍａｘは最大板厚である。
【００４１】
【表１】
2019162643.tif 000003
【００４２】
なお、材料流入経路１０５の幅δは、接合の進行方向前方側および後方側とで同じである必要はなく、異なる幅とすることができる。余剰材料は回転ツール５の前方側で多く発生するため、前方側と後方側の材料流入経路１０５の幅の合計を２δとした場合、前方側の幅を後方側の幅より大きくすると、前方側の幅と後方側の幅が等しい（＝δ）場合よりも効率良く余剰材料を材料流入経路１０５に流入させることができる。
【００４３】
また、余剰材料は回転ツール５のリトリーティングサイドで多く発生するため、リトリーティングサイドとアドバンシングサイドの材料流入経路１０５の幅の合計を２δとした場合、リトリーティングサイドの幅をアドバンシングサイドの幅より大きくすると、リトリーティングサイドの幅とアドバンシングサイドの幅が等しい（＝δ）場合よりも効率良く余剰材料を材料流入経路１０５に流入させることができる。
【００４４】
これら回転ツール５やアイロニングプレート１００は、独立して摩擦攪拌装置３から取り外し可能に取り付けられており、消耗した場合には新たな回転ツール５やアイロニングプレート１００とそれぞれ交換可能になっている。
【００４５】
次に、上述した摩擦攪拌接合装置を用いて好適に行われる本実施例に係わる摩擦攪拌接合方法について説明する。
【００４６】
本実施例に係わる接合方法では、まず、把持装置７とバックプレート１１０とによって金属板２の表裏面を把持するとともに、把持装置８とバックプレート１１０とによって金属板１の表裏面を把持し、２枚の金属板１，２を突き合わせた接合部Ｊの上方に回転ツール５を配置する。
【００４７】
次いで、回転ツール押圧力調整装置５５を駆動して、突き合わせた接合部Ｊに回転ツール５を近づくように移動させる。また、摩擦攪拌装置３を駆動して、回転ツール５を回転させ、回転ツール５のショルダ部５ｂを接合部Ｊの上面側に押圧して金属板１，２を摩擦攪拌する。
【００４８】
その後、移動装置５７を駆動して、接合部Ｊに沿って回転ツール５を回転させながら、金属板１，２を摩擦攪拌接合する。
【００４９】
この際、ショルダ部５ｂの縁端に相当する部分と金属板１，２表面との間の隙間から発生する余剰材料は、回転ツール５とアイロニングプレート１００との間に形成されている材料流入経路１０５に流入するため、図１に示すようにビード３４のアドバンシングサイド３２やリトリーティングサイド３３にバリ３０として排出されることが従来より抑制される。
【００５０】
なお、材料流入経路１０５に流入した余剰材料は接合終了後にアイロニングプレート１００を摩擦攪拌装置３から取り外して除去する、あるいは余剰材料の全量に対して充分に大きな体積の空間を材料流入経路１０５に接続しておき、その空間に余剰材料を溜めて適宜除去する、等の方法が考えられる。
【００５１】
次に、本実施例の効果について説明する。
【００５２】
アイロニングプレート１００は、回転ツール５の外周部を囲むように、かつ回転ツール５とともに回転しないように摩擦攪拌接合装置２００に取り付けられ、軸方向（押圧方向）に可動できるように押圧力調整手段９０を有する。アイロニングプレート１００の回転ツール５が挿入される部分の内径は回転ツール５より大きく、アイロニングプレート１００が回転ツール５の外周部を囲むように配置される際に２枚の金属板１，２の余剰材料が入り込む材料流入経路１０５がアイロニングプレート１００と回転ツール５との間に形成されるものである。
【００５３】
上述した特許文献１の実施例では、回転子と回転しない流動抑制部材との間の隙間を０．５ｍｍ以下とし、隙間の間には、潤滑剤を充填させている。このような場合、回転子によって押し出される余剰材料は、潤滑剤が充填されている隙間の間に入り込む余地は無いため、流動抑制部材外に排出されてしまうことから、バリ抑制効果は低い、との問題がある。この特許文献１では、隙間が広いと潤滑材を保持することができなくなることから、０．５ｍｍ以下の狭い隙間を設定していると考えられる。
【００５４】
また、特許文献１に記載の技術では、高速接合（１ｍ／ｍｉｎ以上）時に押圧力が不足すると、接合欠陥（表面の溝欠陥や接合内部のトンネル欠陥）が発生する憾みがある。更には、接合欠陥を抑制するために押圧力を上げる必要があるが、押圧力を上げるためには、材料にプローブやショルダ面を挿入する挿入量を増やす必要がある。しかし、これでは挿入した体積分の材料が余剰材料となり、接合ビードの端面にバリとして排出されることになる、との問題がある。
【００５５】
また、特許文献２に記載の技術では、バリの更なる抑制の余地があるとともに、高速接合（接合速度１ｍ／ｍｉｎ以上）時に材料への入熱が不足し、材料を軟化できずに材料の攪拌不良が発生し、接合不良が生じる憾みがある。また、進行方向の荷重は高くなるので、装置が大型化し、経済性に劣る、との憾みがある。
【００５６】
これに対し、本実施例のように余剰材料が積極的に流れ込むように形成された材料流入経路１０５を備えることによって、アイロニングプレート１００の外周側に余剰材料を排出することを従来より抑制することができることから、バリの発生を従来に比べて抑制することができる。また、アイロニングプレート１００は回転ツール５とともに回転しないように摩擦攪拌接合装置２００に取り付けられていることから、装置の大型化を抑制することができる。
【００５７】
また、プローブ５ａとショルダ部５ｂとが一体化した回転ツールとすることで、ショルダ部５ｂで摩擦発熱をすることが出来、高速接合において十分な発熱量を確保することが出来るため、例えば特許文献２に記載の技術のように、プローブだけが高速回転するものに対して接合不良を抑制することができるとともに、プローブ折損のリスクを軽減することができる。
【００５８】
さらに、プローブ５ａが材料へ挿入され撹拌されることにより、最も軟化し流動し易い状態の材料部分が直ちに材料流入経路１０５に流れ込むのを、ショルダ部５ｂが抑えて、材料流入経路１０５が早々に機能しなくなるのを防止する。
【００５９】
また、回転ツール５と固定のアイロニングプレート１００との間に材料流入経路１０５という空間を意図して設けることにより、回転ツール５とアイロニングプレート１００とが接触して摩耗したり、変形したりすることを防止する。
【００６０】
また、アイロニングプレート１００を押圧力調整手段９０で軸方向（押圧方向）に可動・制御できる構造としたことで、接合に必要な押圧力と余剰材料の排出抑制に必要な押圧力をそれぞれ制御することができ、回転ツールの押圧力不足や過挿入による接合不良の発生を抑制することが可能となる。
【００６１】
＜実施例１の変形例１＞  
次に本実施例１の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法の変形例１について、図６を用いて説明する。実施例１と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下、他の各変形例や各実施例でも同様である。図６は本実施例１の変形例１の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートの概略を示す上面図である。
【００６２】
図６に示す本変形例１では、アイロニングプレート１００Ａは、回転ツール５の周りを囲む直方体の形状であること以外は実施例１と同じ構造、動作である。
【００６３】
図６に示すような本変形例１のアイロニングプレート１００Ａにおいても、回転ツール５の外周部を囲むように、かつ回転ツール５とともに回転しないように摩擦攪拌接合装置２００の摩擦攪拌装置３に取り付けられている。アイロニングプレート１００Ａの回転ツール５が挿入される部分の内径は、図６に示すように、回転ツール５のツール本体５ｃより大きく、アイロニングプレート１００Ａが回転ツール５の外周部を囲むように配置される際に２枚の金属板１，２の余剰材料が入り込む材料流入経路１０５Ａがアイロニングプレート１００Ａと回転ツール５との間に形成される。
【００６４】
このような本変形例１のアイロニングプレート１００Ａにおいても、実施例１と同様の効果が得られる。
【００６５】
＜実施例１の変形例２＞
次に本実施例１の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法の変形例２について、図７を用いて説明する。図７は本実施例１の変形例２の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【００６６】
図７に示す本変形例２のアイロニングプレート１００は、図４に示す実施例１のものと同様であるが、回転ツール５Ａの先端にプローブが形成されておらず、先端が平面から構成されるショルダ部５ｂ１で構成されるものである。回転ツール５Ａ以外は実施例１と同じ構造、動作である。回転ツール５Ａはプローブのように金属板１，２に挿入されず、金属板表面に接触させた状態で回転される。
【００６７】
本変形例の回転ツール５Ａは、金属板１，２の攪拌範囲が表層部で良い時、例えば、極薄板０．５ｍｍ以下の場合や、本接合前の仮付け接合に好適である。
【００６８】
＜実施例１の変形例３＞
次に本実施例１の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法の変形例３について、図８を用いて説明する。図８は本実施例１の変形例３の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【００６９】
図８に示す本変形例３のアイロニングプレート１００は、図４に示す実施例１のものと同様であるが、回転ツール５Ｂの先端にプローブが形成されておらず、先端が略半球形状のショルダ部５ｂ２で構成されるものである。回転ツール５Ｂ以外は実施例１と同じ構造、動作である。回転ツール５Ｂは軸方向外側に最も突き出た略半球形状の一部が金属板１，２に挿入された状態で回転される。
【００７０】
本変形例の回転ツール５Ｂも、実施例１の変形例２と同様に、金属板１，２の攪拌範囲が表層部で良い時、例えば、極薄板０．５ｍｍ以下の場合や、本接合前の仮付け接合に好適である。また、回転ツール５Ｂの外周に向かうにつれてショルダ部５ｂ２と金属板１，２との間の空間が大きくなり、材料流入経路１０５に余剰材料が流れ込みやすくなる。
【００７１】
＜実施例２＞  
本発明の実施例２の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法について図９Ａおよび図９Ｂを用いて説明する。図９Ａは本実施例２の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図、図９Ｂは実施例２のアイロニングプレートと金属板表面の接触部分を示す図である。
【００７２】
図９Ａに示す本実施例のアイロニングプレート１００Ｂは、２枚の金属板１，２に対向する面の一部が、回転ツール５の回転軸と直交する面１０８Ｂ２に対して傾斜している傾斜面（第一傾斜面）１０８Ｂ１を有している点が実施例１のアイロニングプレート１００と異なる。それ以外は実施例１と同じ構造、動作である。
【００７３】
本実施例のアイロニングプレート１００Ｂの回転ツール５が挿入される部分の内径は、図９Ａに示すように、回転ツール５のツール本体５ｃより大きく、アイロニングプレート１００Ｂが回転ツール５の外周部を囲むように配置される際に余剰材料が入り込む幅δの材料流入経路１０５Ｂがアイロニングプレート１００Ｂと回転ツール５との間に形成される。
【００７４】
また、図９Ｂに示すように、本実施例のアイロニングプレート１００Ｂは、摩擦攪拌接合装置２００による２枚の金属板１，２の接合の進行方向前方側にツール回転軸と直交する面１０８Ｂ２に対して傾斜する傾斜面１０８Ｂ１が形成されている。ツール回転軸と直交する面１０８Ｂ２（本実施例では水平面）と傾斜面１０８Ｂ１とのなす角度を傾斜角度とする。ツール回転軸と直交する面１０８Ｂ２と傾斜面１０８Ｂ１とが交わることにより交線１０９が形成される。交線１０９は、ツール進行方向においてアイロニングプレート１００Ｂの中央に位置し、傾斜面１０８Ｂ１は、アイロニングプレート１００Ｂの進行方向前方側に形成されている。傾斜面１０８Ｂ１の水平面に対する傾斜角度はα１である。この傾斜面１０８Ｂ１が形成されていることによってアイロニングプレート１００Ｂが回転ツール５の外周部を囲むように配置される際に隙間１０７Ｂ（開口部）が形成される。隙間１０７Ｂは、進行方向最先端側の幅がεである。
【００７５】
アイロニングプレート１００Ｂの進行方向後方側は、ツール回転軸と直交し水平方向に対して平行な面である。
【００７６】
このようなアイロニングプレート１００Ｂは、筒状若しくは直方体状のプレートの回転軸方向の下面を２回切断して作製することが望ましいが、これに限定されるものではない。
【００７７】
このようなアイロニングプレート１００Ｂを用いて摩擦攪拌接合を行う方法は実施例１等と同じであり、詳細は省略する。
【００７８】
本発明の実施例２のアイロニングプレート１００Ｂやそれを用いる摩擦攪拌接合方法においても、前述した実施例１のアイロニングプレート１００やそれを用いる摩擦攪拌接合方法とほぼ同様な効果が得られる。
【００７９】
また、アイロニングプレート１００Ｂが接合方向の前方では開口が設けられていることから、アイロニングプレート１００Ｂによって回転ツール５の前方の材料表面が削れてしまうことがなく、接合不良が発生することを実施例１に比べてより低減することができる。また、後方では金属板１，２の表面と接触する構成となっていることから、バリがアイロニングプレート１００Ｂ外へ排出されることを従来に比べて抑制することができる。
【００８０】
＜実施例２の変形例＞  
次に本実施例の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法の変形例を、図１０を用いて説明する。図１０は本実施例２の変形例の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【００８１】
図１０に示す本変形例では、アイロニングプレート１００Ｃの接合の進行方向前方側に設けられる開口部の形状が異なる以外は実施例２のアイロニングプレート１００Ｂと同じ構造、動作である。
【００８２】
図１０に示すように、本変形例のアイロニングプレート１００Ｃは、摩擦攪拌接合装置２００による２枚の金属板１，２の接合の進行方向前方側に直方体形状の隙間１０７Ｃ（開口部）が設けられている。隙間１０７Ｃの幅はε１となっている。
【００８３】
本実施例のアイロニングプレート１００Ｃにおいても、アイロニングプレート１００Ｃが回転ツール５の外周部を囲むように配置される際に余剰材料が入り込む幅δの材料流入経路１０５Ｃがアイロニングプレート１００Ｃと回転ツール５との間に形成される。
【００８４】
このような本変形例のアイロニングプレート１００Ｃやそれを用いる摩擦攪拌接合方法においても、前述した実施例２のアイロニングプレート１００Ｂやそれを用いる摩擦攪拌接合方法とほぼ同様な効果が得られる。
【００８５】
＜実施例３＞  
本発明の実施例３の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法について図１１を用いて説明する。図１１は本実施例３の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【００８６】
図１１に示す本実施例のアイロニングプレート１００Ｄは、アイロニングプレート１００Ｄの２枚の金属板１，２に対向する面の一部が、回転ツール５の回転軸と直交する面に対して傾斜している傾斜面（第一傾斜面）１０８Ｄを有しており、ツール回転軸と直交する面と傾斜面１０８Ｄとが交わることにより形成される交線は、ツール進行方向においてアイロニングプレート１００Ｄの中央より前方に位置し、傾斜面１０８Ｄは、アイロニングプレート１００Ｄの進行方向後方側に形成されている。その他は実施例２のアイロニングプレート１００Ｂと同じ構造である。
【００８７】
図１１に示すように、本実施例のアイロニングプレート１００Ｄでは、アイロニングプレート１００Ｄが回転ツール５の外周部を囲むように配置される際に余剰材料が入り込む幅δの材料流入経路１０５Ｄがアイロニングプレート１００Ｄと回転ツール５との間に形成される。
【００８８】
また、図１１に示すように、本実施例のアイロニングプレート１００Ｄは、摩擦攪拌接合装置２００による２枚の金属板１，２の接合の進行方向後方側にツール回転軸と直交する面に対して傾斜する傾斜面１０８Ｄが形成されている。ツール回転軸と直交する面と傾斜面１０８Ｄとのなす傾斜角度はα２である。
【００８９】
また、本実施例では、角度調整式の傾斜支持装置７６によって、回転ツール５の軸芯を、回転ツール５の進行方向に対してプローブ５ａが先行する方向に傾斜させ、傾斜面１０８Ｄが金属板１，２と接触した状態で回転ツール５を回転させながら、接合部Ｊに沿って移動させて摩擦攪拌接合する。傾斜させる角度を前進角と呼び、ここでは前進角θとする。傾斜角度α２と前進角θとの関係は、傾斜角度α２＝前進角θとすることが望ましい。
【００９０】
傾斜面１０８Ｄが形成されていることによってアイロニングプレート１００Ｄが回転ツール５の外周部を囲むように配置される際に隙間１０７Ｄ（開口部）が形成される。隙間１０７Ｄは、進行方向最先端側の幅がε２である。
【００９１】
本発明の実施例３のアイロニングプレート１００Ｄやそれを用いる摩擦攪拌接合方法においても、前述した実施例１等のアイロニングプレートやそれを用いる摩擦攪拌接合方法とほぼ同様な効果が得られる。
【００９２】
ここで、接合ツールに前進角を持たせ、かつ高速接合（１ｍ／ｍｉｎ以上）を行う時に、押圧力が不足すると、接合欠陥（表面の溝欠陥や接合内部のトンネル欠陥）が発生する憾みがある。
【００９３】
上述のように、接合欠陥を抑制するためには押圧力を上げる必要があるが、押圧力を上げるために前進角を設けると、回転ツール５の外側に配置しているアイロニングプレートの接合方向前方では開口が大きくなり、材料流入経路へのバリの流入の効率を高水準に保つことが難しくなる憾みがある。また、アイロニングプレートの接合方向後方では、過挿入となり、ビード表面の不良、材料強度が低い場合には、摩擦力で材料破断が発生する場合がある、との憾みがある。
【００９４】
しかしながら、アイロニングプレート１００Ｄの傾斜面１０８Ｄが接合の進行方向の後方にあるため、アイロニングプレート１００Ｄが接合後の金属板１，２をえぐりにくくなるので、余剰材料を増やさないとともに、後方の過挿入を防止できるので、材料破断を抑制することができる。更には、実施例２と同様に接合方向後方では金属板１，２の表面と接触する構成となっていることから、前方の開口を狭くでき、バリのアイロニングプレート１００Ｄ外への排出をより効果的に防ぐことができる。
【００９５】
なお実施例２の場合においても、本実施例のように、ツール回転軸と直交する面と傾斜面１０８Ｂ１との交線をツール進行方向においてアイロニングプレート１００Ｂの中央より前方に配置し、アイロニングプレート１００Ｂと金属板１，２との接触面積を増やしてもよい。この構成によっても、前方の開口を狭くでき、バリのアイロニングプレート１００Ｂ外への排出をより効果的に防ぐことができる。
【００９６】
＜実施例３の変形例１＞
次に本実施例３の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法の変形例２を、図１２を用いて説明する。図１２は本実施例３の変形例１の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【００９７】
図１２に示す本変形例のアイロニングプレート１００Ｆは、アイロニングプレート１００Ｆの２枚の金属板１，２に対向する面の一部が、回転ツール５の回転軸と直交する面に対して傾斜している傾斜面（第一傾斜面）１０８Ｆ１および傾斜面（第二傾斜面）１０８Ｆ２を有している。また、それら傾斜面１０８Ｆ１，１０８Ｆ２は、摩擦攪拌接合装置２００による２枚の金属板１，２の接合の進行方向前方側の傾斜面１０８Ｆ１の傾斜角度α３が進行方向後方側の傾斜面１０８Ｆ２の傾斜角度α２より小さくなっている。その他の構造は実施例３のアイロニングプレート１００Ｄと同じ構造である。
【００９８】
図１２に示すように、本変形例のアイロニングプレート１００Ｆでも、アイロニングプレート１００Ｆが回転ツール５の外周部を囲むように配置される際に余剰材料が入り込む幅δの材料流入経路１０５Ｆがアイロニングプレート１００Ｆと回転ツール５との間に形成される。
【００９９】
また、本変形例においても、実施例３と同様に、角度調整式の傾斜支持装置７６によって、摩擦攪拌装置３の回転ツール５の軸芯を、２枚の金属板１，２の接合の進行方向前方に回転ツール５の先端側が来るように傾けて、回転ツール５およびアイロニングプレート１００Ｆを傾斜させた状態で摩擦攪拌接合を行う。傾斜角度α２と前進角θとの関係は、傾斜角度α２＝前進角θとすることが望ましい。
【０１００】
その際、進行方向前方側の傾斜面１０８Ｆ１の傾斜角度α３が進行方向後方側の傾斜面１０８Ｆ２の傾斜角度α２より小さくなっていることによって、アイロニングプレート１００Ｆが回転ツール５の外周部を囲むように配置される際に隙間１０７Ｆ（開口部）が形成される。隙間１０７Ｆは、進行方向最先端側の幅がε４（＜ε２）である。
【０１０１】
このような本変形例のアイロニングプレート１００Ｆやそれを用いる摩擦攪拌接合方法においても、前述した実施例３のアイロニングプレート１００Ｄやそれを用いる摩擦攪拌接合方法とほぼ同様な効果が得られる。
【０１０２】
また、進行方向前方側の傾斜面１０８Ｆ１の傾斜角度α３が進行方向後方側の傾斜面１０８Ｆ２の傾斜角度α２より小さくなっていることによって、実施例３のアイロニングプレート１００Ｄを用いる場合に比べて行方向前方の開度が小さくなるので、より確実に余剰材料のはみ出しを抑制することができる。
【０１０３】
なお本変形例の場合においても、傾斜面１０８Ｆ１と傾斜面１０８Ｆ２との交線をツール進行方向においてアイロニングプレート１００Ｆの中央より前方に配置し、アイロニングプレート１００Ｆと金属板１，２との接触面積を増やしてもよい。この構成によっても、前方の開口を狭くでき、バリのアイロニングプレート１００Ｆ外への排出をより効果的に防ぐことができる。
【０１０４】
＜実施例４＞  
本発明の実施例４の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法について図１３を用いて説明する。図１３は本実施例４の摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【０１０５】
図１３に示す本実施例のアイロニングプレート１００Ｇは、アイロニングプレート１００Ｇの２枚の金属板１，２に対向する全ての面が、回転ツール５の回転軸と直交する面に対して傾斜している傾斜面（第一傾斜面）１０８Ｇを有し、傾斜面１０８Ｇの傾斜角度α４を、回転ツール５の前進角θと同じとする。この構造以外は実施例３のアイロニングプレート１００Ｄと同じ構造である。
【０１０６】
図１３に示すように、本実施例のアイロニングプレート１００Ｇでも、アイロニングプレート１００Ｇが回転ツール５の外周部を囲むように配置される際に余剰材料が入り込む幅δの材料流入経路１０５Ｇがアイロニングプレート１００Ｇと回転ツール５との間に形成される。
【０１０７】
本発明の実施例４のアイロニングプレート１００Ｇやそれを用いる摩擦攪拌接合方法では、アイロニングプレート１００Ｇの２枚の金属板１，２に対向する面が、回転ツール５の回転軸と直交する面に対して傾斜している１つの傾斜面１０８Ｇからなり、傾斜面１０８Ｇの傾斜角度α４を、回転ツール５の前進角θと同じとする。これにより、回転ツール５を傾斜させて摩擦攪拌接合する場合においても、アイロニングプレート１００Ｇを金属板１，２に密着させられることから、前述した実施例１等のアイロニングプレートやそれを用いる摩擦攪拌接合方法とほぼ同様な効果が得られる。
【０１０８】
＜実施例５＞  
本発明の実施例５の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法について図１４および図１５を用いて説明する。図１４は本実施例５の両面摩擦攪拌接合装置の概略を示す図、図１５は本実施例５の両面摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【０１０９】
図１４に示す本実施例の摩擦攪拌接合装置は、実施例１等とは異なり、金属板１，２の接合部Ｊの両面側に摩擦攪拌装置が配置されるものである。
【０１１０】
本実施例では、アイロニングプレートとして実施例１のアイロニングプレート１００と同じ形状のものを取付ける場合について説明するが、アイロニングプレートは実施例１の各変形例や実施例２乃至実施例４、それらの変形例のアイロニングプレートに適宜取り替え可能であり、両面で同形状のアイロニングプレートを取付けてもよいし、異なる形状のアイロニングプレートを取付けてもよい。
【０１１１】
図１４に示すように、本実施例の両面摩擦攪拌接合装置２１０は、把持板７ａ，７ｂ、把持板８ａ，８ｂ、上摩擦攪拌装置３Ｈ、下摩擦攪拌装置４Ｈ、上回転ツール押圧力調整装置５５ａ、下回転ツール押圧力調整装置５５ｂ、上移動装置５７ａ、および下移動装置５７ｂを有しているものであり、その構造は、実施例１で説明した摩擦攪拌装置３を金属板１，２の上下対称に配置したものである。
【０１１２】
例えば、上摩擦攪拌装置３Ｈは実施例１で説明した摩擦攪拌装置３と基本的には同じ構造であり、上摩擦攪拌装置３Ｈの摩擦攪拌装置３と同等の要素を示す参照符号には、添え字ａを付している。
【０１１３】
同様に、下摩擦攪拌装置４Ｈは摩擦攪拌装置３、すなわち上摩擦攪拌装置３Ｈを金属板１，２の反対側に配置したものであり、その構造は上摩擦攪拌装置３Ｈと同じである。このため、下摩擦攪拌装置４Ｈの上摩擦攪拌装置３Ｈと同等の要素を示す参照符号には、添え字ａに代えて添え字ｂを付している。
【０１１４】
上摩擦攪拌装置３Ｈは、金属板１，２の接合部Ｊの表面側に配置された上回転ツール５Ｈおよびアイロニングプレート１００Ｈが装着されている。下摩擦攪拌装置４Ｈは、金属板１，２の接合部Ｊの表面側に配置された下回転ツール６Ｈおよびアイロニングプレート１０１Ｈが装着されている。
【０１１５】
図１４に示す構成では、上摩擦攪拌装置３Ｈが上レール１１ａ上を、下摩擦攪拌装置４Ｈが下レール１１ｂ上を走行するときの上回転ツール５Ｈおよび下回転ツール６Ｈの軸芯の同調は、制御装置８３（図３参照）が上移動装置５７ａの走行用モータ６７ａと下移動装置５７ｂの走行モータ６７ｂを同期制御する電気制御方式によって行うものとなる。
【０１１６】
本実施例に係わる両面摩擦攪拌接合装置は、上摩擦攪拌装置３Ｈの上回転ツール５Ｈの軸心を上回転ツール５Ｈの進行方向に対してプローブ５ａが先行する方向に傾けて支持する上傾斜支持装置７６ａ、および下摩擦攪拌装置４Ｈの下回転ツール６Ｈの軸心を下回転ツール６Ｈの進行方向に対してプローブ６ａが先行する方向に傾けて支持する下傾斜支持装置７６ｂを有している。
【０１１７】
異なる点としては、金属板１の表裏面を把持する装置が把持装置８およびバックプレート１１０ではなく把持板８ａ，８ｂとなり、金属板２の表裏面を把持する装置が把持装置７およびバックプレート１１０ではなく把持板７ａ，７ｂとなる点である。
【０１１８】
次に、本実施例の両面摩擦攪拌接合装置の上回転ツール５Ｈおよび下回転ツール６Ｈの概要について図１５を用いて説明する。
【０１１９】
図１５に示すように、上回転ツール５Ｈは、実施例１で説明した回転ツール５と構成は同じである。また、アイロニングプレート１００Ｈは、実施例１で説明したアイロニングプレート１００と構成は同じである。
【０１２０】
更に、図１５に示すように、下回転ツール６Ｈは、上回転ツール５Ｈと構成は同じであり、アイロニングプレート１０１Ｈも、アイロニングプレート１００Ｈと構成は同じである。
【０１２１】
そのため、アイロニングプレート１００Ｈが上回転ツール５Ｈの外周部を囲むように配置される際に２枚の金属板１，２の余剰材料が入り込む材料流入経路１０５Ｈがアイロニングプレート１００Ｈと上回転ツール５Ｈとの間に形成される。また、アイロニングプレート１０１Ｈが下回転ツール６Ｈの外周部を囲むように配置される際に２枚の金属板１，２の余剰材料が入り込む材料流入経路１０６Ｈがアイロニングプレート１０１Ｈと下回転ツール６Ｈとの間に形成される。これら材料流入経路１０５Ｈ，１０６Ｈの詳細についても実施例１で説明した材料流入経路１０５と同じである。
【０１２２】
これら上回転ツール５Ｈや下回転ツール６Ｈ、アイロニングプレート１００Ｈ，１０１Ｈも、独立して上摩擦攪拌装置３Ｈまたは下摩擦攪拌装置４Ｈから取り外し可能に取り付けられており、消耗した場合には新たなものと交換可能になっている。
【０１２３】
次に、上述した本実施例の両面摩擦攪拌接合装置を用いて好適に行われる本実施例に係わる摩擦攪拌接合方法を説明する。
【０１２４】
まず、両面摩擦攪拌接合で金属板１，２の突き合わせ溶接を行う場合は、上回転ツール５Ｈを２枚の金属板１，２の接合部Ｊにその表面側から挿入するとともに、下回転ツール６Ｈを２枚の金属板１，２の接合部Ｊにその裏面側から挿入して、上回転ツール５Ｈおよび下回転ツール６Ｈを回転させることによって生じる摩擦熱を利用して摩擦攪拌し、２枚の金属板１，２を接合する。
【０１２５】
本実施例に係わる接合方法では、まず、把持板７ａ，７ｂによって金属板２の表裏面を把持するとともに、把持板８ａ，８ｂによって金属板１の表裏面を把持する。
【０１２６】
次いで、上回転ツール押圧力調整装置５５ａおよび下回転ツール押圧力調整装置５５ｂを駆動して、上回転ツール５Ｈと下回転ツール６Ｈとを近づくように移動させて、上回転ツール５Ｈのプローブ５ａ先端と下回転ツール６Ｈのプローブ６ａ先端との間に所定の隙間を与える。また、上摩擦攪拌装置３Ｈおよび下摩擦攪拌装置４Ｈを駆動して、相対向するように配置した上回転ツール５Ｈと下回転ツール６Ｈを逆方向に回転させ、上回転ツール５Ｈのショルダ部５ｂと下回転ツール６Ｈのショルダ部６ｂを２枚の金属板１，２の接合部Ｊである突き合わせ部の表面側と裏面側に押圧して摩擦攪拌する。
【０１２７】
このとき、上回転ツール５Ｈが金属板１，２の接合部Ｊをその表面側から押圧する押圧力と下回転ツール６Ｈが金属板１，２の接合部Ｊをその裏面側から押圧する押圧力とを同一とすることが望ましい。
【０１２８】
その後、上移動装置５７ａおよび下移動装置５７ｂを駆動して、接合部Ｊに沿って上回転ツール５Ｈおよび下回転ツール６Ｈを回転させながら、金属板１，２の進行方向に直交する方向に移動させて摩擦攪拌接合する。
【０１２９】
この際、ショルダ部５ｂの縁端に相当する部分と金属板１，２表面との間の隙間から発生する余剰材料は、上回転ツール５Ｈとアイロニングプレート１００Ｈとの間に形成されている材料流入経路１０５Ｈに流入する。また、ショルダ部６ｂの縁端に相当する部分と金属板１，２裏面との間の隙間から発生する余剰材料は、下回転ツール６Ｈとアイロニングプレート１０１Ｈとの間に形成されている材料流入経路１０６Ｈに流入する。このため、ビードのアドバンシングサイドやリトリーティングサイドにバリとして排出されることが抑制される。
【０１３０】
その他の構成・動作は前述した実施例１の摩擦攪拌接合装置・方法と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。
【０１３１】
本発明の実施例５の両面摩擦攪拌接合装置や摩擦攪拌接合方法においても、前述した実施例１等の摩擦攪拌接合装置や摩擦攪拌接合方法とほぼ同様な効果が得られる。
【０１３２】
＜実施例５の変形例１＞  
次に本実施例の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法の変形例１を、図１６を用いて説明する。図１６は本実施例５の変形例１の両面摩擦攪拌接合装置の概略を示す図である。
【０１３３】
図１６に示す本変形例１の摩擦攪拌接合装置は、摩擦攪拌装置のヘッドをＣフレームに搭載し、上下ヘッドを機械的に同調させたものである。その他の構成は実施例５の両面摩擦攪拌接合装置と同じ構造、動作である。
【０１３４】
図１６に示すように、本変形例１の上摩擦攪拌装置３ＩはＣ型に一体に連結された上下のハウジング９ａ１，９ｂ１のうちハウジング９ａ１に固定されており、下摩擦攪拌装置４Ｉはハウジング９ｂ１に固定されている。このＣ型のハウジング９ａ１，９ｂ１に対して、車輪７１、スクリュー７２、走行用モータ７３からなる走行装置７４が設けられている。
【０１３５】
車輪７１はハウジング９ｂ１に設けられ、スクリュー７２はハウジング９ｂ１に係合し、走行用モータ７３はスクリュー７２を回転駆動する。制御装置７５の指令により走行用モータ７３を駆動すると、スクリュー７２が回転し、ハウジング９ａ１，９ｂ１は上回転ツール５Ｉおよび下回転ツール６Ｉの軸芯が同調した状態で金属板１，２の進行方向に直交する方向に走行する。
【０１３６】
本変形例の両面摩擦攪拌接合装置においても、前述した実施例５の両面摩擦攪拌接合装置とほぼ同様な効果が得られる。
【０１３７】
また、構成が単純化でき、制御が容易であるとともに、低コスト化が可能である。
【０１３８】
＜実施例５の変形例２＞  
次に本実施例の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法の変形例２を、図１７を用いて説明する。図１７は本実施例５の変形例２の両面摩擦攪拌接合装置が備えるアイロニングプレートとその周辺の概略を示す図である。
【０１３９】
図１７に示す本変形例２の両面摩擦攪拌接合装置は、回転ツールの形状が異なる以外は実施例５の両面摩擦攪拌接合装置と同じ構造、動作である。
【０１４０】
図１７において、本変形例に係わる両面摩擦攪拌接合装置は、２枚の金属板１，２の接合部Ｊの表面側と裏面側に相対向するように配置され、接合部Ｊを摩擦攪拌する上回転ツール５Ｊおよび下回転ツール６Ｊを有している。
【０１４１】
上回転ツール５Ｊは、接合部Ｊを押圧するショルダ部５ｂを先端部分に形成したツール本体５ｃと、このツール本体５ｃの先端部分にショルダ部５ｂから突出するよう形成されたピン状のプローブ５ａ１（突起部）と、を有している。
【０１４２】
図１７に示すように、アイロニングプレート１００Ｊの上回転ツール５Ｊが挿入される部分の内径は上回転ツール５Ｊのツール本体５ｃより大きく、アイロニングプレート１００Ｊが上回転ツール５Ｊの外周部を囲むように配置される際に２枚の金属板１，２の余剰材料が入り込む材料流入経路１０５Ｊがアイロニングプレート１００Ｊと上回転ツール５Ｊとの間に形成される。
【０１４３】
下回転ツール６Ｊは、接合部Ｊを押圧するショルダ部６ｂを先端部分に形成したツール本体６ｃと、このツール本体６ｃのショルダ部６ｂに形成され、２枚の金属板１，２の接合時にプローブ５ａ１の先端部を収納する凹み部６ｄと、を有している。
【０１４４】
図１７に示すように、アイロニングプレート１０１Ｊの下回転ツール６Ｊが挿入される部分の内径は下回転ツール６Ｊのツール本体６ｃより大きく、アイロニングプレート１０１Ｊが下回転ツール６Ｊの外周部を囲むように配置される際に２枚の金属板１，２の余剰材料が入り込む材料流入経路１０６Ｊがアイロニングプレート１０１Ｊと下回転ツール６Ｊとの間に形成される。
【０１４５】
上回転ツール５Ｊのプローブ５ａ１は円筒形の外周形状を有し、下回転ツール６Ｊの凹み部６ｄも円筒形の内周形状を有している。プローブ５ａ１の先端が凹み部６ｄ内に挿入された状態では、両者の間に円筒形状をしたリング状の隙間が形成される。
【０１４６】
本変形例の摩擦攪拌接合方法の概要は次のようである。
【０１４７】
まず、上回転ツール５Ｊおよび下回転ツール６Ｊを２枚の金属板１，２の接合部Ｊの表面側と裏面側に相対向するように配置する。
【０１４８】
次いで、上回転ツール５Ｊおよび下回転ツール６Ｊを回転させながら互いに近づく方向に移動させて、上回転ツール５Ｊのプローブ５ａ１の先端部を下回転ツール６Ｊの凹み部６ｄ内に挿入するとともに、上回転ツール５Ｊのショルダ部５ｂおよび下回転ツール６Ｊのショルダ部６ｂを接合部Ｊの表面側と裏面側に押圧する。
【０１４９】
次いで、上回転ツール５Ｊおよび下回転ツール６Ｊを回転させながら接合部Ｊに沿って移動させる。この移動の間の摩擦攪拌時、プローブ５ａ１は接合部Ｊの板厚方向全域に突入した状態にある。これにより接合部Ｊの板厚方向全域が摩擦攪拌され、２枚の金属板１，２は接合部Ｊの板厚方向全域で接合される。
【０１５０】
この際、金属板１，２の表面側では、ショルダ部５ｂの縁端に相当する部分と金属板１，２表面との間の隙間から発生する余剰材料は、上回転ツール５Ｊとアイロニングプレート１００Ｊとの間に形成されている材料流入経路１０５Ｊに流入する。同様に、金属板１，２の裏面側では、ショルダ部６ｂの縁端に相当する部分と金属板１，２表面との間の隙間から発生する余剰材料は、下回転ツール６Ｊとアイロニングプレート１０１Ｊとの間に形成されている材料流入経路１０６Ｊに流入する。このため、ビードのアドバンシングサイドやリトリーティングサイドにバリとして排出されることが抑制される。
【０１５１】
本変形例の両面摩擦攪拌接合装置においても、前述した実施例５の両面摩擦攪拌接合装置とほぼ同様な効果が得られる。
【０１５２】
＜その他＞  
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【０１５３】
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【０１５４】
１，２…金属板
３…摩擦攪拌装置
３Ｈ，３Ｉ…上摩擦攪拌装置
４Ｈ，４Ｉ…下摩擦攪拌装置
５，５Ａ，５Ｂ…回転ツール
５ａ，５ａ１…プローブ
５ｂ，５ｂ１，５ｂ２…ショルダ部
５ｃ…ツール本体
５Ｈ，５Ｉ，５Ｊ…上回転ツール
６Ｈ，６Ｉ，６Ｊ…下回転ツール
６ａ…プローブ
６ｂ…ショルダ部
６ｃ…ツール本体
６ｄ…凹み部
３０…バリ
３２…アドバンシングサイド
３３…リトリーティングサイド
３４…ビード
５５…回転ツール押圧力調整装置
５７…移動装置
７６…傾斜支持装置
７６ａ…上傾斜支持装置
７６ｂ…下傾斜支持装置
９０…アイロニングプレート押圧力調整手段
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ，１００Ｊ，１０１Ｈ，１０１Ｊ…アイロニングプレート
１０５，１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ，１０５Ｄ，１０５Ｅ，１０５Ｆ，１０５Ｇ，１０５Ｈ，１０５Ｊ，１０６Ｈ，１０６Ｊ…材料流入経路
１０７Ｂ，１０７Ｃ，１０７Ｄ，１０７Ｅ，１０７Ｆ…隙間
１０８Ｂ１，１０８Ｄ，１０８Ｆ１，１０８Ｆ２，１０８Ｇ…傾斜面
１０９…交線
２００…摩擦攪拌接合装置
２１０…両面摩擦攪拌接合装置
【図１】
2019162643.tif 000004
【図２】
2019162643.tif 000005
【図３】
2019162643.tif 000006
【図４】
2019162643.tif 000007
【図５】
2019162643.tif 000008
【図６】
2019162643.tif 000009
【図７】
2019162643.tif 000010
【図８】
2019162643.tif 000011
【図９Ａ】
2019162643.tif 000012
【図９Ｂ】
2019162643.tif 000013
【図１０】
2019162643.tif 000014
【図１１】
2019162643.tif 000015
【図１２】
2019162643.tif 000016
【図１３】
2019162643.tif 000017
【図１４】
2019162643.tif 000018
【図１５】
2019162643.tif 000019
【図１６】
2019162643.tif 000020
【図１７】
2019162643.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月6日(2019.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
また、進行方向前方側の傾斜面１０８Ｆ１の傾斜角度α３が進行方向後方側の傾斜面１０８Ｆ２の傾斜角度α２より小さくなっていることによって、実施例３のアイロニングプレート１００Ｄを用いる場合に比べて進行方向前方の開度が小さくなるので、より確実に余剰材料のはみ出しを抑制することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１４】
上摩擦攪拌装置３Ｈは、金属板１，２の接合部Ｊの表面側に配置された上回転ツール５Ｈおよびアイロニングプレート１００Ｈが装着されている。下摩擦攪拌装置４Ｈは、金属板１，２の接合部Ｊの裏面側に配置された下回転ツール６Ｈおよびアイロニングプレート１０１Ｈが装着されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2019162643.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月30日(2019.5.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ツールを回転させることによって生じる摩擦熱を利用して摩擦攪拌し、２枚の金属板を接合する摩擦攪拌接合装置に取り付けられる摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートであって、
前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートは、前記回転ツールの外周部を囲むように、かつ前記回転ツールとともに回転しないように前記摩擦攪拌接合装置に取り付けられるものであり、
前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートの前記回転ツールが挿入される部分の内径は前記回転ツールより大きく、前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートが前記回転ツールの外周部を囲むように配置される際に前記２枚の金属板の接合により生じる余剰材料が入り込む材料流入経路が、前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートの内径側の部分と前記回転ツールの外周部との間に形成される
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレート。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートにおいて、
前記２枚の金属板に対向する面の少なくとも一部が、前記回転ツールの回転軸と直交する面に対して傾斜している第一傾斜面を有している
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレート。
【請求項３】
請求項２に記載の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートにおいて、
前記回転ツールの回転軸と直交する面と前記第一傾斜面とで形成される交線が、前記摩擦攪拌接合装置による前記２枚の金属板の接合の進行方向前方側に形成されている
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレート。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートにおいて、
前記回転ツールの回転軸と直交する面に対して傾斜している第二傾斜面を更に有し、
前記第一傾斜面は、前記摩擦攪拌接合装置による前記２枚の金属板の接合の進行方向前方側に設けられ、
前記第二傾斜面は、前記摩擦攪拌接合装置による前記２枚の金属板の接合の進行方向後方側に設けられ、
前記回転ツールの回転軸と直交する面に対する前記第一傾斜面の傾斜角度が前記回転ツールの回転軸と直交する面に対する前記第二傾斜面の傾斜角度より小さい
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレート。
【請求項５】
請求項２に記載の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートにおいて、
前記２枚の金属板に対向する面が、前記第一傾斜面のみで形成される
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレート。
【請求項６】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートにおいて、
前記摩擦攪拌接合装置による前記２枚の金属板の接合の進行方向前方側に開口部が設けられている
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレート。
【請求項７】
２枚の金属板の接合部の表面に回転ツールを配置し、前記回転ツールを回転させながら前記金属板の表面を押圧した状態で接合部に沿って移動させて前記２枚の金属板を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置であって、
前記回転ツールと、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートと、を備えた
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項８】
請求項７に記載の摩擦攪拌接合装置において、
前記２枚の金属板の接合の進行方向前方に前記回転ツールの先端側が来るように前記回転ツールおよび前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートを傾斜させる傾斜装置を更に備えた
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項９】
請求項７に記載の摩擦攪拌接合装置において、
前記回転ツールは、先端部に、前記金属板に当接するショルダ部、および前記回転ツールより小径のプローブを有している
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置において、
前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートを前記金属板の表面に押圧する押圧力調整手段を備えた
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項１０のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合装置により２枚の金属板を接合する
ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、回転ツールを回転させることによって生じる摩擦熱を利用して摩擦攪拌し、２枚の金属板を接合する摩擦攪拌接合装置に取り付けられる摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートであって、前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートは、前記回転ツールの外周部を囲むように、かつ前記回転ツールとともに回転しないように前記摩擦攪拌接合装置に取り付けられるものであり、前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートの前記回転ツールが挿入される部分の内径は前記回転ツールより大きく、前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートが前記回転ツールの外周部を囲むように配置される際に前記２枚の金属板の接合により生じる余剰材料が入り込む材料流入経路が、前記摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートの内径側の部分と前記回転ツールの外周部との間に形成されることを特徴とする。