(57)【要約】【課題】長寿命で且つ低コストで製作可能な摩擦攪拌接合用工具を提供すること。【解決手段】円柱形状の回転体１２とその端面のショルダから同軸上に突設したプローブ１１とを有し、一対の被接合部材を突き合わせた接合部に回転させながらプローブ１１を挿入し、発生する摩擦熱によって軟化させつつ攪拌させて接合させるものであって、プローブ１１と回転体１２とが着脱可能であって、プローブ１１が超硬合金又はコバルト系合金鋼（ＭＰ１５９）によって形成された摩擦攪拌接合用工具１。【選択図】図１
2008036664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱形状の回転体とその端面のショルダから同軸上に突設したプローブとを有し、一対の被接合部材を突き合わせた接合部に回転させながらプローブを挿入し、発生する摩擦熱によって軟化させつつ攪拌させて接合させる摩擦攪拌接合用工具において、
前記プローブと前記回転体とが着脱可能であって、前記プローブが超硬合金又はコバルト系合金鋼（ＭＰ１５９）によって形成されたものであることを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【請求項２】
請求項１に記載する摩擦攪拌接合用工具において、
前記回転体は、軸方向に分割されたショルダ部とホルダ部が着脱可能であて、そのショルダ部が超硬合金又はコバルト系合金鋼（ＭＰ１５９）によって形成されたものであることを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する摩擦攪拌接合用工具において、
前記プローブは、前記回転体から突出する攪拌部と、前記回転体に形成された縦穴内に挿入可能な挿入部とを有し、その挿入部には平らな固定面が形成され、前記回転体に形成された横孔に螺設された固定ボルトに当該固定面が押し付けられて前記回転体に取り付けられるようにしたものであることを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載する摩擦攪拌接合用工具において、
前記ショルダ部とホルダ部は、両者のそれぞれに形成された雄ネジと雌ネジによって一体に結合可能なものであることを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載する摩擦攪拌接合用工具において、
前記回転体から突出する攪拌部の長さが異なる複数種類の前記プローブと、その攪拌部の長さに応じて径の大きさが異なる複数種類の前記ショルダ部とを備えたものであることを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【請求項６】
円柱形状の上部回転体と下部回転体と、その端面のショルダ間に同軸上に位置するプローブとを有し、一対の被接合部材を突き合わせた接合部に対し、前記上部回転体と下部回転体とで挟み込みながら回転するプローブを挿入し、発生する摩擦熱によって軟化させつつ攪拌させて接合させる摩擦攪拌接合用工具において、
前記上部回転体及び下部回転体と前記プローブとが着脱可能であって、前記プローブが超硬合金又はコバルト系合金鋼（ＭＰ１５９）によって形成されたものであることを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【請求項７】
請求項６に記載する摩擦攪拌接合用工具において、
前記上部回転体と下部回転体は、軸方向に分割されたショルダ部とホルダ部が着脱可能であて、そのショルダ部が超硬合金又はコバルト系合金鋼（ＭＰ１５９）によって形成されたものであることを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【請求項８】
請求項７に記載する摩擦攪拌接合用工具において、
前記ショルダ部とホルダ部は、両者のそれぞれに形成された雄ネジと雌ネジによって一体に結合可能なものであることを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載する摩擦攪拌接合用工具において、
接合部の厚さに応じて径の大きさが異なる複数種類の前記ショルダ部を備えたものであることを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合部に回転した攪拌軸を挿入し、摩擦熱によって軟化させて攪拌接合する摩擦攪拌接合用工具に関し、特に寿命を長くすることを目的とした摩擦攪拌接合用工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属材の溶接やロウ付けに代わる新しい接合方法として、摩擦攪拌接合方法が種々提案されている。図８は、そうした摩擦攪拌接合方法の概要を示す図である。摩擦攪拌接合は、図示するように、被接合部材として一対のプレート１０１，１０２の接合面同士を突き合わせ、その突き合わせた接合部が連続する接合線２００に沿ってプレート１０１，１０２よりも硬い材質の攪拌軸（プローブ）を持った摩擦攪拌接合用工具１１０を高速回転させながら挿入させる。すると、一対のプレート１０１，１０２同士が、接合部分で発生する摩擦熱と圧力によって塑性流動化しつつ攪拌して接合される。
【０００３】
摩擦攪拌接合方法に使用される摩擦攪拌接合用工具１１０は、例えば図９に示すような攪拌部を有するものが特開２００３−２２５７７７号公報に提案されている。この摩擦攪拌接合用工具１１０は、図示しない回転駆動装置の駆動部と結合した回転体１１１を有し、その先端には同軸に突設したプローブ１１２が形成されている。プローブ１１２は、プレート１０１，１０２の厚さに相当する長さだけ突出し、そのプローブ１１２の外周面には根元部１１４を除く部分にネジ山の攪拌部１１５が形成されている。
【０００４】
摩擦攪拌接合用工具１１０は、図示しない回転駆動部によって回転体１１１及びプローブ１１２が高速で回転し、図８に示すように、突き合わせた２枚のプレート１０１，１０２の突合せ部分にプローブ１１２を押し当てるように挿入する。このとき回転体１１１のショルダ１１３は、プレート１０１，１０２の上面を押さえ付けたまま接合線２００に沿って相対的に移動することになる。そして、塑性流動化したプレート１０１，１０２の接合部はプローブ１１２の進行圧力を受けて攪拌混練され、摩擦攪拌接合用工具１１０の後方へ回り込むように塑性流動した後、摩擦熱を急速に失って冷却固化する。
【特許文献１】特表平７−５０５０９０号公報（第２−６頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−２２５７７７号公報（第２−３頁、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、摩擦攪拌接合に使用される工具は、被接合部材よりも硬度、融点、耐摩耗性などの物性が高い材料が要求され、従来の工具には、例えばＳＫＤ材などのダイス鋼が使用されていた。しかしながら、摩擦攪拌接合時には、ショルダ１１３に数ｋＮの押圧荷重がかかり、接合する材料によっては数十ｋＮの押圧荷重で使用される。さらにショルダ１１３は常に材料と回転しながら接触し、摩擦による高温状態で数ｋＮ〜数十ｋＮもの荷重に耐えなければならない。このような過酷な環境ではＳＫＤ材などであってもショルダ部の磨耗や変形は避けられず、工具の寿命を縮めたり、安定した接合作業を行うことが出来なくなり継手品質の低下を招く。
【０００６】
また、ＳＫＤ材などで形成された摩擦攪拌接合用工具１１０は、接合作業の高温・高圧状態や荷重の変動などによって、プローブ１１２やショルダ１１３に欠損や折損、磨耗あるいは変形が生じてしまっていた。そして、接合作業中にプローブ１１２の一部が欠け、或いは折れたりした場合は、工具の一部がプレート中に残留してしまうことになる。そのため、工具が欠損したような場合には、回復を含めて補修作業が必要になり、例えば特許第３４５９１９３号公報に開示された方法が行われる。すなわち接合ビードに含まれる欠陥を研削加工により除去して補修領域を形成し、その補修領域に部材の母材と同材料の溶接棒を用いてＴＩＧ溶接によって補修ビードを形成する方法である。
【０００７】
しかしながら、摩擦攪拌接合の施工中に摩擦攪拌接合用工具に欠損や折損が発生して施工不良となった場合には、補修作業を行っても該当部分の強度低下や外観の劣化は避けられなかった。また、プローブ１１２とショルダ１１３とが一体の摩擦攪拌接合用工具１１０は、プローブ１１２の欠損または折損が発生すると当該部品の全体ごと交換しなくてはならないためコスト高であった。更に、従来の摩擦攪拌接合用工具１１０は、被接合部材の板厚に合わせたショルダ径やプローブ長の工具を、おのおのの板厚ごとに用意しなければならいため、その点でもコスト高であった。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、長寿命で且つ低コストで製作可能な摩擦攪拌接合用工具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】
本発明の摩擦攪拌接合用工具は、円柱形状の回転体とその端面のショルダから同軸上に突設したプローブとを有し、一対の被接合部材を突き合わせた接合部に回転させながらプローブを挿入し、発生する摩擦熱によって軟化させつつ攪拌させて接合させるものであって、前記プローブと前記回転体とが着脱可能であって、前記プローブが超硬合金又はコバルト系合金鋼（ＭＰ１５９）によって形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明の摩擦攪拌接合用工具は、前記回転体が、軸方向に分割されたショルダ部とホルダ部が着脱可能であて、そのショルダ部が超硬合金又はコバルト系合金鋼（ＭＰ１５９）によって形成されたものであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の摩擦攪拌接合用工具は、前記プローブが、前記回転体から突出する攪拌部と、前記回転体に形成された縦穴内に挿入可能な挿入部とを有し、その挿入部には平らな固定面が形成され、前記回転体に形成された横孔に螺設された固定ボルトに当該固定面が押し付けられて前記回転体に取り付けられるようにしたものであることが好ましい。
また、本発明の摩擦攪拌接合用工具は、前記ショルダ部とホルダ部が、両者のそれぞれに形成された雄ネジと雌ネジによって一体に結合可能なものであることが好ましい。
また、本発明の摩擦攪拌接合用工具は、前記回転体から突出する攪拌部の長さが異なる複数種類の前記プローブと、その攪拌部の長さに応じて径の大きさが異なる複数種類の前記ショルダ部とを備えたものであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の摩擦攪拌接合用工具は、円柱形状の上部回転体と下部回転体と、その端面のショルダ間に同軸上に位置するプローブとを有し、一対の被接合部材を突き合わせた接合部に対し、前記上部回転体と下部回転体とで挟み込みながら回転するプローブを挿入し、発生する摩擦熱によって軟化させつつ攪拌させて接合させるものであって、前記上部回転体及び下部回転体と前記プローブとが着脱可能であって、前記プローブが超硬合金又はコバルト系合金鋼（ＭＰ１５９）によって形成されたものであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の摩擦攪拌接合用工具は、前記上部回転体と下部回転体が、軸方向に分割されたショルダ部とホルダ部が着脱可能であて、そのショルダ部が超硬合金又はコバルト系合金鋼（ＭＰ１５９）によって形成されたものであることが好ましい。
また、本発明の摩擦攪拌接合用工具は、前記ショルダ部とホルダ部が、両者のそれぞれに形成された雄ネジと雌ネジによって一体に結合可能なものであることが好ましい。
また、本発明の摩擦攪拌接合用工具は、接合部の厚さに応じて径の大きさが異なる複数種類の前記ショルダ部を備えたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
よって、本発明の摩擦攪拌接合用工具によれば、そのプローブと回転体、更には回転体がショルダ部とホルダ部とに分割され、それらが着脱可能な構成であるため、別体のプローブやショルダは加工が容易であり、欠損などが生じた場合でも部分的な交換でよいのでコストを抑えることができる。そして、プローブやショルダ部が超硬合又はコバルト系合金鋼（ＭＰ１５９）によって形成されているため、高温の作業に対して耐摩耗性に優れ、寿命を伸ばすことになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明に係る摩擦攪拌接合用工具の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
摩擦攪拌接合によって、例えばアルミのプレート同士を接合する場合、接合工具の温度は約５００℃〜６００℃付近に達する。標準的なダイス鋼の焼きなまし温度は約７５０℃〜８５０℃の範囲であり、ＳＫＤ材やＳＫＨ材等は摩擦攪拌接合に繰り返し使用されることで、急激な強度低下を引き起こすため欠損や折損が生じてしまう。そのため、前記課題を解決するためには、従来のダイス鋼に代えて超硬合金で形成することが考えられる。耐熱・耐食合金である超硬合金は、高温における強度及び硬度が高く、高温作業の欠損や折損を防止する材料として好ましいからである。
【００１５】
超硬合金の摩擦攪拌接合用工具であれば、摩擦攪拌時に接合部の温度が約５００℃〜６００℃に達してもほとんど摩耗しないため、ＳＫＤ材やＳＫＨ材等で形成した工具と比べて寿命を格段に伸ばすことが可能になる。そうした超硬合金の摩擦攪拌接合用工具１１０は、焼結によって形状を作成した後、プローブ１１２部分に対しネジ山の攪拌部１１５が研磨によって形成される。しかし、回転体１１１及びプローブ１１２を図９に示す従来のように一体的に形成したのでは、摩擦攪拌接合用工具１１０の形状によってはその加工が困難な場合がある。
【００１６】
すなわち、摩擦攪拌接合用工具は、図９に示すようにショルダ１１３が平らなものであれば、プローブ１１２に形成する攪拌部１１５の加工も比較的容易である。しかし、工具の形状には、図１０に示す摩擦攪拌接合用工具１２０のように、ショルダ１２１がすり鉢状に形成されたものや、図１１に示す摩擦攪拌接合用工具１３０のように、平らなショルダ１３１に渦巻き状の溝１３２が形成されたものなどがある。ところが、プローブ１１２の根元部分に攪拌部１１５を加工する場合や、プローブ１１２の根元部分にまで溝１３２を形成する場合、いずれも加工部が狭いため、特に硬度の高い超硬合金などでは加工が困難になる。
【００１７】
そこで本実施形態では、こうした点を考慮し、超硬合金によって形成されたものであって、製作が容易な構造の摩擦攪拌接合用工具を提案する。図１は、そうした摩擦攪拌接合用工具の第１実施形態を示した断面図である。摩擦攪拌接合用工具１は、回転体１２にショルダ１３の中心に縦穴１４が形成され、そこにプローブ１１が挿入される。プローブ１１は、ネジ山が形成された攪拌部１１ａと、縦穴１４に入り込む挿入部１１ｂとを有し、挿入部１１ｂには平らな固定面１１ｃが形成されている。更に回転体１２には縦穴１４に通じる雌ネジの切られた横孔が形成され、縦穴１４に挿入されたプローブ１１の固定面１１ｃに突き当てられた固定ボルト１５が螺設され、プローブ１１がその固定ボルト１５に押さえ付けられて回転体１２に取り付けられる。分離可能な構造の摩擦攪拌接合用工具１は、そのプローブ１１が超硬合金によって形成され、回転体１２は従来と同様にＳＫＤ材やＳＫＨ材等によって形成されている。
【００１８】
本実施形態の摩擦攪拌接合用工具１によれば、プローブ１１と回転体１２を分割した構造としたことにより、例えばショルダ１３をすり鉢状に形成したり、ショルダ１３に渦巻き状の溝を形成する場合にでも、攪拌部１１ａの加工やショルダ１３への溝加工などを別々に行うため、互いに影響を受けることなく加工が容易になった。
更に、プローブ１１を構成する超硬合金は、接合部の温度が５００℃〜６００℃といった高温であっても耐摩耗性が高いため、寿命を格段に伸ばすことができる。その反面、超硬合金は靱性が低いので、何らかの原因で衝撃荷重を受けてしまったような場合に折損を生じることが考えられる。しかし本実施形態では、そうした場合であってもプローブ１１のみ交換が可能であるため、修理のコストを抑えることができる。
【００１９】
摩擦攪拌接合用工具１は、ショルダ１３が被接合部材の接合部を押さえ込み、プローブ１１の回転によって材料外側へ流れないようにしている。そうした効果をより発揮させるために、ショルダ１３を図１０に示すようにすり鉢状のショルダ１２１にしたり、ショルダ１３に図１１に示すような渦巻き状の溝１３２を形成する。しかし、回転体１２が従来と同様にＳＫＤ材やＳＫＨ材等で形成されると、高熱で擦れるため摩耗によってすり減ってしまい、ショルダ１２１が平らになってしまったり、溝１３２が浅くなってしまうことで十分な効果が得られなくなってしまう。そうした場合には、やはり回転体の交換が必要になる。そこで、第２実施形態では、そうした点を考慮した構造の摩擦攪拌接合用工具２を提案する。
【００２０】
図２は、第２実施形態の摩擦攪拌接合用工具を示した断面図である。この摩擦攪拌接合用工具２は、プローブ２１の他にも回転体がホルダ部２３とショルダ部２２とに分離可能な構造になっている。すなわち回転体は、ホルダ部２３とショルダ部２２とが軸方向に分割され、ホルダ部２３には雄ネジが形成され、ショルダ部２２には雌ネジが形成されている。また、ホルダ部２３とショルダ部２２が一体になった回転体には、ショルダ部２２の中心を貫通する縦穴２４が形成されており、そこにプローブ２１が挿入される。プローブ２１は、ネジ山が形成された攪拌部２１ａと固定面２１ｃが形成された挿入部２１ｂとに分けられている。そこで、プローブ２１は、その挿入部２１ｂが縦穴２４に挿入され、固定面２１ｃに突き当てられるように固定ボルト２５がホルダ部２３の横孔に螺設される。これによりプローブ２１が回転体に取り付けられる。
【００２１】
第２実施形態の摩擦攪拌接合用工具２は、そのプローブ２１とショルダ部２２が超硬合金によって形成され、ホルダ部２３は従来と同様にＳＫＤ材やＳＫＨ材等によって形成されている。従って、本実施形態でも、ショルダ部２２をすり鉢状に形成したり、ショルダ部２２に渦巻き状の溝を形成する場合でも、プローブ２１と別体であれば、それぞれの加工を容易に行うことができる。
更に、プローブ２１やショルダ部２２が熱に強い超硬合金であって、高温の作業に対して耐摩耗性に優れているため、寿命を格段に伸ばすこともできる。その反面、超硬合金は靱性が低いため、何らかの原因で衝撃荷重を受けてしまったような場合に折損を生じることが考えられるが、そうした場合であってもプローブ２１やショルダ部２２を別々に交換可能なため、修理のコストを抑えることができる。
【００２２】
また、回転体がショルダ部とホルダ部とで分離可能な工具は、第２実施形態とは逆の構造であってもよい。図３は、第３実施形態の摩擦攪拌接合用工具を示した断面図である。
摩擦攪拌接合用工具３は、プローブ３１、ショルダ部３２及びホルダ部３３が分離可能であって、軸方向に分割されたホルダ部３３とショルダ部３２は、ショルダ部３２には雄ネジが形成され、ホルダ部３３に雌ネジが形成されている。また、ホルダ部３３とショルダ部３２とが一体になった回転体に、ショルダ部３２の中心を貫通する縦穴３４が形成され、そこにプローブ３１が挿入される。そのプローブ３１は、ネジ山が形成された攪拌部３１ａと固定面３１ｃが形成された挿入部３１ｂとに分けられている。そして、縦穴３４に挿入された挿入部３１ｂの固定面３１ｃに固定ボルト３５が押し当てられ、プローブ３１が回転体に取り付けられる。
【００２３】
こうした第３実施形態の摩擦攪拌接合用工具３も、そのプローブ３１とショルダ部３２が超硬合金によって形成され、ホルダ部３３は従来と同様にＳＫＤ材やＳＫＨ材等によって形成されている。従って、ショルダ部３２をすり鉢状に形成したり、ショルダ部３２に渦巻き状の溝を形成する場合でも、プローブ３１と別体であるため加工を容易に行うことができる。
更に、プローブ３１やショルダ部３２が熱に強い超硬合金であって、高温の作業に対して耐摩耗性に優れているため、寿命を格段に伸ばすこともできる。その反面、超硬合金は靱性が低いため、何らかの原因で衝撃荷重を受けてしまったような場合に折損を生じることが考えられるが、そうした場合であってもプローブ３１やショルダ部３２を別々に交換可能なため、修理のコストを抑えることができる。
【００２４】
ところで、第２、第３実施形態で示した摩擦攪拌接合用工具２は、プローブだけでなくショルダ部の着脱も可能にしているため、各種サイズを用意することによって接合部の厚さなどに応じた変更が容易になる。従来であれば、摩擦攪拌接合用工具を加工装置に対して取り換える必要があったが、本実施形態によればプローブとショルダ部とを取り換えるだけで簡単なサイズ変更が可能になる。図４は、第２実施形態の構造の摩擦攪拌接合用工具において、複数の取り換えパターンを示した図である。
【００２５】
すなわち、一つのホルダ部２３に対して径Ｄ１〜Ｄ３の異なる３パターンのショルダ部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃと、ネジ山が形成された攪拌部２１ａの長さＬ１〜Ｌ３が異なる３パターンのプローブ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが用意されている。そして、各ショルダ部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは、径が異なるものの、いずれもホルダ部２３の雄ネジに取り付け可能な共通の雌ネジが形成され、縦穴２４を構成する同径の貫通孔があけられている。一方、各プローブ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、攪拌部２１の長さが異なるものの、回転体に対する挿入部２１ｂの形状や寸法は一致している。
【００２６】
よって、接合部の厚さなどに応じて攪拌部２１ａ長さやショルダ部２２の径の大きさを変更する場合には、先ず、固定ボルト２５が外され、例えばプローブ２１Ａが縦穴２４から抜かれてショルダ部２２Ａがホルダ部２３から取り外される。そして、サイズを大きくする場合、例えばショルダ部２２Ｃがホルダ部２３に組み付けられ、その回転体にプローブ２１Ｃが挿入され、固定ボルト２５によって取り付けられる。その他のサイズ変更においても同様に取り換えが行われる。従って、本実施形態によれば、用意したプローブ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃとショルダ部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃをそれぞれ選択し、簡単な着脱作業によってサイズの変更を容易に行うことができるようになった。
【００２７】
摩擦攪拌接合工具には、前記実施形態で説明した、いわゆる固定ピンタイプの他にも図１２に示すような、いわゆるコイルボビンタイプのものもある。この摩擦攪拌接合用工具１５０は、上部回転体１５１と下部回転体１５２とで被接合部材の接合部を挟み込み、プローブ１５３がその接合部を回転しながら進入して摩擦攪拌接合を行う。従来は、こうした摩擦攪拌接合用工具に対しても同様にＳＫＤ材やＳＫＨ材等が使用され、高温及び高圧下の作業によってプローブや上下回転体のショルダ部に欠損や折損、磨耗あるいは変形が生じてしまう問題があった。そこで次に、超硬合金によって形成するコイルボビンタイプの摩擦攪拌接合用工具について説明する。
【００２８】
図５は、第４実施形態の摩擦攪拌接合用工具を示した一部断面図である。この摩擦攪拌接合用工具４は、プローブ４１が上部回転体４２を貫通して下部回転体４３に連結されている。上下の回転体４２，４３は、ともにホルダ部４２ａ，４３ａとショルダ部４２ｂ，４３ｂに分離可能な構造である。すなわち、ホルダ部４２ａ，４３ａとショルダ部４２ｂ，４３ｂは軸方向に分割され、ホルダ部４２ａ，４３ａには雄ネジが形成され、ショルダ部４２ｂ，４３ｂには雌ネジが形成されている。また、下部回転体４３のホルダ部４３ａには中心の装着穴に雌ネジが形成され、雄ネジの形成されたプローブ４１先端が固定されている。
【００２９】
この摩擦攪拌接合用工具４は、プローブ４１とショルダ部４２ｂ，４３ｂが超硬合金によって形成され、ホルダ部４２ａ，４３ａは従来と同様にＳＫＤ材やＳＫＨ材等によって形成されている。従って、本実施形態でも、ショルダ部４２ｂ，４３ｂをすり鉢状に形成したり渦巻き状の溝を形成する場合でも加工が容易である。また、プローブ４１やショルダ部４２ｂ，４３ｂを熱に強い超硬合金によって形成したことで、高温の作業に対して耐摩耗性に優れるため、寿命を格段に伸ばすことができる。その反面、超硬合金は靱性が低いため、何らかの原因で衝撃荷重を受けてしまったような場合に折損を生じることが考えられるが、プローブ４１やショルダ部４２ｂ，４３ｂをそれぞれ交換できるため、修理のコストが抑えられる。
【００３０】
図６は、第５実施形態の摩擦攪拌接合用工具を示した一部断面図である。この摩擦攪拌接合用工具５は、プローブ５１が上部回転体５２を貫通して下部回転体５３に連結されている。上下の回転体５２，５３は、ともにホルダ部５２ａ，５３ａとショルダ部５２ｂ，５３ｂに分離可能な構造であり、ホルダ部５２ａ，５３ａには雌ネジが形成され、ショルダ部５２ｂ，５３ｂには雄ネジが形成され、それぞれが組み合わされて一体になっている。また、下部回転体５３のショルダ部５３ａには中心の貫通孔に雌ネジが形成され、雄ネジの形成されたプローブ５１先端が固定されている。そして、この摩擦攪拌接合用工具５は、プローブ５１とショルダ部５２ｂ，５３ｂが超硬合金によって形成され、ホルダ部５２ａ，５３ａは従来と同様にＳＫＤ材やＳＫＨ材等によって形成されている。
【００３１】
従って、本実施形態でも、ショルダ部５２ｂ，５３ｂをすり鉢状に形成したり渦巻き状の溝を形成する場合でも加工が容易である。また、プローブ５１やショルダ部５２ｂ，５３ｂを熱に強い超硬合金によって形成したことで、高温の作業に対して耐摩耗性に優れるため、寿命を格段に伸ばすことができる。その反面、超硬合金は靱性が低いため、何らかの原因で衝撃荷重を受けてしまったような場合に折損を生じることが考えられるが、プローブ５１やショルダ部５２ｂ，５３ｂを別々に交換できるため、修理のコストが抑えられる。
【００３２】
ところで、この第４、第５実施形態で示した摩擦攪拌接合用工具４，５は、ショルダ部について各種サイズを用意することによって接合部の厚さなどに応じた変更が容易になる。すなわち、本実施形態によれば上下の回転体についてショルダ部を取り換えるだけで簡単なサイズ変更が可能になる。図７は、第４実施形態の構造の摩擦攪拌接合用工具において、複数の取り換えパターンを示した図である。
【００３３】
具体的には、上下回転体のホルダ部に着脱可能な一対のショルダ部が組みになり、径の異なるショルダ部が用意されている。これは、接合部の厚さなどに応じて変更するものであるが、プローブ４１における攪拌部の長さは、そのプローブ４１が上部回転体を貫通して構成されているため軸方向に調節可能になっている。ここでは、図（ａ）〜（ｃ）に示すように、径が異なる３組みの上下のショルダ部４５ａ，４５ｂ／４６ａ，４６ｂ／４７ａ，４７ｂが用意され、ホルダ部４２ａ，４３ａに対してネジによって組み付け可能になっている。
従って、本実施形態によれば、接合部の厚さなどによってショルダ部を選択し、簡単な着脱作業によってサイズの変更を容易に行うことができるようになった。その際、例えば接合部の形状によって下部回転体側のスペースが狭いような場合、図（ｄ）に示すように、径の大きい上部回転体のショルダ部４７ａに対し、下部回転体には径の小さいショルダ部４５ｂをそれぞれ組み付けるようにすることもできる。
【００３４】
以上、本発明に係る摩擦攪拌接合用工具について実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、プローブやショルダ部を超硬合金で形成したものを示して説明したが、高温での耐摩耗性に優れた材料として、超硬合金の他にも靱性の高いＭＰ１５９を使用するようにしてもよい。コイルボビンタイプの摩擦攪拌接合用工具では、プローブにひねりが生じるため好ましい。
また、前記実施形態ではショルダ部とホルダ部との組み付けをネジによって行う構成にしているが、キー溝へのはめ込みと別のネジ部材による組み付けなどであってもよい。
また、コイルボビンタイプの摩擦攪拌接合用工具について示した第４、第５実施形態ではプローブとショルダ部を超硬合金で形成したもの示して説明したが、ショルダ部を従来と同様のＳＫＤ材やＳＫＨ材等によって形成し、プローブのみ超硬合金で形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】摩擦攪拌接合用工具の第１実施形態を示した断面図である。
【図２】摩擦攪拌接合用工具の第２実施形態を示した断面図である。
【図３】摩擦攪拌接合用工具の第３実施形態を示した断面図である。
【図４】第２実施形態の構造の摩擦攪拌接合用工具において、複数の取り換えパターンを示した図である。
【図５】摩擦攪拌接合用工具の第４実施形態を示した一部断面図である。
【図６】摩擦攪拌接合用工具の第５実施形態を示した一部断面図である。
【図７】第４実施形態の構造の摩擦攪拌接合用工具において、複数の取り換えパターンを示した図である。
【図８】摩擦攪拌接合方法の概要を示した図である。
【図９】従来の摩擦攪拌接合用工具を示した一部断面図である。
【図１０】ショルダがすり鉢状の摩擦攪拌接合用工具を示した一部断面図である。
【図１１】ショルダの渦巻き状の溝を備えた摩擦攪拌接合用工具を示した図である。
【図１２】コイルボビンタイプの従来の摩擦攪拌接合用工具を示した図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    摩擦攪拌接合用工具
１１  プローブ
１２  回転体
１３  ショルダ
１４  縦穴
１５  固定ボルト
１１ａ  攪拌部
１１ｂ  挿入部
１１ｃ  固定面
【図１】
2008036664.tif 000003
【図２】
2008036664.tif 000004
【図３】
2008036664.tif 000005
【図４】
2008036664.tif 000006
【図５】
2008036664.tif 000007
【図６】
2008036664.tif 000008
【図７】
2008036664.tif 000009
【図８】
2008036664.tif 000010
【図９】
2008036664.tif 000011
【図１０】
2008036664.tif 000012
【図１１】
2008036664.tif 000013
【図１２】
2008036664.tif 000014