(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１表面と、前記第１表面に平行な第１裏面と、前記第１表面と前記第１裏面との間で前記第１表面と前記第１裏面とに交差する第１接合端面と、前記第１接合端面の反対側に位置しつつ前記第１表面と前記第１裏面との間で前記第１表面と前記第１裏面とに交差する第１被支持端面と、を有する第１金属板と、
第２表面と、前記第２表面に平行な第２裏面と、前記第２表面と前記第２裏面との間で前記第２表面と前記第２裏面とに交差する第２接合端面と、を有する第２金属板とに対して、
前記第１接合端面と前記第２表面とが沿うように前記第１裏面に前記第２接合端面を当接させつつ、前記第１接合端面及び前記第２表面の側から前記第１裏面と前記第２接合端面との間に回転ツールを挿入することにより、前記第１裏面と前記第２裏面とが１８０°未満の接合角をなすように前記第１金属板と前記第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合するための摩擦攪拌接合用裏当材であって、
前記第１裏面を支持する第１支持面と、
前記第１支持面と前記接合角をなし、前記第２裏面を支持する第２支持面と、
前記第１支持面と前記第２支持面との間の角部と、
前記第１被支持端面に沿いつつ、前記第２表面、前記第２裏面、前記角部及び前記第１支持面を介して前記回転ツールからの荷重を伝達する荷重伝達面と、
を備え、
前記角部は着脱自在である、摩擦攪拌接合用裏当材。
【請求項２】
第１表面と、前記第１表面に平行な第１裏面と、前記第１表面と前記第１裏面との間で前記第１表面と前記第１裏面とに交差する第１接合端面と、前記第１接合端面から離隔した位置で前記第１裏面から前記第１裏面が内側になるように屈曲した第１屈曲面と、を有する第１金属板と、
第２表面と、前記第２表面に平行な第２裏面と、前記第２表面と前記第２裏面との間で前記第２表面と前記第２裏面とに交差する第２接合端面と、を有する第２金属板とに対して、
前記第１接合端面と前記第２表面とが沿うように前記第１裏面に前記第２接合端面を当接させつつ、前記第１接合端面及び前記第２表面の側から前記第１裏面と前記第２接合端面との間に回転ツールを挿入することにより、前記第１裏面と前記第２裏面とが１８０°未満の接合角をなすように前記第１金属板と前記第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合するための摩擦攪拌接合用裏当材であって、
前記第１裏面を支持する第１支持面と、
前記第１支持面と前記接合角をなし、前記第２裏面を支持する第２支持面と、
前記第１支持面と前記第２支持面との間の角部と、
前記第１屈曲面と当接しつつ、前記第２表面、前記第２裏面、前記角部及び前記第１支持面を介して前記回転ツールからの荷重を前記第１屈曲面に伝達する荷重伝達面と、
を備え、
前記角部は着脱自在である、摩擦攪拌接合用裏当材。
【請求項３】
第１表面と、前記第１表面に平行な第１裏面と、前記第１表面と前記第１裏面との間で前記第１表面と前記第１裏面とに交差する第１接合端面と、前記第１接合端面の反対側に位置しつつ前記第１表面と前記第１裏面との間で前記第１表面と前記第１裏面とに交差する第１被支持端面と、を有する第１金属板と、
第２表面と、前記第２表面に平行な第２裏面と、前記第２表面と前記第２裏面との間で前記第２表面と前記第２裏面とに交差する第２接合端面と、を有する第２金属板と、
第３表面と、前記第３表面に平行な第３裏面と、前記第３表面と前記第３裏面との間で前記第３表面と前記第３裏面とに交差する第３接合端面と、を有する第３金属板とに対して、
前記第１接合端面と前記第２表面とが沿うように前記第１裏面に前記第２接合端面を当接させつつ、前記第１被支持端面と前記第３表面とが沿うように前記第１裏面に前記第３接合端面を当接させた状態で、前記第１接合端面及び前記第２表面の側から前記第１裏面と前記第２接合端面との間に回転ツールを挿入することにより、前記第１裏面と前記第２裏面とが１８０°未満の接合角をなすように前記第１金属板と前記第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合するための摩擦攪拌接合用裏当材であって、
前記第１裏面を支持する第１支持面と、
前記第１支持面と前記接合角をなし、前記第２裏面を支持する第２支持面と、
前記第１支持面と前記第２支持面との間の角部と、
前記第３裏面と当接しつつ、前記第２表面、前記第２裏面、前記角部及び前記第１支持面を介して前記回転ツールからの荷重を前記第３裏面に伝達する荷重伝達面と、
を備え、
前記角部は着脱自在である、摩擦攪拌接合用裏当材。
【請求項４】
前記第２支持面と前記荷重伝達面との距離を伸縮自在に変更する展開機構をさらに備えた、請求項１に記載の摩擦攪拌接合用裏当材。
【請求項５】
前記第２支持面と前記荷重伝達面との距離を伸縮自在に変更する展開機構をさらに備えた、請求項２に記載の摩擦攪拌接合用裏当材。
【請求項６】
前記第２支持面と前記荷重伝達面との距離を伸縮自在に変更する展開機構をさらに備えた、請求項３に記載の摩擦攪拌接合用裏当材。
【請求項７】
前記第１支持面の反対側の第３支持面をさらに備え、
前記展開機構は、前記第１支持面と前記第３支持面との距離を伸縮自在に変更する、請求項４に記載の摩擦攪拌接合用裏当材。
【請求項８】
前記第１支持面の反対側の第３支持面をさらに備え、
前記展開機構は、前記第１支持面と前記第３支持面との距離を伸縮自在に変更する、請求項５に記載の摩擦攪拌接合用裏当材。
【請求項９】
前記第１支持面の反対側の第３支持面をさらに備え、
前記展開機構は、前記第１支持面と前記第３支持面との距離を伸縮自在に変更する、請求項６に記載の摩擦攪拌接合用裏当材。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用裏当材を用いて、前記第１金属板と前記第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合する摩擦攪拌接合方法。
【請求項１１】
請求項７又は請求項８に記載の摩擦攪拌接合用裏当材を用い、
前記第２接合端面から離隔した位置で前記第２裏面から前記第２裏面が内側になるように屈曲した第２屈曲面をさらに有する第２金属板に対し、
前記第３支持面により前記第２屈曲面を支持しつつ、前記第１金属板と前記第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合する摩擦攪拌接合方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の摩擦攪拌接合用裏当材を用い、
前記第１裏面と対向しつつ前記第１屈曲面から前記第１屈曲面が内側になるように屈曲した第１再屈曲面をさらに有する第１金属板に対し、
前記第３支持面により前記第１再屈曲面を支持しつつ、前記第１金属板と前記第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合する摩擦攪拌接合方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の摩擦攪拌接合用裏当材を用い、
前記第３接合端面から離隔した位置で前記第３裏面から前記第３裏面が内側になるように屈曲した第３屈曲面をさらに有する第３金属板に対し、
前記第３支持面により前記第３屈曲面を支持しつつ、前記第１金属板と前記第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合する摩擦攪拌接合方法。
【請求項１４】
前記第１金属板に、前記第１接合端面を加圧する力と、前記第１表面を加圧する力とを加え、
前記第２金属板に、前記第２接合端面により前記第１裏面を加圧するための力と、前記第２表面を加圧する力とを加え、
前記第１接合端面を加圧する力と、前記第１表面を加圧する力とは、前記第１接合端面と前記第１表面とが交差する辺に加えられた力の分力により、それぞれ加えられる、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１５】
第１表面と、前記第１表面に平行な第１裏面と、前記第１表面と前記第１裏面との間で前記第１表面と前記第１裏面とに交差する第１接合端面と、前記第１接合端面の反対側に位置しつつ前記第１表面と前記第１裏面との間で前記第１表面と前記第１裏面とに交差する第１被支持端面と、を有する第１金属板と、
第２表面と、前記第２表面に平行な第２裏面と、前記第２表面と前記第２裏面との間で前記第２表面と前記第２裏面とに交差する第２接合端面と、を有する第２金属板とに対して、
前記第１接合端面と前記第２表面とが沿うように前記第１裏面に前記第２接合端面を当接させつつ、前記第１接合端面及び前記第２表面の側から前記第１裏面と前記第２接合端面との間に回転ツールを挿入することにより、前記第１裏面と前記第２裏面とが１８０°未満の接合角をなすように前記第１金属板と前記第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合するための摩擦攪拌接合用裏当材であって、
前記第１裏面を支持する第１支持面と、
前記第１支持面と前記接合角をなし、前記第２裏面を支持する第２支持面と、
前記第１支持面と前記第２支持面との間の角部と、
前記第１被支持端面に沿いつつ、前記第２表面、前記第２裏面、前記角部及び前記第１支持面を介して前記回転ツールからの荷重を伝達する荷重伝達面と、
を備えた摩擦攪拌接合用裏当材を用いて、前記第１金属板と前記第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合し、
前記第１金属板に、前記第１接合端面を加圧する力と、前記第１表面を加圧する力とを加え、
前記第２金属板に、前記第２接合端面により前記第１裏面を加圧するための力と、前記第２表面を加圧する力とを加え、
前記第１接合端面を加圧する力と、前記第１表面を加圧する力とは、前記第１接合端面と前記第１表面とが交差する辺に加えられた力の分力により、それぞれ加えられる、摩擦攪拌接合方法。
【請求項１６】
第１表面と、前記第１表面に平行な第１裏面と、前記第１表面と前記第１裏面との間で前記第１表面と前記第１裏面とに交差する第１接合端面と、前記第１接合端面から離隔した位置で前記第１裏面から前記第１裏面が内側になるように屈曲した第１屈曲面と、を有する第１金属板と、
第２表面と、前記第２表面に平行な第２裏面と、前記第２表面と前記第２裏面との間で前記第２表面と前記第２裏面とに交差する第２接合端面と、を有する第２金属板とに対して、
前記第１接合端面と前記第２表面とが沿うように前記第１裏面に前記第２接合端面を当接させつつ、前記第１接合端面及び前記第２表面の側から前記第１裏面と前記第２接合端面との間に回転ツールを挿入することにより、前記第１裏面と前記第２裏面とが１８０°未満の接合角をなすように前記第１金属板と前記第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合するための摩擦攪拌接合用裏当材であって、
前記第１裏面を支持する第１支持面と、
前記第１支持面と前記接合角をなし、前記第２裏面を支持する第２支持面と、
前記第１支持面と前記第２支持面との間の角部と、
前記第１屈曲面と当接しつつ、前記第２表面、前記第２裏面、前記角部及び前記第１支持面を介して前記回転ツールからの荷重を前記第１屈曲面に伝達する荷重伝達面と、
を備えた摩擦攪拌接合用裏当材を用いて、前記第１金属板と前記第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合し、
前記第１金属板に、前記第１接合端面を加圧する力と、前記第１表面を加圧する力とを加え、
前記第２金属板に、前記第２接合端面により前記第１裏面を加圧するための力と、前記第２表面を加圧する力とを加え、
前記第１接合端面を加圧する力と、前記第１表面を加圧する力とは、前記第１接合端面と前記第１表面とが交差する辺に加えられた力の分力により、それぞれ加えられる、摩擦攪拌接合方法。
【請求項１７】
第１表面と、前記第１表面に平行な第１裏面と、前記第１表面と前記第１裏面との間で前記第１表面と前記第１裏面とに交差する第１接合端面と、前記第１接合端面の反対側に位置しつつ前記第１表面と前記第１裏面との間で前記第１表面と前記第１裏面とに交差する第１被支持端面と、を有する第１金属板と、
第２表面と、前記第２表面に平行な第２裏面と、前記第２表面と前記第２裏面との間で前記第２表面と前記第２裏面とに交差する第２接合端面と、を有する第２金属板と、
第３表面と、前記第３表面に平行な第３裏面と、前記第３表面と前記第３裏面との間で前記第３表面と前記第３裏面とに交差する第３接合端面と、を有する第３金属板とに対して、
前記第１接合端面と前記第２表面とが沿うように前記第１裏面に前記第２接合端面を当接させつつ、前記第１被支持端面と前記第３表面とが沿うように前記第１裏面に前記第３接合端面を当接させた状態で、前記第１接合端面及び前記第２表面の側から前記第１裏面と前記第２接合端面との間に回転ツールを挿入することにより、前記第１裏面と前記第２裏面とが１８０°未満の接合角をなすように前記第１金属板と前記第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合するための摩擦攪拌接合用裏当材であって、
前記第１裏面を支持する第１支持面と、
前記第１支持面と前記接合角をなし、前記第２裏面を支持する第２支持面と、
前記第１支持面と前記第２支持面との間の角部と、
前記第３裏面と当接しつつ、前記第２表面、前記第２裏面、前記角部及び前記第１支持面を介して前記回転ツールからの荷重を前記第３裏面に伝達する荷重伝達面と、
を備えた摩擦攪拌接合用裏当材を用いて、前記第１金属板と前記第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合し、
前記第１金属板に、前記第１接合端面を加圧する力と、前記第１表面を加圧する力とを加え、
前記第２金属板に、前記第２接合端面により前記第１裏面を加圧するための力と、前記第２表面を加圧する力とを加え、
前記第１接合端面を加圧する力と、前記第１表面を加圧する力とは、前記第１接合端面と前記第１表面とが交差する辺に加えられた力の分力により、それぞれ加えられる、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、摩擦攪拌接合用裏当材及び摩擦攪拌接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の金属板を１８０°の角度をなす直線状ではなく、９０°等の１８０°以外の接合角をなすように摩擦攪拌接合により接合する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、一対の金属板の裏面が９０°の角度をなすように一対の金属板を互いに突き合わせ、９０°の角度をなす金属板の裏面を裏当材で支持し、金属板の表面の側から、一対の金属板が突き合わされた部位に回転ツールを挿入することにより、一対の金属板を摩擦攪拌接合により接合する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３‐００１４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、摩擦攪拌接合では、接合される金属板を介して回転ツールからの荷重を受けるための強固な裏当材が必要である。一対の金属板を１８０°の角度をなす直線状に接合する場合には、一対の金属板を平板状の裏当材により支持し、回転ツールからの荷重を受けることが可能である。しかし、一対の金属板を９０°等の１８０°以外の接合角をなすように接合する場合には、回転ツールからの荷重を裏当材により受けることが難しく、改善が望まれている。
【０００５】
そこで本発明は、一対の金属板を１８０°以外の接合角をなすように接合する場合に、回転ツールからの荷重をより容易に受けることが可能な摩擦攪拌接合用裏当材及び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】
【０００６】
本発明は、第１表面と、第１表面に平行な第１裏面と、第１表面と第１裏面との間で第１表面と第１裏面とに交差する第１接合端面と、第１接合端面の反対側に位置しつつ第１表面と第１裏面との間で第１表面と第１裏面とに交差する第１被支持端面とを有する第１金属板と、第２表面と、第２表面に平行な第２裏面と、第２表面と第２裏面との間で第２表面と第２裏面とに交差する第２接合端面とを有する第２金属板とに対して、第１接合端面と第２表面とが沿うように第１裏面に第２接合端面を当接させつつ、第１接合端面及び第２表面の側から第１裏面と第２接合端面との間に回転ツールを挿入することにより、第１裏面と第２裏面とが１８０°未満の接合角をなすように第１金属板と第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合するための摩擦攪拌接合用裏当材であって、第１裏面を支持する第１支持面と、第１支持面と接合角をなし、第２裏面を支持する第２支持面と、第１支持面と第２支持面との間の角部と、第１被支持端面に沿いつつ、第２表面、第２裏面、角部及び第１支持面を介して回転ツールからの荷重を伝達する荷重伝達面とを備えた摩擦攪拌接合用裏当材である。
【０００７】
この構成によれば、第１支持面により第１金属板の第１裏面が支持され、第２支持面により第２金属板の第２裏面が支持され、第１金属板の第１被支持端面に沿った荷重伝達面により、第２金属板の第２表面、第２裏面、角部及び第１支持面を介して回転ツールからの荷重が伝達される。第１被支持端面により、第１接合端面、第１表面及び第１裏面を介して回転ツールからの荷重が伝達されるため、荷重伝達面と第１被支持端面とを一緒に支持することにより、回転ツールからの荷重をより容易に受けることが可能になる。
【０００８】
また、本発明は、第１表面と、第１表面に平行な第１裏面と、第１表面と第１裏面との間で第１表面と第１裏面とに交差する第１接合端面と、第１接合端面から離隔した位置で第１裏面から第１裏面が内側になるように屈曲した第１屈曲面とを有する第１金属板と、第２表面と、第２表面に平行な第２裏面と、第２表面と第２裏面との間で第２表面と第２裏面とに交差する第２接合端面とを有する第２金属板とに対して、第１接合端面と第２表面とが沿うように第１裏面に第２接合端面を当接させつつ、第１接合端面及び第２表面の側から第１裏面と第２接合端面との間に回転ツールを挿入することにより、第１裏面と第２裏面とが１８０°未満の接合角をなすように第１金属板と第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合するための摩擦攪拌接合用裏当材であって、第１裏面を支持する第１支持面と、第１支持面と接合角をなし、第２裏面を支持する第２支持面と、第１支持面と第２支持面との間の角部と、第１屈曲面と当接しつつ、第２表面、第２裏面、角部及び第１支持面を介して回転ツールからの荷重を第１屈曲面に伝達する荷重伝達面とを備えた摩擦攪拌接合用裏当材である。
【０００９】
この構成によれば、第１支持面により第１金属板の第１裏面が支持され、第２支持面により第２金属板の第２裏面が支持され、第１金属板の第１屈曲面と当接する荷重伝達面により、第２金属板の第２表面、第２裏面、角部及び第１支持面を介して回転ツールからの荷重が第１屈曲面に伝達される。このため、第１金属板の第１屈曲面の反対側を支持することにより、第１金属板が平板ではない場合でも、回転ツールからの荷重をより容易に受けることが可能になる。
【００１０】
また、本発明は、第１表面と、第１表面に平行な第１裏面と、第１表面と第１裏面との間で第１表面と第１裏面とに交差する第１接合端面と、第１接合端面の反対側に位置しつつ第１表面と第１裏面との間で第１表面と第１裏面とに交差する第１被支持端面とを有する第１金属板と、第２表面と、第２表面に平行な第２裏面と、第２表面と第２裏面との間で第２表面と第２裏面とに交差する第２接合端面とを有する第２金属板と、第３表面と、第３表面に平行な第３裏面と、第３表面と第３裏面との間で第３表面と第３裏面とに交差する第３接合端面とを有する第３金属板とに対して、第１接合端面と第２表面とが沿うように第１裏面に第２接合端面を当接させつつ、第１被支持端面と第３表面とが沿うように第１裏面に第３接合端面を当接させた状態で、第１接合端面及び第２表面の側から第１裏面と第２接合端面との間に回転ツールを挿入することにより、第１裏面と第２裏面とが１８０°未満の接合角をなすように第１金属板と第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合するための摩擦攪拌接合用裏当材であって、第１裏面を支持する第１支持面と、第１支持面と接合角をなし、第２裏面を支持する第２支持面と、第１支持面と第２支持面との間の角部と、第３裏面と当接しつつ、第２表面、第２裏面、角部及び第１支持面を介して回転ツールからの荷重を第３裏面に伝達する荷重伝達面とを備えた摩擦攪拌接合用裏当材である。
【００１１】
この構成によれば、第１支持面により第１金属板の第１裏面が支持され、第２支持面により第２金属板の第２裏面が支持され、第３金属板の第３裏面と当接する荷重伝達面により、第２金属板の第２表面、第２裏面、角部及び第１支持面を介して回転ツールからの荷重が第３金属板の第３裏面に伝達される。第１被支持端面により、第１接合端面から第１表面及び第１裏面を介して回転ツールからの荷重が伝達されるため、第３金属板の第３表面と第１被支持端面とを一緒に支持することにより、第１金属板の第１裏面に当接する第３金属板がある場合でも、回転ツールからの荷重をより容易に受けることが可能になる。
【００１２】
これらの本発明の摩擦攪拌接合用裏当材において、角部は着脱自在であることが好適である。
【００１３】
この構成によれば、摩擦攪拌接合において消耗し易い角部が着脱自在であるため、角部が消耗した際に角部のみを交換すれば良く、より経済的に摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００１４】
また、これらの本発明の摩擦攪拌接合用裏当材において、第２支持面と荷重伝達面との距離を伸縮自在に変更する展開機構をさらに備えることが好適である。
【００１５】
この構成によれば、展開機構により第２支持面と荷重伝達面との距離が伸縮自在に変更されるため、摩擦攪拌接合が行われる前の摩擦攪拌接合用裏当材の配置及び摩擦攪拌接合が行われた後の摩擦攪拌接合用裏当材の取外しが容易となる。
【００１６】
上記の第１被支持端面を有する第１金属板に適用される摩擦攪拌接合用裏当材と、第１屈曲面を有する第１金属板に適用される摩擦攪拌接合用裏当材とにおいて、第１支持面の反対側の第３支持面をさらに備え、展開機構は、第１支持面と第３支持面との距離を伸縮自在に変更することが好適である。
【００１７】
この構成によれば、展開機構により第１支持面と第１支持面の反対側の第３支持面との距離が伸縮自在に変更されるため、例えば、第１金属板及び第２金属板により、摩擦攪拌接合用裏当材が囲繞された状態で摩擦攪拌接合が行われるような場合でも、摩擦攪拌接合が行われる前の摩擦攪拌接合用裏当材の配置及び摩擦攪拌接合が行われた後の摩擦攪拌接合用裏当材の取外しが容易となる。
【００１８】
また、上記の第１裏面に第３接合端面を当接させた状態で適用される摩擦攪拌接合用裏当材において、第１支持面の反対側の第３支持面をさらに備え、展開機構は、第１支持面と第３支持面との距離を伸縮自在に変更することが好適である。
【００１９】
この構成によれば、展開機構により第１支持面と第１支持面の反対側の第３支持面との距離が伸縮自在に変更されるため、例えば、第１金属板、第２金属板及び第３金属板により、摩擦攪拌接合用裏当材が囲繞された状態で摩擦攪拌接合が行われるような場合でも、摩擦攪拌接合が行われる前の摩擦攪拌接合用裏当材の配置及び摩擦攪拌接合が行われた後の摩擦攪拌接合用裏当材の取外しが容易となる。
【００２０】
また、本発明は、上記本発明の摩擦攪拌接合用裏当材を用いて、第１金属板と第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合する摩擦攪拌接合方法である。
【００２１】
この構成によれば、本発明の摩擦攪拌接合用裏当材により、回転ツールからの荷重をより容易に受けることが可能になるため、第１裏面と第２裏面とが１８０°未満の接合角をなすように第１金属板と第２金属板とを接合することがより容易になる。
【００２２】
上記の第１被支持端面を有する第１金属板又は第１屈曲面を有する第１金属板に適用され、展開機構により第２支持面と荷重伝達面との距離及び第１支持面と第３支持面との距離を伸縮自在に変更される摩擦攪拌接合用裏当材を用い、第２接合端面から離隔した位置で第２裏面から第２裏面が内側になるように屈曲した第２屈曲面をさらに有する第２金属板に対し、第３支持面により第２屈曲面を支持しつつ、第１金属板と第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合することが好適である。
【００２３】
この構成によれば、少なくとも第１金属板の第１裏面、第２金属板の第２裏面及び第２金属板の第２屈曲面により、摩擦攪拌接合用裏当材が囲繞された状態で摩擦攪拌接合が行われるが、本発明の摩擦攪拌接合用裏当材は第２支持面と荷重伝達面との距離及び第１支持面と第３支持面との距離を伸縮自在に変更するため、摩擦攪拌接合が行われる前の摩擦攪拌接合用裏当材の配置及び摩擦攪拌接合が行われた後の摩擦攪拌接合用裏当材の取外しを容易に行うことができる。
【００２４】
また、上記の第１屈曲面を有する第１金属板に適用され、展開機構により第２支持面と荷重伝達面との距離及び第１支持面と第３支持面との距離を伸縮自在に変更される摩擦攪拌接合用裏当材を用い、第１裏面と対向しつつ第１屈曲面から第１屈曲面が内側になるように屈曲した第１再屈曲面をさらに有する第１金属板に対し、第３支持面により第１再屈曲面を支持しつつ、第１金属板と第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合することが好適である。
【００２５】
この構成によれば、第１金属板の第１裏面、第１金属板の第１屈曲面、第１金属板の再屈曲面及び第２金属板の第２裏面により、摩擦攪拌接合用裏当材が囲繞された状態で摩擦攪拌接合が行われるが、本発明の摩擦攪拌接合用裏当材は第２支持面と荷重伝達面との距離及び第１支持面と第３支持面との距離を伸縮自在に変更するため、摩擦攪拌接合が行われる前の摩擦攪拌接合用裏当材の配置及び摩擦攪拌接合が行われた後の摩擦攪拌接合用裏当材の取外しを容易に行うことができる。
【００２６】
また、上記の第１裏面に第３接合端面を当接させた状態で適用され、展開機構により第２支持面と荷重伝達面との距離及び第１支持面と第３支持面との距離を伸縮自在に変更される摩擦攪拌接合用裏当材を用い、第３接合端面から離隔した位置で第３裏面から第３裏面が内側になるように屈曲した第３屈曲面をさらに有する第３金属板に対し、第３支持面により第３屈曲面を支持しつつ、第１金属板と第２金属板とを摩擦攪拌接合により接合することが好適である。
【００２７】
この構成によれば、第１金属板の第１裏面、第２金属板の第２裏面、第３金属板の第３裏面及び第３金属板の第３屈曲面により、摩擦攪拌接合用裏当材が囲繞された状態で摩擦攪拌接合が行われるが、本発明の摩擦攪拌接合用裏当材は第２支持面と荷重伝達面との距離及び第１支持面と第３支持面との距離を伸縮自在に変更するため、摩擦攪拌接合が行われる前の摩擦攪拌接合用裏当材の配置及び摩擦攪拌接合が行われた後の摩擦攪拌接合用裏当材の取外しを容易に行うことができる。
【００２８】
また、第１金属板に、第１接合端面を加圧する力と、第１表面を加圧する力とを加え、第２金属板に、第２接合端面により第１裏面を加圧するための力と、第２表面を加圧する力とを加え、第１接合端面を加圧する力と、第１表面を加圧する力とは、第１接合端面と第１表面とが交差する辺に加えられた力の分力により、それぞれ加えられることが好適である。
【００２９】
摩擦攪拌接合では、接合される金属板が接合時の回転ツールからの荷重で動かないように金属板を固定する必要がある。しかし、第１金属板の第１裏面と第２金属板の第２裏面とが１８０°未満の接合角をなしている状態では、第１金属板の第１裏面と第２金属板の第２裏面とが直線状の１８０°の接合角をなす場合に比べて、第１金属板と第２金属板の固定が困難である。この構成によれば、第１金属板に第１接合端面を加圧する力と第１表面を加圧する力とを加え、第２金属板に第２接合端面により第１裏面を加圧するための力と第２表面を加圧する力とを加えることにより、第１金属板及び第２金属板が摩擦攪拌接合用裏当材に支持されつつ第１裏面に第２接合端面を当接させた状態で、第１金属板及び第２金属板を固定することができる。また、第１接合端面を加圧する力と、第１表面を加圧する力とは、第１接合端面と第１表面とが交差する辺に加えられた力の分力により、それぞれ加えられることにより、第１接合端面を加圧する力と、第１表面を加圧する力とをそれぞれ別途加える必要がないため、摩擦攪拌接合を行うための装置の構成を簡単にすることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の摩擦攪拌接合用裏当材及び摩擦攪拌接合方法によれば、一対の金属板を１８０°以外の接合角をなすように接合する場合に、回転ツールからの荷重をより容易に受けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施形態に係る摩擦攪拌接合用裏当材を用いた摩擦攪拌接合方法を示す図である。
【図２】第２実施形態に係る摩擦攪拌接合用裏当材を用いた摩擦攪拌接合方法を示す図である。
【図３】第３実施形態に係る摩擦攪拌接合用裏当材を用いた摩擦攪拌接合方法を示す図である。
【図４】第４実施形態に係る摩擦攪拌接合用裏当材を用いた摩擦攪拌接合方法を示す図である。
【図５】（Ａ）は図４の摩擦攪拌接合用裏当材の正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ‐Ｂ線による断面図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び（Ｄ）は、図４の摩擦攪拌接合用裏当材を用いた摩擦攪拌接合方法の各態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態に係る摩擦攪拌接合用裏当材及び摩擦攪拌接合方法について、図面を用いて詳細に説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
図１に示す第１実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ａは、第１金属板１０と第２金属板２０とを摩擦攪拌接合により接合するために適用される。第１金属板１０及び第２金属板２０は、直方体の形状を有する平板である。第１金属板１０及び第２金属板２０は、例えば、Ａｌ合金、Ｍｇ合金、Ｆｅ合金により形成されている。
【００３４】
第１金属板１０は、第１表面１１と、第１表面１１に平行な第１裏面１２と、第１表面１１と第１裏面１２との間で第１表面１１と第１裏面１２とに交差する第１接合端面１３と、第１接合端面１３の反対側に位置しつつ第１表面１１と第１裏面１２との間で第１表面１１と第１裏面１２とに交差する第１被支持端面１４とを有する。第２金属板２０は、第２表面２１と、第２表面２１に平行な第２裏面２２と、第２表面２１と第２裏面２２との間で第２表面２１と第２裏面２２とに交差する第２接合端面２３とを有する。
【００３５】
摩擦攪拌接合装置２００は、円柱状の回転ツール２０１を備える。回転ツール２０１は、先端の中央部に回転ツール２０１の本体よりも小さな直径の円柱状のプローブ部２０２を有する。回転ツール２０１は、例えば、炭素鋼、工具鋼又はＳｉ３Ｎ４等のセラミックスから形成されている。
【００３６】
第１金属板１０と第２金属板２０とに対して、摩擦攪拌接合装置２００は、第１接合端面１３と第２表面２１とが沿うように第１裏面１２に第２接合端面２３を当接させつつ、第１接合端面１３及び第２表面２１の側から第１裏面１２と第２接合端面２３との間に回転ツール２０１のプローブ部２０２を挿入することにより、第１裏面１２と第２裏面２２とが１８０°未満の接合角θをなすように第１金属板１０と第２金属板２０とを摩擦攪拌接合により接合する。
【００３７】
第１接合端面１３と第２表面２１とが沿うとは、例えば、第１接合端面１３と第２表面２１とが同一平面上に位置することを意味する。また、第１接合端面１３と第２表面２１とが沿うとは、例えば、第１接合端面１３と第２表面２１とが平行であって、１〜５［ｍｍ］以内の距離を隔てて位置していることを含む。また、第１接合端面１３と第２表面２１とが沿うとは、第１接合端面１３と第２表面２１とが平行ではなく、例えば、第１接合端面１３と第１裏面１２とが交差する辺と、第２表面２１と第２接合端面２３とが交差する辺とが１〜５［ｍｍ］以内の距離を隔てて位置しつつ、第１接合端面１３と第１裏面１２とが交差する辺が第２接合端面２３に接触している状態や、第２表面２１と第２接合端面２３とが交差する辺が第１裏面１２に接触している状態を含む。
【００３８】
また、図１の例では、接合角θは９０°であるが、例えば、接合角θは、１５０°、１３５°、１２０°、６０°、４５°及び３０°等の１８０°未満の任意の角度とすることができる。第１裏面１２と第２裏面２２とが接合角θをなすように、第１裏面１２に第２接合端面２３を当接させた場合に、第２接合端面２３の全面が第１裏面１２に当接するように、第２裏面２２と第２接合端面２３とのなす角度は、（１８０°−接合角θ）であることが好ましい。
【００３９】
摩擦攪拌接合用裏当材１００ａは、第１支持面１０１、第２支持面１０２、角部１２１、荷重伝達面１１１及び荷重伝達面１１２を備える。第１支持面１０１は、第１金属板１０の第１裏面１２を支持する。第２支持面１０２は、第１支持面１０１と接合角θをなし、第２金属板２０の第２裏面２２を支持する。角部１２１は、第１支持面１０１と第２支持面１０２との間に位置する。
【００４０】
角部１２１は、摩擦攪拌接合用裏当材１００ａから着脱自在であり、角部１２１の消耗時に交換が可能である。角部１２１は、例えば、炭素鋼又は工具鋼により形成される。角部１２１は、第２支持面１０２に平行な平行面１２３と、第１支持面１０１に平行な方向に対して第１支持面１０１の側に傾斜した傾斜面１２４との間に嵌合させられる。傾斜面１２４により、接合時に角部１２１が摩擦攪拌接合用裏当材１００ａから外れにくくすることができる。角部１２１は、第１支持面１０１の側から角部１２１を貫通しつつ傾斜面１２４に設けられたネジ孔部にねじ込まれるビス１２２により固定される。ビス１２２の頭部は、第１支持面１０１から突出しないようにされている。
【００４１】
角部１２１と傾斜面１２４との間には、薄い金属板等であるシム１２５が挿入され、角部１２１の第１支持面１０１から突出した高さや、第１支持面１０１と荷重伝達面１１２との距離を適宜調整することができる。なお、第１支持面１０１にねじ込まれたビス等により、第１支持面１０１と荷重伝達面１１２との距離を調整してもよい。
【００４２】
荷重伝達面１１１は、第１被支持端面１４に沿いつつ、第２表面２１、第２裏面２２、角部１２１及び第１支持面１０１を介して回転ツール２０１からの荷重を伝達する。第１被支持端面１４に沿うとは、例えば、第１被支持端面１４と荷重伝達面１１１とが同一平面上に位置することを意味する。荷重伝達面１１１の中央部はコの字状にくり抜かれ、空洞部１３０が形成されている。空洞部１３０は、摩擦攪拌接合用裏当材１００ａの軽量化のために設けられているが、必須ではない。荷重伝達面１１２は、第１支持面１０１の反対側に位置する。角部１２１を除く摩擦攪拌接合用裏当材１００ａの各部は、安価なＦｅ合金等で形成されている。
【００４３】
摩擦攪拌接合装置２００は、基台２１０に、固定具２２１，２２２，２２３及び２３１を備える。固定具２２１は、第１金属板に、第１接合端面１３を加圧する力Ｆ３と、第１表面１１を加圧する力Ｆ２とを加える。第１接合端面１３を加圧する力Ｆ３と、第１表面１１を加圧する力Ｆ２とは、第１接合端面１３と第１表面１１とが交差する辺１８に加えられた力Ｆ１の分力により、それぞれ加えられる。また、固定具２２１は、第１表面１１を加圧する力Ｆ４を加える。
【００４４】
固定具２２２は、第２金属板２０に、第２表面２１を加圧する力Ｆ５を加える。固定具２２３は、第２金属板２０に、第２接合端面２３により第１裏面１２を加圧するための力Ｆ６を加える。固定具２３１は、摩擦攪拌接合用裏当材１００ａの荷重伝達面１１２を加圧し、荷重伝達面１１２の反対側の第１支持面１０１により、第１金属板１０の第１裏面１２を加圧するための力Ｆ７を加える。
【００４５】
摩擦攪拌接合装置２００は、第１接合端面１３及び第２表面２１の側から第１裏面１２と第２接合端面２３との間に回転ツール２０１を回転させつつ挿入し、第１裏面１２と第２接合端面２３との間に沿って回転ツール２０１を移動させることにより、第１裏面１２と第２裏面２２とが接合角θをなすように第１金属板１０と第２金属板２０とを摩擦攪拌接合により接合する。
【００４６】
本実施形態によれば、第１支持面１０１により第１金属板１０の第１裏面１２が支持され、第２支持面１０２により第２金属板２０の第２裏面２２が支持され、第１金属板１０の第１被支持端面１４に沿った荷重伝達面１１１により、第２金属板２０の第２表面２１、第２裏面２２、角部１２１及び第１支持面１０１を介して回転ツール２０１からの荷重が伝達される。第１被支持端面１４により、第１接合端面１３、第１表面１１及び第１裏面１２を介して回転ツール２０１からの荷重が伝達されるため、荷重伝達面１１１と第１被支持端面１４とを一緒に基台２１０で支持することにより、回転ツール２０１からの荷重をより容易に受けることが可能になる。
【００４７】
また、摩擦攪拌接合では、接合時に金属板に高温と高荷重が加えられるため、裏当材の形状が金属板に転写される。しかし、本実施形態によれば、第１支持面１０１及び第２支持面１０２のそれぞれは、予め第１裏面１２及び第２裏面２２に密着するため、第１金属板１０及び第２金属板２０の変形を防止することができる。
【００４８】
また、Ｌ字型継手をアーク溶接で製作する場合には、歪みが多いため、予め金属板に反りを与えたりする等の処理が必要となり、工作精度を確保することが難しい。一方、本実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ａ及び摩擦攪拌接合方法によりＬ字型継手を製作することにより、摩擦攪拌接合は歪みが少ないため、より工作精度が向上する。また、Ｌ字型継手をアーク溶接で製作する場合には、裏面に余盛りが生じるが、本実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ａ及び摩擦攪拌接合方法によりＬ字型継手を製作することにより、第１裏面１２及び第２裏面２２に余盛りの無いＬ字型継手を製作することができる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、摩擦攪拌接合において消耗し易い角部１２１が着脱自在であるため、角部１２１が消耗した際に角部１２１のみを交換すれば良く、より経済的に摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００５０】
また、本実施形態によれば、本実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ａにより、回転ツール２０１からの荷重をより容易に受けることが可能になるため、第１裏面１２と第２裏面２２とが１８０°未満の接合角θをなすように第１金属板１０と第２金属板２０とを接合することがより容易になる。
【００５１】
一方、摩擦攪拌接合では、接合される金属板が接合時の回転ツール２０１からの荷重で動かないように第１金属板１０等を固定する必要がある。しかし、第１金属板１０の第１裏面１２と第２金属板２０の第２裏面２２とが１８０°未満の接合角θをなしている状態では、第１裏面１２と第２裏面２２とが直線状の１８０°の接合角をなす場合に比べて、第１金属板１０等の固定が困難である。
【００５２】
しかし、本実施形態によれば、第１金属板１０に第１接合端面１３を加圧する力と第１表面１１を加圧する力とを加え、第２金属板２０に第２接合端面２３により第１裏面１２を加圧するための力と第２表面２１を加圧する力とを加えることにより、第１金属板１０及び第２金属板２０が摩擦攪拌接合用裏当材１００ａに支持されつつ第１裏面１２に第２接合端面２３を当接させた状態で、第１金属板１０及び第２金属板２０を固定することができる。また、第１接合端面１３を加圧する力と、第１表面１１を加圧する力とは、第１接合端面１３と第１表面１１とが交差する辺１８に加えられた力の分力により、それぞれ加えられることにより、第１接合端面１３を加圧する力と、第１表面１１を加圧する力とをそれぞれ別途加える必要がないため、摩擦攪拌接合を行うための装置の構成を簡単にすることができる。
【００５３】
（第２実施形態）
図２に示す第２実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｂは、第１金属板１０と第２金属板２０とを摩擦攪拌接合により接合するために適用される。本実施形態では、第１金属板１０は、第１表面１１と、第１表面１１に平行な第１裏面１２と、第１表面１１と第１裏面１２との間で第１表面１１と第１裏面１２とに交差する第１接合端面１３とに加えて、上記第１被支持端面１４に替えて、第１接合端面１３から離隔した位置で第１裏面１２から第１裏面１２が内側になるように９０°に屈曲した第１屈曲面１５を有する点が上記第１実施形態と異なる。つまり、本実施形態では、第１金属板１０はＬ字型継手である。
【００５４】
第１裏面１２と第１屈曲面１５とは、上記第１実施形態の摩擦攪拌接合により接合されていてもよい。本実施形態では、第１屈曲面１５は第１裏面１２と９０°の角度をなすが、第１屈曲面１５は第１裏面１２と１５０°、１３５°、１２０°、６０°、４５°及び３０°等の１８０°未満であって０°を超える任意の角度とすることができる。
【００５５】
摩擦攪拌接合用裏当材１００ｂは、上記の第１支持面１０１と、第２支持面１０２と、角部１２１と、荷重伝達面１１１とを備える。本実施形態では、荷重伝達面１１１は、第１屈曲面１５と当接しつつ、第２表面２１、第２裏面２２、角部１２１及び第１支持面１０１を介して回転ツール２０１からの荷重を第１屈曲面に伝達する。第１支持面１０１と荷重伝達面１１１とのなす角度は、第１裏面１２と第１屈曲面１５とがなす角度と同一である。
【００５６】
摩擦攪拌接合装置２００は、第１接合端面１３と第２表面２１とが沿うように第１裏面１２に第２接合端面２３を当接させつつ、第１接合端面１３及び第２表面２１の側から第１裏面１２と第２接合端面２３との間に回転ツール２０１を回転させつつ挿入し、第１裏面１２と第２接合端面２３との間に沿って回転ツール２０１を移動させることにより、第１裏面１２と第２裏面２２とが接合角θをなすように第１金属板１０と第２金属板２０とを摩擦攪拌接合により接合する。
【００５７】
本実施形態によれば、第１支持面１０１により第１金属板１０の第１裏面１２が支持され、第２支持面１０２により第２金属板２０の第２裏面２２が支持され、第１金属板１０の第１屈曲面１５と当接する荷重伝達面１１１により、第２金属板２０の第２表面２１、第２裏面２２、角部１２１及び第１支持面１０１を介して回転ツール２０１からの荷重が第１屈曲面１５に伝達される。このため、第１金属板１０の第１屈曲面１５の反対側を基台２１０で支持することにより、第１金属板１０が平板ではない場合でも、回転ツール２０１からの荷重をより容易に受けることが可能になる。
【００５８】
（第３実施形態）
図３に示す第３実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｃは、第１金属板１０と第２金属板２０とを摩擦攪拌接合により接合するために適用される。本実施形態では、第１金属板１０と第２金属板２０とに加えて、第３金属板３０に対して、摩擦攪拌接合用裏当材１００ｃは適用される。第３金属板３０は、第３表面３１と、第３表面３１に平行な第３裏面３２と、第３表面３１と第３裏面３２との間で第３表面３１と第３裏面３２とに交差する第３接合端面３３とを有する。第３金属板３０の材質は、第１金属板１０及び第２金属板２０と同様にすることができる。
【００５９】
本実施形態では、第１接合端面１３と第２表面２１とが沿うように第１裏面１２に第２接合端面２３を当接させつつ、第１被支持端面１４と第３表面３１とが沿うように第１裏面１２に第３接合端面３３を当接させた状態で、第１接合端面１３及び第２表面２１の側から第１裏面１２と第２接合端面２３との間に回転ツール２０１を挿入することにより、第１裏面１２と第２裏面２２とが１８０°未満の接合角θをなすように第１金属板１０と第２金属板２０とを摩擦攪拌接合により接合する。
【００６０】
第１被支持端面１４と第３表面３１とが沿うとは、例えば、第１被支持端面１４と第３表面３１とが同一平面上に位置することを意味する。また、第１被支持端面１４と第３表面３１とが沿うとは、例えば、第１被支持端面１４と第３表面３１とが平行であって、１〜５［ｍｍ］以内の距離を隔てて位置していることを含む。また、第１被支持端面１４と第３表面３１とが沿うとは、第１被支持端面１４と第３表面３１とが平行ではなく、例えば、第１被支持端面１４と第１裏面１２とが交差する辺と、第３表面３１と第３接合端面３３とが交差する辺とが１〜５［ｍｍ］以内の距離を隔てて位置しつつ、第１被支持端面１４と第１裏面１２とが交差する辺が第３接合端面３３に接触している状態や、第３表面３１と第３接合端面３３とが交差する辺が第１裏面に接触している状態を含む。
【００６１】
また、図３の例では、第１裏面１２と第３裏面３２とがなす角度は９０°であるが、例えば、第１裏面１２と第３裏面３２とがなす角度は、１５０°、１３５°、１２０°、６０°、４５°及び３０°等の１８０°未満の任意の角度とすることができる。第１裏面１２と第３裏面３２とが任意の角度をなすように、第１裏面１２に第３接合端面３３を当接させた場合に、第３接合端面３３の全面が第１裏面１２に当接するように、第３裏面３２と第３接合端面３３とのなす角度は、（１８０°−（第１裏面１２と第３裏面３２との角度））であることが好ましい。
【００６２】
また、図３の例では、第３金属板３０は、第３接合端面３３から離隔した位置で第３裏面３２から第３裏面３２が内側になるように屈曲した第３屈曲面３５をさらに有する。つまり、本実施形態では、第３金属板３０はＬ字型継手である。第３裏面３２と第３屈曲面３５とは、上記第１実施形態の摩擦攪拌接合により接合されていてもよい。本実施形態では、第３屈曲面３５は第１裏面１２と９０°の角度をなすが、第３屈曲面３５は第３裏面３２と１５０°、１３５°、１２０°、６０°、４５°及び３０°等の１８０°未満であって０°を超える任意の角度とすることができる。固定具２３１は、第３金属板３０を加圧し、第３屈曲面３５が荷重伝達面１１２を加圧し、摩擦攪拌接合用裏当材１００ｃの第１支持面１０１が第１金属板１０の第１裏面１２を加圧するための力Ｆ７を加える。なお、本実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｃは、第３屈曲面３５を有さず平板状の第３金属板３０に対して適用されてもよい。
【００６３】
本実施形態によれば、第１支持面１０１により第１金属板１０の第１裏面１２が支持され、第２支持面１０２により第２金属板２０の第２裏面２２が支持され、第３金属板３０の第３裏面３２と当接する荷重伝達面１１１により、第２金属板２０の第２表面２１、第２裏面２２、角部１２１及び第１支持面１０１を介して回転ツール２０１からの荷重が第３金属板３０の第３裏面３２に伝達される。第１被支持端面１４により、第１接合端面１３から第１表面１１及び第１裏面１２を介して回転ツール２０１からの荷重が伝達されるため、第３金属板３０の第３表面３１と第１被支持端面１４とを基台２１０で一緒に支持することにより、第１金属板１０の第１裏面１２に当接する第３金属板３０がある場合でも、回転ツール２０１からの荷重をより容易に受けることが可能になる。
【００６４】
（第４実施形態）
図４に示す第４実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄは、上記第３実施形態と同様の第１金属板１０、第２金属板２０及び第３金属板３０の配置において、第１接合端面１３及び第２表面２１の側から第１裏面１２と第２接合端面２３との間に回転ツール２０１を挿入することにより、第１裏面１２と第２裏面２２とが１８０°未満の接合角θをなすように第１金属板１０と第２金属板２０とを摩擦攪拌接合により接合するために適用される。
【００６５】
本実施形態では、摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄは、第２支持面１０２と荷重伝達面１１１との距離ｄ１を伸縮自在に変更する展開機構をさらに備える。また、摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄは、第１支持面１０１の反対側の第３支持面１０３をさらに備え、展開機構は、第１支持面１０１と第３支持面１０３との距離ｄ２を伸縮自在に変更する。
【００６６】
図４、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄは、第１部材１３１、第２部材１３２、第３部材１３３、第４部材１３４及びくさび部材１５０を備えている。第１部材１３１と第２部材１３２とは、引張バネ１４０により互いに引き寄せられる力を加えられつつ互いの距離を伸縮自在に連結されている。第２部材１３２と第３部材１３３とは、引張バネ１４０により互いに引き寄せられる力を加えられつつ互いの距離を伸縮自在に連結されている。第３部材１３３と第４部材１３４とは、引張バネ１４０により互いに引き寄せられる力を加えられつつ互いの距離を伸縮自在に連結されている。第４部材１３４と第１部材１３１とは、引張バネ１４０により互いに引き寄せられる力を加えられつつ互いの距離を伸縮自在に連結されている。
【００６７】
第１部材１３１と第２部材１３２とで第１支持面１０１を形成する。第２部材１３２と第３部材１３３とで荷重伝達面１１１を形成する。第３部材１３３と第４部材１３４とで第３支持面１０３を形成する。第４部材１３４と第１部材１３１とで第２支持面１０２を形成する。
【００６８】
くさび部材１５０は、四角錐台形状を有する。くさび部材１５０は、互いに引張バネ１４０で連結された第１部材１３１、第２部材１３２、第３部材１３３及び第４部材１３４の中央に位置し、四角錐台形状の底面を摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの外部側に向け、四角錐台形状の切り取られた頂部を摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの内部側に向けている。くさび部材１５０は、四角錐台形状のそれぞれの側面である４つのくさび斜面１５２を有する。第１部材１３１、第２部材１３２、第３部材１３３及び第４部材１３４は、摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの内部側にくさび部材１５０のくさび斜面１５２と摺動する内斜面１３５をそれぞれ有する。
【００６９】
摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄは、くさび部材１５０の反対側にくさび部材１６０を備える。くさび部材１６０は、四角錐台形状を有する。くさび部材１６０は、互いに引張バネ１４０で連結された第１部材１３１、第２部材１３２、第３部材１３３及び第４部材１３４の中央に位置し、四角錐台形状の底面を摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの外部側に向け、四角錐台形状の切り取られた頂部を摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの内部側に向けている。
【００７０】
くさび部材１５０の四角錐台形状の切り取られた頂部と、くさび部材１６０の四角錐台形状の切り取られた頂部とは、摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの内部で互いに対向している。くさび部材１６０は、四角錐台形状のそれぞれの側面である４つのくさび斜面１６２を有する。第１部材１３１、第２部材１３２、第３部材１３３及び第４部材１３４は、摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの内部側にくさび部材１６０のくさび斜面１６２と摺動する内斜面１３５をそれぞれ有する。
【００７１】
くさび部材１５０は、四角錐台形状の底面に正四角柱状のハンドル取付部１５１を有する。くさび部材１５０は、四角錐台形状の底面の中心から四角錐台形状の切り取られた頂部の中心へと伸びるシャフト孔部１５４を有する。シャフト孔部１５４には、一端をハンドル取付部１５１と一体化されたシャフト１５３が通されている。シャフト１５３は、ハンドル取付部１５１と反対側の他端に外周面にネジ溝が切られたネジ溝部１５５を含む。
【００７２】
くさび部材１６０は、くさび部材１６０の四角錐台形状の切り取られた頂部の中心からくさび部材１６０の内部へと延び、内周面にネジ溝が切られたネジ孔部１６４を有する。シャフト１５３のネジ溝部１５５は、くさび部材１６０のネジ孔部１６４と噛合っている。くさび部材１５０及びくさび部材１６０は、その中心にシャフト１５３を通されたコイルスプリングである圧縮バネ１７０により、互いに離れる力を加えられている。第１部材１３１、第２部材１３２、第３部材１３３、第４部材１３４、内斜面１３５、引張バネ１４０、くさび部材１５０のハンドル取付部１５１、くさび斜面１５２、シャフト１５３、シャフト孔部１５４、ネジ溝部１５５、くさび部材１６０、くさび斜面１６２、ネジ孔部１６４及び圧縮バネ１７０は、展開機構を構成する。
【００７３】
第１部材１３１は、上記第１実施形態と同様の角部１２１、ビス１２２、平行面１２３、傾斜面１２４及びシム１２５を有する。第２部材１３２の荷重伝達面１１１の第１支持面１０１と交差する部位、第３部材１３３の荷重伝達面１１１の第３支持面１０３と交差する部位、及び第４部材１３４の第２支持面１０２と交差する部位のそれぞれは、薄い金属板等であるシム１８２を配置可能な凹部１８１を有する。シム１８２により、摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの距離ｄ１を適宜調整することができる。なお、シム１８２ではなく、第２支持面１０２や荷重伝達面１１１にねじ込まれたビス等により、距離ｄ１が調整されてもよい。
【００７４】
ハンドル取付部１５１に取り付けられた不図示のハンドルを右方向に回転させると、シャフト１５３も右方向に回転し、シャフト１５３のネジ溝部１５５がネジ孔部１６４にねじ込まれる。シャフト１５３のネジ溝部１５５がネジ孔部１６４にねじ込まれると、圧縮バネ１７０を縮ませつつ、くさび部材１５０とくさび部材１６０とが接近する。
【００７５】
くさび部材１５０とくさび部材１６０とが接近すると、くさび部材１５０のくさび斜面１５２とくさび部材１６０のくさび斜面１６２が、第１部材１３１、第２部材１３２、第３部材１３３及び第４部材１３４の内斜面１３５のそれぞれに対して摺動する。くさび斜面１５２及びくさび斜面１６２が内斜面１３５のそれぞれに対して摺動すると、第１部材１３１、第２部材１３２、第３部材１３３及び第４部材１３４は、くさび斜面１５２及びくさび斜面１６２により、互いに四方に離隔させられる方向の力を加えられ、引張バネ１４０のそれぞれを伸ばしつつ、距離ｄ１及び距離ｄ２が増大する。
【００７６】
一方、ハンドル取付部１５１に取り付けられたハンドルを左方向に回転させると、シャフト１５３も左方向に回転し、シャフト１５３のネジ溝部１５５がネジ孔部１６４から出される。また、圧縮バネ１７０はくさび部材１５０とくさび部材１６０との距離を押し拡げる力を発生させる。これにより、くさび部材１５０とくさび部材１６０とが離隔する。
【００７７】
くさび部材１５０とくさび部材１６０とが離隔すると、引張バネ１４０により、第１部材１３１、第２部材１３２、第３部材１３３及び第４部材１３４は、互いに四方から接近させられる方向の力を加えられ、距離ｄ１及び距離ｄ２が減少する。つまり、本実施形態では、ハンドル取付部１５１に取付けられたハンドルを左右に回転させることにより、第２支持面１０２と荷重伝達面１１１との距離ｄ１及び第１支持面１０１と第３支持面１０３との距離ｄ２を伸縮自在に変更することができる。なお、距離ｄ１及び距離ｄ２の変更は、本実施形態のようにネジやくさび以外にも、空気圧や油圧により変更されてもよい。
【００７８】
本実施形態によれば、展開機構により第２支持面１０２と荷重伝達面１１１との距離ｄ１及び第１支持面１０１と第３支持面１０３との距離ｄ２が伸縮自在に変更されるため、摩擦攪拌接合が行われる前の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの配置及び摩擦攪拌接合が行われた後の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの取外しが容易となる。
【００７９】
また、特に本実施形態によれば、第１金属板１０の第１裏面１２、第２金属板２０の第２裏面２２、第３金属板３０の第３裏面３２及び第３金属板３０の第３屈曲面３５により、摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄが囲繞された状態で摩擦攪拌接合が行われるが、本実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄでは、展開機構により第２支持面１０２と荷重伝達面１１１との距離ｄ１及び第１支持面１０１と第３支持面１０３との距離ｄ２が伸縮自在に変更されるため、摩擦攪拌接合が行われる前の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの配置及び摩擦攪拌接合が行われた後の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの取外しを容易に行うことができる。
【００８０】
また、箱型の形状をアーク溶接で製作する場合には、歪みが多いため、予め金属板に反りを与えたりする等の処理が必要となり、工作精度を確保することが難しい。一方、本実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄ及び摩擦攪拌接合方法により箱型の形状を製作することにより、摩擦攪拌接合は歪みが少ないため、より工作精度が向上する。
【００８１】
なお、本実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄにおいて、展開機構により第２支持面１０２と荷重伝達面１１１との距離ｄ１のみ、又は展開機構により第１支持面１０１と第３支持面１０３との距離ｄ２のみが伸縮自在に変更されてもよい。
【００８２】
また、本実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄを用いて、図６（Ａ）に示すように、第１実施形態の第１表面１１、第１裏面１２、第１接合端面１３及び第１被支持端面１４を有する第１金属板１０と、第２表面２１、第２裏面２２及び第２接合端面２３に加えて第２接合端面２３から離隔した位置で第２裏面２２から第２裏面２２が内側になるように屈曲した第２屈曲面２５をさらに有する第２金属板２０とに対し、第３支持面１０３により第２屈曲面２５を支持しつつ、第１金属板１０と第２金属板２０とを摩擦攪拌接合により接合してもよい。
【００８３】
なお、第２裏面２２と第２屈曲面２５とは、上記第１実施形態の摩擦攪拌接合により接合されていてもよい。図６（Ａ）の例では、第２屈曲面２５は第２裏面２２と９０°の角度をなすが、第２屈曲面２５は第２裏面２２と１５０°、１３５°、１２０°、６０°、４５°及び３０°等の１８０°未満であって０°を超える任意の角度とすることができる。
【００８４】
また、本実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄを用いて、図６（Ｂ）に示すように、上記第２実施形態の第１表面１１、第１裏面１２、第１接合端面１３及び第１屈曲面１５を有する第１金属板１０と、第２表面２１、第２裏面２２、第２接合端面２３及び第２屈曲面２５を有する第２金属板２０とに対し、第３支持面１０３により第２屈曲面２５を支持しつつ、第１金属板１０と第２金属板２０とを摩擦攪拌接合により接合してもよい。
【００８５】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）の態様では、少なくとも第１金属板１０の第１裏面１２、第２金属板２０の第２裏面２２及び第２金属板２０の第２屈曲面２５により、摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄが囲繞された状態で摩擦攪拌接合が行われるが、本実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄは第２支持面１０２と荷重伝達面１１１との距離ｄ１及び第１支持面１０１と第３支持面１０３との距離ｄ２を伸縮自在に変更するため、摩擦攪拌接合が行われる前の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの配置及び摩擦攪拌接合が行われた後の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの取外しを容易に行うことができる。
【００８６】
また、本実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄを用いて、図６（Ｃ）に示すように、第１表面１１、第１裏面１２、第１接合端面１３及び第１屈曲面１５に加えて第１裏面１２と対向しつつ第１屈曲面１５から第１屈曲面１５が内側になるように屈曲した第１再屈曲面１６をさらに有する第１金属板１０と、第１実施形態の第２表面２１、第２裏面２２及び第２接合端面２３を有する第２金属板２０とに対し、第３支持面１０３により第１再屈曲面１６を支持しつつ、第１金属板１０と第２金属板２０とを摩擦攪拌接合により接合してもよい。
【００８７】
なお、第１屈曲面１５と第１再屈曲面１６とは、上記第２実施形態の摩擦攪拌接合により接合されていてもよい。図６（Ａ）の例では、第１再屈曲面１６は第１屈曲面１５と９０°の角度をなすが、第１再屈曲面１６は第１屈曲面１５と１５０°、１３５°、１２０°、６０°、４５°及び３０°等の１８０°未満であって０°を超える任意の角度とすることができる。
【００８８】
図６（Ｃ）の態様では、第１金属板１０の第１裏面１２、第１金属板１０の第１屈曲面１５、第１金属板１０の第１再屈曲面１６及び第２金属板２０の第２裏面２２により、摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄが囲繞された状態で摩擦攪拌接合が行われるが、本実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄは第２支持面１０２と荷重伝達面１１１との距離ｄ１及び第１支持面１０１と第３支持面１０３との距離ｄ２を伸縮自在に変更するため、摩擦攪拌接合が行われる前の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの配置及び摩擦攪拌接合が行われた後の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの取外しを容易に行うことができる。
【００８９】
また、本実施形態の摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄを用いて、図６（Ｄ）に示すように、第１実施形態の第１表面１１、第１裏面１２、第１接合端面１３及び第１被支持端面１４を有する第１金属板１０と、第２表面２１、第２裏面２２、第２接合端面２３及び第２屈曲面２５に加えて第２裏面２２と対向しつつ第２屈曲面２５から第２屈曲面２５が内側になるように屈曲した第２再屈曲面２６をさらに有する第２金属板２０とに対し、第３支持面１０３により第２屈曲面２５を支持しつつ、第１金属板１０と第２金属板２０とを摩擦攪拌接合により接合してもよい。
【００９０】
なお、第２屈曲面２５と第２再屈曲面２６とは、上記第２実施形態の摩擦攪拌接合により接合されていてもよい。図６（Ａ）の例では、第２再屈曲面２６は第２屈曲面２５と９０°の角度をなすが、第２再屈曲面２６は第２屈曲面２５と１５０°、１３５°、１２０°、６０°、４５°及び３０°等の１８０°未満であって０°を超える任意の角度とすることができる。
【００９１】
図６（Ｄ）の態様では、図４の態様において第２金属板２０と第３金属板３０とが予め接合されて一体化している場合に相当するため、上記図４の態様と同様の効果を奏する。また、図６（Ａ）の態様において、摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの荷重伝達面１１１の下に平板状の金属板が配置され、荷重伝達面１１１の全面が平板状の金属板により覆われつつ摩擦攪拌接合が行われてもよい。また、摩擦攪拌接合用裏当材１００ｄの第１支持面１０１、第２支持面１０２、第３支持面１０３及び荷重伝達面１１１のそれぞれが、４枚の平板状の金属板により覆われつつ摩擦攪拌接合が行われてもよい。
【００９２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【符号の説明】
【００９３】
１０…第１金属板、１１…第１表面、１２…第１裏面、１３…第１接合端面、１４…第１被支持端面、１５…第１屈曲面、１６…第１再屈曲面、１８…辺、２０…第２金属板、２１…第２表面、２２…第２裏面、２３…第２接合端面、２５…第２屈曲面、２６…第２再屈曲面、３０…第３金属板、３１…第３表面、３２…第３裏面、３３…第３接合端面、３５…第３屈曲面、１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ…摩擦攪拌接合用裏当材、１０１…第１支持面、１０２…第２支持面、１０３…第３支持面、１１１…荷重伝達面、１１２…荷重伝達面、１２１…角部、１２２…ビス、１２３…平行面、１２４…傾斜面、１２５…シム、１３０…空洞部、１３１…第１部材、１３２…第２部材、１３３…第３部材、１３４…第４部材、１３５…内斜面、１４０…引張バネ、１５０…くさび部材、１５１…ハンドル取付部、１５２…くさび斜面、１５３…シャフト、１５４…シャフト孔部、１５５…ネジ溝部、１６０…くさび部材、１６２…くさび斜面、１６４…ネジ孔部、１７０…圧縮バネ、１８１…凹部、１８２…シム、２００…摩擦攪拌接合装置、２０１…回転ツール、２０２…プローブ部、２１０…基台、２２１，２２２，２２３…固定具、２３１…固定具、θ…接合角、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６，Ｆ７…力、ｄ１，ｄ２…距離。
【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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