(57)【要約】【課題】突合せ継手の裏面にルート残り部が残存する不具合を防止することができ、その上、突合せ継手の裏面にアンダーカット部等の凹部が生じる不具合を防止することのできる突合せ継手の製造方法を提供すること。【解決手段】互いに肉厚が相異する２個の接合部材１、２を、裏面同士が面一に連なる態様で突合せ状に配置する。両接合部材１、２の突合せ部３を、該突合せ部３に裏面側から埋入され副接合工具６０の回転している副プローブ６２によって、該突合せ部３に沿って摩擦撹拌接合する。次いで、両接合部材１、２の、前記副プローブ６２により接合された突合せ部３’を、該突合せ部３’に表面側から埋入され主接合工具５０の回転している主プローブ５２によって、該突合せ部３’に沿って摩擦撹拌接合する。【選択図】　　　図８
2004034139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面同士が面一に連なる態様で突合せ状に配置された２個の接合部材（１）（２）の突合せ部（３）を、該突合せ部（３）に沿って摩擦撹拌接合することにより、突合せ継手を得る突合せ継手の製造方法であって、
両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）を、該突合せ部（３）に裏面側から埋入され副接合工具（６０）の回転している副プローブ（６２）によって、該突合せ部（３）に沿って摩擦撹拌接合する、副プローブ（６２）による接合工程と、
両接合部材（１）（２）の、前記副プローブ（６２）により接合された突合せ部（３’）を、該突合せ部（３’）に表面側から埋入され主接合工具（５０）の回転している主プローブ（５２）によって、該突合せ部（３’）に沿って摩擦撹拌接合する、主プローブ（５２）による接合工程と、
を含んだことを特徴とする突合せ継手の製造方法。
【請求項２】
両接合部材（１）（２）は、互いに肉厚が相異するものである請求項１記載の突合せ継手の製造方法。
【請求項３】
前記主接合工具（５０）は、少なくとも端面（５１ａ）が前記主プローブ（５２）より径大の主回転子（５１）を有するとともに、該主回転子（５１）の端面（５１ａ）に前記主プローブ（５２）が突設されたものであり、
前記副接合工具（６０）は、少なくとも端面（６１ａ）が前記副プローブ（６２）より径大の副回転子（６１）を有するとともに、該副回転子（６１）の端面（６１ａ）に前記副プローブ（６２）が突設されたものであり、
前記主接合工具（５０）において、主回転子（５１）の端面（５１ａ）における外径をＤ１、主プローブ（５２）の長さをＬ１とし、
前記副接合工具（６０）において、副回転子（６１）の端面（６１ａ）における外径をＤ２、副プローブ（６２）の長さをＬ２とし、
両接合部材（１）（２）のうち薄肉の接合部材（１）の肉厚をｔとすると、
前記主接合工具（５０）として、
Ｄ１＞Ｄ２　　…（ｉ）
Ｌ１≧ｔ／２　…（ｉｉ）
の関係式を満たしたものを用いるとともに、
前記副接合工具（６０）として、
Ｌ２≦ｔ／２　…（ｉｉｉ）
の関係式を満たしたものを用いる請求項２記載の突合せ継手の製造方法。
【請求項４】
２個の裏当て部（１３）（２３）を有するとともに、両裏当て部（１３）（２３）の当て面（１３ａ）（２３ａ）側に両接合部材（１）（２）の肉厚差に対応した段差を生じる態様で両裏当て部（１３）（２３）が並んだ裏当て部材（３０）を用い、
両接合部材（１）（２）のうち薄肉の接合部材（１）の表面（１Ａ）を前記裏当て部材（３０）の両裏当て部（１３）（２３）の当て面（１３ａ）（２３ａ）のうち高位側の当て面（１３ａ）に当接させるとともに、厚肉の接合部材（２）の表面（２Ａ）を低位側の当て面（２３ａ）に当接させ、この状態で、前記副プローブ（６２）による接合工程を行う請求項２又は３記載の突合せ継手の製造方法。
【請求項５】
２個の裏当て部（１３）（２３）を有するとともに、一方の裏当て部（１３）の当て面（１３ａ）と他方の裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）とが面一に連なる態様で両裏当て部（１３）（２３）が並んだ裏当て部材（３０）を用い、
両接合部材（１）（２）のうち薄肉の接合部材（１）の裏面（１Ｂ）を前記裏当て部材（３０）の両裏当て部（１３）（２３）のうちいずれか一方の当て面（１３ａ）に当接させるとともに、厚肉の接合部材（２）の裏面（２Ｂ）を他方の当て面（２３ａ）に当接させ、この状態で、前記主プローブ（５２）による接合工程を行う請求項２又は３記載の突合せ継手の製造方法。
【請求項６】
互いに別体の２個の裏当て部（１３）（２３）を有するとともに、各裏当て部（１３）（２３）の当て面（１３ａ）（２３ａ）に接合部材（１）（２）が１個ずつ装着され、且つ両裏当て部（１３）（２３）のうち少なくとも一方の裏当て部（１３）が、その当て面（１３ａ）が他方の裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）に対して高位側又は低位側に位置するように移動可能に構成された裏当て部材（３０）を用いて、前記副プローブ（６２）による接合工程と前記主プローブ（５２）による接合工程とを行う請求項２又は３記載の突合せ継手の製造方法。
【請求項７】
両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）に裏面側から前記副接合工具（６０）の回転している副プローブ（６２）を埋入した状態に配置するとともに、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）における前記副プローブ埋入位置より接合方向後方側の部分に表面側から前記主接合工具（５０）の回転している主プローブ（５２）を埋入した状態に配置し、
この状態で、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）が順次副プローブ（６２）及び主プローブ（５２）を通過するように、両接合部材（１）（２）を副プローブ（６２）及び主プローブ（５２）に対して相対的に移動させることにより、前記副プローブ（６２）による接合工程と前記主プローブ（５２）による接合工程とを同時に行う請求項１〜３のいずれか１項記載の突合せ継手の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載の突合せ継手の製造方法により得られたことを特徴とする突合せ継手。
【請求項９】
裏面同士が面一に連なる態様で突合せ状に配置された２個の接合部材（１）（２）の突合せ部（３）を、該突合せ部（３）に沿って接合する摩擦撹拌接合法であって、
両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）を、該突合せ部（３）に裏面側から埋入され副接合工具（６０）の回転している副プローブ（６２）によって、該突合せ部（３）に沿って接合する、副プローブ（６２）による接合工程と、
両接合部材（１）（２）の、前記副プローブ（６２）により接合された突合せ部（３’）を、該突合せ部（３’）に表面側から埋入され主接合工具（５０）の回転している主プローブ（５２）によって、該突合せ部（３’）に沿って接合する、主プローブ（５２）による接合工程と、
を含んだことを特徴とする摩擦撹拌接合法。
【請求項１０】
両接合部材（１）（２）は、互いに肉厚が相異するものである請求項９記載の摩擦撹拌接合法。
【請求項１１】
前記主接合工具（５０）は、少なくとも端面（５１ａ）が前記主プローブ（５２）より径大の主回転子（５１）を有するとともに、該主回転子（５１）の端面（５１ａ）に前記主プローブ（５２）が突設されたものであり、
前記副接合工具（６０）は、少なくとも端面（６１ａ）が前記副プローブ（６２）より径大の副回転子（６１）を有するとともに、該副回転子（６１）の端面（６１ａ）に前記副プローブ（６２）が突設されたものであり、
前記主接合工具（５０）において、主回転子（５１）の端面（５１ａ）における外径をＤ１、主プローブ（５２）の長さをＬ１とし、
前記副接合工具（６０）において、副回転子（６１）の端面（６１ａ）における外径をＤ２、副プローブ（６２）の長さをＬ２とし、
両接合部材（１）（２）のうち薄肉の接合部材（１）の肉厚をｔとすると、
前記主接合工具（５０）として、
Ｄ１＞Ｄ２　　…（ｉ）
Ｌ１≧ｔ／２　…（ｉｉ）
の関係式を満たしたものを用いるとともに、
前記副接合工具（６０）として、
Ｌ２≦ｔ／２　…（ｉｉｉ）
の関係式を満たしたものを用いる請求項１０記載の摩擦撹拌接合法。
【請求項１２】
突合せ状に配置された２個の接合部材（１）（２）の突合せ部（３）を接合するための摩擦撹拌接合装置（９１）であって、
互いに別体の２個の裏当て部（１３）（２３）を有するとともに、各裏当て部（１３）（２３）の当て面（１３ａ）（２３ａ）に接合部材（１）（２）が１個ずつ装着される裏当て部材（３０）を備え、
前記裏当て部材（３０）は、前記両裏当て部（１３）（２３）のうち少なくとも一方の裏当て部（１３）が、その当て面（１３ａ）が他方の裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）に対して高位側又は低位側に位置するように移動可能に構成されていることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【請求項１３】
前記一方の裏当て部（１３）は、流体圧シリンダ装置（１０）によって移動されるものとなされている請求項１２記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項１４】
裏面同士が面一に連なる態様で突合せ状に配置された２個の接合部材（１）（２）の突合せ部（３）を、該突合せ部（３）に沿って接合するための摩擦撹拌接合装置（９２）であって、
両接合部材（１）（２）の裏面側に配置された回転可能な副プローブ（６２）を有する副接合工具（６０）と、
両接合部材（１）（２）の表面側における、前記副プローブ（６２）の位置より接合方向後方側に配置された回転可能な主プローブ（５２）を有する主接合工具（５０）と、を備え、
両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）に裏面側から回転している副プローブ（６２）が埋入されるとともに、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）における副プローブ埋入位置より接合方向後方側の部分に表面側から回転している主プローブ（５２）が埋入された状態で、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）が順次副プローブ（６２）及び主プローブ（５２）を通過するように、両接合部材（１）（２）を副プローブ（６２）及び主プローブ（５２）に対して相対的に移動させることにより、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）を接合するものとなされていることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【請求項１５】
両接合部材（１）（２）は、互いに肉厚が相異するものである請求項１４記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項１６】
前記主接合工具（５０）は、少なくとも端面（５１ａ）が前記主プローブ（５２）より径大の主回転子（５１）を有するとともに、該主回転子（５１）の端面（５１ａ）に前記主プローブ（５２）が突設されたものであり、
前記副接合工具（６０）は、少なくとも端面（６１ａ）が前記副プローブ（６２）より径大の副回転子（６１）を有するとともに、該副回転子（６１）の端面（６１ａ）に前記副プローブ（６２）が突設されたものであり、
前記主接合工具（５０）において、主回転子（５１）の端面（５１ａ）における外径をＤ１、主プローブ（５２）の長さをＬ１とし、
前記副接合工具（６０）において、副回転子（６１）の端面（６１ａ）における外径をＤ２、副プローブ（６２）の長さをＬ２とし、
両接合部材（１）（２）のうち薄肉の接合部材（１）の肉厚をｔとすると、
前記主接合工具（５０）は、
Ｄ１＞Ｄ２　　…（ｉ）
Ｌ１≧ｔ／２　…（ｉｉ）
の関係式を満たしたものであり、
前記副接合工具（６０）は、
Ｌ２≦ｔ／２　…（ｉｉｉ）
の関係式を満たしたものである請求項１５記載の摩擦撹拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、輸送機器、家電機器、産業機器等における金属製部材として用いられる突合せ継手の製造方法、突合せ継手、該突合せ継手を製造する際に好適に用いられる摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置に関する。
【０００２】
なお、この明細書では、説明の便宜上、接合部材の厚さ方向両側の面のうち、主接合工具の主プローブが埋入される側の面を「表面」と呼び、この面とは反対側の面、つまり副接合工具の副プローブが埋入される側の面を「裏面」と呼ぶ。
【０００３】
【従来の技術】
摩擦撹拌接合は、固相接合の範疇に入り、接合部材である金属材の種類に制限を受けない、接合に伴う熱歪みによる変形が少ない等の優れた利点を有しており、近年、この摩擦撹拌接合によって様々な構造物が組立製造されている。
【０００４】
この摩擦撹拌接合を図１５を参照して説明する。同図において、（１０１）は薄肉の板状金属製第１接合部材、（１０２）は厚肉の板状金属製第２接合部材である。これら両接合部材（１０１）（１０２）は、裏面（１０１Ｂ）（１０２Ｂ）同士が面一に連なる態様にして幅方向の一端面同士が突き合わされており（その突合せ部（１０３））、このため、厚さ方向に両者の肉厚差に対応した段差を表面（１０１Ａ）（１０２Ａ）側にて生じている。
【０００５】
同図において、（１５０）は摩擦撹拌接合用の接合工具である。この接合工具（１５０）は、円柱状回転子（１５１）と、該回転子（１５１）の端面（１５１ａ）に突設されたピン状プローブ（１５２）とを有している。回転子（１５１）の端面（１５１ａ）における直径は、プローブ（１５２）の直径より径大に設定されている。
【０００６】
この接合工具（１５０）を用いて両接合部材（１０１）（１０２）の突合せ部（１０３）を接合する場合には、まず接合工具（１５０）の回転しているプローブ（１５２）を両接合部材（１０１）（１０２）の突合せ部（１０３）に表面側から埋入する。そして、この埋入状態で、プローブ（１５２）を突合せ部（１０３）に沿って両接合部材（１０１）（１０２）に対して相対的に移動させる。これにより、突合せ部（１０２）がプローブ（１５２）の通過部分において該プローブ（１５２）により接合されていく。図１６は、この摩擦撹拌接合によって両接合部材（１）（２）が接合一体化された突合せ継手の断面図である。同図において、（１０３’）は両接合部材（１０１）（１０２）の接合された突合せ部を示しており、（１０６）はこの突合せ部（１０３’）に形成された接合部である。
【０００７】
ところで、一般に摩擦撹拌接合では、接合工具（１５０）のプローブ（１５２）を突合せ部（１０３）中に奥深くまで埋入した状態で接合を行うことが、突合せ部（１０３）を接合部材（１０１）（１０２）の厚さ方向全体に亘って接合できるようになる点で、望ましい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにプローブ（１５２）を埋入した状態で接合を行うと、接合中に当該プローブ（１５２）の先端が両接合部材（１０１）（１０２）の突合せ部（１０３）の裏面から突き出てしまって両接合部材（１０１）（１０２）の裏面に当接されている裏当て部材（図示せず）に接触し、該プローブ（１５２）が破損する虞がある。そこで、このような不具合を防止すべく、通常、プローブ（１５２）は、その先端と両接合部材（１０１）（１０２）の突合せ部（１０３）の裏面との間に少し距離をおいた状態にして埋入される。しかしながら、このような埋入状態で接合を行うと、突合せ部（１０３）を厚さ方向全体に亘って接合することができず、このため、図１６に示すように、両接合部材（１０１）（１０２）の接合された突合せ部（１０３’）の裏面の表層部に、ルート残り部（Ｒ）が残存することがあった。このルート残り部（Ｒ）は、得られる突合せ継手の接合強度を低下させる原因となる。
【０００９】
殊に、図１５に示すように両接合部材（１０１）（１０２）が厚さ方向に段差を表面側にて生じる態様で突合せ状に配置されている場合には、特にルート残り部（Ｒ）が残存し易かった。すなわち、両接合部材（１０１）（１０２）の表面側に段差を生じていることから、接合工具（１５０）の回転子（１５１）の端面（１５１ａ）を両接合部材（１０１）（１０２）の表面上に安定良く載置することが困難であり、回転子（１５１）が不本意に第１接合部材（１０１）側や第２接合部材（１０２）側へ傾き易かった。このように回転子（１５１）が傾いてしまうと、プローブ（１５２）の突合せ部（１０３）への埋入深さが変化してしまうことから、安全を見込んでプローブ（１５２）の埋入深さを更に浅く設定する必要があり、このため、ルート残り部（Ｒ）が残存し易かった。
【００１０】
さらに、この場合には、接合工具（１５０）の回転軸線は、通常、図１５に示すように第１接合部材（１０１）側へ傾斜されるとともに、この傾斜状態でプローブ（１５２）が突合せ部（１０３）に埋入されるので、プローブ（１５２）の突合せ部（１０３）への埋入深さを正確に設定することが困難であった。
【００１１】
その上、接合中に第２接合部材（１０２）の肩部（１０２ａ）が塑性変形することでプローブ（１５２）の埋入深さが深くなるから、やはり安全を見込んでプローブ（１５２）の埋入深さを浅く設定する必要があり、このためルート残り部（Ｒ）が残存し易かった。
【００１２】
もとより、接合部材（１０１）（１０２）の製造ロット間には、少なからず肉厚寸法についてバラツキが生じているため、プローブ（１５２）の埋入深さを一定に設定することが困難であり、この点からもルート残り部（Ｒ）が残存し易かった。
【００１３】
そこで、このルート残り部（Ｒ）を接合するため、副プローブを有する副接合工具（図示せず）を用い、この副接合工具の回転している副プローブを、プローブ（１５２）により接合された突合せ部（１０３’）に裏面側から埋入し、そして該副プローブを接合された突合せ部（１０３’）に沿って両接合部材（１０１）（１０２）に対して相対的に移動させることにより、ルート残り部（Ｒ）を接合する方法が提案される。
【００１４】
しかしながら、この提案方法では、両接合部材（１０１）（１０２）の接合された突合せ部（１０３’）の裏面にアンダーカット部等の凹部が生じるという難点があった。このように凹部が生じると、得られた接合継手の接合強度や外観品質が低下するという問題が生じる。
【００１５】
この発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、突合せ継手の裏面にルート残り部が残存する不具合を防止することができ、その上、突合せ継手の裏面にアンダーカット部等の凹部が生じる不具合を防止することのできる突合せ継手の製造方法、これにより得られた突合せ継手、摩擦撹拌接合法及びこれに好適に用いられる摩擦撹拌接合装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１発明は、裏面同士が面一に連なる態様で突合せ状に配置された２個の接合部材の突合せ部を、該突合せ部に沿って摩擦撹拌接合することにより、突合せ継手を得る突合せ継手の製造方法であって、両接合部材の突合せ部を、該突合せ部に裏面側から埋入され副接合工具の回転している副プローブによって、該突合せ部に沿って摩擦撹拌接合する、副プローブによる接合工程と、両接合部材の、前記副プローブにより接合された突合せ部を、該突合せ部に表面側から埋入され主接合工具の回転している主プローブによって、該突合せ部に沿って摩擦撹拌接合する、主プローブによる接合工程と、を含んだことを特徴としている（請求項１）。
【００１７】
この第１発明に係る突合せ継手では、両接合部材の突合せ部の、ルート残り部となる部分を、副プローブによって予め接合しておく。この副プローブによる接合によって、両接合部材の接合された突合せ部の裏面にはアンダーカット部等の凹部が生じることになる。しかしながら、主プローブによる接合工程時に主接合工具は両接合部材の表面に押し付けられることから、この押付け圧によって凹部の底部が押し出されるものとなり、もって該凹部が殆ど存在しなくなる。この結果、突合せ継手の接合強度や外観品質が向上する。したがって、例えば、突合せ継手の表面及び裏面を塗装する際に生じることのある、凹部に起因する塗膜欠陥の発生を防止することができ、このため、突合せ継手の表面及び裏面に塗膜を良好に形成することができる。
【００１８】
この発明において、各接合部材としては、例えば金属製のものが用いられ、特にアルミニウム又はその合金製のものや、銅又はその合金製のものが好適に用いられる。また、両接合部材は、互いに同じ材質のものであっても良いし、異なる材質のものであっても良い。また、両接合部材は、互いに肉厚が等しいものであっても良いし、後述するように互いに肉厚が相異するものであっても良い。
【００１９】
また、副プローブによる接合は、例えば次のように行われる。すなわち、副接合工具の回転している副プローブを、両接合部材の突合せ部に裏面側から埋入した状態に配置し、この状態で、副プローブを突合せ部に沿って両接合部材に対して相対的に移動させることにより、副プローブによる接合が行われる。
【００２０】
一方、主プローブによる接合は、例えば次のように行われる。すなわち、主接合工具の回転している主プローブを、両接合部材の、副プローブにより接合された突合せ部に表面側から埋入した状態に配置し、この状態で、主プローブを、副プローブにより接合された突合せ部に沿って両接合部材に対して相対的に移動させることにより、主プローブによる接合が行われる。
【００２１】
第１発明において、両接合部材は、互いに肉厚が相異するものであることが望ましい（請求項２）。なお、この場合には、両接合部材の表面側には、両接合部材の肉厚差に対応した段差が厚さ方向に生じることとなる。
【００２２】
また、前記主接合工具は、少なくとも端面が前記主プローブより径大の主回転子を有するとともに、該主回転子の端面に前記主プローブが突設されたものであり、前記副接合工具は、少なくとも端面が前記副プローブより径大の副回転子を有するとともに、該副回転子の端面に前記副プローブが突設されたものであり、前記主接合工具において、主回転子の端面における外径をＤ１、主プローブの長さをＬ１とし、前記副接合工具において、副回転子の端面における外径をＤ２、副プローブの長さをＬ２とし、両接合部材のうち薄肉の接合部材の肉厚をｔとすると、
前記主接合工具として、
Ｄ１＞Ｄ２　　…（ｉ）
Ｌ１≧ｔ／２　…（ｉｉ）
の関係式を満たしたものを用いるとともに、
前記副接合工具として、
Ｌ２≦ｔ／２　…（ｉｉｉ）
の関係式を満たしたものを用いることが望ましい（請求項３）。
【００２３】
この場合には、主接合工具の主回転子の端面からの押付け圧を凹部へ確実に伝達することができ、このため、該凹部を確実に解消することができる。
【００２４】
また、２個の裏当て部を有するとともに、両裏当て部の当て面側に両接合部材の肉厚差に対応した段差を生じる態様で両裏当て部が並んだ裏当て部材を用い、両接合部材のうち薄肉の接合部材の表面を前記裏当て部材の両裏当て部の当て面のうち高位側の当て面に当接させるとともに、厚肉の接合部材の表面を低位側の当て面に当接させ、この状態で、前記副プローブによる接合工程を行うことが望ましい（請求項４）。
【００２５】
この場合には、副プローブによる接合工程時に、各接合部材の表面を対応する裏当て部によって確実に受けることができる。なお、２個の裏当て部は、互いに一体に形成されていても良いし、互いに別体に形成されていても良い。
【００２６】
また、２個の裏当て部を有するとともに、一方の裏当て部の当て面と他方の裏当て部の当て面とが面一に連なる態様で両裏当て部が並んだ裏当て部材を用い、両接合部材のうち薄肉の接合部材の裏面を前記裏当て部材の両裏当て部のうちいずれか一方の当て面に当接させるとともに、厚肉の接合部材の裏面を他方の当て面に当接させ、この状態で、前記主プローブによる接合工程を行うことが望ましい（請求項５）。
【００２７】
この場合には、主接合工具からの押付け圧によって凹部の底部が押し出されて当て面に押し付けられ、これにより、接合された突合せ部の裏面が平坦状に形成される。この結果、突合せ継手の外観品質が更に向上する。なお、２個の裏当て部は、互いに一体に形成されていても良いし、互いに別体に形成されていても良い。
【００２８】
また、互いに別体の２個の裏当て部を有するとともに、各裏当て部の当て面に接合部材が１個ずつ装着され、且つ両裏当て部のうち少なくとも一方の裏当て部が、その当て面が他方の裏当て部の当て面に対して高位側又は低位側に位置するように移動可能に構成された裏当て部材を用いて、前記副プローブによる接合工程と前記主プローブによる接合工程とを行うことが望ましい（請求項６）。
【００２９】
この場合には、同一の裏当て部材を用いて、副プローブによる接合工程と主プローブによる接合工程との双方の接合工程を行うことができ、このため、接合作業能率が向上する。
【００３０】
また、第１発明において、両接合部材の突合せ部に裏面側から前記副接合工具の回転している副プローブを埋入した状態に配置するとともに、両接合部材の突合せ部における前記副プローブ埋入位置より接合方向後方側の部分に表面側から前記主接合工具の回転している主プローブを埋入した状態に配置し、この状態で、両接合部材の突合せ部が順次副プローブ及び主プローブを通過するように、両接合部材を副プローブ及び主プローブに対して相対的に移動させることにより、前記副プローブによる接合工程と前記主プローブによる接合工程とを同時に行うことが望ましい（請求項７）。
【００３１】
この場合には、副プローブによる接合工程と主プローブによる接合工程との双方の接合工程を同時に行うことができるため、接合作業能率が向上する。
【００３２】
第２発明は、突合せ継手であって上記第１発明に係る突合せ継手の製造方法により得られたことを特徴としている（請求項８）。
【００３３】
この場合には、高い接合強度や優れた外観品質を有する突合せ継手が提供される。
【００３４】
第３発明は、裏面同士が面一に連なる態様で突合せ状に配置された２個の接合部材の突合せ部を、該突合せ部に沿って接合する摩擦撹拌接合法であって、両接合部材の突合せ部を、該突合せ部に裏面側から埋入され副接合工具の回転している副プローブによって、該突合せ部に沿って接合する、副プローブによる接合工程と、両接合部材の、前記副プローブにより接合された突合せ部を、該突合せ部に表面側から埋入され主接合工具の回転している主プローブによって、該突合せ部に沿って接合する、主プローブによる接合工程と、を含んだことを特徴としている（請求項９）。
【００３５】
この場合には、上記第１発明と同じ作用を奏し得る。
【００３６】
また、両接合部材は、互いに肉厚が相異するものであることが望ましい（請求項１０）。
【００３７】
また、前記主接合工具は、少なくとも端面が前記主プローブより径大の主回転子を有するとともに、該主回転子の端面に前記主プローブが突設されたものであり、前記副接合工具は、少なくとも端面が前記副プローブより径大の副回転子を有するとともに、該副回転子の端面に前記副プローブが突設されたものであり、前記主接合工具において、主回転子の端面における外径をＤ１、主プローブの長さをＬ１とし、前記副接合工具において、副回転子の端面における外径をＤ２、副プローブの長さをＬ２とし、両接合部材のうち薄肉の接合部材の肉厚をｔとすると、前記主接合工具として、上記関係式（ｉ）及び（ｉｉ）の双方を満たしたものを用いるとともに、前記副接合工具として、上記関係式（ｉｉｉ）を満たしたものを用いることが望ましい（請求項１１）。
【００３８】
第４発明は、突合せ状に配置された２個の接合部材の突合せ部を接合するための摩擦撹拌接合装置であって、互いに別体の２個の裏当て部を有するとともに、各裏当て部の当て面に接合部材が１個ずつ装着される裏当て部材を備え、前記裏当て部材は、前記両裏当て部のうち少なくとも一方の裏当て部が、その当て面が他方の裏当て部の当て面に対して高位側又は低位側に位置するように移動可能に構成されていることを特徴としている（請求項１２）。
【００３９】
この場合には、同一の裏当て部材を用いて、副プローブによる接合工程と主プローブによる接合工程との双方の接合工程を行うことができ、このため、接合作業能率が向上する。
【００４０】
また、前記一方の裏当て部は、流体圧シリンダ装置によって移動されるものとなされていることが望ましい（請求項１３）。
【００４１】
この場合には、前記一方の裏当て部に移動方向の駆動力を強く付与することができ、このため、当該一方の裏当て部を確実に移動させることができる。なお、流体圧シリンダ装置としては、油圧シリンダ装置やエアシリンダ装置が特に好適に用いられる。
【００４２】
第５発明は、裏面同士が面一に連なる態様で突合せ状に配置された２個の接合部材の突合せ部を、該突合せ部に沿って接合するための摩擦撹拌接合装置であって、両接合部材の裏面側に配置された回転可能な副プローブを有する副接合工具と、両接合部材の表面側における、前記副プローブの位置より接合方向後方側の位置に配置された回転可能な主プローブを有する主接合工具と、を備え、両接合部材の突合せ部に裏面側から回転している副プローブが埋入されるとともに、両接合部材の突合せ部における副プローブ埋入位置より接合方向後方側の部分に表面側から回転している主プローブが埋入された状態で、両接合部材の突合せ部が順次副プローブ及び主プローブを通過するように、両接合部材を副プローブ及び主プローブに対して相対的に移動させることにより、両接合部材の突合せ部を接合するものとなされていることを特徴としている（請求項１４）。
【００４３】
この場合には、両接合部材の接合された突合せ部の裏面にアンダーカット部等の凹部が生じる不具合を防止することができる。しかも、副プローブによる接合工程と主プローブによる接合工程との双方の接合工程を同時に行うことができ、接合作業能率が向上する。
【００４４】
また、両接合部材は、互いに肉厚が相異するものであることが望ましい（請求項１５）。
【００４５】
また、前記主接合工具は、少なくとも端面が前記主プローブより径大の主回転子を有するとともに、該主回転子の端面に前記主プローブが突設されたものであり、前記副接合工具は、少なくとも端面が前記副プローブより径大の副回転子を有するとともに、該副回転子の端面に前記副プローブが突設されたものであり、前記主接合工具において、主回転子の端面における外径をＤ１、主プローブの長さをＬ１とし、前記副接合工具において、副回転子の端面における外径をＤ２、副プローブの長さをＬ２とし、両接合部材のうち薄肉の接合部材の肉厚をｔとすると、前記主接合工具は、上記関係式（ｉ）及び（ｉｉ）の双方を満たしたものであり、前記副接合工具は、上記関係式（ｉｉｉ）を満たしたものであることが望ましい（請求項１６）。
【００４６】
この場合には、主接合工具の主回転子の端面からの押付け圧を凹部へ確実に伝達することができ、このため、該凹部を確実に解消することができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の幾つかの好ましい実施形態について図面を参照して説明する。
【００４８】
図１〜図１１は、この発明の第１実施形態に係る突合せ継手の製造方法、摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置を説明するための図である。
【００４９】
図１において、（１）は薄肉の板状（詳述すると平板状）第１接合部材、（２）は厚肉の板状（詳述すると平板状）第２接合部材である。各接合部材（１）（２）はいずれもアルミニウム又はその合金製である。第１接合部材（１）の肉厚はｔであり、第２接合部材（２）の肉厚はＴである。そして、これら両接合部材（１）（２）は、裏面（１Ｂ）（２Ｂ）同士が面一に連なる態様で幅方向の一端部同士が突き合わされており（その突合せ部（３））、このため、厚さ方向に両者の肉厚差に対応した段差を両接合部材（１）（２）の表面（１Ａ）（２Ｂ）側にて生じている。同図において、（４）は段部を示しており、（４ａ）はこの段部（４）のすみ部を示している。この第１実施形態に係る突合せ継手の製造方法により得られる突合せ継手は、例えば自動車のテーラードブランク材として用いられるものである。
【００５０】
図４において、（９１）はこの第１実施形態に係る摩擦撹拌接合装置である。この摩擦撹拌接合装置（９１）は、図２に示すように摩擦撹拌接合用の主接合工具（５０）と、図３に示すように摩擦撹拌接合用の副接合工具（６０）とを備えている。
【００５１】
主接合工具（５０）は、両接合部材（１）（２）の表面側に配置されるものであって、図２に示すように円柱状の主回転子（５１）と、該主回転子（５１）の端面（１５ａ）の回転中心部に回転軸線（Ｐ１）上に沿って一体に突設されたピン状主プローブ（５２）とを有している。主回転子（５１）の端面（５１ａ）における直径Ｄ１は、主プローブ（５２）のそれより径大に設定されている。Ｌ１は、主プローブ（５２）の、主回転子（５１）の端面（５１ａ）から突出した長さを示している。
【００５２】
副接合工具（６０）は、両接合部材（１）（２）の裏面側に配置されるものであって、図３に示すように円柱状の副回転子（６１）と、該副回転子（６１）の端面（６１ａ）の回転中心部に回転軸線（Ｐ２）上に沿って一体に突設されたピン状副プローブ（６２）とを有している。副回転子（６１）の端面（６１ａ）における直径Ｄ２は、副プローブ（６２）のそれより径大に設定されている。Ｌ２は、副プローブ（６２）の、副回転子（６１）の端面（６１ａ）から突出した長さを示している。
【００５３】
主接合工具（５０）において、主回転子（５１）の端面（５１ａ）における直径Ｄ１及び主プローブ（５２）の長さＬ１は、次の二つの関係式（ｉ）及び（ｉｉ）の双方を満たしている。
【００５４】
Ｄ１＞Ｄ２　　…（ｉ）
Ｌ１≧ｔ／２　…（ｉｉ）
【００５５】
一方、副接合工具（６０）において、副プローブ（６２）の長さＬ２は、次の関係式（ｉｉｉ）を満たしている。
【００５６】
Ｌ２≦ｔ／２　…（ｉｉｉ）
【００５７】
特に、この第１実施形態では、主接合工具（５０）及び副接合工具（６０）は、Ｌ１＞Ｌ２の関係式と、Ｌ１＞ｔ／２の関係式と、Ｌ２＜ｔ／２の関係式とを満たしたものである。
【００５８】
主接合工具（５０）及び副接合工具（６０）は、ともに、両接合部材（１）（２）よりも硬質で且つ接合時に発生する摩擦熱に耐え得る耐熱材料から形成されている。また、主プローブ（５２）及び副プローブ（６２）の外周面には、ともに、摩擦熱にて軟化した接合部材（１）（２）の肉を撹拌するための撹拌用突部が螺旋状等に設けられている。主回転子（５１）の端面（５１ａ）及び副回転子（６１）の端面（６１ａ）はともに、この実施形態では平坦状に形成されている。なお、この発明では、端面（５１ａ）（６１ａ）は、その外周縁部から回転中心部に向かって略皿状に窪んだ形状になっていても良い。
【００５９】
さらに、この摩擦撹拌接合装置（９１）は、図４に示すように、次のような略板状の裏当て部材（３０）を備えている。
【００６０】
この裏当て部材（３０）は、同図に示すように、互いに別体の２個の板状第１裏当て部（１３）及び板状第２裏当て部（２３）を有している。第１裏当て部（１３）の当て面（１３ａ）及び第２裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）はともに平坦状に形成されており、且つ略水平状に配置されている。さらに、両裏当て部（１３）（２３）はその幅方向において突合せ状に並んでおり、両者の間には隙間が殆ど生じていない。また、各裏当て部（１３）（２３）は、対応する接合部材（１）（２）を支持する支持部材としての役割をも有している。
【００６１】
第１裏当て部（１３）は、流体圧シリンダ装置としての第１油圧シリンダ装置（１０）によって、該第１裏当て部（１３）の当て面（１３ａ）が第２裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）に対して高位側及び低位側に位置するように、移動されるものとなされている。同じく、第２裏当て部（２３）は、流体圧シリンダ装置としての第２油圧シリンダ装置（２０）によって、該第２裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）が第１裏当て部（１３）の当て面（１３ａ）に対して高位側及び低位側に位置するように、移動されるものとなされている。この実施形態では、各裏当て部（１３）（２３）は、上下方向に移動される（つまり昇降移動される）ものとなされている。
【００６２】
各油圧シリンダ装置（１０）（２０）は、図５に示すように、シリンダ本体（１１）（２１）と該シリンダ本体（１１）（２１）に進退自在に装着されたロッド（１２）（２２）とを有している。そして、シリンダ本体（１１）（２１）の位置が固定された状態で、ロッド（１２）（２２）の先端部に、対応する裏当て部（１３）（２３）が接続されている。そして、油圧シリンダ装置（１０）（２０）を作動させてロッド（１２）（２２）を進退移動させることにより、該ロッド（１２）（２２）の先端部に接続された裏当て部（１３）（２３）が、上述したように上下に移動されるものとなされている。
【００６３】
次に、この摩擦撹拌接合装置（９１）を用いて両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）を接合する手順について説明する。
【００６４】
まず、図４及び図５に示すように、第１油圧シリンダ装置（１０）を作動させてそのロッド（１２）を進出移動させ、これにより、第１裏当て部（１３）の当て面（１３ａ）を第２裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）より高位側に位置させて、裏当て部（１３）（２３）の当て面（１３ａ）（２３ｓ）に垂直な方向（即ち、裏当て部の厚さ方向）に、両接合部材（１）（２）の肉厚差に対応した段差を両裏当て部（１３）（２３）の当て面（１３ａ）（２３ａ）側にて生じさせる。この段差は、両接合部材（１）（２）の肉厚差と同一寸法である。なお、第２油圧シリンダ装置（２０）を作動させてそのロッド（２２）を退入移動させることにより、第１裏当て部（１３）の当て面（１３ａ）を第２裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）より高位側に位置させても良いことはもちろんである。
【００６５】
そして、図５に示すように、第１接合部材（１）の表面（１Ａ）を下側にして該第１接合部材（１）の表面（１Ａ）を第１裏当て部（１３）の当て面（１３ａ）に面接触状態に当接させる。同じく、第２接合部材（２）の表面（２Ａ）を下側にして該第２接合部材（２）の表面（２Ａ）を第２裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）に面接触状態に当接させる。さらに、両接合部材（１）（２）を突合せ状態に配置させる。これにより、両接合部材（１）（２）の裏面（１Ｂ）（２Ｂ）同士が面一に連なる態様となる。この状態で、各接合部材（１）（２）を裏当て部（１３）（２３）に固定治具（図示せず）で固定する。
【００６６】
なお、この第１実施形態では、第１接合部材（１）の表面（１Ａ）及び第２接合部材（２）の表面（２Ａ）の全面に亘って、それぞれ第１裏当て部（１３）の当て面（１３ａ）及び第２裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）が面接触状態に当接されている。
【００６７】
次いで、副接合工具（６０）の副プローブ（６２）による接合工程を次のように行う。すなわち、副接合工具（６０）の副回転子（６１）及び副プローブ（６２）を、回転軸線（Ｐ２）を中心に所定方向（Ｋ２、この回転方向は後述する。）に回転させる。そして、図４及び図５に示すように、回転している副プローブ（６２）を両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）に裏面側から埋入した状態に配置する。更に、副回転子（６１）の端面（６１ａ）を両接合部材（１）（２）の裏面（１Ｂ）（２Ｂ）に押し付けた状態に配置する。これにより、副プローブ（６２）の全体が突合せ部（３）に埋入される。したがって、該副プローブ（６２）の突合せ部（３）への埋入深さはＬ２となる。なお、副プローブ（６２）の突合せ部（３）への埋入は、両接合部材（１）（２）の長さ方向の一端面から行っても良い。
【００６８】
この状態で、副プローブ（６２）を突合せ部（３）に沿って移動させる。図４において、ＴＤは、この副プローブ（６２）の移動方向を示している。この副プローブ（６２）の移動に伴い、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）が裏面側から副プローブ埋入位置にて副プローブ（６２）により該突合せ部（３）に沿って浅く接合されていく。
【００６９】
すなわち、副プローブ（６２）の回転により発生する摩擦熱と、副回転子（６１）の端面（６１ａ）と両接合部材（１）（２）の裏面（１Ｂ）（２Ｂ）との摺動に伴い発生する摩擦熱とによって、両接合部材（１）（２）は副プローブ埋入位置近傍にて軟化するとともに、この軟化した両接合部材（１）（２）の肉が副プローブ（６２）の回転力を受けて撹拌混合される。そして、副プローブ（６２）の移動に伴い、両接合部材（１）（２）の肉が副プローブ（６２）の通過溝を埋めるように塑性流動したのち、摩擦熱を失って冷却固化される。この現象が副プローブ（６２）の移動に伴い順次繰り返されていき、もって、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）が裏面側から副プローブ（６２）によって接合される。
【００７０】
この第１実施形態では、副プローブ（６２）は両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）の全長に亘って移動され、このため、突合せ部（３）は両接合部材（１）（２）の全長に亘って接合されることとなる。
【００７１】
この副プローブ（６２）による接合によって、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）の、ルート残り部（Ｒ）（図１６参照）となる部分が予め接合されることとなる。なお、図４において、（ＪＤ）は接合方向を示しており、この第１実施形態では、接合方向（ＪＤ）は副プローブ（６２）の移動方向（ＴＤ）と同じ方向となる。（３’）は副プローブ（６２）により接合された突合せ部を示している。また、（５）は副プローブ（６２）による接合によって形成された接合部を示している。この接合部（５）は突合せ部（３’）に沿って形成されている。また、図６は、この副プローブ（６２）により接合一体化された両接合部材（１）（２）の断面図を示している。
【００７２】
ここで、副接合工具（６０）の副回転子（６１）及び副プローブ（６２）の回転方向（Ｋ２）は、接合方向（ＪＤ）後方側において、第１接合部材（１）から第２接合部材（２）へと回転する方向に設定されている。
【００７３】
この副プローブ（６２）による接合によって、図７に示すように、両接合部材（１）（２）の接合された突合せ部（３’）の裏面には、アンダーカット部等の凹部（７）が該突合せ部（３’）に沿って生じる。同図において、（ａ）は、この凹部（７）の深さを示している。なお、同図では、凹部（７）の深さを誇張して示している。
【００７４】
次いで、両接合部材（１）（２）を裏当て部材（３０）から取り外す。そして、図８及び図９に示すように、第１油圧シリンダ装置（１０）を作動させてそのロッド（１２）を退入移動させ、これにより、第１裏当て部（１３）の当て面（１３ａ）を第２裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）と同一高さ位置にし、すなわち第１裏当て部（１３）の当て面（１３ａ）と第２裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）とが面一に連なる態様にする。なお、第２油圧シリンダ装置（２０）を作動させてそのロッド（２２）を進出移動させることにより、第１裏当て部（１３）の当て面（１３ａ）と第２裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）とを同一高さ位置にしても良いことはもちろんである。
【００７５】
そして、両接合部材（１）（２）を反転させたのち、図８及び図９に示すように、第１接合部材（１）の裏面（１Ｂ）を下側にして該第１接合部材（１）の裏面（１Ｂ）を第１裏当て部（１３）の当て面（１３ａ）に面接触状態に当接させるとともに、第２接合部材（２）の裏面（２Ｂ）を下側にして該第２接合部材（２）の裏面（２Ｂ）を第２裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）を面接触状態に当接させる。この状態で、接合部材（１）（２）を裏当て部（１３）（２３）に固定治具（図示せず）で固定する。
【００７６】
次いで、主接合工具（５０）の主プローブ（５２）による接合工程を次のように行う。すなわち、主接合工具（５０）の主回転子（５１）及び主プローブ（５２）を、回転軸線（Ｐ１）を中心に所定方向（Ｋ１、この回転方向は後述する。）に回転させる。そして、図８に示すように、回転軸線（Ｐ１）を第１接合部材（１）側に傾斜させた状態で、回転している主プローブ（５２）を、両接合部材（１）（２）の、副プローブ（６２）により接合された突合せ部（３’）に表面側から埋入した状態に配置する。更に、主回転子（５１）の端面（５１ａ）を両接合部材（１）（２）の表面（１Ａ）（２Ａ）に押し付けた状態に配置する。この第１実施形態では、主回転子（５１）の端面（５１ａ）は、突合せ部（３’）から表面側に突出している第２接合部材（２）の肩部（２ａ）（図９参照）に押し付けられた状態に配置されている。なお、主プローブ（５２）の接合された突合せ部（３’）への埋入は、両接合部材（１）（２）の長さ方向の一端面から行っても良い。また、主プローブ（５２）を接合された突合せ部（３’）に埋入した後で、回転軸線（Ｐ１）を第１接合部材（１）側に該第１接合部材（１）に対して相対的に傾斜させても良い。
【００７７】
この状態で、主プローブ（５２）を、接合された突合せ部（３’）に沿って移動（その移動方向ＴＤ）させる。この主プローブ（５２）の移動に伴い、両接合部材（１）（２）の接合された突合せ部（３’）が表面側から主プローブ埋入位置にて主プローブ（５２）により該突合せ部（３’）に沿って深く接合されていく。
【００７８】
すなわち、主プローブ（５２）の回転により発生する摩擦熱と、主回転子（５１）の端面（５１ａ）と第２接合部材（２）の肩部（２ａ）との摺動に伴い発生する摩擦熱とによって、両接合部材（１）（２）は主プローブ埋入位置近傍にて軟化するとともに、第２接合部材（２）の肩部（２ａ）が主回転子（５１）の端面（５１ａ）からの押付け力を受けてその表面が傾斜面になるように塑性変形される。更にこの塑性変形によって、当該肩部（２ａ）の肉の一部が段部（４）のすみ部（４ａ）（図１参照）内に充填される。
【００７９】
そして、こうして肩部（２ａ）が塑性変形されながら、摩擦熱にて軟化した両接合部材（１）（２）の肉が主プローブ（５２）の回転力を受けて撹拌混合される。そして、この主プローブ（５２）の移動に伴い、両接合部材（１）（２）の肉が主プローブ（５２）の通過溝を埋めるように塑性流動したのち、摩擦熱を失って冷却固化される。この現象が主プローブ（５２）の移動に伴い順次繰り返されていき、もって、両接合部材（１）（２）の、副プローブ（６２）により接合された突合せ部（３’）が表面側から主プローブ（５２）によって更に接合される。
【００８０】
この第１実施形態では、主プローブ（５２）は両接合部材（１）（２）の接合された突合せ部（３’）の全長に亘って移動され、このため、接合された突合せ部（３’）は両接合部材（１）（２）の全長に亘って接合されることとなる。
【００８１】
この主プローブ（５２）による接合によって、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３’）が厚さ方向の全体に亘って接合される。なお、図８において、（６）は主プローブ（５２）による接合によって形成された接合部を示している。この接合部（６）は突合せ部（３’）に沿って形成されている。また、図１０は、この主プローブ（５２）により接合一体化された両接合部材（１）（２）の断面図を示している。
【００８２】
ここで、主接合工具（５０）の主回転子（５１）及び主プローブ（５２）の回転方向（Ｋ１）は、接合方向（ＪＤ）後方側において、第１接合部材（１）から第２接合部材（２）へと回転する方向に設定されている。
【００８３】
この主プローブ（５２）による接合工程時において、主接合工具（５０）の回転軸線（Ｐ１）は上述したように第１接合部材（１）側に傾斜しており、且つ主回転子（５１）の端面（５１ａ）は第２接合部材（２）の肩部（２ａ）に押し付けられているから、接合された突合せ部（３’）の表面は、図１０に示すように第１接合部材（１）の表面と第２接合部材（２）の表面とに跨る傾斜面に形成されるものとなる。
【００８４】
さらに、主接合工具（５０）の主回転子（５１）の端面（５１ａ）からの押付け圧によって、凹部（７）（図７参照）の底部が押し出されて当て面（１３ａ）（２３ａ）に押し付けられる。これにより、図１１に示すように、凹部（７）が存在しなくなるとともに、接合された突合せ部（３’）の裏面が平坦化される。もとより、両接合部材（１）（２）の接合された突合せ部（３’）にはルート残り部が存在していない。したがって、こうして得られた突合せ継手は、高い接合強度と優れた外観品質を有するものとなっている。さらに、もし仮に突合せ継手の表面及び裏面に対して塗装を行う場合であっても、接合された突合せ部（３’）の裏面には凹部（７）が存在していないので、突合せ継手の表面及び裏面に塗膜を良好に形成することができる。
【００８５】
しかも、この摩擦撹拌接合装置（９１）では、主接合工具（５０）は上記関係式（ｉ）及び（ｉｉ）の双方を満たしたものであり、副接合工具（６０）は上記関係式（ｉｉｉ）を満たしたものであるから、主接合工具（５０）の主回転子（５１）の端面（５１ａ）からの押付け圧を凹部（７）へ確実に伝達することができ、このため、凹部（７）を確実に解消することができる。
【００８６】
さらに、この摩擦撹拌接合装置（９１）では、裏当て部材（３０）は、第１裏当て部（１３）の当て面（１３ａ）が第２裏当て部（２３）の当て面（３２ａ）に対して高位側及び低位側に位置するように移動可能に構成されるとともに、第２裏当て部（２３）の当て面（２３ａ）が第１裏当て部（１３）の当て面（１３ａ）に対して高位側及び低位側に位置するように移動可能に構成されているものであるから、この裏当て部材（３０）を用いることによって、副プローブ（６２）による接合工程と主プローブ（５２）による接合工程との双方の接合工程を行うことができ、このため、能率良く接合作業を行うことができる。
【００８７】
しかも、各裏当て部（１３）（２３）は油圧シリンダ装置（１０）（２０）によって移動されるものとなされているから、各裏当て部（１３）（２３）を確実に移動させることができる。
【００８８】
なお、上記第１実施形態では、副プローブ（６２）による接合は、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）に裏面側から副接合工具（６０）の回転している副プローブ（６２）を埋入した状態に配置し、この状態で、副プローブ（６２）を突合せ部（３）に沿って移動させることにより、行われているが、この発明では、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）に裏面側から副接合工具（６０）の回転している副プローブ（６２）を埋入した状態に配置し、この状態で、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）が順次この副プローブ（６２）を通過するように、両接合部材（１）（２）を移動させることにより、副プローブ（６２）による接合を行っても良い。
【００８９】
また同じく、この第１実施形態では、主プローブ（５２）による接合は、両接合部材（１）（２）の、副フローブ（６２）により接合された突合せ部（３’）に表面側から主接合工具（５０）の回転している主プローブ（５２）を埋入した状態に配置し、この状態で、主プローブ（５２）を、副プローブ（６２）により接合された突合せ部（３’）に沿って移動させることにより、行われているが、この発明では、両接合部材（１）（２）の、副プローブ（６２）により接合された突合せ部（３’）に表面側から主接合工具（５０）の回転している主プローブ（５２）を埋入した状態に配置し、この状態で、両接合部材（１）（２）の、副プローブ（６２）により接合された突合せ部（３’）が順次この主プローブ（５２）を通過するように、両接合部材（１）（２）を移動させることにより、主プローブ（５２）による接合を行っても良い。
【００９０】
図１２〜図１４は、この発明の第２実施形態に係る突合せ継手の製造方法、摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置を説明するための図である。これらの図には、上記第１実施形態に係る摩擦撹拌接合装置（９１）に対応する要素に同一の符号が付されており、以下、この第２実施形態に係る摩擦撹拌接合装置（９２）を、上記第１実施形態に係る摩擦撹拌接合装置（９１）との相異点を中心に説明する。
【００９１】
この第２実施形態では、薄肉の板状第１接合部材（１）及び厚肉の板状第２接合部材（２）はともに長尺なものである。各接合部材（１）（２）の他の構成は上記第１実施形態のそれと同じである。
【００９２】
また、この第２実施形態に係る摩擦撹拌接合装置（９２）は、図１２及び図１３に示すように、主接合工具（５０）と副接合工具（６０）とを備えている。主接合工具（５０）は上記第１実施形態のものと同一構成であり、また副接合工具（６０）も上記第１実施形態のものと同一構成である。したがって、この第２実施形態に係る摩擦撹拌接合装置（９２）では、主接合工具（５０）は上記関係式（ｉ）及び（ｉｉ）を満たしており、副接合工具（６０）は上記関係式（ｉｉｉ）を満たしている。
【００９３】
また、主接合工具（５０）の主プローブ（５２）は、両接合部材（１）（１）の表面側における、副接合工具（６０）の副プローブ（６２）の位置より接合方向（ＪＤ）後方側に配置されている。
【００９４】
一方、この摩擦撹拌接合装置（９２）は、上記板状裏当て部材（３０）（図４参照）を備えておらず、これに代えて裏当てローラ（７３）を備えている。この裏当てローラ（７３）は円柱状のもので、その外周面が主接合工具（５０）の主プローブ（５２）に対向して配置されるものである。この裏当てローラ（７３）はその軸線方向において一定の半径を有している。
【００９５】
さらに、この摩擦撹拌接合装置（９２）は、両接合部材（１）（２）を所定方向に移動させるための次のような構成の移動装置（７０）を備えている。すなわち、この摩擦撹拌接合装置（９２）では、移動装置（７０）として、両接合部材（１）（２）の裏面側に配置された駆動ローラ（７１）（７２）を備えている。この駆動ローラ（７１）（７２）は、裏当てローラ（７３）の前後両側に配置された前駆動ローラ（７１）及び後駆動ローラ（７２）からなる。一方、両接合部材（１）（２）は、図１４に示すように裏面（１Ｂ）（２Ｂ）同士が面一に連なる態様で幅方向の一端部同士が突き合わされており、このため、厚さ方向に両者の肉厚差に対応した段差を両接合部材（１）（２）の表面（１Ａ）（２Ａ）側にて生じている。そして、この突合せ状態のままで両接合部材（１）（２）が、その裏面側から前後の駆動ローラ（７１）（７２）及び裏当てローラ（７３）によって略水平状に支持されている。したがって、前後の駆動ローラ（７１）（７２）及び裏当てローラ（７３）は、両接合部材（１）（２）を裏面側から支持する支持ローラとしての役割をも有している。
【００９６】
前後の駆動ローラ（７１）（７２）は、図示しない回転駆動装置を備えており、この駆動装置を作動させることにより、互いに同一の周速度で同じ方向に回転されるものとなされている。この前後の駆動ローラ（７１）（７２）の回転に伴い、両接合部材（１）（２）は上述した突合せ状態のままで長さ方向に移動されるものとなる。図１２において、（ＭＤ）は両接合部材（１）（２）の移動方向を示している。この第２実施形態では、両接合部材（１）（２）の移動方向（ＭＤ）とは反対の方向が接合方向（ＪＤ）となる。一方、裏当てローラ（７３）は回転自在なものである。なお、この発明では、裏当てローラ（７３）は、前後の駆動ローラ（７１）（７２）と同一の周速度で回転駆動されるものとなされていても良い。
【００９７】
また、図１２に示すように、両接合部材（１）（２）の表面側において、前駆動ローラ（７１）の上方には、第１接合部材（１）及び第２接合部材（２）をそれぞれ表面側から押さえる第１前押さえローラ（８１）及び第２前押さえローラ（８３）が配置されている。一方、後駆動ローラ（７２）の上方には、第１接合部材（１）及び第２接合部材（２）をそれぞれ表面側から押さえる第１後押さえローラ（８２）及び第２後押さえローラ（８４）が配置されている。
【００９８】
次に、この摩擦撹拌接合装置（９２）を用いて両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）を接合する手順について説明する。
【００９９】
まず、突合せ状に配置された両接合部材（１）（２）を裏面側から前後の駆動ローラ（７１）（７２）及び裏当てローラ（７３）によって支持する。そして、押さえローラ（８１）（８２）（８３）（８４）によって第１接合部材（１）及び第２接合部材（２）の所定部位を表面側から押さえる。
【０１００】
そして、副接合工具（６０）の副回転子（６１）及び副プローブ（６２）を、回転軸線（Ｐ２）を中心に所定方向に回転させる。この回転方向（Ｋ２）は、接合方向（ＪＤ）後方側において、第１接合部材（１）から第２接合部材（２）へと回転する方向に設定されている。そして、図１３及び図１４に示すように、回転している副プローブ（６２）を両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）に裏面側から埋入した状態に配置する。更に、副回転子（６１）の端面（６１ａ）を両接合部材（１）（２）の裏面（１Ｂ）（２Ｂ）に押し付けた状態に配置する。
【０１０１】
一方、所定の時点で、主接合工具（５０）の主回転子（５１）及び主プローブ（５２）を、回転軸線（Ｐ１）を中心に所定方向に回転させる。この回転方向（Ｋ１）は、接合方向（ＪＤ）後方側において、第１接合部材（１）から第２接合部材（２）へと回転する方向に設定されている。そして、回転軸線（Ｐ１）を第１接合部材（１）側に傾斜させた状態で、図１２に示すように、回転している主プローブ（５２）を、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）における副プローブ埋入位置より接合方向（ＪＤ）後方側の部分（つまり、両接合部材（１）（２）の、副プローブ（６２）により接合された突合せ部（３’））に表面側から埋入した状態に配置する。更に、主回転子（５１）の端面（５１ａ）を両接合部材（１）（２）の表面（１Ａ）（２Ａ）に押し付けた状態に配置する。この第２実施形態では、主回転子（５１）の端面（５１ａ）は、突合せ部（３’）から表面側に突出している第２接合部材（２）の肩部（２ａ）に押し付けられた状態に配置されている。更に、図１３に示すように、主接合工具（５０）の回転軸線（Ｐ１）を接合方向（ＪＤ）後方側に僅かに傾斜させた状態に配置することが望ましい。
【０１０２】
この状態で、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）が順次副プローブ（６２）及び主プローブ（５２）を通過するように、両接合部材（１）（２）を移動させる。この移動は、駆動ローラ（７１）（７２）を回転させることによって行われる。
【０１０３】
この両接合部材（１）（２）の移動に伴い、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）が裏面側から副プローブ埋入位置にて副プローブ（６２）により該突合せ部（３）に沿って浅く接合されていく。この副プローブ（６２）による接合によって、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）の、ルート残り部（図１６参照、Ｒ）となる部分が予め接合される。また、両接合部材（１）（２）の接合された突合せ部（３’）の裏面には、アンダーカット部等の凹部が該突合せ部（３’）に沿って生じる。そして、両接合部材（１）（２）の、副プローブ（６２）により接合された突合せ部（３’）が主プローブ（５２）の埋入位置に到達したとき、当該突合せ部（３’）が主プローブ（５２）によって厚さ方向の全体に亘って接合される。このように接合されながら両接合部材（１）（２）が移動していく。そして、副プローブ（６２）及び主プローブ（５２）が両接合部材（１）（３）の突合せ部（３）の接合終了予定部に到達したとき、両プローブ（６２）（５２）を抜出して、接合が終了する。
【０１０４】
而して、この第２実施形態の摩擦撹拌接合装置（９２）によれば、副プローブ（６２）により接合された突合せ部（３’）の裏面には凹部が形成されるところ、主接合工具（５０）の主回転子（５１）の端面（５１ａ）からの押付け圧によって、この凹部の底部が押し出されて裏当てローラ（７３）の外周面に押し付けられる。これにより、凹部（７）が存在しなくなるとともに、接合された突合せ部（３’）の裏面が平坦化される。さらに、この摩擦撹拌接合装置（９２）によれば、副プローブ（６２）による接合工程と主プローブ（５２）による接合工程との双方を同時に行うことができるので、能率良く接合作業を行うことができる。
【０１０５】
なお、上記第２実施形態では、副プローブ（６２）による接合及び主プローブ（５２）による接合は、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）に裏面側から副接合工具（６０）の回転している副プローブ（６２）を埋入した状態に配置するとともに、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）における副プローブ埋入位置より接合方向後方側の部分に表面側から接合工具（５０）の回転している主プローブ（５２）を埋入した状態に配置し、この状態で、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）が順次副プローブ（６２）及び主プローブ（５２）を通過するように、両接合部材（１）（２）を移動させることにより、行われているが、この発明では、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）に埋入された回転している副プローブ（６２）及び主プローブ（５２）を、突合せ部（３）に沿って移動させることにより、副プローブ（６２）による接合と主プローブ（５２）による接合とを同時に行っても良い。この場合には、副プローブ（６２）及び主プローブ（５２）の移動方向が接合方向となる。
【０１０６】
また、上記第２実施形態では、移動装置（７０）は、駆動ローラ（７１）（７２）からなるものであるが、この発明では、他の構成のものであっても良い。
【０１０７】
また、上記第２実施形態では、両接合部材（１）（２）は、互いに肉厚が相異するもの（即ちｔ≠Ｔ）であるが、この発明では、互いに肉厚が等しいもの（即ちｔ＝Ｔ）であっても良い。この場合には、両接合部材のうちいずれか一方の接合部材の肉厚をｔとし、この肉厚ｔを用いて上記関係式（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）が適用される。
【０１０８】
【実施例】
次に、この発明の上記第１実施形態に係る突合せ継手の製造方法についての具体的実施例を示す。
【０１０９】
＜実施例＞
長尺平板状のアルミニウム合金製第１接合部材（材質：Ａ５０５２−Ｏ、肉厚：１ｍｍ）と、長尺平板状のアルミニウム合金製第２接合部材（材質：同上、肉厚：２ｍｍ）とを準備した。
【０１１０】
主接合工具（５０）として、主回転子（５１）の端面（５１ａ）における直径Ｄ１が１２ｍｍ、主プローブ（５２）の長さＬ１が１．２ｍｍ、主プローブ（５２）の直径が５ｍｍのものを準備した。
【０１１１】
副接合工具（６０）として、副回転子（６１）の端面（６１ａ）における直径Ｄ２が９ｍｍ、副プローブ（６２）の長さＬ２が０．２ｍｍ、副プローブ（６２）の直径が５ｍｍのものを準備した。
【０１１２】
そして、両接合部材（１）（２）を裏面同士が面一に連なる態様で突合せ状に配置した。そして、上記板状裏当て部材（３０）を用いて両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）を上記第１実施形態の接合手順に従って接合した。すなわち、この接合手順を簡単に記述すると、両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）を裏面側から副プローブ（６２）により突合せ部（３）に沿って接合し、次いで、両接合部材（１）（２）を反転したのち、両接合部材（１）（２）の、副プローブ（６２）により接合された突合せ部（３’）を表面側から主プローブ（５２）により突合せ部（３’）に沿って接合した。
【０１１３】
＜比較例＞
両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）を表面側から主プローブ（５２）によって突合せ部（３）に沿って接合した。次いで、両接合部材（１）（２）を反転したのち、両接合部材（１）（２）の、主プローブ（５２）により接合された突合せ部を裏面側から副プローブ（６２）により突合せ部に沿って接合した。他の接合条件は、上記実施例と同じである。
【０１１４】
［接合結果］
比較例では、両接合部材（１）（２）の接合された突合せ部の裏面には、アンダーカット部等の凹部（７）が生じていた。この凹部（７）の深さａは０．１ｍｍであった。
【０１１５】
これに対し、実施例では、両接合部材（１）（２）の接合された突合せ部（３’）の裏面には、アンダーカット部等の凹部は生じておらず（即ち、凹部の深さａ＝０ｍｍ）、当該突合せ部（３’）の裏面は平坦状に形成されていた。したがって、この発明によれば、高い接合強度と優れた外観品質を有する突合せ継手を得ることができることを確認し得た。
【０１１６】
【発明の効果】
上述の次第で、第１発明によれば、両接合部材の突合せ部を、該突合せ部に裏面側から埋入され副接合工具の回転している副プローブによって、該突合せ部に沿って摩擦撹拌接合する、副プローブによる接合工程と、両接合部材の、副プローブにより接合された突合せ部を、該突合せ部に表面側から埋入され主接合工具の回転している主プローブによって、該突合せ部に沿って摩擦撹拌接合する、主プローブによる接合工程と、を含んでいるので、両接合部材の接合された突合せ部にルート残り部が残存するのを防止することができる上、両接合部材の接合された突合せ部の裏面にアンダーカット部等の凹部が生じる不具合を防止することができる。このため、高い接合強度を有する突合せ継手を得ることができる。また、もし仮に突合せ継手の表面及び裏面に対して塗装を行う場合であっても、突合せ継手の表面及び裏面に塗膜を良好に形成することができる。
【０１１７】
また、主接合工具として、所定の関係式（ｉ）及び（ｉｉ）を満たしたものを用いるとともに、副接合工具として、所定の関係式（ｉｉｉ）を満たしたものを用いることにより、凹部を確実に解消することができる。
【０１１８】
また、２個の裏当て部を有するとともに、両裏当て部の当て面側に両接合部材の肉厚差に対応した段差を生じる態様で両裏当て部が並んだ裏当て部材を用い、両接合部材のうち薄肉の接合部材の表面を裏当て部材の両裏当て部の当て面のうち高位側の当て面に当接させるとともに、厚肉の接合部材の表面を低位側の当て面に当接させ、この状態で、副プローブによる接合工程を行う場合には、副プローブによる接合工程時に、各接合部材の裏面を対応する裏当て部によって確実に受けることができる。
【０１１９】
また、２個の裏当て部を有するとともに、一方の裏当て部の当て面と他方の裏当て部の当て面とが同一高さ位置になる態様で両裏当て部が並んだ裏当て部材を用い、両接合部材のうち薄肉の接合部材の裏面を前記裏当て部材の両裏当て部のうちいずれか一方の当て面に当接させるとともに、厚肉の接合部材の裏面を他方の当て面に当接させ、この状態で、主プローブによる接合工程を行う場合には、主接合工具からの押付け圧によって凹部の底部を押し出してこれを当て面に押し付けることができ、このため、接合された突合せ部の裏面を略平坦状に形成することができる。したがって、優れた外観品質を有する突合せ継手を得ることができる。
【０１２０】
また、互いに別体の２個の裏当て部を有するとともに、各裏当て部に接合部材が１個ずつ装着され、且つ両裏当て部のうち少なくとも一方の裏当て部が、その当て面が他方の裏当て部の当て面に対して高位側又は低位側に位置するように移動可能に構成された裏当て部材を用いて、副プローブによる接合工程と主プローブによる接合工程とを行う場合には、同一の裏当て部材を用いて、副プローブによる接合工程と主プローブによる接合工程との双方の接合工程を行うことができる。したがって、能率良く接合作業を行うことができる。
【０１２１】
また、両接合部材の突合せ部に裏面側から副接合工具の回転している副プローブを埋入した状態に配置するとともに、両接合部材の突合せ部における副プローブ埋入位置より接合方向後方側の部分に表面側から主接合工具の回転している主プローブを埋入した状態に配置し、この状態で、両接合部材の突合せ部が順次副プローブ及び主プローブを通過するように、両接合部材を副プローブ及び主プローブに対して相対的に移動させることにより、副プローブによる接合工程と主プローブによる接合工程とを同時に行う場合には、副プローブによる接合工程と主プローブによる接合工程との双方の接合工程を同時に行うことができる。したがって、能率良く接合作業を行うことができる。
【０１２２】
第２発明によれば、高い接合強度を有する突合せ継手を提供することができる。
【０１２３】
第３発明によれば、上記第１発明と同様の効果を奏し得る。
【０１２４】
第４発明によれば、同じ裏当て部材を用いて、副プローブによる接合工程と主プローブによる接合工程との双方の接合工程を行うことができる。したがって、能率良く接合作業を行うことができる。
【０１２５】
また、一方の裏当て部が流体圧シリンダ装置装置によって移動されるものとなされている場合には、当該一方の裏当て部を確実に移動させることができる。
【０１２６】
第５発明によれば、所定の副接合工具と所定の主接合工具とを備え、両接合部材の突合せ部に裏面側から回転している副プローブが埋入されるとともに、両接合部材の突合せ部における副プローブ埋入位置より接合方向後方側の部分に表面側から回転している主プローブが埋入された状態で、両接合部材の突合せ部が順次副プローブ及び主プローブを通過するように、両接合部材を副プローブ及び主プローブに対して相対的に移動させることにより、両接合部材の突合せ部を接合するものとなされているから、両接合部材の接合された突合せ部の裏面にアンダーカット部等の凹部が生じる不具合を防止することができるし、さらに、副プローブによる接合工程と主プローブによる接合工程との双方の接合工程を同時に行うことができる。したがって、能率良く接合作業を行うことができる。
【０１２７】
また、主接合工具は、所定の関係式（ｉ）及び（ｉｉ）を満たしたものであり、副接合工具は、所定の関係式（ｉｉｉ）を満たしたものである場合には、凹部を確実に解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌接合装置により接合一体化される２個の接合部材を示す断面図である。
【図２】同摩擦撹拌接合装置の主接合工具の正面図である。
【図３】同摩擦撹拌接合装置の副接合工具の正面図である。
【図４】同摩擦撹拌接合装置を用いて、副プローブによる接合工程を行う途中の状態を示す斜視図である。
【図５】図４中のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】副プローブにより接合された両接合部材の断面図である。
【図７】図６中のＸ部分の拡大図である。
【図８】同摩擦撹拌接合装置を用いて、主プローブによる接合工程を行う途中の状態を示す斜視図である。
【図９】図８中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】主プローブにより接合された両接合部材の断面図である。
【図１１】図１０中のＹ部分の拡大図である。
【図１２】この発明の第２実施形態に係る摩擦撹拌接合装置を用いて、両接合部材を接合一体化する途中の状態を示す斜視図である。
【図１３】図１２中のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】図１２中のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１５】従来の接合継手の製造方法により、両接合部材を接合一体化する前の状態の断面図である。
【図１６】従来の接合継手の製造方法により、両接合部材を接合一体化した後の状態の断面図である。
【符号の説明】
１…第１接合部材
２…第２接合部材
３…突合せ部
３’…接合された突合せ部
１０、２０…油圧シリンダ装置（流体圧シリンダ装置）
１３、２３…裏当て部
３０…裏当て部材
５０…主接合工具
５２…主プローブ
６０…副接合工具
６２…副プローブ
７０…移動装置
９１、９２…摩擦撹拌接合装置
ＪＤ…接合方向
【図１】
2004034139.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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