(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合材端部を被接合材の内面に対して任意に決められる所定の角度α／２の斜面を有するように予め加工された一対の被接合材の、前記斜面同士を接触させて任意に決められる所定の内すみ角度αのすみ継手を形成するように被接合面を形成し、前記すみ継手の内すみから前記被接合面を摩擦攪拌接合する内すみ摩擦攪拌接合用プローブであって、
前記すみ継手の内すみ部表面に接する二辺が等しく頂角角度αの逆二等辺三角柱片形状を備え、該逆二等辺三角柱片の頂角稜線上の一点から該逆二等辺三角柱片の上辺面に垂直な中心軸を有する攪拌ピン挿通用貫通孔を備えた押さえブロックと、
該押さえブロックの前記攪拌ピン挿通用貫通孔の上辺面部内径より大径の底面を備えたプローブ本体と、
該プローブ本体の底面に該プローブ本体の回転軸と同軸に一体に接続され、前記押さえブロックの前記攪拌ピン挿通用貫通孔に回転自在に挿通されて、押さえブロックの前記頂角稜線から所定の長さだけ突出した攪拌ピンと、からなることを特徴とする内すみ摩擦攪拌接合用プローブ。
【請求項２】
前記攪拌ピンの、前記押さえブロックの前記攪拌ピン挿通用貫通孔の前記頂角稜線より所定の距離だけ前記上辺面に近づいた部位に、該部位で前記上辺面に平行な面と前記押さえブロックの二等辺面とが交差する一対の交差線間の幅に等しい直径の上面を有し、斜面が前記すみ継手を構成する一対の被接合材の内すみ部表面に接し、下面の直径が前記攪拌ピンの先端部の外径に等しく該攪拌ピンの先端部に繋がる逆円錐台部を設けるとともに、
前記押さえブロックの前記攪拌ピン挿通用貫通孔の前記頂角稜線側に、前記攪拌ピンの前記逆円錐台部が嵌装される空洞部を設けたこと、を特徴とする請求項１に記載の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ。
【請求項３】
前記攪拌ピンの、前記押さえブロックの前記頂角稜線より所定の距離だけ該押さえブロックの前記上辺面に近づいた部位に、前記攪拌ピン挿通用貫通孔の内径より大きな直径を有する上面を有し、該上面と前記頂角稜線との間の所定の位置に上面の直径と同じ直径の円形下面を有する大径円盤部を設けるとともに、
前記押さえブロックの前記攪拌ピン挿通用貫通孔の前記頂角稜線側の周囲に、前記攪拌ピンの前記大径円盤部の上面と外周面の一部とに接し該大径円盤部が嵌装される円形孔を設け、さらに前記押さえブロックの前記大径円盤部の外周面から前記押さえブロックの長手方向の一端面までの間の、前記大径円盤部の前記円形下面の高さ位置に、前記押さえブロックの上辺面に平行な下面を形成したこと、を特徴とする請求項１に記載の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ。
【請求項４】
前記攪拌ピンの、前記押さえブロックの前記頂角稜線の位置に前記攪拌ピン挿通用貫通孔の内径より大きな直径を有する円形下面を有し、外周面が前記の一対の被接合部材の内すみ部の内面と交差する高さ以上の高さ位置に上面を有する大径円盤部を設けるとともに、
前記押さえブロックの前記攪拌ピン挿通用貫通孔の前記頂角稜線側の周囲に、前記攪拌ピンの前記大径円盤部の上面に接し該大径円盤部が嵌装される円形孔を設けたこと、を特徴とする請求項１に記載の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ。
【請求項５】
前記押さえブロックの上辺面または前記プローブ本体下部に潤滑剤貯留部を設けるとともに、該潤滑剤貯留部から前記プローブ本体の底面と前記押さえブロックの上辺面との間に潤滑剤を供給する潤滑剤供給通路を設けたこと、を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ。
【請求項６】
内面同士が任意に決められる所定の角度αをなすように配置された一対の被接合材のすみ継手を、請求項１または請求項２に記載の内すみ摩擦攪拌接合用プローブを用いて形成する内すみ摩擦攪拌接合方法であって、
前記一対の被接合材の端部を、被接合材の内面に対して角度α／２をなすような斜面を有するように予め加工し、
内面同士が前記の角度αをなすように前記一対の被接合材の前記斜面同士を接触させて被接合面を形成するとともに、
前記一対の被接合材の外すみ部表面に接する裏当て部材によって、前記一対の被接合材の被接合面同志の接触を保ちつつ、
前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブの前記プローブ本体および前記攪拌ピンを回転させながら、前記攪拌ピンの先端部を前記被接合面部の被接合材中に押し込み、
前記プローブ本体を前記一対の被接合材が形成する内すみの方向に押圧して、前記押さえブロックの前記頂角稜線を含む斜面を前記内すみ部に押し付けながら、
前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブを被接合ラインに沿って移動させる、ことを特徴とする内すみ摩擦攪拌接合方法。
【請求項７】
内面同士が任意に決められる所定の角度αをなすように配置された一対の被接合材のすみ継手を、請求項３に記載の内すみ摩擦攪拌接合用プローブを用いて形成する内すみ摩擦攪拌接合方法であって、
前記一対の被接合材の端部を、被接合材の内面に対して角度α／２をなすような斜面を有するように予め加工し、
内面同士が前記の角度αをなすように前記一対の被接合材の前記斜面同士を接触させて被接合面を形成するとともに、
前記一対の被接合材の外すみ部表面に接する裏当て部材によって、前記一対の被接合材の被接合面同士の接触を保ちつつ、
前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブの前記プローブ本体および前記攪拌ピンを回転させながら、前記攪拌ピンの先端部および前記大径円盤部の下部を被接合面部の被接合材中に押し込み、
前記プローブ本体を前記一対の被接合材が形成する内すみの方向に押圧して、前記押さえブロックの前記頂角稜線を含む斜面を前記内すみに押し付けながら、
前記押さえブロックの前記下面を前記攪拌ピンの後方に位置させつつ前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブを被接合ラインに沿って移動させる、ことを特徴とする内すみ摩擦攪拌接合方法。
【請求項８】
内面同士が任意に決められる所定の角度αをなすように配置された一対の被接合材のすみ継手を、請求項４に記載の内すみ摩擦攪拌接合用プローブを用いて形成する内すみ摩擦攪拌接合方法であって、
前記一対の被接合材の端部を、被接合材の内面に対して角度α／２をなすような斜面を有するように予め加工し、
ａ）前記被接合材の前記斜面の内面側端部位置に、前記一対の被接合材の前記斜面同士を接触させて被接合面を形成した場合に、該被接合面の内すみ側端の位置に、該被接合面に垂直な底面を有し、縦断面の外周寸法が前記内すみ摩擦攪拌接合プローブの大径円盤部の縦断面の外周寸法よりも僅かに大きく、被接合ラインの方向に伸びる溝が形成されるように、前記一対の被接合材の各々の端部に断面形状が直角三角形の溝を刻設しておき、内面同士が前記の角度αをなすように前記一対の被接合材の端部の前記斜面同士を接触させて被接合面を形成した後、
または、
ｂ）内面同士が前記の角度αをなすように前記一対の被接合材の端部の前記斜面同志を接触させて被接合面を形成し、前記の被接合面の内すみ側端の位置に、該被接合面に垂直な底面を有し、縦断面の外周寸法が前記内すみ摩擦攪拌接合プローブの大径円盤部の縦断面の外周寸法よりも僅かに大きく、被接合ラインの方向に伸びる溝を刻設した後、
前記一対の被接合部材の外すみ部表面に接する裏当て部材によって、前記一対の被接合材の被接合面同士の接触を保ちつつ、
前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブの前記プローブ本体および前記攪拌ピンを回転させながら、前記攪拌ピンの前記大径円盤部より先の先端部を被接合面部の前記被接合材中に押し込み、
前記プローブ本体を前記一対の被接合材が形成する内すみの方向に押圧して、前記押さえブロックの前記頂角稜線を含む斜面を前記内すみ部に、前記攪拌ピンの前記大径円盤部の円形下面を前記被接合面の内すみ側端部位置に形成された前記の溝の底面に、各々押し付けつつ、
前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブを被接合ラインに沿って移動させる、ことを特徴とする内すみ摩擦攪拌接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内すみ摩擦攪拌接合用プローブおよびこれを用いた内すみ角摩擦攪拌接合方法に関し、すみ肉表面に凹凸がなく美麗な角継ぎ手の形成と、任意の角度のすみ継手の形成が可能な内すみ摩擦攪拌接合用プローブおよびこれを用いた内すみ角摩擦攪拌接合方法に関する。また、接合される材料の材質は、通常の摩擦攪拌接合の適用が可能なものでよく、アルミニウム合金材は殊に適用が容易なものである。
【０００２】
【従来の技術】
すみ継手、すなわち、２枚の母材（被接合材）を略直角にＬ字形に保つ、そのすみの溶接継手を形成するに際し、従来の溶融溶接法による場合、図２３（ａ）〜（ｃ）に示すように、２枚の母材（被接合材）３０a 、３０b に開先３１を設けて、外側から溶融溶接を行い溶接ビード３２を形成する外すみ溶接方法、また図２３（ｄ）に示すように、内側から隅肉継手状に溶接する内すみ溶接方法がある。
【０００３】
また、特表平９ー５０８０７３号公報には、摩擦攪拌接合方法が示され、さらに摩擦攪拌接合方法を用いて二部材のすみ継手を形成することが説明されている。すなわち、図２４に示すように、略垂直な被接合材３０a の上端部側面に、略水平な被接合材３０b の端面を接触させて被接合面３３を形成し、前記被接合材３０a と前記被接合材３０b の内すみに裏当３４を当接せしめ、下部に凹面円形下面３５b を有し、該凹型底面の中心から下方に所定の高さだけ突出する攪拌ピン３６を備えた回転プローブ３５を回転しつつ前記攪拌ピン３６を前記被接合面部の被接合部材３０a と３０b に押し込み、前記回転プローブ３５を矢印Ｆp で示す所定の押圧力で前記凹面円形下面３５b が、前記一対の被接合部材３０a 、３０b に接するように下方に押圧しつつ、被接合面３３に沿って移動させることによって、該被接合面部を接合させてすみ継手を形成する外すみ摩擦攪拌接合方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記図２３に示したように溶融溶接によりすみ継手を形成する場合には、下記の問題がある。
（１）溶接ビード表面に凹凸が生じ、接合材の用途によっては、特に外すみ溶接の場合は溶接ビードを切削もしくは研削加工により平滑に仕上げる必要が生じる場合がある。
（２）ポロシティを始めとした溶接部欠陥が発生しやすい。また、ヒューム、スパッタ等の発生が多く、作業環境の悪化を招いたり、スパッタ除去作業等が必要になる。また、ヒュームによる作業環境の悪化を防止するため、局部集塵装置等が必要になり、設備コストが増大する。
（３）局部加熱や残留応力による変形が大きく、溶接後の焼鈍や変形矯正を必要とすることがある。
（４）アルミニウム、チタニウム、銅等の酸化しやすい金属の溶接には、溶接装置が複雑、高価で、溶接技術が難しいＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接等の不活性ガスシールド溶接法や、真空中電子ビーム溶接法、レーザ溶接法等を適用しなければならない。
【０００５】
前記図２４に示した外すみ摩擦攪拌接合方法によれば、上記のような溶融溶接による方法の問題点を軽減または解消することが可能であるが、下記のような問題点がある。
（１）略直角な角継手を形成することはできるが、摩擦攪拌接合プローブのプローブ本体の底面に、該底面に垂直で前記プローブ本体の回転軸と同軸に一体に接続される攪拌ピンを備える摩擦攪拌接合プローブを使用するため、
ａ）図２５（ａ）、（ｂ）に示すように、一対の被接合材３０a 、３０b の内角βが９０°を超える鈍角の場合は、前記一対の被接合材３０a 、３０b のいずれかの外面に垂直で、内すみ底線をとおる被接合面３３vaまたは３３vbの形成が可能で、かつ、前記外面の被接合面から一対の被接合材の外角稜線までの距離ｗ30a またｗ30b が摩擦攪拌接合プローブのプローブ本体の底面半径よりも大きく取れる場合は外角摩擦攪拌接合は可能である。しかし、これら被接合（板）材３０a または３０b の板材の端部の必要加工形状が複雑で、かつ厳しい加工精度が必要である。
ｂ）従来の溶融溶接法に比べれば、極めて僅かであるが接合部の表面に凹凸が現れる。またこの接合部は被接合材の側面側となり、すみ部で接合することはできなかった。
【０００６】
本発明は、上記の従来技術の問題点を解消し、溶融溶接のもつ欠点が殆どなく、外すみ角摩擦攪拌接合の場合のように、外側面に接合痕が生じず、任意の角度で配置された一対の被接合材のすみ継手を内側からの摩擦攪拌接合により容易に形成可能な内すみ摩擦攪拌接合用プローブとそれを用いた内すみ摩擦攪拌接合方法の提供を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、第１の手段として、
被接合材端部を被接合材の内面に対して任意に決められる所定の角度α／２の斜面を有するように予め加工された一対の被接合材の、前記斜面同士を接触させて任意に決められる所定の内すみ角度αのすみ継手を形成するように被接合面を形成し、前記すみ継手の内すみから前記被接合面を摩擦攪拌接合する内すみ摩擦攪拌接合用プローブを、
前記すみ継手の内すみ部表面に接する二辺が等しく頂角角度αの逆二等辺三角柱片形状を備え、該逆二等辺三角柱片の頂角稜線上の一点から該逆二等辺三角柱片の上辺面に垂直な中心軸を有する攪拌ピン挿通用貫通孔を備えた押さえブロックと、
該押さえブロックの前記攪拌ピン挿通用貫通孔の上辺面部内径より大径の底面を備えたプローブ本体と、
該プローブ本体の底面に該プローブ本体の回転軸と同軸に一体に接続され、前記押さえブロックの前記攪拌ピン挿通用貫通孔に回転自在に挿通されて、押さえブロックの前記頂角稜線から所定の長さだけ突出した攪拌ピンと、からなることを特徴とするように構成した。
【０００８】
上記の第１手段からなる本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブにおいては、第２の手段として、
前記攪拌ピンの、前記押さえブロックの前記攪拌ピン挿通用貫通孔の前記頂角稜線より所定の距離だけ前記上辺面に近づいた部位に、該部位で前記上辺面に平行な面と前記押さえブロックの二等辺面とが交差する一対の交差線間の幅に等しい直径の上面を有し、斜面が前記すみ継手を構成する一対の被接合材の内すみ部表面に接し、下面の直径が前記攪拌ピンの先端部の外径に等しく該攪拌ピンの先端部に繋がる逆円錐台部を設けるとともに、
前記押さえブロックの前記攪拌ピン挿通用貫通孔の前記頂角稜線側に、前記攪拌ピンの前記逆円錐台部が嵌装される空洞部を設けるように、構成してもよい。
【０００９】
上記の第１手段からなる本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブにおいては、第３の手段として、
前記攪拌ピンの、前記押さえブロックの前記頂角稜線より所定の距離だけ該押さえブロックの前記上辺面に近づいた部位に、前記攪拌ピン挿通用貫通孔の内径より大きな直径を有する上面を有し、該上面と前記頂角稜線との間の所定の位置に上面の直径と同じ直径の円形下面を有する大径円盤部を設けるとともに、
前記押さえブロックの前記攪拌ピン挿通用貫通孔の前記頂角稜線側の周囲に、前記攪拌ピンの前記大径円盤部の上面と外周面の一部とに接し該大径円盤部が嵌装される円形孔を設け、さらに前記押さえブロックの前記大径円盤部の外周面から前記押さえブロックの長手方向の一端面までの間の、前記大径円盤部の前記円形下面の高さ位置に、前記押さえブロックの上辺面に平行な下面を形成するようにして、構成してもよい。
【００１０】
上記の第１手段からなる本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブにおいては、第４の手段として、
前記攪拌ピンの、前記押さえブロックの前記頂角稜線の位置に前記攪拌ピン挿通用貫通孔の内径より大きな直径を有する円形下面を有し、外周面が前記の一対の被接合部材の内すみ部の内面と交差する高さ以上の高さ位置に上面を有する大径円盤部を設けるとともに、
前記押さえブロックの前記攪拌ピン挿通用貫通孔の前記頂角稜線側の周囲に、前記攪拌ピンの前記大径円盤部の上面に接し該大径円盤部が嵌装される円形孔を設けるように、構成してもよい。
【００１１】
上記のいずれかの本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブにおいては、第５の手段として、
前記押さえブロックの上辺面または前記プローブ本体下部に潤滑剤貯留部を設けるとともに、該潤滑剤貯留部から前記プローブ本体の底面と前記押さえブロックの上辺面との間に潤滑剤を供給する潤滑剤供給通路を設けるように、構成してもよい。
【００１２】
本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法においては、上記の課題を解決するために、第６の手段として、
内面同士が任意に決められる所定の角度αをなすように配置された一対の被接合材のすみ継手を、前記第１の手段または第２の手段に記載の内すみ摩擦攪拌接合用プローブを用いて形成する内すみ摩擦攪拌接合方法を、
前記一対の被接合材の端部を、被接合材の内面に対して角度α／２をなすような斜面を有するように予め加工し、
内面同士が前記の角度αをなすように前記一対の被接合材の前記斜面同士を接触させて被接合面を形成するとともに、
前記一対の被接合材の外すみ部表面に接する裏当て部材によって、前記一対の被接合材の被接合面同士の接触を保ちつつ、
前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブの前記プローブ本体および前記攪拌ピンを回転させながら、前記攪拌ピンの先端部を被接合面部の被接合材中に押し込み、
前記プローブ本体を前記一対の被接合材が形成する内すみの方向に押圧して、前記押さえブロックの前記頂角稜線を含む斜面を前記内すみ部に押し付けながら、
前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブを被接合ラインに沿って移動させる、ことを特徴とするように構成した。
【００１３】
本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法においては、上記の課題を解決するために、第７の手段として、
内面同士が任意に決められる所定の角度αをなすように配置された一対の被接合材のすみ継手を、前記第３の手段に記載の内すみ摩擦攪拌接合用プローブを用いて形成する内すみ摩擦攪拌接合方法を、
前記一対の被接合材の端部を、被接合材の内面に対して角度α／２をなすような斜面を有するように予め加工し、
内面同士が前記の角度αをなすように前記一対の被接合材の前記斜面同士を接触させて被接合面を形成するとともに、
前記一対の被接合材の外すみ部表面に接する裏当て部材によって、前記一対の被接合材の被接合面同士の接触を保ちつつ、
前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブの前記プローブ本体および前記攪拌ピンを回転させながら、前記攪拌ピンの先端部および前記大径円盤部の下部を被接合面部の被接合材中に押し込み、
前記プローブ本体を前記一対の被接合材が形成する内すみの方向に押圧して、前記押さえブロックの前記頂角稜線を含む斜面を前記内すみに押し付けながら、
前記押さえブロックの前記下面を前記攪拌ピンの後方に位置させつつ前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブを被接合ラインに沿って移動させる、ことを特徴とするように構成した。
【００１４】
本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法においては、上記の課題を解決するために、第８の手段として、
内面同士が任意に決められる所定の角度αをなすように配置された一対の被接合材のすみ継手を、前記第４の手段に記載の内すみ摩擦攪拌接合用プローブを用いて形成する内すみ摩擦攪拌接合方法を
前記一対の被接合材の端部を、被接合材の内面に対して角度α／２をなすような斜面を有するように予め加工し、
ａ）前記被接合材の前記斜面の内面側端部位置に、前記一対の被接合材の前記斜面同士を接触させて被接合面を形成した場合に、該被接合面の内すみ側端の位置に、該被接合面に垂直な底面を有し、縦断面の外周寸法が前記内すみ摩擦攪拌接合プローブの大径円盤部の縦断面の外周寸法よりも僅かに大きく、被接合ラインの方向に伸びる溝が形成されるように、前記一対の被接合材端部に断面形状が直角三角形の溝を刻設しておき、
内面同士が前記の角度αをなすように前記一対の被接合材の端部の前記斜面同士を接触させて被接合面を形成した後、
または、
ｂ）内面同士が前記の角度αをなすように前記一対の被接合材の端部の前記斜面同志を接触させて被接合面を形成し、
前記の被接合面の内すみ側端の位置に、該被接合面に垂直な底面を有し、縦断面の外周寸法が前記内すみ摩擦攪拌接合プローブの大径円盤部の縦断面の外周寸法よりも僅かに大きく、被接合ラインの方向に伸びる溝を刻設した後、
前記一対の被接合部材の外すみ部表面に接する裏当て部材によって、前記一対の被接合材の被接合面同士の接触を保ちつつ、
前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブの前記プローブ本体および前記攪拌ピンを回転させながら、前記攪拌ピンの前記大径円盤部より先の先端部を被接合面部の前記被接合材中に押し込み、
前記プローブ本体を前記一対の被接合材が形成する内すみの方向に押圧して、前記押さえブロックの前記頂角稜線を含む斜面を前記内すみ部に、前記攪拌ピンの前記大径円盤部の円形下面を前記被接合面の内すみ側端部位置に形成された前記の溝の底面に、各々押し付けつつ、
前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブを被接合ラインに沿って移動させる、ことを特徴とするように構成した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
請求項１に係る本発明の内すみ角摩擦攪拌接合用プローブの一実施の形態と、請求項６に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法の一実施の形態について、図１〜図３、図１６、図１７、図１９を参照して、以下に説明する。
図１は本実施の形態の内すみ角摩擦攪拌接合用プローブの斜視図、図２は図１の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図３は図１の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図１のＢ−Ｂ線矢視断面図、図１６、図１７は本発明の実施の形態を適用して、一対の被接合材ですみ継手を形成する場合の形状と配置を示す端面図であって、図１６は被接合材の厚みｔ1、ｔ2 が等しい場合、図１７は被接合材の厚みｔ1、ｔ2 が等しくない場合、図１９（ａ）は前記図１〜３で示した内すみ摩擦攪拌接合用プローブを用いて、例えば前記図１６に示した一対の被接合材で、すみ継手を形成するための摩擦攪拌接合方法を示す斜視図、図１９（ｂ）は形成されたすみ継手の接合部の仕上り状況を示す断面図である。
【００１６】
上記図に示す請求項１に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの一実施の形態は、被接合材１a 、１b の端部を被接合材１a 、１b のそれぞれの内面１ai、１biに対して所定の角度α／２の斜面１as、１bsを各々有するように予め加工された一対の被接合部材１a 、１b の、前記斜面１asと１bsとを接触させて任意に決められる所定の角度αのすみ継手３を形成するように被接合面２を形成し、前記すみ継手３の内すみから前記被接合面２を摩擦攪拌接合する内角摩擦攪拌接合用プローブ４1 を、
前記すみ継手３の内すみ部表面１ai、１biに接する二辺が等しい逆二等辺三角柱片状外形を備え、該逆二等辺三角柱片の頂角稜線５el上の一点から該逆二等辺三角柱片の上辺面５usに垂直な中心軸を有する攪拌ピン挿通用貫通孔５h を備えた押さえブロック５と、
該押さえブロック５の前記攪拌ピン挿通用貫通孔５h の上辺面部内径より大径の円形底面６bsを備えたプローブ本体６と、
該プローブ本体６の前記円形底面６bsに該プローブ本体６の回転軸と同軸に一体に接続され、前記押さえブロック５の前記攪拌ピン挿通用貫通孔５h に回転自在に挿通された攪拌ピン上部７t と、該攪拌ピン上部７ｔに一体に繋がり、前記押さえブロック５の前記頂角稜線５elから所定の長さだけ突出し、ネジ状の攪拌翼のある攪拌ピン先端部７b とからなる攪拌ピン７と、から基本的に構成される。
【００１７】
つぎに、前記のように構成された請求項１に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４1 の作用と、該内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４1 を用いた請求項６に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法の一実施の形態について、以下に説明する。
（１）図１６に示すように、それぞれの厚みｔ1 、ｔ2 の等しい一対の被接合材１a 、１b の端部を、該一対の被接合材１a 、１b をその内面１aiと１biとが任意に決められる所定の角度αをなすように配置してすみ継手３を形成するために、前記被接合材１a 、１b のそれぞれの内面１ai、１biに対して角度α／２のをなすような斜面１as、１bsを各々有するように予め加工しておく。
なお、図１７に示すようにそれぞれの厚みｔ1 、ｔ2 が異なり、厚み差Δt ＝ｔ2 −ｔ1 のある一対の被接合材１a 、１b を用いてすみ継手３を形成する場合は、上記と同じような斜面１as、１bsを有するように予め加工するに際して、大きな厚みｔ2 をもつ被接合材１b の端面１bes において、外面１boの端縁１boe から厚さΔt だけ内面１bi側に離れた位置を起点として前記斜面１bsを形成しておけばよい。
（２）前記の内面１aiと１biとが前記の角度αをなすように、前記一対の被接合材１a 、１b のそれぞれの端部の前記斜面１asと１bsとを接触させて被接合面２を形成する。
（３）前記一対の被接合材１a 、１b の外すみ部表面１aoと１boとに接する裏当て部材８によって、前記一対の被接合部材１a 、１b のそれぞれの斜面１asと１bsが内すみ摩擦攪拌接合中に接触を保つように保持する。
（４）前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４1 の前記プローブ本体６および前記攪拌ピン７を回転させながら、前記攪拌ピン７の先端部を前記被接合面２の周囲の被接合材１a と１b の中に押し込む。なお、この実施の形態の場合、接合開始位置において、被接合部に前記攪拌ピン下部７btと同径の下穴を開けておくことにより塑性流動固相化した材料の攪拌ピンの体積分の処理が不要となり問題が生じない。
次に、前記プローブ本体６を前記一対の被接合材１a と１b が形成する内すみの方向（矢印Ｆp の方向）に押圧して、前記押さえブロック５の前記頂角稜線５elを含む斜面５sa、５sbを前記内すみ部の一対の被接合材内表面１ai、１biに押し付けながら、前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４1 を被接合ライン２tl（被接合面２の上端線) に沿って矢印（ｔ）の方向に移動させる。
その結果、回転する前記攪拌ピン７と前記被接合面２の周囲の被接合材１a 、１b との間に摩擦熱が発生して温度が上昇し、前記攪拌ピン７の周囲に塑性流動固相部９が形成される。前記攪拌ピン７が前記矢印（ｔ）の方向に移動した後の塑性流動固相部９の顕熱が周囲に奪われて温度が低下し、塑性流動を起こさない温度まで低下すると、前記一対の被接合材１a と１b が接合されて図３および図１９（ｂ）に示されるような接合部１０が形成される。
なお、前記プローブ本体６の円形底面６bsは、攪拌ピン７および押さえブロック５に加える押し圧力Ｆp を作用させると共に、押さえブロック５の貫通孔５h と攪拌ピン上部７t との間の隙間に塑性流動固相部９が流入しても、それが前記円形底面６bsと押さえブロック５の上辺面５usとの間から流出するのを防止する作用を呈する。
【００１８】
上記のような本発明の実施の形態によれば、溶融溶接にともなうような欠点が殆どなく、外すみ摩擦攪拌接合のように、被接合材端部の接合面形成のための加工形状が複雑かつ高精度を要求されたり、接合部がすみ部になく、凹凸のある接合部が被接合材の側面にくるといった欠点のない、任意に決められる所定の角度で配置された一対の被接合材のすみ継手を内側からの摩擦攪拌接合により容易に形成可能である。
【００１９】
次に、請求項２に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの一実施の形態と、請求項６に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法の一実施の形態について、図４〜図６、図１６、図１７、図１９を参照して、以下に説明する。
図４は本実施の形態の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの斜視図、図５は図４の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図４のＣ−Ｃ線矢視断面図、図６は図４の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図４のＤ−Ｄ線矢視断面図、図１６、図１７は前述のとおりである。図１９（ａ）は前記図４〜図６で示した内すみ摩擦攪拌接合用プローブを用いて、例えば前記図１６に示した一対の被接合材で、すみ継手を形成するための摩擦攪拌接合方法を示す斜視図、図１９（ｂ）は形成されたすみ継手の接合部の仕上り状況を示す断面図である。
【００２０】
上記図に示す請求項２に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの一実施の形態は、前記図１〜図３で示した請求項１に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４1 の一実施の形態とは、以下の点で異なる。
すなわち、前記攪拌ピン７の、前記押さえブロック５の前記頂角稜線５elより所定の距離だけ該押さえブロック５の前記上辺面５usに近づいた部位に、該部位で前記上辺面５usに平行な面と前記押さえブロックの二等辺面５sa、５sbとが交差する一対の交差線間の幅に等しい直径Ｄ11の上面を有し、斜面が前記角継手を構成する一対の被接合材１a 、１b の内すみ部表面１ai、１biに接し、下面が前記攪拌ピンの先端部７b の外径ｄ7bに等しく該攪拌ピンの先端部７b に繋がる逆円錐台部１１を設けるとともに、
前記押さえブロック５の前記攪拌ピン挿通用貫通孔５h の前記頂角稜線５el側の周囲に、前記攪拌ピン７の前記逆円錐台部１１の上面１１usと外周面１１ sの一部とに接して前記逆円錐台部１１が嵌装される逆円錐台状の空洞部５11a を設けて、基本的に構成されている。
【００２１】
なお、前記攪拌ピン上部７t 、逆円錐台部１１と攪拌ピン先端部７b とからなる攪拌ピン７を組み立てるために、以下のように構成されている。すなわち、
ａ）攪拌ピン７を前記押さえブロック５に着脱可能にするために、前記逆円錐台部１１より上方の前記押さえブロック５の中心部は、内径が前記攪拌ピン挿通用貫通孔５h の内径に等しく、外径が前記円錐台部１１の上面１１usの直径Ｄ11よりもやや大きな外径Ｄ5ip の中空円筒５ipが、前記押さえブロック５の中心部に着脱可能に装着され、該押さえブロック５に固定されている。
ｂ）さらに、前記中空円筒５ipと前記攪拌ピン７とを分離・一体化可能にするために、前記中空円筒５ipを割り型で構成するか、または、前記攪拌ピン上部７t の上端部を前記プローブ本体６の下端部に着脱可能なようにネジ接合されて構成されている。
【００２２】
上記のように構成された請求項２に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４2 の実施の形態の作用と、これを用いた請求項６に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法の実施の形態は、前記請求項１に係る本発明の内すみ擦攪拌接合用プローブ４1 の作用と、該内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４1 を用いた請求項６に係る本発明の内角摩擦攪拌接合方法の一実施の形態と作用・効果は略同様であるので、説明を省略する。
【００２３】
ただし、前記請求項１に係る本発明の内すみ角摩擦攪拌接合用プローブの実施の形態によれば、前記図２、図３に示すように、塑性流動固相金属９が、攪拌ピン７の外周面と前記押さえブロック５の前記攪拌ピン挿通用貫通孔５h の下端部の内面との僅かな隙間や、必ずしも平滑度が高くない前記一対の被接合材１a 、１b のそれぞれの内面１ai、１biとこれに接する前記押さえブロック５の二等辺面５sa、５sbとの間に生じる僅かな隙間へ浸入する可能性がある。
これに対して、請求項２に係る本発明の内角摩擦攪拌接合用プローブの上記の実施の形態によれば、図５、図６に示すように前記内すみ摩擦攪拌接合プローブの攪拌ピン７の逆円錐台部１１の円錐周面１１s が回転しつつ、前記一対の被接合材１a 、１b のそれぞれの内面１ai、１biに押し付けられるために、一般に硬質金属で製作される逆円錐台部１１の円錐周面１１s によって、前記一対の被接合材１a 、１b のそれぞれの内面１ai、１biの多少の凹凸が均されて平滑化し、円錐台部１１の円錐周面１１s との密着度が高くなること、また前記円錐台部１１の上面１１usの外径Ｄ11が前記押さえブロック５の上部の前記攪拌ピン挿通用貫通孔５h の内径より大きく形成されているために、前記円錐台部１１と前記一対の被接合材１a 、１b のそれぞれの内面１ai、１biとの間や、攪拌ピン上部７t の外周と押さえブロック５の攪拌ピン挿通用貫通孔５h の内周とのあいだの僅かな隙間に浸入する可能性が殆どなくなる。
【００２４】
次に請求項２に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの別の実施の形態と作用について、図７、図５、図８、図１６、図１７および図９を参照して、以下に説明する。
図７は本実施の形態の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの斜視図、図５は図７の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図７のＣ’−Ｃ’矢視断面図、図８は図７の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図７のＤ’−Ｄ’矢視断面図、図１６、図１７、図１９は前述のとおりである。
【００２５】
上記の図に示す請求項２に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの別の実施の形態は、前記図４〜図６で示した請求項２に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの一実施の形態４2 とは、以下の点で異なる。
すなわち、前記図４〜図６で示した請求項２に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの一実施の形態４2 においては、前記押さえブロック５の前記攪拌ピン挿通用貫通孔５h の前記頂角稜線５el側の周囲に、前記攪拌ピン７の前記逆円錐台部１１の上面１１usと外周面１１s の一部とに接して前記逆円錐台部１１が嵌装される逆円錐台状の空洞部５11a を設けて、基本的に構成されていた。
これに対して、内すみ摩擦攪拌接合用プローブの本実施の形態４2 ' においては、記押さえブロック５の前記攪拌ピン挿通用貫通孔５h の前記頂角稜線５el側の周囲に、前記攪拌ピン７の前記逆円錐台部１１の上面１１usと接するとともに、該上面１１usと同径の内周面を有して、前記逆円錐台部１１が嵌装される逆円筒容器状の空洞部５11b を設けて、基本的に構成されている。
このため、逆円筒容器状の空洞部５11b の内周面と逆円錐台部１１の側面と前記一対の被接合材１a 、１b の各々の内面１as、１bsとの間には、図８に示すように空間５11p が形成されることになる。
【００２６】
上記のように構成された請求項２に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４2 ' の実施の形態の作用と、これを用いた請求項６に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法の実施の形態は、前記請求項２に係る本発明の内すみ擦攪拌接合用プローブ４2 の作用と、該内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４2 を用いた請求項６に係る本発明の内角摩擦攪拌接合方法の一実施の形態と作用・効果は、下記の点を除いて、略同じである。
【００２７】
すなわち、図８に示した空間５11p の存在により、前記の実施の形態の場合のように、接合開始部の被接合面２の周囲に下穴を形成しなくても、前記被接合面部に押し込まれた攪拌ピン先端部７b の体積分の塑性流動固相金属が、前記空間５11p に流入し、摩擦攪拌接合が円滑に開始される。
また、回転する逆円錐台部１１の側面１１s により前記空間５11p 内の塑性流動固相金属の攪拌および摩擦熱発生作用が向上し、接合がさらに容易になる。
【００２８】
次に、請求項３に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの一実施の形態と、請求項７に係る本発明内の内すみ摩擦攪拌接合方法の一実施の形態について、図９〜図１２、図１６、図１７、図２０を参照して、以下に説明する。
図９は本実施の形態の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの斜視図、図１０（ａ）は図９のＧ−Ｇ線矢視断面図、図１０（ｂ）は図９のＨ−Ｈ線矢視断面図、図１１（ａ）は図９の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図９のＥ−Ｅ線矢視断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の要部の図、図１２は図９の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図９のＦ−Ｆ線矢視断面図、図１６、図１７は前記のとおりである。図２０（ａ）は前記図９〜１２で示した内すみ摩擦攪拌接合用プローブを用いて、例えば前記図１６に示した一対の被接合板材で、すみ継手を形成するための摩擦攪拌接合方法を示す斜視図、図２０（ｂ）は形成されたすみ継手の接合部仕上り状況を示す断面図である。
【００２９】
上記の図に示す請求項３に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの一実施の形態は、前記図１〜図３で示した請求項１に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４1 の一実施の形態とは、以下の点で異なる。
すなわち、前記攪拌ピン７の、前記押さえブロック５の前記頂角稜線５elより所定の距離だけ該押さえブロック５の前記上辺面５usに近づいた部位に、前記攪拌ピン挿通用貫通孔５h の内径より大きな直径Ｄ12を有する上面１２usを有し、該上面１２usと前記頂角稜線5el との間の所定の位置に前記上面の直径Ｄ12と同じ直径の円形下面１２bsを有する大径円盤部１２を設けるとともに、
前記押さえブロック５の前記攪拌ピン挿通用貫通孔５h の前記頂角稜線５el側の周囲に、前記攪拌ピン７の前記大径円盤部１２の上面１２usと外周面の一部とに接する円形孔５12を設け、
さらに前記押さえブロック５の前記大径円盤部１２の外周面１２csから前記押さえブロック５の長手方向の端面５esまでの間の、前記大径円盤部１２の円形下面１２bsの高さ位置に、前記押さえブロック５の上面５usに平行な下面５lsを備えるように形成して、基本的に構成されている。
上記円形下面１２bsは凹面状に形成され、塑性流動固相金属の攪拌および摩擦熱発生作用ともに、接合開始時に下部攪拌ピン７b の被接合面部への押込により溢れる塑性流動固相金属を収容する。
【００３０】
なお、上記の攪拌ピン７の大径円盤部１２の上下方向の位置は、下記のようにして決めればよい。
すなわち、図１１（ａ）、（ｂ）において、前記被接合面２の上端線２tlから前記大径円盤部１２の下面１２bsまでの高さをｈ12b 、該下面１２bsから前記大径円盤部１２の外周面が前記押さえブロック５の斜面５sa、５sbのそれぞれと交わる高さ位置までの高さをｈ12c としたとき、前記大径円盤部１２の下面１２bs、前記一対の被接合材１a 、１b の内面１ai、１biのそれぞれと前記被接合面２の上端線２tlとの間の縦断面逆三角形の空間１０u の断面積をＡv としたとき、前記大径円盤部１２の前記下面１２bsと外周面１２csと前記押さえブロック５の斜面５sa、５sbのそれぞれとがつくる前記大径円盤部１２の下部両側の縦断面三角形の空間１２a 、１２b の各々の断面積Ａa 、Ａb の和と前記断面積Ａv とが略等しくなるように前記高さｈ12b とｈ12c を決める。
また、前記大径台円盤部１２の上面１２usの位置は、前記大径円盤部１２の外周面１２csが前記押さえブロック５の斜面５sa、５sbのそれぞれと交わる高さ位置から前記上面１２usまでの高さをｈ12t としたとき、この高さが前記ｈ12c と略等しくなる程度に決めればよい。
【００３１】
次に、前記のように構成された請求項３に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４3 の作用と、該内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４3 を用いた請求項７に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法の一実施の形態について、以下に説明する。
（１）〜（３）項は、前記請求項１に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４1 の作用と、該内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４1 を用いた請求項６に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法の一実施の形態と作用で説明した（１）〜（３）項と同様であるので省略する。
（４）図１２や図２０（ａ）に示すように、前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４3 の押さえブロック５の頂角稜線５elを有する方を該内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４3 の矢印（ｔ）で示す移動方向の前方に、前記押さえブロック５の下面５lsを移動方向の後方になるように、前記一対の被接合材１a と１b とで形成する内すみ部に配置し、
前記プローブ本体６および前記攪拌ピン７を回転させながら、前記攪拌ピン７の先端部７b と前記大径円盤部１２の下部外周部を前記被接合面２の周囲の被接合材１a と１b の中に押し込み、
前記プローブ本体６を前記一対の被接合材１a と１b が形成する内すみの方向（矢印Ｆp の方向）に押圧して、前記押さえブロック５の前記頂角稜線５elを含む斜面５sa、５sbを前記内すみ部の一対の被接合材表面１ai、１biに押し付けながら、
前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４3 を被接合ライン２tl（被接合面２の上端線）に沿って矢印（ｔ）の方向に移動させる。
【００３２】
その結果、回転する前記攪拌ピン先端部７b 、大径円盤部１２の下部外周面１２csおよび凹面状の円形下面１２bsと、前記被接合面２の周囲の被接合材１a と１b との間に摩擦熱が発生して温度が上昇し、前記攪拌ピン先端部７b 、大径円盤部１２の下部外周面１２csおよび凹面状円形下面１２bsの周囲に塑性流動固相部９が形成される。
このとき、前記図１１（ｂ）を用いて説明したように、前記縦断面逆三角形の空間１０u の断面積Ａv と、前記大径円盤部１２下部の両側の縦断面三角形の空間１２a 、１２b の各々の断面積Ａa とＡb との和とが略等しくなるように前記高さｈ12b とｈ12c を決めたので、前記大径円盤部１２の下部外周部によって押し退けられた塑性流動固相部の体積相当量が、前記押さえブロック５の下面５lsと前記被接合面２の上端線２tlとの間に形成された断面逆三角形状の空間１０u に充填される。
そして、前記攪拌ピン７が前記矢印（ｔ）の方向に移動した後の塑性流動固相部９の顕熱が周囲に奪われて温度が低下し、塑性流動を起こさない温度まで低下すると、前記一対の被接合材１a と１b が接合されて図１２および図２０（ｂ）に示されるような前記断面逆三角形状の空間１０u に充填された固相を含め、上端部に幅が前記大径円盤部の直径Ｄ12に、深さが前記図１１を参照して説明した高さｈ12c に、それぞれ略等しい断面の溝１２g を有する接合部１０が形成される。
【００３３】
また、上記の請求項３に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの実施の形態においては、前記大径円盤部１２の上面１２usの外径が前記押さえブロック５の上部の前記攪拌ピン挿通用貫通孔５h の内径より大きく形成されているために、塑性流動固相９が前記攪拌ピン上部７t の外周面と押さえブロック５の攪拌ピン挿通用貫通孔５h の内周面との間の僅かな隙間に浸入する可能性が殆どなくなる。
【００３４】
次に、請求項４に係る本発明の内すみ擦攪拌接合用プローブの一実施の形態と、請求項８に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法の一実施の形態について、図１３〜図１５、図１８、図２１を参照して以下に説明する。
図１３は本実施の形態の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４4 の斜視図、図１４（ａ）は図１３の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図１３のＪ−Ｊ線矢視断面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の破線の円で囲んだ要部の拡大図、図１５は図１３の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図１３のＫ−Ｋ線矢視断面図、図１８は本実施の形態を適用して、一対の被接合材ですみ継手を形成する場合の形状と配置を示す端面図、図２１（ａ）は前記図１３〜図１５で示した内すみ摩擦攪拌接合用プローブを用いて、前記図１８に示した一対の被接合材ですみ継手を形成するための摩擦攪拌接合方法を示す斜視図、図２１（ｂ）は形成されたすみ継手の接合部仕上り状況を示す断面図である。
【００３５】
上記の図に示す請求項４に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４4 の一実施の形態は、前記図１〜図３で示した請求項１に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４1 の一実施の形態とは、以下の点で異なる。
前記攪拌ピン７の、前記押さえブロック５の前記頂角稜線５elの位置に前記攪拌ピン挿通用貫通孔５ｈの内径より大きな直径Ｄ13を有する凹面円形下面１３bsを有し、外周面１３csが前記の一対の被接合部材１a 、１b の内すみ部の内面１ai、１biと交差する高さ以上の高さ位置に上面１３usを有する大径円盤部１３を設けるとともに、
前記押さえブロック５の前記攪拌ピン挿通用貫通孔５h の前記頂角稜線５el側の周囲に、前記攪拌ピン７の前記大径円盤部１３の上面１３usと外周面１３csの一部とに接する円形孔５13を設けて、基本的に構成している。
【００３６】
次に、前記のように構成された請求項４に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４4 の作用と、該内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４4 を用いた請求項８に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法の一実施の形態について、以下に説明する。
（１）図１６に示すように、前記一対の被接合材１a 、１b の端部を、該被接合材の１a 、１b のそれぞれの内面１ai、１biに対して角度α／２をなすような斜面１as、１bsを有するように予め加工する。
（２）次のいづれかの工程を行う。
ａ）前記被接合材１a 、１b のそれぞれの斜面１as、１bsのそれぞれの内面１ai、１bi側の端部位置に、前記一対の被接合材１a 、１b のそれぞれの斜面１asと１bsとを接触させて被接合面２を形成した場合に、前記の斜面１as、１bsの内面１ai、１bi側端の位置に、該斜面１as、１bsのそれぞれに垂直で、幅が前記大径円盤部１３の外径Ｄ13よりも僅かに大きな底面１４bsを有し、該底面１４bsの端部から該底面１４bsに直交し被接合材１a 、１b のそれぞれの内面１ai、１biに達する側壁１４swを有するとともに、被接合ライン２tl（被接合面２の上端線）の方向に伸びる溝１４が形成されるように、前記一対の被接合材端部に断面直角三角形の溝を刻設しておき、
前記内面１aiと１biが角度αをなすように前記一対の被接合（板）材１      a 、１b の端部の前記斜面１asと１bsとを接触させて被接合面２を形成する。
ｂ）前記被接合材１a 、１b のそれぞれの内面１aiと１biとが角度αをなすように前記一対の被接合材１a 、１b の端部の前記斜面１asと１bsとを接触させて被接合面２を形成し、
前記の被接合面２の内すみ側端の位置に、該被接合面２に垂直で幅が前記攪拌ピン７の大径円盤部１３の外径Ｄ13より僅かに大きな底面１４bsを有し、該底面１４ｂｓの両端から該底面１４bsに直交し、前記一対の被接合材１a 、１b のそれぞれの内面１aiと１biに達する側面１４swを備えて、被接合ライン２tl（被接合面２の上端線）の方向に伸びる溝１４を刻設する。
（３）前記一対の被接合材１a 、１b の外すみ部表面１aoと１boに接する裏当て部材８によって、前記一対の被接合材１a 、１b の被接合面２の接触を保つ。
（４）前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４4 の前記プローブ本体６および前記攪拌ピン７を回転させながら、前記攪拌ピン７の前記大径円盤部１３より先の先端部７b を被接合面部の前記被接合材１a と１b 中に押し込み、
前記プローブ本体６を前記一対の被接合材１a と１b とが形成する内すみ方向（矢印Ｆp で示す方向) に押圧して、前記押さえブロック５の前記頂角稜線５elを含む斜面５saと５sbを前記内すみ部に、前記攪拌ピン７の前記大径円盤部１３の凹面円形下面１３bsを前記被接合面２の内すみ側端部位置に形成された前記溝１４の底面１４bsに、各々押し付けつつ、
前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４4 を被接合ライン２tl（被接合面２の上端線）に沿って移動させる。
【００３７】
この結果、前記請求項１に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４1 の作用と、該内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４1 を用いた請求項６に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法の一実施の形態についての説明と同様に、図１５および図１９に示されるような接合部１０が前記溝１４の底面１４bsの下に形成される。
【００３８】
なお、請求項４に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの実施の形態と、これを用いた請求項８に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法によれば、前記攪拌ピン７の大径円盤部１３が凹面円形下面１３bsを備えるように形成されているので、前記の塑性流動固相９が前記凹面円形下面１３bsの周囲の溝１４のなかに洩れ出ることがない。
また、この実施の形態では、内すみ部に溝１４を予め形成したことにより該溝の底面１４bs以下の部分を見た場合通常の摩擦攪拌接合の技術をそのまま用いることができるが、さらに前述の押さえブロック５があることにより、不安定な内すみ部分におけるプローブの保持、移動のためのガイドが容易になる。
【００３９】
次に、図面を参照して請求項５に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合プローブの一実施の形態とその作用について以下に述べる。
図２２（ａ−１）は前記請求項１に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合プローブ４1 に請求項５に係る本発明を適用した場合の図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図２２（ａ−２）は図２２（ａ−１）のＭ−Ｍ線矢視図である。
【００４０】
上記図２２（ａ−１）、（ａ−２）に示す請求項５に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの実施の形態においては、前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４1 の前記押さえブロック５の上辺面５usの前記プローブ本体６の下部外周面６los から所定の間隔をおいた位置に、所定の高さのリング上突起１５olを立設し、該リング上突起１５olと前記プローブ本体６の下部外周面６los と前記前記押さえブロック５の上辺面５usで囲まれる潤滑剤貯留部１５が設けられる。
さらに、前記プローブ本体６の底面６bsに、前記押さえブロック５の攪拌ピン挿通用貫通孔５h の外周から少し外側に離れた位置に起始し、前記プローブ本体６の下部外周面６los に達し前記潤滑剤貯留部１５と連通する１乃至複数の潤滑剤供給溝１５goを刻設し、該潤滑剤供給溝１５goを前記潤滑剤貯留部１５から前記プローブ本体６の底面６bsと前記押さえブロック５の上辺面５usとの間に潤滑剤を供給する潤滑剤供給通路が形成される。
なお、前記プローブ本体６の下部外周面６los から前記リング上突起１５olの内側面までの間隔と、前記リング上突起１５olの高さは、前記潤滑剤貯留部１５の容積が少なくとも所定の長さ以上のすみ継手を形成する時に消費される潤滑剤の量を貯留しておける容積となるようにすればよい。
【００４１】
上記のように構成した請求項５に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの実施の形態においては、潤滑剤を上記潤滑剤貯留部１５に貯留しておけば、該潤滑剤貯留部１５から前記潤滑剤供給溝１５goに浸入した潤滑剤は、プローブ本体６の回転とともに、前記プローブ本体６の底面６bsの略全面とこれに接する範囲の押さえブロック５の上辺面５usに薄く塗布されて薄膜を形成するので、前記プローブ本体６の底面６bsと前記押さえブロック５の上辺面５usとの間の摩擦係数を著しく低下させて、プローブ本体６の回転を円滑化するとともに、前記プローブ本体６の底面６bsと前記押さえブロック５の上辺面５usの磨耗を防止する。
【００４２】
次に、図面を参照して請求項５に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合プローブの別の実施の形態とその作用について以下に述べる。
図２２（ｂ−１）は前記請求項３に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合プローブ４3 に請求項５に係る本発明を適用した場合の図９のＥ−Ｅ線矢視断面図、図２２（ｂ−２）は図２２（ｂ−１）のＮ−Ｎ線矢視図である。
【００４３】
上記図２２（ｂ−１）、（ｂ−２）に示す請求項５に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの実施の形態においては、前記内すみ摩擦攪拌接合用プローブ４3 の前記プローブ本体６の下部大径部６l の上面６lus の外周端部に所定の高さの円筒状外壁１５plを立設し、該円筒状外壁１５plと前記プローブ本体６の上部外周６uos と前記プローブ本体６の下部大径部６l の上面６lus とによって囲まれる潤滑剤貯留部１５を設けられている。さらに、前記プローブ本体６の底面６bsに、前記押さえブロック５の攪拌ピン挿通用貫通孔５h の外周から少し外側に離れた位置に起始し、前記プローブ本体６の下部外周面６los から少し内側の位置に停止する１乃至複数の潤滑剤供給溝１５gcを刻設し、前記潤滑剤貯留部１５の底面から前記潤滑剤供給溝１５gcに連通する１乃至複数の潤滑剤供給孔１５h を穿設して、前記潤滑剤貯留部１５から前記プローブ本体６の底面６bsと前記押さえブロック５の上辺面５usとの間に潤滑剤を供給する潤滑剤供給通路が形成されている。
【００４４】
上記のように構成した請求項５に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの実施の形態においては、潤滑剤を上記潤滑剤貯留部１５に貯留しておけば、該潤滑剤貯留部１５から１乃至複数の潤滑剤供給孔１５h を経由して、それぞれの潤滑剤供給孔１５h に連通する潤滑剤供給溝１５gcに供給された潤滑剤は、プローブ本体６の回転とともに、前記プローブ本体６の底面６bsの略全面とこれに接する範囲の押さえブロック５の上辺面５usに薄く塗布されて薄膜を形成するので、前記プローブ本体６の底面６bsと前記押さえブロック５の上辺面５usとの間の摩擦係数を著しく低下させて、プローブ本体６の回転を円滑化するとともに、前記プローブ本体６の底面６bsと前記押さえブロック５の上辺面５usの磨耗を防止する。
【００４５】
なお、前記図２２（ａ−１）、（ｂ−１）に示すように、前記押さえブロック５に該押さえブロック５の長手方向に伸びる１乃至複数の冷媒通路５chを設けて、該冷媒通路に冷却水等の冷媒を流通させて、前記押さえブロック５、特にその下部を冷却すれば、攪拌ピン先端部の温度を下げ、該攪拌ピンの周囲に形成される塑性流動固相の幅が狭くなり、前記押さえブロック５の頂角稜線５el近傍の斜面５saおよび５sbへの被接合材料例えばアルミニウム等の付着が少なくなるとともに、前記押さえブロック５自体の温度上昇が少なくなるので、冷却を行わない場合に比べて押さえブロック５の熱容量が小さくてすみ、押さえブロック５を小型化できるという効果もある。
【００４６】
また、前記請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の本発明に係る内すみ摩擦攪拌接合用プローブの実施の形態において、攪拌ピン７の材質は、工具鋼等被接合材より硬度が高く、耐磨耗性のある材料が良く、例えば、被接合材がアルミニウム合金材の場合は通常の工具鋼で十分である。
前記押さえブロック５は、その上辺面５ｕｓ、攪拌ピン挿通用貫通孔５h の内面および頂角稜線５elを含む斜面５sa、５sbの各々が、前記プローブ本体６の下面６bs、攪拌ピン７の外周面および一対の被接合材１a 、１b のそれぞれの内面１ai、１biの各々と接触・摺動するので磨耗しやすい。従って、前記押さえブロック５は耐磨耗性の高い材料か、耐磨耗性表面処理を施したもので形成することが望ましく、例えば、超硬合金、セラミックス、あるいは、工具鋼にセラミックスやＴｉＣ等の表面被覆を施したもの等が望ましい。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は前記の実施の形態に限られるものではなく、その構成の要旨を逸脱しない範囲内で他の実施の形態を含むものであることは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の内すみ擦攪拌接合用プローブおよびそれを用いた内すみ摩擦攪拌接合方法によれば、以下のような優れた効果が得られる。
従来の溶融溶接方法に比較して、
（１）接合ビード表面が平坦・美麗で、切削もしくは研削加工により平滑に仕上げる必要がない。
（２）ポロシティを始めとした溶接部欠陥が発生しにくい。また、ヒューム、スパッタ等の発生が少なく、作業環境の悪化を招いたり、スパッタ除去作業等が必要になる事がない。ヒュームによる作業環境の悪化を防止するため、局部集塵装置等を必要とすることもなく、設備コスト・作業コストが低い。
（３）残留応力や局部加熱による変形が小さく、溶接後の焼鈍や変形矯正を必要とすることがない。
（４）アルミニウム、チタニウム、銅等の酸化しやすい金属の溶接が容易に可能で、溶接装置が複雑、高価で、溶接技術が難しいＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接等の不活性ガスシールド溶接法や、真空中電子ビーム溶接法、レーザ溶接法等にくらべてコストおよび技術の難易度において優れる。
【００４９】
また、外すみ摩擦攪拌接合方法に比べて、
（１）すみ継手の被接合材の端部の複雑な加工形状、厳しい加工精度を要求されることはない。
（２）すみ継手の内すみ角度が任意のすみ継手を容易に形成可能である。
（３）接合線を内すみ側に形成でき、さらに接合線は側面側ではなくすみ部に形成されるので外観が良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】    請求項１に係る本発明の内すみ擦攪拌接合用プローブの実施の形態の斜視図である。
【図２】    図１の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】    図１の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図４】    請求項２に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの一実施の形態の斜視図である。
【図５】    図４、図７の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図４のＣ−Ｃ線矢視断面図、兼、図７のＣ' −Ｃ' 線矢視断面図である。
【図６】    図４の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図４のＤ−Ｄ線矢視断面図である。
【図７】    請求項２に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの別の実施の形態の斜視図である。
【図８】    図７の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図７のＤ' −Ｄ' 線矢視断面図である。
【図９】    請求項３に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの実施の形態の斜視図である。
【図１０】  （ａ）は図９のＧ−Ｇ線矢視断面図と、（ｂ）は図９のＨ−Ｈ線矢視断面図である。
【図１１】  （ａ）は図９の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図９のＥ−Ｅ線矢視断面図、（ｂ）は（ａ）の要部詳細図である。
【図１２】  図９の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図９のＦ−Ｆ線矢視断面図である。
【図１３】  請求項４に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの実施の形態の斜視図である。
【図１４】  （ａ）は図１３の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図１３のＪ−Ｊ線矢視断面図、（ｂ）は（ａ）の二点鎖線の円で囲んだ要部の拡大図である。
【図１５】  図１３の内すみ摩擦攪拌接合用プローブとこれを用いた摩擦攪拌接合方法を示す図１３のＫ−Ｋ線矢視断面図である。
【図１６】  本発明の請求項１〜３、請求項６〜７の実施の形態を適用して一対の被接合材ですみ継手を形成する場合の、被接合部材の形状と配置を示す端面図である。
【図１７】  本発明の請求項１〜３、請求項６〜７の実施の形態を適用して一対の被接合材ですみ継手を形成する場合の、被接合材の他の形状と配置を示す端面図である。
【図１８】  本発明の請求項４、請求項８の実施の形態を適用して一対の被接合材ですみ継手を形成する場合の、被接合材の形状と配置を示す端面図である。
【図１９】  （ａ）は請求項１、請求項２のいずれかに係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブを用いた請求項６に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法の実施の形態を示す斜視図、（ｂ）は形成されたすみ継手の接合部の仕上り状況を示す断面図である。
【図２０】  （ａ）は請求項３に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブを用いた請求項７に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法の実施の形態を示す斜視図、（ｂ）は形成されたすみ継手の接合部の仕上り状況を示す断面図である。
【図２１】  （ａ）は請求項４に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブを用いた請求項８に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合方法の実施の形態を示す斜視図、（ｂ）は形成されたすみ継手の接合部の仕上り状況を示す断面図である。
【図２２】  請求項５に係る本発明の内すみ摩擦攪拌接合用プローブの二つの実施の形態を示し、（ａ−１）は図１のＡ−Ａ線矢視断面図、（ａ−２）は（ａ−１）のＭ−Ｍ線矢視図、（ｂ−１）は図９のＥ−Ｅ線矢視断面図、（ｂ−２）は（ｂ−１）のＮ−Ｎ線矢視図である。
【図２３】  従来の溶融溶接によるすみ継手の例を示す断面図である。
【図２４】  従来の外すみ摩擦攪拌接合方法の例を示す斜視図である。
【図２５】  従来の外すみ摩擦攪拌接合方法を適用する場合の一対の被接合材の加工形状と配置を示し、（ａ）、（ｂ）は内すみ角度βが鈍角の場合を、（ｃ）は内すみ度βが鋭角の場合を示す端面図である。
【符号の説明】
１a,１b     被接合材
２          被接合面
３          すみ継手
４1 〜４4   内すみ摩擦攪拌接合用プローブ
５          押さえブロック
５el        頂角稜線
５us        上辺面
５ls        下面
５h         攪拌ピン挿通用貫通孔
５sa、５sb  押さえブロック斜面
５11a       逆円錐台状空洞
５11b       逆円筒容器状空洞
５12、５13  円形孔
６          プローブ本体
６l         プローブ本体下部大径部
６bs        円形下面
７          攪拌ピン
７t         攪拌ピン上部
７b         攪拌ピン先端部（下部）
８          裏当て部材
９          塑性流動固相部
１０        接合部
１１        逆円錐台部
１２        大径円盤部
１２g       溝
１３        大径円盤部
１３bs      凹面円形下面
１４        溝
１５        潤滑材貯留部
１５go      潤滑材供給溝
１５gc      潤滑材供給溝
１５h       潤滑材供給孔
３０a,３０b   母材（被接合材）
３１        開先
３２        溶接ビード
３３        被接合面
３４        裏当
３５        回転プローブ
３５b       凹面円形下面
３６        攪拌ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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