CN103501953A - 摩擦搅拌接合方法及装置、工具组 - Google Patents

Abstract

本发明为摩擦搅拌接合方法及装置、工具组。为了进行经济性好，接合强度及可靠性高的摩擦搅拌接合，旋转工具（3）具有：将肩台面（3b）形成在前端部分的工具主体（3a）；以从肩台面（3b）突出的方式形成的销状的突起部（3d），垫板工具（4）具有：将按压力保持面（4b）形成在前端部分的工具主体（4a）；收纳突起部（3d）的前端部的凹部（4d），将旋转工具（3）和垫板工具（4）以与金属板的接合部（J）的表面侧和背面侧相对的方式配置，保持垫板工具（4），边旋转驱动旋转工具（3）边使其向接近垫板工具（4）的方向移动，将旋转工具的突起部（3d）前端插入垫板工具的凹部（4d）内，夹入接合部，将旋转工具的肩台面（3b）向接合部的表面侧按压，在该状态下，使旋转工具（3）和垫板工具（4）沿接合部移动，通过旋转工具（3）对接合部的板厚方向整个区域进行摩擦搅拌。

Description

摩擦搅拌接合方法及装置、工具组

技术领域

本发明涉及用于对金属材料的接合部进行摩擦搅拌并接合的摩擦搅拌接合方法及装置、工具组。

背景技术

公知有一种这样的摩擦搅拌接合技术：一边使接合工具（旋转工具）旋转，一边使设在接合工具的工具主体上的肩台部的表面与接合部件的表面相接触，利用肩台部的表面与接合部件的表面的摩擦热进行摩擦搅拌，在使接合部件在熔点以下的固相状态下对材料进行搅拌并接合。该接合技术以铝合金为主体，正在各种工业领域中实际应用。

以往的摩擦搅拌接合技术大体上分为单面摩擦搅拌接合和双面摩擦搅拌接合。

单面摩擦搅拌接合是最常见的方法，例如专利文献1（日本专利第2712838号公报）的图12所示。该单面摩擦搅拌接合是，使用在工具主体的前端部设置比其直径小的探针、并将工具主体的前端部上的探针安装部的周围作为肩台部而构成的接合工具，将该接合工具从两张金属板的接合部（例如对接部）的单面侧插入，利用通过使接合工具旋转而产生的摩擦热进行摩擦搅拌并接合（现有技术1）。

作为将单面摩擦搅拌接合方法适用于实际的工业产品的情况的一例，例如在专利文献2（日本专利第3289650号公报）中公开了以下两个课题及解决该课题的手段。

首先对第一课题进行说明。以不在接合部背面产生未搅拌部的方式进行摩擦搅拌接合时，需要控制插入到接合部的工具前端的距离和加工部件的背面即垫板表面的距离总是为0.2mm左右以下。但是，在对细长的部件进行接合时，由于会发生工具的热膨胀，所以，很难总是以0.2mm左右以下的高精度进行位置控制。

对第二课题进行说明。在工具前端贯穿接合部的状态下进行接合的情况下，工具前端与配置在接合部背面的垫板接触，工具和垫板发生干涉。由此，会发生在接合部背面产生缺陷、或加工部件和垫板被接合的情况。

解决这些课题的手段（现有技术2）表示在专利文献2（日本专利第3289650号公报）的图3、图4中。在配置在加工部件的背面的垫板上的工具正下方设有槽。工具的前端贯穿加工部件的接合部背面，并边在形成于加工部件的接合部背面和垫板之间的槽的内部移动边进行接合。

另外，双面摩擦搅拌接合的方法有两种。

双面摩擦搅拌接合的第一种方法是，在两张金属板的接合部（例如对接部）的表面侧和背面侧，使用通常被称为双轴肩（bobbin tool）的一根接合工具对接合部进行摩擦搅拌并接合，例如专利文献1（日本专利第2712838号公报）的图2a所示（现有技术3）。

双面摩擦搅拌接合的第二种方法是，将两根接合工具以探针前端之间实质上没有间隙的状态相对地配置在金属板的接合部（例如对接部）的表面侧和背面侧，从接合部的两侧进行摩擦搅拌并接合，例如专利文献1（日本专利第2712838号公报）的图14a所示（现有技术4）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利2712838号

专利文献2：日本专利3289650号

发明的概要

发明欲解决的课题

上述现有技术1～4中分别存在以下的问题。

第一是经济性和工具寿命的问题。

现有技术1（单面摩擦搅拌接合）中提供的接合工具的探针长度为与金属板的厚度相同的长度。

现有技术3（双面摩擦搅拌接合）提供的双轴肩的探针长度也与单面摩擦搅拌接合一样，是与金属板的厚度相同的长度。现有技术4（双面摩擦搅拌接合）提供的在表背面相对地配置的两根接合工具的探针长度是金属板厚度的一半。

因此，如果金属板的厚度不同，则不得不根据其厚度改变探针长度，因此，需要与金属板的厚度相应地准备多个具有不同探针长度的旋转工具，存在经济性差的问题。

另外，在现有技术3（双面摩擦搅拌接合）提供的双轴肩中，反驱动侧的肩台部的摩擦搅拌做功经由探针传递动力。因此，为了驱动比探针直径大的肩台部，必须使探针的截面系数为与单面摩擦搅拌接合装置的工具的截面系数相比时的至少2倍以上。由此，由于探针的直径变大，所以也需要增大肩台直径，摩擦搅拌范围也扩大，消耗能量增加，且装置大型化，因此存在经济性差的问题。

根据现有技术2，在焊接中塑性流动的金属被推入设于接合部背面的槽中。其结果，在接合部背面形成与所述槽相同形状的焊纹。与形成在背面的槽形状相同形状的焊纹通过研磨机或切削等而被机械地除去。由此，能够排除产生在接合部背面的未接合部（参照专利文献2的0023～0028段）。但是，因通过研磨机及切削对焊纹进行加工，不可避免地导致接合后工序的增加、材料成品率的降低，存在经济性差的问题。

另一方面，对于接合部表面，若在槽中填充有金属，则金属减少。因此，接合后的表面成为凹状。为了防止这种情况，在图3（b）中图示了在表面预先形成突起8的情况。由此，能够防止接合部表面的凹状（参照专利文献2的0026段）。但是，需要在接合前预先形成突起形状。对于接合前的突起形状的形成，若为挤出形成件，则能够通过金属模的成型形成为任意形状，但对于板材的接合，为了形成突起形状需要实施机械加工，不可避免地会导致机械加工工序的增加、材料成品率的降低，存在经济性差的问题。

另外，在现有技术2中，从旋转工具供给的热能从垫板逃逸，产生热损失。因此，需要供给摩擦搅拌接合所需的能量以上的热能，存在经济性差的问题。

摩擦搅拌接合在作为熔点较低的材料的铝等非铁合金的领域中已被实际应用。通常，在摩擦搅拌接合中，需要通过摩擦搅拌热使材料温度上升至熔点的80%左右。在超过1000℃的高熔点材料的接合中，基于每单位接合长度的摩擦搅拌的投入能量变高，而且变形阻力值也变高，因此，对于旋转工具谋求高的耐热强度和破坏韧性，从而不得不使用昂贵的多晶金刚石等材料，存在经济性差的问题。

而且，即使使用昂贵的多晶金刚石等材料，也由于热冲击、工具的磨损以及作用在探针上的弯曲应力等，使工具寿命变短，成为妨碍摩擦搅拌接合对超过1000℃的高熔点材料的普及的主要原因。若工具寿命缩短，则更换工具的频率增加，存在经济性差的问题。

第二是接合不良的问题。

在现有技术3（双面摩擦搅拌接合）提供的双轴肩中，使表背面的肩台部和探针成为一体，因此表背面的肩台面之间的距离在工具的构造上是固定的。

此外，在现有技术4（双面摩擦搅拌接合）中，以在表背面相对地配置的两根接合工具的探针前端之间实质上没有间隙的状态下进行摩擦搅拌接合，因此，表背面的肩台面之间的距离被固定在与金属板的厚度相应的接合设定位置。

在这样的固定了肩台面之间的距离的状态下的双面摩擦搅拌接合中，当金属板的厚度发生微小变动时，肩台面与金属板表面的接触面的面压力发生变动。由于该面压力的变动，摩擦热量变动，存在接合部的品质下降的问题。

再有，在现有技术3提供的双轴肩中，由于表背面的肩台部和探针为一体，所以在双轴肩的行进方向的前方以及后方，表背面的肩台面间的距离相同。而且，无法使接合工具倾斜，难以施加搅拌所需的希望的面压力。在不能施加搅拌所需的希望的面压力的情况下，接合部的流动性降低，存在引起接合缺陷的问题。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种在摩擦搅拌接合时，经济性优良、且能够提高接合工具（旋转工具）的寿命的摩擦搅拌接合方法及装置、工具组。

本发明的第二目的在于提供一种在摩擦搅拌接合时，能够进一步提高接合部的强度及接合的可靠性的摩擦搅拌接合方法及装置、工具组。

用于解决课题的手段

解决上述课题的第一技术方案，为一种摩擦搅拌接合方法，在对接的两张金属板的接合部的表面侧和背面侧配置旋转工具和垫板工具，并通过该旋转工具对所述接合部进行摩擦搅拌，对所述两张金属板进行摩擦搅拌接合，其特征在于，所述旋转工具构成为具有：将肩台部形成在前端部分的工具主体；以从该工具主体的前端部分突出的方式形成的至少一个突起部，所述垫板工具构成为具有：将按压力保持面部形成在前端部分的垫板工具主体；在所述两张金属板的接合时收纳所述突起部的前端部的至少一个凹部，将所述旋转工具和垫板工具以与所述两张金属板的接合部的表面侧和背面侧相对的方式配置，使所述旋转工具旋转，并使所述旋转工具向接近所述垫板工具的方向移动，从而将所述旋转工具的突起部的前端部插入所述垫板工具的凹部内，在所述旋转工具的所述肩台部的肩台面和所述垫板工具的按压力保持面之间夹入接合部，从所述接合部的表面侧和背面侧按压所述旋转工具的所述肩台部的肩台面和所述垫板工具的按压力保持面，使所述旋转工具和垫板工具沿所述接合部在同步的状态下移动，通过所述旋转工具对所述接合部的板厚方向整个区域进行摩擦搅拌。

解决上述课题的第二技术方案，为一种摩擦搅拌接合方法，在对接的两张金属板的接合部的表面侧和背面侧配置旋转工具和垫板工具，通过该旋转工具对所述接合部进行摩擦搅拌，对所述两张金属板进行摩擦搅拌接合，其特征在于，所述旋转工具构成为具有：将肩台部形成在前端部分的工具主体；以从该工具主体的前端部分突出的方式形成的至少一个突起部，所述垫板工具构成为具有：将按压力保持面部形成在前端部分的垫板工具主体；在所述两张金属板的接合时收纳所述突起部的前端部的至少一个凹部，将所述旋转工具和垫板工具以与所述两张金属板的接合部的表面侧和背面侧相对的方式配置，使所述旋转工具旋转，使所述旋转工具向接近所述垫板工具的方向移动，从而将所述旋转工具的突起部的前端部插入所述垫板工具的凹部内，在所述旋转工具的所述肩台部的肩台面和所述垫板工具的按压力保持面之间夹入接合部，从所述接合部的表面侧和背面侧按压所述旋转工具的所述肩台部的肩台面和所述垫板工具的按压力保持面，使所述两张金属板在与接合方向相同的方向上移动，通过所述旋转工具对所述接合部的板厚方向整个区域进行摩擦搅拌。

解决上述课题的第三技术方案，在上述摩擦搅拌接合方法中，其特征在于，关于以所述相对的方式配置的所述旋转工具的肩台面和所述垫板工具的按压力保持面之间的距离δ，以与旋转工具及垫板工具的行进方向的前方的面间距离δ1比较，该行进方向的后方的面间距离δ2变窄的方式，使所述旋转工具或垫板工具的至少某一方倾斜。

解决上述课题的第四技术方案，在上述摩擦搅拌接合方法中，其特征在于，所述旋转工具在摩擦搅拌接合开始前通过位置控制相对于金属板的厚度方向移动到预定插入深度，在保持该旋转工具的插入深度的状态下，通过位置控制从所述两张金属板的接合部端面使该旋转工具沿接合行进方向进给从而开始摩擦搅拌接合，摩擦搅拌接合开始后，以该旋转工具的负荷成为规定的值的方式，切换成控制该旋转工具的插入位置的负荷恒定控制，在到达摩擦搅拌接合结束的接合终端部前，切换成保持该时刻的该旋转工具的插入位置的位置控制，使其通过接合部终端部，所述垫板工具在摩擦搅拌接合开始前通过位置控制相对于金属板的厚度方向移动到预定插入深度，在保持位置的状态下，从摩擦搅拌接合的开始到结束进行位置控制。

解决上述课题的第五技术方案，为一种摩擦搅拌接合装置，在对接的两张金属板的接合部的表面侧和背面侧配置旋转工具和垫板工具，通过该旋转工具对所述接合部进行摩擦搅拌，并对所述两张金属板进行摩擦搅拌接合，其特征在于，具有：分别握持所述金属板的第一及第二握持装置；以所述旋转工具和垫板工具与所述对接的两张金属板的接合部的表面侧和背面侧相对的方式，安装所述旋转工具，并旋转驱动所述旋转工具的工具旋转驱动装置；将所述垫板工具保持在金属板背面位置的工具位置保持装置；使安装在所述工具旋转驱动装置上的所述旋转工具向接近通过所述工具位置保持装置被位置保持的垫板工具的方向移动，并将所述旋转工具向金属板的接合部的表面侧按压的工具按压装置；使安装在所述工具旋转驱动装置上的所述旋转工具及垫板工具沿所述接合部在同步的状态下移动的移动装置，所述旋转工具具有：将肩台部形成在前端部分的工具主体；以从该工具主体的前端部分突出的方式形成的至少一个突起部，所述垫板工具具有：将按压力保持面部形成在前端部分的工具主体；形成在该工具主体的前端部分，在所述两张金属板的接合时收纳所述突起部的前端部的至少一个凹部，所述工具按压装置，在使旋转工具向接近垫板工具的方向移动时，将所述旋转工具的突起部的前端部插入所述垫板工具的凹部内，并且从所述接合部的表面侧按压所述旋转工具的所述肩台部的肩台面，在旋转工具的肩台面和垫板工具的按压力保持面之间夹入接合部，由此，对接合部施加按压力，所述移动装置，在将所述旋转工具的突起部的前端部插入所述垫板工具的凹部内，且从所述接合部的表面侧按压所述旋转工具的所述肩台部的肩台面的状态下，且在使所述旋转工具和垫板工具沿所述接合部同步的状态下移动，通过所述旋转工具对所述接合部的板厚方向整个区域进行摩擦搅拌。

解决上述课题的第六技术方案，为一种摩擦搅拌接合装置，在对接的两张金属板的接合部的表面侧和背面侧配置旋转工具和垫板工具，通过该旋转工具对所述接合部进行摩擦搅拌，并对所述两张金属板进行摩擦搅拌接合，其特征在于，具有：分别握持所述金属板的第一及第二握持装置；以所述旋转工具和垫板工具与所述对接的两张金属板的接合部的表面侧和背面侧相对的方式，安装所述旋转工具，并旋转驱动所述旋转工具的工具旋转驱动装置；将所述垫板工具保持在金属板背面位置的工具位置保持装置；使安装在所述工具旋转驱动装置上的所述旋转工具向接近通过所述工具位置保持装置被位置保持的垫板工具的方向移动，并将所述旋转工具按压在金属板的接合部的表面侧的工具按压装置；使所述握持装置沿与接合方向相同的方向移动两张金属板的移动装置，所述旋转工具具有：将肩台部形成在前端部分的工具主体；以从该工具主体的前端部分突出的方式形成的至少一个突起部，所述垫板工具具有：将按压力保持面部形成在前端部分的工具主体；形成在该工具主体的前端部分，在所述两张金属板的接合时收纳所述突起部的前端部的至少一个凹部，所述工具按压装置，在使旋转工具向接近垫板工具的方向移动时，将所述旋转工具的突起部的前端部插入所述垫板工具的凹部内，并且从所述接合部的表面侧按压所述旋转工具的所述肩台部的肩台面，在旋转工具的肩台面和垫板工具的按压力保持面之间夹入接合部，由此，对接合部施加按压力，所述移动装置，在将所述旋转工具的突起部的前端部插入所述垫板工具的凹部内，且从所述接合部的表面侧按压所述旋转工具的所述肩台部的肩台面的状态下，使两张金属板沿与接合方向相同的方向移动，通过所述旋转工具对所述接合部的板厚方向整个区域进行摩擦搅拌。

解决上述课题的第七技术方案，在上述摩擦搅拌接合装置中，其特征在于，还具有倾斜支承装置，关于以所述相对的方式配置的所述旋转工具的肩台面和所述垫板工具的按压力保持面之间的距离δ，以与旋转工具及垫板工具的行进方向的前方的面间距离δ1比较，该行进方向的后方的面间距离δ2变窄的方式，对所述旋转工具或垫板工具的至少某一方倾斜地进行支承。

解决上述课题的第八技术方案，在上述摩擦搅拌接合装置中，其特征在于，还具有控制装置，其以如下方式控制所述工具按压装置、所述工具位置保持装置及所述移动装置：所述旋转工具在摩擦搅拌接合开始前通过位置控制相对于金属板的厚度方向移动到预定插入深度，在保持该旋转工具的插入深度的状态下，通过位置控制从所述两张金属板的接合部端面将该旋转工具沿接合行进方向进给并开始摩擦搅拌接合，摩擦搅拌接合开始后，以该旋转工具的负荷成为规定的值的方式，切换成对该旋转工具的插入位置进行控制的负荷恒定控制，在到达摩擦搅拌接合结束的接合终端部前，切换成保持该时刻的该旋转工具的插入位置的位置控制，使其通过接合部终端部，所述垫板工具在摩擦搅拌接合开始前通过位置控制相对于金属板的厚度方向移动到预定插入深度，在保持位置的状态下，从摩擦搅拌接合的开始到结束进行位置控制。

解决上述课题的第九技术方案，在上述摩擦搅拌接合装置中，其特征在于，使所述旋转工具的材质为烧结炭化钨的超硬合金或钨合金，接合的两张金属板由熔点为1000℃以上的材料构成。

解决上述课题的第十技术方案，一种摩擦搅拌接合用工具组，对两张金属板的接合部进行摩擦搅拌，从而对所述两张金属板进行摩擦搅拌接合，其特征在于，具有：以与所述两张金属板的接合部的表面侧和背面侧相对的方式配置，对所述接合部进行摩擦搅拌的旋转工具和垫板工具，所述旋转工具具有：将肩台部形成在前端部分的工具主体；和以从该工具主体的前端部分突出的方式形成的至少一个突起部，所述垫板工具具有：将按压力保持面部形成在前端部分的工具主体；形成在该工具主体的前端部分，在所述两张金属板的接合时收纳所述突起部的前端部的至少一个凹部，将所述旋转工具的突起部的前端部插入所述垫板工具的凹部内，将所述旋转工具的所述肩台部的肩台面从所述接合部的表面侧按压，并在旋转工具的肩台面和垫板工具的按压力保持面之间夹入接合部，由此，在向接合部施加按压力的状态下，使所述旋转工具和垫板工具沿所述接合部移动，并对所述接合部的板厚方向整个区域进行摩擦搅拌。

发明的效果

根据本发明，能够得到以下的效果。

首先，说明经济性和工具寿命的效果（第一效果）。

在第一、第二、第五、第六及第十一技术方案中，由于相对于接合部的表背面以相对的方式配置的旋转工具和垫板工具为分体的，所以，旋转工具的突起部在垫板工具凹部内的插入量（旋转工具突起部前端和垫板工具按压力保持面的距离）不为0的范围内，能够自由调整其插入量。由此，即使金属板的厚度不同，也能够与金属板的厚度相应地，在垫板工具的凹部内插入旋转工具的突起部，并在突起部的长度的范围内的厚度的金属板的接合部整个范围内进行摩擦搅拌接合。由此，由于无需根据金属板的厚度更换为具有不同的探针长度的旋转工具，所以无需准备多个具有不同的探针长度的旋转工具，能够抑制运行成本，提高经济性。

另外，旋转工具及垫板工具为分体。因此，与双轴肩的情况不同，垫板工具的按压力保持面部由于无需经由探针传递动力，所以，能够使探针（突起部）的直径比双轴肩的情况小。由此，能够防止因探针的直径变大导致的肩台直径的大径化，所以装置不会大型化，对于这方面也能够提高经济性。

垫板工具沿接合部在与旋转工具同步的状态下移动，因此，不会形成槽形状等的焊纹，无需实施接合后的研磨机作业及基于切削加工的焊纹的除去作业。而且，由于难以发生接合部表面的金属的减少，所以，无需在接合前事先在接合部表面形成突起。因此，能够抑制工序的增加、材料成品率的降低，提高了经济性。

在垫板工具的凹部中通过摩擦搅拌材料软化流动而填埋间隙，垫板工具的按压力保持面发挥与现有技术2（单面摩擦搅拌接合）的垫板同样的功能。垫板工具的按压力保持面为能够保持从旋转工具施加的按压力的面积即可，与现有技术2的垫板相比，较窄即可。由于表面积较窄，热扩散范围窄，能够抑制热能损失，提高了经济性。

通过抑制热能损失，能够减少向旋转工具的热供给量，因此，如第九技术方案那样，能够使旋转工具的材质为烧结炭化钨的超硬合金、钨合金等，无需使用昂贵的多晶金刚石等的材料作为旋转工具的材质，能够提高经济性。

由于能够降低向旋转工具的热供给量，所以能够谋求工具的长寿命化。

在第九技术方案中，使旋转工具的材质为烧结炭化钨的超硬合金、钨合金等的结果为，对于熔点为1000℃以上的金属板的摩擦搅拌，工具寿命长，能够提供经济的旋转工具。

接下来，说明接合部的强度提高及接合的可靠性提高的效果（第二效果）。

旋转工具对金属板的接合部的板厚方向整个区域进行摩擦搅拌，所以能够提高接合部的强度。

旋转工具及垫板工具为分体，由于能够调整两者间的距离（向金属板厚度方向的工具前端间的距离），所以，能够如第四及第八技术方案那样，对于旋转工具向接合部的推压采取负荷控制。

在第四及第八技术方案中，通过采用负荷控制，能够避免因金属板的厚度的微小变动导致的旋转工具的肩台面及垫板工具的按压力保持面与金属板接合部表面的接触面的面压力发生变动，降低热负荷变动，并抑制接合部J的品质降低（接合不良），能够得到具有高可靠性的接合。

由于旋转工具及垫板工具为分体，所以能够使各自的工具轴芯倾斜。即，能够如第三及第七技术方案那样，与行进方向的前方的面间距离δ1相比，使该行进方向的后方的面间距离δ2变窄。

在第三及第七技术方案中，以与行进方向的前方的面间距离δ1相比，该行进方向的后方的面间距离δ2变窄的方式，使旋转工具或垫板工具的至少一方倾斜，由此，能够提高向金属板的按压力，使基于摩擦搅拌接合的接合部的流动性提高，抑制接合部J的品质降低（接合不良），能够得到具有高可靠性的接合。

另外，在垫板工具的凹部中，通过摩擦搅拌材料软化流动而填埋间隙。由此，插入到垫板工具的凹部中的旋转工具的突起部经由被软化填充到间隙中的材料而在凹部内承受内压，其结果为，通过作用制振力，旋转工具的半径方向的制振性能提高。其结果，颤振得到抑制，能够进行均匀的摩擦搅拌，对于这点也能够抑制接合不良，得到具有高可靠性的接合。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的摩擦搅拌接合用的旋转工具和垫板工具的前端部分的放大剖视图，是表示接合时的旋转工具和垫板工具的使用状态的图。

图2是表示相对于接合部的表背面，将旋转工具及垫板工具的配置位置颠倒的情况下的接合时的工具的使用状态的图。

图3是表示基于旋转工具进行的摩擦搅拌接合距离（接合开始后的时间)和旋转工具的主轴旋转电动机负荷的变化的时间图。

图4是表示旋转工具和垫板工具的各部分尺寸关系的图。

图5是对本发明的一个实施方式的摩擦搅拌接合装置（装置1）的一部分进行切缺地表示的整体立体图。

图6是图5所示的摩擦搅拌接合装置的主要部分的概要主视图。

图7是图5所示的摩擦搅拌接合装置的主要部分的概要侧视图。

图8是与控制系统一起表示图5所示的摩擦搅拌接合装置的上侧半部分的图。

图9是其他的摩擦搅拌接合装置（装置2），是对表示进行旋转工具和垫板工具的轴芯的电同步的方式的图的一部分进行切缺地表示的整体立体图。

图10是图9所示的摩擦搅拌接合装置的主要部分的概要主视图。

图11是其他的摩擦搅拌接合装置（装置3），是对表示接合时使金属板1、2的对接部在接合方向上移动的方式的图的一部分进行切缺地表示的整体立体图。

图12是图11所示的摩擦搅拌接合装置的主要部分的概要主视图。

图13是图11所示的摩擦搅拌接合装置的主要部分的概要侧视图。

图14是表示将本发明的接合方法适用于两张金属板的重叠焊接的情况下的接合时的状态、并相配合地表示握持方式的图。

图15是表示将本发明的接合方法适用于两张金属板的重叠焊接的情况下的其他的接合时的状态和握持方式的图。

图16是说明工具倾斜的剖视图。

图17是说明工具倾斜的概要立体图。

图18是表示旋转工具、垫板工具和入出侧握持装置的位置关系（入出侧握持装置间距离）的图。

图19是将旋转工具及垫板工具的倾斜角度设定为0度（不使工具倾斜），将旋转工具及垫板工具从接合部端面插入时的说明图。

图20是表示使旋转工具及垫板工具适度倾斜，从而将旋转工具及垫板工具从接合部端面插入时的样子的图。

图21是表示使旋转工具及垫板工具倾斜并以无压入方式进行摩擦搅拌接合的运转控制（控制1）的图。

图22表示图23中，控制装置进行的处理顺序的控制流程（控制1）。

图23是表示使旋转工具及垫板工具倾斜并以无压入方式进行摩擦搅拌接合的其他的运转控制（控制2）的图。

图24表示在图23中，控制装置进行的处理顺序的控制流程（控制2）。

图25是将金属板成形为圆筒状，对其两端部进行对接后，对该对接部进行摩擦搅拌接合，并制造一体的圆筒部件的概要立体图。

图26是将两根管材接长时的摩擦搅拌接合方法的概要立体图。

图27A是将两张金属板以L型配置，并进行摩擦搅拌接合时的摩擦搅拌接合中的概要立体图。

图27B是将两张金属板以L型配置，并进行摩擦搅拌接合时的接合开始时的概要立体图。

图28是将两张金属板以T型配置，并进行摩擦搅拌接合时的概要立体图。

图29是将三张金属板以T型配置，并进行摩擦搅拌接合时的概要立体图。

图30是表示旋转工具的旋转方向和前进侧、返回侧的关系的图。

图31是说明在两张金属板的表面侧产生层差的示例的图（板厚差异示例1）。

图32是表示使图31中的旋转工具尾端向板厚较薄的金属板侧倾斜的状态的图。

图33是接合后的接合部截面形状的概念图（板厚差异示例1）。

图34是说明在两张金属板的背面侧产生层差的示例的图（板厚差异示例2）。

图35是接合后的接合部截面形状的概念图（板厚差异示例2）。

图36是说明在两张金属板的表面侧、背面侧都产生层差的示例的图（板厚差异示例3）。

图37是表示使图36中的旋转工具向板厚较薄的金属板侧倾斜的状态的图。

具体实施方式

接下来，参照附图说明本发明的实施方式。

＜工具组构成和方法概要＞

图1是本发明的一个实施方式的摩擦搅拌接合用工具组的前端部分的放大剖视图，是表示接合时的使用状态的图。接合的形态为对接焊接。

图1中，本实施方式的摩擦搅拌接合用工具组具有旋转工具3和垫板工具4，旋转工具3和垫板工具4以相对的方式配置在对接的两张金属板1、2的接合部J的表面侧和背面侧，对接合部J进行摩擦搅拌。工具组是旋转工具3和垫板工具4的总称。旋转工具3具有：工具主体3a，在其前端部分上形成有肩台部3c，该肩台部3c具有按压接合部J的肩台面3b；在该工具主体3a的前端部分以从肩台面3b突出的方式形成的销状的突起部（探针）3d。垫板工具4具有：工具主体4a，在其前端部分上形成有按压力保持面部4c，该按压力保持面部4c具有承受摩擦搅拌接合所需的按压力的按压力保持面4b；形成在该工具主体4a的按压力保持面4b上、在两张金属板1、2的接合时收纳突起部3d的前端部的凹部4d。

旋转工具3的突起部（探针）3d具有圆筒形的外周形状。垫板工具4的凹部4d也优选具有圆筒形的内周形状。按压力保持面4b以及凹部4d的形状能够根据接合的金属板的形状进行加工。（后述）

接合方法利用这样的工具组进行，其概要如下。首先，将旋转工具3及垫板工具4以相对的方式配置在两张金属板1、2的接合部J的表面侧和背面侧。接下来，以垫板工具4的按压力保持面4b位于接合部J的背面侧的方式对垫板工具4进行保持，并使旋转工具3旋转，向接近垫板工具4的方向移动，将旋转工具3的突起部3d的前端部插入垫板工具4的凹部4d内，并将接合部J夹入肩台面3b和按压力保持面4b之间，并从接合部J的表面侧对旋转工具3的肩台面3b进行按压。此外，通过旋转工具3而在接合部J的表面侧施加的按压力通过配置在接合部J的背面侧的垫板工具4的按压力保持面4b来保持。接下来，在该状态（将旋转工具3的突起部3d的前端部插入垫板工具4的凹部4d内，并将旋转工具3的肩台面3b和垫板工具4的按压力保持面4b从接合部J的表面侧和背面侧进行按压的状态）下，使旋转工具3边旋转边沿接合部J移动。在该移动期间进行摩擦搅拌时，突起部3d处于突入到接合部J的板厚方向整个区域的状态。由此，接合部J的板厚方向整个区域被摩擦搅拌，两张金属板1、2在接合部J的板厚方向整个区域被接合。

＜效果概要＞

在本实施方式的接合方法中，由于相对于接合部J的表背面以相对的方式配置的旋转工具3和垫板工具4为分体的，所以，在旋转工具3的突起部3d向垫板工具4的凹部4d内的插入量（突起部3d前端和按压力保持面4b的距离）不为0的范围内，能够自由地调整该插入量。由此，即使金属板1、2的厚度不同，也能够根据金属板1、2的厚度，向垫板工具4的凹部4d内插入旋转工具3的突起部3d，并对突起部3d的长度的范围内的厚度的金属板的接合部J整个范围进行摩擦搅拌接合。由此，无需根据金属板的厚度更换为具有不同的探针长度的旋转工具，所以，无需准备多个具有不同的探针长度的旋转工具，能够抑制运行成本，提高经济性。

另外，旋转工具3和垫板工具4为分体。因此，与双轴肩的情况不同，由于不需要经由探针将动力向垫板工具4传递，因此，能够使探针（突起部）3d的直径比双轴肩小。由此，能够防止因探针的直径增大导致的肩台直径的大径化，不会导致装置大型化，在这点上也能够提高经济性。

另外，根据本实施方式的接合方法，由于通过旋转工具3来摩擦搅拌对接的金属板1、2的接合部J的板厚方向整个区域，所以，能够提高接合部J的强度。

而且，旋转工具3和垫板工具4为分体，能够对两者间的距离进行调整，所以，对于旋转工具向接合部的按压能够采用负荷控制（后述）。由于能够这样采用负荷控制，所以，根据金属板的厚度（接合部的厚度）的微小变动，调整旋转工具3的突起部3d向垫板工具4的凹部4d的插入量，由此，不用固定旋转工具3的肩台面3b和垫板工具4的按压力保持面4b之间的距离，就能够进行摩擦搅拌接合。由此，能够避免因金属板的厚度的微小变动导致的旋转工具3的肩台面3b及垫板工具4的按压力保持面4b与金属板接合部表背面的接触面中的面压力发生变动，抑制摩擦热量的变动，防止接合部J的品质降低（接合不良），并能够进行具有高可靠性的接合。

另外，根据本实施方式的接合方法，由于旋转工具3和垫板工具4为分体，所以，能够使各自的工具轴芯15倾斜。即，至少通过使某一方的工具轴心15倾斜，对于以相对的方式配置的旋转工具3的肩台面3b和垫板工具4的按压力保持面4b之间的距离δ来说，与工具行进方向的前方的面间距离δ1相比较，能够使行进方向的后方的面间距离δ2变窄（后述）。由此，能够提高向接合部J的按压力，因此，能够使基于摩擦搅拌接合的接合部的流动性提高，抑制接合不良，能够进行具有高可靠性的接合。

图2是表示相对于接合部J的表背面，将旋转工具3及垫板工具4的配置位置颠倒的情况下的接合时的旋转工具3和垫板工具4的使用状态的图。图1中，在接合部J的表面侧配置在工具主体3a的前端部分具有突起部（探针）3d的旋转工具3，在接合部J的背面侧配置在垫板工具主体4a的前端部分具有凹部4d的垫板工具4，但如图2所示，相对于接合部J的表背面，使旋转工具3和垫板工具4的配置位置颠倒，即使这样上述的效果也不会变化。另外，下述所述的效果也不会变化。

＜材质＞

说明旋转工具3及垫板工具4的材质。

对于单面的摩擦搅拌接合，在熔点较低的材料即铝等的非铁合金的领域中也被实用化。一般在摩擦搅拌接合中，需要通过摩擦搅拌热使材料温度上升到熔点的80％左右。其结果，对于超过1000℃的高熔点材料的接合，每单位长度的摩擦搅拌的投入能量升高，而且变形阻力值也升高，因此，谋求旋转工具3具有高的耐热强度和破坏韧性，必须使用昂贵的多晶金刚石等的材料。

而且，即使使用这些工具材料，也会由于热冲击、工具的磨损以及作用在探针或突起上的弯曲力矩等，使工具寿命变短，成为妨碍摩擦搅拌接合对超过1000℃的高熔点材料的普及的主要原因。

本实施方式中，对于垫板工具4的凹部4d，材料通过摩擦搅拌而软化流动并填埋间隙，垫板工具4的按压力保持面4b发挥与现有技术的垫板同样的功能。垫板工具4的按压力保持面4b只要为能够保持从旋转工具3施加的按压力的面积即可，与现有技术的垫板相比较，可以较窄。由于表面积较窄，热扩散范围也窄，能够抑制热能损失，提高经济性。

通过抑制热能损失，能够降低向旋转工具3的热供给量，因此，能够使旋转工具的材质为烧结炭化钨的超硬合金、钨合金等，无需使用昂贵的多晶金刚石等的材料作为旋转工具3的材质，能够提高经济性。

使旋转工具3的材质为烧结炭化钨的超硬合金、钨合金等的结果为，对于熔点为1000℃以上的金属板的摩擦搅拌，能够提供工具寿命长、经济性好的旋转工具。

另外，通过使垫板工具4的材质为保热性高的材料（即热传导率低的材料），能够进一步减少热损失，能够抑制热能供给量，提高经济性。例如，可以使垫板工具4的材质为陶瓷或钛。

＜颤振抑制＞

图3是表示旋转工具3及垫板工具4进行的摩擦搅拌接合时的接合距离（接合开始后的时间)和旋转工具的主轴的旋转电动机负荷的变化的时间图。

在使不具有探针或突起部的旋转工具沿接合方向行进时，在旋转工具的肩台面和金属板的接触面作用偏芯荷重后，存在发生颤振、摩擦搅拌变得不均匀，引起接合不良的问题。

根据本发明的发明者等进行的实验可以确认，由于旋转工具3的突起部（探针）3d向垫板工具4的凹部4d的插入量超过0mm，因此，如图3的时间图所示，在接合开始后的数秒发生颤振，之后能够抑制颤振。这是由于，材料软化并填充到凹部4d，由此，被插入的旋转工具3的突起部3d经由被软化充填的材料而在垫板工具4的凹部4d内承受内压，其结果为作用制振力而抑制颤振。其结果，颤振得到抑制，能够进行均匀的摩擦搅拌，在这方面也能够抑制接合不良，并进行具有高可靠性的接合。

另外，只要在接合开始前向凹部4d填充与间隙相当的量的材料，就能够避免本振动。

＜各部分尺寸关系的研究＞

图4表示各部分的尺寸关系。利用图4和表1说明旋转工具3的各部分的尺寸关系及垫板工具4的尺寸关系。

[表1]

表1金属板的板厚与肩台部直径以及突起部形状（直径及长度）

在上述中，说明了作为工具组的效果，即无需根据金属板的厚度更换为具有不同的探针长度的旋转工具，所以，无需准备多个具有不同的探针长度的旋转工具，能够抑制运行成本，提高经济性。

例如通过表1的第三项说明了该效果。在金属板的1、2的板厚超过3mm且为6mm以下的所有板厚和考虑其板厚的微小变动的量（1mm左右）的超过2mm且为7mm以下的所有接合部厚度中，能够通过一组工具组完成。在接合的金属板1、2的板厚为范围外的情况下，虽需要不同的工具组，但与以往的摩擦搅拌接合方法相比，能够通过一组工具组接合的板厚范围扩大了数倍，经济性也显著提高。

另一方面，在金属板1、2的板厚为范围外的情况下，需要准备不同的旋转工具（例如，表1第三项→第四项）。

在工具主体3a的前端部分具有突起部3d（探针）的旋转工具3的肩台部3c（肩台面3b）的直径D1及突起部3d的直径d1、突起部3d的长度L1根据所摩擦搅拌接合的金属板1、2的厚度、变形阻力及接合条件而变化。

（旋转工具的肩台直径D1）

首先，说明旋转工具3的肩台部3c（肩台面3b）的直径D1。肩台直径D1的主要决定因素为每单位时间向接合部投入的热量。在摩擦搅拌接合中，会因摩擦发热量不足或摩擦发热量过多引起接合不良。因此，需要选定产生所希望的摩擦发热量的肩台直径D1。

根据本发明的发明者等进行的直到最大板厚10mm的实验，通过设置表1所示的设定条件，能够得到良好的接合部。即，在金属板的板厚超过0mm且为1mm以下时肩台直径D1超过3mm且为8mm以下，在板厚超过1mm且为3mm以下时肩台直径D1超过5mm且为15mm以下，在板厚超过3mm且为6mm以下时肩台直径D1超过8mm且为20mm以下，在板厚超过6mm且为10mm以下时肩台直径D1超过12mm且为25mm以下，则能够在没有摩擦发热量不足或摩擦发热量过多的状态下进行摩擦搅拌接合。由此，能够得到不会引起接合不良的良好的接合部。

（旋转工具的突起部直径d1）

下面，说明在工具主体3a的前端部分具有突起部3d（探针）的旋转工具3的肩台部3c（肩台面3b）的突起部3d的直径d1。

突起部直径d1的下限值的主要决定因素为摩擦搅拌接合时作用于突起部3d的弯曲力矩。若突起部3d的直径d1小则截面系数无法确保，可能发生突起部3d的折损。因此，需要成为不会发生突起部3d的折损的截面系数。

另外，突起部直径d1的上限值的主要决定因素为摩擦搅拌接合时的摩擦发热量。摩擦发热量由肩台面3b和金属板表面的接触面积决定。根据肩台直径D1和突起部直径d1的设定条件，与金属板表面接触的旋转工具3的肩台面3b的面积发生变化。首先，前提是相对于肩台直径D1，突起部直径d1小。而且，在突起部直径d1相对于肩台直径D1的比率大的情况下，金属板表面的接触面积减小，存在摩擦发热量不足的情况。因此，需要成为不会引起因摩擦发热量不足导致的接合不良的突起部直径d1。

根据本发明的发明者等的直到最大板厚10mm的实验能够得到表1所示的设定条件。即，若在金属板的板厚超过0mm且为1mm以下时突起部3d的直径d1超过1mm且为4mm以下、在板厚超过1mm且为3mm以下时突起部3d的直径d1超过1mm且为8mm以下、在板厚超过3mm且为6mm以下时突起部3d的直径d1超过2mm且为12mm以下、在板厚超过6mm且为10mm以下时突起部3d的直径d1超过4mm且为15mm以下，则能够确认不会因在摩擦搅拌接合时作用于突起部3d的弯曲力矩而导致突起部3d的折损。

而且，对于突起部直径d1的上限值能够确认，在通过金属板的板厚、变形阻力等的条件所设定的肩台直径D1中，通过在上述范围内进行适当选定，能够在没有摩擦发热量的不足的状态下进行摩擦搅拌接合。由此，能够得到不会引起接合不良的良好的接合部。

（旋转工具的突起部长度L1）

下面，说明在工具主体3a的前端部分具有突起部3d（探针）的旋转工具3的肩台部3c（肩台面3b）的突起部3d的长度L1。

突起部长度L1的决定因素为金属板的板厚。在突起部3d的长度L1比金属板的板厚短的情况下，通常会产生被称作未焊合缺陷的未接合部。因此，突起部3d的长度L1需要成为没有未接合部且能够在全坡口状态下进行接合的长度。

根据本发明的发明者们所进行的至最大板厚为10mm的实验，能够得到表1所示的设定条件。即，如果当金属板的板厚超过0mm且为1mm以下时突起部3d的长度L1超过板厚且为2mm以下、当板厚超过1mm且为3mm以下时突起部3d的长度L1超过板厚且为4mm以下、当板厚超过3mm且为6mm以下时突起部3d的长度L1超过板厚且为7mm以下、当板厚超过6mm且为10mm以下时突起部3d的长度L1超过板厚且为11mm以下，则确认了没有未接合部，能够以全坡口状态接合。

（垫板工具4的尺寸关系的说明）

例如，本实施方式中，使垫板工具主体4a的形状为圆柱，在圆柱的前端部具有按压力保持面4b和在接合中供旋转工具3的突起部3d插入的凹部4d。凹部4d为圆柱状的孔。按压力保持面4b成为与金属板的接触面。在垫板工具4a的前端部分具有凹部4d的垫板工具4的按压力保持部4c（按压力保持面4b）的直径D2及凹部4d的直径d2、凹部4d的深度L2根据旋转工具3的肩台直径D1、突起部直径d1、突起部长度L1而决定。根据本发明的发明者等进行的实验，垫板工具4的按压力保持面4d的直径D2优选为与旋转工具3的肩台直径D1相同的值。另外，凹部直径d2比突起部直径d1大径，优选为d1＋2mm以下。另外，凹部深度L2比突起部长度L1长，若为L1＋1mm以下，则能够得到良好的接合部。

（凹部的直径d2＝d1＋2mm、长度L2＝L1＋1mm的说明）

另外，本发明的接合方法中，关于以相对的方式配置的旋转工具3的肩台面3b和垫板工具4的按压力保持面4b之间的距离δ，优选在以与工具行进方向的前方的面间距离δ1相比，行进方向的后方的面间距离δ2较窄的方式，使旋转工具3或垫板工具4的至少某一方倾斜的状态下进行摩擦搅拌接合（参照图16）。

该情况下，凹部直径d2及凹部长度L2由基于进行摩擦搅拌接合的金属板的板厚、旋转工具3的突起部3d的直径d1及长度L1、突起部3d向凹部4d的插入量、旋转工具3及垫板工具4的倾斜角度的几何学的关系决定。

凹部直径d2及凹部长度L2由突起部3d不会干涉地插入凹部4d内且能够倾斜的凹部直径d2及凹部长度的最小值决定。

若增大凹部直径d2及长度L2，则虽然突起部3d能够没有干涉地插入凹部4d内，且能够倾斜，但由于过大而向凹部4d流动的材料增多，成为发生接合不良的主要原因。

根据本发明的发明者等进行的直到最大板厚10mm的实验能够确认，若凹部4d的直径d2为d1＋2mm以下、凹部4d的长度L2为L1＋1mm以下，则突起部3d在凹部4d内不会发生干涉，能够得到不会引起接合不良的良好的接合部。

虽未图示，但还可以根据进行摩擦搅拌接合的金属板的材质等，在旋转工具3的肩台面3b上实施螺旋槽的加工，在突起部3d上实施螺纹加工，在凹部4d上实施内螺纹加工等，并由此能够提高摩擦搅拌接合时的搅拌效率。

另外，图4中，对于探针或突起直径d1及凹部直径d2，示出了在各长度L1、L2内为同径的情况，但即使加工成锥状，摩擦搅拌接合的效果也不会变化。

＜装置构成＞

说明实施本发明的接合方法的摩擦搅拌接合装置的实施方式。摩擦搅拌接合装置例如考虑下述装置1～3那样的装置。

（装置1：工具移动·机械同步）

图5是将本发明的一个实施方式的摩擦搅拌接合装置（装置1）的一部分切缺地表示的整体立体图，图6是该摩擦搅拌接合装置的主要部分的概要主视图，图7是该摩擦搅拌接合装置的主要部分的概要侧视图，图8是与控制系统一起表示该摩擦搅拌装置部分的上侧半部分的图。

图5～8中，本实施方式的金属板的摩擦搅拌接合装置具有：分别对两张金属板1、2的表背面进行握持的入侧握持装置5及出侧握持装置6；将旋转工具3配置在两张金属板1、2的接合部J的表面侧，并对旋转工具3进行旋转驱动的工具旋转驱动装置7；将垫板工具4配置在两张金属板1、2的接合部J的背面侧的与旋转工具3相对的位置，并保持该配置位置的工具位置保持装置46；使旋转工具3向接近垫板工具4的方向移动，并将旋转工具3向金属板1、2的接合部J的表面侧按压的工具按压装置45；设有工具按压装置45和工具位置保持装置46的输送框架19；使旋转工具3和垫板工具4沿接合部J并在接合方向上移动的移动装置75。

入侧握持装置5及出侧握持装置6分别具有上下的握持板5a、5b及6a、6b，上下握持板5a、5b及6a、6b通过具有图6的开闭缸5c、6c的开闭机构而能够开闭。

另外，为了使两张金属板1、2的对接位置或接合线与旋转工具3和垫板工具4的摩擦搅拌接合位置相对应，在通过入出侧握持装置5、6握持两张金属板1、2的状态下，以沿接合线的直角方向可动的方式，分别在入出侧框架13、14上设置缸16、17。作为该缸的代替，还可以采用基于电动机的方式。

输送框架19形成为Ｃ型形状，具有上水平框架19a和下水平框架19b。旋转工具3经由工具旋转驱动装置7及工具按压装置45被支承在上水平框架19a上，垫板工具4经由工具位置保持装置46被支承在下水平框架19b上。

在输送框架19的底部设有车轮71。车轮71能够在设于台板18的轨道11a、11b上移动。

移动装置75具有：车轮71、丝杠72、移动用电动机73、控制装置74（控制装置83的一个功能）。丝杠72的一端与输送框架19连结，移动用电动机73对丝杠72进行旋转驱动。在通过控制装置74的指令对移动用电动机73进行驱动后，丝杠72旋转，输送框架19移动。由此，旋转工具3和垫板工具4在机械性地同步的状态下，沿与金属板1、2的行进方向正交的方向（接合方向）移动。

如前所述，在旋转工具3的工具主体3a的前端部分上以从肩台面3b突出的方式形成有突起部（探针）3d，在垫板工具4的垫板工具主体4a的按压力保持面4b上形成有收纳突起部3d的前端部的凹部4d。

垫板工具4配置在两张金属板1、2的接合部J的背面侧，垫板工具4通过工具位置保持装置46被保持在该配置位置上。

工具位置保持装置46以垫板工具4配置在两张金属板1、2的接合部J的背面侧的方式设定其形状（位置固定）。

在工具旋转驱动装置7中内置有对旋转工具3进行旋转驱动的旋转用电动机53。

工具按压装置45使旋转工具3向接近垫板工具4的方向移动，且将肩台面3b从接合部J的表面侧按压，在肩台面3b和按压力保持面4b之间夹入接合部J，由此对接合部J施加按压力。

旋转工具3通过工具旋转驱动装置7而被旋转驱动，在通过工具按压装置45将旋转工具3的突起部3d的前端部插入垫板工具4的凹部4d内的状态下，将肩台面3b向接合部J的表面侧按压。

工具旋转驱动装置7及工具按压装置45至少被局部地收纳在上箱51内。工具位置保持装置46至少被局部地收纳在下箱52内。

这样，垫板工具4通过工具位置保持装置46以配置并保持在两张金属板1、2的接合部J的背面侧的方式设定，但在实际设定的配置位置上可能出现细微差异。该情况下，通过工具按压装置45的按压力，两张金属板1、2挠曲，吸收细微差异。

但是，在接合的材料的刚性高、且发生因对接的金属板的接合部J处的起伏等导致的形状变化的情况下，仅通过工具按压装置45的按压力可能无法按压接合部J的表面侧和背面侧。

该情况下，工具位置保持装置46还可以具有位置调整功能。工具位置保持装置46使垫板工具4的位置在上下变动，并使垫板工具4的按压力保持面4b与接合部的背面侧抵接。工具位置保持装置46具有位置保持用电动机61b，通过位置保持用电动机61b的驱动，调整工具4的按压力保持面4b的位置。

此外，工具位置保持装置46将由工具按压装置45产生的按压力经由配置在接合部J的背面侧的垫板工具4的按压力保持面4b进行保持。另外，通过位置调整功能以使按压力保持面4b的位置与接合部J的背面侧抵接的方式进行调整，由此，不仅通过按压力保持面4b对来自旋转工具3的按压力进行保持，还可以从垫板工具4进行按压。

如图8所示，旋转工具按压装置45具有：按压用电动机61a、通过该按压用电动机61a而被旋转驱动的丝杠62a、通过该丝杠62a的旋转沿丝杠62a的轴向进行直线移动的支承框架63a，旋转驱动装置7以与支承框架63a一体地沿丝杠62a的轴向进行直线移动的方式安装在支承框架63a上。

而且，摩擦搅拌接合装置还具有使旋转工具3的轴芯15a倾斜地进行支承的上倾斜支承装置76a及使垫板工具4的轴芯15b倾斜地进行支承的下倾斜支持装置76b。倾斜支承装置76a、76b为角度调整式。上倾斜支承装置76a设在上水平框架19a上，具有对上水平框架19a支承的轴64a进行旋转驱动的角度调整用电动机77a。下倾斜支承装置76b设在下水平框架19b上，具有对下水平框架19b支承的轴64b进行旋转驱动的角度调整用电动机77b。倾斜支承装置76a、76b还可以为使旋转工具3及垫板工具4的轴芯15倾斜且固定地进行支承的固定方式。

（装置2：工具移动·电同步）

图9是对其他的摩擦搅拌接合装置（装置2）的一部分进行切缺地表示的整体立体图，图10是该摩擦搅拌接合装置的主要部分的概要主视图。

图9、10中，摩擦搅拌接合装置具有：分别握持两张金属板1、2的表背面的入侧握持装置5及出侧握持装置6；以将旋转工具3配置在两张金属板1、2的接合部J的表面侧的方式进行安装、且对旋转工具3进行旋转驱动的工具旋转驱动装置7；将垫板工具4配置在两张金属板1、2的接合部J的背面侧的与旋转工具3相对的位置、且保持该配置位置的工具位置保持装置46；使旋转工具3向接近垫板工具4的方向移动，并将旋转工具3向金属板1、2的接合部J的表面侧按压的工具按压装置45；使旋转工具3和垫板工具4沿接合部J在接合方向上移动的移动装置47、48。

如前所述，在旋转工具3的工具主体3a的前端部分上形成有从肩台面3b突出的突起部（探针）3d，在垫板工具4的垫板工具主体4a的按压力保持面4b上形成有收纳突起部3d的前端部的凹部4d。

工具位置保持装置46将垫板工具4配置并保持在两张金属板1、2的接合部J的背面侧。

工具按压装置45使安装在工具旋转驱动装置7上的旋转工具3向接近垫板工具4的方向移动，并将旋转工具3的突起部3d的前端部插入垫板工具4的凹部4d内，在肩台面3b和按压力保持面4b之间夹入接合部J，并且以将旋转工具3的肩台面3b向接合部J的表面侧按压的方式进行控制。

上下的移动装置47、48在以下状态下，即在通过工具旋转驱动装置7对旋转工具3进行旋转驱动、通过工具按压装置45使旋转工具3的突起部3d的前端部插入垫板工具4的凹部4d内、在肩台面3b和按压力保持面4b之间夹入接合部J、将旋转工具3的肩台面3b向接合部J的表面侧按压、通过工具位置保持装置46将垫板工具4配置并保持在两张金属板1、2的接合部J的背面侧的状态下，以使旋转工具3和垫板工具4沿接合部J移动，并通过旋转工具3在接合部J的板厚方向整个区域进行摩擦搅拌接合的方式被控制。

入侧握持装置5及出侧握持装置6分别具有上下的握持板5a、5b及6a、6b，上下握持板5a、5b及6a、6b能够通过具有未图示的驱动装置的开闭机构进行开闭。

在工具旋转驱动装置7中内置有对旋转工具3进行旋转驱动的旋转用电动机53。工具旋转驱动装置7及工具按压装置45至少局部收纳在上箱51内。工具位置保持装置46至少局部收纳在下箱52内。

上移动装置47具有：固定于上壳体9的左右的上轨道11、11；经由轴64a、64a支承箱51的左右的移动框架65a、65a；设于左右的移动框架65a、65a、并在上轨道11、11上移动的左右、前后的车轮66a、66a；安装在左右的移动框架65a、65a上，对前后的车轮的至少一方进行驱动的移动用电动机67a、67a（图示省略），工具旋转驱动装置7以及工具按压装置45在上轨道11、11上沿金属板1、2的接合部J在与金属板1、2的行进方向正交的方向上移动。

下移动装置48也同样地构成，工具位置保持装置46在固定于下壳体10的下轨道12、12上沿金属板1、2的接合部J在与金属板1、2的行进方向正交的方向上移动。

上移动装置47的移动用电动机67a、67a和下移动装置48的移动电动机67b、67b受到同步控制。由此，旋转工具3和垫板工具4在电同步的状态下，在与金属板1、2的行进方向正交的方向（接合方向）上移动。

（装置3：金属板移动·电同步·机械同步）

图11是对其他的摩擦搅拌接合装置（装置3）的一部分进行切缺地表示的整体立体图，图12是该摩擦搅拌接合装置的主要部分的概要主视图，图13是该摩擦搅拌接合装置的主要部分的概要侧视图。

该摩擦搅拌接合装置（装置3），通过使固定入侧握持装置5及出侧握持装置6的框架13、14向接合方向移动，而使两张金属板1、2向沿接合部J的接合方向移动。入侧框架13和出侧框架14经由连结部件作为一体而形成，在通过移动装置75的驱动而机械地同步的状态下，沿与金属板1、2的行进方向正交的方向（接合方向）移动。

此外，入侧框架13和出侧框架14具有位置传感器，还可以基于该位置传感器的测量位置，在电同步的状态下，沿与金属板1、2的行进方向正交的方向（接合方向）移动。

后述本实施方式的接合装置所具有的控制系统。

＜接合方法＞

接下来，以利用上述的摩擦搅拌接合装置（装置1～3）进行对接接合的情况为例说明本发明的一个实施方式的金属板的摩擦搅拌接合方法（以下适当地仅称作接合方法）。

将旋转工具3和垫板工具4从其表面侧及背面侧插入到两张金属板1、2的接合部J（对接部），并利用通过使旋转工具3旋转而产生的摩擦热进行摩擦搅拌，对两张金属板1、2进行接合。

在本实施方式的接合方法中，首先，夹持旋转工具3及垫板工具4，通过配置在其两侧的入侧握持装置5及出侧握持装置6分别握持两张金属板1、2的表背面。

通过工具位置保持装置46将垫板工具4配置并保持在两张金属板1、2的接合部J的背面侧。接下来，驱动工具按压装置45，使配置在两张金属板1、2的接合部J即对接部的表面侧的与垫板工具4相对的位置的旋转工具3接近垫板工具4地移动，以在接合部J的板厚方向的整个区域没有未接合部的方式，将旋转工具3的突起部（探针）3d插入垫板工具4的凹部4d。

边将垫板工具4的按压力保持面4b保持在两张金属板1、2的接合部J的背面侧，边驱动工具旋转驱动装置7而使旋转工具3旋转，将旋转工具3的肩台面3b向两张金属板1、2的接合部J的表面侧按压并进行摩擦搅拌。此外，通过旋转工具3而向接合部J的表面侧施加的按压力通过配置在接合部J的背面侧的垫板工具4的按压力保持面4b得到保持。

而且，在该状态（使旋转工具3的突起部3d插入垫板工具4的凹部4d且将旋转工具3的肩台面3b、垫板工具4的按压力保持面4b按压在接合部J的表面侧和背面侧的状态）下，驱动移动装置75（装置1），使旋转工具3边沿接合部J旋转，边在与金属板1、2的行进方向正交的方向（接合方向）上移动而进行摩擦搅拌接合。

上述的装置2中，驱动移动装置47、48，并使旋转工具3沿接合部J旋转，同时使其在与金属板1、2的行进方向正交的方向（接合方向）上移动并进行摩擦搅拌接合。

在上述的装置3中，驱动移动装置75（装置3），使固定分别握持两张金属板1、2的入侧握持装置5及出侧握持装置6的框架13、14移动。通过使两张金属板1、2在与接合方向的同方向上移动而进行摩擦搅拌接合。

另外，在本实施方式的接合方法中，通过倾斜支承装置76a、76b，以与工具行进方向前方的面间距离δ1相比，使行进方向的后方的面间距离δ2变窄的方式，使旋转工具3或垫板工具4的至少某一方倾斜。使旋转工具3的肩台面3b和垫板工具4的按压力保持面4b之间的距离为面间距离δ。在该倾斜状态下，使旋转工具3边旋转边在与金属板1、2的行进方向正交的方向（接合方向）上移动而进行摩擦搅拌接合（后述）。

＜重叠接合＞

图14及图15是表示将本发明的接合方法适用于两张金属板的重叠接合的情况下的接合时的状态的图，在图14和图15中，表示了将本发明的接合方法适用于重叠接合的情况下的握持方式的差异。

本发明的发明者等，与对接的摩擦搅拌接合同样地，对于重叠的金属板1、2的摩擦搅拌接合也进行以下过程，如图14及图15所示，在旋转工具3的前端部分形成从肩台面3b突出的突起部3d，在相对的垫板工具4的前端部分的按压力保持面4b上形成收纳突起部3d的前端部的凹部4d，在将旋转工具的突起部3d的至少前端部插入垫板工具的凹部4d内的状态下，使旋转工具3和垫板工具4沿接合部J移动，进行金属板1、2的摩擦搅拌接合。

在将本发明适用于重叠焊接的情况下，通过入出侧握持装置5、6对金属板1、2的握持存在对重叠的金属板1、2进行握持的情况和分别单独对金属板1、2进行握持的情况。

图14是前者的例子，较长地获取两张金属板1、2的重叠部，入出侧握持装置5、6将作为接合部的重叠部的两侧的金属板1、2两张一起握持。图15是后者的例子，入出侧握持装置5、6握持作为接合部的重叠部的两侧的金属板1、2的每一张。

在图14的例子中，接合时难以提高重叠部的紧贴度。此外，由于入出侧握持装置5、6所处的高度不同，所以需要高度调整机构。在该意义上，认为图15的例子是优选的。

＜接合装置·接合方法的效果＞

如以上那样，利用图5～图13所示的摩擦搅拌接合装置（装置1～3）实施本发明的接合方法，由此，如在工具组的实施方式中所说明的那样，能够提高旋转工具寿命，经济性好，且抑制接合不良和金属板的断裂，能够进行具有高可靠性的接合。

＜进一步的特征：工具倾斜＞

以下说明本实施方式的接合方法及装置的进一步的详细特征。

首先，就旋转工具3及垫板工具4的倾斜进行说明。

图16是说明工具倾斜的剖视图，图17是其概要立体图。使旋转工具3的肩台面3b和垫板工具4的按压力保持面4b之间的距离为面间距离δ。

在本实施方式中，以与工具行进方向前方的面间距离δ1相比，使行进方向的后方的面间距离δ2较窄的方式，在使旋转工具3或垫板工具4的至少某一方倾斜的状态下，边使旋转工具3旋转边进行摩擦搅拌接合。

垫板工具4的凹部4d的直径d2根据旋转工具3的突起部3d的直径d1、长度L1以及倾斜角θ1而被设定成旋转工具3的突起部3d不会与垫板工具4的凹部4d发生干涉的大小（参照图4）。

这样，以与工具行进方向前方的面间距离δ1相比，使行进方向的后方的面间距离δ2变窄的方式，使旋转工具3或垫板工具4的至少某一方倾斜，由此，能够提高旋转工具3的肩台面3b和垫板工具4的按压力保持面4b与材料间的面压力，能够提高摩擦搅拌接合的接合部的流动性，抑制接合缺陷。

此外，在垫板工具4的凹部4d中，由于摩擦搅拌而使得材料软化流动，填充间隙。由此，插入到垫板工具4的凹部4d中的旋转工具3的探针或突起部3d隔着被软化填充到间隙中的材料在垫板工具4的凹部4d内受到内压力，结果作用制振力，由此，能够提高旋转工具3的半径方向的制振性能。其结果是，能够抑制颤振，实现均匀的摩擦搅拌，通过这一点也能够抑制接合不良，提高接合部的强度。

这里，在使旋转工具3或垫板工具4的至少某一方倾斜的角度θ1、θ2过大的情况下，行进方向的后方的肩台面对金属板1、2的插入量增加。其结果是，与向金属板1、2插入的肩台部3c和按压力保持部4c的体积相当的量的接合部的材料被排出到焊道外部，会发生接合部的厚度的局部减小，接合部的强度降低。特别是在接合的金属板1、2的板厚薄到2mm以下的情况下，存在接合部的厚度的减少的比例大，从接合部发生板断裂的问题。

因此，在金属板1、2的板厚为2mm以下的情况下，通过使倾角θ1或θ2超过0°但在3°以下，从而能够抑制因接合部厚度的局部减少而导致的接合部的强度降低，能够抑制从接合部发生板断裂。此外，为了抑制接合部的厚度的局部减少，优选使倾角θ1或θ2超过0°但在2°以下，更优选超过0°但在1°以下。

＜进一步的特征：握持装置间距离＞

图18是表示旋转工具3、垫板工具4和入出侧握持装置5、6的位置关系（入出侧握持装置间距离）的图。

接下来，利用图18说明入出侧握持装置5、6间的距离Lc和旋转工具3的直径D3、入出侧握持装置5、6间的距离Lc和垫板工具4的直径D4（例如，在使垫板工具的形状为圆柱的情况下）的关系。此外，以对接接合为例，但对于重叠接合也同样。

在金属板1、2的材料刚性较低的情况下，即在金属板的板厚t1、t2比旋转工具3的肩台部3c和垫板工具4的按压力保持部4c的直径小、薄的情况下，或在高温变形阻力σ1、σ2低的情况下，使入侧握持装置5和出侧握持装置6间的距离Lc为旋转工具3的工具主体直径D3或垫板工具4的主体直径D4的1.5倍以上5倍以下，如图18所示，优选在旋转工具3及垫板工具4的附近进行握持。即，优选以满足下述的式的方式相对于旋转工具3及垫板工具4配置入出侧握持装置5、6。

Lc＝D3（D4）×（1.5～5）

Lc＝Lc1＋Lc2

Lc：入出侧握持装置间距离

Lc1：旋转工具轴芯和入侧握持装置间距离

Lc2：旋转工具轴芯和出侧握持装置间距离

D3：旋转工具的工具主体直径

D4：垫板工具的主体直径

在本发明中，如上述那样设定握持装置间距离与旋转工具以及垫板工具的关系的理由如下。在金属板1、2的材料刚性低的情况下，即在金属板的板厚t1、t2薄的情况下，或在高温变形阻力σ1、σ2低的情况下，若用入出侧握持装置5、6握持金属板1、2进行摩擦搅拌接合，则由于摩擦搅拌接合时产生的摩擦热所引起的热膨胀、热变形以及探针或突起通过时的排斥力和肩台部3c的旋转所引起的对材料的剪切力，金属板1、2有可能会发生弯曲。本发明的发明者等对于这一点进行了反复研究，结果得出以下认识。

在金属板（钢板）的板厚为3mm以上的情况下，相对于工具直径D（＝D3＝D4）＝25mm，若握持装置间距离Lc为125mm以下，则能够不发生弯曲地进行接合。此时的握持装置间距离Lc为工具直径D的5倍以下。

此外，在金属板的板厚为3mm以下的情况下，当握持装置间距离Lc为工具直径D（＝D3＝D4）的5倍时，有可能发生弯曲，无法进行接合。

因此，确认了在金属板的板厚为3mm以下的情况下，如果根据板厚、材料的高温变形阻力值而在5倍以下的范围内适当地进行设定，则能够不发生弯曲地接合。

综上所述，使入出侧握持装置5、6间的距离Lc为工具直径D的5倍以下，由此，能够在不会由于因摩擦搅拌接合时产生的摩擦热所引起的热膨胀、热变形以及探针或突起通过时的排斥力和旋转工具3的肩台部3c的旋转所引起的对材料的剪切力而发生弯曲的情况下，将金属板1、2接合。

此外，在板厚为3mm以下的情况下，更优选入出侧握持装置5、6间的距离Lc为工具主体直径D的1.5倍以上3倍以下，进一步优选为工具主体直径D的1.5倍以上2倍以下。

另一方面，在利用旋转工具3进行摩擦搅拌时，由于接合部的负荷变动、可动部的间隙等，不可避免旋转工具3引起微振动，因此，若将入出侧握持装置5、6过于接近旋转工具3以及垫板工具4，则两者有可能发生干涉（接触）。通过使入出侧握持装置5、6间的距离Lc设定为旋转工具直径D3以及垫板工具4的主体直径D4的1.5倍以上，由此，即使旋转工具3以及垫板工具4引起微振动，也能够防止旋转工具3以及垫板工具4与入出侧握持装置5、6之间的干涉，从而能够延长装置寿命。

如上述那样，使入出侧握持装置5、6间的距离Lc为旋转工具直径的1.5倍以上5倍以下，并通过入出侧握持装置5、6在肩台部以及按压力保持部附近握持金属板1、2的表背面，由此，即使在金属板1、2薄、材料刚性低的情况下，也能够抑制由于摩擦搅拌接合时产生的摩擦热所引起的热膨胀、热变形以及探针或突起通过时的排斥力和肩台部的旋转所引起的对材料的剪切力而导致的金属板的弯曲，并且能够良好地保持金属板1、2的对接精度，进行稳定的接合。

＜进一步的特征：无压入（plunging-less）＞

下面，说明无压入。

在以往的单面摩擦搅拌接合中，由于会发生向垫板的热扩散，所以，在摩擦搅拌开始前需要进行被称为压入的操作，该被称为压入的操作是，在旋转工具的肩台面与金属板1、2的表面接触的状态下使旋转工具旋转，由此，保持插入位置直到通过旋转工具的肩台面与金属板1、2的表面的摩擦发热使金属板材料的温度上升到材料软化的熔点的大约80％左右的温度。在金属板1、2软化之后，在使摩擦搅拌深度位置固定的状态下，或是在将摩擦搅拌装置的工具旋转用电动机负荷控制在恒定值的同时，使旋转工具向接合方向移动，进行摩擦搅拌接合。该压入操作需要时间，相应地，接合所需的时间变长，在提高生产效率方面形成制约。

垫板工具4的按压力保持面部4c发挥与单面摩擦搅拌接合的垫板同样的作用。另一方面，垫板工具4的按压力保持面4b与单面摩擦搅拌接合的垫板相比，有助于热扩散的表面积小。因此，本发明的发明者等着眼于不发生单面摩擦搅拌接合中发生的那样的向垫板的热扩散、能够抑制向接合部的投入热量、且能够在短时间内实现温度上升，因此考虑可以省略摩擦搅拌接合开始前的压入工序，不从金属板1、2的端面进行压入而直接开始摩擦搅拌接合。其结果是，确认了金属板1、2顺畅地塑性流动。

更优选的是，如果事先对旋转工具3的探针或突起部3d和垫板工具4的凹部4d之间的间隙进行摩擦搅拌等，并用与接合金属相同材质的材料填埋的话，则能够如前述那样，抑制由初期的偏心载荷而导致的振动。

因此，根据本发明的接合方法，能够实现省略了压入工序的无压入的摩擦搅拌接合，由此，能够缩短接合所需的时间，提高生产效率。

＜进一步的特征：无压入和工具倾斜＞

下面，对无压入、旋转工具3和垫板工具4的倾斜进行说明。

图19是将工具组3、4的倾斜角度设定为0度（不使工具倾斜）并将旋转工具3和垫板工具4从接合部端面24插入时的说明图。为了以无压入的方式开始摩擦搅拌，旋转工具3和垫板工具4从接合部端面24插入时的工具插入位置由接合部J与旋转工具3和垫板工具4的相对位置来确定。如图19所示，在旋转工具3的前端部3d插入到垫板工具4的凹部4d的插入位置微小地偏移而成为旋转工具3的前端部3d过插入的情况下，在旋转工具3和垫板工具4侧面按压接合部端面24，有可能引起使金属板1、2弯曲等问题以及摩擦搅拌不良。

图20是表示使旋转工具3和垫板工具4适度倾斜地将旋转工具3和垫板工具4从接合部端面24插入时的状态的图。为了实现从接合部端面24开始的顺畅的工具插入，如图20所示，对于以相对的方式配置的旋转工具3的肩台面3b和垫板工具4的按压力保持面4b之间的距离δ，以与工具行进方向的前方的面间距离δ1相比，行进方向的后方的面间距离δ2变窄的方式，在使旋转工具3或垫板工具4的至少某一方倾斜的状态下进行搅拌。

此时的倾角θ1和θ2优选超过0°但在10°以下，更优选超过0°但在6°以下，进一步优选超过0°但在3°以下。

由此，由于从旋转工具3的肩台面3b和垫板工具4的按压力保持面4b与接合部端面24接触，因此不会从旋转工具及垫板工具的侧面按压接合部端面24，不会引起金属板弯曲等问题或摩擦搅拌不良，能够以无压入的方式顺利地开始摩擦搅拌接合。而且，在其后的接合过程中，由于旋转工具3和垫板工具4是倾斜的，所以如上所述，能够提高旋转工具3的肩台面3b及垫板工具4的按压力保持面4b和材料间的面压力，从而能够抑制在摩擦搅拌接合时产生的毛刺或接合缺陷。

＜进一步的特征：运转控制＞

接下来，对以无压入的方式进行摩擦搅拌接合的运转控制进行说明。

首先，说明其运转控制涉及的控制系统。

如图8所示，本实施方式的接合装置具有：安装在上箱51的下表面上的上位置测量器81a及安装在工具旋转驱动装置7的筒体与支承框架63a之间的上载荷测量器82a；安装在下箱52的上表面的下位置测量器（测力传感器）81b和控制装置83。

控制装置83输入上位置测量器81a以及上载荷测量器82a的测量值，进行规定的运算处理，并向工具旋转驱动装置7的旋转用电动机53、工具按压装置45的按压用电动机61a、移动装置75的移动用电动机73发送指令信号，控制工具旋转驱动装置7、工具按压装置45、移动装置75的动作。

在图示的例子中，上下位置测量器81a是非接触式的，但也可以是接触式的。此外，在倾斜支承装置76a、76b是角度调整式的情况下，控制装置83根据事先设定的数据向倾斜支承装置76a、76b的角度调整用电动机77a、77b发送指令信号，使旋转工具3以及垫板工具4倾斜并将其以规定的角度支承。

在为安装于下侧的垫板工具4的上下方向位置能够移动的构成的情况下，输入下位置测量器81b的测量值，进行规定的运算处理，控制工具位置保持装置46的动作。下位置测量器81b与上位置测量器81a同样地为非接触式，但也可以为接触式。

（控制1）

图21是表示使旋转工具3以及垫板工具4倾斜地以无压入的方式进行双面摩擦搅拌接合的运转控制的图。图22是表示图8所示的控制装置83所进行的处理步骤的控制流程图。

如图21和图22所示，在摩擦搅拌接合开始前，旋转工具3以及垫板工具4处于待机位置20a、20b。在该待机位置20a、20b，旋转工具3以及垫板工具4处于倾斜的状态。

利用安装在上箱51上的上位置测量器81a（参照图8）测定接合部J与旋转工具3以及垫板工具4之间的距离，并运算旋转工具3的突起部3d的预定插入深度（步骤S1）。接着，将垫板工具4固定在初始设定位置，并驱动按压用电动机61a，通过位置控制使上旋转工具3的突起部3d移动至预定插入深度（步骤S2）。此时，根据位置测量器81a的测量值，将旋转工具3的肩台面3b设定在规定范围内（例如板厚t）。然后，在像这样通过位置控制保持着工具插入位置的状态下，驱动移动装置75，使上箱51、52向接合方向移动（步骤S2），从接合部端面24的摩擦搅拌开始位置21a、21b开始摩擦搅拌接合。此时，如前所述，在旋转工具侧处于位置控制的状态下且在垫板工具4侧为位置固定的状态下，从接合部端面24开始，一边使旋转工具3的肩台面3b以及垫板工具4的按压力保持面4b抵在接合部端面24上一边将旋转工具3的突起部3d插入金属板1、2，由此，以无压入的方式开始摩擦搅拌接合（参照图21等）。

在摩擦搅拌接合开始后，进行负荷恒定控制，即，根据旋转工具3的旋转用电动机53的控制电流，以使旋转用电动机53的负荷成为规定值的方式控制工具插入位置（步骤S3），在到达摩擦搅拌接合结束的摩擦搅拌结束位置22a、22b之前，切换成保持该时刻的工具插入位置的位置恒定控制（步骤S4），进行控制以通过摩擦搅拌结束位置22a、22b。对于垫板工具4，在摩擦搅拌接合开始后也维持固定位置，在位置固定的状态下通过摩擦搅拌结束位置22a、22b（步骤S2→S4）。

这样，在摩擦搅拌接合开始后，通过将旋转工具3切换成负荷恒定控制，由此，即使在接合部J的厚度变动的情况下也能够稳定地进行摩擦搅拌。

上述的各步骤的控制以下述方式进行，控制装置83输入上位置测量器81a的测量值，基于该测量值和旋转用电动机53的控制电流向旋转用电动机53、按压用电动机61a、移动电动机73等的各种执行机构发出动作指令。

此外，上述运转控制中，利用旋转用电动机53的控制电流进行旋转工具3的负荷恒定控制，但还可以代替地利用载荷测量器82a的测量值进行。另外，利用上位置测量器81a的测量值进行旋转工具3的位置控制，但还可以代替地利用检测上按压用电动机61a的旋转量的编码器等的旋转传感器进行。

（控制2）

图23是表示在为能够使垫板工具4沿上下方向移动的构成的情况下使旋转工具3以及垫板工具4倾斜地以无压入的方式进行摩擦搅拌接合的运转控制的图。图24是表示图8所示的控制装置83所进行的处理步骤的控制流程图。

如图23和图24所示，在摩擦搅拌接合开始前，旋转工具3以及垫板工具4处于待机位置20a、20b。在该待机位置20a、20b，旋转工具3以及垫板工具4处于倾斜的状态。

另外，利用安装在上箱51、52上的上下位置测量器81a、81b（参照图8）测定接合部J与旋转工具3以及垫板工具4之间的距离，并运算旋转工具3以及垫板工具4的预定插入深度（步骤S1）。接着，驱动按压用电动机61a、位置保持用电动机61b，通过位置控制使工具3、4移动至预定插入深度（步骤S2A）。此时，根据位置测量器81a、81b的测量值，将旋转工具3的肩台面3b和垫板工具4的按压力保持面4b设定在规定范围内（例如板厚t）。然后，在像这样通过位置控制保持着工具插入位置的状态下，驱动移动装置75，使上箱51、52向接合方向移动（步骤S2A），从接合部端面24的摩擦搅拌开始位置21a、21b开始摩擦搅拌接合。此时，如前所述，在位置控制的状态下从接合部端面24开始，一边使旋转工具3的肩台面3b以及垫板工具4的按压力保持面4b抵在接合部端面24上一边将旋转工具3和垫板工具4插入金属板1、2，由此，以无压入的方式开始摩擦搅拌接合（参照图23等）。

在摩擦搅拌接合开始后，进行负荷恒定控制，即，根据旋转工具3的旋转用电动机53的控制电流，以使旋转用电动机53的负荷成为规定值的方式控制工具插入位置（步骤S3A），在到达摩擦搅拌接合结束的摩擦搅拌结束位置22a、22b之前，切换成保持该时刻的工具插入位置的位置恒定控制（步骤S4A），进行控制以通过摩擦搅拌结束位置22a、22b。对于垫板工具4，在摩擦搅拌接合开始后也维持位置控制，在位置控制的状态下通过摩擦搅拌结束位置22a、22b（步骤S2A→S4A）。

这样，在摩擦搅拌接合开始后，通过将旋转工具3切换成负荷恒定控制，由此，即使在接合部J的厚度变动的情况下也能够稳定地进行摩擦搅拌。

尤其在所接合的材料的刚性高、且因对接的金属板的接合部J的起伏等导致形状发生变化的情况下，即使在仅通过工具按压装置45的按压力无法按压接合部J的表面侧和背面侧时，也能够通过维持垫板工具4的位置控制，稳定地进行摩擦搅拌。

上述的各步骤的控制以下述方式进行，控制装置83输入上下位置测量器81a、81b的测量值，基于该测量值和旋转用电动机53的控制电流向旋转用电动机53、按压用电动机61a、位置保持用电动机61b、移动电动机73等的各种执行机构发出动作指令。

此外，上述运转控制中，利用旋转用电动机53的控制电流进行旋转工具3的负荷恒定控制，但还可以代替地利用载荷测量器82a的测量值进行。另外，利用上下位置测量器81a、81b的测量值进行旋转工具3以及垫板工具4的位置控制，但还可以代替地利用检测按压用电动机61a、位置保持用电动机61b的旋转量的编码器等的旋转传感器进行。

＜适用例＞

下面，作为本发明的实施方式，利用图25～29对将本发明适用于各种接合接头的情况进行说明。另外，利用图31～38说明两张金属板的板厚不同的情况。

（圆筒部件）

图25、26表示以管为代表的圆筒部件（以下称为管材）的接合方法的概要立体图。图25是将金属板成形为圆筒状，并将其两端部对接后，对该对接部进行摩擦搅拌接合，并制造一体的圆筒部件的概要立体图。图26是将两根管材接长时的摩擦搅拌接合方法的概要立体图。

垫板工具4的按压力保持面4b的形状以与管材90的背面形状（周形状）对应的方式被加工。

如图25所示，将金属板90成形为圆筒状，对其两端部进行对接。在该对接部，以使旋转工具3及垫板工具4与管材的接合部J的表面侧和背面侧相对的方式配置。接下来，使旋转工具3旋转，并向接近垫板工具4的方向移动，将旋转工具3的突起部3d的前端部插入垫板工具4的凹部4d内，且使垫板工具4的按压力保持面4b抵在接合部J背面侧，在肩台面3b和按压力保持面4b之间夹入接合部J，从接合部J的表面侧按压旋转工具3的肩台面3b。然后，在该状态（将旋转工具3的突起部3d的前端部插入垫板工具4的凹部4d内，使垫板工具4的按压力保持面4b抵在接合部J背面侧，在肩台面3b和按压力保持面4b之间夹入接合部J，从接合部J的表面侧按压旋转工具3的肩台面3b的状态）下，使旋转工具3边旋转边沿接合部J移动。在该移动期间的摩擦搅拌时，突起部3d成为向接合部J的板厚方向整个区域突入的状态。由此，接合部J的板厚方向整个区域被摩擦搅拌，金属板90两端部在接合部J的板厚方向整个区域被接合。关于从接合开始时到结束时的运转控制，适当使用前述的图21～24的控制。

此外，向接合方向的移动采用使旋转工具3及垫板工具4沿接合部（接合线）J移动的方法，但还可以采用以旋转工具3及垫板工具4沿接合部J（接合线）的方式使形成为圆筒状的金属板90移动的方法。

图26所示的接合中，对管材91和管材92的端面进行对接，并对其对接部（接合部J）进行摩擦搅拌接合。

（L型、T型）

本发明还适用于L型部件或T型部件的接合。

图27A、图27B是以金属板93和金属板94成为L型的方式配置，并对该金属板93和金属板94的接触的角部进行摩擦搅拌接合时的概要立体图。图27A是摩擦搅拌接合中的概要立体图，图27B是接合开始时的概要立体图。图28使以金属板93和金属板94成为T型的方式配置的情况下的概要立体图。图29是以金属板93及金属板94、金属板95成为T型的方式配置的情况下的概要立体图。

如图27A、图27B所示，以使金属板93和金属板94成为L型的方式配置。在该金属板93和金属板94的接触部（角部），使旋转工具3及垫板工具4与接合部J的表面侧和背面侧相对的方式配置。接下来，使旋转工具3旋转，并向接近垫板工具4的方向移动，将旋转工具3的突起部3d的前端部插入垫板工具4的凹部4d内，并且，使垫板工具4的按压力保持面4b抵在接合部J背面侧，在肩台面3b和按压力保持面4b之间夹入接合部J，从接合部J的表面侧对旋转工具3的肩台面3b进行按压。然后，在该状态（将旋转工具3的突起部3d的前端部插入垫板工具4的凹部4d内，使垫板工具4的按压力保持面4b抵于接合部J背面侧，在肩台面3b和按压力保持面4b之间夹入接合部J，从接合部J的表面侧按压旋转工具3的肩台面3b的状态）下，使旋转工具3边旋转边沿接合部J移动。在该移动期间的摩擦搅拌时，突起部3d成为突入接合部J的板厚方向整个区域的状态。由此，接合部J的板厚方向整个区域被摩擦搅拌，金属板94在接合部J的板厚方向整个区域与金属板93接合。关于从接合开始时到结束时的控制方法，适当使用前述的图21～24的控制。

此外，向接合方向的移动采用使旋转工具3及垫板工具4沿接合部（接合线）J移动的方法，但还可以采用以旋转工具3及垫板工具4沿接合部J（接合线）的方式使金属板93、94移动的方法。

图28所示的接合中，以金属板93和金属板94成为T型的方式配置，并进行摩擦搅拌接合。在图29所示的接合中，以金属板93及金属板94、金属板95成为T型的方式配置，并进行摩擦搅拌接合。

此外，垫板工具4的按压力保持面部4c，以其一部分被切缺、凹部4d的一方向开放的方式被加工，但由于沿接合部J的金属板93的侧面弥补了按压力保持面部4c切缺部，所以，本发明的效果不变。

（板厚差异·层差）

本发明还能够适用于因两张金属板1、2板厚差异，而在接合部上产生层差的情况。以下，说明板厚差异示例1～3。

图30是表示旋转工具的旋转方向和前进侧（advancing side）、返回侧（retreating side）的关系的图。如图30所示，将旋转工具3的旋转方向和摩擦搅拌行进方向（接合方向或工具进给方向）一致的侧称作前进侧AS，将工具的旋转方向和摩擦搅拌行进方向朝向相反方向的侧称作返回侧RS。

·板厚差异示例1

图31是说明在两张金属板1、2的背面侧（图示下表面）没有产生层差，在表面侧（图示上表面）产生层差的示例的图。此时，以板厚较厚的金属板1成为返回侧RS、板厚较薄的金属板2成为前进侧AS的方式配置金属板1、2。

通过基于旋转工具3进行的摩擦搅拌，从板厚较厚的金属板1向板厚较薄的金属板2容易地进行塑性流动（RS→AS）。成为剩余塑性流动量的毛边与层差碰撞（AS→RS），被向接合方向排出。由此，能够抑制向接合部表面的焊道端部产成毛边，并形成维持了表面品质的接合部。

图32是表示使图31中的旋转工具3尾端向板厚较薄的金属板2侧倾斜的状态的图。使旋转工具3的肩台面3b和垫板工具4的按压力保持面4b之间的距离为面间距离δ。使旋转工具3以与工具行进方向前方的面间距离δ1相比较，行进方向的后方的面间距离δ2变窄的方式倾斜（参照图16），并且，与板厚较厚的金属板1侧的面间距离δ3相比较，使板厚较薄的金属板2侧的面间距离δ4变窄的方式倾斜，在旋转工具3的移动方向中的侧视图中，旋转工具3的肩台面3b与较厚的金属板1和较薄的金属板2的表面分别大致接触。

图33是接合后的接合部截面形状的概念图。在图31及图32的状态下进行摩擦搅拌接合，由此金属板1、2的背面大致一致。

本发明的发明者们在图31及图32的状态下进行了摩擦搅拌接合试验。进行了旋转工具3的旋转速度为1000rpm、移动速度（接合速度）为每分2m的接合。对于制作的接合部，进行截面观察及180度弯曲试验，评价其接合部的健全性。从截面观察的结果可以判明，对于任一个接合部，能够得到没有缺陷的接合部。在弯曲试验中确认，没有发生断裂，能够制作健全的接合部。

·板厚差异示例2

图34是说明在两张金属板1、2的表面侧（图示上表面）没有产生层差、在背面侧（图示下表面）产生层差的示例的图。此时，垫板工具4的按压力保持面4b的形状以与金属板1、2的板厚差（背面侧层差）对应的方式被加工。即，与薄的金属板2对应一侧的垫板工具4的高度比与厚的金属板1对应一侧的垫板工具4的高度高，由此，垫板工具4的按压力保持面4b与金属板1、2的背面接触。

图35是接合后的接合部截面形状的概念图。在图34的状态下进行摩擦搅拌接合，由此，金属板1、2的表面大致一致。

本发明的发明者们与示例1同样地，在示例2中也进行使旋转工具3的旋转速度为1000rpm、移动速度（接合速度）为每分2m的接合。对于制作的接合部，进行截面观察及180度弯曲试验，评价接合部的健全性。从截面观察的结果可以判明，对于任何一个接合部都能够得到没有缺陷的接合部。在弯曲试验中能够确认没有发生断裂，能够制作健全的接合部。

·板厚差异示例3

图36是说明将金属板1、2的板厚中心对齐、并在金属板1、2的对接部的表面侧、背面侧都产生层差的示例的图。此时，旋转工具3以层差高的一侧成为返回侧RS、层差低的一侧成为前进侧AS的方式设置。另外，垫板工具4的按压力保持面4b的形状以与金属板1、2的板厚差（背面侧层差）对应的方式被加工。

图37是表示使图36中的旋转工具3尾端向板厚较薄的金属板2侧倾斜的状态的图。

图38是接合后的接合部截面形状的概念图。在图36及图37的状态下进行摩擦搅拌接合，由此，金属板1、2的板厚中心大致一致。

本发明的发明者们与示例1、2同样地，在示例3中也进行使旋转工具3的旋转速度为1000rpm、使移动速度（接合速度）为每分2m的接合。对制作的接合部进行截面观察及180度弯曲试验，评价接合部的健全性。从截面观察的结果可以判明，对于任何一个接合部，都能够得到没有缺陷的接合部。在弯曲试验中能够确认没有发生断裂，能够制作健全的接合部。

·板厚差异示例1～3的研究

这样，通过对金属板1、2的配置及旋转工具3的配置、倾斜、垫板工具4的配置、形状进行变更，能够使层差部的接合后的形状变更成如图33、图35、图38那样的各种不同的形状。

在板厚差异示例2、3中记载了，垫板工具4的按压力保持面4b的形状以与金属板1、2的板厚差（背面侧层差）对应的方式被加工，但若板厚差（层差）不足2mm，则即使不进行这样的加工，也能够得到本发明的效果。

但是，在层差量为2mm以上的情况下，由于存在接合不良、接合部的强度降低的可能，因此优选对垫板工具的形状进行加工。伴随板厚差异量（层差量）的变化，适当准备垫板工具4，则经济性差。因此，板厚差异示例1的接合优选。

附图标记的说明

1、2金属板

3旋转工具

3a工具主体

3b肩台面

3c肩台部

3d突起部(探针)

4垫板工具

4a主体

4b按压力保持面

4c按压力保持面部

4d凹部

5入侧握持装置

5a、5b上下握持板

6出侧握持装置

6a、6b上下握持板

7工具旋转驱动装置

9上壳体

10下壳体

11a、b轨道

11、12上下轨道

13、14框架

15轴芯

18台板

19输送框架

19a、19b上下水平框架

20a旋转工具待机位置

20b垫板工具待机位置

21a上摩擦搅拌接合开始位置

21b下摩擦搅拌接合开始位置

22a上摩擦搅拌接合结束位置

22b下摩擦搅拌接合结束位置

24摩擦搅拌开始金属板端面

45工具按压装置

46工具位置保持装置

47上移动装置

48下移动装置

51上箱

52下箱

53旋转用电动机

61a按压用电动机

61b位置保持用电动机

62a、62b丝杠

63a、63b支承框架

64a、64b轴

65a、65b移动框架

66a、66b车轮

67a、67b移动用电动机

71车轮

72丝杠

73移动用电动机

74控制装置（移动用）

75移动装置

76a上倾斜支承装置

76b下倾斜支承装置

77a、77b角度调整用电动机

81a上位置测量器

81b下位置测量器

82a上载荷测量器

83控制装置

90～95金属板（适用例）

J接合部

Claims (10)

1.一种摩擦搅拌接合方法，在对接的两张金属板（1、2）的接合部（J）的表面侧和背面侧配置旋转工具（3）和垫板工具（4），并通过该旋转工具对所述接合部进行摩擦搅拌，对所述两张金属板进行摩擦搅拌接合，其特征在于，

所述旋转工具（3）构成为具有：将肩台部（3c）形成在前端部分的工具主体（3a）；以从该工具主体的前端部分突出的方式形成的至少一个突起部（3d），

所述垫板工具（4）构成为具有：将按压力保持面部（4c）形成在前端部分的垫板工具主体（4a）；在所述两张金属板（1、2）的接合时收纳所述突起部（3d）的前端部的至少一个凹部（4d），

将所述旋转工具（3）和垫板工具（4）以与所述两张金属板的接合部（J）的表面侧和背面侧相对的方式配置，

使所述旋转工具（3）旋转，并使所述旋转工具（3）向接近所述垫板工具（4）的方向移动，从而将所述旋转工具的突起部的前端部（3d）插入所述垫板工具的凹部（4d）内，在所述旋转工具的所述肩台部（3c）的肩台面（3b）和所述垫板工具的按压力保持面（4b）之间夹入接合部（J），从所述接合部的表面侧和背面侧按压所述旋转工具的所述肩台部的肩台面（3b）和所述垫板工具的按压力保持面（4b），

使所述旋转工具（3）和垫板工具（4）沿所述接合部在同步的状态下移动，

通过所述旋转工具（3）对所述接合部的板厚方向整个区域进行摩擦搅拌。

2.一种摩擦搅拌接合方法，在对接的两张金属板（1、2）的接合部（J）的表面侧和背面侧配置旋转工具（3）和垫板工具（4），通过该旋转工具对所述接合部进行摩擦搅拌，对所述两张金属板进行摩擦搅拌接合，其特征在于，

所述旋转工具（3）构成为具有：将肩台部（3c）形成在前端部分的工具主体（3a）；以从该工具主体的前端部分突出的方式形成的至少一个突起部（3d），

所述垫板工具（4）构成为具有：将按压力保持面部（4c）形成在前端部分的垫板工具主体（4a）；在所述两张金属板（1、2）的接合时收纳所述突起部（3d）的前端部的至少一个凹部（4d），

将所述旋转工具（3）和垫板工具（4）以与所述两张金属板的接合部（J）的表面侧和背面侧相对的方式配置，

使所述旋转工具（3）旋转，使所述旋转工具（3）向接近所述垫板工具（4）的方向移动，从而将所述旋转工具的突起部的前端部（3d）插入所述垫板工具的凹部（4d）内，在所述旋转工具的所述肩台部（3c）的肩台面（3b）和所述垫板工具的按压力保持面（4b）之间夹入接合部（J），从所述接合部的表面侧和背面侧按压所述旋转工具的所述肩台部的肩台面（3b）和所述垫板工具的按压力保持面（4b），

使所述两张金属板（1、2）在与接合方向相同的方向上移动，

通过所述旋转工具（3）对所述接合部的板厚方向整个区域进行摩擦搅拌。

3.如权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

关于以所述相对的方式配置的所述旋转工具（3）的肩台面（3b）和所述垫板工具（4）的按压力保持面（4b）之间的距离（δ），以与旋转工具及垫板工具的行进方向的前方的面间距离（δ1）比较，该行进方向的后方的面间距离（δ2）变窄的方式，使所述旋转工具（3）或垫板工具（4）的至少某一方倾斜。

4.如权利要求1～3的任一项所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

所述旋转工具（3）在摩擦搅拌接合开始前通过位置控制相对于金属板（1、2）的厚度方向移动到预定插入深度，

在保持该旋转工具（3）的插入深度的状态下，通过位置控制从所述两张金属板的接合部端面（24）使该旋转工具沿接合行进方向进给从而开始摩擦搅拌接合，

摩擦搅拌接合开始后，以该旋转工具（3）的负荷成为规定的值的方式，切换成控制该旋转工具的插入位置的负荷恒定控制，

在到达摩擦搅拌接合结束的接合终端部前，切换成保持该时刻的该旋转工具（3）的插入位置的位置控制，使其通过接合部终端部，

所述垫板工具（4）在摩擦搅拌接合开始前通过位置控制相对于金属板（1、2）的厚度方向移动到预定插入深度，在保持位置的状态下，从摩擦搅拌接合的开始到结束进行位置控制。

5.一种摩擦搅拌接合装置，在对接的两张金属板（1、2）的接合部（J）的表面侧和背面侧配置旋转工具（3）和垫板工具（4），通过该旋转工具对所述接合部进行摩擦搅拌，并对所述两张金属板进行摩擦搅拌接合，其特征在于，

具有：

分别握持所述金属板（1、2）的第一及第二握持装置（5、6）；

以所述旋转工具（3）和垫板工具（4）与所述对接的两张金属板（1、2）的接合部（J）的表面侧和背面侧相对的方式，安装所述旋转工具，并旋转驱动所述旋转工具的工具旋转驱动装置（7）；

将所述垫板工具（4）保持在金属板背面位置的工具位置保持装置（46）；

使安装在所述工具旋转驱动装置上的所述旋转工具（3）向接近通过所述工具位置保持装置被位置保持的垫板工具（4）的方向移动，并将所述旋转工具向金属板的接合部的表面侧按压的工具按压装置（45）；

使安装在所述工具旋转驱动装置上的所述旋转工具（3）及垫板工具（4）沿所述接合部（J）在同步的状态下移动的移动装置（47、48、75），

所述旋转工具（3）具有：将肩台部（3c）形成在前端部分的工具主体（3a）；以从该工具主体的前端部分突出的方式形成的至少一个突起部（3d），

所述垫板工具（4）具有：将按压力保持面部（4c）形成在前端部分的工具主体（4a）；形成在该工具主体的前端部分，在所述两张金属板的接合时收纳所述突起部（3d）的前端部的至少一个凹部（4d），

所述工具按压装置（45），在使旋转工具向接近垫板工具的方向移动时，将所述旋转工具的突起部（3d）的前端部插入所述垫板工具的凹部（4d）内，并且从所述接合部的表面侧按压所述旋转工具的所述肩台部的肩台面（3b），在旋转工具的肩台面（3b）和垫板工具的按压力保持面（4b）之间夹入接合部（J），由此，对接合部（J）施加按压力，

所述移动装置（47、48、75），在将所述旋转工具的突起部（3d）的前端部插入所述垫板工具的凹部（4d）内，且从所述接合部的表面侧按压所述旋转工具的所述肩台部的肩台面（3b）的状态下，且在使所述旋转工具（3）和垫板工具（4）沿所述接合部同步的状态下移动，通过所述旋转工具（3）对所述接合部的板厚方向整个区域进行摩擦搅拌。

6.一种摩擦搅拌接合装置，在对接的两张金属板（1、2）的接合部（J）的表面侧和背面侧配置旋转工具（3）和垫板工具（4），通过该旋转工具对所述接合部进行摩擦搅拌，并对所述两张金属板进行摩擦搅拌接合，其特征在于，

具有：

分别握持所述金属板（1、2）的第一及第二握持装置（5、6）；

以所述旋转工具（3）和垫板工具（4）与所述对接的两张金属板（1、2）的接合部（J）的表面侧和背面侧相对的方式，安装所述旋转工具，并旋转驱动所述旋转工具的工具旋转驱动装置（7）；

将所述垫板工具（4）保持在金属板背面位置的工具位置保持装置（46）；

使安装在所述工具旋转驱动装置上的所述旋转工具（3）向接近通过所述工具位置保持装置被位置保持的垫板工具（4）的方向移动，并将所述旋转工具按压在金属板的接合部的表面侧的工具按压装置（45）；

使所述握持装置（5、6）沿与接合方向相同的方向移动两张金属板（1、2）的移动装置（75），

所述旋转工具（3）具有：将肩台部（3c）形成在前端部分的工具主体（3a）；以从该工具主体的前端部分突出的方式形成的至少一个突起部（3d），

所述垫板工具（4）具有：将按压力保持面部（4c）形成在前端部分的工具主体（4a）；形成在该工具主体的前端部分，在所述两张金属板的接合时收纳所述突起部（3d）的前端部的至少一个凹部（4d），

所述工具按压装置（45），在使旋转工具向接近垫板工具的方向移动时，将所述旋转工具的突起部（3d）的前端部插入所述垫板工具的凹部（4d）内，并且从所述接合部的表面侧按压所述旋转工具的所述肩台部的肩台面（3b），在旋转工具的肩台面（3b）和垫板工具的按压力保持面（4b）之间夹入接合部（J），由此，对接合部（J）施加按压力，

所述移动装置（75），在将所述旋转工具的突起部（3d）的前端部插入所述垫板工具的凹部（4d）内，且从所述接合部的表面侧按压所述旋转工具的所述肩台部的肩台面（3b）的状态下，使两张金属板（1、2）沿与接合方向相同的方向移动，通过所述旋转工具（3）对所述接合部的板厚方向整个区域进行摩擦搅拌。

7.如权利要求5或6所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

还具有倾斜支承装置（76a、76b），关于以所述相对的方式配置的所述旋转工具（3）的肩台面（3b）和所述垫板工具（4）的按压力保持面（4b）之间的距离（δ），以与旋转工具及垫板工具的行进方向的前方的面间距离（δ1）比较，该行进方向的后方的面间距离（δ2）变窄的方式，对所述旋转工具（3）或垫板工具（4）的至少某一方倾斜地进行支承。

8.如权利要求5至7的任一项所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

还具有控制装置（83），其以如下方式控制所述工具按压装置（45）、所述工具位置保持装置（46）及所述移动装置（47、48、75）：所述旋转工具（3）在摩擦搅拌接合开始前通过位置控制相对于金属板（1、2）的厚度方向移动到预定插入深度，在保持该旋转工具（3）的插入深度的状态下，通过位置控制从所述两张金属板的接合部端面（24）将该旋转工具沿接合行进方向进给并开始摩擦搅拌接合，摩擦搅拌接合开始后，以该旋转工具（3）的负荷成为规定的值的方式，切换成对该旋转工具的插入位置进行控制的负荷恒定控制，在到达摩擦搅拌接合结束的接合终端部前，切换成保持该时刻的该旋转工具（3）的插入位置的位置控制，使其通过接合部终端部，所述垫板工具（4）在摩擦搅拌接合开始前通过位置控制相对于金属板（1、2）的厚度方向移动到预定插入深度，在保持位置的状态下，从摩擦搅拌接合的开始到结束进行位置控制。

9.如权利要求5至8的任一项所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

使所述旋转工具（3）的材质为烧结炭化钨的超硬合金或钨合金，

接合的两张金属板（1、2）由熔点为1000℃以上的材料构成。

10.一种摩擦搅拌接合用工具组，对两张金属板（1、2）的接合部（J）进行摩擦搅拌，从而对所述两张金属板进行摩擦搅拌接合，其特征在于，

具有：以与所述两张金属板（1、2）的接合部（J）的表面侧和背面侧相对的方式配置，对所述接合部进行摩擦搅拌的旋转工具（3）和垫板工具（4），

所述旋转工具（3）具有：将肩台部（3c）形成在前端部分的工具主体（3a）；和以从该工具主体的前端部分突出的方式形成的至少一个突起部（3d），

所述垫板工具（4）具有：将按压力保持面部（4c）形成在前端部分的工具主体（4a）；形成在该工具主体的前端部分，在所述两张金属板的接合时收纳所述突起部（3d）的前端部的至少一个凹部（4d），

将所述旋转工具的突起部（3d）的前端部插入所述垫板工具的凹部（4d）内，将所述旋转工具的所述肩台部的肩台面（3b）从所述接合部的表面侧按压，并在旋转工具的肩台面（3b）和垫板工具的按压力保持面（4b）之间夹入接合部（J），由此，在向接合部（J）施加按压力的状态下，使所述旋转工具（3）和垫板工具（4）沿所述接合部移动，并对所述接合部的板厚方向整个区域进行摩擦搅拌。

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