JP2002263864A - 摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚さ方向に段差を表面側にて生じる態様で突
き合わされるとともに、突合せ部に表面側から接合工具
の回転しているプローブが埋入された２個の板状の第１
及び第２接合部材を、突合せ接合する摩擦撹拌接合法及
びその装置であって、接合欠陥や熱歪みの発生を防止す
ることのできる摩擦撹拌接合法及びその装置を提供する
こと。 【解決手段】 プローブ埋入位置に対する第１接合部材
１の接合方向前方側及び第２接合部材の接合方向前方側
を、それぞれ、第１前押さえローラ11及び第２前押さえ
ローラ12によって表面側から押さえる。さらに、プロー
ブ埋入位置に対する第１接合部材１の接合方向後方側及
び第２接合部材２の接合方向後方側を、それぞれ、第１
後押さえローラ21及び第２後押さえローラ22によって表
面側から押さえる。この状態で、突合せ接合を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、アルミニウム材
やその合金材等の金属材を接合する摩擦撹拌接合法及び
摩擦撹拌接合装置に関し、詳述すれば、例えば、自動
車、航空機、鉄道車両等の輸送機器における床材、壁
材、天井材等として用いられる金属製板材を製造する際
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】

【従来の技術】摩擦撹拌接合法は、固相接合法の範疇に
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、近年、様々な構造物の接合手段として用いられて
いる。

【０００３】図１７は、厚さ方向に段差を生じる態様で
突き合わされた２個の板状の接合部材をこの摩擦撹拌接
合法により突合せ接合する場合について示している。

【０００４】同図において、（101）は薄肉の長尺平板
状の金属製第１接合部材、（102）は厚肉の長尺平板状
の金属製第２接合部材である。これら両接合部材（10
1）（102）は、裏面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（突合せ部10
3）、このため、厚さ方向に両者の肉厚差に対応した段
差を表面側にて生じている。そして、この突合せ状態で
両接合部材（101）（102）が前後の支持ローラ（131）
（132）によって裏面側から支持されている。（104）は
両接合部材（101）（102）の段部を示している。

【０００５】（140）は摩擦撹拌接合用の接合工具であ
る。この接合工具（140）は、径大の円柱状回転子（14
1）と、該回転子（141）の端面（141a）の回転中心部に
回転軸線（Ｑ’）に沿って突出して一体に設けられた径
小のピン状プローブ（142）とを備えている。

【０００６】（133）は裏当てローラである。この裏当
てローラ（133）は、両接合部材（１）（２）の裏面側
において接合工具（140）のプローブ（142）に対向して
配置されている。

【０００７】上記接合工具（140）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（140）の回転しているプローブ（1
42）を、両接合部材（101）（102）の表面側から突合せ
部（103）に埋入し、この状態で、突合せ部（103）が順
次、プローブ（142）を通過するように両接合部材（10
1）（102）を突合せ状態のままでその長さ方向に移動さ
せる。MDは両接合部材（101）（102）の移動方向を示し
ている。この両接合部材（101）（102）の移動に伴い、
両接合部材（101）（102）の突合せ部（103）がプロー
ブ埋入位置にて該プローブ（142）により接合されてい
く。（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、（W'）はこの突合せ部（103'）
に形成された接合部を示している。また、（WD）はこの
接合方法における接合方向を示している。

【０００８】而して、一般に各接合部材（101）（102）
は、捻れていたり厚さ方向に反っていたりして平坦でな
い場合がある。このような状態の接合部材（101）（10
2）を用いて両者を突合せ接合すると、形状不良が発生
して高品質な突合せ接合継手を得ることができない。さ
らに、捻れた状態のままで両接合部材（101）（102）を
突き合わせると、その突合せ部（103）には接合部材（1
01）（102）の捻れに起因する隙間が生じることにな
り、この状態のままで突合せ接合を行うと、当該隙間に
よって接合された突合せ部（103'）に未接合部等の接合
欠陥が発生してしまうという難点があった。さらには、
摩擦撹拌接合と言えども接合部材が長尺である場合に
は、接合に伴う熱歪みが生じ易かった。

【０００９】そこで、かかる問題を解決するため、特開
平１０−２９６４６２号公報には、両接合部材（101）
（102）の表面側において、プローブ埋入位置に対する
両接合部材（101）（102）の接合方向前方側に、所定長
さを有する円柱状の前押さえローラ（110）を突合せ部
（103）を跨ぐ態様にして配置するとともに、プローブ
埋入位置に対する両接合部材（101）（102）の接合方向
後方側に、所定長さを有する円柱状の前押さえローラ
（120）を突合せ部（103）を跨ぐ態様にして配置し、こ
れら前後の押さえローラ（110）（120）によって、プロ
ーブ埋入位置に対する両接合部材（101）（102）の接合
方向前方側と接合方向後方側とを押さえながら、突合せ
接合を行う方法が提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、両接合
部材（101）（102）の突合せ部（103）表面には段部（1
04）が形成されているから、上述した提案方法によれ
ば、前後の押さえローラ（110）（120）で両接合部材
（101）（102）を押さえようとしても、両接合部材（10
1）（102）のうち、厚肉の第２接合部材（102）につい
てはこれら前後の押さえローラ（110）（120）で押さえ
ることができるが、薄肉の第１接合部材（101）につい
てはこれら前後の押さえローラ（110）（120）で押さえ
ることができなかった。このため、捻れや反りを矯正で
きず捻れ状態や反り状態のままで接合されて形状不良が
発生したり、未接合部等の接合欠陥や熱歪みが発生した
りして高品質の突合せ接合継手を得ることができなかっ
た。

【００１１】この発明は、このような技術背景に鑑みて
なされたもので、その目的は、厚さ方向に段差を表面側
にて生じる態様で突き合わされた２個の板状接合部材の
突合せ接合を行う摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置
であって、捻れ、反り等の形状不良の発生や、接合欠
陥、熱歪み等の接合不良の発生を防止又は抑制すること
ができ、もって高品質の突合せ接合継手を得ることので
きる摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、厚さ方向に段差を表面側にて生
じる態様で突き合わされるとともに、突合せ部に表面側
から接合工具の回転しているプローブが埋入され、且つ
裏面側から支持部材によって支持された２個の板状の第
１及び第２接合部材を、突合せ部が順次プローブを通過
するように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接合を行う摩擦撹拌接合法で
あって、プローブ埋入位置に対する第１接合部材の接合
方向前方側及び第２接合部材の接合方向前方側を、それ
ぞれ、第１前押さえローラ及び第２前押さえローラによ
って表面側から押さえながら、前記突合せ接合を行うこ
とを特徴としている。

【００１３】この摩擦撹拌接合法によれば、プローブ埋
入位置に対する第１接合部材の接合方向前方側を第１前
押さえローラによって表面側から押さえるとともに、プ
ローブ埋入位置に対する第２接合部材の接合方向前方側
を第２前押さえローラによって表面側から押さえること
により、各接合部材が接合中に不本意に動いてしまう不
具合が防止され、更には各接合部材の捻れ等の形状不良
が矯正される。そしてこの状態で突合せ接合が行われる
ことにより、突合せ部に形成される間隙に起因する接合
欠陥や熱歪みの発生が防止又は抑制され、もって高品質
な突合せ接合継手が得られるようになる。

【００１４】請求項２の発明は、厚さ方向に段差を表面
側にて生じる態様で突き合わされるとともに、突合せ部
に表面側から接合工具の回転しているプローブが埋入さ
れ、且つ裏面側から支持部材によって支持された２個の
板状の第１及び第２接合部材を、突合せ部が順次プロー
ブを通過するように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接合を行う摩擦撹拌
接合法であって、プローブ埋入位置に対する第１接合部
材の接合方向後方側及び第２接合部材の接合方向後方側
を、それぞれ、第１後押さえローラ及び第２後押さえロ
ーラによって表面側から押さえながら、前記突合せ接合
を行うことを特徴としている。

【００１５】この摩擦撹拌接合法によれば、プローブ埋
入位置に対する第１接合部材の接合方向後方側を第１後
押さえローラによって表面側から押さえるとともに、プ
ローブ埋入位置に対する第２接合部材の接合方向後方側
を第２後押さえローラによって表面側から押さえること
により、各接合部材が接合中に不本意に動いてしまう不
具合が防止され、更には各接合部材の捻れ等の形状不良
が矯正される。そしてこの状態で突合せ接合が行われる
ことにより、接合欠陥や熱歪みの発生が防止又は抑制さ
れ、もって高品質な突合せ接合継手が得られるようにな
る。

【００１６】請求項３の発明は、厚さ方向に段差を表面
側にて生じる態様で突き合わされるとともに、突合せ部
に表面側から接合工具の回転しているプローブが埋入さ
れ、且つ裏面側から支持部材によって支持された２個の
板状の第１及び第２接合部材を、突合せ部が順次プロー
ブを通過するように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接合を行う摩擦撹拌
接合法であって、プローブ埋入位置に対する第１接合部
材の接合方向前方側及び第２接合部材の接合方向前方側
を、それぞれ、第１前押さえローラ及び第２前押さえロ
ーラによって表面側から押さえるとともに、プローブ埋
入位置に対する第１接合部材の接合方向後方側及び第２
接合部材の接合方向後方側を、それぞれ、第１後押さえ
ローラ及び第２後押さえローラによって表面側から押さ
えながら、前記突合せ接合を行うことを特徴としてい
る。

【００１７】この摩擦撹拌接合法においては、第１前押
さえローラ及び第１後押さえローラによってそれぞれプ
ローブ埋入位置に対する第１接合部材の接合方向前方側
及び接合方向後方側が表面側から押さえられるととも
に、第２前押さえローラ及び第２後押さえローラによっ
てそれぞれプローブ埋入位置に対する第２接合部材の接
合方向前方側及び接合方向後方側が表面側から押さえら
れる。これにより、各接合部材が接合中に不本意に動い
てしまう不具合が確実に防止又は抑制され、更には各接
合部材の捻れや反り等の形状不良が確実に矯正される。
そしてこの状態で突合せ接合が行われることにより、接
合欠陥や熱歪みの発生が確実に防止又は抑制され、もっ
てより一層高品質な突合せ接合継手が得られるようにな
る。

【００１８】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
か１項記載の摩擦撹拌接合法において、プローブ埋入位
置に対する第１接合部材の接合方向前方側の少なくとも
突合せ部直近部位及び第２接合部材の接合方向前方側の
少なくとも突合せ部直近部位を、それぞれ、第１前押さ
えローラ及び第２前押さえローラによって表面側から押
さえながら、前記突合せ接合を行うものである。

【００１９】この場合には、各接合部材をしっかりと押
さえることができるようになり、この結果、接合欠陥や
熱歪みの発生がより確実に防止又は抑制され、もってよ
り一層高品質な突合せ接合継手が得られるようになる。

【００２０】請求項５の発明は、上記請求項１〜３のい
ずれか１項記載の摩擦撹拌接合法において、両接合部材
の接合された突合せ部を、外周面がテーパ面からなる第
３後押さえローラによって表面側から押圧しながら、前
記突合せ接合を行うものである。

【００２１】この場合には、第３後押さえローラの外周
面がテーパ面からなることから、接合された突合せ部を
この第３後押さえローラによって押圧することにより、
当該突合せ部がこの第３後押さえローラからの押圧力を
受けて加圧され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、当該突合せ部の
肉が両接合部材の段部のすみ部内に充填されるようにな
る。更に、当該突合せ部の表面に形成されることのある
バリ等の微細凹凸が、この第３後押さえローラからの押
圧力を受けることで加圧除去されるようになる。この結
果、接合された突合せ部の表面は、傾斜面に形成される
とともにこの傾斜面の状態のままで平滑化されるように
なる。接合された突合せ部の表面がこのような傾斜面に
形成されることより、得られる突合せ接合継手の段部に
生じる応力集中を緩和し得るようになる。更には、接合
された突合せ部がこうして押圧されることにより、当該
突合せ部の表面に生じる引張残留応力が圧縮残留応力に
変換されるようになり、もって得られる突合せ接合継手
の耐久性が向上する。更に、接合された突合せ部の表面
が平滑化されることにより、塗装の際に生じることのあ
る、微細凹凸による塗膜欠陥の発生が防止され、もって
当該突合せ部の表面に塗膜を良好に形成し得るようにな
る。

【００２２】請求項６の発明は、上記請求項５記載の摩
擦撹拌接合法において、第３後押さえローラは、外周面
が冷却されているものである。

【００２３】この場合には、両接合部材の接合された突
合せ部の表面が、第３後押さえローラの押圧時に該ロー
ラの冷却された外周面に当接することで強制的に冷却さ
れ、これにより当該突合せ部が焼入れ状態になる。この
結果、接合強度が向上するようになる。更には、当該突
合せ部に生じた過剰な熱が除去され、この結果、良好な
接合部が形成されるようになる。

【００２４】請求項７の発明は、上記請求項１〜３のい
ずれか１項記載の摩擦撹拌接合法において、両接合部材
の接合された突合せ部の裏面を、外周面が冷却された冷
却ローラの該外周面に当接させて冷却しながら、突合せ
接合を行うものである。

【００２５】この場合には、両接合部材の接合された突
合せ部の裏面が、冷却ローラの冷却された外周面に当接
することで強制的に冷却され、これにより当該突合せ部
が焼入れ状態になる。この結果、接合強度が向上するよ
うになる。更には、当該突合せ部に生じた過剰な熱が除
去され、この結果、良好な接合部が形成されるようにな
る。

【００２６】請求項８の発明は、上記請求項１又は３記
載の摩擦撹拌接合法において、第１前押さえローラと第
２前押さえローラとは別体であり、第１前押さえローラ
及び第２前押さえローラのうち少なくとも一方のローラ
の軸線を、接合方向に直交する面内で接合部材の突合せ
方向に対して傾斜させた状態で、前記突合せ接合を行う
ものである。

【００２７】この場合には、第１前押さえローラと第２
前押さえローラとが別体であることにより、もし仮に、
両接合部材のうち少なくとも一方の接合部材の肉厚が接
合方向と平行な方向において変動している場合であって
も、当該接合部材をしっかりと押さえることができるよ
うになる。また、第１前押さえローラ及び第２前押さえ
ローラのうち少なくとも一方のローラの軸線を、接合方
向に直交する面内で接合部材の突合せ方向に対して傾斜
させることにより、接合部材が受ける当該ローラからの
押圧力を、突合せ方向において変化させることができ
る。そして、この傾斜状態で突合せ接合を行うことによ
り、接合欠陥や熱歪みの発生を確実に防止又は抑制し得
るようになる。

【００２８】請求項９の発明は、上記請求項８記載の摩
擦撹拌接合法において、両接合部材の接合された突合せ
部の接合状態に関する特性について測定した測定値に基
づいて、第１接合部材の突合せ方向に対する第１前押さ
えローラの軸線の、接合方向に直交する面内における傾
斜角と、第２接合部材の突合せ方向に対する第２前押さ
えローラの軸線の、接合方向に直交する面内における傾
斜角と、のうち少なくとも一方を変更しながら、前記突
合せ接合を行うものである。

【００２９】この場合には、接合不良や熱歪みの抑制作
業又は防止作業を能率良く行えるようになる。なお、接
合された突合せ部の接合状態に関する特性としては、当
該突合せ部の表面温度や表面残留応力が例示される。

【００３０】請求項１０の発明は、請求項１又は３記載
の摩擦撹拌接合法において、第１前押さえローラと第２
前押さえローラとは別体であり、第１前押さえローラ及
び第２前押さえローラのうち少なくとも一方のローラの
軸線を、接合部材に突合せ方向の力が付与されるよう
に、接合部材の表面に平行な面内で接合部材の突合せ方
向に対して傾斜させた状態で、前記突合せ接合を行うも
のである。

【００３１】この場合には、第１前押さえローラと第２
前押さえローラとが別体であることにより、もし仮に、
両接合部材のうち少なくとも一方の接合部材の肉厚が接
合方向と平行な方向において変動している場合であって
も、当該接合部材をしっかりと押さえることができるよ
うになる。また、第１前押さえローラ及び第２前押さえ
ローラのうち少なくとも一方のローラの軸線を、接合部
材に突合せ方向の力が付与されるように、接合部材の表
面に平行な面内で接合部材の突合せ方向に対して傾斜さ
せることにより、両接合部材が突合せ部において強く密
着するようになる。そしてこの密着状態で突合せ接合が
行われることにより、良好な接合部が形成されるように
なる。

【００３２】請求項１１の発明は、上記請求項１〜３の
いずれか１項記載の摩擦撹拌接合法において、第１前支
持ローラと第２前支持ローラとに分割された前支持ロー
ラを用い、プローブ埋入位置に対する第１接合部材の接
合方向前方側及び第２接合部材の接合方向前方側を、そ
れぞれ、第１前支持ローラ及び第２前支持ローラによっ
て裏面側から支持するとともに、第１前支持ローラ及び
第２前支持ローラのうち少なくとも一方のローラの軸線
を、接合部材に突合せ方向の力が付与されるように、接
合部材の裏面に平行な面内で接合部材の突合せ方向に対
して傾斜させた状態で、前記突合せ接合を行うものであ
る。

【００３３】この場合には、第１前支持ローラ及び第２
前支持ローラのうち少なくとも一方のローラの軸線を、
接合部材に突合せ方向の力が付与されるように、接合部
材の裏面に平行な面内で接合部材の突合せ方向に対して
傾斜させることにより、両接合部材が突合せ部において
強く密着するようになる。そしてこの密着状態で突合せ
接合が行われることにより、良好な接合部が形成される
ようになる。

【００３４】請求項１２の発明は、上記請求項１〜３の
いずれか１項記載の摩擦撹拌接合法において、第１後支
持ローラと第２後支持ローラとに分割された後支持ロー
ラを用い、プローブ埋入位置に対する第１接合部材の接
合方向後方側及び第２接合部材の接合方向後方側を、そ
れぞれ、第１後支持ローラ及び第２後支持ローラによっ
て裏面側から支持した状態で、前記突合せ接合を行うも
のである。

【００３５】この場合には、第１後支持ローラと第２後
支持ローラとに分割された後支持ローラを用いることに
より、当該後支持ローラの設計自由度が増大する。した
がって、当該後支持ローラの第１後支持ローラ及び第２
後支持ローラの相互配置変更や周速度の変更等を行うこ
とによって、プローブ埋入位置に対する両接合部材の接
合方向後方側において生じることのある両接合部材の蛇
行運動を、防止又は抑制し得るようになるし、更には各
接合部材の形状不良に対する矯正効果についても期待で
きるようになる。

【００３６】請求項１３の発明は、上記請求項１〜３の
いずれか１項記載の摩擦撹拌接合法において、各接合部
材に接合方向と平行な方向の張力を付与した状態で、前
記突合せ接合を行うものである。

【００３７】この場合には、各接合部材に接合方向と平
行な方向の張力を付与することにより、接合部材の反
り、捻れ、曲がり等の形状不良が矯正されるとともに、
各接合部材の表面振動が抑制される。この状態で、突合
せ接合が行われることにより、得られる突合せ接合継手
の品質が向上する。

【００３８】請求項１４の発明は、厚さ方向に段差を表
面側にて生じる態様で突き合わされるとともに、突合せ
部に表面側から接合工具の回転しているプローブが埋入
され、且つ裏面側から支持部材によって支持された２個
の板状の第１及び第２接合部材を、突合せ部が順次プロ
ーブを通過するように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接合を行うための
摩擦撹拌接合装置であって、プローブ埋入位置に対する
第１接合部材の接合方向前方側を表面側から押さえる第
１前押さえローラと、プローブ埋入位置に対する第２接
合部材の接合方向前方側を表面側から押さえる第２前押
さえローラと、を備えていることを特徴としている。

【００３９】この摩擦撹拌接合装置によれば、上記請求
項１記載の摩擦撹拌接合法を能率良く遂行できるように
なる。

【００４０】請求項１５の発明は、厚さ方向に段差を表
面側にて生じる態様で突き合わされるとともに、突合せ
部に表面側から接合工具の回転しているプローブが埋入
され、且つ裏面側から支持部材によって支持された２個
の板状の第１及び第２接合部材を、突合せ部が順次プロ
ーブを通過するように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接合を行うための
摩擦撹拌接合装置であって、プローブ埋入位置に対する
第１接合部材の接合方向後方側を表面側から押さえる第
１後押さえローラと、プローブ埋入位置に対する第２接
合部材の接合方向後方側を表面側から押さえる第２後押
さえローラと、を備えていることを特徴としている。

【００４１】この摩擦撹拌接合装置によれば、上記請求
項２記載の摩擦撹拌接合法を能率良く遂行できるように
なる。

【００４２】請求項１６の発明は、厚さ方向に段差を表
面側にて生じる態様で突き合わされるとともに、突合せ
部に表面側から接合工具の回転しているプローブが埋入
され、且つ裏面側から支持部材によって支持された２個
の板状の第１及び第２接合部材を、突合せ部が順次プロ
ーブを通過するように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接合を行うための
摩擦撹拌接合装置であって、プローブ埋入位置に対する
第１接合部材の接合方向前方側を表面側から押さえる第
１前押さえローラと、プローブ埋入位置に対する第２接
合部材の接合方向前方側を表面側から押さえる第２前押
さえローラと、プローブ埋入位置に対する第１接合部材
の接合方向後方側を表面側から押さえる第１後押さえロ
ーラと、プローブ埋入位置に対する第２接合部材の接合
方向後方側を表面側から押さえる第２後押さえローラ
と、を備えていることを特徴としている。

【００４３】この摩擦撹拌接合装置によれば、上記請求
項３記載の摩擦撹拌接合法を能率良く遂行できるように
なる。

【００４４】請求項１７の発明は、上記請求項１４〜１
６のいずれか１項記載の摩擦撹拌接合装置において、両
接合部材の接合された突合せ部を表面側から押圧する、
外周面がテーパ面からなる第３後押さえローラを備えて
いるものである。

【００４５】この場合には、上記請求項５記載の摩擦撹
拌接合法を能率良く遂行できるようになる。

【００４６】請求項１８の発明は、上記請求項１４又は
１６記載の摩擦撹拌接合装置において、第１前押さえロ
ーラと第２前押さえローラとは別体であり、第１前押さ
えローラ及び第２前押さえローラのうち少なくとも一方
のローラの軸線の、接合部材の突合せ方向に対する、接
合方向に直交する面内における傾斜角を変更するための
傾斜角変更装置を備えているものである。

【００４７】この場合には、上記請求項８記載の摩擦撹
拌接合法を能率良く遂行できるようになる。

【００４８】請求項１９の発明は、上記請求項１８記載
の摩擦撹拌接合装置において、両接合部材の接合された
突合せ部の接合状態に関する特性を測定する測定装置
と、測定装置で得られた測定値に基づいて傾斜角変更装
置の動作を制御する制御装置と、を備えているものであ
る。

【００４９】この場合には、上記請求項９記載の摩擦撹
拌接合法を能率良く遂行できるようになる。

【００５０】請求項２０の発明は、請求項１４又は１６
記載の摩擦撹拌接合装置において、第１前押さえローラ
と第２前押さえローラとは別体であり、第１前押さえロ
ーラ及び第２前押さえローラのうち少なくとも一方のロ
ーラの軸線の、接合部材の突合せ方向に対する、接合部
材の表面に平行な面内における傾斜角を変更するための
傾斜角変更装置を備えているものである。

【００５１】この場合には、上記請求項１０記載の摩擦
撹拌接合法を能率良く遂行できるようになる。

【００５２】請求項２１の発明は、上記請求項１４〜１
６のいずれか１項記載の摩擦撹拌接合装置において、プ
ローブ埋入位置に対する第１接合部材の接合方向前方側
を裏面側から支持する第１前支持ローラと、プローブ埋
入位置に対する第２接合部材の接合方向前方側を裏面側
から支持する、第１前支持ローラとは別体の第２前支持
ローラと、第１前支持ローラ及び第２前支持ローラのう
ち少なくとも一方のローラの軸線の、接合部材の突合せ
方向に対する、接合部材の裏面に平行な面内における傾
斜角を変更するための傾斜角変更装置と、を備えている
ものである。

【００５３】この場合には、上記請求項１１記載の摩擦
撹拌接合法を能率良く遂行できるようになる。

【００５４】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施形態を図面
を参照して説明する。

【００５５】図１〜図７は、この発明の第１実施形態を
示している。なお、この第１実施形態の摩擦撹拌接合法
により接合された突合せ接合継手は、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。

【００５６】図２において、（１）は薄肉の長尺平板状
の第１接合部材、（２）は厚肉の長尺平板状の第２接合
部材である。これら両接合部材（１）（２）は、いずれ
もアルミニウム又はその合金製のものである。

【００５７】各接合部材（１）（２）は、図４に示すよ
うに、互いに並行な表面及び裏面を有するものであっ
て、幅方向の一端面（1a）（2a）を突合せ面とするもの
であり、この端面（1a）（2a）は接合部材の表面及び裏
面に対して略垂直に形成されている。そして、これら両
接合部材（１）（２）は、裏面同士が面一に連なる態様
にして幅方向の一端面（1a）（2a）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表面側にて生じている。
図４において、（Ｎ）は各接合部材（１）（２）の突合
せ方向を示している。この突合せ方向（Ｎ）は接合部材
の幅方向と平行である。（４）は両接合部材（１）
（２）の段部を示しており、（4a）はこの段部（４）の
すみ部を示している。

【００５８】そして、図２に示すように、この突合せ状
態で両接合部材（１）（２）がその裏面側から後述する
前後の支持ローラ（31）（32）によって水平状に支持さ
れている。

【００５９】さらに、各接合部材（１）（２）は、この
支持状態のもとで、図１に示すようにテンションレベラ
ーに備えられた前テンションローラ（70）及び後テンシ
ョンローラ（70）によって、長さ方向に引っ張られてお
り、これにより当該両接合部材（１）（２）に長さ方向
の張力が付与されている。

【００６０】図２において、（40）は摩擦撹拌接合用の
接合工具である。この接合工具（40）は、径大の円柱状
回転子（41）と、該回転子（41）の端面（41a）の回転
中心部に回転軸線（Ｑ）上に沿って突出して一体に設け
られた径小のピン状プローブ（42）と、を備えている。
そして、この接合工具（40）のプローブ（42）が、回転
軸線（Ｑ）を中心に回転している状態で、両接合部材
（１）（２）の突合せ部（３）に表面側から埋入された
状態に配置されている。さらに、この埋入状態におい
て、図５に示すように回転軸線（Ｑ）は第１接合部材
（１）（即ち、低位側の接合部材）側に傾斜された状態
に配置されている。且つ、回転子（41）の端面（41a）
は、これを突合せ部（３）から表面側に突出している第
２接合部材（２）の肩部（2b）（即ち、高位側の接合部
材の肩部）に圧接した状態に配置されている。図５にお
いて、Ｔは接合部材のプローブ埋入位置における表面の
法線を示しており、θはこのＴに対する回転軸線（Ｑ）
の第１接合部材（１）側への傾斜角を示している。

【００６１】この接合工具（40）において、回転子（4
1）及びプローブ（42）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、プローブ（4
2）の外周面には、摩擦熱にて軟化した両接合部材
（１）（２）の肉を撹拌するための撹拌用凸部（図示せ
ず）が螺旋状に形成されている。

【００６２】図５において、Ｄは、回転子（41）の端面
（41a）における外径を示している。この回転子（41）
の端面（41a）の少なくとも外周縁部は、回転軸線
（Ｑ）に直交する平面内に形成されており、この第１実
施形態では回転子（41）の端面（41a）は平坦面からな
る。なお、この発明では、回転子（41）の端面（41a）
は、図示していないが外周縁部から回転中心部に向かっ
て窪んだ形状になっていても良い。

【００６３】而して、この第１実施形態では、図２に示
すように、上述のように突合せ部（３）に表面側からプ
ローブ（42）が埋入され且つ長さ方向の張力が付与され
た状態の両接合部材（１）（２）を、突合せ部（３）が
順次プローブ（42）を通過するように、長さ方向に移動
（その移動方向MD）させることによって、両接合部材
（１）（２）の突合せ部（３）を接合しようとするもの
である。したがって、この第１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
（WD）となり、また各接合部材（１）（１）の長さ方向
が接合方向（WD）と平行な方向となる。図２において、
（3'）は、プローブ（42）により接合された両接合部材
（１）（２）の突合せ部を示している。また、（Ｗ）は
接合された突合せ部（3'）に形成された接合部を示して
いる。

【００６４】なお、この接合の際には、図３に示すよう
に、接合工具（40）の回転軸線（Ｑ）は、接合方向後方
側に僅かに傾けられており、これにより回転子（41）の
端面（41a）の接合方向前方側の部分が両接合部材
（１）（２）の表面から浮き上がった状態になってい
る。こうすることにより、両接合部材（１）（２）の表
面に存在することのある微細凹凸への引っ掛かりを防止
できるようになる。

【００６５】まず、この第１実施形態の摩擦撹拌接合装
置の構成について説明する。

【００６６】図２において、（33）は所定長さを有する
円柱状の裏当てローラである。この裏当てローラ（33）
は、両接合部材（１）（２）の裏面側において、接合工
具（40）のプローブ（42）に対向し且つ両接合部材
（１）（２）に跨る態様にして配置されており、この裏
当てローラ（33）によって両接合部材（１）（２）の突
合せ部（３）のプローブ埋入位置の裏面が受けられてい
る。

【００６７】（30）は支持部材である。この支持部材
（30）は所定長さを有する円柱状の前支持ローラ（31）
と、同じく所定長さを有する円柱状の後支持ローラ（3
2）と、を備えている。前支持ローラ（31）は、両接合
部材（１）（２）の裏面側において、プローブ埋入位置
に対する両接合部材（１）（２）の接合方向前方側に、
該ローラ（31）の軸線が突合せ方向（Ｎ）と平行になり
且つ両接合部材（１）（２）に跨る態様にして配置され
ている。また同じく、後支持ローラ（32）は、両接合部
材（１）（２）の裏面側において、プローブ埋入位置に
対する両接合部材（１）（２）の接合方向後方側に、該
ローラ（32）の軸線が突合せ方向（Ｎ）と平行になり且
つ両接合部材（１）（２）に跨る態様にして配置されて
いる。そして、これら前支持ローラ（31）及び後支持ロ
ーラ（32）によって、それぞれ、プローブ埋入位置に対
する両接合部材（１）（２）の接合方向前方側及び接合
方向後方側が裏面側から支持されている。

【００６８】この前後の支持ローラ（31）（32）及び裏
当てローラ（33）は、図示しない回転駆動装置を備えて
いる。そして、この駆動装置を作動させることによっ
て、これらローラ（31）（32）（33）がその軸線を中心
に互いに同一の周速度で回転駆動し得るように構成され
ており、これらローラ（31）（32）（33）は両接合部材
（１）（２）を所定方向（MD）に移動させるための駆動
ローラとしても機能するものとなされている。なお、こ
の発明では、裏当てローラ（33）は回転自在なものであ
っても良い。また、両接合部材（１）（２）に駆動力を
付与する駆動装置が別途、設置されている場合等には、
前後の支持ローラ（31）（32）は、回転自在なものであ
っても良い。

【００６９】さらに、この前後の支持ローラ（31）（3
2）のうち後支持ローラ（31）は、冷却ローラとしても
機能するものとなされている。すなわち、後支持ローラ
（31）の内部の外周面近傍には、周方向に並んだ複数個
の冷却液流通路（35）が長さ方向に延びて設けられてい
る。そして、これら冷却液流通路（35）内に冷却液（例
えば冷却水）が流通されており、これにより当該後支持
ローラ（32）の外周面が冷却された状態になっている。
そして、支持時にこの後支持ローラ（32）の冷却された
外周面に両接合部材（１）（２）の接合された突合せ部
（3'）の裏面が当接することで、当該突合せ部（3'）が
裏面側から冷却されるものとなされている。

【００７０】（11）は所定長さを有する径大の回転自在
な円柱状第１前押さえローラ、（12）は所定長さを有す
る径小の回転自在な円柱状第２前押さえローラである。
第１前押さえローラ（11）は、図２及び図４に示すよう
に、第１接合部材（１）の表面側において、プローブ埋
入位置に対する第１接合部材（１）の接合方向前方側に
おける前支持ローラ（31）の上方位置に、該ローラ（1
1）の軸線（P1）が第１接合部材（１）の突合せ方向
（Ｎ）と平行になる態様にして配置されている。また同
じく、第２前押さえローラ（12）は、第２接合部材
（２）の表面側において、プローブ埋入位置に対する第
２接合部材（２）の接合方向前方側における前支持ロー
ラ（31）の上方位置に、該ローラ（12）の軸線（P2）が
第２接合部材（２）の突合せ方向（Ｎ）と平行になる態
様にして配置されている。

【００７１】この第１実施形態では、第１前押さえロー
ラ（11）と第２前押さえローラ（12）とは、軸線同士が
同一直線上に並び且つ端面同士が突き合わされた態様で
一体化されている。この一体化ローラ（10）を第１実施
形態では「前押さえローラ」を呼ぶ。

【００７２】この前押さえローラ（10）において、第１
前押さえローラ（11）の半径と第２押さえローラ（12）
の半径との寸法差は、両接合部材（１）（２）の表面の
段差（即ち、第１接合部材（１）の表面と第２接合部材
（２）の表面との高低差）に一致している。

【００７３】そして、第１前押さえローラ（11）によっ
て、プローブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接
合方向前方側の幅方向中間部から突合せ部直近部位まで
の領域が、表面側から厚さ方向に押さえられており、こ
れにより第１接合部材（１）が当該領域で厚さ方向に拘
束されている。また同じく、第２前押さえローラ（12）
によって、プローブ埋入位置に対する第２接合部材
（２）の接合方向前方側の幅方向中間部から突合せ部直
近部位までの領域が、表面側から厚さ方向に押さえられ
ており、これにより第２接合部材（２）が当該領域にて
厚さ方向に拘束されている。

【００７４】一方、両接合部材（１）（２）は、このよ
うに前押さえローラ（10）によって押さえられることに
より、その裏面が前支持ローラ（31）の外周面に押し付
けられて当該両接合部材（１）（２）に移動方向（MD）
の駆動力が付与されるものとなる。一方、この両接合部
材（１）（２）の移動に伴い、第１及び第２前押さえロ
ーラ（11）（12）はその軸線（P1）（P2）を中心に定位
置で一体に回転するものとなる。

【００７５】（21）は所定長さを有する径大の回転自在
な円柱状第１後押さえローラ、（22）は所定長さを有す
る径小の回転自在な円柱状第２後押さえローラである。
第１後押さえローラ（21）は、図２及び図７に示すよう
に、第１接合部材（１）の表面側において、プローブ埋
入位置に対する第１接合部材（１）の接合方向後方側に
おける後支持ローラ（32）の上方位置に、該ローラ（2
1）の軸線が第１接合部材（１）の突合せ方向（Ｎ）と
平行になる態様にして配置されている。また同じく、第
２後押さえローラ（22）は、第２接合部材（２）の表面
側において、プローブ埋入位置に対する第２接合部材
（２）の接合方向後方側における後支持ローラ（32）の
上方位置に、該ローラ（22）の軸線が第２接合部材
（２）の突合せ方向（Ｎ）と平行になる態様にして配置
されている。

【００７６】（23）は、外周面がテーパ面からなる回転
自在な円錐台状の第３後押さえローラである。この第３
後押さえローラ（23）は、両接合部材（１）（２）の接
合された突合せ部（3'）を表面側から押圧するためのも
のであって、両接合部材（１）（２）の表面側におい
て、両接合部材（１）（２）の接合された突合せ部
（3'）における後支持ローラ（32）の上方位置に、該ロ
ーラ（23）の軸線が接合部材の突合せ方向（Ｎ）と平行
になる態様にして配置されている。

【００７７】この第１実施形態では、第１後押さえロー
ラ（21）と第３後押さえローラ（23）と第２後押さえロ
ーラ（22）とは、軸線同士が同一直線上にこの順に並び
且つ隣接するローラの端面同士が突き合わされた態様で
一体化されている。この一体化ローラ（20）を第１実施
形態では「後押さえローラ」と呼ぶ。

【００７８】この後押さえローラ（20）において、第１
後押さえローラ（21）の半径と第２後押さえローラ（2
2）の半径との寸法差は、両接合部材（１）（２）の表
面の段差に一致している。さらに、第１後押さえローラ
（21）の外周面と第２後押さえローラ（22）の外周面と
が、第３後押さえローラ（23）の外周面を介して連接さ
れている。

【００７９】そして、第１後押さえローラ（21）によっ
て、プローブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接
合方向後方側の幅方向中間部から接合された突合せ部近
傍部までの領域が、表面側から厚さ方向に押さえられて
おり、これにより第１接合部材（１）が当該領域にて厚
さ方向に拘束されている。また同じく、第２後押さえロ
ーラ（22）によって、プローブ埋入位置に対する第２接
合部材（２）の接合方向後方側の幅方向中間部から接合
された突合せ部近傍部までの領域が、表面側から厚さ方
向に押さえられており、これにより第２接合部材（２）
が当該領域にて厚さ方向に拘束されている。さらに、第
３後押さえローラ（23）によって、両接合部材（１）
（２）の接合された突合せ部（3'）が表面側から厚さ方
向に押圧されている。

【００８０】さらに、第３後押さえローラ（23）の内部
の外周面近傍には、図２に示すように、周方向に並んだ
複数個の冷却液流通路（25）が、第１後押さえローラ
（21）と第２後押さえローラ（22）とに跨がって長さ方
向に延びて設けられている。そして、この冷却液流通路
（25）内に冷却液（例えば冷却水）が流通されており、
これにより第３後押さえローラ（23）の外周面が冷却さ
れた状態になっている。そして、押圧時にこの第３後押
さえローラ（23）の冷却された外周面が両接合部材
（１）（２）の接合された突合せ部（3'）の表面に当接
することで、当該突合せ部（3'）が表面側から冷却され
るものとなされている。

【００８１】一方、両接合部材（１）（２）は、このよ
うに後押さえローラ（20）によって押さえられることに
より、その裏面が後支持ローラ（32）の外周面に押し付
けられて当該両接合部材（１）（２）に移動方向（MD）
の駆動力を付与されるものとなる。一方、この両接合部
材（１）（２）の移動に伴い、第１〜第３前押さえロー
ラ（21）（22）（23）はその軸線を中心に定位置で一体
に回転するものとなる。

【００８２】次に、この第１実施形態の摩擦撹拌接合法
の接合手順について説明する。

【００８３】まず、テンションローラ（70）（70）によ
って接合方向（WD）と平行な方向（即ち長さ方向）の張
力が付与された状態の両接合部材（１）（２）に対し、
第１前押さえローラ（11）によって、プローブ埋入位置
に対する第１接合部材（１）の接合方向前方側の幅方向
中間部から突合せ部直近部位までの領域を表面側から押
さえ、これにより第１接合部材（１）を当該領域にて厚
さ方向に拘束する。また同じく、第２前押さえローラ
（12）によって、プローブ埋入位置に対する第２接合部
材（２）の接合方向前方側の幅方向中間部から突合せ部
直近部位までの領域を表面側から押さえ、これにより第
２接合部材（２）を当該領域にて厚さ方向に拘束する。

【００８４】両接合部材（１）（２）がこのように押さ
えられることにより、各接合部材（１）（２）の捻れが
矯正され、これにより両接合部材（１）（２）が突合せ
部（３）において密着するようになり、その結果、突合
せ部（３）に隙間が発生しなくなる。そして、両接合部
材（１）（２）は、この密着状態のままで前支持ローラ
（31）の駆動力を受けて移動される。

【００８５】一方、所定の時点で、接合工具（40）の回
転子（41）を回転させてプローブ（42）を回転させる。
そして、回転軸線（Ｑ）を第１接合部材（１）側に傾斜
させた状態で、回転しているプローブ（42）を両接合部
材（１）（２）の突合せ部（３）に表面側から埋入した
状態に配置する。更に、回転子（41）の端面（41a）を
第２接合部材（２）の肩部（2b）に圧接した状態に配置
する。なお、プローブ（42）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。

【００８６】突合せ部（３）にプローブ（42）が埋入さ
れた両接合部材（１）（２）は、プローブ（42）の回転
により発生する摩擦熱と、回転子（41）の端面（41a）
と第２接合部材（２）の肩部（2b）との摺動に伴い発生
する摩擦熱とによって、プローブ（42）との接触部分近
傍において軟化するとともに、第２接合部材（２）の肩
部（2b）が回転子（41）の端面（41a）からの圧接力を
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（2b）の肉の一部
が両接合部材（１）（２）の段部（４）のすみ部（4a）
内に充填される。

【００８７】そして、こうして肩部（2b）の肉の一部が
すみ部（4a）内に充填されながら、摩擦熱にて軟化した
両接合部材（１）（２）の肉が、プローブ（42）の回転
力を受けて撹拌混合されるとともに、両接合部材（１）
（２）の移動に伴って該プローブ（42）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、もって両接合部材（１）（２）の突合せ部（３）が
プローブ通過部位にて次々に接合されていく。このと
き、接合工具（40）の回転軸線（Ｑ）は上述したように
第１接合部材（１）側に傾斜しており、且つ第２接合部
材（２）の肩部（2a）の肉の一部がすみ部（4a）内に充
填されることから、接合された突合せ部（3'）の表面
は、図６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よう
になる。更に、この接合された突合せ部（3'）の表面に
は、バリ等の微細な凹凸が形成されている。

【００８８】こうして突合せ部（３）をプローブ（42）
により接合しながら両接合部材（１）（２）を移動させ
てこれを後支持ローラ（１）と第１〜第３支持ローラ
（21）（22）（23）との間に通す。そして、第１後押さ
えローラ（21）によって、プローブ埋入位置に対する第
１接合部材（１）の接合方向後方側の幅方向中間部から
接合された突合せ部近傍部までの領域を表面側から押さ
え、これにより第１接合部材（１）を当該領域にて厚さ
方向に拘束する。また同じく、第２前押さえローラ（2
2）によって、プローブ埋入位置に対する第２接合部材
（２）の接合方向後方側における幅方向中間部から接合
された突合せ部近傍部までの領域を表面側から押さえ、
これにより第２接合部材（２）を当該領域にて厚さ方向
に拘束する。更に、第３後押さえローラ（23）によっ
て、接合された突合せ部（3'）を表面側から押圧する。

【００８９】こうして両接合部材（１）（２）が押さえ
られることにより、各接合部材（１）（２）の捻れ及び
反りが矯正されるようになる。更に、第３後押さえロー
ラ（３）の外周面はテーパ面からなるので、接合された
突合せ部（3'）がこの第３後押さえローラ（23）によっ
て押圧されることにより、当該突合せ部（3'）が加圧さ
れてその表面が図７に示すように緩やかな傾斜面に形成
されるようになる。更にこれと同時に、当該突合せ部
（3'）の表面に形成されたバリ等の微細凹凸が加圧除去
され、これにより当該突合せ部（3'）の表面は緩やかな
傾斜面の状態のままで平滑化されるようになる。また、
こうして押圧されることにより、当該突合せ部（3'）の
表面に生じる引張残留応力が圧縮残留応力に変換される
ようになる。

【００９０】ここで、この発明において、図７に示すよ
うに、第３後押さえローラ（23）の外周面の幅及びテー
パ角をそれぞれａ及びφとすると、幅ａは接合工具（4
0）の回転子（41）の端面（41a）における外径Ｄよりも
大寸に設定されており（即ち、ａ＞Ｄ）、且つ、テーパ
角φは法線Ｔに対する回転軸線（Ｑ）の第１接合部材
（１）側への傾斜角θよりも小寸に設定されている（即
ち、φ＜θ）。このように設定することにより、接合さ
れた突合せ部（3'）の表面を、所望する勾配をもった傾
斜面に確実に形成できるようになり、更には前記微細凹
凸を確実に加圧除去できるようになる。

【００９１】更に、接合された突合せ部（3'）の表面が
押圧時に第３後押さえローラ（23）の冷却された外周面
に当接することで、当該突合せ部（3'）がその表面側か
ら冷却されて焼入れ状態になる。この結果、接合強度が
向上し、更には接合された突合せ部（3'）に生じること
のある過剰な熱が冷却除去されて良好な接合部（Ｗ）が
形成されるようになる。更には、接合された突合せ部
（3'）の裏面が後支持ローラ（32）の冷却された外周面
に当接することで、当該突合せ部（3'）がその裏面側か
らも冷却されて焼入れ状態になる。この結果、接合強度
が更に向上するようになる。

【００９２】なお、この発明では、裏当てローラ（33）
の外径をｂとすると（図３参照）、外径ｂは接合工具
（40）の回転子（41）の端面（41a）における外径Ｄと
等しいか、あるいはＤよりも大寸に設定されている（即
ちｂ≧Ｄ）。このように設定することにより、摩擦熱に
て軟化した両接合部材（１）（２）の肉を確実に裏面側
から受けることができるようになる。

【００９３】而して、以上の摩擦撹拌接合法では、接合
の際に、プローブ埋入位置に対する各接合部材（１）
（２）の接合方向前方側が押さえられ、且つ、プローブ
埋入位置に対する各接合部材（１）（２）の接合方向後
方側が押さえられているから、各接合部材（１）（２）
の反りや捻れを確実に矯正することができる。そして、
この状態で、突合せ接合が行われるから、接合欠陥や熱
歪みの発生を確実に防止又は抑制することができる。し
かも、プローブ埋入位置に対する各接合部材（１）
（２）の接合方向前方側の突合せ部直近部位を押さえた
状態で、突合せ接合が行われるので、各接合部材（１）
（２）の突き合わされる端部をしっかりと押さえること
ができて、接合欠陥や熱歪みの発生をより確実に防止又
は抑制することができるようになる。

【００９４】その上、両接合部材（１）（２）には接合
方向（WD）と平行な方向の張力が付与されているので、
各接合部材（１）（２）の反り、捻れ、曲がり等の形状
不良をより一層確実に矯正できるようになるし、各接合
部材（１）（２）の表面振動も抑制できるようになる。
このため、接合欠陥や熱歪みの発生をより一層確実に防
止又は抑制できるようになる。

【００９５】しかも、この摩擦撹拌接合法においては、
第１前押さえローラ（11）と第２前押さえローラ（12）
は一体構成されているので、これらローラを支持するた
めの支持治具の構造を簡素化することができる。

【００９６】更に、この摩擦撹拌接合法で得られた突合
せ接合継手は、接合された突合せ部（3'）が焼入れ状態
になっているので、高い接合強度を有するものとなって
いる。しかも、接合された突合せ部（3'）の表面が、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ているので、段部（４）に生じ
る応力集中を緩和し得るものとなっており、したがって
優れた強度的信頼性を有するものとなっている。更に
は、接合された突合せ部（3'）の表面は、傾斜面の状態
のままでバリ等の微細凹凸が加圧除去されて平滑化され
ているので、表面状態も良好である。このため、突合せ
接合継手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'）の表面に塗膜を良好に形成することが
できるようになる。

【００９７】図９〜図１５はこの発明の第２実施形態を
示している。これらの図には、上記第１実施形態と同じ
構成要素に同一の符号が付されており、以下、この第２
実施形態を上記第１実施形態との相異点を中心に説明す
る。

【００９８】この第２実施形態では、前押さえローラ
（10）は、図９及び図１０に示すように、第１前押さえ
ローラ（11）と第２前押さえローラ（12）とに分割構成
されたものであり、すなわち第１前押さえローラ（11）
と第２前押さえローラ（12）とは別体のものである。こ
れらローラ（11）（12）の外径は同一寸法に設定されて
いる。

【００９９】図１１及び図１２において、（60a）は、
第１接合部材（１）の突合せ方向（Ｎ）に対する第１前
押さえローラ（11）の軸線（P1）の、第１接合部材
（１）の表面に平行な面内における傾斜角（α1）を変
更するための傾斜角変更装置である。この傾斜角変更装
置（60a）は、更に、図１４に示すように、第１接合部
材（１）の突合せ方向（Ｎ）に対する第１前押さえロー
ラ（11）の軸線（P1）の、接合方向（WD）に直交する面
内における傾斜角（β1）を変更するための機能をも具
備している。そして、この傾斜角変更装置（60a）に第
１前押さえローラ（11）が接続されており、この傾斜角
変更装置（11）が作動することで傾斜角（α1）や傾斜
角（β1）が変更されるものとなされている。更にこの
傾斜角変更装置（60a）には、該傾斜角変更装置（60a）
の動作を制御する後述する制御装置（61a）が接続され
ている。

【０１００】（50）は、両接合部材（１）（２）の接合
された突合せ部（3'）の表面温度を測定するための温度
測定装置（例えば放射温度計）である。この温度測定器
（50）は、図９に示すように両接合部材（１）（２）の
表面側におけるプローブ埋入位置と第３後押さえローラ
（23）との間の位置に配置されている。

【０１０１】（61a）は、温度測定装置（50）で得られ
た測定値に基づいて第１前押さえローラ用傾斜角変更装
置（60a）の動作を制御する制御装置である。この制御
装置（61a）は温度測定装置（50）に接続されている。

【０１０２】一方、（60b）は、第２接合部材（２）の
突合せ方向（Ｎ）に対する第２前押さえローラ（12）の
軸線（P2）の、第２接合部材（２）の表面に平行な面内
における傾斜角（α2）を変更するための傾斜角変更装
置である。この傾斜角変更装置（60b）は、更に、図１
４に示すように、第２接合部材（２）の突合せ方向
（Ｎ）に対する第２前押さえローラ（12）の軸線（P2）
の、接合方向（WD）に直交する面内における傾斜角（β
2）を変更するための機能をも具備している。そして、
この傾斜角変更装置（60b）に第２前押さえローラ（1
2）が接続されており、この傾斜角変更装置（60b）が作
動することで傾斜角（α2）や傾斜角（β2）が変更され
るものとなされている。

【０１０３】（61b）は、温度測定装置（50）で得られ
た測定値に基づいて第２前押さえローラ用傾斜角変更装
置（60b）の動作を制御する制御装置である。この制御
装置（61b）は温度測定装置（50）に接続されている。

【０１０４】さらに、この摩擦撹拌接合装置において
は、前支持ローラ（31）は、図９に示すように、プロー
ブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接合方向前方
側を裏面側から支持する第１前支持ローラ（31a）と、
プローブ埋入位置に対する第２接合部材（２）の接合方
向前方側を裏面側から支持する第２前支持ローラ（31
b）とに分割構成されたものであり、すなわち第１前支
持ローラ（31a）と第２前支持ローラ（31b）とは別体の
ものである。これらローラ（31a）（31b）の外径は同一
寸法に設定されている。そして、第１前支持ローラ（31
a）及び第２前支持ローラ（31b）によって、それぞれ、
プローブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接合方
向前方側及び第２接合部材（２）の接合方向前方側が裏
面側から支持されている。

【０１０５】（65a）は、第１接合部材（１）の突合せ
方向（Ｎ）に対する第１前支持ローラ（31a）の軸線（S
1）の、第１接合部材（１）の裏面に平行な面内におけ
る傾斜角（γ1）を変更するための傾斜角変更装置であ
る。そして、この傾斜角変更装置（65a）に第１前支持
ローラ（31a）が接続されており、この傾斜角変更装置
（65a）が作動することで図１３に示すように傾斜角
（γ1）が変更されるものとなされている。

【０１０６】（65b）は、第２接合部材（２）の突合せ
方向（Ｎ）に対する第２前支持ローラ（32b）の軸線（S
2）の、第２接合部材（２）の裏面に平行な面内におけ
る傾斜角（γ2）を変更するための傾斜角変更装置であ
る。そして、この傾斜角変更装置（65b）に第２前支持
ローラ（31b）が接続されており、この傾斜角変更装置
（65b）が作動することで図１３に示すように傾斜角
（γ2）が変更されるものとなされている。

【０１０７】而して、この第２実施形態では、第１前押
さえローラ（11）は、図１０に示すように、突合せ部
（３）側の端部が該端部とは反対側の端部よりも接合方
向前方側に位置した態様にして、第１接合部材（１）の
表面と平行な面内で該ローラ（11）の軸線（P1）を第１
接合部材（１）の突合せ方向（Ｎ）に対して傾斜させた
状態で配置されている。このように第１前押さえローラ
（11）を配置することにより、第１接合部材（１）に
は、移動方向（MD）の力に加えて更に突合せ方向（Ｎ）
の力が付与されるようになる。また同じく、第２前押さ
えローラ（12）は、突合せ部（３）側の端部が該端部と
は反対側の端部よりも接合方向前方側に位置した態様に
して、第２接合部材（２）の表面と平行な面内で該ロー
ラ（12）の軸線（P2）を第２接合部材（２）の突合せ方
向（Ｎ）に対して傾斜させた状態で配置されている。

【０１０８】このように第１前押さえローラ（11）及び
第２前押さえローラ（12）を配置することにより、両接
合部材（１）（２）の移動に伴い当該両接合部材（１）
（２）は突合せ部（３）において強く密着するようにな
り、この状態で所定方向（MD）に移動するものとなる。

【０１０９】更に両接合部材（１）（２）を強く密着さ
せるために、この第２実施形態では、図１０に示すよう
に、第１前支持ローラ（31a）は、突合せ部（３）側の
端部が該端部とは反対側の端部よりも接合方向前方側に
位置した態様にして、第１接合部材（１）の裏面と平行
な面内で該ローラ（31a）の軸線（S1）を第１接合部材
（１）の突合せ方向（Ｎ）に対して傾斜させた状態で配
置されている。第２前支持ローラ（31b）についてもこ
れと同様に配置されている。

【０１１０】而して、この第２実施形態では、両接合部
材（１）（２）が強く密着した状態で突合せ接合が行わ
れるようになるため、良好な接合部（Ｗ）を形成できる
ようになるし、両接合部材（１）（２）の移動中に突合
せ部（３）が開いてしまう不具合を防止できるようにな
る。

【０１１１】さらに、前押さえローラ（10）は、第１前
押さえローラ（11）と第２前押さえローラ（12）とに分
割構成されているので、もし仮に各接合部材（１）
（２）の肉厚が長さ方向において寸法公差内で変動して
いる場合であっても、各接合部材（１）（１）をしっか
りと押さえることができる。

【０１１２】さらに、この第２実施形態では、図１５に
示すように、後支持ローラ（32）は、プローブ埋入位置
に対する第１接合部材（１）の接合方向後方側を裏面側
から支持する第１後支持ローラ（32a）と、プローブ埋
入位置に対する第２接合部材（２）の接合方向後方側を
裏面側から支持する第２後支持ローラ（32b）とに分割
構成されている。これらローラ（32a）（32b）の外径は
同一寸法に設定されている。そして、第１後支持ローラ
（32a）及び第２後支持ローラ（32b）によって、それぞ
れ、プローブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接
合方向後方側及び第２接合部材（２）の接合方向後方側
が裏面側から支持されている。

【０１１３】このように後支持ローラ（32）として、第
１後支持ローラ（32a）と第２後支持ローラ（32b）とに
分割されたものを用いることにより、当該後支持ローラ
（32）の設計自由度が増大するようになる。このため、
第１後支持ローラ（32a）や第２後支持ローラ（32b）の
配置を変更したり周速度を変更したりすることによっ
て、プローブ埋入位置に対する両接合部材（１）（２）
の接合方向後方側において生じることのある両接合部材
（１）（２）の蛇行運動を、防止又は抑制し得るように
なり、更には、各接合部材（１）（２）の形状不良に対
する矯正効果についても期待できるようになる。

【０１１４】図１６は、この第２実施形態の一変形例を
示している。この変形例では、第１前押さえローラ（1
1）は、突合せ部（３）側の端部が該端部とは反対側の
端部よりも上側に位置した態様にして、接合方向（WD）
に直交する面内で該ローラ（11）の軸線（P1）を第１接
合部材（１）の突合せ方向（Ｎ）に対して傾斜させた状
態で配置されている。そして、この状態のままで第１接
合部材（１）を押圧するものとなされている。第２前押
さえローラ（12）についてもこれと同様に配置されてい
る。

【０１１５】而して、この変形例では、次のようにして
突合せ接合が行われる。すなわち、両接合部材（１）
（２）の接合された突合せ部（3'）の表面温度を温度測
定装置（50）により測定し、該温度測定装置（50）で得
られた測定値に基づいて、制御装置（61a）（61b）を介
して傾斜角変更装置（60a）（60b）を作動させて傾斜角
（β1）（β2）をそれぞれ所定の値に変更しながら、突
合せ接合が行われる。

【０１１６】この突合せ接合法においては、接合された
突合せ部（3'）の表面温度が所定温度よりも高い又は低
い場合には、接合欠陥や熱歪みが発生し易くなるので、
温度測定装置（50）で得られた測定値に基づいて傾斜角
（β1）（β2）のうち少なくとも一方を変更する。これ
により、接合部材（１）（２）が受ける当該ローラから
の押圧力を、突合せ方向（Ｎ）において変化させ得るよ
うになる。したがって、接合中に傾斜角（β1）（β2）
を適宜変更することにより、接合欠陥や熱歪みの発生を
確実に防止又は抑制し得るようになる。このように、こ
の変形例では接合欠陥や熱歪みの発生を防止又は抑制し
ながら、突合せ接合を行えるようになり、このため、接
合欠陥や熱歪みの防止作業又は抑制作業を能率良く行え
るようになる。

【０１１７】なお、この第２実施形態及びその変形例で
は、接合された突合せ部（3'）の接合状態に関する特性
として、当該突合せ部（3'）の表面温度が例示されてい
るが、この発明では、この他に、例えば当該突合せ部
（3'）の表面残留応力について任意の測定装置により測
定しこの測定値に基づいて傾斜角（β1）（β2）を変更
しても良い。

【０１１８】以上、この発明の実施形態について説明し
たが、この発明は上記実施形態に限定されるものではな
く、様々に設定変更可能である。

【０１１９】例えば、上記第１及び第２実施形態では、
いずれも、接合工具（40）のプローブ（42）の位置を固
定しておき、突合せ部（３）が順次プローブ（42）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、突合せ接合を行う場合について示しているが、
この発明では、この他に、両接合部材（１）（２）の位
置を固定しておき、プローブ（42）を突合せ部（３）に
埋入してこれを突合せ部（３）に沿って移動させること
により、突合せ接合を行うものであっても良い。

【０１２０】また、後押さえローラ（20）は、第１後押
さえローラ（21）と第２後押さえローラ（22）と第３後
押さえローラ（23）とに分割構成されていても良い。

【０１２１】また、前押さえローラ（10）や後押さえロ
ーラ（20）は、接合部材（１）（２）に移動方向（MD）
の駆動力を付与する駆動ローラとしても機能するように
構成されていても良いし、周速度制御機構を備えたもの
であっても良い。

【０１２２】

【実施例】次に、この発明の具体的実施例を示す。

【０１２３】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、寸法：長さ１０００×幅
１００×厚さ２ｍｍ）と、同じく長尺平板状のアルミニ
ウム合金製第２接合部材（材質：Ａ５０５２−Ｏ、寸
法：長さ１０００×幅１００×厚さ３ｍｍ）とを準備し
た。

【０１２４】接合工具（40）として、回転子（41）の端
面（41a）における外径Ｄが９ｍｍ、プローブ（42）の
回転子端面（41a）からの突出長さが２．３ｍｍで且つ
該プローブ（42）がＭ３のネジの軸部からなるものを準
備した。

【０１２５】前押さえローラ（10）として、図８（Ａ）
及び（Ｂ）に示したものを準備するとともに、後押さえ
ローラ（20）として、図８（Ｃ）〜（Ｅ）に示したもの
を準備した。各ローラの構成は次の通りである。

【０１２６】図８（Ａ）に示した前押さえローラ（10
A）は、従来例で用いられたものと同じく円柱状のもの
であって、突合せ部を跨ぐ態様にして配置されるもので
ある。

【０１２７】図８（Ｂ）に示した前押さえローラ（10
B）は、上記第１実施形態で用いられたもの（10）と同
一構成である。

【０１２８】図８（Ｃ）に示した後押さえローラ（20
C）は、従来例で用いられたものと同じく円柱状のもの
である。

【０１２９】図８（Ｄ）に示した後押さえローラ（20
D）は、上記第１実施形態で用いられたもの（20）と同
一構成である。

【０１３０】図８（Ｅ）に示した後押さえローラ（20
E）は、第１後押さえローラ（11）と第２後押さえロー
ラ（12）とが第２後押さえローラ（12）の径よりも径小
の連結用棒状軸部（24）を介して一体に連結されたもの
であり、つまり接合された突合せ部（3'）を押圧するた
めの第３後押さえローラを有していないものである。そ
して、この後押さえローラ（20E）は、接合された突合
せ部を跨ぐ態様にして配置されるものである。

【０１３１】＜実施例１＞図８（Ｂ）に示した前押さえ
ローラ（10B）と、図８（Ｄ）に示した後押さえローラ
（20D）とを用い、上記第１実施形態で示したように第
１接合部材（１）の裏面と第２接合部材（２）の裏面と
が面一に連なる態様で両接合部材（１）（２）の幅方向
の一端面（1a）（2b）同士を突き合わせ、この突合せ部
（３）を上記第１実施形態の接合手順に従って全長に亘
って接合した。なお、この接合では、接合工具（40）の
回転子（41）の回転数を１０００ｒｐｍ、接合速度を７
００ｍｍ／ｍｉｎ、接合工具（40）の回転軸線（Ｑ）の
第１接合部材（１）側への傾斜角θを５°の条件で接合
を行った。

【０１３２】＜実施例２＞図８（Ｂ）に示した前押さえ
ローラ（10B）と、図８（Ｃ）に示した後押さえローラ
（20C）とを用いて、両接合部材（１）（２）の突合せ
部（３）を全長に亘って接合した。他の接合条件は上記
実施例１と同じである。

【０１３３】＜実施例３＞図８（Ａ）に示した前押さえ
ローラ（10A）と、図８（Ｄ）に示した後押さえローラ
（20D）とを用いて、両接合部材（１）（２）の突合せ
部（３）を全長に亘って接合した。他の接合条件は上記
実施例１と同じである。

【０１３４】＜実施例４＞図８（Ａ）に示した前押さえ
ローラ（10A）と、図８（Ｅ）に示した後押さえローラ
（20E）とを用いて、両接合部材（１）（２）の突合せ
部（３）を全長に亘って接合した。他の接合条件は上記
実施例１と同じである。

【０１３５】＜比較例＞図８（Ａ）に示した前押さえロ
ーラ（10A）と、図８（Ｃ）に示した後押さえローラ（2
0C）とを用いて、両接合部材（１）（２）の突合せ部
（３）を全長に亘って接合した。他の接合条件は上記実
施例１と同じである。

【０１３６】以上の実施例１〜４及び比較例で得られた
突合せ接合継手について、接合された突合せ部の表面状
態を肉眼にて調べ、また熱歪み量を調べた。この結果を
表１に示す。

【０１３７】

【表１】

【０１３８】なお、同表１中の熱歪み量については、得
られた突合せ接合継手を平坦面上に載置し、該突合せ接
合継手の最大反り量を熱歪み量として示している。

【０１３９】同表１に示すように、比較例では、熱歪み
量が１０ｍｍであり、極めて大きな熱歪みが発生するこ
とが分かった。これに対して、実施例１〜４では、いず
れも熱歪み量が５ｍｍ以下であり、熱歪みの発生を抑制
できることが分かった。特に実施例１及び２では、熱歪
み量が３ｍｍであり、熱歪みの発生をより一層抑制でき
ることが分かった。

【０１４０】また、比較例では、接合された突合せ部に
未接合部が発生しており、良好な接合部を形成できない
ことが分かった。これに対して、実施例１〜４では、未
接合部が生じておらず、良好な接合部を形成できること
が分かった。

【０１４１】また、実施例２、４及び比較例では、接合
された突合せ部の表面には、バリ等の微細な凹凸が形成
されていたが、実施例１及び３では、このような微細凹
凸が形成されることなく傾斜面の状態のままで平滑化さ
れており、したがって表面状態の極めて良好な接合部を
形成できることが分かった。

【０１４２】

【発明の効果】上述の次第で、請求項１の発明に係る摩
擦撹拌接合法は、プローブ埋入位置に対する第１接合部
材の接合方向前方側及び第２接合部材の接合方向前方側
を、それぞれ、第１前押さえローラ及び第２前押さえロ
ーラによって表面側から押さえながら、突合せ接合を行
うことを特徴としているので、この摩擦撹拌接合法によ
れば、各接合部材が接合中に不本意に動いてしまう不具
合を防止することができ、更には各接合部材の捻れ等の
形状不良を矯正することができる。このため、接合欠陥
や熱歪みの発生を防止又は抑制できるようになって、高
品質の突合せ接合継手を得ることができる。

【０１４３】請求項２の発明に係る摩擦撹拌接合法は、
プローブ埋入位置に対する第１接合部材の接合方向後方
側及び第２接合部材の接合方向後方側を、それぞれ、第
１後押さえローラ及び第２後押さえローラによって表面
側から押さえながら、前記突合せ接合を行うことを特徴
としているので、この摩擦撹拌接合法についても上記請
求項１の発明と同様の効果を奏し得る。

【０１４４】請求項３の発明に係る摩擦撹拌接合法は、
プローブ埋入位置に対する第１接合部材の接合方向前方
側及び第２接合部材の接合方向前方側を、それぞれ、第
１前押さえローラ及び第２前押さえローラによって表面
側から押さえるとともに、プローブ埋入位置に対する第
１接合部材の接合方向後方側及び第２接合部材の接合方
向後方側を、それぞれ、第１後押さえローラ及び第２後
押さえローラによって表面側から押さえながら、前記突
合せ接合を行うことを特徴としているから、この摩擦撹
拌接合法によれば、各接合部材が接合中に不本意に動い
てしまう不具合を確実に防止又は抑制することができ、
更には各接合部材の捻れや反り等の形状不良を確実に矯
正することができる。このため、接合欠陥や熱歪みの発
生を確実に防止又は抑制できるようになって、より高品
質の突合せ接合継手を得ることができる。

【０１４５】請求項４の発明の場合には、各接合部材を
しっかりと押さえることができるようになり、このた
め、接合欠陥や熱歪みの発生をより確実に防止又は抑制
することができ、もってより一層高品質な突合せ接合継
手を得ることができる。

【０１４６】請求項５の発明の場合には、接合された突
合せ部の表面を傾斜面に形成することができる。したが
って、段部に生じる応力集中を緩和し得る突合せ接合継
手を得ることができる。更には、当該突合せ部の表面に
生じる引張残留応力を圧縮残留応力に変換することがで
き、このため、得られる突合せ接合継手の耐久性を向上
させることができる。しかも、当該突合せ部の表面に形
成されることのあるバリ等の微細凹凸が、第３後押さえ
ローラからの押圧力を受けることで加圧除去されるよう
になり、このため、接合された突合せ部の表面を傾斜面
の状態のままで平滑化することができる。このため、例
えば、塗装の際に生じることのある、微細凹凸による塗
膜欠陥の発生を防止することができて、当該突合せ部の
表面に塗膜を良好に形成できるようになる。

【０１４７】請求項６及び請求項７の発明の場合には、
接合された突合せ部を焼入れ状態にすることができて、
接合強度を向上させることができる。更には、当該突合
せ部に生じた過剰な熱を除去できるため、良好な接合部
を形成することができる。

【０１４８】請求項８の発明の場合には、もし仮に、両
接合部材のうち少なくとも一方の接合部材の肉厚が接合
方向と平行な方向において変動している場合であって
も、当該接合部材をしっかりと押さえることができる。
さらに、接合部材が受ける当該ローラからの押圧力を、
突合せ方向において変化させることができるから、接合
欠陥や熱歪みの発生を確実に防止又は抑制することがで
きる。

【０１４９】請求項９の発明の場合には、接合不良や熱
歪みの抑制作業又は防止作業を能率良く行うことができ
る。

【０１５０】請求項１０の発明の場合には、もし仮に、
両接合部材のうち少なくとも一方の接合部材の肉厚が接
合方向と平行な方向において変動している場合であって
も、当該接合部材をしっかりと押さえることができる。
さらに、両接合部材が強く密着した状態で突合せ接合が
行われるようになるため、良好な接合部を形成すること
ができる。

【０１５１】請求項１１の発明の場合には、両接合部材
が強く密着した状態で突合せ接合が行われるようになる
ため、良好な接合部を形成することができる。

【０１５２】請求項１２の発明の場合には、後支持ロー
ラの設計自由度を増大させることができる。したがっ
て、例えば、当該後支持ローラの第１後支持ローラ及び
第２後支持ローラの相互配置を変更したり周速度を変更
したりすることによって、プローブ埋入位置に対する両
接合部材の接合方向後方側において生じることのある両
接合部材の蛇行運動を、防止又は抑制することができ
る。更には、各接合部材の形状不良に対する矯正効果に
ついても期待できるようになる。

【０１５３】請求項１３の発明の場合には、各接合部材
の反り、捻れ、曲がり等の形状不良をより一層確実に矯
正することができるし、接合部材の表面振動を抑制する
ことができ、このため、更に高品質の突合せ接合継手を
得ることができる。

【０１５４】請求項１４の発明に係る摩擦撹拌接合装置
によれば、上記請求項１の発明に係る摩擦撹拌接合法を
能率良く遂行することができる。

【０１５５】請求項１５の発明に係る摩擦撹拌接合装置
によれば、上記請求項２の発明に係る摩擦撹拌接合法を
能率良く遂行することができる。

【０１５６】請求項１６の発明に係る摩擦撹拌接合装置
によれば、上記請求項３の発明に係る摩擦撹拌接合方を
能率良く遂行することができる。

【０１５７】請求項１７〜請求項２１の発明の場合に
は、それぞれ、上記請求項５、請求項８、請求項９、請
求項１０及び請求項１１の発明に係る摩擦撹拌接合法を
能率良く遂行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態を示す側面図である。

【図２】両接合部材の接合途中の状態を示す、図１中の
Ａ部分の拡大斜視図である。

【図３】両接合部材の接合途中の状態を示す、図１中の
Ａ部分の拡大側面図である。

【図４】図２中のIV−IV線断面図である。

【図５】図２中のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】図２中のVI−VI線断面図である。

【図７】図２中のVII−VII線断面図である。

【図８】実施例及び比較例で用いた押さえローラを示す
図であって、（Ａ）及び（Ｂ）は前押さえローラの正面
図、（Ｃ）〜（Ｅ）は後押さえローラの正面図である。

【図９】この発明の第２実施形態を示す、図２に対応す
る拡大斜視図である。

【図１０】プローブ埋入位置に対する両接合部材の接合
方向前方側を示す平面図である。

【図１１】前押さえローラ及び前支持ローラの動作を説
明するための、両接合部材の正面側から見た前押さえロ
ーラ及び前支持ローラの機構図である。

【図１２】前押さえローラの動作を説明するための、両
接合部材の表面側から見た前押さえローラの機構図であ
る。

【図１３】前支持ローラの動作を説明するための、両接
合部材の表面側から見た前支持ローラの機構図である。

【図１４】前押さえローラ及び前支持ローラの動作を説
明するための、両接合部材の正面側から見た前押さえロ
ーラ及び前支持ローラの機構図である。

【図１５】図９中のXV−XV線断面図である。

【図１６】第２実施形態の一変形例を示す、図４に対応
する図である。

【図１７】従来の摩擦撹拌接合法を示す斜視図である。

【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…前押さえローラ 11…第１前押さえローラ 12…第２前押さえローラ 20…後押さえローラ 21…第１後押さえローラ 22…第２後押さえローラ 23…第３後押さえローラ 30…支持部材 40…接合工具 42…プローブ Ｗ…接合部 MD…両接合部材の移動方向 WD…接合方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜 靖之 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 橋本 武典 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内 (72)発明者 成願 茂利 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内 (72)発明者 長野 喜隆 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内 Ｆターム(参考） 4E067 AA05 BG00 CA04 DA17 DC02 EA00 EA06 EA07 EC01

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚さ方向に段差を表面側にて生じる態様
   で突き合わされるとともに、突合せ部（３）に表面側か
   ら接合工具（40）の回転しているプローブ（42）が埋入
   され、且つ裏面側から支持部材（30）によって支持され
   た２個の板状の第１及び第２接合部材（１）（２）を、
   突合せ部が順次プローブを通過するようにプローブに対
   して相対的に移動させることにより、両接合部材の突合
   せ接合を行う摩擦撹拌接合法であって、 プローブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接合方
   向前方側及び第２接合部材（２）の接合方向前方側を、
   それぞれ、第１前押さえローラ（11）及び第２前押さえ
   ローラ（12）によって表面側から押さえながら、前記突
   合せ接合を行うことを特徴とする摩擦撹拌接合法。
2. 【請求項２】 厚さ方向に段差を表面側にて生じる態様
   で突き合わされるとともに、突合せ部（３）に表面側か
   ら接合工具（40）の回転しているプローブ（42）が埋入
   され、且つ裏面側から支持部材（30）によって支持され
   た２個の板状の第１及び第２接合部材（１）（２）を、
   突合せ部が順次プローブを通過するようにプローブに対
   して相対的に移動させることにより、両接合部材の突合
   せ接合を行う摩擦撹拌接合法であって、 プローブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接合方
   向後方側及び第２接合部材（２）の接合方向後方側を、
   それぞれ、第１後押さえローラ（21）及び第２後押さえ
   ローラ（22）によって表面側から押さえながら、前記突
   合せ接合を行うことを特徴とする摩擦撹拌接合法。
3. 【請求項３】 厚さ方向に段差を表面側にて生じる態様
   で突き合わされるとともに、突合せ部（３）に表面側か
   ら接合工具（40）の回転しているプローブ（42）が埋入
   され、且つ裏面側から支持部材（30）によって支持され
   た２個の板状の第１及び第２接合部材（１）（２）を、
   突合せ部が順次プローブを通過するようにプローブに対
   して相対的に移動させることにより、両接合部材の突合
   せ接合を行う摩擦撹拌接合法であって、 プローブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接合方
   向前方側及び第２接合部材（２）の接合方向前方側を、
   それぞれ、第１前押さえローラ（11）及び第２前押さえ
   ローラ（12）によって表面側から押さえるとともに、プ
   ローブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接合方向
   後方側及び第２接合部材（２）の接合方向後方側を、そ
   れぞれ、第１後押さえローラ（21）及び第２後押さえロ
   ーラ（22）によって表面側から押さえながら、前記突合
   せ接合を行うことを特徴とする摩擦撹拌接合法。
4. 【請求項４】 プローブ埋入位置に対する第１接合部材
   （１）の接合方向前方側の少なくとも突合せ部直近部位
   及び第２接合部材（２）の接合方向前方側の少なくとも
   突合せ部直近部位を、それぞれ、第１前押さえローラ
   （11）及び第２前押さえローラ（12）によって表面側か
   ら押さえながら、前記突合せ接合を行う請求項１〜３の
   いずれか１項記載の摩擦撹拌接合法。
5. 【請求項５】 両接合部材の接合された突合せ部（3'）
   を、外周面がテーパ面からなる第３後押さえローラ（2
   3）によって表面側から押圧しながら、前記突合せ接合
   を行う請求項１〜３のいずれか１項記載の摩擦撹拌接合
   法。
6. 【請求項６】 第３後押さえローラ（23）は、外周面が
   冷却されているものである請求項５記載の摩擦撹拌接合
   法。
7. 【請求項７】 両接合部材の接合された突合せ部（3'）
   の裏面を、外周面が冷却された冷却ローラ（32）の該外
   周面に当接させて冷却しながら、前記突合せ接合を行う
   請求項１〜３のいずれか１項記載の摩擦撹拌接合法。
8. 【請求項８】 第１前押さえローラ（11）と第２前押さ
   えローラ（12）とは別体であり、 第１前押さえローラ（11）及び第２前押さえローラ（1
   2）のうち少なくとも一方のローラの軸線（P1）（P2）
   を、接合方向（WD）に直交する面内で接合部材の突合せ
   方向（Ｎ）に対して傾斜させた状態で、前記突合せ接合
   を行う請求項１又は３記載の摩擦撹拌接合法。
9. 【請求項９】 両接合部材の接合された突合せ部（3'）
   の接合状態に関する特性について測定した測定値に基づ
   いて、第１接合部材（１）の突合せ方向（Ｎ）に対する
   第１前押さえローラ（11）の軸線（P1）の、接合方向
   （WD）に直交する面内における傾斜角（β1）と、第２
   接合部材（２）の突合せ方向（Ｎ）に対する第２前押さ
   えローラ（12）の軸線（P2）の、接合方向（WD）に直交
   する面内における傾斜角（β2）と、のうち少なくとも
   一方を変更しながら、前記突合せ接合を行う請求項８記
   載の摩擦撹拌接合法。
10. 【請求項１０】 第１前押さえローラ（11）と第２前押
    さえローラ（12）とは別体であり、 第１前押さえローラ（11）及び第２前押さえローラ（1
    2）のうち少なくとも一方のローラの軸線（P1）（P2）
    を、接合部材に突合せ方向（Ｎ）の力が付与されるよう
    に、接合部材の表面に平行な面内で接合部材の突合せ方
    向（Ｎ）に対して傾斜させた状態で、前記突合せ接合を
    行う請求項１又は３記載の摩擦撹拌接合法。
11. 【請求項１１】 第１前支持ローラ（31a）と第２前支
    持ローラ（31b）とに分割された前支持ローラ（31）を
    用い、 プローブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接合方
    向前方側及び第２接合部材（２）の接合方向前方側を、
    それぞれ、第１前支持ローラ（31a）及び第２前支持ロ
    ーラ（31b）によって裏面側から支持するとともに、第
    １前支持ローラ（31a）及び第２前支持ローラ（31b）の
    うち少なくとも一方のローラの軸線（S1）（S2）を、接
    合部材に突合せ方向（Ｎ）の力が付与されるように、接
    合部材の裏面に平行な面内で接合部材の突合せ方向
    （Ｎ）に対して傾斜させた状態で、前記突合せ接合を行
    う請求項１〜３のいずれか１項記載の摩擦撹拌接合法。
12. 【請求項１２】 第１後支持ローラ（32a）と第２後支
    持ローラ（32b）とに分割された後支持ローラ（32）を
    用い、 プローブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接合方
    向後方側及び第２接合部材（２）の接合方向後方側を、
    それぞれ、第１後支持ローラ（32a）及び第２後支持ロ
    ーラ（32b）によって裏面側から支持した状態で、前記
    突合せ接合を行う請求項１〜３のいずれか１項記載の摩
    擦撹拌接合法。
13. 【請求項１３】 各接合部材（１）（２）に接合方向
    （WD）と平行な方向の張力を付与した状態で、前記突合
    せ接合を行う請求項１〜３のいずれか１項記載の摩擦撹
    拌接合法。
14. 【請求項１４】 厚さ方向に段差を表面側にて生じる態
    様で突き合わされるとともに、突合せ部（３）に表面側
    から接合工具（40）の回転しているプローブ（42）が埋
    入され、且つ裏面側から支持部材（30）によって支持さ
    れた２個の板状の第１及び第２接合部材（１）（２）
    を、突合せ部が順次プローブを通過するようにプローブ
    に対して相対的に移動させることにより、両接合部材の
    突合せ接合を行うための摩擦撹拌接合装置であって、 プローブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接合方
    向前方側を表面側から押さえる第１前押さえローラ（1
    1）と、 プローブ埋入位置に対する第２接合部材（２）の接合方
    向前方側を表面側から押さえる第２前押さえローラ（1
    2）と、 を備えていることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
15. 【請求項１５】 厚さ方向に段差を表面側にて生じる態
    様で突き合わされるとともに、突合せ部（３）に表面側
    から接合工具（40）の回転しているプローブ（42）が埋
    入され、且つ裏面側から支持部材（30）によって支持さ
    れた２個の板状の第１及び第２接合部材（１）（２）
    を、突合せ部が順次プローブを通過するようにプローブ
    に対して相対的に移動させることにより、両接合部材の
    突合せ接合を行うための摩擦撹拌接合装置であって、 プローブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接合方
    向後方側を表面側から押さえる第１後押さえローラ（2
    1）と、 プローブ埋入位置に対する第２接合部材（２）の接合方
    向後方側を表面側から押さえる第２後押さえローラ（2
    2）と、を備えていることを特徴とする摩擦撹拌接合装
    置。
16. 【請求項１６】 厚さ方向に段差を表面側にて生じる態
    様で突き合わされるとともに、突合せ部（３）に表面側
    から接合工具（40）の回転しているプローブ（42）が埋
    入され、且つ裏面側から支持部材（30）によって支持さ
    れた２個の板状の第１及び第２接合部材（１）（２）
    を、突合せ部が順次プローブを通過するようにプローブ
    に対して相対的に移動させることにより、両接合部材の
    突合せ接合を行うための摩擦撹拌接合装置であって、 プローブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接合方
    向前方側を表面側から押さえる第１前押さえローラ（1
    1）と、 プローブ埋入位置に対する第２接合部材（２）の接合方
    向前方側を表面側から押さえる第２前押さえローラ（1
    2）と、 プローブ埋入位置に対する第１接合部材（１）の接合方
    向後方側を表面側から押さえる第１後押さえローラ（2
    1）と、 プローブ埋入位置に対する第２接合部材（１）の接合方
    向後方側を表面側から押さえる第２後押さえローラ（2
    2）と、を備えていることを特徴とする摩擦撹拌接合装
    置。
17. 【請求項１７】 両接合部材の接合された突合せ部
    （3'）を表面側から押圧する、外周面がテーパ面からな
    る第３後押さえローラ（23）を備えている請求項１４〜
    １６のいずれか１項記載の摩擦撹拌接合装置。
18. 【請求項１８】 第１前押さえローラ（11）と第２前押
    さえローラ（12）とは別体であり、 第１前押さえローラ（11）及び第２前押さえローラ（1
    2）のうち少なくとも一方のローラの軸線（P1）（P2）
    の、接合部材の突合せ方向（Ｎ）に対する、接合方向
    （WD）に直交する面内における傾斜角（β1）（β2）を
    変更するための傾斜角変更装置（60a）（60b）を備えて
    いる請求項１４又は１６記載の摩擦撹拌接合装置。
19. 【請求項１９】 両接合部材の接合された突合せ部
    （3'）の接合状態に関する特性を測定する測定装置（5
    0）と、 測定装置（50）で得られた測定値に基づいて傾斜角変更
    装置（60a）（60b）の動作を制御する制御装置（61a）
    （61b）と、を備えている請求項１８記載の摩擦撹拌接
    合装置。
20. 【請求項２０】 第１前押さえローラ（11）と第２前押
    さえローラ（12）とは別体であり、 第１前押さえローラ（11）及び第２前押さえローラ（1
    2）のうち少なくとも一方のローラの軸線（P1）（P2）
    の、接合部材の突合せ方向（Ｎ）に対する、接合部材の
    表面に平行な面内における傾斜角（α1）（α2）を変更
    するための傾斜角変更装置（60a）（60b）を備えている
    請求項１４又は１６記載の摩擦撹拌接合装置。
21. 【請求項２１】 プローブ埋入位置に対する第１接合部
    材（１）の接合方向前方側を裏面側から支持する第１前
    支持ローラ（32a）と、 プローブ埋入位置に対する第２接合部材（２）の接合方
    向前方側を裏面側から支持する、第１前支持ローラとは
    別体の第２前支持ローラ（32b）と、 第１前支持ローラ（32a）及び第２前支持ローラ（32b）
    のうち少なくとも一方のローラの軸線（S1）（S1）の、
    接合部材の突合せ方向（Ｎ）に対する、接合部材の裏面
    に平行な面内における傾斜角（γ1）（γ2）を変更する
    ための傾斜角変更装置（65a）（65b）と、を備えている
    請求項１４〜１６のいずれか１項記載の摩擦撹拌接合装
    置。