JP2007054851A

JP2007054851A - 摩擦撹拌接合装置

Info

Publication number: JP2007054851A
Application number: JP2005241388A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Kida; 啓一木田; Hiroaki Goto; 啓昭後藤; Takashi Ashida; 崇芦田; Masaki Kumagai; 正樹熊谷
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2025-08-23
Also published as: JP4754301B2

Abstract

【課題】二つの被接合部材の突合せ部の摩擦撹拌接合において、それら被接合部材を拘束して、健全な接合部を有利に形成し得る摩擦撹拌接合装置を実現する。
【解決手段】金属板２ａ、２ｂの突合せ部を、回転治具６によって摩擦撹拌接合するようにした装置において、突合せ部の両側の金属板２ａ、２ｂに対して、それぞれ転動しつつ押圧力を作用せしめ、金属板の拘束を行なう拘束ローラ手段２２と、このローラ手段２２を一方の端部において保持し、中間部が回動可能に支持されて、接合方向の前方側から後方側に向かって下方に傾斜するように配設されたアーム部材２４と、このアーム部材２４を回動せしめ、ローラ手段２２がその対応する金属板に対して押圧力を作用せしめ得るように、付勢する加圧手段２６とを有する拘束機構２０を、その突合せ部の両側にそれぞれ設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、摩擦撹拌接合装置に係り、特に、二つの被接合部材の突合せ部に対する摩擦撹拌接合に際して、それら被接合部材を有利に拘束し得る機構を備えた摩擦撹拌接合装置に関するものである。

近年、摩擦熱を利用して、二つの被接合部材、特にその板状部を突合せ接合する方法の一つとして、米国特許第５４６０３１７号明細書（特許文献１）や特表平７−５０５０９０号公報（特許文献２）等に明らかにされている如き摩擦撹拌接合方法（Friction Stir Welding ）が、入熱が少なく、また接合部の強度低下や歪みの少ない接合方法として、注目を受けている。

そして、そのような摩擦撹拌接合方法においては、例えば、図１に例示されるように、接合されるべき二つの被接合部材たる金属板２ａ、２ｂを、その対向する端部において突き合わせ、その突合せ部８に対して、高速回転せしめられる回転治具６の先端に同心的に設けたプローブ４を、かかる回転治具６と共に回転させつつ差し込み、そこで発生する摩擦熱によって、その差し込み部位周辺に摩擦撹拌領域を形成して、二枚の金属板２ａ、２ｂの接合を図る一方、かかる突合せ部８に沿って、回転治具６を金属板２ａ、２ｂに対して相対的に移動させることにより、そのような突合せ部８を、線状の接合部１０として、構成するようになっている。

ところで、それら金属板２ａ、２ｂの如き被接合部材（母材）の二つを突き合わせて、摩擦撹拌接合する場合においては、回転治具６からは、大きな差し込み圧力が加わることとなるところから、両側の母材を硬質の裏当て治具上に載置して支持せしめ、それら母材を常に裏当て治具に押し当てて、該裏当て治具との間に殆ど隙間がない状態にして、接合する必要があるのであり、また母材自体の逃げがないように、母材の固定・保持が必要であることに加えて、接合時に回転治具にて撹拌され、熱膨脹により体積が増える母材（被接合部材）の金属等の材質は、その逃げ場を求めて移動し、動き易い母材の上側（回転治具側となる表側）への変形を惹起せしめるのである。このため、通常は、母材を側方から拘束したり、また摩擦撹拌接合部位から離れた位置で母材をクランプしたりして、母材を固定し、摩擦撹拌接合が行なわれることとなるのであるが、特に、母材が薄い場合にあっては、母材の側方からの拘束や、離れた位置からの拘束のみでは、接合直前の母材が捲れ上がり、裏当て治具から離れて接合されることにより、摩擦撹拌接合部位の裏側に凸部が形成されて、メタル不足が生じ、トンネルポア等の欠陥ができる問題を内在している。特に、１ｍｍ程度の非常に薄い板材が母材となる場合にあっては、それが捲れ上がって、甚だしい場合には、接合時に破れることもあった。

一方、特開平１０−５２７７３号公報（特許文献３）、特開２００１−１７０７８２号公報（特許文献４）、特開２００１−２８７０５４号公報（特許文献５）等においては、回転治具の近傍に、左右の被接合部材を抑える一対の拘束用ローラ（拘束機構）を配置せしめ、そしてそのような拘束用ローラを、回転治具と共に、接合方向に移動させるようにして、被接合部材の拘束・固定を行なうようにした構造が、明らかにされている。しかしながら、かかる拘束用ローラは、回転治具（ツール）の両側に、それを挟むようにして且つツール軸と平行に配設されて、被接合部材の表面に対して、垂直な方向から押圧力を作用せしめるようになっているところから、回転治具の回転駆動装置との干渉を避ける上において、そのような拘束用ローラによる押圧拘束部位と回転治具による摩擦撹拌接合部位との間には、かなりの離間距離をとる必要が生じ、そのために、摩擦撹拌接合部位の周りにおける被接合部材の拘束が不充分となり、変形や捲れ上がり等の問題を充分に解消し得ないものであった。加えて、拘束用ローラが固定されていることにより、突合せ部の両側の被接合部材の厚さが変化したり、更には、板厚の異なる被接合部材の接合に際しては、それら突合せ部両側の被接合部材に対して、均一な押圧力を作用せしめることが難しく、そのために、二つの被接合部材の拘束を有効に行ない得なくなると言う問題も内在するものであった。

また、回転治具が通過する突合せ部の両側の被接合部材上に、剛性のある厚い当て板を突合せ部に沿って載置し、そして、それを被接合部材と共に拘束することにより、被接合部材の固定を図ることも考えられているが（特許文献４の図１５参照）、摩擦撹拌接合される突合せ部の全長に亘って被接合部材を均一に抑えることは、極めて難しく、そのために、摩擦撹拌接合部位の周りにおいて、当て板の浮き上がりが生じ易く、それによって、二つの被接合部材の突合せ部（摩擦撹拌接合部位）における変形等の問題が惹起される恐れを内在するものであった。また、この場合においても、接合されるべき二つの被接合部材の厚さが変化したり、更には、板厚の異なる被接合部材の摩擦撹拌接合においては、更にそれらの拘束が困難となるものであった。

米国特許第５４６０３１７号明細書特表平７−５０５０９０号公報特開平１０−５２７７３号公報特開２００１−１７０７８２号公報特開２００１−２８７０５４号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、二つの被接合部材の突合せ部を摩擦撹拌接合せしめるに際して、それら被接合部材を効果的に拘束して、健全な接合部を有利に形成することの出来る摩擦撹拌接合装置を提供することにある。

そして、本発明にあっては、かかる課題の解決のために、二つの被接合部材の突合せ部に対して、回転治具の先端に同心的に設けたプローブを、該回転治具と共に回転させつつ差し込み、該突合せ部に沿って相対的に移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦撹拌接合せしめる装置において、（ａ）前記回転治具による摩擦撹拌接合部位若しくはそれよりも接合方向前方に位置する前記突合せ部の両側の被接合部材に対して、それぞれ転動しつつ押圧力を作用せしめ、それら被接合部材の拘束を行なう二つの別個のローラ手段と、（ｂ）かかるローラ手段を一方の端部において保持する一方、中間部が該ローラ手段よりも接合方向前方側に位置する支持支柱によって回動可能に支持されて、接合方向の前方側から後方側に向かって下方に傾斜し、前記突合せ部に漸次接近するように配設された、前記二つのローラ手段に対応した二つのアーム部材と、（ｃ）該二つのアーム部材の他方の端部側に設けられて、それぞれのアーム部材を前記支持支柱による支持部回りに回動せしめ、それぞれのアーム部材の一方の端部に保持させた前記ローラ手段がそれぞれ対応する前記被接合部材に対して押圧力を作用せしめ得るように、各アーム部材をそれぞれ付勢する二つの加圧手段とを、設けたことを特徴とする摩擦撹拌接合装置を、その要旨とするものである。

なお、かくの如き本発明に従う摩擦撹拌接合装置の好ましい態様の一つによれば、前記ローラ手段は、前記アーム部材の一方の端部に対して、ローラ軸の中間部を自在継手構造において連結してなる連結部と、該連結部を挟むようにその両側のローラ軸にそれぞれ回転可能に取り付けられた二つの押圧ローラとを含んで構成されている。

また、本発明に従う摩擦撹拌接合装置の望ましい態様の他の一つによれば、前記加圧手段には、コイルばねを含んで構成されるものが、有利に用いられることとなる。

さらに、本発明に従う摩擦撹拌接合装置にあっては、望ましくは、前記突合せ部に沿って、前記二つの被接合部材上に、剛性のある当て板がそれぞれ載置され、該当て板を介して、前記二つのローラ手段による押圧力が、それぞれ対応する被接合部材に対して作用せしめられて、かかる被接合部材の拘束が行なわれるように構成されている。

このように、本発明に従う摩擦撹拌接合装置にあっては、突き合わされる二つの被接合部材の突合せ部の両側部位を、それぞれ押圧して、その拘束を行なう、二つの別個のローラ手段が、それぞれ接合方向の前方側から後方側に向かって、下方に傾斜し、突合せ部に漸次接近するように、配設されたアーム部材にて、支持されるようになっているところから、回転治具の回転駆動機構に対する干渉を何等顧慮することなく、回転治具、特にその先端に設けたプローブによって主として形成される、突合せ部における摩擦撹拌接合部位に対して、可及的に接近せしめられた位置において、それぞれの被接合部材上に位置せしめられ得ることとなるのであり、これによって、そのようなローラ手段による押圧力の作用部位と摩擦撹拌接合部位との間の距離を可及的に短縮せしめることが出来ることとなって、被接合部材の変形、浮き上がり、更には捲れ上がり等を効果的に抑制乃至は阻止し得ることとなったのである。

しかも、本発明に係る摩擦撹拌接合装置にあっては、アーム部材のローラ手段が取り付けられた側とは反対の端部側において、加圧手段が設けられ、この加圧手段による付勢作用によって、かかるアーム部材が、その中間部における支持支柱による支持部回りに回動せしめられて、被接合部材に対する押圧力が作用せしめられるようになっているところから、被接合部材の押えも効果的に行なわれ得て、被接合部材の変形等を有利に阻止することが出来、以て、健全な接合部の形成に効果的に寄与し得ることとなったのであり、また、支持支柱による支持部回りに回動せしめられるようになっていることにより、アーム部材によって、てこの原理を用いて、少ない力でローラ手段を加圧するようにすることも可能となったのである。

また、本発明に従う望ましい態様に基づいて、ローラ手段のローラ軸の中央部を自在継手（ユニバーサルジョイント）構造においてアーム部材に連結する一方、かかるローラ軸の軸方向両側に、押圧ローラをそれぞれ設けて、それら二つの押圧ローラにて、被接合部材を押圧せしめるようにすることにより、被接合部材の表面が凹凸していても、また、そのような被接合部材の上に載置される当て板の厚さが変化しても、常に、それら二つの押圧ローラは片当りすることなく、そのローラ幅方向の全長において均一に当接し、アーム部材を通じて加えられる押圧力が、被接合部材の表面に対して、実質的に均等となるように作用せしめられ得ることとなるのであり、これによって、被接合部材のより一層有効な拘束が可能となるのである。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図２及び図３には、本発明に従う摩擦撹拌接合装置の一実施形態が、概略図において示されている。そこにおいて、１２は、移動装置であって、ここでは、プローブ４が先端に一体的に且つ同心的に設けられた回転治具６を回転駆動せしめる回転駆動部１４を支持して、裏当て治具１６上に載置された、被接合部材としての二枚の金属板２ａ、２ｂの突合せ部８に沿って、図２においては、右から左の方向へ、図示しない機構によって移動せしめられるようになっている。また、それら金属板２ａ、２ｂは、それらが突き合わされた状態において、従来と同様なクランプ装置（図示せず）によってクランプされて、特に横方向へのずれが生じないように、固定せしめられている。そして、かかる移動装置１２には、更に、その移動方向において回転駆動部１４よりも前方側に位置するように、移動装置１２から垂下する支持支柱１８によって回動可能に支持された拘束機構２０が設けられており、それを構成する拘束ローラ手段２２が、回転治具６の差し込み部位に形成される摩擦撹拌接合部位に近接して、位置せしめられるようになっている。なお、ここでは、かかる支持支柱１８は、図示はしないが、移動装置１２に対して接合方向に移動可能とされていると共に、拘束機構２０が所望位置に位置するように、固定せしめられ得るようにもなっている。

より具体的には、かかる拘束機構２０は、支持支柱１８によって回動可能に支持されたアーム部材２４と、このアーム部材２４の一方の端部に取り付けられた拘束ローラ手段２２と、かかるアーム部材２４の他方の端部に取り付けられた加圧手段２６とから、構成されており、そして、そのような拘束機構２０の二つが、図３に示される如く、二枚の金属板２ａ、２ｂの突合せ部８を挟んで、その両側に、それぞれ配置せしめられている。そして、それぞれの拘束機構２０における拘束ローラ手段２２は、回転治具６による摩擦撹拌接合部位よりも接合方向前方に位置する突合せ部８の両側の金属板２ａ、２ｂ部位に対して、それぞれ転動しつつ、押圧力を作用せしめ、それぞれの金属板２ａ、２ｂを拘束、保持せしめ得るようになっている。

特に、ここでは、かかる拘束ローラ手段２２は、図３及び図４に明らかにされている如く、アーム部材２４の一方の端部に連結される連結部２８と、それを挟むように配置した二つの押圧ローラ３０、３０と、それらの中心を貫通して連結するローラ軸としての取付ボルト３２と、二つのナット３４ａ、３４ｂとから構成されている。そして、連結部２８は、自在継手構造となっており、ローラ軸としての取付ボルト３２をアーム部材２４の端部に連結するものであって、取付ボルト３２の軸方向が、アーム部材２４の軸方向に直角な方向に固定されることなく、回動によって、あらゆる方向に変化し得るようになっている。そのため、ここでは、取付ボルト３２の中間部に外装された、凸状球面を有する内側部材２８ａに対して、その球面上に、潤滑性の良好な摺動部材（ライナー）２８ｂを介して、対応する凹状球面を有する外側部材２８ｃが装着されて、この外側部材２８ｃがそれに一体的に設けられた棒状連結部においてアーム部材２４に取り付けられることにより、かかるアーム部材２４に対して、自在継手（ユニバーサルジョイント）構造となるように、構成されているのである。なお、かかる連結部２８の両側に装着される二つの押圧ローラ３０、３０は、それぞれ、その内輪３０ａと外輪３０ｂとの間に、ボールベアリングやローラベアリングの如きベアリング３０ｃを介装せしめてなる、公知のベアリングローラであって、これによって、ローラ軸（取付ボルト３２）の回りに、押圧ローラ３０、３０が自由回転可能に取り付けられてなる構造とされている。

また、アーム部材２４は、その中間部において、移動装置１２から垂下する支持支柱１８に設けた軸３８によって支持され、図示しないベアリングを介して、垂直面内（図２にける紙面内）において、軸３８回りに容易に回動し得るようになっている。また、かかるアーム部材２４の、拘束ローラ手段２２が取り付けられた側の端部は、図３に示されるように、平面視の形態において、突合せ部８に接近するように、換言すれば、突合せ部８の両側に位置する二つのアーム部材２４、２４が互いに接近するように、折曲された形状とされてはいるものの、側方視の形態においては、図２に示される如く、矢印にて示される回転治具６による二枚の金属板２ａ、２ｂの接合方向における、前方側から後方側に向かって傾斜させられ、突合せ部８に漸次接近するように、配設されている。そして、そのような傾斜配置されたアーム部材２４の上端部、換言すれば拘束ローラ手段２２の取り付けられた側とは反対側の端部に対して、Ｌ字型の取付ブラケット４０を介して、加圧手段２６が取り付けられているのである。

さらに、加圧手段２６は、図２に示されているように、移動装置１２から接合方向前方側に延び出す水平部材４２に対して、支持ロッド４４が、その上端部を挿通して、ナット４６にて固定せしめられることにより、垂直方向に延びる軸を有するように、配設されている。そして、この支持ロッド４４に対して、取付ブラケット４０が、その挿通孔４０ａにおいて、挿通され、更に、コイルスプリング４８及び円環形状の支持板５０が挿通せしめられて、それらの下方への抜け出しが、二つのナット５２ａ、５２ｂの螺合によって、阻止されていると共に、それら二つのナット５２ａ、５２ｂの螺合位置（螺入位置）によって、支持板５０の垂直方向（図２において上下方向）の位置決めが為され、以て、コイルスプリング４８にて発揮される付勢力が調節され得るようになっている。

なお、取付ブラケット４０と前記したアーム部材２４との連結は、取付ブラケット４０のＬ字の形状における挿通孔４０ａが設けられていない側の辺部分の端部において、軸５４を介して行なわれている。具体的には、取付ブラケット４０の辺部に切欠き４０ｂが設けられて、コ字状形状とされ、そのコ字形状の開口部内にアーム部材２４の上端部が挿入されて、軸５４によって、取付ブラケット４０のコ字状部の先端に軸支され、かかる軸５４回りに、相互に回動可能とされている。

従って、かくの如き構造の摩擦撹拌接合装置を用いて、図１に示される如く、二枚の金属板２ａ、２ｂの突合せ部８を摩擦撹拌接合するに際しては、それら突き合わされた金属板２ａ、２ｂの上方に位置する移動装置１２が、例えば、かかる金属板２ａ、２ｂに対して、相対的に接近移動せしめられることにより、二つの拘束機構２０、２０の各拘束ローラ手段２２、具体的には押圧ローラ３０、３０が、対応する金属板２ａ、２ｂの上面（表面）に当接し、そして更なる接近移動によって、押圧ローラ３０、３０が押し上げられることにより、アーム部材２４が、図２において、軸３８回りに反時計方向に回動せしめられることとなり、以て、アーム部材２４の上端部に取り付けられた取付ブラケット４０が下方に引き下げられるのである。そして、これにより、加圧手段２６におけるコイルスプリング４８が圧縮されることによる反力としての付勢力が生じ、この付勢力によって、傾斜するアーム部材２４の下端に連結された拘束ローラ手段２２の押圧ローラ３０、３０に、所定の押圧力が生じ、以て、それぞれ対応する金属板２ａ、２ｂを、裏当て治具１６上において、かかる拘束ローラ手段２２にて効果的に拘束保持せしめ得ることとなるのである。

そして、このようにして、突合せ部８の両側に位置する金属板２ａ、２ｂを、それぞれ対応する拘束機構２０における拘束ローラ手段２２にて所定の押圧力の下に押圧して、拘束保持せしめた状態下において、回転治具６によって、従来と同様にして突合せ部８の摩擦撹拌接合が実施され、更に、ここでは、移動装置１２が、図２において左方向に移動せしめられることにより、回転治具６にて突合せ部８がその延びる方向に連続的に摩擦撹拌接合せしめられる際に、接合方向前方側に位置する突合せ部８の両側の金属板２ａ、２ｂ部位が、回転治具６に近接して転動する拘束ローラ手段２２によって、それぞれ押圧拘束され、その浮き上がりが効果的に阻止され得ることとなるのであり、以て、形成される接合部１０の健全性が、有利に高められ得るのである。

特に、このような構造の装置にあっては、拘束機構２０におけるアーム部材２４が、接合方向において、その前方側が高く、後方側が低くなるように、傾斜した状態において設けられて、その下端部に連結された拘束ローラ手段２２によって、その対応する金属板２ａ、２ｂを押圧せしめ得るようになっているところから、回転駆動部１４に対するアーム部材２４の干渉を何等顧慮することなく、拘束ローラ手段２２を回転治具６に可及的に近接して、配置せしめることが出来ることとなるのであり、これによって、回転治具６による摩擦撹拌接合部位により接近した位置において、それぞれの金属板２ａ、２ｂを、対応する拘束ローラ手段２２にて、押圧拘束せしめることが出来ることとなるのである。

しかも、それぞれの金属板２ａ、２ｂに対応して、二つの拘束機構２０、２０が配置され、そして、それぞれのアーム部材２４、２４が軸３８、３８の回りに回動させられることによって、それぞれの拘束ローラ手段２２、２２から押圧力が作用せしめられるようになっているために、突合せ部８両側の金属板２ａ、２ｂに対して、均一に当接せしめられ得るようになるのであり、加えて、拘束ローラ手段２２が、自在継手構造の連結部２８を中心にして、その左右に押圧ローラ３０、３０を配置してなる構造とされていることにより、金属板２ａ、２ｂの突合せ部８近傍を均等に押えることが出来ると共に、金属板２ａ、２ｂの厚さが微妙に異なっても、同様な荷重で押えることが出来ることとなるのである。また、そのような拘束ローラ手段２２の構造は、厚さの異なる金属板２ａ、２ｂを突合せ接合する際にも、それぞれの金属板を均等に押えることにおいて、優れた結果をもたらすものであり、更に、そのような厚さに差のある金属板の突合せ部に対して、傾斜した状態において、回転治具６が差し込まれる場合にあっても、左右の拘束機構２０における拘束ローラ手段２２、２２によるそれぞれの金属板２ａ、２ｂの均等な押圧を有利に実現し得るのである。

なお、かかる拘束機構２０における拘束ローラ手段２２の押圧力は、アーム部材２４の回動量や加圧手段２６におけるコイルスプリング４８のばね力等によって調整され、特にコイルスプリング４８の交換によって、目的とする押圧力が有利に発揮され得ることとなるのであるが、また、そのようなコイルスプリング４８の付勢力（押圧力）は、支持板５０の支持ロッド４４に対する上下方向の位置を変化させることによっても、有利に調節され得るものである。

また、拘束機構２０における拘束ローラ手段２２、具体的には押圧ローラ３０、３０に関し、それが直接に金属板２ａ、２ｂに押し当てられる場合にあっては、その少なくとも表面部位が、接合時の熱にて劣化され難い、フッ素樹脂の如き樹脂やゴムにて形成されてなる構造のものが採用されることとなるが、更に、図５に示される如く、金属板２ａ、２ｂ上に、それぞれ、その突合せ部８に沿って、剛性のある当て板６０、６０を載置して、それぞれの当て板６０を介して、それぞれの拘束ローラ手段２２を押圧せしめるようにすることも、有効であり、これによって、金属板２ａ、２ｂに傷が付く等の問題の発生を効果的に解消せしめ得るのである。なお、このような当て板６０を設ける場合にあっても、それは、金属板２ａ、２ｂと共に、従来と同様に、側方等において、適当なクランプにより、固定せしめられるようになっている。

以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態における具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。

例えば、上記の実施形態では、回転駆動部１４や拘束機構２０が移動装置１２に取り付けられて、金属板２ａ、２ｂに対して、その突合せ部８の延びる方向に移動せしめられ得るように構成されているが、そのような移動装置１２を位置固定に保持する一方、金属板２ａ、２ｂを移動せしめて、それらの突合せ部８に対して、回転治具６が差し込まれるようにして、摩擦撹拌接合が行なわれるようにすることも可能である。

また、拘束機構２０において、アーム部材２４を軸３８回りに回動せしめて、拘束ローラ手段２２に押圧力を与える加圧手段２６としても、コイルスプリング４８に代えて、他のばね手段や、エアシリンダ、油圧シリンダ、モーターシリンダ等のアクチュエータを用いて、所定の荷重をアーム部材２４の上端部に作用させ、アーム部材２４が回動せしめられ得るようにすることも、可能である。

さらに、突合せ部８の両側に位置する拘束ローラ手段２２、２２における各押圧ローラ３０の回転方向を、例示の如く突合せ部８（接合方向）に平行な方向とすることとは異なり、突合せ部８を中心にして、接合方向に向かってそれぞれの拘束ローラ手段２２、２２が開くように、位置させることも可能であり、これによって、回転治具６の位置における左右の金属板２ａ、２ｂの突合せ部８のギャップを小さくすることが可能である。また、このとき、押圧ローラ３０の形状を円錐台形状として、突合せ部８側の径を小さくすることにより、金属板２ａ、２ｂの突合せ方向への力が加わり、それらの間のギャップが小さくなるようにすることも有効である。更に、拘束ローラ手段２２の接合方向に対する角度を変えることなく、それを構成する押圧ローラ３０に傾斜をつける一方、その角度に対応する傾斜を当て板６０に付けておくことにより、少なくとも金属板２ａ、２ｂの突合せ部８が、接合操作中において、開いていくことを食い止める対策とすることも可能である。

加えて、アーム部材２４を支持し、軸３８回りに回動せしめる支持支柱１８を、移動装置１２に対して接合方向（図２において左右方向）に移動可能な構造とすることにより、回転治具６の長さや径が変わっても、そのような回転治具６に対して、拘束ローラ手段２２を可及的に近接せしめ得て、摩擦撹拌接合部位により近接した位置において、金属板２ａ、２ｂを抑えるようにすることが出来る特徴があり、また、支持支柱１８の移動装置１２からの垂下長さ（軸３８の上下方向の位置）を調整する構造も、有利に採用されることとなる。

なお、本発明において、回転治具６としては、公知の構造のものが何れも採用され得、また摩擦撹拌接合される被接合部材としても、板状体（２ａ、２ｂ）のみならず、突き合わされる部位が板状部である各種形状の部材を、その接合対象とすることが可能であり、更に、その材質としても、アルミニウムや銅等の金属材質の他、公知の各種の材質のものを対象とすることが可能である。

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。

本発明の特徴を更に明らかにするために、本発明の一つの実施例を示すこととするが、また、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことが、理解されるべきである。

先ず、接合されるべき被接合部材（２ａ、２ｂ）として、６０１６−Ｔ４なる材質の厚さ：１ｍｍのアルミニウム板材を準備し、その二枚を突き合わせる一方、図２〜図３に示される摩擦撹拌接合装置を用い、図５に示される当て板（６０）を介して、拘束ローラ手段（２２）にて押えつつ、その突合せ部（８）の摩擦撹拌接合を連続的に行なった。なお、回転治具（６）に関し、その先端のアルミニウム板に当接せしめられる面の径であるショルダ径は１０ｍｍ、プローブ（４）径は３ｍｍとした。また、接合されるべきアルミニウム板（２ａ、２ｂ）上に載置される当て板（６０）としては、かかるアルミニウム板と同材質の厚さ：５ｍｍ、幅：５０ｍｍのサイズのものを用い、アルミニウム板の全長（突合せ部の長さ）：２ｍに亘って、突合せ部（８）から６ｍｍ離れた位置から外側に載置せしめた。そして、そのような当て板（６０）の上から、図２〜図３に例示の如き拘束ローラ手段（２２）にて押えつつ、突合せ部（８）に沿って摩擦撹拌接合を行なった。なお、接合条件は、回転数：３０００ｒｐｍ、接合速度：５ｍ／分とした。

かかる摩擦撹拌接合操作の結果、その接合操作中においては、拘束ローラ手段（２２）による当て板（６０）を介しての、それぞれのアルミニウム板（２ａ、２ｂ）の拘束が効果的に行なわれ得て、回転治具（６）の接合方向前方側に位置するアルミニウム板が浮き上がることもなく、突合せ部全長に亘って、健全な接合部（１０）を形成することが出来た。

これに対して、回転治具の回転駆動部を支持する移動装置から垂下した形態において固定的に取り付けた、幅：４０ｍｍの一体の押えローラを、前記した拘束ローラ手段（２２）に変えて用い、当て板（６０）を介して、それぞれのアルミニウム板（２ａ、２ｂ）を押えつつ、摩擦撹拌接合を行なった。なお、接合条件は、回転数：３０００ｒｐｍ、接合速度：２ｍ／分とした。その結果、摩擦撹拌接合操作中において、押えローラが片当りして、回転治具（６）の接合方向前方側のアルミニウム板材の片側が若干浮き上がり、アルミニウム板材の接合部において、接合ビード表面から見て明確に認識される欠陥が生じていることを認めた。

摩擦撹拌接合方法の一形態を示す斜視説明図である。本発明に従う摩擦撹拌接合装置の一実施形態を示す、一部切欠き側面説明図である。図２に示される装置の底面視概略図である。図３におけるＡ−Ａ断面における、一つの拘束ローラ手段の構造を示す説明図である。本発明に従う摩擦撹拌接合装置を用いた摩擦撹拌接合操作の他の例を示す、接合方向に対して直角な方向の断面を示す部分概略説明図である。

符号の説明

２ａ、２ｂ金属板４プローブ
６回転治具８突合せ部
１０接合部１２移動装置
１４回転駆動部１６裏当て治具
１８支持支柱２０拘束機構
２２拘束ローラ手段２４アーム部材
２６加圧手段２８連結部
２８ａ内側部材２８ｂ摺動部材
２８ｃ外側部材３０押圧ローラ
３０ａ内輪３０ｂ外輪
３０ｃベアリング３２取付ボルト
３４ナット３８軸
４０取付ブラケット４０ａ挿通孔
４２水平部材４４支持ロッド
４６ナット４８コイルスプリング
５０支持板５２ナット
５４軸６０当て板

Claims

二つの被接合部材の突合せ部に対して、回転治具の先端に同心的に設けたプローブを、該回転治具と共に回転させつつ差し込み、該突合せ部に沿って相対的に移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦撹拌接合せしめる装置において、
前記回転治具による摩擦撹拌接合部位若しくはそれよりも接合方向前方に位置する前記突合せ部の両側の被接合部材に対して、それぞれ転動しつつ押圧力を作用せしめ、それら被接合部材の拘束を行なう二つの別個のローラ手段と、
かかるローラ手段を一方の端部において保持する一方、中間部が該ローラ手段よりも接合方向前方側に位置する支持支柱によって回動可能に支持されて、接合方向の前方側から後方側に向かって下方に傾斜し、前記突合せ部に漸次接近するように配設された、前記二つのローラ手段に対応した二つのアーム部材と、
該二つのアーム部材の他方の端部側に設けられて、それぞれのアーム部材を前記支持支柱による支持部回りに回動せしめ、それぞれのアーム部材の一方の端部に保持させた前記ローラ手段がそれぞれ対応する前記被接合部材に対して押圧力を作用せしめ得るように、各アーム部材をそれぞれ付勢する二つの加圧手段とを、
設けたことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
前記ローラ手段が、前記アーム部材の一方の端部に対して、ローラ軸の中間部を自在継手構造において連結してなる連結部と、該連結部を挟むようにその両側のローラ軸にそれぞれ回転可能に取り付けられた二つの押圧ローラとを含んで構成されている請求項１に記載の摩擦撹拌接合装置。
前記加圧手段が、コイルばねを含んで構成されている請求項１又は請求項２に記載の摩擦撹拌接合装置。
前記突合せ部に沿って、前記二つの被接合部材上に、剛性のある当て板がそれぞれ載置され、該当て板を介して、前記二つのローラ手段による押圧力が、それぞれ対応する被接合部材に対して作用せしめられて、拘束されるように構成されている請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の摩擦撹拌接合装置。