JP4056311B2

JP4056311B2 - ボビンツールを用いた摩擦攪拌接合装置とその接合方法

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Publication number: JP4056311B2
Application number: JP2002208960A
Authority: JP
Inventors: 慶訓加藤; 悦己広本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2022-07-17
Also published as: JP2004050205A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両、航空機、建物等の構造体を製造する際の側構体、床構体、屋根構体等の製造に用いるシングルスキンやダブルスキンパネル（二面中空パネル）の摩擦攪拌接合装置とその製造方法に係り、特にボビンツールを用いた摩擦攪拌接合装置とその接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特表平７−５０５０９０号公報には、摩擦攪拌による固相接合方法として長尺材同士の新規な接合方法が開示されており、かかる接合方法は、加工物より実質的に硬い材質からなる回転ツ−ルを加工物の接合部に挿入し、回転ツ−ルを回転させながら移動することにより、回転ツ−ルと加工物との間に生じる摩擦熱による塑性流動によって加工物を接合する接合方法で、かかる摩擦接合法は、接合部材を固相状態で、回転ツ−ルを回転させながら移動させつつ軟化させた固相部分を一体化しながら接合できるために、熱歪みがなく接合方向に対して実質的に無限に長い長尺材でもその長手方向に連続的に固相接合できる利点がある。さらに、回転ツ−ルと接合部材との摩擦熱による金属の塑性流動を利用した固相接合のため、接合部を溶融させることなく接合できる。また、加熱温度が低いため、接合後の変形が少ない。接合部は溶融されないため、欠陥が少ないなどの多くの利点がある。
【０００３】
さらに、かかる摩擦接合を利用して、鉄道車両等の大型構造物に用いられる長尺のダブルスキンパネルからなる中空型材を複数平行に配設したものを突き合わせ接合して構成した摩擦撹拌接合による広幅の二面構造体（パネル）を形成する技術が特許第３１５２４２０号公報に開示されている。
【０００４】
次に摩擦撹拌接合に使用される回転工具について説明する。摩擦撹拌接合は特表平７−５０５０９０号に開示されているように、ブローブ型とボビンツール型の回転工具が存在し、プローブ型工具２０は図６（Ａ）に示すように、ショルダ部２１とこのショルダ部２１に備えられたプローブ２２とを備えており、このショルダ部２１は円形ショルダ面を有している。そして、複数の型材を突き合わせ、若しくは嵌合された状態の接合線表面より、前記回転工具２０を回転させて、プローブ２１を被加工物の接合線に設けた不図示の孔に侵入させるとともに、複数の型材の接合線上で摺接回転する円形ショルダ面２１によって被加工物に摩擦熱が付与されるとともに、プローブ２２周囲が塑性流動化し、この状態で回転工具２０を接合線に沿って移動させることにより、接合線周囲が塑性流動化しつつ接合線に沿って２つの素材が圧力を受けながら撹拌混練され、プローブの後方側に移行する。この結果塑性流動した素材は後方側で摩擦熱を失って急速に冷却固化するので両パネル板は素材同士が混じり合って完全に一体化した状態で接合される。
【０００５】
しかしながらかかる接合方法では接合時に摩擦熱を発生させるために、回転工具２０を接合線側に押しつける必要があり、従ってこの反力に対処するために、裏当金が使用されている。この裏当金は被加工物の面板の裏面に密着させて設置するものであり、高い剛性を必要とする。
【０００６】
かかる欠点を解消するために、図６（Ｂ）に示すように、ボビンツール１０と呼ばれる回転工具が提案されている。
かかる工具は接合する金属板の表裏両面を挟持するように一定間隔を設けた一対のショルダ１０Ａ、１０Ｂが設けられているとともに、該上下一対のショルダ１０Ａ、１０Ｂ間にプローブ１１が設けられているので、接合面の両面において摩擦発熱させることが出来、裏面側の接合不良が生じないのみならず、上下一対のショルダ１０Ａ、１０Ｂ間で互いの反力を受けているために、裏当金や前記した支柱が不要になるが、ブローブ１１により上下一対のショルダ１０Ａ、１０Ｂ間隔が固定されているために、被接合部材の変形や肉厚の変動があると、これを吸収することができず、円滑な摩擦攪拌接合ができない。
又、接合前に２つの部材の突き合せ部の端面の間に隙間（ギャップ）がある場合には、接合部に凹み等の欠陥が発生する。このため、強度低下を生じ、特に車両等の大型構造物においてはダブルスキンパネルが長尺になることによって、前記ギャップの管理は困難になり、凹みが大きくなり、また、欠陥が発生しやすくなる。
【０００７】
更に、ボビンツール１０を用いた際、ショルダ部１０Ａ、１０Ｂの間隔と接合部との間に空隙があると、接合部に圧力がかからないため、空洞的な欠陥が発生してしまう。ショルダ部の間隔と接合部の厚さが同一の場合には、接合部が接合部以外の厚さより薄くなる。このため、接合部の品質に問題が発生することがある。
【０００８】
また、突き合わせ接合のように接合部にギャップ（隙間）が存在すると、ボビンツール１０を用いて接合部を接合する際、ギャップを補充することができず、接合欠陥が生じることがある。
【０００９】
このような不具合に対処するため、例えば、特開２００２−１８５８０公報に記載されたものでは、上下ショルダ部の間に挟まれる接合材の接合部厚さを、上ショルダ部と下ショルダ部との間隔よりも大きくして、（具体的には、従来例では、互いに対向する二つの接合材の接合部をはめ込み構造として、接合の厚さを接合部以外の厚さよりも局部的に厚くして）さらに、接合部の厚みを上下ショルダ部の間隔よりも大きくしている。これによって、摩擦熱によって接合部のギャップが変化することを防止するとともに、接合後の接合部の厚さが他の部分よりも薄くなることを防止している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来例においては、予め接合部の厚さを上下ショルダ部の間隔よりも局部的に大きくしておく必要があり、接合過程（製造過程）において、接合部に生じるギャップが異なることを考慮すると、接合部の厚さを接合部以外の部分に対してどの程度厚くしておければよいか事前に知ることは難しい。つまり、ギャップを考慮して、予め接合部の厚さを上下ショルダ部の間隔よりも局部的に大きくしておくことは極めて困難であり、ギャップが大きいと、接合部の厚さを上下ショルダ部の間隔よりも局部的に大きくしておいても、接合過程においてギャップが十分に補充できないことがある。このため、接合欠陥が生じる恐れがある。
【００１１】
又裏面押圧部材と表面押圧部材を備え、該押圧部間が可変のボビンツールを用いた摩擦攪拌接合装置は公知であり、例えば特開２０００−３３４８４において、コイルスプリングを用いて下面押圧部のを軸方向に可変にした技術が存在する。
すなわち図７に示すごとく、回転筒８１の先端に凹形底面８１ａを形成しており、この凹形底面８１ａの中央部分に、回転筒８１と同一の軸線となる攪拌ピン８０を螺合にて取り付けている。この攪拌ピン８０は下面押圧部８５に形成した貫通孔８５ａを摺動自在に貫通し、その先端には、ストッパ部８４を固設している。攪拌ピン８０の軸線と平行な軸線を有し、かつ、ストッパ部８４側（図７の下方）へ延びるガイドバー８２、８２の上端部側面が、下面押圧部８５の周面に固着されている。したがって、ガイドバー８２、８２は、下面押圧部８５の移動に伴い、攪拌ピン８０の軸線に平行に移動する。下面押圧部８５は、短円柱状部材であり、攪拌ピン８０が貫通する貫通孔８５ａは、短円柱状部材の上面から下面に抜けており、この上面に凹形上面８５ｂが形成されている。また、この下面押圧部８５と前記ストッパ部８４との間には付勢手段であるコイルスプリング８３が配設されている。つまり、このコイルスプリング８３が、下面押圧部８５を、常時、被接合部材の下面側に付勢し、下面押圧部８５は、攪拌ピン８０の軸線に沿って移動し、この凹形上面８５ｂが被接合部材の下面に当接する。また、コイルスプリング８３の上・下端の各々が下面押圧部８５の下面とストッパ部８４の上面のそれぞれに固着されている。このため、攪拌ピン８０の回転は、ストッパ部８４とコイルスプリング８２を介して下面押圧部８５に伝えられ、下面押圧部８５は攪拌ピン８０の回転に同期して回転する。
【００１２】
従ってかかる従来技術においては、下面押圧部として機能する攪拌ピン８０の回転は、ストッパ部８４とコイルスプリング８２を介して下面押圧部８５に伝えられるものであるために、コイルスプリング８２の押し付け力によってその荷重が規定され、下面押圧部８５の押し付け力を制御できない。
しかもコイルスプリング８２の押し付け力には上限があり、基本的に上面押圧部として機能する回転筒１１の押し付け力より大きくすることができない。
【００１３】
このため本出願人による整理番号２００２０１４０１の出願に示すように、パネル自由端の裏面側（中空部側）の板厚を厚くすることで、継ぎ手部でショルダ面との摩擦熱による入熱により裏面側の軟化した部分が接合ギャップ空間に進入させて、前記従来技術のように表面側に厚肉部を設ける必要がなく、外部から見える表面側は凹部が発生することなく、平坦を維持できるいう実用的効果を達成できるボビンツールを形成できない。
【００１４】
本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、母材接合部の表裏両面側での入熱量を調整でき、これにより母材をボビンツールを用いて摩擦攪拌接合する際に該摩擦攪拌接合の柔軟性と円滑化を計ることのできる摩擦撹拌接合装置とその接合方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本第一発明は、裏面押圧部材と表面押圧部材を備え、該押圧部間が可変のボビンツールを用いた摩擦攪拌接合装置において、
前記裏面押圧部材よりの接合面への摩擦入熱付与量と前記表面押圧部材よりの接合面への摩擦熱付与量を夫々独立して調整可能に構成し、
更に前記裏面押圧部材若しくは前記表面押圧部材の少なくとも１にヒータを内蔵、若しくは冷却機構を設けたことを特徴とする。
そしてこのように、裏面押圧部材と表面押圧部よりの接合面への摩擦熱付与量を夫々独立して調整する具体的な第１の手段として、前記裏面押圧部材よりの接合面への押圧力と前記表面押圧部材よりの接合面への押圧力とを夫々独立して調整可能に構成したことを特徴とする。
又、第２の手段は、前記裏面押圧部材の回転速度と前記表面押圧部材よりの回転速度とを夫々独立して調整可能に構成したことを特徴とする。
更に、第３の手段は、前記裏面押圧部材若しくは前記表面押圧部材の少なくとも１にヒータを内蔵、若しくは冷却機構を設けたことを特徴とする。
そこで本発明は、前記第３の手段を要旨とするものであるが、前記第３手段に第１若しくは第２手段とを組み合わせることも可能である。
【００１６】
第２発明はかかる製造装置を用いた製造方法にかかるもので、母材接合部を挟んで裏面押圧部材と表面押圧部材を備え、その表面側押圧部材と裏面側押圧部材より夫々摩擦入熱を加えてその接合部の塑性流動により接合を行う摩擦攪拌接合方法において、
前記表面側押圧部材よりの接合部への摩擦入熱付与量と前記裏面側押圧部材よりの接合部への摩擦熱付与量を夫々独立して制御して接合を行うとともに、前記裏面押圧部材若しくは前記表面押圧部材の少なくとも１にヒータを内蔵、若しくは冷却機構を設け、
前記裏面側若しくは表面側を塑性流動可能な温度域に達するまでの間に前記裏面押圧部材若しくは前記表面押圧部材の少なくとも１に内蔵したヒータ若しくは冷却機構により予熱若しくは予冷して接合を行うことを特徴とする。
このような発明の具体的な接合方法として前記「前記裏面押圧部材若しくは前記表面押圧部材の少なくとも１にヒータを内蔵、若しくは冷却機構を設ける」という第３の手段を要旨とするものであるが、又前記第３の手段を組み合わせて前記第１手段を利用して前記裏面側に摩擦熱を付与する押圧部の接合面への押圧力と前記表面側に摩擦熱を付与する押圧部の接合面への押圧力とを夫々独立して制御して接合を行ってもよく、又前記第３の手段を組み合わせ第２手段を利用して前記裏面側に摩擦熱を付与する押圧部の回転速度と前記表面側に摩擦熱を付与する押圧部の接合面への押圧力とを夫々独立して制御して接合を行ってもよく、さらには第３手段単独で前記裏面側若しくは表面側を塑性流動可能な温度域に達するまでの間に摩擦熱以外の熱付与手段で予熱して接合を行ってもよく、勿論これらを組み合わせてもよい。
【００１７】
そしてこれらの発明は、例えば接合されるスキンパネルを自由端側の面板の厚みをその自由端より該パネルのリブを介して自由端内側に位置する中空部の面板厚みより他の自由端の面板厚みを大に設定するとともに、該ブルスキンパネルの自由端同士を突き合わせ、その突き合わせ面において、表裏両面側にショルダ面より摩擦熱が入熱されるボビンツールにより、裏面側入熱量を表面側入熱量より大にしながら摩擦攪拌接合がなされるようにして接合させることができ、これにより接合部の継ぎ手構造が突き合わせになっているために、その突き合わせ部にギャップ（隙間）が生じるが、パネル自由端の裏面側（中空部側）の板厚を厚くすることで、継ぎ手部でショルダ面との摩擦熱による入熱により裏面側の軟化した部分が接合ギャップ空間に進入するため、外部から見える表面側は凹部が発生することなく、平坦を維持できる。
この結果、接合後における表面加工処理が基本的に不要であり、特に車両構造体のような長尺ものについては、その作業が大幅に簡単化する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１９】
図１は本発明の参考例にかかる摩擦接合装置の具体的構成を示し、図中１０Ａは表面側円筒ショルダで、ブローブ１１として機能する回転軸２９が中心軸に沿って延在し、その軸端にサーボモータ等の回転駆動部１７を設ける。
一方、１０Ｂは裏面側ショルダで、該ショルダ１０Ｂは前記回転軸２９に回転自在に遊嵌されたリング状円筒体で構成されるとともに、前記回転軸２９に外嵌された筒状回転筒２６に連結され、その軸端にサーボモータ等の回転駆動部２７を設ける。
【００２０】
そして前記夫々の回転駆動部１７、２７は、送りねじ４９Ａ、４９Ｂと送りねじ駆動モータ４２Ａ、４２Ｂ及びロードセル４４Ａ、４４Ｂが収納されたねじ収納部４１Ａ、４１Ｂからなる荷重負荷体４０が連結されており、これらの荷重負荷体４０及び回転駆動部１７、２７は制御回路２８に接続され、荷重負荷体４０夫々のロードセル４４Ａ、４４Ｂの信号に基づいて送りねじ駆動モータ４２Ａ、４２Ｂの回転位相を制御して例えば前記裏面側と表面側のショルダ面１０Ａ、１０Ｂ間にダブルスキンパネル３０Ａ、３０Ｂの突き合わせ接合部を挟持した状態で、該接合面の表側にかかる表側ショルダ１０Ａ面の荷重が１０kgf、裏側ショルダ面１０Ｂの荷重が２００kgfになるように制御し、前記表側ショルダ１０Ａ面にかかる荷重を裏側ショルダ１０Ｂ面にかかる荷重より大幅に小にしている。
【００２１】
更に制御回路２８では、回転駆動部１７、２７のサーボモータの回転数も制御可能に構成し、例えば裏面側のショルダ１０Ｂ面との摩擦入熱と表面側のショルダ１０Ａ面の摩擦入熱量を制御可能に回転速度と押圧荷重のいずれか一方もしくは両者の組み合わせにて制御している。
【００２２】
図２は裏面側ショルダ１０Ｂと表面側ショルダ１０Ａの両者を同期して回転可能にした他の参考例で、表面側円筒ショルダ１０Ａは、ブローブ１１として機能する回転軸２９が中心軸に沿って延在し、その軸端にサーボモータ等の回転駆動部１７を設ける点は前記実施例と同様であるが、その回転軸の裏面側ショルダ１０Ａ嵌合部分をスプライン状に構成し、スプライン７０を介して裏面側ショルダ１０Ｂが回転軸に摺動自在に連結され、これにより表面側ショルダ１０Ａと同期して回転可能に構成されている。
すなわち裏面側ショルダ１０Ｂは前記回転軸２９にスプライン７０を介して、前記回転軸２９に摺動自在に連結され、回転軸２９の軸端に連結された共通する回転駆動部２７により回転可能に構成されている。
【００２３】
そして前記回転駆動部２７は、送りねじ４９Ａと送りねじ駆動モータ４２Ａ、及びロードセル４４Ａが収納されたねじ収納部４１Ａからなる荷重負荷体４０が連結されており、又裏面側ショルダ１０Ｂは軸受７１が内蔵された支持リング７２を介して、送りねじ４９Ｂと送りねじ駆動モータ４２Ｂ及びロードセル４４Ｂが収納されたねじ収納部４１Ｂからなる荷重負荷体４０が連結されている。
この結果、これらの荷重負荷体４０、４０及び回転駆動部１７は制御回路２８に接続され、荷重負荷体４０の夫々のロードセル４４Ａ、４４Ｂの信号に基づいて送りねじ駆動モータ４２Ａ、４２Ｂの回転位相を制御して例えば前記裏面側と表面側のショルダ面１０Ａ、１０Ｂ間にダブルスキンパネル３０Ａ、３０Ｂの突き合わせ接合部を挟持した状態で、該接合面の表側にかかる表側ショルダ１０Ａ面の荷重が１０kgf、裏側ショルダ面１０Ｂの荷重が２００kgfになるように制御し、前記表側ショルダ１０Ａ面にかかる荷重を裏側ショルダ１０Ｂ面にかかる荷重より大幅に小にしている。
【００２４】
図３は荷重負荷体４０が、送りねじと送りねじ駆動モータ及びロードセル収納部からなる荷重負荷体ではなく、ロードセル２４Ａ、２４Ｂが収納された油圧シリンダ２３Ａ、２３Ｂと油圧源２５Ａ、２５Ｂ（油圧が一定圧に制御出来ればロードセルは不要となる）とから構成されているもので、その作用効果は図１と同様である。又図２に示すように、裏面側ショルダ１０Ｂと表面側ショルダ１０Ａの両者を同期して回転可能に構成してもよい。
【００２５】
図４（Ａ）は、裏面側ショルダ１０Ｂ内にヒータ４７を内蔵し、摩擦攪拌接合初期に裏側ショルダ１０Ｂ面を摩擦攪拌接合の温度域である４５０℃〜５６０℃に先に到達させ、ダブルスキンパネル３０Ａ、３０Ｂの裏面側のみ先に軟化させ、前記突き合わせ接合部のギャップ３４部に、ダブルスキンパネル３０Ａ、３０Ｂの軟化されたアルミ母材が先に進入するように構成した実施例で、図１〜図３の参考例に組み込んでも、又図４（Ａ）のみ単独で若しくは図４（Ｂ）との組み合わせで構成することもできる。
従って本実施例にはヒータ４７、裏面側ショルダの温度を検出する温度センサ４８、摩擦攪拌接合の温度域付近に達した時点で前記ヒータのオフを行うヒータ制御回路４６が必要となる。
【００２６】
図４（Ｂ）は、前記実施例とは逆に表面側ショルダ１０Ａ内に冷却水通路４７０を内蔵し、冷却機構４７１により冷却水の温度を制御しながら、摩擦攪拌接合初期に裏側ショルダ１０Ｂ面が摩擦攪拌接合の温度域である４５０℃〜５６０℃に先に到達させ、ダブルスキンパネル３０Ａ、３０Ｂの裏面側のみ先に軟化させ、前記突き合わせ接合部のギャップ３４部に、ダブルスキンパネル３０Ａ、３０Ｂの軟化されたアルミ母材が先に進入するように構成した他の実施例で、冷却水の表面側ショルダ１０Ａへの通流は、図１〜図３の実施例に組み込んでも、又図４のみ単独で構成することもできる。
従って本実施例には表面側ショルダ１０Ａ内に内蔵した冷却水通路４７０、冷却水の温度と通流及びその停止を制御する冷却機構４７１、裏面側ショルダの温度を検出して裏側ショルダ１０Ｂ面が摩擦攪拌接合の温度域である４５０℃〜５６０℃に到達するのを予測した時点で冷却機構４７１の冷却水の通流を停止する温度センサ４８とその冷却水制御回路４６０が必要となる。
【００２７】
次に前記接合装置を用いてダブルスキンパネルの自由端同士を突き合わせ接合により製造した例を図５に基づいて説明する。
同図に示す如く、ダブルスキンパネル３０Ａ、３０Ｂは上下二面の平行な面板３１、３２とその面板３１、３２間を連接する如く、ジグザグ三角形状に連設したリブ３９を有し、その三角リブ３９の両外側には垂直リブ３８を介して二面の自由端３３Ａ、３３Ｂが面板３１、３２と平行且つ水平に延在している。そして両自由端３３Ａ、３３Ｂとも面板３１、３２と面一に延在され、両者がギャップ３４を介して突き合わせて面板３１、３２表面が面位置になるように構成されている。
【００２８】
そして同図に示す如く、両ダブルスキンパネル３０Ａ、３０Ｂの接合に自由端面が自由端３３Ａ、３３Ｂの突き合わせによって表裏両面が平面状であるために、前記図１〜図４に示すボビンツール１０を用いた場合は、接合するダブルスキンパネル３０Ａ、３０Ｂの自由端３３Ａ、３３Ｂの表裏両面を上下一対のショルダ１０Ａ、１０Ｂ間でプローブ１１を介して挟持させる事ができるために、接合面の両面において摩擦発熱させることが出来、又ボビンツール１０の裏面側ショルダ１０Ｂがスキンパネル自由端３３Ａ、３３Ｂ長手方向に移動可能で、その自由端３３Ａ、３３Ｂの内部空間３７にリブ３９、３８が存在しない中空状であることが必要である。
又、この場合において、ダブルスキンパネル３０Ａ、３０Ｂ同士を突き合わせて得られる面板３１、３２と平行な自由端３３Ａ、３３Ｂ内部空間長Ｌが、裏面側のボビンツール直径Ｄより大きいことが必要であるが、あまりに大きいとその部分の強度が低下する。従ってその範囲はボビンツール直径Ｄに対し、１．１〜２倍の範囲に設定する。
【００２９】
なお、前記表面側が平坦度を維持するには、裏面側で軟化した母材がギャップ３４を埋めるだけの余肉容量が必要であり、自由端３３Ａ、３３Ｂ内部空間長Ｌがボビンツール直径Ｄの２倍の場合は、直径Ｄに対応する裏面部位、言い換えれば自由端３３Ａ、３３Ｂの裏面の１／３程度がが軟化してギャップ３４に進入するために、軟化する部位は余肉が、前記自由端３３Ａ、３３Ｂ側に位置する面板３１、３２厚みＴｔ、該パネルのリブ３９を介して自由端３３Ａ、３３Ｂ内側に位置する中空部の面板３１、３２厚みｔ、突き合わせ部のギャップ３４幅をＧとした場合に、
Ｔｔ＝ｔ＋（３）Ｇ
になるように厚み設定されているのがよい。
又自由端３３Ａ、３３Ｂ内部空間長Ｌがボビンツール直径Ｄの２倍の場合は、直径Ｄに対応する裏面部位、言い換えれば自由端３３Ａ、３３Ｂの裏面の３／４程度が軟化してギャップ３４に進入するために、軟化する部位は余肉が、前記自由端３３Ａ、３３Ｂ側に位置する面板３１、３２厚みＴｔ、該パネル３０Ａ、３０Ｂのリブを介して自由端３３Ａ、３３Ｂ内側に位置する中空部の面板３１、３２厚みｔ、突き合わせ部のギャップ３４幅をＧとした場合に、
Ｔｔ＝ｔ＋（１．３≒１）Ｇ
になるように厚み設定されているのがよい。
【００３０】
更に、この場合、表面側より裏面側が先に軟化することにより、表面側の平坦度が維持でき、裏面側をギャップ３４に進入させる軟化余肉として利用することが可能となる。
そしてこのような裏面側入熱量を表面側入熱量より大にしながら摩擦攪拌接合を行う具体的な手段として、図１、図２若しくは図３の装置を用いて、裏面側押し付け力を表面側押し付け力より大にするか、若しくは図１若しくは図３の装置により裏面側ショルダの回転速度を表面側より大にして、裏面側入熱量を表面側入熱量より大にしながら摩擦攪拌接合がなされるようにして接合させることができ、これにより接合部の継ぎ手構造が突き合わせになっているために、その突き合わせ部にギャップ（隙間）が生じるが、パネル自由端の裏面側（中空部側）の板厚を厚くすることで、継ぎ手部でショルダ面との摩擦熱による入熱により裏面側の軟化した部分が接合ギャップ空間に進入するため、外部から見える表面側は凹部が発生することなく、平坦を維持できる。
【００３１】
更に図４に示す装置により裏面側ショルダに内蔵したヒータを利用して前記裏面側若しくは表面側を塑性流動可能な温度域に達するまでの間に摩擦熱以外の熱付与手段で予熱して接合を行ってもよく、勿論これらを組み合わせてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、母材接合部の表裏両面側での入熱量を調整でき、これにより母材をボビンツールを用いて摩擦攪拌接合する際に該摩擦攪拌接合の柔軟性と円滑化を計ることができる。
特に車両、航空機、建物等の大型構造体を製造する際の側構体、床構体、屋根構体等の広幅パネル体の製造に用いるダブルスキンパネル同士をボビンツールを用いて摩擦攪拌接合する際に該摩擦攪拌接合の円滑化とその接合部の表面が平坦な平面状の接合面を得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例に係るボビンツールを用いて表裏両面側の押し付け力若しくはショルダの回転速度を独立して制御可能に構成した摩擦攪拌接合装置の第１例を示す全体概略図である。
【図２】本発明の参考例に係るボビンツールを用いて表裏両面側の押し付け力を独立して制御可能に構成した摩擦攪拌接合装置の第２例を示す全体概略図である。
【図３】本発明の参考例に係るボビンツールを用いて表裏両面側の押し付け力若しくはショルダの回転速度を独立して制御可能に構成した摩擦攪拌接合装置の第３例を示す全体概略図である。
【図４】本発明の実施例に係るボビンツールの裏面側ショルダにヒータを内蔵した摩擦攪拌接合装置（Ａ）及び、ボビンツールに冷却機構を設けた摩擦攪拌接合装置（Ｂ）を示す全体概略図である。
【図５】本発明の実施例装置に基づいて、ダブルスキンパネル自由端を突き合わせて広幅パネルを製造する方法を示す概略図である。
【図６】従来技術に係る摩擦撹拌接合のプローブツールとボビンツールの基本構成図である。
【図７】従来技術に係る補便ツールを用いた摩擦撹拌接合装置を示す断面概略図である。

Claims

裏面押圧部材と表面押圧部材を備え、該押圧部間が可変のボビンツールを用いた摩擦攪拌接合装置において、
前記裏面押圧部材よりの接合面への摩擦入熱付与量と前記表面押圧部材よりの接合面への摩擦熱付与量を夫々独立して調整可能に構成し、
更に前記裏面押圧部材若しくは前記表面押圧部材の少なくとも１にヒータを内蔵、若しくは冷却機構を設けたことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
請求項１記載の摩擦攪拌接合装置において、
前記裏面押圧部材よりの接合面への押圧力と前記表面押圧部材よりの接合面への押圧力とを夫々独立して調整可能に構成したことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
請求項１若しくは２記載の摩擦攪拌接合装置において、
前記裏面押圧部材の回転速度と前記表面押圧部材よりの回転速度とを夫々独立して調整可能に構成したことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
母材接合部を挟んで裏面押圧部材と表面押圧部材を備え、その表面側押圧部材と裏面側押圧部材より夫々摩擦入熱を加えてその接合部の塑性流動により接合を行う摩擦攪拌接合方法において、
前記表面側押圧部材よりの接合部への摩擦入熱付与量と前記裏面側押圧部材よりの接合部への摩擦熱付与量を夫々独立して制御して接合を行うとともに、前記裏面押圧部材若しくは前記表面押圧部材の少なくとも１にヒータを内蔵、若しくは冷却機構を設け、
前記裏面側若しくは表面側を塑性流動可能な温度域に達するまでの間に前記裏面押圧部材若しくは前記表面押圧部材の少なくとも１に内蔵したヒータ若しくは冷却機構により予熱若しくは予冷して接合を行うことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
請求項４記載の摩擦攪拌接合方法において、
前記裏面側に摩擦熱を付与する押圧部の接合面への押圧力と前記表面側に摩擦熱を付与する押圧部の接合面への押圧力とを夫々独立して制御して接合を行うことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
請求項４若しくは５記載の摩擦攪拌接合方法において、
前記裏面側に摩擦熱を付与する押圧部の回転速度と前記表面側に摩擦熱を付与する押圧部の接合面への押圧力とを夫々独立して制御して接合を行うことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。