JP6335096B2 - エッジディスタンスを減少させる摩擦攪拌点接合装置および摩擦攪拌点接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦攪拌点接合装置および摩擦攪拌点接合方法に関し、特に、被接合物のエッジディスタンス（ＥＤ）を減少させることができる摩擦攪拌点接合装置および摩擦攪拌点接合方法に関する。

自動車、鉄道車両、航空機等の輸送機器においては、金属材料を連結するときには、抵抗スポット溶接またはリベット締結が用いられていた。しかしながら、近年では、摩擦攪拌接合が注目されている。この摩擦攪拌接合は、摩擦熱を利用して金属材料を接合する方法であり、先端にピン部材を有する円柱状の回転工具（接合ツール）を用いる。この回転工具は、被接合物に向かって進退移動可能に構成され、高速で回転しながら所定範囲の圧力もしくは速度等で進出移動することで、被接合物（金属材料）中に押し込まれる（圧入される）。回転工具が圧入された部位では、金属材料が軟化するため、この軟化した金属材料を攪拌することで被接合物同士が接合される。

摩擦攪拌点接合法においては、回転工具として、円柱状のピン部材のみを用いる単動式と、ピン部材およびショルダ部材を用いる複動式とが知られている。複動式に用いられるショルダ部材は、ピン部材の外側に位置する円筒状であって、ピン部材と同一の軸線周りに回転するとともに当該軸線方向に進退移動可能に構成されている。本発明者らは、複動式の摩擦攪拌点接合法において、接合条件に応じて好適な精度で良好な接合品質を実現するために、例えば、特許文献１または２に開示される摩擦攪拌点接合装置および摩擦攪拌点接合方法を提案している。

国際公開第２０１２／１２７８３２号パンフレット 国際公開第２０１２／１２７８３３号パンフレット

ところで、抵抗スポット溶接またはリベット締結等を材料の端部に施す場合には、接合点から被接合物のエッジ部（または縁部）までの距離、すなわちエッジディスタンス（ＥＤ）が重要になることが知られている。抵抗スポット溶接の場合には、ＥＤの近傍に施工しようとすると良好な電流の印加状態を実現できないために、良好な接合が得られないことがあり、リベット締結の場合には、継手構造のせん断強度が低下してしまう。このため、特にリベット締結の場合では、せん断強度の低下に対する対策として、リベットの軸径（鋲径）を直径ｄとしたときにＥＤを２ｄよりも大きく設定する等の取り決めを行うことが知られている。

複動式の摩擦攪拌点接合法では、特にショルダ部材を圧入する方式であれば、接合点の直径ｄは、ショルダ部材の直径Ｄにほぼ相当する（ｄ≒Ｄ）。本発明者らは、摩擦攪拌点接合におけるＥＤについて検討したところ、ＥＤは、ショルダ部材の直径Ｄの１．５倍程度（ＥＤ≧約１．５ｄ）まで小さく設定できることが明らかとなった。ＥＤが概ね１．５倍までは、継手構造のせん断強度に低下が見られなかったが、１．５倍未満では、せん断強度の低下が確認された。

ＥＤをある程度の距離で確保するということは、被接合物のエッジ部から接合点に至るまで所定量の材料が必要になる、ということになる。したがって、ＥＤが増加すると、被接合物の重量の増加につながるため、ＥＤはできる限り小さくすることが望ましい。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、複動式の摩擦攪拌点接合法において、継手構造のせん断強度の低下を抑制しつつＥＤの減少を可能とすることを目的とする。

本発明に係る摩擦攪拌点接合装置は、前記の課題を解決するために、回転工具によって被接合物を部分的に攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合装置であって、前記回転工具として、軸線周りに回転し、かつ、当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円柱状のピン部材と、当該ピン部材の外側を囲うように位置し、当該ピン部材と同一の軸線周りに回転するとともに当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円筒状のショルダ部材と、を備え、さらに、前記被接合物のエッジ部に最も近接する位置で当該被接合物を接合する際に、当該エッジ部の変形を抑制するように当該エッジ部に当接するエッジ当接部材を備えている構成である。

前記構成によれば、エッジ当接部材が被接合物のエッジ部に当接した状態で、回転工具により被接合物が接合される。回転工具による接合時には被接合物に塑性流動部が発生するが、その周囲には、被接合物を構成する材料が軟化する軟化領域も発生する。軟化領域が被接合物のエッジ部に達すると、軟化領域がエッジ部の外側に向かって弛緩することにより、エッジ部に変形部が生じやすくなる。これに対して、エッジ当接部材がエッジ部に当接していれば、軟化領域がエッジ部に達しても弛緩することが抑制され、エッジ部の形状を有効に保持することができる。その結果、変形部の発生を十分に抑制することができるので、被接合物の継手構造のせん断強度の低下を抑制しつつ、エッジディスタンス（ＥＤ）を減少することができる。

前記構成の摩擦攪拌点接合装置においては、前記エッジ当接部材は、少なくとも、前記被接合物の表面に位置するエッジ部に当接するように設けられている構成であってもよい。

また、前記構成の摩擦攪拌点接合装置においては、前記被接合物に当接することにより、接合時における当該被接合物の位置を保持する、被接合物保持部材を備え、前記エッジ当接部材は、前記被接合物保持部材に一体的に設けられたエッジ当接部として構成されてもよい。

また、前記構成の摩擦攪拌点接合装置においては、少なくとも前記回転工具を固定する枠部と、立体的な動作が可能なアーム部と、をさらに備え、前記アーム部には、前記回転工具および前記被接合物保持部材が、前記枠部を介して取り付けられている構成であってもよい。

また、前記構成の摩擦攪拌点接合装置においては、さらに、前記被接合物保持部材を回転させて、当該被接合物保持部材に設けられている前記エッジ当接部を前記エッジ部に当接させるために位置合わせを行う、回転機構をさらに備えている構成であってもよい。

また、前記構成の摩擦攪拌点接合装置においては、前記被接合物保持部材が、前記ショルダ部材の外側に位置し、前記被接合物を表面から押圧するクランプ部材、および、前記ピン部材および前記ショルダ部材に対向する位置に設けられ、前記被接合物の裏面に当接する裏当て部材の少なくとも一方である構成であってもよい。

また、本発明には、回転工具として、軸線周りに回転し、かつ、当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円柱状のピン部材と、当該ピン部材の外側を囲うように位置し、当該ピン部材と同一の軸線周りに回転するとともに当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円筒状のショルダ部材と、をそれぞれ進退移動可能な状態で用い、その表面が前記回転工具に向けた状態にある被接合物を、当該回転工具により部分的に攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合方法であって、前記被接合物のエッジ部に最も近接する位置で当該被接合物を接合する際に、当該エッジ部の変形を抑制するように当該エッジ部にエッジ当接部材を当接させた状態で、前記回転工具により接合を行う、摩擦攪拌点接合方法も含まれる。

本発明では、以上の構成により、複動式の摩擦攪拌点接合法において、継手構造のせん断強度の低下を抑制しつつＥＤを減少できる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の要部構成の一例を示す模式的ブロック図である。 摩擦攪拌点接合により接合された被接合物において、エッジディスタンス（ＥＤ）を説明する模式図である。 図１に示す摩擦攪拌点接合装置による、ＥＤを減少させた接合の例を示す模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１に示す摩擦攪拌点接合装置の代表的な変形例を示す模式的ブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置の要部構成の一例を示す模式的ブロック図である。 図５に示す摩擦攪拌点接合装置による、ＥＤを減少させた接合の例を示す模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、図５に示す摩擦攪拌点接合装置の代表的な変形例を示す模式的ブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置の要部構成の一例を示す模式的ブロック図である。 本発明の参考例、実施例および比較例の結果を示すグラフである。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
［摩擦攪拌点接合装置の構成］
まず、本発明の実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の基本的な構成について、図１を参照して具体的に説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合装置５０Ａは、回転工具１０、エッジ当接部材１３、工具駆動部２０、クランプ部材３０、裏当て部材４０、および接合制御部５１等を備えている。

回転工具１０は、図示しない工具固定部により支持され、工具駆動部２０によって進退移動および回転するように構成されている。クランプ部材３０は、回転工具１０の周囲に位置するように設けられ、クランプ押圧駆動部３１により被接合物６０を押圧するように構成されている。裏当て部材４０は、回転工具１０（およびクランプ部材３０）に対向する位置に設けられており、回転工具１０と裏当て部材４０との間に被接合物６０が配される。工具駆動部２０およびクランプ押圧駆動部３１は、接合制御部５１によって制御される。

回転工具１０は、ピン部材１１およびショルダ部材１２から構成されている。ピン部材１１は、略円筒形または略円柱形であり、図示しない工具固定部により進退移動および回転可能に支持されている。このピン部材１１は、工具駆動部２０に含まれる回転駆動部２３により軸線（回転軸）周りに回転し、工具駆動部２０に含まれるピン駆動部２１により、軸線方向（図１では上下方向）に沿って進退移動可能となっている。ショルダ部材１２は、中空を有する略円筒状であり、中空内にピン部材１１が内挿され、ピン部材１１の外側において当該ピン部材１１を囲むように工具固定部により支持されている。このショルダ部材１２は、回転駆動部２３によりピン部材１１と同一の軸線周りに回転し、工具駆動部２０に含まれるショルダ駆動部２２により、軸線方向に沿って進退移動可能となっている。

このように、ピン部材１１およびショルダ部材１２は、いずれも工具固定部によって支持され、いずれも回転駆動部２３により軸線周りに一体的に回転する。さらに、ピン部材１１およびショルダ部材１２は、ピン駆動部２１およびショルダ駆動部２２により、それぞれ軸線方向に沿って進退移動可能に構成されている。なお、ピン部材１１は単独で進退移動可能であるとともに、ショルダ部材１２の進退移動に伴っても進退移動可能となっている構成であってもよいし、ピン部材１１およびショルダ部材１２が互いに独立して進退移動可能な構成であってもよい。

クランプ部材３０は、ショルダ部材１２の外側に設けられ、ショルダ部材１２と同様に、中空を有する円筒状であって、中空内にショルダ部材１２が内挿されている。したがって、ピン部材１１の外周に略円筒状のショルダ部材１２が位置し、ショルダ部材１２の外周に略円筒状のクランプ部材３０が位置している。言い換えれば、クランプ部材３０、ショルダ部材１２およびピン部材１１が、それぞれ同軸芯状の入れ子構造となっている。クランプ部材３０は、被接合物６０を一方の面（表面６０ｃ）から押圧するものであり、本実施の形態では、裏当て部材４０側に付勢され、クランプ押圧駆動部３１によって駆動される。クランプ押圧駆動部３１は、本実施の形態では、工具駆動部２０に一体的に設けられている。

裏当て部材４０は、前記の通り、ピン部材１１およびショルダ部材１２の進出方向側に位置し、その上面が被接合物６０を支持する支持面となっている。裏当て部材４０は、被接合物６０の表面６０ｃをピン部材１１およびショルダ部材１２に向けた状態で、当該被接合物６０の裏面６０ｄを支持面により支持する。図１に示す例では、支持面は、平板状の被接合物６０の裏面６０ｄに当接するように平坦な面となっている。

なお、前述したクランプ部材３０および裏当て部材４０は、本実施の形態では、被接合物６０に当接することにより、接合時における被接合物６０の位置を保持する、被接合物保持部材として位置づけられる。

上記構成の回転工具１０、工具駆動部２０、クランプ押圧駆動部３１、クランプ部材３０および裏当て部材４０の位置関係を整理すると、工具駆動部２０およびクランプ押圧駆動部３１の下方に回転工具１０およびクランプ部材３０が位置し、そのさらに下方に裏当て部材４０が位置している。また、回転工具１０を構成するピン部材１１およびショルダ部材１２、並びにクランプ部材３０は、それぞれ当接面を備えている。回転工具１０は工具駆動部２０により進退移動し、クランプ部材３０は、クランプ押圧駆動部３１により押圧動作を行う。前述したとおり、回転工具１０およびクランプ部材３０は、裏当て部材４０に対向しており、これらの間に被接合物６０が配されるので、回転工具１０およびクランプ部材３０のそれぞれの当接面は、工具駆動部２０およびクランプ押圧駆動部３１により被接合物６０の表面６０ｃ（第一面、一方の面）に当接可能となっている。

エッジ当接部材１３は、被接合物６０のエッジ部に当接する。このエッジ部は、回転工具１０の進退方向（軸線方向）に沿った端面を有する部位（端部）である。エッジ当接部材１３は、この端面の形状に応じた当接面を有しており、エッジ当接部材１３の当接面がエッジ部の端面に当接される。

本実施の形態では、被接合物６０は、第一板材６１および第二板材６２から構成されており、これら板材６１，６２の一部を重ね合わせた部位（重ね合わせ部）を回転工具１０により接合する。第一板材６１が上側に位置し、第二板材６２が下側に位置するので、第一板材６１の上面が被接合物６０の表面６０ｃとなり、第二板材６２の下面が被接合物６０の裏面６０ｄとなる。エッジ当接部材１３は、上側の第一板材６１のエッジ部に当接することになる。なお、エッジ当接部材１３の具体的な構成については後述する。

本実施の形態における回転工具１０、工具固定部、工具駆動部２０、クランプ部材３０、クランプ押圧駆動部３１、裏当て部材４０、および接合制御部５１の具体的な構成は特に限定されず、広く摩擦攪拌接合の分野で公知の構成を好適に用いることができる。例えば、工具駆動部２０を構成するピン駆動部２１、ショルダ駆動部２２、および回転駆動部２３は、本実施の形態では、いずれも摩擦攪拌接合の分野で公知のモータおよびギヤ機構等から構成されている。また、裏当て部材４０は、摩擦攪拌点接合を実施できるように被接合物６０を適切に支持することができるものであれば、その構成は特に限定されない。

また、クランプ押圧駆動部３１は、クランプ部材３０に付勢を与えたり加圧力を与えたりする構成であればよく、例えば、スプリング、ガス圧、油圧、サーボモータ等を用いた機構を好適に用いることができる。さらに、クランプ押圧駆動部３１は、独立した駆動機構ではなく、ショルダ駆動部２２に一体化された構成であってもよい。例えば、クランプ部材３０がスプリング等を介してショルダ駆動部２２に取り付けられる構成であれば、ショルダ駆動部２２が、ショルダ部材１２とともにクランプ部材３０を進退移動させることができる。

なお、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合装置５０Ａは、図１には示されない他の機構または部材等を備えてもよいことは言うまでもない。また、本発明は、図１に示す構成の摩擦攪拌点接合装置５０Ａのみに限定されず、図１に示される部材または機構の一部が含まれていなくてもよい。例えば、クランプ部材３０は、本発明において備えていると好ましい構成の一つであるが、備えていなくてもよい（図４（ｂ）および後述する摩擦攪拌点接合装置５０Ａ−２も参照）。また、裏当て部材４０も、摩擦攪拌点接合装置５０Ａの構成として備えている必要はない。この場合、裏当て部材４０は、摩擦攪拌点接合装置５０Ａとは別体として準備されればよく、回転工具１０による接合時に、被接合物６０の裏面６０ｄに当接させればよい。

［摩擦攪拌点接合方法の一例］
次に、摩擦攪拌点接合装置５０Ａによる被接合物６０の接合について簡単に説明する。まず、回転工具１０を被接合物６０に接近させ、クランプ部材３０を上側の第一板材６１の表面６０ｃに当接させるとともに、裏当て部材４０を下側の第二板材６２の裏面６０ｄに当接させる。これにより、クランプ部材３０と裏当て部材４０とで板材６１，６２が挟み込まれ、クランプ部材３０による押圧でクランプ力が発生する。

次に、接合制御部５１の制御によって工具駆動部２０が制御され、工具駆動部２０（ピン駆動部２１およびショルダ駆動部２２）により、ピン部材１１およびショルダ部材１２を被接合物６０の表面６０ｃに当接させる。そして、工具駆動部２０（回転駆動部２３）により、ピン部材１１およびショルダ部材１２を表面６０ｃに当接させた状態で回転させる。これにより、第一板材６１の当接領域における金属材料が摩擦により発熱することで軟化し、塑性流動部が生じる。

次に、ピン駆動部２１によりピン部材１１をショルダ部材１２から突き出すか、ショルダ駆動部２２によりショルダ部材１２をピン部材１１から突き出す。これにより、ピン部材１１またはショルダ部材１２が、表面６０ｃからさらに第一板材６１の内部に進入（圧入）する。このとき、金属材料の軟化部位は、上側の第一板材６１から下側の第二板材６２にまで及び、塑性流動部が増加する。

さらに、塑性流動部の軟化した金属材料は、一方の回転工具１０（ピン部材１１またはショルダ部材１２）により押し退けられ、他方の回転工具１０（ショルダ部材１２またはピン部材１１）の直下に流動するので、他方の回転工具１０が後退して一方の回転工具１０から見て浮き上がる。なお、必要に応じて、工具駆動部２０、突き出た一方の回転工具１０を徐々に後退させる（引き込ませる）とともに、この後退に伴って他方の回転工具１０を第一板材６１に進入（圧入）させてもよい。

その後、一方の回転工具１０を徐々に引き込ませる。このとき、回転工具１０は、引き込み動作中であっても、その先端による加圧力は維持されている。それゆえ、一方の回転工具１０が引き込まれる間、他方の回転工具１０による回転および押圧が維持されるので、塑性流動部の軟化した材料は、一方の回転工具１０の直下から他方の回転工具１０の直下に流動し、その結果、一方の回転工具１０の圧入により生じた凹部が埋め戻されていく。その後、ピン部材１１の当接面およびショルダ部材１２の当接面を、互いに段差がほとんど生じない程度に合わせる（面一とする）。これにより、第一板材６１の表面６０ｃが整形され、実質的な凹部が生じない程度の略平坦な面が得られる。

最後に、回転工具１０および裏当て部材４０を板材６１，６２から離し、一連の摩擦攪拌点接合が終了する。このとき、回転工具１０の当接による回転（および押圧）は板材６１，６２に加えられなくなるので、板材６１，６２の双方に及ぶ塑性流動部では、塑性流動が停止し、軟化した金属が硬化して接合部となる。これにより、２枚の板材６１，６２は接合部によって連結されることになる。

ここで、本発明が接合対象とする被接合物６０は、代表的には、金属で構成されているものであればよく、その金属の種類は具体的に限定されない。具体的な一例としては、前述したアルミニウム系材料（アルミニウムまたはその合金）が挙げられるが、被接合物６０はアルミニウム系材料以外にも、例えば、チタン、鉄等の他の金属またはその合金で構成されているものであってもよい。さらに、本発明は、アルミニウムとチタン、またはアルミニウムと鉄等、異種金属の接合にも有効であるので、被接合物６０は、複数種類の金属から構成されてもよい。加えて、被接合物６０は金属に限定されず、各種樹脂等のように摩擦攪拌接合が適用可能な材料であってもよい。

［エッジディスタンス］
次に、エッジディスタンス（ＥＤ）について図２および図３を参照して具体的に説明する。なお、図２および図３は、いずれも、重ね合わせ部６０ａの接合部６０ｂにより第一板材６１および第二板材６２が連結された状態を模式的に示しており、接合部６０ｂを中心とする部分断面図を、接合部６０ｂを中心とする部分平面図に対応させて示している。

図２の上図は、ＥＤの標準的な最小値（リベット締結等で採用される値）を模式的に示している。前述したように、ＥＤは、接合点である接合部６０ｂの中心から第一板材６１のエッジ部６１ａ（または第二板材６２のエッジ部６２ａ）までの距離であり、標準的なＥＤの最小値は、接合部６０ｂの直径ｄの２倍（ＥＤ＝２ｄ）に設定される。また、接合部６０ｂが重ね合わせ部６０ａの中央に位置していれば、重ね合わせ部６０ａの幅は４ｄとなる。

ここで、図２の下図に示すように、ＥＤを例えば２ｄからｄに減少させることができれば、重ね合わせ部６０ａの幅は２ｄとなるので、第一板材６１および第二板材６２においては、網掛けの部分が不要となる。それゆえ、ＥＤ＝ｄが実現できれば、図２の上図に示す標準的なＥＤの場合に比べて、被接合物６０の継手構造に必要な材料を削減することができるので、継手構造そのものの軽量化を図ることが可能になる。さらに、図２には図示しないが、ＥＤは、例えば２ｄから０．５ｄまで減少させることも可能である。

前述したように、本発明者らの鋭意検討によれば、回転工具１０の直径（すなわち、ショルダ部材１２の直径（ショルダ径））Ｄを接合点の直径ｄと見なした（Ｄ＝ｄ）ときに、複動式の摩擦攪拌点接合法では、ＥＤの最小値を約１．５ｄまで減少させも継手強度のせん断強度が低下しなかった（後述する参考例１および２参照）。しかしながら、前述した通り、ＥＤが１．５ｄを下回ると、継手構造のせん断強度が低下することが確認された（後述する比較例参照）。ここで、本発明者らがさらに鋭意検討した結果、ＥＤが１．５ｄを下回ると、図３の上図に模式的に示すように、特に第一板材６１のエッジ部６１ａに変形部６１ｂが発生することが明らかとなった（後述する実施例参照）。

前述したように、回転工具１０が被接合物６０に回転しながら圧入することによって、被接合物６０には塑性流動部が発生し、この塑性流動部の流動が停止することで、接合部６０ｂが生じる。塑性流動部は、基本的には、回転工具１０の直下となる位置に発生するが、塑性流動部の周囲には、塑性流動まで至らないとしても、通常よりも材料が軟化した領域（軟化領域）が生じる。図３の上図では、重ね合わせ部６０ａのうち、上側の第一板材６１のエッジ部６１ａ側に位置する点線の半円で示す領域が、第一板材６１における模式的な軟化領域に相当する。

ＥＤが概ね１．５ｄ以上であれば、軟化領域は第一板材６１のエッジ部６１ａにまで至らないため、エッジ部６１ａには変形部６１ｂが生じないと考えられる。しかしながら、ＥＤが１．５ｄを下回ると、軟化領域がエッジ部６１ａにまで至るため、この軟化領域がエッジ部６１ａから外側に向かって弛緩することになり、結果として変形部６１ｂが生じるため、この領域では板厚（厚み）が減少している。この変形部６１ｂは、単にエッジ部６１ａの形状を変化させるだけでなく、当該箇所の板厚が減少しているため、接合部６０ｂによる継手構造のせん断強度の低下にもつながる。

なお、塑性流動部は、図３の上図（あるいは図２）に示すように、第一板材６１を貫通して生じ、回転工具１０と被接合物６０の表面６０ｃ（被接合箇所）との摩擦熱は、下側の第二板材６２においても伝わるので、第二板材６２にも軟化領域が生じ、その結果、第二板材６２のエッジ部６２ａにおいても、同様に変形部６２ｂが生じる。図３の上図では、重ね合わせ部６０ａのうち、破線で示すエッジ部６２ａ側に位置する点線の半円で示す領域が、第二板材６２における模式的な軟化領域に相当する。

ただし、第二板材６２では、第一板材６１に比べて入熱量が少なくなる。そのため、材料の軟化領域も小さくなるので、変形部６２ｂの変形の程度も変形部６１ｂに比べて小さくなる場合が多い。そのため、図３の上図では、第二板材６２の軟化領域を示す点線の半円を、第一板材６１の軟化領域を示す点線の半円よりも小さい半径となるように模式的に図示している。これに合わせて、図３の上図では、第一板材６１の変形部６１ｂの変形量（エッジ部６１ａからの突出量）をｄｘとし、第二板材６２の変形部６２ｂの変形量はΔｘとしている。

［エッジ当接部材の機能］
次に、エッジ当接部材１３による変形部６１ｂの発生の抑制について、図２および図３に加えて、図４（ａ），（ｂ）を参照して具体的に説明する。本発明においては、図３の下図に示すように、少なくとも、上側の第一板材６１のエッジ部６１ａに、エッジ当接部材１３が当接した状態で、回転工具１０による接合が行われる。これにより、軟化領域がエッジ部６１ａに及ぶまで発生したとしても、エッジ部６１ａの形状をエッジ当接部材１３の当接によりほぼ維持することができる。そのため、軟化領域で材料が外側に向かって弛緩することがなく、エッジ部６１ａに変形部６１ｂが生じることを有効に抑制することができる。

また、変形部６１ｂの発生は、前述したように、接合部６０ｂによる継手構造のせん断強度を低下させると考えられるが、変形部６１ｂの発生を実質的に回避できれば、せん断強度の低下の発生も回避することができる。その結果、ＥＤを１．５ｄ未満としても、被接合物６０において良好な連結状態を確保することが可能となる。

エッジ当接部材１３の具体的な構成は特に限定されず、変形部６１ｂの発生（軟化領域の弛緩）を有効に抑制できるような剛性を有する材料で、エッジ部６１ａの形状に対応する形状で構成されればよい。また、エッジ部６１ａが直線状であれば、エッジ当接部材１３も角柱状のブロック形状を有していればよい。

さらに、エッジ当接部材１３は、摩擦攪拌点接合装置５０Ａのいずれかの部材または機構に取り付けたり一体化したりすることが好ましい。これにより、エッジ当接部材１３をエッジ部６１ａに対して当接させた状態を良好に保持できるので、変形部６１ｂの抑制効果をより一層向上させることができる。具体的には、クランプ部材３０にエッジ当接部材１３を一体化させる構成を挙げることができる。

例えば、図４（ａ）に示すように、摩擦攪拌点接合装置５０Ａ−１は、図１に示す摩擦攪拌点接合装置５０Ａのクランプ部材３０に代えて、エッジ当接部３３ａを有するクランプ部材３０を備えている。エッジ当接部３３ａは、クランプ部材３３の当接面の一部を裏当て部材４０側に突出させた形状となっており、言い換えれば、当接面においてエッジ部６１ａに対応する段差が形成されていることになる。クランプ押圧駆動部３１が動作すればクランプ部材３３は下方に進出するが、このとき、第一板材６１のエッジ部６１ａには、エッジ当接部３３ａが当接するように位置合わせする。これにより、クランプ部材３３の当接面が被接合物６０の表面６０ｃに当接するとともに、被接合物６０の上側のエッジ部６１ａにエッジ当接部３３ａが当接することになる。

この状態で、クランプ押圧駆動部３１が動作を継続することで、クランプ部材３３は、被接合物６０の表面６０ｃをさらに押圧するため、クランプ力が発生する。これにより、クランプ部材３３の当接面が表面６０ｃに強固に当接するだけでなく、クランプ部材３３に一体化されたエッジ当接部３３ａもエッジ部６１ａに強固に当接することになる。その結果、変形部６１ｂの発生を実質的に防止することが可能となる。

このように、本発明においては、回転工具１０として、ピン部材１１とショルダ部材１２とを備える複動式の摩擦攪拌点接合装置５０Ａにおいて、被接合物６０のエッジ部６１ａに最も近接する位置で当該被接合物６０を接合する際に、当該エッジ部６１ａに当接することにより、当該エッジ部６１ａの変形を抑制するエッジ当接部材１３を備えていればよい。

これにより、エッジ当接部材１３が被接合物６０のエッジ部６１ａに当接した状態で、回転工具１０により被接合物６０を接合することになる。回転工具１０の接合時には、塑性流動部の周囲に軟化領域が発生し、この軟化領域がエッジ部６１ａに達すれば、当該エッジ部６１ａの外側に向かって軟化領域の材料が弛緩しやすくなり、エッジ部６１ａに変形部６１ｂが生じやすくなる。これに対して、エッジ当接部材１３がエッジ部６１ａに当接していれば、軟化領域がエッジ部６１ａに達しても外側に弛緩することが抑制され、エッジ部６１ａの形状を有効に保持することができる。その結果、変形部６１ｂの発生を十分に抑制することができるので、被接合物６０の継手構造のせん断強度の低下を抑制しつつ、エッジディスタンス（ＥＤ）を減少することができる。

なお、エッジ当接部材１３が、摩擦攪拌点接合装置５０Ａのいずれかの部材または機構に一体化されていない場合には、例えば、クランプ部材３０とは別の押圧部材または押圧機構を介して摩擦攪拌点接合装置５０Ａに取り付けられてもよい。例えば、図４（ｂ）に示すように、摩擦攪拌点接合装置５０Ａ−２では、クランプ部材３０とは異なるエッジ当接部材支持体３４によってエッジ当接部材１３が支持されている。本発明においては、クランプ部材３０は必須構成ではないので、図４（ｂ）に示す摩擦攪拌点接合装置５０Ａ−２では、クランプ部材３０は備えておらず、代わりに、表面６０ｃを押圧可能とするエッジ当接部材支持体３４が設けられている。

ここで、図４（ｂ）に示すエッジ当接部材支持体３４は飽くまでも模式的に図示されており、その具体的な構成は図４（ｂ）の図示内容に限定されないことは言うまでもない。例えば、エッジ当接部材支持体３４としては、工具駆動部２０を支持する筐体または図示しない工具固定部等に取り付けられ、エッジ当接部材１３の位置を変更可能に支持するアーム状の部材、あるいは、工具駆動部２０を構成するショルダ駆動部２２に対して固定され、ショルダ駆動部２２の進退移動に伴ってエッジ当接部材１３を追従移動させる枠体状の部材等が挙げられるが、他にも公知の種々の構成を好適に用いることができる。

（実施の形態２）
前記実施の形態１では、エッジ当接部材１３またはエッジ当接部３３ａは、被接合物６０の上側のエッジ部６１ａ、すなわち、回転工具１０の当接側に位置するエッジ部６１ａに当接する構成となっていたが、本発明はこれに限定されず、下側のエッジ部６２ａ（裏当て部材４０の当接側に位置するエッジ部６２ａ）に当接する部材をさらに備えていてもよい。

［摩擦攪拌点接合装置の構成］
本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置の一例について、図５を参照して具体的に説明する。図５に示すように、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合装置５０Ｂは、前記実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０Ａと同様に、回転工具１０、工具駆動部２０、クランプ押圧駆動部３１、クランプ部材３３、裏当て部材４３、および接合制御部５１等を備えている。この摩擦攪拌点接合装置５０Ｂでは、クランプ部材３３は、図４（ａ）に示す摩擦攪拌点接合装置５０Ａ−１と同じく、エッジ当接部３３ａを備えている。さらに、裏当て部材４３も、クランプ部材３３と同様に、エッジ当接部４３ａを備えている。

裏当て部材４３の基本的な構成は、前記実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０Ａが備える裏当て部材４０と同様であるが、エッジ当接部４３ａは、裏当て部材４３の当接面の一部を回転工具１０側（上側）に突出させた形状となっている。言い換えれば、裏当て部材４３の支持面には、被接合物６０の下側のエッジ部６２ａに対応する段差が形成されていることになる。なお、摩擦攪拌点接合装置５０Ｂのその他の構成は、前記実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０Ａと同様であるので、詳細な説明は省略する。

被接合物６０を裏当て部材４３の支持面で支持する際には、下側のエッジ部６２ａをエッジ当接部４３ａに当接させて被接合物６０を載置する。それゆえ、裏当て部材４３のエッジ当接部４３ａは、裏当て部材４３に被接合物６０を載置する際に位置決めを行うためのガイド部としても機能する。なお、クランプ部材３３のエッジ当接部３３ａも、同様に、被接合物６０の位置決めを行うためのガイド部として機能する。その後、工具駆動部２０またはクランプ押圧駆動部３１が動作すれば、回転工具１０またはクランプ部材３３は下方に進出し、被接合物６０の表面６０ｃに当接する。これにより、回転工具１０またはクランプ部材３３と裏当て部材４３との間に被接合物６０が挟み込まれる。

前記実施の形態１で説明したように、クランプ押圧駆動部３１が動作を継続すれば、クランプ部材３３は、被接合物６０の表面６０ｃに対してクランプ力を発生させる。また、工具駆動部２０のピン駆動部２１またはショルダ駆動部２２が動作を継続することで、これら回転工具１０が、表面６０ｃを押圧し、さらには表面６０ｃに圧入する。これにより、被接合物６０の裏面６０ｄが裏当て部材４３の支持面に強固に当接するだけでなく、裏当て部材４３に一体化されたエッジ当接部４３ａも下側のエッジ部６２ａに強固に当接することになる。その結果、変形部６２ｂの発生を実質的に防止することが可能となる。

［エッジ当接部材の機能］
次に、エッジ当接部４３ａによる下側のエッジ部６２ａの変形の抑制について、図６を参照して具体的に説明する。図６は、図２および図３と同様に、重ね合わせ部６０ａの接合部６０ｂにより第一板材６１および第二板材６２が連結された状態を模式的に示しており、接合部６０ｂを中心とする部分断面図を、接合部６０ｂを中心とする部分平面図に対応させて示している。

前述したように、回転工具１０が被接合物６０に回転しながら圧入することによって、被接合物６０には塑性流動部が発生し、この塑性流動部の周囲には、通常よりも材料が軟化した軟化領域が生じる。図６の上図では、図３の上図と同様に、重ね合わせ部６０ａのうち、上側の第一板材６１のエッジ部６１ａ側に位置する点線の半円で示す領域が、第一板材６１における模式的な軟化領域に相当する。この軟化領域がエッジ部６１ａに達すれば、エッジ部６１ａから外側に向かって弛緩し、変形部６１ｂが生じると考えられる。このときの変形部６１ｂの変形量（エッジ部６１ａからの突出量）をｄｙ１とし、前記実施の形態１で説明した変形量ｄｘと同様に、せん断強度の低下に影響する程度の有意な値である。

前記実施の形態１では、下側の第二板材６２に生じた変形部６２ｂについては、実質的に無視できるものとした。しかしながら、被接合物６０を構成する材料の種類、接合時における回転工具１０の圧入深さ、接合部６０ｂに要求されるせん断強度等の諸条件によっては、下側の第二板材６２に生じた変形部６２ｂも、接合部６０ｂによる継手構造のせん断強度の低下に影響する場合がある。

図６の上図でも、図３の上図と同様に、重ね合わせ部６０ａのうち、破線で示すエッジ部６２ａ側に位置する点線の半円で示す領域が、第二板材６２における模式的な軟化領域に相当する。ただし、図６の上図では、第二板材６２の軟化領域を示す半円の大きさは、第一板材６１の軟化領域を示す半円と同じ大きさとして示している。それゆえ、第二板材６２のエッジ部６２ａにも、第一板材６１のエッジ部６１ａと同程度の変形部６２ｂが生じる。図６の上図では、変形部６２ｂの変形量（エッジ部６２ａからの突出量）をｄｙ２としているが、このｄｙ２は、前記実施の形態１で説明した変形量ｄｘ、および、変形部６１ｂの変形量ｄｙ１と同様に、せん断強度の低下に影響する程度の有意な値である。

本実施の形態では、図６の下図に示すように、上側のエッジ部６１ａに、クランプ部材３３のエッジ当接部３３ａを当接させるとともに、下側のエッジ部６２ａに、裏当て部材４３のエッジ当接部４３ａを当接させた状態で、回転工具１０による接合が行われる。これにより、上側のエッジ部６１ａおよび下側のエッジ部６２ａのいずれにおいても、これらエッジ部６１ａ，６２ａの形状をエッジ当接部３３ａ，４３ａの当接によりほぼ維持することができる。そのため、軟化領域が外側に向かって弛緩することがなく、エッジ部６１ａ，６２ａに変形部６１ｂ，６２ｂが生じることを有効に抑制することができる。

［変形例］
ここで、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合装置５０Ｂは、図５に示す構成に限定されない。この点について、図７（ａ），（ｂ）を参照して具体的に説明する。

図５に示す摩擦攪拌点接合装置５０Ｂは、上側のエッジ部６１ａに当接するエッジ当接部材も、下側のエッジ部６２ａに当接するエッジ当接部材も、いずれも、被接合物保持部材に一体的に設けられたエッジ当接部として構成されている。これに対して、いずれか一方のエッジ当接部もしくは両方のエッジ当接部が、前記実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０Ａ（図１参照）と同様に、独立したエッジ当接部材であってもよい。

例えば、図７（ａ）に示す摩擦攪拌点接合装置５０Ｂ−１では、上側のエッジ部６１ａに当接する部材が独立したエッジ当接部材１３となっているが、下側のエッジ部６２ａに当接する部材は、裏当て部材４３のエッジ当接部４３ａである。また、図７（ｂ）に示す摩擦攪拌点接合装置５０Ｂ−２では、上側のエッジ部６１ａに当接する部材も、下側のエッジ部６２ａに当接する部材も、いずれも独立したエッジ当接部材１３，１４となっている。なお、図７（ｂ）に示す摩擦攪拌点接合装置５０Ｂ−２は、前記実施の形態１における摩擦攪拌点接合装置５０Ａ−２（図４（ｂ）参照）と同様に、クランプ部材３０を備えていない。

図７（ａ），（ｂ）に示す独立したエッジ当接部材１３は、前記実施の形態１で説明したエッジ当接部材１３と同じであり、その詳細な説明は省略する。また、図７（ｂ）に示す独立したエッジ当接部材１４も、基本的にはエッジ当接部材１３と同様の構成であればよい。したがって、図示しないが、エッジ当接部材１４も、エッジ当接部材１３と同様に、エッジ当接部材支持体を介して、摩擦攪拌点接合装置５０Ｂ−２に支持されてもよい。さらに、エッジ当接部材１４は、例えば、裏当て部材４０に対して着脱可能な部材として設けられてもよい。

例えば、裏当て部材４０の支持面または側面等に嵌合孔を設け、エッジ当接部材１４には、嵌合孔に対応する位置に突出部を設けておく。これにより、裏当て部材４０の嵌合孔にエッジ当接部材１４の突出部を嵌合させることで、裏当て部材４３のエッジ当接部４３ａと同様に、エッジ当接部材１４を裏当て部材４０に一体化させることができる。また、下側のエッジ部６２ａの変形部６２ｂを無視できるような場合、あるいは、被接合物６０の接合箇所（重ね合わせ部６０ａ）において、下側の第二板材６２にエッジ部６２ａが存在しない場合等には、エッジ当接部材１４を裏当て部材４０から取り外せばよい。加えて、上側のエッジ部６１ａに当接するエッジ当接部材１３も、クランプ部材３０から着脱可能に構成されてもよい。

また、前記実施の形態１では、上側のエッジ部６１ａに当接する部材を備える構成を説明し、本実施の形態２では、上下双方のエッジ部６１ａ，６２ａに当接する部材を備える構成を説明したが、被接合物６０の接合箇所では、下側の第二板材６２のみにエッジ部６２ａが存在する場合もあり得る。それゆえ、本発明には、下側のエッジ部６２ａ（裏当て部材により支持される側のエッジ部）に当接するエッジ当接部材のみを備える構成も含まれる。

さらに、上下双方のエッジ部６１ａ，６２ａに当接する部材が、他の部材に着脱可能に構成されていれば、必要に応じて、双方の部材を取り付けたり、一方の部材を取り外したりすることもできる。例えば、上下のエッジ部６１ａ，６２ａ双方の変形を抑制すべき場合には、エッジ当接部材１３，１４をクランプ部材３０および裏当て部材４０に取り付けておき、エッジ部６１ａ，６２ａの一方のみ変形を抑制すべき場合には、エッジ部６１ａ，６２ａの他方に当接するエッジ当接部材１３または１４は取り外せばよい。

（実施の形態３）
前記実施の形態１および前記実施の形態２では、回転工具１０（および工具駆動部２０）と、エッジ当接部材またはエッジ当接部とを少なくとも備える構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明では、摩擦攪拌点接合装置が、回転工具１０と裏当て部材４０とを枠部に固定して、産業用ロボットのアーム部に取り付ける構成であってもよい。この構成について、図８を参照して具体的に説明する。

［摩擦攪拌点接合装置の構成］
図８に示すように、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合装置５０Ｃは、前記実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０Ｂと同様に、回転工具１０、工具駆動部２０、クランプ押圧駆動部３１、クランプ部材３３、裏当て部材４３、および接合制御部５１等を備えており、クランプ部材３３にはエッジ当接部３３ａが設けられており、裏当て部材４３にはエッジ当接部４３ａが設けられている。

本実施の形態では、回転工具１０、工具駆動部２０、クランプ押圧駆動部３１、クランプ部材３３が、枠部５２の一方に支持され、裏当て部材４３は、枠部５２の他方に支持されている。これにより、回転工具１０（およびクランプ部材３３）と裏当て部材４４３とが対向する位置で固定支持される。枠部５２は、産業用ロボットのアーム部５３の先端に設けられている。アーム部５３は、アーム制御部５４の制御により動作し、本実施の形態では、アーム制御部５４と接合制御部５１（工具駆動部２０を制御）とが互いに連係した制御を行うように構成されている。

アーム部５３を備えるロボット装置は、本実施の形態では、アーム部５３およびアーム制御部５４等を備える公知の多関節ロボットである。アーム部５３は、複数の駆動軸等で構成される多関節アーム機構であり、図示しない台座部等により作業場所に設置された状態で、立体的な動作が可能となっている。アーム制御部５４は、図示しないが、一般的には、アーム部５３から独立した筐体として構成され、ケーブル等を介してアーム部５３に接続されている。

回転工具１０、工具駆動部２０、クランプ押圧駆動部３１、クランプ部材３３および裏当て部材４０は、前記の通り枠部５２に固定されており、アーム部５３は、この枠部５２を先端に取り付けている。そのため、アーム部５３の立体的な動作によって、回転工具１０の立体的な位置を移動させることができる。なお、アーム部５３およびアーム制御部５４を含むロボット装置の具体的な構成は特に限定されず、公知の様々なロボット装置に適用が可能である。また、枠部５２には、少なくとも回転工具１０が固定されればよく、例えば、裏当て部材４０は枠部５２に対して後付けで固定されるよう構成されてもよい。

なお、本実施の形態に係るロボット装置は、多関節ロボットに限定されず、摩擦攪拌点接合の分野で公知のロボット装置に好適に適用することができる、また、ロボット装置以外にも、例えば、ＮＣ工作機械、大型のＣフレーム、オートリベッター等の公知の加工用機器にも好適に適用することができる。加えて、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合装置は、接合制御部５１による制御とアーム制御部５４の制御とが連携するように、実質的に一体化された構成（ロボット装置と一体化した摩擦攪拌点接合装置５０Ｃ）となっているが、本発明はこれに限定されない。例えば、アーム部５３およびアーム制御部５４等のロボット装置は、摩擦攪拌点接合装置５０Ｃとは独立して制御され、オペレータによって、摩擦攪拌点接合装置５０Ｃとロボット装置とがそれぞれ操作される構成であってもよいし、公知の通信ネットワークを介して、摩擦攪拌点接合装置５０Ｃとロボット装置とが連携する構成であってもよい。

さらに、本実施の形態では、クランプ部材３３を回転させるクランプ回転駆動部３２と、裏当て部材４３を回転させる裏当て部材回転駆動部４１と、をさらに備えている。これら回転駆動部３２，４１は、エッジ当接部３３ａ，４３ａをそれぞれ被接合物６０のエッジ部６１ａ，６２ａに当接させるために、クランプ部材３３または裏当て部材４３を回転させて位置合わせを行う回転機構である。クランプ回転駆動部３２および裏当て部材回転駆動部４１は、いずれも工具駆動部２０およびクランプ押圧駆動部３１等と同様に、接合制御部５１により制御される。

クランプ回転駆動部３２および裏当て部材回転駆動部４１の具体的な構成は特に限定されない。クランプ部材３３のエッジ当接部３３ａは、当接面上の段差により実現され、裏当て部材４３のエッジ当接部４３ａは、支持面上の段差により実現される。それゆえ、クランプ部材３３または裏当て部材４３を、回転工具１０の軸線周りに回転させることができれば、被接合物６０のエッジ部６１ａ，６２ａとの位置合わせを行うことが可能である。したがって、これら回転機構としては、クランプ部材３３または裏当て部材４３を、軸線周りに回転（自転）させることが可能な公知のギヤ機構を好適に用いることができる。

［回転機構の動作］
これら回転機構の動作について、図８を参照して説明する。まず、アーム制御部５４の制御によりアーム部５３が動作し、これにより先端の枠部５２が被接合物６０近傍に移動して、被接合物６０を回転工具１０および裏当て部材４３の間に位置させる。このとき、被接合物６０の表面６０ｃのエッジ部６１ａおよび裏面６０ｄのエッジ部６２ａは、枠部５２に固定されているクランプ部材３３および裏当て部材４３のエッジ当接部３３ａ，４３ａの位置に対応しているとは限らない。

そこで、接合制御部５１は、例えば、アーム制御部５４から得られるアーム制御情報、図示しない種々のセンサから得られる位置情報、あるいは、オペレータから入力される制御情報等に基づいて、例えば、クランプ回転駆動部３２または裏当て部材回転駆動部４１（あるいは、これら両方）を動作させる。

例えば、クランプ回転駆動部３２のみを動作させる場合では、クランプ回転駆動部３２の動作によりクランプ部材３３が回転を開始し、エッジ当接部３３ａが、被接合物６０の表面６０ｃのエッジ部６１ａに当接できるように位置合わせがなされる。その後、アーム制御部５４の制御によりアーム部５３を動作させて、被接合物６０の裏面６０ｄに裏当て部材４３を当接させる。さらにその後、接合制御部５１の制御により、工具駆動部２０およびクランプ押圧駆動部３１を動作させて、位置合わせされたクランプ部材３３を被接合物６０の表面６０ｃに当接させて、回転工具１０による接合が開始される。

あるいは、裏当て部材回転駆動部４１のみを動作させる場合では、裏当て部材回転駆動部４１の動作により裏当て部材４３が回転を開始し、エッジ当接部４３ａが被接合物６０の裏面６０ｄのエッジ部６２ａに当接できるように位置合わせがなされる。その後、アーム制御部５４の制御によりアーム部５３を動作させて、位置合わせされた裏当て部材４３を被接合物６０の裏面６０ｄに当接させる。さらにその後、接合制御部５１の制御により、工具駆動部２０およびクランプ押圧駆動部３１を動作させて、クランプ部材３３を被接合物６０の表面６０ｃに当接させて、回転工具１０による接合が開始される。

また、クランプ回転駆動部３２および裏当て部材回転駆動部４１の双方を動作させる場合では、クランプ回転駆動部３２の動作によりクランプ部材３３が回転を開始するとともに、裏当て部材回転駆動部４１の動作により裏当て部材４３が回転を開始し、エッジ当接部３３ａ，４３ａがそれぞれエッジ部６１ａ，６２ａに当接できるように位置合わせがなされる。その後、アーム制御部５４の制御によりアーム部５３を動作させて、位置合わせされた裏当て部材４３を被接合物６０の裏面６０ｄに当接させる。さらにその後、接合制御部５１の制御により、工具駆動部２０およびクランプ押圧駆動部３１を動作させて、位置合わせされたクランプ部材３３を被接合物６０の表面６０ｃに当接させて、回転工具１０による接合が開始される。

なお、図８に示す構成では、摩擦攪拌点接合装置５０Ｃは、エッジ当接部３３ａが設けられているクランプ部材３３、並びに、エッジ当接部４３ａが設けられている裏当て部材４３を備える構成である。ただし、前述したように、本発明では、被接合物６０の表面６０ｃのエッジ部６１ａおよび裏面６０ｄのエッジ部６２ａの少なくとも一方に当接するエッジ当接部材が設けられていればよい。

それゆえ、例えば、摩擦攪拌点接合装置５０Ｃにおいては、裏当て部材４３に代えて、エッジ当接部４３ａを設けていない裏当て部材４０を備える構成であってもよい。この構成であれば、裏当て部材回転駆動部４１は特に必要がない。同様に、クランプ部材３３に代えて、エッジ当接部３３ａを設けていないクランプ部材３０を備える構成であれば、クランプ回転駆動部３２は特に必要がない。

さらに、エッジ当接部材が、前記実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０Ａ（図１参照）または５０Ａ−２（図４（ｂ）参照）、あるいは、前記実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０Ｂ−１または５０Ｂ−２（図７（ａ），（ｂ）参照）のように、被接合物保持部材（クランプ部材３０または裏当て部材４０）から独立した構成となっていれば、回転機構の代わりに、エッジ当接部材の位置決めを行うための位置決め機構を別途設けてもよい。例えば、図４（ｂ）に示す摩擦攪拌点接合装置５０Ａ−２では、エッジ当接部材支持体３４を移動させて位置決めする機構を別途設けてもよい。

このように、本発明に係る摩擦攪拌点接合装置または摩擦攪拌点接合方法は、複動式の摩擦攪拌点接合において、被接合物のエッジ部に最も近接する位置で当該被接合物を接合する際に、当該エッジ部の変形を抑制するように当該エッジ部にエッジ当接部材を当接させた状態で、前記回転工具により接合を行う構成となっていればよく、その具体的な構成は特に限定されない。

本発明について、実施例、比較例および参考例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正、および改変を行うことができる。

（参考例１）
直径Ｄ＝７．０ｍｍの複動式の回転工具１０を用いた。なお、複動式の回転工具１０はピン部材１１およびショルダ部材１２から構成されるので、回転工具１０の直径Ｄは、ショルダ径に相当する。リベット締結の場合と同様に考えると、標準的なエッジディスタンス（ＥＤ）の最小値は、接合部６０ｂ（接合点）の直径ｄの２倍（ＥＤ＝２ｄ）に設定される。本参考例１では、接合部６０ｂ（接合点）の直径ｄを回転工具１０の直径Ｄと見なし（ｄ＝Ｄ）、ＥＤ＝２ｄ＝２Ｄを設定する。

被接合物６０のうち第一板材６１として、２５ｍｍ×１２５ｍｍ×１．０１６ｍｍ（厚さ）の７０７５−Ｔ６アルミニウム板を、第二板材６２として、２５ｍｍ×１２５ｍｍ×１．２７ｍｍ（厚さ）の２０２４−Ｔ３アルミニウム板材を準備し、重ね合わせ部６０ａの幅が４Ｄとなるように第一板材６１および第二板材６２を重ね合わせた。この重ね合わせ部６０ａの中央部を回転工具１０により接合して、参考例１の接合サンプルを作製した。この接合サンプルでは、前記の通りＥＤ＝２Ｄとなる（図２の上図参照）。

参考例１の接合サンプルを合計１０個作製し、各接合サンプルに対して、接合後１時間後にせん断引張り試験を実施することにより、接合部６０ｂのせん断強度（単位：Ｎ）を計測した。その結果を、図９のグラフにおいて白抜きの菱形で示す。

（参考例２）
重ね合わせ部６０ａの幅が３Ｄとなるように第一板材６１および第二板材６２を重ね合わせた以外は、前記参考例１と同様に被接合物６０を接合して、参考例２の接合サンプルを作製した。この接合サンプルでは、ＥＤ＝１．５Ｄとなる。

参考例２の接合サンプルを合計１０個作製し、各接合サンプルに対して前記参考例１と同様に引張り試験を実施することにより、接合部６０ｂのせん断強度（単位：Ｎ）を計測した。その結果を、図９のグラフにおいて黒の正方形で示す。

（実施例）
重ね合わせ部６０ａの幅が２Ｄとなるように第一板材６１および第二板材６２を重ね合わせた。この重ね合わせ部６０ａにおいて、上側の第一板材６１のエッジ部６１ａに対して、エッジ当接部材１３としてアルミニウムブロックを当接させ、この状態で、重ね合わせ部６０ａの中央部を回転工具１０により接合して、実施例の接合サンプルを作製した。この接合サンプルでは、ＥＤ＝Ｄとなる（図３の下図参照）。

実施例の接合サンプルを合計１０個作製し、各接合サンプルに対して前記参考例１と同様に引張り試験を実施することにより、接合部６０ｂのせん断強度（単位：Ｎ）を計測した。その結果を、図９のグラフにおいて白抜きの円で示す。

（比較例）
重ね合わせ部６０ａの幅が２Ｄとなるように第一板材６１および第二板材６２を重ね合わせた以外は、前記参考例１と同様に被接合物６０を接合して、比較例の接合サンプルを作製した。この接合サンプルでは、ＥＤ＝１Ｄとなる。また、実施例のように、上側のエッジ部６１ａにエッジ当接部材１３を当接させていない。

比較例の接合サンプルを合計１０個作製し、各接合サンプルに対して前記参考例１と同様に引張り試験を実施することにより、接合部６０ｂのせん断強度（単位：Ｎ）を計測した。その結果を、図９のグラフにおいて黒の三角形で示す。

（参考例、実施例および比較例の対比）
参考例１および２では、ほとんどの接合サンプルが４５００Ｎ以上のせん断強度を示している。そのため、複動式の摩擦攪拌点接合法では、ＥＤの最小値を約１．５Ｄまで減少することができる。一方、比較例では、全ての接合サンプルが４１００Ｎ以下のせん断強度を示している。したがって、ＥＤが１．５Ｄを下回ると、継手構造のせん断強度が低下してしまう。

これに対して、実施例では、全ての接合サンプルが４１００Ｎ以上となっており、比較例の接合サンプルの分布と比較しても、全体的にせん断強度が約３００Ｎ向上していることがわかる。それゆえ、本発明のように、エッジ当接部材をエッジ部に当接した状態で摩擦攪拌点接合を行うことにより、継手構造のせん断強度の低下を抑制しつつＥＤを減少することが可能であることが明らかとなった。

なお、実施例では、エッジ当接部材１３としてアルミニウムブロックを用い、これをエッジ部６１ａに当接させただけであるにも関わらず、３００Ｎ程度のせん断強度の向上が確認された。それゆえ、エッジ当接部材１３をより強固にエッジ部６１ａに当接させる（例えば、エッジ当接部３３ａを備えるクランプ部材３３を使用する）ことにより、ＥＤ＝１．５Ｄまたは２Ｄの場合と同様にせん断強度の向上が期待される。

なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、複動式の摩擦攪拌点接合を用いて被接合物を接合する分野に広く好適に用いることができる。

１０ 回転工具
１１ ピン部材（回転工具）
１２ ショルダ部材（回転工具）
１３ エッジ当接部材
１４ エッジ当接部材
３０ クランプ部材（被接合物保持部材）
３２ クランプ回転駆動部（回転機構）
３３ クランプ部材（被接合物保持部材）
３３ａ エッジ当接部（エッジ当接部材）
４０ 裏当て部材（被接合物保持部材）
４１ 裏当て部材回転駆動部（回転機構）
４３ 裏当て部材（被接合物保持部材）
４３ａ エッジ当接部（エッジ当接部材）
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ 摩擦攪拌点接合装置
５２ 枠部
５３ アーム部
６０ 被接合物
６０ｂ 接合部（接合点）
６１ 第一板材（被接合物）
６１ａ エッジ部
６１ｂ 変形部
６２ 第二板材（被接合物）
６２ａ エッジ部
６２ｂ 変形部

Claims (7)

1. 回転工具によって被接合物を部分的に攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合装置であって、
   前記回転工具として、軸線周りに回転し、かつ、当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円柱状のピン部材と、
   当該ピン部材の外側を囲うように位置し、当該ピン部材と同一の軸線周りに回転するとともに当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円筒状のショルダ部材と、を備え、
   さらに、前記被接合物における継手構造である重ね合わせ部のエッジ部に最も近接する位置で当該被接合物を点接合する際に、当該エッジ部の変形を抑制するように当該エッジ部に当接するエッジ当接部材を備えていることを特徴とする、
   摩擦攪拌点接合装置。
2. 前記エッジ当接部材は、少なくとも、前記被接合物の表面に位置するエッジ部に当接するように設けられていることを特徴とする、
   請求項１に記載の摩擦攪拌点接合装置。
3. 前記被接合物に当接することにより、接合時における当該被接合物の位置を保持する、被接合物保持部材を備え、
   前記エッジ当接部材は、前記被接合物保持部材に一体的に設けられたエッジ当接部として構成されていることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の摩擦攪拌点接合装置。
4. 少なくとも前記回転工具を固定する枠部と、
   立体的な動作が可能なアーム部と、をさらに備え、
   前記アーム部には、前記回転工具および前記被接合物保持部材が、前記枠部を介して取り付けられていることを特徴とする、
   請求項３に記載の摩擦攪拌点接合装置。
5. さらに、前記被接合物保持部材を回転させて、当該被接合物保持部材に設けられている前記エッジ当接部を前記エッジ部に当接させるために位置合わせを行う、回転機構をさらに備えていることを特徴とする、
   請求項４に記載の摩擦攪拌点接合装置。
6. 前記被接合物保持部材が、
   前記ショルダ部材の外側に位置し、前記被接合物を表面から押圧するクランプ部材、および、
   前記ピン部材および前記ショルダ部材に対向する位置に設けられ、前記被接合物の裏面に当接する裏当て部材
   の少なくとも一方であることを特徴とする、
   請求項３から５のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
7. 回転工具として、軸線周りに回転し、かつ、当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円柱状のピン部材と、当該ピン部材の外側を囲うように位置し、当該ピン部材と同一の軸線周りに回転するとともに当該軸線方向に進退移動可能に構成されている円筒状のショルダ部材と、をそれぞれ進退移動可能な状態で用い、その表面が前記回転工具に向けた状態にある被接合物を、当該回転工具により部分的に攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合方法であって、
   前記被接合物における継手構造である重ね合わせ部のエッジ部に最も近接する位置で当該被接合物を点接合する際に、当該エッジ部の変形を抑制するように当該エッジ部にエッジ当接部材を当接させた状態で、前記回転工具により接合を行うことを特徴とする、
   摩擦攪拌点接合方法。
   

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