TWI494185B

TWI494185B - Rotating tool unit, friction stir joining method, assembly of double surface panel, and friction stir joining method of double surface panel

Info

Publication number: TWI494185B
Application number: TW101102125A
Authority: TW
Inventors: Jonathan Martin; Hisashi Hori; Nobushiro Seo
Original assignee: Welding Inst; Nippon Light Metal Co
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2015-08-01
Also published as: CN103934565A; CN104002037B; CN103459081B; KR20140029390A; JP5559214B2; CN103934565B; CN103459081A; KR101471320B1; CN103894727B; CN104002037A; WO2012098810A1; JP2013027921A; CN103894727A; TW201235138A

Description

轉動工具單元、摩擦攪拌接合方法、雙表面面板的組裝體及雙表面面板的摩擦攪拌接合方法

本發明係有關於具備筒型工具的旋轉工具單元、使用該旋轉工具單元的摩擦攪拌接合方法、使用該旋轉工具單元來接合的雙表面面板的組裝體、及使用該旋轉工具的雙表面面板的摩擦攪拌接合方法。

過去，有一種使用筒型工具來做為摩擦攪拌接合兩金屬板的端面的技術(參照專利文獻1)。筒型工具具備一對的軸肩與形成於此軸肩之間的螺桿。接合一對金屬板時，將金屬板固定使其不能移動，再由金屬板的一端插入高速旋轉的筒型工具，使螺桿沿著靠合部移動。藉此，端面間的周圍金屬被摩擦攪拌使金屬板彼此接合。使用筒型工具時，因在金屬板的背面也具有軸肩，所以一般能省去配置於金屬板背面的背接構件。特別是接合兩中空材料的端部時，設置背接構件的作業較為複雜，因此能大幅省去作業程序。

此外，過去也有一種重疊2片金屬板所構成的雙表面面板。雙表面面板常用於鐵路車輛、飛機、船隻、土木建築物等構造體。雙表面面板如專利文獻2所記載，具備外板、內板、以及插於外板與內板間的支持板。而在接合兩雙表面面板時，先將相鄰的兩雙表面面板的外板端部與外板端部靠合，內板端部與內板端部靠合，形成雙表面面板的組裝體後，再使用旋轉工具對靠合的部分摩擦攪拌接合。

[專利文獻1]日本專利第2712838號公報

[專利文獻2]日本特開2008-272768號公報

然而使用筒型工具的摩擦攪拌接合時，最好是一邊對齊螺桿的軸方向中心與金屬板的厚度方向中心一邊接合，但有時金屬板會因為摩擦熱而變形。若金屬板因為摩擦熱變形，螺桿的中心與金屬板的中心可能無法對齊而造成接合不良。

而若筒型工具的軸肩之間的距離比金屬板的厚度大，因摩擦攪拌而塑性流動的金屬容易溢出至軸肩的外部，而產生接合缺陷的問題。

而筒型工具的螺桿外周面有時會刻有螺旋溝，但因螺旋溝的方向或刻設的範圍的不同，可能造成接合後的金屬板裝飾面形成的凹溝變大，或裝飾面產生許多毛邊的問題。

而雙表面面板為薄且長的金屬構件，因此將一對的雙表面面板的外板與外板、內板與內板做精密地靠合，在作業上較為困難。且即使將雙表面面板的組裝體以冶具固定使其不能移動，移動旋轉工具進行接合時，也可能發生兩雙表面面板分離的問題。

有鑑於上述的問題點，本發明係提供一種旋轉工具單元及摩擦攪拌接合方法，其能夠在使用筒型工具將一對金屬板接合時，抑制接合缺陷的產生並良好地完成接合。而筒型工具的螺桿外周面刻設有螺旋溝時，能將金屬板的裝飾面產生的毛邊減少，或是縮小裝飾面形成的凹溝。本發明更提供一種雙表面面板的組裝體以及雙表面面板的摩擦攪拌接合方法，其能夠良好地接合雙表面面板。

為了解決上述課題，本發明提出一種旋轉工具單元，使用於摩擦攪拌接合，包括：圓筒狀的支持器，固定於摩擦攪拌裝置的夾頭部；滑動軸，插入該支持器的內部並與該支持器一體地旋轉；以及筒型工具，由第一軸肩、第二軸肩及形成於該第一軸肩與第二軸肩之間的螺桿所構成。該第一軸肩固定於該滑動軸的前端，該支持器與該滑動軸之間更具有一滑動機構，用以使該滑動軸相對於該支持器做軸方向的滑動。

根據上述構造，即使金屬板因摩擦攪拌而往面外方向彎折，筒型工具也會追隨金屬板的變形做軸方向的移動。藉此能夠接合位置的位置改變(偏移)，進而能抑制接合不良的發生。

而該滑動機構由形成於該滑動軸的外面或該支持器的內面的軸承溝及在軸承溝內滑動的球形軸承所構成。

根據上述構造，能夠簡單地構成滑動機構。

而該支持器與該滑動軸的其中一者形成有鍵溝，另一者形成有鍵，該鍵會隨著該滑動軸的移動而在該鍵溝的內部移動。

根據上述構造，能以簡單的構造讓支持器與滑動軸一體地旋轉，且能夠使滑動軸在鍵溝的範圍內移動。

或者是，該支持器的內面與該滑動軸的外面的其中一者具有沿著軸方向設置的凸條，另一者具有沿著軸方向設置的凹條，該凸條會隨著該滑動軸的移動而在該凹條的內部移動。

本發明也提出一種摩擦攪拌接合方法，使用如申請專利範圍第1項所述之旋轉工具單元，接合一對金屬板，包括：靠合步驟，將該一對金屬板的端面靠合；以及接合步驟，以旋轉的筒型工具的螺桿朝向該端面靠合後形成的靠合部移動，對該端面進行摩擦攪拌接合。該接合步驟中，將該第一軸肩與該第二軸肩的距離設定在該金屬板的厚度以下，當摩擦攪拌造成該金屬板變形使該金屬板的位置於該筒型工具的軸方向變動時，該筒型工具追隨該變形而移動於該筒型工具的軸方向。

根據上述方法，將軸肩間距設定在金屬板的厚度以下，能夠防止因摩擦攪拌而塑性流動化的金屬溢出至軸肩的外部。藉此能夠抑制接合缺陷的發生。

而該端面間的間隙設定在1.00mm以下時，設定該金屬板的厚度與該軸肩間距，使其滿足0.2 mm≦{(金屬板的厚度)-(軸肩間距)}≦0.8mm。

而該端面間的間隙設定在大於1.00mm且在1.75mm以下時，設定該金屬板的厚度與該軸肩間距，使其滿足0.4 mm≦{(金屬板的厚度)-(軸肩間距)}≦0.8mm。

根據上述接合方法，即使端面之間有間隙也能抑制接合缺陷的發生。

而最好設定該軸肩外徑平方值除以該螺桿外徑平方值大於2.0。

根據上述接合方法，能夠相對於螺桿的外徑大幅地確保軸肩中接觸該金屬板的表面面積，因此能夠確實地按壓在軸肩之間塑性流動化的金屬。藉此能夠進一步抑制接合缺陷的發生。若該軸肩中接觸該金屬板的面的直徑平方值除以該螺桿外徑平方值在2.0以下，金屬容易溢出使得接合缺陷容易發生。

而最好設定以該軸肩外徑平方值減去該螺桿外徑的平方值，去除該螺桿外徑平方值後大於0.2，且以該螺桿外徑與該軸肩間距的積，去除該螺桿外徑的平方值後大於1.2。

根據上述方法，若以該軸肩外徑平方值減去該螺桿外徑的平方值，去除該螺桿外徑平方值後在0.2以下，則螺桿較細使得抗張力不足導致容易彎折，但若比0.2大則螺桿相對較粗而不容易彎折。

而最好設定該螺桿外徑與該軸肩間距的積，去除該螺桿外徑的平方值後大於1.2。若此值在1.2以下，則螺桿較細使得抗折力不足導致容易彎折，但若比1.2大則螺桿相對較粗而不容易彎折。

而該接合步驟中，該靠合的部分的該金屬板的厚度不同時，若該金屬板厚度較大的該金屬板配置於該筒型工具行進方向的左側，則使該筒型工具向右旋轉。

而該接合步驟中，該靠合的部分的該金屬板的厚度不同時，若該金屬板厚度較大的該金屬板配置於該筒型工具行進方向的右側，則使該筒型工具向左旋轉。

摩擦攪拌接合中，向右旋轉旋轉工具時，塑性流動化的金屬會有由工具行進方向的左側(剪切側：旋轉工具的旋轉速度加上旋轉工具的移動速度側)往工具行進方向的右側(流動側：旋轉工具的旋轉速度減去旋轉工具的移動速度側)流動的傾向，因此假設金屬板之間有間隙，剪切側的金屬會填往該間隙。因此，若配置厚度小的金屬板於剪切側，金屬會不足而使接合後的塑性化領域的中央部厚度有變小的傾向。

然而，金屬板的端面厚度不同時，配置厚度大的金屬板於剪切側，能夠補償金屬不足，因此能更良好地接合。

而該接合步驟中，使該第一軸肩與該金屬板的裝飾面相對，且使該螺桿的軸方向中心與該金屬板的板厚方向中心對準後，將由該滑動軸側觀看為向右旋轉的該筒型工具的螺桿朝該端面靠合後形成的靠合部移動。該螺桿的外周面的第一軸肩側形成有右螺紋的螺旋溝，該右螺紋的螺旋溝以該第一軸肩與該第二軸肩的距離的25%以上的比例形成。

根據上述接合方法，第一軸肩側的右螺紋以25%以上的比例形成，因此右螺紋螺旋溝所導致的金屬移動會將筒型工具往滑動軸側按壓，能防止筒型工具深入金屬板的裝飾面。藉此，能防止裝飾面產生凹溝，或者是即使形成凹溝也能減小凹溝的深度。

而該外周面中由該右螺紋的螺旋溝的端部至該第二軸肩之間，形成有左螺紋的螺旋溝。

根據上述接合方法，能提高摩擦攪拌的攪拌效率。

而該接合步驟中，使該第一軸肩與該金屬板的裝飾面相對，且使該螺桿的軸方向中心與該金屬板的板厚方向中心對準後，將由該滑動軸側觀看為向左旋轉的該筒型工具的螺桿朝該端面靠合後形成的靠合部移動。該螺桿的外周面的第一軸肩側形成有左螺紋的螺旋溝，該左螺紋的螺旋溝以該軸肩間距的25%以上的比例形成。

根據上述接合方法，第一軸肩側的左螺紋以25%以上的比例形成，因此左螺紋螺旋溝所導致的金屬移動會將筒型工具往滑動軸側按壓，能防止筒型工具深入金屬板的裝飾面。藉此，能防止裝飾面產生凹溝，或者是即使形成凹溝也能減小凹溝的深度。

而該外周面中由該左螺紋的螺旋溝的端部至該第二軸肩之間，形成有右螺紋的螺旋溝。

根據上述接合方法，能提高摩擦攪拌的攪拌效率。

而該接合步驟中，使該第二軸肩與該金屬板的裝飾面相對，且使該螺桿的軸方向中心與該金屬板的板厚方向中心對準後，將由該滑動軸側觀看為向右旋轉的該筒型工具的螺桿朝該端面靠合後形成的靠合部移動。該螺桿的外周面的第二軸肩側形成有左螺紋的螺旋溝，該左螺紋的螺旋溝以該軸肩間距的25%以上的比例形成。

根據上述接合方法，第二軸肩側的左螺紋以25%以上的比例形成，因此左螺紋螺旋溝所導致的金屬移動會將筒型工具往滑動軸的相反側按壓，能防止筒型工具深入金屬板的裝飾面。藉此，能防止裝飾面產生凹溝，或者是即使形成凹溝也能減小凹溝的深度。

而該外周面中由該左螺紋的螺旋溝的端部至該第一軸肩之間，形成有右螺紋的螺旋溝。

根據上述接合方法，能提高摩擦攪拌的攪拌效率。

而該接合步驟中，使該第二軸肩與該金屬板的裝飾面相對，且使該螺桿的軸方向中心與該金屬板的板厚方向中心對準後，將由該滑動軸側觀看為向左旋轉的該筒型工具的螺桿朝該端面靠合後形成的靠合部移動。該螺桿的外周面的第二軸肩側形成有右螺紋的螺旋溝，該右螺紋的螺旋溝以該軸肩間距的25%以上的比例形成。

根據上述接合方法，第二軸肩側的右螺紋以25%以上的比例形成，因此右螺紋螺旋溝所導致的金屬移動會將筒型工具往滑動軸的相反側按壓，能防止筒型工具深入金屬板的裝飾面。藉此，能防止裝飾面產生凹溝，或者是即使形成凹溝也能減小凹溝的深度。

而該外周面中由該右螺紋的螺旋溝的端部至該第一軸肩之間，形成有左螺紋的螺旋溝。

根據上述接合方法，能提高摩擦攪拌的攪拌效率。

而該接合步驟中，係一邊冷卻該金屬板的裝飾面一邊接合。

根據上述接合方法，藉由抑制流動化的金屬的溫度上升，能更進一步抑制凹溝的產生。

而本發明也提供一種雙表面面板的組裝體，係使用如申請專利範圍第1項所述之旋轉工具單元，將一對雙表面面板摩擦攪拌接合而成。該一對雙表面面板的一者的外板的端部所形成的鉤部與該一對雙表面面板的另一者的外板的端部所形成的鉤部搭合。該一對雙表面面板的一者的內板的端部所形成的端面與該一對雙表面面板的另一者的內板的端部所形成的端面不搭合而直接靠合。

根據上述構造，藉由搭合兩外板的鉤部，能夠防止接合時兩雙表面面板分離，若內板也設置鉤部，雙表面面板之間的靠合會變得困難，因此本發明不在內板設置鉤部，而直接以端面靠合。藉此，能夠使靠合雙表面面板的準備步驟的作業更省力。

而各該鉤部包括薄材部，由該外板的厚材部延伸出來；以及伸出部，接續該薄材部並朝板厚方向伸出，其中一對的該伸出部彼此搭合。

根據上述構造，能夠以簡單的構造設置鉤部。

而該一對雙表面面板的一者的該伸出部的側部形成伸出傾斜面，該一對雙表面面板的另一者的該厚材部形成與該伸出傾斜面做面接觸的厚材傾斜面。

根據上述構造，傾斜面之間可以斜向地滑動，使雙表面面板之間容易搭合。

而該支持板插於該外板與該內板之間，若將該支持板至該端面的長度以c(mm)表示，以及將該厚材部的板厚以t(mm)表示，則設定該雙表面面板的尺寸，使其滿足c≦7.0×t+18.5mm。

若支持板至端面的距離太大，則構件的端部側恐怕會發生變形，但根據上述構造，構件的端部側的變形減小。

本發明也提供一種雙表面面板的摩擦攪拌接合方法，使用如申請專利範圍第1項所述的旋轉工具單元，對一對雙表面面板進行摩擦攪拌接合，包括：準備步驟，搭合該一對雙表面面板的一者的外板的端部所形成的鉤部與該一對雙表面面板的另一者的外板的端部所形成的鉤部，且不搭合而直接靠合一對雙表面面板的一者的內板的端部所形成的端面與該一對雙表面面板的另一者的內板的端部所形成的端面；以及接合步驟，對該準備步驟中搭合的搭合部與靠合的靠合部進行摩擦攪拌接合。

根據上述接合方法，藉由搭合兩外板的鉤部，能夠防止接合時兩雙表面面板分離，若內板也設置鉤部，雙表面面板之間的靠合會變得困難，因此本發明不在內板設置鉤部，而直接以端面靠合。藉此，能夠使靠合雙表面面板的準備步驟的作業更省力。

而該接合步驟中，先接合該搭合部後，再接合該靠合部。

搭合部與接合部何者先接合在接合強度的觀點上並無問題，但根據上述的方法，能夠縮小接合後的金屬板間的角變形。

根據本發明的旋轉工具單元及摩擦攪拌接合方法，能夠抑制接合缺陷的發生，更良好地進行接合。根據本發明的雙表面面板的組裝體及雙表面面板的摩擦攪拌接合方法。能夠良好地接合雙表面面板。

[實施型態1]

以下將參照圖式說明本發明實施型態的摩擦攪拌裝置。如第1圖所示，本實施型態的摩擦攪拌裝置1將靠合的一對金屬板的靠合部N摩擦攪拌接合的裝置。摩擦攪拌裝置1的前端安裝有筒型工具5。首先，說明要接合的一對金屬板。說明中的上下前後左右係依據第1圖的箭頭方向。

<中空材料>

如第2(a)圖所示，本實施型態將以接合中空材料100A與中空材料100B為例。中空材料100A為鋁合金製的押出材料，並且為長型的構件，具有剖面為矩形的中空部100a。中空材料100A具有含中空部100a的本體部101、由本體部101的左側面上下端分別往左側(中空材料100B側)伸出的板狀端部102、103。

本體部101以4個面材料104、105、106、107構成，剖面形成矩形。板狀端部102、103呈現板狀，並垂直於面材料105。板狀端部102、103的左右方向長度為面材料104的一半左右。而板狀端部102、103的厚度與面材料104、105、106、107相同。板狀端部102、103相當於申請專利範圍中的「金屬板」。

中空材料100B為形狀與中空材料100A相同的金屬構件。中空材料100B會標示與中空材料100A相同的符號，故省略詳細說明。

中空材料100A與中空材料100B靠合時，中空材料100A的板狀端部102、103分別與中空材料100B的板狀端部102、103靠合。更詳細地說，中空材料100A的板狀端部102的端面102a與中空材料100B的板狀端部102的端面102a靠合，中空材料100A的板狀端部103的端面103a與中空材料100B的板狀端部103的端面103a靠合。如第2(b)圖所示，靠合中空材料100A與中空材料100B時，端面102a、102a的高度方向的中心彼此重疊，板狀端部102、102的上面與下面各自形成一個平面。

如第2(b)圖所示，端面102a、102a、端面103a、103a靠合後的部分稱為「靠合部N」。接合靠合部N時，端面102a、102a最好緊密相接，但有時會因為中空材料100A、100B的公差或接合時的摩擦熱，使板狀端部102、102變形，端面102a、102a間產生些微的間隙。所謂靠合部N也包含端面102a、102a之間產生些微間隙的情況。

在本實施型態中以中空材料的板狀端部作為接合對象的例子，但接合對象只要是由可摩擦攪拌的金屬形成，並且呈板狀的構件即可，並無特別的限制。

<摩擦攪拌裝置>

如第3(a)圖所示，摩擦攪拌裝置1主要由夾頭部1a、以及固定於夾頭部1a內部的旋轉工具單元2構成。如第4圖所示，夾頭部1a為具備法蘭的圓筒狀構件，以螺絲B1連接於摩擦攪拌裝置1的本體D。夾頭部1a係會藉由摩擦攪拌裝置1的旋轉驅動而繞軸旋轉的部位。夾頭部1a的內周形成有圓筒面1b。

旋轉工具單元2如第4圖所示，以支持器3、滑動軸4、筒型工具5、滑動機構6所構成。旋轉工具單元2可對夾頭部1a安裝或卸下。

支持器3為內包滑動軸4，並固定於夾頭部1a的內部的構件。支持器3呈圓筒狀。支持器3的外面形成有沿著上下方向平坦設置的平坦面3a，因此圓筒面1b與平坦面3a之間形成些微的間隙。螺絲B2、B2由夾頭部1a的外面朝徑方向進行連結，其前端抵住平坦面3a。藉此，夾頭部1a與支持器3能一體地旋轉。又如第5圖所示，支持器3形成有貫通徑方向的長孔狀鍵溝3b。

滑動軸4如第4圖所示，呈圓筒狀，為配置於支持器3的中空部的構件。滑動軸4相對於支持器3可朝上下方向移動。如第5圖所示，滑動軸4的外面形成有朝外側突出的鍵4a。鍵4a與鍵溝3b搭合，藉此，支持器3與滑動軸4能一體地旋轉。

筒型工具5如第6圖所示，由例如工具鋼形成，連接至滑動軸4。筒型工具5與夾頭部1a、支持器3及滑動軸4一起做正逆方向的旋轉。筒型工具5具有第一軸肩11、與第一軸肩11的下方距離一間隔設置的第二軸肩12、連接第一軸肩11與第二軸肩12的螺桿13。

第一軸肩11與第二軸肩12呈圓柱狀。具有相同的外徑。螺桿呈圓柱狀，連接第一軸肩11與第二軸肩12。螺桿13貫通第二軸肩12。貫通第二軸肩12的螺桿13在第二軸肩12的下端以螺帽連結。螺桿13的外周面刻設有上部螺旋溝13a與下部螺旋溝13b。上部螺旋溝13a及下部螺旋溝13b的溝方向為彼此相反的回旋方向。

上部螺旋溝13a由第一肩軸11的下端刻設至螺桿13的高度方向的中間位置。本實施型態中使筒型工具5往右旋，因此上部螺旋溝13a以右螺紋形成。也就是說，上部螺旋溝13a係以由上朝下往右旋轉的方式刻設。

另一方面，下部螺旋溝13b由第二肩軸12的上端刻設至螺桿13的高度方向的中間位置。本實施型態中使筒型工具5往右旋，因此下部螺旋溝13b以左螺紋形成。也就是說，下部螺旋溝13b係以由上朝下往左旋轉的方式刻設。

將上部螺旋溝13a及下部螺旋溝13b以上述的方式形成，會使得因摩擦攪拌而塑性流動的金屬稍微由板狀端部102的高度方向的中央部分往上端方向或下端方向移動。朝上下方向的金屬移動比起筒型工具5的螺桿13旋轉的周方向上的金屬移動僅為微量。

螺旋溝的旋轉方向或刻設的比例，可以因應要接合的金屬板的裝飾面與筒型工具5的位置關係、或筒型工具的旋轉方向等而適當地設定。本實施型態中，雖對螺桿13刻設有右螺紋與左螺紋兩種螺旋溝，但也可以對螺桿13只刻設右螺旋的螺旋溝，或只刻設左螺旋的螺旋溝。而在本實施型態中，雖在第一軸肩11側刻設右螺紋，在第二軸肩12側刻設左螺紋，但也可以在第一軸肩11側刻設左螺紋，在第二軸肩12側刻設右螺紋。

如第6圖所示，筒型工具5的軸肩間距Z(螺桿13露出部分的長度)最好與中空材料100A的板狀端部102的厚度T相同或比較小。例如，在本實施型態中，軸肩間距Z比中空材料100A的板狀端部102的厚度T小0.2mm。

當靠合部N(參照第2(b)圖)的端面102a、102a的間隙能設定在0.75mm以下，此時將板狀端部102的厚度T與軸肩的間距Z設定為相同，也就是說T-Z=0，能夠獲得良好的接合狀態。

當靠合部N的端面102a、102a的間隙能設定在1.00mm以下，此時最好將板狀端部102的厚度T與軸肩的間距Z設定在0.2mm≦T-Z≦0.8mm。

當靠合部N的端面102a、102a的間隙能設定在比1.00mm大但在1.75mm以下的範圍內，此時最好將板狀端部102的厚度T與軸肩的間距Z設定在0.4mm≦T-Z≦0.8mm。

而筒型工具5最好設定在第一軸肩11與第二軸肩12的外徑X的平方除以螺桿13的外徑Y的平方後的值比2.0大。根據上述的筒型工具5，第一軸肩11與第二軸肩12能抑制作為毛邊而排出的材料量，因此能減低接合缺陷的發生。

另外，筒型工具5最好設定在以第一軸肩11與第二軸肩12的外徑X的平方減去螺桿13的外徑Y的平方的值，去除螺桿13的外徑Y的平方後的值比0.2大。根據上述的筒型工具5，能夠充分確保接合時螺桿對於工具軸方向發生的材料抵抗的抗張力，因此能防止螺桿13的破損。

另外，筒型工具5最好設定以螺桿13的外徑Y與軸肩間距Z的積，去除螺桿13的外徑Y的平方後的值比1.2大。根據上述的筒型工具5，能夠充分確保接合時螺桿對於朝工具行進方向的反方向流動的材料抵抗的抗折力，因此能防止螺桿13的破損。關於這些根據將以實施例述明。

滑動機構6如第3(b)圖及第4圖所示，係使滑動軸4相對於支持器3滑順地移動於上下方向的機構。滑動機構6以軸承溝8及在軸承溝8內滑動的球形軸承9所構成。軸承溝8如第3(b)圖所示，由側面觀之係形成於支持器3內面的長圓狀。軸承溝8的深度比球形軸承9的直徑小。球形軸承9配設複數個於軸承溝8的內部。球形軸承9的一端在滑動軸4的外面滑動，且另一端在軸承溝8的內面滑動。

而滑動機構6的構造並不限定於本實施型態。滑動機構6只要是可使支持器3與滑動軸4一體地旋轉且可使滑動軸4相對於支持器滑順地移動於上下方向的機構即可。例如，也可在滑動軸4側設置軸承溝8與球形軸承9。

在此，若進行摩擦攪拌接合，有時會因摩擦熱使板狀端部102、102的溫度上升，而造成板狀端部102、102往上方或下方彎。根據本實施型態的摩擦攪拌裝置1，因滑動軸4可相對於支持器3做移動，當板狀端部102往例如上方彎時，筒型工具5能追隨該彎折而朝上方移動既定距離。另一方面，當板狀端部102往例如下方彎時，筒型工具5能追隨該彎折而朝下方移動既定距離。藉此，能夠抑制摩擦攪拌接合中筒型工具5對金屬板的位置偏離。

接著，說明使用實施型態1的筒型工具5的接合方法。在實施型態1的接合方法中，係將筒型工具5往右旋轉來進行接合。具體來說，在此接合方法中，係進行使兩中空材料靠合的靠合步驟，以及將筒型工具5插入靠合部N的接合步驟。在此，將表面Sa設定為裝飾面。

靠合步驟中，如第2圖所示，將中空材料100A與中空材料100B以板狀端部102相對，使端面102a、102a及端面103a、103a面接觸。更詳細地說，面接觸會將一邊的端面102a的中點與另一邊的端面102a的中點重疊。在靠合後，可沿著靠合部N以熔接等進行暫時的接合，使中空材料100A與100B不分離。中空材料100A與100B靠合後，將兩者固定使其不能任意移動。

在接合步驟中，首先在靠合部N的外部，使螺桿13的中心13c位於與靠合部N的中心Nc重疊的位置。然後，如第7圖所示，使右旋轉的筒型工具5沿著靠合部N移動。當筒型工具5插入靠合部N，螺桿13周圍的金屬會因高速旋轉的螺桿13而摩擦攪拌，使板狀端部102之間成為一體。螺桿13的軌跡形成有塑性化領域W。

根據以上說明的本實施型態的接合方法，即使板狀端部(金屬板)102、102因摩擦攪拌接合的摩擦熱而彎曲，筒型工具5可追隨著該彎曲而平滑地移動於上下方向。藉此，能夠抑制螺桿13的中心13c與靠合部N的中心Nc在高度位置的偏離。因此，能防止接合位置的偏移。

如本實施型態，將筒型工具5的軸肩間距Z設定在板狀端部102的厚度T以下，能夠抑制塑性流動化的金屬，因此能防止因摩擦攪拌而塑性流動化的金屬溢出至第一軸肩11與第二軸肩12的外部。藉此，能夠抑制接合缺陷的發生。若T-Z的值超過0.8，則會增大摩擦攪拌裝置1的負荷，故較不適當。

根據接合方法，被摩擦攪拌而流動化的金屬被導引至螺桿13的右螺紋的上部螺旋溝13a與左螺紋的下部螺旋溝13b，由板狀端部102的中心Nc分別往表面Sa側及背面Sb側移動。因為右螺紋的上部螺旋溝13a以佔25%以上的比例形成，此螺旋溝的金屬移動會將筒型工具5相對板狀端部102往滑動軸4側(上方)推，能防止深入地挖進表面(裝飾面)Sa。藉此，能防止裝飾面產生凹溝V，或者是即使產生凹溝V也能使凹溝V的深度減小。藉著防止凹溝V的產生或減小凹溝V的深度，可使表面(裝飾面)Sa平滑化的修飾處理更容易進行。

在實施型態1中，上部螺旋溝13a與下部螺旋溝13b的比例為50：50，因此如第7(a)圖所示，能夠使在上側與下側移動的金屬量均等。藉此，能防止螺桿13的中心13c與靠合部N的中心Nc的位置偏移。而因為刻設有上部螺旋溝13a與下部螺旋溝13b，能使摩擦攪拌的攪拌效率提高。

進行接合步驟時，對於板狀端部102的表面(裝飾面)Sa，可用能供給冷卻氣體或液體等的冷卻裝置一邊冷卻一邊進行接合。藉此能夠抑制板狀端部102的變形並提昇接合的精準度。另外，也可以一邊冷卻板狀端部102的背面Sb側一邊進行接合。

[實施型態2]

在實施型態2的接合方法中，筒型工具的螺旋溝的組成與旋轉方向與實施型態1不同。在實施型態2的說明中，與實施型態1共通的點會省略詳細說明。

第8圖係實施型態2的筒型工具的側視圖。如第8圖所示，實施型態2的筒型工具5A的螺桿13的外周面刻設有形成於上半部的左螺紋的上部螺旋溝13a與形成於下半部的右螺紋的下部螺旋溝13b。也就是說，上部螺旋溝13a是以由上往下朝左旋旋轉的方式刻設，下部螺旋溝13b是以由上往下朝右旋旋轉的方式刻設。

筒型工具5A的軸肩間距(螺桿13的露出部分長度)Z最好在中空材料100A的板狀端部102的板厚T以下。例如，在本實施型態中，軸肩間距Z比中空材料100A的板狀端部102的板厚T小0.4mm。

接著，說明使用實施型態2的筒型工具5A的接合方法。在實施型態2的接合方法中，如第9圖所示，係將筒型工具5A往左旋轉來進行接合。具體來說，在此接合方法中，係進行使兩中空材料靠合的靠合步驟，以及將筒型工具5A插入靠合部N的接合步驟。在此，將表面Sa設定為裝飾面。靠合步驟與實施型態1相同，故省略說明。

在接合步驟中，首先在靠合部N的外部，使螺桿13的中心13c位於與靠合部N的中心Nc重疊的位置。然後，如第9圖所示，使左旋轉的筒型工具5A沿著靠合部N移動。當筒型工具5A插入靠合部N，螺桿13周圍的金屬會因高速旋轉的螺桿13而摩擦攪拌，使板狀端部102之間成為一體。螺桿13的軌跡形成有塑性化領域W。

根據此接合方法，被摩擦攪拌而流動化的金屬被導引至螺桿13的左螺紋的上部螺旋溝13a與右螺紋的下部螺旋溝13b，由板狀端部102的中心Nc分別往表面Sa側及背面Sb側移動。因為左螺紋的上部螺旋溝13a以佔25%以上的比例形成，此螺旋溝的金屬移動會將筒型工具54相對板狀端部102往滑動軸4側(上方)推，能防止深入地挖進表面(裝飾面)Sa。藉此，能防止裝飾面產生凹溝V，或者是即使產生凹溝V也能使凹溝V的深度減小。

在實施型態2中，上部螺旋溝13a與下部螺旋溝13b的比例為50：50，因此能夠使移動的金屬量均等。藉此，能防止螺桿13的中心13c與靠合部N的中心Nc的位置偏移。而因為刻設有上部螺旋溝13a與下部螺旋溝13b，能使摩擦攪拌的攪拌效率提高。

<變形例1>

在變形例1中，如第10(a)圖所示，板狀端部102A與板狀端部102B的厚度不同這點與前述的實施型態不同。板狀端部102B的厚度T1比板狀端部102A的厚度T2厚。在變形例1中，將板狀端部102A與102B以板狀端部102A的高度方向中點重疊板狀端部102B的高度方向中點的方式靠合。

在變形例1的靠合步驟中，使筒型工具5向右旋轉，將靠合部N的厚度較大的板狀端部102B(金屬板)配置在面向行進方向的左側。

摩擦攪拌時，當旋轉工具往右旋轉，塑性流動化的金屬會有由工具行進方向的左側(剪切側：旋轉工具的旋轉速度加上旋轉工具的移動速度側)往工具行進方向的右側(流動側：旋轉工具的旋轉速度減去旋轉工具的移動速度側)流動的傾向，因此假設金屬板之間有間隙，剪切側的金屬會填往該間隙。因此，若剪切側的金屬板厚度小，會有金屬不足使接合後的塑性化領域的中央部厚度變小的傾向。另外，當旋轉工具往左旋轉，工具的行進方向右側為剪切側，左側為流動側。

在變形例1中，使剪切側的板狀端部102B的厚度T1比板狀端部102A的厚度T2厚，能夠消解塑性化領域W的中央部金屬的不足，使接合更理想。

<變形例2>

在變形例2中，如第10(b)圖所示，板狀端部102C與板狀端部102D的厚度不同這點與前述的實施型態不同。板狀端部102C的厚度T1比板狀端部102D的厚度T2厚。在變形例2中，將板狀端部102C與102D以板狀端部102C的高度方向中點重疊板狀端部102D的高度方向中點的方式靠合。

在變形例2的靠合步驟中，使筒型工具5向左旋轉，將靠合部N的厚度較大的板狀端部102C(金屬板)配置在面向行進方向的右側。

在變形例2中，透過與變形例1相同的原理，使剪切側的板狀端部102C的厚度T1比板狀端部102D的厚度T2厚，能夠消解塑性化領域W的中央部金屬的不足，使接合更理想。

<變形例3>

變形例3的旋轉工具單元如第11(a)及(b)圖所示，具備支持器50、滑動軸51、滑動機構52、筒型工具5。主要在支持器50與滑動軸51的構造上與實施型態1不同。

支持器50由本體筒部53、形成於本體筒部53下端的領部54所構成。本體筒部53呈圓筒狀。如第11(b)圖所示，本體筒部53的內面形成有朝內側突出的凸條53a、53a。凸條53a、53a形成於彼此相對的位置。凸條53a剖面為略半圓形，沿著本體筒部53的長度方向全長形成。

領部54剖面為L字形，平面觀之為環狀，接合於本體筒部53的下端。領部54具備由本體筒部53的內面往內側伸出的停止部54a。

滑動軸52具備大徑部55、設於大徑部55下部的小徑部56、由大徑部55及小徑部56形成的高低差部57。如第11(b)圖所示，大徑部55的外面形成有對應凸條53a的凹條55a、55a。凹條55a與凸條53a大致相同的形狀，並沿著大徑部55的高度方向全長形成。

滑動機構52為與實施型態1大致相同的構造，如第11(b)圖所示，具有軸承溝52a及球形軸承52b。滑動機構52使滑動軸51相對於支持器50平滑地沿著軸方向移動。

支持器51的凸條53a與滑動軸52的凹條52a互相搭合，藉此不但容許軸方向的移動，且支持器51與滑動軸52能一體地旋轉。凸條53a沿著支持器51的長度方向全長形成，因此能夠拉長滑動軸51的移動距離。因為凸條53a的全長與凹條55a搭合，所以能穩定地移動滑動軸52。又因為凸條53a與凹條55a設於旋轉軸的兩側將其夾住，故能夠更穩定地移動滑動軸52。另外，藉由停止部54a與滑動軸51的高低差部57互相抵接，能夠限制滑動軸51再往下方移動。

雖可由實施型態1～2、變形例1～3中所述的型態構成旋轉工具單元，但並不限定於此。例如支持器與滑動軸的水平剖面形狀可為多邊形。

[實施型態3]

以下說明本發明實施型態3。在實施型態3中，以接合雙表面面板為例。本實施型態的說明中的上下左右前後，係依據第12圖的箭頭方向。

雙表面面板201如第12圖所示，為金屬製的薄型長片構件，主要以外板202、內板203、支持板204、204構成。各支持板204垂直於外板202與內板203。藉由將複數的雙表面面板201於左右方向接合，雙表面面板201可作為例如鐵路車輛、飛機、船隻、土木建築物等的構造體使用。雙表面面板201沒有特別的限制，本實施型態中是以押出成形的方式形成。雙表面面板201的材料只要是可摩擦攪拌的金屬並沒有特別限制，本實施型態中會使用鋁合金。

外板202以中央部205、由中央部205往右側延伸的右側板狀端部210、及由中央部205往左側延伸的右側板狀端部220所構成。

右側板狀端部210以第一外板厚材部211、第一鉤部212、及第一覆蓋部213構成。第一外板厚材部211垂直於支持板204往右側延伸。第一鉤部212為鉤狀，由往右側延伸的第一薄材部214與由第一薄材部214垂直伸出的第一伸出部215構成。第一薄材部214的厚度約第一外板厚材部211的三分之一左右。

第一伸出部215由第一薄材部214的前端往內板203側伸出。第一伸出部215的側部形成有第一伸出傾斜面216，以隨著越往內板203側前進越靠近支持板204側的方式傾斜。第一覆蓋部213是由第一外板厚材部211、第一薄材部214及第一伸出部215的上面以一定的厚度往上方突出，形成於厚材上的部位。

左側板狀端部220主要以第二外板厚材部221、第二鉤部222、及第二覆蓋部223構成。第二外板厚材部221垂直於支持板204往左側延伸。第二鉤部222為鉤狀，由往左側延伸的第二薄材部224與由第二薄材部224垂直伸出的第二伸出部225構成。第二薄材部224的厚度約第二外板厚材部221的三分之一左右。

第二伸出部225由第二薄材部224的前端往內板203的相反側伸出。第二外板厚材部221的左側形成有第二厚材傾斜面226，以隨著靠往內板203側就越離開支持板204側的方式傾斜。第二厚材傾斜面226與第一伸出傾斜面216的傾斜角度相同。第二覆蓋部223是由第二外板厚材部221的上面以一定的厚度往上方突出，形成於厚材上的部位。

內板203以中央部206、由中央部206往右側延伸的右側板狀端部230、由中央部206往左側延伸的左側板狀端部240所構成。

右側板狀端部230以第一內板厚材部231、第一覆蓋部232、第一端面233所構成。第一內板厚材部231垂直於支持板204並往右側延伸。第一覆蓋部232由第一內板厚材部231的前端側的下面往下方突出，形成厚材的部位。

左側板狀端部240以第二內板厚材部241、第二覆蓋部242、第二端面243所構成。第二內板厚材部241垂直於支持板204並往左側延伸。第二覆蓋部242由第二內板厚材部241的前端側的下面往下方突出，形成厚材的部位。

接著，說明使用本實施型態的摩擦攪拌裝置。如第13、14圖所示，摩擦攪拌裝置261以夾頭部261a、固定於夾頭部261a的旋轉工具單元262所構成。夾頭部261a與實施型態1同樣地以螺絲接合於摩擦攪拌裝置261的本體(圖式省略)。

旋轉工具單元262以支持器263、滑動軸264、筒型工具265、與未圖示的滑動機構所構成。

支持器263如第14圖所示，係內包滑動軸264且安裝於夾頭部261a內部的構件。支持器263呈圓筒狀。支持器263形成有貫通半徑方向的長孔狀鍵溝263b。

滑動軸264如第14圖所示，呈圓筒狀，為插入於支持器263的中空部的構件。滑動軸264相對於支持器263可朝上下方向移動。滑動軸264的外面形成有朝外側突出的鍵264a。鍵264a與鍵溝263b搭合，藉此，支持器263與滑動軸264能一體地旋轉。

筒型工具265如第15圖所示，以第一軸肩252、第二軸肩253、與設置於第一軸肩252及第二軸肩253之間的螺桿254所構成。第一軸肩252、第二軸肩253、螺桿254任一者皆呈略圓柱狀且同一軸心。筒型工具265為利用螺桿254高速旋轉且移動於接合部分來做摩擦攪拌接合的工具。

第一軸肩252具備大徑部252a、倒角部252b、下端面252c。倒角部252b係朝下方逐漸縮小直徑。雖省略圖示，但第一軸肩252的下端面252c形成有一繞著螺桿254周圍的凹部，由平面觀看為螺旋狀。

第二軸肩253為外表面具有溝的結構。第二軸肩253具備大徑部253a、倒角部253b、上端面253c。倒角部253b係朝上方逐漸縮小直徑。大徑部253a的外徑Y1比大徑部252a的外徑X1小。而上端面253c的直徑Y2與下端面252c的直徑X2相同。

螺桿254的外面刻設有左螺紋形成的螺旋溝255。也就是說，螺旋溝255由上往下朝左旋旋轉的方式刻設。螺桿254的外徑U比直徑X2及直徑Y2小。第一軸肩252透過螺帽連接於滑動軸264。

筒型工具265的軸肩間距(螺桿254露出的部分長度)最好在要接合的部分的板厚(在本實施型態中是指第一外板厚材部211與第一覆蓋部213的厚度合)以下。螺旋溝255的溝深或間距等可因應要摩擦攪拌的金屬板的材料或要接合的部分的板厚、軸肩間距等來做適當的設定。

滑動機構(圖式省略)形成於支持器263與滑動軸264之間，使滑動軸264能平滑地相對支持器263上下移動。滑動機構與實施型態1相同，故省略說明。

摩擦攪拌裝置261的滑動軸264係相對於支持器263可移動，因此當要接合的金屬板往例如上方彎折時，筒型工具265能追隨該彎折往上方移動既定的距離。另一方面，當要接合的金屬板往例如下方彎折時，筒型工具265能追隨該彎折往下方移動既定的距離。藉此，能夠抑制摩擦攪拌接合時筒型工具265對金屬板的位置偏移。

接著，說明本實施型態的雙表面面板的接合方法。在此以接合兩個拼接的相同形狀的雙表面面板201為例。在此接合方法中，會進行準備步驟與接合步驟。

在準備步驟中，如第16圖所示，將雙表面面板201、201靠合形成雙表面面板的組裝體，並固定該組裝體使其不能任意移動。在說明中，將一雙表面面板標示「201A」，將另一雙表面面板標示「201B」，而各自對應的要素會加上「A」、「B」的符號來做區別。

在準備步驟中，具體來說，將雙表面面板201A的第一鉤部212A與雙表面面板201B的第二鉤部222B搭合，並且靠合第一端面233A與第二端面243B。藉此，第一鉤部212A與第二鉤部222B沒有間隙地搭合，形成搭合部M。另一方面，第一端面233A與第二端面243B靠合厚形成靠合部N。在此，將伸出部215A及伸出部225B搭合的地方與第一端面233A及第二端面243B靠合的地方的延長線稱為「中心線C」。

進行準備步驟後，第一覆蓋部213A的上面與第二覆蓋部223B的上面形成同一平面，且第一外板厚材部211A的下面與第二外板厚材部221B的下面形成同一平面。第一內板厚材部231A的上面與第二內板厚材部241B的下面形成同一平面，且第一覆蓋部232A的下面與第二覆蓋部242B的下面形成同一平面。形成形成雙表面面板的組裝體後，固定該組裝體使其不能任意移動。

在接合步驟中，如第17圖所示，使用筒型工具265來進行接合搭合部M的第一接合步驟以及接合靠合部N的第二接合步驟。

在第一接合步驟中，使雙表面面板201A配置於行進方向的左側。然後將向右旋轉的筒型工具265的螺桿254的中心對準中心線C上的搭合部M的高度中心後，插入搭合部M。接著由前側朝向後側沿著搭合部M進行摩擦攪拌接合。其中，搭合部M上沿著筒型工具265的移動軌跡形成有塑性化領域W1(參照第18圖)。

在第二接合步驟中，如第18圖所示，第一接合步驟結束後，將雙表面面板的組裝體倒過來，再次固定雙表面面板的組裝體使其不能任意移動。然後將向右旋轉的筒型工具265的螺桿254的中心對準中心線C上的靠合部N的高度中心後，插入靠合部N。接著由前側朝向後側沿著靠合部N進行摩擦攪拌接合。靠合部N上沿著筒型工具265的移動軌跡形成有塑性化領域(圖式省略)。藉由以上的步驟，外板202A與外板202B接合，且內板203A與內板203B接合。

根據以上說明的本實施型態的摩擦攪拌接合方法，藉由搭合外板202A的第一鉤部212A與外板202B的第二鉤部222B，能夠簡單地防止摩擦攪拌接合時雙表面面板201A、201B分離。另一方面，內板203A與內板203B沒有設置鉤部，藉由將第一端面233A與第二端面243B靠合，能夠使準備步驟或雙表面面板的製造較為省力。在雙表面面板201A、201B為長片狀的情況下，若內板203A及內板203B也設置鉤部的話會使搭合作業變得困難，但根據本實施例，可以簡單地實行搭合作業。

而在準備步驟中，搭合第一鉤部212A與第二鉤部222B時，能夠一邊滑動第一伸出傾斜面216A與第二本體傾斜面226B，一邊進行搭合，使搭合作業變得容易。具體來說，由雙表面面板201B的上方將雙表面面板201A往下安裝時，只要使第一伸出傾斜面216A與第二本體傾斜面226B彼此滑動就能夠搭合。

藉由設置第一伸出部215A與第二伸出部225B，能夠以簡單的構造進行搭合。而設置覆蓋部(213A、223B、232A、242B)，能夠防止摩擦攪拌接合時金屬不足。在本實施型態中，左螺紋的螺旋溝255刻設於螺桿254，並使筒型工具265向右旋轉且由前側往後側移動，因此，塑性流動化的金屬被螺旋溝255導引，而有往第二軸肩253移動的傾向。因此，將覆蓋部(213A、223B、232A、242B)設置於外板202A、202B及內板203A、203B中面向第一軸肩252的一側，可以防止第一軸肩252側的金屬不足。

而若先接合靠合部N，雙表面面板201A、201B有可能會分離，但在本實施型態的接合步驟中，先接合搭合部M能夠防止接合靠合部N時雙表面面板201A、201B分離。

雙表面面板201A、201B的形狀或搭合狀態只要是兩者不會分離的型態並沒有特別的限制。如本實施型態，最好雙表面面板201A、201B的端部形成同一平面，並且沒有間隙地搭合。也可以在一個雙表面面板的外板202的兩端形成有設置第一鉤部212、212的部位，另一個雙表面面板的外板202的兩端形成有設置第二鉤部222、222的部位，再將這些雙表面面板交互地並排後進行搭合及接合。也可以如第19圖所示，第一伸出部215A與第二伸出部225B的側部為沒有傾斜的形狀。另外，在本實施型態中，支持板204雖垂直於外板202及內板203，但也可以是傾斜的。

<實施例1>

以下係進行了一實驗，以調查使用實施型態1的摩擦攪拌裝置1(筒型工具5)進行摩擦攪拌接合時，金屬板(板狀端部)厚度與金屬板間的間隙對接合狀態帶來的影響。如第20圖所示，分別準備厚度不同的實驗體H1~H19來作為要進行摩擦攪拌接合的一對金屬板實驗體(材料A6063-T5)。所謂「Ad側」指的是筒型工具的旋轉方向與行進方向相同的一側。也就是說，筒型工具向右旋轉時行進方向的左側。所謂「Re側」指的是筒型工具的旋轉方向與行進方向相反的一側。也就是說，筒型工具向右旋轉時行進方向的右側。

實驗體H1~H7的金屬厚度在Ad側及Re側皆相同。實驗體H8~H13的Ad側金屬板厚度固定為6.0mm，Re側金屬板厚度則有所變化。實驗體H14~H19的Re側金屬板厚度固定為6.0mm，Ad側金屬板厚度則有所變化。

金屬板之間的間隙由0~2.0mm每次變化0.25mm。使用於實驗的筒型工具的軸肩外徑設定為20mm，螺桿外徑設定為12mm，軸肩間距設定為5.8mm。另外，筒型工具的旋轉速度設定為800rpm，移動速度設定為600/min，旋轉方向設定為向右旋轉。而此筒型工具如實施例1所載，為能夠追隨金屬板的彎折而變化筒型工具的高度位置的型態。摩擦攪拌接合後，由X光透過實驗與剖面微組織來判斷接合品質。

第21圖係表示實施例1中實驗體H1的間隙與接合部的厚度關係圖。第22圖係表示實施例1中實驗體H3的間隙與接合部的厚度關係圖。所謂實施例1的接合部係與實施型態的塑性化領域W同義。實施例1的接合部的「Ad部」、「中央部」、「Re部」是指第7(b)圖所示的接合部(塑性化領域W)的Ad部、中央部、Re部的各位置。

如第21圖所示，將兩金屬板厚度設定為6.0mm並接合時，若間隙未滿0.75mm，Ad部、中央部、Re部的厚度減少均不明顯，但若間隙在0.75mm以上，Ad部、中央部、Re部的厚度會隨著間隙增加而減少。若間隙超過1.2mm，接合部的厚度會不滿5.8mm而發生接合缺陷。

如第22圖所示，將兩金屬板厚度設定為6.4mm並接合時，若間隙未滿0.75mm，Ad部、中央部、Re部的厚度減少均不明顯。若間隙在0.75~1.75mm以上，Ad部、中央部、Re部的厚度都會減少但沒有發生接合缺陷。若間隙為2.0mm，接合部的厚度會顯著地減少而發生接合缺陷。

由第21圖及第22圖可瞭解接合部的中央部在5.8mm以下時會發生接合缺陷。也就是說，金屬板之間即使有間隙，透過塑性流動來供給金屬，使接合部的中央部厚度不會低於與軸肩間距相同的5.8mm的話，就可以健全地接合。由以上可知，必須設定接合條件，使接合部(塑性化領域)的厚度在軸肩間距以上。

第23圖表示實施例1中會影響接合品質的金屬板厚度與間隙的關係，圖中係表示Ad側的厚度=Re側的厚度的情況。在圖中「○」表示接合狀況良好，「×」表示接合狀況不良。

根據第23圖，即使間隙增大，若金屬板也增大，則仍會有接合狀況良好的情形。然而，若金屬板的厚度與軸肩間距的差超過0.8mm(即本實施例中金屬板的厚度比6.6mm大)，則軸肩間發生的內壓變大，工具的壽命會顯著下降。

根據第23圖，軸肩間距為5.8mm，金屬板間的間隙為0～0.75mm以下時，若金屬板的厚度為5.8～6.6mm之間則接合狀況良好。也就是說，若將金屬板的厚度T與軸肩的間距Z設定在0≦T-Z≦0.8mm的話，就有良好的接合狀況。

當T-Z值比0小時，也就是說，當軸肩間距Z比板狀端部102的厚度T大時，塑性流動化的金屬容易由第一軸肩11及第二軸肩12(參照第7(a)圖)溢出，造成接合部(塑性化領域W)的密度降低。因此接合缺陷產生的可能性提高。在0≦T-Z≦0.8mm的情況下，金屬板間的間隙即使在0～0.75mm，因摩擦攪拌接合的摩擦熱會使金屬板的溫度上升，間隙則因金屬板膨脹而消失，因此接合狀況大致良好。

根據第23圖，軸肩間距為5.8mm，金屬板間的間隙為0～1.0mm以下時，若金屬板的厚度為6.0～6.6mm之間則接合狀況良好。也就是說，若將金屬板的厚度T與軸肩的間距Z設定在0.2≦T-Z≦0.8mm的話，就有良好的接合狀況。若T-Z值比0.2mm小，塑性流動化的金屬容易由第一軸肩11及第二軸肩12溢出，造成接合部的密度降低。因此接合缺陷產生的可能性提高。

根據第23圖，軸肩間距為5.8mm，金屬板間的間隙為比1.0mm大且在1.75mm以下時，若金屬板的厚度為6.2～6.6mm之間則接合狀況良好。也就是說，若將金屬板的厚度T與軸肩的間距Z設定在0.4≦T-Z≦0.8mm的話，就有良好的接合狀況。若T-Z值比0.4mm小，塑性流動化的金屬容易由第一軸肩11及第二軸肩12溢出，造成接合部的密度降低。因此接合缺陷產生的可能性提高。

根據第23圖，軸肩間距為5.8mm，金屬板間的間隙為比1.75mm大且在2.00mm以下時，若金屬板的厚度為6.6mm則接合狀況良好。也就是說，若將金屬板的厚度T與軸肩的間距Z設定在T-Z=0.8mm的話，就有良好的接合狀況。若T-Z值比0.8mm小，塑性流動化的金屬容易由第一軸肩11及第二軸肩12溢出，造成接合部的密度降低。因此接合缺陷產生的可能性提高。

第24圖表示會影響接合品質的金屬板厚度與間隙的關係，圖中係表示Ad側的厚度變化且Re側的厚度固定的情況。第25圖表示會影響接合品質的金屬板厚度與間隙的關係，圖中係表示Ad側的厚度固定且Rd側的厚度變化的情況。

第24圖的實驗中，將Re側的厚度固定為6.0mm且Ad側的厚度適當變化後進行摩擦攪拌接合。第25圖的實驗中，將Ad側的厚度固定為6.0mm且Re側的厚度適當變化後進行摩擦攪拌接合。也就是說，第24圖及第25圖的實驗中，一邊變化靠合的金屬板的左右的厚度，一邊觀察不同間隙的接合品質。

對比第24圖及第25圖，可知第24圖中良好的情況較多。換言之，如第24圖所示，將Re側的金屬板固定在6.0mm且Ad側的金屬板在6.2mm以上變化的情況下接合狀況良好的情形較多。這是因為實施例1中使筒型工具往右旋轉，塑性化流動的金屬容易由行進方向的左側(Ad側)往右側(Re側)移動，在金屬板間有間隙的情況下，Ad側的金屬會填補該間隙。一此，如第25圖的條件，若行進方向左側的金屬板厚度比行進方向右側的金屬板厚度小，接合部中央的金屬不足導致接合不良的可能性較高。但是，如第24圖的條件，若行進方向左側的金屬板厚度比行進方向右側的金屬板厚度大，接合部中央的金屬不足可被補償，故能獲得良好的接合狀態。

上述的結果也可由第26圖及第27圖確認。點「◆」表示實驗體H4(Ad側的厚度=6.6mm且Re側的厚度=6.6mm)。點「■」表示實驗體H10(Ad側的厚度=6.0mm且Re側的厚度=6.6mm)。點「●」表示實驗體H16(Ad側的厚度=6.6mm且Re側的厚度=6.0mm)。

如第26(a)圖所示，接合部的中央部厚度是以實驗體H4、H16、H10的順序減小。也就是說，若Ad側的金屬板比Re側薄，接合部的中央部厚度就會減小。

如第26(b)圖所示，實驗體H4、H10、H16接合部的Ad部厚度都在5.8mm左右，可見比起接合前的厚度有所減少。特別是，觀察實驗體H4、H16可見厚度有相當程度的減少。

如第27(a)圖所示，實驗體H10、H16的接合部的Re部厚度沒有很大的差異，但實驗體H4的接合部的Re部厚度則全都比較大。整體比較第26(b)圖及第27(a)圖，Re部厚度全都比Ad部厚度大。

如第27(b)圖所示，接合部的平均厚度按實驗體H10、H16、H4的順序增大。

如第26圖及第27圖所示，實驗體H4、H16的中央部厚度能夠比實驗體H10大。但實驗體H4雖可增大接合部的厚度，卻反而會使軸肩間的內壓變大，造成工具壽命降低的可能性提高。因此，如實驗體H16，藉由將Ad側的金屬板厚度設定在比Re側大，能夠降低軸肩間的內壓，且同時增大接合部的中央部厚度。

<實施例2>

以下係進行了一實驗，以調查使用實施型態1的摩擦攪拌裝置1(筒型工具5)進行摩擦攪拌接合時，金屬板(板狀端部)厚度與金屬板間的間隙對接合狀態帶來的影響。金屬板之間的間隙由0～2.0mm每次變化0.25mm。使用於實驗的筒型工具的軸肩外徑(軸肩中接觸金屬板的面的直徑)設定為10mm，螺桿外徑設定為6mm，軸肩間距設定為2.8mm。另外，筒型工具的旋轉速度設定為2000rpm，移動速度設定為1000/min，旋轉方向設定為向右旋轉。而此筒型工具如實施型態1所載，為能夠追隨金屬板的彎折而變化筒型工具的高度位置的型態。摩擦攪拌接合後，由X光透過實驗與剖面微組織來判斷接合品質。

要進行摩擦攪拌接合的金屬板實驗體(材料A6063-T5)會使用Ad側與Rd側的金屬板厚度相同，但厚度在3.0mm、3.2mm、3.4mm間改變的實驗體。

第28圖表示實施例2中會影響接合品質的金屬板厚度與間隙的關係，圖中係表示Ad側的厚度=Re側的厚度的情況。在圖中「○」表示接合狀況良好，「×」表示接合狀況不良。

根據第28圖，即使間隙增大，若金屬板的厚度相對軸肩間距Z也增大，則仍會有接合狀況良好的情形。然而，若金屬板的厚度與軸肩間距2的差超過0.6mm(即本實施例中金屬板的厚度比3.4mm大)，則軸肩間發生的內壓變大，工具的壽命會顯著下降。

根據第28圖，軸肩間距Z為2.8mm，金屬板間的間隙為0.75mm以下時，若金屬板的厚度為3.0～3.4mm之間則接合狀況良好。也就是說，若將金屬板的厚度T與軸肩的間距Z設定在0.2≦T-Z≦0.6mm的話，就有良好的接合狀況。若T-Z值比0.2小，塑性流動化的金屬容易由第一軸肩11及第二軸肩12溢出，造成接合部的密度降低。因此接合缺陷產生的可能性提高。若金屬板間的間隙即使在0.75mm以下，因摩擦攪拌接合的摩擦熱會使金屬板的溫度上升，間隙則因金屬板膨脹而消失，因此接合狀況大致良好。

根據第28圖，軸肩間距Z為2.8mm，金屬板間的間隙為比0.75mm大且在1.50mm以下時，若金屬板的厚度為3.2～3.4mm之間則接合狀況良好。也就是說，若將金屬板的厚度T與軸肩的間距Z設定在0.4≦T-Z≦0.6mm的話，就有良好的接合狀況。若T-Z值比0.4mm小，塑性流動化的金屬容易由第一軸肩11及第二軸肩12溢出，造成接合部的密度降低。因此接合缺陷產生的可能性提高。

根據第28圖，軸肩間距Z為2.8mm，金屬板間的間隙為比1.50mm大且在1.75mm以下時，若金屬板的厚度為3.4mm則接合狀況良好。也就是說，若將金屬板的厚度T與軸肩的間距Z設定在T-Z=0.6mm的話，就有良好的接合狀況。

根據第28圖，若間隙為2.0mm，則即使金屬板的厚度為3.4mm也會發生接合不良。

<工具形狀>

第29圖係表示實施例1中軸肩間距固定為5.8mm時各筒型工具的尺寸與接合狀況。第30圖係表示實施例2中軸肩間距固定為2.8mm時各筒型工具的尺寸與接合狀況。第31圖係表示參考例中軸肩間距固定為11.5mm時各筒型工具的尺寸與接合狀況。第29、30、31圖中表示了抗張力/材料阻抗、抗折力/材料抵抗、材料保持傾向。

抗張力/材料抵抗以Y² /(X² -Y² )來表示。也就是說，第一軸肩11的下面與第二軸肩12的上面被摩擦攪拌時塑性流動化的金屬按壓，故有拉伸應力作用於螺桿13。因此，抗張力/材料抵抗以第一軸肩11的外徑X平方減去螺桿13的外徑Y的平方的值(X² -Y² )去除螺桿13的外徑Y的平方來表示。

抗折力/材料抵抗以Y² /YZ來表示。也就是說，筒型工具5在靠合部N移動時，與螺桿13的軸方向垂直的方向的力作用。因此，抗折力/材料抵抗以螺桿13的外徑平方除以螺桿13的含軸剖面面積(YZ)來表示。

材料保持傾向以X² /Y² 來表示。也就是說，摩擦攪拌時塑性流動化的金屬被第一軸肩11的下面與第二軸肩12的上面所保持。因此，材料保持傾向以第一軸肩11(第二軸肩12)的外徑X平方除以螺桿12的外徑Y的平方來表示。

分析第29、30、31圖，可知若材料保持傾向(X² /Y² )在2.0以下則接合缺陷容易發生，若比2.0大則接合缺陷部會發生。若材料保持傾向(X² /Y² )在2.0以下，螺桿13的外徑Y相對於第一軸肩11(第二軸肩12)的外徑來說過粗，按壓金屬的軸肩面積變小，故無法充分地按壓摩擦攪拌的金屬，金屬因而變成毛邊從軸肩的外部溢出。另一方面，若材料保持傾向(X² /Y² )比2.0大，相對於螺桿13的外徑Y而言，第一軸肩11(第二軸肩12)的外徑X大，因此能夠充分地按壓塑性化流動的金屬，因此接合缺陷就不易發生。

而分析第29、30、31圖，可知抗張力/材料抵抗以(Y² /(X² -Y² ))在0.2以下則螺桿容易破損。這是因為抗張力/材料抵抗以(Y² /(X² -Y² ))在0.2以下時，螺桿外徑Y相對於軸肩外徑X過小，因此接合時螺桿對於在軸方向發生的材料抗張力不足，使螺桿13容易彎折。若抗張力/材料抵抗(Y² /(X² -Y² ))比0.2大，螺桿外徑Y相對軸肩外徑X變大，因此螺桿13不容易彎折。

而分析第29、30、31圖，可知抗折力/材料抵抗(Y² /YZ)Y在1.2以下則螺桿13容易破損。這是因為抗折力/材料抵抗(Y² /YZ)在1.2以下時，相對於螺桿間距(螺桿長度)Z螺桿的外徑Y變小，因此接合時螺桿對於在工具行進方向的反方向流動的材料抗折力不足，使螺桿13容易彎折。若抗折力/材料抵抗(Y² /YZ)大於1.2，螺桿外徑Y相對於軸肩間距(螺桿長度)Z變大，因此螺桿13不容易彎折。

而分析第29、30、31圖，當抗張力/材料抵抗(Y² /(X² -Y² ))在0.2以下，或是抗折力/材料抵抗(Y² /YZ)Y在1.2以下，螺桿會發生破損。反之，當抗張力/材料抵抗(Y² /(X² -Y² ))大於0.2且抗折力/材料抵抗(Y² /YZ)Y大於1.2，則螺桿不會破損。因此，未了防止接合時筒型工具的螺桿發生破損，螺桿的形狀設計最好能使軸肩外徑X、螺桿外徑Y及軸肩間距(螺桿長度)Z同時滿足以下兩個式子(1)、(2)。

Y² /(X² -Y² )>0.2　…………(1)

Y² /YZ>1.2　………………(2)

<實施例3>

在實施例3中，調查筒型工具的螺桿上刻設的螺旋溝比例與螺旋溝的旋轉方向對接合後的金屬板有何影響。參照第7(a)圖，將筒型工具的旋轉方向設定在由滑動軸側觀看為向右旋轉。接著改變右螺紋的上部螺旋溝13a與左螺紋的下部螺旋溝13b的比例，進行5種條件A～E的摩擦攪拌接合。

條件A：右螺紋的上部螺旋溝13a與左螺紋的下部螺旋溝13b的比例設定為0：100(無右螺紋)。

條件B：右螺紋的上部螺旋溝13a與左螺紋的下部螺旋溝13b的比例設定為25：75。

條件C：右螺紋的上部螺旋溝13a與左螺紋的下部螺旋溝13b的比例設定為50：50。

條件D：右螺紋的上部螺旋溝13a與左螺紋的下部螺旋溝13b的比例設定為75：25。

條件E：右螺紋的上部螺旋溝13a與左螺紋的下部螺旋溝13b的比例設定為100：0(無左螺紋)。

在實施例3中，準備兩片板厚T為6.2mm的鋁合金金屬板(A6063-T5)，並將兩者接合。筒型工具5的第一軸肩11及第二軸肩12的外徑(軸肩中接觸金屬板的面的直徑)設定為20mm，螺桿13的外徑設定為12mm，軸肩間距Z設定為5.8mm。螺旋溝深度設定為0.81mm。筒型工具5的旋轉速度設定為800rpm，接合速度設定為600mm/min。為了在各條件中，調查與靠合部N的關係，將間隙改變為0mm、1.25mm、1.50mm、1.75mm、2.00mm進行實驗。

第32圖係表示實施例3中螺紋比例帶給金屬板高低差的影響(靠合部的間隙為0 mm)。第33圖係表示實施例3中螺紋比例帶給金屬板高低差的影響(靠合部的間隙為1.5mm)。高低差係以接合前的金屬板表面為基準(基準=0)，表示接合後各部位的高度位置。高低差為正值的情況表示凸狀，負值的情況表示凹狀(凹溝)。

如第32圖所示，以「▲」表示的表面Sa的Re側在條件A～E中顯示正值。也就是說，表面Sa的Re側固定為凸狀。

另一方面，以「◆」表示的表面Sa的Ad側在條件A中顯示大的負值。也就是說，在條件A中表面Sa的Ad側形成大的凹狀。而以「◆」表示的表面Sa的Ad側隨著右螺紋比例的增大，表面Sa的Ad側凹入漸漸減小，在條件E中形成凸狀。

另一方面，以「■」表示的背面Sb的Ad側在條件A中顯示大的正值。也就是說，在條件A中背面Sb的Ad側形成大的凸狀。而以「■」表示的背面Sb的Ad側隨著右螺紋比例的增大，背面Sb的Ad側凹入漸漸增大，在條件D、E中形成凹狀。也就是說，以「◆」表示的表面Sa的Ad側與以「■」表示的背面Sb的Ad側會與右螺紋的比例成負相關。以「◆」表示的表面Sa的Ad側與以「■」表示的背面Sb的Ad側即使在條件C(50：50)也稍形成凹狀。

對比第32圖及第33圖，即使靠合部的間隙為1.5mm，高低差的傾向也與靠合部的間隙為0mm時沒有不同。第33圖中以「▲」表示的表面Sa的Re側及以「●」表示的背面Sb的Re側的值比起第32圖而言整體較小。

第34圖係以不同的靠合部間隙表示實施例3的條件A的塑性化領域。第35圖係以不同的靠合部間隙表示實施例3的條件B的塑性化領域。第36圖係以不同的靠合部間隙表示實施例3的條件C的塑性化領域。第37圖係以不同的靠合部間隙表示實施例3的條件D的塑性化領域。第38圖係以不同的靠合部間隙表示實施例3的條件E的塑性化領域。第34～38圖中各圖左欄表示塑性化領域W的微組織觀察剖面圖，中欄表示塑性化領域W的表面(裝飾面)Sa側的平面圖，右欄表示塑性化領域W的背面Sb側的平面圖。

如第34圖的左欄所示，條件A的情況下，表面(裝飾面)Sa側形成大凹溝V，但背面Sb側則沒有凹溝V。靠合部的間隙在1.75mm與2.00mm時表面Sa側形成接合缺陷Q。塑性化領域W朝向背面Sb緩緩地擴張，塑性化領域W的紋路是左右非對稱的。塑性化領域W的Ad側比Re側的紋路更深。第34圖中，比起金屬板的表面Sa側，背面Sb側的毛邊P較少。

如第35圖的左欄所示，條件B的情況下，表面(裝飾面)Sa側比起條件A形成了較小的凹溝V，背面Sb側沒有凹溝V。靠合部的間隙在2.00mm時金屬板的內部形成接合缺陷Q。塑性化領域W的紋路是左右非對稱的。塑性化領域W的Ad側比Re側的紋路更深。比較第35圖的條件B的背面Sb及第34圖的條件A的背面Sb，條件B產生較多毛邊使表面粗糙。

如第36圖的左欄所示，條件C的情況下，表面(裝飾面)Sa側形成了小的凹溝V，背面Sb側也形成小凹溝V。靠合部的間隙在2.00mm時金屬板的內部形成接合缺陷Q。塑性化領域W的上下與左右紋路略對稱的。比較第36圖的條件C的表面Sa及第35圖的條件B的表面Sa，條件C的表面Sa幾乎沒有毛邊。而在條件C的背面Sb上，Re側比起Ad側產生較多的毛邊P。

如第37圖的左欄所示，條件D的情況下，表面(裝飾面)Sa側不形成凹溝V，背面Sb側形成小凹溝V。靠合部的間隙在2.00mm時金屬板的內部形成接合缺陷Q。而背面Sb比表面Sa產生較多的毛邊P。

如第38圖的左欄所示，條件E的情況下，表面(裝飾面)Sa側不形成凹溝V，背面Sb側形成大凹溝V。靠合部的間隙在1.75mm、2.00mm時金屬板的內部形成接合缺陷Q。塑性化領域W朝向背面Sb緩緩變窄。相對於背面Sb產生許多的毛邊P，表面Sa則沒有產生毛邊P。

第39圖係整理實施例3的結果。各要素的符號延續實施型態1的符號。如第39圖的條件A的概念圖所示，以100%的範圍設置向右旋轉的左螺紋，流動化的金屬會被螺旋溝引導往背面Sb側移動。由於此金屬的移動，筒型工具5的第二軸肩12被按壓，筒型工具5相對於金屬板會往與滑動軸4相反地一側(背面Sb側)移動。因此，筒型工具5會深入表面(裝飾面)Sa側，Sa側形成大的凹溝V。

另一方面，如第39圖的條件B～E所示，以25%以上的比例設置右螺紋部分作為上部螺旋溝13a，右螺紋的螺旋溝所造成的金屬移動使得筒型工具5往滑動軸4側(上方)按壓，能夠防止筒型工具深入金屬板的表面Sa(裝飾面)。藉此，能防止表面Sa(裝飾面)產生凹溝V，或是即使凹溝發生也能減小凹溝V的深度。因此，能夠減少為了使接合後的金屬板表面Sa光滑而做的修飾處理的手續。然而，在條件B、條件C中靠合部的間隙為2.00mm的情況，以及在條件D、條件E中靠合部的間隙為1.75mm或2.00mm的情況，因為有接合缺陷Q的發生，故較不適當。這是因為靠合部的間隙大會導致接合部分的金屬材料減少。

而如條件E，以100%的範圍刻設向右旋轉的右螺紋時，筒型工具5相對於板狀端部102往上方移動，第一軸肩11的下面的高度位置位於板狀端部102在摩擦攪拌前的表面(裝飾面)Sa的上方。在第一軸肩11的下面的高度位置與板狀端部102在摩擦攪拌前的表面Sa之間間隙較大的情況下，金屬的按壓就變得不充分，相反地，在第一軸肩11的下面的高度位置與板狀端部102在摩擦攪拌前的表面Sa之間間隙微小的情況下，就能充分地按壓金屬。

在第一軸肩11的下面的高度位置與板狀端部102在摩擦攪拌前的表面Sa之間間隙微小的情況下，塑性化領域W僅比摩擦攪拌前的表面Sa突出一點點。但是，將板狀端部102的表面Sa平滑化的處理只需要配合摩擦攪拌前的表面Sa的高度將突出的部分削掉就好，故修飾處理相當容易。

在前述的實施型態1中，上部螺旋溝13a與下部螺旋溝13b相對於軸肩間距Z以50：50的比例形成，但將裝飾面設為表面Sa，且使筒型工具5向右旋轉的情況下，第一軸肩11側的右螺紋上部螺旋溝13a與第二軸肩12側的左螺紋下部螺旋溝13b相對於軸肩間距Z最好以25：75～100：100的比例形成。也就是說，可將右螺紋上部螺旋溝13a在第一軸肩11側相對於軸肩間距Z形成25%以上的部分，而上部螺旋溝13a以外的部分則全部形成左螺紋下部螺旋溝13b。使筒型工具5向右旋轉的情況下，也可以不設置左螺紋，整得螺桿13的軸方向全長都設置右螺紋。

在實施例3中，雖將表面Sa側設定為裝飾面，但也可以將背面S側設定為裝飾面。在這個情況下，參照第39圖，將筒型工具5的旋轉方向、螺旋溝纏繞方向設定如條件A、B、C、D，藉此能防止背面Sb(裝飾面)側產生凹溝V，或是即使產生凹溝V也能減小凹溝V的深度。

也就是說，向右旋轉筒型工具5並且將背面側Sb設定為裝飾面的情況下，包括靠合步驟，將金屬板的端面彼此靠合；以及接合步驟，使第二軸肩12與金屬板的裝飾面相對，並且在將螺桿13的軸方向中心與金屬板的板厚方向中心重合後，朝向靠合部N移動向右旋轉的筒型工具5的螺桿13以進行摩擦攪拌接合，其中最好是將軸肩間距Z設定在金屬板的板厚以下，並且在螺桿13的外周面的第二軸肩12側形成左螺紋螺旋溝，且此左螺紋螺旋溝以相對於軸肩間距Z佔有25%的比例形成。

根據以上的接合方法，第二軸肩12側的左螺紋以25%以上的比例形成，因此由左螺紋螺旋溝所引導的金屬移動會將筒型工具5往滑動軸4的相反側(下方)壓，能夠防止筒型工具5深入金屬板的背面(裝飾面)Sb。藉此，能夠防止裝飾面產生凹溝，或是即使產生凹溝也能減小凹溝的深度。

第40圖係整理筒型工具向左旋轉時的概念。

條件F：左螺紋的上部螺旋溝13a與右螺紋的下部螺旋溝13b的比例設定為0：100(無左螺紋)。

條件G：左螺紋的上部螺旋溝13a與右螺紋的下部螺旋溝13b的比例設定為25：75。

條件H：左螺紋的上部螺旋溝13a與右螺紋的下部螺旋溝13b的比例設定為50：50。

條件I：左螺紋的上部螺旋溝13a與右螺紋的下部螺旋溝13b的比例設定為5：25。

條件J：左螺紋的上部螺旋溝13a與右螺紋的下部螺旋溝13b的比例設定為100：0(無右螺紋)。

如實施型態2所示，向左旋轉時，使用設有左螺紋的上部螺旋溝13a及右螺紋的下部螺旋溝13b的筒型工具5A。將筒型工具5A向左旋轉時，由於與實施型態1的筒工具5的螺紋旋轉方向相反，結果會顯示與實施例3同等的作用效果。也就是說，如條件G~條件J所示，因摩擦攪拌而流動化的金屬被引導至螺桿13的左螺紋上部螺旋溝13a往第一軸肩11側移動，以及被引導至螺桿13的右螺紋上部螺旋溝13b往第二軸肩12側移動。因為左螺紋佔25%以上的比例，左螺紋螺旋溝引導的金屬移動將筒型工具5A往滑動軸4側(上方)推，能夠防止筒型工具5A深入金屬板的表面(裝飾面)Sa。藉此能防止表面(裝飾面)Sa產生凹溝V，或是即使產生凹溝V也能減小凹溝V的深度。藉此能夠減少將接合後的金屬板的表面Sa平滑化的修飾處理的手續。

而如條件J，以100%的範圍刻設向左旋轉的左螺紋時，筒型工具5相對於板狀端部102往上方移動，第一軸肩11的下面的高度位置位於板狀端部102在摩擦攪拌前的表面Sa的上方。在第一軸肩11的下面的高度位置與板狀端部102在摩擦攪拌前的表面Sa之間間隙較大的情況下，金屬的按壓就變得不充分，相反地，在第一軸肩11的下面的高度位置與板狀端部102在摩擦攪拌前的表面Sa之間間隙微小的情況下，就能充分地按壓金屬。

在前述的實施型態2中，上部螺旋溝13a與下部螺旋溝13b相對於軸肩間距Z以50：50的比例形成，但將裝飾面設為表面Sa，且使筒型工具5A向左旋轉的情況下，第一軸肩11側的左螺紋上部螺旋溝13a與第二軸肩12側的右螺紋下部螺旋溝13b相對於軸肩間距Z最好以25：75~100：100的比例形成。也就是說，可將左螺紋上部螺旋溝13a在第一軸肩11側相對於軸肩間距Z形成25%以上的部分，而上部螺旋溝13a以外的部分則全部形成右螺紋下部螺旋溝13b。使筒型工具5A向左旋轉的情況下，也可以不設置右螺紋，整得螺桿13的軸方向全長都設置左螺紋。

雖將表面Sa側設定為裝飾面，但也可以將背面S側設定為裝飾面。在這個情況下，參照第40圖，將筒型工具5的旋轉方向、螺旋溝纏繞方向設定如條件F、G、H、I，藉此能防止背面Sb(裝飾面)側產生凹溝V，或是即使產生凹溝V也能減小凹溝V的深度。

也就是說，向左旋轉筒型工具5A並且將背面側Sb設定為裝飾面的情況下，包括靠合步驟，將金屬板的端面彼此靠合；以及接合步驟，使第二軸肩12與金屬板的裝飾面相對，並且在將螺桿13的軸方向中心與金屬板的板厚方向中心重合後，朝向靠合部N移動向右旋轉的筒型工具5A的螺桿13以進行摩擦攪拌接合，其中最好是將軸肩間距Z設定在金屬板的板厚以下，並且在螺桿13的外周面的第二軸肩12側形成右螺紋螺旋溝，且此右螺紋螺旋溝以相對於軸肩間距Z佔有25%的比例形成。

根據以上的接合方法，第二軸肩12側的右螺紋以25%以上的比例形成，因此由右螺紋螺旋溝所引導的金屬移動會將筒型工具5A往滑動軸4的相反側(下方)壓，能夠防止筒型工具5A深入金屬板的背面(裝飾面)Sb。藉此，能夠防止背面(裝飾面)產生凹溝，或是即使產生凹溝也能減小凹溝的深度。

<實施例4>

接著，說明本發明的實施例4。第41圖係實施例4搭合型態或靠合型態的正面圖，其中(a)為型式I，(b)為型式II，(c)為型式III。在實施例4中，準備3種實驗體，僅對型式I、型式II及型式III的部分分別進行摩擦攪拌接合，並調查接合後各別的角變形。

型式I～III為鋁合金6N01-T5材所構成的雙表面面板201A、201B，參考第12圖及第41圖，並設定雙表面面板規格如下：外板厚材部(第一外板厚材部211、第二外板厚材部221)的板厚a=3mm，覆蓋部(覆蓋部213、223、232、242)的厚度b=0.5mm，支持板204至第一端面33的長度c及支持板204至第二端面43的長度c=15mm，外板202的上面至內板203的下面長度d=30mm，左右長度e=200mm，延伸尺寸為5000mm。

參考第15圖，筒型工具265的尺寸設定如下：第一軸肩252的下端面252c的直徑X2=10mm，第二軸肩253的上端面253c的直徑Y2=10mm，第二軸肩253的外徑Y1=15mm，螺桿254的外徑U=6mm。第一軸肩252至第二軸肩253的長度(螺桿254露出的部分的長度)設定為2.9mm。形成於第一軸肩252的下端面252c的凹部(圖示省略)的形狀由平面觀看為漩渦狀，凹部的深度設定為0.3mm，凹部的間距設定為1.2mm。筒型工具265設定為向右旋轉，型式I～III都是由第41(a)圖～第41(c)圖的紙面正面朝紙面背面移動。筒型工具265的旋轉速度設定為2000rpm，移動速度設定為1000mm/min。

型式I如第41(a)圖所示，在筒型工具265的行進方向左側配置雙表面面板201A，在右側配置雙表面面板201B，使第一鉤部212A與第二鉤部222B搭合。

型式II如第41(b)圖所示，在筒型工具265的行進方向右側配置雙表面面板201A，在左側配置雙表面面板201B，使第一鉤部212A與第二鉤部222B搭合。

型式III如第41(c)圖所示，在筒型工具265的行進方向左側配置雙表面面板201A，在右側配置雙表面面板201B，使第一端面233A與第二端面243B靠合。

第42圖係表示型式I的角變形結果。第43圖係表示型式II的角變形結果。第44圖係表示型式III的角變形結果。橫軸表示接合的各實驗體由左側端延伸左右方向的長度。左右方向=200mm處係表示中心線C的位置。縱軸表示各實驗體由任意基準點算起的接合後高度。計算各實驗體的前端往延伸方向的距離50mm、200mm、400mm、600mm、800mm、950mm的各處的高度。

如第42、43圖所示，在型式I、型式II中，在左右方向=180mm的位置的高度最高，在左右方向=210mm的位置的高度最低。也就是說，接合部分形成小小的凹入形狀。而就左右方向=180mm～210mm的位置的高低差而言，型式II比型式I大。而就左右方向=210mm的位置至實驗體右端的高低差而言，型式II也比型式I大。也就是說型式II的角變形比型式I的角變形整體來得大。

這是因為，如第41(a)圖及第41(b)圖所示，雙表面面板201A、201B受到筒型工具265的力方向與雙表面面板201A、201B的搭合型態不同所致。將本實施型態的筒型工具265(螺桿254的螺旋溝255為左螺紋)向右旋轉，並由第41圖的紙面正面往背面移動，有應力F1的作用。

因此，若是第41(b)圖所示的型式II，因為搭合部M的傾斜面Ma的傾斜方向與應力F1的作用方向略平行，且應力F1的輸入位置與傾斜面Ma相對於中心線C係位於同一側，因此雙表面面板201B容易往右斜下方移動，使接合中雙表面面板201A、201B分開的可能性提高。

另一方面，若是第41(a)圖所示的型式I，因為搭合部M的傾斜面Ma的傾斜方向與應力F1的作用方向相交，且應力F1的輸入位置與傾斜面Ma相對於中心線C係位於相反側，所以能夠有效地防止接合中雙表面面板201A、201B分開。

另外，如第44圖所示，型式III中，左右方向180mm的位置與左右方向210mm的位置高度大致相同。也就是說，比起左右端，接合部分最高，由正面觀看為山字型。而型式III的高低差也比型式I、II的高低差大。假設配設複數片(例如5片)雙表面面板，與型式III相同地由靠合部N側開始摩擦攪拌接合，接合的雙表面面板全體的角變形量會增大。因此，由接合強度的觀點來看，先接合搭合部M或靠合部N並沒有問題，但考慮角變形量的話，最好先從搭合部M側進行摩擦攪拌接合。

第45圖係整理筒型工具的旋轉方向、螺旋溝纏繞方向、搭合狀態。在第53圖中，表示了4種型式的較好條件1~4。如條件1(與本實施型態同)所示，向右旋轉螺旋溝為左螺紋的筒型工具265，並由第45圖的紙面正面往背面移動的情況下，搭合型態選擇型式I較好。

也就是說，在條件1中因為使筒型工具265向右旋轉，所以相對於中心線C有左側向右側的方向的分力作用，且塑性化流動的金屬會被螺旋溝導引由上往下移動。因此，條件1中如搭合型態中所示，應力F1作用。而型式I係將第二鉤部212B及搭合部M的傾斜面Ma與應力F1相對的方式配置，故能防止接合中雙表面面板201A、201B分離。

如條件2所示，將螺旋溝為右螺紋的筒型工具265向左旋轉，並由第45圖的紙面正面往背面移動的情況下，搭合型態選擇型式II較好。

也就是說，在條件2中因為使筒型工具265向左旋轉，所以相對於中心線C有右側向左側的方向的分力作用，且塑性化流動的金屬會被螺旋溝導引由上往下移動。因此，條件2中如搭合型態中所示，應力F2作用。而型式II係將第二鉤部212B及搭合部M的傾斜面Ma與應力F2相對的方式配置，故能防止接合中雙表面面板201A、201B分離。

同樣地，如條件3所示，將螺旋溝為右螺紋的筒型工具265向右旋轉，並由第45圖的紙面正面往背面移動的情況下，搭合型態選擇型式IV較好。

同樣地，如條件4所示，將螺旋溝為左螺紋的筒型工具265向左旋轉，並由第45圖的紙面正面往背面移動的情況下，搭合型態選擇型式V較好。

即使在條件3、4的情況下，將搭合面M的傾斜面Ma’及第二鉤部212B’與應力F3、F4相對的方式配置，也能防止接合中雙表面面板201A’、201B’分離。

而條件1、2中最好在第一軸肩252側，條件3、4中最好在第二軸肩253側設置覆蓋部。藉此，能夠補充金屬至因為摩擦攪拌而金屬不足的一側，因此能夠補償金屬不足。

<實施例5>

在實施例5，使用與實施例4不同尺寸的雙表面面板5片來進行摩擦攪拌接合。參照第12圖，實施例5的雙表面面板作以下設定：外部厚材部的板厚a=4.0mm，覆蓋部的厚度b=0.5mm，左右長度e=400mm，延伸尺寸為12500mm。

參考第15圖，筒型工具的尺寸設定如下：第一軸肩252的下端面252c的直徑X2=15mm，第二軸肩253的直徑Y1=18mm，第二軸肩253的上端面253c的直徑Y2=15mm，螺桿254的外徑U=9mm。第一軸肩252至第二軸肩253的長度(螺桿254露出的部分的長度)設定為3.7mm。筒型工具的旋轉速度設定為1000rpm，移動速度設定為1500mm/min。

實施例5中，將一雙表面面板置於桌面，另一雙表面面板由上方降下，進行搭合與靠合。以同樣的步驟將5片雙表面面板無間隙地搭合後，固定組裝體使其不能自由任意移動。並在延伸方向1.5m的間隔配置一橫向壓鉗來按壓，使組裝體不會浮動。再將組裝體的四個角落簡單地鉗住。然後由一端開始依序進行摩擦攪拌接合。

即使是實施例5的條件，也能製造出無接合不良的表面材料。在此，一般來說，對金屬構件進行摩擦攪拌接合時，有時候會因為熱收縮使得接合後的金屬構件彎折。假設，在金屬構件的表、背面進行摩擦攪拌接合的情況下，以相同條件的旋轉工具的旋轉速度、移動速度及移動長度對金屬構件的表面進行摩擦攪拌接合後，再對背面進行摩擦攪拌接合，金屬構件的背面側可能會彎折產生凹狀。

這是因為對表面側摩擦攪拌接合後，熱收縮會使金屬構件沿著表面側形成凹狀，所以將金屬構件反過來放在平坦的桌面時，桌面與金屬構件之間的間隙變大，在這個狀態下對背面側摩擦攪拌接合會使摩擦攪拌的熱難以散熱至桌面，使金屬構件上所殘留的熱量增加，最後，由於殘留於金屬構件的熱的作用使得背面側大幅地彎折形成凹狀。

因此，如實施例5，將靠合部N側的筒型工具移動速速度設定的比搭合部M的筒型工具移動速速度快的話，就能減少接合時給予靠合部的熱量。藉此，能夠防止接合後的雙表面面板彎折。

<實施例6>

實施例6中，進行板狀端部的板厚與長度關係的調查實驗。如第46(a)圖所示，將兩個剖面為ㄈ字狀的相同形狀的實驗體301、301靠合，對靠合部N進行摩擦攪拌接合。各實驗體301具備支持構件302、與垂直於支持構件302延伸而出的板狀端部303。

實驗體301的高度設定為30mm，延伸尺寸設定為500mm。如第46(a)、(b)圖所示將板狀端部303的板厚a及支持構件302至板狀端部303的前端的長度c作為參數，進行各種條件的摩擦攪拌接合。第46(b)圖整理了實施例6的各條件與接合品質。筒型工具的尺寸如第46(b)圖的表格所示。

如第46(b)圖所示，板厚a=3mm且支持構件302至板狀端部303的前端的長度c=50mm時，會發生接合不良。板厚a=6mm時，長度c=70mm、80mm會發生接合不良。板厚a=12mm時，長度c=120mm會發生接合不良。也就是說，相對於支持構件302，若板狀端部303的長度過長，板狀端部303的前端側容易變形而造成接合不良。

第47圖係表示實施例6的板厚a與長度c的相關圖。第47圖的橫軸表示板厚a，縱軸表示支持構件302至板狀端部303的前端的長度c。根據此圖，支持構件至前端的長度c最好設定在滿足c≦7.0×板厚a+18.5mm的條件。在這個條件下，能夠抑制板狀端部303的變形，因此不容易發生接合不良。

1．．．摩擦攪拌裝置

1a、261a．．．夾頭部

1b．．．圓筒面

2、262．．．旋轉工具單元

3、50、263．．．支持器

3a、312．．．平坦面

3b．．．鍵溝

4、51、264．．．滑動軸

4a、264a．．．鍵

5、5A、265．．．筒型工具

6、52．．．滑動機構

8、52a．．．軸承溝

9、52b．．．球形軸承

11、252．．．第一軸肩

12、253．．．第二軸肩

13、254．．．螺桿

13a．．．上部螺旋溝

13b．．．下部螺旋溝

13c、Nc．．．中心

53．．．本體筒部

53a．．．凸條

54．．．領部

54a．．．停止部

55．．．大徑部

55a．．．凹條

56．．．小徑部

100A、100B．．．中空材料

102、102A、102B、102C、102D、103、210、220、303．．．板狀端部

102a、103a．．．端面

104、105、106、107．．．面材料

201、201A、201B、201A’、201B’．．．雙表面面板

202、202A、202B．．．外板

203、203A、203B．．．內板

204、204A、204B．．．支持板

206．．．中央部

211A、211B．．．外板厚材部

212、212A．．．第一鉤部

213A、213B、213A’、213B’、232、232A．．．第一覆蓋部

215、215A．．．第一伸出部

216、216A．．．第一伸出傾斜面

221、221B．．．第二外板厚材部

222、222B．．．第二鉤部

223、223B、242、242B．．．第二覆蓋部

224、224B．．．第二薄材部

225、225B．．．第二伸出部

226．．．第二厚材傾斜面

226B．．．第二本體傾斜面

230．．．右側板狀端部

231、231A．．．第一內板厚材部

233、233A．．．第一端面

240．．．左側板狀端部

241、241B．．．第二內板厚材部

243、243B．．．第二端面

252a、253a、324a．．．大徑部

252b、253b、322c．．．倒角部

252c．．．下端面

253c．．．上端面

261、300．．．摩擦攪拌裝置

263b．．．鍵溝

301．．．實驗體

302．．．支持構件

311．．．長孔

V．．．凹溝

Ad．．．Ad側

B1、B2．．．螺絲

C．．．旋轉軸

D．．．本體

F1、F2、F3、F4．．．應力

M．．．搭合部

Ma．．．傾斜面

N．．．靠合部

Re．．．Re側

Sa．．．表面

Sb．．．背面

T、T1、T2．．．金屬板厚度

U．．．外徑

W、W1．．．塑性化領域(接合部)

X．．．軸肩外徑

Y．．．螺桿外徑

Z．．．軸肩間距(螺桿的長度)

X1、X2、Y1、Y2．．．外徑

第1圖係實施型態1的摩擦攪拌裝置與中空材料的立體圖。

第2圖係表示中空材料靠合狀態，(a)為靠合前，(b)為靠合後。

第3圖係實施型態1的摩擦攪拌裝置的立體圖，(a)為全體圖，(b)表示支持器、滑動軸及滑動機構。

第4圖係第3圖的I-I剖面圖。

第5圖係第3圖的II-II剖面圖。

第6圖係實施型態1的筒型工具側面圖。

第7圖係說明實施型態1的摩擦攪拌接合方法示意圖，(a)為側剖面圖，(b)為(a)的III-III端面圖。

第8圖係實施型態2的筒型工具側面圖。

第9圖係說明實施型態2的摩擦攪拌接合方法的側剖面圖。

第10(a)圖係摩擦攪拌接合方法的變形例1，第10(b)圖係摩擦攪拌接合方法的變形例2。

第11圖係表示變形例的旋轉工具單元，(a)為側剖面圖，(b)為(a)的IV-IV剖面圖。

第12圖係實施型態3的雙表面面板的立體圖。

第13圖係實施型態3的摩擦攪拌裝置的立體圖。

第14圖係實施型態3的旋轉工具單元的立體圖。

第15圖係實施型態3的筒型工具的側面圖。

第16圖係實施型態3的摩擦攪拌接合方法的準備步驟的正面圖。

第17圖係實施型態3的摩擦攪拌接合方法的第一接合步驟的立體圖。

第18圖係實施型態43摩擦攪拌接合方法的第二接合步驟的立體圖。

第19圖係實施型態3的搭合狀態的變形例正面圖。

第20圖係實施例1的實驗體的組合表。

第21圖係實施例1中實驗體H1的間隙與接合部的厚度的關係圖。

第22圖係實施例1中實驗體H3的間隙與接合部的厚度的關係圖。

第23圖係實施例1中影響接合品質的金屬板厚度與間隙的關係圖，其中Ad側厚度=Re側厚度。

第24圖係影響接合品質的金屬板厚度與間隙的關係圖，其中Ad側厚度變動，Re側厚度固定。

第25圖係影響接合品質的金屬板厚度與間隙的關係圖，其中Ad側厚度固定，Re側厚度變動。

第26(a)圖係實施例1中間隙與中央部厚度的關係圖；第26(b)圖係實施例1中間隙與Ad部厚度的關係圖。

第27(a)圖係實施例1中間隙與Re部厚度的關係圖；第27(b)圖係實施例1中間隙與平均厚度的關係圖。

第28圖係實施例2中影響接合品質的金屬板厚度與間隙的關係圖，其中Ad側厚度=Re側厚度。

第29圖係實施例1中軸肩間距固定為5.8mm時各筒型工具的尺寸與接合狀況表。

第30圖係實施例2中軸肩間距固定為2.8mm時各筒型工具的尺寸與接合狀況表。

第31圖係參考例中軸肩間距固定為11.5mm時各筒型工具的尺寸與接合狀況表。

第32圖係實施例3中螺紋比例對金屬板高低差的影響(靠合部間隙0mm)示意圖。

第33圖實施例3中螺紋比例對金屬板高低差的影響(靠合部間隙1.5mm)示意圖。

第34圖係以靠合部的不同間隙來表示實施例3中條件A的金屬板的塑性化領域。

第35圖係以靠合部的不同間隙來表示實施例3中條件B的金屬板的塑性化領域。

第36圖係以靠合部的不同間隙來表示實施例3中條件C的金屬板的塑性化領域。

第37圖係以靠合部的不同間隙來表示實施例3中條件D的金屬板的塑性化領域。

第38圖係以靠合部的不同間隙來表示實施例3中條件E的金屬板的塑性化領域。

第39圖係實施例3的結果整理表。

第40圖係向左旋轉筒型工具時的概念整理表。

第41圖係實施例4的搭合型態或靠合型態的正面圖，(a)為型式I，(b)為型式II，(c)為型式III。

第42圖係實施例4的型式I的角變形結果圖。

第43圖係實施例4的型式II的角變形結果圖。

第44圖係實施例4的型式III的角變形結果圖。

第45圖係實施例4的筒型工具的旋轉方向、螺旋溝的纏繞方向、搭合型態的整理表。

第46圖係實施例6的示意圖，(a)表示實驗體，(b)為各條件的整理表。

第47圖實施例6的板厚a與長度c的關係圖。

1．．．摩擦攪拌裝置

1a．．．夾頭部

2．．．旋轉工具單元

3．．．支持器

a．．．平坦面

4．．．滑動軸

5．．．筒型工具

6．．．滑動機構

8．．．軸承溝

9．．．球形軸承

11．．．第一軸肩

12．．．第二軸肩

13．．．螺桿

Claims

一種旋轉工具單元，使用於摩擦攪拌接合，包括：圓筒狀的支持器，固定於摩擦攪拌裝置的夾頭部；滑動軸，插入該支持器的內部並與該支持器一體地旋轉；以及筒型工具，由第一軸肩、第二軸肩及形成於該第一軸肩與第二軸肩之間的螺桿所構成，其中該第一軸肩固定於該滑動軸的前端，該支持器與該滑動軸之間更具有一滑動機構，用以使該滑動軸相對於該支持器做軸方向的滑動。
如申請專利範圍第1項所述之旋轉工具單元，其中該滑動機構由形成於該滑動軸的外面或該支持器的內面的軸承溝及在軸承溝內滑動的球形軸承所構成。
如申請專利範圍第1項所述之旋轉工具單元，其中該支持器與該滑動軸的其中一者形成有鍵溝，另一者形成有鍵，該鍵會隨著該滑動軸的移動而在該鍵溝的內部移動。
如申請專利範圍第1項所述之旋轉工具單元，其中該支持器的內面與該滑動軸的外面的其中一者具有沿著軸方向設置的凸條，另一者具有沿著軸方向設置的凹條，該凸條會隨著該滑動軸的移動而在該凹條的內部移動。
一種摩擦攪拌接合方法，使用如申請專利範圍第1項所述之旋轉工具單元，接合一對金屬板，包括：靠合步驟，將該一對金屬板的端面靠合；以及接合步驟，以旋轉的筒型工具的螺桿朝向該端面靠合後形成的靠合部移動，對該端面進行摩擦攪拌接合，其中該接合步驟中，將該第一軸肩與該第二軸肩的距離設定在該金屬板的厚度以下，當摩擦攪拌造成該金屬板變形使該金屬板的位置於該筒型工具的軸方向變動時，該筒型工具追隨該變形而移動於該筒型工具的軸方向。
如申請專利範圍第5項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該端面間的間隙設定在1.00mm以下時，設定該金屬板的厚度與該軸肩間距，使其滿足0.2 mm≦{(金屬板的厚度)-(軸肩間距)}≦0.8mm。
如申請專利範圍第5項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該端面間的間隙設定在大於1.00mm且在1.75mm以下時，設定該金屬板的厚度與該軸肩間距，使其滿足0.4 mm≦{(金屬板的厚度)-(軸肩間距)}≦0.8mm。
如申請專利範圍第5項所述之摩擦攪拌接合方法，其中設定該軸肩外徑平方值除以該螺桿外徑平方值大於2.0。
如申請專利範圍第5項所述之摩擦攪拌接合方法，其中設定以該軸肩外徑平方值減去該螺桿外徑的平方值，去除該螺桿外徑平方值後大於0.2，且以該螺桿外徑與該軸肩間距的積，去除該螺桿外徑的平方值後大於1.2。
如申請專利範圍第5項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該接合步驟中，該靠合的部分的該金屬板的厚度不同時，若該金屬板厚度較大的該金屬板配置於該筒型工具行進方向的左側，則使該筒型工具向右旋轉。
如申請專利範圍第5項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該接合步驟中，該靠合的部分的該金屬板的厚度不同時，若該金屬板厚度較大的該金屬板配置於該筒型工具行進方向的右側，則使該筒型工具向左旋轉。
如申請專利範圍第5項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該接合步驟中，使該第一軸肩與該金屬板的裝飾面相對，且使該螺桿的軸方向中心與該金屬板的板厚方向中心對準後，將由該滑動軸側觀看為向右旋轉的該筒型工具的螺桿朝該端面靠合後形成的靠合部移動，該螺桿的外周面的第一軸肩側形成有右螺紋的螺旋溝，該右螺紋的螺旋溝以該第一軸肩與該第二軸肩的距離的25%以上的比例形成。
如申請專利範圍第12項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該外周面中由該右螺紋的螺旋溝的端部至該第二軸肩之間，形成有左螺紋的螺旋溝。
如申請專利範圍第5項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該接合步驟中，使該第一軸肩與該金屬板的裝飾面相對，且使該螺桿的軸方向中心與該金屬板的板厚方向中心對準後，將由該滑動軸側觀看為向左旋轉的該筒型工具的螺桿朝該端面靠合後形成的靠合部移動，該螺桿的外周面的第一軸肩側形成有左螺紋的螺旋溝，該左螺紋的螺旋溝以該軸肩間距的25%以上的比例形成。
如申請專利範圍第14項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該外周面中由該左螺紋的螺旋溝的端部至該第二軸肩之間，形成有右螺紋的螺旋溝。
如申請專利範圍第5項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該接合步驟中，使該第二軸肩與該金屬板的裝飾面相對，且使該螺桿的軸方向中心與該金屬板的板厚方向中心對準後，將由該滑動軸側觀看為向右旋轉的該筒型工具的螺桿朝該端面靠合後形成的靠合部移動，該螺桿的外周面的第二軸肩側形成有左螺紋的螺旋溝，該左螺紋的螺旋溝以該軸肩間距的25%以上的比例形成。
如申請專利範圍第16項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該外周面中由該左螺紋的螺旋溝的端部至該第一軸肩之間，形成有右螺紋的螺旋溝。
如申請專利範圍第5項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該接合步驟中，使該第二軸肩與該金屬板的裝飾面相對，且使該螺桿的軸方向中心與該金屬板的板厚方向中心對準後，將由該滑動軸側觀看為向左旋轉的該筒型工具的螺桿朝該端面靠合後形成的靠合部移動，該螺桿的外周面的第二軸肩側形成有右螺紋的螺旋溝，該右螺紋的螺旋溝以該軸肩間距的25%以上的比例形成。
如申請專利範圍第18項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該外周面中由該右螺紋的螺旋溝的端部至該第一軸肩之間，形成有左螺紋的螺旋溝。
如申請專利範圍第12、14、16或18項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該接合步驟中，係一邊冷卻該金屬板的裝飾面一邊接合。
一種雙表面面板的組裝體，係使用如申請專利範圍第1項所述之旋轉工具單元，將一對雙表面面板摩擦攪拌接合而成，該一對雙表面面板的一者的外板的端部所形成的鉤部與該一對雙表面面板的另一者的外板的端部所形成的鉤部搭合，該一對雙表面面板的一者的內板的端部所形成的端面與該一對雙表面面板的另一者的內板的端部所形成的端面不搭合而直接靠合。
如申請專利範圍第21項所述之雙表面面板的組裝體，其中各該鉤部包括薄材部，由該外板的厚材部延伸出來；以及伸出部，接續該薄材部並朝板厚方向伸出，其中一對的該伸出部彼此搭合。
如申請專利範圍第22項所述之雙表面面板的組裝體，其中該一對雙表面面板的一者的該伸出部的側部形成伸出傾斜面，該一對雙表面面板的另一者的該厚材部形成與該伸出傾斜面做面接觸的厚材傾斜面。
如申請專利範圍第21項所述之雙表面面板的組裝體，其中該支持板插於該外板與該內板之間，若將該支持板至該端面的長度以c(mm)表示，以及將該厚材部的板厚以t(mm)表示，則設定該雙表面面板的尺寸，使其滿足c≦7.0×t+18.5mm。
一種雙表面面板的摩擦攪拌接合方法，使用如申請專利範圍第1項所述的旋轉工具單元，對一對雙表面面板進行摩擦攪拌接合，包括：準備步驟，搭合該一對雙表面面板的一者的外板的端部所形成的鉤部與該一對雙表面面板的另一者的外板的端部所形成的鉤部，且不搭合而直接靠合一對雙表面面板的一者的內板的端部所形成的端面與該一對雙表面面板的另一者的內板的端部所形成的端面；以及接合步驟，對該準備步驟中搭合的搭合部與靠合的靠合部進行摩擦攪拌接合。
如申請專利範圍第25項所述之雙表面面板的摩擦攪拌接合方法，其中該接合步驟中，先接合該搭合部後，再接合該靠合部。