JP3449403B2 - 貫通摩擦攪拌接合用プローブ - Google Patents
貫通摩擦攪拌接合用プローブInfo
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウムやア
ルミニウム合金等の難溶融溶接性金属からなる板材、押
出形材、中空形材、さらにはハニカムパネル等の被接合
部材を貫通摩擦攪拌接合にて接合するのに好適な貫通摩
擦攪拌接合用プローブに関する。
ルミニウム合金等の難溶融溶接性金属からなる板材、押
出形材、中空形材、さらにはハニカムパネル等の被接合
部材を貫通摩擦攪拌接合にて接合するのに好適な貫通摩
擦攪拌接合用プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の摩擦攪拌接合の基本的な技術は、
例えば、ＷＯ９３／１０９３５（ＰＣＴ／ＧＢ９２／０
２２０３）号公報や、特表平９−５０８０７３号公報に
て開示されている。また、特開平１０−５２７７２号公
報には、摩擦攪拌接合を用いたハニカムパネルの製造方
法が開示されている。まず、上記従来の摩擦攪拌接合技
術を、そのプローブの構成の違いによって、第１および
第２の従来例に分け、図５〜図９を参照して以下に説明
する。図５は第１の従来例のプローブに係り、（ａ）は
板材の摩擦攪拌接合中の状態を示す斜視図、（ｂ）は湾
曲した被接合部材を接合している状態を示す一部破断立
面図である。また、図６はこの第１の従来例のプローブ
を用いて中空形材を接合している状態を示し、（ａ）は
被接合部材の被接合部が係合している場合の立面図、
（ｂ）は被接合部材の被接合部が当接している場合の立
面図である。さらに、図７は第１の従来例のプローブに
て、肉厚の厚い被接合部材を上下両方から摩擦攪拌接合
している状態を示す立面図、図８は同じく第１の従来例
のプローブにて、上下両方から摩擦攪拌接合して、ハニ
カムパネルを製作している状態を示す立面図である。図
９は第２の従来例のプローブに係り、（ａ）は板材の貫
通摩擦攪拌接合を行っている状態を示す斜視図、（ｂ）
は（ａ）の矢印で示す接合方向からみた一部破断立面図
で、（ｉ）は肉厚が厚い場合を、（ｉｉ）は肉厚が薄い
場合を示している。
例えば、ＷＯ９３／１０９３５（ＰＣＴ／ＧＢ９２／０
２２０３）号公報や、特表平９−５０８０７３号公報に
て開示されている。また、特開平１０−５２７７２号公
報には、摩擦攪拌接合を用いたハニカムパネルの製造方
法が開示されている。まず、上記従来の摩擦攪拌接合技
術を、そのプローブの構成の違いによって、第１および
第２の従来例に分け、図５〜図９を参照して以下に説明
する。図５は第１の従来例のプローブに係り、（ａ）は
板材の摩擦攪拌接合中の状態を示す斜視図、（ｂ）は湾
曲した被接合部材を接合している状態を示す一部破断立
面図である。また、図６はこの第１の従来例のプローブ
を用いて中空形材を接合している状態を示し、（ａ）は
被接合部材の被接合部が係合している場合の立面図、
（ｂ）は被接合部材の被接合部が当接している場合の立
面図である。さらに、図７は第１の従来例のプローブに
て、肉厚の厚い被接合部材を上下両方から摩擦攪拌接合
している状態を示す立面図、図８は同じく第１の従来例
のプローブにて、上下両方から摩擦攪拌接合して、ハニ
カムパネルを製作している状態を示す立面図である。図
９は第２の従来例のプローブに係り、（ａ）は板材の貫
通摩擦攪拌接合を行っている状態を示す斜視図、（ｂ）
は（ａ）の矢印で示す接合方向からみた一部破断立面図
で、（ｉ）は肉厚が厚い場合を、（ｉｉ）は肉厚が薄い
場合を示している。
【０００３】第１の従来例に係るプローブＰ１０は、図
５のごとく、皿状の凹形底面Ｐ５を先端に形成した回転
軸Ｐ１と、この回転軸Ｐ１の先端から突き出る攪拌ピン
Ｐ２とからなり、このプローブＰ１０の押圧、回転およ
び移動を図示せぬ駆動手段が行う。該駆動手段は、押圧
手段Ｆを含み、プローブＰ１０を回転させるとともに、
被接合部材Ｗを突き合わせた被接合部Ｗ３に、回転する
攪拌ピンＰ２を差し込み、さらに、凹形底面Ｐ５を被接
合部材Ｗの上面に押し付け、前記凹形底面Ｐ５の先端縁
（以後プローブの肩と称する）Ｐ１ｓを被接合部材Ｗの
上面から所定の深さだけ押し込む。
５のごとく、皿状の凹形底面Ｐ５を先端に形成した回転
軸Ｐ１と、この回転軸Ｐ１の先端から突き出る攪拌ピン
Ｐ２とからなり、このプローブＰ１０の押圧、回転およ
び移動を図示せぬ駆動手段が行う。該駆動手段は、押圧
手段Ｆを含み、プローブＰ１０を回転させるとともに、
被接合部材Ｗを突き合わせた被接合部Ｗ３に、回転する
攪拌ピンＰ２を差し込み、さらに、凹形底面Ｐ５を被接
合部材Ｗの上面に押し付け、前記凹形底面Ｐ５の先端縁
（以後プローブの肩と称する）Ｐ１ｓを被接合部材Ｗの
上面から所定の深さだけ押し込む。
【０００４】すると、回転する攪拌ピンＰ２と被接合部
材Ｗとの間、および、凹形底面Ｐ５と被接合部材Ｗとの
間に摩擦熱が生じ、この摩擦熱によって被接合部材Ｗが
可塑化して塑性流動固相Ｗ４が形成され、被接合部Ｗ３
が一体化する。この状態で、プローブＰ１０を被接合部
Ｗ３のつながり（以下、被接合ラインという）Ｌ１に沿
って移動させると、プローブＰ１０が通り過ぎた後で前
記塑性流動固相Ｗ４の温度が低下して非可塑化する。こ
の塑性流動固相Ｗ４の生成及び一体化とその非可塑化を
順次続けていくことによって被接合部材Ｗは接合されて
いく。尚、符号Ｐ３は、回転軸Ｐ１を保持するチャック
部、符号Ｓは、被接合部材Ｗの下面を支持する裏当て部
材である。
材Ｗとの間、および、凹形底面Ｐ５と被接合部材Ｗとの
間に摩擦熱が生じ、この摩擦熱によって被接合部材Ｗが
可塑化して塑性流動固相Ｗ４が形成され、被接合部Ｗ３
が一体化する。この状態で、プローブＰ１０を被接合部
Ｗ３のつながり（以下、被接合ラインという）Ｌ１に沿
って移動させると、プローブＰ１０が通り過ぎた後で前
記塑性流動固相Ｗ４の温度が低下して非可塑化する。こ
の塑性流動固相Ｗ４の生成及び一体化とその非可塑化を
順次続けていくことによって被接合部材Ｗは接合されて
いく。尚、符号Ｐ３は、回転軸Ｐ１を保持するチャック
部、符号Ｓは、被接合部材Ｗの下面を支持する裏当て部
材である。
【０００５】ハニカムパネルを製造する場合は、図８に
示すように、押出加工法により製作した面板５１、コア
ー材５２、縁材５６からなるハニカムパネルは固定台６
０に配置され、左右及び上下方向から固定治具５７によ
って固定される。接合は、該ハニカムパネルの縁材５６
の部分に上下方向から回転軸５４に取り付けられた攪拌
ピン５５を挿入する。該回転軸５４はロボット５８に取
り付けられた駆動手段５９による駆動力で回転しながら
接合方向に移動し、ハニカムパネル同士を固相接合す
る。
示すように、押出加工法により製作した面板５１、コア
ー材５２、縁材５６からなるハニカムパネルは固定台６
０に配置され、左右及び上下方向から固定治具５７によ
って固定される。接合は、該ハニカムパネルの縁材５６
の部分に上下方向から回転軸５４に取り付けられた攪拌
ピン５５を挿入する。該回転軸５４はロボット５８に取
り付けられた駆動手段５９による駆動力で回転しながら
接合方向に移動し、ハニカムパネル同士を固相接合す
る。
【０００６】第２の従来例に係る接合用プローブＰ２０
は、図９のごとく、コーナーに面取り部Ｐ８を設けた平
面の底面Ｐ６を備えた回転軸Ｐ１と、底面Ｐ６の中心か
ら回転軸Ｐ１と同心に突き出た攪拌ピンＰ２と、この攪
拌ピンＰ２の先端に設けられ、コーナーに面取り部Ｐ８
を設けた平面の上面Ｐ７を備えた裏当て部Ｐ４とからな
り、この接合用プローブＰ２０の回転および移動を図示
せぬ駆動手段が行う。なお、この場合前記第１の従来例
の場合に必要であった押圧手段Ｆは不要である。駆動手
段は、接合用プローブＰ２０を回転させるとともに、被
接合部材Ｗの側方から、回転する攪拌ピンＰ２を被接合
部Ｗ３に押し込み、さらに、回転軸Ｐ１の底面Ｐ６と裏
当て部Ｐ４の上面Ｐ７とで被接合部材Ｗを上下から挟み
つける。そして、接合用プローブＰ２０を、被接合ライ
ンＬ１に沿って移動させる。
は、図９のごとく、コーナーに面取り部Ｐ８を設けた平
面の底面Ｐ６を備えた回転軸Ｐ１と、底面Ｐ６の中心か
ら回転軸Ｐ１と同心に突き出た攪拌ピンＰ２と、この攪
拌ピンＰ２の先端に設けられ、コーナーに面取り部Ｐ８
を設けた平面の上面Ｐ７を備えた裏当て部Ｐ４とからな
り、この接合用プローブＰ２０の回転および移動を図示
せぬ駆動手段が行う。なお、この場合前記第１の従来例
の場合に必要であった押圧手段Ｆは不要である。駆動手
段は、接合用プローブＰ２０を回転させるとともに、被
接合部材Ｗの側方から、回転する攪拌ピンＰ２を被接合
部Ｗ３に押し込み、さらに、回転軸Ｐ１の底面Ｐ６と裏
当て部Ｐ４の上面Ｐ７とで被接合部材Ｗを上下から挟み
つける。そして、接合用プローブＰ２０を、被接合ライ
ンＬ１に沿って移動させる。
【０００７】すると、回転する攪拌ピンＰ２と被接合部
材Ｗの間、回転軸Ｐ１の底面Ｐ６と裏当て部Ｐ４の上面
Ｐ７の各々と被接合部材Ｗの間に摩擦熱が生じ、前記第
１の従来例の場合と同様に、塑性流動固相Ｗ４の生成と
その非可塑化・一体化を順次続けていくことによって被
接合部材Ｗは貫通接合されていく。
材Ｗの間、回転軸Ｐ１の底面Ｐ６と裏当て部Ｐ４の上面
Ｐ７の各々と被接合部材Ｗの間に摩擦熱が生じ、前記第
１の従来例の場合と同様に、塑性流動固相Ｗ４の生成と
その非可塑化・一体化を順次続けていくことによって被
接合部材Ｗは貫通接合されていく。
【０００８】なお、図面を用いた具体的な説明はされて
いないが、前記ＷＯ９３／１０９３５（ＰＣＴ／ＧＢ９
２／０２２０３）号公報には、従来例２に係る接合用プ
ローブＰ２０において、被接合部材Ｗの公称板厚に対す
る小さな板厚変動に対応するための一策として、回転軸
Ｐ１の底面Ｐ６と裏当て部Ｐ４の上面Ｐ７との間をスプ
リングの作用により拡縮自在とすることが出来る旨の記
載がある。また、この場合の回転軸Ｐ１の底面Ｐ６と裏
当て部Ｐ４の上面Ｐ７は曲率半径０．１mm以上のオーダ
ーの球面（凸面）状に形成することが、上記底面Ｐ６と
被接合部材Ｗの上面との接触を、上記上面Ｐ７と被接合
部材Ｗの下面との接触を、各々良くするために望ましい
旨の記載がある。
いないが、前記ＷＯ９３／１０９３５（ＰＣＴ／ＧＢ９
２／０２２０３）号公報には、従来例２に係る接合用プ
ローブＰ２０において、被接合部材Ｗの公称板厚に対す
る小さな板厚変動に対応するための一策として、回転軸
Ｐ１の底面Ｐ６と裏当て部Ｐ４の上面Ｐ７との間をスプ
リングの作用により拡縮自在とすることが出来る旨の記
載がある。また、この場合の回転軸Ｐ１の底面Ｐ６と裏
当て部Ｐ４の上面Ｐ７は曲率半径０．１mm以上のオーダ
ーの球面（凸面）状に形成することが、上記底面Ｐ６と
被接合部材Ｗの上面との接触を、上記上面Ｐ７と被接合
部材Ｗの下面との接触を、各々良くするために望ましい
旨の記載がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記第１の従
来例には以下のような問題がある。
来例には以下のような問題がある。
【００１０】（１）被接合部材Ｗの変形や肉厚の変動が
あると、一対の被接合部材Ｗの上面同士及び下面同士に
段差が生じる。この段差のために被接合部材Ｗの一方の
下面と裏当て部材Ｓとの間に、部分的に間隙を生じるこ
とがある。また、一対の被接合部材Ｗの両方の変形によ
りその下面と裏当て部材Ｓとの間に部分的な間隙を生じ
ることもある。この間隙を生じた箇所では、被接合部材
Ｗの下面の冷却が不足し、軟化した被接合部材下面が下
方へ変形し、周囲の母材下面より下方へ膨出した畝状欠
陥が発生することがある。またこのような畝状欠陥の程
度（膨出高さ）がある限度を超えると、被接合部Ｗ３の
上部で、塑性流動固相Ｗ４の量的不足から空洞欠陥や溝
状欠陥が発生する。
あると、一対の被接合部材Ｗの上面同士及び下面同士に
段差が生じる。この段差のために被接合部材Ｗの一方の
下面と裏当て部材Ｓとの間に、部分的に間隙を生じるこ
とがある。また、一対の被接合部材Ｗの両方の変形によ
りその下面と裏当て部材Ｓとの間に部分的な間隙を生じ
ることもある。この間隙を生じた箇所では、被接合部材
Ｗの下面の冷却が不足し、軟化した被接合部材下面が下
方へ変形し、周囲の母材下面より下方へ膨出した畝状欠
陥が発生することがある。またこのような畝状欠陥の程
度（膨出高さ）がある限度を超えると、被接合部Ｗ３の
上部で、塑性流動固相Ｗ４の量的不足から空洞欠陥や溝
状欠陥が発生する。
【００１１】（２）被接合部材Ｗの変形や肉厚の変動が
あると、攪拌ピンＰ２の先端と被接合部材Ｗの下面の相
対的な位置変動が生じ、攪拌ピンＰ２の先端が前記裏当
て部材Ｓの上面と接触して、攪拌ピンＰ２や裏当て部材
Ｓの磨耗粉が被接合部３の下端近傍に混入して欠陥を生
じたり、また、攪拌ピンＰ２の先端と被接合部材Ｗの下
面との間隔が大きくなりすぎると、被接合部Ｗ３の下部
に未接合部が生じ、接合部強度が不足して問題になるこ
ともある。
あると、攪拌ピンＰ２の先端と被接合部材Ｗの下面の相
対的な位置変動が生じ、攪拌ピンＰ２の先端が前記裏当
て部材Ｓの上面と接触して、攪拌ピンＰ２や裏当て部材
Ｓの磨耗粉が被接合部３の下端近傍に混入して欠陥を生
じたり、また、攪拌ピンＰ２の先端と被接合部材Ｗの下
面との間隔が大きくなりすぎると、被接合部Ｗ３の下部
に未接合部が生じ、接合部強度が不足して問題になるこ
ともある。
【００１２】（３）図５（ｂ）に示すように湾曲部材の
接合を行ったり、図６に示すように、中空押出形材の接
合を行う場合は、前記（１）項のような問題点を避けよ
うとすると、これらの被接合部材の下面や内面の形状に
正確にフィットする形状の裏当て部材Ｓをその都度加工
・成形して準備せねばならず、裏当て部材Ｓの製作のた
めにコスト増を招いたり、また裏当て部材Ｓを精度よく
セットするのに、人手と時間がかかる。
接合を行ったり、図６に示すように、中空押出形材の接
合を行う場合は、前記（１）項のような問題点を避けよ
うとすると、これらの被接合部材の下面や内面の形状に
正確にフィットする形状の裏当て部材Ｓをその都度加工
・成形して準備せねばならず、裏当て部材Ｓの製作のた
めにコスト増を招いたり、また裏当て部材Ｓを精度よく
セットするのに、人手と時間がかかる。
【００１３】（４）上記（１）〜（３）項のような不具
合に対処するためには、また所定の厚みを超えた厚肉の
板材の肉厚全体にわたる完全な接合部を得るためには、
図７に示すように上下両方向から、略同時に、又は、２
回に分けて摩擦攪拌接合することも考えられるが、略同
時に行う場合は設備コストが倍増し、２回に分けて行う
場合は、生産性が略１／２に低下する。
合に対処するためには、また所定の厚みを超えた厚肉の
板材の肉厚全体にわたる完全な接合部を得るためには、
図７に示すように上下両方向から、略同時に、又は、２
回に分けて摩擦攪拌接合することも考えられるが、略同
時に行う場合は設備コストが倍増し、２回に分けて行う
場合は、生産性が略１／２に低下する。
【００１４】（５）また、図８に示すように、ハニカム
パネルを接合する場合には、上下に摩擦攪拌接合装置を
配置し、略同時に上下両方から接合するために、やはり
設備コストが略倍増することになる。
パネルを接合する場合には、上下に摩擦攪拌接合装置を
配置し、略同時に上下両方から接合するために、やはり
設備コストが略倍増することになる。
【００１５】また、前記第２の従来例の場合、回転軸Ｐ
１の底面Ｐ６と裏当て部Ｐ４の上面Ｐ７の形状を球面
（凸面）状に形成しており、また、前記第１の従来例の
ように、プローブの肩と裏当て部の肩をそれぞれ被接合
部材Ｗの上面と下面から所定の深さだけ積極的に押し込
むという手段を取っていない。このため、被接合部材Ｗ
の変形や板厚変動により、一対の被接合部材Ｗの上面同
士の間と下面同士の間に段差があった場合には、被接合
部材Ｗの上面と回転軸Ｐ１の底面Ｐ６との間及び被接合
部材Ｗの下面と裏当て部Ｐ４の上面Ｐ７との間から塑性
流動化固相が外へ漏れ出て、接合部の上・下面のバリ欠
陥が発生し易くなるだけでなく、攪拌ピンＰ２が移動し
て生じる空間を完全に埋めるために必要な塑性流動化固
相の量に不足を来し、被接合部Ｗ３の上・下端部、特に
上端部に空洞や溝状欠陥が発生しやすい。また、段差の
ために裏当て部Ｐ４の上面Ｐ７との間に空隙を生じた被
接合部材Ｗの下面の軟化した被接合部材が下方へ膨出し
て畝状欠陥を生じる可能性もある。
１の底面Ｐ６と裏当て部Ｐ４の上面Ｐ７の形状を球面
（凸面）状に形成しており、また、前記第１の従来例の
ように、プローブの肩と裏当て部の肩をそれぞれ被接合
部材Ｗの上面と下面から所定の深さだけ積極的に押し込
むという手段を取っていない。このため、被接合部材Ｗ
の変形や板厚変動により、一対の被接合部材Ｗの上面同
士の間と下面同士の間に段差があった場合には、被接合
部材Ｗの上面と回転軸Ｐ１の底面Ｐ６との間及び被接合
部材Ｗの下面と裏当て部Ｐ４の上面Ｐ７との間から塑性
流動化固相が外へ漏れ出て、接合部の上・下面のバリ欠
陥が発生し易くなるだけでなく、攪拌ピンＰ２が移動し
て生じる空間を完全に埋めるために必要な塑性流動化固
相の量に不足を来し、被接合部Ｗ３の上・下端部、特に
上端部に空洞や溝状欠陥が発生しやすい。また、段差の
ために裏当て部Ｐ４の上面Ｐ７との間に空隙を生じた被
接合部材Ｗの下面の軟化した被接合部材が下方へ膨出し
て畝状欠陥を生じる可能性もある。
【００１６】本発明は、以上の問題を解決し、貫通摩擦
攪拌接合した接合部に空洞状欠陥、溝状欠陥や下面の畝
状欠陥の発生を防止するとともに、小さな板厚変動の範
囲を超えて板厚に違いのある被接合部材を同一のプロー
ブで貫通摩擦攪拌接合することが可能で、厚肉の板材や
ハニカムパネルを１つの摩擦攪拌接合装置のみで、１パ
スで高能率の接合が可能な貫通摩擦攪拌接合用プローブ
の提供を課題とする。
攪拌接合した接合部に空洞状欠陥、溝状欠陥や下面の畝
状欠陥の発生を防止するとともに、小さな板厚変動の範
囲を超えて板厚に違いのある被接合部材を同一のプロー
ブで貫通摩擦攪拌接合することが可能で、厚肉の板材や
ハニカムパネルを１つの摩擦攪拌接合装置のみで、１パ
スで高能率の接合が可能な貫通摩擦攪拌接合用プローブ
の提供を課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、第１の手段として、貫通摩擦攪拌接合
用プローブを、凹面の底面を備えた回転軸と、該回転軸
の底面に同心に取り付けられた攪拌ピンと、該攪拌ピン
を挿通する貫通孔を備え、該攪拌ピンの軸線方向への摺
動移動自在、かつ、該攪拌ピンに対して相対的回転不可
能に取り付けられ、凹面の上面を備えた下面押圧部と、
前記下面押圧部の周面に固着され、前記攪拌ピンと平行
に下方へ延びるガイドバーと、前記攪拌ピンの先端部に
着脱自在に取り付けられ、前記ガイドバーが上下に摺動
可能に係合する係合溝を外周面に備えるストッパ部と、
該ストッパ部と前記下面押圧部との間に配設され、前記
下面押圧部を前記回転軸方向に常時付勢する付勢手段
と、前記回転軸の底面を被接合部材上面に押圧する押圧
手段とを、備えてなるように構成した。
解決するために、第１の手段として、貫通摩擦攪拌接合
用プローブを、凹面の底面を備えた回転軸と、該回転軸
の底面に同心に取り付けられた攪拌ピンと、該攪拌ピン
を挿通する貫通孔を備え、該攪拌ピンの軸線方向への摺
動移動自在、かつ、該攪拌ピンに対して相対的回転不可
能に取り付けられ、凹面の上面を備えた下面押圧部と、
前記下面押圧部の周面に固着され、前記攪拌ピンと平行
に下方へ延びるガイドバーと、前記攪拌ピンの先端部に
着脱自在に取り付けられ、前記ガイドバーが上下に摺動
可能に係合する係合溝を外周面に備えるストッパ部と、
該ストッパ部と前記下面押圧部との間に配設され、前記
下面押圧部を前記回転軸方向に常時付勢する付勢手段
と、前記回転軸の底面を被接合部材上面に押圧する押圧
手段とを、備えてなるように構成した。
【００１８】上記の本発明においては、第２の手段とし
て、前記被接合部材上面を押圧する前記回転軸の押圧力
が、１００〜２０００kgfの範囲で設定され、かつ、前
記付勢手段による付勢力が、前記設定された押圧力の７
５〜１２５％の範囲内に設定されることが望ましい。
て、前記被接合部材上面を押圧する前記回転軸の押圧力
が、１００〜２０００kgfの範囲で設定され、かつ、前
記付勢手段による付勢力が、前記設定された押圧力の７
５〜１２５％の範囲内に設定されることが望ましい。
【００１９】上記の本発明においては、第３の手段とし
て、前記付勢手段による付勢力が、前記被接合部材上面
を押圧する前記回転軸の押圧力と略同一に設定されるこ
とが望ましい。
て、前記付勢手段による付勢力が、前記被接合部材上面
を押圧する前記回転軸の押圧力と略同一に設定されるこ
とが望ましい。
【００２０】上記の本発明においては、第４の手段とし
て、前記攪拌ピンの先端部に取り付けられる前記ストッ
パ部の軸線方向取付け位置が移動・調節可能であること
が望ましい。
て、前記攪拌ピンの先端部に取り付けられる前記ストッ
パ部の軸線方向取付け位置が移動・調節可能であること
が望ましい。
【００２１】上記の本発明においては、第５の手段とし
て、前記付勢手段が配設状態から脱着自在であるように
してもよい。
て、前記付勢手段が配設状態から脱着自在であるように
してもよい。
【００２２】上記の本発明においては、第６の手段とし
て、前記付勢手段がコイルスプリング、筒状体にらせん
形スリットを形成した弾性体、複数枚の皿ばね等の一つ
からなるように構成すればよい。
て、前記付勢手段がコイルスプリング、筒状体にらせん
形スリットを形成した弾性体、複数枚の皿ばね等の一つ
からなるように構成すればよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明に係る貫通摩擦攪拌接合用
プローブの実施の形態を、図面を参照して以下に説明す
る。図１は本発明の第１の実施の形態に係り、（ａ）は
貫通摩擦攪拌接合用プローブの立面図、（ｂ）は貫通摩
擦攪拌接合開始時の状態を示す一部破断立面図、図２は
本発明の第２の実施の形態に係り、（ａ）は貫通摩擦攪
拌接合用プローブの立面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線
矢視断面図、図３（ａ）は前記第２の実施の形態の貫通
摩擦攪拌接合用プローブで肉厚の異なる二対の被接合部
材を各々接合している状態を示す一部破断立面図、
（ｂ）は同じ第２の実施の形態の貫通摩擦攪拌接合用プ
ローブで湾曲した被接合部材を接合している状態を示す
一部破断立面図、図４は、同じ第２の実施の形態の貫通
摩擦攪拌接合用プローブで前記図６で示したものと同じ
中空形材を接合している状態を示し、（ａ）は被接合部
が係合している場合の立面図、（ｂ）は被接合部が当接
している場合の立面図である。
プローブの実施の形態を、図面を参照して以下に説明す
る。図１は本発明の第１の実施の形態に係り、（ａ）は
貫通摩擦攪拌接合用プローブの立面図、（ｂ）は貫通摩
擦攪拌接合開始時の状態を示す一部破断立面図、図２は
本発明の第２の実施の形態に係り、（ａ）は貫通摩擦攪
拌接合用プローブの立面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線
矢視断面図、図３（ａ）は前記第２の実施の形態の貫通
摩擦攪拌接合用プローブで肉厚の異なる二対の被接合部
材を各々接合している状態を示す一部破断立面図、
（ｂ）は同じ第２の実施の形態の貫通摩擦攪拌接合用プ
ローブで湾曲した被接合部材を接合している状態を示す
一部破断立面図、図４は、同じ第２の実施の形態の貫通
摩擦攪拌接合用プローブで前記図６で示したものと同じ
中空形材を接合している状態を示し、（ａ）は被接合部
が係合している場合の立面図、（ｂ）は被接合部が当接
している場合の立面図である。
【００２４】本発明の第１の実施の形態の貫通摩擦攪拌
接合用プローブ１では、図１の如く、回転軸１１の先端
に凹形底面１１ｂを形成しており、この凹形底面１１ｂ
の中央部分に、回転軸１１と同一の軸線となる攪拌ピン
２０を螺合にて取り付けている。この攪拌ピン２０は下
面押圧部１５に形成した貫通孔１５ａを摺動自在に貫通
し、その先端には、ストッパ部１４を固設している。下
面押圧部１５は、短円柱状部材であり、攪拌ピン２０が
貫通する貫通孔１５ａ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１５ｂが形成されて
いる。また、この下面押圧部１５と前記ストッパ部１４
との間には付勢手段であるコイルスプリング１２が配設
されている。つまり、このコイルスプリング１２が、下
面押圧部１５を、常時、被接合部材Ｗの下面側に付勢
し、下面押圧部１５は、攪拌ピン２０の軸線に沿って移
動し、この凹形上面１５ｂが被接合部材Ｗの下面に当接
する。また、コイルスプリング１２の上・下端の各々が
下面押圧部１５の下面とストッパ部１４の上面のそれぞ
れに固着されている。このため、攪拌ピン２０の回転
は、ストッパ部１４とコイルスプリング１２を介して下
面押圧部１５に伝えられ、下面押圧部１５は攪拌ピン２
０の回転に同期して回転する。
接合用プローブ１では、図１の如く、回転軸１１の先端
に凹形底面１１ｂを形成しており、この凹形底面１１ｂ
の中央部分に、回転軸１１と同一の軸線となる攪拌ピン
２０を螺合にて取り付けている。この攪拌ピン２０は下
面押圧部１５に形成した貫通孔１５ａを摺動自在に貫通
し、その先端には、ストッパ部１４を固設している。下
面押圧部１５は、短円柱状部材であり、攪拌ピン２０が
貫通する貫通孔１５ａ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１５ｂが形成されて
いる。また、この下面押圧部１５と前記ストッパ部１４
との間には付勢手段であるコイルスプリング１２が配設
されている。つまり、このコイルスプリング１２が、下
面押圧部１５を、常時、被接合部材Ｗの下面側に付勢
し、下面押圧部１５は、攪拌ピン２０の軸線に沿って移
動し、この凹形上面１５ｂが被接合部材Ｗの下面に当接
する。また、コイルスプリング１２の上・下端の各々が
下面押圧部１５の下面とストッパ部１４の上面のそれぞ
れに固着されている。このため、攪拌ピン２０の回転
は、ストッパ部１４とコイルスプリング１２を介して下
面押圧部１５に伝えられ、下面押圧部１５は攪拌ピン２
０の回転に同期して回転する。
【００２５】本実施の形態における回転軸１１および下
面押圧部１５の外径は１５ｍｍ、攪拌ピン２０の外径は
５ｍｍであり、それぞれ工具鋼等によって製造されてい
る。
面押圧部１５の外径は１５ｍｍ、攪拌ピン２０の外径は
５ｍｍであり、それぞれ工具鋼等によって製造されてい
る。
【００２６】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。本実施の形態では、図２に示すように、攪拌ピ
ン２０の軸線と平行な軸線を有し、かつ、ストッパ部１
４側（図２の下方）へ延びるガイドバー２２，２２の上
端部側面が、下面押圧部１５の周面に固着されている。
したがって、ガイドバー２２，２２は、下面押圧部１５
の移動に伴い、攪拌ピン２０の軸線に平行に移動する。
明する。本実施の形態では、図２に示すように、攪拌ピ
ン２０の軸線と平行な軸線を有し、かつ、ストッパ部１
４側（図２の下方）へ延びるガイドバー２２，２２の上
端部側面が、下面押圧部１５の周面に固着されている。
したがって、ガイドバー２２，２２は、下面押圧部１５
の移動に伴い、攪拌ピン２０の軸線に平行に移動する。
【００２７】一方、攪拌ピン２０の先端に取り付けられ
た円盤状のストッパ部１４は、下面押圧部１５の直径よ
りもやや大きくしてあり、その外周面には、前記ガイド
バー２２，２２の位置に対応した係合溝２３、２３が刻
設され、この係合溝２３、２３内を、ガイドバー２２，
２２が上下に摺動する。つまり、ガイドバー２２，２２
は、常時、この係合溝２３と係合した状態で移動し、そ
の結果、攪拌ピン２０の回転が、下面押圧部１５に伝達
され、両者は同期して回転する。
た円盤状のストッパ部１４は、下面押圧部１５の直径よ
りもやや大きくしてあり、その外周面には、前記ガイド
バー２２，２２の位置に対応した係合溝２３、２３が刻
設され、この係合溝２３、２３内を、ガイドバー２２，
２２が上下に摺動する。つまり、ガイドバー２２，２２
は、常時、この係合溝２３と係合した状態で移動し、そ
の結果、攪拌ピン２０の回転が、下面押圧部１５に伝達
され、両者は同期して回転する。
【００２８】続いて、貫通摩擦攪拌接合に、前記第１の
実施の形態に係る貫通摩擦攪拌接合用プローブ１を使用
した場合の作用を説明する。本実施の形態における貫通
摩擦攪拌接合の対象は、水平な状態で互いに突き合わせ
た二枚の金属板材であり、以下の説明では、この二枚の
金属板材を被接合部材Ｗ、この被接合部材Ｗを突き合わ
せた部分を被接合部Ｗ３、この被接合部Ｗ３のつながり
を被接合ラインＬ１と呼ぶ。
実施の形態に係る貫通摩擦攪拌接合用プローブ１を使用
した場合の作用を説明する。本実施の形態における貫通
摩擦攪拌接合の対象は、水平な状態で互いに突き合わせ
た二枚の金属板材であり、以下の説明では、この二枚の
金属板材を被接合部材Ｗ、この被接合部材Ｗを突き合わ
せた部分を被接合部Ｗ３、この被接合部Ｗ３のつながり
を被接合ラインＬ１と呼ぶ。
【００２９】前記本発明の第１の実施の形態の貫通摩擦
攪拌接合用プローブ１を使用して摩擦攪拌接合する場
合、まず、被接合部材Ｗと同じ材質、厚みの２枚の板片
で、対向する側面に攪拌ピン２０の外径より僅かに大き
な半径の断面形状半円形の溝を設けた一対の分割タブ板
を製作しておく。この一対の分割タブ板で前記回転軸１
１の凹形底面１１ｂと下面押圧部１５の凹形上面１５ｂ
との間に挟まり、攪拌ピン２０を挿通したタブＴａを形
成し、このタブＴａの一側面を、攪拌ピン２０の軸線が
被接合部材Ｗの被接合部３を含む面内に位置するよう
に、被接合部材Ｗの接合開始端面に固定する。ついで、
回転軸１１の凹形底面１１ｂを押圧手段ＦによりタブＴ
ａの上面に押圧しつつ回転させ、プローブの肩１１ｓを
所定の深さだけタブＴａの上部に押し込む。一方押圧手
段Ｆによる押圧力に略一致する付勢力が発生するように
予め選定されたコイルスプリング１２の付勢力により、
前記下面押圧部１５の凹形上面１５ｂをタブＴａの下面
に押しつけ、凹形上面１５ｂの上端縁（以後、下面押圧
部の肩と称する）１５ｓを所定の深さだけタブＴａの下
部に押し込む。
攪拌接合用プローブ１を使用して摩擦攪拌接合する場
合、まず、被接合部材Ｗと同じ材質、厚みの２枚の板片
で、対向する側面に攪拌ピン２０の外径より僅かに大き
な半径の断面形状半円形の溝を設けた一対の分割タブ板
を製作しておく。この一対の分割タブ板で前記回転軸１
１の凹形底面１１ｂと下面押圧部１５の凹形上面１５ｂ
との間に挟まり、攪拌ピン２０を挿通したタブＴａを形
成し、このタブＴａの一側面を、攪拌ピン２０の軸線が
被接合部材Ｗの被接合部３を含む面内に位置するよう
に、被接合部材Ｗの接合開始端面に固定する。ついで、
回転軸１１の凹形底面１１ｂを押圧手段ＦによりタブＴ
ａの上面に押圧しつつ回転させ、プローブの肩１１ｓを
所定の深さだけタブＴａの上部に押し込む。一方押圧手
段Ｆによる押圧力に略一致する付勢力が発生するように
予め選定されたコイルスプリング１２の付勢力により、
前記下面押圧部１５の凹形上面１５ｂをタブＴａの下面
に押しつけ、凹形上面１５ｂの上端縁（以後、下面押圧
部の肩と称する）１５ｓを所定の深さだけタブＴａの下
部に押し込む。
【００３０】その後、回転軸１１および攪拌ピン２０を
回転させつつ、タブ板の中から被接合ラインＬ１の端部
の方へ移動させると、攪拌ピン２０の外周面、回転軸１
１の凹形底面１１ｂ及び下面押圧部１５の凹形上面１５
ｂの各々と被接合部材Ｗとの間の摩擦熱によりタブ板内
の攪拌ピン２０の周辺の一定の領域の材料が可塑化して
塑性流動固層Ｗ４が生成し、回転軸１１および攪拌ピン
２０の移動により温度が低下して前記塑性流動固層の非
可塑化・一体化によりタブＴａ内に接合部が形成され
る。このような塑性流動固層の生成とその非可塑化・一
体化を繰返しながら回転軸１１および攪拌ピン２０がタ
ブＴａ内から被接合部材Ｗの中に移行し、被接合部材Ｗ
の貫通摩擦攪拌接合が始まり、以後被接合ラインＬ１に
沿って接合が継続される。
回転させつつ、タブ板の中から被接合ラインＬ１の端部
の方へ移動させると、攪拌ピン２０の外周面、回転軸１
１の凹形底面１１ｂ及び下面押圧部１５の凹形上面１５
ｂの各々と被接合部材Ｗとの間の摩擦熱によりタブ板内
の攪拌ピン２０の周辺の一定の領域の材料が可塑化して
塑性流動固層Ｗ４が生成し、回転軸１１および攪拌ピン
２０の移動により温度が低下して前記塑性流動固層の非
可塑化・一体化によりタブＴａ内に接合部が形成され
る。このような塑性流動固層の生成とその非可塑化・一
体化を繰返しながら回転軸１１および攪拌ピン２０がタ
ブＴａ内から被接合部材Ｗの中に移行し、被接合部材Ｗ
の貫通摩擦攪拌接合が始まり、以後被接合ラインＬ１に
沿って接合が継続される。
【００３１】ちなみに、本実施の形態における被接合部
材Ｗはアルミ合金（JIS H 4100に規定されたアルミニウ
ム合金押出形材Ａ６０６３−Ｔ５またはＴ６）からな
り、図１（ｂ），図３（ｂ）で示す被接合部材Ｗは厚さ
５ｍｍの板材である。また、図４で示す被接合部材Ｗは
中空形材であり、同図（ａ）では、厚さ２．５ｍｍの突
出部が係合することによって、厚さ５ｍｍの被接合部Ｗ
３を形成しており、同図（ｂ）では、厚さ５ｍｍの突出
部が、互いに当接し合って被接合部Ｗ３を形成する。ま
た、貫通摩擦攪拌接合用プローブ１の移動送り速度は、
０．０５〜２ｍ／ｍｉｎ、回転速度は、５００ｒｐｍ〜
１５０００ｒｐｍの範囲で適宜選択される。なお、被接
合部材Ｗは、前記アルミもしくはアルミ合金に限定され
ず、チタン合金等の他の金属であっても良く、また、板
材に限らず形材であっても良い。
材Ｗはアルミ合金（JIS H 4100に規定されたアルミニウ
ム合金押出形材Ａ６０６３−Ｔ５またはＴ６）からな
り、図１（ｂ），図３（ｂ）で示す被接合部材Ｗは厚さ
５ｍｍの板材である。また、図４で示す被接合部材Ｗは
中空形材であり、同図（ａ）では、厚さ２．５ｍｍの突
出部が係合することによって、厚さ５ｍｍの被接合部Ｗ
３を形成しており、同図（ｂ）では、厚さ５ｍｍの突出
部が、互いに当接し合って被接合部Ｗ３を形成する。ま
た、貫通摩擦攪拌接合用プローブ１の移動送り速度は、
０．０５〜２ｍ／ｍｉｎ、回転速度は、５００ｒｐｍ〜
１５０００ｒｐｍの範囲で適宜選択される。なお、被接
合部材Ｗは、前記アルミもしくはアルミ合金に限定され
ず、チタン合金等の他の金属であっても良く、また、板
材に限らず形材であっても良い。
【００３２】上記本発明の第１、第２の形態に係る貫通
摩擦攪拌接合用プローブ１によれば、図３（ａ）
（ｉ）,(ｉｉ) のごとく、回転軸１１の押圧力とコイル
スプリング１２の付勢力との間の大小関係で決まる一定
の範囲内で肉厚が異なる複数の被接合部Ｗ３の接合に対
しても、同一の貫通摩擦攪拌接合用プローブを適用可能
である。ちなみに、同図（ａ）におけるｄ１とｄ２は被
接合部材Ｗの肉厚を示しており、ｄ１はｄ２より大き
い。さらに、被接合部材Ｗの変形や厚み変動によって、
被接合部材Ｗの上面同士の間と下面同士の間に各々段差
が生じても、上記回転軸１１の凹形底面１１ｂと下面押
圧部１５に形成した凹形上面１５ｂの作用と、前記押圧
力の作用によるプローブの肩１１ｓの被接合部材Ｗの上
部への所定の深さの押し込みと前記付勢力の作用による
下面押圧部の肩１５ｓの被接合部材Ｗの下部への所定の
深さの押し込みとのそれぞれの作用により、接合部上部
における空洞欠陥や溝状欠陥、接合部上面におけるバリ
欠陥や接合部下面における畝状欠陥等の発生が防止され
る。
摩擦攪拌接合用プローブ１によれば、図３（ａ）
（ｉ）,(ｉｉ) のごとく、回転軸１１の押圧力とコイル
スプリング１２の付勢力との間の大小関係で決まる一定
の範囲内で肉厚が異なる複数の被接合部Ｗ３の接合に対
しても、同一の貫通摩擦攪拌接合用プローブを適用可能
である。ちなみに、同図（ａ）におけるｄ１とｄ２は被
接合部材Ｗの肉厚を示しており、ｄ１はｄ２より大き
い。さらに、被接合部材Ｗの変形や厚み変動によって、
被接合部材Ｗの上面同士の間と下面同士の間に各々段差
が生じても、上記回転軸１１の凹形底面１１ｂと下面押
圧部１５に形成した凹形上面１５ｂの作用と、前記押圧
力の作用によるプローブの肩１１ｓの被接合部材Ｗの上
部への所定の深さの押し込みと前記付勢力の作用による
下面押圧部の肩１５ｓの被接合部材Ｗの下部への所定の
深さの押し込みとのそれぞれの作用により、接合部上部
における空洞欠陥や溝状欠陥、接合部上面におけるバリ
欠陥や接合部下面における畝状欠陥等の発生が防止され
る。
【００３３】さらに、本実施の形態によれば、図４
（ａ），（ｂ）のごとく、複数の中空形材をつなぎ合わ
せて一枚の幅広形材を製造する場合にも、被接合部Ｗ３
の下の空間に、図６で示した従来例のように、それぞれ
の空間形状に合った裏当て部材を嵌め込んで支持する必
要が無く、容易に接合できる。
（ａ），（ｂ）のごとく、複数の中空形材をつなぎ合わ
せて一枚の幅広形材を製造する場合にも、被接合部Ｗ３
の下の空間に、図６で示した従来例のように、それぞれ
の空間形状に合った裏当て部材を嵌め込んで支持する必
要が無く、容易に接合できる。
【００３４】また、図示はしないが、肉厚の大きな板材
の貫通接合を行う場合や、ハニカムパネル材の上面部と
下面部の両方を接合する際に、本実施の形態の貫通摩擦
攪拌接合用プローブを用いれば、前記第１の従来例のプ
ローブを用いたときには、前記図７、図８にそれぞれ示
すように、上下両方向から略同時に又は２回に分けて接
合したり、上下両方から略同時に接合するために摩擦攪
拌接合装置を２式必要とするようなことはなく、被接合
部上部の空洞欠陥や溝状欠陥、接合部下面の畝状欠陥等
の発生を防止しつつ、略１／２の装置コストで、２式の
摩擦攪拌接合装置を使用した場合と同じ高能率の摩擦攪
拌接合が可能となる。
の貫通接合を行う場合や、ハニカムパネル材の上面部と
下面部の両方を接合する際に、本実施の形態の貫通摩擦
攪拌接合用プローブを用いれば、前記第１の従来例のプ
ローブを用いたときには、前記図７、図８にそれぞれ示
すように、上下両方向から略同時に又は２回に分けて接
合したり、上下両方から略同時に接合するために摩擦攪
拌接合装置を２式必要とするようなことはなく、被接合
部上部の空洞欠陥や溝状欠陥、接合部下面の畝状欠陥等
の発生を防止しつつ、略１／２の装置コストで、２式の
摩擦攪拌接合装置を使用した場合と同じ高能率の摩擦攪
拌接合が可能となる。
【００３５】以上のように、本発明の上記実施の形態に
係る貫通摩擦攪拌接合用プローブ１は、図３（ｂ）に示
すように、被接合部材Ｗが湾曲していたり、長尺な部材
である場合にも、また、図４に示すように、中空形材を
つなぎ合わせる場合にも、被接合部材Ｗに対応した裏当
て部材を準備する必要が無く、かつ、上下両面から略同
時に摩擦攪拌接合したと同様の作業能率上の効果を得る
ことができ、かつ、欠陥のない良好な接合部を得ること
ができる。
係る貫通摩擦攪拌接合用プローブ１は、図３（ｂ）に示
すように、被接合部材Ｗが湾曲していたり、長尺な部材
である場合にも、また、図４に示すように、中空形材を
つなぎ合わせる場合にも、被接合部材Ｗに対応した裏当
て部材を準備する必要が無く、かつ、上下両面から略同
時に摩擦攪拌接合したと同様の作業能率上の効果を得る
ことができ、かつ、欠陥のない良好な接合部を得ること
ができる。
【００３６】なお、被接合部材Ｗを押さえつける押圧力
は、被接合部材Ｗの材質や厚さまたは形状等によって適
宜選択できる。ちなみに、本実施の形態における被接合
部材Ｗにアルミ合金を使用する場合は、この押圧力は、
１００ｋｇｆ〜２０００ｋｇｆの範囲内で設定されるこ
とが望ましい。
は、被接合部材Ｗの材質や厚さまたは形状等によって適
宜選択できる。ちなみに、本実施の形態における被接合
部材Ｗにアルミ合金を使用する場合は、この押圧力は、
１００ｋｇｆ〜２０００ｋｇｆの範囲内で設定されるこ
とが望ましい。
【００３７】また、前記付勢手段であるコイルスプリン
グ１２の付勢力が、前記押圧力と略同一であれば、被接
合部材Ｗの上・下面の各々へのプローブの肩１１ｓと下
面押圧部の肩１５ｓの各々の所定の押し込み深さがバラ
ンス良く確保される。しかし、前記の押し込み深さに
は、実際には、一定の許容範囲がある。つまり、この付
勢力は、回転軸１１が被接合部材Ｗ上面を押圧するため
に設定される押圧力の、７５％〜１２５％の範囲内に調
整することが望ましい。７５％未満であれば、被接合部
材Ｗの下面に段差があった場合に、この下面における下
面押圧部の肩１５ｓの押し込み量が適正値より浅くな
り、接合部上端近辺に空洞欠陥や溝状欠陥等が生成する
可能性が高くなり、１２５％を超えると、下面における
下面押圧部の肩１５ｓの押し込み量が適正値より過大と
なり下面接合部周辺にバリ欠陥が発生しやすいからであ
る。さらに、前記のとおりこの付勢力を前記押圧力と略
同一とすれば、上記のような欠陥発生を確実に防止でき
て好適である。
グ１２の付勢力が、前記押圧力と略同一であれば、被接
合部材Ｗの上・下面の各々へのプローブの肩１１ｓと下
面押圧部の肩１５ｓの各々の所定の押し込み深さがバラ
ンス良く確保される。しかし、前記の押し込み深さに
は、実際には、一定の許容範囲がある。つまり、この付
勢力は、回転軸１１が被接合部材Ｗ上面を押圧するため
に設定される押圧力の、７５％〜１２５％の範囲内に調
整することが望ましい。７５％未満であれば、被接合部
材Ｗの下面に段差があった場合に、この下面における下
面押圧部の肩１５ｓの押し込み量が適正値より浅くな
り、接合部上端近辺に空洞欠陥や溝状欠陥等が生成する
可能性が高くなり、１２５％を超えると、下面における
下面押圧部の肩１５ｓの押し込み量が適正値より過大と
なり下面接合部周辺にバリ欠陥が発生しやすいからであ
る。さらに、前記のとおりこの付勢力を前記押圧力と略
同一とすれば、上記のような欠陥発生を確実に防止でき
て好適である。
【００３８】本発明の実施の形態として、前記図２に示
すようにストッパ部１４に雌ネジ孔１４ｓｃを、攪拌ピ
ン下部に雄ネジ部２０ｓｃを刻設しておき、ストッパ部
１４を攪拌ピン２０の先端から螺合にて取り付け、スト
ッパ部１４の攪拌ピン２０の軸線に沿った上下方向の位
置を調節可能とし、さらには攪拌ピン２０へ着脱自在と
することもできる。このようにストッパ部１４を移動調
節可能とすれば、下面押圧部１５との間に配設されたコ
イルスプリング１２の圧縮量を調節することにより、付
勢力を前記回転軸１１の被接合部材Ｗの上面への所定の
押圧力に合わせて調節することが可能となって好適であ
る。なお、このストッパ部１４の位置調節のための手段
は、前記螺合による手段に限定されず、例えば、攪拌ピ
ン２０の軸線方向に移動自在なストッパ部１４を、攪拌
ピン２０の下部に上下方向に複数穿設された水平貫通孔
のうちの適切な位置の一つとストッパ部１４を水平に貫
通して抜き差し自在なピンにて固定する構造としてもよ
い。
すようにストッパ部１４に雌ネジ孔１４ｓｃを、攪拌ピ
ン下部に雄ネジ部２０ｓｃを刻設しておき、ストッパ部
１４を攪拌ピン２０の先端から螺合にて取り付け、スト
ッパ部１４の攪拌ピン２０の軸線に沿った上下方向の位
置を調節可能とし、さらには攪拌ピン２０へ着脱自在と
することもできる。このようにストッパ部１４を移動調
節可能とすれば、下面押圧部１５との間に配設されたコ
イルスプリング１２の圧縮量を調節することにより、付
勢力を前記回転軸１１の被接合部材Ｗの上面への所定の
押圧力に合わせて調節することが可能となって好適であ
る。なお、このストッパ部１４の位置調節のための手段
は、前記螺合による手段に限定されず、例えば、攪拌ピ
ン２０の軸線方向に移動自在なストッパ部１４を、攪拌
ピン２０の下部に上下方向に複数穿設された水平貫通孔
のうちの適切な位置の一つとストッパ部１４を水平に貫
通して抜き差し自在なピンにて固定する構造としてもよ
い。
【００３９】また、前記第２の実施の形態に係る摩擦攪
拌接合用プローブ（図２参照）によれば、付勢手段であ
るコイルスプリング１２の上下両端の各々を下面押圧部
１５の下面とストッパ部１４の上面の各々に固着する必
要はなく、着脱自在とすることができる。故に、この場
合には、付勢力の異なる付勢手段を複数用意し、適宜交
換して最適な付勢手段を選択することができる。また、
この付勢手段は、コイルスプリング１２に限定されず、
例えば、円筒状部材の周面にらせん状スリットを形成し
て付勢力を持たせたり、板ばねや皿ばね等を利用するこ
ともできる。
拌接合用プローブ（図２参照）によれば、付勢手段であ
るコイルスプリング１２の上下両端の各々を下面押圧部
１５の下面とストッパ部１４の上面の各々に固着する必
要はなく、着脱自在とすることができる。故に、この場
合には、付勢力の異なる付勢手段を複数用意し、適宜交
換して最適な付勢手段を選択することができる。また、
この付勢手段は、コイルスプリング１２に限定されず、
例えば、円筒状部材の周面にらせん状スリットを形成し
て付勢力を持たせたり、板ばねや皿ばね等を利用するこ
ともできる。
【００４０】以上本発明の実施の形態について説明した
が、本発明はこれらの実施の形態に限られるものでな
く、構成の要旨を逸脱しない範囲内で他の実施の形態を
含むことは論を待たない。
が、本発明はこれらの実施の形態に限られるものでな
く、構成の要旨を逸脱しない範囲内で他の実施の形態を
含むことは論を待たない。
【００４１】
【発明の効果】本発明に係る貫通摩擦攪拌接合用プロー
ブによれば、以下のような優れた効果を奏する。 （１）凹形の上面を備えた下面押圧部が攪拌ピン及び凹
形の底面を備えた回転軸と一体となって被接合ラインに
沿って移動し、かつ、回転軸の凹形の底面と下面押圧部
の凹形の上面が、各々、常時、被接合部材の上面と下面
の各々に、それぞれ所定の押圧力とこれに略バランスし
たスプリングの付勢力によって押しつけられ、プローブ
の肩と下面押圧部の肩のそれぞれが被接合部材の上端部
と下端部の各々に所定の深さだけ押し込まれている。従
って、被接合部材の変形や板厚の変動にともなう、被接
合材の上面同士及び下面同士の段差が多少生じていて
も、接合部上端部の空洞欠陥や溝状欠陥、接合部下面の
下方への膨出による畝状欠陥、接合部上・下面における
バリ欠陥等の発生を効果的に防止でき、接合強度、接合
表面品質の優れた貫通摩擦攪拌接合が可能である。 （２）同一のプローブで、一定の範囲内で厚みの異なる
被接合部材を接合することも可能で、多種類のプローブ
を用意したり、付勢手段の頻繁な交換を必要とすること
もない。 （３）被接合部材の裏面の形状にフィットした裏当て部
材をその都度加工・成形する必要が無く経済的であると
ともに、湾曲した被接合部材や中空形材等も容易に接合
可能となる。 （４）厚肉の板材やハニカムパネルの接合を、従来のよ
うに上下両方から、略同時にまたは２回に分けて接合す
る必要がなく、装置コストを倍増させることなく、高能
率の接合が可能である。
ブによれば、以下のような優れた効果を奏する。 （１）凹形の上面を備えた下面押圧部が攪拌ピン及び凹
形の底面を備えた回転軸と一体となって被接合ラインに
沿って移動し、かつ、回転軸の凹形の底面と下面押圧部
の凹形の上面が、各々、常時、被接合部材の上面と下面
の各々に、それぞれ所定の押圧力とこれに略バランスし
たスプリングの付勢力によって押しつけられ、プローブ
の肩と下面押圧部の肩のそれぞれが被接合部材の上端部
と下端部の各々に所定の深さだけ押し込まれている。従
って、被接合部材の変形や板厚の変動にともなう、被接
合材の上面同士及び下面同士の段差が多少生じていて
も、接合部上端部の空洞欠陥や溝状欠陥、接合部下面の
下方への膨出による畝状欠陥、接合部上・下面における
バリ欠陥等の発生を効果的に防止でき、接合強度、接合
表面品質の優れた貫通摩擦攪拌接合が可能である。 （２）同一のプローブで、一定の範囲内で厚みの異なる
被接合部材を接合することも可能で、多種類のプローブ
を用意したり、付勢手段の頻繁な交換を必要とすること
もない。 （３）被接合部材の裏面の形状にフィットした裏当て部
材をその都度加工・成形する必要が無く経済的であると
ともに、湾曲した被接合部材や中空形材等も容易に接合
可能となる。 （４）厚肉の板材やハニカムパネルの接合を、従来のよ
うに上下両方から、略同時にまたは２回に分けて接合す
る必要がなく、装置コストを倍増させることなく、高能
率の接合が可能である。
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係り、（ａ）は
貫通摩擦攪拌接合用プローブの立面図、（ｂ）は貫通摩
擦攪拌接合開始時の状態を示す一部破断立面図である。
貫通摩擦攪拌接合用プローブの立面図、（ｂ）は貫通摩
擦攪拌接合開始時の状態を示す一部破断立面図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態に係り、（ａ）は
貫通摩擦攪拌接合用プローブの立面図、（ｂ）は（ａ）
のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
貫通摩擦攪拌接合用プローブの立面図、（ｂ）は（ａ）
のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【図３】 （ａ）は本発明の第２の実施の形態の貫通摩
擦攪拌接合用プローブで肉厚の異なる二対の被接合部材
を各々接合している状態を示す一部破断立面図、（ｂ）
は同じ第２の実施の形態の貫通摩擦攪拌接合用プローブ
で湾曲した被接合部材を接合している状態を示す一部破
断立面図である。
擦攪拌接合用プローブで肉厚の異なる二対の被接合部材
を各々接合している状態を示す一部破断立面図、（ｂ）
は同じ第２の実施の形態の貫通摩擦攪拌接合用プローブ
で湾曲した被接合部材を接合している状態を示す一部破
断立面図である。
【図４】 本発明の第２の実施の形態の貫通摩擦攪拌接
合用プローブで中空形材を接合している状態を示し、
（ａ）は被接合部が係合している場合の立面図、（ｂ）
は被接合部が当接している場合の立面図である。
合用プローブで中空形材を接合している状態を示し、
（ａ）は被接合部が係合している場合の立面図、（ｂ）
は被接合部が当接している場合の立面図である。
【図５】 第１の従来例のプローブに係り、（ａ）は板
材の摩擦攪拌接合の状態を示す斜視図であり、（ｂ）は
湾曲した被接合部材を接合している状態の一部破断立面
図である。
材の摩擦攪拌接合の状態を示す斜視図であり、（ｂ）は
湾曲した被接合部材を接合している状態の一部破断立面
図である。
【図６】 第１の従来例のプローブを用いて中空形材を
摩擦攪拌接合している状態を示し、（ａ）は被接合部が
係合している場合の立面図、（ｂ）は被接合部が当接し
ている場合の立面図である。
摩擦攪拌接合している状態を示し、（ａ）は被接合部が
係合している場合の立面図、（ｂ）は被接合部が当接し
ている場合の立面図である。
【図７】 第１の従来例のプローブを用いて厚肉の板材
を上下両方向から摩擦攪拌接合している状態を示す立面
図である。
を上下両方向から摩擦攪拌接合している状態を示す立面
図である。
【図８】 第１の従来例のプローブを用いてハニカムパ
ネルを上下両方向から摩擦攪拌接合している状態を示す
立面図である。
ネルを上下両方向から摩擦攪拌接合している状態を示す
立面図である。
【図９】 第２の従来例のプローブを用いて板材を摩擦
攪拌接合している状態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）
は一部破断立面図である。
攪拌接合している状態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）
は一部破断立面図である。
１：貫通摩擦攪拌接合用プローブ
１１：回転軸
１１ｂ：凹形底面
１１ｓ：プローブの肩
１２：コイルスプリング
１４：ストッパ部
１４ｓｃ：雌ネジ孔
１５：下面押圧部
１５ａ：貫通孔
１５ｂ：凹形上面
１５ｓ：下面押圧部の肩
２０：攪拌ピン
２０ｓｃ：雄ネジ部
２２：ガイドバー
２３：係合溝
Ｗ：被接合部材
Ｗ３：被接合部
Ｗ４：塑性流動固層
Ｌ１：被接合ライン
Ｓ：裏当て部材
Ｆ：押圧手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−71477（ＪＰ，Ａ)
特表 平７−505090（ＪＰ，Ａ)
特表 平９−508073（ＪＰ，Ａ)
米国特許5718366（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 20/12
Claims (6)
- 【請求項１】 凹面の底面を備えた回転軸と、 該回転軸の底面に同心に取り付けられた攪拌ピンと、 該攪拌ピンを挿通する貫通孔を備え、該攪拌ピンの軸線
方向への摺動移動自在、かつ、該攪拌ピンに対して相対
的回転不可能に取り付けられ、凹面の上面を備えた下面
押圧部と、前記下面押圧部の周面に固着され、前記攪拌ピンと平行
に下方へ延びるガイドバーと、 前記攪拌ピンの先端部に着脱自在に取り付けられ、前記
ガイドバーが上下に摺動可能に係合する係合溝を外周面
に備えるストッパ部と、 該ストッパ部と前記下面押圧部との間に配設され、前記
下面押圧部を前記回転軸方向に常時付勢する付勢手段
と、 前記回転軸の底面を被接合部材上面に押圧する押圧手段
とを、 備えてなる貫通摩擦攪拌接合用プローブ。 - 【請求項２】 前記被接合部材上面を押圧する前記回転
軸の押圧力が、１００〜２０００kgfの範囲で設定さ
れ、かつ、前記付勢手段による付勢力が、前記設定され
た押圧力の７５〜１２５％の範囲内に設定される、 請求項１に記載された貫通摩擦攪拌接合用プローブ。 - 【請求項３】 前記付勢手段による付勢力が、前記被接
合部材上面を押圧する前記回転軸の押圧力と略同一に設
定される、 請求項１又は請求項２に記載の貫通摩擦攪拌接合用プロ
ーブ。 - 【請求項４】 前記攪拌ピンの先端部に取り付けられる
前記ストッパ部の軸線方向取付け位置が移動・調節可能
である、 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の貫通摩擦攪
拌接合用プローブ。 - 【請求項５】 前記付勢手段が配設状態から脱着自在で
ある、 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の貫通摩擦攪
拌接合用プローブ。 - 【請求項６】 前記付勢手段がコイルスプリング、筒状
体にらせん形スリットを形成した弾性体、複数枚の皿ば
ねの一つからなる、 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の貫通摩擦攪
拌接合用プローブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20094698A JP3449403B2 (ja) | 1998-07-15 | 1998-07-15 | 貫通摩擦攪拌接合用プローブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20094698A JP3449403B2 (ja) | 1998-07-15 | 1998-07-15 | 貫通摩擦攪拌接合用プローブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000033484A JP2000033484A (ja) | 2000-02-02 |
| JP3449403B2 true JP3449403B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=16432941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20094698A Expired - Fee Related JP3449403B2 (ja) | 1998-07-15 | 1998-07-15 | 貫通摩擦攪拌接合用プローブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3449403B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP3571601B2 (ja) * | 2000-02-21 | 2004-09-29 | 株式会社日立製作所 | 摩擦攪拌接合方法 |
| JP2002239756A (ja) | 2001-02-14 | 2002-08-28 | Nissan Motor Co Ltd | 摩擦撹拌接合方法とその装置 |
| JP4216048B2 (ja) * | 2002-11-11 | 2009-01-28 | 三菱重工業株式会社 | 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 |
| US7448528B2 (en) * | 2003-08-12 | 2008-11-11 | The Boeing Company | Stir forming apparatus and method |
| US7163136B2 (en) | 2003-08-29 | 2007-01-16 | The Boeing Company | Apparatus and method for friction stir welding utilizing a grooved pin |
| JP2006088173A (ja) * | 2004-09-21 | 2006-04-06 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | ダブルスキン形材の摩擦撹拌接合方法 |
| JP4755149B2 (ja) * | 2007-07-10 | 2011-08-24 | 三菱重工業株式会社 | 広幅パネル体の製造方法 |
| CN103167927B (zh) | 2010-11-04 | 2015-10-14 | 株式会社Ihi | 摩擦搅拌接合装置 |
| JP6042624B2 (ja) * | 2012-03-09 | 2016-12-14 | 株式会社特殊金属エクセル | 接合体の製造方法及び製造装置 |
| JP5765821B2 (ja) * | 2012-09-24 | 2015-08-19 | 国立大学法人大阪大学 | 回転ツール |
| JP5863996B2 (ja) * | 2012-12-19 | 2016-02-17 | 三菱重工業株式会社 | 接合材の製造方法、及び接合用治具 |
| CN103223554B (zh) * | 2013-05-06 | 2016-04-13 | 姚雪飞 | 搅拌摩擦焊接装置 |
| JP7019161B2 (ja) * | 2017-03-17 | 2022-02-15 | 国立大学法人大阪大学 | 摩擦攪拌接合用ツール |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5718366A (en) | 1996-05-31 | 1998-02-17 | The Boeing Company | Friction stir welding tool for welding variable thickness workpieces |
-
1998
- 1998-07-15 JP JP20094698A patent/JP3449403B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5718366A (en) | 1996-05-31 | 1998-02-17 | The Boeing Company | Friction stir welding tool for welding variable thickness workpieces |
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