JP4986532B2 - 摩擦撹拌接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、長い線状の接合部を与える摩擦撹拌接合方法に係り、特に、所定の摩擦撹拌点接合操作を利用して、被接合部材を有利に線接合し得る方法に関するものである。

近年、摩擦熱を利用して、被接合部材の重合せ部や突合せ部を固相接合せしめる方法として、特許文献１等に明らかにされている如き、摩擦撹拌接合方法（ Friction Stir Welding ） が、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接等の従来からの溶接方法に比べて、入熱が少なく、また接合部の強度低下や歪みの少ない接合方法として、注目を受けている。そこでは、例えば、接合されるべき被接合部材たる二枚の金属板を、その対向する端部において突き合わせ、或いは重ね合わせ、その突合せ部や重合せ部に対して、高速回転せしめられる回転工具の先端に同心的に設けたプローブを、かかる回転工具と共に、回転させつつ差し込み、そこで発生する摩擦熱によって、その差し込み部位周辺に摩擦撹拌領域を形成して、二枚の金属板の接合を図る一方、かかる突合せ部や重合せ部に沿って回転工具を金属板に対して相対的に移動させることによって、そのような突合せ部や重合せ部を線状の接合部として構成するようになっている。

ところで、そのような摩擦撹拌接合法を用いた従来の線接合手法にあっては、被接合部材の突合せ部や重合せ部の接合方向に沿って、回転工具を移動せしめるに際し、かかる回転工具を被接合部材に沿って横方向に動かすための大きな荷重が必要とされ、そのための装置の剛性が要求されると共に、被接合部材の拘束も強固に行う必要があり、更に、回転工具の移動速度を遅くして、接合速度が遅くなったりすると、接合部位における摩擦熱の発生が大きくなって、そこに熱歪みが惹起される恐れも内在するものであった。

また、かかる摩擦撹拌接合手法においては、回転工具をその進行方向に対して数度後傾させた状態での接合姿勢を、常に保つ必要があるところから、そのような摩擦撹拌接合手法にて、曲線状態の接合を行う場合においては、ロボットのような複数軸の装置が必要となるのであって、このために、装置の複雑化や大型化を招き、高コスト化が避けられないものであった。

さらに、被接合部材の突合せ部や重合せ部における接合領域は、回転工具によって形成される摩擦撹拌領域（摩擦撹拌部）の大きさに依存し、この摩擦撹拌領域の大きさよりも大きな広がり（面）において、接合部を形成することは困難であるところから、大きな接合面積の接合部を形成する場合には、そのような回転工具を大型化して、大きな摩擦撹拌領域が形成せしめられるようにされるのであるが、その場合にあっては、被接合部材が薄肉の金属板のときに、大きな回転工具に必要とされる大きな荷重によって、そのような金属板自体に、破れ等の問題を惹起する恐れもあったのである。

一方、上記した摩擦撹拌接合手法を採用して、複数の金属板部材の重合せ部位を点接合せしめる技術も、検討されており、それによって、従来の抵抗スポット溶接やリベットによる接合よりも、継手品質が良く、良好な接合状態が安定して得られるとして、各種の摩擦撹拌点接合方法（Friction Stir Spot Welding）が、提案されている（特許文献２〜４等参照）。そして、それら摩擦撹拌点接合法は、何れも、基本的には、ロッド形状の工具本体の先端にピン形状の硬質プローブを一体的に設けてなる構造の回転工具を用い、それを高速回転させながら、所定の金属板部材の重合せ部位に差し込み、更に、かかる回転工具の工具本体の先端部にて構成されるショルダ部を重合せ部位に押圧することにより、それらショルダ部やプローブと重合せ部位との間に摩擦熱を発生させて、材料を塑性流動せしめ、かかるプローブの周りに摩擦撹拌領域を形成することによって、そのようなプローブの差し込み部位において、金属板部材の重合せ部位の点接合を行わしめるようにしたものである。

また、そのような摩擦撹拌点接合法の一つとして、本願出願人の一人は、先に、特許文献５において、プローブとショルダ部材とが別体に構成されて、別個に軸方向に移動可能とされた複動式構造の回転工具を用い、接合されるべき金属板部材の重合せ部に対して、それぞれ回転せしめられたプローブとショルダ部材の差し込み（突き出し）と当接によって、かかる重合せ部に摩擦撹拌領域を形成して、それら複数の金属板部材の接合を図った後、プローブを摩擦撹拌領域から引き抜きつつ、ショルダ部材を前進させて、摩擦撹拌領域の表面を押圧することによって、プローブ穴内に周囲の摩擦撹拌領域の材料を流れ込ませて、かかるプローブ穴を埋め、そして、プローブとショルダ部材のショルダ面とが面一となったところで、回転工具を重合せ部から離脱させるようにした手法を提案し、これにより、上記した一体型の回転工具を用いた摩擦撹拌点接合法に内在する、プローブ穴等の問題が有利に解消され得ることを、明らかにした。更に、この特許文献５においては、回転工具のショルダ部材の外側に、外部リングを外挿せしめ、そしてこの外部リングにて、ショルダ部材の外周部に位置する被接合部材を押圧しつつ、摩擦撹拌点接合操作を進行せしめるようにした構成も明らかにされている。

しかしながら、それら提案された各種の摩擦撹拌点接合法は、あくまでも、従来の抵抗スポット溶接やリベットによる接合等の点接合手法に代わるものとして、開発されたものであり、従って、そこで用いられる回転工具にあっても、摩擦撹拌点接合用として用いられているに過ぎないものであって、線接合や面接合への適用については、全く考えられていない。しかも、そのような摩擦撹拌点接合手法を採用して、広い範囲の接合、換言すれば所定範囲の面接合をしようとすると、必然的に、そのような広い範囲に対応した大きな回転工具が必要となるのであり、そして、それにつれて、大きな荷重が必要とされるところから、装置が大型化することに加えて、被接合部材が薄肉の金属板の場合においては、金属板自体の破損の問題が惹起される恐れも内在しているのである。

なお、本発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある。
特許第２７１２８３８号公報 特開２００１−３２１９６７号公報 特開２００１−３１４９８３号公報 特開２００２−１２００７７号公報 特開２００１−２５９８６３号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、摩擦撹拌点接合操作によって被接合部材の重合せ部若しくは突合せ部を有利に線接合することの出来る摩擦撹拌接合方法を提供することにあり、また、他の課題とするところは、大掛かりな装置を必要とすることなく、且つ過大な装置剛性も必要とされることのない、被接合部材の重合せ部若しくは突合せ部の低コストな摩擦撹拌線接合方法を、提供することにもある。

そして、本発明にあっては、そのような課題の解決のために、被接合部材の重合せ部若しくは突合せ部に、軸回りに回転せしめられる回転工具のショルダ部材の先端に同軸的に突出、位置せしめたプローブを、回転させつつ差し込み、摩擦撹拌して、かかる重合せ部若しくは突合せ部を所定長さに亘って線状に固相接合せしめるに際し、前記回転工具として、前記プローブが前記ショルダ部材とは別体に構成されて、別個に軸方向に移動可能とされた複動式回転工具を用い、更に、該ショルダ部材に同軸的に外挿せしめた円筒状のクランプ部材にて、該ショルダ部材の先端面が当接せしめられる前記被接合部材の部位の周りを押圧した状態下において、該プローブを差し込んで、前記重合せ部若しくは突合せ部を摩擦撹拌接合した後、該プローブを、該重合せ部若しくは突合せ部に形成された摩擦撹拌部から引き抜く一方、かかる引抜きによって生じるプローブ穴を、該摩擦撹拌部の他部位からの材料の流動にて埋め込むようにすることによって、一つの点接合操作を完了せしめ、更に、かかるプローブ穴の埋め込みが完了した後、前記プローブを前記ショルダ部材から突き出すことによって、該ショルダ部材及び前記クランプ部材を含む前記回転工具の全体が、前記被接合部材から離脱せしめられるように為し、そして該回転工具が該被接合部材から引き離された状態において、かかる回転工具を、該被接合部材に対して、前記重合せ部若しくは突合せ部の固相接合されるべき所定長さ方向に相対的に移動せしめた後、かかる点接合操作を繰り返し実施することにより、隣接する点接合部位における摩擦撹拌部が重なり合うようにして、該重合せ部若しくは突合せ部に所定長さに亘って、直線的及び／又は曲線的な形態において、又は屈曲した形態において、連続した接合部を形成せしめることを特徴とする摩擦撹拌接合方法を、その基本的構成として採用するものである。

なお、かくの如き本発明に従う摩擦撹拌接合方法の好ましい態様の一つによれば、前記ショルダ部材の外径をＤｓ、前記プローブの外径をＤｐとしたとき、前記隣接する点接合部位をそれぞれ与える前記回転工具の軸心間距離：Ｌが、（３Ｄｓ＋Ｄｐ）／４若しくはそれよりも小さくなるようにして、前記点接合操作が繰り返し実施されることとなる。

さらに、本発明に従う摩擦撹拌接合方法にあっては、有利には、前記複動式回転工具のプローブを前進させて、前記重合せ部若しくは突合せ部に差し込むと共に、前記ショルダ部材を後退させて、該プローブの差込みによって惹起される前記摩擦撹拌部の膨出を吸収せしめる一方、前記プローブの引抜きに際しては、該ショルダ部材を前進させて、該摩擦撹拌部の表面を押圧せしめることにより、該摩擦撹拌部の材料を流動させて、前記プローブ穴が埋め込まれるようにした構成が、採用されるのである。

加えて、本発明にあっては、前記した摩擦撹拌点接合操作に、三軸構造の複動式回転工具を用いることによって必然的に惹起される、摩擦撹拌部から入り込んだ材料による回転工具の各部材間の凝着の問題を、有利に解消せしめるべく、（ａ）ショルダ部材の内周面とプローブの外周面との間の隙間が、先端側において狭小間隙とされている一方、基部側においては、該狭小間隙よりも大なる隙間となる拡大間隙とされている構成、及び／又は（ｂ）クランプ部材の内周面とショルダ部材の外周面との間の隙間が、先端側において狭小間隙とされている一方、基部側においては、該狭小間隙よりも大なる隙間となる拡大間隙とされている構成が、好適に採用され、また、ショルダ部材の前記した拡大間隙の形成部位に、及び／又は、クランプ部材の前記した拡大間隙の形成部位に、筒壁を貫通する排出孔が形成され、前記狭小間隙を通じて入り込んだ被接合部材の材料カスが、該排出孔を通じて外部に排出され得るようにした構成も、好適に採用されることとなる。

また、本発明にあっては、上記した構造の回転工具を用いるに際して、それによる所定の摩擦撹拌点接合操作を実施した後に、プローブとショルダ部材及び／又はショルダ部材とクランプ部材を、繰り返し、軸方向に相対的に抜き差し移動させて、前記摩擦撹拌部から、前記隙間に流入して溜まった、或いは固着した被接合部材の材料カスの排出を、促進せしめるようにした手法も、有利に採用されるのである。

このように、本発明に従う摩擦撹拌接合方法にあっては、プローブと別体・別駆動のショルダ部材に、円筒状のクランプ部材を外挿せしめた三軸構造の複動式回転工具を用い、接合部周辺のバリの発生を抑制しつつ、プローブ穴が残らないようにした摩擦撹拌点接合操作を、繰り返し実施して、少なくとも隣り合う点接合部位において、それぞれの摩擦撹拌部が相互に重なり合うようにすることにより、被接合部材の重合せ部若しくは突合せ部に所定長さ乃至は領域に亘って連続した接合部、換言すれば、線状の接合部を、装置の大型化や、複雑化を回避しつつ、低コストで有利に形成することが可能となったのである。

すなわち、本発明に従う摩擦撹拌接合方法にあっては、本発明に従う点接合操作を、繰り返し、パルス的に実施して、線状の、一体となった接合部を形成するものであるところから、従来の線接合操作の如く、回転工具を横に（水平方向に）動かす必要が全くなく、所定の三軸構造の複動式回転工具を、そのプローブにおいて、被接合部材の重合せ部若しくは突合せ部の真上から軸方向に差し込んで、摩擦撹拌点接合を行うことだけで足り、しかも、そのような点接合操作は、装置の剛性をそれ程必要とするものではなく、また、被接合部材の重合せ部や突合せ部の拘束も、強固に行う必要もないのであり、これによって、装置的にも、また操作上においても、有利に簡略化されることとなり、以て低コストで、歪みの少ない接合部の形成が出来るのである。

また、接合部の形態が、曲線的な或いは屈曲したものであっても、従来の摩擦撹拌線接合操作の如く、回転工具を進行方向に対して傾けた状態において移動させる必要がないところから、装置の多軸機構が必要でなくなり、低コストで、コンパクトな設備を用いた接合が出来る特徴を発揮することとなる。

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

先ず、図１には、本発明に従う摩擦撹拌接合方法において好適に用いられる回転工具の一例が、概略的に示されている。また、図２には、図１に示される回転工具の先端部が、拡大して示されている。それらの図において、回転工具１０は、ロッド状乃至はピン状のプローブ１２と、円筒状のショルダ部材１４と、同じく円筒状のクランプ部材１６とが、プローブ１２を中心にして、その外側に、ショルダ部材１４を外挿し、更にショルダ部材１４の外側に、クランプ部材１６を外挿せしめてなる形態において、同軸的に配置されてなる構造において、構成されている。

具体的には、プローブ１２は、図において下側となる細長な細径丸棒状のプローブ先端部１２ａと、このプローブ先端部１２ａよりも大径の基部側（図において上側）の丸棒状のプローブ基部１２ｂとを、一体形成してなる構造を有しており、回転工具１０の中心に位置するように配置されている。なお、このプローブ１２は、従来と同様に、プローブ基部１２ｂ側に連結される、図示しない回転駆動装置によって、その軸周りに高速回転せしめられ得るようになっていると共に、軸方向に往復移動（突き出し作動及び引き込み作動）が、可能とされている。

また、ショルダ部材１４にあっても、それは、プローブ先端部１２ａよりもやや短い長さにおいて軸方向に延びる、小径薄肉円筒形状のショルダ先端部１４ａと、そのようなショルダ先端部１４ａよりも大径厚肉円筒形状の、基部側に位置するショルダ基部１４ｂとから、一体的に形成されて、プローブ１２に外挿せしめられている。なお、このショルダ部材１４も、プローブ１２と同様に、図示しない回転駆動装置によって、プローブ１２と同期して、或いはプローブ１２とは別個に、軸回りに高速回転せしめられ得るようになっていると共に、プローブ１２とは別個に、軸方向に往復移動（突き出し作動＋引き込み作動）が可能とされている。また、そのようなショルダ先端部１４ａの、被接合部材に当接乃至は押圧せしめられる先端面が、ショルダ面１４ｃとされている。そして、かかるショルダ部材１４のショルダ先端部１４ａの、少なくとも被接合部材に接する部分は、先のプローブ１２におけるプローブ先端部１２ａの、少なくとも被接合部材に接する部分と共に、そのような被接合部材（重合せ部）の材質よりも硬い材質の材料にて形成されており、例えば、被接合部材がアルミ材の場合にあっては、鋼材にて形成されることとなる。

さらに、クランプ部材１６は、バリ押え機能を有するものであって、ショルダ部材１４のショルダ先端部１４ａの長さよりもやや短い長さにおいて、軸方向に延びる小径薄肉円筒状の押圧先端部１６ａと、基部側に位置する大径厚肉円筒状の押圧基部１６ｂとから、一体形成されてなり、位置固定に設けられた保持筒体１８と押圧基部１６ｂとの間に配設された圧縮コイルばね２０によって、クランプ部材１６が、図１に示される状態から軸方向上方に移動せしめられたときに、下方への所定の付勢力が生ぜしめられ得るようになっている。なお、このクランプ部材１６は、先のプローブ１２やショルダ部材１４とは異なり、後述する摩擦撹拌点接合操作中においても、回転させられることはなく、静止状態を保持し得るようになっている。

そして、図１に示される如く、かかるクランプ部材１６の内孔内にショルダ部材１４が挿入配置され、更にショルダ部材１４の内孔内にプローブ１２が挿入位置せしめられることによって、それら三部材（１２，１４，１６）が同軸的に配設されて、相互に独立した形態において、軸方向に移動可能とされた、三軸構造の複動式回転工具（１０）が、構成されているのである。

なお、このような構成の回転工具１０においては、プローブ１２とショルダ部材１４とが、それぞれ別体に構成されて、別個に軸方向に移動可能とされた、複動式構造とされているところから、それらプローブ１２とショルダ部材１４との間、更には、ショルダ部材１４とクランプ部材１６との間には、軸方向への移動や軸周りの回転を許容するために、必然的に、或る程度のクリアランス（間隙）が形成されることとなるのであるが、摩擦撹拌点接合操作中においては、たとえ、そのような間隙が僅かなものであっても、被接合部材の摩擦撹拌部から材料が入り込み、凝着する問題が、惹起されるようになるところから、ここでは、次のような工夫が、加えられている。

すなわち、図２に拡大して示されるように、回転工具１０の先端部に位置する、プローブ１２のプローブ先端部１２ａの外周面と、ショルダ部材１４のショルダ先端部１４ａの内周面との間の隙間が、先端側において狭小間隙２２ａとされている一方、基部側においては、狭小間隙２２ａよりも大なる隙間となる拡大間隙２２ｂとされているのであり、また、ショルダ部材１４のショルダ先端部１４ａの外周面と、クランプ部材１６の押圧先端部１６ａの内周面との間の隙間にあっても、その先端側が、狭小間隙２４ａとされている一方、基部側においては、そのような狭小間隙２４ａよりも大なる隙間となる拡大間隙２４ｂとされているのである。なお、かかるクリアランスの大きな隙間となる２つの拡大間隙２２ｂ及び２４ｂは、ここでは、ショルダ部材１４のショルダ先端部１４ａの内周面及びクランプ部材１６の押圧先端部１６ａの内周面が、それぞれ、先端側より基部側において大径となる段付き面として、形成されていることによって、プローブ１２のプローブ先端部１２ａの外周面との間において、また、ショルダ部材１４のショルダ先端部１４ａの外周面との間において、それぞれ形成されている。

尤も、このようにクランプ部材１６やショルダ部材１４の内周面に段付面を設けることに変えて、ショルダ部材１４の外周面やプローブ１２の外周面に、それぞれ、基部側に低段部（小径部）が形成されるような段付面を形成して、所定の拡大間隙（２２ｂ，２４ｂ）が形成されるようにすることも、勿論、可能である。また、それら拡大間隙（２２ｂ，２４ｂ）は、図１に示される如く、それぞれ、段付構造において基部側に延び、プローブ基部１２ｂとショルダ基部１４ｂとの間及びショルダ基部１４ｂと押圧基部１６ｂとの間においても、それぞれ形成されている。

従って、このような回転工具１０の先端部構造においては、それぞれの狭小間隙２２ａ及び２４ａを通じて、被接合部材に形成される摩擦撹拌部における、塑性流動化された材料が、プローブ先端部１２ａとショルダ先端部１４ａとの間の隙間や、ショルダ先端部１４ａと押圧先端部１６ａとの間の隙間に入り込んでも、基部側に位置する大きなクリアランスの拡大間隙２２ｂ，２４ｂ内にそれぞれ導かれ、そしてそこが、材料カスを収容するポケット部となって、かかる入り込んだ材料が排出された形態となるのである。このため、プローブ先端部１２ａの外周面とショルダ先端部１４ａの内周面とが、入り込んだ材料にて、全周面に亘って固着せしめられることがなく、また、同様に、ショルダ先端部１４ａの外周面と押圧先端部１６ａの内周面との間も、その全面固着が、効果的に回避乃至は抑制され得ることとなり、これによって、プローブ１２やショルダ部材１４の回転作動や往復移動が阻害されるのが、有利に解消乃至は緩和されることとなる。また、それぞれの狭小間隙２２ａ，２４ａにおいて、固着が生じた場合にあっても、それら狭小間隙２２ａ，２４ａの軸方向長さを適宜に選定して、固着領域を制御し得るところから、大きな力を要することなく、プローブ１２やショルダ部材１４を、摩擦撹拌点接合操作中において、回転せしめていることにより、また、プローブ１２とショルダ部材１４の回転速度を相互に異ならしめることにより、それら狭小間隙２２ａや２４ａにおける固着を回避することが可能となるのである。

ここで、それら狭小間隙２２ａ，２４ａは、そのクリアランスの大きさに応じて、流入してきた材料による固着に基づくところのトラブルの発生が回避され得るような軸方向長さにおいて、それぞれ設けられることとなるが、その軸方向長さ：ｘ，ｙとしては、一般に、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは１〜８ｍｍ程度とされることとなる。この軸方向長さ：ｘ，ｙが余りにも短くなると、その形成が困難となるからであり、また、長くなり過ぎた場合にあっては、それら狭小間隙２２ａ，２４ａ内に入り込んだ材料による部材間の固着が惹起されて、作動不良を生じる恐れが高くなるからである。なお、図２において、ショルダ先端部１４ａの外周面と押圧先端部１６ａの内周面との間の狭小間隙２４ａの軸方向長さ：ｙが、押圧先端部１６ａの先端の小径部分の軸方向長さとして規定されているが、これは、摩擦撹拌点接合操作時においては、押圧先端部１６ａの先端面とショルダ先端部１４ａの先端面となるショルダ面１４ｃとが、略面一となるからである。

また、それら狭小間隙２２ａ，２４ａのクリアランスの大きさとしては、摩擦撹拌部において塑性流動する材料の入り込みが抑制され得るように、可及的に小さな隙間とされることが望ましく、一般に、０．０５〜０．５ｍｍ程度、好ましくは０．１〜０．４ｍｍ程度の大きさの隙間とされていることが望ましい。それら狭小間隙２２ａ，２４ａのクリアランスを大きくすると、そこに入り込む材料の量が多くなって、固着等のトラブルを惹起し易くなるからである。

さらに、拡大間隙２２ｂ，２４ｂは、それぞれ、狭小間隙２２ａ、２４ａよりも回転工具１０の基部側において、それら狭小間隙２２ａ，２４ａのクリアランスよりも大きな隙間を与えるように設けられており、これによって、それら狭小間隙２２ａ，２４ａから入り込む材料を収容し、更に、後述するように、外部に排出するためのポケット部としての機能をも奏せしめるようになっているのであるが、これらの機能を有利に実現せしめる上において、そのクリアランスの大きさとして、有利には、径方向において、０．５ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上の大きさとされることとなる。なお、ここでは、狭小間隙２２ａ，２４ａから拡大間隙２２ｂ，２４ｂに至る面、具体的には、図１及び図２から明らかな如く、ショルダ先端部１４ａの内周面及び押圧先端部１６ａの内周面における小径部位から大径部位に移行する面が傾斜面とされて、狭小間隙２２ａ，２４ａ内に入り込んだ材料が、拡大間隙２２ｂ，２４ｂ内にスムーズに導かれ得るようになっているのであり、更に図１に示される如く、ショルダ先端部１４ａからショルダ基部１４ｂに続くテーパ内周面と、押圧先端部１６ａから押圧基部１６ｂに続くテーパ内周面によって、それぞれ、拡大間隙２２ｂ，２４ｂが、回転工具１０の基部側へ大径の間隙として、延長せしめられている。

なお、かくの如き構成の回転工具１０には、また、ショルダ部材１４の拡大間隙２２ｂ形成部位や、クランプ部材１６の拡大間隙２４ｂ形成部位には、その筒璧を貫通する所定大きさの排出孔が、それぞれ形成され、狭小間隙２２ａ，２４ａを通じて入り込んだ摩擦撹拌部の材料によって発生する粉状片からなる材料カスが、そのような排出孔を通じて外部に排出され得るようになっている。なお、ここでは、そのような排出孔として、ショルダ部材１４においては、その大径のショルダ基部１４ｂの筒壁を貫通する排出孔２６が形成されており、また、クランプ部材１６に対しては、その大径の押圧基部１６ｂの筒壁を貫通するように、排出孔２８ａが形成され、更に小径の押圧先端部１６ａにも、拡大間隙２４ｂ形成部位に位置するように、その筒壁を貫通する排出孔２８ｂが、複数形成されているのである。

このように、ショルダ部材１４やクランプ部材１６に排出孔２６；２８ａ，２８ｂが設けられていることによって、それぞれ狭小間隙２２ａ，２４ａを通じて入り込む材料は、非回転状態のクランプ部材１６内において、プローブ１２やショルダ部材１４が高速回転せしめられることにより、粉状片となって、それぞれの拡大間隙２２ｂ，２４ｂ内に導かれて、材料カスとして存在することとなるのであり、そして、この微細な粉状片からなる材料カスが、それぞれの排出孔２６；２８ａ，２８ｂを通じて、外部に排出せしめられることとなるのである。なお、それら排出孔２６；２８ａ，２８ｂの大きさとしては、その機能を有効に奏せしめるべく、一般に、３ｍｍ〜１０ｍｍ程度の直径を有する貫通孔として、形成されることとなる。

そして、このような構成の回転工具１０を用いて、本発明に従う被接合部材に対する摩擦撹拌点接合操作を実施するに際しては、例えば、図３乃至図４に示される如き工程が、有利に採用されるのである。

すなわち、この図３乃至図４に示される工程は、複数の被接合部材の板状部の重合せ部に対する摩擦撹拌点接合操作を示すものであって、それらの図において、裏当て治具３０の上には、摩擦撹拌点接合せしめられる被接合部材の板状部を構成する２枚の金属板３２，３４が、上下方向に重ね合わされた状態で載置され、そして、図示はされていないが、従来と同様にして、位置固定にクランプされているのである。なお、それら２枚の金属板３２，３４は、何れも、摩擦撹拌接合が可能な金属材質のものであって、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、銅、銅合金、鉄若しくはその合金等からなるものであり、また、それら金属板３２，３４には、同材質のものや、異なる材質のものが適宜に選択されることとなる。

そこで、摩擦撹拌点接合操作のスタートに際しては、先ず、図３（ａ）に示されている如く、金属板３２，３４の重合せ部の上方に、回転工具１０の先端部を位置せしめた状態において、プローブ１２（プローブ先端部１２ａ）とショルダ部材１４（ショルダ先端部１４ａ）とを共に高速回転させ、その状態で、回転工具１０の先端部が下降せしめられる。そして、クランプ部材１６（押圧先端部１６ａ）が、その先端面において、上側の金属板３２に当接された後、更に、回転工具１０が下降せしめられると、クランプ部材１６は、圧縮コイルばね２０（図１参照）の付勢力に抗して、プローブ１２及びショルダ部材１４に対して相対的に後退（上昇）し、プローブ１２及びショルダ部材１４の先端面と面一となって［（ｂ）参照］、その高速回転せしめられるプローブ１２及びショルダ部材１４の先端面が重合せ部に接触乃至は押し付けられることにより、金属板３２の側より摩擦発熱せしめられる。更に、その摩擦発熱により、金属板３２が軟化せしめられた状態において、（ｃ）に示される如く、プローブ１２が差し込まれ、そして、このプローブ１２による摩擦発熱作用が加わって、２枚の金属板３２，３４に跨る摩擦撹拌部３６が形成される一方、ショルダ部材１４が後退せしめられて、プローブ１２の差し込み（突出）により余剰となった（膨出する）摩擦撹拌部３６の材料が、かかるショルダ部材１４の後退によって形成される空間にて吸収されるようになっている。このように、ショルダ部材１４の外側にクランプ部材１６を配して、摩擦撹拌部３６の外周部となる金属板３２の表面を押圧しつつ、材料の吸収をショルダ部材１４の後退によって行うことにより、バリの発生がより一層効果的に行われ得るようになっているのである。

次いで、図３（ｃ）の状態から、プローブ１２を後退せしめると、図４（ａ）に示される如く、プローブ１２の抜けた穴、所謂プローブ穴３８が、そのまま摩擦撹拌部３６に残るようになるところから、かかるプローブ１２の後退と同時に、或いはその後退の後に、ショルダ部材１４を前進（下降）させて、ショルダ部材１４の先端面のショルダ面１４ｃにて摩擦撹拌部３６の上面を押圧することにより、プローブ穴３８内に、周囲の摩擦撹拌部３６の材料が流れ込むようにされる。これによって、（ｂ）に示される如く、プローブ穴３８を埋め、それを消滅させた後、（ｃ）の如く、回転工具１０が上方に後退させられることにより、重ね合わされた２枚の金属板３２，３４が、プローブ穴３８の存在しない摩擦撹拌部３６にて与えられる接合部４０により、有効な継手強度をもって、強固に接合せしめられたものとなるのである。

なお、例示の回転工具１０を用いた摩擦撹拌点接合操作は、上例の如き工程に従って実施される他、公知の各種の手法に従って実施され得るものであることは勿論、また、例示の方法の変形例として、図３（ｂ）の工程に代えて、プローブ１２のみを突き出し（ショルダ部材１４は、金属板３２に当接することなく、それとの間に、所定の空間が形成されている）、プローブ１２のみの当接により、摩擦発熱させて、金属板３２を軟化せしめ、その後、図３（ｃ）の如く差し込み、且つショルダ部材１４のショルダ面１４ｃの当接も同時に実施して、摩擦撹拌部３６を形成するようにすることも可能であり、これによって、ショルダ部材１４とクランプ部材１６との間の固着に基づくところのトラブルの発生を、より一層効果的に防止することが可能である。

また、プローブ穴３８の穴埋めが完了した図４（ｂ）に示される状態から、回転工具１０を、図４（ｃ）の如く引き離す際に、図４（ｂ）の状態でプローブ１２を少し突き出す（図において下降させる）ようにすることにより、ショルダ部材１４とワーク（３２，３４）との間の固着や、クランプ部材１６とワーク（３２，３４）との間の固着を上手く剥がしつつ、回転工具１０の全体を効果的に離脱せしめることが出来るところから、そのような手法も、本発明においては、有利に採用されることとなる。

このように、かかる構成の回転工具１０を用いることによって、プローブ１２とショルダ部材１４との間の隙間や、ショルダ部材１４とクランプ部材１６との間の隙間に、材料が入り込んで惹起される問題が、有利に抑制乃至は解消され得るようになっているのであるが、また、そのような摩擦撹拌点接合操作が実施された後、回転工具１０におけるプローブ１２とショルダ部材１４とを、及び／又はショルダ部材１４とクランプ部材１６とを、繰り返し、軸方向に相対的に抜き差し移動（往復移動）させて、前記した摩擦撹拌部３６から、それらの間の隙間に流入して溜まった、或いは固着した材料カスの排出を促進せしめる操作も、好適に採用することが出来る。

ここにおいて、本発明に従う摩擦撹拌接合方法は、上述せる如き三軸構造の複動式回転工具を用いた摩擦撹拌点接合操作を利用して、そのような点接合操作を、被接合部材の重合せ部若しくは突合せ部の接合されるべき所定長さ乃至は領域において、繰り返し実施し、隣接する点接合部位における摩擦撹拌部が重なり合うようにして、かかる重合せ部若しくは突合せ部に、所定長さ乃至は領域に亘って、連続した一体的な接合部を形成せしめることにより、目的とする線接合乃至は面接合が実現されるようにするものである。

具体的には、図５の（ａ）〜（ｃ）に例示される如く、前述せる如き構造の回転工具（１０）を用いた複数回の摩擦撹拌点接合操作を繰り返し実施して、隣接する点接合部位における摩擦撹拌部が相互に重なり合うようにすることによって、直線状乃至は曲線状の接合部が形成されるのである。即ち、図５の（ａ）においては、被接合部材である二枚の金属板５０，５２が、それらの対向する端部において突き合わされ、その突合せ部５４に沿って、９回の点接合操作が、その隣接する点接合部位における摩擦撹拌部５６が相互に重なり合うようにして、順次、繰り返し実施され、かかる突合せ部５４の存在部位において、一体的な直線状の接合部が、形成されるのである。また、（ｂ）においては、被接合部材である二枚の金属板の重合せ部５８に対して、７回の点接合操作が、順次、繰り返し実施され、隣接する点接合部位における摩擦撹拌部５６が相互に重なり合った形態において、曲線的に設けられ、曲線的な形態の一体的な接合部が形成されている。更に、（ｃ）においては、被接合部材である所定の金属部材６０に設けられた矩形の窓部６２に対して、同様な大きさの矩形の蓋部材６４が、嵌合せしめられた状態において、それら金属部材６０と蓋部材６４との嵌合当接部（突合せ部）に沿って、複数回の点接合操作が、順次、繰り返し実施され、以て、矩形形状の連続した接合部を形成することによって、蓋部材６４が、金属部材６０に対して一体的に接合せしめられている。

このように、複数回の点接合操作を、接合されるべき所定長さにおいて、隣接する点接合部位における摩擦撹拌部５６が重なり合うようにして、順次、繰り返し実施することにより、直線的及び／又は曲線的な形態において、又は屈曲した形態において、被接合部材の接合部が形成されるようにすることによって、図６の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、隣接する点接合部位における摩擦撹拌部５６の重なり合いにより、連続した一体的な接合部が形成され、以て、被接合部材（５０，５２；５８；６０，６４）の強固な接合が実現されるのである。

そして、このようにして形成される図６の（ｂ）に示される如き、連続した接合部（５６，５６，・・・）における接合強度は、隣り合う点接合部位における摩擦撹拌部５６，５６の重なりの程度に依存することとなるが、本発明にあっては、そのような接合強度をより一層高めるべく、ショルダ部材１４の外径をＤｓ、プローブ１２の外径をＤｐとしたとき、隣接する点接合部位（５６，５６）を与える回転工具１０の軸心間距離（プローブ１２の軸心間距離）：Ｌが、（３Ｄｓ＋Ｄｐ）／４若しくはそれよりも小さくなるようにして、点接合操作が繰り返し実施されることが望ましく、中でも、Ｌ≦（２Ｄｓ−Ｄｐ）／２、特に、Ｌ≦（Ｄｓ＋Ｄｐ）／２を満足するように、点接合操作が、繰り返し実施されることが望ましく、これによって、より一層強固な連続した接合部を形成することが可能となる。なお、かかる軸心間距離：Ｌが小さくなり過ぎると、接合速度が低下するようになるところから、一般に、その下限としては、（Ｄｓ−Ｄｐ）／２程度、好ましくはＤｓ／２程度が採用されることとなる。

従って、かくして形成される被接合部材の重合せ部若しくは突合せ部における直線的乃至は曲線的な連続した接合部にあっては、それが、前記した三軸構造の複動式回転工具１０を用いた、摩擦撹拌点接合操作の連続打点により実施されるものであるところから、摩擦撹拌部５６の表面に、従来の如きプローブとショルダ部材が一体となった回転工具を用いる線接合操作の場合とは異なり、プローブ穴が形成されるようなことがなく、しかも、クランプ部材１６による摩擦撹拌部５６外周部位の押圧によって、バリの発生も、効果的に抑制せしめられることとなるのである。そして、これにより、摩擦撹拌部５６にて与えられる接合部の表面における凹凸が、効果的に抑制され得ているところから、摩擦撹拌部５６を重ね合わせた形態において、隣接する点接合部位を形成するための摩擦撹拌点接合操作を有利に実施することが出来ることとなるのであり、以て、連続した接合部が、被接合部材の表面と同等の平坦な状態において、健全な接合部として形成されることとなるのであり、また、そのような接合部の上から更に接合部を重ねるような点接合操作を実施しても、接合部が撹拌されるだけで、熱影響は若干増えるものの、目的とする直線的乃至は曲線的な接合は、欠陥なく実現され得ることとなるのである。

そして、本発明において採用される摩擦撹拌点接合は、従来の抵抗スポット溶接のように、分流が生じないところから、他の打点の近く或いは重ね合わせた形態において、接合操作を実施しても、問題なく接合することが出来るのであって、それ故に、そのような摩擦撹拌点接合操作を用いて連続的な接合部を形成せしめることによって、通常の摩擦撹拌線接合による接合操作に比して、更に優れた特徴が発揮されるのである。即ち、通常の摩擦撹拌線接合を採用する場合にあっては、回転工具を横に動かす際に、大きな荷重が必要であり、そのために、装置の剛性が要求されると共に、被接合部材の拘束も強固に行う必要があったのであるが、本発明に従うところの摩擦撹拌点接合操作を、接合方向に沿って重なり合うようにずらしつつ、順次、パルス的に繰り返し実施することにより、装置の剛性をそれほど必要とすることなく、低コストにおいて、熱歪みの少ない連続した接合部の形成が可能となるのである。

また、曲線的な接合を行う場合において、通常の摩擦撹拌線接合操作を採用すると、回転工具を進行方向に対して、数度後傾した状態を常に保つ必要があるところから、ロボットのような複数軸の装置が必要となるのであるが、本発明に従う摩擦撹拌点接合操作の繰り返しの実施によって、連続的な接合部を形成する場合にあっては、そのような摩擦撹拌点接合操作は、回転工具を真上から接合部位に差し込むようにすることとなるところから、装置の多軸機構は何等必要とされることはなく、以て、低コストでコンパクトな設備によって、接合操作が可能となるのである。

ところで、本発明に従う摩擦撹拌接合方法は、被接合部材の重合せ部若しくは突合せ部に、直線的な或いは曲線的な連続した一体的な接合部を形成せしめる場合の他、そのような重合せ部若しくは突合せ部の固相接合されるべき所定領域において、所定の広さ（面積）を持った接合部を形成すべく、摩擦撹拌点接合操作を、それぞれの摩擦撹拌部が重なり合うようにして、順次、繰り返し実施することも可能であり、その一例が、図７に示されている。

すなわち、かかる図７においては、重ね合わされた被接合部材６６の重ね合せ部に対して、６回の摩擦撹拌点接合操作が、相互の摩擦撹拌部５６が重なり合うようにして、同一円周上において、順次、繰り返し実施され、それら６回の点接合操作にて形成される摩擦撹拌部にて、一つの大きな面積の連続した接合部が形成されているのであり、これによって、大きな接合面積をもって、その重ね合わされた被接合部材６６の接合が、実現されているのである。

このように、本発明に従って、点接合操作を何回かに分けて実施して、広い範囲（面積）に亘って、連続した一体的な接合部を形成せしめることにより、大きな回転工具を用いることなく、広く、浅い接合が可能となるのであり、また、そのような大きな回転工具を用いることに基づくところの大きな荷重も必要でなく、装置がコンパクトと為し得るところから、歪みの少ない流麗な面接合部が有利に形成され得るのである。

また、本発明にあっては、被接合部材の肉欠部に対して、補修部材を嵌め込み、それらを一体的に接合せしめるために、点接合操作を繰り返し実施して、線状接合を行うことも可能である。例えば、図８の（ａ）及び（ｂ）において、被接合部材７０の肉欠部（凹所）７２に対して、それと同様な大きさの、補修材料としての嵌込部材７４が、強固に嵌合せしめられた状態において、複数回（ここでは、３回）の摩擦撹拌点接合操作が、それぞれの摩擦撹拌部５６が、互いに重なり合うようにして、直線的に繰り返し実施されることにより、被接合部材７０と嵌込部材７４とが一体となった連続した接合部が形成されているのである。なお、ここでは、接合深さの異なる点接合が実施されており、真ん中の点接合部位では、プローブ（１２）の差し込み深さの深い点接合操作が実施されている一方、嵌込部材７４の左右両側の薄肉部位の接合には、プローブ（１２）の差し込み深さを浅くして、浅い接合部（摩擦撹拌部）が、形成されるようになっている。

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

例えば、本発明に用いられる三軸構造の複動式回転工具としては、例示のものの他、公知の各種のタイプのものが、何れも採用可能であり、また、例示の回転工具１０における拡大間隙２２ｂ，２４ｂの形成にあっても、それらが設けられていなくても、或いはそれらの何れか一方が設けられてなる構造であっても、何等差支えなく、更に、プローブ１２やショルダ部材１４、クランプ部材１６の構造にあっても、公知の各種の構造が適宜に採用され得るものである。

また、回転工具１０におけるクランプ部材１６は、例示の具体例では、圧縮コイルばね２０にて付勢され、被接合部材の重合せ部若しくは突合せ部に所定の押圧力をもって押し付けられ得るようになっているが、これに代えて、適当なねじ機構やシリンダ機構を用いて、クランプ部材１６が、被接合部材の重合せ部若しくは突合せ部に、所定の押圧力をもって押し付けられ得るように構成することも、可能である。

さらに、例示の具体例では、本発明に従って摩擦撹拌線接合／面接合されるべき被接合部材として、板材である金属板３２，３４等を用いた例において、本発明の説明が為されているが、また、そのような被接合部材の形状としては、板材に何等限定されるものではなく、被接合部材の重合せ部や突合せ部が、直線的及び／又は曲線的な形態において、或いは屈曲した形態において、接合されるものであれば、何れの形態の被接合部材に対しても、適用可能である。

更にまた、例示の具体連通溝においては、複数回の点接合操作が順次実施され、線状乃至は面状に連続した接合部が形成されているが、それぞれの点接合部位を順番に設ける必要はなく、所定間隔を隔てて点接合操作を実施し、そしてその後の点接合操作にて、隣接する摩擦撹拌部５６が重なり合うようにして、それぞれの点接合部位を接続するようにすることも可能である。

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

以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を、更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことも、また、理解されるべきである。

＜実施例１＞
先ず、被接合部材として、厚さ：２ｍｍの６０００系アルミニウム板材（６０１６−Ｔ４）の二枚を準備する一方、図１及び図２に示される複動式三軸構造の回転工具１０において、その狭小間隙２２ａ，２４ａの軸方向長さ：ｘ，ｙが、それぞれ５ｍｍとされたものを、準備した。なお、回転工具１０におけるプローブ１２、ショルダ部材１４及びクランプ部材１６は、何れも、鋼製とし、また、クランプ部材１６のサイズを、外径：１６ｍｍ、内径：１０ｍｍの円筒状とする一方、ショルダ部材１４の外径を１０ｍｍとし、更に、プローブの外径を５ｍｍとした。

次いで、それらアルミニウム板材の二枚を重ね合わせ、その重合せ部における下板側に、鋼製の裏当て治具３０を当接せしめた状態において、図３及び図４に示される如くして、摩擦撹拌点接合を行った。具体的には、回転工具１０のクランプ部材１６を、上板側から当接せしめた後、プローブ１２とショルダ部材１４とを、それぞれ高速回転せしめつつ、それらが面一となるように、更に当接せしめ、次いで、プローブ１２を、下板に０．５ｍｍ差し込まれる位置まで差し込んで、摩擦撹拌部３６（５６）を形成する一方、ショルダ部材１４を後退させ、更にその後、プローブ１２を引き抜くときに、ショルダ部材１４を前進させて、摩擦撹拌部３６（５６）を押し込むことにより、プローブ穴３８を埋め込み、それが、接合部４０の表面に残らないようにして、二枚のアルミニウム板材の摩擦撹拌点接合を行った。

その後、かかる摩擦撹拌点接合操作を、図５（ａ）と同様にして、順次、繰り返し実施し、隣接する点接合部位における摩擦撹拌部３６（５６）が、重なり合うようにして、直線的な接合を実施した。なお、そのような摩擦撹拌点接合操作の繰り返しの実施に際しては、回転工具１０の軸心が５ｍｍずつずれるようにして、回転工具１０をアルミニウム板材の重合せ部に当接し、それぞれの摩擦撹拌点接合操作を実施した。

その結果、回転工具１０のクランプ部材１６によって、ショルダ部材１４の外周部に位置するアルミニウム板材の重合せ部に当接させて、押圧することにより、バリの発生が効果的に抑制されたため、形成された直線状の接合部に沿って、バリの存在は、何等、認められず、また、プローブ１２が開けた穴をショルダ部材１４の押し込み作動にて埋めたために、プローブ穴の存在も認められない連続した接合部が形成され、しかも、その接合部は、表面が、０．０５ｍｍ以下の凹凸を示すに過ぎないものであり、裏面は、略平坦で、健全なものであった。また、形成された直線状の接合部に対して直交する方向において、２０ｍｍ幅の試験片を取り出し、継ぎ手の剪断引張試験を行ったところ、１０ｋＮの破断強度を示し、充分な強度の接合部が形成されていることを、認めた。

＜実施例２＞
アルミニウム形材（６０６３−Ｔ５）に、角を丸くした長方形状の穴をドリル加工し、更にその穴の底に水路を設ける一方、かかる穴と同形状の蓋を一体的に取り付けることによって、熱交換器の製作を、試みた。

すなわち、実施例１と同様な複動式の回転工具１０を用い、そのプローブ１２を、前記形材の穴に嵌合せしめた蓋部材の外周部において、形材表面から３ｍｍの深さとなるまで差し込み、実施例１と同様にして、プローブ穴を埋める摩擦撹拌点接合操作を実施し、更にそのような点接合操作を、長方形の穴の周囲に沿って、それぞれの点接合部位における摩擦撹拌部が、２．５ｍｍの重ね代をもって、相互に重なり合うようにして、順次繰り返し実施し、図５（ｃ）に示される如き、平面形態が長方形状の連続した接合部を形成した。

なお、この摩擦撹拌点接合操作の繰り返しの実施において、回転工具１０の作動には、その複動構造以外の軸が必要でなく、型材を乗せたテーブルが移動するだけの装置にて、長方形の蓋部材の周囲の密閉接合が、可能となった。

これに対して、このような蓋部材の取り付けに、従来のプローブとショルダ部材が一体となった一体型の回転工具を用いた、通常の摩擦撹拌線接合操作を採用すると、そのような一体型の回転工具を、常に、進行方向に対して３°傾斜させた状態において、接合操作を進行せしめる必要があるところから、回転工具の支持に、５軸の装置が必要であることが、認められた。

本発明に従う摩擦撹拌接合方法において好適に用いられる回転工具の一例を示す縦断面説明図である。 図１に示される回転工具の先端部を拡大して示す説明図である。 図１に示される回転工具を用いた摩擦撹拌点接合操作の前半の工程を示す工程説明図であって、（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、ぞれぞれ、各工程における一形態を示す説明図である。 図３の工程に続く摩擦撹拌点接合操作の後半の工程を示す説明図であって、（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、その工程の一形態を示す説明図である。 本発明に従う摩擦撹拌接合方法によって形成される、連続した接合部の異なる形態を示す説明図であって、（ａ）は、被接合部材の突合せ部に形成される直線的な接合部を示す斜視説明図であり、（ｂ）は、被接合部材の重ね合せ部に形成される曲線的な接合部を示す平面説明図であり、（ｃ）は、被接合部材に、矩形形状の屈曲した形態の接合部が、連続して形成される形態を示す平面説明図である。 隣接する点接合部位における摩擦撹拌部が重なり合うようにして、摩擦撹拌点接合操作が実施される形態を示す説明図であって、（ａ）は、その重なり合う状態を示す、平面説明図であり、（ｂ）は、（ａ）の重なり状態に対応した断面説明図である。 本発明に従う摩擦撹拌接合方法によって、面形態の接合部が形成された形態を示す平面説明図である。 本発明に従う摩擦撹拌接合方法によって、嵌込部材が被接合部材に一体的に接合せしめられてなる状態を示す説明図であって、（ａ）は、その平面説明図であり、（ｂ）は、その断面説明図である。

符号の説明

１０ 回転工具 １２ プローブ
１２ａ プローブ先端部 １２ｂ プローブ基部
１４ ショルダ部材 １４ａ ショルダ先端部
１４ｂ ショルダ基部 １４ｃ ショルダ面
１６ クランプ部材 １６ａ 押圧先端部
１６ｂ 押圧基部 １８ 保持筒体
２０ 圧縮コイルばね ２２ａ，２４ａ 狭小間隙
２２ｂ，２４ｂ 拡大間隙 ２６；２８ａ，２８ｂ 排出孔
３０ 裏当て治具 ３２，３４ 金属板
３６，５６ 摩擦撹拌部 ３８ プローブ穴
４０ 接合部 ５０，５２ 金属板
５４ 突合せ部 ５８ 重合せ部
６０ 金属部材 ６２ 窓部
６４ 蓋部材 ６６，７０ 被接合部材
７２ 肉欠部 ７４ 嵌込部材

Claims (10)

1. 被接合部材の重合せ部若しくは突合せ部に、軸回りに回転せしめられる回転工具のショルダ部材の先端に同軸的に突出、位置せしめたプローブを、回転させつつ差し込み、摩擦撹拌して、かかる重合せ部若しくは突合せ部を所定長さに亘って線状に固相接合せしめるに際し、
   前記回転工具として、前記プローブが前記ショルダ部材とは別体に構成されて、別個に軸方向に移動可能とされた複動式回転工具を用い、更に、該ショルダ部材に同軸的に外挿せしめた円筒状のクランプ部材にて、該ショルダ部材の先端面が当接せしめられる前記被接合部材の部位の周りを押圧した状態下において、該プローブを差し込んで、前記重合せ部若しくは突合せ部を摩擦撹拌接合した後、該プローブを、該重合せ部若しくは突合せ部に形成された摩擦撹拌部から引き抜く一方、かかる引抜きによって生じるプローブ穴を、該摩擦撹拌部の他部位からの材料の流動にて埋め込むようにすることによって、一つの点接合操作を完了せしめ、更に、かかるプローブ穴の埋め込みが完了した後、前記プローブを前記ショルダ部材から突き出すことによって、該ショルダ部材及び前記クランプ部材を含む前記回転工具の全体が、前記被接合部材から離脱せしめられるように為し、そして該回転工具が該被接合部材から引き離された状態において、かかる回転工具を、該被接合部材に対して、前記重合せ部若しくは突合せ部の固相接合されるべき所定長さ方向に相対的に移動せしめた後、かかる点接合操作を繰り返し実施することにより、隣接する点接合部位における摩擦撹拌部が重なり合うようにして、該重合せ部若しくは突合せ部に所定長さに亘って、直線的及び／又は曲線的な形態において、又は屈曲した形態において、連続した接合部を形成せしめることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
2. 前記ショルダ部材の外径をＤｓ、前記プローブの外径をＤｐとしたとき、前記隣接する点接合部位をそれぞれ与える前記回転工具の軸心間距離：Ｌが、（３Ｄｓ＋Ｄｐ）／４若しくはそれよりも小さくなるようにして、前記点接合操作が繰り返し実施されることを特徴とする請求項１に記載の摩擦撹拌接合方法。
3. 前記複動式回転工具のプローブを前進させて、前記重合せ部若しくは突合せ部に差し込むと共に、前記ショルダ部材を後退させて、該プローブの差込みによって惹起される前記摩擦撹拌部の膨出を吸収せしめる一方、前記プローブの引抜きに際しては、該ショルダ部材を前進させて、該摩擦撹拌部の表面を押圧せしめることにより、該摩擦撹拌部の材料を流動させて、前記プローブ穴が埋め込まれるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摩擦撹拌接合方法。
4. 被接合部材の重合せ部若しくは突合せ部に、軸回りに回転せしめられる回転工具のショルダ部材の先端に同軸的に突出、位置せしめたプローブを、回転させつつ差し込み、摩擦撹拌して、かかる重合せ部若しくは突合せ部を所定長さに亘って線状に固相接合せしめるに際し、
   前記回転工具として、前記プローブが前記ショルダ部材とは別体に構成されて、別個に軸方向に移動可能とされると共に、該ショルダ部材の内周面と該プローブの外周面との間の隙間が、先端側において狭小間隙とされている一方、基部側においては、該狭小間隙よりも大なる隙間となる拡大間隙とされている構成を有する複動式回転工具を用い、更に、該ショルダ部材に同軸的に外挿せしめた円筒状のクランプ部材にて、該ショルダ部材の先端面が当接せしめられる前記被接合部材の部位の周りを押圧した状態下において、該プローブを差し込んで、前記重合せ部若しくは突合せ部を摩擦撹拌接合した後、該プローブを、該重合せ部若しくは突合せ部に形成された摩擦撹拌部から引き抜く一方、かかる引抜きによって生じるプローブ穴を、該摩擦撹拌部の他部位からの材料の流動にて埋め込むようにすることによって、一つの点接合操作を完了せしめ、そして該回転工具が該被接合部材から引き離された状態において、かかる回転工具を、該被接合部材に対して、前記重合せ部若しくは突合せ部の固相接合されるべき所定長さ方向に相対的に移動せしめた後、かかる点接合操作を繰り返し実施することにより、隣接する点接合部位における摩擦撹拌部が重なり合うようにして、該重合せ部若しくは突合せ部に所定長さに亘って、直線的及び／又は曲線的な形態において、又は屈曲した形態において、連続した接合部を形成せしめることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
5. 前記ショルダ部材の前記拡大間隙の形成部位に、筒壁を貫通する排出孔が形成され、前記狭小間隙を通じて入り込んだ被接合部材の材料カスが、該排出孔を通じて外部に排出され得るようになっている請求項４に記載の摩擦撹拌接合方法。
6. 前記点接合操作の実施の後、前記プローブと前記ショルダ部材を、繰り返し、軸方向に相対的に抜き差し移動させて、前記摩擦撹拌部から、前記隙間に流入して溜まった、或いは固着した被接合部材の材料カスの排出を促進せしめるようにした請求項４又は請求項５に記載の摩擦撹拌接合方法。
7. 前記回転工具における前記クランプ部材の内周面と前記ショルダ部材の外周面との間の隙間が、先端側において狭小間隙とされている一方、基部側においては、該狭小間隙よりも大なる隙間となる拡大間隙とされている構成を有している請求項４乃至請求項６の何れか一つに記載の摩擦撹拌接合方法。
8. 被接合部材の重合せ部若しくは突合せ部に、軸回りに回転せしめられる回転工具のショルダ部材の先端に同軸的に突出、位置せしめたプローブを、回転させつつ差し込み、摩擦撹拌して、かかる重合せ部若しくは突合せ部を所定長さに亘って線状に固相接合せしめるに際し、
   前記回転工具として、前記プローブが前記ショルダ部材とは別体に構成されて、別個に軸方向に移動可能とされ、更に該ショルダ部材に同軸的に外挿された円筒状のクランプ部材が、軸方向に独立して移動可能とされてなると共に、該クランプ部材の内周面と該ショルダ部材の外周面との間の隙間が、先端側において狭小間隙とされている一方、基部側においては、該狭小間隙よりも大なる隙間となる拡大間隙とされている構成を有する複動式回転工具を用い、かかるクランプ部材にて、該ショルダ部材の先端面が当接せしめられる前記被接合部材の部位の周りを押圧した状態下において、該プローブを差し込んで、前記重合せ部若しくは突合せ部を摩擦撹拌接合した後、該プローブを、該重合せ部若しくは突合せ部に形成された摩擦撹拌部から引き抜く一方、かかる引抜きによって生じるプローブ穴を、該摩擦撹拌部の他部位からの材料の流動にて埋め込むようにすることによって、一つの点接合操作を完了せしめ、そして該回転工具が該被接合部材から引き離された状態において、かかる回転工具を、該被接合部材に対して、前記重合せ部若しくは突合せ部の固相接合されるべき所定長さ方向に相対的に移動せしめた後、かかる点接合操作を繰り返し実施することにより、隣接する点接合部位における摩擦撹拌部が重なり合うようにして、該重合せ部若しくは突合せ部に所定長さに亘って、直線的及び／又は曲線的な形態において、又は屈曲した形態において、連続した接合部を形成せしめることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
9. 前記クランプ部材の前記拡大間隙の形成部位に、筒壁を貫通する排出孔が形成され、前記狭小間隙を通じて入り込んだ被接合部材の材料カスが、該排出孔を通じて外部に排出され得るようになっている請求項８に記載の摩擦撹拌接合方法。
10. 前記点接合操作の実施の後、前記ショルダ部材と前記クランプ部材を、繰り返し、軸方向に相対的に抜き差し移動させて、前記摩擦撹拌部から、前記隙間に流入して溜まった、或いは固着した被接合部材の材料カスの排出を促進せしめるようにした請求項８又は請求項９に記載の摩擦撹拌接合方法。

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