特許 6540794 摩擦撹拌接合装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6540794

(24)【登録日】2019年6月21日

(45)【発行日】2019年7月10日

(54)【発明の名称】摩擦撹拌接合装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20190628BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 346

【請求項の数】8

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2017-506480(P2017-506480)

(86)(22)【出願日】2016年3月9日

(86)【国際出願番号】JP2016057403

(87)【国際公開番号】WO2016147983

(87)【国際公開日】20160922

【審査請求日】2017年6月19日

(31)【優先権主張番号】特願2015-54606(P2015-54606)

(32)【優先日】2015年3月18日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 浩

(72)【発明者】

【氏名】真崎 邦崇

(72)【発明者】

【氏名】根崎 孝二

(72)【発明者】

【氏名】金山 維史

(72)【発明者】

【氏名】山中 聡

(72)【発明者】

【氏名】田部井 康

【審査官】 竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２０８１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１６６１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１３８０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３４３２５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに接する複数のワークの間の接合部を摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合ツールを備える接合装置本体と、
前記接合装置本体とは別体に形成され、前記接合部の摩擦撹拌接合を行うときに前記ワークを挟持するよう構成される転動体を有するワーククランプユニットと、を備え、
前記複数のワークは、第１のワークと、前記第１のワークの面に対して所定の角度で交わる姿勢で端縁を接して配置される第２のワークとを有し、
前記接合部は、前記第１のワークと前記第２のワークとにより形成される前記第２のワークの両側の角隅部であり、
前記ワーククランプユニットの前記転動体は、前記第２のワークを両側から挟んで保持する一対の第１転動体と、前記第２のワークを前記第１のワークが設けられる側とは反対側の端部において保持する第２転動体とを備える
摩擦撹拌接合装置。

【請求項2】

前記ワーククランプユニットは、前記接合装置本体に近接した近接位置と、前記接合装置本体から離反した退避位置とに移動可能であるよう構成される
請求項１記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項3】

前記ワーククランプユニットは、前記接合部の延びる方向に沿って移動可能であるよう構成される
請求項２記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項4】

前記接合装置本体は、前記摩擦撹拌接合ツールの押圧荷重の反力を受ける第１フレームを備え、
前記ワーククランプユニットは、前記接合装置本体の前記第１フレームとは別の第２フレームを備える
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項5】

前記接合装置本体は、前記摩擦撹拌接合ツールのプローブを回転駆動するよう構成される主軸ユニットと、前記摩擦撹拌接合ツールを前記接合部に向けて押圧するための押圧荷重を付与するよう構成されるツール押圧部とを備え、
前記第１フレームに、前記主軸ユニットが、前記ツール押圧部を介して取り付けられる
請求項４記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項6】

前記第２フレームは、前記摩擦撹拌接合ツールに近接して配置され、
前記第２フレームに前記転動体が取り付けられている
請求項４記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項7】

前記第２フレームは、門形部と、前記門形部の前記接合装置本体を望む面から前記接合装置本体へ向けて突出する突出部とを備え、
前記突出部は、前記第２フレームが前記摩擦撹拌接合ツールに近接して配置されるときに、前記摩擦撹拌接合ツールの上方に配置される、
請求項６記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項8】

前記転動体は、前記接合部の摩擦撹拌接合を行う時に前記接合部を基準として前記摩擦撹拌接合ツールを相対的に移動させる方向であるツール相対移動方向において、摩擦撹拌接合を行う個所よりも前側となる位置、及び、前記ツール相対移動方向において、摩擦撹拌接合を行う個所と同じ位置に備えられる
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の摩擦撹拌接合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ワーク間の接合部の摩擦撹拌接合に用いられる摩擦撹拌接合装置に関する。
本願は、２０１５年３月１８日に日本に出願された特願２０１５−０５４６０６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

摩擦撹拌接合装置に用いられる摩擦撹拌接合ツール（摩擦撹拌接合用工具）としては、プローブと一体に回転する回転式ショルダを備えた形式と、回転するプローブと非回転の固定式ショルダとを備えた形式が知られている。

【0003】

固定式ショルダを備える摩擦撹拌接合ツールとしては、接合すべきワーク同士の角隅部（内隅部）を摩擦撹拌接合するために、固定式ショルダは角隅部を形成する両ワーク表面に当接する面を備える形状が知られている。

【0004】

前記のような角隅部接合用の摩擦撹拌接合ツールを用いる摩擦撹拌接合装置としては、水平な第１のワーク（水平部材）と、その上に立設される第２のワーク（立設部材）との突き合わせによって形成された２つの角隅部を、一対の摩擦撹拌接合ツールを用いて、立設される第２のワークの両側から摩擦撹拌接合する装置が、従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

【0005】

この摩擦撹拌接合装置は、ワークを跨ぐように配置された門形のフレーム（門柱）を備える。フレームに設けられた押圧機構により、立設される第２のワークを上方から押圧して水平な第１のワークに対して押し付けることで、第２のワークが第１のワーク上に立設する接合姿勢を保持する。この状態で、フレームに設けられた別の押圧機構により、一対の摩擦撹拌接合ツールをワーク間の角隅部にそれぞれ押圧して、角隅部の摩擦撹拌接合を行う。

【0006】

固定式ショルダを備えた摩擦撹拌接合ツールによる角隅部の摩擦撹拌接合を行う際に、フィラーを加えて、接合後の角隅部に湾曲面（肉盛りによるフィレット）を形成させるようにしたＡｄＳｔｉｒと云われる手法も、従来提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】日本国特開２０１３−１６６１５９号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】福田哲夫，角張隆男、「ＴＷＩの最新ＦＳＷプロセス開発状況とパテント情報」、溶接技術、産報出版株式会社、２０１１年６月、５９巻、６号、ｐ．５７−６０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１に示された摩擦撹拌接合装置では、摩擦撹拌接合を行う際、摩擦撹拌接合ツールを角隅部に押圧すると、その押圧荷重の反力がフレームに入力される。

【0010】

この際、姿勢保持用の押圧機構によって保持されている立設される第２のワークの接合姿勢の精度が、摩擦撹拌接合ツールの押圧荷重の反力の影響を受ける。

【0011】

非特許文献１には、摩擦撹拌接合時に接合対象となる角隅部を形成したワークの接合姿勢を保持する手段は、特に示されていない。

【0012】

本開示は、接合すべきワーク同士の接合姿勢を、摩擦撹拌接合ツールの押圧荷重の反力の影響を受けない状態で保持しながら、ワーク間の接合部を摩擦撹拌接合することができる摩擦撹拌接合装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本開示の一態様の摩擦撹拌接合装置は、互いに接する複数のワークの間の接合部を摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合ツールを備える接合装置本体と、前記接合装置本体とは別体に形成され、前記接合部の摩擦撹拌接合を行うときに前記ワークを保持するよう構成される転動体を有するワーククランプユニットとを備える。

【発明の効果】

【0014】

本開示の摩擦撹拌接合装置によれば、接合すべきワーク同士の接合姿勢を、摩擦撹拌接合ツールの押圧荷重の反力の影響を受けない状態で保持しながら、ワーク間の接合部を摩擦撹拌接合することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態の摩擦撹拌接合装置の概略側面図である。

【図2】第１実施形態の摩擦撹拌接合装置の概略平面図である。

【図3】図１のＡ−Ａ方向矢視図である。

【図4A】第１実施形態の摩擦撹拌接合装置の摩擦撹拌接合ツールの部分を拡大して示す平面図である。

【図4B】図４ＡのＢ−Ｂ方向矢視図である。

【図5】第１実施形態の摩擦撹拌接合装置の接合装置本体を摩擦撹拌接合時にワークが移動する方向に沿って見た拡大図である。

【図6】第１実施形態の摩擦撹拌接合装置のワーククランプユニットを拡大して示す側面図である。

【図7】図６のＣ−Ｃ方向矢視図である。

【図8A】第１実施形態の摩擦撹拌接合装置のワーク保持部のワークテーブルを拡大して示す平面図である。

【図8B】第１実施形態の摩擦撹拌接合装置のワーク保持部のワークテーブルを拡大して示す側面図である。

【図9】第１実施形態の摩擦撹拌接合装置のテーブルの移動経路を示す概略平面図である。

【図10】図５の接合装置本体のツール押圧部における軸直交方向移動ユニットを示す一部切断図である。

【図11】図１０のＤ−Ｄ方向矢視図である。

【図12】図５の接合装置本体のツール押圧部における軸方向移動ユニットを示す一部切断図である。

【図13】図１２のＥ−Ｅ方向矢視図である。

【図14】第２実施形態の摩擦撹拌接合装置のワーククランプユニットを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本開示の摩擦撹拌接合装置について、図面を参照して説明する。

【0017】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の摩擦撹拌接合装置を示す概略側面図である。図２は図１の概略平面図、図３は図１のＡ−Ａ方向矢視図である。図４Ａは、摩擦撹拌接合ツールの部分を拡大して示す平面図であり、図４Ｂは図４ＡのＢ−Ｂ方向矢視図である。図５は第１実施形態における接合装置本体を摩擦撹拌接合時にワークが移動する方向に沿って見た拡大図である。図６は第１実施形態におけるワーククランプユニットを拡大して示す側面図である。図７は図６のＣ−Ｃ方向矢視図である。図８Ａは、第１実施形態におけるワークテーブルを拡大して示す平面図であり、図８Ｂは、ワークテーブルを拡大して示す側面図である。図９は第１実施形態におけるテーブル移動経路を示す概略平面図である。図１０は接合装置本体のツール押圧部における軸直交方向移動ユニットを示す一部切断図である。図１１は図１０のＤ−Ｄ方向矢視図である。図１２は接合装置本体のツール押圧部における軸方向移動ユニットを示す一部切断図である。図１３は図１２のＥ−Ｅ方向矢視図である。

【0018】

本実施形態の摩擦撹拌接合装置は、図４Ｂに示すように、第１のワークＷ１と、第１のワークＷ１の面Ｐ１に対し所定の角度で交差する姿勢で端縁が突き合わされた第２のワークＷ２とにより形成される２つの角隅部（内隅部）ｃ１，ｃ２を、摩擦撹拌接合の対象とする。本実施形態では、一例として、第１のワークＷ１の面Ｐ１が水平に配置され、第２のワークＷ２が鉛直な姿勢で第１のワークＷ１の面Ｐ１に対して上方から突き合わされている場合について説明する。

【0019】

なお、説明の便宜上、角隅部ｃ１，ｃ２の延びる方向をｘ軸方向、ｘ軸方向に垂直な平面内で第１のワークＷ１の面Ｐ１に平行な方向をｙ軸方向、ｘ軸方向及びｙ軸方向の双方に直交する方向をｚ軸方向とする３次元直交座標系を設定する。本実施形態では、第１のワークＷ１の面Ｐ１に沿うｘｙ平面が水平面となるので、ｚ軸方向が鉛直方向となり、第２のワークＷ２は鉛直面であるｘｚ平面に沿って配置されている。

【0020】

本開示では、ｘｙ平面は、ｘ軸方向とｙ軸方向に沿う平面を示し、ｘｚ平面は、ｘ軸方向とｚ軸方向に沿う平面を示し、ｙｚ平面は、ｙ軸方向とｚ軸方向に沿う平面を示す。ｘｙ平面、ｘｚ平面、およびｙｚ平面は、位置が特定された平面を意味しない。

【0021】

本実施形態の摩擦撹拌接合装置は、図１から図３に示すように、架台８の表面に定置された接合装置本体５と、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２とを前述した接合姿勢で配置するワークテーブル１０と、架台８の表面でのワークテーブル１０のｘ軸方向の移動をガイドするテーブル移動経路１１（図７参照）と、ワークテーブル１０の移動機構１２とを備える。更に、本実施形態の摩擦撹拌接合装置は、接合装置本体５とは別体に形成されるワーククランプユニット９を備える。

【0022】

本実施形態の摩擦撹拌接合装置は、図１から図３に示すように、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを備えた接合装置本体５が架台８に設置され、接合装置本体５に対し、ワークＷ１，Ｗ２を図１、図２に矢印ｗで示すようにｘ軸方向に沿う一方向に移動させる。摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂは、ワークＷ１，Ｗ２の移動に伴って、角隅部ｃ１，ｃ２に対して相対的に移動して摩擦撹拌接合を行う。ワーククランプユニット９は、接合装置本体５よりもツール相対移動方向ｔの前側（図１、図２では左側）に配置されている。ツール相対移動方向ｔとは、摩擦撹拌接合を行う際に、角隅部ｃ１，ｃ２を基準として、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂ及び接合装置本体５が相対的に移動する方向である。本実施形態では、図１、図２に示すように、ツール相対移動方向ｔは、ワークＷ１，Ｗ２の実際の移動方向（矢印ｗで示す方向）とは逆向きとなる。

【0023】

本実施形態の接合装置本体５は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、２つの角隅部ｃ１，ｃ２のうち、第２のワークＷ２の一方の側面Ｐ２ａ側の角隅部ｃ１の接合に用いる第１の摩擦撹拌接合ツール１ａと、他方の側面Ｐ２ｂ側の角隅部ｃ２の接合に用いる第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂとを有している。

【0024】

第１の摩擦撹拌接合ツール１ａは、回転駆動可能なプローブ２ａと、プローブ２ａの基端側の外周に配置された固定式ショルダ３ａとを備える。プローブ２ａは、プローブ２ａの軸心方向がｙｚ平面内で角隅部ｃ１の角度の二等分線に平行となるように配置されることが好ましい。本実施形態では、角隅部ｃ１が直角であるため、プローブ２ａの軸心方向は、ｙｚ平面内で第２のワークＷ２に沿うｚ軸方向（鉛直方向）から一方の側面Ｐ２ａ側へ４５度傾斜させた斜め下向きの角度をなすように配置されている。固定式ショルダ３ａは、プローブ２ａの先端寄りに配置される端部が、角隅部ｃ１を形成させる第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の側面Ｐ２ａとにそれぞれ接触する２つのワーク接触面４ａを備える山形（Ｖ字形状）である。

【0025】

第１の摩擦撹拌接合ツール１ａは、図５に示すように、接合装置本体５にて、プローブ２ａを回転駆動する回転駆動部７ａを備えた第１の主軸ユニット６ａの先端側に取り付けられた状態で使用される。

【0026】

第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂは、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、回転駆動可能なプローブ２ｂと、プローブ２ｂの基端側の外周に配置された固定式ショルダ３ｂとを備える。プローブ２ｂは、プローブ２ｂの軸心方向がｙｚ平面内で角隅部ｃ２の角度の二等分線に平行となるように配置されることが好ましい。本実施形態では、角隅部ｃ２が直角であるため、プローブ２ｂの軸心方向は、ｙｚ平面内で第２のワークＷ２に沿うｚ軸方向（鉛直方向）から他方の側面Ｐ２ｂ側へ４５度傾斜させた斜め下向きの角度をなすように配置されている。固定式ショルダ３ｂは、プローブ２ｂの先端寄りに配置される端部が、角隅部ｃ２を形成させる第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の側面Ｐ２ｂとにそれぞれ接触する２つのワーク接触面４ｂを備える山形（Ｖ字形状）である。

【0027】

第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂは、図５に示すように、接合装置本体５にて、プローブ２ｂを回転駆動する回転駆動部７ｂを備えた第２の主軸ユニット６ｂの先端側に取り付けられた状態で使用される。

【0028】

本実施形態では、図４Ａに示したように、第１の摩擦撹拌接合ツール１ａと第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂにおいては、固定式ショルダ３ａ，３ｂ同士、及び、プローブ２ａ，２ｂ同士が第２のワークＷ２を挟んでｘ軸方向の同位置に配置される。このため、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを装着した主軸ユニット６ａ，６ｂは、図５に示すように、一つのｙｚ平面に沿ってＶ字状に配置される。

【0029】

第１の摩擦撹拌接合ツール１ａと第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂにおいては、図４Ｂに示すように、第２のワークＷ２の両面側で角隅部ｃ１と角隅部ｃ２の摩擦撹拌接合を同時に行うときに、角隅部ｃ１，ｃ２に没入させるプローブ２ａ，２ｂ同士、更には、プローブ２ａ，２ｂによる角隅部ｃ１，ｃ２の撹拌領域ｓ１，ｓ２同士に干渉が生じないように、プローブ２ａ，２ｂの固定式ショルダ３ａ，３ｂからの突出量が設定されている。

【0030】

これにより、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂによる第１のワークＷ１と第２のワークＷ２とで形成される角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合が、プローブ２ａによる撹拌領域ｓ１と、プローブ２ｂによる撹拌領域ｓ２とが互いに干渉しない部分撹拌接合として行われる。このため、接合後の第１のワークＷ１と第２のワークＷ２において、撹拌領域ｓ１での撹拌によって接合された部分と、撹拌領域ｓ２での撹拌によって接合された部分との間に、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２とが当接する当接面が一部残っている。

【0031】

摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを上述のように配置することにより、第１の摩擦撹拌接合ツール１ａに対し角隅部ｃ１に向けた押圧荷重を作用させる位置と、第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂに対し角隅部ｃ２に向けた押圧荷重を作用させる位置が、ｘ軸方向において一致する。すなわち、第１の摩擦撹拌接合ツール１ａに対し角隅部ｃ１に向けた押圧荷重を作用させる位置と、第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂに対し角隅部ｃ２に向けた押圧荷重を作用させる位置が、第２のワークＷ２を間に挟んで同一のｙｚ平面内に位置している。このため、押圧荷重に起因して、ワークＷ１，Ｗ２や、後述するワークテーブル１０にｘｙ平面内で回転モーメントが生じることが防止される。

【0032】

接合装置本体５は、図５に示すように、テーブル移動経路１１（図９参照）をｙ軸方向に沿って跨ぐように配置された門形のフレーム１３を備えている。

【0033】

フレーム１３のｙ軸方向の一端側には、第１の主軸ユニット６ａが、第１のツール押圧部１４を介して取り付けられている。フレーム１３のｙ軸方向の他端側には、第２の主軸ユニット６ｂが第２のツール押圧部１５を介して取り付けられている。ツール押圧部１４，１５は、それぞれ、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂのｙｚ平面内での位置の調整と、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを角隅部ｃ１，ｃ２に向けて押圧するための押圧荷重の付与を行う。ツール押圧部１４，１５の具体的な構成については後述する。

【0034】

図６、図７に、ワーククランプユニット９が示される。ワーククランプユニット９は、図１、図２に示したように、架台８の表面において、接合装置本体５よりもツール相対移動方向ｔの前側（図１、図２では左側）に設けられる。ワーククランプユニット９は、接合装置本体５とは別体であるフレーム１６を備える。

【0035】

フレーム１６は、図６、図７に示すように、テーブル移動経路１１（図９参照）をｙ軸方向に沿って跨ぐように配置された門形部１７と、門形部１７の接合装置本体５に臨む面側に設けられる突出部１８とを備える。突出部１８は、図２に示すように、第１の主軸ユニット６ａと第２の主軸ユニット６ｂとの間に形成された空間内に配置可能な形状を有している。

【0036】

架台８のｙ軸方向の両端部には、ｘ軸方向に沿って延びる一対のガイドレール１９が設けられる。フレーム１６の門形部１７のｙ軸方向の両端側は、それぞれ、一対のガイドレール１９にガイドブロック２０を介してスライド可能に支持されている。これにより、フレーム１６は、図２に実線で示したように突出部１８が第１の主軸ユニット６ａと第２の主軸ユニット６ｂとの間の空間内に配置されて摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂに近接した状態となる近接位置と、図２に二点鎖線で示すように突出部１８が第１の主軸ユニット６ａ及び第２の主軸ユニット６ｂから離れた状態になる退避位置との間で、ガイドレール１９に沿って移動可能となっている。なお、フレーム１６が近接位置に配置される場合、図２に実線で示すように、突出部１８は摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの上方に配置される。

【0037】

図６に示すように、門形部１７のｙ軸方向の両端側には、フレーム１６をガイドレール１９上で解除可能に位置固定するためのフレーム固定部２１が設けられる。これにより、フレーム１６を、図２に実線で示した近接位置など任意の位置で固定することができる。なお、少なくとも図２に実線で示した近接位置でフレーム１６を固定することができれば、その他の個所では固定されなくてもよい。フレーム固定部２１は、ガイドレール１９をクランプすることで、フレーム１６を固定してもよい。又、フレーム固定部２１として、その他の公知の方法でフレーム１６を固定するフレーム固定手段を採用してもよい。

【0038】

門形部１７の内側のｚ軸方向の二個所には、図６、図７に示すように、一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂと、一対のサイドクランプローラ２２ｃ，２２ｄが設けられる。一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂ、および一対のサイドクランプローラ２２ｃ，２２ｄは、それぞれ、ｙ軸方向に沿って対向配置された一対の転動体であり、第２のワークＷ２の両側面Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ（図４Ａおよび図４Ｂ参照）に接触する。

【0039】

一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂと、一対のサイドクランプローラ２２ｃ，２２ｄのうち、たとえば、ｙ軸方向の一側（図７では右側）に配置されているサイドクランプローラ２２ａ，２２ｃが、門形部１７にブラケット２３を介して位置が固定された状態で取り付けられている。一方、ｙ軸方向の他側（図７では左側）に配置されているサイドクランプローラ２２ｂ，２２ｄは、ｙ軸方向に沿って配置された押圧手段としての油圧シリンダ２４を介して門形部１７に取り付けられている。サイドクランプローラ２２ａ，２２ｃと、サイドクランプローラ２２ｂ，２２ｄとの間に、第２のワークＷ２が配置された状態で油圧シリンダ２４を伸長作動させることで、第２のワークＷ２の両側面Ｐ２ａ，Ｐ２ｂに、サイドクランプローラ２２ａ，２２ｃと、サイドクランプローラ２２ｂ，２２ｄとが両側から押し付けられた状態となる。このため、第２のワークＷ２のｙ軸方向の位置が保持される。

【0040】

このように、ｙ軸方向の一側のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｃの位置を固定した構成とすることにより、第２のワークＷ２を保持する位置を、固定されたサイドクランプローラ２２ａ，２２ｃを基準としてｙ軸方向の同じ位置に決めることができる。

【0041】

なお、固定されたサイドクランプローラ２２ａ，２２ｃを支持しているブラケット２３は、サイドクランプローラ２２ａ，２２ｃのｙ軸方向の位置の調整機構を備えてもよい。ブラケット２３に、サイドクランプローラ２２ａ，２２ｃのｙ軸方向の位置の調整量を検出するためのスケールを設けてもよい。このようにすれば、たとえば、厚みの異なる第２のワークＷ２を接合対象とする場合であっても、第２のワークＷ２の厚みの中心を揃えることが可能になる。

【0042】

門形部１７の内側の架台８から離反する端部側に、トップクランプローラ２５ａが設けられる。トップクランプローラ２５ａは、第２のワークＷ２の第１のワークＷ１側とは反対側の端部に押し当てられる転動体である。トップクランプローラ２５ａは、ｙｚ平面内で第２のワークＷ２の面に沿う方向、すなわち、本実施形態ではｚ軸方向に配置された押圧手段としての油圧シリンダ２６を介して門形部１７に取り付けられている。

【0043】

トップクランプローラ２５ａが第２のワークＷ２の端部に接するように配置された状態で油圧シリンダ２６を伸長作動させると、第２のワークＷ２が第１のワークＷ１に対して押し付けられる。第１のワークＷ１は、第２のワークＷ２から受ける押し付け力により、ワークテーブル１０に押し付けられる。このため、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２とのｚ軸方向の位置が保持される。

【0044】

突出部１８には、転動体としての一対のサイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆ及びトップクランプローラ２５ｂが設けられている。一対のサイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆは、門形部１７に設けられる一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂと同様の構成である。サイドクランプローラ２２ｆは、油圧シリンダ２４を介して突出部１８に支持されている。トップクランプローラ２５ｂは、門形部１７に設けられるトップクランプローラ２５ａと同様の構成であり、油圧シリンダ２６を介して突出部１８に支持されている。突出部１８が図２に示すように第１の主軸ユニット６ａと第２の主軸ユニット６ｂとの間の空間内に配置されるときに、一対のサイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆ及びトップクランプローラ２５ｂは、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂ（図３参照）と、ｚ軸方向に関して同じ位置か、又は、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂよりもツール相対移動方向ｔの前寄りの位置に配置されることが好ましい。

【0045】

サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆとトップクランプローラ２５ａ，２５ｂは、ｘ軸方向に並べて配置された２連のローラ本体を備えた構成であることが好ましい。このような構成により、第２のワークＷ２のｘ軸方向に沿う姿勢からのｙ軸方向やｚ軸方向へのずれが、より確実に防止される。

【0046】

サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆ、およびトップクランプローラ２５ａ，２５ｂが前記のように２連のローラ本体を備える場合は、サイドクランプローラ２２ａ，２２ｃ，２２ｅの２連のローラ本体を保持させたローラフレーム（図示せず）が、ブラケット２３に、ｘ軸方向に揺動可能に取り付けられていることが好ましい。同様に、サイドクランプローラ２２ｂ，２２ｄ，２２ｆとトップクランプローラ２５ａ，２５ｂの２連のローラ本体を保持させたローラフレーム（図示せず）が、油圧シリンダ２４，２６に、ｘ軸方向に揺動可能に取り付けられていることが好ましい。更に、サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆ、およびトップクランプローラ２５ａ，２５ｂのローラ本体は、外周面にクラウニングが施されていることが好ましい。

【0047】

一般に、長尺の部材は、全長に亘って振れや変形が全くない状態で製造することは難しい。ワーククランプユニット９のサイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆ、及び、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂがｘ軸方向に揺動し、サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆ、およびトップクランプローラ２５ａ，２５ｂのローラ本体の外周面にクラウニングが施される構成とすることで、第２のワークＷ２が長手方向（ｘ軸方向）に振れや変形を有している場合であっても、ローラ本体がその振れや変形に倣うようにすることができる。

【0048】

以上の構成を有するワーククランプユニット９を用いてワークＷ１，Ｗ２の角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合を行うときには、先ず、フレーム１６を、図２に実線で示した位置に配置させ、フレーム固定部２１により架台８に位置固定する。

【0049】

この状態で、ワーククランプユニット９の一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂ、一対のサイドクランプローラ２２ｃ，２２ｄ、及び、一対のサイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆは、第２のワークＷ２のｙ軸方向の位置を保持し、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂは、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２のｚ軸方向の位置を保持する。

【0050】

なお、一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂ、一対のサイドクランプローラ２２ｃ，２２ｄ、及び、一対のサイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆは、第２のワークＷ２のｙ軸方向の位置を保持できれば、必ずしも第２のワークＷ２に接していなくてもよい。又、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂは、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２のｚ軸方向の位置を保持することができれば、必ずしも第２のワークＷ２に接していなくてもよい。

【0051】

これにより、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の、摩擦撹拌接合が行われている個所の付近であって、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂよりもツール相対移動方向ｔの前側の位置にある摩擦撹拌接合が行われる直前の部分が、ワーククランプユニット９によって接合姿勢に保持される。

【0052】

摩擦撹拌接合が行われている際、主軸ユニット６ａ，６ｂが支持されているフレーム１３は、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂに作用させる押圧荷重の反力を受けている。これに対し、ワーククランプユニット９は、フレーム１３とは独立した別体のフレーム１６を備えている。したがって、ワーククランプユニット９によりワークＷ１，Ｗ２を接合姿勢で保持していても、ワーククランプユニット９が摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂに作用させる押圧荷重の反力の影響を受けることはない。

【0053】

摩擦撹拌接合を実施していないときには、フレーム固定部２１による架台８に対するワーククランプユニット９の固定を解除して、ワーククランプユニット９を、図２に二点鎖線で示したように接合装置本体５から離れた退避位置に配置する。この状態では、突出部１８が露出されるため、サイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆやトップクランプローラ２５ｂに対して作業者が容易に近づいて点検や保守作業を行うことができる。

【0054】

又、ワーククランプユニット９を退避させた状態では、第１の主軸ユニット６ａと第１の摩擦撹拌接合ツール１ａ、及び、第２の主軸ユニット６ｂと第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂから、ワーククランプユニット９が離れている。このため、角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合を開始するときに、ワークテーブル１０に実際に配置されたワークＷ１，Ｗ２間の角隅部ｃ１，ｃ２に対して摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの位置合わせを行う作業を、目視しながら行うことができる。更に、この状態で、主軸ユニット６ａ，６ｂや摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂに作業者が容易に近づいて点検や保守作業を行うことも可能になる。

【0055】

ワーククランプユニット９を、図２に実線で示した摩擦撹拌接合を行うときの近接位置と、図２に二点鎖線で示した退避位置との間で移動させる方向が、ｘ軸方向であって、ワークテーブル１０に配置したワークＷ１，Ｗ２のテーブル移動経路１１での移動方向に一致している。

【0056】

このため、ワーククランプユニット９を移動させても、テーブル移動経路１１を移動するワークテーブル１０に配置されたワークＷ１，Ｗ２に対するサイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆのｙ軸方向の相対的な配置と、ワークテーブル１０に配置されたワークＷ１，Ｗ２に対するトップクランプローラ２５ａ，２５ｂのｚ軸方向の相対的な配置は、変化しない。しかも、サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆとトップクランプローラ２５ａ，２５ｂの一部または全部が第２のワークＷ２に接している状態であっても、ワーククランプユニット９の移動に支障が生じることはない。

【0057】

したがって、ワーククランプユニット９を、近接位置と退避位置との間で往復動させても、ワークＷ１，Ｗ２の接合姿勢を保持することが可能である。

【0058】

ワークテーブル１０のｘ軸方向の寸法は、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、第１のワークＷ１及び第２のワークＷ２のｘ軸方向の寸法よりも長い。

【0059】

図５および図８Ａに示すように、ワークテーブル１０の表面における第１のワークＷ１を配置する領域２７のｙ軸方向の一側に、第１のワークＷ１のｙ軸方向の一端面を突き当てて位置決めする段差部２８が設けられている。領域２７のｙ軸方向の他側には、ｙ軸方向クランプ２９とｚ軸方向クランプ３０が、ｘ軸方向に沿って所定の間隔で交互に配列して設けられている。

【0060】

ｙ軸方向クランプ２９は、第１のワークＷ１を、ｙ軸方向に沿って段差部２８との間に挟んで固定する。ｚ軸方向クランプ３０は、第１のワークＷ１のｙ軸方向の他端縁部を、ｚ軸方向に沿ってワークテーブル１０の表面との間に挟んで固定する。

【0061】

ワークテーブル１０のｘ軸方向の両端側の表面には、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２のｘ軸方向の両端面を突き当ててｘ軸方向の変位を防止する端部押さえ部材３１ａ，３１ｂが設けられている。なお、端部押さえ部材３１ａ，３１ｂは、必ずしも第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の両ワークの端面に突き当てる必要はなく、ワークテーブル１０にクランプ２９，３０によって直接保持することができない第２のワークＷ２を、ワークテーブル１０と一緒に確実に移動させることができるよう構成されていればよい。この観点からは、端部押さえ部材３１ａ，３１ｂを、少なくとも第２のワークＷ２のｘ軸方向の端面のみに突き当てるようにすればよい。

【0062】

端部押さえ部材３１ａ，３１ｂは、たとえば、第１のワークＷ１と同様の厚み寸法を備えた横板部３２に、第２のワークＷ２と同様の厚み寸法を備えた縦板部３３が、第１のワークＷ１に対する第２のワークＷ２の突き合わせ角度と同様の角度で突き合わされて一体化されて形成される。本実施形態では、端部押さえ部材３１ａ，３１ｂは、横板部３２に縦板部３３が垂直な配置で突き合わされて一体化された逆Ｔ字形の構造を有する。

【0063】

端部押さえ部材３１ａ，３１ｂの横板部３２及び縦板部３３は共にｘ軸方向に沿って延び、横板部３２が、ワークテーブル１０の表面に取り付けられている。

【0064】

縦板部３３には、第２のワークＷ２のｘ軸方向の端縁をｙ軸方向の両側から挟んで保持する保持具３４が設けられている。

【0065】

なお、摩擦撹拌接合の実施時にワークテーブル１０を進行させる方向の前端側、すなわち、角隅部ｃ１，ｃ２における摩擦撹拌接合の始端側（図１１では右側）に配置されている一方の端部押さえ部材３１ａは、ワークテーブル１０に対する取り付け位置をｘ軸方向に変更可能に設けられることが好ましい。この場合、摩擦撹拌接合の対象となる第１のワークＷ１及び第２のワークＷ２のｘ軸方向の寸法が変化したとしても、一方の端部押さえ部材３１ａのワークテーブル１０に対する取り付け位置を変更することにより、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の両端部を、端部押さえ部材３１ａ，３１ｂに突き当てて配置させることができる。そのため、ｘ軸方向の寸法が異なる第１のワークＷ１及び第２のワークＷ２の摩擦撹拌接合を行う場合であっても、共通のワークテーブル１０を使用することができる。なお、端部押さえ部材３１ａは、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の接合姿勢を保持させた状態で、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２とをワーククランプユニット９に容易に導入させるためにワークテーブル１０に設けられることが好ましいが、設けられなくてもよい。

【0066】

ワークテーブル１０の裏面におけるｙ軸方向の両端側には、ｘ軸方向に延びる２条のラック３５が全長に亘り設けられている。

【0067】

架台８には、図９に二点鎖線で示すように、架台８のｙ軸方向の中央部に、ワークテーブル１０（図２、図８Ａ、および図８Ｂ参照）をｘ軸方向に移動させるためのテーブル移動経路１１が設定されている。

【0068】

テーブル移動経路１１は、ワークテーブル１０のｘ軸方向の移動をガイドするガイド手段として、テーブル移動経路１１に沿って配置されたボトムガイドローラ３６と、サイドガイドローラ３７と、トップガイドローラ３８とを備える。

【0069】

ボトムガイドローラ３６は、図３、図５に示すように、テーブル移動経路１１（図９参照）に沿ってｘ軸方向に移動するワークテーブル１０の裏面を、ラック３５と干渉しない位置で支持する。ボトムガイドローラ３６は、図９に示すように、架台８の表面において、テーブル移動経路１１の内側に、ｘ軸方向及びｙ軸方向に、たとえば千鳥状に多数設けられている。ボトムガイドローラ３６は、接合装置本体５の摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂが配置されている部分（図１、図２参照）とｘ軸方向において一致する部分では、その他の部分よりも密に配置されていることが好ましい。これは、ワークテーブル１０に保持された第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合を行う際に、角隅部ｃ１，ｃ２に摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂ（図４Ａおよび図４Ｂ参照）が押圧されることにより生じる荷重のｚ軸方向の成分を、より多くのボトムガイドローラ３６で受けるためである。

【0070】

サイドガイドローラ３７は、図２、図３に示すように、ワークテーブル１０のｙ軸方向の両側面を支持する。サイドガイドローラ３７は、図９に示すように、架台８の表面において、テーブル移動経路１１のｙ軸方向の両側位置に、ｘ軸方向に所定の間隔で配列して設けられている。

【0071】

トップガイドローラ３８は、図２、図３に示すように、ワークテーブル１０の表面のｙ軸方向の両端縁部に当接する。トップガイドローラ３８は、図９に示すように、架台８の表面において、テーブル移動経路１１のｙ軸方向の両側位置に設けられる。トップガイドローラ３８は、ｘ軸方向において、接合装置本体５の摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂが配置されている部分（図２参照）を挟んだ両側位置に、所定の間隔を隔てて２つずつの組として設けられる。このようにトップガイドローラ３８を２つずつの組で設けるのは、ワークテーブル１０のｚ軸方向への傾きをより確実に防止するためである。なお、トップガイドローラ３８は、２つずつの組以外の配置で設けてもよい。

【0072】

これにより、テーブル移動経路１１では、ボトムガイドローラ３６、サイドガイドローラ３７、およびトップガイドローラ３８により、ワークテーブル１０のｚ軸方向、及び、ｙ軸方向への変位が拘束された状態で、ワークテーブル１０のｘ軸方向への移動がガイドされる。

【0073】

テーブル移動経路１１のｙ軸方向の一側に設けられたサイドガイドローラ３７とトップガイドローラ３８のｙ軸方向の位置は固定され、一方、テーブル移動経路１１のｙ軸方向の他側に設けられたサイドガイドローラ３７とトップガイドローラ３８のｙ軸方向の位置は調整できることが好ましい。これは、サイドガイドローラ３７とトップガイドローラ３８とを、実際に使用するワークテーブル１０の寸法に合わせて配置するためである。

【0074】

移動機構１２は、図１、図３、図９に示すように、架台８におけるテーブル移動経路１１（図９参照）の下方に設けられ、ワークテーブル１０のラック３５と噛合可能な一対のピニオンギア３９を備えている。ピニオンギア３９は、図１に示すように、ｘ軸方向にて、接合装置本体５の摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂが配置されている個所の真下の近傍に配置されていることが好ましい。これは、ワークテーブル１０に対し、摩擦撹拌接合が行われる個所の近傍で、ｘ軸方向の駆動力を付与できるようにするためである。

【0075】

一対のピニオンギア３９は、軸受４０に支持されたｙ軸方向の回転軸４１により互いに連結されている（図９参照）。回転軸４１の一端は、架台８の内部に設けられた減速機４２の出力側に連結され、減速機４２には、サーボモータ等の駆動モータ４３が接続されている。

【0076】

以上の構成を有する移動機構１２では、駆動モータ４３により減速機４２を介して回転軸４１と共にピニオンギア３９を回転駆動させると、ワークテーブル１０は、ピニオンギア３９に噛合したラック３５と一体に、テーブル移動経路１１に沿ってｘ軸方向に移動する。移動機構１２は、駆動モータ４３の回転方向を切り替えることにより、ワークテーブル１０を、テーブル移動経路１１で往復動させることができる。

【0077】

本実施形態の摩擦撹拌接合装置は、ワークＷ１，Ｗ２を補助的に保持するために、図１、図２に示すように、ワークＷ１，Ｗ２の、ワークテーブル１０の架台８からはみ出す部分を支持するテーブル支持台４４を備えている。

【0078】

テーブル支持台４４は、架台８の外側において、テーブル移動経路１１（図９参照）の延長線上に配置される。テーブル支持台４４の上面には、ワークテーブル１０の裏面をラック３５と干渉しない位置で支持するボトムガイドローラ４５と、ワークテーブル１０のｙ軸方向の両側面を支持するサイドガイドローラ４６とが設けられる。

【0079】

テーブル支持台４４は、使用状況に応じて容易に設置、あるいは撤去するために、底部に走行輪４７と昇降式の支持脚４８とを備える。

【0080】

支持脚４８は、走行輪４７の下端よりも下方に突出するように下降させた状態と、走行輪４７の下端よりも上方に上昇させた状態に配置できるよう構成される。

【0081】

支持脚４８の昇降手段として、たとえば、支持脚４８にねじが形成された支柱４９を設け、テーブル支持台４４にはナット部材５０を設けて、ナット部材５０に対して支柱４９を回転させることで、支持脚４８をテーブル支持台４４に対して相対的に昇降させてもよい。

【0082】

なお、テーブル支持台４４は、架台８からワークＷ１，Ｗ２がはみ出すことがない場合や、架台８からワークＷ１，Ｗ２がはみ出した部分を支持する必要がない場合など、ワークＷ１，Ｗ２を補助的に保持する必要がなければ、テーブル支持台４４を省略してもよい。

【0083】

次に、接合装置本体５の第１のツール押圧部１４と第２のツール押圧部１５について説明する。

【0084】

第１のツール押圧部１４は、第１の軸直交方向移動ユニット５１と、第１の軸方向移動ユニット５２とを備える。図２、図３、図５に示すように、フレーム１３のｙ軸方向の一端側と、第１の主軸ユニット６ａとの間に、フレーム１３側から順に、第１の軸直交方向移動ユニット５１と第１の軸方向移動ユニット５２が介装される。

【0085】

第２のツール押圧部１５は、第２の軸直交方向移動ユニット５３と、第２の軸方向移動ユニット５４とを備える。フレーム１３のｙ軸方向の他端側と、第２の主軸ユニット６ｂとの間に、フレーム１３側から順に、第２の軸直交方向移動ユニット５３と、第２の軸方向移動ユニット５４が介装される。

【0086】

第１の軸直交方向移動ユニット５１は、図５、図１０、図１１に示すように、第１の主軸ユニット６ａを、ｙｚ平面内でプローブ２ａ（図４参照）の軸心方向に沿う方向（以下、ｐ軸方向と云う）に対して直交する方向（以下、ｑ軸方向と云う）に移動させるよう構成される。

【0087】

具体的には、第１の軸直交方向移動ユニット５１は、図１０、図１１に示すように、フレーム１３に取り付けられたベースプレート５５と、ｑ軸方向に延びるようにベースプレート５５に設けられたガイドレール５６と、ガイドレール５６にガイドブロック５７を介してスライド自在に取り付けられた移動テーブル５８と、移動テーブル５８をガイドレール５６の長手方向に沿って移動させるｑ軸方向の直動機構であるボールねじ機構５９とを備える。

【0088】

ボールねじ機構５９は、サーボモータ６０と、サーボモータ６０の出力側に連結されたねじ軸６１と、ねじ軸６１に取り付けられたナット部材６２とを備える。

【0089】

ボールねじ機構５９は、ベースプレート５５の表面に、ねじ軸６１がガイドレール５６と平行に延びる姿勢で設置される。ボールねじ機構５９のナット部材６２が、ロードセル６３と取付部材６４を介して移動テーブル５８に取り付けられている。

【0090】

以上の構成を有する第１の軸直交方向移動ユニット５１は、サーボモータ６０の駆動力によってねじ軸６１を回転駆動することにより、移動テーブル５８を、ナット部材６２と一緒に、ガイドレール５６に沿わせてｑ軸方向に移動させる。

【0091】

第１の軸直交方向移動ユニット５１においては、サーボモータ６０による駆動力を停止した状態では、移動テーブル５８がガイドレール５６に沿って無制御で移動できる。

【0092】

第１の軸直交方向移動ユニット５１には、移動テーブル５８の自重及び移動テーブル５８に作用する重量のガイドレール５６に沿う方向の成分を支持する機械的な重力補償機構（自重補償機構、重量補償機構とも称する）として、たとえば、ｑ軸方向に沿って配置されたガススプリング６５が備えられている。

【0093】

ガススプリング６５の一端側はベースプレート５５の固定個所に取り付けられ、ガススプリング６５の他端側は移動テーブル５８に取り付けられている。移動テーブル５８に作用する重量とは、ナット部材６２、ロードセル６３、取付部材６４、第１の軸方向移動ユニット５２及び第１の主軸ユニット６ａの重量である。

【0094】

第１の軸方向移動ユニット５２は、図５、図１２、図１３に示すように、第１の主軸ユニット６ａを、ｐ軸方向に移動させるよう構成される。

【0095】

具体的には、第１の軸方向移動ユニット５２は、第１の軸直交方向移動ユニット５１の移動テーブル５８に取り付けられたベースプレート６６と、ｐ軸方向に延びるようにベースプレート６６に設けられたガイドレール６７と、ガイドレール６７にガイドブロック６８を介してスライド自在に取り付けられた移動テーブル６９と、移動テーブル６９をガイドレール６７の長手方向に沿って移動させるｐ軸方向の直動機構であるボールねじ機構７０とを備える。

【0096】

ボールねじ機構７０は、サーボモータ７１と、サーボモータ７１の出力側に接続された減速機７２と、減速機７２の出力側に連結されたねじ軸７３と、ねじ軸７３に取り付けられたナット部材７４とを備える。

【0097】

ボールねじ機構７０は、ベースプレート６６の表面に、ねじ軸７３がガイドレール６７と平行に延びる姿勢で設置される。ボールねじ機構７０のナット部材７４が、ロードセル７５と取付部材７６を介して移動テーブル６９に取り付けられている。

【0098】

以上の構成を有する第１の軸方向移動ユニット５２は、サーボモータ７１の駆動力により減速機７２を介してねじ軸７３を回転駆動することにより、移動テーブル６９を、ナット部材７４と一緒に、ガイドレール６７に沿わせてｐ軸方向に移動させる。

【0099】

移動テーブル６９には、図５に示すように、第１の主軸ユニット６ａが取り付けられている。

【0100】

第２の軸直交方向移動ユニット５３は、図５、図１０に示すように、第２の主軸ユニット６ｂを、ｙｚ平面内でプローブ２ｂ（図４参照）の軸心方向に沿う方向（以下、ｒ軸方向と云う）に対して直交する方向（以下、ｓ軸方向と云う）に移動させるよう構成される。

【0101】

具体的には、第２の軸直交方向移動ユニット５３は、フレーム１３に取り付けられたベースプレート７７と、ｓ軸方向に延びるようにベースプレート７７に設けられたガイドレール７８と、ガイドレール７８にガイドブロック７９を介してスライド自在に取り付けられた移動テーブル８０と、移動テーブル８０をガイドレール７８の長手方向に沿って移動させるｓ軸方向の直動機構であるボールねじ機構８１とを備える。

【0102】

ボールねじ機構８１は、サーボモータ８２と、サーボモータ８２の出力側に連結されたねじ軸８３と、ねじ軸８３に取り付けられたナット部材８４とを備える。

【0103】

ボールねじ機構８１は、ベースプレート７７の表面に、ねじ軸８３がガイドレール７８と平行に延びる姿勢で設置される。ボールねじ機構８１のナット部材８４が、ロードセル８５と取付部材８６を介して移動テーブル８０に取り付けられている。

【0104】

以上の構成を有する第２の軸直交方向移動ユニット５３は、サーボモータ８２の駆動力によりねじ軸８３を回転駆動することにより、移動テーブル８０を、ナット部材８４と一緒に、ガイドレール７８に沿わせてｓ軸方向に移動させる。

【0105】

第２の軸直交方向移動ユニット５３においては、サーボモータ８２による駆動力を停止した状態では、移動テーブル８０がガイドレール７８に沿って無制御で移動できる。

【0106】

第２の軸直交方向移動ユニット５３には、移動テーブル８０の自重及び移動テーブル８０に作用する重量のガイドレール７８に沿う方向の成分を支持する機械的な重力補償機構として、たとえば、ｓ軸方向に沿って配置されたガススプリング８７が備えられている。

【0107】

ガススプリング８７の一端側はベースプレート７７の固定個所に取り付けられ、ガススプリング８７の他端側は移動テーブル８０に取り付けられている。移動テーブル８０に作用する重量とは、ナット部材８４、ロードセル８５、取付部材８６、第２の軸方向移動ユニット５４及び第２の主軸ユニット６ｂの重量である。

【0108】

第２の軸方向移動ユニット５４は、図５、図１２に示すように、第２の主軸ユニット６ｂを、ｒ軸方向に移動させるよう構成される。

【0109】

具体的には、第２の軸方向移動ユニット５４は、第２の軸直交方向移動ユニット５３の移動テーブル８０に取り付けられたベースプレート８８と、ｒ軸方向に延びるようにベースプレート８８に設けられたガイドレール８９と、ガイドレール８９にガイドブロック９０を介してスライド自在に取り付けられた移動テーブル９１と、移動テーブル９１をガイドレール８９の長手方向に沿って移動させるｒ軸方向の直動機構であるボールねじ機構９２とを備える。

【0110】

ボールねじ機構９２は、サーボモータ９３と、サーボモータ９３の出力側に接続された減速機９４と、減速機９４の出力側に連結されたねじ軸９５と、ねじ軸９５に取り付けられたナット部材９６とを備える。

【0111】

ボールねじ機構９２は、ベースプレート８８の表面に、ねじ軸９５がガイドレール８９と平行に延びる姿勢で設置される。ボールねじ機構９２のナット部材９６が、ロードセル９７と取付部材９８を介して移動テーブル９１に取り付けられている。

【0112】

以上の構成を有する第２の軸方向移動ユニット５４は、サーボモータ９３の駆動力により減速機９４を介してねじ軸９５を回転駆動することにより、移動テーブル９１を、ナット部材９６と一緒に、ガイドレール８９に沿わせてｒ軸方向に移動させる。

【0113】

移動テーブル９１には、図５に示すように、第２の主軸ユニット６ｂが取り付けられている。

【0114】

したがって、接合装置本体５によれば、第１の主軸ユニット６ａに取り付けられている第１の摩擦撹拌接合ツール１ａのｑ軸方向の位置の調整と力の制御が、第１の軸直交方向移動ユニット５１によって行われる。第１の摩擦撹拌接合ツール１ａのｐ軸方向の位置の調整と力の制御が第１の軸方向移動ユニット５２によって行われる。

【0115】

同様に、第２の主軸ユニット６ｂに取り付けられている第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂのｓ軸方向の位置の調整と力の制御が第２の軸直交方向移動ユニット５３によって行われる。第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂのｒ軸方向に沿う方向の位置の調整と力の制御が第２の軸方向移動ユニット５４によって行われる。

【0116】

接合装置本体５では、第１の摩擦撹拌接合ツール１ａの角隅部ｃ１に対する押圧荷重はｐ軸方向に作用する。したがって、第１の摩擦撹拌接合ツール１ａの角隅部ｃ１に対する押圧荷重の制御を、ロードセル７５の検出結果を基に、第１の軸方向移動ユニット５２の出力のみの制御で実施することができる。第１の摩擦撹拌接合ツール１ａのｑ軸方向の位置の調整は、押圧荷重の制御に関与することなく第１の軸直交方向移動ユニット５１により実施することができる。

【0117】

同様に、接合装置本体５では、第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂの角隅部ｃ２に対する押圧荷重はｒ軸方向に作用する。したがって、第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂの角隅部ｃ２に対する押圧荷重の制御を、ロードセル９７の検出結果を基に、第２の軸方向移動ユニット５４の出力のみの制御で実施することができる。第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂのｓ軸方向の位置の調整は、押圧荷重の制御に関与することなく第２の軸直交方向移動ユニット５３により実施することができる。

【0118】

このため、接合装置本体５によると、角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合を行う際の、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの押圧荷重をより確実に制御することができる。

【0119】

次に、本実施形態の摩擦撹拌接合装置を用いて行う摩擦撹拌接合について説明する。

【0120】

摩擦撹拌接合の開始前に、作業者が、ワークテーブル１０に、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２を保持させる。この作業は、ワークテーブル１０を、接合装置本体５及びワーククランプユニット９と干渉しない位置にｘ軸方向に移動させた状態で行うようにすればよい。この際、テーブル支持台４４を適宜使用してもよい。

【0121】

ワークＷ１，Ｗ２をワークテーブル１０に保持させた後、ワークテーブル１０を移動機構１２によりテーブル移動経路１１に沿って移動させて、ワークＷ１，Ｗ２の角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合の始端側を、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂと同じｙｚ平面内に配置する。

【0122】

その後、ワーククランプユニット９を接合装置本体５から離反した退避位置に配置させた状態で、接合装置本体５は、軸直交方向移動ユニット５１，５３と軸方向移動ユニット５２，５４により、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂのプローブ２ａ，２ｂが角隅部ｃ１，ｃ２に近接して配置されるように主軸ユニット６ａ，６ｂの位置調整を行う。

【0123】

次に、ワーククランプユニット９を、図１、図２に示すように、接合装置本体５に近接した近接位置に配置し、フレーム固定部２１によりワーククランプユニット９の位置を固定する。次いで、ワーククランプユニット９では、サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆ及びトップクランプローラ２５ａ，２５ｂにより、ワークテーブル１０に保持されたワークＷ１，Ｗ２を接合姿勢で保持する。これにより、第２のワークＷ２のｙ軸方向及びｚ軸方向への変位、および第１のワークＷ１のｚ軸方向への変位は防止される。

【0124】

この状態で、接合装置本体５は、主軸ユニット６ａ，６ｂの回転駆動部７ａ，７ｂを起動してプローブ２ａ，２ｂの回転駆動を開始する。その後、接合装置本体５は、軸方向移動ユニット５２，５４により、主軸ユニット６ａ，６ｂをプローブ２ａ，２ｂの軸心方向（ｐ軸方向、ｒ軸方向）に移動させて、回転駆動状態のプローブ２ａ，２ｂを、角隅部ｃ１，ｃ２に没入させる。更に、固定式ショルダ３ａのワーク接触面４ａを、第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の一方の側面Ｐ２ａに接触させ、固定式ショルダ３ｂのワーク接触面４ｂを、第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の他方の側面Ｐ２ｂに接触させる。

【0125】

これにより、第２のワークＷ２を挟んで対称な位置にある角隅部ｃ１，ｃ２には、没入されたプローブ２ａ，２ｂによる撹拌領域ｓ１，ｓ２が、互いに干渉しない状態で形成される。

【0126】

次に、移動機構１２は、ワークテーブル１０の移動を開始する。ワークテーブル１０が移動すると、ワークテーブル１０の移動に伴われて移動する角隅部ｃ１，ｃ２に対し、定置された接合装置本体５の摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂが相対的に移動する。これにより、角隅部ｃ１，ｃ２に沿った摩擦撹拌接合が角隅部ｃ１と角隅部ｃ２とで同時に開始される。

【0127】

このようにして摩擦撹拌接合が開始されると、接合装置本体５では、軸方向移動ユニット５２，５４により摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを角隅部ｃ１，ｃ２に対して押圧する荷重が予め設定された目標値に一致するように、軸方向移動ユニット５２，５４に対する制御を開始する。

【0128】

同時に、接合装置本体５は、軸直交方向移動ユニット５１，５３について、サーボモータ６０，８２の制御と動力とを遮断する。これにより、第１の軸直交方向移動ユニット５１では、移動テーブル５８に第１の軸方向移動ユニット５２を介して保持した第１の主軸ユニット６ａの位置が、ｑ軸方向に作用する外力に応じて自在に変化するようになる。又、第２の軸直交方向移動ユニット５３では、移動テーブル８０に第２の軸方向移動ユニット５４を介して保持した第２の主軸ユニット６ｂの位置が、ｓ軸方向に作用する外力に応じて自在に変化するようになる。

【0129】

その結果、角隅部ｃ１，ｃ２に位置ずれが生じたとしても、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの固定式ショルダ３ａ，３ｂが第１のワークＷ１の面Ｐ１に沿って滑ることで、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの位置は、角隅部ｃ１，ｃ２の位置ずれに追従できる。なお、この場合であっても、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの角隅部ｃ１，ｃ２に対する押圧荷重は、軸方向移動ユニット５２，５４によって一定に保持されている。

【0130】

このため、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの位置を、角隅部ｃ１，ｃ２に倣わせた状態で角隅部ｃ１，ｃ２に沿う摩擦撹拌接合を行うことができる。

【0131】

前記のように角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合が行われている間、接合装置本体５には、軸方向移動ユニット５２，５４によって摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを角隅部ｃ１，ｃ２に対し押圧している押圧荷重の反力が入力される。しかしながら、この反力の影響が接合装置本体５とは別体であるワーククランプユニット９に及ぶことはない。したがって、角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合を行っている間、ワーククランプユニット９により、ワークＷ１，Ｗ２同士の接合姿勢を正確に保持し続けることができる。

【0132】

以上のようにして、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂによる摩擦撹拌接合が角隅部ｃ１，ｃ２の終端側の予め設定されている個所まで進行すると、移動機構１２はワークテーブル１０の移動を停止させる。

【0133】

次いで、軸直交方向移動ユニット５１，５３は、それぞれのサーボモータ６０，８２による制御を再開し、軸直交方向移動ユニット５１，５３と軸方向移動ユニット５２，５４とにより、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを角隅部ｃ１，ｃ２より離反する方向に移動させる。これにより、プローブ２ａ，２ｂは、角隅部ｃ１，ｃ２より抜き出される。その後、主軸ユニット６ａ，６ｂによるプローブ２ａ，２ｂの回転駆動を停止する。

【0134】

その後、ワーククランプユニット９によるワークＷ１，Ｗ２の保持を解除し、ワーククランプユニット９を退避位置まで移動させる。

【0135】

その後、ワークテーブル１０を、移動機構１２により接合装置本体５及びワーククランプユニット９と干渉しない位置まで移動させ、その状態で、ワークＷ１，Ｗ２の接合体を取り出す。

【0136】

本実施形態の摩擦撹拌接合装置によれば、固定式ショルダ３ａ，３ｂを備えた一対の摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを用いて、ワークＷ１，Ｗ２間の角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合を行うことができる。

【0137】

又、本実施形態の摩擦撹拌接合装置においては、ワーククランプユニット９が接合装置本体５とは別体に形成されている。したがって、ワーククランプユニット９によって、接合すべきワークＷ１，Ｗ２同士の接合姿勢を、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの押圧荷重の反力の影響を受けない状態で保持しながら、ワークＷ１，Ｗ２間の角隅部ｃ１，ｃ２を摩擦撹拌接合することができる。

【0138】

このため、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、製造されるワークＷ１，Ｗ２の接合体の品質を向上させることができる。

【0139】

本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの固定式ショルダ３ａ，３ｂを角隅部ｃ１，ｃ２に直接配置する。

【0140】

従来の回転式ショルダを備えた形式の摩擦撹拌接合ツールを用いて角隅部の摩擦撹拌接合を行うときには、角隅部に三角断面の部材を配置するか、あるいは、一方のワークに、角隅部に三角断面で張り出す部分を設けるというような事前処理が必要である。しかしながら、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、これらの事前処理は不要である。

【0141】

更に、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの固定式ショルダ３ａ，３ｂからのプローブ２ａ，２ｂの突出量が、部分撹拌接合を行うことが可能であるように設定されている。

【0142】

このため、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、従来の角隅部の摩擦撹拌接合のように、角隅部に配置されるプローブによる撹拌領域同士が相互に干渉する全撹拌接合を行う場合のプローブの角隅部への挿入量に比して、プローブ２ａ，２ｂの角隅部ｃ１，ｃ２への挿入量を低減させることができる。

【0143】

これにより、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、プローブ２ａ，２ｂを角隅部ｃ１，ｃ２に没入させた状態で移動させるときに、プローブ２ａ，２ｂが受ける反力を、全撹拌接合を行う場合にプローブが受ける反力に比して小さくすることができる。そのため、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、全撹拌接合を行う場合に比して、摩擦撹拌接合の施工速度を向上させることができ、また、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの寿命を向上させることができる。

【0144】

更に、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、個々のプローブ２ａ，２ｂで発生させる摩擦熱によってワークＷ１，Ｗ２におけるプローブ２ａ，２ｂの没入個所の周辺に局所的に入熱される熱量は、全撹拌接合を行う場合に比して少なくなる。そのため、ワークＷ１，Ｗ２の熱によるひずみや変形の発生を抑制することができる。

【0145】

又、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、角隅部ｃ１，ｃ２について、第２のワークＷ２の両面側から摩擦撹拌接合を同時に行う。したがって、プローブ２ａ，２ｂにより発生する摩擦熱により、ワークＷ１，Ｗ２のｘ軸方向における同一の位置が加熱される。そのため、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、角隅部ｃ１と角隅部ｃ２をｘ軸方向の異なる位置に配置されたプローブで発生する摩擦熱により加熱する場合に比して、ワークＷ１，Ｗ２の加熱をより効率よく行うことができる。したがって、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、高い熱量を用いることにより、角隅部ｃ１と角隅部ｃ２との摩擦撹拌接合を安定して行うことができる。

【0146】

前記のようにワークＷ１，Ｗ２の加熱の効率が向上すると、プローブ２ａ，２ｂにより撹拌される撹拌領域ｓ１，ｓ２は軟化しやすくなる。このことによっても、本実施形態の摩擦撹拌接合装置は、摩擦撹拌接合の施工速度を向上させることができる。又、プローブ２ａ，２ｂを回転駆動させる際の抵抗が軽減されるので、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの寿命を向上させることができる。

【0147】

更に、角隅部ｃ１と角隅部ｃ２をｘ軸方向の異なる位置に配置されたプローブで発生する摩擦熱により加熱する場合は、角隅部ｃ１と角隅部ｃ２のいずれか一方が先行して加熱され、他方が後から加熱されることになるため、入熱の条件が均等にならない可能性がある。しかしながら、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、角隅部ｃ１，ｃ２に対する入熱を均等にすることができる。

【0148】

［第２実施形態］
図１４は、第２実施形態の摩擦撹拌接合装置のワーククランプユニットを示す。

【0149】

なお、図１４において、図７と同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。

【0150】

本実施形態におけるワーククランプユニット１０９においては、サイドクランプローラのうち、ｚ軸方向の架台８から離れた位置に配置されてブラケット２３を介してフレーム１６に支持されたサイドクランプローラ２２ａ，２２ｅ（図７参照）を、ブラケット２３ごとフレーム１６に対し着脱できる。図１４は、サイドクランプローラ２２ａ，２２ｅをフレーム１６から取り外した状態を示す。

【0151】

又、本実施形態におけるワーククランプユニット１０９においては、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂ用の油圧シリンダ２６も、フレーム１６に対し着脱できる。更に、本実施形態では、ワーククランプユニット１０９は、支柱部材９９を備え、支柱部材９９を介して油圧シリンダ２６がフレーム１６に取り付けられる。

【0152】

本実施形態においては、油圧シリンダ２６を、第一実施形態（図７）と同様にフレーム１６に直接取り付ける状態と、図１４に示すようにフレーム１６に対して支柱部材９９を介して取り付ける状態とに変更できる。支柱部材９９は、第２のワークＷ２のｚ軸方向の寸法が小さく、架台８の表面から第２のワークＷ２の上端までの距離が、架台８の表面から一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂ及び一対のサイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆ（図７参照）の上端部までの距離よりも小さいときに使用される。

【0153】

本実施形態の摩擦撹拌接合装置の構成は、ワーククランプユニット１０９以外は、第１実施形態と同様である。

【0154】

本実施形態におけるワーククランプユニット１０９は、図１４に二点鎖線で示すように、ワークテーブル１０に接合姿勢で配置された第２のワークＷ２の上端（ｚ軸方向の寸法）が、一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂ及び一対のサイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆ（図７参照）の位置まで達しない場合に、図１４に示した構成で使用される。すなわち、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂ用の油圧シリンダ２６は、支柱部材９９を介してフレーム１６に取り付けられている。この際、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂと干渉する可能性のあるサイドクランプローラ２２ａ，２２ｅは、予めブラケット２３ごとフレーム１６から取り外しておく。又、サイドクランプローラ２２ａ，２２ｅと対になっているサイドクランプローラ２２ｂ，２２ｆは、油圧シリンダ２４により、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂと干渉しない位置に予め退避させておく。

【0155】

これにより、本実施形態におけるワーククランプユニット１０９は、ワークテーブル１０に配置された図１４に二点鎖線で示す第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の接合姿勢を、一対のサイドクランプローラ２２ｃ，２２ｄと、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂにより保持することができる。

【0156】

したがって、本実施形態の摩擦撹拌接合装置によっても、第１実施形態と同様に第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合処理を行うことができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0157】

なお、本開示は、前記実施形態にのみ限定されるものではなく、ワーククランプユニット９は、接合装置本体５とは別体に形成され、フレーム１３とは別のフレーム１６に、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の摩擦撹拌接合を行う部分を接合姿勢に保持するローラを備えていれば、図示した以外の構成であってもよい。

【0158】

たとえば、サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆの数は、３対として示したが、ワークＷ１，Ｗ２のサイズや重量等に応じて適宜増減してもよい。サイドクランプローラのｘ軸方向及びｚ軸方向の配置は、適宜変更してもよい。同様に、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂは、数や配置を適宜変更してもよい。

【0159】

サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆと、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂの径や、外周面の幅寸法（軸心方向の寸法）は、図示したものに限定されることなく適宜変更してもよい。

【0160】

ワーククランプユニット９に備えられる第２のワークＷ２を両側から保持する転動体としてサイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆを、第２のワークＷ２を第１のワークＷ１とは反対側から保持する転動体としてトップクランプローラ２５ａ，２５ｂを示したが、転動体は、第２のワークＷ２の移動に追従して転動することが可能な部材であれば、保持具（ホルダ）に回転自在に保持された球体等、その他の部材を用いてもよい。

【0161】

更に、複数のワーククランプユニット９を、接合装置本体５よりもツール相対移動方向ｔの前側（図１、図２では左側）に、配列してもよい。この場合、接合装置本体５の最も近くに配置されたワーククランプユニット９以外のワーククランプユニット９は、フレーム１６の突出部１８を省略して、門形部１７のみを備える構成とすればよい。

【0162】

サイドクランプローラ２２ｂ，２２ｄ，２２ｆの押圧手段としては、サイドクランプローラ２２ｂ，２２ｄ，２２ｆを第２のワークＷ２に側方から押し付けることができれば、空気圧シリンダや送りねじ機構等、油圧シリンダ２４以外の任意の構成を採用してもよい。

【0163】

ワーククランプユニット９のサイドクランプローラ２２ｂ，２２ｄ，２２ｆと対となっているサイドクランプローラ２２ａ，２２ｃ，２２ｅにも押圧手段を備えてもよい。

【0164】

トップクランプローラ２５ａ，２５ｂの押圧手段としては、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂを第２のワークＷ２における第１のワークと反対側の端縁に押し付けることができれば、空気圧シリンダや送りねじ機構等、油圧シリンダ２６以外の任意の構成を採用してもよい。

【0165】

第２実施形態では、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂの位置を調整するために、油圧シリンダ２６とフレーム１６との間に支柱部材９９を取り付ける構成を示した。しかしながら、支柱部材９９を設ける代わりに、油圧シリンダ２６を、支柱部材９９の長さ以上のストロークを有するよう構成してもよい。

【0166】

本開示における摩擦撹拌接合装置は、第１のワークＷ１と、第１のワークＷ１の面Ｐ１に対して９０度以外の角度をなす姿勢で端縁が突き合わされた第２のワークＷ２とにより形成される２つの角隅部（内隅部）ｃ１，ｃ２を、摩擦撹拌接合の対象としてもよい。この場合は、第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の側面Ｐ２ａとの間の角度が９０度以外となるため、角隅部ｃ１の摩擦撹拌接合に用いる第１の摩擦撹拌接合ツール１ａの固定式ショルダ３ａが、第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の側面Ｐ２ａとの間の角度に応じた山形の端部を有するよう形成される。同様に、第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の側面Ｐ２ｂとの間の角度が９０度以外となるため、角隅部ｃ２の摩擦撹拌接合に用いる第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂの固定式ショルダ３ｂが、第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の側面Ｐ２ｂとの間の角度に応じた山形の端部を有するよう形成される。

【0167】

又、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂのプローブ２ａ，２ｂが、固定式ショルダ３ａ，３ｂの端部の山形の角度の二等分線の方向に沿って配置される。

【0168】

この場合、ワーククランプユニット９において、サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆを、第２のワークＷ２を挟んで対称となる位置に配置し、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂを第２のワークＷ２の面に沿わせて傾斜配置する。

【0169】

更に、接合装置本体５は、ワークテーブル１０に配置された第１のワークＷ１と第２のワークＷ２とによって形成される角隅部ｃ１，ｃ２に、図４Ａおよび図４Ｂに示したような固定式ショルダ３ａ，３ｂを備えた一対の摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを配置して、角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合を行うことができれば、図示した以外の構成を備えていてもよい。たとえば、接合装置本体５において、フレーム１３と第１の主軸ユニット６ａとの間に介装する第１のツール押圧部１４の第１の軸直交方向移動ユニット５１と第１の軸方向移動ユニット５２とのｘ軸方向の配置（順序）を入れ替えてもよい。又、第２のツール押圧部１５も同様に、フレーム１３と第２の主軸ユニット６ｂとの間に介装した第２の軸直交方向移動ユニット５３と第２の軸方向移動ユニット５４とのｘ軸方向の配置（順序）を入れ替えてもよい。

【0170】

軸直交方向移動ユニット５１，５３は、直動機構として、ラックアンドピニオン方式や、アクチュエータ等、ボールねじ機構５９，８１以外の直動機構を使用してもよい。又、直動機構の配置、ガイドレール５６，７８の数や配置、ガイドブロック５７，７９の数や配置、ベースプレート５５，７７や移動テーブル５８，８０の形状、ガススプリング６５，８７の配置等については、任意に変更してもよい。軸直交方向移動ユニット５１，５３の重力補償機構として、定荷重ばねやその他のばね、シリンダ、カウンターウェイト等、ガススプリング６５，８７以外の任意の形式を採用してもよい。

【0171】

軸方向移動ユニット５２，５４は、直動機構として、ラックアンドピニオン方式や、アクチュエータ等、ボールねじ機構７０，９２以外の直動機構を使用してもよい。又、直動機構の配置、ガイドレール６７，８９の数や配置、ガイドブロック６８，９０の数や配置、ベースプレート６６，８８や移動テーブル６９，９１の形状等については、任意に変更してもよい。

【0172】

更に、第１のツール押圧部１４と第２のツール押圧部１５は、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの位置の制御と、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂに付与する押圧荷重の制御を行うことができれば、図示した以外の任意の形式を採用してもよい。たとえば、ｙ軸方向に移動するテーブルを備えた移動ユニットと、ｚ軸方向に移動するテーブルを備えた移動ユニットとのテーブル移動量及び出力を組み合わせて制御してもよい。

【0173】

角隅部ｃ１，ｃ２に配置する一対の摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂは、ｘ軸方向の位置を互いにずらした配置としてもよい。

【0174】

移動機構１２は、ワークテーブル１０をｘ軸方向に沿って移動させることができる構成としてあれば、図示した以外の構成でもよい。たとえば、移動機構１２として、ボールねじ機構やアクチュエータを用いてもよい。あるいは、移動機構１２は、架台８側に設けられるラックと、ワークテーブル１０側に設けられる回転駆動可能なピニオンギアとを備えた構成としてもよい。

【0175】

第１のワークＷ１の面Ｐ１を配置するｘｙ平面は水平面でなく、傾斜していてもよい。この場合は、装置構成の説明に用いた前述した３次元直交座標系を、ｘｙ平面を基準に角度を変更すればよい。

【0176】

摩擦撹拌接合を行うときに、非特許文献１に示されたＡｄＳｔｉｒと云われる手法を適用してもよい。

【0177】

この場合は、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの固定式ショルダ３ａ，３ｂのワーク接触面４ａ，４ｂにより形成されている山形の頂部における、ツール相対移動方向ｔの前側にはフィラーを挿入するための切欠部を設け、ツール相対移動方向ｔの後側には接合後の角隅部ｃ１，ｃ２に形成されるフィレットに応じた形状の切欠部を設ける。

【0178】

接合装置本体は、固定式ショルダを備えた形式の摩擦撹拌接合ツールに限らず、回転式ショルダを備えた形式の摩擦撹拌接合ツールを有する構成であってもよい。

【0179】

更に、本開示の摩擦撹拌接合装置は、接合すべきワーク同士の間の接合部であれば、２つの角隅部ｃ１，ｃ２以外の任意の接合部の接合に用いてもよい。

【0180】

たとえば、板状のワークの端縁部同士を突き合わせて配置した接合部について摩擦撹拌接合を行う場合にも適用できる。この場合、ワーククランプユニットは、接合装置本体とは別体に形成され、接合装置本体の摩擦撹拌接合ツールが配置されている個所の付近、特に、ツール相対移動方向ｔの前側となる位置に、ワークの表面に押し付けて接合姿勢を保持するためのローラ（転動体）を備える。これにより、ワーククランプユニットは、ワークの表面に押し付けたローラと、ワークが配置されているテーブルや架台等の部材との間で、ワークをクランプして接合姿勢を保持することができる。

【0181】

ワーククランプユニット９を、摩擦撹拌接合時に接合装置本体５に近接させた近接位置から、ｘ軸方向以外に接合装置本体５から離反させて退避させる方向は、ｘ軸方向でなくてもよい。その場合は、ｘ軸方向のガイドレール１９に代えて、退避させる方向に延びるガイド部を備えればよい。

【0182】

ワーククランプユニット９を、摩擦撹拌接合時に接合装置本体５に近接させた近接位置から、接合装置本体５から離反した退避位置に移動できるとしたが、ワーククランプユニット９が、接合装置本体５に近接した位置に取外し可能に固定されていてもよい。

【0183】

更に、本開示の摩擦撹拌接合装置は、接合すべきワークを固定し、固定されたワーク間の接合部に沿って摩擦撹拌接合ツールを有する接合装置本体を移動させるようにして摩擦撹拌接合を行う装置に適用してもよい。この場合は、ワーククランプユニットが接合装置本体の移動方向に先行する側の近接した位置に配置され、摩擦撹拌接合を行うために接合装置本体を接合部の延びる方向に移動させるときに、ワーククランプユニットが接合装置本体に押されて一緒に移動するようにすればよい。又、ワーククランプユニットが、接合装置本体と同期して移動するための移動機構を備えてもよい。

【0184】

以上、本開示の好ましい実施例を説明したが、本開示はこれら実施例に限定されることはない。本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本開示は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。

【産業上の利用可能性】

【0185】

本開示によれば、接合すべきワーク同士の接合姿勢を、摩擦撹拌接合ツールの押圧荷重の反力の影響を受けない状態で保持しながら、ワーク間の接合部を摩擦撹拌接合することができる摩擦撹拌接合装置を提供することができる。

【符号の説明】

【0186】

１ａ 第１の摩擦撹拌接合ツール（摩擦撹拌接合ツール）
１ｂ 第２の摩擦撹拌接合ツール（摩擦撹拌接合ツール）
５ 接合装置本体
９ ワーククランプユニット
１３ フレーム（第１フレーム）
１６ フレーム（第２フレーム）
２２ａ〜２２ｆ サイドクランプローラ（第１転動体）
２５ａ，２５ｂ トップクランプローラ（第２転動体）
Ｗ１ 第１のワーク（ワーク）
Ｗ２ 第２のワーク（ワーク）
ｃ１，ｃ２ 角隅部（接合部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】