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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022167461
(43)【公開日】2022-11-04
(54)【発明の名称】摩擦攪拌接合装置
(51)【国際特許分類】
B23K 20/12 20060101AFI20221027BHJP
【ＦＩ】
B23K20/12 344
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021073257
(22)【出願日】2021-04-23
(71)【出願人】
【識別番号】000004617
【氏名又は名称】日本車輌製造株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000291
【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】須田 俊之
(72)【発明者】
【氏名】土井 康平
(72)【発明者】
【氏名】森 優智
【テーマコード（参考）】
4E167
【Ｆターム（参考）】
4E167AA06
4E167BG07
4E167BG08
4E167BG22
4E167DA12
(57)【要約】 （修正有）
【課題】上部回転体及び下部回転体を用いた摩擦攪拌接合装置に対して、回転工具と別体である表側プレートを用いることなく、回転工具に傾斜角を付与することのできる摩擦攪拌接合装置を提供する。
【解決手段】上部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な上部回転体１２と、上部回転体１２を貫いた回転主軸１０と一体に形成され、下部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な下部回転体１８と、回転主軸１０に形成された撹拌部とを備えた回転工具１４を有し、回転工具１４は、上部回転体１２及び下部回転体１８の一方又は双方の向かい合う端部にスラスト軸受１７を介してスライド板１６が取り付けられたものである摩擦撹拌接合装置において、スライド板１６の被接合部材１９と当接する面に、スライド板傾斜面１６ａが形成されていること、を特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】上部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な上部回転体１２と、上部回転体１２を貫いた回転主軸１０と一体に形成され、下部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な下部回転体１８と、回転主軸１０に形成された撹拌部とを備えた回転工具１４を有し、回転工具１４は、上部回転体１２及び下部回転体１８の一方又は双方の向かい合う端部にスラスト軸受１７を介してスライド板１６が取り付けられたものである摩擦撹拌接合装置において、スライド板１６の被接合部材１９と当接する面に、スライド板傾斜面１６ａが形成されていること、を特徴とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
上部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な上部回転体と、前記上部回転体を貫いた回転主軸と一体に形成され、下部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な下部回転体と、前記回転主軸に形成された撹拌部とを備えた回転工具を有し、接合端面同士を突き合わせた被接合部材の接合部を前記上部回転体と前記下部回転体とで挟み込み、前記接合部に沿って前記攪拌部が進行することにより、加熱しながら撹拌させて前記接合部を順次接合する装置であって、前記回転工具は、前記上部回転体及び前記下部回転体の一方又は双方の向かい合う端部にスラスト軸受を介してスライド板が取り付けられたものである摩擦撹拌接合装置において、
前記スライド板の前記被接合部材と当接する面に、スライド板傾斜面が形成されていること、
を特徴とする摩擦攪拌接合装置。
前記スライド板の前記被接合部材と当接する面に、スライド板傾斜面が形成されていること、
を特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項2】
請求項１に記載する摩擦攪拌接合装置において、
前記回転主軸が鉛直線に対して、主軸傾斜角度だけ傾斜していること、
前記スライド板傾斜面のスライド板傾斜角度が、前記主軸傾斜角度より大きい角度であること、
を特徴とする摩擦攪拌接合装置。
前記回転主軸が鉛直線に対して、主軸傾斜角度だけ傾斜していること、
前記スライド板傾斜面のスライド板傾斜角度が、前記主軸傾斜角度より大きい角度であること、
を特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項3】
請求項２に記載する摩擦攪拌接合装置において、
前記スライド板が、前記下部回転体に前記スラスト軸受を介して取り付けられていること、
前記主軸傾斜角度が、前記回転主軸の進行方向と反対方向に傾斜するように形成されていること、
を特徴とする摩擦攪拌接合装置。
前記スライド板が、前記下部回転体に前記スラスト軸受を介して取り付けられていること、
前記主軸傾斜角度が、前記回転主軸の進行方向と反対方向に傾斜するように形成されていること、
を特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項4】
請求項２に記載する摩擦攪拌接合装置において、
前記スライド板が、前記上部回転体に前記スラスト軸受を介して取り付けられていること、
前記主軸傾斜角度が、前記回転主軸の進行方向に傾斜するように形成されていること、
を特徴とする摩擦攪拌接合装置。
前記スライド板が、前記上部回転体に前記スラスト軸受を介して取り付けられていること、
前記主軸傾斜角度が、前記回転主軸の進行方向に傾斜するように形成されていること、
を特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項5】
請求項１に記載する摩擦攪拌接合装置において、
前記スライド板が、前記上部回転体及び前記下部回転体の双方の向かい合う面に取り付けられていること、
を特徴とする摩擦攪拌接合装置。
前記スライド板が、前記上部回転体及び前記下部回転体の双方の向かい合う面に取り付けられていること、
を特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項6】
請求項１乃至請求項５に記載するいずれか１つの摩擦攪拌接合装置において、
前記スライド板が、前記上部回転体又は前記下部回転体と伴廻りすることを防止するための回転防止手段を有すること、
前記回転防止手段により、前記スライド板の最大厚みを有する部位が、前記回転主軸の前記進行方向の先端に対して、反対の位置にあること、
を特徴とする摩擦攪拌接合装置。
前記スライド板が、前記上部回転体又は前記下部回転体と伴廻りすることを防止するための回転防止手段を有すること、
前記回転防止手段により、前記スライド板の最大厚みを有する部位が、前記回転主軸の前記進行方向の先端に対して、反対の位置にあること、
を特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、上部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な上部回転体と、上部回転体を貫いた回転主軸と一体に形成され、下部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な下部回転体と、前記回転主軸に形成された撹拌部とを備えた回転工具を有し、接合端面同士を突き合わせた被接合部材の接合部を上部回転体と下部回転体とで挟み込み、接合部に沿って進行することにより、加熱しながら撹拌させて接合部を順次接合する摩擦攪拌接合装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、鉄道車両の側構体を製造する装置として、押出成形によりアルミ合金製の長尺部材同士の接合端を突き合わせて、突き合わせ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置が広く利用されている。
本出願人は、特許文献１に示すように、上部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な上部回転体と、上部回転体を貫いた回転主軸と一体に形成され、下部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な下部回転体と、前記回転主軸に形成された撹拌部とを備えた回転工具を有し、接合端面同士を突き合わせた被接合部材の接合部を上部回転体と下部回転体とで挟み込み、接合部に沿って進行することにより、加熱しながら撹拌させて接合部を順次接合する摩擦攪拌接合装置を実用化している。
摩擦攪拌接合装置により接合された接合部は、アーク溶接と比較して平面度が高いため、グラインダで表面を軽く切削するだけで綺麗な表面が得られる利点がある。
本出願人は、特許文献１に示すように、上部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な上部回転体と、上部回転体を貫いた回転主軸と一体に形成され、下部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な下部回転体と、前記回転主軸に形成された撹拌部とを備えた回転工具を有し、接合端面同士を突き合わせた被接合部材の接合部を上部回転体と下部回転体とで挟み込み、接合部に沿って進行することにより、加熱しながら撹拌させて接合部を順次接合する摩擦攪拌接合装置を実用化している。
摩擦攪拌接合装置により接合された接合部は、アーク溶接と比較して平面度が高いため、グラインダで表面を軽く切削するだけで綺麗な表面が得られる利点がある。
【0003】
通常の摩擦攪拌接合装置について説明する。図１１に示すように、一対のアルミ板１０２を接合するときに、平面度を必要とする面が回転ツールの裏側の面にある場合には、当て板１０４によりアルミ板１０２の接合部の裏側をしっかりと支持しておく必要がある。上部回転体１００、及びのその先端に付設された回転工具１０１が高速回転することにより、アルミ板１０２の接合部の温度を５５０℃程度まで加熱する。鉄道車両構体に用いるアルミ合金の融点は６００～６５０℃であるが、アルミは５５０℃程度の温度に加熱されると流動性を有する状態の流動アルミ１０３となり、強い力で攪拌されると流動する。
【0004】
上部回転体１００と回転工具１０１は、一対のアルミ板１０２の突き合わせられている接合部を加熱しながら攪拌させて一対のアルミ板１０２の双方のアルミを攪拌する。加熱され攪拌されている流動アルミ１０３は、矢印Ｘで示す進行方向に発生している。上部回転体１００と回転工具１０１が通過したアルミ材１０５は攪拌されることはなく、順次冷却されることにより、一対のアルミ板１０２は、接合される。
加熱され攪拌された流動アルミ１０３は、アルミ板１０２の裏面では、当て板１０４により当接されているため、上部回転体１００から受ける荷重を確実に受けることができる。
加熱され攪拌された流動アルミ１０３は、アルミ板１０２の裏面では、当て板１０４により当接されているため、上部回転体１００から受ける荷重を確実に受けることができる。
【0005】
次に、特許文献１の技術の利点について説明する。図１１では、鉄道車両構体を構成するアルミ板材として広く使用されている２枚の平板がリブで接続されているダブルスキンの表板を摩擦攪拌接合しようとする場合に、当て板１０４を表板の裏に装着するのが困難であり、リブの構造等に大きな制約を受け、実用化するときに余分なコストを必要とする問題があった。
図１２に示すように、回転工具１０１をアルミ板１０２の裏側を貫通する位置まで延設して、下部回転体１０６を固設する。下部回転体１０６には、スラスト軸受１０８を介して、アルミ板１０２の裏面に当接するスライド板１０７が取り付けられている。
スライド板１０７は、回転工具１０１により加熱され攪拌された流動アルミ１０３が、アルミ板１０２の裏側に漏れ出るのを防止し、アルミ板１０２の裏面の平面度の高い接合面を形成する。
特許文献１の技術によれば、当て板１０４を必要としないため、摩擦攪拌接合装置の全体のコストを低減することができる。
図１２に示すように、回転工具１０１をアルミ板１０２の裏側を貫通する位置まで延設して、下部回転体１０６を固設する。下部回転体１０６には、スラスト軸受１０８を介して、アルミ板１０２の裏面に当接するスライド板１０７が取り付けられている。
スライド板１０７は、回転工具１０１により加熱され攪拌された流動アルミ１０３が、アルミ板１０２の裏側に漏れ出るのを防止し、アルミ板１０２の裏面の平面度の高い接合面を形成する。
特許文献１の技術によれば、当て板１０４を必要としないため、摩擦攪拌接合装置の全体のコストを低減することができる。
【0006】
一方、摩擦攪拌接合において、攪拌軸を進行方向に対して所定角度傾けた状態で移動させる方法が特許文献２に開示されている。すなわち、特許文献２の段落（0007）には、
「金属材の表面側のみから回転ツールのプローブを接合部に挿入する摩擦攪拌接合では、回転ツールの移動方向の側に回転ツールのプローブの先端が傾くように回転ツールを金属材の表面の法線に対して傾斜させることにより、良好な接合を得ることが行われる。」と記載されている。
特許文献２では、一方、特許文献１（特許文献２の記載では、特開2003-181654号公報を指すが、ここでは、特許第5204928号公報を指す。）に記載されているような「ボビンツールを用いる技術では、プローブで連結された上下一対のショルダー部を回転させる。この状態では上下片方のショルダー部を回転ツールの移動方向の側に傾けると、もう片方のショルダー部は回転ツールの移動方向とは反対方向の側に傾いてしまう。このため、ボビンツールを金属材に対していずれかの方向に傾斜させることができず、ボビンツールを金属材の表面の法線に対して垂直にすることが必要となる。そのため、ボビンツールを用いる摩擦攪拌接合では、良好な接合部を得るための接合条件の範囲が狭い欠点がある。」と指摘している。
「金属材の表面側のみから回転ツールのプローブを接合部に挿入する摩擦攪拌接合では、回転ツールの移動方向の側に回転ツールのプローブの先端が傾くように回転ツールを金属材の表面の法線に対して傾斜させることにより、良好な接合を得ることが行われる。」と記載されている。
特許文献２では、一方、特許文献１（特許文献２の記載では、特開2003-181654号公報を指すが、ここでは、特許第5204928号公報を指す。）に記載されているような「ボビンツールを用いる技術では、プローブで連結された上下一対のショルダー部を回転させる。この状態では上下片方のショルダー部を回転ツールの移動方向の側に傾けると、もう片方のショルダー部は回転ツールの移動方向とは反対方向の側に傾いてしまう。このため、ボビンツールを金属材に対していずれかの方向に傾斜させることができず、ボビンツールを金属材の表面の法線に対して垂直にすることが必要となる。そのため、ボビンツールを用いる摩擦攪拌接合では、良好な接合部を得るための接合条件の範囲が狭い欠点がある。」と指摘している。
【0007】
上記欠点を解決するために、特許文献２の図３（この段落では、部品番号は、特許文献２のものを使用している。）に示されているように、攪拌軸（１６）の下端に回転する裏側ツール（１４）を設けて、裏側ツール（１４）のある面と反対側の面に、攪拌軸（１６）とは別体で構成される回転しない表側プレート（１２）を、攪拌軸（１６）と同期させながら移動することが開示されている。この表側プレート（１２）により、平面度の高い接合面を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許第5204928号公報
【特許文献2】特開2014-61542号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献１の技術に、回転工具を被接合板の鉛直面に対して傾斜角を設けようとした場合には、特許文献２で指摘されている問題が発生する。特許文献２の技術によれば、一応その欠点を克服することは可能である。
しかしながら、特許文献２の摩擦攪拌接合装置には、次のような問題があった。
（１）特許文献２の図３に示されるような回転ツールと別体で構成される表側プレートを攪拌軸と同期させながら移動するためには、表側プレートを駆動するための駆動手段を別に設けなければならず、装置が複雑化すると共に、装置のコストが高くなる問題があった。
（２）また、裏側ツール（下部回転体）の一部が被接合部内に侵入し、回転工具により５５０℃程度に加熱され軟化しているアルミと接触するため、接合部の表面を荒らすため平面度が悪化し、後処理に余分の加工を必要とする問題があった。
（３）表面プレートが軟化前の部材表面と擦れるため、部材表面を擦ることで、接合部欠陥を生じ、回転工具破損の恐れの問題があった。
しかしながら、特許文献２の摩擦攪拌接合装置には、次のような問題があった。
（１）特許文献２の図３に示されるような回転ツールと別体で構成される表側プレートを攪拌軸と同期させながら移動するためには、表側プレートを駆動するための駆動手段を別に設けなければならず、装置が複雑化すると共に、装置のコストが高くなる問題があった。
（２）また、裏側ツール（下部回転体）の一部が被接合部内に侵入し、回転工具により５５０℃程度に加熱され軟化しているアルミと接触するため、接合部の表面を荒らすため平面度が悪化し、後処理に余分の加工を必要とする問題があった。
（３）表面プレートが軟化前の部材表面と擦れるため、部材表面を擦ることで、接合部欠陥を生じ、回転工具破損の恐れの問題があった。
【0010】
本発明は、上部回転体及び下部回転体を用いた摩擦攪拌接合装置に対して、回転工具と別体である表側プレートを用いることなく、回転工具に傾斜角を付与することのできる摩擦攪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】
【0011】
上記課題を解決するために、本発明の摩擦攪拌接合装置は、次の構成を有している。
（１） 上部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な上部回転体と、前記上部回転体を貫いた回転主軸と一体に形成され、下部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な下部回転体と、前記回転主軸に形成された撹拌部とを備えた回転工具を有し、接合端面同士を突き合わせた被接合部材の接合部を前記上部回転体と前記下部回転体とで挟み込み、前記接合部に沿って前記攪拌部が進行することにより、加熱しながら撹拌させて前記接合部を順次接合する装置であって、前記回転工具は、前記上部回転体及び前記下部回転体の一方又は双方の向かい合う端部にスラスト軸受を介してスライド板が取り付けられたものである摩擦撹拌接合装置において、前記スライド板の前記被接合部材と当接する面に、スライド板傾斜面が形成されていること、を特徴とする。
（２）（１）に記載する摩擦攪拌接合装置において、前記回転主軸が鉛直線に対して、主軸傾斜角度だけ傾斜していること、前記スライド板傾斜面のスライド板傾斜角度が、前記主軸傾斜角度より大きい角度であること、を特徴とする。
ここで、前記主軸傾斜角度が１．５度以上３度以下であること、が好ましい。
（１） 上部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な上部回転体と、前記上部回転体を貫いた回転主軸と一体に形成され、下部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な下部回転体と、前記回転主軸に形成された撹拌部とを備えた回転工具を有し、接合端面同士を突き合わせた被接合部材の接合部を前記上部回転体と前記下部回転体とで挟み込み、前記接合部に沿って前記攪拌部が進行することにより、加熱しながら撹拌させて前記接合部を順次接合する装置であって、前記回転工具は、前記上部回転体及び前記下部回転体の一方又は双方の向かい合う端部にスラスト軸受を介してスライド板が取り付けられたものである摩擦撹拌接合装置において、前記スライド板の前記被接合部材と当接する面に、スライド板傾斜面が形成されていること、を特徴とする。
（２）（１）に記載する摩擦攪拌接合装置において、前記回転主軸が鉛直線に対して、主軸傾斜角度だけ傾斜していること、前記スライド板傾斜面のスライド板傾斜角度が、前記主軸傾斜角度より大きい角度であること、を特徴とする。
ここで、前記主軸傾斜角度が１．５度以上３度以下であること、が好ましい。
【0012】
（３）（２）に記載する摩擦攪拌接合装置において、前記スライド板が、前記下部回転体に前記スラスト軸受を介して取り付けられていること、前記主軸傾斜角度が、前記回転主軸の進行方向と反対方向に傾斜するように形成されていること、を特徴とする。
（４）（２）に記載する摩擦攪拌接合装置において、前記スライド板が、前記上部回転体に前記スラスト軸受を介して取り付けられていること、前記主軸傾斜角度が、前記回転主軸の進行方向に傾斜するように形成されていること、を特徴とする。
（４）（２）に記載する摩擦攪拌接合装置において、前記スライド板が、前記上部回転体に前記スラスト軸受を介して取り付けられていること、前記主軸傾斜角度が、前記回転主軸の進行方向に傾斜するように形成されていること、を特徴とする。
【0013】
（５）（１）に記載する摩擦攪拌接合装置において、前記スライド板が、前記上部回転体及び前記下部回転体の双方の向かい合う面に取り付けられていること、を特徴とする。
（６）（１）乃至（５）に記載するいずれか１つの摩擦攪拌接合装置において、前記スライド板が、前記上部回転体又は前記下部回転体と伴廻りすることを防止するための回転防止手段を有すること、前記回転防止手段により、前記スライド板の最大厚みを有する部位が、前記回転主軸の前記進行方向の先端に対して、反対の位置にあること、を特徴とする。
（６）（１）乃至（５）に記載するいずれか１つの摩擦攪拌接合装置において、前記スライド板が、前記上部回転体又は前記下部回転体と伴廻りすることを防止するための回転防止手段を有すること、前記回転防止手段により、前記スライド板の最大厚みを有する部位が、前記回転主軸の前記進行方向の先端に対して、反対の位置にあること、を特徴とする。
【0014】
上記構成を有する摩擦攪拌接合装置は、次のような作用・効果を奏する。
（１） 上部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な上部回転体と、前記上部回転体を貫いた回転主軸と一体に形成され、下部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な下部回転体と、前記回転主軸に形成された撹拌部とを備えた回転工具を有し、接合端面同士を突き合わせた被接合部材の接合部を前記上部回転体と前記下部回転体とで挟み込み、前記接合部に沿って前記攪拌部が進行することにより、加熱しながら撹拌させて前記接合部を順次接合する装置であって、前記回転工具は、前記上部回転体及び前記下部回転体の一方又は双方の向かい合う端部にスラスト軸受を介してスライド板が取り付けられたものである摩擦撹拌接合装置において、前記スライド板の前記被接合部材と当接する面に、スライド板傾斜面が形成されていること、を特徴とするので、例えば、スライド傾斜面の傾斜角度を回転工具の傾斜角度と同じにすれば、スライド傾斜面が被接合部材の表面とほぼ平行な状態となるため、スライド板の一部が被接合部に侵入することが少なく、接合後の接合面を、バリ等の無い平滑な状態にすることができる。
（１） 上部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な上部回転体と、前記上部回転体を貫いた回転主軸と一体に形成され、下部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な下部回転体と、前記回転主軸に形成された撹拌部とを備えた回転工具を有し、接合端面同士を突き合わせた被接合部材の接合部を前記上部回転体と前記下部回転体とで挟み込み、前記接合部に沿って前記攪拌部が進行することにより、加熱しながら撹拌させて前記接合部を順次接合する装置であって、前記回転工具は、前記上部回転体及び前記下部回転体の一方又は双方の向かい合う端部にスラスト軸受を介してスライド板が取り付けられたものである摩擦撹拌接合装置において、前記スライド板の前記被接合部材と当接する面に、スライド板傾斜面が形成されていること、を特徴とするので、例えば、スライド傾斜面の傾斜角度を回転工具の傾斜角度と同じにすれば、スライド傾斜面が被接合部材の表面とほぼ平行な状態となるため、スライド板の一部が被接合部に侵入することが少なく、接合後の接合面を、バリ等の無い平滑な状態にすることができる。
【0015】
（２）（１）に記載する摩擦攪拌接合装置において、前記回転主軸が鉛直線に対して、主軸傾斜角度だけ傾斜していること、前記スライド板傾斜面のスライド板傾斜角度が、前記主軸傾斜角度のより大きい角度であること、より好ましくは、前記主軸傾斜角度が１．５度以上３度以下であること、を特徴とするので、
前記スライド板傾斜面のスライド板傾斜角度が、前記主軸傾斜角度と同じ角度の場合には、スライド板傾斜面が被接合部材の表面とほぼ平行な状態となる。しかし、スライド板の進行方向の先端部が加熱される前の被接合部材と接触する恐れがあり、これにより、回転工具に大きな負荷が掛かり、回転工具が破損する恐れがある。
前記スライド板傾斜面のスライド板傾斜角度が、前記主軸傾斜角度と同じ角度の場合には、スライド板傾斜面が被接合部材の表面とほぼ平行な状態となる。しかし、スライド板の進行方向の先端部が加熱される前の被接合部材と接触する恐れがあり、これにより、回転工具に大きな負荷が掛かり、回転工具が破損する恐れがある。
【0016】
前記スライド板傾斜面のスライド板傾斜角度が、前記主軸傾斜角度のより大きい角度としておけば、スライド板傾斜面の進行方向後端部であるスライド板の厚くなっている部分が被接合部材に接した状態のときに、スライド板傾斜面の先端部と被接合部材との間には常に隙間が形成されているため、スライド板傾斜面の先端部が被接合部材と接触する恐れがない。
また、スライド板傾斜面の進行方向後端部であるスライド板の厚くなっている部分が、最終仕上げとして、被接合部材に常に接しているため、平面度の高い接合面を得ることができる。
また、スライド板傾斜面の進行方向後端部であるスライド板の厚くなっている部分が、最終仕上げとして、被接合部材に常に接しているため、平面度の高い接合面を得ることができる。
【0017】
（３）（２）に記載する摩擦攪拌接合装置において、前記スライド板が、前記下部回転体に前記スラスト軸受を介して取り付けられていること、前記主軸傾斜角度が、前記回転主軸の進行方向と反対方向に傾斜するように形成されていること、を特徴とするので、スライド板傾斜面の進行方向後端部が被接合部材に接した状態のときに、スライド板傾斜面の先端部と被接合部材との間には常に隙間が形成されているため、スライド板傾斜面の先端部が被接合部材と接触する恐れがない。
また、スライド板傾斜面の進行方向後端部であるスライド板の厚くなっている部分が、最終仕上げとして、被接合部材に常に接しているため、平面度の高い接合面を得ることができる。
また、スライド板傾斜面の進行方向後端部であるスライド板の厚くなっている部分が、最終仕上げとして、被接合部材に常に接しているため、平面度の高い接合面を得ることができる。
【0018】
（４）（２）に記載する摩擦攪拌接合装置において、前記スライド板が、前記上部回転体に前記スラスト軸受を介して取り付けられていること、前記主軸傾斜角度が、前記回転主軸の進行方向に傾斜するように形成されていること、を特徴とするので、スライド板傾斜面の進行方向後端部が被接合部材に接した状態のときに、スライド板傾斜面の先端部と被接合部材との間には常に隙間が形成されているため、スライド板傾斜面の先端部が被接合部材と接触する恐れがない。
また、スライド板傾斜面の進行方向後端部が、最終仕上げとして、被接合部材に常に接しているため、平面度の高い接合面を得ることができる。
また、スライド板傾斜面の進行方向後端部が、最終仕上げとして、被接合部材に常に接しているため、平面度の高い接合面を得ることができる。
【0019】
（５）（１）に記載する摩擦攪拌接合装置において、前記スライド板が、前記上部回転体及び前記下部回転体の双方の向かい合う面に取り付けられていること、を特徴とするので、接合部に対する加熱しての攪拌は回転工具のみにより行われるが、被接合部材の両面を、双方の向かい合う面に取り付けられている一対のスライド板傾斜面の進行方向後端部により、仕上げ加工できるため、接合面の両面において平面度の高い接合面を得ることができる。
【0020】
（６）（１）乃至（５）に記載するいずれか１つの摩擦攪拌接合装置において、前記スライド板が、前記上部回転体又は前記下部回転体と伴廻りすることを防止するための回転防止手段であるガイド部とガイド溝を有すること、ガイド部とガイド溝により、スライド板の進行方向後端部である厚くなっている部分が、回転主軸の進行方向Ｘの先端に対して、反対の位置にあること、を特徴とするので、
スライド板傾斜面が被接合部材の表面とほぼ平行な状態となるため、スライド板が被接合部材に侵入することが少なく、接合後の接合面を、バリ等の無い平滑な状態にすることができる。
特に、スライド板はフリーな状態にあるため、回転工具により５５０℃程度に加熱され軟化しているアルミが攪拌されたときに、流動アルミと接触しているスライド板が供廻りする恐れがある。本発明では、回転防止部材が供廻りを防止しているため、常に、前記スライド板の厚くなっている部分が、前記回転主軸の前記進行方向に向かった位置と反対の位置にある状態を保持することができる。
スライド板傾斜面が被接合部材の表面とほぼ平行な状態となるため、スライド板が被接合部材に侵入することが少なく、接合後の接合面を、バリ等の無い平滑な状態にすることができる。
特に、スライド板はフリーな状態にあるため、回転工具により５５０℃程度に加熱され軟化しているアルミが攪拌されたときに、流動アルミと接触しているスライド板が供廻りする恐れがある。本発明では、回転防止部材が供廻りを防止しているため、常に、前記スライド板の厚くなっている部分が、前記回転主軸の前記進行方向に向かった位置と反対の位置にある状態を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の第１実施の形態の摩擦攪拌接合装置１１の主要部の断面図である。
【図2】本発明の第２実施の形態の摩擦攪拌接合装置１１の主要部の断面図である。
【図3】本発明の第３実施の形態の摩擦攪拌接合装置１１の主要部の断面図である。
【図4】本発明の第４実施の形態の摩擦攪拌接合装置１１の主要部の断面図である。
【図5】本発明の第５実施の形態の摩擦攪拌接合装置１１の主要部の断面図である。
【図8】本発明の第６実施の形態の摩擦攪拌接合装置１１の主要部の断面図である。
【図11】従来の摩擦攪拌接合装置１００の主要部の断面図である。
【図12】従来の別の摩擦攪拌接合装置１００の主要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明の摩擦攪拌接合装置１１の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１に、摩擦攪拌接合装置の主要部を断面図で示す。
図１に示すように、略円筒形状の上部回転体１２の中心孔に、上部回転軸１３が固定されている。上部回転軸１３は、上部回転体１２と同じ速度で回転している。上部回転軸１３の上部回転体１２から突出して被接合部材１９を貫通し、被接合部材１９と当接して攪拌する部位が回転工具１４であり、被接合部材１９から下側の部位が下部回転軸１５である。上部回転軸１３、回転工具１４、及び下部回転軸１５は、一体の回転主軸１０を構成している。
図１に示すように、略円筒形状の上部回転体１２の中心孔に、上部回転軸１３が固定されている。上部回転軸１３は、上部回転体１２と同じ速度で回転している。上部回転軸１３の上部回転体１２から突出して被接合部材１９を貫通し、被接合部材１９と当接して攪拌する部位が回転工具１４であり、被接合部材１９から下側の部位が下部回転軸１５である。上部回転軸１３、回転工具１４、及び下部回転軸１５は、一体の回転主軸１０を構成している。
【0023】
下部回転軸１５の先端部には、下部回転体１８が固定されている。また、下部回転体１８の上面には、スラスト軸受１７を介して、スライド板１６が下部回転軸１５に対して、回転可能に保持されている。スライド板１６の中心には中心孔が形成され、下部回転軸１５がスライド板１６の中心孔を貫通しているが、下部回転軸１５の外周面と、スライド板１６の中心孔の内周面と間には、隙間が形成されている。
回転主軸１０の中心軸Ｙ２は、被接合部材１９の上面１９ａの鉛直軸Ｙ１に対して、回転主軸１０の進行方向（矢印Ｘで示す。）と反対側に向かって主軸傾斜角度θだけ傾斜している。
上部回転体１２の下面１２ａは、被接合部材１９の上面１９ａに対して角度θだけ傾斜している。ここで、下面１２ａが平面でない場合、例えば、凹状の円弧を形成している場合は、円弧の両端部を結ぶ仮想線が角度θだけ傾斜している。
回転主軸１０の中心軸Ｙ２は、被接合部材１９の上面１９ａの鉛直軸Ｙ１に対して、回転主軸１０の進行方向（矢印Ｘで示す。）と反対側に向かって主軸傾斜角度θだけ傾斜している。
上部回転体１２の下面１２ａは、被接合部材１９の上面１９ａに対して角度θだけ傾斜している。ここで、下面１２ａが平面でない場合、例えば、凹状の円弧を形成している場合は、円弧の両端部を結ぶ仮想線が角度θだけ傾斜している。
【0024】
次に、被接合部材１９の下面１９ｂ側に位置する部材について説明する。
下部回転体１８の上面及び下面は、上部回転体１２の下面１２ａと平行に形成されている。ここで、下面１２ａが平面でない場合、例えば、凹状の円弧を形成している場合は、円弧の両端部を結ぶ仮想線と平行に形成されている。また、スライド板１６の下面も、上部回転体１２の下面１２ａと平行に形成されている。
スライド板１６の上面は、スライド板１６の下面に対して、スライド板傾斜角度αだけ傾斜して、スライド板傾斜面１６ａを形成している。本実施の形態では、α＝θ＝３度としているので、スライド板傾斜面１６ａは、被接合部材１９の下面１９ｂと全面で当接した状態となっている。主軸傾斜角度θは、１．５度以上３度以下であれば良い。この場合に、α＝θとする。
下部回転体１８の上面及び下面は、上部回転体１２の下面１２ａと平行に形成されている。ここで、下面１２ａが平面でない場合、例えば、凹状の円弧を形成している場合は、円弧の両端部を結ぶ仮想線と平行に形成されている。また、スライド板１６の下面も、上部回転体１２の下面１２ａと平行に形成されている。
スライド板１６の上面は、スライド板１６の下面に対して、スライド板傾斜角度αだけ傾斜して、スライド板傾斜面１６ａを形成している。本実施の形態では、α＝θ＝３度としているので、スライド板傾斜面１６ａは、被接合部材１９の下面１９ｂと全面で当接した状態となっている。主軸傾斜角度θは、１．５度以上３度以下であれば良い。この場合に、α＝θとする。
【0025】
本発明では、スライド板１６の厚くなっている部分１６ｂが、回転工具１４の進行方向Ｘと反対方向の位置に保持されている。この点を詳細に説明する。
スライド板１６には、被接合部材１９に当接するスライド板傾斜面１６ａが被接合部材１９から受ける回転力により、回転する力が付加されている。
すなわち、スライド板傾斜面１６ａが当接している被接合部材１９のアルミ材は、回転工具１４及び上部回転体１２の下面１２ａの回転による摩擦熱により５５０度程度まで加熱され、流動しやすい状態の流動アルミ２０となっており、回転工具１４の外周面により攪拌され回転方向に流動している。
回転流動する流動アルミ２０により、スライド板傾斜面１６ａは、回転力を受け、その回転力はスライド板１６に直接伝わっている。
スライド板１６には、被接合部材１９に当接するスライド板傾斜面１６ａが被接合部材１９から受ける回転力により、回転する力が付加されている。
すなわち、スライド板傾斜面１６ａが当接している被接合部材１９のアルミ材は、回転工具１４及び上部回転体１２の下面１２ａの回転による摩擦熱により５５０度程度まで加熱され、流動しやすい状態の流動アルミ２０となっており、回転工具１４の外周面により攪拌され回転方向に流動している。
回転流動する流動アルミ２０により、スライド板傾斜面１６ａは、回転力を受け、その回転力はスライド板１６に直接伝わっている。
【0026】
しかし、スライド板１６は、回転工具１４が進行する接合直線と平行に設置されたガイド部材に、常に当接されているため、スライド板１６は、常に図１に示すように、スライド板１６の厚くなっている部分１６ｂが、回転工具１４の進行方向Ｘと反対の位置に保持されている。その詳細を説明する。
図６に、図１の進行方向と反対側から見た摩擦攪拌接合装置１１の中央断面図を示し、図７に図６のＡＡ断面図を示す。摩擦攪拌接合装置１１は、図６においては、紙面の表面側から裏面側に進行としており、図７においては、矢印Ｘで示す方向に進行している。
図６では、図１で記載を省略していたガイド本体３０に形成されたガイド溝３１が形成されている。また、図７に示すように、スライド板１６は円筒状の両側面に平面状のガイド部１６ｄが形成されている。一対のガイド部１６ｄの幅長さは、ガイド溝３１の溝の幅長さより少し短く設定されている。
また、スライド板１６の上面には、図６に示すように、両側に切欠き部１６ｃが形成されている。これは、スライド板１６の上面左右端部が、被接合部材１９の下面１９ｂと接触するのを防止するためである。
また、図６、図７に示すように、回転主軸１０（上部回転軸１３）の中心軸線Ｌ２の下部回転体１８の下面での位置は、ガイド溝３１の中心線Ｌ１と少しずれて設定されている。
図６に、図１の進行方向と反対側から見た摩擦攪拌接合装置１１の中央断面図を示し、図７に図６のＡＡ断面図を示す。摩擦攪拌接合装置１１は、図６においては、紙面の表面側から裏面側に進行としており、図７においては、矢印Ｘで示す方向に進行している。
図６では、図１で記載を省略していたガイド本体３０に形成されたガイド溝３１が形成されている。また、図７に示すように、スライド板１６は円筒状の両側面に平面状のガイド部１６ｄが形成されている。一対のガイド部１６ｄの幅長さは、ガイド溝３１の溝の幅長さより少し短く設定されている。
また、スライド板１６の上面には、図６に示すように、両側に切欠き部１６ｃが形成されている。これは、スライド板１６の上面左右端部が、被接合部材１９の下面１９ｂと接触するのを防止するためである。
また、図６、図７に示すように、回転主軸１０（上部回転軸１３）の中心軸線Ｌ２の下部回転体１８の下面での位置は、ガイド溝３１の中心線Ｌ１と少しずれて設定されている。
【0027】
図７に示すように、スライド板1６のガイド部１６ｄは、接触位置１６ｅの１点でガイド溝３１の内側面に接触している。回転主軸１０は、図７に矢印Ｙで示す方向に回転されており、スライド板１６は、流動アルミ２０と供廻りするため、Ｙ方向に回転力を受けている。これをガイド溝３１の内側面が受けることにより、スライド板１６は、回転せずに進行方向Ｘへ進行する。
回転主軸１０（上部回転軸１３）の中心軸線Ｌ２の下部回転体１８の下面での位置は、ガイド溝３１の中心線Ｌ１と少しずらすことにより、スライド板１６のガイド部１６ｄの接触位置１６ｅが安定して接触するため、進行方向Ｘ側のガイド部１６ｄがガイド溝３１の内側面に接触する場合と比較して、下部回転体１８に与える反力を低減することができる。
回転主軸１０（上部回転軸１３）の中心軸線Ｌ２の下部回転体１８の下面での位置は、ガイド溝３１の中心線Ｌ１と少しずらすことにより、スライド板１６のガイド部１６ｄの接触位置１６ｅが安定して接触するため、進行方向Ｘ側のガイド部１６ｄがガイド溝３１の内側面に接触する場合と比較して、下部回転体１８に与える反力を低減することができる。
【0028】
次に、上記構成を有する摩擦攪拌接合装置１１の作用について説明する。スライド板１６は、回転主軸１０を介して、被接合部材１９に当接する方向に、図示しない下部アクチュエータにより引き上げられており、スライド板傾斜面１６ａは、被接合部材１９の下面１９ｂに対して強い押圧力で当接されている。
回転工具１４が、主軸傾斜角度θを有することにより、上部回転体１２の下面の進行方向での被接合部材１９との当接面、及び回転工具１４の外周面がアルミ材と摩擦することにより発生する熱でアルミ材が５５０℃程度まで加熱され、流動可能な流動アルミ２０の状態となっている。図１に示すように、流動アルミ２０は、回転工具１４の周囲、及び上部回転体１２の下面１２ａが当接する部位に流動アルミ２０ａが形成されている。回転しないスライド板１６が当接している被接合部材１９は、摩擦熱による加熱がないため、回転工具１４の周囲のみに流動アルミ２０ｂが形成されている。
回転工具１４が、主軸傾斜角度θを有することにより、上部回転体１２の下面の進行方向での被接合部材１９との当接面、及び回転工具１４の外周面がアルミ材と摩擦することにより発生する熱でアルミ材が５５０℃程度まで加熱され、流動可能な流動アルミ２０の状態となっている。図１に示すように、流動アルミ２０は、回転工具１４の周囲、及び上部回転体１２の下面１２ａが当接する部位に流動アルミ２０ａが形成されている。回転しないスライド板１６が当接している被接合部材１９は、摩擦熱による加熱がないため、回転工具１４の周囲のみに流動アルミ２０ｂが形成されている。
【0029】
鉄道車両構体に用いるアルミ合金の溶融温度は６００～６５０℃程度なので、アルミ材は溶融状態にはならないが、流動性は高くなり、上部回転体１２の下面１２ａ、及び回転工具１４の外周が流動アルミ２０に与える摩擦力により流動アルミ２０は回転流動する。このとき主軸傾斜角度θがない場合には、流動アルミ２０の回転流動は、被接合部材１９の板厚方向では発生し難い。
しかし、前進角度θ（図１では時計回り方向にθが形成されている。）がある場合には、上部回転体１２の下面１２ａ、及び回転工具１４の外周が流動アルミ２０に対して被接合部材１９の板厚方向に力を与えるため、流動アルミ２０は、回転方向に流動すると同時に被接合部材１９の板厚方向にも流動する。これにより、一対の被接合部材１９の両接合部内でのアルミ材の攪拌が促進されるため、強固な接合部を形成することができる。
しかし、前進角度θ（図１では時計回り方向にθが形成されている。）がある場合には、上部回転体１２の下面１２ａ、及び回転工具１４の外周が流動アルミ２０に対して被接合部材１９の板厚方向に力を与えるため、流動アルミ２０は、回転方向に流動すると同時に被接合部材１９の板厚方向にも流動する。これにより、一対の被接合部材１９の両接合部内でのアルミ材の攪拌が促進されるため、強固な接合部を形成することができる。
【0030】
次に、仕上げ面である被接合部材１９の下面１９ｂでの表面仕上げについて説明する。
回転工具１４は前進角度θを有しているため、回転工具１４に垂直に付設された下部回転体１８の上面・下面は、被接合部材１９の下面１９ｂに対してスライド板傾斜角度αを有している。
しかし、本発明では、スライド板傾斜面１６ａが、スライド板１６の下面にて対してα（図１では、反時計回り方向にαが形成されている。）だけスライド板傾斜角度αが形成されているため、スライド板傾斜面１６ａが、被接合部材１９の下面１９ｂに全面で当接した状態となっている。
回転工具１４は前進角度θを有しているため、回転工具１４に垂直に付設された下部回転体１８の上面・下面は、被接合部材１９の下面１９ｂに対してスライド板傾斜角度αを有している。
しかし、本発明では、スライド板傾斜面１６ａが、スライド板１６の下面にて対してα（図１では、反時計回り方向にαが形成されている。）だけスライド板傾斜角度αが形成されているため、スライド板傾斜面１６ａが、被接合部材１９の下面１９ｂに全面で当接した状態となっている。
【0031】
このため、流動アルミ２０ａが、回転方向に流動すると同時に被接合部材１９の板厚方向にも流動され、一対の被接合部材１９の両接合部内でのアルミ材の攪拌が激しく行われても、スライド板傾斜面１６ａが外に出ようとする流動アルミ２０ａを確実に押さえつけるため、スライド板１６が通過した後における被接合部材１９の下面１９ｂを高い平面度に仕上げることができる。
ここで、θとして１．５度、２度、２．５度を採用した場合であっても、α＝θとしていれば、スライド板傾斜面１６ａは、常に被接合部材１９の下面１９ｂに当接している。これにより、スライド板１６が通過した後における接合面を高い平面度に維持することができる。
ここで、θとして１．５度、２度、２．５度を採用した場合であっても、α＝θとしていれば、スライド板傾斜面１６ａは、常に被接合部材１９の下面１９ｂに当接している。これにより、スライド板１６が通過した後における接合面を高い平面度に維持することができる。
【0032】
次に、本発明の第２実施の形態について図２に基づいて説明する。第２実施の形態は、一部を除いて第１実施の形態と同じ構成及び作用なので、同じ部材には同一の符号を付し、相違する点のみを詳細に説明し、重複内容は説明を割愛する。
スライド板傾斜角度αが、θを超える角度となっている点である。すなわち、α＞θとしている点である。
図２に示すように、α＞θとすることにより、スライド板傾斜面１６ａの進行方向先端において、隙間Ｚが形成される。
実際の被接合部材１９は、うねり等を有しており高い平面度が維持されていない場合が多い。そのような場合に、α＝θとしていると、スライド板傾斜面１６ａが被接合部材１９の下面１９ｂに密着している状態で、スライド板傾斜面１６ａが被接合部材１９の下面１９ｂを擦ることがある。
スライド板傾斜角度αが、θを超える角度となっている点である。すなわち、α＞θとしている点である。
図２に示すように、α＞θとすることにより、スライド板傾斜面１６ａの進行方向先端において、隙間Ｚが形成される。
実際の被接合部材１９は、うねり等を有しており高い平面度が維持されていない場合が多い。そのような場合に、α＝θとしていると、スライド板傾斜面１６ａが被接合部材１９の下面１９ｂに密着している状態で、スライド板傾斜面１６ａが被接合部材１９の下面１９ｂを擦ることがある。
【0033】
被接合部材１９の上面１９ａでは、上部回転体１２の下面１２ａにより、流動アルミ２０が形成されている。しかし、被接合部材１９の下面１９ｂは、回転工具１４に近い部分のみに流動アルミ２０が形成されていて、スライド板傾斜面１６ａの進行方向の先端部が当接する被接合部材１９の下面１９ｂは、未だ加熱が弱く流動アルミ２０が形成されていない。流動アルミ２０が形成されていない部分を、スライド板傾斜面１６ａの先端部が擦ると傷の発生、バリが発生し、これらを原因として接合部表面に欠陥の発生が懸念される。
第２実施の形態では、α>θとして、スライド板傾斜面１６ａと被接合部材１９の下面１９ｂとの間に隙間Ｚを形成しているので、被接合部材１９の平面度が悪くても、スライド板傾斜面１６ａの先端部が被接合部材１９の下面１９ｂを擦ることがなく、傷の発生、バリの発生を防止することができる。
また、スライド板傾斜面１６ａの先端部が被接合部材１９を擦ると、スライド板１６の厚くなっている部分１６ｂの接触圧力が下がり、接合面の平面度が悪化したり、欠陥が発生する恐れがあるが、これらも防止できる。
第２実施の形態では、α>θとして、スライド板傾斜面１６ａと被接合部材１９の下面１９ｂとの間に隙間Ｚを形成しているので、被接合部材１９の平面度が悪くても、スライド板傾斜面１６ａの先端部が被接合部材１９の下面１９ｂを擦ることがなく、傷の発生、バリの発生を防止することができる。
また、スライド板傾斜面１６ａの先端部が被接合部材１９を擦ると、スライド板１６の厚くなっている部分１６ｂの接触圧力が下がり、接合面の平面度が悪化したり、欠陥が発生する恐れがあるが、これらも防止できる。
【0034】
次に、本発明の第３実施の形態について図３に基づいて説明する。第３実施の形態は、一部を除いて第１実施の形態と同じ構成及び作用なので、同じ部材には同一の符号を付し、相違する点のみを詳細に説明し、重複内容は説明を割愛する。
図３に示すように、スライド板２２が、上部回転体１２の下面にスラスト軸受１７を介して保持されている。本実施の形態では、仕上げ面が、被接合部材１９の上面１９ａとなる。
下部回転体２１は、下部回転軸１５に固定され、下部回転体２１の上面２１ａは、被接合部材１９の下面１９ｃに当接している。
図３に示すように、スライド板２２が、上部回転体１２の下面にスラスト軸受１７を介して保持されている。本実施の形態では、仕上げ面が、被接合部材１９の上面１９ａとなる。
下部回転体２１は、下部回転軸１５に固定され、下部回転体２１の上面２１ａは、被接合部材１９の下面１９ｃに当接している。
【0035】
回転主軸１０の中心軸Ｙ２は、被接合部材１９の上面１９ａの鉛直線Ｙ１に対して、回転主軸１０の進行方向（矢印Ｘで示す。）に向かって主軸傾斜角度θだけ傾斜している。図３では、Ｙ２は、Ｙ１に対して反時計回りに傾斜している。
下部回転体２１の上面２１ａは、被接合部材１９の下面１９ｃに対して角度θだけ傾斜している。
スライド板２２は、回転工具１４が進行する接合直線と平行に設置されたガイド部材に、常に当接されているため、スライド板２２は、常に図３に示すように、スライド板２２の厚くなっている部分２２ｂが、回転工具１４の進行方向Ｘと反対の位置に保持されている。
下部回転体２１の上面２１ａは、被接合部材１９の下面１９ｃに対して角度θだけ傾斜している。
スライド板２２は、回転工具１４が進行する接合直線と平行に設置されたガイド部材に、常に当接されているため、スライド板２２は、常に図３に示すように、スライド板２２の厚くなっている部分２２ｂが、回転工具１４の進行方向Ｘと反対の位置に保持されている。
【0036】
本実施の形態では、スライド板傾斜面２２ａが、スライド板２２の上面に対してα（図３では、反時計回り方向にαが形成されている。）だけスライド板傾斜角度αが形成されているため、スライド板傾斜面２２ａが、被接合部材１９の上面１９ａに全面で当接した状態となっている。
このため、流動アルミ２０ａが、回転方向に流動すると同時に被接合部材１９の板厚方向にも流動され、一対の被接合部材１９の両接合部内でのアルミ材の攪拌が激しく行われても、スライド板傾斜面２２ａが外に出ようとする流動アルミ２０ａを確実に押さえつけるため、スライド板２２が通過した後における被接合部材１９の上面１９ａを高い平面度に仕上げることができる。
このため、流動アルミ２０ａが、回転方向に流動すると同時に被接合部材１９の板厚方向にも流動され、一対の被接合部材１９の両接合部内でのアルミ材の攪拌が激しく行われても、スライド板傾斜面２２ａが外に出ようとする流動アルミ２０ａを確実に押さえつけるため、スライド板２２が通過した後における被接合部材１９の上面１９ａを高い平面度に仕上げることができる。
【0037】
次に、本発明の第４実施の形態について図４に基づいて説明する。第４実施の形態は、一部を除いて第１及び第２実施の形態と同じ構成及び作用なので、同じ部材には同一の符号を付し、相違する点のみを詳細に説明し、重複内容は説明を割愛する。
スライド板傾斜角度αが、θを超える角度となっている点である。すなわち、α＞θとしている点である。
図４に示すように、α＞θとすることにより、スライド板傾斜面２２ａの進行方向先端において、隙間Ｚが形成される。
以下、作用及び効果は、第２実施の形態と同じなので詳細な説明を割愛する。
スライド板傾斜角度αが、θを超える角度となっている点である。すなわち、α＞θとしている点である。
図４に示すように、α＞θとすることにより、スライド板傾斜面２２ａの進行方向先端において、隙間Ｚが形成される。
以下、作用及び効果は、第２実施の形態と同じなので詳細な説明を割愛する。
【0038】
次に、本発明の第５実施の形態について図５に基づいて説明する。第５実施の形態は、一部を除いて第２及び第４実施の形態の組み合わせとなる構成及び作用なので、同じ部材には同一の符号を付し、相違する点のみを詳細に説明し、重複内容は説明を割愛する。
回転主軸１０の中心軸Ｙ３は、被接合部材１９の上面１９ａの鉛直線Ｙ１と一致している。すなわち、主軸傾斜角度θ＝０度である。
スライド板２２の下面には、スライド板傾斜面２２ａが形成され、スライド板１６の上面には、スライド板傾斜面１６ａが形成されている。各々の傾斜面の角度は、αであるが、α>θ＝０であるので、αの角度は、０度より大きければ良い。
回転主軸１０の中心軸Ｙ３は、被接合部材１９の上面１９ａの鉛直線Ｙ１と一致している。すなわち、主軸傾斜角度θ＝０度である。
スライド板２２の下面には、スライド板傾斜面２２ａが形成され、スライド板１６の上面には、スライド板傾斜面１６ａが形成されている。各々の傾斜面の角度は、αであるが、α>θ＝０であるので、αの角度は、０度より大きければ良い。
【0039】
そして、被接合部材１９の上面側にスライド板２２の厚みの大きな部分が接触し、下面側にスライド板１６の厚みの大きな部分が接触している。上面側では、被接合部材１９の上面１９ａとスライド板２２の先端部との間に隙間Ｚが形成され、被接合部材１９の下面とスライド板１６の先端部との間に隙間Ｚが形成されている。
第５実施の形態では、回転工具１４のみが、摩擦熱を発生し、流動アルミ２０の攪拌を行う。
以下、作用及び効果は、第２及び第４実施の形態と同じなので詳細な説明を割愛する。
第５実施の形態では、回転工具１４のみが、摩擦熱を発生し、流動アルミ２０の攪拌を行う。
以下、作用及び効果は、第２及び第４実施の形態と同じなので詳細な説明を割愛する。
【0040】
次に、本発明の第６実施の形態について図８、図９、図１０に基づいて説明する。図９は、図８のＢＢ断面図である。第６実施の形態は、一部を除いて第１実施の形態と同様の構成及び作用なので、同じ部材には同一の符号を付し、相違する点のみを詳細に説明し、重複内容は説明を割愛する。
図１のスライド板傾斜面１６ａの回転主軸１０の進行方向側に凹み１６ｆを設けるとともに、被接合部材１９の接合部に凹み１６ｆに嵌合する凸状突起１９ｄを設け、凹み１６ｆと突起１９ｄを嵌合した状態で接合を行っている。
この場合、スライド板傾斜面１６ａに設ける凹み１６ｆの幅は回転工具１４の径よりも狭くする。このようにすればガイド部１６ｄを設けることなく供廻りを防止できるためスライド板１６全体を小型にすることができる。さらに凸状突起１９ｄを構成する材料が回転工具１４を通過した後はスライド板１６の後縁部であるスライド板１６の厚くなっている部分１６ｂが接しているので平面となるが、被接合板１９の端面の突き合せ部に隙間が生じた場合には、凸状突起１９ｄを構成する材料が充填(フィラー)材となり隙間を補充する効果が得られ接合欠陥を防止することができる。（隙間がない場合は被接合部材１９の上面１９ａよりバリとして排出される）
図１のスライド板傾斜面１６ａの回転主軸１０の進行方向側に凹み１６ｆを設けるとともに、被接合部材１９の接合部に凹み１６ｆに嵌合する凸状突起１９ｄを設け、凹み１６ｆと突起１９ｄを嵌合した状態で接合を行っている。
この場合、スライド板傾斜面１６ａに設ける凹み１６ｆの幅は回転工具１４の径よりも狭くする。このようにすればガイド部１６ｄを設けることなく供廻りを防止できるためスライド板１６全体を小型にすることができる。さらに凸状突起１９ｄを構成する材料が回転工具１４を通過した後はスライド板１６の後縁部であるスライド板１６の厚くなっている部分１６ｂが接しているので平面となるが、被接合板１９の端面の突き合せ部に隙間が生じた場合には、凸状突起１９ｄを構成する材料が充填(フィラー)材となり隙間を補充する効果が得られ接合欠陥を防止することができる。（隙間がない場合は被接合部材１９の上面１９ａよりバリとして排出される）
【0041】
以上詳細に説明したように、本発明に係る摩擦攪拌接合装置１１によれば、（１）上部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な上部回転体１２と、上部回転体１２を貫いた回転主軸１０と一体に形成され、下部用アクチュエータによって軸方向の位置調整が可能な下部回転体１８と、回転主軸１０に形成された撹拌部とを備えた回転工具１４を有し、接合端面同士を突き合わせた被接合部材１９の接合部を上部回転体１２と下部回転体１８とで挟み込み、接合部に沿って攪拌部が進行することにより、加熱しながら撹拌させて接合部を順次接合する装置であって、回転工具１４は、上部回転体１２及び下部回転体１８の一方又は双方の向かい合う端部にスラスト軸受１７を介してスライド板１６（２２）が取り付けられたものである摩擦撹拌接合装置において、スライド板１６（２２）の被接合部材１９と当接する面に、スライド板傾斜面１６ａ（２２ａ）が形成されていること、を特徴とするので、例えば、スライド板傾斜面１６ａ（２２ａ）の傾斜角度αを回転工具１４の傾斜角度θと同じにすれば、スライド板傾斜面１６ａ（２２ａ）が被接合部材１９の表面とほぼ平行な状態となるため、スライド板１６（２２）の一部が被接合部に侵入することが少なく、接合後の接合面を、バリ等の無い平滑な状態にすることができる。
【0042】
（２）（１）に記載する摩擦攪拌接合装置１１において、回転主軸１０の中心線Ｙ２が鉛直線Ｙ１に対して、主軸傾斜角度θだけ傾斜していること、スライド板傾斜面１６ａ（２２ａ）のスライド板傾斜角度αが、主軸傾斜角度θより大きい角度であること、を特徴とする。さらに、好ましくは、主軸傾斜角度θが１．５度以上３度以下であること、特徴とする。
スライド板傾斜面１６ａ（２２ａ）のスライド板傾斜角度αが、主軸傾斜角度θと同じ角度の場合には、スライド板傾斜面１６ａ（２２ａ）が被接合部材１９の上面１９ａとほぼ平行な状態となる。しかし、スライド板１６（２２）の進行方向の先端部が加熱される前の被接合部材１９と接触する恐れがあり、これにより、回転工具１４に大きな負荷が掛かり、回転工具１４が破損する恐れがある。
スライド板傾斜面１６ａ（２２ａ）のスライド板傾斜角度αが、主軸傾斜角度θと同じ角度の場合には、スライド板傾斜面１６ａ（２２ａ）が被接合部材１９の上面１９ａとほぼ平行な状態となる。しかし、スライド板１６（２２）の進行方向の先端部が加熱される前の被接合部材１９と接触する恐れがあり、これにより、回転工具１４に大きな負荷が掛かり、回転工具１４が破損する恐れがある。
【0043】
スライド板傾斜面１６ａ（２２ａ）のスライド板傾斜角度αが、主軸傾斜角度θより大きい角度としておけば、スライド板傾斜面１６ａ（２２ａ）の進行方向後端部であるスライド板１６の厚くなっている部分１６b（２２ｂ）が被接合部材１９に接した状態のときに、スライド板傾斜面１６ａ（２２ａ）の先端部と被接合部材１９との間には常に隙間Ｚが形成されているため、スライド板傾斜面１６ａ（２２ａ）の先端部が被接合部材１９の接触する恐れがない。
また、スライド板傾斜面１６ａ（２２ａ）の進行方向後端部であるスライド板１６の厚くなっている部分１６ｂ（２２ｂ）が、最終仕上げとして、被接合部材１９に常に接しているため、平面度の高い接合面を得ることができる。
また、スライド板傾斜面１６ａ（２２ａ）の進行方向後端部であるスライド板１６の厚くなっている部分１６ｂ（２２ｂ）が、最終仕上げとして、被接合部材１９に常に接しているため、平面度の高い接合面を得ることができる。
【0044】
（３）（２）に記載する摩擦攪拌接合装置１１において、スライド板１６が、下部回転体１８にスラスト軸受１７を介して取り付けられていること、主軸傾斜角度θが、回転主軸１０の進行方向と反対方向に傾斜するように形成されていること、を特徴とするので、スライド板傾斜面１６ａの進行方向後端部１６ｂが被接合部材１９に接した状態のときに、スライド板傾斜面１６ａの先端部と被接合部材１９との間には常に隙間Ｚが形成されているため、スライド板傾斜面１６ａの先端部が被接合部板１９と接触する恐れがない。
また、スライド板傾斜面１６ａの進行方向後端部であるスライド板１６の厚くなっている部分１６ｂが、最終仕上げとして、被接合部材１９に常に接しているため、平面度の高い接合面を得ることができる。
また、スライド板傾斜面１６ａの進行方向後端部であるスライド板１６の厚くなっている部分１６ｂが、最終仕上げとして、被接合部材１９に常に接しているため、平面度の高い接合面を得ることができる。
【0045】
（４）（２）に記載する摩擦攪拌接合装置１１において、スライド板２２が、上部回転体１２にスラスト軸受１７を介して取り付けられていること、主軸傾斜角度θが、回転主軸１０の進行方向に傾斜するように形成されていること、を特徴とするので、スライド板傾斜面２２ａの進行方向後端部２２ｂが被接合部材１９に接した状態のときに、スライド板傾斜面２２ａの先端部と被接合部材１９との間には常に隙間Ｚが形成されているため、スライド板傾斜面２２ａの先端部が被接合部材１９と接触する恐れがない。
また、スライド板傾斜面２２ａの進行方向後端部２２ｂが、最終仕上げとして、被接合部材１９に常に接しているため、平面度の高い接合面を得ることができる。
また、スライド板傾斜面２２ａの進行方向後端部２２ｂが、最終仕上げとして、被接合部材１９に常に接しているため、平面度の高い接合面を得ることができる。
【0046】
（５）（１）に記載する摩擦攪拌接合装置１１において、スライド板１６、２２が、上部回転体１２及び下部回転体１８の双方の向かい合う面に取り付けられていること、を特徴とするので、接合部に対する加熱しての攪拌は回転工具１４のみにより行われるが、被接合部材１９の両面を、双方の向かい合う面に取り付けられている一対のスライド板傾斜面１６ａ、２２ａの進行方向後端部により、仕上げ加工できるため、被接合面の両面において平面度の高い接合面を得ることができる。
【0047】
（６）（１）乃至（５）に記載するいずれか１つの摩擦攪拌接合装置１１において、スライド板１６、２２が、上部回転体１２又は下部回転体１８と伴廻りすることを防止するための回転防止手段であるガイド部１６ｄとガイド溝３１を有すること、ガイド部１６ｄとガイド溝３１により、スライド板１６、２２の進行方向後端部である厚くなっている部分１６ｂ、２２ｂが、回転主軸１０の進行方向Ｘの先端に対して、反対の位置にあること、を特徴とする。スライド傾斜面１６ａ（２２ａ）が被接合部材１９の上面１９ａとほぼ平行な状態となるため、スライド板１９、２２が被接合部に侵入することが少なく、接合後の接合面を、バリ等の無い平滑な状態にすることができる。
特に、スライド板１６、２２はフリーな状態にあるため、回転工具１４により５５０度程度に加熱され軟化しているアルミが攪拌されたときに、流動アルミ２０と接触しているスライド板１６、２２が供廻りする恐れがある。本発明では、ガイド部１６ｄとガイド溝３１が供廻りを防止しているため、常に、スライド板１６、２２の厚くなっている部分１６ｂ、２２ｂが、回転主軸１０の進行方向Ｘに向かった位置と反対の位置にある状態を保持することができる。
特に、スライド板１６、２２はフリーな状態にあるため、回転工具１４により５５０度程度に加熱され軟化しているアルミが攪拌されたときに、流動アルミ２０と接触しているスライド板１６、２２が供廻りする恐れがある。本発明では、ガイド部１６ｄとガイド溝３１が供廻りを防止しているため、常に、スライド板１６、２２の厚くなっている部分１６ｂ、２２ｂが、回転主軸１０の進行方向Ｘに向かった位置と反対の位置にある状態を保持することができる。
【0048】
なお、本実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、本実施の形態例では、スライド板１６の接触位置１６ｅをガイド溝３１に直接当接させているが、ガイド溝３１の幅を広くして、スライド板１６の当接部に転がり軸受を取り付けても良い。それにより、ガイド溝３１が摩耗することなく、摺動抵抗が大きくなることを防止できる。
また、ガイド本体３０及びガイド溝３１は、被接合部材１９と一体で構成しても良い。
例えば、本実施の形態例では、スライド板１６の接触位置１６ｅをガイド溝３１に直接当接させているが、ガイド溝３１の幅を広くして、スライド板１６の当接部に転がり軸受を取り付けても良い。それにより、ガイド溝３１が摩耗することなく、摺動抵抗が大きくなることを防止できる。
また、ガイド本体３０及びガイド溝３１は、被接合部材１９と一体で構成しても良い。
【符号の説明】
【0049】
１０ 回転主軸
１１ 摩擦攪拌接合装置
１２ 上部回転体
１３ 上部回転軸
１４ 回転工具
１５ 下部回転軸
１６、２２ スライド板
１６ａ、２２ａ スライド板傾斜面
１７ スラスト軸受
1８、２１ 下部回転体
１９ 被接合部材
２０ 流動アルミ
１１ 摩擦攪拌接合装置
１２ 上部回転体
１３ 上部回転軸
１４ 回転工具
１５ 下部回転軸
１６、２２ スライド板
１６ａ、２２ａ スライド板傾斜面
１７ スラスト軸受
1８、２１ 下部回転体
１９ 被接合部材
２０ 流動アルミ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】