特開 2024-112490 ツール固定用ねじ、および、摩擦撹拌接合用工具

(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】P2024112490

(43)【公開日】2024-08-21

(54)【発明の名称】ツール固定用ねじ、および、摩擦撹拌接合用工具

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20240814BHJP

   F16B 35/00 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 344

F16B35/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023017537

(22)【出願日】2023-02-08

(71)【出願人】

【識別番号】523194617

【氏名又は名称】ＮＴＫカッティングツールズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】宮田 英次

(72)【発明者】

【氏名】原 康

【テーマコード（参考）】

4E167

【Ｆターム（参考）】

4E167BG04

(57)【要約】

【課題】 摩擦撹拌接合用ツールをツールホルダに対して固定するツール固定用ねじにおいて、摩擦撹拌接合の作業性を向上する技術を提供する。
【解決手段】 摩擦撹拌接合用ツールを保持するツールホルダのねじ穴に嵌められ、ツールホルダが有する孔に挿入される摩擦撹拌接合用ツールをツールホルダに対して固定するツール固定用ねじは、側面に雄ねじが形成されている軸部を備え、軸部の中心軸を含む断面において、軸部の先端面と側面とを接続する先端角面の外形線は、曲線をなしている。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

摩擦撹拌接合用ツールを保持するツールホルダのねじ穴に嵌められ、前記ツールホルダが有する孔に挿入される前記摩擦撹拌接合用ツールを前記ツールホルダに対して固定するツール固定用ねじであって、
側面に雄ねじが形成されている軸部を備え、
前記軸部の中心軸を含む断面において、前記軸部の先端面と前記側面とを接続する先端角面の外形線は、曲線をなしている、
ことを特徴とするツール固定用ねじ。

【請求項2】

請求項１に記載のツール固定用ねじであって、
前記断面において、
前記先端面の外形線は、直線をなし、
前記先端角面の外形線は、長さ０．１ｍｍごとの接線の傾きの変化量が０度より大きく１０度以下となるように、前記先端面の外形線とつながっている、
ことを特徴とするツール固定用ねじ。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のツール固定用ねじであって、
前記断面において、前記先端角面の外形線は、前記先端面から前記側面に向かうにしたがって、曲率が変化する、
ことを特徴とするツール固定用ねじ。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載のツール固定用ねじであって、
前記断面において、前記先端角面の外形線は、円弧、楕円弧、放物線、または、双曲線のいずれかの一部の形状と同じ形状を有している、
ことを特徴とするツール固定用ねじ。

【請求項5】

請求項１または請求項２に記載のツール固定用ねじであって、
前記ツール固定用ねじは、２０℃から５００℃までの温度範囲における平均熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以上の材料から形成されている、
ことを特徴とするツール固定用ねじ。

【請求項6】

請求項１または請求項２に記載のツール固定用ねじであって、
前記断面において外形線が曲線をなす前記先端角面は、前記先端面の全周にわたって形成されている、
ことを特徴とするツール固定用ねじ。

【請求項7】

摩擦撹拌接合用工具であって、
請求項１または請求項２に記載のツール固定用ねじと、
複数の被加工部材を当接させた部分を撹拌し、複数の前記被加工部材どうしを接合させる前記摩擦撹拌接合用ツールと、
前記摩擦撹拌接合用ツールが挿入されている前記孔と、前記固定用ねじと嵌め合わされている前記ねじ穴と、を有する前記ツールホルダと、を備える、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用工具。

【請求項8】

請求項７に記載の摩擦撹拌接合用工具であって、
前記ツールホルダの平均熱膨張係数と前記摩擦撹拌接合用ツールの平均熱膨張係数との差は、２０℃から５００℃までの温度範囲において、５ｐｐｍ／Ｋ以上である、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ツール固定用ねじ、および、摩擦撹拌接合用工具に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、部材同士の当接部分を摩擦熱によって軟化させつつ撹拌することで部材を接合する摩擦撹拌接合用工具が知られている（例えば、特許文献１，２）。一般的に、摩擦撹拌接合用工具は、部材同士の当接部分に押し付けられる摩擦撹拌接合用ツールと、摩擦撹拌接合用ツールを保持するツールホルダと、ツールホルダ内に挿入される摩擦撹拌接合用ツールに接触し、ツールホルダに対して摩擦撹拌接合用ツールを固定するツール固定用ねじと、を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－２６８６６７号公報

【特許文献2】特開２０１３－１０３２５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、摩擦撹拌接合用工具を用いて部材を接合するとき、摩擦撹拌接合用工具は高温になりやすいため、摩擦撹拌接合用ツールとツールホルダとには、熱膨張差によって隙間が生じる。摩擦撹拌接合用ツールとツールホルダとの間に隙間が生じると、摩擦撹拌接合用ツールがツールホルダの内部で回転し、ツール固定用ねじにおける摩擦撹拌接合用ツールと接する位置が、先端面から、先端面と側面との間の角部にずれる場合がある。ツール固定用ねじと摩擦撹拌接合用ツールとが接する位置がずれたまま、常温に戻ると、摩擦撹拌接合用ツールとツールホルダとの熱膨張差に起因する応力がツール固定用ねじの角部に集中するため、摩擦撹拌接合用ツールにツール固定用ねじが食い込み、ツール固定用ねじを取り外しづらくなるおそれがある。このため、摩擦撹拌接合用ツールの交換に手間がかかり、摩擦撹拌接合の作業性が低下する。

【0005】

本発明は、摩擦撹拌接合用ツールをツールホルダに対して固定するツール固定用ねじにおいて、摩擦撹拌接合の作業性を向上する技術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】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、摩擦撹拌接合用ツールを保持するツールホルダのねじ穴に嵌められ、前記ツールホルダが有する孔に挿入される前記摩擦撹拌接合用ツールを前記ツールホルダに対して固定するツール固定用ねじが提供される。この固定用ねじは、側面に雄ねじが形成されている軸部を備え、前記軸部の中心軸を含む断面において、前記軸部の先端面と前記側面とを接続する先端角面の外形線は、曲線をなしている。

【0008】

この構成によれば、摩擦撹拌接合用ツールをツールホルダに対して固定するツール固定用ねじは、軸部の中心軸を含む断面において、軸部の先端面と側面とを接続する先端角面の外形線が曲線をなしている。これにより、摩擦撹拌接合用ツールとツールホルダとの熱膨張差によって摩擦撹拌接合用ツールがツールホルダに対して回転し、摩擦撹拌接合用ツールがツール固定用ねじの先端角面に接触しても、摩擦撹拌接合用ツールに固定用ねじが食い込みにくくなる。したがって、ツール固定用ねじによる摩擦撹拌接合用ツールの固定を容易に解除することができるため、摩擦撹拌接合用ツールの交換が容易になり、摩擦撹拌接合の作業性を向上することができる。

【0009】

（２）上記形態のツール固定用ねじにおいて、前記断面において、前記先端面の外形線は、直線をなし、前記先端角面の外形線は、長さ０．１ｍｍごとの接線の傾きの変化量が０度より大きく１０度以下となるように、前記先端面の外形線とつながっていてもよい。この構成によれば、先端面と先端角面とは比較的滑らかに接続されるため、摩擦撹拌接合用ツールに固定用ねじがさらに食い込みにくくなる。したがって、ツール固定用ねじによる摩擦撹拌接合用ツールの固定を容易に解除することができるため、作業性を向上することができる。

【0010】

（３）上記形態のツール固定用ねじにおいて、前記断面において、前記先端角面の外形線は、前記先端面から前記側面に向かうにしたがって、曲率が変化してもよい。この構成によれば、例えば、先端角面のうち、摩擦撹拌接合用ツールと接触しやすい部分の曲率を小さくすることで、ツール固定用ねじを摩擦撹拌接合用ツールにさらに食い込みにくくすることができる。したがって、ツール固定用ねじによる摩擦撹拌接合用ツールの固定を容易に解除することができるため、作業性を向上することができる。

【0011】

（４）上記形態のツール固定用ねじにおいて、前記断面において、前記先端角面の外形線は、円弧、楕円弧、放物線、または、双曲線のいずれかの一部の形状と同じ形状を有していてもよい。この構成によれば、円弧、楕円弧、双曲線、および、放物線のそれぞれは、滑らかな曲線を有しており、断面における先端角面の外形線の形状をこれらの形状と同じ形状にすることで、ツール固定用ねじを摩擦撹拌接合用ツールにさらに食い込みにくくすることができる。したがって、ツール固定用ねじによる摩擦撹拌接合用ツールの固定を容易に解除することができるため、作業性を向上することができる。

【0012】

（５）上記形態のツール固定用ねじにおいて、前記ツール固定用ねじは、２０℃から５００℃までの温度範囲における平均熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以上の材料から形成されていてもよい。この構成によれば、摩擦撹拌接合での使用において、摩擦撹拌接合用ツールとツールホルダとの熱膨張差によって摩擦撹拌接合用ツールとツールホルダとの間に隙間が生じても、ツール固定用ねじもツールホルダの内側に向かって膨張し、摩擦撹拌接合用ツールとツール固定用ねじとの間に隙間が生じにくくなる。これにより、摩擦撹拌接合用ツールとツール固定用ねじとの接触位置がずれにくくなるため、固定用ねじが摩擦撹拌接合用ツールに食い込みにくくなる。したがって、ツール固定用ねじによる摩擦撹拌接合用ツールの固定を容易に解除することができるため、摩擦撹拌接合用ツールの交換が容易になり、作業性を向上することができる。

【0013】

（６）上記形態のツール固定用ねじにおいて、前記断面において外形線が曲線をなす前記先端角面は、前記先端面の全周にわたって形成されていてもよい。この構成によれば、ツール固定用ねじは、ツール固定用ねじのねじ込みの深さに影響されることなく、先端角面のいずれもが摩擦撹拌接合用ツールに接触しても、摩擦撹拌接合用ツールに食い込みにくくなる。したがって、ツール固定用ねじによる摩擦撹拌接合用ツールの固定を容易に解除することができるため、作業性を向上することができる。

【0014】

（７）本発明の別の形態によれば、摩擦撹拌接合用工具が提供される。この摩擦撹拌接合用工具は、上記形態のツール固定用ねじと、複数の被加工部材を当接させた部分を撹拌し、複数の前記被加工部材どうしを接合させる前記摩擦撹拌接合用ツールと、前記摩擦撹拌接合用ツールが挿入されている前記孔と、前記固定用ねじと嵌め合わされている前記ねじ穴と、を有する前記ツールホルダと、を備える。この構成によれば、ツールホルダにおいて、摩擦撹拌接合用ツールの移動を規制するツール固定用ねじは、熱膨張差により発生する隙間によって摩擦撹拌接合用ツールとツール固定用ねじの先端角面とが接触しても、摩擦撹拌接合用ツールに食い込みにくい。これにより、ツール固定用ねじによる摩擦撹拌接合用ツールの固定を容易に解除することができるため、作業性を向上することができる。

【0015】

（８）上記形態の摩擦撹拌接合用工具において、前記ツールホルダの平均熱膨張係数と前記摩擦撹拌接合用ツールの平均熱膨張係数との差は、２０℃から５００℃までの温度範囲において、５ｐｐｍ／Ｋ以上であってもよい。この構成によれば、２０℃から５００℃までの温度範囲において、ツールホルダの平均熱膨張係数と摩擦撹拌接合用ツールの平均熱膨張係数との差は比較的大きいため、熱膨張差により発生する隙間も大きくなるが、上述の構成によれば、摩擦撹拌接合用ツールとツール固定用ねじの先端角面とが接触しても、摩擦撹拌接合用ツールに固定用ねじが食い込みにくい。したがって、ツール固定用ねじによる摩擦撹拌接合用ツールの固定を容易に解除することができるため、作業性を向上することができる。

【0016】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、固定用ねじを備えるツールホルダ、固定用ねじを備える装置やシステム、これら装置およびシステムの制御方法、これら装置およびシステムを用いて摩擦撹拌接合を行う装置やシステム等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１実施形態の摩擦撹拌接合用工具の概略模式図である。

【図2】第１実施形態のツール固定用ねじの概略模式図である。

【図3】第１実施形態のツール固定用ねじの断面図である。

【図4】第１実施形態のツール固定用ねじの平面図である。

【図5】第１実施形態の摩擦撹拌接合用工具の使用例を説明する図である。

【図6】第１実施形態のツール固定用ねじの効果を説明する第１の図である。

【図7】第１実施形態のツール固定用ねじの効果を説明する第２の図である。

【図8】比較例のツール固定用ねじの概略模式図である。

【図9】第２実施形態のツール固定用ねじの断面図である。

【図10】第３実施形態のツール固定用ねじの断面図である。

【図11】第４実施形態のツール固定用ねじの断面図である。

【図12】第５実施形態のツール固定用ねじの断面図である。

【図13】第６実施形態のツール固定用ねじの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の摩擦撹拌接合用工具の概略模式図である。本実施形態の摩擦撹拌接合用工具１は、ツールホルダ１０と、ツール固定用ねじ２０と、摩擦撹拌接合用ツール３０と、を備える。摩擦撹拌接合用工具１は、複数の被加工部材の当接部分を摩擦熱によって軟化させるとともに、撹拌することで、被加工部材同士を接合する。

【0019】

ツールホルダ１０は、内側に、摩擦撹拌接合用ツール３０が挿入される孔１１が形成された筒形状の外形を有している。ツールホルダ１０は、円板形状の底部１２と、底部１２に接続する円筒部１３と、を有する。本実施形態では、ツールホルダ１０は、金属から形成されている。円筒部１３には、ツールホルダ１０の外周部と孔１１とを連通するねじ穴１３ａが形成されている。ツールホルダ１０は、摩擦撹拌接合用ツール３０を保持する。

【0020】

ツール固定用ねじ２０は、六角穴付き止めねじであって、いわゆる、ホーロセット、または、イモネジと言われるものである。ツール固定用ねじ２０は、ツールホルダ１０のねじ穴１３ａに嵌められ、ツールホルダ１０が有する孔１１に挿入されている摩擦撹拌接合用ツール３０をツールホルダ１０に対して固定する。

【0021】

図２は、本実施形態のツール固定用ねじ２０の概略模式図である。ツール固定用ねじ２０は、略円柱形状の部材であって、２０℃から５００℃までの温度範囲における平均熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以上の材料、例えば、ハステロイ、または、鉄から形成されている。ツール固定用ねじ２０は、側面２０ａに雄ねじ２１が形成されている軸部２２を備える。軸部２２は、略円柱状に形成されており、軸部２２の後端部２３には、六角穴２３ａが形成されている。六角穴２３ａには、ツール固定用ねじ２０を回転させるための道具、例えば、六角レンチの先端を挿入可能である。軸部２２の先端部２４には、平面状の先端面２０ｂが形成されている。先端面２０ｂと側面２０ａとは、曲面を有する先端角面２０ｃによって接続されている。ツール固定用ねじ２０がツールホルダ１０のねじ穴１３ａに嵌められるとき、軸部２２の先端部２４側をねじ穴１３ａに挿入し、六角穴２３ａに嵌めた六角レンチによってツール固定用ねじ２０を回転させる。これにより、ねじ穴１３ａのねじ溝（図示せず）に沿ってツール固定用ねじ２０がツールホルダ１０の内側に向かって移動する。

【0022】

図３は、本実施形態のツール固定用ねじ２０の断面図である。図３は、軸部２２の中心軸Ｃ２２を含む断面図を示している。図３に示すツール固定用ねじ２０の断面図では、側面２０ａの外形線Ｌ２０ａと先端面２０ｂの外形線Ｌ２０ｂとのそれぞれは、直線をなしている。ツール固定用ねじ２０では、図３に示すように、軸部２２の中心軸Ｃ２２を含む断面において、軸部２２の先端面２０ｂと側面２０ａとを接続する先端角面２０ｃの外形線Ｌ２０ｃは、曲線をなしている。具体的には、図３に示すように、ツール固定用ねじ２０の内側から外側に向かって膨らむ形状を有する曲線であって、本実施形態では、先端角面２０ｃの外形線Ｌ２０ｃは、中心角が９０度の円弧の形状をなしている（図３に示す仮想円Ｖ１参照）。これにより、先端角面２０ｃの外形線Ｌ２０ｃは、中心軸Ｃ２２に垂直な先端面２０ｂの外形線Ｌ２０ｂと、中心軸Ｃ２２に平行な側面２０ａの外形線Ｌ２０ａとのそれぞれと滑らかに接続している。特に、先端角面２０ｃの外形線Ｌ２０ｃは、長さ０．１ｍｍごとの接線の傾きの変化量が０度より大きく１０度以下となるように、先端面２０ｂの外形線Ｌ２０ａとつながっている。

【0023】

図４は、ツール固定用ねじ２０の平面図である。図４には、中心軸Ｃ２２の方向に沿って、ツール固定用ねじ２０を先端部２４側から見たときの模式図を示している。図４には、便宜的に、先端面２０ｂと先端角面２０ｃとの境界を示す二点鎖線Ｂ１を示している。図４に示すように、ツール固定用ねじ２０では、先端角面２０ｃは、先端面２０ｂの全周にわたって形成されている。

【0024】

摩擦撹拌接合用ツール３０は、略円柱形状を有しており、例えば、窒化珪素セラミックス、または、サイアロンから形成されている。これにより、ツールホルダ１０の平均熱膨張係数と摩擦撹拌接合用ツール３０の平均熱膨張係数との差は、２０℃から５００℃までの温度範囲において、５ｐｐｍ／Ｋ以上となる。

【0025】

摩擦撹拌接合用ツール３０は、突起部３１と、軸部３２とを備える。突起部３１は、図１に示すように、軸部３２に接続する側から離れるにしたがって、外径が小さくなるように形成されている。軸部３２は、略円柱形状を有しており、ツールホルダ１０の孔１１に挿入可能な大きさを有している。軸部３２の側面３２ａには、ツール固定用ねじ２０の先端面２０ｂと接触する平面状の当接面３２ｂが形成されている。

【0026】

図５は、本実施形態の摩擦撹拌接合用工具１の使用例を説明する図である。図５は、融点が１０００℃以上の金属からなる複数の被加工部材Ｍ１を摩擦撹拌接合によって接合している状態を示している。摩擦撹拌接合用工具１を用いて、複数の被加工部材Ｍ１を接合するとき、ツールホルダ１０に支持された摩擦撹拌接合用ツール３０の突起部３１を、複数の被加工部材Ｍ１を当接させた部分ｐＭ１に押し当て、摩擦撹拌接合用工具１を回転させる。これにより、突起部３１が押し当てられた部分ｐＭ１は、摩擦熱によって軟化し、撹拌される。回転する摩擦撹拌接合用工具１を複数の被加工部材Ｍ１を当接させた部分ｐＭ１に沿って移動させることで、軟化し撹拌された部分が冷えて固まり、複数の被加工部材Ｍ１どうしが接合する。

【0027】

図６は、本実施形態のツール固定用ねじ２０の効果を説明する第１の図である。次に、本実施形態のツール固定用ねじ２０の効果について説明する。摩擦撹拌接合用工具１を使用する際、摩擦撹拌接合用ツール３０の軸部３２をツールホルダ１０の孔１１に挿入し、ねじ穴１３ａに嵌められるツール固定用ねじ２０を用いて、摩擦撹拌接合用ツール３０をツールホルダ１０に対して固定する。具体的には、図６に示すように、ツール固定用ねじ２０の先端面２０ｂが摩擦撹拌接合用ツール３０の当接面３２ｂに接触するように、ツール固定用ねじ２０をねじ穴１３ａに嵌めることで、摩擦撹拌接合用ツール３０は、ツールホルダ１０に対して固定される。

【0028】

摩擦撹拌接合用工具１によって被加工部材を接合するために、摩擦撹拌接合用ツール３０を被加工部材に押し当てて回転させると、摩擦撹拌接合用工具１の温度は上昇する。このため、ツールホルダ１０および摩擦撹拌接合用ツール３０のいずれも熱膨張する。本実施形態では、ツールホルダ１０は、熱膨張係数が比較的大きい金属からなり、摩擦撹拌接合用ツール３０は、熱膨張係数が比較的小さい窒化珪素系セラミックス、または、サイアロンから形成されている。このため、摩擦撹拌接合用ツール３０を被加工部材に押し当てて回転させているとき、ツールホルダ１０と摩擦撹拌接合用ツール３０との間に隙間が形成される。ツールホルダ１０と摩擦撹拌接合用ツール３０との間に隙間が形成されると、摩擦撹拌接合用ツール３０がツールホルダ１０の内部で回転する。

【0029】

図７は、本実施形態のツール固定用ねじ２０の効果を説明する第２の図である。図７に示す摩擦撹拌接合用工具１の断面は、孔１１に摩擦撹拌接合用ツール３０が挿入された状態であって、被加工部材を接合しているときの状態を示している。摩擦撹拌接合用ツール３０がツールホルダ１０の内部で回転すると、摩擦撹拌接合用ツール３０とツール固定用ねじ２０とが接触する位置がずれて、図７に示すように、摩擦撹拌接合用ツール３０の当接面３２ｂと、ツール固定用ねじ２０の先端角面２０ｃとが接触する場合がある。本実施形態のツール固定用ねじ２０では、先端角面２０ｃは、軸部２２の中心軸Ｃ２２を含む断面における外形線が曲線をなしている（図３参照）。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０にツール固定用ねじ２０の先端部２４が食い込みにくくなる。したがって、使用後にツールホルダ１０から摩擦撹拌接合用ツール３０を取り外すとき、ツール固定用ねじ２０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができる。したがって、摩擦撹拌接合用ツールの交換が容易になり、摩擦撹拌接合の作業性を向上することができる。

【0030】

図８は、比較例のツール固定用ねじ９０の概略模式図である。図８に示すツール固定用ねじ９０が備える軸部９２では、先端部９４が平面によって形成されている。具体的には、軸部９２の側面９０ａと先端面９０ｂとを接続する先端角面９０ｃが平面状に形成されている。このため、比較例のツール固定用ねじ９０は、先端面９０ｂから先端角面９０ｃにかけて、角張った形状を有している。ツール固定用ねじ９０を備える摩擦撹拌接合工具を用いて摩擦撹拌接合を行う場合、ツールホルダ１０の熱膨張と摩擦撹拌接合用ツール３０の熱膨張との差によって、摩擦撹拌接合用ツール３０がツールホルダ１０の内側で回転すると、ツール固定用ねじ９０の先端面９０ｂと先端角面９０ｃとの接続箇所Ｐ９０が摩擦撹拌接合用ツール３０に食い込むおそれがある。摩擦撹拌接合用ツール３０とツール固定用ねじ９０とが食い込むと、使用後にツールホルダ１０から摩擦撹拌接合用ツール３０を取り外すとき、ツール固定用ねじ９０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定が容易に解除できない。このため、摩擦撹拌接合用ツール３０の交換に手間がかかり、摩擦撹拌接合の作業性が低下する。

【0031】

以上説明した、本実施形態のツール固定用ねじ２０によれば、図３に示すように、軸部２２の中心軸Ｃ２２を含む断面において、軸部２２の先端面２０ｂと側面２０ａとを接続する先端角面２０ｃの外形線Ｌ２０ｃは、曲線をなしている。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０とツールホルダ１０との熱膨張差によって摩擦撹拌接合用ツール３０がツールホルダ１０に対して回転し、摩擦撹拌接合用ツール３０とツール固定用ねじ２０の先端角面２０ｃとが接触しても、摩擦撹拌接合用ツール３０にツール固定用ねじ２０が食い込みにくい。したがって、ツール固定用ねじ２０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、摩擦撹拌接合用ツール３０の交換が容易になり、摩擦撹拌接合の作業性を向上することができる。

【0032】

また、本実施形態のツール固定用ねじ２０によれば、軸部２２の中心軸Ｃ２２を含む断面において、先端角面２０ｃの外形線Ｌ２０ｃは、長さ０．１ｍｍごとの接線の傾きの変化量が０度より大きく１０度以下となるように、先端面２０ｂの外形線Ｌ２０ｂとつながっている。これにより、先端面２０ｂと先端角面２０ｃとは滑らかに接続されるため、摩擦撹拌接合用ツール３０にツール固定用ねじ２０がさらに食い込みにくくなる。したがって、ツール固定用ねじ２０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、作業性をさらに向上することができる。

【0033】

また、本実施形態のツール固定用ねじ２０によれば、軸部２２の中心軸Ｃ２２を含む断面において、先端角面２０ｃの外形線Ｌ２０ｃは、円弧をなしている。円弧は、滑らかな曲線であり、これらを先端角面２０ｃの外形線Ｌ２０ｃとすることによって、ツール固定用ねじ２０を摩擦撹拌接合用ツール３０にさらに食い込みにくくすることができる。したがって、ツール固定用ねじ２０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、作業性を向上することができる。

【0034】

また、本実施形態のツール固定用ねじ２０によれば、ツール固定用ねじ２０は、２０℃から５００℃までの温度範囲における平均熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以上の材料から形成されている。これにより、摩擦撹拌接合での使用において、摩擦撹拌接合用ツール３０とツールホルダ１０との熱膨張差によって摩擦撹拌接合用ツール３０とツールホルダ１０との間に隙間が生じても、ツール固定用ねじ２０もツールホルダ１０の内側に膨張し、摩擦撹拌接合用ツール３０とツール固定用ねじ２０との間に隙間が生じにくくなる。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０とツール固定用ねじ２０との接触位置がずれにくくなるため、ツール固定用ねじ２０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができる。したがって、摩擦撹拌接合用ツール３０の交換が容易になり、作業性を向上することができる。

【0035】

また、本実施形態のツール固定用ねじ２０によれば、軸部２２の中心軸Ｃ２２を含む断面において、外形線Ｌ２０ｃが曲線をなす先端角面２０ｃは、先端面２０ｂの全周にわたって形成されている。これにより、ツール固定用ねじ２０のねじ込みの深さに影響されることなく、先端角面２０ｃのいずれもが摩擦撹拌接合用ツール３０に接触しても、摩擦撹拌接合用ツール３０にツール固定用ねじ２０が食い込みにくくなる。したがって、ツール固定用ねじ２０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、作業性を向上することができる。

【0036】

また、本実施形態の摩擦撹拌接合用工具１によれば、ツールホルダ１０において、摩擦撹拌接合用ツール３０の移動を規制するツール固定用ねじ２０は、熱膨張差により発生する隙間によって摩擦撹拌接合用ツール３０とツール固定用ねじ２０の先端角面２０ｃとが接触しても、摩擦撹拌接合用ツール３０に食い込みにくい。これにより、ツール固定用ねじ２０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、作業性を向上することができる。

【0037】

また、本実施形態の摩擦撹拌接合用工具１によれば、２０℃から５００℃までの温度範囲において、ツールホルダ１０の平均熱膨張係数と摩擦撹拌接合用ツール３０の平均熱膨張係数との差は比較的大きいため、熱膨張差により発生する隙間も大きくなる。しかしながら、摩擦撹拌接合用工具１では、摩擦撹拌接合用ツール３０とツール固定用ねじ２０の先端角面２０ｃとが接触しても、摩擦撹拌接合用ツール３０にツール固定用ねじ２０が食い込みにくい。したがって、ツール固定用ねじ２０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、作業性を向上することができる。

【0038】

＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態のツール固定用ねじ４０の断面図である。第２実施形態の摩擦撹拌接合用工具が備えるツール固定用ねじ４０は、第１実施形態のツール固定用ねじ２０（図２）と比較すると、先端角面の形状が異なる。

【0039】

第２実施形態の摩擦撹拌接合用工具は、ツールホルダ１０と、ツール固定用ねじ４０と、摩擦撹拌接合用ツール３０と、を備える。ツール固定用ねじ４０は、ツールホルダ１０のねじ穴１３ａに嵌められ、ツールホルダ１０が有する孔１１に挿入される摩擦撹拌接合用ツール３０をツールホルダ１０に対して固定する。

【0040】

ツール固定用ねじ４０は、図９に示すツール固定用ねじ４０の軸部４２の中心軸Ｃ４２を含む断面において、軸部４２の先端面４０ｂと側面４０ａとを接続する先端角面４０ｃの外形線Ｌ４０ｃは、曲線部分Ｌ４０ｃ１と、直線部分Ｌ４０ｃ２とを有している。本実施形態では、先端角面４０ｃの外形線Ｌ４０ｃのうち、曲線部分Ｌ４０ｃ１が先端面４０ｂの外形線Ｌ４０ｂと接続しており、直線部分Ｌ４０ｃ２が側面４０ａの外形線Ｌ４０ａに接続している。先端角面４０ｃの外形線Ｌ４０ｃの曲線部分Ｌ４０ｃ１と先端面４０ｂの外形線Ｌ４０ｂとは、滑らかに接続されている。

【0041】

以上説明した、本実施形態のツール固定用ねじ４０によれば、軸部４２の中心軸Ｃ４２を含む断面において、先端角面４０ｃの外形線Ｌ４０ｃは、曲線を有している。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０とツール固定用ねじ４０の先端角面４０ｃとが接触しても、摩擦撹拌接合用ツール３０にツール固定用ねじ４０が食い込みにくい。したがって、ツール固定用ねじ４０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、摩擦撹拌接合用ツール３０の交換が容易になり、摩擦撹拌接合の作業性を向上することができる。

【0042】

＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態のツール固定用ねじ５０の断面図である。第３実施形態の摩擦撹拌接合用工具が備えるツール固定用ねじ５０は、第１実施形態のツール固定用ねじ２０（図２）と比較すると、先端角面の形状が異なる。

【0043】

第３実施形態の摩擦撹拌接合用工具は、ツールホルダ１０と、ツール固定用ねじ５０と、摩擦撹拌接合用ツール３０と、を備える。ツール固定用ねじ５０は、ツールホルダ１０のねじ穴１３ａに嵌められ、ツールホルダ１０が有する孔１１に挿入される摩擦撹拌接合用ツール３０をツールホルダ１０に対して固定する。

【0044】

ツール固定用ねじ５０は、図１０に示すツール固定用ねじ５０の軸部５２の中心軸Ｃ５２を含む断面において、軸部５２の先端面５０ｂと側面５０ａとを接続する先端角面５０ｃの外形線Ｌ５０ｃは、曲率が異なる２つの曲線部分Ｌ５０ｃ１，Ｌ５０ｃ２を有している。本実施形態では、曲線部分Ｌ５０ｃ１の曲率は、曲線部分Ｌ５０ｃ２の曲率に比べ小さい（曲線部分Ｌ５０ｃ１に沿うように示されている仮想円Ｖ３１と、曲線部分Ｌ５０ｃ２に沿うように示されている仮想円Ｖ３２参照）。曲線部分Ｌ５０ｃ１は、先端面５０ｂの外形線Ｌ５０ｂと接続しており、曲線部分Ｌ５０ｃ２は、側面５０ａの外形線Ｌ５０ａに接続している。このように、ツール固定用ねじ５０では、軸部５２の中心軸Ｃ５２を含む断面において、先端角面５０ｃの外形線Ｌ５０ｃは、先端面５０ｂ側から側面５０ａ側に向かうにしたがって、曲率が変化する曲線をなしている。

【0045】

以上説明した、本実施形態のツール固定用ねじ５０によれば、軸部５２の中心軸Ｃ５２を含む断面において、先端角面５０ｃの外形線Ｌ５０ｃは、曲線をなしている。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０とツール固定用ねじ５０の先端角面５０ｃとが接触しても、摩擦撹拌接合用ツール３０にツール固定用ねじ５０が食い込みにくい。したがって、ツール固定用ねじ５０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、摩擦撹拌接合用ツール３０の交換が容易になり、摩擦撹拌接合の作業性を向上することができる。

【0046】

また、本実施形態のツール固定用ねじ５０によれば、先端角面５０ｃのうち、摩擦撹拌接合用ツール３０と接触しやすい部分の曲率を小さくすることで、ツール固定用ねじ５０を摩擦撹拌接合用ツール３０にさらに食い込みにくくすることができる。したがって、ツール固定用ねじ５０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、作業性を向上することができる。

【0047】

＜第４実施形態＞
図１１は、第４実施形態のツール固定用ねじ６０の断面図である。第４実施形態の摩擦撹拌接合用工具が備えるツール固定用ねじ６０は、第１実施形態のツール固定用ねじ２０（図２）と比較すると、先端角面の形状が異なる。

【0048】

第４実施形態の摩擦撹拌接合用工具は、ツールホルダ１０と、ツール固定用ねじ６０と、摩擦撹拌接合用ツール３０と、を備える。ツール固定用ねじ６０は、ツールホルダ１０のねじ穴１３ａに嵌められ、ツールホルダ１０が有する孔１１に挿入される摩擦撹拌接合用ツール３０をツールホルダ１０に対して固定する。

【0049】

ツール固定用ねじ６０は、図１１に示すツール固定用ねじ６０の軸部６２の中心軸Ｃ６２を含む断面において、軸部６２の先端面６０ｂと側面６０ａとを接続する先端角面６０ｃの外形線Ｌ６０ｃは、楕円弧の一部の形状と同じ形状を有している（図１１に示す仮想楕円Ｖ４参照）。本実施形態では、仮想楕円Ｖ４の頂点Ｐ４１において、先端面６０ｂの外形線Ｌ６０ｂと先端角面６０ｃの外形線Ｌ６０ｃとが接続し、仮想楕円Ｖ４の頂点Ｐ４２において、側面６０ａの外形線Ｌ６０ａと先端角面６０ｃの外形線Ｌ６０ｃとが接続している。これにより、ツール固定用ねじ６０は、先端面６０ｂから、先端角面６０ｃを挟んで、側面６０ａにつながる部分の表面は、滑らかになっている。

【0050】

以上説明した、本実施形態のツール固定用ねじ６０によれば、軸部６２の中心軸Ｃ６２を含む断面において、先端角面６０ｃの外形線Ｌ６０ｃは、曲線をなしている。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０とツール固定用ねじ６０の先端角面６０ｃとが接触しても、摩擦撹拌接合用ツール３０にツール固定用ねじ６０が食い込みにくい。したがって、ツール固定用ねじ６０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、摩擦撹拌接合用ツール３０の交換が容易になり、摩擦撹拌接合の作業性を向上することができる。

【0051】

また、本実施形態のツール固定用ねじ６０によれば、先端角面６０ｃの外形線Ｌ６０ｃは、滑らかな曲線である楕円弧の一部の形状と同じ形状を有している。これにより、ツール固定用ねじ６０を摩擦撹拌接合用ツール３０にさらに食い込みにくくすることができる。したがって、ツール固定用ねじ６０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、作業性を向上することができる。

【0052】

＜第５実施形態＞
図１２は、第５実施形態のツール固定用ねじ７０の断面図である。第５実施形態の摩擦撹拌接合用工具が備えるツール固定用ねじ７０は、第１実施形態のツール固定用ねじ２０（図２）と比較すると、先端角面の形状が異なる。

【0053】

第５実施形態の摩擦撹拌接合用工具は、ツールホルダ１０と、ツール固定用ねじ７０と、摩擦撹拌接合用ツール３０と、を備える。ツール固定用ねじ７０は、ツールホルダ１０のねじ穴１３ａに嵌められ、ツールホルダ１０が有する孔１１に挿入される摩擦撹拌接合用ツール３０をツールホルダ１０に対して固定する。

【0054】

ツール固定用ねじ７０は、図１２に示すツール固定用ねじ７０の軸部７２の中心軸Ｃ７２を含む断面において、軸部７２の先端面７０ｂと側面７０ａとを接続する先端角面７０ｃの外形線Ｌ７０ｃは、放物線の一部の形状と同じ形状を有している（図１２に示す仮想放物線Ｖ５参照）。本実施形態では、仮想放物線Ｖ５の頂点Ｐ５において、先端面７０ｂの外形線Ｌ７０ｂと、先端角面７０ｃの外形線Ｌ７０ｃとが接続している。これにより、ツール固定用ねじ７０は、先端面７０ｂから先端角面７０ｃにつながる部分の表面は、滑らかになっている。

【0055】

以上説明した、本実施形態のツール固定用ねじ７０によれば、軸部７２の中心軸Ｃ７２を含む断面において、先端角面７０ｃの外形線Ｌ７０ｃは、曲線をなしている。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０とツール固定用ねじ７０の先端角面７０ｃとが接触しても、摩擦撹拌接合用ツール３０にツール固定用ねじ７０が食い込みにくい。したがって、ツール固定用ねじ７０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、摩擦撹拌接合用ツール３０の交換が容易になり、摩擦撹拌接合の作業性を向上することができる。

【0056】

また、本実施形態のツール固定用ねじ７０によれば、先端角面７０ｃの外形線Ｌ７０ｃは、滑らかな曲線である放物線の一部と同じ形状を有している。これにより、ツール固定用ねじ７０を摩擦撹拌接合用ツール３０にさらに食い込みにくくすることができる。したがって、ツール固定用ねじ７０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、作業性を向上することができる。

【0057】

＜第６実施形態＞
図１３は、第６実施形態のツール固定用ねじ８０の断面図である。第６実施形態の摩擦撹拌接合用工具が備えるツール固定用ねじ８０は、第１実施形態のツール固定用ねじ２０（図２）と比較すると、先端角面の形状が異なる。

【0058】

第６実施形態の摩擦撹拌接合用工具は、ツールホルダ１０と、ツール固定用ねじ８０と、摩擦撹拌接合用ツール３０と、を備える。ツール固定用ねじ８０は、ツールホルダ１０のねじ穴１３ａに嵌められ、ツールホルダ１０が有する孔１１に挿入される摩擦撹拌接合用ツール３０をツールホルダ１０に対して固定する。

【0059】

ツール固定用ねじ８０は、図１３に示すツール固定用ねじ８０の軸部８２の中心軸Ｃ８２を含む断面において、軸部８２の先端面８０ｂと側面８０ａとを接続する先端角面８０ｃの外形線Ｌ８０ｃは、双曲線の一部と同じ形状を有している（図１３に示す仮想双曲線Ｖ６参照）。本実施形態では、仮想双曲線Ｖ６の頂点Ｐ６において、先端面８０ｂの外形線Ｌ８０ｂと、先端角面８０ｃの外形線Ｌ８０ｃとが接続している。これにより、ツール固定用ねじ８０は、先端面８０ｂから先端角面８０ｃにつながる部分の表面は、滑らかになっている。

【0060】

以上説明した、本実施形態のツール固定用ねじ８０によれば、軸部８２の中心軸Ｃ８２を含む断面において、先端角面８０ｃの外形線Ｌ８０ｃは、曲線をなしている。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０とツール固定用ねじ８０の先端角面８０ｃとが接触しても、摩擦撹拌接合用ツール３０にツール固定用ねじ８０が食い込みにくい。したがって、ツール固定用ねじ８０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、摩擦撹拌接合用ツール３０の交換が容易になり、摩擦撹拌接合の作業性を向上することができる。

【0061】

また、本実施形態のツール固定用ねじ８０によれば、先端角面８０ｃの外形線Ｌ８０ｃは、滑らかな曲線である双曲線の一部と同じ形状を有している。これにより、ツール固定用ねじ８０を摩擦撹拌接合用ツール３０にさらに食い込みにくくすることができる。したがって、ツール固定用ねじ８０による摩擦撹拌接合用ツール３０の固定を容易に解除することができるため、作業性を向上することができる。

【0062】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0063】

［変形例１］
上述の実施形態では、ツール固定用ねじは、軸部の中心軸を含む断面において、先端角面の外形線が、円弧の一部や楕円弧の一部などと同じ形状を有しているとした。断面における先端角面の外形線の形状はこれらに限定されない。軸部の中心軸を含む断面において、先端角面の外形線が、ツール固定用ねじの外側に向かって膨らむ形状を有する曲線であればよい。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０に固定用ねじの先端部が食い込みにくくなるため、摩擦撹拌接合用ツール３０の交換が容易になり、摩擦撹拌接合の作業性を向上することができる。

【0064】

［変形例２］
上述の実施形態では、ツール固定用ねじは、軸部の中心軸を含む断面において、先端面の外形線は、直線をなしているとした。しかしながら、先端面の外形線の形状はこれに限定されない。また、先端角面の外形線は、長さ０．１ｍｍごとの接線の傾きの変化量が０度より大きく１０度以下となるように、先端面の外形線とつながっているとしたが、先端角面の外形線の先端面の外形線とのつながり方もこれに限定されない。滑らかにつながることが好ましい。

【0065】

［変形例３］
上述の実施形態では、ツール固定用ねじは、２０℃から５００℃までの温度範囲における平均熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以上の材料から形成されているとした。また、ツールホルダ１０の平均熱膨張係数と摩擦撹拌接合用ツール３０の平均熱膨張係数との差は、２０℃から５００℃までの温度範囲において、５ｐｐｍ／Ｋ以上となるとした。ツール固定用ねじ、ツールホルダ１０、および、摩擦撹拌接合用ツールのそれぞれの材料における平均膨張係数は、これらに限定されない。

【0066】

［変形例４］
上述の実施形態では、ツール固定用ねじは、六角穴付き止めねじに限定されない。軸部と、軸部よりも外径が大きい頭部を備えるものであって、工具を用いて頭部を回転させることで軸部が回転すればよい。

【0067】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【0068】

（適用例１）
摩擦撹拌接合用ツールを保持するツールホルダのねじ穴に嵌められ、前記ツールホルダが有する孔に挿入される前記摩擦撹拌接合用ツールを前記ツールホルダに対して固定するツール固定用ねじであって、
側面に雄ねじが形成されている軸部を備え、
前記軸部の中心軸を含む断面において、前記軸部の先端面と前記側面とを接続する先端角面の外形線は、曲線をなしている、
ことを特徴とするツール固定用ねじ。
（適用例２）
適用例１に記載のツール固定用ねじであって、
前記断面において、
前記先端面の外形線は、直線をなし、
前記先端角面の外形線は、長さ０．１ｍｍごとの接線の傾きの変化量が０度より大きく１０度以下となるように、前記先端面の外形線とつながっている、
ことを特徴とするツール固定用ねじ。
（適用例３）
適用例１または適用例２に記載のツール固定用ねじであって、
前記断面において、前記先端角面の外形線は、前記先端面から前記側面に向かうにしたがって、曲率が変化する、
ことを特徴とするツール固定用ねじ。
（適用例４）
適用例１から適用例３のいずれか一例に記載のツール固定用ねじであって、
前記断面において、前記先端角面の外形線は、円弧、楕円弧、放物線、または、双曲線のいずれかの一部と同じ形状を有している、
ことを特徴とするツール固定用ねじ。
（適用例５）
適用例１から適用例４のいずれか一例に記載のツール固定用ねじであって、
前記ツール固定用ねじは、２０℃から５００℃までの温度範囲における平均熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以上の材料から形成されている、
ことを特徴とするツール固定用ねじ。
（適用例６）
適用例１から適用例５のいずれか一例に記載のツール固定用ねじであって、
前記断面において外形線が曲線をなす前記先端角面は、前記先端面の全周にわたって形成されている、
ことを特徴とするツール固定用ねじ。
（適用例７）
摩擦撹拌接合用工具であって、
適用例１から適用例６のいずれか一例に記載のツール固定用ねじと、
複数の被加工部材を当接させた部分を撹拌し、複数の前記被加工部材どうしを接合させる前記摩擦撹拌接合用ツールと、
前記摩擦撹拌接合用ツールが挿入されている前記孔と、前記固定用ねじと嵌め合わされている前記ねじ穴と、を有する前記ツールホルダと、を備える、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用工具。
（適用例８）
請求項７に記載の摩擦撹拌接合用工具であって、
前記ツールホルダの平均熱膨張係数と前記摩擦撹拌接合用ツールの平均熱膨張係数との差は、２０℃から５００℃までの温度範囲において、５ｐｐｍ／Ｋ以上である、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用工具。

【符号の説明】

【0069】

１，２…摩擦撹拌接合用工具
１０…ツールホルダ
１１…孔
１３ａ…ねじ穴
２０，４０，５０，６０，７０，８０…ツール固定用ねじ
２０ａ，４０ａ，５０ａ，６０ａ，７０ａ，８０ａ…側面
２０ｂ，４０ｂ，５０ｂ，６０ｂ，７０ｂ，８０ｂ…先端面
２０ｃ，４０ｃ，５０ｃ，６０ｃ，７０ｃ，８０ｃ…先端角面
２２，４２，５２，６２，７２，８２…軸部
３０…摩擦撹拌接合用ツール
Ｃ２２，Ｃ４２，Ｃ５２，Ｃ６２，Ｃ７２，Ｃ８２…中心軸
Ｌ２０ｃ，Ｌ４０ｃ，Ｌ５０ｃ，Ｌ６０ｃ，Ｌ７０ｃ，Ｌ８０…（先端角面の）外形線
Ｌ２０ｂ，Ｌ４０ｂ，Ｌ５０ｂ，Ｌ６０ｂ，Ｌ７０ｂ，Ｌ８０ｂ…（先端面の）外形線
Ｖ１…仮想円
Ｖ４…仮想楕円
Ｖ５…仮想放物線
Ｖ６…仮想双曲線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】