特開 2024-128609 摩擦攪拌接合工具及び摩擦攪拌接合方法

(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】P2024128609

(43)【公開日】2024-09-24

(54)【発明の名称】摩擦攪拌接合工具及び摩擦攪拌接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20240913BHJP

   B23C 3/12 20060101ALI20240913BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 344

B23C3/12 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023037670

(22)【出願日】2023-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】奥田 真三樹

(72)【発明者】

【氏名】下田 陽一朗

【テーマコード（参考）】

3C022

4E167

【Ｆターム（参考）】

3C022DD01

3C022DD11

4E167AA06

4E167BG04

4E167BG06

4E167BG22

(57)【要約】

【課題】接合後のビード幅の大きさを抑えつつ、被接合材同士を良好に接合させてバリを除去できる摩擦攪拌接合工具及び摩擦攪拌接合方法を提供する。
【解決手段】本体部１１と、本体部１１の一方の先端面の中心から軸方向に突出したプローブ１３とを備え、被接合材４１，４３にプローブ１３を回転させつつ押し当てることにより摩擦熱を発生させて、被接合材４１，４３同士を摩擦攪拌接合する。本体部１１の先端面は、プローブ１３の根元部に接続されて径方向外側に延びる環状の第一面２３と、第一面２３の外周縁に段部を介して接続され第一面２３よりも突出高さが低い第二面２５とを有する。本体部１１には、被接合材４１，４３の表面を切削する切削刃３３が設けられる。切削刃３３は、第一面２３の外周縁の径方向位置に刃先３５が配置され、且つ刃先３５の軸方向への突出高さは、第一面２３の外周縁の突出高さと等しい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

柱状の本体部と、前記本体部の一方の先端面の中心から軸方向に突出したプローブとを備え、互いに突き合わせた被接合材同士の突合せ部に前記プローブを回転させつつ押し当てることにより摩擦熱を発生させて、前記被接合材同士を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合工具であって、
前記本体部の先端面は、
前記プローブの根元部に接続されて径方向外側に延びる環状の第一面と、
前記第一面の外周縁に段部を介して接続され前記第一面よりも突出高さが低い第二面と、
を有し、
前記本体部には、前記被接合材の表面を切削する切削刃が設けられ、
前記切削刃は、前記第一面の外周縁の径方向位置に刃先が配置され、且つ前記刃先の前記軸方向への突出高さは、前記第一面の外周縁の突出高さと等しい、
摩擦攪拌接合工具。

【請求項2】

前記第一面は、前記プローブの根元部に近いほど前記突出高さが低くなる凹状のポケット部を形成する、
請求項１に記載の摩擦攪拌接合工具。

【請求項3】

前記本体部は、前記先端面の軸方向反対側にシャンク部を有する、
請求項１に記載の摩擦攪拌接合工具。

【請求項4】

前記本体部は、円柱形状の周面の一部を径方向に減肉して形成された減肉面を有する形状であり、
前記切削刃は、前記減肉面に固定されている、
請求項１に記載の摩擦攪拌接合工具。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合工具を用いた摩擦攪拌接合方法であって、
互いに接合する前記被接合材を突合せ、
前記本体部を回転させながら前記プローブを前記被接合材の突合せ部に押し当てて前記突合せ部に沿って相対移動させ、
発生する摩擦熱により前記被接合材を摩擦攪拌するとともに、前記切削刃によって前記被接合材の表面を切削する、
摩擦攪拌接合方法。

【請求項6】

前記摩擦攪拌接合工具と前記被接合材とを前記突合せ部に沿って相対移動させる際に、前記被接合材の前記摩擦攪拌接合工具に対向する対向面の法線方向に対して、前記摩擦攪拌接合工具を接合方向後方側へ傾ける、
請求項５に記載の摩擦攪拌接合方法。

【請求項7】

前記被接合材の厚さが互いに異なる場合に、前記摩擦攪拌接合工具を、前記相対移動の方向と直交する面内で薄肉側の前記被接合材へ向けて傾ける、
請求項６に記載の摩擦攪拌接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摩擦攪拌接合工具及び摩擦攪拌接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、車両の車体を製造する際の被接合材を接合する接合工法として、摩擦熱を利用して被接合材を接合する摩擦攪拌接合法（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）がある。摩擦攪拌接合法は、プローブを有する工具を回転させつつ、被接合材の突合せ部にプローブを押し当てながら突合せ部に沿って移動させる接合方法である。これによれば、被接合材以外の素材を用いずに、工具と被接合材との間の摩擦、材料の塑性流動による入熱及び攪拌によって、被接合材の変形及び歪みを抑えた高強度な接合が可能となる。摩擦攪拌接合を実施する際、工具を被接合材に押し付けるために、材料が工具の外側へ流動してバリが生じる。そのため、接合の次工程において、生じたバリを切削又は研削によって除去している。

【0003】

特許文献１には、この摩擦攪拌接合法に用いられる工具として、非溶回転プローブを有する回転部材に、支持機構によって切刃が装着され、回転部材と非溶回転プローブの回転によって切刃が回転し、それによって切刃が摩擦スター溶接部の外側表面を切削加工する摩擦スター溶接工具が開示されている。

【0004】

また、特許文献２には、被接合部材に挿入されるピン部が突設された軸部の外周に螺刻されたねじに螺合するバリ取りカッターと、ねじに螺合してバリ取りカッターを軸部に固定する取付ナットとを備えた摩擦攪拌接合ツールが示されている。この摩擦攪拌接合ツールでは、摩擦攪拌接合加工時において被接合部材のビード部に生ずるバリを、摩擦攪拌接合加工を行いながら切削刃で除去している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３５２３９８３号公報

【特許文献2】特許第４７７４２５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１，２に記載の工具によれば、摩擦攪拌接合時に生じるバリを切削刃によって除去できる。しかし、これらの工具は外周に取り付けた切削刃によって被接合材の表面を切削するため、接合後に残る形成痕であるビードの幅寸法が大きい。また、前進角を付けるために工具を傾けて接合する場合には、切削刃が被接合材に食い込む量が大きくなり、被接合材が薄肉化される問題があった。

【0007】

そこで本発明は、接合後のビード幅の大きさを抑えつつ、被接合材同士を良好に接合させてバリを除去できる摩擦攪拌接合工具及び摩擦攪拌接合方法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】

【0008】

本発明は下記の構成からなる。
（１） 柱状の本体部と、前記本体部の一方の先端面の中心から軸方向に突出したプローブとを備え、互いに突き合わせた被接合材同士の突合せ部に前記プローブを回転させつつ押し当てることにより摩擦熱を発生させて、前記被接合材同士を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合工具であって、
前記本体部の先端面は、
前記プローブの根元部に接続されて径方向外側に延びる環状の第一面と、
前記第一面の外周縁に段部を介して接続され前記第一面よりも突出高さが低い第二面と、
を有し、
前記本体部には、前記被接合材の表面を切削する切削刃が設けられ、
前記切削刃は、前記第一面の外周縁の径方向位置に刃先が配置され、且つ前記刃先の前記軸方向への突出高さは、前記第一面の外周縁の突出高さと等しい、
摩擦攪拌接合工具。
（２） （１）に記載の摩擦攪拌接合工具を用いた摩擦攪拌接合方法であって、
互いに接合する前記被接合材を突合せ、
前記本体部を回転させながら前記プローブを前記被接合材の突合せ部に押し当てて前記突合せ部に沿って相対移動させ、
発生する摩擦熱により前記被接合材を摩擦攪拌するとともに、前記切削刃によって前記被接合材の表面を切削する、
摩擦攪拌接合方法。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、接合後のビード幅の大きさを抑えつつ、被接合材同士を良好に接合させてバリを除去できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、摩擦攪拌接合工具の側面図である。

【図2】図２は、摩擦攪拌接合工具の要部斜視図である。

【図3】図３は、摩擦攪拌接合工具の先端部分における側面図である。

【図4】図４は、摩擦攪拌接合工具の先端部分の軸方向から見た平面図である。

【図5】図５は、摩擦攪拌接合工具を用いた被接合材の接合手順を説明する説明図である。

【図6】図６は、摩擦攪拌接合工具による被接合材の接合状況を示す図で、突合せ部に直交する方向に被接合材を断面視した側面図である。

【図7】図７は、摩擦攪拌接合工具による被接合材の接合状況を示す図で、突合せ部に沿う方向に被接合材を断面視した側面図である。

【図8】図８は、参考例の摩擦攪拌接合工具の先端部分の平面図である。

【図9】図９は、参考例の摩擦攪拌接合工具による被接合材の接合状況を示す図で、突合せ部に直交する方向に被接合材を断面視した概略側面図である。

【図10】図１０は、実施形態の摩擦攪拌接合工具による被接合材の接合状況を示す図で、突合せ部に直交する方向に被接合材を断面視した概略側面図である。

【図11】図１１は、実施形態の摩擦攪拌接合工具の摩擦面を示す先端部分の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態の摩擦攪拌接合工具は、互いに突き合わせた被接合材同士の突合せ部にプローブを回転させつつ押し当てることにより摩擦熱を発生させて、被接合材同士を摩擦攪拌接合する工具であり、以下にその具体的な構成例を示す。なお、本発明は以下に示される構成に限らず、適宜な変更が可能である。

【0012】

＜摩擦攪拌接合工具の構成＞
図１は、摩擦攪拌接合工具１００の側面図である。図２は、摩擦攪拌接合工具１００の要部斜視図である。
本実施形態の摩擦攪拌接合工具１００は、本体部１１と、プローブ１３と、本体部１１に設けられた切削刃３３とを備える。本体部１１は、後述する取付面３１によって円柱形状の一部が切り欠かれた柱状に形成されている。本体部１１の一方（図１，図２の下方）の先端面には、プローブ１３が軸方向に突出して設けられている。プローブ１３は、本体部１１の外周円に対して同軸となる円柱形状であり、外周面に螺旋状突起１９が形成されている。このプローブ１３の根元部分にはショルダ部１５が設けられている。ショルダ部１５を構成する先端面は、第一面２３と、第二面２５とを有する。第一面２３及び第二面２５は、それぞれ本体部１１の軸方向から見た平面視において、本体部１１と同心円状に配置されている。

【0013】

本体部１１の他方（図１，図２の上方）の側には、シャンク部１７が本体部１１と一体に設けられている。シャンク部１７は、摩擦攪拌接合工具１００を回転方向Ｒｔに駆動させる不図示の回転駆動用のモータ等に支持される。なお、シャンク部１７に代えて、本体部１１にテーパ軸固定用のテーパ状の内周面を形成してもよく、公知の工具固定用の機構を採用できる。

【0014】

本明細書においては、本体部１１の軸線方向に沿ったプローブ１３側を「前方」、シャンク部１７側を「後方」として説明することがある。

【0015】

図３は、摩擦攪拌接合工具１００の先端部分を一部断面で示す側面図である。本体部１１の第一面２３は、プローブ１３の根元部に接続されて径方向外側に延びる環状の面である。また、第一面２３は、軸方向断面において、任意の形状として良いが、本実施形態では、径方向内方へ向かってプローブ１３の後端へ傾斜した形状としている。つまり、第一面２３は、プローブ中心の軸線Ａｘに近いほど突出高さが低くなるように傾斜して、プローブ１３の後方側の根元部分に凹状のポケット部２３ａを形成する。

【0016】

第二面２５は、第一面２３の外周縁に段部２７を介して接続され、第一面２３よりも突出高さが低くなっている。段部２７は、第一面２３の外周縁と第二面２５の内周縁とを接続し、第二面２５を第一面２３の外周縁の突出高さよりも低くしている。この第二面２５は、第一面２３の外周を囲うように設けられ、断面視において軸線Ａｘに直交する平坦面で形成される。第二面２５は、平坦面のほか、第一面２３と同様に凹状のポケット部を形成するテーパ面又は湾曲面であってもよい。

【0017】

また、本体部１１には、切削刃３３が設けられる取付面３１を有する。取付面３１は、任意の形状とすることができる。本実施形態では、図２に示すように、取付面３１は、本体部１１の円柱形状の周面の一部を径方向に減肉して形成された平坦な形状の減肉面である。つまり、取付面３１は、本体部１１における周面の一部に切り欠いて形成されており、軸線Ａｘに沿った平面である。このようにすることで、本実施形態では、切削刃３３を本体部１１の軸中心側へ寄せることができる。

【0018】

図４は、摩擦攪拌接合工具１００の先端部分を軸方向から見た平面図である。図４に示すように、取付面３１は、第一面２３の外周縁に形成された段部２７の接線を通る面で構成される。したがって、第二面２５は、その一部が取付面３１によって切断されている。

【0019】

切削刃３３は、全体が板状であり、片面を取付面３１に面接触させて固定される。切削刃３３の刃先３５は、回転方向Ｒｔの先方に配置され、図４に示すように、第二面２５の径方向幅と略等しい幅で径方向に延びて形成されている。また、図３に示すように、刃先３５の軸方向への突出高さは、第一面２３の外周縁の突出高さと等しい。ここでいう「高さが等しい」とは、刃先３５が、軸方向に関して第一面２３の外周縁と同一の高さ、又は略同一の高さ位置に配置されることを意味し、後述するバリの切削に影響がない範囲で高さ位置がずれていてもよい。

【0020】

図１等に示すように、上記した切削刃３３は、例えば、座ぐり孔からなる２つの固定用挿通孔３７を有する。また、本体部１１の取付面３１には、固定用挿通孔３７に対応する位置にねじ孔（不図示）が形成されている。切削刃３３は、取付面３１に重ね合わせて、それぞれの固定用挿通孔３７にボルト等の締結部材３９を挿し込み、取付面３１に形成されたねじ孔にねじ込むことにより本体部１１と締結される。この締結の形態は一例であって、刃先３５の位置が調整可能となる適宜な機構を設けてもよい。

【0021】

＜摩擦攪拌接合の手順＞
次に、上記の摩擦攪拌接合工具を用いて被接合材同士を接合する摩擦攪拌接合の手順を説明する。
図５は、摩擦攪拌接合工具１００を用いた被接合材４１，４３の接合手順を説明する説明図である。まず、２枚の被接合材４１，４３を突合せて配置し、突合せ部４５を形成する。互いに接合させる被接合材４１，４３としては、例えば、アルミニウム合金板等が挙げられる。

【0022】

図６は、摩擦攪拌接合工具１００による被接合材４１，４３の接合状況を示す図で、突合せ部４５に直交する方向に被接合材４１，４３を断面視した側面図である。図７は、摩擦攪拌接合工具１００による被接合材４１，４３の接合状況を示す図で、突合せ部４５に沿う方向に被接合材４１，４３を断面視した側面図である。

【0023】

次に、図６及び図７に示すように、摩擦攪拌接合工具１００の本体部１１を回転させつつ、被接合材４１，４３の一方の面側から突合せ部４５にプローブ１３を押し当てて、摩擦熱を発生させる。

【0024】

そして、本体部１１を回転させながら摩擦攪拌接合工具１００を、突合せ部４５に沿う一方向の移動方向Ｙ（図５及び図７参照）へ移動させる。このとき、摩擦攪拌接合工具１００は、被接合材４１，４３の垂直方向に対して移動方向Ｙの後方側へ傾斜角θの前進角をつけて移動させる（図７参照）。つまり、被接合材４１，４３の摩擦攪拌接合工具１００に対向する対向面の法線方向に対して、摩擦攪拌接合工具１００を接合方向後方側へ傾斜角θで傾ける。

【0025】

このように、被接合材４１，４３の突合せ部４５に、回転するプローブ１３を押圧して圧入し、突合せ部４５に沿う移動方向Ｙへ移動させると、被接合材４１，４３は、摩擦攪拌接合工具１００のプローブ１３及び被接合材４１，４３に接触する第一面２３によって突合せ部４５に摩擦熱が発生して摩擦攪拌される。これにより、被接合材４１，４３が突合せ部４５において互いに接合される。

【0026】

このとき、摩擦攪拌接合工具１００では、プローブ１３によって塑性流動された被接合材４１，４３の塑性流動物が第一面２３のポケット部２３ａで一旦保持されて第一面２３の外周へ溢れ出る。さらに、第一面２３の外周側の第二面２５では、第一面２３の外周へ溢れ出た塑性流動物によって第二面２５と被接合材４１，４３との間が埋まる。したがって、ショルダ部１５では、第一面２３の外周側においても、第二面２５と塑性流動物とが接触して摩擦熱が発生する。

【0027】

このように、摩擦攪拌接合工具１００では、ポケット部２３ａを有する第一面２３が小径であっても、第二面２５での発熱によって十分な入熱量が得られ、良好に摩擦攪拌接合が行われる。

【0028】

また、摩擦攪拌接合工具１００では、被接合材４１，４３を接合させる際に、本体部１１の取付面３１に取り付けられた切削刃３３の刃先３５によって、被接合材４１，４３の表面が切削される。これにより、プローブ１３による摩擦攪拌によって生じた塑性流動物からなるバリが切削屑となって除去される。これにより、被接合材４１，４３同士が突合せ部４５で接合された接合体は、切削刃３３によって切削されてバリが除去された形成痕であるビードＢ（図５参照）が形成される。

【0029】

また、第一面２３から溢れ出た塑性流動物が平面からなる第二面２５によって押し潰れされるので、切削刃３３にあたる塑性流動物の高さが一定となる。したがって、切削刃３３の切り込み量が一定となり、安定した切削が可能である。

【0030】

なお、摩擦攪拌接合工具１００と被接合材４１，４３とは、いずれか一方が他方に対して相対移動させればよく、一方を固定し他方を移動させるほか、双方を互いに移動させる構成にしてもよい。

【0031】

＜参考例との対比＞
ここで、参考例の摩擦攪拌接合工具２００を説明し、本実施形態の摩擦攪拌接合工具１００と参考例の摩擦攪拌接合工具２００とを対比する。
図８は、参考例の摩擦攪拌接合工具２００の先端部分の平面図である。図９は、参考例の摩擦攪拌接合工具２００による被接合材４１，４３の接合状況を示す図で、突合せ部４５に直交する方向に被接合材４１，４３を断面視した概略側面図である。図１０は、実施形態の摩擦攪拌接合工具１００による被接合材４１，４３の接合状況を示す図で、突合せ部４５に直交する方向に被接合材４１，４３を断面視した概略側面図である。図１１は、実施形態の摩擦攪拌接合工具１００における摩擦面を示す先端部分の平面図である。

【0032】

図８に示すように、参考例の摩擦攪拌接合工具２００は、ショルダ部５１の先端面にプローブ５３を有する本体部５５を備え、この本体部５５の外周に刃先５７を有する切削刃５９が取り付けられている。この参考例の摩擦攪拌接合工具２００では、被接合材４１，４３を接合させる際に、本体部５５の外周に取り付けられた切削刃５９によって、被接合材４１，４３の表面を切削し、プローブ５３による摩擦攪拌によって生じた塑性流動物からなるバリを切削する。

【0033】

参考例の摩擦攪拌接合工具２００は、外周に取り付けた切削刃５９によって被接合材４１，４３の表面を切削するため、大きな加工幅ＷのビードＢが形成されてしまう。しかも、本体部５５の外周に切削刃５９を備えるため、傾斜角θからなる前進角を付けて摩擦攪拌接合を行った場合、切削刃５９の被接合材４１，４３への食い込み量が多くなる。これにより、被接合材４１，４３への切削刃５９の食い込みによって被接合材４１，４３の肉厚が薄くなってしまう。

【0034】

これに対して、本実施形態の摩擦攪拌接合工具１００では、バリを切削して除去する切削刃３３が、第二面２５の領域に設けられて第一面２３の外径部分と略同一高さ位置に刃先３５が配置されている。したがって、傾斜角θからなる前進角を付けて摩擦攪拌接合を行ったとしても、切削刃３３の被接合材４１，４３への食い込み量を抑えることができる。これにより、被接合材４１，４３への切削刃３３の食い込みによる被接合材４１，４３の薄肉化を抑制できる。また、本実施形態では、取付面３１は、本体部１１の円柱形状の周面の一部を径方向に減肉して形成された平坦な形状の減肉面である。したがって、切削刃３３を本体部１１の軸中心側へ寄せることができるため、被接合材４１，４３の突合せ部４５に沿った加工痕の幅（加工幅Ｗ）を小さくできる。

【0035】

また、図９に示すように、異なる板厚の被接合材４１，４３を摩擦攪拌接合させ、板厚が異なる部分を有するテーラードブランク材とする場合、摩擦攪拌接合工具２００を突合せ部４５に対して移動方向と直交する方向へ傾けてプローブ５３を圧入することになる。したがって、この場合では、摩擦攪拌接合工具２００の傾斜側の被接合材４１への切削刃５９の食い込み量がより多くなり、この被接合材４１の肉厚がより薄くなってしまう。

【0036】

これに対して、本実施形態の摩擦攪拌接合工具１００によれば、図１０に示すように、異なる板厚の被接合材４１，４３の突合せ部４５に摩擦攪拌接合工具１００を斜めに傾けて、即ち、摩擦攪拌接合工具１００と被接合材４１，４３との相対移動の方向と直交する面内で、プローブ１３を薄肉側の被接合材４１へ向けて傾けて圧入しても、摩擦攪拌接合工具１００の傾斜側の被接合材４１への切削刃３３の食い込み量を抑制でき、この被接合材４１の薄肉化を抑えることができる。

【0037】

ここで、摩擦攪拌接合を行う際の摩擦攪拌箇所への入熱量Ｑ［Ｗ］は、次式（１）で表される。

【0038】

Ｑ＝（４／３）π^２μＰＮＲ^３ …（１）
ただし、
μ：摩擦係数
Ｐ：摩擦攪拌箇所の圧力［Ｎ／ｍ^３］
Ｎ：工具の回転数［Ｓ^－１］
Ｒ：ショルダの半径［ｍ］

【0039】

上式（１）のように、摩擦攪拌接合を行う際の摩擦攪拌箇所への入熱量Ｑは、摩擦攪拌接合工具（ツール）のショルダの半径Ｒが大きく影響し、被接合材への接触面積が大きくなると入熱量Ｑも大きくなる。

【0040】

参考例の摩擦攪拌接合工具２００では、ショルダ部５１の先端の面Ｓｂ（図８における斜線部分）が被接合材４１，４３に接触する摩擦面となる。一方、本実施形態の摩擦攪拌接合工具１００では、図１１に示すように、第一面２３だけでなく第二面２５も含む面Ｓａ（図１１における斜線部分）が被接合材４１，４３に接触する摩擦面となる。

【0041】

本実施形態の摩擦攪拌接合工具１００の摩擦面となる面Ｓａと、参考例の摩擦攪拌接合工具２００の摩擦面となる面Ｓｂとが同一径である場合、取付面３１を形成した分だけ面Ｓａが面Ｓｂよりも減少する。しかし、この摩擦面となる面Ｓａの減少量は本体部１１の周面の一部を切り欠いた程度の僅かな量であるので、摩擦面となる面Ｓａは、良好に摩擦攪拌させるための入熱量を得る摩擦面として十分な面積である。

【0042】

なお、切削刃３３は、本体部１１に対して軸方向へ取り付け位置を調整できるのが好ましい。この場合、被接合材４１，４３の材質等に応じて切削刃３３の取り付け位置を調整し、刃先３５におけるすくい角や逃げ角を調整できる。

【0043】

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

【0044】

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 柱状の本体部と、前記本体部の一方の先端面の中心から軸方向に突出したプローブとを備え、互いに突き合わせた被接合材同士の突合せ部に前記プローブを回転させつつ押し当てることにより摩擦熱を発生させて、前記被接合材同士を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合工具であって、
前記本体部の先端面は、
前記プローブの根元部に接続されて径方向外側に延びる環状の第一面と、
前記第一面の外周縁に段部を介して接続され前記第一面よりも突出高さが低い第二面と、
を有し、
前記本体部には、前記被接合材の表面を切削する切削刃が設けられ、
前記切削刃は、前記第一面の外周縁の径方向位置に刃先が配置され、且つ前記刃先の前記軸方向への突出高さは、前記第一面の外周縁の突出高さと等しい、
摩擦攪拌接合工具。
この摩擦攪拌接合工具によれば、被接合材を接合させる際に、本体部に設けられた切削刃の刃先によって、被接合材の表面が切削される。これにより、プローブによる摩擦攪拌によって生じた塑性流動物からなるバリを切削して除去できる。また、バリを切削して除去する切削刃が、第二面の領域に設けられて第一面の外径部分と等しい高さ位置に刃先が配置されている。したがって、前進角を付けて摩擦攪拌接合を行ったとしても、切削刃の被接合材への食い込み量を抑えることができる。これにより、被接合材への切削刃の食い込みによる被接合材の薄肉化を抑制できる。しかも、第一面だけでなく第二面も含む面が被接合材に接触する摩擦面にできるため、良好に摩擦攪拌させるための入熱量を得ることができる。

【0045】

（２） 前記第一面は、前記プローブの根元部に近いほど前記突出高さが低くなる凹状のポケット部を形成する、（１）に記載の摩擦攪拌接合工具。
この摩擦攪拌接合工具によれば、ポケット部を有する第一面によって一旦保持されて溢れ出た塑性流動物が平面からなる第二面によって押し潰れされる。これにより、切削刃にあたる塑性流動物の高さが一定となる。したがって、切削刃の切り込み量が一定となり、安定した切削が可能である。

【0046】

（３） 前記本体部は、前記先端面の軸方向反対側にシャンク部を有する、（１）に記載の摩擦攪拌接合工具。
この摩擦攪拌接合工具によれば、各種の工作機械に容易に取り付けできる。

【0047】

（４） 前記本体部は、円柱形状の周面の一部を径方向に減肉して形成された減肉面を有する形状であり、
前記切削刃は、前記減肉面に固定されている、（１）に記載の摩擦攪拌接合工具。
この摩擦攪拌接合工具によれば、切削刃が本体部の径方向外側に大きく張り出すことがなく、接合時における被接合材の薄肉化を抑制できる。

【0048】

（５） （１）から（４）のいずれか１つに記載の摩擦攪拌接合工具を用いた摩擦攪拌接合方法であって、
互いに接合する前記被接合材を突合せ、
前記本体部を回転させながら前記プローブを前記被接合材の突合せ部に押し当てて前記突合せ部に沿って相対移動させ、
発生する摩擦熱により前記被接合材を摩擦攪拌するとともに、前記切削刃によって前記被接合材の表面を切削する、
摩擦攪拌接合方法。
この摩擦攪拌接合方法によれば、被接合材を接合させる際に、本体部に設けられた切削刃の刃先によって、被接合材の表面を切削できる。これにより、プローブによる摩擦攪拌によって生じた塑性流動物からなるバリを切削して除去できる。また、バリを切削して除去する切削刃が、第二面の領域に設けられて第一面の外径部分と等しい高さ位置に刃先が配置され、本体部の中心側へ寄せられている。したがって、被接合材の突合せ部に沿った加工痕であるビードの加工幅を小さくできる。しかも、第一面だけでなく第二面も含む面を被接合材に接触する摩擦面とすることにより、良好に摩擦攪拌させるための入熱量を得ることができる。

【0049】

（６） 前記摩擦攪拌接合工具と前記被接合材とを前記突合せ部に沿って相対移動させる際に、前記被接合材の前記摩擦攪拌接合工具に対向する対向面の法線方向に対して、前記摩擦攪拌接合工具を接合方向後方側へ傾ける、（５）に記載の摩擦攪拌接合方法。
この摩擦攪拌接合方法によれば、摩擦攪拌接合工具を被接合材の法線方向から接合方向後方側へ傾けることにより、摩擦攪拌接合を行う際に生じる内部欠陥を抑えることができる。これにより、接合強度の低下を抑制できる。

【0050】

（７） 前記被接合材の厚さが互いに異なる場合に、前記摩擦攪拌接合工具を、前記相対移動の方向と直交する面内で薄肉側の前記被接合材へ向けて傾ける、（６）に記載の摩擦攪拌接合方法。
この摩擦攪拌接合方法によれば、厚さの異なる被接合材を接合する際に、摩擦攪拌接合工具を傾けた薄肉側の被接合材への切削刃の食い込み量を少なくでき、この被接合材の薄肉化を抑えることができる。

【符号の説明】

【0051】

１１ 本体部
１３ プローブ
１７ シャンク部
２３ 第一面
２３ａ ポケット部
２５ 第二面
３３ 切削刃
３５ 刃先
４１，４３ 被接合材
４５ 突合せ部
１００ 摩擦攪拌接合工具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】