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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】P2024129307
(43)【公開日】2024-09-27
(54)【発明の名称】摩擦撹拌接合用ツール、および、摩擦撹拌接合用工具
(51)【国際特許分類】
B23K 20/12 20060101AFI20240919BHJP
【ＦＩ】
B23K20/12 344
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023038424
(22)【出願日】2023-03-13
(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
(72)【発明者】
【氏名】上木 正聡
【テーマコード（参考）】
4E167
【Ｆターム（参考）】
4E167BG04
4E167BG05
4E167BG06
4E167BG22
(57)【要約】
【課題】 ツールホルダに取り付けられ、被加工部材の接合部分を撹拌し接合する摩擦撹拌接合用ツールにおいて、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】 擦撹拌接合用ツールは、被加工部材の接合部分に押し当てられるプローブ部と、プローブ部を支持する軸部であって、ツールホルダに形成されている取付孔に挿入されてツールホルダに対して取り付けられる状態において、取付孔からはみ出すはみ出し部分を有する軸部と、を備え、軸部の中心軸に垂直な断面のうち、はみ出し部分の第１の断面において、軸部の外形線は、中心軸からの距離が一定の第１の部分と、中心軸からの距離が第１の部分の中心軸からの距離より短い第２の部分と、を有する。
【選択図】 図２
【解決手段】 擦撹拌接合用ツールは、被加工部材の接合部分に押し当てられるプローブ部と、プローブ部を支持する軸部であって、ツールホルダに形成されている取付孔に挿入されてツールホルダに対して取り付けられる状態において、取付孔からはみ出すはみ出し部分を有する軸部と、を備え、軸部の中心軸に垂直な断面のうち、はみ出し部分の第１の断面において、軸部の外形線は、中心軸からの距離が一定の第１の部分と、中心軸からの距離が第１の部分の中心軸からの距離より短い第２の部分と、を有する。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ツールホルダに取り付けられ、被加工部材の接合部分を撹拌し接合する摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記被加工部材の接合部分に押し当てられるプローブ部と、
前記プローブ部を支持する軸部であって、前記ツールホルダに形成されている取付孔に挿入されて前記ツールホルダに対して取り付けられる状態において、前記取付孔からはみ出すはみ出し部分を有する軸部と、を備え、
前記軸部の中心軸に垂直な断面のうち、前記はみ出し部分の第１の断面において、前記軸部の外形線は、前記中心軸からの距離が一定の第１の部分と、前記中心軸からの距離が前記第１の部分の前記中心軸からの距離より短い第２の部分と、を有する、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
前記被加工部材の接合部分に押し当てられるプローブ部と、
前記プローブ部を支持する軸部であって、前記ツールホルダに形成されている取付孔に挿入されて前記ツールホルダに対して取り付けられる状態において、前記取付孔からはみ出すはみ出し部分を有する軸部と、を備え、
前記軸部の中心軸に垂直な断面のうち、前記はみ出し部分の第１の断面において、前記軸部の外形線は、前記中心軸からの距離が一定の第１の部分と、前記中心軸からの距離が前記第１の部分の前記中心軸からの距離より短い第２の部分と、を有する、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
【請求項2】
請求項１に記載の摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記第１の断面における前記第２の部分は、直線である、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
前記第１の断面における前記第２の部分は、直線である、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記第１の断面において、
前記軸部の外形線は、２つの前記第２の部分を有しており、
２つの前記第２の部分は、前記軸部の中心軸を挟むように位置している、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
前記第１の断面において、
前記軸部の外形線は、２つの前記第２の部分を有しており、
２つの前記第２の部分は、前記軸部の中心軸を挟むように位置している、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
【請求項4】
請求項１または請求項２に記載の摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記第１の断面における前記軸部の外形線は、矩形形状である、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
前記第１の断面における前記軸部の外形線は、矩形形状である、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
【請求項5】
請求項１または請求項２に記載の摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記軸部は、窒化珪素系セラミック、または、サイアロンからなる、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
前記軸部は、窒化珪素系セラミック、または、サイアロンからなる、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
【請求項6】
請求項２に記載の摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記第１の断面において、前記軸部の中心軸を中心とし、前記第２の部分を弦とする扇形の中心角は、３０度以上９０度以下である、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
前記第１の断面において、前記軸部の中心軸を中心とし、前記第２の部分を弦とする扇形の中心角は、３０度以上９０度以下である、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
【請求項7】
請求項１または請求項２に記載の摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記軸部の中心軸に垂直な断面のうち、前記ツールホルダに形成されている取付孔に挿入されて前記ツールホルダに対して取り付けられる状態で前記取付孔に挿入される挿入部分の第２の断面において、前記軸部の外形線は、前記中心軸からの距離が一定の第３の部分と、前記中心軸からの距離が前記第３の部分の距離より短い第４の部分と、を有する、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
前記軸部の中心軸に垂直な断面のうち、前記ツールホルダに形成されている取付孔に挿入されて前記ツールホルダに対して取り付けられる状態で前記取付孔に挿入される挿入部分の第２の断面において、前記軸部の外形線は、前記中心軸からの距離が一定の第３の部分と、前記中心軸からの距離が前記第３の部分の距離より短い第４の部分と、を有する、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
【請求項8】
摩擦撹拌接合用工具であって、
請求項１または請求項２に記載の摩擦撹拌接合用ツールと、
前記摩擦撹拌接合用ツールの前記軸部を挿入可能な前記取付孔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１または請求項２に記載の摩擦撹拌接合用ツールと、
前記摩擦撹拌接合用ツールの前記軸部を挿入可能な前記取付孔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9】
請求項８に記載の摩擦撹拌接合用工具であって、
前記ツールホルダは、金属からなる、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用工具。
前記ツールホルダは、金属からなる、
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、摩擦撹拌接合用ツール、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】国際公開第２０１２／１０１７８６号
【特許文献2】特開２０１１－６２７４３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、収縮による応力がツール固定用ねじに作用し、摩擦撹拌接合用ツールをツールホルダから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を低下する。
【0005】
本発明は、摩擦撹拌接合用ツールにおいて、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、ツールホルダに取り付けられ、被加工部材の接合部分を撹拌し接合する摩擦撹拌接合用ツールが提供される。この摩擦撹拌接合用ツールは、前記被加工部材の接合部分に押し当てられるプローブ部と、前記プローブ部を支持する軸部であって、前記ツールホルダに形成されている取付孔に挿入されて前記ツールホルダに対して取り付けられる状態において、前記取付孔からはみ出すはみ出し部分を有する軸部と、を備え、前記軸部の中心軸に垂直な断面のうち、前記はみ出し部分の第１の断面において、前記軸部の外形線は、前記中心軸からの距離が一定の第１の部分と、前記中心軸からの距離が前記第１の部分の前記中心軸からの距離より短い第２の部分と、を有する。
【0008】
この構成によれば、軸部のはみ出し部分は、軸部の中心軸に垂直な断面において、外形線が、中心軸からの距離が一定の第１の部分と、中心軸からの距離が第１の部分の中心軸からの距離より短い第２の部分と、を有する。ここで、第２の部分についての「中心軸からの距離」とは、第２の部分における中心軸との間の距離のうち、最短の距離のことを指す。すなわち、はみ出し部分の断面の外形線の形状は、円形状となっていない。これにより、はみ出し部分における第２の部分に対応する側面をスパナなどの工具によってつかむことで、工具の空回りが抑制され、工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツールに伝えることができる。したがって、摩擦撹拌接合用ツールを容易に回転させることできるため、摩擦撹拌接合用ツールを回転させながらツールホルダから取り外すことが可能となり、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0009】
（２）上記形態の摩擦撹拌接合用ツールにおいて、前記第１の断面における前記第２の部分は、直線であってもよい。この構成によれば、軸部のはみ出し部分は、断面における外形線のうち、第２の部分に対応する、平らな側面を有する。これにより、平らな側面を工具によってつかむことで、工具の空回りがさらに抑制され、工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツールに伝えることができる。したがって、摩擦撹拌接合用ツールをさらに容易に回転させることできるため、回転摩擦撹拌接合の作業性をさらに向上させることができる。
【0010】
（３）上記形態の摩擦撹拌接合用ツールにおいて、前記第１の断面において、前記軸部の外形線は、２つの前記第２の部分を有しており、２つの前記第２の部分は、前記軸部の中心軸を挟むように位置していてもよい。この構成によれば、軸部のはみ出し部分では、第２の部分に対応する側面が軸部の中心軸を挟むように２つ形成されている。これにより、スパナなどの対象物を挟み込む工具によって、それぞれが第２の部分に対応する、２つの側面をつかむことで、工具の空回りがさらに抑制され、摩擦撹拌接合用ツールをさらに容易に回転させることできる。したがって、回転摩擦撹拌接合の作業性をさらに向上させることができる。
【0011】
（４）上記形態の摩擦撹拌接合用ツールにおいて、前記第１の断面における前記軸部の外形線は、矩形形状であってもよい。この構成によれば、軸部のはみ出し部分は、中心軸を囲むように配置され、平面形状の側面を４つ有している。これにより、対象物を挟み込む工具によって、４つの側面のうちの対向する２つの側面をつかむことで、摩擦撹拌接合用ツールをさらに容易に回転させることできる。したがって、回転摩擦撹拌接合の作業性をさらに向上させることができる。
【0012】
（５）上記形態の摩擦撹拌接合用ツールにおいて、前記軸部は、窒化珪素系セラミック、または、サイアロンからなっていてもよい。この構成によれば、軸部が窒化珪素系セラミックまたはサイアロンからなると熱膨張差が大きくなり、ツールホルダに対する摩擦撹拌接合用ツールの固定位置がずれて摩擦撹拌接合用ツールが取り外しにくくなる場合がある。上記形態の摩擦撹拌接合用ツールでは、はみ出し部分の第２の部分に対応する側面を工具でつかむことで工具の空回りを抑制することができるため、工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツールに伝えることができる。これにより、摩擦撹拌接合用ツールをさらに容易に回転させることできるため、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0013】
（６）上記形態の摩擦撹拌接合用ツールにおいて、前記第１の断面において、前記軸部の中心軸を中心とし、前記第２の部分を弦とする扇形の中心角は、３０度以上９０度以下であってもよい。この構成によれば、軸部のはみ出し部分は、軸部の中心軸に垂直な断面において、第２の部分を弦とする扇形の中心角が、３０度以上９０度以下となっている。これにより、軸部を工具でつかみづらくなることもなく、かつ、軸部がある程度の強度を有することができる。
【0014】
（７）上記形態の摩擦撹拌接合用ツールにおいて、前記軸部の中心軸に垂直な断面のうち、前記ツールホルダに形成されている取付孔に挿入されて前記ツールホルダに対して取り付けられる状態で前記取付孔に挿入される挿入部分の第２の断面において、前記軸部の外形線は、前記中心軸からの距離が一定の第３の部分と、前記中心軸からの距離が前記第３の部分の距離より短い第４の部分と、を有してもよい。この構成によれば、軸部の挿入部分は、軸部の中心軸に垂直な断面において、外形線が、中心軸からの距離が一定の第３の部分と、中心軸からの距離が第３の部分の距離より短い第４の部分と、を有する。すなわち、挿入部分の断面の外形線の形状は、円形状となっていない。これにより、摩擦撹拌接合用ツールがツール固定用ねじによってツールホルダに固定される場合に、ツール固定用ねじが第４の部分に対応する側面に接することで、摩擦撹拌接合用ツールを安定して固定することができる。したがって、熱膨張差によって隙間が形成されても摩擦撹拌接合用ツールが回転することを抑制できる。
【0015】
（８）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、上記形態の摩擦撹拌接合用ツールと、前記摩擦撹拌接合用ツールの前記軸部を挿入可能な前記取付孔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、摩擦撹拌接合用工具は、上記の構成の摩擦撹拌接合用ツールと、摩擦撹拌接合用ツールが取り付けられるツールホルダと、を備える。これにより、摩擦撹拌接合用工具では、摩擦撹拌接合用ツールを回転させながらツールホルダから取り外すことが可能となり、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0016】
（９）上記形態の摩擦撹拌接合用工具において、前記ツールホルダは、金属からなっていてもよい。この構成によれば、ツールホルダが金属からなると熱膨張差が大きくなり、ツールホルダに対する摩擦撹拌接合用ツールの固定位置がずれて摩擦撹拌接合用ツールが取り外しにくくなる場合がある。上記形態の摩擦撹拌接合用工具では、はみ出し部分の第２の部分に対応する側面を工具でつかむことで工具の空回りを抑制することができるため、工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツールに伝えることができる。これにより、摩擦撹拌接合用ツールを容易に回転させることできるため、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0017】
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、摩擦撹拌接合用ツールおよび摩擦撹拌接合用工具の製造方法、摩擦撹拌接合用ツールによる被加工部材の接合方法、摩擦撹拌接合用ツールを用いた接合方法によって接合された接合部材等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【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3】第１実施形態の摩擦撹拌接合用ツールの概略模式図である。
【図6】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7】比較例の摩擦撹拌接合用工具の概略模式図である。
【図8】第２実施形態の摩擦撹拌接合用ツールの断面図である。
【図9】第３実施形態の摩擦撹拌接合用ツールの断面図である。
【図10】第４実施形態の摩擦撹拌接合用ツールの断面図である。
【図11】第２実施形態の摩擦撹拌接合用ツールの変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
＜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１の概略模式図である。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。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。
図１は、第１実施形態の摩擦撹拌接合用工具１の概略模式図である。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。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。
【0020】
ツールホルダ１０は、円板形状の底部１１と、底部１１に接続する円筒部１２と、を有する。本実施形態では、ツールホルダ１０は、金属からなる。ツールホルダ１０は、円筒部１２の内側に、摩擦撹拌接合用ツール３０が挿入される取付孔１３を有する。円筒部１２には、ツールホルダ１０の外部と取付孔１３とを連通するねじ穴１４が形成されている。ねじ穴１４の内壁には雌ねじが形成されている。ツールホルダ１０は、摩擦撹拌接合用ツール３０を保持する。
【0021】
ツール固定用ねじ２０は、ツールホルダ１０のねじ穴１４に嵌められている。本実施形態の摩擦撹拌接合用工具１には、図２の断面図に示すように、１つのツールホルダ１０に対して、４個のツール固定用ねじ２０が設けられている。ツール固定用ねじ２０は、ツール固定用ねじ２０を回転させる工具を差込むための図示しない穴が形成されている頭部２１と、ねじ穴１４の内壁に形成されている雌ねじと嵌合する雄ねじが側面に形成されているねじ軸部２２と、を備える。ツール固定用ねじ２０は、ツールホルダ１０の取付孔１３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。
【0022】
摩擦撹拌接合用ツール３０は、略円柱形状の部材である。摩擦撹拌接合用ツール３０は、ツールホルダ１０に取り付けられ、被加工部材の接合部分を撹拌し接合する。摩擦撹拌接合用ツール３０は、プローブ部３１と、軸部３２と、を備える。
【0023】
図３は、本実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０の概略模式図である。図３は、図１に示す摩擦撹拌接合用工具１の模式図のうち、摩擦撹拌接合用ツール３０の部分を拡大した模式図である。図３では、摩擦撹拌接合用ツール３０以外の部分は、鎖線で示している。
【0024】
プローブ部３１は、図３に示すように、軸部３２が設けられ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。プローブ部３１は、被加工部材の接合部分に押し当てられる。
【0025】
軸部３２は、プローブ部３１を支持する。軸部３２は、窒化珪素系セラミック、または、サイアロンからなる。第１大径部分３３と、第１小径部分３４と、第２大径部分３５と、第２小径部分３６と、第３大径部分３７と、を有する。軸部３２は、ツールホルダ１０に形成されている取付孔１３に挿入されてツールホルダ１０に対して取り付けられる状態（図３に示す状態）において、取付孔１３からはみ出すはみ出し部分３２ａを有する。
【0026】
第１大径部分３３は、プローブ部３１に接続する。第１大径部分３３は、円柱形状を有している。第１大径部分３３の摩擦撹拌接合用ツール３０の中心軸Ｃ３０に垂直な断面形状は、中心軸Ｃ３０上に中心が位置する円形状となっている。第１大径部分３３は、摩擦撹拌接合用ツール３０がツールホルダ１０の取付孔１３に挿入された状態において、取付孔１３からはみ出すはみ出し部分３２ａに含まれる。
【0027】
第１小径部分３４は、第１大径部分３３に接続する。第１小径部分３４は、側面に複数の平面を有する。第１小径部分３４は、中心軸Ｃ３０に垂直な断面の大きさが、第１大径部分３３よりも小さい。第１小径部分３４は、摩擦撹拌接合用ツール３０がツールホルダ１０の取付孔１３に挿入された状態において、取付孔１３からはみ出すはみ出し部分３２ａに含まれる。
【0028】
図４は、図３のＢ－Ｂ線断面図であって、第１小径部分３４の中心軸Ｃ３０に垂直な断面図である。図４に示すように、第１小径部分３４の断面図における外形線は、中心軸Ｃ３０からの距離が一定の「第１の部分」としての４つの曲線部分Ｃｒ１１，Ｃｒ１２，Ｃｒ１３，Ｃｒ１４と、中心軸Ｃ３０からの距離が曲線部分Ｃｒ１１，Ｃｒ１２，Ｃｒ１３，Ｃｒ１４の中心軸Ｃ３０からの距離より短い「第２の部分」としての４つの直線部分Ｓｔ１１，Ｓｔ１２，Ｓｔ１３，Ｓｔ１４と、を有する。ここで、「第２の部分」についての「中心軸からの距離」とは、「第２の部分」における中心軸Ｃ３０との間の距離のうち、最短の距離のことを指す。具体的には、図４に示す直線部分Ｓｔ１４では、直線部分Ｓｔ１４を接線とする、中心軸Ｃ３０に中心を有する仮想円ＶＣ１の半径ｒ１の大きさが、直線部分Ｓｔ１４についての「中心軸からの距離」となる。
【0029】
図４に示す第１小径部分３４の中心軸Ｃ３０に垂直な断面図では、直線部分Ｓｔ１１は、曲線部分Ｃｒ１１と曲線部分Ｃｒ１４とに接続し、直線部分Ｓｔ１２は、曲線部分Ｃｒ１１と曲線部分Ｃｒ１２とに接続している。直線部分Ｓｔ１３は、曲線部分Ｃｒ１２と曲線部分Ｃｒ１３とに接続し、直線部分Ｓｔ１４は、曲線部分Ｃｒ１３と曲線部分Ｃｒ１４とに接続している。４つの曲線部分Ｃｒ１１，Ｃｒ１２，Ｃｒ１３，Ｃｒ１４のそれぞれは、中心軸Ｃ３０に中心を有する仮想円Ｃ３４と重なる。４つの直線部分Ｓｔ１１，Ｓｔ１２，Ｓｔ１３，Ｓｔ１４のうち、直線部分Ｓｔ１１と直線部分Ｓｔ１３とは、中心軸Ｃ３０を挟むように位置しており、直線部分Ｓｔ１２と直線部分Ｓｔ１４とは、中心軸Ｃ３０を挟むように位置している。本実施形態では、直線部分Ｓｔ１１と直線部分Ｓｔ１３、および、直線部分Ｓｔ１２と直線部分Ｓｔ１４とは、略平行となるように位置している。
【0030】
本実施形態では、図４に示すように、軸部３２の中心軸Ｃ３０を中心とし、直線部分Ｓｔ１１，Ｓｔ１２，Ｓｔ１３，Ｓｔ１４のそれぞれを弦とする扇形Ｆｓ１，Ｆｓ２，Ｆｓ３，Ｆｓ４の中心角θ１，θ２，θ３，θ４のそれぞれは、３０度以上９０度以下となる。第１小径部分３４が有する複数の側面のうち、４つの曲線部分Ｃｒ１１，Ｃｒ１２，Ｃｒ１３，Ｃｒ１４に対応する側面３４ａは、曲面形状を有しており、４つの直線部分Ｓｔ１１，Ｓｔ１２，Ｓｔ１３，Ｓｔ１４に対応する側面３４ｂは、平面形状を有している。側面３４ｂの中心軸Ｃ３０方向の長さ（幅）は、スパナなどの工具の先端が側面３４ｂに接することが可能なように、５ｍｍ以上２５ｍｍ以下となっている。
【0031】
第２大径部分３５は、第１小径部分３４に接続する。第２大径部分３５は、円柱形状を有している。第２大径部分３５の摩擦撹拌接合用ツール３０の中心軸Ｃ３０に垂直な断面形状は、中心軸Ｃ３０上に中心が位置する円形状となっている。第２大径部分３５は、摩擦撹拌接合用ツール３０がツールホルダ１０の取付孔１３に挿入可能された状態において、第１小径部分３４側の一部が、取付孔１３からはみ出すはみ出し部分３２ａに含まれる（図３参照）。
【0032】
第２小径部分３６は、第２大径部分３５に接続する。第２小径部分３６は、側面に複数の平面を有する。第２小径部分３６は、中心軸Ｃ３０に垂直な断面の大きさが、第２大径部分３５よりも小さい。第２小径部分３６は、摩擦撹拌接合用ツール３０がツールホルダ１０の取付孔１３に挿入された状態において、取付孔１３に収容される。
【0033】
図５は、図３のＣ－Ｃ線断面図であって、第２小径部分３６の中心軸Ｃ３０に垂直な断面図である。図５に示すように、第２小径部分３６の断面図における外形線は、中心軸Ｃ３０からの距離が一定の「第３の部分」としての４つの曲線部分Ｃｒ２１，Ｃｒ２２，Ｃｒ２３，Ｃｒ２４と、中心軸Ｃ３０からの距離が曲線部分Ｃｒ２１，Ｃｒ２２，Ｃｒ２３，Ｃｒ２４の中心軸Ｃ３０からの距離より短い「第４の部分」としての４つの直線部分Ｓｔ２１，Ｓｔ２２，Ｓｔ２３，Ｓｔ２４と、を有する。直線部分Ｓｔ２１は、曲線部分Ｃｒ２１と曲線部分Ｃｒ２４とに接続し、直線部分Ｓｔ２２は、曲線部分Ｃｒ２１と曲線部分Ｃｒ２２とに接続している。直線部分Ｓｔ２３は、曲線部分Ｃｒ２２と曲線部分Ｃｒ２３とに接続し、直線部分Ｓｔ２４は、曲線部分Ｃｒ２３と曲線部分Ｃｒ２４とに接続している。本実施形態では、第２小径部分３６が有する複数の側面のうち、４つの曲線部分Ｃｒ２１，Ｃｒ２２，Ｃｒ２３，Ｃｒ２４に対応する面３６ａは、曲面形状を有しており、４つの直線部分Ｓｔ２１，Ｓｔ２２，Ｓｔ２３，Ｓｔ２４に対応する面３６ｂは、平面形状を有している（図３参照）。４つの曲線部分Ｃｒ２１，Ｃｒ２２，Ｃｒ２３，Ｃｒ２４のそれぞれは、中心軸Ｃ３０に中心を有する仮想円Ｃ３６と重なる。
【0034】
第３大径部分３７は、第２小径部分３６に接続する。第３大径部分３７は、円柱形状を有している。第３大径部分３７の摩擦撹拌接合用ツール３０の中心軸Ｃ３０に垂直な断面形状は、中心軸Ｃ３０上に中心が位置する円形状となっている。第３大径部分３７は、摩擦撹拌接合用ツール３０がツールホルダ１０の取付孔１３に挿入された状態において、取付孔１３に収容され、ツールホルダ１０の底部１１に接している。
【0035】
図６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６は、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のプローブ部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、プローブ部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同士が接合する。
【0036】
次に、本実施形態の摩擦撹拌接合用工具１における摩擦撹拌接合用ツール３０の効果について、摩擦撹拌接合用ツール３０とは異なる構成の摩擦撹拌接合用ツールを備える比較例と比較して説明する。本実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０は、図４に示すように、軸部３２の中心軸Ｃ３０に垂直な断面のうち、はみ出し部分３２ａに含まれる第１小径部分３４の断面において、第１小径部分３４の外形線は、中心軸Ｃ３０からの距離が一定の曲線部分Ｃｒ１１，Ｃｒ１２，Ｃｒ１３，Ｃｒ１４と、中心軸Ｃ３０からの距離が曲線部分Ｃｒ１１，Ｃｒ１２，Ｃｒ１３，Ｃｒ１４の中心軸Ｃ３０からの距離より短い直線部分Ｓｔ１１，Ｓｔ１２，Ｓｔ１３，Ｓｔ１４と、を有する。
【0037】
図７は、比較例の摩擦撹拌接合用工具の模式図である。図７に示す摩擦撹拌接合用工具９０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９３と、を備える。摩擦撹拌接合用ツール９３は、略円柱形状を有しており、ツールホルダ１０に取り付けられ、被加工部材の接合部分を撹拌し接合する。摩擦撹拌接合用ツール９３は、プローブ部３１と、軸部９３２と、を備える。軸部９３２は、ツールホルダ１０に形成されている取付孔１３に挿入されてツールホルダ１０に対して取り付けられる状態において、取付孔１３からはみ出すはみ出し部分９３２ａを有する。はみ出し部分９３２ａは、円柱形状を有している。このため、はみ出し部分９３２ａの側面は、摩擦撹拌接合用ツール９３の中心軸Ｃ９３からの距離が一定の曲面形状を有している。
【0038】
比較例の摩擦撹拌接合用工具９０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９３を被加工部材に押し当てて回転させると、ツールホルダ１０および摩擦撹拌接合用ツール９３のいずれも高温となる。使用前の温度から使用後の高温への温度変化における、ツールホルダ１０が有する取付孔１３の内径の変化量は、摩擦撹拌接合用ツール９３の外径の変化量より大きい。このため、ツールホルダ１０と摩擦撹拌接合用ツール９３との間に隙間が生じやすく、隙間が生じると、摩擦撹拌接合用ツール９３がツールホルダ１０の内部で回転し、ツール固定用ねじ２０における摩擦撹拌接合用ツール９３と接する位置が摩擦撹拌接合用ツール９３を固定した位置からずれる場合がある。ツール固定用ねじ２０と摩擦撹拌接合用ツール９３とが接する位置がずれたまま、常温に戻ると、収縮による応力が作用し、摩擦撹拌接合用ツール９３をツールホルダ１０から取り外しづらくなるおそれがある。
【0039】
比較例の摩擦撹拌接合用工具９０が備える摩擦撹拌接合用ツール９３をツールホルダ１０から取り外すとき、軸部９３２のはみ出し部分９３２ａをスパナなどの工具でつかんで、摩擦撹拌接合用ツール９３を回転させながらツールホルダ１０から引き抜く方法が考えられる。しかしながら、はみ出し部分９３２ａの側面は、中心軸Ｃ９３からの距離が一定の曲面形状を有しているため、工具が空回りしやすく、工具の回転力が摩擦撹拌接合用ツール９３に伝わりにくい。このため、摩擦撹拌接合用ツール９３の交換に手間がかかり、摩擦撹拌接合の作業性を低下する。
【0040】
一方、本実施形態の摩擦撹拌接合用工具１では、摩擦撹拌接合用ツール３０のはみ出し部分３２ａに含まれる第１小径部分３４は、平面形状を有する側面３４ｂを有する。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０をツールホルダ１０から取り外すとき、第１小径部分３４の側面３４ｂに工具を接触させて摩擦撹拌接合用ツール３０をつかむことで、工具の回転力が摩擦撹拌接合用ツール３０に伝わりやすくなる。したがって、摩擦撹拌接合用ツール３０を回転させながらツールホルダ１０から引き抜くことができるため、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させることができる。
【0041】
以上説明した、本実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０によれば、軸部３２のはみ出し部分３２ａは、軸部３２の中心軸Ｃ３０に垂直な断面において、外形線が、中心軸Ｃ３０からの距離が一定の第１の部分である曲線部分Ｃｒ１１，Ｃｒ１２，Ｃｒ１３，Ｃｒ１４と、中心軸Ｃ３０からの距離が曲線部分Ｃｒ１１，Ｃｒ１２，Ｃｒ１３，Ｃｒ１４の中心軸Ｃ３０からの距離より短い第２の部分である直線部分Ｓｔ１１，Ｓｔ１２，Ｓｔ１３，Ｓｔ１４と、を有する。すなわち、はみ出し部分３２ａの断面の外形線の形状は、円形状となっていない。これにより、はみ出し部分３２ａの直線部分Ｓｔ１１，Ｓｔ１２，Ｓｔ１３，Ｓｔ１４に対応する側面３４ｂをスパナなどの工具によってつかむことで、工具の空回りが抑制され、工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツール３０に伝えることができる。したがって、摩擦撹拌接合用ツール３０を容易に回転させることできるため、摩擦撹拌接合用ツール３０を回転させながらツールホルダ１０から取り外すことが可能となり、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0042】
また、本実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０によれば、軸部３２のはみ出し部分３２ａは、軸部３２の中心軸Ｃ３０に垂直な断面における外形線の形状が直線である直線部分Ｓｔ１１，Ｓｔ１２，Ｓｔ１３，Ｓｔ１４に対応する平らな側面３４ｂを有する。これにより、平らな側面３４ｂを工具によってつかむことで、工具の空回りがさらに抑制され、工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツール３０に伝えることができる。したがって、摩擦撹拌接合用ツール３０をさらに容易に回転させることできるため、回転摩擦撹拌接合の作業性をさらに向上させることができる。
【0043】
また、本実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０によれば、軸部３２のはみ出し部分３２ａでは、軸部３２の中心軸Ｃ３０に垂直な断面における外形線において、直線部分Ｓｔ１１と直線部分Ｓｔ１３、および、直線部分Ｓｔ１２と直線部分Ｓｔ１４のそれぞれが、中心軸Ｃ３０を挟むように位置している。すなわち、側面３４ｂが軸部３２の中心軸Ｃ３０を挟むように２つ形成されている。これにより、スパナなどの対象物を挟み込む工具によって、対向する２つの側面３４ｂをつかむことで、工具の空回りがさらに抑制され、摩擦撹拌接合用ツール３０をさらに容易に回転させることできる。したがって、回転摩擦撹拌接合の作業性をさらに向上させることができる。
【0044】
また、本実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０によれば、軸部３２の幅が熱膨張によって大きくなると、ツールホルダ１０に対する摩擦撹拌接合用ツール３０の固定位置がずれて摩擦撹拌接合用ツール３０が取り外しにくくなる場合がある。摩擦撹拌接合用ツール３０では、はみ出し部分３２ａの直線部分Ｓｔ１１，Ｓｔ１２，Ｓｔ１３，Ｓｔ１４に対応する側面３４ｂを工具によってつかむことで工具の空回りを抑制することができるため、工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツール３０に伝えることができる。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０をさらに容易に回転させることできるため、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0045】
また、本実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０によれば、軸部３２は、窒化珪素系セラミック、または、サイアロンによって形成されている。軸部３２が窒化珪素系セラミック、または、サイアロンによって形成されていると熱膨張差が大きくなることでツールホルダ１０に対する摩擦撹拌接合用ツール３０の固定位置がずれて摩擦撹拌接合用ツール３０が取り外しにくくなる場合がある。摩擦撹拌接合用ツール３０では、はみ出し部分３２ａの直線部分Ｓｔ１１，Ｓｔ１２，Ｓｔ１３，Ｓｔ１４に対応する側面３４ｂを工具によってつかむことで工具の空回りを抑制することができるため、工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツール３０に伝えることができる。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０をさらに容易に回転させることできるため、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0046】
また、本実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０によれば、軸部３２のはみ出し部分３２ａは、軸部３２の中心軸Ｃ３０に垂直な断面において、直線部分Ｓｔ１１，Ｓｔ１２，Ｓｔ１３，Ｓｔ１４を弦とする扇形Ｆｓ１，Ｆｓ２，Ｆｓ３，Ｆｓ４のθ１，θ２，θ３，θ４のそれぞれが３０度以上９０度以下となっている。これにより、軸部３２を工具でつかみづらくなることもなく、かつ、軸部３２がある程度の強度を有することができる。
【0047】
また、本実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０によれば、第１小径部分３４の側面３４ｂの中心軸Ｃ３０方向の長さ（幅）は、５ｍｍ以上２５ｍｍ以下となっている。これにより、スパナなどの工具によって第１小径部分３４をつかむことができるため、工具による摩擦撹拌接合用ツール３０の取り外しが容易となる。したがって、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0048】
また、本実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０によれば、軸部３２の取付孔１３に挿入されている部分は、軸部３２の中心軸Ｃ３０に垂直な断面において、外形線が、中心軸Ｃ３０からの距離が一定の第３の部分である曲線部分Ｃｒ２１，Ｃｒ２２，Ｃｒ２３，Ｃｒ２４と、中心軸Ｃ３０からの距離が曲線部分Ｃｒ２１，Ｃｒ２２，Ｃｒ２３，Ｃｒ２４の距離より短い第４の部分である直線部分Ｓｔ２１，Ｓｔ２２，Ｓｔ２３，Ｓｔ２４と、を有する。すなわち、軸部３２の取付孔１３に挿入されている部分の断面の外形線の形状は、円形状となっていない。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０がツール固定用ねじ２０によってツールホルダ１０に固定される場合に、ツール固定用ねじ２０が第４の部分に対応する側面に接することで、摩擦撹拌接合用ツール３０を安定して固定することができる。したがって、熱膨張差によってツールホルダ１０と摩擦撹拌接合用ツール３０との間に隙間が形成されても摩擦撹拌接合用ツール３０が回転することを抑制できる。
【0049】
また、本実施形態の摩擦撹拌接合用工具１によれば、摩擦撹拌接合用工具１は、工具が軸部３２をつかみやすくなる側面３４ｂを有する摩擦撹拌接合用ツール３０と、摩擦撹拌接合用ツール３０が取り付けられるツールホルダ１０と、を備える。これにより、摩擦撹拌接合用工具１では、摩擦撹拌接合用ツール３０を回転させながらツールホルダ１０から取り外すことが可能となり、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0050】
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は、金属によって形成されている。ツールホルダ１０が金属からなると熱膨張差が大きくなることでツールホルダ１０に対する摩擦撹拌接合用ツール３０の固定位置がずれて摩擦撹拌接合用ツール３０が取り外しにくくなる場合がある。摩擦撹拌接合用ツール３０では、はみ出し部分３２ａの側面３４ｂを工具でつかむことで工具の空回りを抑制することができるため、工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツール３０に伝えることができる。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０を容易に回転させることできるため、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0051】
＜第２実施形態＞
図８は、第２実施形態の摩擦撹拌接合用ツール４０の断面図である。第２実施形態の摩擦撹拌接合用ツール４０は、第１実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０（図４）と比較すると、摩擦撹拌接合用ツール４０の中心軸に垂直な断面の形状が異なる。
図８は、第２実施形態の摩擦撹拌接合用ツール４０の断面図である。第２実施形態の摩擦撹拌接合用ツール４０は、第１実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０（図４）と比較すると、摩擦撹拌接合用ツール４０の中心軸に垂直な断面の形状が異なる。
【0052】
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２０と、摩擦撹拌接合用ツール４０と、を備える。本実施形態の摩擦撹拌接合用工具は、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。
【0053】
摩擦撹拌接合用ツール４０は、略円柱形状の部材であって、プローブ部３１と、軸部４２と、を備える。軸部４２は、窒化珪素系セラミック、または、サイアロンからなり、プローブ部３１を支持する。軸部４２は、第１大径部分３３と、第１小径部分４４と、第２大径部分３５と、第２小径部分３６と、第３大径部分３７と、を有する。
【0054】
第１小径部分４４は、摩擦撹拌接合用ツール４０の中心軸Ｃ４０に垂直な断面（図８）における外形線が、中心軸Ｃ４０からの距離が一定の「第１の部分」としての２つの曲線部分Ｃｒ３１，Ｃｒ３２と、中心軸Ｃ４０からの距離が曲線部分Ｃｒ３１，Ｃｒ３２の中心軸Ｃ３０からの距離より短い「第２の部分」としての２つの直線部分Ｓｔ３１，Ｓｔ３２と、を有する。２つの直線部分Ｓｔ３１，Ｓｔ３２は、摩擦撹拌接合用ツール４０の中心軸Ｃ４０を挟むように位置している。第１小径部分４４が有する複数の側面のうち、２つの曲線部分Ｃｒ３１，Ｃｒ３２に対応する側面４４ａは、曲面形状を有しており、２つの直線部分Ｓｔ３１，Ｓｔ３２に対応する側面４４ｂは、平面形状を有している。２つの曲線部分Ｃｒ３１，Ｃｒ３２のそれぞれは、中心軸Ｃ４０に中心を有する仮想円Ｃ４４と重なる。
【0055】
第１小径部分４４は、図８に示す断面図において、軸部４２の中心軸Ｃ４０を中心とし、直線部分Ｓｔ３１，Ｓｔ３２のそれぞれを弦とする扇形を規定すると、この扇形の中心角のそれぞれは、３０度以上９０度以下となっている。第１小径部分４４では、直線部分Ｓｔ３１，Ｓｔ３２のそれぞれに対応する側面の中心軸Ｃ４０方向の長さは、５ｍｍ以上２５ｍｍ以下となっている。
【0056】
以上説明した、本実施形態の摩擦撹拌接合用ツール４０によれば、軸部４２のはみ出し部分に含まれる第１小径部分４４は、軸部４２の中心軸Ｃ４０に垂直な断面において、外形線が、中心軸Ｃ４０からの距離が一定の第１の部分である曲線部分Ｃｒ３１，Ｃｒ３２と、中心軸Ｃ４０からの距離が曲線部分Ｃｒ３１，Ｃｒ３２の中心軸Ｃ４０からの距離より短い第２の部分である直線部分Ｓｔ３１，Ｓｔ３２と、を有する。これにより、第１小径部分４４の直線部分Ｓｔ３１，Ｓｔ３２に対応する側面４４ｂをスパナなどの工具によってつかむことで、工具の空回りが抑制され、工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツール４０に伝えることができる。したがって、摩擦撹拌接合用ツール４０を容易に回転させることできるため、摩擦撹拌接合用ツール４０を回転させながらツールホルダ１０から取り外すことが可能となり、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0057】
＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態の摩擦撹拌接合用ツール５０の断面図である。第３実施形態の摩擦撹拌接合用ツール５０は、第１実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０（図４）と比較すると、摩擦撹拌接合用ツール５０中心軸に垂直な断面の形状が異なる。
図９は、第３実施形態の摩擦撹拌接合用ツール５０の断面図である。第３実施形態の摩擦撹拌接合用ツール５０は、第１実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０（図４）と比較すると、摩擦撹拌接合用ツール５０中心軸に垂直な断面の形状が異なる。
【0058】
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２０と、摩擦撹拌接合用ツール５０と、を備える。本実施形態の摩擦撹拌接合用工具は、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。
【0059】
摩擦撹拌接合用ツール５０は、略円柱形状の部材であって、摩擦撹拌接合用ツール５０は、プローブ部３１と、軸部５２と、を備える。軸部５２は、窒化珪素系セラミック、または、サイアロンからなり、プローブ部３１を支持する。軸部５２は、第１大径部分３３と、第１小径部分５４と、第２大径部分３５と、第２小径部分３６と、第３大径部分３７と、を有する。
【0060】
第１小径部分５４は、摩擦撹拌接合用ツール５０の中心軸Ｃ５０に垂直な断面（図９）における第１小径部分５４の外形線が、中心軸Ｃ５０からの距離が一定の「第１の部分」としての曲線部分Ｃｒ４１と、中心軸Ｃ４０からの距離が曲線部分Ｃｒ４１の中心軸Ｃ４０からの距離より短い「第２の部分」としての直線部分Ｓｔ４１と、を有する。第１小径部分５４が有する複数の側面のうち、曲線部分Ｃｒ４１に対応する側面５４ａは、曲面形状を有しており、直線部分Ｓｔ４１に対応する側面５４ｂは、平面形状を有している。曲線部分Ｃｒ４１は、中心軸Ｃ５０に中心を有する仮想円Ｃ５４と重なる。
【0061】
第１小径部分５４は、図９に示す断面図において、軸部５２の中心軸Ｃ５０を中心とし、直線部分Ｓｔ４１を弦とする扇形を規定すると、この扇形の中心角は、３０度以上９０度以下となっている。第１小径部分５４では、直線部分Ｓｔ４１に対応する側面の中心軸Ｃ５０方向の長さは、５ｍｍ以上２５ｍｍ以下となっている。
【0062】
以上説明した、本実施形態の摩擦撹拌接合用ツール５０によれば、軸部４２のはみ出し部分に含まれる第１小径部分５４は、軸部５２の中心軸Ｃ５０に垂直な断面において、外形線が、中心軸Ｃ５０からの距離が一定の第１の部分である曲線部分Ｃｒ４１と、中心軸Ｃ５０からの距離が曲線部分Ｃｒ４１の中心軸Ｃ５０からの距離より短い第２の部分である直線部分Ｓｔ４１と、を有する。これにより、第１小径部分５４の直線部分Ｓｔ４１に対応する側面５４ｂをスパナなどの工具によってつかむことで、工具の空回りが抑制され、工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツール５０に伝えることができる。したがって、摩擦撹拌接合用ツール５０を容易に回転させることできるため、摩擦撹拌接合用ツール５０を回転させながらツールホルダ１０から取り外すことが可能となり、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0063】
＜第４実施形態＞
図１０は、第４実施形態の摩擦撹拌接合用ツール６０の断面図である。第４実施形態の摩擦撹拌接合用ツール６０は、第１実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０（図４）と比較すると、中心軸に垂直な断面の形状が異なる。
図１０は、第４実施形態の摩擦撹拌接合用ツール６０の断面図である。第４実施形態の摩擦撹拌接合用ツール６０は、第１実施形態の摩擦撹拌接合用ツール３０（図４）と比較すると、中心軸に垂直な断面の形状が異なる。
【0064】
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２０と、摩擦撹拌接合用ツール６０と、を備える。本実施形態の摩擦撹拌接合用工具は、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。
【0065】
摩擦撹拌接合用ツール６０は、略円柱形状の部材であって、プローブ部３１と、軸部６２と、を備える。軸部６２は、窒化珪素系セラミック、または、サイアロンからなり、プローブ部３１を支持する。軸部６２は、第１大径部分３３と、第１小径部分６４と、第２大径部分３５と、第２小径部分３６と、第３大径部分３７と、を有する。
【0066】
第１小径部分６４は、摩擦撹拌接合用ツール６０の中心軸Ｃ６０に垂直な断面（図１０）における外形線が、矩形形状を有する。具体的には、第１小径部分６４の外形線は、中心軸Ｃ６０からの距離が一定の「第１の部分」としての曲線部分Ｃｒ５１，Ｃｒ５２，Ｃｒ５３，Ｃｒ５４と、中心軸Ｃ６０からの距離が曲線部分Ｃｒ５１，Ｃｒ５２，Ｃｒ５３，Ｃｒ５４の中心軸Ｃ６０からの距離より短い「第２の部分」としての直線部分Ｓｔ５１，Ｓｔ５２，Ｓｔ５３，Ｓｔ５４と、を有する。第１小径部分６４の外形線では、曲線部分Ｃｒ５１，Ｃｒ５２，Ｃｒ５３，Ｃｒ５４が、矩形形状における角の部分に位置している。図１０に示すように、第１小径部分６４は、第１大径部分３３より大きい。第１小径部分６４が有する複数の側面のうち、曲線部分Ｃｒ５１，Ｃｒ５２，Ｃｒ５３，Ｃｒ５４に対応する側面６４ａは、曲面形状を有しており、直線部分Ｓｔ５１，Ｓｔ５２，Ｓｔ５３，Ｓｔ５４に対応する側面６４ｂは、平面形状を有している。４つの曲線部分Ｃｒ５１，Ｃｒ５２，Ｃｒ５３，Ｃｒ５４のそれぞれは、中心軸Ｃ６０に中心を有する仮想円Ｃ６４と重なる。
【0067】
第１小径部分６４は、図１０に示す断面図において、軸部６２の中心軸Ｃ６０を中心とし、直線部分Ｓｔ５１，Ｓｔ５２，Ｓｔ５３，Ｓｔ５４のそれぞれを弦とする扇形を規定すると、この扇形の中心角は、３０度以上９０度以下となっている。第１小径部分６４では、直線部分Ｓｔ５１，Ｓｔ５２，Ｓｔ５３，Ｓｔ５４のそれぞれに対応する側面の中心軸Ｃ６０方向の長さは、５ｍｍ以上２５ｍｍ以下となっている。
【0068】
以上説明した、本実施形態の摩擦撹拌接合用ツール６０によれば、軸部６２のはみ出し部分に含まれる第１小径部分６４は、軸部６２の中心軸Ｃ６０に垂直な断面において、外形線が、中心軸Ｃ６０からの距離が一定の第１の部分である曲線部分Ｃｒ５１，Ｃｒ５２，Ｃｒ５３，Ｃｒ５４と、中心軸Ｃ６０からの距離が曲線部分Ｃｒ５１，Ｃｒ５２，Ｃｒ５３，Ｃｒ５４の中心軸Ｃ６０からの距離より短い第２の部分である直線部分Ｓｔ５１，Ｓｔ５２，Ｓｔ５３，Ｓｔ５４と、を有する。これにより、第１小径部分６４の直線部分Ｓｔ５１，Ｓｔ５２，Ｓｔ５３，Ｓｔ５４に対応する側面６４ｂをスパナなどの工具によってつかむことで、工具の空回りが抑制され、工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツール６０に伝えることができる。したがって、摩擦撹拌接合用ツール６０を容易に回転させることできるため、摩擦撹拌接合用ツール６０を回転させながらツールホルダ１０から取り外すことが可能となり、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0069】
また、本実施形態の摩擦撹拌接合用ツール６０によれば、第１小径部分６４は、中心軸Ｃ６０を囲むように配置され、平面状に形成されている側面を４つ有している。これにより、対象物を挟み込む工具によって、第１小径部分６４の４つの側面のうちの対向する２つの側面をつかむことで、摩擦撹拌接合用ツール６０をさらに容易に回転させることができる。したがって、回転摩擦撹拌接合の作業性をさらに向上させることができる。
【0070】
＜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。
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。
【0071】
［変形例１］
上述の実施形態では、第１小径部分の外形線について、摩擦撹拌接合用ツールの中心軸からの距離が曲線部分の中心軸からの距離より短い「第２の部分」が、直線部分であるとした。しかしながら、摩擦撹拌接合用ツールの中心軸からの距離が曲線部分の中心軸からの距離より短い「第２の部分」は、直線に限定されない。
上述の実施形態では、第１小径部分の外形線について、摩擦撹拌接合用ツールの中心軸からの距離が曲線部分の中心軸からの距離より短い「第２の部分」が、直線部分であるとした。しかしながら、摩擦撹拌接合用ツールの中心軸からの距離が曲線部分の中心軸からの距離より短い「第２の部分」は、直線に限定されない。
【0072】
図１１は、第２実施形態の摩擦撹拌接合用ツール４０の変形例の断面図である。図１１には、第１小径部分４４についての中心軸Ｃ４０に垂直な断面を示しており、第２実施形態の摩擦撹拌接合用ツール４０が有する、平面形状の側面を有する第１小径部分４４を外形線Ｃ４４２で示している。図１１に示す第１小径部分４４は、外形線が、中心軸Ｃ４０からの距離が一定の「第１の部分」としての２つの曲線部分Ｃｒ３１，Ｃｒ３２と、中心軸Ｃ４０からの距離が曲線部分Ｃｒ３１，Ｃｒ３２の中心軸Ｃ３０からの距離より短い「第２の部分」としての２つの曲線部分Ｃｒ３３，Ｃｒ３４と、を有する。２つの曲線部分Ｃｒ３１，Ｃｒ３２のそれぞれは、中心軸Ｃ４０に中心を有する仮想円Ｃ４４１と重なる。２つの曲線部分Ｃｒ３３，Ｃｒ３４は、図８で示す第２実施形態の摩擦撹拌接合用ツール４０が有する第１小径部分４４の外形線を示す仮想線Ｃ４４２と比べると、外側に膨らんでいる。図１１に示すように、「第２の部分」が曲線形状であっても、中心軸からの距離が「第１の部分」よりも短いことによって、「第２の部分」に対応する側面４４ｂを工具によってつかむことで工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツール４０に伝えることができる。これにより、摩擦撹拌接合用ツール４０を容易に回転させることができる。したがって、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0073】
［変形例２］
第１実施形態および第２実施形態では、第１小径部分の断面における２つの直線部分は、摩擦撹拌接合用ツールの中心軸を挟むように位置するとした。しかしながら、第１小径部分の断面における２つの直線部分の位置関係は、これに限定されない。２つの直線部分は、摩擦撹拌接合用ツールの中心軸を挟むように位置することによって、工具の回転力の摩擦撹拌接合用ツールに伝えやすくなる。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０をさらに容易に回転させることができるため、回転摩擦撹拌接合の作業性をさらに向上させることができる。
第１実施形態および第２実施形態では、第１小径部分の断面における２つの直線部分は、摩擦撹拌接合用ツールの中心軸を挟むように位置するとした。しかしながら、第１小径部分の断面における２つの直線部分の位置関係は、これに限定されない。２つの直線部分は、摩擦撹拌接合用ツールの中心軸を挟むように位置することによって、工具の回転力の摩擦撹拌接合用ツールに伝えやすくなる。これにより、摩擦撹拌接合用ツール３０をさらに容易に回転させることができるため、回転摩擦撹拌接合の作業性をさらに向上させることができる。
【0074】
［変形例３］
上述の実施形態では、摩擦撹拌接合用ツールの軸部は、窒化珪素系セラミック、または、サイアロンからなるとした。軸部の材料は、これに限定されない。軸部が窒化珪素系セラミック、または、サイアロンからなる場合、ツールホルダとの熱膨張係数差が大きくなり、ツールホルダ１０に対する摩擦撹拌接合用ツールの固定位置がずれやすくなる。このため、ツールホルダ１０に対する摩擦撹拌接合用ツールの固定位置がずれたまま、常温に戻ると、摩擦撹拌接合用ツールをツールホルダから取り外しづらくなる。しかしながら、上述の実施形態では、摩擦撹拌接合用ツールのはみ出し部分に、工具でつかむことで工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツールに伝えやすい面が形成されている。これにより、摩擦撹拌接合用ツールを比較的取り外しやすくなるため、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
上述の実施形態では、摩擦撹拌接合用ツールの軸部は、窒化珪素系セラミック、または、サイアロンからなるとした。軸部の材料は、これに限定されない。軸部が窒化珪素系セラミック、または、サイアロンからなる場合、ツールホルダとの熱膨張係数差が大きくなり、ツールホルダ１０に対する摩擦撹拌接合用ツールの固定位置がずれやすくなる。このため、ツールホルダ１０に対する摩擦撹拌接合用ツールの固定位置がずれたまま、常温に戻ると、摩擦撹拌接合用ツールをツールホルダから取り外しづらくなる。しかしながら、上述の実施形態では、摩擦撹拌接合用ツールのはみ出し部分に、工具でつかむことで工具の回転力を摩擦撹拌接合用ツールに伝えやすい面が形成されている。これにより、摩擦撹拌接合用ツールを比較的取り外しやすくなるため、摩擦撹拌接合の作業性を向上させることができる。
【0075】
［変形例４］
上述の実施形態では、軸部の第１小径部分は、摩擦撹拌接合用ツールの中心軸に垂直な断面において、摩擦撹拌接合用ツールの中心軸を中心とし、直線部分を弦とする扇形を規定すると、この扇形の中心角は、３０度以上９０度以下となっているとした。直線部分を弦とする扇形の中心角は、３０度より小さい、または、９０度より大きくてもよい。直線部分を弦とする扇形の中心角が３０度以上９０度以下となることによって、軸部を工具でつかみづらくなることもなく、かつ、軸部がある程度の強度を有することができる。
上述の実施形態では、軸部の第１小径部分は、摩擦撹拌接合用ツールの中心軸に垂直な断面において、摩擦撹拌接合用ツールの中心軸を中心とし、直線部分を弦とする扇形を規定すると、この扇形の中心角は、３０度以上９０度以下となっているとした。直線部分を弦とする扇形の中心角は、３０度より小さい、または、９０度より大きくてもよい。直線部分を弦とする扇形の中心角が３０度以上９０度以下となることによって、軸部を工具でつかみづらくなることもなく、かつ、軸部がある程度の強度を有することができる。
【0076】
［変形例５］
上述の実施形態では、軸部のうち、ツールホルダの取付孔に挿入されている部分は、軸部の中心軸に垂直な断面において、外形線が、中心軸からの距離が一定の第３の部分である曲線部分と、中心軸からの距離が第３の部分の距離より短い第４の部分である直線部分と、を有するとした。軸部のうち、ツールホルダの取付孔に挿入されている部分の形状はこれに限定されない。
上述の実施形態では、軸部のうち、ツールホルダの取付孔に挿入されている部分は、軸部の中心軸に垂直な断面において、外形線が、中心軸からの距離が一定の第３の部分である曲線部分と、中心軸からの距離が第３の部分の距離より短い第４の部分である直線部分と、を有するとした。軸部のうち、ツールホルダの取付孔に挿入されている部分の形状はこれに限定されない。
【0077】
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。
【0078】
（適用例１）
ツールホルダに取り付けられ、被加工部材の接合部分を撹拌し接合する摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記被加工部材の接合部分に押し当てられるプローブ部と、
前記プローブ部を支持する軸部であって、前記ツールホルダに形成されている取付孔に挿入されて前記ツールホルダに対して取り付けられる状態において、前記取付孔からはみ出すはみ出し部分を有する軸部と、を備え、
前記軸部の中心軸に垂直な断面のうち、前記はみ出し部分の第１の断面において、前記軸部の外形線は、前記中心軸からの距離が一定の第１の部分と、前記中心軸からの距離が前記第１の部分の前記中心軸からの距離より短い第２の部分と、を有する、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
（適用例２）
適用例１に記載の摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記第１の断面における前記第２の部分は、直線である、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
（適用例３）
適用例１または適用例２に記載の摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記第１の断面において、
前記軸部の外形線は、２つの前記第２の部分を有しており、
２つの前記第２の部分は、前記軸部の中心軸を挟むように位置している、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
（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摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記第１の断面における前記軸部の外形線は、矩形形状である、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
（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摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記軸部は、窒化珪素系セラミック、または、サイアロンからなる、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
（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摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記第１の断面において、前記軸部の中心軸を中心とし、前記第２の部分を弦とする扇形の中心角は、３０度以上９０度以下である、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
（適用例７）
適用例１から適用例６のいずれか一例に記載の摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記軸部の中心軸に垂直な断面のうち、前記ツールホルダに形成されている取付孔に挿入されて前記ツールホルダに対して取り付けられる状態で前記取付孔に挿入される挿入部分の第２の断面において、前記軸部の外形線は、前記中心軸からの距離が一定の第３の部分と、前記中心軸からの距離が前記第３の部分の距離より短い第４の部分と、を有する、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
（適用例８）
摩擦撹拌接合用工具であって、
適用例１から適用例７のいずれか一例に記載の摩擦撹拌接合用ツールと、
前記摩擦撹拌接合用ツールの前記軸部を挿入可能な前記取付孔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９）
適用例８に記載の摩擦撹拌接合用工具であって、
前記ツールホルダは、金属からなる、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用工具。
ツールホルダに取り付けられ、被加工部材の接合部分を撹拌し接合する摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記被加工部材の接合部分に押し当てられるプローブ部と、
前記プローブ部を支持する軸部であって、前記ツールホルダに形成されている取付孔に挿入されて前記ツールホルダに対して取り付けられる状態において、前記取付孔からはみ出すはみ出し部分を有する軸部と、を備え、
前記軸部の中心軸に垂直な断面のうち、前記はみ出し部分の第１の断面において、前記軸部の外形線は、前記中心軸からの距離が一定の第１の部分と、前記中心軸からの距離が前記第１の部分の前記中心軸からの距離より短い第２の部分と、を有する、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
（適用例２）
適用例１に記載の摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記第１の断面における前記第２の部分は、直線である、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
（適用例３）
適用例１または適用例２に記載の摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記第１の断面において、
前記軸部の外形線は、２つの前記第２の部分を有しており、
２つの前記第２の部分は、前記軸部の中心軸を挟むように位置している、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
（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摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記第１の断面における前記軸部の外形線は、矩形形状である、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
（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摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記軸部は、窒化珪素系セラミック、または、サイアロンからなる、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
（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摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記第１の断面において、前記軸部の中心軸を中心とし、前記第２の部分を弦とする扇形の中心角は、３０度以上９０度以下である、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
（適用例７）
適用例１から適用例６のいずれか一例に記載の摩擦撹拌接合用ツールであって、
前記軸部の中心軸に垂直な断面のうち、前記ツールホルダに形成されている取付孔に挿入されて前記ツールホルダに対して取り付けられる状態で前記取付孔に挿入される挿入部分の第２の断面において、前記軸部の外形線は、前記中心軸からの距離が一定の第３の部分と、前記中心軸からの距離が前記第３の部分の距離より短い第４の部分と、を有する、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用ツール。
（適用例８）
摩擦撹拌接合用工具であって、
適用例１から適用例７のいずれか一例に記載の摩擦撹拌接合用ツールと、
前記摩擦撹拌接合用ツールの前記軸部を挿入可能な前記取付孔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９）
適用例８に記載の摩擦撹拌接合用工具であって、
前記ツールホルダは、金属からなる、
ことを特徴とする摩擦撹拌接合用工具。
【符号の説明】
【0079】
１…摩擦撹拌接合用工具
１０…ツールホルダ
１３…取付孔
１４…ねじ穴
２０…ツール固定用ねじ
３０，４０，５０，６０…摩擦撹拌接合用ツール
３１…プローブ部
３２，４２，５２，６２…軸部
３２ａ…はみ出し部分
Ｃ３０，Ｃ４０，Ｃ５０，Ｃ６０…中心軸
Ｃｒ１１，Ｃｒ１２，Ｃｒ１３，Ｃｒ１４，Ｃｒ３１，Ｃｒ３２，Ｃｒ４１，Ｃｒ５１，Ｃｒ５２，Ｃｒ５３，Ｃｒ５４…曲線部分（第１の部分）
Ｃｒ２１，Ｃｒ２２，Ｃｒ２３，Ｃｒ２４…曲線部分（第３の部分）
Ｃｒ３３，Ｃｒ３４…曲線部分（第２の部分）
Ｆｓ１，Ｆｓ２，Ｆｓ３，Ｆｓ４…扇形
Ｓｔ１１，Ｓｔ１２，Ｓｔ１３，Ｓｔ１４，Ｓｔ３１，Ｓｔ３２，Ｓｔ４１，Ｓｔ５１，Ｓｔ５２，Ｓｔ５３，Ｓｔ５４…直線部分（第２の部分）
Ｓｔ２１，Ｓｔ２２，Ｓｔ２３，Ｓｔ２４…直線部分（第４の部分）
θ１，θ２，θ３，θ４…中心角
１０…ツールホルダ
１３…取付孔
１４…ねじ穴
２０…ツール固定用ねじ
３０，４０，５０，６０…摩擦撹拌接合用ツール
３１…プローブ部
３２，４２，５２，６２…軸部
３２ａ…はみ出し部分
Ｃ３０，Ｃ４０，Ｃ５０，Ｃ６０…中心軸
Ｃｒ１１，Ｃｒ１２，Ｃｒ１３，Ｃｒ１４，Ｃｒ３１，Ｃｒ３２，Ｃｒ４１，Ｃｒ５１，Ｃｒ５２，Ｃｒ５３，Ｃｒ５４…曲線部分（第１の部分）
Ｃｒ２１，Ｃｒ２２，Ｃｒ２３，Ｃｒ２４…曲線部分（第３の部分）
Ｃｒ３３，Ｃｒ３４…曲線部分（第２の部分）
Ｆｓ１，Ｆｓ２，Ｆｓ３，Ｆｓ４…扇形
Ｓｔ１１，Ｓｔ１２，Ｓｔ１３，Ｓｔ１４，Ｓｔ３１，Ｓｔ３２，Ｓｔ４１，Ｓｔ５１，Ｓｔ５２，Ｓｔ５３，Ｓｔ５４…直線部分（第２の部分）
Ｓｔ２１，Ｓｔ２２，Ｓｔ２３，Ｓｔ２４…直線部分（第４の部分）
θ１，θ２，θ３，θ４…中心角
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】