摩擦搅拌接合用工具、摩擦搅拌接合装置及接合材料的制造方法

摘要

本发明的摩擦搅拌接合用工具具备表面侧肩部(6)，沿轴线方向延伸；背面侧肩部(5)，夹持板材彼此的对接部而与板材抵接；及探针(7)，在表面侧肩部(6)与背面侧肩部(5)之间贯穿板材而配置并连结表面侧肩部(6)与背面侧肩部(5)，其中，探针(7)在轴线的至少一侧的端部具有第一螺纹部(8)，表面侧肩部(6)及背面侧肩部(5)中的至少一个肩部具有第二螺纹部(11)，所述第二螺纹部螺合于第一螺纹部(8)，并且螺合状态随着表面侧肩部(6)与背面侧肩部(5)的相对旋转而产生变化，以使这些肩部在轴线方向上靠近，并且通过与第一螺纹部螺合而连接上述至少一个肩部和探针。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在对接接合板材彼此时使用的摩擦搅拌接合用工具、摩 擦搅拌接合装置及使用摩擦搅拌接合用工具的接合材料的制造方法。

背景技术

作为一种接合由两个部件构成的工件的方法已知有摩擦搅拌接合。摩擦 搅拌接合为，在利用工具的肩面来对工件的对接部分进行加压的状态下，使 该工具旋转，并通过在工件表面产生的摩擦热来接合工件的接合方法。

然而，这种摩擦搅拌接合中，有时使用被称为绕线工具的工具。绕线工 具型工具中，将具有一个肩面的表面侧肩部配置在工件的表面侧，并且将具 有与一个肩面对置的另一个肩面的背面侧肩部配置在工件的背面侧，通过贯 穿工件的探针来连结这两个肩部。由此利用两个肩部的肩面来夹持工件的表 面及背面因进行加压，由此产生摩擦热并且通过探针搅拌工件，以进行工件 的摩擦搅拌接合。

其中，工件有时因应变或制作误差而产生板厚的不均性。尤其，在用于 被称为APM(Automated People Mover的轨道类交通系统的车辆或铁道车辆 的外板等中使用长条的空心板。并且，这种长条的部件中，长度方向的厚度 变化较为显著。并且，例如当工件的板厚向接合方向变薄时，从肩面施加到 工件的加压力有可能下降，而无法获得充分的接合品质。

专利文献1中公开有，应对这种工件的板厚变化，通过液压来使下肩部 (背面侧肩部)相对于上肩部(表面侧肩部)靠近分离，由此控制肩面彼此 的间隔而能够调整施加于工件的加压力的摩擦搅拌接合的机构。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2004-243375号公报

发明的概要

发明要解决的技术课题

然而，专利文献1中虽没有具体记载，但在这种机构中另外还需要进行 液压控制的控制装置。因此，导致摩擦搅拌接合装置整体变复杂，并增加成 本。

本发明提供一种既能够以简单的结构抑制成本，又能够高精度地进行摩 擦搅拌接合的摩擦搅拌接合用工具、摩擦搅拌接合装置及接合材料的制造方 法。

用于解决技术课题的手段

本发明的第一方式所涉及的摩擦搅拌接合用工具具备：表面侧肩部，沿 轴线方向延伸；背面侧肩部，与所述表面侧肩部在所述轴线方向上对置而设， 与该表面侧肩部一起夹持板材彼此的对接部而与所述板材抵接；探针，在所 述表面侧肩部与所述背面侧肩部之间贯穿所述板材而配置并沿所述轴线方向 延伸，且连结这些表面侧肩部与背面侧肩部，所述探针在所述轴线的至少一 侧的端部具有第一螺纹部，所述表面侧肩部及所述背面侧肩部中的至少一个 肩部具有第二螺纹部，所述第二螺纹部螺合于所述第一螺纹部，并且螺合状 态随着所述表面侧肩部与所述背面侧肩部的相对旋转而产生变化，以使这些 表面侧肩部与背面侧肩部在所述轴线方向上靠近，并且通过与所述第一螺纹 部螺合而连接所述至少一个肩部和所述探针。

根据这种摩擦搅拌接合用工具，在由表面侧肩部和背面侧肩部夹持板材 的状态下这些表面侧肩部及背面侧肩部进行旋转，由此通过摩擦搅拌接合来 接合板材彼此。其中，背面侧肩部与板材抵接，因此进行接合时，摩擦力作 用于背面侧肩部与板材之间。若来自板材的摩擦力作用于背面侧肩部，则通 过该摩擦力抑制背面侧肩部的旋转。另一方面，表面侧肩部欲维持旋转，因 此在表面侧肩部与背面侧肩部之间产生这些肩部欲相对旋转的力。而且本发 明中，螺合状态随着这种相对旋转在第一螺纹部与第二螺纹部之间产生变化， 以使表面侧肩部与背面侧肩部靠近。其中，在表面侧肩部与背面侧肩部靠近 且表面侧肩部与背面测肩部距离规定间隔之时，在第一螺纹部旋入第二内螺 纹部时的旋入力(由第一螺纹部与第二螺纹部之间的摩擦力引起的力)和背 面侧肩部受到来自板材的加压力的反作用力达到平衡，且第一螺纹部与第二 螺纹部之间的螺合状态不再发生变化。例如，假设在接合过程中板材的板厚 变小，则从背面侧肩部施加于板材的加压力下降。然而此时，第一螺纹部与 第二螺纹部之间的螺合状态产生变化以使表面侧肩部与背面侧肩部靠近，在 上述旋入力与上述反作用力达到平衡的状态下表面侧肩部与背面侧肩部夹持 板材而能够进行板材的接合。因此，设定第一螺纹部及第二螺纹部的导程角 等，以使如此力量达到平衡的状态成为进行接合时背面侧肩部的施加于板材 的加压力达到最佳的状态。由此，无需设置复杂的控制装置等，即可在将表 面侧肩部与背面侧肩部之间的间隔自动保持恒定的状态下，以最佳的加压力 进行摩擦搅拌接合。

并且，本发明的第二方式所涉及的摩擦搅拌接合用工具可以如下：上述 第一方式中的所述表面侧肩部具有所述第二螺纹部，且所述背面侧肩部与所 述探针成为一体。

通过将这种背面侧肩部与探针成为一体的部件旋入表面侧肩部，以使第 一螺纹部与第二螺纹部螺合，能够更为轻松地夹持板材而进行摩擦搅拌接合。

并且，本发明的第三方式所涉及的摩擦搅拌接合用工具可以如下：上述 第二方式中的所述第二螺纹部为设置于从所述表面侧肩部的端面沿着所述轴 线朝远离所述背面侧肩部的方向形成的孔部的内螺纹，所述孔部中，在所述 第二螺纹部与所述端面之间形成有具有大于所述探针外径的内径的扩径孔 部。

如此设有第二螺纹部，且形成有扩径孔部。因此，即便板材的板厚变得 小于探针中未设有第一螺纹部的部分即搅拌板材的部分的轴线方向的尺寸 时，也能够使上述搅拌的部分进入到扩径孔部。因此，能够配合板材的板厚 而进一步缩小表面侧肩部与背面侧肩部之间的间隔，且能够更为灵活地应对 板材的板厚的变化，而保持从背面侧肩部施加于板材的最佳的加压力。

并且，本发明的第四方式所涉及的摩擦搅拌接合用工具可以如下：上述 第一方式中的所述背面侧肩部具有所述第二螺纹部，所述表面侧肩部与所述 探针成为一体。

如此将表面侧肩部与探针成为一体的部件旋入背面侧肩部，以使第一螺 纹部与第二螺纹部螺合，由此能够更为轻松地夹持板材而进行摩擦搅拌接合。

并且，本发明的第五方式所涉及的摩擦搅拌接合用工具可以如下：上述 第一方式中的所述表面侧肩部及所述背面侧肩部具有所述第二螺纹部，所述 探针在所述轴线的两侧端部具有第一螺纹部。

如此，探针、表面侧肩部及背面侧肩部均为个别部件，由此能够轻松地 制作各个部件。

并且，本发明的第六方式所涉及的摩擦搅拌接合装置具备上述第一至第 五方式的任一方式中的摩擦搅拌接合用工具；主体部，设置于所述板材的表 面侧；及工具保持部，安装于所述主体部而保持所述摩擦搅拌接合用工具中 的所述表面侧肩部，且使该表面侧肩部以所述轴线为旋转中心相对于所述主 体部旋转。

根据这种摩擦搅拌接合装置，通过使用摩擦搅拌接合用工具，假设板材 的板厚产生变化而使背面侧肩部施加于板材的加压力下降，则通过表面侧肩 部与背面侧肩部的相对旋转使它们靠近。之后，第二螺纹部旋入第一螺纹部 时的旋入力与背面侧肩部受到来自板材的上述加压力的反作用力达到平衡， 从而不再使螺合状态产生变化。因此，无需设置复杂的控制装置等，即可在 使表面侧肩部与背面侧肩部之间的间隔自动保持恒定的状态下，以最佳的加 压力进行摩擦搅拌接合。

并且，本发明的第七方式所涉及的接合材料的制造方法为使用摩擦搅拌 接合用工具来制造接合材料的制造方法，所述摩擦搅拌接合用工具具备：表 面侧肩部，沿轴线方向延伸；背面侧肩部，与所述表面侧肩部在所述轴线方 向上对置而设，与该表面侧肩部一起夹持板材彼此的对接部而与所述板材抵 接；探针，在所述表面侧肩部与所述背面侧肩部之间贯穿所述板材而配置并 沿所述轴线方向延伸，且连结这些表面侧肩部与背面侧肩部，所述探针在所 述轴线的至少一侧的端部具有第一螺纹部，所述表面侧肩部及所述背面侧肩 部中的至少一个肩部具有通过螺合于所述第一螺纹部来连接该至少一个肩部 与所述探针的第二螺纹部，所述接合材料的制造方法具备：准备工序，以向 所述轴线方向夹持所述板材中的所述对接部的方式配置所述表面侧肩部与所 述背面侧肩部，并且使所述探针贯穿于所述板材；连结工序，使所述第二螺 纹部螺合于所述第一螺纹部，并通过所述探针连结所述表面侧肩部和所述背 面侧肩部；调整工序，进行所述第一螺纹部与所述第二螺纹部的紧固力的调 整；及接合工序，在所述调整工序中以规定的所述紧固力紧固所述第一螺纹 部和所述第二螺纹部的状态下，使所述表面侧肩部及所述背面侧肩部以所述 轴线为中心旋转，从而进行摩擦搅拌接合来接合所述板材彼此，所述接合工 序具有自动调整工序，该自动调整工序中随着所述表面侧肩部与所述背面侧 肩部的相对旋转自动改变所述第一螺纹部与所述第二螺纹部的螺合状态，以 使这些表面侧肩部与背面侧肩部靠近。

根据这种接合材料的制造方法，执行接合工序的过程中，假设板材的板 厚产生变化而使背面侧肩部施加于板材的加压力下降，则通过表面侧肩部与 背面侧肩部的相对旋转使它们靠近。之后，第二螺纹部旋入第一螺纹部时的 旋入力与背面侧肩部受到来自板材的反作用力达到平衡，从而不再使螺合状 态产生变化。因此，无需设置复杂的控制装置等，即可在使表面侧肩部与背 面侧肩部之间的间隔自动保持恒定的状态下，以最佳的加压力进行摩擦搅拌 接合来制造接合材料。

并且，本发明的第八方式所涉及的接合材料的制造方法其还可以具备反 转工序，通过上述第七方式中的所述接合工序接合所述板材彼此之后，在接 合部的末端使所述表面侧肩部及所述背面侧肩部以所述轴线为中心而向与所 述接合工序为反方向的方向旋转。

通过这种反转工序将板材彼此接合结束之后，使表面侧肩部及背面侧肩 部反转，由此通过从板材作用于背面侧肩部的摩擦力抑制背面侧肩部的旋转。 另一方面，表面侧肩部欲维持反转，因此在表面侧肩部与背面侧肩之间产生 使它们欲相对旋转的力。而且，通过这些表面侧肩部与背面侧肩部的相对旋 转，能够改变第一螺纹部与第二螺纹部的螺合状态，以使表面侧肩部与背面 侧肩部分离。因此，在进行接合时，即使在导致表面侧肩部与背面侧肩部固 定时，也能够轻松地从表面侧肩部拆卸背面侧肩部。并且，能够拓宽表面侧 肩部与背面侧肩部之间的间隔，因此能够自动进行下一接合工作的准备。

发明效果

根据本发明的摩擦搅拌接合用工具、摩擦搅拌接合装置及接合材料的制 造方法，既能够以简单的结构抑制成本，又能够高精度地进行摩擦搅拌接合。

附图说明

图1为表示本发明的第一实施方式所涉及的摩擦搅拌接合装置的主视图。 图2为分解表示用于本发明的第一实施方式所涉及的摩擦搅拌接合装置的工 具的主视图。

图3为放大表示用于本发明的第一实施方式所涉及的摩擦搅拌接合装置 的工具的主视图，并表示正在执行接合工序的状态。

图4为表示使用本发明的第一实施方式所涉及的摩擦搅拌接合装置的接 合材料的制造方法的顺序的流程图。

图5为表示沿着本发明的第一实施方式所涉及的摩擦搅拌接合装置的接 合方向的工件的板厚变化和上肩部与下肩部的间隔变化之间的关系的图。

图6为表示沿着以往的摩擦搅拌接合装置中的接合方向的工件的板厚变 化和上肩部与下肩部的间隔变化之间的关系的图。

图7为分解表示用于本发明的第二实施方式所涉及的摩擦搅拌接合装置 的工具的主视图。

图8为放大表示用于本发明的第二实施方式所涉及的摩擦搅拌接合装置 的工具的主视图，并表示正在执行接合工序的状态。

图9为分解表示用于本发明的第三实施方式所涉及的摩擦搅拌接合装置 的工具的主视图。

具体实施方式

〔第一实施方式〕

以下，对本发明的第一实施方式所涉及的接合材料W的摩擦搅拌接合装 置100进行说明。

摩擦搅拌接合装置100为通过摩擦搅拌接合而接合板材W1彼此的对接 部W1a来制造接合材料W的装置。

如图1所示，摩擦搅拌接合装置100具备：成为基座的车床101；载置于 车床101上的平台102；呈以包围平台102的周围的方式设置于车床101的门 型的装置主体103(主体部)；设置于装置主体103的加工头104(工具保持 部)；及固定于加工头104的下端部的摩擦搅拌接合用工具1(以下，简称为 工具1)。

车床101呈板状并受到摩擦搅拌接合时的反作用力。

平台102的上表面成为相对于车床101正交的Z轴方向的基准面(XY 平面)，且将成为被接合部件的板材W1彼此以对接的状态固定在该上表面 5a。

装置主体103在车床101上于平台102的左右方向(Y轴方向)两侧向 上方立起之后，通过在平台102的上方向Y轴方向延伸而呈门型。并且，该 装置主体103在与平台102在Y轴方向上平行的平面内，可向正交的X轴方 向移动。

加工头104在平台102的上方安装于装置主体103而向Z轴方向的下方 延伸，且被设为相对于装置主体103可向Y轴方向相对移动。并且，该加工 头104具有安装于Z轴方向的下部，且可以以Z轴为中心旋转的旋转机构105。

本实施方式中，进行摩擦搅拌接合时，从Z轴方向的上方观察时旋转机 构105呈顺时针旋转(参考图1、图3上部的箭头)。

如图2所示，工具1具备相对于在Y轴方向上对接的两个板材W1的对 接部W1a配置于Z轴方向的上方的上肩部6(表面侧肩部)、配置于下方的 下肩部5(背面侧肩部)以及连结这些上肩部6和下肩部5的探针7。

下肩部5呈以与Z轴方向平行的轴线P为中心的圆柱形，进行摩擦搅拌 接合时，上表面5a与板材W1接触。

探针7呈与下肩部5形成于同一轴上的圆柱形，并连接于下肩部5而从 下肩部5的上表面5a沿着轴线P朝Z轴方向的上方延伸。并且，探针7为直 径小于下肩部5的外径的棒状部件，且向Z轴方向贯穿对接部W1a而配置。 此外，探针7在Z轴方向的上方的端部具有外螺纹部8(第一螺纹部)。本 实施方式中，外螺纹部8成为右螺纹。

其中，本实施方式中探针7与下肩部5一体设置。并且，在贯穿板材W1 的位置进行接合时，与板材W1接触的探针7的外周面形成有促进接合时的 板材W1的搅拌的搅拌槽7a。

上肩部6呈与下肩部5及探针7形成于同一轴上的大致圆柱形，且具有 可供探针7的外螺纹部8螺合的内螺纹部11(第二螺纹部)。并且，上肩部 6安装于加工头104的旋转机构105而被保持，进行接合时，上肩部6的下表 面6a与板材W1接触。

内螺纹部11设置在从上肩部6的下表面6a(端面)沿着轴线P朝远离下 肩部5的方向即Z轴方向的上方以凹陷的方式形成的孔部9。

该孔部9中，在内螺纹部11的位置与上肩部6的下表面6a之间形成有 具有大于所述探针7的外径即在形成有搅拌槽7a的位置上的探针7的外径的 内径的扩径孔部10。

由此，工具1从Z轴方向夹持成为被接合部件的两个板材W1，使上肩部 6、探针7及下肩部5一体旋转，由此成为进行摩擦搅拌接合的绕线工具。

其中，旋转机构105或平台102在Z轴方向上升降自如，且可调整固定 于平台102的板材W1和与工具1之间的Z轴方向的相对位置。

另外，本实施方式中的摩擦搅拌接合装置100为一例，例如将工具1固 定为无法在XY平面内移动，而将平台102设为可在XY平面内移动，由此 可以进行X轴方向、Y轴方向的位置调整。

接着，参考图3及图4对使用摩擦搅拌接合装置100的接合材料W的制 造方法进行说明。

接合材料W的制造方法具备：进行接合准备的准备工序S1；连结上肩部 6和下肩部5的连结工序S2；进行探针7与上肩部6之间的紧固力调整的调 整工序S3；及将板材W1彼此接合的接合工序S4。

首先，执行准备工序S1。准备工序S1中，以从轴线P的方向即Z轴方 向夹持板材W1中的对接部W1a的方式将上肩部6配置在比板材W1更靠Z 轴方向的上方，从而固定于加工头104。并且，将下肩部5配置在比板材W1 更靠Z轴方向的下方。而且，使探针7沿Z轴方向贯穿到板材W1的对接部 W1a中。

另外，将未图示的引弧板设置在板材W1时，探针7贯穿该引弧板而配 置。

接着，执行连结工序S2。连结工序S2中，使探针7的外螺纹部8螺合 于上肩部6的内螺纹部11，并经由探针7连结上肩部6和下肩部5。

接着，执行调整工序S3。调整工序S3中，进行探针7的外螺纹部8与 上肩部6的内螺纹部11之间的紧固力的调整，以使下肩部5的上表面5a通 过规定的加压力按压到板材W1。

接着，执行接合工序S4。接合工序S4中，在调整工序S3中以规定紧固 力紧固探针7的外螺纹部8与上肩部6的内螺纹部11的状态下，使上肩部6 及下肩部5以轴线P为中心旋转而进行摩擦搅拌接合，并通过将板材W1彼 此接合来制造接合材料W。

其中，接合工序S4具有自动调整工序S4a，该自动调整工序S4a中，随 着上肩部6与下肩部5的相对旋转，自动改变外螺纹部8与内螺纹部11的螺 合状态，以使上肩部6与下肩部5靠近。

更具体而言，接合工序S4中，在利用上肩部6和下肩部5来夹持板材 W1的状态下，使这些上肩部6及下肩部5从Z轴方向的上方观察时呈顺时针 旋转，由此通过摩擦搅拌接合来接合板材W1彼此。其中，下肩部5与板材 W1抵接，经由探针7与上肩部6连结。因此，进行接合时，摩擦力作用于下 肩部5与板材W1之间，通过该摩擦力，下肩部5的旋转得到抑制。

另一方面，上肩部6通过从旋转机构105赋予的旋转力欲维持旋转，因 此在上肩部6与下肩部5之间产生使它们欲相对旋转的力。

而且，随着这种相对旋转，使从Z轴方向的上方观察时为逆时针的探针 7相对于从Z轴方向的上方观察时为顺时针旋转的上肩部6进行旋转(参考 图3的下部的箭头)，且向形成于右螺纹的探针7的外螺纹部8紧固于内螺 纹部11的方向旋转。即第一螺纹部与第二螺纹部之间螺合状态以上肩部6与 下肩部5靠近的方式产生变化。

这种摩擦搅拌接合装置100中，在执行接合工序S4的过程中通过自动调 整工序S3，上肩部6与下肩部5在轴线P的方向上靠近，且在上肩部6与下 肩部5距离规定间隔之时，在探针7的外螺纹部8旋入上肩部6的内螺纹部 11时的旋入力F1(由外螺纹部8与内螺纹部11之间的摩擦力引起的力)与 下肩部5受到来自板材W1的加压力的反作用力F2达到平衡，且外螺纹部8 与内螺纹部11之间的螺合状态不再发生更大的变化。

其中，如图5所示，当板材W1的板厚(图5所示的d)在接合方向(本 实施方式中为图1、图5所示的X轴方向)上产生变化，且板材W1的板厚 变小时，上肩部6施加于板材W1的加压力下降。

此时，如图5的A部分所示，通过自动调整工序S4a，外螺纹部8与内 螺纹部11之间的螺合状态以上肩部6与下肩部5靠近的方式自动产生变化， 且在上述旋入力F1与上述反作用力F2达到平衡的状态下，上肩部6与下肩 部5从Z轴方向夹持板材W1，从而能够进行板材W1的接合。

另一方面，如图6所示，当未设置本实施方式的外螺纹部8及内螺纹部 11，且未执行自动调整工序S4a时，即使当板材W1的板厚在接合方向上变 小时，如图6的B部分所示，上肩部6与下肩部5之间的间隔也不会被调整。 因此，导致以从下肩部5未向板材W1赋予充分的加压力的状态进行接合。

因此，本实施方式中，将外螺纹部8及内螺纹部11的导程角等设定为规 定的值，以使旋入力F1与反作用力F2达到平衡的状态成为接合时的下肩部 5施加到板材W1的加压力为最佳的状态。由此，无需设置复杂的控制装置等， 即可在使上肩部6与下肩部5之间的间隔自动保持恒定的状态下，以最佳的 加压力使下肩部5抵接到板材W1，从而进行摩擦搅拌接合。

而且，本实施方式中，将下肩部5与探针7成为一体的部件旋入上肩部6， 以使探针7的外螺纹部8与上肩部6的内螺纹部11螺合，由此轻松地连结上 肩部6和下肩部5。

并且，有时会有与探针7中未设有外螺纹部8的部分即未形成有搅拌板 材W1的搅拌槽7a的部分的轴线P方向的尺寸相比板材W1的板厚较小的情 况。此时，探针7中形成有搅拌槽7a的部分进入到上肩部6的扩径孔部10 中，由此能够配合板材W1的板厚而缩小上肩部6与下肩部5之间的间隔。 因此，能够更为灵活地应对板材W1的板厚的变化，且能够保持从下肩部5 施加于板材W1的最佳的加压力。

根据本实施方式的摩擦搅拌接合装置100，通过上肩部6、下肩部5及探 针7进行旋转，能够通过相互作用于与板材W1之间的力自动调整上肩部6 与下肩部5的间隔，因此能够以简单的结构抑制成本，且能够高精度地进行 摩擦搅拌接合。

另外，可以将下肩部5的外周面形成为可供扳手或扳钳嵌合的形状，此 时，能够轻松地进行对上肩部6的紧固调整或从上肩部6拆卸下肩部5等， 进而提高使用性。

并且，接合材料W的制造方法中，接合工序S4之后还可以具备反转工 序S5(参考图4)，该反转工序在接合部的末端使上肩部6及下肩部5向与 执行接合工序S4时为反方向即从Z轴方向的上方观察时为以轴线P为中心逆 时针旋转。

该反转工序S5中，结束板材W1彼此的接合之后，使上肩部6及下肩部 5逆时针旋转，由此通过从板材W1作用于下肩部5的摩擦力来抑制下肩部5 的旋转。另一方面，上肩部6欲维持逆时针旋转，因此在上肩部6与下肩部5 之间产生使它们欲相对旋转的力。

而且，随着这种相对旋转，使从Z轴方向的上方观察时为顺时针的探针 7相对于从Z轴方向的上方观察时为逆时针旋转的上肩部6进行旋转，使形 成于右螺纹的探针7的外螺纹部8向相对于内螺纹部11松扣的方向旋转。

因此，能够使上肩部6与下肩部5分离，因此进行接合时，即使在通过 在摩擦搅拌接合时被搅拌的板材W1的一部分而导致上肩部6与下肩部5固 定等时，也能够轻松地从上肩部6拆卸下肩部5。并且，能够拓宽上肩部6 与下肩部5之间的间隔，因此能够自动进行下一接合工作的准备。

并且，进行摩擦搅拌接合时，可以使工具1从Z轴方向的上方观察时呈 逆时针旋转，但此时能够通过将探针7的外螺纹部8设为左螺纹来执行自动 调整工序S4a。

此外，可以在上肩部6的下表面6a及下肩部5的上表面5a中的至少一 个面上以向Z轴方向凹陷的方式形成有槽。通过这种槽，即便在板材W1的 板厚向接合方向变厚时，也能够填入剩余的壁厚，因此能够应对这种板厚变 动来进行接合。

〔第二实施方式〕

接着，参考图7及图8对本发明的第二实施方式所涉及的摩擦搅拌接合 装置110进行说明。

对于与第一实施方式相同的构成要件标注相同的符号以省略详细说明。

本实施方式中，探针27与上肩部26一体设置，这一点上与第一实施方 式有所不同。

上肩部26为与第一实施方式的上肩部6大致相同的部件，但未设有内螺 纹部11、孔部9及扩径孔部10。

探针27呈与和上肩部26形成于同一轴上的第一实施方式大致相同形状 的圆柱形，连接于上肩部26而从上肩部26的下表面26a沿着轴线P朝Z轴 方向的下方延伸。并且，在Z轴方向的下方的端部具有外螺纹部8(第一螺 纹部)，本实施方式中，外螺纹部8成为右螺纹。

下肩部25为与第一实施方式大致相同形状的部件，具有可供探针27的 外螺纹部8螺合的内螺纹部21(第二螺纹部)。

内螺纹部21设置于从下肩部25的上表面25a(端面)沿着轴线P朝远离 上肩部26的方向即Z轴方向的下方贯穿下肩部25而形成的孔部29。

另外，本实施方式中，相当于第一实施方式的扩径孔部10的扩径孔部未 形成于孔部29，但可以在下肩部25的上表面25a与内螺纹部21之间形成相 当于扩径孔部10的扩径孔部。

根据本实施方式的摩擦搅拌接合装置110，将上肩部26与探针27成为一 体的部件旋入下肩部25，以使探针27的外螺纹部8与下肩部25的内螺纹部 21螺合，由此轻松地连结上肩部26和下肩部25。而且，进行板材W1彼此 的接合时，能够通过相互作用于与板材W1之间的力自动调整上肩部26与下 肩部25之间的间隔，且既能够以简单的结构抑制成本，又能够高精度地进行 摩擦搅拌接合。

〔第三实施方式〕

接着，参考图9对本发明的第三实施方式所涉及的摩擦搅拌接合装置120 进行说明。

对与第一实施方式及第二实施方式相同的构成要件标注相同的符号以省 略详细说明。

本实施方式中，探针37、上肩部36及下肩部35个别形成，这一点上与 第一实施方式及第二实施方式有所不同。

探针37在轴线P的两侧的端部具有外螺纹部8。

上肩部36为与第一实施方式中的上肩部6大致相同的部件，在孔部9具 有内螺纹部11。

下肩部35为与第二实施方式中的下肩部25大致相同的部件，在孔部29 具有内螺纹部21。

根据本实施方式的摩擦搅拌接合装置120，探针37、上肩部36及下肩部 35成为个别部件，由此轻松地制造各个部件。而且，进行板材W1彼此的接 合时，能够通过相互作用于与板材W1之间的力自动调整上肩部36与下肩部 35之间的间隔，且既能够以简单的结构抑制成本，又能够高精度地进行摩擦 搅拌接合。

以上，对于本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上 述实施方式。在不脱离本发明的宗旨的范围内可进行结构的附加、省略、取 代及其他变更。本发明并不限于上述说明，仅通过所附权利要求被加以限定。

产业上的可利用性

本发明涉及一种在将板材W1彼此对接接合时使用的摩擦搅拌接合用工 具、具备该摩擦搅拌接合用工具的摩擦搅拌接合装置及通过摩擦搅拌接合用 工具制造接合材料的接合材料的制造方法。根据本发明的摩擦搅拌接合用工 具、摩擦搅拌接合装置及接合材料的制造方法，既能够以简单的结构抑制成 本，又能够高精度地进行摩擦搅拌接合。

符号说明

1-工具(摩擦搅拌接合用工具)，5、25、35-下肩部(背面侧肩部)，5a、 25a-上表面，6、26、36-上肩部(表面侧肩部)，6a、26a-下表面，7、27、 37-探针，7a-搅拌槽，8-外螺纹部(第一螺纹部)，9-孔部，10-扩径孔部，11、 21-内螺纹部(第二螺纹部)，29-孔部，100、110、120-摩擦搅拌接合装置， 101-车床，102-平台，103-装置主体(主体部)，104-加工头(工具保持部)， 105-旋转机构，W-接合材料，W1-板材，W1a-对接部，P-轴线，S1-准备工序， S2-连结工序，S3-调整工序，S4-接合工序，S4a-自动调整工序，S5-反转工序， F1-旋入力，F2-反作用力。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种摩擦搅拌接合用工具，其具备：

表面侧肩部，沿轴线方向延伸；

背面侧肩部，与所述表面侧肩部在所述轴线方向上对置而设，与该表面 侧肩部一起夹持板材彼此的对接部而与所述板材抵接；

探针，在所述表面侧肩部与所述背面侧肩部之间贯穿所述板材而配置并 沿所述轴线方向延伸，且连结这些表面侧肩部与背面侧肩部，

所述探针在所述轴线的至少一侧的端部具有第一螺纹部，

所述表面侧肩部及所述背面侧肩部中的至少一个肩部具有第二螺纹部， 所述第二螺纹部螺合于所述第一螺纹部，并且螺合状态随着所述表面侧肩部 与所述背面侧肩部的相对旋转而产生变化，以使这些表面侧肩部与背面侧肩 部在所述轴线方向上靠近，并且通过与所述第一螺纹部螺合而连接所述至少 一个肩部和所述探针，

将所述第一螺纹部及所述第二螺纹部的导程角设定为，所述螺合状态产 生变化而使所述第二螺纹部旋入所述第一螺纹部时的旋入力与所述背面侧 肩部受到来自板材的加压力的反作用力达到平衡的状态成为进行接合时的 所述背面侧肩部的施加于板材的加压力为最佳的状态。

2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合用工具，其中，

所述表面侧肩部具有所述第二螺纹部，

所述背面侧肩部与所述探针成为一体。

3.根据权利要求2所述的摩擦搅拌接合用工具，其中，

所述第二螺纹部为设置于从所述表面侧肩部的端面沿着所述轴线朝远 离所述背面侧肩部的方向形成的孔部的内螺纹，

所述孔部中，在所述第二螺纹部与所述端面之间形成有具有大于所述探 针外径的内径的扩径孔部。

4.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合用工具，其中，

所述背面侧肩部具有所述第二螺纹部，

所述表面侧肩部与所述探针成为一体。

5.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合用工具，其中，

所述表面侧肩部及所述背面侧肩部具有所述第二螺纹部，

所述探针在所述轴线的两侧端部具有第一螺纹部。

6.一种摩擦搅拌接合装置，其具备：

权利要求1至5中任一项所述的摩擦搅拌接合用工具；

主体部，设置于所述板材的表面侧；及

工具保持部，安装于所述主体部而保持所述摩擦搅拌接合用工具中的所 述表面侧肩部，且使该表面侧肩部以所述轴线为旋转中心相对于所述主体部 旋转。

7.一种接合材料的制造方法，该方法使用摩擦搅拌接合用工具来制造 接合材料，所述摩擦搅拌接合用工具具备：表面侧肩部，沿轴线方向延伸； 背面侧肩部，与所述表面侧肩部在所述轴线方向上对置而设，与该表面侧肩 部一起夹持板材彼此的对接部而与所述板材抵接；探针，在所述表面侧肩部 与所述背面侧肩部之间贯穿所述板材而配置并沿所述轴线方向延伸，且连结 这些表面侧肩部与背面侧肩部，所述探针在所述轴线的至少一侧的端部具有 第一螺纹部，所述表面侧肩部及所述背面侧肩部中的至少一个肩部具有通过 螺合于所述第一螺纹部来连接该至少一个肩部与所述探针的第二螺纹部，所 述接合材料的制造方法具备：

准备工序，以向所述轴线方向夹持所述板材中的所述对接部的方式配置 所述表面侧肩部与所述背面侧肩部，并且使所述探针贯穿于所述板材；

连结工序，使所述第二螺纹部螺合于所述第一螺纹部，并通过所述探针 连结所述表面侧肩部和所述背面侧肩部；

调整工序，进行所述第一螺纹部与所述第二螺纹部的紧固力的调整；及

接合工序，在所述调整工序中以规定的所述紧固力紧固所述第一螺纹部 和所述第二螺纹部的状态下，使所述表面侧肩部及所述背面侧肩部以所述轴 线为中心旋转，从而进行摩擦搅拌接合来接合所述板材彼此，

所述接合工序具有自动调整工序，该自动调整工序中随着所述表面侧肩 部与所述背面侧肩部的相对旋转自动改变所述第一螺纹部与所述第二螺纹 部的螺合状态，以使这些表面侧肩部与背面侧肩部靠近。

8.根据权利要求7所述的接合材料的制造方法，其还具备，

反转工序，通过所述接合工序接合所述板材彼此之后，在接合部的末端 使所述表面侧肩部及所述背面侧肩部以所述轴线为中心向与所述接合工序 的方向为反方向的方向旋转。