摩擦攪拌接合方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)工具單元，使用雙軸肩部攪拌頭型工具來對一對金屬板進行接合時，能抑制接合缺陷的產(chǎn)生。上述旋轉(zhuǎn)工具單元的特征是，具有固定于夾頭部（301）的筒狀的保持件（303）、滑動軸（304）以及雙軸肩部攪拌頭型工具（305），保持件（303）具有：一對長孔（311），這一對長孔（311）沿徑向貫通且彼此相對，滑動軸（304）具有插入到一對長孔（311）中的定位銷（322）和將定位銷（322）固定于滑動軸（304）的固定構(gòu)件（323），長孔（311）沿著軸向延伸設(shè)置，通過長孔（311）與定位銷（322）的卡合，來使滑動軸（304）與保持件（303）一體地旋轉(zhuǎn)，并在長孔（311）的范圍內(nèi)沿軸向移動。
【專利說明】摩擦攪拌接合方法
[0001]本發(fā)明專利申請是國際申請?zhí)枮镻CT/JP2012/050933，國際申請日為2012年01月18日，進入中國國家階段的申請?zhí)枮?01280005439.2，名稱為“旋轉(zhuǎn)工具單元、摩擦攪拌接合方法、雙層面板的組裝體及雙層面板的摩擦攪拌接合方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及具有雙軸肩部攪拌頭型工具(日文:*' -^,bobbin tool)的旋轉(zhuǎn)工具單元、使用上述旋轉(zhuǎn)工具單元的摩擦攪拌接合方法、使用上述旋轉(zhuǎn)工具單元接合而成的雙層面板的組裝體以及使用上述旋轉(zhuǎn)工具的雙層面板的摩擦攪拌接合方法。
【背景技術(shù)】
[0003]以往，已知有雙軸肩部攪拌頭型工具來作為對金屬板的端面彼此進行摩擦攪拌接合的工具(參照專利文獻I)。雙軸肩部攪拌頭型工具包括一對軸肩部和在上述軸肩部之間形成的螺紋銷。在將一對金屬板接合時，將金屬板固定使其不能移動，在將高速旋轉(zhuǎn)的雙軸肩部攪拌頭型工具從金屬板的一端插入，并使螺紋銷沿著對接部移動。藉此，端面各自周圍的金屬便被摩擦攪拌而使金屬板彼此接合。若使用雙軸肩部攪拌頭型工具，由于在金屬板的背面?zhèn)纫簿哂休S肩部，因此，通?？梢允÷耘渲迷诮饘侔宓谋趁?zhèn)鹊谋辰訕?gòu)件(日文:裏當部材)。特別是，在將中空型材的端部彼此接合時，由于設(shè)置背接構(gòu)件的作業(yè)較為復雜，因此，能大幅節(jié)省作業(yè)程序。
[0004]另一方面，以往，已知有將兩塊金屬板重疊而構(gòu)成的雙層面板。雙層面板用作鐵路車輛、飛機、船只、土木建筑物等的結(jié)構(gòu)體。如專利文獻2所記載的，雙層面板包括外板、內(nèi)板及夾設(shè)在外板與內(nèi)板間的支承板。此外，在將雙層面板彼此接合時，使相鄰的雙層面板的外板端部與外板端部對接、內(nèi)板端部與內(nèi)板端部對接，來形成雙層面板的組裝體后，使用旋轉(zhuǎn)工具將對接后的部分摩擦攪拌接合。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本專利特許第2712838號公報
[0008]專利文獻2:日本專利特開2008 - 272768號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0010]然而，在使用雙軸肩部攪拌頭型工具的摩擦攪拌接合中，較為理想的是，在使螺紋銷的軸向中心與金屬板的高度方向的中心對齊的同時進行接合，但是，有時金屬板會因摩擦熱而發(fā)生變形。一旦金屬板因摩擦熱而發(fā)生變形，則螺紋銷的中心便無法與金屬板的中心對齊，而造成接合不良。
[0011]此外，若雙軸肩部攪拌頭型工具的軸肩部間的距離比金屬板的厚度大，則通過摩擦攪拌而被塑性流動化 后的金屬容易溢出至軸肩部的外部，因此，存在容易產(chǎn)生接合缺陷這樣的問題。
[0012]此外，雙軸肩部攪拌頭型工具的螺紋銷的外周面有時會刻有螺旋槽，但因螺旋槽的方向或刻設(shè)的范圍的不同，存在在接合后的金屬板的裝飾面上形成的凹槽變大、或是裝飾面上產(chǎn)生許多毛邊這樣的問題。
[0013]此外，由于雙層面板是薄且長的金屬構(gòu)件，因此，使一對雙層面板的外板與外板、內(nèi)板與內(nèi)板高精度地進行對接的作業(yè)較為困難。此外，即使使用夾具將雙層面板的組裝體固定使其不能移動，也存在使旋轉(zhuǎn)工具移動來進行接合時雙層面板彼此分離這樣的問題。
[0014]本發(fā)明鑒于上述問題而完成，其技術(shù)問題在于提供一種在使用雙軸肩部攪拌頭型工具對一對金屬板進行接合時能夠抑制接合缺陷的產(chǎn)生并能理想地進行接合的旋轉(zhuǎn)工具單元及摩擦攪拌接合方法。此外，其技術(shù)問題在于當在雙軸肩部攪拌頭型工具的螺紋銷的外周面刻有螺旋槽時，能夠減少在金屬板的裝飾面上產(chǎn)生的毛邊，或是能夠縮小在裝飾面上形成的凹槽。另外，本發(fā)明的技術(shù)問題在于提供一種能夠理想地將雙層面板接合的雙層面板的組裝體及雙層面板的摩擦攪拌接合方法。
[0015]解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0016]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種摩擦攪拌接合方法，使用旋轉(zhuǎn)工具單元，來對一對金屬板進行接合，其中，上述旋轉(zhuǎn)工具單元具有:圓筒狀的保持件，該圓筒狀的保持件固定于摩擦攪拌裝置的夾頭部；滑動軸，該滑動軸能夠插通到上述保持件的內(nèi)部，并與上述保持件一體地旋轉(zhuǎn)；以及雙軸肩部攪拌頭型工具，該雙軸肩部攪拌頭型工具由第一軸肩部、第二軸肩部及在上述第一軸肩部與上述第二軸肩部之間形成的螺紋銷構(gòu)成，上述第一軸肩部包括大徑部、錐部和下端面，上述錐部朝向下方逐漸縮徑，上述第二軸肩部包括大徑部、錐部和上端面，上述錐部朝向上方逐漸縮徑，上述第一軸肩部固定在上述滑動軸的前端，上述滑動軸相對于上述保持件在軸向上滑動，其特征是，上述摩擦攪拌接合方法具有:對接工序，在該對接工序中，使上述金屬板的端面彼此對接；以及接合工序，在該接合工序中，使旋轉(zhuǎn)的上述雙軸肩部攪拌頭型工具的螺紋銷移動到將上述端面彼此對接后形成的對接部，來將上述端面彼此進行摩擦攪拌接合，在上述接合工序中，預(yù)先將第一軸肩部與第二軸肩部間的距離設(shè)定為上述金屬板的厚度以下，當因摩擦攪拌而使上述金屬板變形，來使上述金屬板的位置沿上述雙軸肩部攪拌頭型工具的軸向移位時，上述雙軸肩部攪拌頭型工具隨著上述金屬板的移位而沿軸向移動。
[0017]根據(jù)上述方法，通過將軸肩部間的距離設(shè)定為金屬板的厚度以下，因而，能夠防止因摩擦攪拌而使塑性流動化后的金屬溢出至軸肩部的外部。藉此，能夠抑制接合缺陷的產(chǎn)生。
[0018]此外，較為理想的是，在將所述軸肩中的、與所述金屬板接觸的面的直徑設(shè)定X(mm)、將所述螺紋銷的外徑設(shè)為Y (mm)、將所述軸肩部間的距離設(shè)為Z (mm)時，X、Y、Z滿足，Y2/ (X2 — Y2) > 0.2，且 Y2/ (YZ) > 1.2。
[0019]根據(jù)上述方法，若Y2/ (X2 — Y2)為0.2以下，則因螺紋銷較細，使得抗拉伸力不足而導致容易折斷，但若比0.2大，則因螺紋銷比較粗而不容易折斷。若Y2/ (YZ)為1.2以下，則因螺紋銷較細，使得抗折力不足而導致容易折斷，但若比1.2大，則因螺紋銷比較粗而不容易折斷。
[0020]此外，較為理想的是，在將上述端面彼此間的間隙設(shè)定為1.00mm以下時，將上述金屬板的厚度與上述軸肩部間的距離設(shè)定成滿足0.2mm < {(金屬板的厚度)一(軸肩部間的距離)} 0.8臟。
[0021]此外，較為理想的是，在將上述端面彼此間的間隙設(shè)定為大于1.0Omm且為1.75mm以下時，將上述金屬板的厚度與上述軸肩部間的距離設(shè)定成滿足0.4mm < {(金屬板的厚度)-(軸肩部間的距離)} ( 0.8mm。
[0022]根據(jù)上述接合方法，即使端面彼此間存在間隙，也能抑制接合缺陷的產(chǎn)生。
[0023]此外，較為理想的是，在將所述軸肩中的、與所述金屬板接觸的面的直徑設(shè)定X(mm)、將所述螺紋銷的外徑設(shè)為Y (mm)時，X、Y滿足X2/Y2 > 2.00
[0024]根據(jù)上述接合方法，能夠?qū)⑤S肩部中的、與上述金屬板接觸的面相對于螺紋銷的外徑確保得很大，因此，能夠可靠地對在軸肩部之間塑性流動化的金屬進行按壓。藉此，能夠進一步抑制接合缺陷的產(chǎn)生。若浐/浐為2.0以下，則金屬容易溢出，而容易產(chǎn)生接合缺陷。
[0025]此外，較為理想的是，在上述接合工序中，在對接后的部分的上述金屬板的厚度不同的情況下，當將上述金屬板的厚度較大的上述金屬板相對于上述雙軸肩部攪拌頭型工具的行進方向配置在左側(cè)時，使上述雙軸肩部攪拌頭型工具朝右旋轉(zhuǎn)。
[0026]此外，較為理想的是，在上述接合工序中，在對接后的部分的上述金屬板的厚度不同的情況下，當將上述金屬板的厚度較大的上述金屬板相對于上述雙軸肩部攪拌頭型工具的行進方向配置在右側(cè)時，使上述雙軸肩部攪拌頭型工具朝左旋轉(zhuǎn)。
[0027]在摩擦攪拌接合中，在使旋轉(zhuǎn)工具朝右旋轉(zhuǎn)時，塑性流動化的金屬會有從工具的行進方向的左側(cè)(剪切側(cè):旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)速度加上旋轉(zhuǎn)工具的移動速度一側(cè))朝工具行進方向的右側(cè)(流動側(cè):旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)速度減去旋轉(zhuǎn)工具的移動速度一側(cè))流動的趨勢，因此，可以認為假設(shè)在金屬板彼此間存在間隙的情況下，剪切側(cè)的金屬會填埋上述間隙。因此，若將厚度小的金屬板配置在剪切側(cè)，則金屬不足而使接合后的塑性化區(qū)域的中央部厚度變小的趨勢。
[0028]但是，在金屬板的端面厚度不同的情況下，通過將厚度大的金屬板配置于剪切側(cè)，就能夠補充金屬不足，因此，能更理想地接合。
[0029]發(fā)明效果
[0030]根據(jù)本發(fā)明的摩擦攪拌接合方法，能夠抑制接合缺陷的產(chǎn)生，并能理想地進行接合。此外，根據(jù)本發(fā)明的雙層面板的組裝體及雙層面板的摩擦攪拌接合方法，能夠理想地將雙層面板接合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是實施方式I的摩擦攪拌裝置的側(cè)視圖。
[0032]圖2是圖1的I 一 I剖視圖。
[0033]圖3是圖2的II — II剖視圖。
[0034]圖4 Ca)是滑動軸的剖視圖，圖4 (b)是滑動軸的仰視圖，圖4 (C)是定位銷(日文:7 '7夕匕。的側(cè)視圖。
[0035]圖5是表不實施方式I的第一軸肩部的圖,其中，圖5 (a)是剖視圖，圖5 (b)是仰視圖。[0036]圖6是表不實施方式I的第二軸肩部的圖,其中，圖6 (a)是剖視圖，圖6 (b)是俯視圖。
[0037]圖7是表示實施方式I的螺紋銷的圖，其中，圖7 Ca)是側(cè)視圖，圖7 (b)是俯視圖。
[0038]圖8 (a)是表不實施方式I的第一軸肩部的變形例的剖視圖，圖8 (b)是表不實施方式I的第二軸肩部的變形例的剖視圖。
[0039]圖9是表示實施方式I的變形例的剖視圖。
[0040]圖10是表示實施方式2的摩擦攪拌裝置和中空型材的立體圖。
[0041]圖11是表示中空型材的對接狀態(tài)，其中，圖11 (a)表示對接前，圖11 (b)表示對接后。
[0042]圖12是表示實施方式2的摩擦攪拌裝置的立體圖。
[0043]圖13是圖12的III — III剖視圖。
[0044]圖14是圖12的IV — IV剖視圖。
[0045]圖15是表示實施方式2的雙軸肩部攪拌頭型工具的側(cè)視圖。
[0046]圖16是表示實施方式2的摩擦攪拌接合方法的圖，其中，圖16 Ca)是側(cè)剖視圖，圖16 (b)是圖16 (a)的V —V端面圖。
[0047]圖17是表示實施方式3的雙軸肩部攪拌頭型工具的側(cè)視圖。
[0048]圖18是表示實施方式3的摩擦攪拌接合方法的側(cè)剖視圖。
[0049]圖19 Ca)表示摩擦攪拌接合方法的第一變形例，圖19 (b)表示摩擦攪拌接合方法的第二變形例。
[0050]圖20是表示實施方式4的雙層面板的立體圖。
[0051]圖21是表示實施方式4的摩擦攪拌裝置的立體圖。
[0052]圖22是表示實施方式4的旋轉(zhuǎn)工具單元的立體圖。
[0053]圖23是表示實施方式4的雙軸肩部攪拌頭型工具的側(cè)視圖。
[0054]圖24是表示實施方式4的摩擦攪拌接合方法的準備工序的主視圖。
[0055]圖25是表示實施方式4的摩擦攪拌接合方法的第一接合工序的立體圖。
[0056]圖26是表示實施方式4的摩擦攪拌接合方法的第二接合工序的立體圖。
[0057]圖27是表示實施方式4的卡合形態(tài)的變形例的主視圖。
[0058]圖28是表示實施例1中的試驗體的組合的表。
[0059]圖29是表示在實施例1中，試驗體Hl的間隙與接合部的厚度間的關(guān)系的圖。
[0060]圖30是表示在實施例1中，試驗體H3的間隙與接合部的厚度間的關(guān)系的圖。
[0061]圖31是表示在實施方式I中，影響接合質(zhì)量的金屬板的厚度與間隙間的關(guān)系的表，其示出了 Ad側(cè)的厚度=Re側(cè)的厚度的情況。
[0062]圖32是表不影響接合質(zhì)量的金屬板厚度與間隙間的關(guān)系的表,其不出了使Ad側(cè)的厚度變化、而將Re側(cè)的厚度固定的情況。
[0063]圖33是表不影響接合質(zhì)量的金屬板厚度與間隙間的關(guān)系的表,其不出了將Ad側(cè)的厚度固定、而使Re側(cè)的厚度變化的情況。
[0064]圖34 Ca)是表示在實施例1中，間隙與Cr部的厚度間的關(guān)系的表，圖34 (b)是表不在實施例1中，間隙與Ad部的厚度間的關(guān)系的表。[0065]圖35 (a)是表示在實施例1中，間隙與Re部的厚度間的關(guān)系的表，圖35 (b)是表示在實施例1中，間隙與平均厚度間的關(guān)系的圖。
[0066]圖36是表示在實施例2中，影響接合質(zhì)量的金屬板的厚度與間隙間的關(guān)系的圖，其示出了 Ad側(cè)的厚度=Re側(cè)的厚度的情況。
[0067]圖37是表示在實施例1中，將軸肩部間的距離固定為5.8mm時各雙軸肩部攪拌頭型工具的尺寸和接合狀況的表。
[0068]圖38是表示在實施例2中，將軸肩部間的距離固定為2.8mm時各雙軸肩部攪拌頭型工具的尺寸和接合狀況的表。
[0069]圖39是表示在參考例中，將軸肩部間的距離固定為11.5mm時各雙軸肩部攪拌頭型工具的尺寸和接合狀況的表。
[0070]圖40是表示在實施例3中，螺紋比例對金屬板的高低差帶來的影響(對接部的間隙為Omm)的圖。
[0071]圖41是表示在實施例3中，螺紋比例對金屬板的高低差帶來的影響(對接部的間隙為1.5mm)的圖。
[0072]圖42是表示在實施例3中，在對接部的間隙不同的情況下，條件A的金屬板的塑性化區(qū)域的圖。
[0073]圖43是表示在實施例3中，在對接部的間隙不同的情況下，條件B的金屬板的塑性化區(qū)域的圖。
[0074]圖44是表示在實施例3中，在對接部的間隙不同的情況下，條件C的金屬板的塑性化區(qū)域的圖。
[0075]圖45是表示在實施例3中，在對接部的間隙不同的情況下，條件D的金屬板的塑性化區(qū)域的圖。
[0076]圖46是表示在實施例3中，在對接部的間隙不同的情況下，條件E的金屬板的塑性化區(qū)域的圖。
[0077]圖47是將實施例3的結(jié)果匯總后的表。
[0078]圖48是將使雙軸肩部攪拌頭型工具朝左旋轉(zhuǎn)時的情況匯總后的表。
[0079]圖49是表示實施例4的卡合形態(tài)或?qū)有螒B(tài)的主視圖，其中，圖49 (a)表示類型I，圖49 (b)表示類型II，圖49 (c)表示類型III。
[0080]圖50是表示實施例4的類型I的角變形的結(jié)果的圖。
[0081]圖51是表示實施例4的類型II的角變形的結(jié)果的圖。
[0082]圖52是表示實施例4的類型III的角變形的結(jié)果的圖。
[0083]圖53是將實施例4的雙軸肩部攪拌頭型工具的旋轉(zhuǎn)方向、螺旋槽的卷繞方向、卡合形態(tài)匯總后的表。
[0084]圖54是用于表不實施例6的圖，圖54 Ca)表不待試驗體，圖54 (b)是將各條件匯總后的表。
[0085]圖55是表不實施例6的板厚a與長度c的關(guān)聯(lián)關(guān)系的圖。
【具體實施方式】
[0086][實施方式I][0087]參照附圖，對本發(fā)明實施方式的摩擦攪拌裝置進行詳細說明。如圖1所示，本實施方式的摩擦攪拌裝置300由夾頭部301、固定在夾頭部301上的旋轉(zhuǎn)工具單元302構(gòu)成。摩擦攪拌裝置300是通過使固定在前端的旋轉(zhuǎn)工具單元302繞軸高速旋轉(zhuǎn)來對一對金屬板(未圖示)進行摩擦攪拌接合的裝置。
[0088]夾頭部301固定在裝置主體(未圖示)上，并繞著轉(zhuǎn)軸C旋轉(zhuǎn)。夾頭部301呈圓筒狀。
[0089]如圖1所示，旋轉(zhuǎn)工具單元302主要由保持件303、滑動軸304和雙軸肩部攪拌頭型工具305構(gòu)成。
[0090]保持件303固定在夾頭部301的內(nèi)側(cè)，并與夾頭部301 —體地旋轉(zhuǎn)。保持件303呈圓筒狀。如圖2所示，保持件303具有一對長孔311和平坦面312。長孔311以貫穿保持件303的徑向且彼此相對的方式設(shè)置。長孔311的長邊方向沿著轉(zhuǎn)軸C的方向延伸設(shè)置。
[0091]如圖2所示，平坦面312設(shè)置在保持件303的外周面的一部分上，其是沿著鉛垂方向呈平坦的面。如圖3所示，保持件303與夾頭部301通過固定件313固定。固定件313與形成于夾頭部301的螺紋槽螺合，并且其前端與平坦面312抵接。藉此，夾頭部301與保持件303成為一體，并繞著轉(zhuǎn)軸C旋轉(zhuǎn)。
[0092]如圖2所示，滑動軸304是插入到保持件303內(nèi)部的構(gòu)件，其與保持件303 —體地繞著轉(zhuǎn)軸C旋轉(zhuǎn)。滑動軸304由滑動主體321、定位銷322和固定構(gòu)件323構(gòu)成。
[0093]如圖4所示，滑動軸主體321包括沿軸向貫通的通孔324及沿與軸向正交的方向貫通的銷孔325。通孔324形成在與滑動主體321的轉(zhuǎn)軸C重疊的位置處，其從上側(cè)開始包括大徑部324a、與大徑部324a連續(xù)的小徑部324b、由大徑部324a與小徑部324b間的高低差形成的臺階部324c以及接合部324d。在小徑部324b中的、比銷孔325更靠上方的部位形成有螺紋槽(陰螺紋)。固定構(gòu)件323與形成有螺紋槽的部位螺合。
[0094]在接合部324d的內(nèi)周面上，形成有螺紋槽(陰螺紋)。接合部324d是與后述的第一軸肩部331螺合的部位。如圖4 (a)、圖(b)所示，銷孔325與小徑部324b正交，并貫通滑動主體321。
[0095]如圖4 (C)所示，定位銷322包括基軸部322a、細腰部322b和錐部322c。細腰部322b是直徑比其它部分的直徑小的部分。錐部322c形成于基軸部322a的兩端，并朝向端部變細。
[0096]固定構(gòu)件323是用于將定位銷322固定于滑動主體321的構(gòu)件。固定構(gòu)件323與小徑部324b螺合，其前端與定位銷322的細腰部322b抵接。如圖3所示，在固定構(gòu)件323的頭部形成有六邊形的槽。
[0097]如圖2所示，滑動軸304在定位銷322的兩端位于長孔311、311的狀態(tài)下，被插入到保持件303的內(nèi)部。
[0098]如圖2所示，雙軸肩部攪拌頭型工具305是與滑動軸304的前端接合的構(gòu)件，其主要由第一軸肩部331、第二軸肩部341、螺紋銷351、第一緊固件371及第二緊固件372構(gòu)成。第一軸肩部331及第二軸肩部341彼此分離配置，并通過螺紋銷351連結(jié)。
[0099]如圖5 Ca)所示，第一軸肩部331包括第一大徑部332、第一小徑部333以及形成于內(nèi)部的第一中空部334。第一大徑部332及第一小徑部333均呈大致圓柱狀。第一大徑部332具有比第一小徑部333大的外徑。如圖5(b)所示，在第一大徑部332的下表面332a形成有繞著轉(zhuǎn)軸C呈螺旋狀刻設(shè)的凹槽332b。凹槽332b的截面形狀呈半圓形狀。在第一小徑部333的外周面形成有與滑動軸304的接合部324d螺合的螺紋槽(陽螺紋)。
[0100]第一中空部334是供螺紋銷351插入的部位，其在上下方向上貫通。第一中空部334從下側(cè)開始具有第一下側(cè)孔335、第一內(nèi)側(cè)孔336、第一卡合孔337、第一內(nèi)側(cè)孔338以及第一上側(cè)孔339。第一下側(cè)孔335、第一內(nèi)側(cè)孔336、第一內(nèi)側(cè)孔338及第一上側(cè)孔339均具有圓柱狀的內(nèi)部空間。第一下側(cè)孔335的內(nèi)徑比第一內(nèi)側(cè)孔336的內(nèi)徑大。第一上側(cè)孔339的內(nèi)徑比第一內(nèi)側(cè)孔338的內(nèi)徑大。第一卡合孔337具有大致四棱柱狀的內(nèi)部空間。在本實施方式中，第一卡合孔337的水平截面形狀為大致正方形，但也可以是其它多邊形。
[0101] 如圖6 (a)、圖6 (b)所示，第二軸肩部341包括第二大徑部342、第二小徑部343以及形成于內(nèi)部的第二中空部344。在第二大徑部342的外周面形成有朝向內(nèi)側(cè)凹陷的多個(在本實施方式中為三個)凹條342a。在第二大徑部342的上表面342b上形成有繞著轉(zhuǎn)軸C呈螺旋狀刻設(shè)的凹槽342c。凹槽342c的截面形狀為半圓形狀。
[0102]第二中空部344是供螺紋銷351插入的部位，其在上下方向上貫通。第二中空部344從上側(cè)開始具有第二上側(cè)孔345、第二內(nèi)側(cè)孔346、第二卡合孔347以及第二下側(cè)孔348。第二下側(cè)孔345、第二內(nèi)側(cè)孔346及第二下側(cè)孔348均具有圓柱狀的內(nèi)部空間。第二上側(cè)孔345的內(nèi)徑比第二內(nèi)側(cè)孔346的內(nèi)徑大。第二卡合孔347具有大致四棱柱狀的內(nèi)部空間。在本實施方式中，第二卡合孔347的水平截面形狀為大致正方形，但也可以是其它多邊形。
[0103]如圖2所示，螺紋銷351是將第一軸肩部331與第二軸肩部341連結(jié)的構(gòu)件。如圖7 (a)、圖7 (b)所示，螺紋銷351呈上下對稱，在其中央形成有螺旋槽部352。螺旋槽部352的上側(cè)是插入到第一軸肩部331的部位，下側(cè)是插入到第二軸肩部341的部位。螺旋槽部352的上側(cè)具有第一大徑軸部353、第一小徑軸部354、第一卡合軸部355、第一前端軸部356。螺旋槽部352的下側(cè)具有第二大徑軸部357、第二小徑軸部358、第二卡合軸部359、第二前端軸部360。
[0104]螺旋槽部352為是從第一軸肩部331與第二軸肩部341之間露出的部分，其是插入到所要接合的金屬板(未圖示)的部位。在螺旋槽部352的外周面上刻有螺旋槽。在本實施方式中，在螺旋槽部352的上半部分刻有右螺紋，下半部分刻有左螺紋?？淘诼菪鄄?52上的螺旋槽的旋轉(zhuǎn)方向、右螺紋與左螺紋的比例、截面形狀可根據(jù)所要接合的金屬板的不同來適當設(shè)定。
[0105]第一大徑軸部353呈圓柱狀。第一大徑軸部353的外徑比螺旋槽部352的外徑大。第一大徑軸部353是插入到圖5 Ca)所示的第一軸肩部331的第一下側(cè)孔335的部位。
[0106]第一小徑軸部354呈圓柱狀。第一小徑軸部354的外徑比第一大徑軸部353的外徑小。第一小徑軸部354是插入到圖5 (a)所示的第一軸肩部331的第一內(nèi)側(cè)孔336的部位。
[0107]第--^合軸部355呈四棱柱狀。第--^合軸部355的水平截面形狀為大致正方形。
第一卡合軸部355的水平截面中的對角線長度與第一小徑軸部354的外徑大致相等。第一卡合軸部355是與圖5 Ca)所示第一軸肩部331的第一卡合孔337緊密地卡合的部位。
[0108]第一前端軸部356呈圓柱狀。第一前端軸部356的外徑比第--合軸部355的水
平截面的一條邊的長度小。在第一前端軸部356的外周面形成有螺紋槽(陽螺紋)。第一前端軸部356是插入到圖5 Ca)所示的第一內(nèi)側(cè)孔338及第一上側(cè)孔339的部位。
[0109]第二大徑軸部357呈圓柱狀。第二大徑軸部357的外徑比螺旋槽部352的外徑大。第二大徑軸部357是插入到圖6 Ca)所示的第二軸肩部341的第二上側(cè)孔345的部位。
[0110]第二小徑軸部358呈圓柱狀。第二小徑軸部358的外徑比第二大徑軸部357的外徑小。第二小徑軸部358是插入到圖6 (a)所示的第二軸肩部341的第二內(nèi)側(cè)孔346的部位。
[0111]第二卡合軸部359呈四棱柱狀。第二卡合軸部359的水平截面形狀為大致正方形。第二卡合軸部359的水平截面中的對角線長度與第二小徑軸部358的外徑大致相等。第二卡合軸部359是與圖6 Ca)所示的第二軸肩部341的第二卡合孔347緊密地卡合的部位。
[0112]第二前端軸部360呈圓柱狀。第二前端軸部360的外徑比第二卡合軸部359的水平截面的一條邊的長度小。在第二前端軸部360的外周面上形成有螺紋槽(陽螺紋)。第二前端軸部360是插入到圖6 Ca)所示的第二下側(cè)孔348的部位。
[0113]接著，對各構(gòu)件的組裝方法。首先，參照圖2、圖5~圖7，對雙軸肩部攪拌頭型工具305的組裝方法進行說明。將螺紋銷351的第一前端軸部356插入第一軸肩部331,來使第一卡合軸部355與第一卡合孔337卡合。接著，在第一上側(cè)孔339處，使用第一緊固件371將第一前端軸部356連結(jié)。
[0114]另一方面，將螺紋銷351的第二前端部360插入第二軸肩部341，來使第二卡合軸部359與第二卡合孔347卡合。接著，在第二軸肩部341的下表面，使用第二緊固件372將第二前端軸部360連結(jié)。第—^合孔337與第—合軸部355、第二卡合孔347與第二卡合軸部359呈棱柱狀(俯視呈為多邊形)，因此，能彼此不空轉(zhuǎn)地卡合。
[0115]安裝雙軸肩部攪拌頭型工具305后，將第一軸肩部331的第一小徑部333螺合至滑動軸304的接合部324d，接合滑動軸304與雙軸肩部攪拌頭型工具305。
[0116]接著，一邊將滑動軸304插入保持件303，一邊使長孔311、311與銷孔325連通來將定位銷322插入。然后，將固定構(gòu)件323插入滑動主體321的通孔324，并使用未圖示的六角扳手將固定構(gòu)件緊固。
[0117]最后，一邊將保持件303插入夾頭部301，一邊使用固定件313將保持件303與夾頭部301固定。
[0118]根據(jù)以上說明的旋轉(zhuǎn)工具單元302，安裝有雙軸肩部攪拌頭型工具305的滑動軸304相對于保持件沿軸向移動，因此，雙軸肩部攪拌頭型工具305也會隨著金屬板的變形而沿軸向移動。藉此，能夠防止金屬板變形而導致接合位置偏離，因此，能夠抑制接合缺陷的產(chǎn)生。此外，由于固定于滑動軸304的定位銷322被插入保持件303的一對長孔311中，因此，能夠使滑動軸304穩(wěn)定地移動。
[0119]此外，本實施方式的滑動軸304具有沿軸向貫通的通孔324、與通孔324正交并供定位銷322插入的銷孔325，固定構(gòu)件323插入通孔324，其前端與定位銷322抵接。此外，在定位銷322的中央部形成有比其它部分細的細腰部322b，固定構(gòu)件323的前端與細腰部322b抵接。藉此，能夠以簡單的口兒鋼坯可靠地將定位銷322固定于滑動軸304。
[0120] 此外，根據(jù)本實施方式，通過將第一軸肩部331的第一小徑部333與形成于滑動軸304前端的接合部324d螺合或是解除第一小徑部333與接合部324d的螺合，就能夠自由地裝拆。藉此，能容易地進行雙軸肩部攪拌頭型工具305的更換及維護。[0121]此外，雙軸肩部攪拌頭型工具305需要隨著所要接合的金屬板厚度或種類的不同來改變第一軸肩部331與第二軸肩部341的距離、螺紋銷351的粗細。此外，因磨損而需要更換第一軸肩部331、第二軸肩部341及螺紋銷351。根據(jù)本實施方式，雙軸肩部攪拌頭型工具305的第一軸肩部331及第二軸肩部341能容易地相對于螺紋銷351裝拆，因此，能夠容易地進行各構(gòu)件的更換及維護。
[0122]此外，第一軸肩部331的下表面332a及第二軸肩部341的上表面342b分別形成有繞著雙軸肩部攪拌頭型工具305的轉(zhuǎn)軸C呈螺旋狀形成的凹槽332b、凹槽342c。藉此，能夠提高摩擦攪拌效率。
[0123]以上，對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但能夠在不違反本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)進行適當?shù)卦O(shè)計改變。例如，設(shè)置在第一軸肩部331的下表面331a及第二軸肩部341的上表面341b上的凹槽也可以僅設(shè)置在下表面331a和上表面341b中的任意一個上，也可以省略凹槽。
[0124]此外,第--^合孔337與第--^合軸部355、第二卡合孔347與第二卡合軸部359的形狀只要是卡合軸部不能相對于卡合孔旋轉(zhuǎn)，則可以是任意形狀。例如，也可以在卡合孔和卡合軸部中的任意一個上形成鍵，而在另一個上形成鍵槽。
[0125]圖8 (a)是表不實施方式I的第一軸肩部的變形例的剖視圖，圖8 (b)是表不實施方式I的第二軸肩部的變形例的剖視圖。圖9是表示實施方式I的變形例的剖視圖。如圖8所示，在實施方式I的變形例中，在使用第一卡定螺釘473及第二卡定螺釘474這點上，與上述實施方式不同。變形例的雙軸肩部攪拌頭型工具405主要由第一軸肩部431、第二軸肩部441、螺紋銷451、第一緊固件471、第二緊固件472、第一卡定螺釘473以及第二卡定螺釘474。
[0126]如圖8 (a)所示，第一軸肩部431包括第一大徑部432、第一小徑部433、形成于內(nèi)部的第一中空部434以及第一螺釘卡定延伸孔(日文:第一彳、^係累孔)438。第一大徑部432呈大致圓柱狀，其下端側(cè)朝向前端變細。第一小徑部433呈大致圓柱狀。第一小徑部433比第一大徑部432的外徑小。在第一小徑部433的外周面上形成有與滑動軸304的接合部324d螺合的螺紋槽(陽螺紋)。另外，也可以在第一大徑部432的下表面432a上設(shè)置凹槽。
[0127]第一中空部434是供螺紋銷451插入的部位，其在上下方向上貫通。第一中空部434從下側(cè)開始具有第一下側(cè)孔435、第一內(nèi)側(cè)孔436以及第一上側(cè)孔437。第一下側(cè)孔435是相當于權(quán)利要求書中的“第一孔”的部位。第一下側(cè)孔435、第一內(nèi)側(cè)孔436及第一上側(cè)孔437均具有圓柱狀的內(nèi)部空間。第一內(nèi)側(cè)孔436、第一下側(cè)孔435、第一上側(cè)孔437的內(nèi)徑依次增大。
[0128]第一螺釘卡定延伸孔438從第一大徑部432的側(cè)面朝轉(zhuǎn)軸C方向延伸設(shè)置，并與第一下側(cè)孔435連通。在第一螺釘卡定延伸孔438中的靠轉(zhuǎn)軸C 一側(cè)，形成有螺紋槽(陰螺紋)。
[0129]如圖8 (b)所示，第二軸肩部441包括第二主體部442、形成于內(nèi)部的第二中空部444以及第二螺釘卡定延伸孔447。在第二主體部442的外周面上形成有朝向內(nèi)側(cè)凹陷的多個(在本實施方式中為四個)凹條442a。另外，也可以在第二主體部442的上表面442b上設(shè)置凹槽。[0130]第二中空部444是供螺紋銷451插入的部位，其在上下方向上貫通。第二中空部444從上側(cè)開始具有第二上側(cè)孔445以及第二下側(cè)孔446。第二上側(cè)孔445是相當于權(quán)利要求書中的“第二孔”的部位。第二上側(cè)孔445及第二下側(cè)孔446均具有圓柱狀的內(nèi)部空間。第二上側(cè)孔445的內(nèi)徑比第二下側(cè)孔446的內(nèi)徑大。
[0131]第二螺釘卡定延伸孔447從第二主體部442的側(cè)面朝轉(zhuǎn)軸C方向延伸設(shè)置，并與第二上側(cè)孔445連通。在第二螺釘卡定延伸孔447中的、靠轉(zhuǎn)軸C 一側(cè)形成有螺紋槽(陰螺紋)。
[0132]如圖9所示，螺紋銷451上下對稱，在其中央形成有螺旋槽部452。螺旋槽部452是從第一軸肩部431與第二軸肩部441之間露出的部分。螺旋槽部452的上側(cè)具有第一大徑軸部453和第一小徑軸部454。螺旋槽部452的下側(cè)具有第二大徑軸部455和第二小徑軸部456。
[0133]第一大徑軸部453及第一小徑軸部454均呈大致圓柱狀。第一大徑軸部453的外徑比第一小徑軸部454的外徑大。第一大徑軸部453是插入到圖8 (a)所示的第一下側(cè)孔435中的部位。在第一大徑軸部453的外周面形成有作為平坦面的第一平坦部453a。第一大徑軸部453是相當于權(quán)利要求書中的“第一軸部”的部位。第一小徑軸部454是插入到第一內(nèi)側(cè)孔436及第一上側(cè)孔437中的部位。在第一小徑軸部454的前端形成有螺紋槽(陽螺紋)。
[0134]第二大徑軸部455及第二小徑軸部456均呈大致圓柱狀。第二大徑軸部455的外徑比第二小徑軸部456的外徑大。第二大徑軸部455是插入到圖8 (b)所示的第二上側(cè)孔445中的部位。在第二大徑軸部455的外周面形成有作為平坦面的第二平坦部455a。第二大徑軸部455是相當于權(quán)利要求書中的“第二軸部”的部位。第二小徑軸部456是插入到第二下側(cè)孔446中的部位。在第二小徑軸部456的前端形成有螺紋槽(陽螺紋)。
[0135]接著，對變形例的雙軸肩部攪拌頭型工具405的組裝方法進行說明。如圖8、圖9所示，首先，將螺紋銷451的第一大徑軸部453及第一小徑軸部454插入第一軸肩部431。接著，使第—定螺釘473與第一螺釘卡定延伸孔438螺合，同時使第—定螺釘473的前端與第一大徑軸部453的第一平坦部453a抵接。接著，將第一緊固件471緊固到第一小徑軸部454上。
[0136]另一方面，將螺紋銷451的第二大徑軸部455及第二小徑軸部456插入第二軸肩部441。接著，將第二卡定螺釘474與第二螺釘卡定延伸孔447螺合，同時使第二卡定螺釘474的前端與第二大徑軸部455的第二平坦部455a抵接。接著，將第二緊固件472緊固到第二小徑軸部456。
[0137]在對雙軸肩部攪拌頭型工具405進行組裝后，將第一軸肩部431的第一小徑部433與滑動軸304的接合部324d螺合，來將滑動軸304與雙軸肩部攪拌頭型工具405接合。
[0138]在以上說明的變形例中，也能實現(xiàn)與上述實施方式大致相同的效果。將螺紋銷451與第一軸肩部431及第二軸肩部441 一體化時，使第一卡定螺釘473及第二卡定螺釘474螺合，同時使第一卡定螺釘473的前端與第一平坦部453a抵接，并使第二卡定螺釘474的前端與第二平坦面455a抵接，藉此，能夠容易地限制螺紋銷451與第一軸肩部431及第二軸肩部441之間的相對旋轉(zhuǎn)。此外，只要將第一卡定螺釘473及第二卡定螺釘474解除，就能輕易地將螺紋銷451與第一軸肩部431及第二軸肩部441分解。因此，能使構(gòu)件的更換及維護變得容易。
[0139]在變形例中，也可以在第一軸肩部431及第二軸肩部441的內(nèi)部設(shè)置橫截面呈非圓形的卡合孔，同時在螺紋銷451的軸部的一部分設(shè)置呈柱狀的卡合軸部，并使該卡合孔與卡合軸部彼此卡合。藉此，能夠可靠地限制螺紋銷451與第一軸肩部431及第二軸肩部441之間的相對旋轉(zhuǎn)。
[0140][實施方式2]
[0141]以下，參照附圖，對本發(fā)明實施方式2進行詳細說明。如圖10所示，本實施方式的摩擦攪拌裝置I是對經(jīng)對接后的一對金屬板的對接部N進行摩擦攪拌接合的裝置。在摩擦攪拌裝置I的前端安裝有雙軸肩部攪拌頭型工具5。首先，對所要接合的一對金屬板進行說明。說明中的上、下、前、后、左、右按照圖10的箭頭方向。
[0142]〈中空型材〉
[0143]如圖11 (a)所示，在本實施方式中，例示了將中空型材100A與中空型材100B接合的情況。中空型材100A是鋁合金制的擠壓材料，且是具有截面呈矩形的中空部IOOa的長條構(gòu)件。中空型材100A具有包括中空部IOOa的主體部101、從主體部101的左側(cè)面上下端分別朝左側(cè)(中空型材100B —側(cè))伸出的板狀端部102、103。
[0144]主體部101由四個面材料104、105、106、107構(gòu)成，其截面形成為矩形。板狀端部102、103呈板狀，并垂直于面材料105。板狀端部102、103的左右方向長度為面材料104的一半左右。此外，板狀端部102、103的厚度與面材料104、105、106、107的厚度相同。板狀端部102、103是相當于權(quán)利要求書中的“金屬板”的部位。
[0145]中空型材100B是具有與中空型材100A相同形狀的金屬構(gòu)件。中空型材100B標注與中空型材100A相同的符號，而省略詳細說明。
[0146]在中空型材100A與中空型材100B對接時，使中空型材100A的板狀端部102、103分別與中空型材100B的板狀端部102、103對接。更詳細地說，使中空型材100A的板狀端部102的端面102a與中空型材100B的板狀端部102的端面102a對接，使中空型材100A的板狀端部103的端面103a與中空型材100B的板狀端部103的端面103a對接。如圖11(b)所示，在使中空型材100A與中空型材100B對接時，端面102a、102a的高度方向的中心彼此重疊，并且，板狀端部102、102的各上表面齊平，板狀端部102、102的各下表面齊平。
[0147]如圖11 (b)所示，將使端面102a與端面102a、端面103a與端面103a對接后的部分稱為“對接部N”。在將對接部N進行接合時，最好使端面102a與端面102a緊密接觸，但有時會因中空型材100A、100B的公差或接合時的摩擦熱，使板狀端部102、102發(fā)生變形，而在端面102a與端面102a間產(chǎn)生細小的間隙。對接部N是包括端面102a與端面102a之間產(chǎn)生細小間隙的情況在內(nèi)的概念。
[0148]在本實施方式中，例示了將中空型材的板狀端部作為所要接合的對象，但所要接合的對象由能摩擦攪拌的金屬形成，只要是呈板狀的構(gòu)件，并無特別的限制。
[0149]〈摩擦攪拌裝置〉
[0150]如圖12所示，摩擦攪拌裝置I主要由夾頭部Ia和固定在夾頭部Ia內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)工具單元2構(gòu)成。如圖13所示，夾頭部Ia是包括凸緣的圓筒狀構(gòu)件，并使用螺釘BI而與摩擦攪拌裝置I的主體D連接。夾頭部Ia是通過摩擦攪拌裝置I的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)而繞軸旋轉(zhuǎn)的部位。在夾頭部Ia的內(nèi)周形成有圓筒面lb。[0151]如圖13所示，旋轉(zhuǎn)工具單元2由保持件3、滑動軸4、雙軸肩部攪拌頭型工具5構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)工具單元2可相對于夾頭部Ia裝拆。
[0152]保持件3是內(nèi)置有滑動軸4且固定在夾頭部Ia內(nèi)部的構(gòu)件。保持件3呈圓筒狀。在保持件3的外表面形成有沿著上下方向平坦地延伸設(shè)置的平坦面3a，因此，圓筒面Ib與平坦面3a之間形成細小的間隙。螺栓2B、2B從夾頭部Ia的外表面朝徑向進行緊固，其前端與平坦面3a抵接。藉此，夾頭部Ia與保持件3—體地旋轉(zhuǎn)。此外，如圖14所示，保持件3形成有沿徑向貫通的長孔狀的鍵槽3b。
[0153]如圖13所示，滑動軸4呈圓筒狀，其是配置于保持件3的中空部的構(gòu)件?；瑒虞S4相對于保持件3能在上下方向上移動。如圖14所示，在滑動軸4的外表面形成有朝外側(cè)突出的鍵4a。鍵4a與鍵槽3b卡合，藉此，保持件3與滑動軸4 一體地旋轉(zhuǎn)。
[0154]如圖15所示，雙軸肩部攪拌頭型工具5例如由工具鋼形成，并與滑動軸4連接。雙軸肩部攪拌頭型工具5與夾頭部la、保持件3及滑動軸4 一體地朝正反方向的旋轉(zhuǎn)。雙軸肩部攪拌頭型工具5具有第一軸肩部11、在第一軸肩部11的下方隔著間隔設(shè)置的第二軸肩部12、將第一軸肩部11與第二軸肩部12連結(jié)的螺紋銷13。
[0155]第一軸肩部11和第二軸肩部12呈圓柱狀，并具有相同的外徑。螺紋銷13呈圓柱狀，并將第一軸肩部11與第二軸肩部12連結(jié)。螺紋銷13貫通第二軸肩部12。貫通第二軸肩部12的螺紋銷13在第二軸肩部12的下端通過螺母緊固。在螺紋銷13的外周面刻有上部螺旋槽13a和下部螺旋槽13b。上部螺旋槽13a及下部螺旋槽13b的槽方向以朝彼此相反的方向卷繞的方式刻設(shè)。
[0156]上部螺旋槽13a從第一肩軸11的下端刻設(shè)至螺紋銷13的高度方向的中間位置。在本實施方式中，使雙軸肩部攪拌頭型工具5朝右旋轉(zhuǎn)，因此，上部螺旋槽13a以右螺紋的方式形成。也就是說，上部螺旋槽13a是以從上向下朝右側(cè)卷繞的方式刻設(shè)。
[0157]另一方面，下部螺旋槽13b從第二肩軸12的上端刻設(shè)至螺紋銷13的高度方向的中間位置。在本實施方式中，使雙軸肩部攪拌頭型工具5朝右旋轉(zhuǎn)，因此，下部螺旋槽13b以左螺紋的方式形成。也就是說，下部螺旋槽13b是以從上向下朝左卷繞的方式刻設(shè)。
[0158]通過如上所述形成上部螺旋槽13a及下部螺旋槽13b，經(jīng)摩擦攪拌而塑性流動化后的金屬便會從板狀端部102的高度方向的中央部分朝上端方向或下端方向稍許移動。另夕卜，上述朝上下方向的金屬移動與因雙軸肩部攪拌頭型工具5的螺紋銷13的旋轉(zhuǎn)而使金屬在周方向上的移動相比，僅僅是微量。
[0159]對于螺旋槽的卷繞方向或所刻設(shè)的比例，只要根據(jù)所要接合的金屬板的裝飾面與雙軸肩部攪拌頭型工具5的位置關(guān)系、雙軸肩部攪拌頭型工具的旋轉(zhuǎn)方向等來適當?shù)卦O(shè)定即可。在本實施方式中，雖對螺紋銷13刻設(shè)有右螺紋和左螺紋這兩種螺旋槽，但也可以對螺紋銷13全部刻設(shè)右螺旋的螺旋槽，或是全部刻設(shè)左螺旋的螺旋槽。此外，在本實施方式中，雖在第一軸肩部11側(cè)刻設(shè)右螺紋，在第二軸肩部12側(cè)刻設(shè)左螺紋，但也可以在第一軸肩部11側(cè)刻設(shè)左螺紋，在第二軸肩部12側(cè)刻設(shè)右螺紋。
[0160]如圖15所示，較為理想的是，使雙軸肩部攪拌頭型工具5的軸肩部間的距離Z(螺紋銷13的露出部分的長度)與中空型材100A的板狀端部102的厚度T相同或比中空型材100A的板狀端部102的厚度T小。例如，在本實施方式中，軸肩部間的距離Z比中空型材100A的板狀端部102的厚度T小0.2mm。[0161]另外，在能將對接部N (參照圖11 (b))的端面102a、102a的間隙設(shè)定為0.75mm以下的情況下，即便將板狀端部102的厚度T與軸肩部的間距Z設(shè)定為相同，即T 一 Z = 0，也能夠獲得良好的接合狀態(tài)。
[0162]此外，在能將對接部N的端面102a、102a的間隙設(shè)定為1.0Omm以下的情況下，較為理想的是，將板狀端部102的厚度T與軸肩部的間距Z設(shè)定為0.2mm≤ T — Z < 0.8mm。
[0163]在能將對接部N的端面102a、102a的間隙設(shè)定為大于1.00mm、且為1.75mm以下的情況下，較為理想的是，將板狀端部102的厚度T與軸肩部的間距Z設(shè)定為0.4mm ≤ T —Z≤0.8mm。
[0164]此外，較為理想的是，將雙軸肩部攪拌頭型工具5設(shè)定成使第一軸肩部11及第二軸肩部12的外徑X (與板狀端部102接觸的面的直徑)的平方值除以螺紋銷13的外徑Y(jié)的平方值后的值比2.0大。根據(jù)上述的雙軸肩部攪拌頭型工具5，能利用第一軸肩部11與第二軸肩部12來抑制作為毛邊而排出的材料量，因此，能減少接合缺陷的產(chǎn)生。
[0165]此外，較為理想的是，將雙軸肩部攪拌頭型工具5設(shè)定成第一軸肩部11及第二軸肩部12的外徑X (與板狀端部102接觸的面的直徑)的平方值減去螺紋銷13的外徑Y(jié)的平方值后得到的值，并使螺紋銷13的外徑Y(jié)的平方值除以上述得到的值后的值比0.2大。根據(jù)上述的雙軸肩部攪拌頭型工具5，能夠充分地確保接合時螺紋銷相對于在工具軸向上產(chǎn)生的材料阻力的抗拉伸力，因此，能防止螺紋銷13的破損。
[0166]此外，較為理想的是，將雙軸肩部攪拌頭型工具5設(shè)定成使螺紋銷13的外徑Y(jié)的平方值除以螺紋銷13的外徑Y(jié)乘軸肩部間的距離Z后的值比1.2大。根據(jù)上述的雙軸肩部攪拌頭型工具5，能夠充分確保接合時螺紋銷相對于沿與工具行進方向相反的方向流動的材料阻力的抗折力，因此，能防止螺紋銷13的破損。對于上述根據(jù)，將在實施例中予以記載。
[0167]在此，在進行摩擦攪拌接合時，有時會因摩擦熱而使板狀端部102、102的溫度上升，并使板狀端部102、102朝上方或下方翹曲。在本實施方式的摩擦攪拌裝置I中，由于滑動軸4形成為能相對于保持件3移動，因此，在板狀端部102例如朝上方翹曲時，雙軸肩部攪拌頭型工具5能隨著上述翹曲而朝上方移動規(guī)定距離。另一方面，在板狀端部102朝下方翹曲時，雙軸肩部攪拌頭型工具5能隨著上述翹曲而朝下方移動規(guī)定距離。藉此，能夠抑制在摩擦攪拌接合中雙軸肩部攪拌頭型工具5相對于金屬板的位置偏移。
[0168]接著，對使用實施方式2的雙軸肩部攪拌頭型工具5的接合方法進行說明。
[0169]在實施方式2的接合方法中，使雙軸肩部攪拌頭型工具5朝右旋轉(zhuǎn)來進行接合。具體來說,在這種接合方法中，進行使中空型材彼此對接的對接工序和將雙軸肩部攪拌頭型工具5插入對接部N的接合工序。在此，將表面Sa設(shè)定為裝飾面。
[0170]在對接工序中，如圖11所示，使中空型材100A與中空型材100B的板狀端部102彼此相對，使端面102a與端面102a、端面103a與端面103a面接觸。更詳細地說，以使一方的端面102a的中點與另一方的端面102a的中點重疊的方式面接觸。在對接后，可沿著對接部N通過焊接等方式進行臨時接合，而使中空型材100A與中空型材100B不分開。在使中空型材100A與中空型材100B對接后，將兩者固定使其不能移動。
[0171]在接合工序中，首先，在對接部N的外部，使螺紋銷13的中心13c位于與對接部N的中心Ne重疊的位置。接著，如圖16所示，使右旋轉(zhuǎn)的雙軸肩部攪拌頭型工具5沿著對接部N移動。在雙軸肩部攪拌頭型工具5插入對接部N后，利用高速旋轉(zhuǎn)的螺紋銷13對螺紋銷13周圍的金屬進行摩擦攪拌，并使板狀端部102之間一體化。在螺紋銷13的軌跡上形成有塑性化區(qū)域W。
[0172]根據(jù)以上說明的本實施方式的接合方法，即使因摩擦攪拌接合的摩擦熱而使板狀端部(金屬板)102,102翹曲，雙軸肩部攪拌頭型工具5也會隨著上述翹曲而在上下方向上順暢地移動。藉此,能夠抑制螺紋銷13的中心13c與對接部N的中心Ne的高度位置發(fā)生偏移。因此，能防止接合位置發(fā)生偏移。
[0173]此外，像這種本實施方式這樣，通過將雙軸肩部攪拌頭型工具5的軸肩部間的距離Z設(shè)定為板狀端部102的厚度T以下，就能夠?qū)λ苄粤鲃踊慕饘龠M行按壓，因此，能防止因摩擦攪拌而塑性流動化的金屬溢出至第一軸肩部11及第二軸肩部12的外部。藉此，能夠抑制接合缺陷的產(chǎn)生。另外，若T - Z的值超過0.8，則會增大對摩擦攪拌裝置I的負荷，因此，不合適。
[0174]此外，根據(jù)接合方法，經(jīng)摩擦攪拌而流動化的金屬被螺紋銷13的右螺紋的上部螺旋槽13a和左螺紋的下部螺旋槽13b引導，而從板狀端部102的中心Ne分別朝表面Sa側(cè)及背面Sb側(cè)移動。由于右螺紋的上部螺旋槽13a以25%以上的比例形成，因此，由上述螺旋槽引起的金屬移動會使雙軸肩部攪拌頭型工具5相對于板狀端部102朝滑動軸4側(cè)(上方)推動，能防止過深地進入表面(裝飾面)Sa。藉此，能防止裝飾面產(chǎn)生凹槽V，或者是即使產(chǎn)生凹槽V也能減小凹槽V的深度。通過防止凹槽V產(chǎn)生或者是減小凹槽V的深度，就可容易地進行使表面(裝飾面)Sa變得平滑的精加工處理。
[0175]此外，在實施方式2中，上部螺旋槽13a與下部螺旋槽13b的比例為50:50，因此，如圖16 (a)所示，能夠使在上側(cè)和下側(cè)移動的金屬量均等。藉此，能進一步防止螺紋銷13的中心13c與對接部N的中心Ne的位置偏移。此外，由于刻設(shè)有上部螺旋槽13a和下部螺旋槽13b，因此，能提高摩擦攪拌的攪拌效率。
[0176]在進行接合工序時，較為理想的是，在例如利用能供給冷卻后的氣體或液體等的冷卻裝置對板狀端部102的表面(裝飾面)Sa進行冷卻的同時進行接合。藉此，能夠抑制板狀端部102的變形而使接合精度提高。另外，也可以在對板狀端部102的背面Sb側(cè)進行冷卻的同時進行接合。
[0177]此外，即使使用實施方式I的旋轉(zhuǎn)工具單元302來代替實施方式2的旋轉(zhuǎn)工具單元2，也能獲得與實施方式2大致相同的效果。
[0178][實施方式3]
[0179]在實施方式3的接合方法中，雙軸肩部攪拌頭型工具的螺旋槽的結(jié)構(gòu)及旋轉(zhuǎn)方向與實施方式2不同。在實施方式3的說明中,對于與實施方式2相同的點,省略詳細說明。
[0180]圖17是表示實施方式3的雙軸肩部攪拌頭型工具的側(cè)視圖。如圖17所示，在實施方式3的雙軸肩部攪拌頭型工具5A的螺紋銷13的外周面刻設(shè)有形成在上半部的左螺紋的上部螺旋槽13a和形成在下半部的右螺紋的下部螺旋槽13b。也就是說，上部螺旋槽13a以從上向下朝左卷繞的方式刻設(shè)，下部螺旋槽13b以從上向下朝右卷繞的方式刻設(shè)。
[0181]較為理想的是，雙軸肩部攪拌頭型工具5A的軸肩部間的距離(螺紋銷13的露出部分的長度)Z為中空型材100A的板狀端部102的板厚T以下。例如，在本實施方式中，軸肩部間的距離Z比中空型材100A的板狀端部102的板厚T小0.4mm。[0182]接著，對使用實施方式3的雙軸肩部攪拌頭型工具5A的接合方法進行說明。
[0183]在實施方式3的接合方法中，如圖18所示，使雙軸肩部攪拌頭型工具5A朝左旋轉(zhuǎn)來進行接合。具體來說，在上述接合方法中，進行使中空型材彼此對接的對接工序和將雙軸肩部攪拌頭型工具5A插入對接部N的接合工序。在此，將表面Sa設(shè)定為裝飾面。由于對接工序與實施方式2相同，因此，省略說明。
[0184]在接合工序中，首先，在對接部N的外部，使螺紋銷13的中心13c位于與對接部N的中心Ne重疊的位置。接著，如圖18所示，使左旋轉(zhuǎn)的雙軸肩部攪拌頭型工具5A沿著對接部N移動。在將雙軸肩部攪拌頭型工具5A插入對接部N后，利用高速旋轉(zhuǎn)的螺紋銷13對螺紋銷13周圍的金屬進行摩擦攪拌，而使板狀端部102彼此一體化。在螺紋銷13的軌跡上形成有塑性化區(qū)域W。
[0185]根據(jù)上述接合方法，經(jīng)摩擦攪拌而流動化的金屬被螺紋銷13的左螺紋的上部螺旋槽13a和右螺紋的下部螺旋槽13b引導，而從板狀端部102的中心Ne分別朝表面Sa側(cè)及背面Sb側(cè)移動。由于左螺紋的上部螺旋槽13a以25%以上的比例形成，因此，由螺旋槽引起的金屬移動會使雙軸肩部攪拌頭型工具5A相對于板狀端部102朝滑動軸4側(cè)(上方)推動，能防止過深地進入表面(裝飾面)Sa。藉此，能防止在裝飾面Sa上產(chǎn)生凹槽V，或者是即使形成有凹槽V也能減小凹槽V的深度。
[0186]此外，在實施方式3中，上部螺旋槽13a與下部螺旋槽13b的比例為50:50，因此，能夠使移動的金屬量均等。藉此，能進一步防止螺紋銷13的中心13c與對接部N的中心Ne的位置偏移。此外，由于刻設(shè)有上部螺旋槽13a和下部螺旋槽13b，因此，能提高摩擦攪拌的攪拌效率。
[0187]〈變形例1>
[0188]在變形例I中，如圖19(a)所示，在板狀端部102A與板狀端部102B的厚度不同這點上，與上述實施方式不同。板狀端部102B的厚度Tl比板狀端部102A的厚度T2厚。在變形例I中，將板狀端部102A與板狀端部102B以使板狀端部102A的高度方向上的中點與板狀端部102B的高度方向上的中點重疊的方式對接。
[0189]在變形例I的對接工序中，使雙軸肩部攪拌頭型工具5朝右旋轉(zhuǎn)，將板狀端部102B的對接部N的厚度較大的板狀端部102B (金屬板)配置在行進方向的左側(cè)。
[0190]在摩擦攪拌時，在使旋轉(zhuǎn)工具朝右旋轉(zhuǎn)的情況下，塑性流動化的金屬具有從工具行進方向的左側(cè)(剪切側(cè):旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)速度加上旋轉(zhuǎn)工具的移動速度一側(cè))朝工具行進方向的右側(cè)(流動側(cè):旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)速度減去旋轉(zhuǎn)工具的移動速度一側(cè))流動的趨勢，因此，假設(shè)在金屬板之間具有間隙，則剪切側(cè)的金屬會將上述間隙填埋。因而，若剪切側(cè)的金屬板厚度小，則具有金屬不足而使接合后的塑性化區(qū)域的中央部厚度變小的趨勢。另外，在使旋轉(zhuǎn)工具朝左旋轉(zhuǎn)的情況下，工具行進方向的右側(cè)為剪切側(cè)，左側(cè)為流動側(cè)。
[0191]在變形例I中，通過使位于剪切側(cè)的板狀端部102B的厚度Tl比板狀端部102A的厚度T2厚，就能夠消除塑性化區(qū)域W的中央部的金屬不足，而使接合更理想。
[0192]〈變形例2>
[0193]在變形例2中，如圖19(b)所示，在板狀端部102C與板狀端部102D的厚度不同這點上，與上述實施方式不同。板狀端部102C的厚度Tl比板狀端部102D的厚度T2厚。在變形例2中，將板狀端部102C與板狀端部102D以使板狀端部102C的高度方向上的中點與板狀端部102D的高度方向上的中點重疊的方式對接。
[0194]在變形例2的對接工序中，使雙軸肩部攪拌頭型工具5朝左旋轉(zhuǎn)，將板狀端部102C的對接部N的厚度較大的板狀端部102C (金屬板)配置在行進方向的右側(cè)。
[0195]在變形例2中，利用與變形例I相同的原理，使位于剪切側(cè)的板狀端部102C的厚度Tl比板狀端部102D的厚度T2厚，就能夠消除塑性化區(qū)域W的中央部的金屬不足，而使接合更理想。
[0196][實施方式4]
[0197]以下，對本發(fā)明實施方式4進行說明。在實施方式4中，例示對雙層面板進行接合的情況。本實施方式的說明中的上、下、左、右、前、后依據(jù)圖20的箭頭。
[0198]如圖20所示，雙層面板201為金屬制的薄型長條構(gòu)件，其主要由外板202、內(nèi)板203、支承板204、204構(gòu)成。各支承板204垂直于外板202及內(nèi)板203。通過在左右方向上將多個雙層面板201接合，就用作例如鐵路車輛、飛機、船舶、土木建筑物等的結(jié)構(gòu)體。雙層面板201的制造方法沒有特別的限制，但是，在本實施方式中，雙層面板201是通過按壓成形的方式形成。雙層面板201的材料只要是能摩擦攪拌的金屬，并沒有特別的限制，但在本實施方式中，使用鋁合金。
[0199]外板202由中央部205、從中央部205朝右側(cè)延伸設(shè)置的右側(cè)板狀端部210以及從中央部205朝左側(cè)延伸設(shè)置的左側(cè)板狀端部220構(gòu)成。
[0200]右側(cè)板狀端部210由第一外板厚壁部211、第一鉤部212、及第一覆蓋部(日文:第一肉盛部)213構(gòu)成。第一外板厚壁部211垂直于支承板204，并朝右側(cè)延伸設(shè)置。第一鉤部212呈鉤狀，其由朝右側(cè)延伸設(shè)置的第一薄壁部214和從第一薄壁部214垂直伸出的第一伸出部215構(gòu)成。第一薄壁部214的厚度為第一外板厚壁部211的三分之一左右。
[0201]第一伸出部215從第一薄壁部214的前端朝內(nèi)板203側(cè)伸出。在第一伸出部215的側(cè)部形成有以隨著朝向內(nèi)板203側(cè)便越靠近支承板204的方式傾斜的第一伸出傾斜面216。第一覆蓋部213是從第一外板厚壁部211、第一薄壁部214及第一伸出部215的上表面朝上方突出一定厚度并形成在厚壁上的部位。
[0202]左側(cè)板狀端部220主要由第二外板厚壁部221、第二鉤部222及第二覆蓋部223構(gòu)成。第二外板厚壁部221垂直于支承板204，并朝左側(cè)延伸設(shè)置。第二鉤部222呈鉤狀，其由朝左側(cè)延伸的第二薄壁部224和相對于第二薄壁部224垂直地伸出的第二伸出部225構(gòu)成。第二薄壁部224的厚度為第二外板厚壁部221的三分之一左右。
[0203]第二伸出部225從第二薄壁部224的前端朝與內(nèi)板203相反的一側(cè)伸出。在第二外板厚壁部221的左端形成有以隨著朝向內(nèi)板203側(cè)便遠離支承板204的方式傾斜的第二厚壁部傾斜面226。第二厚壁部傾斜面226與第一伸出傾斜面216的傾斜角度相同。第二覆蓋部223是從第二外板厚壁部221的上表面朝上方突出一定的厚度并形成在厚壁上的部位。
[0204]內(nèi)板203由中央部206、從中央部206朝右側(cè)延伸設(shè)置的右側(cè)板狀端部230、從中央部206朝左側(cè)延伸設(shè)置的左側(cè)板狀端部240構(gòu)成。
[0205]右側(cè)板狀端部230由第一內(nèi)板厚壁部231、第一覆蓋部232、第一端面233構(gòu)成。第一內(nèi)板厚壁部231垂直于支承板204,并朝右側(cè)延伸設(shè)置。第一覆蓋部232是從第一內(nèi)板厚壁部231的前端側(cè)的下表面朝下方突出，并成為厚壁的部位。[0206]左側(cè)板狀端部240由第二內(nèi)板厚壁部241、第二覆蓋部242、第二端面243構(gòu)成。第二內(nèi)板厚壁部241垂直于支承板204，并朝左側(cè)延伸設(shè)置。第二覆蓋部242是從第二內(nèi)板厚壁部241的前端側(cè)的下表面朝下方突出，并成為厚壁的部位。
[0207]接著，對在本實施方式中使用的摩擦攪拌裝置進行說明。如圖21、圖22所示，摩擦攪拌裝置261由夾頭部261a、固定在夾頭部261a上的旋轉(zhuǎn)工具單元262構(gòu)成。與實施方式2同樣地，夾頭部261a通過螺栓與摩擦攪拌裝置261的主體(未圖示)接合。
[0208]旋轉(zhuǎn)工具單元262由保持件263、滑動軸264以及雙軸肩部攪拌頭型工具265構(gòu)成。
[0209]如圖22所示，保持件263是內(nèi)置有滑動軸264且安裝在夾頭部261a的內(nèi)部的構(gòu)件。保持件263呈圓筒狀。在保持件263形成有在半徑方向上貫通的長孔狀的鍵槽263b。
[0210]如圖22所示，滑動軸264呈圓筒狀，其是插入到保持件263的中空部中的構(gòu)件?；瑒虞S264能相對于保持件263在上下方向上移動。在滑動軸264的外表面上形成有朝向外側(cè)突出的鍵264a。通過使鍵264a與鍵槽263b卡合，藉此，就可使保持件263與滑動軸264一體地旋轉(zhuǎn)。
[0211]如圖23所示，雙軸肩部攪拌頭型工具265由第一軸肩部252、第二軸肩部253以及設(shè)置在第一軸肩部252與第二軸肩部253之間的螺紋銷254構(gòu)成。第一軸肩部252、第二軸肩部253、螺紋銷254均呈大致圓柱狀，并同軸設(shè)置。雙軸肩部攪拌頭型工具265是通過使螺紋銷254在高速旋轉(zhuǎn)的同時移動接合部分，來進行摩擦攪拌接合的工具。
[0212]第一軸肩部252包括大徑部252a、錐部252b和下端面252c。錐部252b朝向下方逐漸縮徑。雖未圖示，但在第一軸肩部252的下端面252c繞著螺紋銷254周圍形成有俯視呈渦旋形狀的凹陷部。
[0213]第二軸肩部253形成為在外表面具有槽的結(jié)構(gòu)。第二軸肩部253包括大徑部253a、錐部253b和上端面253c。錐部253b朝向上方逐漸縮徑。大徑部253a的直徑β I比大徑部252a的直徑α I小。此外，上端面253c的直徑β 2與下端面252c的直徑α 2相同。
[0214]在螺紋銷254的外表面刻設(shè)有以左螺紋的方式形成的螺旋槽255。也就是說，螺旋槽255以從上向下朝左旋轉(zhuǎn)的方式刻設(shè)。螺紋銷254的外徑U比直徑α 2及直徑β 2小。第一軸肩部252通過螺母與滑動軸264連接。
[0215]較為理想的是，雙軸肩部攪拌頭型工具265的軸肩部間的距離(螺紋銷254的露出部分的長度)設(shè)定為所要接合的部分的板厚(在本實施方式中是第一外板厚壁部211與第一覆蓋部213的厚度的合計)以下。螺旋槽255的槽的深度或間距等只要根據(jù)所要進行摩擦攪拌的金屬板的材料或是所要接合的部分的板厚、軸肩部間的距離等來進行適當設(shè)定即可。
[0216]在摩擦攪拌裝置261中，由于滑動軸264形成為能相對于保持件263移動，因此，摩擦攪拌裝置261構(gòu)成為在所要接合的金屬板例如朝上方翹曲時，雙軸肩部攪拌頭型工具265能隨著上述翹曲朝上方移動規(guī)定距離。另一方面，摩擦攪拌裝置261構(gòu)成為在所要接合的金屬板朝下方翹曲時，雙軸肩部攪拌頭型工具265能隨著上述翹曲朝下方移動規(guī)定距離。藉此，能夠抑制摩擦攪拌接合時雙軸肩部攪拌頭型工具265相對于金屬板的位置偏移。
[0217]接著，對本實施方式的雙層面板的接合方法進行說明。在此，例示將兩塊相同形狀的雙層面板201并排設(shè)置后進行接合的情況。在上述接合方法中，進行準備工序和接合工序。
[0218]在準備工序中，如圖24所示，使雙層面板201、201對接來形成雙層面板的組裝體，并固定該組裝體使其不能移動。在說明中，將一方的雙層面板標注為“201A”，將另一方的雙層面板標注為“201B”，對于與上述雙層面板各自對應(yīng)的要素，會加上符號“A”、符號“B”來進行區(qū)別。
[0219]在準備工序中，具體來說，使雙層面板201A的第一鉤部212A與雙層面板201B的第二鉤部222B卡合，并且使第一端面233A與第二端面243B對接。藉此，第一鉤部212A與第二鉤部222B沒有間隙地卡合，形成卡合部M。另一方面，第一端面233A與第二端面243B對接后，形成對接部N。將伸出部215A與伸出部225B卡合的部位和第一端面233A與第二端面243B對接的部位的延長線稱為“中心線Cl”。
[0220]在進行準備工序后，第一覆蓋部213A的上表面與第二覆蓋部223B的上表面齊平，同時，第一外板厚壁部211A的下表面與第二外板厚壁部221B的下表面齊平。此外，第一內(nèi)板厚壁部231A的上表面與第二內(nèi)板厚壁部241B的下表面齊平，同時，第一覆蓋部232A的下表面與第二覆蓋部242B的下表面齊平。在形成雙層面板的組裝體后，使用夾具固定該組裝體使其不能移動。
[0221]在接合工序中，如圖25所示，使用雙軸肩部攪拌頭型工具265來將卡合部M接合的第一接合工序和將對接部N接合的第二接合工序。
[0222]在第一接合工序中，使雙層面板201A配置在行進方向的左側(cè)。接著，將朝右旋轉(zhuǎn)的雙軸肩部攪拌頭型工具265的螺紋銷254的中心與中心線Cl上的卡合部M的高度方向的中心對準后,插入卡合部M。接著,從前側(cè)朝向后側(cè)沿著卡合部M進行摩擦攪拌接合。另夕卜，在卡合部M上沿著雙軸肩部攪拌頭型工具265移動的軌跡形成有塑性化區(qū)域Wl (參照圖 26)。
[0223]在第二接合工序中，如圖26所示，在第一接合工序結(jié)束后，將雙層面板的組裝體翻過來，并再次固定雙層面板的組裝體使其不能移動。接著，將朝右旋轉(zhuǎn)的雙軸肩部攪拌頭型工具265的螺紋銷254的中心與中心線Cl上的對接部N的高度方向的中心對準后，插入對接部N。接著，從前側(cè)朝向后側(cè)沿著對接部N進行摩擦攪拌接合。在對接部N上沿著雙軸肩部攪拌頭型工具265移動的軌跡形成有塑性化區(qū)域(未圖示)。通過以上的工序，外板202A與外板202B接合，且內(nèi)板203A與內(nèi)板203B接合。
[0224]根據(jù)以上說明的本實施方式的摩擦攪拌接合方法，通過使外板202A的第一鉤部212A與外板202B的第二鉤部222B卡合，能夠簡單地防止進行摩擦攪拌接合時雙層面板20IA與雙層面板20IB分開。另一方面，在內(nèi)板203A及內(nèi)板203B沒有設(shè)置鉤部，并使第一端面233A與第二端面243B對接，藉此，能夠使準備工序或雙層面板的制造更省力。在雙層面板201A、201B為長條的情況下，若內(nèi)板203A及內(nèi)板203B也設(shè)置鉤部，則會使卡合的作業(yè)變得困難，但根據(jù)本實施方式，可使卡合作業(yè)變得容易。
[0225]此外，在準備工序中，在使第一鉤部212A與第二鉤部222B卡合時，能夠使第一伸出傾斜面216A和第二主體傾斜面226B在滑動的同時進行卡合，因此，使卡合作業(yè)變得容易。具體來說，從所載置的雙層面板201B的上方放下雙層面板201A時，只要使第一伸出傾斜面216A和第二主體傾斜面226B滑動，就能夠使第一伸出傾斜面216A與第二主體傾斜面226B卡合。[0226]此外，通過設(shè)置第一伸出部215A和第二伸出部225B，就能夠以簡單的結(jié)構(gòu)進行卡合。此外，通過設(shè)置覆蓋部(213A、223B、232A、242B)，就能夠防止摩擦攪拌接合時金屬不足。在本實施方式中，在螺紋銷254刻設(shè)有左螺紋的螺旋槽255，并使雙軸肩部攪拌頭型工具265在朝右旋轉(zhuǎn)的同時從前側(cè)朝后側(cè)移動，因此，塑性流動化后的金屬被螺旋槽255引導，而有朝第二軸肩部253移動的趨勢。因而，通過將覆蓋部(213A、223B、232A、242B)設(shè)置在外板202A、202B及內(nèi)板203A、203B中的、與第一軸肩部252相對的一側(cè)，就能避免第一軸肩部252側(cè)的金屬不足。
[0227]此外，在先將對接部N接合時，雙層面板201A、201B有可能會分開，但在本實施方式的接合工序中，由于先將卡合部M接合，因此，能夠防止在將對接部N接合時雙層面板201A、201B 分開。
[0228]另外，雙層面板201A、201B的形狀或卡合形態(tài)只要是兩者不會分開的形態(tài)，并沒有特別的限制。較為理想的是，像本實施方式這樣，使雙層面板201A、201B的端部齊平，并且沒有間隙地卡合。此外，也可以在一個雙層面板的外板202的兩端形成設(shè)有第一鉤部212,212的構(gòu)件，在另一個雙層面板的外板202的兩端形成設(shè)有第二鉤部222、222的構(gòu)件，并將上述雙層面板交替并排設(shè)置后進行卡合及接合。此外，還可以如圖27所示，使第一伸出部215A及第二伸出部225B的側(cè)部為沒有設(shè)置傾斜的形狀。此外，在本實施方式中，支承板204雖與外板202及內(nèi)板203垂直地形成，但也可以是傾斜的。
[0229]<實施例1>
[0230]使用實施方式2的摩擦攪拌裝置I (雙軸肩部攪拌頭型工具5)，進行用于對所要進行摩擦攪拌接合的金屬板(板狀端部)的厚度及金屬板彼此的間隙對接合狀態(tài)帶來怎樣的影響進行調(diào)查的試驗。如圖28所示，對于所要進行摩擦攪拌接合的一對金屬板的試驗體(材料A6063 - T5),使其厚度分別發(fā)生變化來準備試驗體Hl?H19?！癆d側(cè)”是指雙軸肩部攪拌頭型工具的旋轉(zhuǎn)方向與行進方向相同的一側(cè)。也就是說，雙軸肩部攪拌頭型工具朝右旋轉(zhuǎn)時是指行進方向的左側(cè)。“Re側(cè)”是指雙軸肩部攪拌頭型工具的旋轉(zhuǎn)方向與行進方向相反的一側(cè)。也就是說，雙軸肩部攪拌頭型工具朝右旋轉(zhuǎn)時是指行進方向的右側(cè)。
[0231]在試驗體Hl?H7中，使金屬厚度在Ad側(cè)及Re側(cè)相同。在試驗體H8?H13中，將Ad側(cè)金屬板厚度固定為6.0mm,使Re側(cè)金屬板厚度發(fā)生變化。在試驗體H14?H19中，將Re側(cè)金屬板厚度固定為6.0mm,使Re側(cè)金屬板厚度發(fā)生變化。
[0232]金屬板間的間隙在O?2.0mm之間每次變化0.25mm。在試驗中使用的雙軸肩部攪拌頭型工具的軸肩部外徑(軸肩部中的、與金屬板接觸的面的直徑)設(shè)定為20mm，螺紋銷外徑設(shè)定為12mm,軸肩部間的距離設(shè)定為5.8mm。雙軸肩部攪拌頭型工具的轉(zhuǎn)速設(shè)定為800rpm,移動速度設(shè)定為600/min,旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定為朝右旋轉(zhuǎn)。此外，如實施方式2所記載的，上述雙軸肩部攪拌頭型工具是雙軸肩部攪拌頭型工具的高度位置會隨著金屬板的翹曲而發(fā)生變化的形態(tài)。在進行摩擦攪拌接合后，從X射線穿透試驗和截面微組織來判斷接合質(zhì)量。
[0233]圖29是表示在實施例1中，試驗體Hl的間隙與接合部的厚度間的關(guān)系的圖。圖30是表示在實施例1中，試驗體H3的間隙與接合部的厚度間的關(guān)系的圖。實施例1的接合部是與實施方式中的塑性化區(qū)域W相同含義。此外，實施例1的接合部的“Ad部”、“Cr部”、“Re部”表示圖16 (b)所示的接合部(塑性化區(qū)域W)的Ad部、中央部、Re部的各位置。[0234]如圖29所示，在將金屬板的厚度彼此均設(shè)定為6.0mm來進行接合時，若間隙不足0.75mm, Ad部、Cr部、Re部的厚度的減少均很小,但若間隙為0.75mm以上，隨著間隙增加，Ad部、Cr部、Re部的厚度均減少。一旦間隙超過1.2mm，則接合部的厚度不足5.8mm而產(chǎn)生
接合缺陷。
[0235]如圖30所示，在將金屬板的厚度彼此均設(shè)定為6.4mm來進行接合時，若間隙不足
0.75mm, Ad部、Cr部、Re部的厚度的減少均很小。若間隙在0.75~1.75mm, Ad部、Cr部、Re部的厚度雖然均會減少，但沒有產(chǎn)生接合缺陷。一旦間隙達到2.0mm，則接合部的厚度會顯著地減少而產(chǎn)生接合缺陷。
[0236]從圖29及圖30可知，若接合部的Cr部的厚度為5.8mm以下，則會產(chǎn)生接合缺陷。也就是說，即便金屬板彼此存在間隙，只要通過塑性流動來供給金屬，以使接合部的Cr部的厚度不會小于與軸肩部間的距離相同的5.8mm，就可以完整地接合。由以上可知，需要設(shè)定接合條件，以使接合部(塑性化區(qū)域)的厚度為軸肩部間的距離以上。
[0237]圖31是表示在實施例1中，影響接合質(zhì)量的金屬板厚度與間隙間的關(guān)系的表，其示出了 Ad側(cè)的厚度=Re側(cè)的厚度的情況。在圖中，“〇”表示接合狀況良好的情況，“ X ”表示接合狀況不良的情況。
[0238]根據(jù)圖31可知，即使間隙增大，只要金屬板也增大，則仍會有接合狀況良好的情況。但是，可以知道若金 屬板的厚度與軸肩部間的距離之間的差超過0.8_ (在本實施例中，金屬板的厚度比6.6mm大),則在軸肩部間產(chǎn)生的內(nèi)壓變大,而使工具的壽命顯著下降。
[0239]此外，根據(jù)圖31可知，軸肩部間的距離為5.8mm，金屬板間的間隙為O~0.75mm以下時，只要金屬板的厚度為5.8~6.6mm,則接合狀況良好。也就是說，只要將金屬板的厚度T和軸肩部間的距離Z設(shè)定成O < T — Z < 0.8mm，則接合狀況良好。
[0240]在T 一 Z值比O小的情況下，也就是說，當軸肩部間的距離Z比板狀端部102的厚度T大時，塑性流動化后的金屬容易從第一軸肩部11及第二軸肩部12 (參照圖16 (a))溢出，因此，接合部(塑性化區(qū)域W)的密度降低。藉此，接合缺陷產(chǎn)生的可能性提高。在
O^ T — Z ^ 0.8mm的情況下，即便金屬板彼此間的間隙為O~0.75mm,也會因摩擦攪拌接合的摩擦熱而使金屬板的溫度上升，并因金屬板膨脹而使間隙消失，因此，可以認為接合狀況大致良好。
[0241]此外，根據(jù)圖31可知，在軸肩部間的距離為5.8mm，金屬板彼此的間隙為O~
1.0mm以下時,只要金屬板的厚度為6.0~6.6mm,則接合狀況良好。也就是說,可以知道只要將金屬板的厚度T和軸肩部間的距離Z設(shè)定成0.2 < T — Z < 0.8_，則接合狀況良好。若T 一 Z值比0.2mm小，則塑性流動化后的金屬容易從第一軸肩部11及第二軸肩部12溢出，因此，接合部的密度降低。藉此，接合缺陷產(chǎn)生的可能性提高。
[0242]此外，根據(jù)圖31可知，在軸肩部間的距離為5.8mm，金屬板間的間隙為大于1.0mm且為1.75mm以下時,只要金屬板的厚度為6.2~6.6mm,則接合狀況良好。也就是說,可以知道只要將金屬板的厚度T和軸肩部間的距離Z設(shè)定成0.4 < T — Z < 0.8_，則接合狀況良好。若T 一 Z值比0.4mm小，則塑性流動化后的金屬容易從第一軸肩部11及第二軸肩部12溢出，因此，接合部的密度降低。藉此，接合缺陷產(chǎn)生的可能性提高。
[0243]根據(jù)圖31可知，在軸肩部間的距離為5.8mm，金屬板彼此的間隙為大于1.75mm且為2.0Omm以下時，只要金屬板的厚度為6.6mm，則接合狀況良好。也就是說，可以知道只要將金屬板的厚度T和軸肩部的間距Z設(shè)定成T — Z = 0.8mm的話，則接合狀況良好。若T —Z值比0.8mm小，則由于塑性流動化后的金屬容易從第一軸肩部11及第二軸肩部12溢出，因此，使得接合部的密度降低。藉此，接合缺陷產(chǎn)生的可能性提高。
[0244]圖32是表示影響接合質(zhì)量的金屬板的厚度與間隙間的關(guān)系的表，其示出了使Ad側(cè)的厚度變化而將Re側(cè)的厚度固定的情況。圖33是表示影響接合質(zhì)量的金屬板的厚度與間隙間的關(guān)系的表，其示出了將Ad側(cè)的厚度固定而使Rd側(cè)的厚度變化的情況。
[0245]在圖32的試驗中，將Re側(cè)的厚度固定為6.0mm,而使Ad側(cè)的厚度適當變化,來進行摩擦攪拌接合。在圖33的試驗中,將Ad側(cè)的厚度固定為6.0mm,而使Re側(cè)的厚度適當變化，來進行摩擦攪拌接合。也就是說，在圖32及圖33的試驗中，一邊使所要對接的金屬板的左右的厚度變化，一邊觀察不同間隙下的接合質(zhì)量。
[0246]在將圖32及圖33對比后，圖32中的良好的情況較多。換言之，如圖32所示，在將Re側(cè)的金屬板固定為6.0mm,且使Ad側(cè)的金屬板在6.2mm以上變化的情況下,接合狀況良好的情況較多。這是由于在實施例1中使雙軸肩部攪拌頭型工具朝右旋轉(zhuǎn)，因此，塑性化流動后的金屬容易從行進方向的左側(cè)(Ad側(cè))朝右側(cè)(Re側(cè))移動，在金屬板彼此間存在間隙的情況下，Ad側(cè)的金屬會填埋該間隙。因此，若如圖33的條件這樣，使行進方向左側(cè)的金屬板的厚度比行進方向右側(cè)的金屬板厚度小，則接合部中央的金屬不足，而使接合不良的可能性較高。但是，若如圖32的條件這樣，使行進方向左側(cè)的金屬板厚度比行進方向右側(cè)的金屬板厚度大，則可補充接合部中央的金屬不足，因此，能獲得良好的接合狀態(tài)。
[0247]上述的結(jié)果也可從圖34及圖35加以確認。標繪點“ ·”表示試驗體H4 (Ad側(cè)的厚度=6.6mm且Re側(cè)的厚度=6.6mm)。標繪點“.”表示試驗體HlO (Ad側(cè)的厚度=
6.0mm且Re側(cè)的厚度=6.6mm),標繪點“.”表示試驗體H16 (Ad側(cè)的厚度=6.6mm且Re側(cè)的厚度=6.0mm)。
[0248]如圖34 (a)所示，可以知道在接合部的Cr部的厚度中，按照試驗體H4、H16、HlO的順序變小。也就是說，可以知道若Ad側(cè)的金屬板比Re側(cè)薄，則接合部的Cr部厚度就會變小。
[0249]如圖34 (b)所示，可以知道在接合部的Ad部的厚度中，試驗體H4、H10、H16均為
5.8mm左右，并且比接合前的厚度有所減少。特別是，在觀察試驗體H4、H16時，可以知道厚度有相當程度的減少。
[0250]如圖35 (a)所示，可以知道在接合部的Re部的厚度中，試驗體H10、H16的厚度沒有很大的差異，但試驗體H4的厚度總體上比較大。此外，若將圖34 (b)與圖35 (a)整體對比，則可知Re部的厚度總體上比Ad部的厚度大。
[0251]如圖35 (b)所示，可以知道接合部的平均厚度按試驗體H10、H16、H4的順序增大。
[0252]如圖34、圖35所示，使用試驗體H4、H16，與試驗體10相比，能增大Cr部的厚度。但是，若使用試驗體H4，雖然可增大接合部的厚度，但相應(yīng)地會使軸肩部間的內(nèi)壓變大而使工具壽命降低的可能性提高。因此，通過像試驗體H16這樣，將Ad側(cè)的金屬板的厚度設(shè)定為比Re側(cè)的金屬板的厚度大，不僅能夠使軸肩部間的內(nèi)壓降低，而且能增大接合部的Cr部的厚度。
[0253]<實施例2>
[0254]使用實施方式2的摩擦攪拌裝置I (雙軸肩部攪拌頭型工具5)，進行用于對所要進行摩擦攪拌接合的金屬板(板狀端部)的厚度與金屬板彼此的間隙對接合狀態(tài)帶來怎樣的影響進行調(diào)查的試驗。金屬板彼此的間隙在O~2.0mm之間每次變化0.25_。在試驗中使用的雙軸肩部攪拌頭型工具的軸肩部外徑(軸肩部中的、與金屬板接觸的面的直徑)設(shè)定為10mm，螺紋銷外徑設(shè)定為6mm，軸肩部間的距離設(shè)定為2.8mm。雙軸肩部攪拌頭型工具的轉(zhuǎn)速設(shè)定為2000rpm,移動速度設(shè)定為1000mm/min,旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定為朝右旋轉(zhuǎn)。此外,如實施方式2所記載的，上述雙軸肩部攪拌頭型工具是雙軸肩部攪拌頭型工具的高度位置會隨著金屬板的翹曲而發(fā)生變化的形態(tài)。在進行摩擦攪拌接合后，從X射線穿透試驗和截面微組織來判斷接合質(zhì)量。
[0255]對于所要進行摩擦攪拌接合的金屬板的試驗體(材料A6063 — T5)，使用Ad側(cè)與Rd側(cè)的金屬板厚度相同，但厚度在3.0mm、3.2mm、3.4mm間改變的試驗體。
[0256]圖36是表示在實施例2中，影響接合質(zhì)量的金屬板的厚度與間隙間的關(guān)系的圖，其示出了 Ad側(cè)=Re側(cè)的情況。在圖中，“〇”表示接合狀況良好的情況，“ X ”表示接合狀況不良的情況。
[0257]根據(jù)圖36可知，即使間隙增大，只要金屬板的厚度相對于軸肩部間的距離Z也增大，則仍會有接合狀況良好的情況。但是，可以知道若金屬板的厚度與軸肩部間的距離之間的差超過0.6_ (本實施例中，金屬板的厚度比3.4_大)，則在軸肩部間產(chǎn)生的內(nèi)壓變大，而使工具的壽命顯著下降。
[0258]此外，根據(jù)圖36可知，在軸肩部間的距離Z為2.8mm,金屬板間的間隙為0.75mm以下時，只要金屬板的厚度為3.0~3.4mm,則接合狀況良好。也就是說，可以知道只要將金屬板的厚度T和軸肩部的間距Z設(shè)定成0.2 < T — Z < 0.6mm，則接合狀況良好。若T 一 Z值比0.2小,則塑性流動化的金屬容易從第一軸肩部11及第二軸肩部12溢出，而使接合部的密度降低。藉此，接合缺陷產(chǎn)生的可能性提高。若金屬板間的間隙為0.75mm以下，則因摩擦攪拌接合的摩擦熱而使金屬板的溫度上升，因金屬板膨脹而使間隙消失，因此，可以認為接合狀況大致良好。
[0259]此外，根據(jù)圖36可知，在軸肩部間的距離為2.8mm，金屬板彼此的間隙為大于0.75mm且為1.50mm以下時,只要金屬板的厚度為3.2~3.4mm,則接合狀況良好。也就是說，可以知道只要將金屬板的厚度T和軸肩部的間距Z設(shè)定成0.4≤T 一 Z≤0.6_，則接合狀況良好。若T 一 Z值比0.4mm小,貝U塑性流動化后的金屬容易從第一軸肩部11及第二軸肩部12溢出，而使接合部的密度降低。藉此，接合缺陷產(chǎn)生的可能性提高。
[0260]此外，根據(jù)圖36可知，軸肩部間的距離為2.8mm，金屬板彼此的間隙為大于1.50mm且為1.75mm以下時，只要金屬板的厚度為3.4mm，則接合狀況良好。也就是說，只要將金屬板的厚度T和軸肩 部的間距Z設(shè)定成T 一 Z = 0.6_，則接合狀況良好。
[0261]此外，根據(jù)圖36可知，若間隙為2.0mm，則即使金屬板的厚度為3.4mm也會產(chǎn)生接合不良。
[0262]<工具形狀>
[0263]圖37是表示在實施例1中，將軸肩部間的距離固定為5.8mm時各雙軸肩部攪拌頭型工具的尺寸和接合狀況的表。圖38是表示在實施例2中，將軸肩部間的距離固定為2.8mm時各雙軸肩部攪拌頭型工具的尺寸和接合狀況的表。圖39是表示在參考例中，將軸肩部間的距離固定為11.5mm時各雙軸肩部攪拌頭型工具的尺寸和接合狀況的表。在圖37、圖38、圖39中，示出了抗拉伸力/材料阻力、抗折力/材料阻力、材料保持趨勢。
[0264]抗拉伸力/材料阻力由Y2/ (X2 — Y2)來表示。也就是說，第一軸肩部11的下表面及第二軸肩部12的上表面在摩擦攪拌時因受到塑性流動化后的金屬的按壓，因此，拉伸應(yīng)力作用在螺紋銷13上。因此，抗拉伸力/材料阻力使用將第一軸肩部11的下表面(第二軸肩部12的上表面)的外徑X (軸肩部中的、與金屬板接觸的面的直徑)的平方值減去螺紋銷13的外徑Y(jié)的平方值后得到的值(X2 - Y2)，并將螺紋銷13的外徑Y(jié)的平方值除以上述得到的值后的值來表示。
[0265]抗折力/材料阻力由Y2/YZ來表示。也就是說，在雙軸肩部攪拌頭型工具5使對接部N移動時，作用有與螺紋銷13的軸向垂直的方向的力。因此，抗折力/材料阻力使用將螺紋銷13的外徑的平方值除以螺紋銷13的包括軸在內(nèi)的截面的截面積YZ后的值來表示。
[0266]材料保持趨勢由Χ2/Υ2來表示。也就是說，在摩擦攪拌時，塑性流動化后的金屬被第一軸肩部11的下表面及第二軸肩部12的上表面保持。因此，材料保持趨勢使用將第一軸肩部11 (第二軸肩部12)的外徑X (軸肩部中、與金屬板接觸的面的直徑)的平方值除以螺紋銷13的外徑Y(jié)的平方值后的值來表示。
[0267]在對圖37、圖38、圖39進行分析后，可知若材料保持趨勢(Χ2/Υ2)為2.0以下，則接合缺陷容易產(chǎn)生，若比2.0大，則接合缺陷不會產(chǎn)生。若材料保持趨勢(Χ2/Υ2)為2.0以下，則由于螺紋銷13的外徑Y(jié)相對于第一軸肩部11 (第二軸肩部12)的外徑來說過粗，因此，可以認為對金屬進行按壓的軸肩部的面積變小，因而，無法充分地對被摩擦攪拌后的金屬進行按壓，金屬便會產(chǎn)生毛邊，而從軸肩部的外部溢出。另一方面，若材料保持趨勢(X2/Y2)比2.0大，則相對于螺紋銷13的外徑Y(jié)而言，第一軸肩部11 (第二軸肩部12)的外徑X大，因此，能夠使用兩個軸肩部充分地對塑性化流動后的金屬進行按壓。藉此，可以認為接合缺陷不容易產(chǎn)生。
[0268]此外，在對圖37、圖38、圖39進行分析后，可知若抗拉伸力/材料阻力(Υ2/ (X2 —Y2))為0.2以下，則螺紋銷容易破損。這是由于抗拉伸力/材料阻力(Υ2/(X2 - Y2))為0.2以下時，螺紋銷外徑Y(jié)相對于軸肩部外徑X變小，因此，可以認為在接合時螺紋銷的抗拉伸力相對于在軸向上產(chǎn)生的材料阻力來說不足，而使螺紋銷13容易折斷。若抗張力/材料阻力(Υ2/ (X2 一 Y2))比0.2大，則可以認為螺紋銷外徑Y(jié)相對軸肩部外徑X變大，因此，螺紋銷13不容易折斷。
[0269]此外，在對圖37、圖38、圖39進行分析后，可知若抗折力/材料阻力(Υ2/ΥΖ)為1.2以下，則螺紋銷13容易破損。這是由于在抗折力/材料阻力(Υ2/ΥΖ)為1.2以下時，螺紋銷的外徑Y(jié)相對于軸肩間的距離(螺紋銷的長度)Z來說較小，因此，可以認為在接合時螺紋銷對于沿與工具行進方向相反的方向流動的材料的抗折力不足，而使螺紋銷13容易折斷。若抗折力/材料阻力(Υ2/ΥΖ)大于1.2，則螺紋銷外徑Y(jié)相對于軸肩部間的距離(螺紋銷的長度)Z來說較大，因此，螺紋銷13不容易折斷。
[0270]此外，在對圖37、圖38、圖39進行分析后，可知當抗張力/材料阻力(Υ2/ (X2 一Y2))為0.2以下，或是抗折力/材料阻力(Υ2/ΥΖ)為1.2以下時，螺紋銷會發(fā)生破損。然而，當抗張力/材料阻力(Υ2/ (X2 - Y2))大于0.2且抗折力/材料阻力(Υ2/ΥΖ)大于1.2時，螺紋銷不會破損。因此，可以得到如下結(jié)論:為了防止接合時雙軸肩部攪拌頭型工具的螺紋銷發(fā)生破損，較為理想的是，將螺紋銷的形狀設(shè)計成使軸肩部外徑X、螺紋銷外徑Y(jié)及軸肩部間的距離(螺紋銷的長度)Z同時滿足以下式(I)、( 2 )。
[0271]Y2/ (X2 — Y2) > 0.2............(I)
[0272]Y2/YZ > 1.2.....................(2)
[0273]<實施例3>
[0274]在實施例3中，對雙軸肩部攪拌頭型工具的螺紋銷上刻設(shè)的螺旋槽的比例及螺旋槽的旋轉(zhuǎn)方向?qū)雍虾蟮慕饘侔鍘碓鯓拥挠绊戇M行調(diào)查。參照圖16 (a)，將雙軸肩部攪拌頭型工具的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定成從滑動軸側(cè)觀察為朝右旋轉(zhuǎn)。此外，使右螺紋的上部螺旋槽13a與左螺紋的下部螺旋槽13b的比例改變，來設(shè)定五種條件A~E，并進行摩擦攪拌接合。
[0275]在條件A中，將右螺紋的上部螺旋槽13a與左螺紋的下部螺旋槽13b的比例設(shè)定為O:100 (沒有右螺紋)。
[0276]在條件B中，將右螺紋的上部螺旋槽13a與左螺紋的下部螺旋槽13b的比例設(shè)定為 25:75o[0277]在條件C中，將右螺紋的上部螺旋槽13a與左螺紋的下部螺旋槽13b的比例設(shè)定為 50:50o
[0278]在條件D中，將右螺紋的上部螺旋槽13a與左螺紋的下部螺旋槽13b的比例設(shè)定為 75:25o
[0279]在條件E中，將右螺紋的上部螺旋槽13a與左螺紋的下部螺旋槽13b的比例設(shè)定為100:0 (沒有左螺紋)。
[0280]在實施例3中，準備兩塊板厚T為6.2mm的鋁合金的金屬板(A6063 — T5)，并將兩塊金屬板接合。雙軸肩部攪拌頭型工具5的第一軸肩部11及第二軸肩部12的外徑X (軸肩部中的、與金屬板接觸的面的直徑)設(shè)定為20_，螺紋銷13的外徑Y(jié)設(shè)定為12_，軸肩部間的距離Z設(shè)定為5.8mm。螺旋槽深度設(shè)定為0.81mm。雙軸肩部攪拌頭型工具5的轉(zhuǎn)速設(shè)定為800rpm,接合速度設(shè)定為600mm/min。此外,在各條件中，為了對與對接部N間的關(guān)系進行調(diào)查，將間隙改變?yōu)镺mm、1.25mm、1.50mm、1.75mm、2.0Omm后，進行試驗。
[0281]圖40是表示在實施例3中，螺紋比例對金屬板的高低差帶來的影響(對接部的間隙為Omm)的圖。圖41是表示在實施例3中，螺紋比例對金屬板高低差帶來的影響(對接部的間隙為1.5mm)的圖。高低差是以接合前的金屬板的表面為基準(基準=0)，來表示接合后的各部位的高度位置。在高低差為正值時表示呈凸狀，為負值時表示呈凹狀(凹槽)。
[0282]如圖40所示，使用“▲”表示的表面Sa的Re側(cè)在條件A~E中均表示為正值。也就是說，表面Sa的Re側(cè)始終呈凸狀。
[0283]另一方面，使用“?”表不的表面Sa的Ad側(cè)在條件A中表不為很大的負值。也就是說，在條件A中，表面Sa的Ad側(cè)呈很大的凹狀。此外，在使用“ ?”表示的表面Sa的Ad偵牝隨著右螺紋比例的增大，表面Sa的Ad側(cè)的凹陷逐步減小，在條件E中呈凸狀。
[0284]另一方面，使用“.”表示的背面Sb的Ad側(cè)在條件A中表示為很大的正值。也就是說，在條件A中，背面Sb的Ad側(cè)呈很大的凸狀。此外，在使用“ ”表示的背面Sb的Ad偵牝隨著右螺紋比例的增大，背面Sb的Ad側(cè)的凹陷逐漸增大，在條件D、E中呈凹狀。也就是說，使用“?”表示的表面Sa的Ad側(cè)與使用“.”表示的背面Sb的Ad側(cè)，處于與右螺紋的比例呈相反的關(guān)系。此外，使用“ ? ”表示的表面Sa的Ad側(cè)與使用“ ”表示的背面Sb的Ad側(cè)即使是在條件C (50:50)下，也只是略呈凹狀。[0285]在將圖40及圖41進行對比后，可知即使對接部的間隙為1.5mm，在對接部的間隙為0_時，高低差的趨勢也也幾乎沒有改變?？梢灾缊D41的使用“▲”表示的表面Sa的Re側(cè)及以使用“.”表示的背面Sb的Re側(cè)的值在整體上與圖40相比要小。
[0286]圖42是表示在實施例3中，在對接部的間隙不同的情況下，條件A的金屬板的塑性化區(qū)域的圖。圖43是表示在實施例3中，在對接部的間隙不同的情況下，條件B的金屬板的塑性化區(qū)域的圖。圖44是表示在實施例3中，在對接部的間隙不同的情況下，條件C的金屬板的塑性化區(qū)域的圖。圖45是表示在實施例3中，在對接部的間隙不同的情況下，條件D的金屬板的塑性化區(qū)域的圖。圖46是表示在實施例3中，在對接部的間隙不同的情況下，條件E的金屬板的塑性化區(qū)域的圖。圖42~圖46中的各圖的左欄表示進行了塑性化區(qū)域W的微組織觀察的剖視圖，中欄表示塑性化區(qū)域W的表面(裝飾面)Sa側(cè)的俯視圖，右欄表示塑性化區(qū)域W的背面Sb側(cè)的俯視圖。
[0287]如圖42的左欄所示，在條件A的情況下，在表面(裝飾面)Sa側(cè)形成有很大的凹槽V，但在背面Sb側(cè)沒有形成凹槽V。在對接部的間隙為1.75mm、2.0Omm時，表面Sa側(cè)形成接合缺陷Q。塑性化區(qū)域W朝向背面Sb逐漸擴張。塑性化區(qū)域W的紋路是左右非對稱的。塑性化區(qū)域W的Ad側(cè)的紋路比Re側(cè)的紋路更深。此外，在圖42中，金屬板的背面Sb側(cè)的毛邊P比表面Sa側(cè)的毛邊P少。
[0288]如圖43的左欄所示，在條件B的情況下，在表面(裝飾面)Sa側(cè)形成有比條件A小的凹槽V，但在背面Sb側(cè)沒有凹槽V。在對接部的間隙為2.0Omm時，在金屬板的內(nèi)部形成接合缺陷Q。塑性化區(qū)域W的紋路是左右非對稱的。塑性化區(qū)域W的Ad側(cè)的紋路比Re側(cè)的紋路更深。在將圖43的條件B的背面Sb與圖42的條件A的背面Sb進行對比后，條件B的毛邊P產(chǎn)生得較 多，而使表面粗糙。
[0289]如圖44的左欄所示，在條件C的情況下，在表面(裝飾面)Sa側(cè)形成有較小的凹槽V，在背面Sb側(cè)也形成有較小的凹槽V。在對接部的間隙為2.0Omm時，在金屬板的內(nèi)部形成接合缺陷Q。塑性化區(qū)域W的上下的紋路大致對稱，且左右的紋路大致對稱。在將圖44的條件C的表面Sa與圖43的條件B的表面Sa進行對比后，在條件C的表面Sa上幾乎沒有毛邊。此外，在條件C的背面Sb上，Re側(cè)的毛邊P比Ad側(cè)的毛邊P產(chǎn)生得多。
[0290]如圖45的左欄所示，在條件D的情況下，在表面(裝飾面)Sa側(cè)沒有形成凹槽V，而在背面Sb側(cè)形成較小的凹槽V。在對接部的間隙為2.0Omm時，在金屬板的內(nèi)部形成接合缺陷Q。此外，背面Sb的毛邊P比表面Sa的毛邊P產(chǎn)生得多。
[0291]如圖46的左欄所示，在條件E的情況下，在表面(裝飾面)Sa側(cè)沒有形成凹槽V，而在背面Sb側(cè)形成很大的凹槽V。在對接部的間隙為1.75mm、2.0Omm時,在金屬板的內(nèi)部形成接合缺陷Q。塑性化區(qū)域W朝向背面Sb逐漸變窄。在背面Sb產(chǎn)生許多的毛邊P，而在表面Sa則沒有產(chǎn)生毛邊P。
[0292]圖47是將實施例3的結(jié)果匯總后的表。各要素的符號直接參照實施方式2的符號。如圖47的條件A的示意圖所示，若在100%的范圍內(nèi)設(shè)置朝右旋轉(zhuǎn)的左螺紋，則流動化的金屬會被螺旋槽引導，而朝背面Sb側(cè)移動。因上述金屬的移動，使得雙軸肩部攪拌頭型工具5的第二軸肩部12受到按壓，雙軸肩部攪拌頭型工具5相對于金屬板朝與滑動軸4相反的一側(cè)(背面Sb側(cè))移動。藉此，由于雙軸肩部攪拌頭型工具5會過深地進入表面(裝飾面)Sa側(cè)，因此，在表面Sa側(cè)形成很大的凹槽V。[0293]另一方面，如圖47的條件B?E所示，在設(shè)置25%以上比例的右螺紋部分來作為上部螺旋槽13a的情況下，因由右螺紋的螺旋槽引起的金屬移動，就會使雙軸肩部攪拌頭型工具5被朝滑動軸4側(cè)(上方)按壓，從而能夠防止雙軸肩部攪拌頭型工具過深地進入金屬板的表面Sa (裝飾面)。藉此，能防止在表面Sa (裝飾面)產(chǎn)生凹槽V，或是即使形成有凹槽也能減小凹槽的深度。因此，能夠減少用于使接合后的金屬板表面Sa平滑的的精加工處理的耗時。但是，當在條件B、條件C中對接部的間隙為2.0Omm時，以及當在條件D、條件E中對接部的間隙為1.75mm或2.0Omm時，由于產(chǎn)生了接合缺陷Q，因此不適合?？梢哉J為這是由于若對接部的間隙大就會導致接合部分的金屬材料減少的緣故。
[0294]另外，例如像條件E這樣，在以100 %的比例刻設(shè)朝右旋轉(zhuǎn)的右螺紋時，雙軸肩部攪拌頭型工具5相對于板狀端部102朝上方移動，第一軸肩部11的下表面的高度位置位于板狀端部102在摩擦攪拌前的表面(裝飾面)Sa的上方，在第一軸肩部11的下表面的高度位置與板狀端部102在摩擦攪拌前的表面Sa之間的間隙較大的情況下，金屬的按壓便不夠充分，但是在第一軸肩部11的下表面的高度位置與板狀端部102在摩擦攪拌前的表面Sa之間的間隙微小的情況下，能夠充分地按壓金屬。
[0295]此外，在第一軸肩部11的下表面的高度位置與板狀端部102在摩擦攪拌前的表面Sa之間的間隙微小的情況下，塑性化區(qū)域W僅比摩擦攪拌前的表面Sa突出些許。但是，將板狀端部102的表面Sa變得平滑的處理由于只需要與摩擦攪拌前的表面Sa的高度對齊并將突出的部分切削即可，因此，精加工處理變得容易。
[0296]在上述實施方式2中，上部螺旋槽13a和下部螺旋槽13b相對于軸肩部間的距離Z以50:50的比例形成，但在將裝飾面設(shè)為表面Sa，且使雙軸肩部攪拌頭型工具5朝右旋轉(zhuǎn)的情況下，較為理想的是，使第一軸肩部11側(cè)的右螺紋的上部螺旋槽13a和第二軸肩部12側(cè)的左螺紋的下部螺旋槽13b相對于軸肩部間的距離Z以25:75?100:0的比例形成。也就是說，也可以將右螺紋的上部螺旋槽13a形成為在第一軸肩部11側(cè)相對于軸肩部間的距離Z形成為25%以上的部分，并將上部螺旋槽13a以外的部分全部作為左螺紋的下部螺旋槽13b。在使雙軸肩部攪拌頭型工具5朝右旋轉(zhuǎn)的情況下，也可以不設(shè)置左螺紋，而在螺紋銷13的軸向的全長上設(shè)置右螺紋。
[0297]此外，在實施例3中，雖將表面Sa側(cè)設(shè)定為裝飾面，但也可以將背面Sb側(cè)設(shè)定為裝飾面。在這種情況下，參照圖47，通過將雙軸肩部攪拌頭型工具5的旋轉(zhuǎn)方向、螺旋槽的卷繞方向按照條件A、B、C、D設(shè)定，藉此，能防止背面Sb (裝飾面)側(cè)產(chǎn)生凹槽V，或是即使形成有凹槽V也能減小凹槽V的深度。
[0298]也就是說，在使雙軸肩部攪拌頭型工具5朝右旋轉(zhuǎn)的同時將背面?zhèn)萐b設(shè)定為裝飾面的情況下，較為理想的是，包括:對接工序，在該對接工序中，使金屬板的端面彼此對接；以及接合工序，在該接合工序中，在使第二軸肩部12與金屬板的裝飾面相對，且使螺紋銷13的軸向中心與金屬板的板厚方向中心對準后，使朝右旋轉(zhuǎn)的雙軸肩部攪拌頭型工具5的螺紋銷13移動到對接部N，來進行摩擦攪拌接合，將軸肩部間的距離Z設(shè)定為金屬板的板厚以下，且在螺紋銷13的外周面的第二軸肩部12側(cè)形成左螺紋的螺旋槽，并使上述左螺紋的螺旋槽相對于軸肩部間的距離Z以25%以上的比例形成。
[0299]根據(jù)上述接合方法，第二軸肩部12側(cè)的左螺紋以25%以上的比例形成，因此，因由左螺紋的螺旋槽引起的金屬移動，便會使雙軸肩部攪拌頭型工具5朝與滑動軸4相反一偵儀下方)按壓，從而能夠防止雙軸肩部攪拌頭型工具5過深地進入金屬板的背面(裝飾面)Sb。藉此，能夠防止在裝飾面產(chǎn)生凹槽，或是即使形成有凹槽也能減小凹槽的深度。
[0300]圖48是使雙軸肩部攪拌頭型工具朝左旋轉(zhuǎn)時的情況匯總后的圖。
[0301 ] 在條件F中，將左螺紋的上部螺旋槽13a與右螺紋的下部螺旋槽13b的比例設(shè)定為O:100 (沒有左螺紋)。
[0302]在條件G中，將左螺紋的上部螺旋槽13a與右螺紋的下部螺旋槽13b的比例設(shè)定為 25:75o
[0303]在條件H中，將左螺紋的上部螺旋槽13a與右螺紋的下部螺旋槽13b的比例設(shè)定為 50:50o
[0304]在條件I中，將左螺紋的上部螺旋槽13a與右螺紋的下部螺旋槽13b的比例設(shè)定為 75:25o
[0305]在條件J中，將左螺紋的上部螺旋槽13a與右螺紋的下部螺旋槽13b的比例設(shè)定為100:0 (沒有右螺紋)。
[0306]如實施方式3所示，在朝左旋轉(zhuǎn)時，使用在上部螺旋槽13a設(shè)有左螺紋、在下部螺旋槽13b設(shè)有右螺紋的雙軸肩部攪拌頭型工具5A。在使雙軸肩部攪拌頭型工具5A朝左旋轉(zhuǎn)時，由于與實施方式2的雙軸肩部攪拌頭型工具5的螺紋的卷繞方向不同，因此，在結(jié)果上會表現(xiàn)出與實施例3相同的作用效果。也就是說，如條件G?條件J所示，因摩擦攪拌而流動化后的金屬會被螺紋銷13的左螺紋的上部螺旋槽13a引導后，朝第一軸肩部11側(cè)移動，并被螺紋銷13的右螺紋的上部螺旋槽13b引導后，朝第二軸肩部12側(cè)移動。由于左螺紋以25%以上的比例形成，因此，因由左螺紋的螺旋槽引起的金屬移動，使得雙軸肩部攪拌頭型工具5A被朝滑動軸4側(cè)(上方)按壓，從而能夠防止雙軸肩部攪拌頭型工具5A過深地進入金屬板的表面(裝飾面)Sa。藉此，能防止在表面(裝飾面)Sa產(chǎn)生凹槽V，或是即使形成有凹槽V也能減小凹槽V的深度。藉此，能夠減少用于使接合后的金屬板的表面Sa變得平滑的精加工處理的耗時。
[0307]另外，例如像條件J這樣，在以100%的比例刻設(shè)朝左旋轉(zhuǎn)的左螺紋時，雙軸肩部攪拌頭型工具5相對于板狀端部102朝上方移動，而使第一軸肩部11的下表面的高度位置位于板狀端部102在摩擦攪拌前的表面Sa的上方，在第一軸肩部11的下表面的高度位置與板狀端部102在摩擦攪拌前的表面Sa之間的間隙較大的情況下，金屬的按壓便會不夠充分，但是在第一軸肩部11的下表面的高度位置與板狀端部102在摩擦攪拌前的表面Sa之間的間隙微小的情況下，就能充分地對金屬進行按壓。
[0308]在第一軸肩部11的下表面的高度位置與板狀端部102在摩擦攪拌前的表面Sa之間的間隙微小的情況下，塑性化區(qū)域W僅比摩擦攪拌前的表面Sa突出些許。但是，將板狀端部102的表面Sa變得平滑的處理由于只需要與摩擦攪拌前的表面Sa的高度對齊并將突出的部分切削即可，因此，精加工處理變得容易。
[0309]在上述實施方式3中，上部螺旋槽13a和下部螺旋槽13b相對于軸肩部間的距離Z以50:50的比例形成，但在將裝飾面設(shè)為表面Sa，且使雙軸肩部攪拌頭型工具5朝左旋轉(zhuǎn)的情況下，較為理想的是，第一軸肩部11側(cè)的左螺紋的上部螺旋槽13a和第二軸肩部12側(cè)的右螺紋的下部螺旋槽13b相對于軸肩部間的距離Z以25:75?100:0的比例形成。也就是說，也可以將左螺紋上部螺旋槽13a形成為在第一軸肩部11側(cè)，相對于軸肩部間的距離Z形成為25%以上的部分，而使上部螺旋槽13a以外的部分全部作為右螺紋的下部螺旋槽13b。在使雙軸肩部攪拌頭型工具5朝左旋轉(zhuǎn)的情況下，也可以不設(shè)置右螺紋，在螺紋銷13的軸向的整個全長設(shè)置左螺紋。
[0310]另外，雖然將表面Sa側(cè)設(shè)定為裝飾面，但也可以將背面S側(cè)設(shè)定為裝飾面。在這種情況下，參照圖48，通過將雙軸肩部攪拌頭型工具5的旋轉(zhuǎn)方向、螺旋槽的卷繞方向按條件F、G、H、I設(shè)定，藉此，能防止在背面Sb (裝飾面)側(cè)產(chǎn)生凹槽V，或是即使形成有凹槽V也能減小凹槽V的深度。
[0311]也就是說，在使雙軸肩部攪拌頭型工具5朝左旋轉(zhuǎn)并將背面Sb側(cè)設(shè)定為裝飾面的情況下，較為理想的是，包括:對接工序，在該對接工序中，使金屬板的端面彼此對接；以及接合工序，在該接合工序中，在使第二軸肩部12與金屬板的裝飾面相對，且將螺紋銷13的軸向中心與金屬板的板厚方向中心對準后，使朝左旋轉(zhuǎn)的雙軸肩部攪拌頭型工具5A的螺紋銷13移動到對接部N，來進行摩擦攪拌接合，將軸肩部間的距離Z設(shè)定為金屬板的板厚以下，且在螺紋銷13的外周面的第二軸肩部12側(cè)形成右螺紋的螺旋槽，并使上述右螺紋的螺旋槽相對于軸肩部間的距離Z以25%以上的比例形成。
[0312]根據(jù)以上的接合方法，第二軸肩部12側(cè)的右螺紋以25%以上的比例形成，因此，因由右螺紋的螺旋槽引起的金屬移動，使得雙軸肩部攪拌頭型工具5A被朝與滑動軸4的相反側(cè)(下方)按壓，從而能夠防止雙軸肩部攪拌頭型工具5A過深地進入金屬板的背面(裝飾面)Sb。藉此，能夠防止在背面(裝飾面)產(chǎn)生凹槽，或是即使形成凹槽也能減小凹槽的深度。
[0313]〈實施例4>
[0314]接著，對本發(fā)明的實施例4進行說明。圖49是表示實施例4的卡合形態(tài)或?qū)有螒B(tài)的主視圖，其中，圖49 (a)表示類型I，圖49 (b)表示類型II，圖49 (c)表示類型III。在實施例4中，準備三種待試驗體，僅對類型1、類型II及類型III的部分分別進行摩擦攪拌接合，并對接合后各自的角變形進行調(diào)查。
[0315]類型I?III是由鋁合金6N01 — T5材料構(gòu)成的雙層面板201A、201B，參照圖20及圖49，設(shè)定成使外板厚壁部(第一外板厚壁部211、第二外板厚壁部221)的板厚a = 3_、覆蓋部(覆蓋部213、223、232、242)的厚度b = 0.5mm、從支承板204到第一端面33的長度c及從支承板204到第二端面43的長度c = 15mm、從外板202的上表面到內(nèi)板203的下表面的長度d = 30mm、左右寬度尺寸e = 200mm、延長尺寸為5000mm。
[0316]參照圖23，雙軸肩部攪拌頭型工具265設(shè)定成使第一軸肩部252的下端面252c的直徑a 2 = 10mm、第二軸肩部253的上端面253c的直徑β 2 = 10mm、第二軸肩部253的直徑β I = 15mm、螺紋銷254的外徑U = 6mm。從第一軸肩部252到第二軸肩部253的長度(螺紋銷254的露出部分的長度)設(shè)定為2.9mm。形成于第一軸肩部252的下端面252c的凹陷部(未圖示)的形狀從俯視觀察呈渦旋狀，凹陷部的深度設(shè)定為0.3mm，凹陷部的間距設(shè)定為1.2mm。雙軸肩部攪拌頭型工具265設(shè)定成朝右旋轉(zhuǎn)，類型I?III均從圖49 Ca)?圖49 (c)的紙面外側(cè)朝背面?zhèn)纫苿?。雙軸肩部攪拌頭型工具265的轉(zhuǎn)速設(shè)定為2000rpm，移動速度設(shè)定為1000mm/min。
[0317]在類型I中，如圖49 Ca)所示，在雙軸肩部攪拌頭型工具265的行進方向的左側(cè)配置雙層面板201A，在右側(cè)配置雙層面板201B，并使第一鉤部212A與第二鉤部222B卡合。
[0318]在類型II中，如圖49 (b)所示，在雙軸肩部攪拌頭型工具265的行進方向的右側(cè)配置雙層面板201A，在左側(cè)配置雙層面板201B，并使第一鉤部212A與第二鉤部222B卡合。
[0319]在類型III中，如圖49 (C)所示，在雙軸肩部攪拌頭型工具265的行進方向的左側(cè)配置雙層面板201A，在右側(cè)配置雙層面板201B，并使第一端面233A與第二端面243B對接。
[0320]圖50是表示類型I的角變形結(jié)果的圖。圖51是表示類型II的角變形結(jié)果的圖。圖52是表示類型III的角變形結(jié)果的圖。橫軸表示被接合的各待試驗體距左側(cè)端的在寬度方向上的長度。寬度方向=200mm是表示中心線Cl的位置。縱軸表示各待試驗體的距任意的基準點的、接合后高度。對各待試驗體的距前端朝延伸方向的距離為50mm、200mm、400mm、600mm、800mm、950mm的各處的高度進行計算。
[0321]如圖50、51所示，在類型1、類型II中，在寬度方向=180mm的位置處的高度最高，在寬度方向=210mm的位置處的高度最低。也就是說，接合部分形成小小的凹入形狀。此夕卜，在寬度方向=180mm?210mm的位置處的高低差上，類型II比類型I大。此外，在從寬度方向=210mm的位置到待試驗體的右端的高低差上，類型II也比類型I大。也就是說，可以知道類型II的角變形在整體上比類型I的角變形大。
[0322]可以認為這是由于如圖49 (a)及圖49 (b)所示，雙層面板201A、201B受到雙軸肩部攪拌頭型工具265的力方向和雙層面板201A、201B的卡合形態(tài)的不同所引起的。可以想到在使本實施方式的雙軸肩部攪拌頭型工具265 (螺紋銷254的螺旋槽255為左螺紋)朝右旋轉(zhuǎn)，而從圖49的紙面外側(cè)往背面?zhèn)纫苿訒r，作用有應(yīng)力F1。
[0323]因此，若是圖49 (b)所示的類型II，則由于卡合部M的傾斜面Ma的傾斜方向與應(yīng)力Fl的作用方向大致平行，且應(yīng)力Fl相對于中心線Cl的輸入位置與傾斜面Ma位于同一偵牝因此，雙層面板201B容易朝右斜下方移動，從而使接合中雙層面板201A、201B分開的可能性提聞。
[0324]另一方面，若是圖49 (a)所示的類型I，則由于卡合部M的傾斜面Ma的傾斜方向與應(yīng)力Fl的作用方向相交，且應(yīng)力Fl相對于中心線Cl的輸入位置與傾斜面Ma位于相反偵牝因此，能夠有效地防止接合中雙層面板201A、201B分開。
[0325]另外，如圖52所示，在類型III中，在寬度方向為180mm的位置處與在寬度方向為210mm的位置處的高度大致相同。也就是說，與左右端相比，接合部分最高，從正面觀察呈山型。此外，類型III的高低差也比類型1、II的高低差大。假設(shè)配置多塊(例如五塊)雙層面板，并像類型III這樣從對接部N側(cè)開始摩擦攪拌接合，則可以認為接合后的雙層面板整體的角變形量會增大。因此，從接合強度的觀點來看，無論先對卡合部M和對接部N中的哪一個進行接合均沒有問題，但若考慮角變形量的話，較為理想的是，先從卡合部M側(cè)進行摩擦攪拌接合。
[0326]圖53是將雙軸肩部攪拌頭型工具的旋轉(zhuǎn)方向、螺旋槽的卷繞方向、卡合形態(tài)匯總后的表。在圖53中，示出了四種類型的優(yōu)選條件I?4。如條件1(與本實施方式同)所示，在使螺旋槽為左螺紋的雙軸肩部攪拌頭型工具265朝右旋轉(zhuǎn)，并從圖53的紙面外側(cè)朝背面?zhèn)纫苿拥那闆r下，卡合形態(tài)優(yōu)選選擇類型I。
[0327]也就是說，在條件I中，由于使雙軸肩部攪拌頭型工具265朝右旋轉(zhuǎn)，因此，作用有相對于中心線Cl從左側(cè)朝右側(cè)的方向的分力，并且塑性化流動后的金屬會被螺旋槽引導，而從上朝下移動。因此，在條件I中，如卡合形態(tài)所示這樣作用有應(yīng)力F1。因而，在類型I中，通過以與應(yīng)力Fl相對的方式設(shè)置第二鉤部212B及卡合部M的傾斜面Ma，從而能防止接合中雙層面板201A、201B分開。
[0328]此外，如條件2所示，在使螺旋槽為右螺紋的雙軸肩部攪拌頭型工具265朝左旋轉(zhuǎn)，并從圖53的紙面外側(cè)朝背面?zhèn)纫苿拥那闆r下，卡合形態(tài)優(yōu)選選擇類型II。
[0329]也就是說，在條件2中，由于使雙軸肩部攪拌頭型工具265朝左旋轉(zhuǎn)，因此，作用有相對于中心線Cl從右側(cè)朝左側(cè)的方向的分力，并且塑性化流動后的金屬會被螺旋槽引導，而從上朝下移動。因此，在條件2中，如卡合形態(tài)所示這樣作用有應(yīng)力F2。因而，在類型II中，通過以與應(yīng)力F2相對的方式設(shè)置第二鉤部212B及卡合部M的傾斜面Ma，從而能防止接合中雙層面板201A、201B分開。
[0330]同樣地，如條件3所示，在使螺旋槽為右螺紋的雙軸肩部攪拌頭型工具265朝右旋轉(zhuǎn)，并從圖53的紙面外側(cè)朝背面?zhèn)纫苿拥那闆r下，卡合形態(tài)優(yōu)選選擇類型IV。
[0331]同樣地，如條件4所示，在使螺旋槽為左螺紋的雙軸肩部攪拌頭型工具265朝左旋轉(zhuǎn)，并從圖53的紙面外側(cè)朝背面?zhèn)纫苿拥那闆r下，卡合形態(tài)優(yōu)選選擇類型V。
[0332]即使在條件3、條件4的情況下，通過以與應(yīng)力F3、F4相對的方式設(shè)置卡合面M的傾斜面Ma’及第二鉤部212B’，從而能防止接合中雙層面板201A’、201B’分開。
[0333]此外，在條件1、條件2中，較為理想的是，在第一軸肩部252側(cè)設(shè)置覆蓋部，在條件3、4中，較為理想的是，在第二軸肩部253側(cè)設(shè)置覆蓋部。藉此，能夠?qū)⒔饘傺a充到因摩擦攪拌而使金屬不足的一側(cè)，因此，能夠補充金屬不足。
[0334]<實施例5>
[0335]在實施例5，使用五塊與實施例4不同尺寸的雙層面板來進行摩擦攪拌接合。若參照圖20，實施例5的雙層面板設(shè)定成使外部厚壁部的板厚a = 4.0mm、覆蓋部的厚度b =
0.5mm、左右寬度尺寸e = 400mm、延長尺寸為12500mm。
[0336]若參照圖23，雙軸肩部攪拌頭型工具設(shè)定成使第一軸肩部252的下端面252c的直徑a 2 = 15mm、第二軸肩部253的直徑β I = 18mm、第二軸肩部253的上端面253c的直徑β 2 = 15_、螺紋銷254的外徑U = 9_。從第一軸肩部252到第二軸肩部253的長度(螺紋銷254的露出部分的長度)設(shè)定為3.7mm。此外，將雙軸肩部攪拌頭型工具的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定為lOOOrpm。此外，將雙軸肩部攪拌頭型工具的移動速度設(shè)定成在卡合部M側(cè)為1000mm/min、在對接部1^側(cè)為1500mm/min。
[0337]在實施例5中，將一方的雙層面板放置在桌面,將另一方的雙層面板從上方放下，來進行卡合及對接。通過相同的作業(yè)將五塊雙層面板無間隙地卡合后，固定組裝體使其不能自由移動。并使用以1.5m間隔配置在延長方向上的橫向壓鉗來進行按壓，以使組裝體不會浮動。此外，將組裝體的四個角落簡單地夾住。接著，從一端開始依次進行摩擦攪拌接合。
[0338]即使在實施例5的條件下，也能制造出沒有接合不良的表面件。在此，一般來說，在對金屬構(gòu)件進行摩擦攪拌接合時，有時會因熱收縮而使接合后的金屬構(gòu)件發(fā)生翹曲。假設(shè)在金屬構(gòu)件的表面、背面進行摩擦攪拌接合的情況下，在以相同條件的旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)速度、移動速度及移動長度，對金屬構(gòu)件的表面進行摩擦攪拌接合后，對背面?zhèn)冗M行摩擦攪拌接合，則金屬構(gòu)件的背面?zhèn)瓤赡苈N曲成凹狀。
[0339]這是由于在對表面?zhèn)冗M行摩擦攪拌接合后，因熱收縮會使金屬構(gòu)件在表面?zhèn)刃纬砂紶?，因此，將金屬?gòu)件翻過來放在平坦的桌面時，就可使桌面與金屬構(gòu)件之間的間隙變大。在這種狀態(tài)下，若對背面?zhèn)冗M行摩擦攪拌接合，則由摩擦攪拌產(chǎn)生的熱便不容易散逸至桌面，因此，使金屬構(gòu)件上殘留的熱量增大。其結(jié)果是，由于殘留于金屬構(gòu)件的熱的共同作用，使得背面?zhèn)却蠓芈N曲成凹狀。
[0340]因此，只要像實施例5這樣，將對接部N側(cè)的雙軸肩部攪拌頭型工具移動速速度設(shè)定成比卡合部M的雙軸肩部攪拌頭型工具移動速速度快，就能防止接合時進入對接部的熱量。藉此，能夠防止接合后的雙層面板翹曲。
[0341]〈實施例6>
[0342]在實施例6中，為了對板狀端部的板厚與長度間的關(guān)系進行調(diào)查而進行了試驗。如圖54 (a)所示，將兩塊截面呈-字狀的相同形狀的待試驗體401、301對接，并對對接部N進行摩擦攪拌接合。各待試驗體401包括支承構(gòu)件402、從支承構(gòu)件垂直地延伸設(shè)置的板狀端部403。
[0343]待試驗體401的高度設(shè)定為30mm，延長尺寸設(shè)定為500mm。如圖54(a)、圖54(b)所示，將板狀端部403的板厚a及從支承構(gòu)件402到板狀端部403的前端的長度c作為參數(shù)，在各條件下進行摩擦攪拌接合。在圖54 (b)中，將實施例6的各條件和接合質(zhì)量匯總成表。雙軸肩部攪拌頭型工具的尺寸如圖54 (b)的表所示。
[0344]如圖54 (b)所示，在板厚a = 3mm、從支承構(gòu)件402到板狀端部403的前端的長度c = 50mm時,會產(chǎn)生接合不良。此外，在板厚a = 6mm的情況下，當長度c = 70mm、80mm會產(chǎn)生接合不良。在板厚a = 12mm的情況下，當長度c = 120_時會產(chǎn)生接合不良。也就是說，若板狀端部403的長度相對于支承構(gòu)件402過長，則板狀端部403的前端側(cè)容易變形，因此容易導致接合不良。
[0345]圖55是表不實施例6的相關(guān)關(guān)系的圖。圖55的橫軸表不板厚a,縱軸表不從支承構(gòu)件402到板狀端部403的前端的長度C。從該圖可知，較為理想的是，將從支承構(gòu)件到前端的長度c設(shè)定成滿足c < 7.0X板厚a+18.5mm的條件。只要在這種條件下，就能夠抑制板狀端部403的變形，因此，不容易產(chǎn)生接合不良。
[0346](符號說明)
[0347]I摩擦攪拌裝置
[0348]Ia夾頭部
[0349]2旋轉(zhuǎn)工具單元
[0350]3保持件
[0351]4滑動軸
[0352]5雙軸肩部攪拌頭型工具
[0353]11第一軸肩部
[0354]12第二軸肩部
[0355]13a上部螺旋槽
[0356]13b下部螺旋槽
[0357]100A中空型材
[0358]100B中空型材
[0359]N對接部
[0360]T金屬板的厚度[0361]W塑性化區(qū)域(接合部)
[0362]Z軸肩部間的距離
【權(quán)利要求】
1.一種摩擦攪拌接合方法，使用旋轉(zhuǎn)工具單元，來對一對金屬板進行接合，其中，所述旋轉(zhuǎn)工具單元具有: 圓筒狀的保持件，該圓筒狀的保持件固定于摩擦攪拌裝置的夾頭部； 滑動軸，該滑動軸能夠插通到所述保持件的內(nèi)部，并與所述保持件一體地旋轉(zhuǎn)；以及雙軸肩部攪拌頭型工具，該雙軸肩部攪拌頭型工具由第一軸肩部、第二軸肩部及在所述第一軸肩部與所述第二軸肩部之間形成的螺紋銷構(gòu)成， 所述第一軸肩部包括大徑部、錐部和下端面，所述錐部朝向下方逐漸縮徑， 所述第二軸肩部包括大徑部、錐部和上端面，所述錐部朝向上方逐漸縮徑， 所述第一軸肩部固定在所述滑動軸的前端， 所述滑動軸相對于所述保持件在軸向上滑動， 其特征在于， 所述摩擦攪拌接合方法具有: 對接工序，在該對接工序中，使所述金屬板的端面彼此對接；以及接合工序，在該接合工序中，使旋轉(zhuǎn)的所述雙軸肩部攪拌頭型工具的螺紋銷移動到將所述端面彼此對接后 形成的對接部，來將所述端面彼此進行摩擦攪拌接合， 在所述接合工序中，預(yù)先將第一軸肩部與第二軸肩部間的距離設(shè)定為所述金屬板的厚度以下，當因摩擦攪拌而使所述金屬板變形，來使所述金屬板的位置沿所述雙軸肩部攪拌頭型工具的軸向移位時，所述雙軸肩部攪拌頭型工具隨著所述金屬板的移位而沿軸向移動。
2.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于， 在將所述軸肩中的、與所述金屬板接觸的面的直徑設(shè)定X(mm)、將所述螺紋銷的外徑設(shè)為Y (mm)、將所述軸肩部間的距離設(shè)為Z (mm)時，X、Y、Z滿足下式(I)、(2)，
Y2/ (X2 - Y2) > 0.2......(I) Y2/ (YZ) > 1.2.........(2)。
3.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于， 在將所述端面彼此間的間隙設(shè)定為1.0Omm以下時， 將所述金屬板的厚度與所述軸肩部間的距離設(shè)定成滿足0.2mm < {(金屬板的厚度)一(軸肩部間的距離)} ( 0.8mm。
4.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于， 在將所述端面彼此間的間隙設(shè)定為大于1.0Omm且為1.75mm以下時， 將所述金屬板的厚度與所述軸肩部間的距離設(shè)定成滿足0.4mm < {(金屬板的厚度)一(軸肩部間的距離)} ( 0.8mm。
5.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于， 在將所述軸肩中的、與所述金屬板接觸的面的直徑設(shè)定X(mm)、將所述螺紋銷的外徑設(shè)為Y (mm)時，X、Y滿足下式(3)，
X2ZY2 > 2.0......(3)。
6.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于， 在所述接合工序中，在對接后的部分的所述金屬板的厚度不同的情況下，當將所述金屬板的厚度較大的所述金屬板相對于所述雙軸肩部攪拌頭型工具的行進方向配置在左側(cè)時，使所述雙軸肩部攪拌頭型工具朝右旋轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于， 在所述接合工序中，在對接后的部分的所述金屬板的厚度不同的情況下，當將所述金屬板的厚度較大的所述金屬板相對于所述雙軸肩部攪拌頭型工具的行進方向配置在右側(cè)時，使所述雙軸肩部攪拌頭型工具朝左旋轉(zhuǎn)。
【文檔編號】B23K20/12GK103909343SQ201410136875
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月19日
【發(fā)明者】堀久司, 瀨尾伸城 申請人:日本輕金屬株式會社, 焊接研究院