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
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]专利文献I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。
[0006]以往技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本专利公开2004-243375号公报
[0009]发明的概要
[0010]发明要解决的技术课题
[0011]然而，专利文献I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。
[0012]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。
[0013]用于解决技术课题的手段
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]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