JP2000343244A - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents

摩擦攪拌接合方法

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JP2000343244A JP11149138A JP14913899A JP2000343244A JP 2000343244 A JP2000343244 A JP 2000343244A JP 11149138 A JP11149138 A JP 11149138A JP 14913899 A JP14913899 A JP 14913899A JP 2000343244 A JP2000343244 A JP 2000343244A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 摩擦攪拌接合において、良好な接合面を得る
方法を提供する。 【解決手段】 本発明の摩擦攪拌接合方法は、端部に凸
部22,32を有する2つの部材20,30の凸部2
2,32同士を突合せ、前記凸部側から前記部材に挿入
した回転工具10によって摩擦攪拌接合し、前記回転工
具10は回転工具の先端の小径部14が移動方向におい
て前記回転工具の大径部よりも前方に位置するように傾
斜しており、かつ、前記凸部に挿入した前記大径部であ
って最も深い位置は前記凸部22,32の頂と該凸部を
除いた前記部材20,30の外面との間に位置してお
り、前記回転工具の回転による前記摩擦攪拌接合の際、
前記回転工具の大径部の半径方向に突出して設けたカッ
ター14によって、前記凸部の頂と該凸部を除いた前記
部材の外面との間の前記凸部を切削する手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は摩擦攪拌接合方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】端部に凸部(突部)を有する2つの被接
合部材を突き合わせ、凸部側から回転工具を挿入して摩
擦攪拌接合を行っている。これは2つの部材の間に隙間
がある場合等の減肉を補填するためである。接合後、凸
部が不要な場合は凸部を切削して除去し、部材の外面を
平滑にする。これは特開平09−309164号公報
(EP0797043A2)に示されている。
【0003】また、回転工具の半径方向にカッターを設
けたものがある。回転工具は大径部とその先端側に設け
た小径部とからなる。小径部は接合部内に入り、大径部
と小径部との境は被接合部材に接する。カッターは前記
境よりも小径部側に突出している。このカッターは摩擦
攪拌接合によって生じたバリを切削するものと考えられ
る。これは特開平10−71477号公報(USP57
94835)に示されている。また、回転工具とカッタ
ーを分け、カッターにエンドミルを使用するものがあ
る。これは特開平10−175089に示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】端部に凸部を有する被
接合部材を摩擦攪拌接合すると、接合部にバリが発生す
る。また、凸部が残る。この凸部側を構造物の外面にす
る場合には、この凸部を切削して除く必要がある。そこ
で、回転工具にカッターを付け、接合しながら余分な凸
部とバリを切削することが考えられる。本発明の目的
は、良好な構造体を得る方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した目的は、端部に
凸部を有する2つの部材の凸部同士を突合せ、前記凸部
側から前記部材に挿入した回転工具によって摩擦攪拌接
合し、前記回転工具は回転工具の先端の小径部が移動方
向において前記回転工具の大径部よりも前方に位置する
ように傾斜しており、かつ、前記凸部に挿入した前記大
径部であって最も深い位置は前記凸部の頂と該凸部を除
いた前記部材の外面との間に位置しており、前記回転工
具の回転による前記摩擦攪拌接合の際、前記回転工具の
大径部の半径方向に突出して設けたカッターによって、
前記凸部の頂と該凸部を除いた前記部材の外面との間の
前記凸部を切削すること、により達成される。
【0006】
【発明の実施の形態】図1は、本発明を実施する摩擦攪
拌接合装置の側面図である。全体を符号1で示す摩擦攪
拌接合装置は、接合される2つの部材20,30が載置
されるテーブル5を有し、接合ヘッド200はその前後
に配設される第1の押えローラユニット110と、第2
の押えローラユニット120とともにテーブル5に対し
て矢印A方向に相対移動する。
【0007】第1の押えローラユニット110は、接合
ヘッド200に対して進行方向の前方に配設され、回転
ローラ112が部材20,30の未接合の凸部22,3
2の上面を押える。第1の押えローラユニット110
は、エアノズル114を有し、接合部のゴミ等の異物を
除去する。
【0008】第2の押えローラユニット120は、接合
ヘッド200の進行方向の後方に配設され、回転ローラ
122が接合ビード50の上面を押える。第2の押えロ
ーラユニット120もエアノズル124を有し、接合時
に発生したチップ等を除去する。
【0009】図2は、本発明の摩擦攪拌接合装置のヘッ
ドを示す側面図、図3は平面図である。全体を符号1で
示す本発明の摩擦攪拌接合装置の接合ヘッド200は、
テーブル5に対して矢印A方向に相対移動すると共に、
進行方向に直交する方向Bおよび高さ方向Cに移動制御
される。
【0010】ヘッド5上には、接合対象である第1の部
材20と第2の部材30が接合端面40を接して又は近
接して取り付けられている。第1の部材20は接合用の
凸部22を有し、第2の部材30も接合用の凸部32を
有する。ヘッド200は、回転工具10とセンサ210
を備える。回転工具10は、矢印R方向に回転しつつ矢
印A方向に移動し、部材の接合部に摩擦攪拌接合を施
し、接合ビート50を形成する。回転工具10は、バリ
取りカッター12を有し、摩擦攪拌接合時に発生するバ
リを切断し、チップ60として接合ビート50上から排
除する。
【0011】ヘッド200に装備されるセンサ210
は、箱形のハウジングを有し、カバー230により囲わ
れる。カバー230は、センサ210の一方の側面と回
転工具10に対向する前面を覆う。ヘッド200のハウ
ジングの回転工具10とは反対側の位置には、エアノズ
ル240が取り付けられる。
【0012】センサ210は、光ビーム212を部材2
0,30の上面に投射して、部材20,30の凸部2
2,32の縁部24,34の位置を光学的に検知する。
このセンサ210の情報に基づいて、ヘッド200は矢
印B方向に移動制御され、回転工具10の中心は、両縁
部24,34の中心に沿って案内される。また、センサ
210は凸部22,32の頂の高さ位置を検知する。こ
れによって加工ヘッド200は、矢印C方向に移動制御
され、回転工具10の挿入量を所定にする。
【0013】回転工具10は、バリ取りカッター12を
有し、摩擦攪拌接合を施す際に発生するバリを切断して
チップ60にかえる。工具10の回転の遠心力によっ
て、チップ60は周囲に飛散する。
【0014】カバー230の前面板232は、ヘッド2
00の進行方向Aと平行した側面板231に対して鈍角
の折曲角αで折り曲げられて、センサ210のハウジン
グの前面を覆う。センサ210のハウジングの後部に設
けられるエアノズル240から噴射されるエアジェット
Jは、カバー230の前面板232の下面に形成される
間隙Gから噴出して、カバー230に浸入しようとする
チップ60を排除する。
【0015】また、カバーの前面板232の裏側に突き
当たったエアジェットJは、前面板232に沿って、矢
印F方向に偏流されてチップ60をカバーの開閉された
側方へ吹き飛ばす。
【0016】図4は、回転工具10の回転中心軸C1と
接合部材の凸部22,32との関係を示す。回転工具1
0の先端部には小径部14が設けられ、その外周部には
バリ取りカッター12が形成される。
【0017】図4は、回転工具10の回転中心軸C1が
接合部材の凸部22,32に対して90度の角度で配設
されている状態を示す。実際の接合に際しては、図5に
示すように部材の表面に対する垂線C1に対して、回転
工具10の回転中心軸C2を角度βだけ傾けて接合す
る。この角度βは、接合条件により異なるが、3度程度
に選択される。
【0018】実際の接合は、端部に凸部を有する2つの
部材の凸部同士を突合せ、前記凸部側から前記部材に挿
入した回転工具によって摩擦攪拌接合し、前記回転工具
は回転工具の先端の小径部が移動方向において前記回転
工具の大径部よりも前方に位置するように傾斜してお
り、かつ、前記凸部に挿入した前記大径部であって最も
深い位置は前記凸部の頂と該凸部を除いた前記部材の外
面との間に位置しており、前記回転工具の回転による前
記摩擦攪拌接合の際、前記回転工具の大径部の半径方向
に突出して設けたカッターによって、前記凸部の頂と該
凸部を除いた前記部材の外面との間の前記凸部を切削す
る手段を備えるものである。
【0019】図6は、回転工具の大径部の先端と、バリ
取りカッター12の位置関係を示す。 (A)はカッタ
ー12の下端が大径部の先端に対して高さ寸法H1だ
け、大径部先端から段差を設けて配設された状態を示
す。(B)は、カッター12の下端が大径部先端より高
さ寸法H2だけ突出している状態を示す。カッターの下
端を大径部の先端に対して同一の高さに設定することを
含めて、バリ取りカッターの配設位置を設定することが
できる。
【0020】図7は、接合ビード部の状態を示す。
(A)に示すように、回転工具10の大径部の外径寸法
D1は、接合部材20,30の凸部22,32の幅寸法
L1よりも小さい。そして、バリ取りカッター12の回
転径D2は、凸部22,32の幅寸法L1よりも大きく設
定される。(B)に示すように、摩擦攪拌接合装置によ
り接合ビード50が形成されると、バリ52が発生す
る。このままの状態では、接合ビード50の表面50a
は、部材20,30の表面から高さ寸法T1の位置とな
る。(C)は、バリを含めてカッター12により、表面
を削り、高さ寸法T2の位置に平坦面50bが形成され
たことを示す。さらに、(D)に示すように、この表面
を手動工具等で除去して、部材20,30と同一の平面
50cを得ることができる。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、端部に凸部を有する2
つの部材の突部同士を突合せて、この凸部側から回転工
具を挿入し、摩擦攪拌接合により良好な接合を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の摩擦攪拌接合装置の側面図。
【図2】図1の要部の側面図。
【図3】図2の平面図。
【図4】回転工具と接合部材の関係を示す説明図。
【図5】回転工具と接合部材の関係を示す説明図。
【図6】回転工具の構成を示す説明図。
【図7】接合部の説明図。
【符号の説明】
1a 摩擦攪拌接合装置 5 テーブル 10 回転工具 12 バリ取りカッター 20,30 接合対象部材 40 接合端部 50 接合ビート 60 チップ 200 ヘッド 210 センサ 230 カバー 240 エアノズル
フロントページの続き (72)発明者 福寄 一成 山口県下松市大字東豊井794番地 笠戸機 械工業株式会社内 (72)発明者 佐藤 章弘 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 4E067 AA05 BG00 BG02 CA04 DD02

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 端部に凸部を有する2つの部材の凸部同
    士を突合せ、 前記凸部側から前記部材に挿入した回転工具によって摩
    擦攪拌接合し、 前記回転工具は回転工具の先端の小径部が移動方向にお
    いて前記回転工具の大径部よりも前方に位置するように
    傾斜しており、 かつ、前記凸部に挿入した前記大径部であって最も深い
    位置は前記凸部の頂と該凸部を除いた前記部材の外面と
    の間に位置しており、 前記回転工具の回転による前記摩擦攪拌接合の際、前記
    回転工具の大径部の半径方向に突出して設けたカッター
    によって、前記凸部の頂と該凸部を除いた前記部材の外
    面との間の前記凸部を切削すること、 を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
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