(57)【要約】【課題】接合部材の形状に依存することなく、また、製品の外観品質を低下させることなく、摩擦攪拌接合時に発生するばりを効果的に除去することのできる摩擦攪拌接合用工具を提供する。【解決手段】摩擦攪拌接合用工具１０は、円柱状の回転体１２と、回転体１２の先端部１６に回転体１２の回転軸とその中心が一致するように配設され、回転体１２よりも小径の先端円錐状のプローブ１４とを備える。回転体１２の先端部１６側には、略等間隔に４つの溝部２０ａ〜２０ｄが形成されている。各溝部２０ａ〜２０ｄは、前記回転体１２の先端面２１に開口する各先端開口部２２ａ〜２２ｄと、前記回転体１２の外周部１８に開口する各外周開口部２４ａ〜２４ｄとを備える。先端開口部２２ａ〜２２ｄと外周開口部２４ａ〜２４ｄとは内部においてそれぞれ連通状態にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の回転体と、前記回転体の先端部に形成されるプローブとを備える摩擦攪拌接合用工具であって、
前記回転体の前記先端部に摩擦攪拌接合により生ずるばりを除去するための１以上の溝部が形成されることを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【請求項２】
請求項１記載の摩擦攪拌接合用工具において、
前記溝部は回転体の先端面から該回転体の外周側面まで延在していることを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【請求項３】
請求項１または２記載の摩擦攪拌接合用工具において、
前記回転体と前記プローブとの間に摩擦熱を増加させる扁平な円柱状の段部を形成することを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具において、
前記溝部の回転体の先端面側の開口部は、回転体の外周側面の法線に対して所定角度傾斜して設けられることを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦攪拌接合用工具に関し、一層詳細には、円柱状の回転体と、前記回転体の先端部に形成されたプローブとを備える摩擦攪拌接合用工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術において、溶接の際の熱影響による強度低下や熱歪の問題を解決すべく、図１２に示すように、本体１に設けられた先端円錐状のプローブ２を有する回転工具を接合部材３、４の突き合わせ部５に挿入し、前記本体１を回転させて突き合わせ部５の周辺に摩擦熱を発生させ、この摩擦熱によって接合部材３、４の内部に塑性流動を起こすことにより、該接合部材３、４同士を接合一体化させる摩擦攪拌接合法が知られている。
【０００３】
この種の従来技術において、前記プローブ２を突き合わせ部５に挿入する際、接合部位にばりが発生する。このばりの存在は溶接途上で製品を損傷し製品の外観品質を低下させる不都合がある。
【０００４】
そこで、特許文献１に示される技術が提案されている。この従来技術は、図１３に示すように、本体１の外周面端部に外方向に指向して突出するカッタ６を設け、該カッタ６によってプローブ２を突き合わせ部５に挿入した際に発生するばりを切断し、除去するようにしたものである。
【０００５】
この従来技術では、接合時に回転工具と接合部材３、４との摩擦熱を十分に確保するために、本体１を接合部材３、４に若干量食い込ませると、この食い込みによって接合部材３、４には段差が生じることとなる。しかも、本体１の外周面端部には、ばりを除去するためのカッタ６が外方向に突出形成されているため、接合部材３、４に生じる段差の面積がカッタ６の面積分だけ増大し、製品の外観品質が低下するという問題が生じる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３３４５７８号公報（段落［００１０］、段落［００１１］、図１、図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、接合部材の形状に依存することなく、また、製品の外観品質を低下させることなく、摩擦攪拌接合時に発生するばりを効果的に除去することのできる摩擦攪拌接合用工具を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明は、円柱状の回転体と、前記回転体の先端部に形成されるプローブとを備える摩擦攪拌接合用工具であって、
前記回転体の前記先端部に摩擦攪拌接合により生ずるばりを除去するための１以上の溝部が形成されることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、前記プローブを接合部材に挿入する際に発生するばりは、前記回転体の前記先端部に形成された前記溝部によって収集された後、外部に排出される。
【００１０】
さらに、ばり取り用のカッタ等を回転体の外周側面に突出形成する必要がないので、回転体と接合部材との摩擦熱が十分に確保され、回転体を接合部材に食い込ませて使用する場合、接合部材には段差が生じることがなく、従って、製品の外観品質の低下を阻止することができる。
【００１１】
また、前記溝部は回転体の先端面から該回転体の外周側面まで延在しているので、例えば、湾曲した接合部材同士を接合する場合であっても、回転体の先端面と接合部材とが部分的に接触していれば、ばりを除去することができる。
【００１２】
そして、前記回転体と前記プローブとの間に摩擦熱を増加させる扁平な円柱状の段部を形成すると、摩擦攪拌接合用工具と接合部材との間の摩擦熱を効果的に増加させることができるので、接合欠陥等が発生し難くなり、好適である。
【００１３】
さらに、前記溝部の回転体の先端面側の開口部を回転体の外周側面の法線に対して所定角度傾斜して設けることにより、回転方向の溝部先端が鋭角になるため、ばりが切断またはせん断され易くなり、好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る摩擦攪拌接合用工具について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る摩擦攪拌接合用工具１０は、基本的には、円柱状の回転体１２と、前記回転体１２の先端部１６に該回転体１２の回転軸とその中心が一致するように配設され、回転体１２よりも小径の先端円錐状のプローブ１４とを備える。実際、このプローブ１４の先端は若干丸みを帯びている。
【００１６】
なお、前記回転体１２の先端面２１とプローブ１４の後端部との間に扁平な円柱状の段部１５を設けると好適である。後述するように、摩擦攪拌接合用工具１０と接合部材Ｗ１、Ｗ２との間に発生する摩擦熱を効果的に増加させるためである。
【００１７】
前記回転体１２の先端部１６には、図１、図２に示すように、回転体１２の中心に指向して略等間隔に４つの溝部２０ａ〜２０ｄが形成されている。各溝部２０ａ〜２０ｄは、前記回転体１２の先端面２１に開口する各先端開口部２２ａ〜２２ｄと、前記回転体１２の外周部１８に開口する各外周開口部２４ａ〜２４ｄとからなる。勿論、前記先端開口部２２ａ〜２２ｄと前記外周開口部２４ａ〜２４ｄとは内部においてそれぞれ連通状態にある。なお、先端開口部２２ａ〜２２ｄおよび外周開口部２４ａ〜２４ｄを形成する壁部は鋭化した形状の刃部２３ａ〜２３ｄとして加工されている。
【００１８】
一方、回転体１２の先端部１６と反対側の後端部は、モータ等から構成される図示しない回転駆動源に連結され、プローブ１４と回転体１２とは、該回転駆動源の作用下に回転駆動され且つ他の図示しない駆動源の付勢作用下に回転体１２の軸方向並びに、それに直交する方向に移動自在である。
【００１９】
本実施の形態に係る摩擦攪拌接合用工具１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、この摩擦攪拌接合用工具１０を用いて、接合部材を摩擦攪拌接合する手順について説明する。
【００２０】
まず、図３において、接合部材Ｗ１とＷ２とを突き合わせ部３０で突き合わせて位置決めする。次いで、図４に示すように、前記回転駆動源の駆動作用下に、回転体１２を該回転体１２の回転軸であるＸ軸を中心に回転させながら矢印Ｙ方向に下降させ、プローブ１４を突き合わせ部３０に圧接挿入する。
【００２１】
前記プローブ１４が接合部材Ｗ１、Ｗ２の突き合わせ部３０に挿入されるに従って、摩擦による発熱作用下に該突き合わせ部３０近傍は軟化するに至る。この場合、前記段部１５は、図７に示すように、摩擦攪拌接合時に接合部材Ｗ１、Ｗ２の突き合わせ部３０に食い込んで摩擦攪拌接合用工具１０と接合部材Ｗ１、Ｗ２との間に発生する摩擦熱を十分に増加させることができる。なお、予め前記段部１５の高さＡおよび幅Ｂ（図４参照）は、増加させるべき摩擦熱量等を考慮して設定しておくと好適である。この結果、図５に示すように、前記接合部材Ｗ１、Ｗ２の一部はプローブ１４に押しのけられて上方へと膨出するに至る。この膨出部位３３がばり３４の要因となる。プローブ１４が矢印Ｙ方向に更に下降すると、図６に示すように、成長したばり３４は回転体１２の先端面２１と接触し、やがて、ばり３４は先端開口部２２ａ、２２ｃに進入する。
【００２２】
このように、先端開口部２２ａ、２２ｃに進入したばり３４は、刃部２３ａ、２３ｃにより切断またはせん断されて小片となって、最終的には、外周開口部２４ａ、２４ｃから外部に排出される（図７参照）。
【００２３】
以上説明したように、本実施の形態では、プローブ１４を突き合わせ部３０に挿入した後、図８に示すように、前記回転駆動源の駆動作用下に回転体１２をＸ軸を中心に回転させながら、突き合わせ部３０に沿って矢印Ｚ方向に移動させることで接合部材Ｗ１とＷ２とを摩擦攪拌接合する。
【００２４】
摩擦攪拌接合は、以下のようにして行われる。プローブ１４がＸ軸回りに回転することによって発生する摩擦熱と、回転体１２の先端部１６が接合部材Ｗ１、Ｗ２上を矢印Ｚ方向に摺動することにより発生する摩擦熱とによって、接合部材Ｗ１、Ｗ２の突き合わせ部３０の内部近傍部分４０（図８参照）を軟化させるとともに、前記軟化した内部近傍部分４０をプローブ１４の回転によって攪拌し、塑性流動を発生させ、接合部材Ｗ１、Ｗ２同士を接合一体化する。
【００２５】
上述した本実施の形態の摩擦攪拌接合用工具１０では、例えば、ばり取り用のカッタ等を回転体１２の外周部１８に突出形成する必要がないので、回転体１２と接合部材Ｗ１、Ｗ２との摩擦熱が十分に確保され、回転体１２を接合部材Ｗ１、Ｗ２に食い込ませて使用しても、前記接合部材Ｗ１、Ｗ２には段差が生じることがなく、従って、製品の外観品質の低下を阻止することができる。
【００２６】
図９は、本実施の形態の摩擦攪拌接合用工具１０を用いて、湾曲した接合部材Ｗ３、Ｗ４を接合する一例を示す図である。この場合、接合部材Ｗ３、Ｗ４が湾曲しているために、回転体１２の周縁部において、接合部材Ｗ３、Ｗ４の上面と回転体１２の先端面２１とが一部接触していない。すなわち、曲率半径がある程度大きい接合部材Ｗ３、Ｗ４の場合、図９に示す如く、回転体１２の中央部においては、接合部材Ｗ３、Ｗ４の上面と回転体１２の先端面２１とが接触部分Ｑ１、Ｑ２で接触している。従って、接合部材Ｗ３、Ｗ４で生じたばりは、先端開口部２２ａ〜２２ｄ近傍の接触部分Ｑ１、Ｑ２から収集でき、前述したように、外周開口部２４ａ〜２４ｄから外部に排出させることが可能となる。
【００２７】
なお、図１および図２に示す回転体１２における先端開口部２２ａ〜２２ｄは、図１０に示すように、回転体１２の外周部１８の法線Ｌ１に対して所定角度（θ１）傾斜した先端開口部５０ａ〜５０ｄとすることもできる。この場合、図１０において回転体１２を矢印方向に回転させると、ばりがより一層せん断乃至切断され易くなる。
【００２８】
一方、図１および図２に示す回転体１２における外周開口部２４ａ〜２４ｄは、図１１に示すように、回転体１２の回転軸Ｘに対して所定角度（θ２）傾斜した外周開口部５２ａ〜５２ｄとすることができ、これによって、ばりがより一層せん断乃至切断され易くなる。これに伴って先端開口部２２ａ〜２２ｄも回転体１２の内部で所定角度θ２傾斜させて外周開口部５２ａ〜５２ｄに連通させればよい。
【００２９】
なお、本実施の形態では、回転体１２における溝部２０ａ〜２０ｄの数を４つとしているが、これに限定されるものではなく、該溝部の数は任意に設定することができる。また、これらの溝部は、必ずしも等間隔に設定されるものではなく、不等間隔に配設してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、プローブを接合部材に挿入する際に発生するばりは、回転体の先端部に形成された溝部を画成する先端刃部によって切断またはせん断されて該溝部により収集されて外部に排出される。
【００３１】
また、前記溝部の先端面側の開口部を形成する刃部が接合部材と接触する回転体の先端部に設けられているので、例えば、湾曲した接合部材同士を接合する場合であっても、前記刃部と接合部材とが部分的に接触していれば、ばりを除去することができる。
【００３２】
さらに、ばり取り用のカッタ等を回転体の外周側面に突出形成する必要がないので、回転体と接合部材との摩擦熱が十分に確保され、回転体を接合部材に食い込ませて使用する場合、接合部材に段差が生じることがなく、従って、製品の外観品質の低下を阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の摩擦攪拌接合用工具の構成を説明する一部省略斜視図である。
【図２】本実施形態の摩擦攪拌接合用工具の構成を説明する底面図である。
【図３】摩擦攪拌接合の初期状態を示す斜視図である。
【図４】プローブを接合部材に挿入する際に発生するばりを除去する手順を説明する正面図である。
【図５】プローブを接合部材に挿入する際に発生するばりを除去する手順を説明する正面図である。
【図６】プローブを接合部材に挿入する際に発生するばりを除去する手順を説明する正面図である。
【図７】プローブを接合部材に挿入する際に発生するばりを除去する手順を説明する正面図である。
【図８】摩擦攪拌接合を実施している状態を示す斜視図である。
【図９】湾曲した接合部材にプローブを挿入した状態を示す正面図である。
【図１０】回転体の先端開口部を回転体の外周面の法線に対して所定角度（θ１）傾斜させた状態を示す底面図である。
【図１１】回転体の外周開口部を回転体の回転軸に対して所定角度（θ２）傾斜させた状態を示す正面図である。
【図１２】従来技術に係る摩擦攪拌接合用工具による摩擦攪拌接合の様子を説明する斜視図である。
【図１３】他の従来技術に係る摩擦攪拌接合用工具の構成を説明する正面図である。
【符号の説明】
１０…摩擦攪拌接合用工具　　　　　　１２…回転体
１４…プローブ　　　　　　　　　　　１５…段部
１６…先端部　　　　　　　　　　　　１８…外周部
２０ａ〜２０ｄ…溝部　　　　　　　　２１…先端面
２２ａ〜２２ｄ、５０ａ〜５０ｄ…先端開口部
２３ａ〜２３ｄ…刃部
２４ａ〜２４ｄ、５２ａ〜５２ｄ…外周開口部
３０…突き合わせ部　　　　　　　　　３３…膨出部位
３４…ばり　　　　　　　　　　　　　４０…内部近傍部分
Ｗ１〜Ｗ４…接合部材　　　　　　　　Ｑ１、Ｑ２…接触部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004130367.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004130367.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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